(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続される電気装置内の誘導体部品の温度を推定する温度推定装置であって、
前記電気装置の装置内温度が入力され、該装置内温度に第１遅れ時間を与えて、前記誘導体部品の基準推定温度を出力する第１算出部と、
前記直流電源と前記電気装置との間の電圧および電流の検出値に基づいて、前記誘導体部品の第１温度変化量を算出し、前記第１温度変化量に対し、第２遅れ時間を与えて出力する第２算出部と、
前記基準推定温度に前記第２算出部からの出力を加算して、前記誘導体部品の第１推定温度を算出する第３算出部と、
前記第１推定温度に基づいて、前記誘導体部品の、前記第１推定温度から所定の期間における第２温度変化量を予測する第１予測部と、
前記第１推定温度に前記第２温度変化量を加算して、前記誘導体部品の第２推定温度を予測する第２予測部とを備えた、
温度推定装置。
【請求項２】
前記第１算出部の前記第１遅れ時間は、前記装置内温度に対する前記誘導体部品の過渡応答期間に基づいて設定され、
前記第２算出部の前記第２遅れ時間は、前記電圧および電流に対する前記誘導体部品の過渡応答期間に基づいて設定された、
請求項１に記載の温度推定装置。
【請求項３】
前記第１算出部は、第１遅れフィルタを備え、該第１遅れフィルタにより前記第１遅れ時間を与えるものであり、
前記第２算出部は、第２遅れフィルタを備え、該第２遅れフィルタにより前記第２遅れ時間を与えるものである、
請求項１または請求項２に記載の温度推定装置。
【請求項４】
前記第１予測部は、傾き検出器を備え、該傾き検出器により前記第１推定温度の傾きを検出し、前記傾きに基づいて前記第２温度変化量を算出する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の温度推定装置。
【請求項５】
前記傾き検出器は、下記式１に基づいて前記傾きを検出する、
請求項４に記載の温度推定装置。
0006611984.tif 000003
ｆ（ｔ）：時刻ｔにおける第１推定温度の傾き（℃／時間）
Ｋ、Ｋ（ｍ）：設計による定数、但し、Ｋ（Ｎ）＝１
ｕ（ｔ−ｍ）：時刻ｔからｍ周期前の演算周期における第１推定温度
【請求項６】
前記第２算出部の前記第２遅れ時間は、前記第１温度変化量と前記第２算出部の出力との大小関係に応じて調整される、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の温度推定装置。
【請求項７】
前記第２算出部の前記第２遅れ時間は、前記電気装置内に設置される冷却部からの信号に応じて調整される、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の温度推定装置。
【請求項８】
前記第１予測部における前記所定の期間は、前記第２算出部の前記第２遅れ時間と同等に設定される、
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の温度推定装置。
【請求項９】
前記第１遅れフィルタおよび前記第２遅れフィルタは、一次遅れフィルタである、
請求項３に記載の温度推定装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の温度推定装置と、
前記第２推定温度と前記誘導体部品の温度目標値とに基づいて、前記電気装置と前記直流電源との間で授受される電流を制限する電流上限値を算出する上限値算出部と、
前記電気装置の出力を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記電流上限値に基づいて前記電流を調整する、
電気装置。
【請求項１１】
前記上限値算出部は、前記第２推定温度と前記温度目標値との温度偏差に基づいて、電流調整値を生成し、前記電気装置の定格電流に基づいた最大電流値から、前記電流調整値を減算して前記電流上限値を算出する、
請求項１０に記載の電気装置。
【請求項１２】
前記上限値算出部は、前記温度偏差を積分した値に基づいて、前記電流調整値を生成する、
請求項１１に記載の電気装置。
【請求項１３】
前記上限値算出部はリミッタを備え、該リミッタにより前記電流調整値を制限する、
請求項１１または請求項１２に記載の電気装置。
【請求項１４】
前記電気装置は、
少なくとも一つの半導体スイッチング素子を有する変換回路を備え、
前記制御部により、前記直流電源からの電圧を、前記半導体スイッチング素子のスイッチング動作により所望の電圧に変換して前記変換回路から出力する電力変換装置である、
請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気装置内に設けられる誘導体部品の温度を推定する温度推定装置および該温度推定装置を備えた電気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置などの電気装置が電源との間で電力授受を行う際に、電気装置内に設けられるリアクトルなどの誘導体部品においては、誘導体部品の巻線抵抗と通流電流により生じる導通損失に応じて温度上昇が生じる。誘導体部品の過度の温度上昇を抑制するためには誘導体部品自体を大型化する方法があるが、大型化した誘導体部品を設置するスペースが必要となる。そこで誘導体部品の大型化を回避しつつ、誘導体部品の過度の温度上昇を抑制するために、誘導体部品の温度を取得しながら電気装置の動作制御を調節して誘導体部品の通流電流を減らす制御が用いられている。【０００３】
