(57)【要約】【課題】  スイッチング素子の温度上昇を防止するためのトルク制限量を最小にすることで、通電能力向上によるインバータの高パワー小型化を実現する。【解決手段】  インバータ装置３は、電動機５を駆動制御するインバータ２のスイッチング素子温度Ｔｊが、素子上限温度ＴＬ１以下に抑制されるよう電動機５のトルク指令値に制限を加えるトルク制限部１１を備える。このトルク制限部１１は、素子上限温度ＴＬ１より低いトルク制限開始温度ＴＬ０と素子温度Ｔｊとの偏差に比例した値Ｔａと、素子温度Ｔｊの変化率に比例した値Ｔａ１とを加算して、トルク抑制値Ｔａ２を求める抑制手段１３と、素子上限温度ＴＬ１と素子温度Ｔｊとの偏差の積分値をトルク抑制緩和値Ｔｂとして求める抑制緩和手段１４と、トルク抑制値Ｔａ２からトルク抑制緩和値Ｔｂを減算してトルク制限値を求める第１減算器１８と、前記トルク指令値からトルク制限値を減算して制限トルク指令値を求め、インバータのゲート生成部に出力する第２減算器２０とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子のオンオフにより直流電力を交流電力に変換し電動機を駆動制御するインバータと、
前記インバータのスイッチング素子近傍に設置されスイッチング素子温度を検出する温度検出部と、
前記電動機が発生するトルクが、トルク指令値に一致するよう前記インバータのスイッチング素子をオンオフ制御するゲート生成部と、
前記温度検出部から得られるスイッチング素子温度が素子上限温度以下に抑制されるよう前記電動機のトルク指令値に制限を加えるトルク制限部とを備え、
前記トルク制限部は、
前記素子上限温度より低いトルク制限開始温度と前記スイッチング素子温度との偏差に比例定数を乗算した第１乗算値と、前記スイッチング素子温度の変化率に微分定数を乗算した第２乗算値を加算して、前記トルク抑制値を求める抑制手段と、
前記素子上限温度と前記スイッチング素子温度との偏差の積分値をトルク抑制緩和値として求める抑制緩和手段と、
前記抑制手段にて求めたトルク抑制値から、前記抑制緩和手段にて求めたトルク抑制緩和値を減算してトルク制限値を求める第１減算器と、
前記トルク指令値から前記第１減算器で求めたトルク制限値を減算して制限トルク指令値を求め、前記ゲート生成部に出力する第２減算器と、
を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子温度又は前記トルク指令値に応じて、前記抑制手段にて用いられる積分定数を可変する可変手段を更に具備し、
前記抑制緩和手段は、前記可変手段にて可変された積分定数を前記偏差の積分値に乗算して前記トルク抑制緩和値を求めることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子温度又は前記トルク指令値に応じて、前記抑制手段にて用いられる比例定数を可変する可変手段を更に具備し、
前記抑制手段は、前記第１乗算値を、前記スイッチング素子温度に前記可変手段にて可変された比例定数を乗算して求めることを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子温度又は前記トルク指令値に応じて、前記抑制手段にて用いられる前記微分定数を可変する可変手段を更に具備し、
前記抑制手段は、前記第２乗算値を、前記スイッチング素子温度の変化率に、前記可変手段にて可変された微分定数を乗算して求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子をスイッチングする周波数を、前記スイッチング素子温度の上昇に応じて低減させる手段を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機を駆動するインバータ装置に関し、特にインバータを構成するスイッチング素子の温度に応じてトルクを制限する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機とエンジンを組み合わせたハイブリッド自動車、又は電動機のみで駆動する電気自動車に用いられる電動機はインバータ装置で駆動される。このインバータ装置は、直流電力を交流電力に変換し、所定のトルク及び周波数で電動機を駆動する。インバータは自動車内に組み込まれ、搭乗スペースの確保のために小型化及び高パワー化が望まれている。
