(57)【要約】【課題】還流モードにおける特定のスイッチング素子の温度上昇を防止し、モータ駆動装置の小型化、コストダウンを図るとともに、モータの短時間最大トルクを増大する。【解決手段】設定された還流路パターンにしたがって還流モードのときにオンするインバータ２のスイッチング素子を、駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ（Ｓｖａ、Ｓｗａ）、Ｓｕｂ（Ｓｖｂ、Ｓｗｂ）のいずれかに切り替え、還流モードのときのＳＲモータ１のステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの両端の短絡路を、駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ（Ｓｖａ、Ｓｗａ）、Ｓｕｂ（Ｓｖｂ、Ｓｗｂ）それぞれを含む複数の還流路のいずれかに周期的に切り替え、還流モードの電流が、駆動相の上下アームの特定のスイッチング素子に集中しないようにして還流モードにおける特定のスイッチング素子の温度上昇を防止する。【選択図】図１
2011259539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの各相それぞれのステータ巻線を挟んでインバータの各相の上下アームのスイッチング素子が接続され、駆動相の前記上下アームのスイッチング素子のスイッチングにより、電源を前記ステータ巻線に給電する力行モード、前記ステータ巻線の両端を短絡する還流モードに交互に制御することをくり返した後、前記ステータ巻線の蓄積エネルギを前記電源に戻す回生モードに制御して前記モータを駆動するモータ駆動装置であって、
設定された還流路パターンにしたがって前記還流モードのときにオンするスイッチング素子を駆動相の前記上下アームのスイッチング素子のいずれかに切り替え、前記還流モードのときの前記ステータ巻線の両端の短絡路を、駆動相の前記上下アームのスイッチング素子それぞれを含む複数の還流路のいずれかに周期的に切り替える還流制御手段を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動装置において、
各相の前記上下アームのスイッチング素子を冷却する冷却手段をさらに備え、
前記還流路パターンが、前記冷却手段の冷却効果が高いスイッチング素子のオンする頻度が高くなるパターンに設定されることを特徴とするモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータの各相の上下アームのスイッチング素子のスイッチングにより力行モード、還流モード、回生モードに切り換えてモータを駆動するモータ駆動装置に関し、詳しくは、還流モード（特にモータロック状態）におけるスイッチング素子の温度上昇の抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車やハイブリッド車の駆動モータとして、ロータに永久磁石や巻線が不要で安価かつ構造が簡単なスイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータという）が注目されている。
【０００３】
図１０はラジアルギャップ型のＳＲモータの一例の概略の構造を示し、図１０のＳＲモータ１００は、モータ軸１０１に取り付けられたロータ２００と、その外側に同軸状に設けれたステータ３００とを備える。そして、ロータ２００は外周面側にロータ磁極としての複数の突極２０１が等間隔に相順に配設される。ステータ３００は内周面側にステータ磁極としての各相の突極３０１が突極２０１に対向する向きに等間隔に相順に配設され、さらに、各突極３０１には各相の巻線３０２が集中巻される。なお、ロータ２００の突極２０１の個数（図１０では４極）と、ステータ３００の突極３０１の個数（図１０では６極）とは異なる。
【０００４】
そして、ＳＲモータ１００は、モータ駆動装置のインバータにより、ロータ２００とステータ３００の磁極非対向の駆動相の巻線３０２が通電され、この通電よるロータ２００とステータ３００の電磁作用でロータ２００が回転して当該相の磁極が対向状態になると駆動相が切り替わり、このくり返しでモータ軸１０１が回転する。
【０００５】
図１１は上記モータ駆動装置のインバータ４００の構成を示し、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相駆動の場合、インバータ４００は、車載のバッテリ等の電源Ｅの正負の電源端子ｐ、ｎ間に、Ｕ相の各巻線３０２を直列または並列に接続したステータ巻線Ｌｕを挟んでＵ相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂが直列に設けられ、同様に、Ｖ相の各巻線３０２を直並列に接続したステータ巻線Ｌｖを挟んでＶ相の上下アームのスイッチング素子Ｓｖａ、Ｓｖｂが直列に設けられ、Ｗ相の各巻線３０２を直列または並列に接続したステータ巻線Ｌｗを挟んでＷ相の上下アームのスイッチング素子Ｓｗａ、Ｓｗｂが直列に設けられる。各スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂは、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等で形成され、図１０ではＩＧＢＴからなる。また、正の電源端子ｐと、各相のステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの下アーム側の端部との間に、カソードが電源端子ｐに接続された還流または回生用のダイオードＤｕａ、Ｄｖａ、Ｄｗａが設けられ、負の電源端子ｎと各相のステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの上アーム側の端部との間に、アノードが電源端子ｎに接続された還流または回生用のダイオードＤｕｂ、Ｄｖｂ、Ｄｗｂが設けられる。