このように通流電流による導通損失に応じて誘導体部品の温度は変化するが、この時の温度変化は誘導体部品固有の遅れ時間を伴う。即ち、通流電流が増大してから誘導体部品自体の温度が上昇するまでには時間的な遅れが生じる。温度計測器を用いて誘導体部品の温度を実際に計測し、温度上昇したことを検知した後に電気装置の動作制御を調節する制御では、誘導体部品の温度低下までに時間を要し、許容温度を超過する恐れがある。そのため計測器を用いずに、通流電流の変動に対して遅れ時間を伴って変化する誘導体部品の温度を精度良く得るために、所定の時刻における誘導体部品の温度を推定する以下のような技術が開示されている。【０００４】
電流検出部は、負荷に応じて流れる交流電流の電流値を検出する。温度予測部は、電流検出部によって検出された電流値および運転中情報に基づいて、任意の運転継続時間における所定部位の温度を予測する。所定の部位の所定時刻ｔｎにおける温度θｔｎは、以下の式を用いて算出される。
θｔｎ＝θｔ（ｎ−１）＋（θｓａｔ１−θｔ（ｎ−１））×［１−ＥＸＰ（−（ｔｎ−ｔ（ｎ−１））／τ１］−（基準温度−周囲温度）
但し、
θｓａｔ１＝Ｉ×Ｉ×Ｋ１
θｔｎ：時刻ｔｎにおける所定部位の温度
θｔ（ｎ−１）：時刻ｔ（ｎ−１）における所定部位の温度
θｓａｔ１：飽和温度
Ｉ：負荷に応じて流れる交流電流の電流値
Ｋ１：電力変換部運転中の係数
τ１：電力変換部運転中の熱時定数
基準温度：予め電力変換装置の動作試験を行った際の電力変換装置の周囲温度
周囲温度：製品用の電力変換装置の周囲温度
Ｉへ現在の電流値、ｔ（ｎ−１）へ電力変換部の運転開始時刻、ｔｎへ現在時刻、θｔ（ｎ−１）へ基準温度を代入することで現在の所定部位の温度を算出可能である。
また、Ｉへ現在の電流値、ｔ（ｎ−１）へ現在時刻、ｔｎへ現在より後（未来）における所望の時刻、θｔ（ｎ−１）へ現在における所定部位の温度を代入することで、所望の時刻における所定部位の温度を算出可能である。
また、上記温度予測部を備えた電力変換装置は、このように予測された誘導体部品の温度に基づいて、誘導体部品の耐熱保護に関する指示を出力する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２０１３／１４０５１１  （要約、段落［００１２］〜［００２４］、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の誘導体部品の温度を推定する技術では、遅れ時間を伴って変化する誘導体部品の温度を、電力変換部運転中の熱時定数（遅れ時間）を用いて推定している。しかしながら誘導体部品の温度を精度良く推定するには限界があるという問題点があった。
また電力変換装置は、誘導体部品の温度上昇を確実に抑制できないという問題点もあった。【０００７】
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、装置内温度と電圧、電流とに基づいて誘導体部品の温度を精度良く推定する温度推定装置の提供を目的とする。
また、該温度推定装置により精度良く推定された誘導体部品の温度に基づいて、誘導体部品の温度上昇を確実に抑制することのできる電気装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る温度推定装置は、
直流電源に接続される電気装置内の誘導体部品の温度を推定する温度推定装置であって、
前記電気装置の装置内温度が入力され、該装置内温度に第１遅れ時間を与えて、前記誘導体部品の基準推定温度を出力する第１算出部と、
前記直流電源と前記電気装置との間の電圧および電流の検出値に基づいて、前記誘導体部品の第１温度変化量を算出し、前記第１温度変化量に対し、第２遅れ時間を与えて出力する第２算出部と、
前記基準推定温度に前記第２算出部からの出力を加算して、前記誘導体部品の第１推定温度を算出する第３算出部と、
前記第１推定温度に基づいて、前記誘導体部品の、前記第１推定温度から所定の期間における第２温度変化量を予測する第１予測部と、
前記第１推定温度に前記第２温度変化量を加算して、前記誘導体部品の第２推定温度を予測する第２予測部とを備えたものである。【０００９】
また、本発明に係る電気装置は、
上記のように構成された温度推定装置と、
前記第２推定温度と前記誘導体部品の温度目標値とに基づいて、前記電気装置と前記直流電源との間で授受される電流を制限する電流上限値を算出する上限値算出部と、
前記電気装置の出力を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記電流上限値に基づいて前記電流を調整するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る温度推定装置によれば、第１遅れ時間が与えられた基準推定温度と、第２遅れ時間が与えられた第１温度変化量とを加算して誘導体部品の第１推定温度を算出する。そしてこの第１推定温度に基づいて第２推定温度を推定する。そのため、誘導体部品の温度を精度良く推定することができる。
