(57)【要約】電動機（4）が所定の回転速度以下の場合は、駆動方法の設定および素子損失算出手段（16）での演算に基づき、２相変調駆動で電力変換装置(30)を駆動する。スイッチング損失が大きい第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子の損失積算値が所定値を超えた場合は、スイッチング信号生成手段(14)からのスイッチング信号を切り換えて、スイッイング素子のスイッチング動作を切替える電動機の制御装置。
2015177863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を供給する直流電源、スイッチング素子によって構成されＰＷＭ制御によるスイッチング素子のスイッチング動作によって、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換して電動機に電力を供給する電力変換装置、および前記電力変換装置の駆動を制御する制御ユニットを備えた電動機の制御装置であって、
前記制御ユニットは、
電動機の電気角θと回転速度Ｎｍを演算し出力する回転角度処理手段と、
前記回転角度処理手段からの電気角θと回転速度Ｎｍを用いて前記電力変換装置の駆動方法を設定すると共に、前記電力変換装置の各スイッチング素子の損失とスイッチング損失積算値を演算する駆動方法設定および素子損失算出手段と、
前記駆動方法設定および素子損失算出手段で演算された駆動方法と素子損失に基づいて設定されるキャリア信号のキャリア周波数を選択するキャリア周波数選択手段と、
前記駆動方法設定および素子損失算出手段と前記キャリア周波数選択手段と前記回転角度処理手段、および指令電圧からの情報とに基づいて前記スイッチング素子を動作させるスイッチング信号を生成し、前記電力変換装置に前記スイッチング信号を出力するスイッチング信号生成手段とを備え、
前記電動機が所定の回転速度以下の場合は、前記制御ユニットの演算結果に基づき、２相変調駆動で前記電力変換装置を駆動すると共に、スイッチング損失が大きい第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子の損失を算出し、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の損失積算値が所定値を超えた場合は、予め設定されたマップに従って前記スイッチング信号生成手段からのスイッチング信号を切り換えて、前記スイッイング素子の前記スイッチング動作を切替えるようにしたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
前記損失積算値の所定値は、最大トルク時に流れる電流に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
２相変調駆動時のキャリア周波数は、前記第１のスイッチング素子の損失に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電動機の制御装置に関し、特に電動機の動作状態に応じて電力変換装置の駆動方法を変更するようにした電動機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素排出量低減や燃費向上を目的として、電動機と内燃機関を搭載した車両、いわゆるハイブリッド車両や、電動機のみを搭載し電動機の駆動力で走行する電気自動車が普及している。これらの電動機を搭載した車両においては、電動機のほか、直流電力を出力する蓄電装置、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して電動機に電力を供給する電力変換装置（インバータ）などを搭載している。
電動機に電力を供給する電力変換装置は、例えばＩＧＢＴなどのスイッチング素子を用いたＰＷＭ制御によるスイッチング動作によって直流電力を交流電力へ変換している。
ここで、このような電動機の制御装置に用いられる電力変換装置の３相変調駆動と２相変調駆動について説明する。【０００３】
図１３は３相変調駆動と２相変調駆動時における相電圧指令とスイッチング信号の関係を示す図である。
図１３に示すような線間電圧（Ａ）、モータ電流（Ｂ）を生成する場合、３相変調による駆動方法では、相電圧は（Ｃ）、上側スイッチング信号は（Ｄ）のようになり、２相変調による駆動方法では、相電圧は（Ｅ）、上側スイッチング信号は（Ｆ）のようになる。
なお三角波の周期（キャリア周波数）は同周期にしている。
図１３からわかるように、３相変調駆動では常時スイッチング動作を行っているのに対して、２相変調駆動では常時オン（または常時オフ）となるスイッチング信号が存在すること、またスイッチング動作が少ないことがわかる。
スイッチング素子はスイッチング動作において、起動時損失、オン損失と起動停止時損失が存在するので、スイッチング動作が少ないということは直流電力から交流電力への電力変換で発生する損失が少ないということになる。【０００４】