【０００６】
そして、図示省略した制御部の駆動制御により、各相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂの制御端子（図ではゲート）に駆動信号が与られ、各相のステータ巻線Ｌｕ〜Ｌｗがロータ２００の回転にしたがって順に通電する。すなわち、図示省略した位置センサのロータ位置の検出および電流センサの駆動電流（モータ電流）の検出に基づき、例えばロータ磁極とＵ相のステータ磁極とが非対向になる間には、Ｕ相が駆動相であり、Ｕ相のスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂのゲートに駆動信号が与えられ、スイッチング素子Ｓｕａ、ＳｕｂがオンしてＵ相のステータ巻線３０２が通電される。この通電よるロータ２００とステータ３００の電磁作用でロータ２００が回転してＵ相のステータ磁極がロータ磁極に対向状態になると、Ｕ相のスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂの通電がオフし、このオフの間にロータ２００が回転して隣のＶ相のステータ磁極がロータ磁極に非対向になると、Ｖ相が駆動相になり、Ｖ相のスイッチング素子Ｓｖａ、Ｓｖｂのゲートに駆動信号が与えられ、スイッチング素子Ｓｖａ、ＳｖｂがオンしてＶ相のステータ巻線３０２が通電される。この通電よるロータ２００とステータ３００の電磁作用でロータ２００が回転してＶ相のステータ磁極がロータ磁極に対向状態になると、Ｖ相のスイッチング素子Ｓｖａ、Ｓｖｂの通電がオフし、このオフの間にロータ２００が回転して隣のＷ相のステータ磁極がロータ磁極に非対向になると、Ｗ相が駆動相になり、Ｗ相のスイッチング素子Ｓｖａ、Ｓｖｂのゲートに駆動信号が与えられ、スイッチング素子Ｓｗａ、ＳｗｂがオンしてＷ相のステータ巻線３０２が通電される。この通電よるロータ２００とステータ３００の電磁作用でロータ２００が回転してＷ相のステータ磁極がロータ磁極に対向状態になると、Ｗ相のスイッチング素子Ｓｗａ、Ｓｗｂの通電がオフする。このオフの間にロータ２００が回転して隣のＵ相のステータ磁極がロータ磁極に非対向になると、駆動相がＵ相に切り替えられる。このくり返しの制御でＳＲモータ１００が回転する。
【０００７】
ところで、各相のステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの通電中には、通電によるステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗのインダクタンス飽和による過電流の防止等を図るため、制御部４０２は、実際には、ＰＷＭ駆動制御により、電源Ｅをステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに給電する力行（供給）モードと、ステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの両端を短絡する還流モードに交互に制御して電源Ｅを断続的に給電する。さらに、前記の対向状態になると、ステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの給電をオフして回生モードの制御になる（例えば、特許文献１（段落［００２８］−［００４０］、図２等）参照）。
【０００８】
図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は例えばＵ相の上記の力行モード、還流モード、回生モードの駆動電流を矢印線で示す。そして、力行モードでは、スイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂはともにオンし、電源Ｅの正極からスイッチング素子Ｓｕａ、ステータ巻線Ｌｕ、スイッチング素子Ｓｕａを介して電源Ｅの負極に電流が流れる。還流モードでは、スイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂの設定されたいずれか一方、例えばスイッチング素子Ｓｕｂのみがオンし、ステータ巻線Ｌｕの起電力の電流がステータ巻線Ｌｕ、スイッチング素子Ｓｕｂ、ダイオードＤｕｂ、ステータ巻線Ｌｕのループを流れる。回生モードでは、スイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂがともにオフし、ステータ巻線Ｌｕの蓄積エネルギの電流がステータ巻線Ｌｕ、ダイオードＤｕａ、電源Ｅの正極、負極、ダイオードＤｕｂ、ステータ巻線Ｌｕのループを流れて電源Ｅに回生される。
