(57)【要約】【課題】従来よりも構成を小規模とし、コストを低減できる電力変換装置を提供する。【解決手段】電源から供給される電力を変換して出力する電力変換部２１と、電力変換部２１を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（スイッチング素子群）を駆動制御するコントローラ２２とを有する電力変換装置２０において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はセンス電流を出力するセンス端子Ｓ１〜Ｓ６を備え、センス端子Ｓ１〜Ｓ６には抵抗器Ｒ１〜Ｒ６を接続し、コントローラ２２は、電力変換部２１に内蔵されるとともに、センス電流と抵抗器Ｒ１〜Ｒ６の両端にかかるセンス電圧の相関関係を記録する記録媒体と、検出するセンス電圧から相関関係に従って得られるセンス電流に基づいて発電電動機３０（出力機器）の作動状態を制御する機器制御手段とを有する。この構成によれば、従来では必要であった保護回路や電流センサが不要となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される電力を変換して出力機器に出力する電力変換部と、前記電力変換部を構成するスイッチング素子群を駆動制御する制御部とを有する電力変換装置において、
前記スイッチング素子群の各スイッチング素子はセンス電流を出力するセンス端子を備え、
前記センス端子には抵抗器を接続し、
前記制御部は、前記電力変換部に内蔵されるとともに、前記センス電流と前記抵抗器の両端にかかるセンス電圧との相関関係を記録する記録媒体と、検出する前記センス電圧から前記相関関係に従って得られる前記センス電流に基づいて前記出力機器の作動状態を制御する機器制御手段と、を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記出力機器が回転機である場合には、前記機器制御手段は前記センス電流に従って前記出力機器のトルクおよび回転数のうち一方または双方を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
検出する前記センス電圧が所定範囲外の前記センス電流になると、前記スイッチング素子群を保護するための制御を行う過電流制御手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記過電流制御手段は、前記スイッチング素子群の駆動を停止させる制御を行うか、または、前記スイッチング素子群の駆動を低下させる制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記過電流制御手段は、前記センス電流が通常限界値を超えると前記スイッチング素子群の駆動を低下させる制御を行い、さらに前記センス電流が許容値を超えると前記スイッチング素子群の駆動を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記記録媒体には、対象となるスイッチング素子にかかるゲート電圧および温度のうち一方または双方に対応して、前記センス電流と前記センス電圧との相関関係を記録することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記ゲート電圧および前記温度のうち一方または双方を入力し、当該入力した情報に基づいて前記センス電流を特定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記記録媒体には、前記センス電流と前記センス電圧との相関関係を示す特性線に関する情報を記録することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記機器制御手段および前記過電流制御手段が行う制御に関する情報を外部装置に報知する報知手段を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換部と制御部を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、電動機に流れる電流を電流センサで検出し、許容値を超える電流が所定頻度以上に発生した場合に異常を検出する異常検出装置の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この技術によれば、制御部（例えばマイコンやコントローラ等）は、ノイズ等によって電流が一時的に許容値を超えるような場合には異常とせず、持続的に許容値を超えるような場合に異常と判別する。なお、特許文献１に具体的な記載はないが、一時的とはいえ電流が許容値を超えるためにスイッチング素子を保護するための保護回路を備えなければならない。
【０００３】
コストを低減する方法として、センス端子を備えたスイッチング素子を用い、ＡＤ変換による過電流検出の遅れを防止するためにアナログ回路で構成した過電流検出回路の一例が開示されている（例えば特許文献２を参照）。この技術によれば、過電流を検出したらスイッチング素子を高速に遮断できるようにするため、センス端子に流れる電流が許容値を超えるかで判別する構成となっている。ただし、センス端子に流れる電流は温度に依存する特性があるため、当該温度による電流値の補償を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０９０９７号公報
【特許文献２】特開２００８−１３６３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１，２のいずれの技術にせよ、スイッチング素子を保護するための保護回路を備える必要がある。また、特許文献１の技術では、電流センサを別個に備えなければならない。したがって、構成が大規模になり、コストが嵩むという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、従来よりも構成を小規模とし、コストを低減できる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、電源から供給される電力を変換して出力機器に出力する電力変換部と、前記電力変換部を構成するスイッチング素子群を駆動制御する制御部とを有する電力変換装置において、前記スイッチング素子群の各スイッチング素子はセンス電流を出力するセンス端子を備え、前記センス端子には抵抗器を接続し、
