(57)【要約】【課題】電動機をインバータ駆動する電動機駆動システムにおいて、コイル巻線間の層間絶縁破壊に至る部分放電の発生を防止するようにインバータ動作を制御する。【解決手段】スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作によりインバータ２０が発生する交流電圧は、モータジェネレータ２０の各相コイル巻線２１Ｕ、２１Ｖ，２１Ｗに印加される。デッドタイム生成回路５０は、湿度センサ２６の検出値に応じて設定される制御信号ＤＴＳに応じて、高湿度時にはデッドタイムを通常時よりも長く設定する。これにより、高湿度時には、表面電荷が拡散できる時間をより長く確保できるので、上記極性反転時にコイル巻線のギャップに表面電荷によって生じる電界を相対的に弱くすることができる。この結果、表面電荷による電界がギャップ電圧を強めて部分放電が発生しやすくなるような状況を防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力用半導体素子のスイッチング動作によって交流電圧を発生するインバータと、前記インバータからの交流電圧が印加されるコイル巻線を有する電動機とを備えた電動機駆動システムの制御装置であって、
前記電動機の雰囲気湿度を取得する湿度取得手段と、
前記湿度取得手段により取得された前記雰囲気湿度に応じて、前記電力用半導体素子のスイッチング動作条件を可変設定するスイッチング条件設定手段とを備え、
前記スイッチング条件設定手段は、高湿度時に、前記交流電圧の極性反転時における前記コイル巻線の空隙部に表面電荷により生じる電界が相対的に弱くなるように前記スイッチング動作条件を設定する、電動機駆動システムの制御装置。
【請求項２】
前記スイッチング動作条件は、前記インバータのスイッチング動作において、直流電圧供給線間に互いに直列に接続される電力用半導体素子の全てがターンオフされる短絡防止期間の長さであり、
前記スイッチング条件設定手段は、高湿度時に前記短絡防止期間を相対的に長く設定する、請求項１記載の電動機駆動システムの制御装置。
【請求項３】
前記スイッチング動作条件は、各前記電力用半導体素子の制御電極に駆動制御信号を伝達する経路の遅延インピーダンスであり、
前記スイッチング条件設定手段は、高湿度時に前記遅延インピーダンスを相対的に高く設定する、請求項１記載の電動機駆動システムの制御装置。
【請求項４】
前記スイッチング動作条件は、各前記電力用半導体の導通電極間に設けられたスナバ回路の接続要否であり、
前記スイッチング条件設定手段は、
前記雰囲気湿度が所定値以下のときに前記導通電極間に前記スナバ回路を非接続とする第１の設定手段と、
前記雰囲気湿度が所定値を超えるときに前記導通電極間に前記スナバ回路を接続する第２の設定手段とを含む、請求項１記載の電動機駆動システムの制御装置。
【請求項５】
前記スイッチング動作条件は、前記電動機の制御モードであり、
前記スイッチング条件設定手段は、高湿度時に、前記インバータのスイッチング動作において、直流電圧供給線間に互いに直列に接続される電力用半導体素子の全てがターンオフされる期間が相対的に長くなるような制御モードを選択する、請求項１記載の電動機駆動システムの制御装置。
【請求項６】
前記インバータは、前記交流電圧の発生時にコイル巻線に印加される電圧レベル数を可変設定可能に構成され、
前記スイッチング条件設定手段は、
前記雰囲気湿度が所定値以下のときに、前記電圧レベル数が第１の数となるように前記インバータの動作モードを決定する第１の設定手段と、
前記雰囲気湿度が所定値を超えるときに、前記電圧レベル数が前記第１の数よりも大きい第２の数となるように前記インバータの動作モードを決定する第２の設定手段とを含む、請求項１記載の電動機駆動システムの制御装置。
【請求項７】
電力用半導体素子のスイッチング動作によって交流電圧を発生するインバータと、前記インバータからの交流電圧が印加されるコイル巻線を有する電動機とを備えた電動機駆動システムの制御方法であって、
前記電動機の雰囲気湿度を取得する湿度取得ステップと、
前記湿度取得ステップにより取得された前記雰囲気湿度に応じて、前記電力用半導体素子のスイッチング動作条件を可変設定するスイッチング条件設定ステップとを備え、
前記スイッチング条件設定ステップは、高湿度時に、前記交流電圧の極性反転時における前記コイル巻線の空隙部に表面電荷により生じる電界が相対的に弱くなるように前記スイッチング動作条件を設定する、電動機駆動システムの制御方法。
【請求項８】
前記スイッチング動作条件は、前記インバータのスイッチング動作において、直流電圧供給線間に互いに直列に接続される電力用半導体素子の全てがターンオフされる短絡防止期間の長さであり、
前記スイッチング条件設定ステップは、高湿度時に前記短絡防止期間を相対的に長く設定する、請求項７記載の電動機駆動システムの制御方法。
【請求項９】
前記スイッチング動作条件は、各前記電力用半導体素子の制御電極に駆動制御信号を伝達する経路の遅延インピーダンスであり、
前記スイッチング条件設定ステップは、高湿度時に前記遅延インピーダンスを相対的に高く設定する、請求項７記載の電動機駆動システムの制御方法。
【請求項１０】
前記スイッチング動作条件は、各前記電力用半導体の導通電極間に設けられたスナバ回路の接続要否であり、
前記スイッチング条件設定ステップは、
前記雰囲気湿度が所定値以下のときに前記導通電極間に前記スナバ回路を非接続とする第１の設定ステップと、
前記雰囲気湿度が所定値を超えるときに前記導通電極間に前記スナバ回路を接続する第２の設定ステップとを含む、請求項７記載の電動機駆動システムの制御方法。
【請求項１１】
前記スイッチング動作条件は、前記電動機の制御モードであり、
前記スイッチング条件設定ステップは、高湿度時に、前記インバータのスイッチング動作において、直流電圧供給線間に互いに直列に接続される電力用半導体素子の全てがターンオフされる期間が相対的に長くなるような制御モードを選択する、請求項７記載の電動機駆動システムの制御方法。
【請求項１２】
前記インバータは、前記交流電圧の発生時にコイル巻線に印加される電圧レベル数を可変設定可能に構成され、
前記スイッチング条件設定ステップは、
前記雰囲気湿度が所定値以下のときに、前記電圧レベル数が第１の数となるように前記インバータの動作モードを決定する第１の設定ステップと、
前記雰囲気湿度が所定値を超えるときに、前記電圧レベル数が前記第１の数よりも大きい第２の数となるように前記インバータの動作モードを決定する第２の設定ステップとを含む、請求項７記載の電動機駆動システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機駆動システムの制御装置および制御方法に関し、より特定的には、インバータによる電動機を駆動する構成の電動機駆動システムにおける層間絶縁破壊防止技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電力用半導体素子の高速スイッチング動作によってインバータが発生する交流電圧によって電動機を駆動制御する電動機駆動システムが広く用いられている。このような電動機駆動システムでは、電動機のコイル巻線において、巻線／コア間の対地絶縁のみならず、巻線ターン間の層間絶縁が問題となることが指摘されている。特に、コイル巻線の空隙（ギャップ）で部分放電が発生することを起点として、絶縁材の劣化が進行することにより最終的には層間絶縁が短絡して機器故障に至ってしまう可能性がある。
【０００３】
