(57)【要約】      （修正有）【課題】発熱部分の温度上昇を抑制できる機器保護装置及び機器保護方法を提供する。【解決手段】機器保護装置において、発熱体を含む機器の冷却に使用される冷媒の温度を検出する第１センサ２２と、前記機器の温度を検出する第２センサ２１と、第１センサ２２により検出された第１検出温度及び第２センサ２１により検出された第２検出温度に基づき、前記機器に対して駆動制限をかけるコントローラ１０とを備える。コントローラ１０は、第１検出温度に基づいて第２検出温度を補正することで、第２補正検出温度を演算し、第１検出温度と第２補正検出温度との温度差を演算し、温度差が所定の温度差閾値より高い場合に、機器に対して駆動制限をかけ、第２補正検出温度が所定の第１温度閾値より高い場合に、機器に対して駆動制限をかける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を含む機器の冷却に使用される冷媒の温度を検出する第１センサと、
前記機器の温度を検出する第２センサと、
前記第１センサにより検出された第１検出温度、及び、前記第２センサにより検出された第２検出温度に基づき、前記機器に対して駆動制限をかけるコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記第１検出温度に基づいて前記第２検出温度を補正することで、第２補正検出温度を演算し、
前記第１検出温度と前記第２補正検出温度との温度差を演算し、
前記温度差が所定の温度差閾値より高い場合に、前記機器に対して前記駆動制限をかけ、
前記第２補正検出温度が所定の第１温度閾値より高い場合に、前記機器に対して前記駆動制限をかける機器保護装置。
【請求項２】
前記コントローラは、
前記第１検出温度に対して、前記第１検出温度と前記第２検出温度との温度差に所定値を乗じた温度差を加算することで、前記第２補正検出温度を演算する請求項１記載の機器保護装置。
【請求項３】
前記機器は、モータに接続されており、
前記コントローラは、前記モータが回転していない場合、前記第２補正検出温度を演算する請求項１又は２記載の機器保護装置。
【請求項４】
前記機器は、モータの各相に接続された複数のスイッチング素子を有し、
前記第２センサは、前記複数のスイッチング素子のうち特定の相のスイッチング素子の温度を検出し、
前記コントローラは、前記モータが回転していない場合、前記モータがロックされた際の回転角に応じて、前記第２補正検出温度を演算する請求項１〜３のいずれか一項に記載の機器保護装置。
【請求項５】
前記コントローラは、
前記第２補正検出温度が所定の第２温度閾値より高い場合には、前記第２補正検出温度が上昇し前記第２温度閾値に達した時点の出力を、前記機器からの最大出力に設定する請求項１〜４のいずれか一項に記載の機器保護装置。
【請求項６】
前記機器はスイッチング素子を有し、
前記第２センサは、前記スイッチング素子の温度を検出し、
前記コントローラは、前記駆動制限として、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を、現在の周波数よりも低い周波数に設定する請求項１〜５のいずれか一項に記載の機器保護装置。
【請求項７】
前記機器は、モータに接続されたスイッチング素子を有し、
前記第２センサは、前記スイッチング素子の温度を検出し、
前記コントローラは、前記駆動制限として、前記モータの回転数に応じて、前記スイッチング素子のスイッチング周波数に制限をかける請求項１〜６のいずれか一項に記載の機器保護装置。
【請求項８】
前記コントローラは、前記第２補正検出温度が所定の上限値以上である場合には、前記機器の動作を停止させる請求項１〜７のいずれか一項に記載の機器保護装置。
【請求項９】
プロセッサを用いて、発熱体を含む機器を保護する保護方法において、
第１センサを用いて、前記機器の冷却に使用される冷媒の温度を検出し、
第２センサを用いて、前記機器の温度を検出し、
前記第２センサにより検出された前記機器の検出温度を補正し、
前記第１センサにより検出された前記冷媒の検出温度と、補正された前記機器の検出温度の温度差を演算し、
前記温度差が所定の温度差閾値より高い場合に、前記機器に対して駆動制限をかけ、
補正された前記機器の検出温度が所定の温度閾値より高い場合に、前記機器に対して前記駆動制限をかける機器保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器保護装置及び機器保護方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度センサでインバータ温度を検出し、温度変化量を計算し、温度変化量が閾値より大きいときには、インバータ温度の修正を行い、さらに修正後のインバータ温度になまし処理を行い、なまし処理の処理済み温度が上限温度より大きい場合には、負荷制限率設定し、モータのトルクに制限をかける方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３００３７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、周辺温度が高温の時には、トルク制限が適切なタイミングにかからず、発熱部分が高温になるという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、発熱部分の温度上昇を抑制できる機器保護装置及び機器保護方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、機器の冷却に使用される冷媒の温度と機器の温度をそれぞれ検出し、冷媒の検出温度に基づいて機器の検出温度を補正し、冷媒の検出温度と補正された機器の検出温度との温度差を演算し、温度差が所定の温度差閾値より高い場合に機器に対して駆動制限をかけ、補正された機器の検出温度が所定の温度閾値より高い場合に機器に対して駆動制限をかけることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発熱部分の温度上昇を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る機器保護装置を含む駆動システムのブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る電力変換装置の平面図の一例である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る機器保護装置の制御フローを示すフローチャートである。