【０００３】
自動車の走行環境によってインバータの運転温度が大きく変動し、特にエンジンルームにインバータを搭載したハイブリッド自動車においては、エンジンの発熱の影響でインバータは高温になる。インバータ内のスイッチング素子は、このような周囲温度に加えて、スイッチング素子自身に電流が流れることによる定常損失、オン・オフによるスイッチング損失の影響で温度が上昇し、ある温度を超えると破壊に至る恐れがある。
【０００４】
スイッチング素子の破壊を回避するために、インバータを冷却したり、又はスイッチング素子やインバータの温度を監視してトルクやスイッチング周波数を制限したりすることが行われている。インバータの冷却向上のためには放熱フィンを大きくする必要があるが、放熱フィンを大きくすると重量や体積が共に大きくなる。一方、スイッチング周波数を低減すると、リップル電流が増加しコンデンサが発熱したり制御性に悪影響を与えることがある。
【０００５】
このような事情から、最終的には電動機のトルクを制限し、スイッチング素子自身に流れる電流を低減してスイッチング素子の発熱を抑えることになる。そこで、インバータのスイッチング素子が所定温度を超えたときはトルク制限を開始し、上昇温度と温度変化率とに比例したトルク制限をかけ、スイッチング素子の発熱を抑えスイッチング素子の破壊を回避するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、パワートランジスタモジュールの温度上昇率を検出し、温度上昇率が所定値以上である場合にはパワートランジスタモジュールの保護動作を行うようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２１０７９０号公報
【特許文献２】特開平９−１４０１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１、２は、スイッチング素子が所定温度を超えたときはトルク制限を加えるものであるが、状況に応じた適切なトルク制限量については考慮されていない。スイッチング素子温度を監視して保護をかければ、スイッチング素子の破壊は免れるが、温度と温度上昇率を測定し、トルクを制限する方式では、一般に必要以上にトルクが制限され、スイッチング素子の能力を十分に引き出しているとはいえない。
【０００８】
例えば、トルク制限量をスイッチング素子の温度に比例した値とする場合には、温度に乗算する比例定数として最高周囲温度を想定した定数を用いることになる。これは、スイッチング素子の破壊を確実に防止するには、周囲温度が最も高い状態を想定してトルク制限量を決定する必要があるからである。そのため、周囲温度が低い状態では必要以上にトルク制限がかかり、運転者の操作快適性を損なう恐れがある。
【０００９】
トルク制限量を最小にするためには、周囲温度に応じた比例定数を設定する必要があり、そのためには、周囲温度を計測するシステムの導入や比例定数を設定するための検証を必要とする。そうすると、制御は複雑化し、信頼性の低下やインバータの体積やコストが増大する弊害が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、スイッチング素子の温度上昇を防止するためのトルク制限量を最小にすることで、通電能力向上によるインバータの高パワー小型化を図ると共に、運転者の操作快適性の向上及び制御の簡素化を図ることができるインバータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態にかかるインバータ装置は、スイッチング素子のオンオフにより直流電力を交流電力に変換し電動機を駆動制御するインバータと、前記インバータのスイッチング素子近傍に設置されスイッチング素子温度を検出する温度検出部と、前記電動機が発生するトルクが、トルク指令値に一致するよう前記インバータのスイッチング素子をオンオフ制御するゲート生成部と、前記温度検出部から得られるスイッチング素子温度が素子上限温度以下に抑制されるよう前記電動機のトルク指令値に制限を加えるトルク制限部とを備える。このトルク制限部は、前記素子上限温度より低いトルク制限開始温度と前記スイッチング素子温度との偏差に比例定数を乗算した第１乗算値と、前記スイッチング素子温度の変化率に微分定数を乗算した第２乗算値を加算して、前記トルク抑制値を求める抑制手段と、前記素子上限温度と前記スイッチング素子温度との偏差の積分値をトルク抑制緩和値として求める抑制緩和手段と、前記抑制手段にて求めたトルク抑制値から、前記抑制緩和手段にて求めたトルク抑制緩和値を減算してトルク制限値を求める第１減算器と、前記トルク指令値から前記第１減算器で求めたトルク制限値を減算して制限トルク指令値を求め、前記ゲート生成部に出力する第２減算器とを備える。