このような層間絶縁の危険性を検知するために、たとえば特開２００２−３６５３２６号公報（特許文献１）には、層間絶縁の部分放電と対地絶縁での部分放電とを区別して絶縁状態を診断することが可能な層間絶縁診断技術が開示されている。具体的には、回転電機（電動機）のコイル毎に、または複数のコイルを含むブロック毎に診断すべきコイルから部分放電電流を検出するためのプローブを接続し、プローブにより検出される部分放電電流をコンピュータに取込んで解析する。そして、この解析により取り込んだ部分放電電流の極性を判別して、この部分放電電流が層間絶縁による部分放電によるものか対地絶縁の部分放電によるものかが判別される。さらに、層間絶縁による部分放電電流と判別されたときには、部分放電電流を予め記憶している基準値と記憶して異常であるかどうかを判定してその結果を出力することができる。
【０００４】
また、特開２００２−６２３３０号公報（特許文献２）には、他の層間絶縁評価技術として、複数回のターン数のコイルからなる巻線を有する回転電機装置において、コイルターン間絶縁層の健全性を評価する技術が開示されている。特許文献２の開示によれば、サージ電圧を発生する電源装置からコイル巻線の線路側端子にサージ電圧を印加して部分放電を発生させて部分放電量を検出する。そして、ターン間絶縁層の部分放電は、検出した部分放電量とサージ電圧の大きさおよびその立上がり部分の急峻度との関係に基づき、コイル対地絶縁層の部分放電と区別して判定される。
【０００５】
さらに、特開２００３−１２１４０４号公報（特許文献３）には、層間絶縁劣化の原因となる絶縁材料の劣化、特に表面劣化を診断して、絶縁不良となる時期を推定することが可能な固体絶縁材料の劣化診断方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３６５３２６号公報
【特許文献２】特開２００２−６２３３０号公報
【特許文献３】特開２００３−１２１４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１〜３には、コイル巻線間の層間絶縁劣化を検出する技術が開示されるものの、層間絶縁破壊の発生を防止するような電動機システムの制御については何ら言及されていない。特に、層間絶縁破壊に至る可能性がある部分放電については、電動機の動作環境に従ってその起こり易さが変わってくると予測されるが、電動機の動作環境が悪化した場合に、部分放電発生を防止するための電動機システム制御について、上記特許文献１〜３は開示も示唆もしていない。
【０００７】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、インバータによる電動機を駆動する構成の電動機駆動システムにおいて、電動機の動作環境に応じて、コイル巻線間の層間絶縁破壊に至る部分放電の発生を防止するようにインバータ動作を制御可能な電動機駆動システムの制御装置および制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による電動機駆動システムの制御装置において、電動機駆動システムは、電力用半導体素子のスイッチング動作によって交流電圧を発生するインバータと、インバータからの交流電圧が印加されるコイル巻線を有する電動機とを備える。制御装置は、湿度取得手段と、スイッチング条件設定手段とを備える。湿度取得手段は、電動機の雰囲気湿度を取得する。スイッチング条件設定手段は、湿度取得手段により取得された雰囲気湿度に応じて、電力用半導体素子のスイッチング動作条件を可変設定する。特に、スイッチング条件設定手段は、高湿度時に、交流電圧の極性反転時におけるコイル巻線の空隙部に表面電荷により生じる電界が相対的に弱くなるようにスイッチング動作条件を設定する。
【０００９】
この発明による電動機駆動システムの制御方法は、電力用半導体素子のスイッチング動作によって交流電圧を発生するインバータと、インバータからの交流電圧が印加されるコイル巻線を有する電動機とを備えた電動機駆動システムの制御方法であって、湿度取得ステップと、スイッチング条件設定ステップとを備える。湿度取得ステップは、電動機の雰囲気湿度を取得する。スイッチング条件設定ステップは、湿度取得ステップにより取得された雰囲気湿度に応じて、電力用半導体素子のスイッチング動作条件を可変設定する。特に、スイッチング条件設定ステップは、高湿度時に、交流電圧の極性反転時におけるコイル巻線の空隙部に表面電荷により生じる電界が相対的に弱くなるようにスイッチング動作条件を設定する。
【００１０】
上記電動機駆動システムの制御装置および制御方法によれば、電動機が高湿度環境下で動作する場合には、インバータから電動機のコイル巻線に供給される交流電圧の極性反転時において、コイル巻線に誘起された表面電荷により空隙部（ギャップ）に生じる電界が相対的に弱くなるような条件で、インバータのスイッチング動作を行なうことができる。したがって、コイル巻線に誘起される表面電荷が発生し易く、かつ集中し易い傾向にある高湿度時において、交流電圧の極性反転時における上記電界によるコイル巻線のギャップ電圧上昇を抑制することにより、部分放電発生を防止してコイル巻線間の層間絶縁破壊の発生を防止することができる。
【００１１】
好ましくは、この発明による電動機駆動システムの制御装置では、スイッチング動作条件は、インバータのスイッチング動作において、直流電圧供給線間に互いに直列に接続される電力用半導体素子の全てがターンオフされる短絡防止期間の長さである。そして、スイッチング条件設定手段は、高湿度時に短絡防止期間を相対的に長く設定する。
【００１２】
好ましくは、この発明による電動機駆動システムの制御方法では、スイッチング動作条件は、インバータのスイッチング動作において、直流電圧供給線間に互いに直列に接続される電力用半導体素子の全てがターンオフされる短絡防止期間の長さである。そして、スイッチング条件設定ステップは、高湿度時に短絡防止期間を相対的に長く設定する。
【００１３】
上記電動機駆動システムの制御装置および制御方法によれば、電動機が高湿度環境下で動作する場合には、インバータの電力用半導体素子の短絡防止期間（デッドタイム）を相対的に長く設定することにより、交流電圧の極性反転時にコイル巻線に誘起された表面電荷を拡散させる期間を長く設けることができる。これにより、コイル巻線に印加される交流電圧の極性反転時において、コイル巻線に誘起された表面電荷により空隙部（ギャップ）に生じる電界を弱めることができる。
【００１４】
また好ましくは、この発明による電動機駆動システムの制御装置では、スイッチング動作条件は、各電力用半導体素子の制御電極に駆動制御信号を伝達する経路の遅延インピーダンスである。そして、スイッチング条件設定手段は、高湿度時に遅延インピーダンスを相対的に高く設定する。
【００１５】
また好ましくは、この発明による電動機駆動システムの制御方法では、スイッチング動作条件は、各電力用半導体素子の制御電極に駆動制御信号を伝達する経路の遅延インピーダンスである。そして、スイッチング条件設定ステップは、高湿度時に遅延インピーダンスを相対的に高く設定する。
【００１６】
上記電動機駆動システムの制御装置および制御方法によれば、電動機が高湿度環境下で動作する場合には、スイッチング動作を行なう電力用半導体素子（たとえばＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）の制御電極（ゲート）への駆動制御信号の伝播遅延を増大させて、コイル巻線に印加される交流電圧の極性反転時における電圧変化を緩やかにすることができる。これにより、交流電圧の極性反転時において、コイル巻線に誘起された表面電荷により空隙部（ギャップ）に生じる電界を弱めることができる。
【００１７】