また、この発明に係る電気装置によれば、上記温度推定装置により推定された誘導体部品の温度に基づいて電流を調整して誘導体部品の温度が上昇することを抑制する。そのため、誘導体部品の劣化を抑止すると共に電気装置の安定した運転を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による温度推定装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１による温度推定装置を、電力変換装置に適用させた構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による基準推定温度算出部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による温度変化量算出部の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１による温度算出部の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１による温度変化量予測部の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１による温度予測部の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１による上限値算出部の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１による温度変化量変換データを示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による微分フィルタの特性の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１による微分フィルタの動作を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１による微分フィルタの動作を示すシミュレーション波形図である。
【図１３】本発明の実施の形態１による温度推定装置を備える電力変換装置の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１による温度推定装置１００を図を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１による温度推定装置１００の構成を示す図である。
図２は、本発明の実施の形態１による温度推定装置１００を、電力変換装置１に適用させた構成を示す図である。
図３は、図１に示す基準推定温度算出部２０の構成を示す図である。
図４は、図１に示す温度変化量算出部３０の構成を示す図である。
図５は、図１に示す温度算出部４０の構成を示す図である。
図６は、図１に示す温度変化量予測部５０の構成を示す図である。
図７は、図１に示す温度予測部６０の構成を示す図である。
図８は、図２に示す上限値算出部７０の構成を示す図である。
【００１３】
図２に示すように温度推定装置１００は、電気装置としての電力変換装置１に設けられるものである。まず電力変換装置１の構成と動作を説明する。
電力変換装置１は、電力源としての直流電源８と負荷９との間に接続されて、直流電源８と負荷９との間で電力授受を行うものである。
電力変換装置１は、少なくとも１つの半導体スイッチング素子１０、および電流限流用の誘導体部品としてのリアクトル３を有する変換回路２と、変換回路２の半導体スイッチング素子１０を制御する制御部４と、リアクトル３の温度を推定する温度推定装置１００と、温度推定装置１００からの出力に基づいて後述する電流上限値７５Ａ、電流下限値７６Ａを算出して制御部４に与える上限値算出部７０と、直流電源８と変換回路２との間の電圧Ｖおよび電流Ｉを検出する検出部５と、電力変換装置１内の装置内温度ＴＡ（リアクトル３の周囲温度）を計測する温度計測部６と、電力変換装置１内を冷却するためのファン７とを備える。
【００１４】
検出部５と温度計測部６は、電圧Ｖおよび電流Ｉの検出値、および装置内温度ＴＡの計測値を温度推定装置１００に対して出力する。そしてファン７は、自身の回転数や駆動状態を示すファン駆動信号Ｓを温度推定装置１００に対して出力する。
なお、変換回路２の回路構成は公知の回路構成で良く、半導体スイッチング素子１０で構成されるチョッパ回路、あるいは半導体スイッチング素子１０と誘導体部品としての絶縁トランスとで構成されるフルブリッジ回路などを用いる。
【００１５】
電力変換装置１と変換回路２との間の電圧Ｖ、電流Ｉは、直流電源８および負荷９の電気仕様によって変化する。制御部４は、このように変化する電圧Ｖおよび電流Ｉに対応するために、半導体スイッチング素子１０をオン状態とオフ状態との間を行き来するようにスイッチングさせる。スイッチングのオン状態とオフ状態の期間がそれぞれ調整されることで、リアクトル３の通流電流が増加または減少する。電力変換装置１と変換回路２との間の電流Ｉは、リアクトル３の通流電流に比例して増加または減少する。
スイッチングの調整の例としては、電流Ｉを増やす場合にはオン状態の期間を長くし、電流Ｉを減らす場合にはオフ状態の期間を長くする。また、電圧Ｖが低下する場合にはオン状態を長くし、電圧Ｖが上昇する場合にはオフ状態を長くする、などがあげられる。このようにスイッチングを調整してリアクトル３の通流電流を増加または減少させることで、変化する電圧Ｖおよび電流Ｉに応じて、負荷９へ伝送する電力を制御することが可能となる。
【００１６】
リアクトル３の通流電流とリアクトル３の巻線抵抗に応じて、リアクトル３に導通損失が発生し、この導通損失に応じてリアクトル３の温度が上昇する。前述したように、リアクトル３の通流電流は、変化する電圧Ｖおよび電流Ｉに応じたスイッチングによって調整される。したがって、リアクトル３の温度は、電圧Ｖおよび電流Ｉに応じて変化する。このような電圧Ｖおよび電流Ｉの変動に応じたリアクトル３の温度変化は、リアクトル３固有の遅れ時間（以降、第２遅れ時間Ｔ２と称す）を伴う。つまり、電圧Ｖおよび電流Ｉの変動に応じたリアクトル３の温度変化は、第２遅れ時間Ｔ２に相当する時間だけ遅れて得られる。
【００１７】