前記制御部は、前記電力変換部に内蔵されるとともに、前記センス電流と前記抵抗器の両端にかかるセンス電圧との相関関係を記録する記録媒体と、検出する前記センス電圧から前記相関関係に従って得られる前記センス電流に基づいて前記出力機器の作動状態を制御する機器制御手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
なお、「電源」には電源自身のほか、コンバータ等を含む。「出力機器」は電力変換部から出力する電力を受けて作動可能な任意の機器を適用できる。例えば、回転機（すなわち発電機，電動機，発電電動機等）、電力系統、負荷等のうちで一以上が該当する。「スイッチング素子（群）」にはスイッチング機能を有する任意の半導体素子を用いることができ、例えばＩＧＢＴやパワートランジスタ等が該当する。
【０００９】
この構成によれば、制御部は電力変換部に内蔵されるため、センス端子に接続する抵抗器の両端にかかるセンス電圧を直接的に制御部に入力する。制御部に備える過電流制御手段は、まず入力したセンス電圧に対応するセンス電流を求める。具体的には、記録媒体に記録された相関関係の情報に基づいて決定する。相関関係の情報は任意に規定してよく、例えばデータテーブル形式で表す方法や、関数形式で表す方法等がある。こうして得られたセンス電流に基づいて、機器制御手段は出力機器の作動状態を制御する。作動状態の制御は出力機器によって異なり、例えば回転機の場合はトルクや回転数等の制御が該当する。したがって、従来技術では必要であった保護回路や電流センサが不要となるので、従来よりも構成を小規模にすることができ、コストを低減できる。なお、スイッチング素子はセンス端子を備えていれば任意の素子を適用でき、例えばＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子が該当する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記出力機器が回転機である場合には、前記機器制御手段は前記センス電流に従って前記出力機器のトルクおよび回転数のうち一方または双方を制御することを特徴とする。この構成によれば、電流センサが不要となるので、コストを低減できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、検出する前記センス電圧が所定範囲外の前記センス電流になると、前記スイッチング素子群を保護するための制御を行う過電流制御手段を有することを特徴とする。この構成によれば、所定範囲外のセンス電流になると、過電流制御手段はスイッチング素子群を保護するための制御を行う。例えば、スイッチング素子群の駆動を停止させる制御や、スイッチング素子群の駆動を低下させる制御などが該当する。したがって、保護回路や電流センサが不要となるので、従来よりも構成を小規模にすることができ、コストを低減できる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記過電流制御手段は、前記スイッチング素子群の駆動を停止させる制御を行うか、または、前記スイッチング素子群の駆動を低下させる制御を行うことを特徴とする。この構成によれば、過電流制御手段はスイッチング素子群の駆動を停止させる制御を行うか、スイッチング素子群の駆動を低下させる制御を行う。いずれの制御にせよスイッチング素子に過電流が流れるのを確実に防止することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記過電流制御手段は、前記センス電流が通常限界値を超えると前記スイッチング素子群の駆動を低下させる制御を行い、さらに前記センス電流が許容値を超えると前記スイッチング素子群の駆動を停止させる制御を行うことを特徴とする。この構成によれば、センス電流が通常限界値（すなわち通常の駆動制御によって流れる電流の限界値）を超えるか、さらに許容値（すなわちスイッチング素子に流せ得る上限値）を超えるかに応じて段階的にスイッチング素子群の制御を行う。段階的に制御することで、スイッチング素子に過電流が流れるのを確実に防止することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記記録媒体には、対象となるスイッチング素子にかかるゲート電圧および温度のうち一方または双方に対応して、前記センス電流と前記センス電圧との相関関係を記録することを特徴とする。この構成によれば、センス電流とセンス電圧との相関関係は、複数のゲート電圧について各電圧ごとに記録したり、複数の温度について各温度ごとに記録したりする。電力変換部を構成する各スイッチング素子の特性に合わせて、ゲート電圧および温度のうち一方または双方に対応した相関関係を記録すればよい。こうすればスイッチング素子の依存性に対応することができるようになり、使用環境に応じたセンス電流をより正確に求めることができる。したがって、どのような使用環境でもスイッチング素子群の保護を的確に行うことができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、前記制御部は、前記ゲート電圧および前記温度のうち一方または双方を入力し、当該入力した情報に基づいて前記センス電流を特定することを特徴とする。この構成によれば、ゲート電圧および温度のうち一方または双方を直接的に制御部に入力する。温度は検出器が出力する信号内容に依存し、温度に相関する電圧（例えば２５[℃]のときに１．５[Ｖ]等）であったり、温度自体のデータ（例えば２５[℃]のときに２５を表すデジタルデータ等）であったりする。使用環境に応じたセンス電流をより正確に求めることができるので、スイッチング素子群の保護を的確に行うことができる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、前記記録媒体には、前記センス電流と前記センス電圧との相関関係を示す特性線に関する情報を記録することを特徴とする。この構成によれば、センス電流とセンス電圧との相関関係を特性線で表し、当該特性線に関する情報を記録媒体に記録する。特性線は直線や曲線で表すことができるので、特性線に関する情報は関数を特定する情報となる。データテーブルでは情報量が多くなるが、関数は必要な情報量を少なくできる。したがって、記録媒体に必要な記録容量を少なく抑えることができ、ひいてはコストを低く抑えることができる。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、前記機器制御手段および前記過電流制御手段が行う制御に関する情報を外部装置に報知する報知手段を有することを特徴とする。この構成によれば、報知手段は制御に関する情報を外部装置に報知する。制御に関する情報は任意に設定でき、例えばセンス電流，センス電圧，ゲート電圧，温度等のような各情報のうちで一以上の情報が該当する。こうすれば、外部装置は電力変換装置の状態を把握することができ、次に電力変換装置に対する指令を行える。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電力変換装置の構成例を示す模式図である。