しかし、この直流電力から交流電力への電力変換は高周波かつ大電力でのスイッチング動作となるため、スイッチング動作により発生する損失（スイッチング損失）によってスイッチング素子が発熱し、スイッチング素子の温度が上昇する。そしてスイッチング素子の上限温度に達するとスイッチング素子の破壊を回避するために電動機への供給電力を下げる、つまり、スイッチング回数を下げることになって、運転者の動作に応じた駆動力を発生するための所望の電力を電動機に供給することが困難となる。
このようなスイッチング素子の温度上昇に起因する供給電力の低下、つまり電動機の出力低下を防止する手段として、特許文献１に記載の技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１０９８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この特許文献１に示されるものは、インバータの温度を検出し、その検出温度に応じてインバータの駆動方法であるＰＷＭ制御を３相変調から２相変調に切り替え、さらにキャリア信号の周波数を変更する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１に示される従来装置においては、インバータの温度を検出するための温度センサが必要となりコストアップとなる。また、キャリア信号を変更することでスイッチング動作による電磁音が大きくなり騒音となる可能性がある、等の問題点を有するものであった。【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、コストアップおよび騒音の発生を抑制すると共に、電動機が所定回転以下の状態においてもスイッチング素子のスイッチング動作に起因する損失を低減してスイッチング素子の温度上昇を抑制し、運転者の操作に応じた駆動力を発生することのできる電動機の制御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】
【０００８】
この発明に係る電動機の制御装置は、直流電力を供給する直流電源、スイッチング素子によって構成されＰＷＭ制御によるスイッチング素子のスイッチング動作によって、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換して電動機に電力を供給する電力変換装置、および前記電力変換装置の駆動を制御する制御ユニットを備えた電動機の制御装置であって、前記制御ユニットは、電動機の電気角θと回転速度Ｎｍを演算し出力する回転角度処理手段と、前記回転角度処理手段からの電気角θと回転速度Ｎｍを用いて前記電力変換装置の駆動方法を設定すると共に、前記電力変換装置の各スイッチング素子の損失とスイッチング損失積算値を演算する駆動方法設定および素子損失算出手段と、前記駆動方法設定および素子損失算出手段で演算された駆動方法と素子損失に基づいて設定されるキャリア信号のキャリア周波数を選択するキャリア周波数選択手段と、前記駆動方法設定および素子損失算出手段と前記キャリア周波数選択手段と前記回転角度処理手段、および指令電圧からの情報とに基づいて前記スイッチング素子を動作させるスイッチング信号を生成し、前記電力変換装置に前記スイッチング信号を出力するスイッチング信号生成手段とを備え、前記電動機が所定の回転速度以下の場合は、前記制御ユニットの演算結果に基づき、２相変調駆動で前記電力変換装置を駆動すると共に、スイッチング損失が大きい第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子の損失を算出し、前記第１のスイッチング素子または前記第２のスイッチング素子の損失積算値が所定値を超えた場合は、予め設定されたマップに従って前記スイッチング信号生成手段からのスイッチング信号を切り換えて、前記スイッイング素子の前記スイッチング動作を切替えるように構成したものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の電動機の制御装置によれば、コストアップおよび騒音の発生を抑制すると共に、電動機が所定の回転数以下（例えば、回転不可または極低回転状態）においてもスイッチング素子のスイッチング動作に起因する電力損失を低減してスイッチング素子の温度上昇を抑制し、運転者の操作に応じた駆動力を発生することのできる電動機の制御装置を得ることができる。【００１０】
上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１における電力変換装置を含む電動機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における制御ユニットの構成、機能を説明するための機能ブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１における装置全体の制御、演算の流れを示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１における回転角度処理手段１５で実行される処理の演算の流れを示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１における駆動方法設定と素子損失算出手段で実行される処理の演算の流れを示すフローチャートである。