あるいは好ましくは、この発明による電動機駆動システムの制御装置では、スイッチング動作条件は、各電力用半導体の導通電極間に設けられたスナバ回路の接続要否である。そして、スイッチング条件設定手段は、雰囲気湿度が所定値以下のときに導通電極間にスナバ回路を非接続とする第１の設定手段と、雰囲気湿度が所定値を超えるときに導通電極間にスナバ回路を接続する第２の設定手段とを含む。
【００１８】
あるいは好ましくは、この発明による電動機駆動システムの制御方法では、スイッチング動作条件は、各電力用半導体の導通電極間に設けられたスナバ回路の接続要否である。そして、スイッチング条件設定ステップは、雰囲気湿度が所定値以下のときに導通電極間にスナバ回路を非接続とする第１の設定ステップと、雰囲気湿度が所定値を超えるときに導通電極間にスナバ回路を接続する第２の設定ステップとを含む。
【００１９】
上記電動機駆動システムの制御装置および制御方法によれば、電動機が高湿度環境下で動作する場合には、スイッチング動作を行なう電力用半導体（たとえばＩＧＢＴ）の導通電極間（コレクタ−エミッタ間）にスナバ回路を接続して、コイル巻線に印加される交流電圧の極性反転時における電圧変化を緩やかにすることができる。これにより、交流電圧の極性反転時において、コイル巻線に誘起された表面電荷により空隙部（ギャップ）に生じる電界を弱めることができる。
【００２０】
また好ましくは、この発明による電動機駆動システムの制御装置では、スイッチング動作条件は、電動機の制御モードである。そして、スイッチング条件設定手段は、高湿度時に、インバータのスイッチング動作において、直流電圧供給線間に互いに直列に接続される電力用半導体素子の全てがターンオフされる期間が相対的に長くなるような制御モードを選択する。
【００２１】
また好ましくは、この発明による電動機駆動システムの制御方法では、スイッチング動作条件は、電動機の制御モードである。そして、スイッチング条件設定ステップは、高湿度時に、インバータのスイッチング動作において、直流電圧供給線間に互いに直列に接続される電力用半導体素子の全てがターンオフされる期間が相対的に長くなるような制御モードを選択する。
【００２２】
上記電動機駆動システムの制御装置および制御方法によれば、電動機が高湿度環境下で動作する場合には、上下アーム素子の両方がターンオフされて、コイル巻線に誘起された表面電荷を拡散させる期間を相対的に長く設けることができる。したがって、交流電圧の極性反転時における表面電荷量を抑制することにより、コイル巻線に誘起された表面電荷により空隙部（ギャップ）に生じる電界を弱めることができる。
【００２３】
あるいは好ましくは、この発明による電動機駆動システムの制御装置では、インバータは、交流電圧の発生時にコイル巻線に印加される電圧レベル数を可変設定可能に構成される。そして、スイッチング条件設定手段は、第１および第２の設定手段を含む。第１の設定手段は、雰囲気湿度が所定値以下のときに、電圧レベル数が第１の数となるようにインバータの動作モードを決定する。第２の設定手段は、雰囲気湿度が所定値を超えるときに、電圧レベル数が第１の数よりも大きい第２の数となるようにインバータの動作モードを決定する。
【００２４】
あるいは好ましくは、この発明による電動機駆動システムの制御方法では、インバータは、交流電圧の発生時にコイル巻線に印加される電圧レベル数を可変設定可能に構成される。そして、スイッチング条件設定ステップは、第１および第２の設定ステップを含む。第１の設定ステップは、雰囲気湿度が所定値以下のときに、電圧レベル数が第１の数となるようにインバータの動作モードを決定する。第２の設定ステップは、雰囲気湿度が所定値を超えるときに、電圧レベル数が第１の数よりも大きい第２の数となるようにインバータの動作モードを決定する。
【００２５】
上記電動機駆動システムの制御装置および制御方法によれば、電動機が高湿度環境下で動作する場合には、インバータの交流電圧振幅を多段階に変化させる動作モード（たとえば、いわゆる３レベルインバータ動作）を実行することにより、交流電圧の電圧極性反転時における電圧変化を小さくすることができる。これにより、交流電圧の極性反転時において、コイル巻線に誘起された表面電荷により空隙部（ギャップ）に生じる電界を弱めることができる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明による電動機駆動システムの制御装置および制御方法によれば、インバータによる電動機を駆動する構成の電動機駆動システムにおいて、電動機の動作環境に応じて、コイル巻線間の層間絶縁破壊に至る部分放電の発生を防止するようにインバータ動作を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は原則的に繰返さないものとする。
【００２８】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１による電動機駆動システム１００の構成を説明する概略ブロック図である。
【００２９】
図１を参照して、実施の形態１による電動機駆動システム１００は、直流電源５と、接地ライン６および電源ライン７と、インバータ１０と、モータジェネレータ２０と、制御回路３０と、複数のデッドタイム生成回路５０と、ドライブ回路６０とを備える。
【００３０】
電源ライン７は、直流電源５の正極端子と電気的に接続され、接地ライン６は、直流電源５の負極端子と接続される。接地ライン６の電位は０（ＧＮＤ）であり、電源ライン７の電位は＋Ｅであるものとする。なお、直流電源５は、所定電圧を発生する二次電池や電気二重層等の蓄電装置等の直流電源によって代表的には構成される。あるいは、直流電源５内にコンバータ回路を配置して、直流電源５からの出力電圧を可変とする構成としてもよい。
【００３１】
平滑コンデンサＣ０は、接地ライン６および電源ライン７の間に接続され、直流電源５の出力電圧を平滑してインバータ１０に与える。なお、接地ライン６および電源ライン７は、本発明における「直流電圧供給線」に対応する。
【００３２】
インバータ１０は、Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７からなる。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、電源ライン７および接地ライン６の間に並列に接続される。
【００３３】
Ｕ相アーム１５は、スイッチング動作（オン・オフ動作）を行なう電力用半導体素子（以下、単にスイッチング素子と称する）Ｑ１，Ｑ２からなり、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、接地ライン６および電源ライン７の間に直列に接続される。スイッチング素子としては、代表的にはＩＧＢＴが適用される。同様に、Ｖ相アーム１６は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４からなり、Ｗ相アーム１７は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６からなる。また、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間（導通電極間）には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ接続されている。
【００３４】
各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、その制御電極への電気的入力（電圧、電流）に応じてオンまたはオフされる。たとえば、ＩＧＢＴは、ゲート（制御電極）の電圧に応じてオンまたはオフされる。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御電極（ゲート）へは、後ほど詳細に説明するように、それぞれのオン・オフを制御する駆動制御信号（本実施の形態では電圧信号）が、デッドタイム生成回路５０およびドライブ回路６０を経て入力される。