【０００９】
そして、Ｖ相、Ｗ相についても、同様の力行モード、還流モード、回生モードの制御が行なわれる。
【００１０】
なお、電気自動車やハイブリッド車の駆動モータは、ＳＲモータ１００とは構造および駆動方法が異なる界磁巻線型同期モータにより形成することも提案されている（例えば、特許文献２（特許請求の範囲、段落［０００７］−［００４１］、図１等）参照）。
【００１１】
前記界磁巻線型同期モータは、ステータに電機子コイルを巻き、ロータに界磁コイルを巻いて形成される。そして、駆動装置のインバータは、ブリッジ辺の上下アームのスイッチング素子のスイッチングの組み合わせによって３相交流をステータの各相の電機子コイルに給電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−２６８９８２号公報
【特許文献２】特開２００８−１９９７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
例えばＳＲモータ１００を電気自動車やハイブリッド車の駆動モータとし、ＳＲモータ１００を、前記した力行モード、還流モードの交互制御により電流一定のＰＷＭ制御で駆動する場合、力行モードによる給電のオン期間のデューティ（オンデューティ）は２〜２０％程度であり、力行モードの給電オン期間に比べて、還流モードの給電オフ期間が４倍以上長くなることが確かめられた。
【００１４】
図１３（ａ）は上記の電流一定制御で駆動する場合の例えばＵ相駆動における制御モードと駆動電流の時間変化を示し、斜線部分が力行モード、その間の空白部分が還流モードであり、実線ｉは目標電流である。
【００１５】
そして、還流モードの期間には、前記したように各相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂのいずれか設定された一方のみがオンし、そのスイッチング素子に電流が集中するので、各相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂは、還流モードの期間にオンする一方の温度が他方より高くなる。
【００１６】
そのため、この種の駆動装置においては、還流モードの通電経路が、スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂを選定等する際の温度上昇特性の主要因となっている。
【００１７】
ところで、ＳＲモータ１００を駆動モータとして搭載した電気自動車やハイブリッド車が例えば縁石に乗り上げ、ＳＲモータ１００がロータ２００の回転しないロック状態になると、その状態から脱出するため、特定の駆動相の最大負荷状態での力行モードと還流モードの制御が連続する。
【００１８】
そして、特定の駆動相をＵ相とすると、還流モードでオンするスイッチング素子Ｓｕｂは最大負荷状態で連続的にオンする。そのため、スイッチング素子Ｓｕｂの通電期間は同じ相のスイッチング素子Ｓｕａの通電期間より長くなり、この期間に最大負荷の大きな電流が集中して連続的に流れるので、短時間に温度が極めて高くなる。
【００１９】
図１３（ｂ）はスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂの温度の時間変化を例示したものであり、実線ｕａがスイッチング素子Ｓｕａの温度変化、実線ｕｂがスイッチング素子Ｓｕｂの温度変化の例である。同図（ｂ）からも明らかなように、ロック状態で駆動されるスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂ間には極端な温度差が発生する。
【００２０】
そして、前記のロック状態等になっても一定時間はＳＲモータ１００を駆動して縁石の乗り上げからの脱出等が行なえるようにするため、ＳＲモータ１００の従来の駆動装置にあっては、各相のスイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂを、還流モードでオンする特定のスイッチング素子（例えばスイッチング素子Ｓｕｂ）を考慮して、最大負荷状態で前記一定時間以上動作可能な大型で電流容量の極めて大きなものにする必要があり、従来のこの種の駆動装置は大型で高価になる。
【００２１】
なお、スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂの電流容量が小さいと、例えば前記のロック状態時において、還流モードで使用される特定のスイッチング素子（例えばスイッチング素子Ｓｕｂ）に電流が連続的に通流し、そのスイッチング素子の温度が短時間に極めて高くなり、温度が所定値を超えると通流電流が制限される。よってＳＲモータ１００の発生トルクが低下するので、ＳＲモータ１００の短時間定格で規定される最大トルク（短時間最大トルク）が小さくなる問題もある。
【００２２】
一方、特許文献２に記載の界磁巻線型同期モータの駆動装置の場合は、前記のロック状態になると、界磁電流を反転するとともに、この反転に同期を取ってインバータの各相の上下アームのスイッチング素子のオン−オフ状態を切り替え、特定のスイッチング素子の温度上昇（発熱）を抑えることが提案されているが、この手法は、ロータに界磁コイルを設けないＳＲモータ１００の駆動装置には適用できない。しかも、前記界磁巻線型同期モータの駆動には還流モードが存在しないので、還流モードでの特定のスイッチング素子の温度上昇の対策にはなり得ない。
