(57)【要約】【課題】スイッチング素子の許容温度を超えずに、効率よく磁化電流を流して磁束を変化させることのできる可変磁束モータを備えたモータドライブシステムを提供することにある。【解決手段】スイッチング素子ＳＷにより構成されたインバータ２を、スイッチング素子ＳＷに設けられた温度検出センサＳＲにより検出されたジャンクション温度Ｔｊに基づいて、許容ジャンクション温度ＴＨＭを超えない範囲で制御し、可変磁束モータ４に磁化電流Ｉｄｍを流すモータドライブシステム１。【選択図】      図１
2010279129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束を変化させるための永久磁石を備えた永久磁石同期電動機と、
スイッチング素子により構成され、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記スイッチング素子の許容する温度の範囲内での前記インバータの制御により前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させるための磁化電流を出力させるための指令である磁化電流指令を、前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて決定する磁化電流指令決定手段と、
前記磁化電流指令決定手段により決定された前記磁化電流指令に基づいて、前記インバータを制御するインバータ制御手段と
を備えたことを特徴とするモータドライブシステム。
【請求項２】
前記磁化電流指令決定手段は、
前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に対応して、前記磁化電流指令を決定するためのテーブルと、
前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて、前記テーブルから前記磁化電流指令を選択する選択手段とを備えたこと
を特徴とする請求項１に記載のモータドライブシステム。
【請求項３】
前記磁化電流指令決定手段は、
前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて、前記インバータから出力させる前記磁化電流を推定する磁化電流推定手段と、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に対応して、前記磁化電流指令を決定するためのテーブルと、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に基づいて、前記テーブルから前記磁化電流指令を選択する選択手段とを備えたこと
を特徴とする請求項１に記載のモータドライブシステム。
【請求項４】
磁束を変化させるための永久磁石を備えた永久磁石同期電動機と、
スイッチング素子により構成され、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記スイッチング素子の許容する温度の範囲内での前記インバータの制御により前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させるための磁化電流を、前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて推定する磁化電流推定手段と、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に基づいて、前記インバータを制御するインバータ制御手段と
を備えたことを特徴とするモータドライブシステム。
【請求項５】
スイッチング素子により構成され、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、磁束を変化させるための永久磁石を備えた永久磁石同期電動機を駆動するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記スイッチング素子の許容する温度の範囲内での前記インバータの制御により前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させるための磁化電流を出力させるための指令である磁化電流指令を、前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて決定する磁化電流指令決定手段と、
前記磁化電流指令決定手段により決定された前記磁化電流指令に基づいて、前記インバータを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項６】
前記磁化電流指令決定手段は、
前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に対応して、前記磁化電流指令を決定するためのテーブルと、
前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて、前記テーブルから前記磁化電流指令を選択する選択手段とを備えたこと