【図２】スイッチング素子を中心とする接続例を示す回路図である。
【図３】コントローラの構成例を示す模式図である。
【図４】センス電流とセンス電圧との相関関係の一例を示すグラフ図である。
【図５】ゲート電圧および温度ごとの相関関係を示すグラフ図である。
【図６】センス電流制御処理の手続き例を示すフローチャートである。
【図７】相電流に対するセンス電圧の変化を示すタイムチャートである。
【図８】過電流が生じる場合の措置を説明するグラフ図である。
【図９】過電流が生じる場合の措置を説明するグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的な接続を意味する。また、連続符号は記号「〜」を用いて表記する。例えば「スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６」は、「スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６」を意味する。出力機器には、エンジン始動および発電の双方が行える車両用の発電電動機を適用した例について説明する。
【００２０】
まず図１には、電力変換装置の構成例を模式図で示す。図１に示す電力変換装置２０は、コンバータ回路１０を経て供給される電力を変換して発電電動機３０に出力する機能を有する。この電力変換装置２０は、電力変換部２１、コントローラ２２、絶縁部２３，２４等を有する。コンバータ回路１０と電力変換装置２０との間には、平滑用のコンデンサＣ２が接続される。このコンデンサＣ２は、コンバータ回路１０から入力される直流電源電圧の電位変動を低減する。
【００２１】
コンバータ回路１０は、第１電源Ｅ１（例えばバッテリ等）から平滑用のコンデンサＣ１を介して供給される直流電圧Ｖ１（例えば１２ボルト等）を、電力変換装置２０で必要とする直流電圧Ｖ１０（例えば６５０ボルト等）に変換して出力する機能を有する。このコンバータ回路１０の構成や作動等は周知であるので図示および説明を省略する。
【００２２】
電力変換装置２０は、給電機能と送電機能とを切り換え可能に備える。給電機能は、第１電源Ｅ１からコンバータ回路１０を介して供給される直流電力を三相交流電力に変換し、発電電動機３０に供給する機能である。送電機能は、発電電動機３０が発電した三相交流電力を整流し、コンバータ回路１０を介して第１電源Ｅ１に還流する機能である。
【００２３】
電力変換部２１は、駆動回路Ｍ１〜Ｍ６、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６、抵抗器Ｒ１〜Ｒ６などを有する。図示を省略した感温ダイオードＤθ１〜Ｄθ６は後述する（図２を参照）。駆動回路Ｍ１〜Ｍ３、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３、ダイオードＤ１〜Ｄ３、抵抗器Ｒ１〜Ｒ３などは上アーム側に配置される。駆動回路Ｍ４〜Ｍ６、スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６、ダイオードＤ４〜Ｄ６、抵抗器Ｒ４〜Ｒ６などは下アーム側に配置される。
【００２４】
駆動回路Ｍ１〜Ｍ６は、制御電源５０から電圧の供給を受けて作動する。駆動回路Ｍ１〜Ｍ６は第１電源Ｅ１から制御（例えば降圧電源）された電源から供給を受けて作動しても良い。この駆動回路Ｍ１〜Ｍ６は、コントローラ２２から個別に伝達される制御信号（例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号等）に従って、対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御端子（例えばゲート端子等）に駆動信号を出力する。なお、駆動回路Ｍ１〜Ｍ３が制御端子Ｐｉ１〜Ｐｉ３を介して受ける電圧と、駆動回路Ｍ４〜Ｍ６が制御端子Ｐｉ４〜Ｐｉ６を介して受ける電圧とでは基準電位が異なる。これは、半導体スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）の所定端子（例えばエミッタ端子）を基準としてゲート電圧を形成するためである。制御端子Ｐｉ１〜Ｐｉ３から、後述するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のセンス端子Ｐｓ１〜Ｐｓ３の間も基準電位が異なるので、絶縁を確保するために絶縁素子（または高耐圧素子）が必要である。
【００２５】
「スイッチング素子群」に相当するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、例えばセンス電流を出力するセンス端子Ｓ１〜Ｓ６を備えたＩＧＢＴを用いる。センス端子Ｐｓ４〜Ｐｓ６と共通電位Ｇ２との間には、それぞれ抵抗器Ｒ４〜Ｒ６を接続する。抵抗器Ｒ１〜Ｒ３はそれぞれ対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のエミッタ端子と接続される。共通電位Ｇ２は電力変換装置２０内で共通する電位（同電位グランド）であって、当該電力変換装置２０がグランドＧ１と接続された場合にはアースと同電位になる。共通電位Ｇ２は一般的にアースと同電位でないので、グランドＧ１とは異なる図記号を用いて図示する。ここで、図１では図示を簡単にするために一部の素子を省略したので、図２を参照しながらスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の具体的な接続例を説明する。