【図４】図４は、機器温度を補正する方法の一例である。
【図５】図５は、ゲインを変化させた場合の温度特性を示すグラフである。
【図６】図６は、第２実施形態に係る機器保護装置の制御フローを示すフローチャートである。
【図７】図７は、モータの回転と発熱機器の温度との関係を説明するための図である。図７（Ａ）は、モータが回転しない場合の温度特性を示し、図７（Ｂ）は、モータが回転している場合の温度特性を示す。
【図８】図８は、第３実施形態に係る機器保護装置の制御フローを示すフローチャートである。
【図９】図９は、発熱機器と補正係数との関係を説明するための図である。図９（Ａ）は、発熱機器３が発熱している場合の温度特性を示し、図９（Ｂ）は、発熱機器２が発熱している場合の温度特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
≪第１実施形態≫
本実施形態に係る機器保護装置は、発熱体を含む機器の温度上昇を抑制する装置である。機器保護装置は、例えば車両に搭載される駆動システムに設けられ、駆動システムに含まれる機器の温度を管理しつつ、機器の温度上昇を抑制している。
【００１１】
以下の説明では、機器保護装置が車両用の駆動システムに設けられた例を説明する。なお、機器保護装置は、必ずしも駆動システムに設けられる必要はなく、発熱部分を含んだ他のシステムに設けられてよい。また機器保護装置は、車両に限らず他の装置に設けられてもよい。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る機器保護装置を含む駆動システムのブロック図である。駆動システムは、電源１、負荷２、電力変換装置３、冷却装置４、及びコントローラ１０を備えている。
【００１３】
電源１は、車両の電力源であって、リチウムイオン電池などの二次電池を並列又は直列に接続した電池群である。負荷２は、モータ（電動機）であり、車輪に対して回転力を与えるように車輪と連結されている。負荷２には、例えば三相交流モータが用いられる。
【００１４】
電力変換装置３は、電源１と負荷２との間に接続されている。電力変換装置３は、インバータ回路及び制御回路等を有している。インバータ回路は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子をブリッジ状に接続した、２相３相変換を可能とする回路である。インバータ回路は、負荷２と電源１との間に接続されている。インバータ回路は、複数のスイッチング素子を直列に接続した直列回路を、３相分並列に接続している。インバータ回路において、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子との各接続点は、モータ側のＵＶＷ相の出力端子に接続されている。また、インバータ回路は、平滑コンデンサを有している。平滑コンデンサは、電源１の入出力電圧を平滑し、ブリッジ状のスイッチング素子の回路と電源１側の接続端子との間に接続されている。
【００１５】
電力変換装置３は、装置の内部温度を検出するための温度センサ２１を有している。電力変換装置３は、インバータ回路に含まれるスイッチング素子のオン、オフを切り換えることで電力変換を行う。スイッチング素子がオン、オフ動作を行うと、スイッチング損失等により発熱する。スイッチング素子はパワーモジュールとしてモジュール化されており、電力変換装置３の内部に設けられている。温度センサ２１は、スイッチング素子のスイッチング動作によって上昇するパワーモジュールの温度を検出する。温度センサ２１はパワーモジュールに設置されている。温度センサ２１は検出値をコントローラ１０に出力する。なお、温度センサ２１の検出値は、電力変換装置３内のコントローラを介して、コントローラ１０に出力されてもよい。なお、温度センサ２１は、パワーモジュールに限らず、電力変換装置３の他の内部部品の温度を検出できるように、電力変換装置に設けられてもよい。
【００１６】
冷却装置４は、電力変換装置３内に冷媒を循環させることで、電力変換装置３を冷却する。冷却装置４は、冷媒を出力するためのポンプ、冷媒量を調整するための調整弁、熱交換器等を有している。冷却装置４と電力変換装置３との間は、冷媒を通す流路で接続されている。流路は、冷却装置４から出て、電力変換装置の内部を通り、冷却装置４に戻るように形成されている。冷媒は、パワーモジュールの冷却に使用され、水などの液体、冷媒ガス等である。
【００１７】
冷却装置４は、冷媒の温度を検出するための温度センサ２２を有している。温度センサ２２は流路に設けられている。温度センサ２２は、検出値をコントローラ１０に出力する。
【００１８】
ここで、図２を用いて、各装置及び各機器の配置関係を具体的に説明する。図２は、本実施形態に係る電力変換装置３の平面図の一例である。電力変換装置３は、その内部にインバータ回路と温度センサ２１を有している。図２では、発熱機器１〜３は、モータのＵＶＷ相のそれぞれに対応したスイッチング素子のモジュールであって、インバータ回路を構成している。各相のモジュールは、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子の組み合わせで構成されている。温度センサ２２は、発熱機器１〜３とは所定の距離を置いて配置され、発熱機器１〜３の温度を検出する。図２の例では、温度センサ２２は、発熱機器１、３に比べて、発熱機器２の近くに配置されている。温度センサ２２は、発熱機器１〜３の検出温度をコントローラ１０に出力する。なお、温度センサ２２の数は特に限定されないが、本実施形態では、温度センサ２２が一つの場合を例に挙げて説明する。