を特徴とする請求項５に記載のインバータ制御装置。
【請求項７】
前記磁化電流指令決定手段は、
前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて、前記インバータから出力させる前記磁化電流を推定する磁化電流推定手段と、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に対応して、前記磁化電流指令を決定するためのテーブルと、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に基づいて、前記テーブルから前記磁化電流指令を選択する選択手段とを備えたこと
を特徴とする請求項５に記載のインバータ制御装置。
【請求項８】
スイッチング素子により構成され、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、磁束を変化させるための永久磁石を備えた永久磁石同期電動機を駆動するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記スイッチング素子の許容する温度の範囲内での前記インバータの制御により前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させるための磁化電流を、前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて推定する磁化電流推定手段と、
前記磁化電流推定手段により推定された前記磁化電流に基づいて、前記インバータを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁束を変化させることのできる可変磁束モータを駆動するインバータを備えたモータドライブシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低保磁力の永久磁石を磁化することにより、磁束を変化させることのできる可変磁束モータが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。また、可変磁束モータを備えたモータドライブシステムが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８０１９５号公報
【特許文献２】特開２００８−０４８５１４号公報
【特許文献３】特開２００８−１２５２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような可変磁束モータを備えたモータドライブシステムでは、永久磁石を磁化するために磁化電流として過大な瞬時電流を流す必要がある。可変磁束モータを駆動するインバータには、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)などのスイッチング素子が使われている。このため、磁化電流を流すと、スイッチング素子の温度（ジャンクション温度又はチャネル温度など）が急激に上昇する。従って、磁化電流を流すと、スイッチング素子の温度が許容温度（ジャンクション許容温度又は許容チャネル温度など）を超える恐れがある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、スイッチング素子の許容温度を超えずに、効率よく磁化電流を流して磁束を変化させることのできる可変磁束モータを備えたモータドライブシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の観点に従ったモータドライブシステムは、磁束を変化させるための永久磁石を備えた永久磁石同期電動機と、スイッチング素子により構成され、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記永久磁石同期電動機を駆動するインバータと、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、前記スイッチング素子の許容する温度の範囲内での前記インバータの制御により前記永久磁石同期電動機の磁束を変化させるための磁化電流を出力させるための指令である磁化電流指令を、前記温度検出手段により検出された前記スイッチング素子の温度に基づいて決定する磁化電流指令決定手段と、前記磁化電流指令決定手段により決定された前記磁化電流指令に基づいて、前記インバータを制御するインバータ制御手段とを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スイッチング素子の許容温度を超えずに、効率よく磁化電流を流して磁束を変化させることのできる可変磁束モータを備えたモータドライブシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るモータドライブシステムの構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態に係る磁化モード管理部の構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態に係る磁化レベル選択部による磁化レベルの選択に用いる選択テーブルを示す概念図。
