(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータのスイッチングタイミングを制御するＰＷＭ変調手段と、
前記ＰＷＭ変調手段にキャリア信号を供給するキャリア信号供給手段と、
を有する電力変換器の保護回路であって、
前記キャリア信号は少なくとも高低２つの周波数を有し、
前記キャリア信号供給手段は、高周波数キャリア信号から低周波数キャリア信号の切替を指示するトリガを得ると高周波数キャリア信号を所定時間維持した後に低周波数キャリア信号に切り替えて供給するとともに、前記所定時間を前回切替時の維持時間よりも漸次減少させることを特徴とする電力変換器の保護回路。
【請求項２】
請求項１記載の回路において、
前記キャリア信号供給手段は、前回切替時から一定時間以上経過していない場合に、前記所定時間を前回切替時の維持時間よりも減少させることを特徴とする電力変換器の保護回路。
【請求項３】
請求項１、２のいずれかに記載の回路において、
前記インバータは、車両のモータを駆動するものであり、
前記モータにより駆動される車輪の、運転者によるアクセル操作にかかわらずモータの回転がない状態をロック状態として検出する手段と、
を有し、
前記キャリア信号供給手段は、前記車輪のロック状態検出をトリガとして高周波数キャリア信号を第１所定時間維持した後に低周波数キャリア信号に切り替えて供給し、運転者によるアクセル操作中止後のアクセル操作再開時点において再び前記車輪のロック状態を検出した場合に、再びトリガを得て高周波数キャリア信号を前記第１所定時間よりも短い第２所定時間だけ維持した後に低周波数キャリア信号に切り替えて供給することを特徴とする電力変換器の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力変換器の保護回路、特にインバータの温度保護に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電力変換用インバータの温度保護を図る回路が提案されている。例えば、特開平９−１２１５９５号公報には、インバータの温度を監視し、一定温度以上に上昇した場合に、高周波なキャリア信号から低周波なキャリア信号に切り替えてＰＷＭ変調し、インバータのスイッチングを制御する技術が開示されている。
【０００３】
しかし、キャリア信号の周波数を低く設定すると、応答性が低下するとともにノイズが増大するため、低周波数状態が継続して続くと特に電気自動車に適用した場合に走行性の低下を招くことになる。
【０００４】
そこで、キャリア周波数を一律に高周波から低周波に切り替えるのではなく、インバータがある一定温度以上に上昇した場合には高周波状態を一定時間継続し、その後低周波に切り替えることで温度保護と走行性の両立を図ることが考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、坂道もしくは車止めなどで車輪がロックしてしまう場合、インバータにロック電流が流れてインバータの温度が急激に上昇することになる。このような状況下で一定時間で高周波と低周波を切り替え制御していると、低周波数制御時にインバータの温度が充分低下せず、次の高周波数制御時に再びインバータの温度が上昇してしまい、低周波数制御に切り替わる前に過熱してしまうおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、インバータの過熱を確実に防止するとともに騒音や応答性の低下を抑制し、電気自動車の走行性に与える影響を抑制できる保護回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータのスイッチングタイミングを制御するＰＷＭ変調手段と、前記ＰＷＭ変調手段にキャリア信号を供給するキャリア信号供給手段とを有する電力変換器の保護回路であって、前記キャリア信号は少なくとも高低２つの周波数を有し、前記キャリア信号供給手段は、高周波数キャリア信号から低周波数キャリア信号の切替を指示するトリガを得ると高周波数キャリア信号を所定時間維持した後に低周波数キャリア信号に切り替えて供給するとともに、前記所定時間を前回切替時の維持時間よりも漸次減少させることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、車両に搭載する場合を例にとり説明する。