【００２３】
そして、ＳＲモータ以外のモータの駆動装置にあっても、上記の力行モード、還流モードおよび回生モードの制御でモータを駆動する場合には、同様の問題がある。
【００２４】
本発明は、還流モードにおける特定のスイッチング素子の温度上昇を防止し、モータ駆動装置の小型化、コストダウンを図るとともに、モータの短時間最大トルクを増大することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記した目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、モータの各相それぞれのステータ巻線を挟んでインバータの各相の上下アームのスイッチング素子が接続され、駆動相の前記上下アームのスイッチング素子のスイッチングにより、電源を前記ステータ巻線に給電する力行モード、前記ステータ巻線の両端を短絡する還流モードに交互に制御することをくり返した後、前記ステータ巻線の蓄積エネルギを前記電源に戻す回生モードに制御して前記モータを駆動するモータ駆動装置であって、設定された還流路パターンにしたがって前記還流モードのときにオンするスイッチング素子を駆動相の前記上下アームのスイッチング素子のいずれかに切り替え、前記還流モードのときの前記ステータ巻線の両端の短絡路を、駆動相の前記上下アームのスイッチング素子それぞれを含む複数の還流路のいずれかに周期的に切り替える還流制御手段を備えたことを特徴としている（請求項１）。
【００２６】
また、本発明のモータ駆動装置は、各相の前記上下アームのスイッチング素子を冷却する冷却手段をさらに備え、前記還流路パターンが、前記冷却手段の冷却効果が高いスイッチング素子のオンする頻度が高くなるパターンに設定されることを特徴としている（請求項２）。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に係る本発明のモータ駆動装置の場合、還流制御手段により、駆動相の上下アームのスイッチング素子それぞれを含む複数の還流路が周期的に切り替えて還流モードのときのステータ巻線の両端の短絡路に選択され、選択された還流路のスイッチング素子がオンする。
【００２８】
この場合、駆動相の上下アームのスイッチング素子は、例えば還流モード毎に交互にオンして電流（還流）が交互に通る。そのため、還流モードの電流は、駆動相の上下アームの特定のスイッチング素子に連続的に流れず、駆動相の上下アームの各スイッチング素子に分散する。そのため、モータがロック状態になって力行モードと還流モードの交互のくり返しが長時間続いても、駆動相の上下アームのスイッチング素子はいずれも温度上昇が低く抑えられる。したがって、還流モードにおける特定のスイッチング素子の温度上昇を防止し、インバータの各相の上下アームのスイッチング素子を従来より小型で電流容量の小さなものにすることができ、小型化、コストダウンを図ることができるとともに、モータの短時間最大トルクを増大することができる。
【００２９】
請求項２に係る本発明のモータ駆動装置の場合、冷却手段により、インバータの各スイッチング素子の温度上昇が一層抑制される。その際、冷却手段による各スイッチング素子の冷却効果の差に応じて駆動相の上下アームの各スイッチング素子の還流モードでオンする頻度が調整され、冷却効果の差も考慮して還流モードの電流が駆動相の上下アームの各スイッチング素子に均一に分散されるので、駆動相の上下アームの各スイッチング素子の温度の上昇が抑制されて略均一になり、力行モードと還流モードの交互のくり返しをより長い時間継続することができ、モータの短時間最大トルクを増大することができるとともに、装置寿命を長くできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態の回路構成の説明図である。
【図２】図１のインバータの動作モードと電流路の説明図である。
【図３】図１のＳＲモータの駆動電流およびスイッチング素子の温度の時間変化の説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態の冷却手段の説明図である。
【図５】図４の冷却効果の差に起因したスイッチング素子の温度差の説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態の回路構成の説明図である。
【図７】図６の温度センサの検出温度のフィルタ処理の説明図である。
【図８】図７のフィルタ処理後の検出温度の説明図である。
【図９】上下アームのスイッチング素子の使用比率を変えたときの駆動電流および温度変化の説明図である。
【図１０】ＳＲモータの構成例の説明図である。
【図１１】従来のモータ駆動装置のインバータの結線図である。
【図１２】図１１のインバータの動作の説明図である。
【図１３】図１１のインバータの駆動電流およびスイッチング素子の温度変化の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
つぎに、本発明をより詳細に説明するため、実施形態について、図１〜図９を参照して詳述する。
【００３２】
（一実施形態）