【図６】スイッチング素子の損失と電動機のモータ相電流との関係を示す図である。
【図７】図５のステップＳ２０５の損失算出素子検索で実行される処理の演算の流れを示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態１におけるキャリア周波数選択手段で実行される処理の演算の流れを示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態１における素子損失とキャリア周波数の関係の一例を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１におけるスイッチング信号生成手段で実行される処理の演算の流れを示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態１における電気角θと２相変調駆動時のスイッチング信号切り替えの関係を示すマップである。
【図１２】この発明の実施の形態１の電動機の制御装置における各部の動作波形を示すタイミングチャートである。
【図１３】一般的な３相変調駆動と２相変調駆動における相電圧指令とスイッチング信号の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の電動機の制御装置の実施の形態につき、図面を参照して説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電力変換装置を含む電動機の制御装置の全体構成を示す図である。図１において、１はこの発明に係わる電力変換装置の駆動方法などを制御する制御ユニットであるモータコントロールユニット（以下ＭＣＵと称す。）、２は直流電力を供給するバッテリ、３０はバッテリ２に並列に設けられバッテリ２からの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置（以下インバータとも称す。）、４はインバータ３０からの交流電力によって駆動力を発生し回転駆動する電動機であり、電動機４は図示しない動力伝達機構を介して図示しない車両の車輪に接続されている。また５は電動機の回転に応じて信号を出力する回転角度センサである。
【００１４】
インバータ３０は、バッテリ２からの直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ３１と、インバータ３０に入力される電圧を検出する電圧センサ３２を備えている。また、ＭＣＵ１からのスイッチング信号に応じて動作し、バッテリ２からの直流電力を電動機４へ供給する交流電力に変換するスイッチング素子として、Ｕ相上側スイッチング素子３Ｑ１、Ｕ相下側スイッチング素子３Ｑ２、Ｖ相上側スイッチング素子３Ｑ３、Ｖ相下側スイッチング素子３Ｑ４、Ｗ相上側スイッチング素子３Ｑ５、Ｗ相下側スイッチング素子３Ｑ６が設けられている。
各スイッチング素子３Ｑ１〜３Ｑ６には、逆並列にＵ相上側ダイオード素子３Ｄ１、Ｕ相下側ダイオード素子３Ｄ２、Ｖ相上側ダイオード素子３Ｄ３、Ｖ相下側ダイオード素子３Ｄ４、Ｗ相上側ダイオード素子３Ｄ５、Ｗ相下側ダイオード素子３Ｄ６が接続されている。また、電動機４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に接続されており、もう一端は各相のスイッチング素子の中間点に接続されている。
【００１５】
次にＭＣＵ１の具体的な構成、機能の詳細について図２の機能ブロック図を参照して説明する。
図２において、まず運転者の動作を示すアクセル開度信号Ａｃ１とブレーキ踏込信号Ｂｒ１は、車両コントロールユニット（以下ＶＥＨ−ＣＵと称す。）１００に入力され、指令トルクＴｒｒｑが出力される。
指令電流演算手段１１は、ＶＥＨ−ＣＵ１００で演算された指令トルクＴｒｒｑと、後述する回転角度処理手段１５から出力される電気角θが入力され、ｄ軸、ｑ軸変換を行い、ｄ軸指令電流Ｉ＿ｄとｑ軸指令電流Ｉ＿ｑを出力する。
指令電圧演算手段１２は、ｄ軸指令電流Ｉ＿ｄとｑ軸指令電流Ｉ＿ｑと、電動機４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に流れる電流を検出する電流センサ３３、３４、３５（図１参照）の出力を後述する３相⇒２相変換手段１８によって２相に変換した電流を用いて、指令電圧を演算する。
２相⇒３相変換手段１３は、指令電圧演算手段１２で演算された指令電圧と後述する駆動方法設定と素子損失算出手段１６で演算される駆動方法の情報を入力して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相電圧を演算する。
【００１６】