【００１９】
また、図２に示すように、電力変換装置３の内部には、冷却装置４から伸びる流路であって、冷媒を通す流路が形成されている。流路は、電力変換装置３の下側に設けられ、冷媒が発熱機器１〜３から放出される熱を吸収することで、電力変換装置３を冷却する。温度センサ２１は、流路の内部に設けられ、冷媒の温度を検出する。温度センサ２１は、冷媒の検出温度をコントローラ１０に出力する。
【００２０】
再び図１に戻り、本実施形態に係る機器保護装置について説明する。コントローラ１０は、機器保護装置の制御処理を実行するコンピュータであり、温度センサ２１の検出温度及び温度センサ２２の検出温度に基づき電力変換装置３を制御することで、電力変換装置３を保護する。コントローラ１０は、電力変換装置３を保護するための制御を実行させるプログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、このＲＯＭに格納されたプログラムを実行するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、アクセス可能な記憶装置として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）と、を備える。コントローラ１０は、電力変換装置３内のコントローラと信号線で接続されている。なお、コントローラ１０は、電力変換装置３内に設けられて、コントローラ１０が、スイッチング動作を制御する機能を有してもよい。また、コントローラ１０は、パワーモジュール内のスイッチング素子を直接制御してもよい。
【００２１】
次に、コントローラ１０による電力変換装置３を保護するための制御フローを、図３を用いて説明する。コントローラ１０は、電力変換装置３の駆動中、以下の制御フローを所定の周期で実行している。
【００２２】
ステップＳ１０１にて、コントローラ１０は、温度センサ２２を用いて、冷媒の温度（Ｔ１）を検出する。ステップＳ１０２にて、コントローラ１０は、温度センサ２１を用いて、電力変換装置３のパワーモジュールの温度（機器温度：Ｔ２）を検出する。
【００２３】
ステップＳ１０３にて、コントローラ１０は、機器温度（Ｔ２）を補正する。ここで、図４を用いて、機器温度（Ｔ２）を補正する方法について説明する。図４は、本実施形態に係る機器温度（Ｔ２）を補正する方法の一例である。
【００２４】
コントローラ１０は、冷媒の温度（Ｔ１）に基づいて、機器温度（Ｔ２）を補正する。具体的には、下記式（１）に示すように、コントローラ１０は、冷媒の温度（Ｔ１）に対して、冷媒の温度（Ｔ１）と機器温度（Ｔ２）との温度差(Ｔ２−Ｔ１）にゲイン（Ａ）を乗じた温度差を加算することで、補正された機器温度（Ｔ２’）を演算する。なお、ゲイン（Ａ）は、１よりも大きい係数であって、実験的に求められた補正係数である。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
図２の例のように、１つの温度センサ２１で３つの発熱機器１〜３の機器温度（Ｔ２）を検出する場合、機器温度（Ｔ２）は、発熱機器１〜３の配置と温度センサ２１の配置との関係に応じて変化する。図２の例を用いて説明すると、温度センサ２１は、発熱機器１〜３のうち発熱機器２と最も近い配置関係にあるため、発熱機器２が所定の温度だけ温度上昇した場合、上昇分の温度と略同一の温度を検出できる。一方、温度センサ２１は、発熱機器１、３とは発熱機器２に比べて離れた配置関係にある。このため、発熱機器１、３が所定の温度だけ温度上昇したとしても、温度センサ２１は、上昇分の温度よりも低い温度を検出し、機器温度（Ｔ２）と本来の発熱機器１、３の温度との間には誤差が生じる。言い換えると、温度センサ２１は、発熱機器１〜３に対して異なる温度感度を有しており、機器温度（Ｔ２）は、発熱機器１〜３に対しての温度感度が考慮されていない温度である。本実施形態では、ゲイン（Ａ）を調整し、補正された機器温度（Ｔ２’）を演算することで、発熱機器ごとに温度感度が異なる場合であっても、本来の発熱機器１〜３の温度に対する誤差を低減することができる。
【００２７】
再び図３に戻り、電力変換装置３を保護するための制御フローを説明する。ステップＳ１０４にて、コントローラ１０は、検出された冷媒温度（Ｔ１）とステップＳ１０２にて補正された機器温度（Ｔ２’）との差分を求めることで、温度差（ΔＴ＝Ｔ２’−Ｔ１）を演算する。
【００２８】
ステップＳ１０５にて、コントローラ１０は、温度差と所定の温度差閾値（ΔＴ＿ｔｈ）とを比較する。温度差閾値（ΔＴ＿ｔｈ）は予め設定された閾値である。後述するように環境温度が低い場合には、機器の温度上昇の速さは、冷媒の温度上昇の速さよりも速く、温度差の上昇も速くなる。温度差閾値（ΔＴ＿ｔｈ）は、低温状態で電力変換装置３の温度が上昇する状態で、電力変換装置３の温度が許容温度に達する前に、電力変換装置３に対して駆動制限を加えるタイミングを、温度差で示している。
【００２９】
温度差（ΔＴ）が温度差閾値（ΔＴ＿ｔｈ）以下である場合には、コントローラ１０はステップＳ１０６の制御フローを実行する。一方、温度差（ΔＴ）が温度差閾値（ΔＴ＿ｔｈ）より大きい場合には、コントローラ１０はステップＳ１０７の制御フローを実行する。
【００３０】
ステップＳ１０６にて、コントローラ１０は、補正された機器温度（Ｔ２’）と温度閾値（Ｔ_ｔｈ１）とを比較する。補正された機器温度（Ｔ２’）が温度閾値（Ｔ_ｔｈ１）より高い場合には、コントローラ１０はステップＳ１０７の制御フローを実行する。一方、補正された機器温度（Ｔ２’）が温度閾値（Ｔ_ｔｈ１）以下である場合には、コントローラ１０はステップＳ１０９の制御フローを実行する。温度閾値（Ｔ_ｔｈ１）は、後述する第１保護処理を実行するか否かを判定するための閾値であり、温度差閾値（ΔＴ＿ｔｈ）よりも高い温度に設定されている。温度差閾値（ΔＴ＿ｔｈ）は低温環境用の閾値であり、温度閾値（Ｔ_ｔｈ１）は高温環境用の閾値である。