【図４】本実施形態に係る磁化電流出力部による磁化電流指令値を出力するために用いる磁化電流テーブルを示す概念図。
【図５】本実施形態に係る磁化レベル選択部に入力される磁化要求フラグの推移を表すグラフ図。
【図６】本実施形態に係る磁化レベル選択部に入力されるジャンクション温度の推移を表すグラフ図。
【図７】本実施形態に係る磁化レベル選択部から出力される磁化レベルの推移を表すグラフ図。
【図８】本実施形態に係る可変磁束モータに流す磁化電流を示す波形図。
【図９】本実施形態に係るモータドライブシステムの適用された車両におけるモータ始動時のモータ出力を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るモータドライブシステム１の構成を示すブロック図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。
【００１１】
モータドライブシステム１は、インバータ２と、直流電源３と、可変磁束モータ４と、回転角度センサ５と、交流電流検出器８Ｕ，８Ｗと、制御部１０とを備えている。
【００１２】
可変磁束モータ４は、磁束を変化させることのできる永久磁石同期電動機である。可変磁束モータ４の回転子は、回転子鉄心に可変磁石を組み込むことにより構成されている。可変磁石は、磁束密度（磁束量）を変化させる永久磁石である。よって、可変磁石には、低保磁力の磁性体を用いている。インバータ２から可変磁束モータ４に磁化電流を流すことにより、この可変磁石を増磁又は減磁する。これにより、可変磁束モータ４の磁束が増磁又は減磁などの変化をする。可変磁束モータ４の磁束を増磁するか減磁するかは、可変磁束モータ４の回転速度ωにより決定される。
【００１３】
インバータ２は、直流電源３から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ２は、変換した交流電力を可変磁束モータ４に供給する。インバータ２は、可変磁束モータ４に交流電力を出力することで、可変磁束モータ４を駆動する。インバータ２は、電力変換部を複数のスイッチング素子ＳＷで構成している。スイッチング素子ＳＷは、例えばＩＧＢＴである。各スイッチング素子ＳＷには、ジャンクション温度Ｔｊを検出する温度検出センサＳＲが設けられている。温度検出センサＳＲは、検出したジャンクション温度Ｔｊを信号として、制御部１０に出力する。
【００１４】
回転角度センサ５は、可変磁束モータ４の回転子の回転角度を検出する。回転角度センサ５は、検出した回転角度θを、制御部１０に出力する。
【００１５】
交流電流検出器８Ｕは、インバータ２から出力されるＵ相電流Ｉｕを検出する。交流電流検出器８Ｕは、検出したＵ相電流Ｉｕを信号として、制御部１０に出力する。交流電流検出器８Ｗは、インバータ２から出力されるＷ相電流Ｉｗを検出する。交流電流検出器８Ｗは、検出したＷ相電流Ｉｗを、制御部１０に出力する。
【００１６】
制御部１０は、トルク指令Ｔｍ＊、運転指令Ｒｕｎ＊、温度検出センサＳＲにより検出されたジャンクション温度Ｔｊ、回転角度センサ５により検出された回転角度θ、及び交流電流検出器８Ｕ，８Ｗによりそれぞれ検出された交流電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、インバータ２を制御する。制御部１０は、インバータ２を介して、可変磁束モータ４の駆動や磁束を制御する。
【００１７】
ここで、トルク指令Ｔｍ＊は、可変磁束モータ４から出力させるトルクの基準となる指令信号である。運転指令Ｒｕｎ＊は、モータドライブシステム１を運転する場合は「１」、モータドライブシステム１を停止する場合は「０」となる指令信号である。
【００１８】
次に、図１を参照して、制御部１０によるインバータ２の制御について説明する。
【００１９】
制御部１０は、擬似微分器１１と、磁束指令演算部１２と、電流基準演算部１３と、座標変換部１４と、電圧指令演算部１５と、座標変換部１６と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路１７と、ゲート指令生成部１８と、磁化要求生成部１９と、磁化モード管理部２０と、加算器ＡＤ１とを備えた構成である。
【００２０】
擬似微分器１１は、回転角度センサ５から入力された回転角度θを微分して、モータ角速度（回転子回転周波数、インバータ周波数）ωを演算する。擬似微分器１１は、演算したモータ角速度ωを、磁束指令演算部１２、電圧指令演算部１５に出力する。
【００２１】