【０００９】
図１には、本実施形態の構成ブロック図が示されている。メインバッテリ１０からの直流電力をインバータ１２で３相交流電力に変換し、交流モータ１４を駆動する。
【００１０】
インバータ１２はＩＧＢＴ（インシュレーテッドゲートバイポーラトランジスタ）をスイッチング素子とし、これらのスイッチング素子をＯＮ、ＯＦＦ制御することで電力変換を行う。各スイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦは、ＰＷＭ変調部２２からのＰＷＭ信号により制御される。
【００１１】
ＰＷＭ変調部２２に対してキャリア信号を供給する供給手段として、車輪ロック判定部１６、キャリア信号切替部１８及びキャリア信号発生部２２が設けられている。
【００１２】
車輪ロック判定部１６は、例えばアクセルペダルを踏み込んでいるにもかかわらずモータ１４の回転数が０であるか否かにより車輪のロック状態を検出し、検出信号をキャリア信号切替部１８に供給する。
【００１３】
キャリア信号切替部１８はタイマを内蔵し、車輪がロックしてインバータ１２の温度が上昇する場合に、一定時間高周波とする指令をキャリア信号発生部２０に供給するとともに、その後低周波とする指令を供給する。そして、車輪ロック状態が継続して存在する場合、あるいは車輪ロック状態が解除されたが、短時間のうちに再びロック状態となった場合には、キャリア信号切替部１８は、高周波とする時間を前回の時間よりも漸次減少させていく。
【００１４】
キャリア信号発生部２０は、キャリア信号切替部１８からの指令に基づいて高周波（例えば１０ｋＨｚ）のキャリア信号及び低周波（例えば２ｋＨｚ）のキャリア信号を発生してＰＷＭ変調部２２に供給する。
【００１５】
なお、キャリア信号切替部１８や車輪ロック判定部１６は、例えば車両の走行状態を監視するマイクロコンピュータで構成することができる。
【００１６】
図２には、本実施形態におけるキャリア信号切替部１８の処理フローチャートが示されている。まず、パラメータｎを１に初期化し（Ｓ１０１）、車輪がロックしているか否かを車輪ロック判定部１６からの信号により判定する（Ｓ１０２）。車輪がロックしている場合には、次に前回キャリア周波数を高周波数から低周波数に切り替えてから一定時間Ｔｔｈ以上経過しているか否かを判定する（Ｓ１０３）。一定時間Ｔｔｈ以上経過している場合には、パラメータｎを１のまま維持し、ノーマルキャリア周波数、つまり高周波数Ｆの継続時間Ｔを
【数１】
Ｔ＝Ｔノーマル×１／ｎ＝Ｔノーマル×１／１
とする（Ｓ１０５）。すなわち、Ｔノーマル（ｓｅｃ）間は高周波数を維持し、その後低周波に切り替える指令をキャリア信号発生部２０に出力する。車輪がロックし続ける間、この低周波数キャリア信号によりインバータ１２が駆動され、温度上昇が抑制される。車輪ロック状態が解除されると再びノーマルキャリア周波数、つまり高周波数指令がキャリア信号発生部２０に出力される。
【００１７】
一方、車輪ロック状態が一旦解除され、再び車輪がロックした場合であって、前回キャリア周波数を高周波数から低周波数に切り替えてから一定時間Ｔｔｈ以上経過していない場合には、インバータ１２の温度が充分低下していないおそれがあるため、パラメータｎを１だけインクリメントし（Ｓ１０４）、ノーマルキャリア周波数、つまり高周波数Ｆの継続時間Ｔを
【数２】
Ｔ＝Ｔノーマル×１／ｎ＝Ｔノーマル×１／２
とする（Ｓ１０５）。すなわち、ノーマルキャリア周波数の継続時間は前回の継続時間の１／２と半分に減少される。この結果、より早く低周波数制御に切り替わることになるので、短時間のうちに再度車輪がロックしてもインバータ１２の温度上昇が抑制される。
【００１８】
図３には、以上述べた処理によるキャリア周波数の切替の様子がタイミングチャートで示されている。図において、（Ａ）はインバータ１２の温度の時間変化を示し、（Ｂ）はキャリア周波数の時間変化を示し、（Ｃ）はアクセル開度の時間変化を示している。（Ｃ）に示すように、電気自動車（ハイブリッド車も含む）の運転者がある時刻にアクセルを操作し車輪がロックした場合、（Ａ）に示すようにインバータ１２の温度が上昇し始める。このとき、キャリア信号切替部１８からの指令により（Ｂ）に示すように時間Ｔ１（Ｔ１＝Ｔノーマル）までは高周波数キャリア信号によりＰＷＭ制御され、その後低周波数キャリア信号に切り替わる。低周波数キャリア信号に切り替わることにより、（Ａ）に示すようにインバータ１２の温度も低下し、過熱を防止できる。この状態で運転者がアクセルの操作を中止すると、キャリア信号発生部からキャリア信号は出力されず０となる。