【００３１】
ステップＳ１０７にて、コントローラ１０は、現在のモータの駆動状態に基づき、スイッチング周波数の制限が可能であるか否かを判定する。コントローラ１０は、電力変換装置３から、モータ回転数を取得することで、モータの駆動状態を確認する。スイッチング周波数は、スイッチング素子のオン、オフを制御する際のキャリア周波数である。温度差（ΔＴ）が温度差閾値（ΔＴ＿ｔｈ）より高い場合、又は、補正された機器温度（Ｔ２’）が温度閾値（Ｔ_ｔｈ１）より高い場合には、パワーモジュールの温度上昇を抑制するために、パワーモジュールに対して駆動制限をかける。パワーモジュールに駆動制限をかけることで、モータの駆動にも制限がかかる。駆動制限は、キャリア周波数を現在の周波数より低くすることで実行される。しかしながら、モータの回転数が高い状態でスイッチング周波数を低く設定した場合には、制御発散する可能性がある。そこで、ステップＳ１０７の制御フローでは、モータの駆動状態が、スイッチング周波数を低く設定できる状態にあるか否かを判定する。具体的には、コントローラ１０は、現在のモータ回転数と回転数閾値とを比較し、現在のモータ回転数（Ｎ）が回転数閾値（Ｎｔｈ）より低い場合にはスイッチング周波数を制限できると判定し、現在のモータ回転数が回転数閾値以上である場合にはスイッチング周波数を制限できないと判定する。回転数閾値は予め設定されており、モータのトルクに応じた値にしてもよい。
【００３２】
スイッチング周波数を制限できると判定された場合には、ステップＳ１０８にて、コントローラ１０は第１保護処理を実行する。第１保護処理は、スイッチング周波数に制限をかけることで、モータに対して駆動制限をかける。具体的には、コントローラ１０は、電力変換装置３から現在のモータの出力トルク及びモータ回転数を取得する。選択可能なスイッチング周波数は予め設定されており、モータの駆動状態に応じて、選択可能なスイッチング周波数が異なる。
【００３３】
例えば、選択可能なスイッチング周波数として、３つの周波数（ｆｓｗ１、ｆｓｗ２、ｆｓｗ３）が予め設定されている。ただし、周波数（ｆｓｗ３）が最も高く、周波数（ｆｓｗ１）が最も低い。また、回転数閾値より低い回転数閾値（Ｎｔｈ＿Ｌ）が予め設定されている。そして、モータの現在の回転数に応じて、選択可能なスイッチング周波数が決まる。現在のモータ回転数Ｎが回転数閾値（Ｎｔｈ）より高い場合には、選択可能なスイッチング周波数はｆｓｗ３のみであり、スイッチング周波数の制限ができない状態に相当する。現在のモータ回転数Ｎが回転数閾値（Ｎｔｈ）以下で、回転数閾値（Ｎｔｈ＿Ｌ）より高い場合には、選択可能なスイッチング周波数は、周波数（ｆｓｗ３）及び周波数（ｆｓｗ２）である。そして、例えば、現在のキャリア周波数が周波数（ｆｓｗ２）より高く周波数（ｆｓｗ３）より低い場合には、コントローラ１０は、キャリア周波数を周波数（ｆｓｗ２）に設定し、キャリア周波数に対して制限をかける。また、現在のモータ回転数Ｎが回転数閾値（Ｎｔｈ＿Ｌ）以下である場合には、選択可能なスイッチング周波数は、周波数（ｆｓｗ１）、周波数（ｆｓｗ２）、周波数（ｆｓｗ３）である。例えば、現在のキャリア周波数が周波数（ｆｓｗ３）より高い場合は、コントローラ１０は、キャリア周波数を周波数（ｆｓｗ３）に設定し、キャリア周波数に対して制限をかける。すなわち、コントローラ１０は、モータの現在の回転数に応じて選択可能なスイッチング周波数が複数ある場合には、現在のキャリア周波数よりも低いキャリア周波数に設定する。これにより、損失が抑制され、パワーモジュールの発熱を抑制できる。なお、選択可能なスイッチング周波数は、モータ回転数に限らず、モータのトルクにより決定してもよい。
【００３４】
ステップＳ１０９にて、コントローラ１０は、補正された機器温度（Ｔ２’）と温度閾値（Ｔ_ｔｈ２）とを比較する。温度閾値（Ｔ_ｔｈ２）は、後述する第２保護処理を実行するか否かを判定するための閾値であり、温度閾値（Ｔ_ｔｈ１）よりも高い温度に設定されている。補正された機器温度（Ｔ２’）が温度閾値（Ｔ_ｔｈ２）より高い場合には、コントローラ１０はステップＳ１１０の制御フローを実行する。一方、補正された機器温度（Ｔ２’）が温度閾値（Ｔ_ｔｈ２）以下である場合には、コントローラ１０はステップＳ１１１の制御フローを実行する。
【００３５】
ステップＳ１１０にて、コントローラ１０は、第２保護処理を実行する。第２保護処理は、補正された機器温度（Ｔ２’）が温度閾値（Ｔ_ｔｈ２）に達した時点の要求トルクを、モータからの最大出力に設定することで、モータからの出力トルクに制限をかける。具体的には、補正された機器温度（Ｔ２’）が温度閾値（Ｔ_ｔｈ２）に達した場合に、コントローラ１０は、電力変換装置３のコントローラに対して、要求トルクに応じたトルク指令値の上限を現在のトルク指令値にするよう、指令信号を送信する。電力変換装置３のコントローラは、指令信号を受信したとき、現在のトルク指令を上限値に設定する。上限値が設定された後に、ドライバーのアクセル操作により、トルク指令の上限値を超えるような要求トルクが入力された場合でも、コントローラは、トルク指令値を上限値に制限した上で、モータの現在の回転数、モータの現在の電流に応じたスイッチング信号を生成し、スイッチング素子を制御する。これにより、要求トルクに制限が加わるため、モータの出力トルクが抑制され、その結果として、パワーモジュールの温度が抑制される。
【００３６】
ステップＳ１１１にて、コントローラ１０は、補正された機器温度（Ｔ２’）と上限温度（Ｔ_ｆａｉｌ）とを比較する。上限温度（Ｔ_ｆａｉｌ）は、パワーモジュールに許容される温度の上限値を示しており、温度閾値（Ｔ_ｔｈ１）及び温度閾値（Ｔ_ｔｈ２）よりも高い温度に設定されている。補正された機器温度（Ｔ２’）が上限温度（Ｔ_ｆａｉｌ）より高い場合には、コントローラ１０はステップＳ１１２の制御フローを実行する。一方、補正された機器温度（Ｔ２’）が上限温度（Ｔ_ｆａｉｌ）以下である場合には、コントローラ１０は制御フローを終了する。