請求項１に対応する一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００３３】
図１は本実施形態のモータ駆動装置の回路構成を示し、この装置の駆動対象は、例えば電気自動車やハイブリッド車の駆動モータとしてのＳＲモータ１であり、ＳＲモータ１は例えば図１０のＳＲモータ１００と同じ構成である。
【００３４】
本実施形態のモータ駆動装置は、ＳＲモータ１を駆動するインバータ２およびその制御部３を備え、インバータ２は図１０のインバータ４００と同じ構成であり、図１０と同一の符号は同一もしくは相当するものを示す。
【００３５】
制御部３はマイクロコンピュータにより形成されて出力制御部３１および制御パターン設定部３２を備える。出力制御部３１および制御パターン設定部３２が本発明の還流制御手段を形成する。
【００３６】
出力制御部３１は、図示省略した位置センサのロータ位置の検出および電流センサの駆動電流の検出等に基づき、ＳＲモータ１のロータ磁極と各相のステータ磁極との対向・非対の状態を検出監視し、ロータ磁極がＷ相のステータ磁極とＵ相のステータ磁極との中間の位置にあり、ロータ磁極がＵ相のステータ磁極に非対向の状態（例えば３０度ずれた状態）から近づいて対向するときにはＵ相の駆動制御（力行モード、還流モードの制御）を行い、ロータ磁極がＵ相のステータ磁極に対向すると回生モードの制御を行う。この間にＳＲモータ１が回転して、ロータ磁極がＶ相のステータ磁極に非対向の状態になり、ロータ磁極がＶ相のステータ磁極に非対向の状態から近づいて対向するときにはＶ相の駆動制御（力行モード、還流モードの制御）を行い、ロータ磁極がＶ相のステータ磁極に対向すると回生モードの制御を行う。この間にＳＲモータ１が回転して、ロータ磁極がＷ相のステータ磁極に非対向の状態になり、ロータ磁極がＷ相のステータ磁極に非対向の状態から近づいて対向するときにはＷ相の駆動制御（力行モード、還流モードの制御）を行い、ロータ磁極がＷ相のステータ磁極に対向すると回生モードの制御を行う。以降、同様にしてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の制御を順にくり返す。
【００３７】
ところで、前記駆動制御においては、駆動電流（モータ電流）を一定に制御するために、出力制御部３１はインバータ２を力行モードと還流モードに交互に制御する。
【００３８】
力行モードにおいては、駆動相の上下アームのスイッチング素子、例えば駆動相がＵ相であれば、上下のアームのスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂにオンの駆動信号を与えてスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂをともにオンする。
【００３９】
還流モードにおいては、従来のようにいつも駆動相の特定のスイッチング素子、例えば下側のアームのスイッチング素子Ｓｕｂ、Ｓｖｂ、Ｓｗｂだけをオンするのではなく、つぎに説明するように、制御パターン設定部３２に設定された還流路パターンに基づき、還流モードのときにオンするスイッチング素子を駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗａ、Ｓｕｂ〜ＳＷｂのいずれかに切り替え、還流モードのときのＳＲモータ１のステータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗの両端の短絡路を、駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗａ、Ｓｕｂ〜ＳＷｂそれぞれを含む複数の還流路のいずれかに周期的に切り替える。
【００４０】
つぎに、駆動相がＵ相であるとして、上記の還流路パターンを説明する。
【００４１】
還流路パターンは、本実施形態の場合、駆動相の特定のスイッチング素子Ｓｕｂ、例えば下側のアームのスイッチング素子Ｓｕｂのみをオンする従来のような特定の１パターンでなく、つぎのＡ、Ｂの２パターンである。
【００４２】
Ａのパターンは、駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂのいずれか一方、例えば上側のアームのスイッチング素子Ｓｕａがオンする還流路のパターンである。Ｂのパターンは、駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂのいずれか他方、例えば下側のアームのスイッチング素子Ｓｕｂがオンする還流路のパターンである。
【００４３】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、駆動相がＵ相の場合の力行モード、Ａパターンの還流モード、Ｂパターンの還流モード、回生モードそれぞれの電流を実線矢印で示す。そして、力行モードでは電源Ｅの正極からスイッチング素子Ｓｕａ、ステータ巻線Ｌｕ、スイッチング素子Ｓｕａを介して電源Ｅの負極に電流が流れ、電源Ｅがステータ巻線Ｌｕに給電される。また、Ａパターンの還流モードでは、スイッチング素子Ｓｕａのみがオンし、ステータ巻線Ｌｕの起電力の電流がステータ巻線Ｌｕ、ダイオードＤｕａ、スイッチング素子Ｓｕａ、ステータ巻線Ｌｕの還流路を流れる。Ｂパターンの還流モードでは、スイッチング素子Ｓｕｂのみがオンし、ステータ巻線Ｌｕの起電力の電流がステータ巻線Ｌｕ、スイッチング素子Ｓｕｂ、ダイオードＤｕｂ、ステータ巻線Ｌｕの還流路を流れる。回生モードでは、駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂをともにオフし、このとき、ステータ巻線Ｌｕの蓄積エネルギの電流がステータ巻線Ｌｕ、ダイオードＤｕａ、電源Ｅの正極、負極、ダイオードＤｕｂ、ステータ巻線Ｌｕのループを流れて電源Ｅに回生される。