磁束指令演算部１２には、運転指令Ｒｕｎ＊が入力される。磁束指令演算部１２は、運転指令Ｒｕｎ＊及び擬似微分器１１から入力されたモータ角速度ωに基づいて、磁束指令φ＊を演算する。磁束指令φ＊は、可変磁束モータ４の磁束を制御するための指令である。磁束指令演算部１２は、演算した磁束指令φ＊を、電流基準演算部１３、磁化要求生成部１９、及び磁化モード管理部２０に出力する。
【００２２】
電流基準演算部１３には、トルク指令Ｔｍ＊及び磁束指令演算部１２により演算された磁束指令φ＊が入力される。電流基準演算部１３は、トルク指令Ｔｍ＊及び磁束指令φ＊に基づいて、磁束電流指令値Ｉｄ＊及びトルク電流指令値Ｉｑ＊を演算する。電流基準演算部１３は、演算した磁束電流指令値Ｉｄ１＊を加算器ＡＤ１に出力する。電流基準演算部１３は、トルク電流指令値Ｉｑ＊を電圧指令演算部１５に出力する。
【００２３】
磁束電流指令値Ｉｄ１＊は、可変磁束モータ４に流す磁化電流を含まない磁束電流（ｄ軸電流）Ｉｄを制御するための指令値である。トルク電流指令値Ｉｑ＊は、可変磁束モータ４に流すトルク電流（ｑ軸電流）Ｉｑを制御するための指令値である。ここで、ｄｑ軸上のｄ軸とは、磁石磁束方向の軸（磁気トルクに作用しない軸）である。ｄｑ軸上のｑ軸とは、磁石磁束方向の軸（ｄ軸）と直交する軸（磁気トルクに作用する軸）である。
【００２４】
磁化要求生成部１９には、運転指令Ｒｕｎ＊が入力される。磁化要求生成部１９は、磁束指令演算部１２から入力された磁束指令φ＊及び運転指令Ｒｕｎ＊に基づいて、磁化要求フラグＦｒｑを生成する。磁化要求生成部１９は、生成した磁化要求フラグＦｒｑを、磁化モード管理部２０に出力する。磁化要求フラグＦｒｑは、可変磁束モータ４の磁石磁束を変化させるための磁化を要求するためのフラグである。磁化要求フラグＦｒｑは、磁石磁束を変化させない場合は、「０」である。磁化要求フラグＦｒｑは、磁石磁束を変化させる場合は、「１」になる。
【００２５】
磁化モード管理部２０には、インバータ２のスイッチング素子ＳＷに設けられた温度検出センサＳＲにより検出されたジャンクション温度Ｔｊ、擬似微分器１１により演算されたモータ角速度ω、及び磁化要求生成部１９により生成された磁化要求フラグＦｒｑが入力される。
【００２６】
磁化モード管理部２０は、ジャンクション温度Ｔｊ及び磁化要求フラグＦｒｑに基づいて、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を決定する。磁化モード管理部２０は、決定した磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を加算器ＡＤ１に出力する。磁化電流指令値Ｉｄｍ＊は、可変磁束モータ４に流す磁化電流を制御するための指令値である。
【００２７】
加算器ＡＤ１には、電流基準演算部１３により演算された磁束電流指令値Ｉｄ＊及び磁化モード管理部２０より選択された磁化レベルに対応する磁化電流指令値Ｉｄｍ＊が入力される。
【００２８】
加算器ＡＤ１は、磁束電流指令値Ｉｄ１＊と磁化電流指令値Ｉｄｍ＊とを加算し、磁束電流指令値Ｉｄ２＊を演算する。磁束電流指令値Ｉｄ２＊は、可変磁束モータ４に流す磁化電流を含む磁束電流（ｄ軸電流）Ｉｄを制御するための指令値である。加算器ＡＤ１は、演算した磁束電流指令値Ｉｄ２＊を電圧指令演算部１５に出力する。
【００２９】
座標変換部１４には、回転角度センサ５により検出された回転角度θ及び交流電流検出器８Ｕ，８Ｗにより検出されたＵ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗが入力される。座標変換部１４は、回転角度θ、Ｕ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗに基づいて、インバータ２から出力された三相交流電流Ｉｕ，Ｉｗを、ｄｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。座標変換部１４は、算出したｄ軸電流（磁束電流）Ｉｄ及びｑ軸電流（トルク電流）Ｉｑを電圧指令演算部１５に出力する。
【００３０】
電圧指令演算部１５は、電流基準演算部１３により演算されたトルク電流指令値Ｉｑ＊、加算器ＡＤ１により演算された磁束電流指令値Ｉｄ２＊、及び擬似微分器１１により演算されたモータ角速度ωが入力される。
【００３１】
電圧指令演算部１５は、磁束電流指令値Ｉｄ２＊、トルク電流指令値Ｉｑ＊、磁束電流Ｉｄ、トルク電流Ｉｑ、及びモータ角速度ωに基づいて、磁束電圧指令値Ｖｄ＊及びトルク電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。電圧指令演算部１５は、演算した磁束電圧指令値Ｖｄ＊及びトルク電圧指令値Ｖｑ＊を座標変換部１６に出力する。
【００３２】
磁束電圧指令値Ｖｄ＊は、磁束電圧（ｄ軸電圧）を制御するための指令値である。トルク電圧指令値Ｖｑ＊は、トルク電圧（ｑ軸電圧）を制御するための指令値である。
【００３３】