【００２６】
図２には、スイッチング素子Ｑｎを中心とする接続例を示す。ｎに１〜６のいずれかの数値を適用すると、図１に示すスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のいずれか一のスイッチング素子に対応する。このことは以下の記載でも同様とする。言い換えれば、スイッチング素子Ｑｎはスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を代表して説明する回路素子であり、図示する他の回路素子も同様である。ただし、上アームのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は共通電位Ｇ２には接続されない（図１を参照）。
【００２７】
図１で図示を省略した回路素子は、スイッチング素子Ｑｎの温度を検出する感温ダイオードＤθｎである。感温ダイオードＤθｎは、アノード側を制御電源５０に接続し、カソード側を共通電位Ｇ２に接続する。感温ダイオードＤθｎには制御電源５０から定電流が供給され、感温ダイオードＤθｎの両端にかかる電圧が温度θｎに相関する。一例として、感温ダイオードＤθｎにかかる電圧が２[Ｖ]であれば、スイッチング素子Ｑｎの温度が２０[℃]であることを示す。
【００２８】
抵抗器Ｒｎの両端にかかるセンス電圧Ｖseｎは、センス端子Ｓｎを流れるセンス電流Ｉsnと相関関係がある。この相関関係については後述する（図４，図５を参照）。上述したセンス電圧Ｖseｎ、温度θｎ、スイッチング素子Ｑｎのゲート端子に印加されるゲート電圧Ｖｇｎ、スイッチング素子Ｑｎのコレクタ端子とエミッタ端子との間に生じる端子間電圧Ｖceｎなどは、コントローラ２２に入力される（図３を参照）。
【００２９】
図１に戻って、ダイオードＤ１〜Ｄ６は、それぞれ対応するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタ端子とエミッタ端子との間に並列接続される。これらのダイオードＤ１〜Ｄ６は、いずれもフリーホイールダイオードとして機能する。
【００３０】
電力変換部２１内の回路素子は、一点鎖線で囲って示すように三相（本例ではＵ相，Ｖ相，Ｗ相）に分けられ、コントローラ２２によって相ごとに作動が制御される。Ｕ相は、駆動回路Ｍ１，Ｍ４、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４、ダイオードＤ１，Ｄ４、抵抗器Ｒ１，Ｒ４などで構成される。Ｖ相は、駆動回路Ｍ２，Ｍ５、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５、ダイオードＤ２，Ｄ５、抵抗器Ｒ２，Ｒ５などで構成される。Ｗ相は、駆動回路Ｍ３，Ｍ６、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６、ダイオードＤ３，Ｄ６、抵抗器Ｒ３，Ｒ６などで構成される。Ｕ相のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４は、直列接続されてハーフブリッジを構成する。Ｖ相のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５と、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６とについても同様に、直列接続されてハーフブリッジを構成する。ハーフブリッジの各接続点と発電電動機３０の三相端子とは、線路Ｋｕ，Ｋｖ，Ｋｗによって相ごとに接続されている。線路ＫｕにはＵ相電流Ｉｕが流れ、線路ＫｖにはＶ相電流Ｉｖが流れ、線路ＫｗにはＷ相電流Ｉｕが流れる（図７を参照）。
【００３１】
「制御部」に相当するコントローラ２２は、電力変換装置２０に内蔵され、コンバータ回路１０や電力変換装置２０等の動作を司る。例えば、絶縁部２３，２４を介して入力される信号情報に基づいて、コンバータ回路１０や電力変換装置２０等を制御するための制御信号（例えばＰＷＭ信号等）を出力する。入力される信号情報には、例えば外部ＥＣＵ（すなわち外部の制御装置）から伝達される指令信号（例えばトルク指令，回転数指令等）や、発電電動機３０側に備えられた回転角センサ４０等の検出信号などが該当する。また、外部ＥＣＵに対し絶縁部２３を介して信号情報を出力したり、回転角センサ４０に対し絶縁部２４および信号変換部２５を介して信号（例えば励磁信号や検出信号等）を入出力する。
【００３２】
コントローラ２２の構成例を示す図３を参照しながら説明する。図３に示すコントローラ２２は、記録媒体２２ａ，機器制御手段２２ｂ，過電流制御手段２２ｃ，報知手段２２ｄなどを有する。記録媒体２２ａには、図２に示すセンス電流Ｉｓｎとセンス電圧Ｖseｎとの相関関係を記録する。具体的にどのような情報を記録するのかについては後述する（図４，図５を参照）。この相関関係を記録できる限りにおいて、記録媒体２２ａには任意の媒体を用いてよい。例えば、ＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，光磁気ディスク等が該当する。
【００３３】
機器制御手段２２ｂは、センス電流Ｉｓ１〜Ｉｓ６に基づいて発電電動機３０の作動状態（例えば回転数等）を制御する。過電流制御手段２２ｃは、センス電圧Ｖse１〜Ｖse６が所定範囲外となるセンス電流Ｉｓ１〜Ｉｓ６を検出すると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を保護するための制御を行う。報知手段２２ｄは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を保護する制御を行うとき、保護に関する情報を外部ＥＣＵに報知する。
【００３４】
上述した機能を果たす限りにおいて、コントローラ２２は任意に構成してよい。例えば、ＣＰＵ（マイコンを含む）によってソフトウェア制御を行う構成としてもよく、ＩＣ（ＬＳＩやゲートアレイ等を含む）やトランジスタ等の電子部品を用いてハードウェア制御を行う構成としてもよい。
【００３５】
再び図１に戻って、絶縁部２３，２４には、例えば光電素子（例えばフォトカプラ等）、磁気結合素子（トランスやコイル等）、容量性素子（例えばコンデンサ）などのうちで一の素子を用いる。発電電動機３０は、エンジン始動および発電の双方を行う。回転角センサ４０には、発電電動機３０に備えるロータの回転角や回転位置を検出可能なセンサ、例えばレゾルバを用いる。