また、リアクトル３の温度は、リアクトル３の周囲温度に相当する電力変換装置１内の装置内温度ＴＡの変化に応じても変化する。このような装置内温度ＴＡの変動に応じたリアクトル３の温度変化は、リアクトル３固有の遅れ時間（以降、第１遅れ時間Ｔ１と称す）を伴う。つまり、装置内温度ＴＡの変動に応じたリアクトル３の温度変化は、第１遅れ時間Ｔ１に相当する時間だけ遅れて得られる。
このように、リアクトル３の温度は、直流電源８と変換回路２との間の電圧Ｖおよび電流Ｉと、装置内温度ＴＡとに応じて上昇または下降するものである。そして、リアクトル３の温度は、装置内温度ＴＡに対しては第１遅れ時間Ｔ１を伴い、電圧Ｖおよび電流Ｉに対しては第２遅れ時間Ｔ２を伴うものである。
【００１８】
次にリアクトル３の温度を推定するための温度推定装置１００の構成と動作を説明する。
図１に示すように、温度推定装置１００は、第１算出部としての基準推定温度算出部２０と、第２算出部としての温度変化量算出部３０と、第３算出部としての温度算出部４０と、第１予測部としての温度変化量予測部５０と、第２予測部としての温度予測部６０とを備える。以下これら各部の構成について説明する。
【００１９】
先ず、基準推定温度算出部２０の構成について説明する。
図３に示すように基準推定温度算出部２０は、温度計測部６によって計測された装置内温度ＴＡを入力として動作するものであり、第１遅れフィルタとしての１次遅れフィルタ２１を備える。そして、１次遅れフィルタ２１は、装置内温度ＴＡに対して第１遅れ時間Ｔ１を与えて、基準推定温度２１Ａを出力する。出力された基準推定温度２１Ａは、第１遅れ時間Ｔ１だけ時間的に遡った時刻における装置内温度ＴＡに応じて得られるリアクトル３の温度を示すものである。
なお、１次遅れフィルタ２１が有する第１遅れ時間Ｔ１の値は、予め試験や検証を行うことにより得ることのできる、装置内温度ＴＡの温度変化に対するリアクトル３の温度変化の遅れ時間（過渡応答期間）とする。この第１遅れ時間Ｔ１は、リアクトル３の形状や材料などに依存する。
【００２０】
次に、温度変化量算出部３０の構成について説明する。
図４に示すように温度変化量算出部３０は、検出部５によって検出された直流電源８とリアクトル３との間の電圧Ｖおよび電流Ｉの検出値と、ファン７から得られるファン駆動信号Ｓとを入力として動作するものである。そして温度変化量算出部３０は、変換部３１と、比較器３２と、第２遅れフィルタとしての１次遅れフィルタ３３とを備える。
【００２１】
変換部３１は、以下図９に示す温度変化量の変換データをテーブル化した、変換テーブルを有している。
図９は、横軸に電圧［Ｖ］を示し、縦軸に温度変化量［℃］を示す。そして、ある所定の基準条件の電圧Ｖおよび電流Ｉに応じて得られるリアクトル３の温度に対して、入力された電圧Ｖおよび電流Ｉに応じて得られるリアクトル３の温度変化量の最終的な収束値を示すものである。即ち、縦軸に示すリアクトル３の温度変化量は、電圧Ｖおよび電流Ｉの変動に応じて遅れ時間を有して収束する。
例えば、温度変化量算出部３０に入力された電圧Ｖが４００Ｖ、電流Ｉが１０Ａとすると、ある所定の基準条件の電圧Ｖおよび電流Ｉにおけるリアクトル３の温度に対して、４０度の温度上昇があることが分かる。
【００２２】
こうして、変換部３１は、入力された電圧Ｖおよび電流Ｉに応じて変化するリアクトル３の温度変化量を、変換テーブルより得る。そして変換部３１は、得られた温度変化量を第１温度変化量３１Ａとして比較器３２と１次遅れフィルタ３３とに対して出力する。
なお、変換テーブルは、入力された電圧Ｖおよび電流Ｉに応じたリアクトル３の温度変化量が得られるものであればどのような構成のものでもよい。
【００２３】
１次遅れフィルタ３３は、入力された第１温度変化量３１Ａに対して第２遅れ時間Ｔ２を与えて、変化推定温度３３Ａを算出し、後段の温度算出部４０に対して出力する。出力された変化推定温度３３Ａは、第２遅れ時間Ｔ２だけ時間的に遡った時刻における電圧Ｖおよび電流Ｉに応じて得られるリアクトル３の温度変化量を示すものである。
なお、１次遅れフィルタ３３が有する第２遅れ時間Ｔ２の値は、予め試験や検証を行うことにより得ることのできる、電圧Ｖおよび電流Ｉの変化に対するリアクトル３の温度変化の遅れ時間（過渡応答期間）とする。この第２遅れ時間Ｔ２は、リアクトル３の形状や材料などに依存する。
【００２４】
第２遅れ時間Ｔ２は、このように予め試験や検証によって取得されるものであるが、リアクトル３の温度が上昇中か、下降中かによって、その遅れ時間は変化する。
以下、温度変化量算出部３０が、リアクトル３の温度が上昇中であるか下降中であるかを判別し、その判別結果に応じて第２遅れ時間Ｔ２を調整する制御について説明する。この判別は、以下に説明するように、第１温度変化量３１Ａと変化推定温度３３Ａとの大小関係を比較器３２により比較することで可能である。
【００２５】
ある演算周期における電圧Ｖおよび電流Ｉに対して、変換部３１が出力したものを第１温度変化量３１Ａ−１とする。この第１温度変化量３１Ａ−１を入力として１次遅れフィルタ３３が出力したものを変化推定温度３３Ａ−１とする。そしてその後の演算周期における電圧Ｖおよび電流Ｉに対して変換部３１が出力したものを第１温度変化量３１Ａ−２とする。
ここで、１次遅れフィルタ３３に入力される第１温度変化量３１Ａ−２が、既に１次遅れフィルタ３３により出力された変化推定温度３３Ａ−１よりも大きい場合は、リアクトル３の温度は第１温度変化量３１Ａ−２の値に向かって上昇中である。
逆に、１次遅れフィルタ３３に入力される第１温度変化量３１Ａ−２が、既に１次遅れフィルタ３３により出力された変化推定温度３３Ａ−１よりも小さい場合は、リアクトル３の温度は第１温度変化量３１Ａ−２の値に向かって下降中である。