座標変換部１６には、回転角度センサ５により検出された回転角度θ及び電圧指令演算部１５により演算されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑが入力される。座標変換部１６は、回転角度θに基づいて、電圧指令演算部１５から入力されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、三相交流のＵ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相電圧指令Ｖｗ＊に変換する。座標変換部１６は、演算した三相交流の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭ回路１７に出力する。
【００３４】
ゲート指令生成部１８には、運転指令Ｒｕｎ＊が入力される。運転指令Ｒｕｎ＊は、可変磁束モータ４の駆動開始又は可変磁束モータ４の停止を示している。ゲート指令生成部１８は、運転指令Ｒｕｎ＊に基づいて、ゲート指令Ｇｓｔを生成する。ゲート指令生成部１８は、生成したゲート指令Ｇｓｔを、ＰＷＭ回路１７に出力する。
【００３５】
可変磁束モータ４を駆動開始する場合は、ゲート指令生成部１８は、ゲート指令Ｇｓｔを「０」から「１」に変える。これにより、インバータ２は、ゲートスタートする。可変磁束モータ４を停止する場合は、ゲート指令生成部１８は、可変磁束モータ４の停止を示す運転指令Ｒｕｎ＊を受信後、所定時間の経過後に、ゲート指令Ｇｓｔを「１」から「０」に変える。これにより、インバータ２は、可変磁束モータ４が所定時間フリーランした後に、ゲートオフする。このフリーランは、可変磁束モータ４の誘起電圧を低減させて、可変磁石を減磁するためである。
【００３６】
ＰＷＭ回路１７には、座標変換部１６により演算された三相交流の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊及びゲート指令生成部１８により生成されたゲート指令Ｇｓｔが入力される。ゲート指令Ｇｓｔが「１」の場合、ＰＷＭ回路１７は、座標変換部１６から入力された電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、インバータ２をパルス幅変調（ＰＷＭ）により制御をするためのゲート信号ＧＳを生成して、インバータ２に出力する。ＰＷＭ回路１７は、ゲート信号ＧＳをインバータ２に出力することにより、インバータ２のスイッチング素子の駆動制御をする。これにより、インバータ２の出力が制御される。ゲート指令Ｇｓｔが「０」の場合、ＰＷＭ回路１７は、インバータ２をゲートオフする。
【００３７】
図２は、本実施形態に係る磁化モード管理部２０の構成を示すブロック図である。
【００３８】
磁化モード管理部２０は、磁化レベル選択部２０１と、磁化電流出力部２０２とを備えている。
【００３９】
磁化レベル選択部２０１には、スイッチング素子ＳＷに設けられた温度検出センサＳＲにより検出されたジャンクション温度Ｔｊ及び磁化要求生成部１９により生成された磁化要求フラグＦｒｑが入力される。
【００４０】
磁化要求フラグＦｒｑが「１」の場合（磁化要求フラグＦｒｑが立っている場合）、磁化レベル選択部２０１は、ジャンクション温度Ｔｊに基づいて、３段階のうちの１つの磁化レベルＬＶを選択する。磁化レベル選択部２０１は、選択した磁化レベルＬＶを磁化電流出力部２０２に出力する。
【００４１】
磁化要求フラグＦｒｑが「０」の場合（磁化要求フラグＦｒｑが立っていない場合）、磁化レベル選択部２０１は、演算処理を終了する。従って、磁化モード管理部２０は、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を出力しない。
【００４２】
磁化電流出力部２０２には、磁化レベル選択部２０１により選択された磁化レベルＬＶ及び擬似微分器１１により演算されたモータ角速度ωが入力される。磁化電流出力部２０２は、磁化レベル選択部２０１により選択された磁化レベルＬＶに対応する予め設定された磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を出力する。磁化電流指令値Ｉｄｍ＊は、モータ角速度ωに基づいて、可変磁束モータ４の増磁又は減磁のいずれかの方向が決められている。磁化レベルＬＶが選択されていない場合（又は、磁化レベルＬＶが入力されない場合）、磁化電流出力部２０２は、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を出力しない。即ち、磁化要求フラグＦｒｑが「０」の場合、磁化電流出力部２０２は、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を出力しない。
【００４３】
図３は、本実施形態に係る磁化レベル選択部２０１による磁化レベルＬＶの選択に用いる選択テーブルＴＬ１を示す概念図である。
【００４４】