【００１２】
スイッチング素子温度を所定上限温度以上に上昇させるトルク指令値Ｔｒｑａがアクセル装置から入力された場合、スイッチング素子は上限温度を維持して駆動され、その性能が十分発揮される。従来の温度を監視する方式では、周囲温度が低い状況では上限温度と実際の運転温度に隔たりがある。積分動作を導入することにより、高トルク発生時、どのような周囲温度においても上限温度で運転することが可能となる。
【００１３】
更に、スイッチング素子温度に微分器を導入することによって、急激なトルク指令値の上昇に対してトルク抑制をかけられるので、素子上限温度を超えることなくインバータ装置を運転できる。また、過剰なトルク抑制がなされるとスイッチング温度は下降に転じるので、微分器が出力するトルク抑制値は負の値となる。つまり、トルク抑制を緩和（減少）する作用が働き、過剰なトルク抑制を防止できる。このように本発明により、スイッチング素子温度を上限温度以下に抑制しながら、スイッチング素子の性能を十分発揮するためにトルク制限を最小にしてインバータを運転できる。
【発明の効果】
【００１４】
スイッチング素子の温度上昇を防止するためのトルク制限量を最小にすることで、通電能力向上によるインバータの高パワー小型化を図ると共に、運転者の操作快適性の向上及び制御の簡素化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係わるインバータ装置の構成図。
【図２】本発明によるトルク制限部の第１実施形態を示すブロック構成図。
【図３】本発明の第１実施形態におけるインバータのスイッチング素子温度Ｔｊが素子上限温度ＴＬ１を超える場合の動作特性図。
【図４】本発明の第１実施形態におけるインバータのスイッチング素子温度Ｔｊが、トルク制限開始温度ＴＬ０と素子上限温度ＴＬ１の間に保たれる場合の動作特性図。
【図５】本発明によるトルク制限部の第２実施形態を示すブロック構成図。
【図６】比例定数Ｋｐ、積分定数Ｔｉ又は微分定数Ｋｄの可変動作概要を示す図。
【図７】制御開始温度ＴＬ０の可変動作概要を示す図。
【図８】トルク指令値Ｔｑａに応じて、制御定数（ＴＬ０，Ｋｐ，Ｔｉ，Ｋｄ）を可変する動作の概要を示す図。
【図９】スイッチング素子温度Ｔｊに応じて、キャリア周波数ｆｃを可変する動作の概要を示す図。
【図１０】制御定数（ＴＬ０，Ｋｐ，Ｔｉ，Ｋｄ）の他の可変動作概要を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態に係わるインバータ装置の構成図である。図１では電気自動車の電動機５にインバータ装置３を適用した場合を示しているが、本発明の実施の形態に係わるインバータ装置３は、電気自動車のみならず電気推進船等の電動機にも適用できる。
【００１８】
インバータ装置３は、直流電源４からの直流電力を交流電力に変換し電動機５を駆動するインバータ２と、インバータ２を構成するスイッチング素子Ｓの温度を検出する温度検出器９と、スイッチング素子Ｓにゲート信号ｇを出力するゲート回路１５、直流電源４の電圧を検出する電圧検出器３２及び演算制御装置１０を含み、演算制御装置１０は、トルク制限部１１及びゲート生成部１２を含む。
【００１９】
電動機５のトルク指令値Ｔｑａは、アクセル装置１からトルク制限部１１に入力される。トルク制限部１１には、温度検出回路９から得られるスイッチング素子温度Ｔｊも入力される。トルク制限部１１は、スイッチング素子温度Ｔｊに応じてトルク指令値Ｔｑａにトルク制限を加え、制限トルク指令値Ｔｑｂをゲート生成部１２に出力する。
【００２０】