【００４４】
そして、還流路パターンは、各力行モードのつぎの還流モードを、ｍ回は還流モードＡパターン、ｎ回は還流モードＢパターン（ｍ、ｎは１、２、３、…の同一または異なる数）とするものであり、最も簡単なｍ＝ｎ＝１の場合は、力行モード毎に還流モードをＡパターンとＢパターンに交互に切り替え、「力行モード、還流モード（Ａパターン）、力行モード、還流モード（Ｂパターン）、力行モード、還流モード（Ａパターン）、…」に制御する。また、ｍ＝２、ｎ＝１の場合は、「力行モード、還流モード（Ａパターン）、力行モード、還流モード（Ａパターン）、力行モード、還流モード（Ｂパターン）、力行モード、還流モード（Ａパターン）、…」に制御する。さらに、ｍ＝ｎ＝２の場合は、「力行モード、還流モード（Ａパターン）、力行モード、還流モード（Ａパターン）、力行モード、還流モード（Ｂパターン）、力行モード、還流モード（Ｂパターン）、力行モード、還流モード（Ａパターン）、…」に制御する。
【００４５】
制御パターン設定部３２は、還流路パターンとして、Ａ、Ｂパターンの上記のくり返し単位の組み合わせを記憶したり、前記のｍ、ｎを記憶する。
【００４６】
そして、Ｖ相、Ｗ相についても、制御パターン設定部３２のＡ、Ｂパターンに基づき、出力制御部３１が力行モードのつぎの還流モードのときに、設定された還流路パターンにしたがってオンするスイッチング素子を駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｖａ（Ｓｗａ）、Ｓｖｂ（Ｓｗｂ）に切り替え、ステータ巻線Ｌｖ、Ｌｗの両端の短絡路を、駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｖａ（Ｓｗａ）、Ｓｖｂ（Ｓｗｂ）を含む複数の還流路のいずれかに周期的に切り替える。
【００４７】
したがって、本実施形態の場合、駆動相がＵ相であれば、還流モードにおいて、駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂは、例えば還流モード毎に交互にオンして電流（還流）が交互に通る。
【００４８】
図３（ａ）は駆動相がＵ相の場合のＳＲモータ１の力行モード、還流モード、回生モードの駆動電流（駆動相のコイルＬｕを通流する電流）を示し、図中の斜線部は力行モードの期間、空白部＃ａはＡパターンの還流モードの期間、空白部＃ｂはＢパターンの還流モードの期間、空白部＃ｃは回生モードの期間である。
【００４９】
そして、駆動相のスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂが還流モード毎に交互にオンするため、還流モードの電流は、駆動相の上下アームの特定のスイッチング素子、例えば下側のアームのスイッチング素子Ｓｕｂに連続的に通流せず、駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂに分散する。そのため、駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂはいずれも温度上昇が低く抑えられて略同じ温度になる。
【００５０】
図３（ｂ）、（ｃ）の実線は同図（ａ）のモード切替で動作する場合のスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂの温度変化を示し、スイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂはいずれも温度上昇が低く抑えられて略同じ温度になる。
【００５１】
そして、駆動相がＶ相、Ｗ相の場合も、同様にして駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｖａ（Ｓｗａ）、Ｓｖｂ（Ｓｗｂ）はいずれも温度上昇が低く抑えられて略同じ温度になる。
【００５２】
したがって、本実施形態の場合、ＰＷＭスイッチングの約８割の期間を占めるといわれる還流モード期間を、上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ（Ｓｖａ、Ｓｗａ）、Ｓｕｂ（Ｓｖｂ、Ｓｗｂ）が均等に約半分ずつ分担することになって温度上昇が抑制され、ＳＲモータ１を搭載した電気自動車、ハイブリッド車が例えば縁石にのり上げてロック状態になり、力行モードと還流モードの交互のくり返しが長時間続いても、駆動相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ（Ｓｖａ、Ｓｗａ）、Ｓｕｂ（Ｓｖｂ、Ｓｗｂ）はいずれも温度上昇が低く抑えられる。