磁化レベル選択部２０１には、選択テーブルＴＬ１が記憶されている。選択テーブルＴＬ１には、３つの閾値温度ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３が設定されている。ここで、閾値温度ＴＨ１＜閾値温度ＴＨ２＜閾値温度ＴＨ３の関係が成り立つものとする。例えば、閾値温度ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３は、スイッチング素子ＳＷの許容ジャンクション温度ＴＨＭが１５０度であるとすると、それぞれ１００度、１２０度、１４０度のように設定されている。
【００４５】
最初に、磁化レベル選択部２０１は、入力されたジャンクション温度Ｔｊが閾値温度ＴＨ１以下か否かを判断する。ジャンクション温度Ｔｊが閾値温度ＴＨ１以下と判断された場合、磁化レベル選択部２０１は、磁化レベルＬＶを「磁化レベル１」として、磁化電流出力部２０２に出力する。
【００４６】
ジャンクション温度Ｔｊが閾値温度ＴＨ１よりも高かった場合、磁化レベル選択部２０１は、ジャンクション温度Ｔｊが閾値温度ＴＨ２以下か否かを判断する。ジャンクション温度Ｔｊが閾値温度ＴＨ２以下と判断された場合、磁化レベル選択部２０１は、磁化レベルＬＶを「磁化レベル２」として、磁化電流出力部２０２に出力する。
【００４７】
ジャンクション温度Ｔｊが閾値温度ＴＨ２よりも高かった場合、磁化レベル選択部２０１は、ジャンクション温度Ｔｊが閾値温度ＴＨ３以下か否かを判断する。ジャンクション温度Ｔｊが閾値温度ＴＨ３以下と判断された場合、磁化レベル選択部２０１は、磁化レベルＬＶを「磁化レベル３」として、磁化電流出力部２０２に出力する。ジャンクション温度Ｔｊが閾値温度ＴＨ３よりも高かった場合、演算処理を終了する。従って、磁化モード管理部２０は、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を出力しない。
【００４８】
図４は、本実施形態に係る磁化電流出力部２０２による磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を出力するために用いる磁化電流テーブルＴＬ２を示す概念図である。
【００４９】
磁化電流出力部２０２には、磁化電流テーブルＴＬ２が記憶されている。
【００５０】
磁化電流出力部２０２は、磁化電流テーブルＴＬ２を用いて、磁化レベルＬＶに対応する磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を選択する。
【００５１】
磁化電流出力部２０２は、磁化レベルＬＶが「磁化レベル１」の場合、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊として、８００［Ａ］を選択する。磁化電流出力部２０２は、磁化レベルＬＶが「磁化レベル２」の場合、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊として、４００［Ａ］を選択する。磁化電流出力部２０２は、磁化レベルＬＶが「磁化レベル３」の場合、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊として、２００［Ａ］を選択する。
【００５２】
磁化電流出力部２０２は、選択した電流値を最大値とする時間幅が１０ミリ秒の三角波を磁化電流として流すように、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を出力する。
【００５３】
次に、選択テーブルＴＬ１及び磁化電流テーブルＴＬ２を作成するために用いる式について説明する。
【００５４】
ＩＧＢＴによるスイッチング損失を「Ｐ」とし、ターンオン損失を「Ｐｔｏｎ」とし、ターンオフ損失を「Ｐｔｏｆｆ」とし、定常オン損失を「Ｐｏｎ」とすると、次式が成り立つ。
【００５５】
Ｐ＝Ｐｔｏｎ＋Ｐｔｏｆｆ＋Ｐｏｎ  …式（１）
ターンオン損失は、ターンオンスイッチングエネルギーを「Ｅｔｏｎ」とし、キャリア周波数を「ｆｃ」とすると、次式のように表される。
【００５６】
Ｐｔｏｎ＝Ｅｔｏｎ×ｆｃ  …式（２）
ターンオフ損失は、ターンオフスイッチングエネルギーを「Ｅｔｏｆｆ」とし、キャリア周波数を「ｆｃ」とすると、次式のように表される。
【００５７】
Ｐｔｏｆｆ＝Ｅｔｏｆｆ×ｆｃ  …式（３）
定常オン損失は、磁化電流（コレクタ電流）を「Ｉｃ」とし、コレクタ−エミッタ間の飽和電圧を「Ｖｃｅ」とすると、次式のように表される。
【００５８】
Ｐｏｎ＝Ｉｃ×Ｖｃｅ  …式（４）
磁化電流を流した場合におけるＩＧＢＴの温度上昇分「ΔＴ」は、式（１）により求まるスイッチング損失「Ｐ」を用いて、熱抵抗を「Ｒｔｈ」とし、熱時定数を「τ」とし、磁化電流が流れる時間を「ｔ」とすると、次式のように表される。
【００５９】
ΔＴ＝Ｐ×Ｒｔｈ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））  …式（５）
磁化直前のジャンクション温度を「Ｔｊ１」とすると、磁化後のジャンクション温度「Ｔｊ２」は、式（１）から式（５）を用いて、次のように表される。
【００６０】
Ｔｊ２＝Ｔｊ１＋ΔＴ