【００３６】
制御電源５０は、第２電源Ｅ２から供給される直流電圧Ｖ２（例えば５ボルト等）を、コントローラ２２や駆動回路Ｍ１〜Ｍ６等で必要とする電圧や電流に変換して出力する機能を有する。この制御電源５０の構成や作動等は周知であるので図示および説明を省略する。第２電源Ｅ２には、第１電源Ｅ１と同様に、例えばバッテリを用いる。制御電源５０および第２電源Ｅ２はグランドＧ１にアースされている。
【００３７】
記録媒体２２ａに記録する相関関係について、図４，図５を参照しながら説明する。なお、説明にあたっては図２に示す符号を用いる。まず図４には、センス電流Ｉｓｎを縦軸とし、センス電圧Ｖseｎを横軸とする相関関係をグラフで示す。ただし、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）の動作特性は、ゲート電圧Ｖｇｎや素子自体の温度θｎ等に依存するため、ゲート電圧Ｖｇｎが１５[Ｖ]、温度θｎが１５０[℃]のときの例である。
【００３８】
計測は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を電力変換部２１に組み込む前に、予め計測装置等を用いて行う。計測する対象は全てのスイッチング素子が望ましいが、個体差が少なくほぼ同じ動作特性を示すスイッチング素子を一種類とするときは種類ごとを対象としてもよい。具体的には、スイッチング素子に所定のセンス電流Ｉｓｎが流れるように条件設定し、当該条件設定におけるセンス電圧Ｖseｎを電圧計で計測する。さらには、スイッチング素子の入出力端子間（例えばコレクタ端子とエミッタ端子との間）を流れる電流を電流計で計測するのが望ましい。スイッチング素子に流すセンス電流Ｉｓｎの大きさは任意であるが、スイッチング素子にとって許容範囲の限界値（通常限界値や許容値）を含めて複数点について計測する。計測点数が多いほど、計測対象のスイッチング素子にかかる動作特性を正確に特定し易くなる。
【００３９】
図４には１１点を計測した例を示し、各計測点を黒丸でプロットしている。こうして計測したデータに基づいて、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）の動作特性を表す特性線Ｘを決定する。特性線Ｘを決定するにあたって、特定の関数（例えば一次関数，双曲線関数，逆双曲線関数，対数曲線等）を用いて近似線を求め得る数学的手法（例えば最小二乗法や回帰分析等）を適用してもよい。記録媒体２２ａには、上述したゲート電圧Ｖｇｎおよび温度θｎのうち一方または双方のほか、関数を特定する情報を記録すればよいのでデータ量が少なく抑えられる。なお、記録媒体２２ａには、計測したデータ自体の情報のみを記録してもよく、特定の関数に関する情報とともに記録してもよい。さらには、センス電流Ｉｓｎに対応して、スイッチング素子の入出力端子間を流れる電流（すなわち発電電動機３０に流れる電流）や、発電電動機３０の作動状態（例えばトルクおよび回転数のうち一方または双方）などを併せて記録するのが望ましい。
【００４０】
図４にはゲート電圧Ｖｇｎが１５[Ｖ]、温度θｎが１５０[℃]のときの例を示したが、ゲート電圧Ｖｇｎが１５[Ｖ]，１４[Ｖ]，１３[Ｖ]、温度θｎが−４０[℃]，１５０[℃]のときの例を図５に示す。すなわち、図５には６つの特性線Ｘ１〜Ｘ６を示す。特性線Ｘ１〜Ｘ３は温度θｎが−４０[℃]の変化を示し、特性線Ｘ４〜Ｘ６は温度θｎが１５０[℃]の変化を示す。変化させるのは、ゲート電圧Ｖｇｎおよび温度θｎのうち一方または双方でよい。このように様々のゲート電圧Ｖｇｎおよび温度θｎについて計測し、特定の関数に関する情報および計測したデータ自体の情報のうち一方または双方を記録媒体２２ａに記録しておく。ゲート電圧Ｖｇｎや温度θｎの点数は、記録媒体２２ａに記録可能な範囲においてできるだけ多いほうが望ましい。
【００４１】
上述した電力変換装置２０において、コントローラ２２で実行される制御の一つであるセンス電流制御について図６〜図９を参照しながら説明する。図６にフローチャートで示すセンス電流制御処理は、コントローラ２２が作動しているときに繰り返し実行される。なお、図６中のステップＳＴ１０〜ＳＴ１６は機器制御手段２２ｂを具体化した一例であり、ステップＳＴ１７〜ＳＴ１９は過電流制御手段２２ｃを具体化した一例であり、ステップＳＴ２０は報知手段２２ｄを具体化した一例である。図７には相電流に対するセンス電圧の変化を示す。図８，図９には過電流が生じる場合の措置の一例を示す。
【００４２】
図６に示すセンス電流制御処理において、まず発電電動機３０に行う回転制御にかかる回転角を取得し〔ステップＳＴ１０〕、取得した回転角に基づいて電流が流れているスイッチング素子を特定する〔ステップＳ１１〕。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の中からステップＳ１１で特定したスイッチング素子Ｑｎについてゲート電圧Ｖｇｎ，温度θｎ，センス電圧Ｖseｎ等の情報を入力する〔ステップＳＴ１２〕。
【００４３】
ステップＳＴ１０〜ＳＴ１２の処理を行う背景は図７に示す通りである。すなわち図７に示すように、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗが流れている場合、コントローラ２２はパルス幅変調波形ＰＷＭによる制御を行うので、下アームのスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６にかかるセンス電圧Ｖse４〜Ｖse６を検出できるのはパルス幅変調波形ＰＷＭがオンとなったときに限られる。例えばスイッチング素子Ｑ４についてはセンス電圧Ｖse４で示すように、回転角としての電気角が３０度から６０度まで、９０度から１２０度まで、１５０度から１８０度までである。スイッチング素子Ｑ５についてはセンス電圧Ｖse５で示すように、電気角が１５０度から１８０度まで、２１０度から２４０度まで、２７０度から３００度までである。スイッチング素子Ｑ６についてはセンス電圧Ｖse６とについてはセンス電圧Ｖse６で示すように、電気角が２７０度から３００度まで、３３０度から０度まで、３０度から６０度までである。