【００３７】
ステップＳ１１２にて、コントローラ１０は、電力変換装置３内のコントローラに対して、モータを強制的に停止させる旨のフェールセーフ信号を送信する。電力変換装置３内のコントローラは、フェールセーフ信号を受信した場合には、電力変換装置３の動作を停止させる（フェールセーフ処理）。これにより、パワーモジュールが上限値を超えることを防止できる。
【００３８】
次に、図５を用いて、第１保護処理が実行される際の発熱機器の温度とゲイン（Ａ）との関係について説明する。図５は、ゲインを変化させた場合の温度特性を示す。図３において、グラフａは温度センサ２１で検出される機器温度（Ｔ２）の温度特性を示し、グラフｂはコントローラ１０によりゲイン（Ａ１）を用いて補正された機器温度（Ｔ２’）を示し、グラフｂ’はコントローラ１０によりゲイン（Ａ２（＞Ａ１））を用いて補正された機器温度（Ｔ２’）を示し、グラフｃはスイッチング素子の実際の温度（Ｔｓｗ）を示す。また横軸は時間を示し、縦軸は温度の大きさを示す。なお、図５は、図３に示す制御フローのうち、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７の制御フローを経て、ステップＳ１０８にて第１保護処理が実行される場面を示す。
【００３９】
図５に示すように、機器温度（Ｔ２）を用いた制御フローが実行された場合、第１保護処理が実行される際のスイッチング素子温度（Ｔｓｗ）は、温度（Ｔｘ３）まで達している。一方、ゲイン（Ａ１）を用いて補正された機器温度（Ｔ２’）の場合、スイッチング素子温度（Ｔｓｗ）が温度（Ｔｘ３）よりも低い温度（Ｔｘ２）まで達した時点で、第１保護処理は実行される。さらに、ゲイン（Ａ２）を用いて補正された機器温度（Ｔ２’）の場合、スイッチング素子温度（Ｔｓｗ）が温度（Ｔｘ２）よりも低い温度（Ｔｘ１）まで達した時点で、第１保護処理は実行される。すなわち、ゲイン（Ａ）を用いて機器温度（Ｔ２）を補正することで、機器温度（Ｔ２）を補正しない場合と比べて、スイッチング素子温度（Ｔｓｗ）が低い状態で第１保護処理を実行することができる。その結果、発熱体の温度上昇を抑制する際に、発熱体にかかる熱負荷を抑制することができる。
【００４０】
上記のように本実施形態に係る機器保護装置は、パワーモジュール等の機器の冷却に使用される冷媒の温度と機器の温度をそれぞれ検出し、冷媒の検出温度に基づいて機器の検出温度を補正し、冷媒の検出温度と補正された機器の検出温度の温度差を演算し、温度差が温度差閾値（ΔＴｔｈ）より高い場合に機器に対して駆動制限をかけ、補正された機器の検出温度が温度閾値（Ｔ_ｔｈ１）より高い場合に機器に対して駆動制限をかける。これにより、発熱体の温度上昇を抑制する際に、発熱体又は機器に加わる熱負荷を抑制できる。また機器の動作時間を延ばすことができる。
【００４１】
また本実施形態では、冷媒の温度（Ｔ１）に対して、冷媒の温度（Ｔ１）と機器温度（Ｔ２）との温度差(Ｔ２−Ｔ１）にゲイン（Ａ）を乗じた温度差を加算することで、補正された機器温度（Ｔ２’）を演算する。これにより、図２の例のように、複数の発熱機器が異なる場所に配置され、温度センサ２１が発熱機器ごとに異なる温度感度を有している場合であっても、ゲイン（Ａ）の設定という簡便な方法を用いて、実際の発熱機器の温度との誤差を低減することができる。
【００４２】
また本実施形態では、機器の検出温度が温度閾値（Ｔ_ｔｈ２）より高い場合には、機器の検出温度が上昇し温度閾値（Ｔ_ｔｈ２）に達した時点の出力を、機器からの最大出力に設定する。これにより、発熱体の温度を上げる直接の原因となっている出力を制限し、機器の動作可能な時間を拡大することができる。
【００４３】
また本実施形態では、機器の駆動制限として、スイッチング素子のスイッチング周波数を、現在の周波数よりも低い周波数に設定する。これにより、損失を低減することで、電力変換装置の出力に制限を掛けずに、温度上昇を抑制できる。
【００４４】
また本実施形態では、駆動制限として、モータの回転数に応じて、スイッチング素子のスイッチング周波数に制限をかける。これにより、モータ回転数に応じた最適な周波数を設定し、制御発散を防止できる。
【００４５】
また本実施形態では、機器の検出温度が温度閾値（Ｔ_ｆａｉｌ）以上である場合には、機器の動作を停止させる。これにより、機器に異常が生じることを防止できる。
【００４６】
≪第２実施形態≫
次に第２実施形態に係る機器保護装置について説明する。本実施形態に係る機器保護装置は、上述した第１実施形態に係る機器保護装置と比べて、コントローラ１０による電力変換装置３を保護するための制御フローが異なる点以外は、第１実施形態に係る機器保護装置と同様の構成及び機能を有している。第１実施形態に係る機器保護装置と同様の構成及び機能については、第１実施形態での説明を適宜援用する。
【００４７】
コントローラ１０による電力変換装置３を保護するための制御フローを、図６を用いて説明する。コントローラ１０は、電力変換装置３の駆動中、以下の制御フローを所定の周期で実行している。
【００４８】
ステップＳ２０１にて、コントローラ１０は、温度センサ２２を用いて、冷媒の温度（Ｔ１）を検出する。ステップＳ２０２にて、コントローラ１０は、温度センサ２１を用いて、機器温度（Ｔ２）を検出する。ステップＳ２０１、２０２は、図３に示すステップＳ１０１、１０２にそれぞれ対応する。
【００４９】
ステップＳ２０３にて、コントローラ１０は、現在のモータの回転数（Ｎ）を取得する。
【００５０】
ステップＳ２０４にて、コントローラ１０は、ステップＳ２０３にて取得したモータ回転数（Ｎ）に基づいて、現在、モータが回転しているか否かを判定する。具体的には、コントローラ１０は、モータ回転数（Ｎ）がゼロである場合、モータは回転していないと判定し、モータ回転数（Ｎ）がゼロ以外の値である場合、モータは回転していると判定する。モータが回転していると判定した場合には、コントローラ１０は、ステップＳ２０６の制御フローを実行する。一方、モータが回転していないと判定した場合には、コントローラ１０は、ステップＳ２０５の制御フローを実行する。