【００２６】
比較器３２は、第１温度変化量３１Ａ−２と変化推定温度３３Ａ−１との大小関係の判別結果３２Ａを１次遅れフィルタ３３に対して出力する。
１次遅れフィルタ３３は、入力された判別結果３２Ａに基づいて第２遅れ時間Ｔ２を調整する。そして１次遅れフィルタ３３は、第１温度変化量３１Ａ−２に対して、調整した後の第２遅れ時間Ｔ２を与え、変化推定温度３３Ａ−２を出力する。
【００２７】
また第２遅れ時間Ｔ２は、電力変換装置１の冷却用のファン７の冷却能力によっても影響を受けて変化する。そのため温度変化量算出部３０は、前述した判別結果３２Ａによる第２遅れ時間Ｔ２の調整に併せて、冷却用のファン７の稼働状態を示すファン駆動信号Ｓに応じた調整を行うことも可能である。１次遅れフィルタ３３は、予め試験や検証によって取得する電圧Ｖおよび電流Ｉに応じたリアクトル３の第２遅れ時間Ｔ２に対して、ファン駆動信号Ｓを対応付けたデータを有する。こうして１次遅れフィルタ３３は、入力されたファン駆動信号Ｓに応じて第２遅れ時間Ｔ２を調整することができる。
なお、第２遅れ時間Ｔ２を固定値としても変化推定温度３３Ａは取得可能である。この場合、比較器３２を備えない構成とし、省スペース化を図る事ができる。
【００２８】
次に、温度算出部４０の構成について説明する。
図５に示すように温度算出部４０は加算器４１を備える。そして温度算出部４０は、入力された基準推定温度２１Ａと変化推定温度３３Ａとを加算器４１で加算して、第１推定温度４１Ａを算出する。そして温度算出部４０は、算出した第１推定温度４１Ａを温度変化量予測部５０と温度予測部６０とに対して出力する。
【００２９】
前述したように、基準推定温度２１Ａは、装置内温度ＴＡに応じて得られるリアクトル３の温度である。また変化推定温度３３Ａは、電圧Ｖおよび電流Ｉに応じて得られるリアクトル３の温度変化量である。よって、この温度算出部４０において算出される第１推定温度４１Ａは、装置内温度ＴＡと電圧Ｖと電流Ｉとから決まるリアクトル３の温度推定値である。基準推定温度２１Ａは第１遅れ時間Ｔ１を含み、変化推定温度３３Ａは第２遅れ時間Ｔ２を含むため、得られた第１推定温度４１Ａは、第１遅れ時間Ｔ１および第２遅れ時間Ｔ２を含む。
【００３０】
次に、温度変化量予測部５０の構成について説明する。
温度変化量予測部５０は、第１推定温度４１Ａが算出された時点から、所定の期間後におけるリアクトル３の、第１推定温度４１Ａからの温度変化量を予測するものである。この予測を行う理由は後述する。
図６に示すように、温度変化量予測部５０は、微分特性を備える傾き検出器としての微分フィルタ５１と、積算器５２と、１次遅れフィルタ５３とを備える。
【００３１】
微分フィルタ５１は、入力された第１推定温度４１Ａの、時間に対する温度変化を示す傾き５１Ａを検出する。
なお、微分フィルタ５１には、オペアンプとコンデンサと抵抗器などで構成するアナログ回路によるアナログフィルタ、マイコンなどのデジタル回路によるデジタルフィルタなどを用いる。
【００３２】
ここで微分フィルタ５１の特性について説明する。
図１０は、本発明の実施の形態１による微分フィルタ５１の特性の例を示すボード線図の例である。
横軸に入力信号の周波数を示し、縦軸に入出力のゲインおよび入力に対する出力の位相遅れを示す。入力信号が高周波数になるにつれてゲインが上昇するところが微分特性を持つフィルタの特徴である。第１推定温度４１Ａの次元は温度（℃）であるが、微分フィルタ５１を介することで、温度の傾き５１Ａ（℃／時間）を算出することが出来る。
【００３３】
次に積算器５２は、傾き５１Ａに所定の期間を積算することで、所定の期間におけるリアクトル３の、第１推定温度４１Ａからの温度変化量を示す温度変化量５２Ａを予測する。
次に１次遅れフィルタ５３は、温度変化量５２Ａをフィルタ処理により平準化して、第２温度変化量５３Ａを算出する。
ここで１次遅れフィルタ５３を用いて温度変化量５２Ａを平準化する理由を、微分フィルタ５１にデジタルフィルタを用いた例を示して説明する。
【００３４】
微分フィルタ５１にデジタルフィルタを用いた場合の演算を以下に示す。
デジタルフィルタは一定の演算周期毎に、下記の演算式を実行することで傾き５１Ａを得る。
【００３５】
ｆ（ｔ）＝｛Ｋ０×ｕ（ｔ）＋Ｋ１×ｕ（ｔ−１）＋Ｋ２×ｕ（ｔ−２）＋ｕ（ｔ−３）−ｕ（ｔ−４）−Ｋ２×ｕ（ｔ−５）−Ｋ１×ｕ（ｔ−６）−Ｋ０×ｕ（ｔ−７）｝／Ｋ）
ｆ（ｔ）：時刻ｔにおける第１推定温度４１Ａの傾き５１Ａ（℃／時間）
Ｋ、Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２：設計による定数
ｕ（ｔ）：時刻ｔにおける演算周期の第１推定温度４１Ａ（℃）
ｕ（ｔ−１）：時刻ｔから１演算周期前の第１推定温度４１Ａ（℃）
ｕ（ｔ−２）：時刻ｔから２演算周期前の第１推定温度４１Ａ（℃）
ｕ（ｔ−３）：時刻ｔから３演算周期前の第１推定温度４１Ａ（℃）
ｕ（ｔ−４）：時刻ｔから４演算周期前の第１推定温度４１Ａ（℃）
ｕ（ｔ−５）：時刻ｔから５演算周期前の第１推定温度４１Ａ（℃）
ｕ（ｔ−６）：時刻ｔから６演算周期前の第１推定温度４１Ａ（℃）
ｕ（ｔ−７）：時刻ｔから７演算周期前の第１推定温度４１Ａ（℃）
【００３６】
上記のようなデジタルフィルタから演算された傾き５１Ａを用いて算出した温度変化量５２Ａは、演算周期だけ離散した値となる。そのため、精度良くリアクトル３の温度予測を行うために、離散した温度変化量５２Ａを１次遅れフィルタ５３によって平準化し、第２温度変化量５３Ａを算出するものである。