そのため、還流モードにおける特定のスイッチング素子、例えばスイッチング素子Ｓｕｂ、Ｓｖｂ、Ｓｗｂの温度上昇を防止し、インバータ２の各相の上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ（Ｓｖａ、Ｓｗａ）、Ｓｕｂ（Ｓｖｂ、Ｓｗｂ）を従来より小型で電流容量の小さなものにすることができ、インバータ２を小型に形成してＳＲモータ１の駆動装置の小型化、コストダウンを図ることができるとともに、ＳＲモータ１の短時間最大トルクを増大することができる。なお、本実施形態では、還流モードにおいて、ＡパターンとＢパターンとを交互に行なうようにしているが、これに限られず、発熱量の小さい側のスイッチング素子Ｓｕａ（Ｓｖａ、Ｓｗａ）、Ｓｕｂ（Ｓｖｂ、Ｓｗｂ）のパターンを適用する頻度を高くするようにしてもよい。上記発熱量は、例えばスイッチング素子Ｓｕａ（Ｓｖａ、Ｓｗａ）、Ｓｕｂ（Ｓｖｂ、Ｓｗｂ）の温度を検出する検出手段の検出温度から検出すればよい。また、通電損失の小さい側のスイッチング素子Ｓｕａ（Ｓｖａ、Ｓｗａ）、Ｓｕｂ（Ｓｖｂ、Ｓｗｂ）を適用する頻度を高くするようにしてもよい。
【００５３】
（他の実施形態）
請求項２に対応する他の実施形態について、図４〜図９を参照して説明する。
【００５４】
本実施形態のモータ駆動装置が前記一実施形態のモータ駆動装置と異なる点は、第１に、インバータ２の各スイッチング素子Ｓｖａ〜Ｓｗｂを強制冷却する水冷、油冷等の液冷、または空冷の冷却手段を備えた点である。
【００５５】
図４は上記冷却手段の構成を示し、この冷却手段は、例えばＳＲモータ１が搭載された電気自動車、ハイブリッド車のラジエータ（図示せず）に接続された冷却水路（管路）４であり、この冷却水路４は、例えば、ラジエータから引き出されてインバータ２の各相の上アームのスイッチング素子Ｓｕａ（Ｓｖａ、Ｓｗａ）、下アームのスイッチング素子Ｓｕｂ（Ｓｖｂ、Ｓｗｂ）の順に通ってラジエータに戻る。
【００５６】
そして、冷却水路４の途中に必要に応じてポンプが設けられ、ラジエータで冷却されたた冷却水が冷却水路４を循環し、そのとき、ラジエータの水温は６０度前後であり、インバータ２の各スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂはそれより高温に発熱するので前記冷却水で冷却され、温度上昇が一層抑制される。
【００５７】
しかしながら、スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂに特性のばらつきがあるのは勿論、上記の冷却を行うと、冷却水路４の上流側より下流側のスイッチング素子程冷却効果が低く、素子温度が高くなる傾向を示す。すなわち、スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂによって冷却効果に差が生じ、その差に基づく温度差が生じる。
【００５８】
図５は図４の冷却に基づくスイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂの温度のばらつきを示し、例えばＵ相のスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂに温度差ΔＴが生じ、他の相のスイッチング素子Ｓｖａ（Ｓｗａ）、Ｓｖｂ（Ｓｗｂ）にも温度差（３／５）・ΔＴ（（１／５）・ΔＴ）が生じる。また、最も上流のスイッチング素子Ｓｕａの温度が最も低くなり、最も下流のスイッチング素子Ｓｕｂの温度が最も高くなる。
【００５９】
そこで、本実施形態のモータ駆動装置が前記一実施形態のモータ駆動装置と異なる第２の点は、制御パターン設定部３２に、複数の温度差ΔＴに対する前記Ａ、Ｂパターンのくり返し単位の組み合わせやｍ、ｎを、各温度差ΔＴの還流路パターンとして記憶し、また、インバータ２の各スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂに温度検知ダイオード等の温度センサ４を設ける。
【００６０】
図６は本実施形態のモータ駆動装置の回路構成を示し、各スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂに温度センサＤｔを設け（内蔵し）、各温度センサＤｔの検出温度を出力制御部３１に入力する。
【００６１】
そして、出力制御部３１により、各相の上アームのスイッチング素子Ｓｕａ（Ｓｖａ、Ｓｗａ）の温度センサＤｔの検出温度と、下アームのスイッチング素子Ｓｕｂ（Ｓｖｂ、Ｓｗｂ）の温度センサＤｔの検出温度との差（温度差ΔＴ）を検出監視し、各時点に、制御パターン設定部３２の該当する温度差ΔＴについてのＡ、Ｂパターンの還流路モードの制御を行う。このようにすることで、還流路パターンは、前記冷却手段の冷却効果が高いスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｖａ、Ｓｗａのオンする頻度が、冷却効果の低いスイッチング素子Ｓｕｂ、Ｓｖｂ、Ｓｗｂのオンする頻度より高くなるように補正され、温度差ΔＴが小さくなる。
【００６２】
なお、温度センサＤｔの検出温度の外乱変動を防止し、ならびにスイッチングに起因する細かな温度変動を除去するため、温度センサＤｔの検出温度は適当なフィルタ処理を施すことが好ましい。
【００６３】