【００５１】
ステップＳ２０５にて、コントローラ１０は、機器温度（Ｔ２）を補正する。補正の方法は、上述した第１実施形態で説明した方法が用いられる。コントローラ１０は、ゲイン（Ａ）を用いて機器温度（Ｔ２）を補正する。ステップＳ２０５は、図３に示すステップＳ１０３に対応する。
【００５２】
ステップＳ２０６にて、コントローラ１０は、検出された冷媒温度（Ｔ１）と、検出された機器温度（Ｔ２）又は補正された機器温度（Ｔ２’）との差分を求めることで、温度差（ΔＴ）を演算する。コントローラ１０は、ステップＳ２０５の制御フローを実行している場合には、冷媒温度（Ｔ１）と補正された機器温度（Ｔ２’）との差分を求める。一方、ステップＳ２０５の制御フローを実行していない場合には、コントローラ１０は、冷媒温度（Ｔ１）と機器温度（Ｔ）との差分を求める。なお、上述した処理は一例であって、例えば、コントローラ１０は、機器温度（Ｔ２）が補正されていない場合には、ゲイン（Ａ）を１に設定するとともに、補正された機器温度（Ｔ２’）を演算してもよい。そして、コントローラ１０は、以降の制御フローにおいて、機器温度（Ｔ２）を補正したか否かかかわらず、補正された機器温度（Ｔ２’）のみを用いてもよい。
【００５３】
以降の制御フローは、上述した第１実施形態に係る制御フローと同様である。すなわち、ステップＳ２０７〜ステップＳ２１４は、図３に示すステップＳ１０５〜ステップＳ１１２にそれぞれ対応する。
【００５４】
次に、図７を用いて、モータの回転と発熱機器の温度との関係について説明する。図７（Ａ）はモータが回転していない場合（Ｎ＝０）の温度特性を示し、図７（Ｂ）はモータが回転している場合（Ｎ≠０）の温度特性を示す。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において、グラフａは温度センサ２１で検出される機器温度（Ｔ２）の温度特性を示し、グラフｂはコントローラ１０によりゲイン（Ａ）を用いて補正された機器温度（Ｔ２’）を示し、グラフｃはスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の実際の温度（Ｔｓｗ１、Ｔｓｗ２）を示し、グラフｄはスイッチング素子Ｓ３の実際の温度（Ｔｓｗ３）を示す。また横軸は時間を示し、縦軸は温度の大きさを示す。なお、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３は、電力変換装置３の内部にてそれぞれ異なる位置に配置されているものとする。図２の例を用いると、スイッチング素子Ｓ１は、発熱機器１の位置に設けられ、スイッチング素子Ｓ２は、発熱機器２の位置に設けられ、スイッチング素子Ｓ３は、発熱機器３の位置に設けられている。
【００５５】
図７（Ａ）に示すように、モータが回転していない場合には、スイッチング素子Ｓ３の温度（Ｔｓｗ３）と機器温度（Ｔ２）との温度差は、時間の経過とともに、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の温度（Ｔｓｗ１、Ｔｓｗ２）と機器温度（Ｔ２）との温度差に比べて大きくなる。モータが回転していない状態では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３はスイッチング動作を行っていない点で共通するが、各スイッチング素子Ｓの状態（例えば、スイッチング素子の端子にかかる電圧）が異なるため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３の間では温度差が生じる。モータが回転せず、発熱機器間での温度差が顕著に現れる場合であっても、機器温度（Ｔ２）を補正することで、補正された機器温度（Ｔ２’）を複数の発熱機器のうち最も温度が高い発熱機器の温度に近付けることができる。
【００５６】
一方、図７（Ｂ）に示すように、モータが回転している場合には、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３の温度（Ｔｓｗ１、Ｔｓｗ２、Ｔｓｗ３）は略同一の温度を示す。モータが回転している場合には、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３はスイッチング動作を行っているため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３の間では温度差がほとんど生じない。モータが回転している状態でも、モータが回転していない状態と同様に、ゲイン（Ａ）を用いて機器温度（Ｔ２）を補正したとする。この場合、図７（Ｂ）に示すように、補正された機器温度（Ｔ２’）が温度閾値（Ｔ＿ｔｈ１）よりも高くなり、コントローラ１０により第１保護処理が実行される。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３の温度（Ｔｓｗ１、Ｔｓｗ２、Ｔｓｗ３）は温度閾値（Ｔ＿ｔｈ１）よりも低いにもかかわらず、第１保護処理が実行され、機器の動作時間を延ばすことができない。これに対して、本実施形態では、モータが回転していると判定した場合には、機器温度（Ｔ２）を補正しないため、不要に第１保護処理が実行されることを防ぎ、機器の動作時間を延ばすことができる。
【００５７】
上記のように本実施形態では、モータが回転していない場合、機器温度（Ｔ２）を補正する。これにより、複数の発熱機器の配置場所が異なり、温度センサ２１が発熱機器ごとに異なる温度感度を有している場合であっても、複数の発熱機器のうち温度感度が高い側の発熱体の温度に合わせて、機器の駆動制限をかけることができる。その結果、発熱機器の熱負荷を抑制することができる。
【００５８】
≪第３実施形態≫