制限トルク指令値Ｔｑｂは、制限が加えられずにトルク指令値Ｔｑａがそのまま出力される場合と、トルク指令値Ｔｑａに制限が加えられてトルク指令値Ｔｑａと異なった値が出力される場合とがある。以下の説明では、それら双方を含んだトルク指令値を制限トルク指令値Ｔｑｂとする。
【００２１】
ゲート生成部１２は、電動機５が制限トルク指令値Ｔｑｂを満たすトルクを発生するように、トルク指令値Ｔｑｂに対応する電流指令値を演算し、該電流指令値に基づいてゲート指令ｄを生成し、ゲート回路１５に出力する。ゲート回路１５はゲート指令ｄをフォトカプラー等により絶縁すると共に電流増幅を行い、ゲート信号ｇをスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎに出力する。この結果、インバータ３は、上記演算した電流指令値に一致する電流を電動機５に出力する。
【００２２】
インバータ２では、直流電圧を平滑化するコンデンサ７が入力段に接続され、スイッチング素子Ｓ（Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎ）によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相のブリッジ回路が構成されている。Ｕ相のブリッジ回路は、スイッチング素子Ｓｕｐとスイッチング素子Ｓｕｎとの接続点が電動機５に接続されている。スイッチング素子Ｓｕｐとスイッチング素子Ｓｕｎとには還流ダイオードＤｕｐ、Ｄｕｎがそれぞれ逆並列に接続されている。Ｖ相についても同様に、Ｖ相のブリッジ回路は、スイッチング素子Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、還流ダイオードＤｖｐ、Ｄｖｎで構成される。また、Ｗ相のブリッジ回路は、スイッチング素子Ｓｗｐ、Ｓｗｎ、還流ダイオードＤｗｐ、Ｄｗｎで構成される。インバータ２では、ゲート信号ｇ（制限トルク指令値Ｔｑｂ）に応じてスイッチング素子ＳがＯＮ／ＯＦＦし、直流電源４の直流電力を交流電力に変換して電動機５を駆動し、電動機５は車輪６を回転駆動する。
【００２３】
スイッチング素子Ｓ（Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎ）のいずれか１つ又は複数の近傍に温度センサ８が設けられる。この実施の形態では温度センサ８がダイオードである場合を示している。ダイオードは定電流の条件では、温度が上昇すると順方向電圧が小さくなる傾向にある。ダイオードに一定の電流を供給し、順方向電圧を測定することによって、スイッチング素子Ｓの温度が得られる。温度センサ８はダイオード以外のものでもよいが、応答性が高く高精度のものが望ましい。温度センサ８が出力した電圧は、温度検出回路９を通して制御演算装置１０に入力される。
【００２４】
図２はトルク制限部１１のブロック構成図である。トルク制限部１１には、トルク指令値Ｔｑａ及び温度検出器９で検出されたスイッチング素子温度Ｔｊを入力し、スイッチング素子温度Ｔｊに基づいてトルク指令値Ｔｑａに制限を加えるものである。
【００２５】
スイッチング素子温度Ｔｊは、トルク制限部１１のトルク抑制手段１３及びトルク抑制緩和手段１４に入力される。トルク抑制手段１３は減算器１６と比例器１９とから構成され、減算器１６はスイッチング素子温度Ｔｊと予め定めたトルク制限開始温度ＴＬ０との偏差Ｔｄ１を求める。比例器１９はその偏差Ｔｄ１に比例定数Ｋｐを乗算してトルク抑制値Ｔａを求める。求められたトルク抑制値Ｔａは減算器１８に入力される。
【００２６】
一方、トルク抑制緩和手段１４は、減算器１７と積分器２１と積分値上限リミッタ２３とから構成される。減算器１７は予め定められた素子上限温度ＴＬ１とスイッチング素子温度Ｔｊとの偏差Ｔｄ２を求め、積分器２１はその偏差を積分して積分値Ｔｂを求める。積分値上限リミッタ２３は、積分値Ｔｂが比例器１９から出力されるトルク抑制値Ｔａ以下となるように制限する。求められたトルク抑制緩和値Ｔｂは減算器１８に入力される。
【００２７】
減算器１８は、トルク抑制手段１３からのトルク抑制値Ｔａとトルク抑制緩和手段１４からのトルク抑制緩和値Ｔｂ２との偏差を求め、その偏差を初期トルク制限値Ｔｃとして出力する。初期トルク制限値Ｔｃはトルク制限値上下限リミッタ２５を通りトルク制限値変化率上下限リミッタ２６に供給され、変化率上下限リミッタ２６からトルク制限値Ｔｃ１として減算器２０に出力される。