スイッチング信号生成手段１４は、２相⇒３相変換手段１３にて演算された各相の相電圧と、後述するキャリア周波数選択手段１７で演算されたキャリア周波数の情報から、インバータ３０の各スイッチング素子３Ｑ１〜３Ｑ６のスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号はインバータ３０に送られて、電動機４に交流電力が供給される。
回転角度処理手段１５は、電動機４に設けられた回転角度センサ５の出力信号から、電動機４の電気角θと回転速度Ｎｍを演算する。
【００１７】
駆動方法設定と素子損失算出手段１６は、回転角度処理手段１５からの電気角θと回転速度Ｎｍから、インバータ３０の駆動方法を決定するとともに、電動機の各相に流れる電流を検出する電流センサ３３、３４、３５（図１参照）からの電流情報を用いて、インバータ３０の各スイッチング素子３Ｑ１から３Ｑ６の該当素子のスイッチング損失と、スイッチング損失積算値と常時オン素子変更フラグＦ１を演算する。この常時オン素子変更フラグＦ１については、後述する図５の説明において詳細説明を行う。
キャリア周波数選択手段１７は駆動方法設定と素子損失算出手段１６で設定された駆動方法に基づいて、キャリア周波数を演算する。
３相⇒２相変換手段１８は、電動機４の各相に流れる電流を検出する電流センサ３３、３４、３５の出力を２相の電流に変換演算をして、指令電圧演算手段１２に入力するためのものである。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態１における装置全体の制御、演算の流れを示すフローチャートである。図３において、まずステップＳ１１で電動機４の駆動判定を行う。この判定は電動機４への駆動指示有無の判定であり、例えばブレーキの踏み込みやアクセルペダルの踏み込み量など発進動作に起因する情報に基づいて判定を行う。
ステップＳ１１でＮｏ判定の時は演算を行わずリターンされる。ステップＳ１１でＹｅｓ判定の場合はステップS１２に進み、回転角度処理手段１５を実行する。この回転角度処理手段１５の詳細は後述する図４にて説明を行う。次にステップS１３に進むと、駆動方法設定と素子損失算出手段１６を実行する。この駆動方法設定と素子損失算出手段１６の詳細については後述する図５にて説明を行う。次にステップS１４に進むと、キャリア周波数設定手段１７を実行する、これについては図８にて詳細説明を行う。そしてステップS１５でスイッチング信号生成手段１４を実行する。このスイッチング信号生成手段１４については図１０にて詳細を説明する。
【００１９】
次に前述した回転角度処理手段１５、駆動方法設定と素子損失産出手段１６、キャリア周波数選択手段１７、スイッチング信号生成手段１４について、図４から図１１を用いて説明する。
【００２０】
図４は図３のステップS１２で実行される回転角度処理手段１５の演算の流れを示すフローチャートである。図４において、まずステップS１０１では回転角度センサ５からの入力可否を判定する。回転角度センサ５からの入力がある場合は、ステップS１０１はＹｅｓ判定となってステップＳ１０２に進み、入力がない場合はＳ１０９に進む。ステップS１０２に進むと、次は電動機４の回転方向を判定する。この判定は例えば、図示しない車両のシフトポジションや加速度センサの情報などを基に判定している。ステップS１０２で電動機４の回転方向判定が終了すると、ステップS１０３に進み、ステップS１０２の回転方向判定結果に応じて電気角θを算出する。この電気角θの算出はステップS１０２の判定が正回転時は回転角度センサ５の入力ごとに所定値（例えば０．５度）を加算、またステップS１０２の判定が逆回転時は回転角度センサ５の入力ごとに所定値を減算するようにしている。
【００２１】
そしてステップS１０４に進むと、算出した電気角θの判定を行う。まずステップS１０４では電気角θが回転角度範囲か否かの判定を行う。回転角度は１周期３６０度であり、ステップS１０３で算出した電気角θが０（ゼロ）から３６０度の範囲内であれば、ステップS１０４はＹｅｓ判定となってステップS１０５に進み、電気角θが０（ゼロ）または３６０であれば、ステップS１０７に進む。ステップS１０７に進むと、電気角θが０（ゼロ）の時は３６０、３６０の時は０（ゼロ）にして、ステップS１０５に進む。
【００２２】
ステップS１０５に進むと、次は電動機４の回転速度Ｎｍの判定を行う。まずステップS１０５では回転速度Ｎｍの前回値の判定を行う。ステップS１０５の判定がＹｅｓ判定の時は、ステップS１０６に進み、回転速度Ｎｍを算出してリターンする。一方ステップＳ１０５でＮｏ判定の時はステップS１０８に進んで、回転速度Ｎｍを所定の固定値にしてリターンする。この所定の固定値はステップS１０２で判定する回転方向に応じて０（ゼロ）ではない微小な値（例えば、±０．１ｒｐｍ）を設定している。
【００２３】
次に、ステップＳ１０１でＮｏ判定となりステップS１０９に進んだ場合は、回転角度センサ５の入力がないので電気角θを前回値保持して、ステップS１１０に進む。ステップS１１０に進むと次は計測タイマｔ＿ｃの判定を行う。この計測タイマは回転角度センサ５の入力間隔を計測するタイマで、回転角度センサ５の入力があると前回の回転角度センサ５の入力時間を用いて回転角度センサ５の入力間隔を計測するようにしている。また、ステップS１１０の判定に用いる所定時間は、電動機４の回転停止を判定可能な時間（例えば、２００ｍｓｅｃ）を設定している。ステップS１１０でＹｅｓ判定の時は、回転角度センサ５の入力はないが、電動機４を回転停止と判定不可であるため、ステップＳ１１１に進み、回転速度Ｎｍを前回値に保持してリターンする。