次に第３実施形態に係る機器保護装置について説明する。本実施形態に係る機器保護装置は、上述した２つの実施形態に係る機器保護装置と比べて、コントローラ１０による電力変換装置３を保護するための制御フローが異なる点以外は、上述した２つの実施形態に係る機器保護装置と同様の構成及び機能を有している。上述した２つの実施形態に係る機器保護装置と同様の構成及び機能については、上述の実施形態での説明を適宜援用する。
【００５９】
コントローラ１０による電力変換装置３を保護するための制御フローを、図８を用いて説明する。コントローラ１０は、電力変換装置３の駆動中、以下の制御フローを所定の周期で実行している。
【００６０】
ステップＳ３０１にて、コントローラ１０は、温度センサ２２を用いて、冷媒の温度（Ｔ１）を検出する。ステップＳ３０２にて、コントローラ１０は、温度センサ２１を用いて、機器温度（Ｔ２）を検出する。ステップＳ３０１、３０２は、図３に示すステップＳ１０１、１０２にそれぞれ対応する。
【００６１】
ステップＳ３０３にて、コントローラ１０は、現在のモータの回転数（Ｎ）と、現在のモータの回転角（モータ回転角：θ）を取得する。
【００６２】
ステップＳ３０４にて、コントローラ１０は、ステップＳ３０３にて取得したモータの回転数（Ｎ）に基づいて、現在、モータが回転しているか否かを判定する。モータが回転していると判定した場合には、コントローラ１０は、ステップＳ３０６の制御フローを実行する。一方、モータが回転していないと判定した場合には、コントローラ１０は、ステップＳ３０５の制御フローを実行する。ステップＳ３０４は、図６に示すステップＳ２０４に対応する。
【００６３】
ステップＳ３０５にて、コントローラ１０は、機器温度（Ｔ２）を補正する。本実施形態では、複数の発熱機器が異なる場所に配置されている場合、コントローラ１０は、モータの回転角（θ）に応じて、発熱している発熱機器を特定し、特定した発熱機器に応じたゲイン（Ａ）を用いて機器温度（Ｔ２）を補正する。なお、このステップにおけるモータの回転角（θ）とは、モータが回転していない状態での回転角（モータがロックされた際の回転角）である。
【００６４】
図２の例を用いて具体的に説明すると、まずコントローラ１０は、モータの回転角（θ）から、モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のうちどの相に電流が流れ、電流が流れる相に対応する発熱機器を特定する。例えば、発熱機器１〜３がそれぞれ、モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応している場合、コントローラ１０は、発熱機器１〜３の中から、モータに電流を流し、現在発熱している発熱機器を特定する。そして、コントローラ１０は、特定した発熱機器に応じたゲイン（Ａ）を用いて、機器温度（Ｔ２）を補正する。発熱機器に応じたゲイン（Ａ）は、温度センサ２１の温度感度と相関関係がある値である。図２の例の場合、発熱機器２が温度センサ２１に対して最も近くに配置されているため、温度センサ２１は、発熱機器２に対して、発熱機器１又は発熱機器３に対する温度感度よりも高い温度感度を有している。発熱機器ごとのゲイン（Ａ）は、温度センサ２１と発熱機器１〜３の配置関係やその他諸条件に基づいて予め設定されており、コントローラ１０は、発熱している発熱機器に対応したゲイン（Ａ）を用いる。図２の例では、発熱機器２に対応するゲイン（Ａ）は、発熱機器１又は発熱機器３に対応するゲイン（Ａ）よりも小さい値となる。なお、このステップでコントローラ１０が上述した制御を実行するにあたり、モータは回転していないものとする。
【００６５】
ステップＳ３０６にて、コントローラ１０は、検出された冷媒温度（Ｔ１）と、検出された機器温度（Ｔ２）又は補正された機器温度（Ｔ２’）との差分を求めることで、温度差（ΔＴ）を演算する。ステップＳ３０６は、図６に示すステップＳ２０６に対応する。
【００６６】
以降の制御フローは、上述した第１実施形態に係る制御フローと同様である。すなわち、ステップＳ２０７〜ステップＳ２１４は、図３に示すステップＳ１０５〜ステップＳ１１２にそれぞれ対応する。
【００６７】
次に、図９を用いて、発熱機器と補正係数との関係について説明する。図９（Ａ）は発熱機器３が発熱している場合の温度特性を示し、図９（Ｂ）は発熱機器２が発熱している場合の温度特性を示す。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、モータが回転していない場合の温度特性を示す。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）において、グラフａは温度センサ２１で検出される機器温度（Ｔ２）の温度特性を示す。図９（Ａ）において、グラフｂはコントローラ１０によりゲインＡ１を用いて補正された機器温度（Ｔ２’）を示し、グラフｃはスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の実際の温度（Ｔｓｗ１、Ｔｓｗ２）を示し、グラフｄはスイッチング素子Ｓ３の実際の温度（Ｔｓｗ３）を示す。また図９（Ｂ）において、グラフｂ’はコントローラ１０によりゲインＡ２（＜Ａ１）を用いて補正された機器温度（Ｔ２’）を示し、グラフｅはスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３の実際の温度（Ｔｓｗ１、Ｔｓｗ３）を示し、グラフｆはスイッチング素子Ｓ２の実際の温度（Ｔｓｗ２）を示す。また横軸は時間を示し、縦軸は温度の大きさを示す。なお、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３は、電力変換装置３の内部にてそれぞれ異なる位置に配置されているものとする。図２の例を用いると、スイッチング素子Ｓ１は、発熱機器１の位置に設けられ、スイッチング素子Ｓ２は、発熱機器２の位置に設けられ、スイッチング素子Ｓ３は、発熱機器３の位置に設けられている。
【００６８】