【００３５】
各相アーム１５〜１７の中間点は、モータジェネレータ２０のＵ相コイル巻線２１Ｕ、Ｖ相コイル巻線２１ＶおよびＷ相コイル巻線２１Ｗの一端側とそれぞれ電気的に接続される。たとえば、モータジェネレータ２０は、Ｕ相コイル２１Ｕ、Ｖ相コイル２１ＶおよびＷ相コイル２１Ｗが中性点２２に共通接続されて構成された、３相永久磁石モータである。Ｕ相コイル２１Ｕ、Ｖ相コイル２１ＶおよびＷ相コイル２１Ｗは、本発明における「コイル巻線」に対応する。またモータジェネレータ２０は、本発明における「電動機」に対応する。
【００３６】
モータジェネレータ２０には、電流センサ２４および回転角センサ２５が設けられる。三相電流の瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２４は２相分のモータ電流ＭＣＲＴ（たとえばＶ相電流およびＷ相電流）を検出するように配設すれば足りる。回転角センサ２５は、モータジェネレータ２０の回転子（図示せず）の回転角θを検出し、検出した回転角θを制御回路３０へ送出する。なお、制御回路３０では、回転角θに基づきモータジェネレータ２０の回転数を算出することができる。
【００３７】
さらに、モータジェネレータ２０には、雰囲気温度を測定するための湿度センサ２６が設けられる。雰囲気湿度は、モータジェネレータ２０の動作環境因子のうち、層間絶縁破壊に至る部分放電の開始電圧に大きな影響を与える因子であることが、発明者らの解析により判明している。湿度センサ２６によって測定された雰囲気湿度Ｍｈｍは制御回路３０へ送出される。
【００３８】
制御回路３０は、電流センサ２４および回転角センサ２５によって検出されたモータ電流ＭＣＲＴおよびロータ回転角θに基づき、モータジェネレータ２０のトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ってモータジェネレータ２０が動作するように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１６のスイッチング動作を制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６を発生する。すなわち、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン・オフを指示する駆動制御信号である。
【００３９】
言い換えると、制御回路３０は、モータジェネレータ２０がトルク指令値Ｔｑｃｏｍに従ったトルクを出力できるような交流電圧が各相コイル巻線２１Ｕ〜２１Ｗに印加されるように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を制御する。すなわち、制御回路３０は、このようなスイッチング動作に対応するようなスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成する。なお、各スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６は、対応のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がオフされるべき期間において論理ローレベル（以下、Ｌレベルと表記）に設定され、オンされるべき期間において論理ハイレベル（以下、Ｈレベルと表記）に設定される。
【００４０】
制御回路３０により生成されたスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６は、デッドタイム生成回路５０を通過してデッドタイムを付加される。さらに、デッドタイムを付加されたスイッチング制御信号Ｓ１ｄ〜Ｓ６ｄはドライブ回路６０へ与えられ、ドライブ回路６０は、スイッチング制御信号Ｓ１ｄ〜Ｓ６ｄに応答して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をそれぞれオンまたはオフさせるためのゲート電圧（Ｌレベル／Ｈレベル）を発生する。
【００４１】
図１には、代表的に、スイッチング素子Ｑ１に対応するデッドタイム生成回路５０の構成が示される。一例として、デッドタイム生成回路５０は、ＡＮＤ回路５１と、遅延回路５２とを含んで構成される。遅延回路５２は、可変抵抗５４および可変容量キャパシタ５６を含む。遅延回路５２は、可変抵抗５４の抵抗値および可変容量キャパシタ５６の容量値に応じた遅延時間だけ、スイッチング制御信号Ｓ１を遅延させる。ＡＮＤ回路５１の入力の一方は制御回路３０からのスイッチング制御Ｓ１とされ、ＡＮＤ回路５１の入力の他方は、遅延回路５２を通過したスイッチング制御信号Ｓ１とされる。
【００４２】
これにより、遅延されたスイッチング制御信号Ｓ１ｄでは、ＬレベルからＨレベルの遷移タイミング（ターンオン）は、遅延回路５２での遅延時間だけスイッチング制御信号Ｓ１よりも遅延される。一方、遅延されたスイッチング制御信号Ｓ１ｄでのＨレベルからＬレベルの遷移タイミング（ターンオフ）は、遅延回路５２の影響を受けることなくスイッチング制御信号Ｓ１と同等である。なお、図示しないが、スイッチング制御信号Ｓ１のＨレベルからＬレベルの遷移タイミング（ターンオフ）を遅延させる遅延回路が別途設けられてもよい。
【００４３】
スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６に対しても、同様のデッドタイム生成回路５０が設けられる。この結果、各相アームにおいて、互いに逆位相でオン・オフされる上アーム素子（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）および下アーム素子（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）の両方がオフされるデッドタイムを設けることができる。このデッドタイムの長さは、遅延回路５２での遅延時間に応じて設定される。これにより、同一相アームにて、上アーム素子および下アーム素子が同時にオンして電源ライン７および接地ライン６の間に短絡経路が発生してしまうことを確実に防止することができる。すなわち、デッドタイム生成回路５０によって与えられるデッドタイムは、「短絡防止期間」に相当する。
【００４４】
ここで、デッドタイム生成回路５０は、制御回路３０からの制御信号ＤＴＳに応答して、遅延回路５２での遅延時間を可変設定可能に構成されている。
【００４５】
図２は、図１に示した遅延回路５２の構成例を説明する回路図である。
図２を参照して、可変抵抗５４は、スイッチング制御信号Ｓ１が制御回路３０から与えられるノードＮ１とＡＮＤ回路５１の入力ノードとの間に並列接続された、抵抗素子Ｒ１（抵抗値Ｒ１）およびスイッチ素子ＳＷ１の組と、抵抗素子Ｒ２（抵抗値Ｒ２、Ｒ２＞Ｒ１）およびスイッチ素子ＳＷ２の組とを有する。スイッチ素子ＳＷ１は、制御信号ＤＴＳのＬレベル時にオンしＨレベル時にオフする。これに対して、スイッチ素子ＳＷ２は、制御信号ＤＴＳのＨレベル時にオンしＬレベル時にオフする。したがって、可変抵抗５４の抵抗値は、制御信号ＤＴＳのＬレベル時にはＲ１となりＨレベル時にはＲ２となる。
【００４６】
同様に、可変容量キャパシタ５６は、ノードＮ１に対して並列に接続された、スイッチ素子ＳＷ１♯およびキャパシタＣ１（容量値Ｃ１）の組と、スイッチ素子ＳＷ２♯およびキャパシタＣ２（容量値Ｃ２、Ｃ２＞Ｃ１）の組を有する。
【００４７】
遅延回路５２による遅延時間は、可変抵抗５４の抵抗値および可変容量キャパシタ５６の容量値の積（ＲＣ積）が大きくなるのに従って長くなる。したがって、デッドタイム生成回路５０によって付与されるデッドタイムは、制御信号ＤＴＳのＨレベル時には、制御信号ＤＴＳのＬレベル時と比較して長く設定される。