なお、上記演算式は、ｕ（ｔ）〜ｕ（ｔ−７）の８個の第１推定温度４１Ａを用いたが、ｕ（ｔ）〜ｕ（ｔ−５）、ｕ（ｔ）〜ｕ（ｔ−３）等でも良く、以下の（式１）を用いることができる。
【００３７】
0006611984.tif 000002
・・（式１）
ｆ（ｔ）：時刻ｔにおける第１推定温度４１Ａの傾き５１Ａ（℃／時間）
Ｋ、Ｋ（ｍ）：設計による定数、但し、Ｋ（Ｎ）＝１
ｕ（ｔ−ｍ）：時刻ｔからｍ周期前の演算周期における第１推定温度４１Ａ
【００３８】
上記（式１）は、複数の演算周期における第１推定温度４１Ａを用いて傾き５１Ａを求めるものである。用いる第１推定温度４１Ａの数が多いほど、傾き５１Ａの検出精度は高くなり、少なくすることで演算処理の負荷を低減することができる。
なお、上記演算式は、（式１）においてＮ＝３の場合となる。
【００３９】
この１次遅れフィルタ５３による温度変化量５２Ａの平準化について、図を用いて更に詳細に説明する。
図１１は、微分フィルタ５１にデジタルフィルタを用いた場合の温度変化量５２Ａと、この温度変化量５２Ａを一次遅れフィルタ５３によって平準化した第２温度変化量５３Ａとを示す概略図である。横軸に時間を示し、縦軸に温度を示している。なお、図中の黒丸は、デジタルフィルタの演算実行タイミングを示している。
図１２は、本実施の形態の温度推定装置１００および電力変換装置１を用いてシミュレーションを行った結果の波形図である。図１１と同様に、微分フィルタ５１にデジタルフィルタを用いた場合の温度変化量５２Ａと、この温度変化量５２Ａを１次遅れフィルタ５３によって平準化した第２温度変化量５３Ａとを示す。
【００４０】
図１１に示すように、微分フィルタ５１にデジタルフィルタを用いた場合の温度変化量５２Ａは、離散した波形となる。そして１次遅れフィルタ５３で処理した後の第２温度変化量５３Ａは連続した波形となる。この波形に示すように１次遅れフィルタ５３を用いることにより、平準化した第２温度変化量５３Ａを得ることができる。
なお、１次遅れフィルタ５３をデジタルフィルタで実現する場合は、平準化の効果を得るため、１次遅れフィルタ５３の演算周期を、微分フィルタ５１に用いられたデジタルフィルタの演算周期よりも十分に短い周期とする。例えば、デジタルフィルタの演算周期を１００秒とした場合、１次遅れフィルタ５３の演算周期は、デジタルフィルタの演算周期の１／１０倍を目安に１０秒程度である必要がある。
【００４１】
こうして温度変化量予測部５０は、第１推定温度４１Ａを入力として、所定の期間におけるリアクトル３の、第１推定温度４１Ａからの温度変化量を第２温度変化量５３Ａとして予測する。予測された第２温度変化量５３Ａは、後段の温度予測部６０に対して出力される。
なお、微分フィルタ５１にデジタルフィルタを用いない場合は、１次遅れフィルタ５３を備えない構成としてもよい。この場合、積算器５２から出力される温度変化量を第２温度変化量として温度予測部６０に対して出力する。
【００４２】
次に、温度予測部６０の構成について説明する。
図７に示すように温度予測部６０は、加算器６１を備える。そして温度予測部６０は、入力された第１推定温度４１Ａと第２温度変化量５３Ａとを加算器６１で加算して第２推定温度６１Ａを算出する。このように、第１推定温度４１Ａに対して、第２温度変化量５３Ａを加算することで、所定の期間後におけるリアクトル３の温度の予測値である第２推定温度６１Ａを予測することができる。
そして、図２に示すように温度予測部６０は、算出された第２推定温度６１Ａを、電力変換装置１が有する上限値算出部７０に対して出力する。
【００４３】
次に、上限値算出部７０の構成について説明する。
図８に示すように、上限値算出部７０は、減算器７１、７５と、積算器７２、７６と、積分器７３と、リミッタ７４とを備える。
減算器７１は、入力された第２推定温度６１Ａから、リアクトル３の温度目標値ＴＺを減算して、温度偏差７１Ａを算出する。第２推定温度６１Ａが温度目標値ＴＺよりも小さい場合は、温度偏差７１Ａは負の値となる。
この温度目標値ＴＺは、リアクトル３の定格温度以下の所定値とし、定格温度から適切に設定したマージンを減算した値とする。適切に設定したマージンとは、第２推定温度６１Ａの算出処理で見込まれる誤差を内包できる値である。
【００４４】
積算器７２は、温度偏差７１Ａに積分ゲインＧを積算することで、積分ゲインＧが積算された温度偏差７２Ａを出力する。
積分器７３は、積分ゲインＧが積算された温度偏差７２Ａを積分して、電流調整値７３Ａとして出力する。
リミッタ７４は、電流調整値７３Ａを、予め設定した制限値で制限して新たな電流調整値７４Ａを算出する。
減算器７５は、電力変換装置１の定格電流などから決まる電流最大値ＩＭＡＸから、電流調整値７４Ａを減算して電流上限値７５Ａを算出する。この電流上限値７５Ａは、変換回路２と直流電源８との間で授受される電流Ｉの上限値を示す。
【００４５】
ここで電流調整値７４Ａについて説明する。電流調整値７４Ａとは、リアクトル３の温度が定格温度を超過する可能性のある電流範囲から脱する為に必要な、電流を調整するための値である。例えば、電流Ｉを定格電流（電流最大値ＩＭＡＸ）の７０％以下に保つとリアクトル３の温度が定格温度を超過する恐れがないとする。この場合、必要とする電流調整値７４Ａは以下で示すようになる。
電流調整値７４Ａ＝電流最大値ＩＭＡＸ−電流最大値ＩＭＡＸ×７０％＝電流最大値ＩＭＡＸ×３０％
【００４６】
そしてこの場合、リミッタ７４において予め設定する制限値は、リミッタ７４から出力される電流調整値７４Ａが電流最大値ＩＭＡＸ×３０％となるように電流調整値７３Ａを制限する値である。このようにリミッタ７４を設けることで過度の電流調整を回避することができる。