＝Ｔｊ１＋（Ｐｔｏｎ＋Ｐｔｏｆｆ＋Ｐｏｎ）×Ｒｔｈ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））
＝Ｔｊ１＋（Ｅｔｏｎ×ｆｃ＋Ｅｔｏｆｆ×ｆｃ＋Ｉｃ×Ｖｃｅ）×Ｒｔｈ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））  …式（６）
式（７）より、磁化電流「Ｉｃ」は、次式のように表される。
【００６１】
Ｉｃ＝１／Ｖｃｅ（（Ｔｊ２−Ｔｊ１）／Ｒｔｈ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））−ｆｃ（Ｅｔｏｎ＋Ｅｔｏｆｆ）  …式（７）
よって、温度検出センサＳＲにより検出されるジャンクション温度Ｔｊを、磁化直前のジャンクション温度「Ｔｊ１」として、スイッチング素子ＳＷが許容できる温度であるジャンクション許容温度を「Ｔｊ２」として、式（７）に用いることにより、ジャンクション許容温度を超えない範囲で、スイッチング素子ＳＷに流すことのできる磁化電流を推定することができる。ここで、ジャンクション許容温度を超えない範囲とは、ジャンクション許容温度との間に猶予を見た温度以下となる範囲である。
【００６２】
このようにして推定された値に基づいて、実測して調整することで、選択テーブルＴＬ１及び磁化電流テーブルＴＬ２を作成する。
【００６３】
図５から図８を参照して、本実施形態に係る磁化モード管理部２０における磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を出力する処理について説明する。図５は、磁化レベル選択部２０１に入力される磁化要求フラグＦｒｑの推移を表すグラフ図である。図６は、磁化レベル選択部２０１に入力されるジャンクション温度Ｔｊの推移を表すグラフ図である。図７は、磁化レベル選択部２０１から出力される磁化レベルＬＶの推移を表すグラフ図である。図８は、可変磁束モータ４に流す磁化電流Ｉｄｍを示す波形図である。なお、図６に示すジャンクション温度Ｔｊは、最も高温となっているスイッチング素子ＳＷに設けられた温度検出センサＳＲにより検出されたジャンクション温度Ｔｊであるとする。
【００６４】
ここでは、図５に示すように、時刻ｔ１１，ｔ２１，ｔ３１の時点で、磁化要求フラグＦｒｑが「１」になった場合について説明する。
【００６５】
まず、時刻ｔ１１で、磁化レベル選択部２０１には、磁化要求フラグＦｒｑが「１」になって入力される。
【００６６】
時刻ｔ１１では、図６に示すように、磁化レベル選択部２０１に入力されるジャンクション温度Ｔｊは、閾値温度ＴＨ１以下である。よって、磁化レベル選択部２０１は、磁化レベル１を磁化レベルＬＶとして選択する。磁化レベル選択部２０１は、図７に示すように、磁化電流Ｉｄｍを流す時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間、磁化レベルＬＶを磁化レベル１にして、磁化電流出力部２０２に出力する。
【００６７】
磁化電流出力部２０２は、磁化レベル選択部２０１から磁化レベル１として磁化レベルＬＶを受信すると、図８に示すように、８００［Ａ］を最大値とする磁化電流Ｉｄｍが可変磁束モータ４に流れるように、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を出力する。
【００６８】
時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間、磁化電流Ｉｄｍが流れると、図６に示すように、ジャンクション温度Ｔｊは、上昇する。但し、上述したように、磁化電流Ｉｄｍを流しても、ジャンクション温度Ｔｊは、ジャンクション許容温度ＴＨＭを超えない。
【００６９】
時刻ｔ１２から時刻ｔ２１の間は、磁化電流Ｉｄｍを流していないため、スイッチング素子ＳＷが冷却される。
【００７０】
次に、時刻ｔ２１で、磁化レベル選択部２０１には、磁化要求フラグＦｒｑが「１」になって入力される。
【００７１】
時刻ｔ２１では、図６に示すように、磁化レベル選択部２０１に入力されるジャンクション温度Ｔｊは、閾値温度ＴＨ１より大きくで、閾値温度ＴＨ２以下である。よって、磁化レベル選択部２０１は、磁化レベル２を磁化レベルＬＶとして選択する。
【００７２】
時刻ｔ１１から時刻ｔ１２の間と同様に、可変磁束モータ４には、磁化レベル２に対応する４００［Ａ］を最大値とする磁化電流Ｉｄｍが流れる。
【００７３】
同様にして、時刻ｔ３１では、磁化レベル３が選択され、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２の間、可変磁束モータ４には、磁化レベル３に対応する２００［Ａ］を最大値とする磁化電流Ｉｄｍが流れる。
【００７４】
図９は、本実施形態に係るモータドライブシステム１の適用された車両におけるモータ始動時のモータ出力を示すグラフ図である。
【００７５】
モータ始動前におけるモータ出力動作点Ａ０は、トルク及び回転数が共に０である。このとき、スイッチング素子ＳＷのジャンクション温度Ｔｊが、閾値温度ＴＨ２より大きく閾値温度ＴＨ３以下であったとする。