【００２８】
一方、トルク指令値Ｔｑａは、トルク指令値変化率上限リミッタ２７及びトルク指令値上限リミッタ２８を通って減算器２０に入力され、減算器２０はトルク指令値Ｔｑａからトルク制限値Ｔｃ１を減算して制限トルク指令値Ｔｑｂを求め、図１のゲート生成部１２に出力する。
【００２９】
ここで、素子上限温度ＴＬ１はスイッチング素子温度Ｔｊをある温度以下に抑制したいときの設定温度である。また、トルク制限開始温度ＴＬ０は、トルク制御部１１がトルク指令値Ｔｑａに対して制限をかけ始めるときの温度であり、素子上限温度ＴＬ１より小さい値に予め設定される。
【００３０】
トルク抑制手段１３の減算器１６は、スイッチング素子温度Ｔｊからトルク制限開始温度ＴＬ０を減算し、比例器１９は比例定数Ｋｐを乗算した値をトルク抑制値Ｔａとして出力する。それに対し、トルク抑制緩和手段１４の減算器１７は、素子上限温度ＴＬ１からスイッチング素子温度Ｔｊを減算し、該減算値を積分器２１は積分時間Ｔｉごとに加算した値をトルク抑制緩和値Ｔｂとして出力する。この場合、トルク抑制緩和値Ｔｂはトルク抑制値Ｔａを上回らないように、積分値上限リミッタ２３が制限をかける。
【００３１】
トルク抑制値Ｔａからトルク抑制緩和値Ｔｂを減算した値を初期トルク制限値Ｔｃとする。初期トルク制限値Ｔｃは、トルク制限値上下限リミッタ２５にて、零以上の値で、トルク指令値上限リミッタ２８を通ったトルク指令値Ｔｑａ１までの値に制限される。また、トルク制限値変化率上下限リミッタ２６にてその変化率に制限が加えられ、トルク制限値Ｔｃ１として減算器２０に出力される。減算器２０はトルク指令値Ｔｑａ１からトルク制限値Ｔｃ１を減算し、新たな制限トルク指令値Ｔｑｂを提供する。
【００３２】
トルク指令値変化率上限リミッタ２７は、スイッチング素子温度Ｔｊがトルク制限開始温度ＴＬ０より高い場合に、トルク指令値Ｔｑａの上昇率を所定変化率以下に抑えるものである。トルク指令値上限リミッタ２８は、トルク制限値Ｔｃ１が零を上回るとき、トルク指令値Ｔｑａに制限を加えトルク指令値Ｔｑａ１の上昇を零とする。
【００３３】
次に、本発明の動作を詳細に説明する。図３は本発明の実施の形態におけるインバータのスイッチング素子温度Ｔｊが、素子上限温度ＴＬ１を超える場合の動作特性図である。図３は、電動機５のトルクがアクセル装置１から発せられたトルク指令値Ｔｑａになるように制御した結果、スイッチング素子温度Ｔｊがトルク制限開始温度ＴＬ０を越え、さらに素子上限温度ＴＬ１を超える場合の特性を示している。図３においてトルク指令値Ｔｑａは一定値とする。
【００３４】
この場合、スイッチング素子温度Ｔｊは、トルク制限開始温度ＴＬ０を超えた後、一時的に下降し、再度上昇して最終的に素子上限温度ＴＬ１に制限される特性となる。
【００３５】
図３のように、時点ｔ０においてアクセル装置１からトルク指令値Ｔｑａが伝達されたとする。時点ｔ０では、スイッチング素子温度Ｔｊはトルク制限開始温度ＴＬ０以下なので、トルク抑制値Ｔａは負の値である。また、トルク抑制緩和値Ｔｂは零である。従って、減算器１８で演算される初期トルク制限値Ｔｃは負の値になる。
【００３６】
初期トルク制限値Ｔｃは、トルク制限値上下限リミッタ２５で零以下にはならないように制限をかけられるので、トルク制限値ｃ１はここでは零となる。つまり、トルク指令値Ｔｑａは制限されず、そのままゲート生成部１２に伝えられ、所望のトルクが得られる。このときは、制限トルク指令値Ｔｑｂはトルク指令値Ｔｑａと等しい。
【００３７】
その後、スイッチング素子温度Ｔｊが上昇しトルク制限開始温度ＴＬ０になる時点ｔ１まで、つまり、時点ｔ０〜時点ｔ１においては、スイッチング素子温度Ｔｊは上昇し続けるが、トルク制限開始温度ＴＬ０以下なので、トルク抑制値Ｔａは負の値である。また、減算器１７の出力である偏差Ｔｄ２は正の値であるが、積分器２１は積分値上限リミッタ２３によりトルク抑制値Ｔａ以下に抑制されるので、トルク抑制緩和値Ｔｂはトルク抑制値Ｔａに一致する値となる。従って、減算器１８で演算される初期トルク制限値Ｔｃは零となる。従って、トルク指令値Ｔｑａは制限されず、制限トルク指令値Ｔｑｂはトルク指令値Ｔｑａに等しい。
【００３８】