【００４８】
次に、図３のフローチャートにより、実施の形態１による電動機駆動システム制御を説明する。
【００４９】
図３を参照して、実施の形態１による電動機駆動システム制御によれば、制御回路３０は、ステップＳ１００により、湿度センサ２６の出力を取得してモータジェネレータ２０の雰囲気湿度Ｍｈｍを取得する。そして、制御回路３０は、ステップＳ１１０により、ステップＳ１００で取得された雰囲気湿度Ｍｈｍを所定の判定湿度Ｍｊと比較する。
【００５０】
そして、制御回路３０は、モータジェネレータ２０の雰囲気湿度が判定値以下の場合（ステップＳ１１０におけるＮＯ判定時）、すなわちモータジェネレータ２０が高湿度環境下にない場合には、ステップＳ１２０により、制御信号ＤＴＳをＬレベルに設定して通常時のデッドタイム設定を行なう。これに対して、制御回路３０は、モータジェネレータ２０の雰囲気湿度が判定値を超えるとき（ステップＳ１１０のＹＥＳ判定時）、すなわちモータジェネレータ２０が高湿度環境下で動作している場合には、ステップＳ１３０により、制御信号ＤＴＳをＨレベルに設定することによりデッドタイムを通常時よりも延長する。すなわち、インバータ１０でのスイッチング動作におけるデッドタイムは、雰囲気湿度に応じて可変設定される。
【００５１】
図４には、実施の形態１による電動機駆動システム制御によるインバータ１０の動作波形図が示される。
【００５２】
図４を参照して、同一相アームに属するスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２、スイッチング制御信号Ｓ３およびＳ４、ならびにスイッチング制御信号Ｓ５，Ｓ６は、互いに逆位相に設定される。そして、Ｕ相およびＶ相およびＷ相間で上アーム素子間のオンタイミングを所定角度（電気角６０°）ずつずらすことにより、モータジェネレータ２０をいわゆる矩形波電圧制御（１８０°通電モード）によって駆動することができる。
【００５３】
ここで、上下アーム素子間で短絡防止のために設けられるデッドタイムの存在は、電動機制御（トルク制御等）に対し外乱となるため、通常時（図３のＳ１２０）には、図４に実線で示すように、デッドタイムが必要最小限となるようにスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６は設定される。
【００５４】
これに対して、高湿度環境時には、図４に点線で示すように、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６のＬレベルからＨレベルへの遷移タイミングが通常時よりも遅延されるとともにＨレベルからＬレベルへの遷移タイミングが通常時よりも早くなり、デッドタイムが通常時よりも相対的に長く設定される。これにより、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のターンオンタイミングは、デッドタイム生成回路５０によって延長されたデッドタイム分に応じて通常時よりも遅延することになり、ターンオフタイミングは通常時よりも早くなる。この結果、各相アームにおいて上下アーム素子のオン・オフが入れ換わるタイミング、すなわち、各相コイル巻線への印加電圧（交流電圧）の極性反転時に、上下アーム素子の両方がターンオフされて、コイル巻線が電源ライン７および接地ライン６のいずれとも接続されない時間（デッドタイム）が長くなる。
【００５５】
本発明の実施の形態１による電動機駆動システム制御では、このように通常時と高湿度環境時との間でデッドタイムを可変設定して、部分放電開始電圧の低下によりコイル巻線間の層間絶縁破壊が発生しやすくなる高湿度環境時に、絶縁破壊の発生を防止する。
【００５６】
なお、図１に示したデッドタイム生成回路については、通常時および高湿度環境時のいずれであるかを示す制御信号ＤＴＳに応答して上述のようにデッドタイム長を可変設定（代表的には、図４に示すような、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のターンオンタイミングおよびターンオフタイミングの切換え）することが可能であれば、任意の回路構成とできる点について確認的に記載する。
【００５７】
ここで、図５を用いて、コイル巻線の層間絶縁破壊に繋がる部分放電の発生について説明する。
【００５８】
図５（ａ）には、高周波の矩形波電圧（＋Ｅ／−Ｅ）がコイル巻線に印加される場合のコイル巻線間のギャップでの挙動が示される。各コイル巻線は、導線７０，７２と、それを被覆して絶縁を確保するための絶縁膜７１，７３により構成される。
【００５９】
図５（ａ）を参照して、電圧反転前の状態ＣＤ１では、導線７０が相対的に負電位に設定され導線７２が相対的に正電位に設定される。この結果、正電位側の導線７２の絶縁膜７３の表面に、負電荷７５が誘起された状態となる。このように、コイル巻線表面（厳密には絶縁膜表面）に誘起される電荷を、以下では「表面電荷」とも称する。
【００６０】
状態ＣＤ２に移行して電圧極性が反転されると、導線７０が正電位に設定される一方で導線７２が負電位に設定される。これに伴い、状態ＣＤ１で導線７２側に誘起された表面電荷７５が拡散を始める一方で、新たに正電位側となった導線７０側に表面電荷７５は誘起され始める。そして、状態ＣＤ３では、状態ＣＤ１とは反対に、導線７０の絶縁膜７１の表面に、負電荷７５が誘起された状態となる。
【００６１】
状態ＣＤ２のように、交流電圧の極性反転がごく短時間に行なわれると、導線７２側に誘起された表面電荷７５が拡散できずに残った状態で、導線７３側に表面電荷が誘起され始める。このため、コイル巻線間のギャップに表面電荷７５によって生じる電界により、コイル巻線間のギャップ電圧Ｖｇｐが高められることになる。この結果、コイル巻線に高周波の矩形波電圧が印加される場合には、絶縁を構成している間隔が短い当該ギャップ部に放電（部分放電）が発生し易くなる。すなわち、ギャップに表面電荷によって生じる電界が強くなることによって、部分放電開始電圧が低下する。一般に、インバータ制御における交流電圧周波数は、可聴ノイズの発生を防止するために、比較的高周波数（１０ＫＨｚ以上程度）に設定されるのが一般的である。
【００６２】
これに対して、図５（ｂ）には、商用周波（６０Ｈｚ）の正弦波がコイル巻線に印加される場合のコイル巻線間のギャップでの挙動が示される。
【００６３】
図５（ｂ）を参照して、導線７０が負電位とされ導線７２が正電位とされる状態ＣＤ１♯から、反対に、導線７２が負電位とされ導線７０が正電位とされる状態ＣＤ３♯への遷移、すなわち、交流電圧の極性反転が緩やかなものとなる。
【００６４】
このため、交流電圧の極性反転時に、コイル巻線に誘起された表面電荷が拡散する時間が確保される（状態ＣＤ２♯）。この結果、電圧極性が反転した状態ＣＤ３♯において、ギャップ電圧Ｖｇｐ♯は、導線７２側（負電位側）に残存した表面電荷によって生じる電界によって高められることがない。したがって、コイル巻線への印加電圧の極性反転が緩やかな場合には、ギャップ部での部分放電が相対的に発生し難くなる。すなわち、ギャップに表面電荷によって生じる電界を相対的に弱くすることによって、部分放電開始電圧の低下を防止できる。
【００６５】
このように、図５（ａ）に示した現象に該当する、インバータ駆動の電動機駆動システムは、コイル巻線の層間絶縁確保にとっては厳しい条件である。さらに、発明者の検証実験によれば、電動機（モータジェネレータ）が高湿度環境下で動作する場合には、コイル巻線への表面電荷の発生および集中が顕著となって、ギャップに表面電荷によって生じる電界がより強くなる傾向があることが判明している。したがって、高湿度環境下では、部分電圧開始電圧がさらに低下して、層間絶縁破壊を招いてしまうような部分放電がさらに発生し易くなる。