図９（Ａ）に示すように、発熱機器３が発熱している場合には、スイッチング素子Ｓ３の温度（Ｔｓｗ３）は、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の温度（Ｔｓｗ１、Ｔｓｗ２）よりも高く、機器温度（Ｔ２）は、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の温度（Ｔｓｗ１、Ｔｓｗ２）よりも低い。この場合、ゲイン（Ａ１）を用いて機器温度（Ｔ２）を補正することで、補正する前と比べて、スイッチング素子Ｓ３の温度（Ｔｓｗ３）との誤差を低減することができる。その結果、発熱している発熱機器の温度に合わせて、第１保護処理、第２保護処理、又は停止処理を実行することができ、発熱している発熱機器への負荷を低減することができる。
【００６９】
一方、図９（Ｂ）に示すように、発熱機器２が発熱している場合には、スイッチング素子Ｓ２の温度（Ｔｓｗ２）は、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３の温度（Ｔｓｗ１、Ｔｓｗ３）よりも高く、機器温度（Ｔ２）もスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３の温度（Ｔｓｗ１、Ｔｓｗ３）よりも高い。図２に示すように、発熱機器２が温度センサ２１に最も近くに配置されているために、温度センサ２１は、発熱機器２に対して高い温度感度を有し、発熱機器２の温度上昇を適切に検出している。この場合、ゲイン（Ａ１）よりも小さいゲイン（Ａ２）を用いて機器温度（Ｔ２）を補正することで、補正前に比べて、スイッチング素子Ｓ２の温度（Ｔｓｗ２）との誤差を低減することができる。またゲイン（Ａ１）を用いるよりも、補正された機器温度（Ｔ２’）をスイッチング素子Ｓ２の温度（Ｔｓｗ２）に近付けることができる。
【００７０】
上記のように本実施形態では、モータが回転していない場合、モータがロックされた際の回転角に応じて、機器温度（Ｔ２）を補正する。これにより、図２に示すように、複数の発熱機器１〜３が異なる場所に配置される場合であっても、発熱機器の個数と同数の温度センサを設ける必要がなくなるため、機器保護装置の体積を抑制することができる。また、温度センサの個数を減らしながらも、発熱機器１〜３の配置に応じて適切に機器温度（Ｔ２）を補正することができる。
【００７１】
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００７２】
例えば、図３に示す制御フローにおいて、ステップＳ１０５では温度差（ΔＴ）と温度差閾値（ΔＴ＿ｔｈ）との比較を行い、ステップＳ１０６では補正された機器温度（Ｔ２’）と温度閾値（Ｔ＿ｔｈ１）の比較を行い、第１保護処理の実行の要否判定を行う構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、温度差と温度閾値との比較のみで、第１保護処理の要否判定を行ってもよいし、補正された機器温度と温度閾値との比較のみで、第１保護処理の要否判定を行ってもよい。また例えば、いずれの比較結果においても閾値よりも高い場合に、第１保護処理を実行してもよい。
【００７３】
また例えば、図３に示す制御フローにおいて、ステップＳ１０９では、補正された機器温度（Ｔ２’）と温度閾値（Ｔ＿ｔｈ２）の比較を行い、第２保護処理の要否判定を行う構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、温度差と温度差閾値との比較のみで、第２保護処理の要否判定を行ってもよい。また例えば、温度差と温度差閾値との比較を行い、補正され機器温度と温度閾値との比較を行い、いずれか一方の比較結果において閾値よりも高い場合、又は双方の比較結果において閾値よりも高い場合、第２保護処理を実行してもよい。
【００７４】
また例えば、図３に示す制御フローにおいて、ステップ１１１では、補正された機器温度（Ｔ２’）と温度閾値（Ｔ＿ｆａｉｌ）の比較を行い、停止処理の要否判定を行う構成を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、温度差と温度差閾値との比較のみで、停止処理の要否判定を行ってもよい。また例えば、温度差と温度差閾値との比較を行い、補正され機器温度と温度閾値との比較を行い、いずれか一方の比較結果において閾値よりも高い場合、又は双方の比較結果において閾値よりも高い場合、停止処理を実行してもよい。
【００７５】
また例えば、本明細書では、本発明に係る第１センサを、温度センサ２２を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また例えば、本発明に係る第２センサを、温度センサ２１を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また例えば、本発明に係る第１検出温度を、冷媒の温度（Ｔ１）を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また例えば、本発明に係る第２検出温度を、機器温度（Ｔ２）を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また例えば、本発明に係る第２補正検出温度を、補正された機器温度（Ｔ２’）を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７６】
１…電源
２…負荷
３…電力変換装置
４…冷却装置
１０…コントローラ
２１、２２…温度センサ
【図１】
2019198201.tif 000004
【図２】
2019198201.tif 000005
【図３】
2019198201.tif 000006
【図４】
2019198201.tif 000007
【図５】
2019198201.tif 000008
【図６】
2019198201.tif 000009
【図７】
2019198201.tif 000010
【図８】
2019198201.tif 000011
【図９】
2019198201.tif 000012