次に、時間ｔ１においてスイッチング素子温度Ｔｊがトルク制限開始温度ＴＬ０を超えると、トルク抑制値Ｔａが正の値となる。トルク抑制緩和値Ｔｂはトルク抑制値Ｔａより大きくならないように積分値上限リミッタ２３でリミットがかけられているので、制限開始時点での値は零であり、制限が開始されてからしばらくの間、トルク抑制緩和値Ｔｂの値は小さく、トルク制限にほとんど関与しない。従って、減算器１８からはトルク抑制値Ｔａにほぼ等しい初期トルク制限値Ｔｃが出力され、減算器２０ではトルク指令値Ｔｑａ１から、トルク抑制値Ｔａにほぼ等しいトルク制限値Ｔｃ１が減算され、制限トルク指令値Ｔｑｂを出力する。
【００３９】
そして、スイッチング素子温度Ｔｊがさらに上昇すると、トルク抑制値Ｔａは増大するので、トルク制限値Ｔｃ１も増大する。従って、制限トルク指令値Ｔｑｂが小さくなるので、時間ｔ２においてスイッチング素子温度Ｔｊは下降に転じる。しかし、時間が経過するとトルク抑制緩和値Ｔｂが増大するので、トルク制限値Ｔｃ１は緩和される方向に動く（小さくなる）ことから、時間ｔ３においてスイッチング素子温度Ｔｊは再び上昇することになる。
【００４０】
そして、時間ｔ４において、スイッチング素子温度Ｔｊが素子上限温度ＴＬ１まで上昇すると、減算器１７の出力Ｔｄ２は零付近の値となり、積分器２１の出力であるトルク抑制緩和値Ｔｂの増加は停止する。その後、トルク指令値Ｔｑａに対して、トルク制限値Ｔｃ１と素子温度Ｔｊが平衡状態となる。このようにして、スイッチング素子温度Ｔｊは素子上限温度ＴＬ１に保たれ、スイッチング素子の能力が安全な範囲で最大に発揮される。
【００４１】
次に、図４は本発明の実施の形態におけるインバータのスイッチング素子温度Ｔｊがトルク制限開始温度ＴＬ０と素子上限温度ＴＬ１の間に保たれる場合の動作特性図である。図４に示す特性図は、図３の場合より例えば周囲温度が低い又はトルク指令値Ｔｑａが小さい場合の特性を示している。
【００４２】
時間ｔ０においてトルク指令値Ｔｑａが伝達され、スイッチング素子温度Ｔｊがトルク制限開始温度ＴＬ０に達するまではトルク制限はかからない。時間ｔ１でスイッチング素子温度Ｔｊがトルク制限開始温度ＴＬ０に到達し、さらに、スイッチング素子温度Ｔｊがトルク制限開始温度ＴＬ０を超えると、トルク抑制値Ｔａが増加するのでトルク制限がかかる。一方、トルク抑制緩和値Ｔｂはトルク抑制値Ｔａより大きくならないように積分値上限リミッタがかかっているので、時間ｔ１の時点でトルク制限には関与しない。
【００４３】
図４に示すように、最終的にスイッチング素子温度Ｔｊが素子上限温度ＴＬ１に達しない場合には、素子上限温度ＴＬ１とスイッチング素子温度Ｔｊとの偏差は定常的に大きいので、トルク抑制緩和値Ｔｂは増大し続ける。その結果、トルク抑制緩和値Ｔｂはトルク抑制値Ｔａを上回ろうとし、逆にトルク制限を負の方向、つまりトルクを増大させる方向に制御が働こうとする。しかし、トルク抑制緩和値Ｔｂはトルク抑制値Ｔａを上回らないように積分値上限リミッタ２３にてリミットがかけられているので、時間ｔ２でトルク抑制緩和値Ｔｂはトルク抑制値ａに一致する。初期トルク制限値Ｔｃは、トルク抑制値Ｔａとトルク抑制緩和値Ｔｂの差分なので、結果的にトルク制限値Ｔｃ１は零となり、トルク制限がかからない。
【００４４】
このように、スイッチング素子温度Ｔｊが素子上限温度ＴＬ１に達しない程度のトルク指令値Ｔｑａにおいては、一時的にトルク制限がかかるものの最終的にはトルク制限を零とすることができる。従って、周囲温度が低い状態では必要以上にトルク制限を掛けることがなく、運転者の操作快適性を損なうことがなくなる。
【００４５】
次に、トルク制限値上下限リミッタ２５、トルク制限値変化率上下限リミッタ２６、トルク指令値変化率上限リミッタ２７、トルク指令値上限リミッタ２８について説明する。
【００４６】
まず、トルク制限値上下限リミッタ２５は、初期トルク制限値Ｔｃに対して、零以上及びトルク指令値Ｔｑａ１以下の制限をかけるものである。これは、電動機５が発生するトルクが、誤ってトルク指令値Ｔｑａ以上に上昇することを防止すると共に、トルク指令値Ｔｑｂが負になることを防ぐためである。
【００４７】