【００７６】
従って、可変磁束モータ４には、磁化レベル３に対応する磁化電流Ｉｄｍが流れる。これにより、可変磁束モータ４は、磁化レベル３に対応するモータ出力特性Ｐ３となる。この結果、可変磁束モータ４は、モータ出力動作点Ａ０からモータ出力動作点Ａ１に移行する。
【００７７】
車両が走行すると、走行風により、インバータ２のスイッチング素子ＳＷが冷却される。このため、スイッチング素子ＳＷのジャンクション温度Ｔｊが低下する。
【００７８】
次に、ジャンクション温度Ｔｊが閾値温度ＴＨ２よりも小さくなったときに、磁化要求フラグＦｒｑが立つと、可変磁束モータ４には、磁化レベル２に対応する磁化電流Ｉｄｍが流れる。これにより、可変磁束モータ４は、磁化レベル２に対応するモータ出力特性Ｐ２となる。この結果、可変磁束モータ４は、モータ出力動作点Ａ１からモータ出力動作点Ａ２に移行する。
【００７９】
さらに、走行風により、インバータ２が冷却され、閾値温度ＴＨ１よりも小さくなったときに、磁化要求フラグＦｒｑが立つと、可変磁束モータ４は、モータ出力動作点Ａ２からモータ出力動作点Ａ３に移行する。
【００８０】
このようにして、モータドライブシステム１は、スイッチング素子ＳＷがジャンクション許容温度ＴＨＭを超えない範囲で、できるだけ大きい磁化電流Ｉｄｍを流して、可変磁束モータ４の磁束を変化させる。
【００８１】
本実施形態によれば、スイッチング素子ＳＷに設けられた温度検出センサＳＲにより検出されたジャンクション温度Ｔｊに基づいて、インバータ２から出力される磁化電流Ｉｄｍを制御することができる。即ち、インバータ２は、磁化前のジャンクション温度Ｔｊに基づいて、予め設定された磁化電流Ｉｄｍを流す。予め設定された磁化電流Ｉｄｍは、磁化後のジャンクション温度Ｔｊがジャンクション許容温度ＴＨＭを超えない範囲でできるだけ大きい値として推定された電流値になっている。
【００８２】
従って、モータドライブシステム１は、スイッチング素子ＳＷのジャンクション温度Ｔｊに基づいて、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を決定することで、ジャンクション許容温度ＴＨＭを超えずに、効率よく磁化電流Ｉｄｍを流して、可変磁束モータの磁束を変化させることができる。
【００８３】
（実施形態の変形形態）
実施形態は、以下のように変形して実施することができる。
【００８４】
実施形態において、検出されたジャンクション温度Ｔｊに対応して、磁化レベルＬＶを決定して、インバータ２から出力させる磁化電流Ｉｄｍを決定する構成としたが、これに限らない。検出されたジャンクション温度Ｔｊに対して、演算処理をし、この演算処理結果に基づいて、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を決定してもよい。例えば、磁化モード管理部２０は、検出されたジャンクション温度Ｔｊから上記式（１）から式（８）などを用いて、ジャンクション許容温度ＴＨＭを超えない範囲内で流すことのできる最大の磁化電流を推定し、この推定した磁化電流に基づいて、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を決定してもよい。この際、実施形態のように、推定した磁化電流に基づいて、磁化レベルＬＶを決定することにより、磁化電流指令値Ｉｄｍ＊を決定してもよい。
【００８５】
なお、実施形態において、可変磁束モータ４の回転角度（位相）θを検出するために回転角度センサ５を設ける構成としたが、これに限らない。可変磁束モータ４の回転角度θは、インバータ４の出力電流を検出し、検出された電流値に基づいて推定してもよい。このように推定された回転角度θを検出値として用いても、各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００８６】
実施形態において、可変磁束モータ４には、回転子に設けられた可変磁石の磁束を変化させるための磁化巻線が設けられていてもよい。また、この磁化巻線に磁化電流を流すための専用インバータなどを設けた磁化回路をモータドライブシステムに備えていてもよい。
【００８７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１…モータドライブシステム、２…インバータ、３…直流電源、４…可変磁束モータ、５…回転角度センサ、８Ｕ，８Ｗ…交流電流検出器、１０…制御部、１１…擬似微分器、１２…磁束指令演算部、１３…電流基準演算部、１４…座標変換部、１５…電圧指令演算部、１６…座標変換部、１７…ＰＷＭ回路、１８…ゲート指令生成部、１９…磁化要求生成部、２０…磁化モード管理部、ＡＤ１…加算器、ＳＲ…温度検出センサ、ＳＷ…スイッチング素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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