一方、ステップS１１０でＮｏ判定の時は、回転角度センサ５の入力がない、かつ電動機４の回転が停止している事になるので、ステップＳ１１２に進み、回転速度Ｎｍを０（ゼロ）にすると共に計測タイマｔ＿ｃを０（ゼロ）にしてリターンする。
【００２４】
図５は図３のステップＳ１３で実行される駆動方法設定と素子損失算出手段１６の流れを示すフローチャートである。
図５において、駆動方法設定と素子損失算出手段１６では、まずステップS２０１で回転速度Ｎｍを読み込み、ステップS２０２に進んで、所定値αとの比較を行う。この所定値αは２相変調駆動を行う必要がない回転速度、例えば、５０ｒｐｍに設定されている。
ステップS２０２でＮｏ判定の場合は、ステップS２１６に進み、後述する積算電力損失（ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１、ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２）及び、常時オン素子変更フラグＦ１、および切り替え実施フラグＦ３をクリアして、ステップS２１７に進み、駆動方法を３相変調に設定してリターンされる。
一方、ステップS２０２でＹｅｓ判定の場合は、ステップS２０３に進み、回転速度Ｎｍがゼロか否かの判定を行う。ステップS２０３でＹｅｓ判定の場合はステップS２０４に進み、次は素子損失の積算値の判定を行う。
【００２５】
ステップS２０４でＹｅｓ判定の時は、初回損失計算となるので、ステップS２０５に進んで損失算出素子検索を行う。ステップS２０５で行う損失算出素子検索については、後述する図７で詳細に説明するので、ここでは割愛する。ステップS２０６に進むと電流センサ３３、３４、３５にて検出される電動機４の各相を流れる電流値（以下、モータ相電流と称す）を読み込んで、ステップS２０７に進む。
ステップS２０７に進むと、ステップS２０５で検索した素子と、ステップS２０６で読み込んだ相電流値をもとに各素子の損失を算出する。インバータ３０に用いられるスイッチング素子の損失は、モータ相電流から求めることができ、例えば図６に示すような関係がある。従って、大きな電流が流れるスイッチング素子を特定できれば、スイッチング損失が計算できる。
【００２６】
ステップS２０７では第一のスイッチング損失Ｅ＿Ｌｏｓｓ１つまり、常時オンとなる損失の大きなスイッチング素子の損失と、第二のスイッチング損失Ｅ＿Ｌｏｓｓ２、つまりスイッチング動作を行う素子のうち、最も損失が多い素子の損失を算出し、ステップS２０８に進んで、駆動方法を２相変調に設定してリターンされる。
【００２７】
次にステップS２０３でＮｏ判定の場合は、電動機４が極低回転状態であるので、ステップS２１３に進み損失算出素子検索を行う。この損失算出素子検索に関しては後述する。ステップS２１４に進むと、S２０６と同様にモータ相電流を読み込んでステップS２１５で図６の関係を用いて、第一のスイッチング損失Ｅ＿Ｌｏｓｓ１と第二のスイッチング損失Ｅ＿Ｌｏｓｓ２を算出し、ステップS２０９に進む。
ステップS２０４がＮｏ判定、つまり初回素子損失が計算済みの時、もしくはステップS２１５の演算終了後はステップS２０９に進んで、設定しているキャリア周波数ｆｃを読み込む。キャリア周波数ｆｃの設定に関しては図8にて説明するのでここでは割愛する。
【００２８】
ステップS２０９でキャリア周波数ｆｃを読み込むと、ステップS２１０に進んで第一のスイッチング損失Ｅ＿Ｌｏｓｓ１と第二のスイッチング損失Ｅ＿Ｌｏｓｓ２の積算値を演算する。
第一のスイッチング損失の積算値ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１は常時オン素子の損失であるので、ステップS２０７で算出した第一のスイッチング損失Ｅ＿Ｌｏｓｓ１の通電時間で求まり、通電時間は図５のフローチャートの制御周期（例えば、１０μｓｅｃ）を用いて積算値ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１を算出する。その計算式は下記となる。
【００２９】
ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１（ｎ）＝ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１（ｎ−１）＋（Ｅ＿Ｌｏｓｓ1×制御周期）・・・・（式１）
【００３０】
第二のスイッチング損失の積算値ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２はスイッチング動作しているため、制御周期間のスイッチング回数を求める必要があり、そのスイッチング回数は制御周期とキャリア周波数ｆｃから求めることができるので、第二のスイッチング損失の積算値ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２は下記式から求めることができる。
ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２（ｎ）＝ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２（ｎ−１）＋（Ｅ＿Ｌｏｓｓ２×（制御周期／キャリア周波数ｆｃ）・・・・（式２）
【００３１】
また、後述する素子切り替え判定Ｆ２が未成立中は、第一、第二のスイッチング損失の積算値の計算は下記となる。
ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１（ｎ）＝ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１（ｎ−１）−（Ｅ＿Ｌｏｓｓ１×制御周期−（Ｅ＿Ｌｏｓｓ１×（制御周期／キャリア周波数ｆｃ））・・・・（式３）
ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２（ｎ）＝ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２（ｎ−１）＋（Ｅ＿Ｌｏｓｓ２×制御周期）・・・・（式４）
【００３２】
また、素子切り替え判定Ｆ２が成立中は下記式にて、第一、第二のスイッチング損失の積算値を計算する。
ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１（ｎ）＝ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１（ｎ−１）＋（Ｅ＿Ｌｏｓｓ1×制御周期）・・・・（式５）
ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２（ｎ）＝ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２（ｎ−１）−（Ｅ＿Ｌｏｓｓ２×制御周期−（Ｅ＿Ｌｏｓｓ２×（制御周期／キャリア周波数ｆｃ））・・・・（式６）
【００３３】
ステップS２１０で第一のスイッチング素子の損失積算値ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１と第二のスイッチング素子の損失積算値ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２を算出すると、ステップS２１１に進み、算出した損失積算値のどちらかが所定値βより大きいかの判定を行う。この所定値βは電動機４の最大トルクで流れる電流に基づいて設定される。
【００３４】
ステップS２１１でＹｅｓ判定の場合は、ステップS２１２に進み、常時オン素子変更フラグＦ１を１にしてリターンし、Ｎｏ判定の場合は、まだ損失積算値が所定値βに達していないので、リターンされる。
【００３５】
図７は、図５のＳ２０５の損失算出素子検索で実行される処理の演算の流れを示すフローチャートである。
図７において、まずステップS３０１で電気角θを読み込んで、ステップS３０２に進み、ステップS３０２で電気角θがθ１からθ２の範囲にいれば、Ｙｅｓ判定となってステップS３０３に進み、Ｎｏ判定の場合はステップS３０６に進む。
ステップS３０３に進むと次は電気角θがθ２／２以下か否かの判定を行い、ステップS３０３がＹｅｓ判定であれば、ステップS３０４に進み、スイッチング素子３Ｑ４と３Ｑ５が損失算出素子となって、算出素子情報Ｉ＿ｍを１にする。ステップS３０３がＮｏ判定の場合はステップS３０５に進み、スイッチング素子３Ｑ４と３Ｑ１が損失算出素子となって、算出素子情報Ｉ＿ｍを２にしてリターンされる。
ここで、電気角範囲の判定に用いるθ１からθ７は電気角１周期（３６０度）応じて設定しており、θ１＝０度から始まり６０度刻みでθ６まで設定し、θ７＝３５９度に設定している。
【００３６】
ステップS３０２でＮｏ判定の場合は、ステップS３０６に進み次は電気角θがθ２からθ３までの範囲内かの判定を行い、Ｎｏ判定時はステップS３１０へ、Ｙｅｓ判定時はステップS３０７に進み、ステップS３０７に進むと、電気角θがθ３／２以下かの判定を行う。
ステップS３０７でＹｅｓ判定時はステップS３０８に進み、算出素子情報Ｉ＿ｍが３になるとともに、算出素子が３Ｑ１と３Ｑ４と決定され、ステップS３０７がＮｏ判定でステップS３０９に進むと、算出素子情報Ｉ＿ｍが４になるとともに、算出素子が３Ｑ１と３Ｑ６と決定され、リターンされる。
以下順次、電気角θに応じて、算出素子情報Ｉ＿ｍが更新されると共に算出素子が決定される。
【００３７】
図８は、図３のＳ１４で実行されるキャリア周波数選択手段１７の演算の流れを示すフローチャートである。
図８において、キャリア周波数選択手段１７では、まずステップS４０１において駆動方法の判定（図５参照）を行う。ステップS４０１で２相変調が設定されていれば、Ｙｅｓ判定となってステップS４０２に進み、Ｎｏ判定、つまり３相変調が設定されている場合はステップS４０４に進んで、キャリア周波数ｆｃを所定値γに設定してリターンされる。