【００６６】
再び図４を参照して、実施の形態１による電動機駆動システム制御では、部分放電が発生し易くなる高湿度環境時には、インバータ１０でのデッドタイムを通常時よりも長く設定することにより、コイル巻線への印加電圧（交流電圧）の極性反転時に、表面電荷が拡散できる時間をより長く確保している。
【００６７】
これにより、高湿度環境時には、上記極性反転時におけるコイル巻線間のギャップでの挙動を図５（ａ）の状況から図５（ｂ）の状況へ相対的に近づけることにより、ギャップに表面電荷によって生じる電界が通常時よりも相対的に弱くなるように、インバータ１０でのスイッチング動作条件を設定することができる。
【００６８】
したがって、モータジェネレータ２０が高湿度環境下で動作する場合には、コイル巻線への印加電圧の極性反転時に、コイル巻線のギャップに残存する表面電荷により生じる電界がギャップ電圧を強めて部分放電が発生しやすくなるような状況を回避することによって、部分放電発生の防止によりコイル巻線間の層間絶縁破壊の発生を防止することができる。
【００６９】
なお、実施の形態１では、デッドタイムの可変設定を通常時および高湿度時（しきい値となる判定値超）の２段階としたが、さらに細分化して３以上の複数段階にデッドタイムを可変設定してもよい。また、雰囲気湿度の上昇に従ってデッドタイムが徐々に延長されるように、デッドタイムを連続的に可変設定してもよい。
【００７０】
なお、実施の形態１において、図４のステップＳ１００は本発明の「湿度取得手段」または「湿度取得ステップ」に対応し、ステップＳ１２０およびＳ１３０は、本発明での「スイッチング条件設定手段」または「スイッチング条件設定ステップ」に対応する。
【００７１】
［実施の形態２］
図６は、実施の形態２に従う電動機駆動システム１０１の構成を示すブロック図である。
【００７２】
図６および図１の比較から理解されるように、実施の形態２に従う電動機駆動システム１０１では、高湿度時／通常時の間でデッドタイムを切換えるためのデッドタイム生成回路５０および通常の信号駆動機能を有するドライブ回路６０に代えて、高湿度時／通常時の間でゲート抵抗を可変設定可能なドライブ回路６１が設けられる。電動機駆動システム１０１のその他の部分の構成は、図１に示した電動機駆動システム１００と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
【００７３】
ドライブ回路６１は、制御回路３０によって生成されたスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート（制御電極）へ伝達される各経路内に可変抵抗６２を有する。この可変抵抗６２の抵抗値は、制御回路３０からの制御信号ＤＴＳに応じて可変に設定することができる。たとえば、可変抵抗６２としては、図２に示した可変抵抗５４と同様の構成を用いることができる。
【００７４】
これにより、ドライブ回路６１は、制御信号ＤＴＳのＬレベル時（通常時）には、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を迅速にオン・オフさせるためにゲート抵抗を必要最低限の抵抗値に抑制する。一方で、制御信号ＤＴＳのＨレベル時（高湿度時）には、ドライブ回路６１は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の電圧立上がりおよび電圧立下がり波形をなまらすように、ゲート抵抗を通常時よりも相対的に高くする。
【００７５】
図７に示されるように、実施の形態２による電動機駆動システム制御では、制御回路３０は、実施の形態１と同様に、ステップＳ１００により湿度センサ２６の出力からモータジェネレータの雰囲気湿度Ｍｈｍを取得し、ステップＳ１１０によりこの雰囲気湿度Ｍｈｍが判定値Ｍｊを超えているかどうかを判定する。
【００７６】
そして、制御回路３０は、モータジェネレータ２０の雰囲気湿度が判定値以下の場合（ステップＳ１１０におけるＮＯ判定時）、すなわちモータジェネレータ２０が高湿度環境下にない場合には、ステップＳ１２１により、制御信号ＤＴＳをＬレベルに設定して通常時のゲート抵抗設定を行なう。これに対して、制御回路３０は、モータジェネレータ２０の雰囲気湿度が判定値を超えるとき（ステップＳ１１０のＹＥＳ判定時）、すなわちモータジェネレータ２０が高湿度環境下で動作している場合には、ステップＳ１３１により、制御信号ＤＴＳをＨレベルに設定することによりゲート抵抗を通常時よりも高くする。すなわち、インバータ１０でのスイッチング動作におけるゲート抵抗は、雰囲気湿度に応じて可変設定される。
【００７７】
この結果、図８に示されるように、ターンオンおよびターンオフ時における各スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅは、ゲート抵抗が低い場合には、スイッチング制御信号のレベル遷移に追従して各スイッチング素子のゲート電圧が速やかに変化することにより、図中に実線で示すように急峻な波形となる。一方、ゲート抵抗が高い場合には、スイッチング制御信号のレベル遷移に対する追従して各スイッチング素子でのゲート電圧変化がなまされるため、図中に点線で示すように、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅは、相対的に緩やかな波形となる。この結果、図９に示すように、コイル巻線への印加電圧の極性反転時における電圧変化ｄＶ／ｄｔは、ゲート抵抗が高くなるのに従って小さくなる。
【００７８】
したがって、上記のようなゲート抵抗設定とすることにより、高湿度時（ＤＴＳ＝Ｈレベル時）には、ゲート抵抗を高くすることにより、コイル巻線への印加電圧（交流電圧）の極性反転時に通常時よりもｄＶ／ｄｔを低下させることができる。これにより、実施の形態２と同様に、高湿度環境時には、上記極性反転時におけるコイル巻線間のギャップでの挙動を図５（ａ）の状況から図５（ｂ）の状況へ相対的に近づけることができる。したがって、ギャップに表面電荷によって生じる電界が通常時よりも相対的に弱くなるように、インバータ１０でのスイッチング動作条件を設定することができる。
【００７９】
この結果、実施の形態１と同様に、モータジェネレータ２０が高湿度環境下で動作する場合において、部分放電発生の防止によりコイル巻線間の層間絶縁破壊の発生を防止することができる。
【００８０】
なお、実施の形態２に従う電動機駆動システムでは、制御回路３０からのスイッチング制御信号が各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート（制御電極）へ伝達される経路における遅延インピーダンスを雰囲気湿度に応じて可変設定すればよい。すなわち、当該伝達経路における抵抗成分（ゲート抵抗）に代えて、付加される容量値またはインダクタンス値可変設定することにより、高湿度時に遅延インピーダンスを通常時より高める構成としても、同様の効果を得ることが可能である。
【００８１】
また、実施の形態２では、ゲート抵抗に代表される遅延インピーダンスの可変設定を通常時および高湿度時（しきい値となる判定値超）の２段階としたが、さらに細分化して３以上の複数段階に遅延インピーダンスを可変設定してもよい。また、雰囲気湿度の上昇に従って遅延インピーダンスが徐々に延長されるように、遅延インピーダンスを連続的に可変設定してもよい
なお、実施の形態２において、図７のステップＳ１００は本発明の「湿度取得手段」または「湿度取得ステップ」に対応し、ステップＳ１２１およびＳ１３１は、本発明での「スイッチング条件設定手段」または「スイッチング条件設定ステップ」に対応する。