なお、第２推定温度６１Ａの算出が精度良く行える場合など、過度の電流調整が生じる可能性が少ない場合には、リミッタ７４を備えない構成としてもよい。
【００４７】
積算器７６は、こうして得られた電流上限値７５Ａに−１を積算して電流下限値７６Ａを算出する。このように−１の積算を行う理由を説明する。
電流下限値７６Ａは、電力変換装置１が直流電源８に対して放電だけでなく充電も行える場合に必要となる。つまり、電流上限値７５Ａが直流電源８から放電する場合の制限値であれば、電流下限値７６Ａは直流電源８から充電する場合の制限値となる。よって、電流上限値７５Ａを−１倍した値を電流下限値７６Ａとする。これは、充電と放電とで、電流に対するリアクトル３の温度上昇が同一特性である場合を想定している。なお、予め設定する下限値は、０Ａ（Ａ：電流の単位、アンペア）とする。
こうして得られた電流上限値７５Ａと電流下限値７６Ａは、図２に示すように、電力変換装置１の制御部４に対して出力される。
【００４８】
電流Ｉの上限値となる電流上限値７５Ａが電力変換装置１の制御部４に入力されると、冒頭で述べたように、制御部４は公知技術のパルス幅変調方式などによって、電流Ｉが電流上限値７５Ａを超過しないように半導体スイッチング素子１０のスイッチングを調整する。これにより、電力変換装置１と直流電源８との間の電流Ｉが調整される。
なお、第２推定温度６１Ａが温度目標値ＴＺよりも大きい場合は、制御部４は、電流Ｉを制限して減少させるように調整する。こうして、リアクトル３の通流電流が減少して導通損失が低下し、リアクトル３の温度上昇が抑制される。一方、第２推定温度６１Ａが温度目標値ＴＺよりも小さい場合は、制御部４は、リアクトル３の温度が目標温度値ＴＺを越えない範囲で、電流Ｉの制限を緩和するように調整する。
【００４９】
こうして、電力変換装置１は、温度推定装置１００により推定されたリアクトル３の第２推定温度６１Ａに基づいて、リアクトル３の温度を温度目標値ＴＺを越えない範囲に保ちながら変換回路２の運転を行う。
また、前述したように、温度目標値ＴＺは、第２推定温度６１Ａの算出処理における誤差を見込んだマージンを設定しているため、更に安定してリアクトル３の温度を温度目標値ＴＺ以下に保つことができる。
【００５０】
以降、前述の温度変化量予測部５０および温度予測部６０が、第１推定温度４１Ａが算出された時点から、所定の期間後におけるリアクトル３の、第１推定温度４１Ａからの温度変化量を予測する理由を説明する。
【００５１】
前述のように、基準推定温度算出部２０において算出された基準推定温度２１Ａは、第１遅れ時間Ｔ１を含む。そして温度変化量算出部３０において算出された変化推定温度３３Ａは第２遅れ時間Ｔ２を含む。そのため、温度算出部４０において算出されたリアクトル３の推定温度を示す第１推定温度４１Ａは、第１遅れ時間Ｔ１および第２遅れ時間Ｔ２を含むものである。
【００５２】
ここで、時刻ｔ１における第１推定温度４１Ａに基づいて、時刻ｔ２において直流電源８との間の電流Ｉが減少するように電力変換装置１の変換回路２を制御したとする。しかしながら第１推定温度４１Ａは、第１遅れ時間Ｔ１だけ時刻ｔ１より過去の装置内温度ＴＡと、第２遅れ時間Ｔ２だけ時刻ｔ１より過去の電圧Ｖおよび電流Ｉとに対応するものである。そのため、時刻ｔ２において電流Ｉの調整を開始したとしても、時刻ｔ２から第１遅れ時間Ｔ１および第２遅れ時間Ｔ２に相当する時間が経過するまでは、調整後の電流Ｉに対するリアクトル３の温度低下は得られない。従ってリアクトル３の温度は時刻ｔ１における第１推定温度４１Ａから上昇しつづける恐れがある。
【００５３】
このような電力変換装置１の動作制御の調整に対応するため、温度推定装置１００は、時刻ｔ１より後の、第１遅れ時間Ｔ１および第２遅れ時間Ｔ２を予め見込んだ所定の期間後のリアクトル３の温度予測を行う必要がある。そのため、温度変化量予測部５０および温度予測部６０により所定の期間後のリアクトル３の温度予測を行う。
【００５４】
なお、所定の期間には任意の値を設定することができるが、所定の期間にリアクトル３の温度変化の遅れ時間を用いると、電圧Ｖおよび電流Ｉの調整に関する遅れ時間を見込んだ所定の時間後におけるリアクトル３の第２推定温度６１Ａを予測することができる。またこの場合第２遅れ時間Ｔ２による影響が大きいため、上記所定の期間に第２遅れ時間Ｔ２を用いるとよい。
【００５５】
上記のように構成された本実施の形態の温度推定装置１００によると、装置内温度ＴＡに対する第１遅れ時間Ｔ１と、電圧Ｖおよび電流Ｉに対する第２遅れ時間Ｔ２とが異なる場合でも、第１遅れ時間Ｔ１が与えられた基準推定温度２１Ａと、第２遅れ時間Ｔ２が与えられた変化推定温度３３Ａとを加算することによりリアクトル３の第１推定温度４１Ａを精度良く推定できる。そして、第１推定温度４１Ａが算出された時刻から所定の期間後におけるリアクトル３の第２推定温度６１Ａを、このように第１遅れ時間Ｔ１と第２遅れ時間Ｔ２とを含む第１推定温度４１Ａの傾き５１Ａに基づいて算出する。そのため、第２推定温度６１Ａを精度良く予測することができる。
【００５６】
更に、第１遅れ時間Ｔ１は、装置内温度ＴＡに対するリアクトル３の過渡応答期間に基づいて設定され、第２遅れ時間Ｔ２は、電圧Ｖ、電流Ｉに対するリアクトル３の過渡応答期間に基づいて設定されたものである。このように実際のリアクトル３の形状、材料を元に得られた値を、第１遅れ時間Ｔ１と第２遅れ時間Ｔ２に用いるため、リアクトル３の温度をさらに精度良く算出することができる。
【００５７】