ここで所定値γは通常の３相変調駆動時のキャリア周波数ｆｃであり、あらかじめ実験等にて求められており、例えば、7ｋＨｚに設定される。
【００３８】
ステップS４０２に進んだ場合は、素子損失Ｅ＿Ｌｏｓｓ１を読み込んで、ステップS４０３に進む。ステップS４０３に進むと、素子損失とキャリア周波数ｆｃとの関係からキャリア周波数ｆｃを設定する。素子損失とキャリア周波数ｆｃの関係は図９に示すような関係となり、素子損失Ｅ＿Ｌｏｓｓ１に応じたキャリア周波数ｆｃが設定され、リターンされる。
【００３９】
図１０は、図３のＳ１５にて実行されるスイッチング信号生成手段１４の演算の流れを示すフローチャートである。
図１０において、スイッチング信号生成手段１４では、まずステップS５０１で、電気角θ、常時オン素子変更フラグＦ１、算出素子情報Ｉ＿ｍ、キャリア周波数ｆｃを読み込んで、ステップS５０２に進む。ステップS５０２に進むと、常時オン素子変更フラグＦ１の判定を行う。ステップS５０２において常時オン素子変更フラグＦ１がゼロの場合は、Ｙｅｓ判定となってステップS５０３に進み、常時素子変更フラグＦ１が１の時は、Ｎｏ判定となってステップS５０５に進む。
【００４０】
ステップS５０２においては、駆動方法が３相変調または２相変調によらず常時オン素子変更フラグＦ１が未成立（Ｆ１＝０）の場合は、ステップS５０３に進み、次は素子切り替え判定Ｆ２の判定を行う。
この素子切り替え判定Ｆ２は後述するステップS５０８または５１１で設定される判定であり、常時素子オン変更フラグＦ１が未成立（Ｆ１＝０）時は成立しない。
ステップS５０３がＹｅｓ判定時はステップS５０４に進み、選択された駆動方法に応じたスイッチング信号を生成してリターンされる。
一方ステップS５０３でＮｏ判定の時は、後述する生成スイッチング信号を切り替えており、その生成スイッチング信号を変更しないのでリターンされる。
【００４１】
ステップS５０２でＮｏ判定となり、ステップS５０５に進んだ場合は、算出素子情報Ｉ＿ｍに応じてマップデータｍａｐ（θ）を読み込む。このマップデータは後述するステップS５０７で設定するスイッチング信号変更に用いるもので、電気角θに応じて図１１のような関係をマップ化して設定している。
【００４２】
次にステップS５０６に進むと、素子切り替え判定Ｆ２の判定を行う。ステップS５０６にてＹｅｓ判定の場合はステップS５０７に進んで、ステップS５０５で読み込んだマップmap（θ）を参照して、生成スイッチング信号を切り替えて、ステップS５０８に進んで素子切り替え判定Ｆ２を１に設定してステップS５０９に進む。
一方、ステップS５０６でＮｏ判定の場合は、すでに常時オン素子変更フラグＦ１が成立（Ｆ１＝０）かつ、生成スイッチング信号を切り替え済み、であるので、ステップS５１０に進み、通常のスイッチング信号に切り替えてステップS５１１に進み、ステップS５１１では素子切り替え判定Ｆ２をゼロに設定してステップS５０９に進む。
ステップS５０９に進むと、ステップS５０７、ステップS５１０でスイッチング信号を変更しているので、常時オン素子変更フラグＦ１をゼロにしてリターンされる。
【００４３】
図１１は、電気角θと２相変調駆動時のスイッチング信号切り替えの関係をマップ化した一例を示すもので、２相変調駆動時において、素子損失積算値（ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１、ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２）が所定値βを超えた場合のスイッチング信号切り替えの一例を示すものである。
【００４４】
図１２は、以上のように構成されたこの発明の実施の形態１の電動機の制御装置における各部の動作波形を示すタイミングチャートである。
図１２において、時刻Ｔ１でブレーキ情報（Ｂ）がクリア、つまり運転者がブレーキを離すと発進動作の開始を判定して、指令トルク（Ｃ）が所定のクリープトルク値となり、次に電気角θ（Ｄ）に応じて、算出素子情報Ｉ＿ｍ（Ｅ）が更新される。モータ回転速度（Ｆ）は電気角θ（Ｄ）が２回以上更新されないとモータ回転速度（Ｆ）が算出不可であるので、指令トルク（Ｃ）出力直後は、２相変調による駆動方法が選択されるとともに、電気角θ（Ｄ）に応じてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令（Ｇ）が出力される。また、２相変調による駆動方法が選択されるのでキャリア周波数ｆｃが高周波に設定され、各相の相電圧指令（Ｇ）との比較により、スイッチング信号（Ｈ）が各々生成され、各スイッチング素子３Ｑ１〜３Ｑ６がスイッチング動作を開始して、電動機４に駆動力が発生する。
【００４５】
そして、電動機４のモータ回転速度（Ｆ）が所定値αより低い、かつ素子損失積算値（Ｉ）がゼロであるので、算出素子情報に応じて、該当素子のスイッチング損失（Ｅ＿Ｌｏｓｓ１、Ｅ＿Ｌｏｓｓ２）が演算され、素子損失積算値（Ｉ）の演算が開始される。この時刻Ｔ１では、常時オン素子変更フラグＦ１と素子切り替え判定Ｆ２はともに不成立状態（Ｆ１＝０、Ｆ２＝０）である。