【００８２】
［実施の形態３］
図１０は、実施の形態３に従う電動機駆動システム１０２の構成を示すブロック図である。
【００８３】
図１０および図１の比較から理解されるように、実施の形態３に従う電動機駆動システム１０２は、図１に示す電動機駆動システム１００と比較して、デッドタイム生成回路５０に代えて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に対応して設けられたスイッチング動作切換回路８０を備える点で異なる。スイッチング動作切換回路８０の動作は、制御回路３０からの制御信号ＤＴＳに応じて制御される。電動機駆動システム１０２のその他の部分の構成は図１に示した電動機駆動システム１００と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
【００８４】
図１１は、図１０に示したスイッチング動作切換回路８０の構成を説明する回路図である。
【００８５】
図１１を参照して、スイッチング動作切換回路８０は、スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間（導通電極間）に直列に接続された、スイッチ素子８１およびスナバ回路８２を有する。スイッチ素子８１は、制御信号ＤＴＳのＨレベル時（高湿度時）にオンし、Ｌレベル時（通常時）にオフする。スナバ回路８２は、コレクタ−エミッタ間の高周波電圧（スパイク電圧）を除去するために高周波電圧が通過しやすいような周波数特性を有するように構成される。スナバ回路８２は、たとえば、抵抗８３、キャパシタ８４およびダイオード８５からなる一般的な回路構成のものを適用できる。
【００８６】
スイッチング動作切換回路８０では、制御信号ＤＴＳに応答したスイッチ素子８１のオン・オフに応答して、スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間にスナバ回路８２を接続するか否かを制御可能である。
【００８７】
図１２に示されるように、実施の形態３による電動機駆動システム制御では、制御回路３０は、実施の形態１，２と同様に、ステップＳ１００により湿度センサ２６の出力からモータジェネレータの雰囲気湿度Ｍｈｍを取得し、ステップＳ１１０によりこの雰囲気湿度Ｍｈｍが判定値Ｍｊを超えているかどうかを判定する。
【００８８】
そして、制御回路３０は、モータジェネレータ２０の雰囲気湿度が判定値以下の場合（ステップＳ１１０におけるＮＯ判定時）、すなわちモータジェネレータ２０が高湿度環境下にない場合には、ステップＳ１２２により、制御信号ＤＴＳをＬレベルに設定してスイッチング素子の導通電極間にスナバ回路８２を非接続とする。これに対して、制御回路３０は、モータジェネレータ２０の雰囲気湿度が判定値を超えるとき（ステップＳ１１０のＹＥＳ判定時）、すなわちモータジェネレータ２０が高湿度環境下で動作している場合には、ステップＳ１３２により、制御信号ＤＴＳをＨレベルに設定することによりスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間にスナバ回路８２を接続とする。すなわち、インバータ１０でのスイッチング動作において、スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間へのスナバ回路の接続要否は、雰囲気湿度に応じて判断される。
【００８９】
図１３に示されるように、スナバ回路の非接続時には、図中に実線で示されるように、各スイッチング素子のターンオフ時にスパイク電圧と呼ばれるコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅのオーバーシュートが発生する。これにより、コイル巻線への印加電圧の極性反転時における電圧変化量も大きくなる。これに対して、スナバ回路の接続時には、図中に点線で示されるように、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅのオーバーシュートが抑制されて、上記極性反転時における電圧変化量を小さくすることができる。
【００９０】
これにより、実施の形態３による電動機駆動システム制御によっても、高湿度時には通常時と比較して、コイル巻線への印加電圧の極性反転時におけるコイル巻線のギャップ部に表面電荷による電界が相対的に弱くなるように、インバータ１０でのスイッチング動作条件を設定することができる。
【００９１】
この結果、実施の形態１，２と同様に、モータジェネレータ２０が高湿度環境下で動作する場合において、部分放電発生の防止によりコイル巻線間の層間絶縁破壊の発生を防止することができる。
【００９２】
なお、実施の形態３において、図１２のステップＳ１００は本発明の「湿度取得手段」または「湿度取得ステップ」に対応し、ステップＳ１２２およびＳ１３２は、本発明での「スイッチング条件設定手段」または「スイッチング条件設定ステップ」に対応する。特に、ステップＳ１２２は本発明での「第１の設定手段」または「第１の設定ステップ」に対応し、ステップＳ１３２は本発明での「第２の設定手段」または「第２の設定ステップ」に対応する。
【００９３】
［実施の形態４］
図１４は、本発明の実施の形態４による電動機駆動システム１０３の構成を説明する概略ブロック図である。実施の形態４では、制御回路３０による電動機制御モードの切換によって、高湿度時における部分放電の発生を防止する。なお、実施の形態４による電動機駆動システム１０３は、ハイブリッド車両に搭載されて、モータジェネレータ２０は車両駆動力を発生可能に構成されるものとする。
【００９４】
図１４を参照して、実施の形態４による電動機駆動システム１０３は、図１に示した電動機駆動システム１００からデッドタイム生成回路５０の配置を省略した構成を有する。すなわち、電動機駆動システム１０３は、実施の形態１〜３における通常時／高湿度時でスイッチング動作条件を切換えるための付加的な回路要素（デッドタイム生成回路５０，ドライブ回路６１，スイッチング動作切換回路８０）の配置を省略した、一般的な電動機駆動システム構成を有している。
【００９５】
そして、実施の形態４に従う電動機駆動システムでは、以下に説明するように、モータジェネレータ２０の制御モードは、その運転条件に応じて選択される。
【００９６】
図１５を参照して、実施の形態４による電動機駆動システム１０３では、モータ電流のフィードバック制御に基づき出力トルクを制御するモータ電流制御と、矩形波電圧の位相調整により出力トルクを制御する矩形波電圧制御とが選択的に用いられる。
【００９７】
正弦波ＰＷＭ制御モードは、一般的なＰＷＭ制御として用いられるものであり、図１６にも示すように、各相アームにおけるスイッチング素子のオン・オフを、搬送波９０（代表的には三角波）と正弦波状の電圧指令値９５との電圧比較に従って制御する。電圧指令値９５は、トルク指令値に従って設定される電流指令値に実際のモータ電流検出値を一致させるためのフィードバック制御により決定される。
【００９８】
この結果、上アーム素子（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）のオン期間に対応するハイレベル（＋Ｅ）期間と、下アーム素子（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６）のオン期間に対応するローレベル（０）期間との集合について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティ比が制御される。
【００９９】