【００１９】
その後、運転者が再びアクセルを操作した場合、車輪がロック状態にあれば前回低周波数に切り替えてから一定時間Ｔｔｈが経過しているか否かが判定され、経過していない場合には高周波数キャリア信号の継続時間をＴ１ではなくＴ２とする。ここで、Ｔ２＝Ｔ１／２である。したがって、時間Ｔｔｈの間にインバータ１２の温度が充分低下していなくても、今回の高周波数キャリア信号の継続時間が短く迅速に低周波数キャリア信号に切り替わるので（Ａ）に示すようにインバータ１２の過熱を防止することができる。
【００２０】
このように、本実施形態では、インバータの温度を低下させるために一律にキャリア信号の周波数を低下させるのではなく、高周波数と低周波数のキャリア信号をともに用いて切替制御するとともに、高周波数キャリア信号の継続時間を一定ではなく徐々に減少させることで、ノイズを低減させるとともにインバータの温度保護を図ることができる。
【００２１】
なお、本実施形態においてＴ２＝Ｔ１／２としているが、この後さらに運転者がアクセルを操作した場合には、高周波数の継続時間Ｔ３をＴ３＝Ｔ１／２としてもよく、あるいはＴ３＝Ｔ２／２、あるいはＴ３＝Ｔ１／３としてもよい。要は、高周波数の継続時間を前回よりも減少させるという思想が本質であり、減少の態様は適宜設定できる。
【００２２】
また、本実施形態ではキャリア信号の周波数を高周波数及び低周波数の２段階に切り替えているが、周波数を３段階あるいはそれ以上に切り替えて制御することも可能である。
【００２３】
図４には、キャリア周波数を３段階（３つの周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３でＦ１＞Ｆ２＞Ｆ３とする）に切り替える場合の制御例がタイミングチャートで示されている。車輪がロックした場合、周波数Ｆ１の継続時間をＴ１ａ、周波数Ｆ２の継続時間をＴ１ｂとして低周波数Ｆ３のキャリア信号に切り替える。その後、再び車輪がロックした際、前回切り替えてからの経過時間（Ｆ２からＦ３に切り替えてからの経過時間）が一定時間Ｔｔｈに達していない場合には、今回の継続時間としてＦ１はＴ２ａ、Ｆ２はＴ２ｂとし、Ｔ２ａ＝Ｔ１ａ／３、Ｔ２ｂ＝Ｔ１ｂ／２などと減少させる。これによっても、走行性の劣化を防止しつつインバータの温度保護を図ることができる。なお、このように徐々に周波数を低下させることでノイズが徐々に増大するため、運転者に対して車輪ロック状態にありインバータの温度が上昇し易い状況にあることを報知できるという効果もある。
【００２４】
さらに、本実施形態では、車輪がロックしたことをトリガとしてキャリア信号の周波数を制御しているが、車輪ロック以外にインバータの過熱のおそれがある任意の状況に適用することができる。もちろん、インバータ１２に温度センサを設け、インバータの温度がある一定温度以上（例えば、図３（Ａ）に示す温度Ｔａを基準温度とする）になったことをトリガとしてキャリア信号の周波数を制御してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればノイズ発生や応答性低下という走行性能の低下を抑制しつつ、電力変換器の過熱を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の処理フローチャートである。
【図３】本発明の実施形態のタイミングチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０  メインバッテリ、１２  インバータ、１４  モータ、１６  車輪ロック判定部、１８  キャリア信号切替部、２０  キャリア信号発生部、２２  ＰＷＭ変調部。
【図１】
0003555460.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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