【００４６】
次に時刻Ｔ２までは、電動機４は所定値αより低いモータ回転速度（Ｆ）で駆動しているので、順次電気角θ（Ｄ）に応じて素子損失が演算され、素子損失積算値（Ｉ）（ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１、ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２）が増加していく。
【００４７】
時刻Ｔ２になると、電気角θ（Ｄ）の更新が停止、つまり電動機４は回転不可状態となるので、算出素子情報Ｉ＿ｍ（Ｅ）は一定値となり、またモータ回転速度（Ｆ）がゼロとなるが、素子損失積算値（Ｉ）は演算を継続する。
【００４８】
そして時刻Ｔ３になると、素子損失積算値（Ｉ）の、第一の素子損失積算値ΣＥ＿Ｌｏｓｓ１が所定値βを超えるので、常時オン素子変更フラグＦ１（Ｊ）が１にセットされて、各スイッチング素子３Ｑ１〜３Ｑ６へのスイッチング信号（Ｈ）を、電気角θ（Ｄ）と図１１の関係を用いて切り替える。
【００４９】
そしてスイッチング信号（Ｈ）を切り替えると、素子切り替え判定Ｆ２が１にセットされるとともに、切り替え実施フラグＦ３が１にセットされ、素子切り替えを行ったので、常時オン素子変更フラグＦ１をゼロにリセットする。スイッチング信号（Ｈ）の切り替えを行うと、素子損失積算値（ΣＥ＿Ｌｏｓｓ1）は徐々に低下していき、逆に素子損失積算値（ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２）は増加していく。
【００５０】
そして、時刻Ｔ４になると、次は素子損失積算値（ΣＥ＿Ｌｏｓｓ２）が所定値βを超えるので、常時オン素子変更フラグＦ１が再度、１にセットされて、今度は各スイッチング素子３Ｑ１〜３Ｑ６のスイッチング信号（Ｈ）を通常時の２相変調駆動のスイッチング信号（Ｈ）に切り替える。スイッチング素子３Ｑ１〜３Ｑ６のスイッチング動作の切り替えが終了すると、素子切り替え判定Ｆ２がゼロにリセットされるとともに、常時オン素子変更フラグＦ１をゼロにリセットする。
【００５１】
以上のようにこの発明の実施の形態１の電動機の制御装置によれば、電動機の動作（回転）状態に応じて電動機の駆動方法を２相変調駆動および３相変調駆動の一方を選択するように駆動される電力変換装置とその制御ユニットを備えた電動機の制御装置において、制御ユニットは、電動機が所定の回転速度以下の場合は、駆動方法の設定および素子損失算出手段での演算結果に基づき、２相変調駆動で電力変換装置を駆動すると共に、電力変換装置のスイッチング損失が大きい第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子の損失を算出し、第１のスイッチング素子または第２のスイッチング素子の損失積算値が所定値を超えた場合は、予め設定されたマップに従ってスイッチング信号生成手段からのスイッチング信号を切り換えて、スイッイング素子のスイッチング動作を切替えるようにしたので、以下のような優れた効果を得ることができる。
（１）電力変換装置の温度を検出するための温度センサを必要とせず、コストアップを抑制できる。
（２）電動機が回転不可または極低回転状態における２相変調駆動時にスイッチング素子の損失積算値が所定値を超えるとスイッチング素子のスイッチング動作を切り替えることでスイッチング素子の温度上昇を抑制できるので、スイッチング素子の温度上昇に伴う電動機への供給電力の低下を抑制でき、運転者の操作に応じた駆動力を発生することのできる電動機の制御装置を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
この発明は、ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両に搭載される電動機の制御装置として有益なものである。
【符号の説明】
【００５３】
１  ＭＣＵ（モータコントロールユニット）、２  バッテリ、
４  電動機、５  回転角度センサ、１１  指令電流演算手段、
１２  指令電圧演算手段、１３  ２相⇒３相変換手段、  
１４  スイッチング信号生成手段、１５  回転角度処理手段、
１６  駆動方法設定と素子損失算出手段、
１７  キャリア周波数選択手段、１８  ３相⇒２相変換手段、
３０  電力変換装置、３１  平滑コンデンサ、３２  電圧センサ、
３３、３４、３５  電流センサ、３Ｑ１〜３Ｑ６  スイッチング素子、
１００  車両コントロールユニット。
【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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【国際調査報告】
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