更に基準推定温度算出部２０および温度変化量算出部３０は、それぞれ遅れフィルタを用いることにより、装置内温度ＴＡ、第１温度変化量３１Ａに対して、第１遅れ時間Ｔ１、第２遅れ時間Ｔ２を与える。こうして遅れフィルタを用いることで効率的に遅れ時間を与えることができる。
更に、これら遅れフィルタとして、１次の遅れフィルタを用いている。このように１次の遅れフィルタを用いることで、リアクトル３の過渡応答特性に即した基準推定温度２１Ａと変化推定温度３３Ａを得ることができる。
【００５８】
また温度変化量予測部５０は、微分フィルタ５１などの傾き検出器により第１推定温度４１Ａの傾き５１Ａを求めている。そのため第１推定温度４１Ａの傾きを効率良く取得することが可能である。
また温度変化量予測部５０は、微分フィルタ５１にデジタルフィルタを用いて、式（１）により第１推定温度４１Ａの傾き５１Ａを算出することも可能である。そのため、各演算周期における第１推定温度４１Ａを、所望の数用いて精度良く傾き５１Ａを算出することができる。
【００５９】
また、第２遅れ時間Ｔ２は、リアクトル３の温度が上昇中か、下降中であるかに応じてその値を調整することができる。こうして第２遅れ時間Ｔ２を適切に調整することで、リアクトル３の温度状態による第２遅れ時間Ｔ２の変化に適宜対処可能となる。これにより更に精度よくリアクトル３の温度を推定することができる。
また、第２遅れ時間Ｔ２は、ファン７のファン駆動信号Ｓに応じて調整することも可能である。これにより電力変換装置１内におけるリアクトル３の冷却状態に基づき、更に精度よくリアクトル３の温度を推定することができる。
【００６０】
また、温度変化量予測部５０において用いる所定の期間に、第２遅れ時間Ｔ２を用いることで、電圧Ｖおよび電流Ｉに応じたリアクトル３の温度変化の遅れ時間を見込んだ電流上限値７５Ａ、電流下限値７６Ａを算出することができる。
【００６１】
また上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置１によると、温度推定装置１００により、所定の期間後におけるリアクトル３の第２推定温度６１Ａを精度良く予測しつつ、この第２推定温度６１Ａとリアクトル３の温度目標値ＴＺとから算出された電流上限値７５Ａ、電流下限値７６Ａに基づいて電流Ｉを調整する。こうして、所定の期間後においてもリアクトル３の温度を温度目標値ＴＺを越えない範囲に収束させることができる。このため、リアクトル３の温度が定格温度を超過することによる電力変換装置１の停止を抑止することができる。また、電力変換装置１のファン７の稼働が必要以上の期間に渡ってしまうこと、電流Ｉを過剰に低下させること、も抑制される。こうして電力変換装置１の安定した継続運転が可能となる。また、上限値算出部７０により算出された電流上限値７５Ａを越えないように変換回路２を出力制御すればよいので、制御が容易となる。
またリアクトル３の温度が温度目標値ＴＺ以下に保たれることで、リアクトル３の大型化を回避する効果も得ることができる。
【００６２】
更に、上限値算出部７０は、第２推定温度６１Ａと温度目標値ＴＺとの温度偏差７１Ａを積分して得られた電流調整値７３Ａを用いて、上記電流上限値７５Ａを算出している。このように温度偏差７１Ａを時間的に累積して得る電流調整値７４Ａを用いることで、精度よくリアクトル３の温度を温度目標値ＴＺに近づけることができる。
また、リミッタ７４により電流調整値７３Ａを制限して電流調整値７４Ａを算出しているため、過度の電流調整を回避することができる。
【００６３】
図１３は、本発明の実施の形態１による温度推定装置１００を備える他の構成の電力変換装置１Ａを示す図である。
図に示すように、電力変換装置１Ａは、上限値算出部７０を備えない構成となっている。このような構成の電力変換装置１Ａにおいても、前述の電力変換装置１と同様に、温度推定装置１００により推定された第２推定温度６１Ａを用いた電流Ｉの調整が可能である。例えば温度推定装置１００が、第２推定温度６１Ａを電力変換装置１Ａの外部に出力することで、電力変換装置１Ａの操作者に対して変換回路２の制御における変更あるいは調整を促すことができる。
【００６４】
こうして電力変換装置１Ａは、前述の電力変換装置１と同様の効果を奏し、精度良く推定された第２推定温度６１Ａに基づいて、リアクトル３の温度上昇を抑制することができる。また、リアクトル３の温度が定格温度を超過することによる電力変換装置１Ａの停止を抑止することができる。また、電力変換装置１Ａのファン７の稼働が必要以上の期間に渡ってしまうこと、電流Ｉを過剰に低下させること、も抑制される。こうして電力変換装置１Ａの安定した継続運転が可能となる。また上限値算出部７０を備えない構成であるため、省スペース化、低コスト化を図ることができる。
【００６５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【図１】
0006611984.tif 000004
【図２】
0006611984.tif 000005
【図３】
0006611984.tif 000006
【図４】
0006611984.tif 000007
【図５】
0006611984.tif 000008
【図６】
0006611984.tif 000009
【図７】
0006611984.tif 000010
【図８】
0006611984.tif 000011
【図９】
0006611984.tif 000012
【図１０】
0006611984.tif 000013
【図１１】
0006611984.tif 000014
【図１２】
0006611984.tif 000015
【図１３】
0006611984.tif 000016