【００４４】
図６に戻って、ステップＳＴ１２で入力した情報のうち、ゲート電圧Ｖｇｎおよび温度θｎに基づいて記録媒体２２ａに記録された特性線Ｘを特定する〔ステップＳＴ１３〕。また、ステップＳＴ１２で入力したセンス電圧Ｖseｎと、ステップＳＴ１３で特定した特性線Ｘとに基づいて、現在流れているセンス電流Ｉｓｎを求める〔ステップＳＴ１４〕。例えば図８に示す特性線ＸをステップＳＴ１３で特定した場合は、センス電圧ＶseｎがＶｘであれば、センス電流ＩｓｎとしてＩｘが求められる。
【００４５】
ステップＳＴ１４で求めたセンス電流Ｉｓｎに基づいて、発電電動機３０の作動状態（例えばトルクおよび回転数のうち一方または双方）が目標値と異なるか否かを判別する〔ステップＳＴ１５〕。目標値はセンス電流Ｉｓｎと対比させる作動状態の数値を設定する。なお、センス電流Ｉｓｎに対応するスイッチング素子の入出力端子間を流れる電流を記録媒体２２ａに記録している場合には、当該入出力端子間を流れる電流と対比させる作動状態の数値を設定してもよい。もし発電電動機３０の作動状態が目標値と同じならば（ＮＯ）、後述するステップＳＴ１７に進む。「目標値と同じ」とは、目標値と同一値であるか否かを判断してもよく、目標値から一定範囲内（例えば目標値を基準として数％の範囲内）に収まっているか否かを判断してもよい。
【００４６】
一方、発電電動機３０の作動状態が目標値と異なれば（ＹＥＳ）、当該目標値に近づくようにパルス幅変調波形ＰＷＭのデューティ比を変更してスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を駆動する制御を行い〔ステップＳＴ１６〕、後述するステップＳＴ１７に進む。デューティ比をどの程度変更すべきかは制御対象（作動状態）によって変わり、具体的な制御内容については周知であるので説明を省略する。
【００４７】
次に、ステップＳＴ１４で求めたセンス電流Ｉｓｎが許容範囲内か否かを判別する〔ステップＳＴ１７〕。許容範囲は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と発電電動機３０とで通常は異なる。また、後述するステップＳＴ１８，ＳＴ１９の一方または双方のいずれを実行するかによって、許容範囲内か否かの判別を行う際の対象値（通常限界値または許容値）が変わる。通常限界値は、通常の駆動制御によってスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に流れる電流の限界値を意味する。許容値は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に流せる電流の限界値（上限値）を意味する。ステップＳＴ１８，ＳＴ１９の双方を実行する場合は、通常限界値に達する前は通常限界値を適用し、通常限界値に達した後は許容値を適用する。
【００４８】
もしセンス電流Ｉｓｎが許容範囲内であれば（ＹＥＳ）、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６および発電電動機３０の双方が正常に作動しているので、そのままステップＳＴ２０に進む。一方、センス電流Ｉｓｎが許容範囲外であれば（ＮＯ）、ステップＳ１１で特定したスイッチング素子Ｑｎに過電流が流れていると考えられる。そのため、発電電動機３０に出力する平均の出力電圧が下がるようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を駆動する制御〔ステップＳＴ１８〕、およびスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動を全て停止させる制御〔ステップＳＴ１９〕のうち一方または双方を行ってステップＳＴ２０に進む。そして、制御に関する情報を外部ＥＣＵに報知し〔ステップＳＴ２０〕、センス電流制御処理をリターンする。報知を行う情報は任意に設定でき、例えばセンス電流Ｉｓｎ，センス電圧Ｖseｎ，ゲート電圧Ｖｇｎ，温度θｎ等のような各情報のうちで一以上の情報が該当する。
【００４９】
ここで、ステップＳＴ１８，ＳＴ１９の具体的な制御内容について、図８，図９を参照しながら説明する。図８，図９には、図６のステップＳＴ１３で図５に示す特性線Ｘ５を特定した例を示す。図８と図９とでは、通常限界値と許容値との間における措置が異なる。通常限界値は、図９に示すセンス電流Ｉｄｗおよびセンス電圧Ｖｄｗが該当する。許容値は、図８および図９に示すセンス電流Ｉmaxおよびセンス電圧Ｖmaxが該当する。
【００５０】
まず図８に従う措置は、ステップＳＴ１８，ＳＴ１９のいずれか一方を実行する。すなわち、ステップＳＴ１４で求めたセンス電流Ｉｓｎがセンス電流Ｉmaxを超えてクロスハッチで示す範囲内になると、発電電動機３０に出力する平均の出力電圧が下がるようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を駆動するか（ステップＳＴ１８）、あるいはスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動を全て停止させる（ステップＳＴ１９）。いずれを行うにせよスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に過電流が流れるのを確実に防止することができる。
【００５１】
図９に従う措置は、ステップＳＴ１８，ＳＴ１９の双方を実行する。すなわち、ステップＳＴ１４で求めたセンス電流Ｉｓｎがセンス電流Ｉｄｗを超えて斜線ハッチで示す範囲内になると、発電電動機３０に出力する平均の出力電圧が下がるようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を駆動する（ステップＳＴ１８）。さらに、センス電流Ｉｓｎがセンス電流Ｉmaxを超えてクロスハッチの範囲内になると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動を全て停止させる（ステップＳＴ１９）。こうして段階的に制御することで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に過電流が流れるのを確実に防止することができる。
【００５２】