図７は上記フィルタ処理の一例を示し、簡単なＣＲローパスフィルタ５を各温度センサＤｔの後段に設け、温度センサＤｔの検出温度をローパスフィルタ処理する。
【００６４】
図８（ａ）、（ｂ）は、図３（ｂ）、（ｃ）のスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂの温度変化を温度センサＤｔで検出し、それぞれ図７のフィルタ処理を施した場合のスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂの検出温度を示し、それぞれの実線がフィルタ処理前の検出温度の変化を示し、一点破線がフィルタ処理後の検出温度の変化を示す。図８（ａ）、（ｂ）から明らかなようにフィルタ処理することで検出温度の外乱等による過渡変動が防止される。
【００６５】
つぎに、検出した温度差ΔＴのＡ、Ｂモードの還流パターンの比率が制御パターン設定部３２に記憶されていない場合は、出力制御部３１により、制御パターン設定部３２に記憶されている検出した温度差ΔＴの前後のＡ、Ｂモードの還流路パターンの比率を平均し、その平均の比率を、検出した温度差ΔＴに最適なＡ、Ｂパターンの還流モードの比率として求め、求めた比率にしたがってＡ、Ｂパターンの還流モードの制御を行う。
【００６６】
図９は温度差ΔＴがある場合にＡ、Ｂパターンの還流モードの比率を変えることによって生じる上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ、Ｓｕｂの温度変化例を示し、同図（ａ）の駆動電流の期間Ｔ１にはＡ、Ｂパターンの還流モードに交互に切り替え（Ａ＝Ｂの等比率）、期間Ｔ２にはＢパターンの比率が多くなるように切り替え（Ｂ＞＞Ａ）、期間Ｔ３にはＢパターンの比率を抑える（Ｂ＞Ａ）。この場合、同図（ｂ）の実線ｔａがスイッチング素子Ｓｕａの温度変化、実線ｔｂがスイッチング素子Ｓｕａの温度変化を示し、比率が高くなって使用回数が多くなる程温度が上昇する。
【００６７】
本実施形態の場合、スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂの特性ばらつきおよび、冷却効果の差によって、スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂに温度のばらつきが発生し易い場合においても、上下アームの低温側のスイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂの還流モード回数（通電時間）を増やすことで、上下アームのスイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂの温度を略均一に保つことができる。なお、さらに、冷却手段に対する各スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂの位置（冷却効果）によっても前記比率を補正し、最も低温のスイッチング素子の使用回数が最も多くなって最も高温のスイッチング素子の使用回数が最も少なくなるようにすれば、全てのスイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂの温度がより低い状態で均一になる。
【００６８】
そして、スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂの温度がより低い状態で均一になると、ＳＲモータ１のロック時の短時間最大トルクをさらに増加させることができるだけでなく、スイッチング素子Ｓｕａ〜Ｓｗｂの温度サイクルを低減して装置のモジュール寿命を伸ばすこともできる。
【００６９】
そして、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、例えば、制御パターン設定部３２の還流路パターンの設定手法等はどのようであってもよいし、各実施形態を組み合わせてもよい。
【００７０】
また、インバータ２の各スイッチング素子の結線や、冷却手段の構成等は前記実施形態と異なっていてもよい。
【００７１】
また、ＳＲモータ１が４相以上の多相の場合にも、インバータ２のアーム数、スイッチング素子数が３相の場合より多くなるだけであり、本発明を同様に適用できる。
【００７２】
さらに、本発明は、例えばラジアルギャップ型のＳＲモータのモータ駆動装置にも同様に適用することができ、さらには、ＳＲモータ以外のモータ駆動装置にも適用できる。
【００７３】
そして、本発明は、電気自動車、ハイブリッド車の駆動モータだけでなく、種々の用途のモータのモータ駆動装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１    ＳＲモータ
２    インバータ
３    制御部
４    冷却水路
３１    出力制御部
３２    パターン設定部
Ｓｕａ〜Ｓｕｂ    スイッチング素子
Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗ    ステータ巻線
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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