トルク制限値変化率上下限リミッタ２６は、トルク制限値上下限リミッタ２５で制限された初期トルク制限値Ｔｃに対して、変化率の上下限を設ける。これは、例えばエンジンと組み合わせて走るハイブリッド自動車に適用するときに効果的である。エンジン出力が初期トルク制限値Ｔｃによって抑制されたトルク補助システムにおいて、初期トルク制限値Ｔｃの変化率をエンジンの応答速度以下に抑えることによって、スムーズにエンジン出力の補助が実現できる。その結果、運転者はトルク制限がかかったことを意識せず、快適に走行することができる。このトルク制限値変化率上下限リミッタ２６は必ず設置しなければならないものではなく、用途に応じて適切な上下限値を設定して使用する。
【００４８】
次に、トルク指令値変化率上限リミッタ２７は、スイッチング素子温度Ｔｊがトルク制限開始温度ＴＬ０を上回ったときにのみ適用される。スイッチング素子温度Ｔｊがトルク制限開始温度ＴＬ０より高い状態で、さらにトルク指令値Ｔｑａが急激に上昇すると、比例定数Ｋｐ、積分時間Ｔｉ、又はトルク制限値変化率上下限リミッタ２６の上限値によっては、トルク制限がトルク指令値の上昇に追従できず、スイッチング素子温度Ｔｊが素子上限温度ＴＬ１を上回る可能性がある。トルク指令値変化率上限リミッタ２７でトルク指令値Ｔｑａの上昇を遅らせると、スイッチング素子温度Ｔｊが素子上限温度ＴＬ１を上回る前にトルク制限をかけることができ、問題を回避できる。
【００４９】
トルク指令値上限リミッタ２８は、トルク制限値Ｔｃ１が零を上回ったときに限定して使用される。トルク制限がかかっているときは、スイッチング素子温度Ｔｊが素子上限温度ＴＬ１と一致しているか、又はそれに準ずる状況である。よって、これ以上トルク指令値Ｔｑａを増大させると、スイッチング素子温度Ｔｊが素子上限温度ＴＬ１を上回る可能性が高いので、トルク指令値Ｔｑａを増大させないようにする。その結果、スイッチング素子温度Ｔｊが素子上限温度ＴＬ１を上回ることはない。
【００５０】
本実施形態によれば、スイッチング素子が所定温度を超えトルク制限を加える場合、周囲温度が低い状態では必要以上にトルク制限を掛けないように、トルク抑制緩和手段によりトルク制限を緩和するので、状況に応じた適切なトルク制限をかけることができ、運転者の操作快適性を損なうことを防止できる。 
次に本発明の第２の実施形態を説明する。
【００５１】
図５は、本発明のインバータ装置に適用されるトルク制限部１１の第２の実施形態を示すブロック構成図である。
【００５２】
本実施形態に係るトルク制限部１１は、前述した図２のトルク制限部１１に対し、微分器２９、加算器３０、及び定数可変手段３１が追加されている。微分器２９は減算器１６の減算結果を入力し、トルク制限開始温度ＴＬ０を超えるスイッチング素子温度Ｔｊの変化率を演算すると共に、該変化率に微分定数Ｋｄを乗算してトルク抑制値Ｔａ１を求める。加算器３０はトルク抑制値Ｔａ１と比例器１９で演算したトルク抑制値Ｔａを加算し、トルク抑制値Ｔａ２を出力する。このトルク抑制値Ｔａ２は、減算器１８及びリミッター２３に提供される。
【００５３】
微分器２９を導入することによって、素子温度が高温になることを予測でき、急激なトルク指令値の上昇に対してトルク抑制を早くかけられるので、素子上限温度ＴＬ１を超えることなくインバータ装置を運転できる。また、過剰なトルク抑制がなされると図３の時点ｔ２〜ｔ３間に見られるように、スイッチング温度Ｔｊは下降に転じるので、微分器２９が出力するトルク抑制値Ｔａ１は負の値となる。つまり、トルク抑制を緩和する方向に働き、過剰なトルク抑制を防止できる。
【００５４】
本実施形態では、制御定数である比例定数Ｋｐ、積分時間Ｔｉ、微分定数Ｋｄ、制御開始温度ＴＬ０は、インバータ運転中に可変される。定数可変手段３１は、スイッチング素子温度Ｔｊ、トルク指令値Ｔｑａ又はインバータ２の直流電圧Ｖｄｃ等に応じて、これら制御定数を可変する。
【００５５】
図６は定数可変手段３１の比例定数Ｋｐ、積分定数Ｔｉ又は微分定数Ｋｄの可変動作概要を示す図である。スイッチング素子温度Ｔｊが上昇するにつれて比例定数Ｋｐ、積分定数Ｔｉ又は微分定数Ｋｄを大きくすれば、素子上限温度ＴＬ１に近づくにつれてトルク抑制が強く働き、素子上限温度ＴＬ１を超える危険性を低減できる。
【００５６】