上述した実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項１に対応し、コントローラ２２（制御部）は電力変換部２１に内蔵されるため、センス端子Ｓｎ（Ｓ１〜Ｓ６）に接続する抵抗器Ｒｎ（Ｒ１〜Ｒ６）の両端にかかるセンス電圧Ｖseｎ（Ｖse１〜Ｖse６）を直接的にコントローラ２２に入力する（図１，図２を参照）。コントローラ２２に備える機器制御手段２２ｂは、入力したセンス電圧Ｖseｎに対応するセンス電流Ｉｓｎ（Ｉｓ１〜Ｉｓ６）を求める（図６のステップＳＴ１０〜ＳＴ１４を参照）。もしセンス電流Ｉｓｎが目標値と異なると、機器制御手段２２ｂはセンス電流Ｉｓｎ（Ｉｓ１〜Ｉｓ６）に基づいて発電電動機３０（出力機器）の作動状態を制御する構成とした（図６のステップＳＴ１５，ＳＴ１６を参照）。この構成によれば、センス電流Ｉｓｎに基づいてスイッチング素子の入出力端子間を流れる電流を推測でき、従来技術では必要であった保護回路や電流センサが不要となる。したがって、従来よりも構成を小規模にすることができ、コストを低減できる。
【００５３】
請求項２に対応し、機器制御手段２２ｂはセンス電流Ｉｓｎに従って発電電動機３０のトルクおよび回転数のうち一方または双方を制御する構成とした（図６のステップＳＴ１５，ＳＴ１６を参照）。この構成によれば、センス電流Ｉｓｎに基づいて制御でき、電流センサが不要となるので、コストを低減できる。
【００５４】
請求項３に対応し、センス電流Ｉｓｎが所定範囲外になると、過電流制御手段２２ｃはスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を保護するための制御を行う構成とした（図６のステップＳＴ１７〜ＳＴ１９を参照）。この構成によれば、センス電流Ｉｓｎを監視していればよく、保護回路や電流センサが不要となるので、従来よりも構成を小規模にすることができ、コストを低減できる。
【００５５】
請求項４に対応し、過電流制御手段２２ｃは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動を停止させる制御を行うか、あるいはスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動を低下させる制御を行う構成とした（図６のステップＳＴ１８，ＳＴ１９および図８，図９を参照）。この構成によれば、いずれの制御を行うにせよ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に過電流が流れるのを確実に防止することができる。
【００５６】
請求項５に対応し、過電流制御手段２２ｃは、センス電流Ｉｓｎが通常限界値を超えるとスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動を低下させる制御を行い、さらにセンス電流Ｉｓｎが許容値を超えるとスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動を停止させる制御を行う構成とした（図６のステップＳＴ１８，ＳＴ１９および図８，図９を参照）。この構成によれば、段階的に制御することで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に過電流が流れるのを確実に防止することができる。
【００５７】
請求項６に対応し、記録媒体２２ａには、電力変換部２１を構成する各スイッチング素子の特性に合わせて、ゲート電圧および温度のうち一方または双方に対応した相関関係を記録する構成とした。この構成によれば、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の依存性に対応し、使用環境に応じたセンス電流Ｉｓｎをより正確に求められる。したがって、どのような使用環境でもスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の保護を的確に行うことができる。
【００５８】
請求項７に対応し、ゲート電圧Ｖｇｎおよび温度θｎのうち一方または双方を直接的にコントローラ２２に入力してセンス電流Ｉｓｎを特定する構成とした（図１，図２，図６を参照）。この構成によれば、使用環境に応じたセンス電流Ｉｓｎをより正確に求められるので、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の保護を的確に行うことができる。
【００５９】
請求項８に対応し、記録媒体２２ａには、センス電流Ｉｓｎとセンス電圧Ｖseｎとの相関関係を示す特性線に関する情報を記録する構成とした（図４，図５を参照）。この構成によれば、記録媒体２２ａに必要な記録容量を少なく抑えることができ、ひいてはコストを低く抑えることができる。
【００６０】
請求項９に対応し、報知手段２２ｄは、機器制御手段２２ｂおよび過電流制御手段２２ｃが行う制御に関する情報を外部ＥＣＵ（外部装置）に報知する構成とした（図６のステップＳＴ２０を参照）。この構成によれば、外部ＥＣＵは電力変換装置２０の状態を把握することができ、次に電力変換装置２０に対する指令を行える。
【００６１】
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
【００６２】
上述した実施の形態では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にはＩＧＢＴを適用したが（図１を参照）、スイッチング機能およびセンス端子を有する他のスイッチング素子を適用してもよい。他のスイッチング素子としては、パワーＭＯＳＦＥＴなどのようなパワートランジスタ、ＳｉＣパワー素子、ＧＴＯなどが該当する。また、回転角センサ４０にはレゾルバを適用したが（図１を参照）、回転体（例えばロータ等）の正確な回転角や回転位置等を検出可能な任意のセンサ（例えばアブソリュート形のロータリエンコーダ等）を適用してもよい。さらに、スイッチング素子Ｑｎの温度を検出する感温素子には感温ダイオードＤθｎを適用したが（図２を参照）、スイッチング素子Ｑｎの温度を検出可能な他の感温素子（例えばサーミスタ，熱電対，ピンフォトダイオード等）を適用してもよい。いずれにせよ単に素子の違いに過ぎないので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６３】
上述した実施の形態では、出力機器としての発電電動機３０を適用したが（図１を参照）、電力変換装置２０で変換された電力を受けて作動する他の出力機器を適用してもよい。他の出力機器には、例えば電動機，電力系統，負荷等のうちで一以上が該当する。いずれの出力機器にせよ単に機器の違いに過ぎないので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６４】
上述した実施の形態では、三相の発電電動機３０に合わせて電力変換装置２０の電力変換部２１を三相で構成し、６のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備えた（図１を参照）。この形態に代えて、電力変換部２１を三相で構成するものの、上下アームのうち一方のアームに相当する３のスイッチング素子を備えてもよい。また、発電電動機３０等の出力機器が三相以外の相数（例えば単相，二相，四相以上）であるときは、その相数に対応した数のスイッチング素子を備えてもよい。いずれにせよ単にスイッチング素子群を構成するスイッチング素子の数の違いに過ぎないので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６５】
上述した実施の形態では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６とダイオードＤ１〜Ｄ６とは別体に構成したが（図１，図２を参照）、いずれも半導体であるので一体化した素子を用いてもよい。さらに感温ダイオードＤθ１〜Ｄθ６を一体化した素子を用いてもよい。同様にして、上述した実施の形態ではコンバータ回路１０は電力変換装置２０の外部に備える構成としたが（図１を参照）、電力変換装置２０に内蔵する構成としてもよい。単に形態が別体か一体かの違いに過ぎず、機能は同じであるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６６】
上述した実施の形態では、ゲート電圧Ｖｇｎおよび温度θｎが異なるごとに特性線Ｘを決定した（図４，図５を参照）。この形態に代えて、ゲート電圧Ｖｇｎのみが異なるごとに特性線Ｘを決定したり、温度θｎのみが異なるごとに特性線Ｘを決定したりしてもよい。さらには、ゲート電圧Ｖｇｎおよび温度θｎの組み合わせを除き、ゲート電圧Ｖｇｎ，温度θｎ，端子間電圧Ｖceｎのうち二以上を組み合わせて、組み合わせた各要素が異なるごとに特性線Ｘを決定してもよい。スイッチング素子の特性に応じて、特性線Ｘを決定するにあたって最適な基準を選択するのが望ましい。こうすればスイッチング素子の特性に適した特性線Ｘを決定することができ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に過電流が流れるのをより確実に防止することができる。
【００６７】
上述した実施の形態では、特性線Ｘ（Ｘ１〜Ｘ６）に基づいて、入力したセンス電圧Ｖseｎからセンス電流Ｉｓｎを求めた（図５，図６のステップＳＴ１４を参照）。記録媒体２２ａに計測データ（センス電圧やセンス電流等）のみを記録した場合において、入力したセンス電圧Ｖseｎが記録された計測データ以外の値であるときは、記録された計測データのうち最も近い二のデータを補間して求めてよい。このことは、ゲート電圧Ｖｇｎや温度θｎごとに決定した特性線Ｘについてもあてはまる。ある程度の誤差は生じるが、補間した値で制御できるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６８】
上述した実施の形態では、電力変換部２１に備えるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６や（図１を参照）、コントローラ２２に備える記録媒体２２ａについて（図３を参照）、いずれも交換不能に構成した。この形態に代えて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６や記録媒体２２ａを交換可能に構成してもよい。こうすれば、性能劣化や故障等が生じたスイッチング素子を容易に交換することができる。また、新たに交換するスイッチング素子についてセンス電流と前記センス電圧との相関関係を示す特性線に関する情報を記録した記録媒体２２ａに交換することで、交換後のスイッチング素子に合わせた制御が行える。
【符号の説明】
【００６９】
１０  コンバータ回路
２０  電力変換装置
２１  電力変換部
２２  コントローラ（制御部）
２２ａ  記録媒体
２２ｂ  機器制御手段
２２ｃ  過電流制御手段
２２ｄ  報知手段
２３，２４  絶縁部
３０  発電電動機
４０  回転角センサ
５０  制御電源
Ｅ１  第１電源（電源）
Ｅ２  第２電源
Ｍｎ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６）  駆動回路
Ｑｎ（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６）  スイッチング素子
Ｄｎ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６）  ダイオード
Ｒｎ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６）  抵抗器
Ｓｎ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）  センス端子
Ｖseｎ（Ｖse１，Ｖse２，Ｖse３，Ｖse４，Ｖse５，Ｖse６）  センス電圧
Ｉｓｎ（Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３，Ｉｓ４，Ｉｓ５，Ｉｓ６）  センス電流
θｎ（θ１，θ２，θ３，θ４，θ５，θ６）  温度
Ｘ，Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６  特性線
【図１】
2011015597.tif 000003
【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】
2011015597.tif 000009
【図８】
2011015597.tif 000010
【図９】
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