図７は定数可変手段３１による制御開始温度ＴＬ０の可変動作概要を示す図である。トルク指令値の変化率（ｄＴｑａ／ｄｔ）の増大により制御開始温度ＴＬ０を低く設定すれば、同様に素子上限温度ＴＬ１の超過を回避できる。このような制御定数の変化によって、スイッチング素子温度が低いときはトルク抑制が働きにくくなるので、運転者の操作快適性はさらに向上する。尚、トルク指令値の変化率と同様に、スイッチング素子温度の変化率（ｄＴｊ／ｄｔ）の増大に応じて制御開始温度ＴＬ０を低く設定しても、同様な効果が得られる。
【００５７】
特にハイブリッド自動車においては、トルクをエンジンとモータに振り分けられるので、モータが分担するトルクを運転者の意思に関わらず決定できる。あの時点で入力されているトルク指令値Ｔｑａに応じて制御定数を最適に設定できる。図８はトルク指令値Ｔｑａに応じて、制御定数（ＴＬ０，Ｋｐ，Ｔｉ，Ｋｄ）を設定する例を示す。定数可変手段３１は、比例定数Ｋｐ、積分定数Ｔｉ、微分定数Ｋｄをトルク指令値Ｔｑａの増加に応じて大きい値に設定し、制御開始温度ＴＬ１は逆に、トルク指令値Ｔｑａの増加に応じて小さい値に設定する。このように制御定数を設定することにより、素子上限温度ＴＬ１の超過を回避し、かつトルク抑制を最小にする制御を効果的に実現できる。
【００５８】
図９は、定数可変手段３１によるキャリア周波数ｆｃの可変動作概要を示す図である。この例では、スイッチング素子温度Ｔｊに応じて、インバータ２のキャリア周波数ｆｃが可変される。
【００５９】
インバータ２のスイッチング動作の基本となる三角波キャリア周波数ｆｃの低減によって、スイッチング素子Ｓのスイッチング損失を減少させ、スイッチング素子温度の上昇を抑制できる。インバータ装置の起動後、定数可変手段３１はスイッチング素子温度Ｔｊが制御開始温度ＴＬ０より低い温度ＴＬ２に達したら、ゲート生成部１２を制御してキャリア周波数を徐々に低減し、さらに温度Ｔｊが上昇して制御開始温度ＴＬ０に達したら、キャリア周波数を一定とし、前述したトルク抑制が行われる。このような制御を実施すれば、トルクの抑制を小さくすることができる。
【００６０】
次に上記第２実施形態の他の変形例を説明する。
【００６１】
図１０は定数可変手段３１による制御開始温度ＴＬ０、比例定数Ｋｐ、積分定数Ｔｉ又は微分定数Ｋｄの他の可変動作概要を示す図である。この例では、インバータ２の直流電源電圧Ｖｄｃの大きさに応じて、制御開始温度ＴＬ０、比例定数Ｋｐ、積分定数Ｔｉ又は微分定数Ｋｄが可変される。
【００６２】
インバータ２のスイッチング素子Ｓに印加される電圧によってスイッチング損失は変化し、スイッチング素子温度Ｔｊも変動する。電圧が大きくなるとスイッチング損失は大きくなる傾向にある。インバータ２の直流電源４の電源電圧Ｖｄｃを検出する電圧検出器３２を設置し、その検出値によって制御定数を決定すれば、素子上限温度ＴＬ１を超えることなくトルク抑制を小さくすることができる。例えば電圧Ｖｄｃが大きいときはスイッチング素子温度Ｔｊが上昇しやすいので、比例定数Ｋｐ、積分定数Ｔｉ又は微分定数Ｋｄを大きな値に設定し、制御開始温度ＴＬ０を低く設定すればよい。特に自動車に用いられるバッテリは電圧変動が大きいので、本制御による効果は大きい。
【００６３】
以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。
【符号の説明】
【００６４】
１…アクセル装置、２…インバータ、３…インバータ装置、４…直流電源、５…電動機、６…車輪、７…コンデンサ、８…温度センサ、９…温度検出回路、１０…制御演算装置、１１…トルク制限部、１２…ゲート生成部、１３…トルク抑制手段、１４…トルク抑制緩和手段、１５…ゲート回路、１６、１７、１８、２０、３０…減算器、１９…比例器、２１…積分器、２３…積分値上限リミッタ、２５…トルク制限値上下限リミッタ、２６…トルク制限値変化率上下限リミッタ、２７…トルク指令値変化率上限リミッタ、２８…トルク指令値上限リミッタ、２９…微分器、３０…加算器、３１…定数可変手段。
【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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【図１０】
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