周知のように、正弦波ＰＷＭ制御モードでは、この基本波成分振幅をインバータ入力電圧の０．６１倍までしか高めることができない。しかしながら、ハイブリッド車両に搭載される電動機駆動システム等の高速域での出力を向上させるために、より変調率の高い領域での制御モードが必要とされる。
【０１００】
過変調ＰＷＭ制御モードでは、モータ電流のフィードバック制御に基づく上記正弦波ＰＷＭ制御モードと同様のＰＷＭ制御が、搬送波の振幅を縮小するようにを歪ませた上で行なわれる。この結果、基本波成分を歪ませることができ、変調率を０．６１〜０．７８の範囲まで高めることができる。
【０１０１】
さらに、矩形波電圧制御モードでは、上記一定期間内で、ハイレベル期間およびローレベル期間の比が１：１の矩形波１パルス分をモータジェネレータ２０へ印加する。これにより、変調率は０．７８まで高められる。矩形波電圧制御モードでは、基本波成分の振幅が固定されるため、たとえば、電力演算に従って求められるトルク実績値とトルク指令値との偏差に基づく矩形波電圧の位相制御によってトルク制御が実行される。矩形波電圧制御モードでは、モータ誘起電圧が高くなる高回転域で高出力を得るための弱め界磁制御が実行される。
【０１０２】
図１７のフローチャートを参照して、実施の形態４による電動機駆動システム１０３では、アクセル開度等に基づく車両要求出力よりモータジェネレータ２０のトルク指令値Ｔｑｃｏｍが算出される（ステップＳ４００）のを受けて、制御回路３０は、ステップＳ４１０により、予め設定されたマップ等に基づいて、モータジェネレータ２０のトルク指令値Ｔｑｃｏｍおよび回転数からモータ必要電圧（誘起電圧）を算出する。
【０１０３】
さらに、制御回路３０は、モータ必要電圧とインバータ１０への入力電圧との関係に従って、矩形波電圧制御モード（弱め界磁制御）およびモータ電流制御による正弦波ＰＷＭ制御モードまたは過変調ＰＷＭ制御モードのいずれを適用してモータ制御を行なうかを決定する（ステップＳ４２０）。モータ電流制御適用時に、正弦波ＰＷＭ制御モードおよび過変調ＰＷＭ制御モードのいずれを用いるかについては、必要となる変調率範囲に応じて決定される。上記制御フローに従って、モータジェネレータ２０の動作条件に従って、図１５に示した複数の制御モードのうちから適正な制御モードが選択される。
【０１０４】
この結果、図１８に示されるように、モータジェネレータ２０の動作領域（回転数／トルク）に応じて制御モードが選択されるようになる。たとえば、低回転数域Ａ１ではトルク変動を小さくするために正弦波ＰＷＭ制御モードが用いられる。一方、出力向上のために、中回転数域Ａ２では過変調ＰＷＭ制御モード、高回転数域Ａ３では、矩形波電圧制御モードが適用される。
【０１０５】
このような制御モードの選択により、実施の形態４による電動機駆動システム１０３では、各相コイル巻線に矩形波電圧を印加する矩形波電圧制御と、各相におけるスイッチング素子のオン・オフが間欠的に制御されて間欠的なパルス電圧が各相コイル巻線に印加されるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御とが選択的に使用される。
【０１０６】
図１９を参照して、実施の形態４による電動機駆動システム制御では、制御回路３０は、ステップＳ１０５により、モータジェネレータ２０の制御モードとして、矩形波制御モードが選択されているかどうかを判定する。たとえば、図１８の運転領域Ａ１，Ａ２においてステップＳ１０５はＮＯ判定となり、運転領域Ａ３においてステップＳ１０５はＹＥＳ判定となる。
【０１０７】
矩形波制御の選択時（ステップＳ１０５のＹＥＳ判定時）において、制御回路３０は、実施の形態１〜３と同様に、ステップＳ１００により湿度センサ２６の出力からモータジェネレータの雰囲気湿度Ｍｈｍを取得し、ステップＳ１１０によりこの雰囲気湿度Ｍｈｍが判定値Ｍｊを超えているかどうかを判定する。
【０１０８】
そして、制御回路３０は、モータジェネレータ２０の雰囲気湿度が判定値以下の場合（ステップＳ１１０におけるＮＯ判定時）、すなわちモータジェネレータ２０が高湿度環境下にない場合には、ステップＳ１２３により、通常制御として、図１７および図１８での制御モード選択に従い、矩形波電圧制御モードによりモータジェネレータ２０を制御する。このとき、図２０（ａ）に示されるように、各相アームにおいて、基本的には（たとえば、必要最小限のデッドタイムを除いて）、上アーム素子（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）および下アーム素子（Ｑ２、Ｑ４，Ｑ６）の一方がオンするように、各スイッチング制御信号が設定される。なお、図２０では、代表的にＵ相アームおよびＷ相アームの動作のみが示されているが、Ｗ相アームについても同様にスイッチング制御されている。これにより、モータジェネレータ２０の各相コイル巻線には矩形波電圧が印加されることになる。
【０１０９】
これに対して、制御回路３０は、モータジェネレータ２０の雰囲気湿度が判定値を超えるとき（ステップＳ１１０のＹＥＳ判定時）、すなわちモータジェネレータ２０が高湿度環境下で動作している場合には、ステップＳ１３３により、モータジェネレータ２０の制御モードを矩形波制御モードから過変調ＰＷＭモードへ変更する。
【０１１０】
また、制御回路３０は、矩形波制御の非選択時（ステップＳ１０５のＮＯ判定時）において、制御回路３０は、制御モード変更を行なうことなく、図１７および図１８での制御モード選択に従う。したがって、この場合には、正弦波ＰＷＭ制御モードまたは過変調ＰＷＭ制御モードが、モータジェネレータ２０の運転領域に応じて選択的に用いられる。
【０１１１】
ステップＳ１３３によって制御モードを過変調ＰＷＭに変更することにより、図２０（ｂ）に示されるように、少なくとも、矩形波電圧の端部領域、すなわち電圧極性反転前のタイミングにおいて、各相アームにて上アーム素子（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５）および下アーム素子（Ｑ２、Ｑ４，Ｑ６）の両方がオフする期間１５０を設けることができる。これにより、相間電圧が０となる期間１５５も確保される。なお、図２０では代表的にＵ−Ｖ相間電圧Ｖｕｖのみを記載しているが、他の相間電圧についても同様に期間１５５を設けることができる。すなわち、実施の形態４による電動機駆動システム制御では、モータジェネレータ２０が高湿度環境下で動作する場合には、接地ライン６および電源ライン７の間に直列接続される上下アーム素子の両方がターンオフされる期間１５０が、通常時（矩形波電圧制御モード選択時）よりも相対的に長くなるように制御モードが選択される。
【０１１２】
上記の期間１５０，１５５では、電源ライン７と接続されることによりコイル巻線に誘起された表面電荷を一旦拡散させることができる。これにより、各相コイル巻線への印加電圧の極性反転を迎える時点におけるコイル巻線の表面電荷を、矩形波電圧制御モードの適用時と比較して相対的に減少させることができる。この結果、コイル巻線のギャップに残存する表面電荷により生じる電界についても相対的に弱めることができる。
【０１１３】
したがって、実施の形態４による電動機駆動システム制御によっても、高湿度時には、コイル巻線への印加電圧の極性反転時におけるコイル巻線のギャップ部に表面電荷による電界が通常時と比較して相対的に弱くなるように、インバータ１０でのスイッチング動作条件を設定することができる。この結果、実施の形態１〜３と同様に、モータジェネレータ２０が高湿度環境下で動作する場合において、部分放電発生の防止によりコイル巻線間の層間絶縁破壊の発生を防止することができる。
【０１１４】
なお、実施の形態４において、図１９のステップＳ１００は本発明の「湿度取得手段」または「湿度取得ステップ」に対応し、ステップＳ１２３およびＳ１３３は、本発明での「スイッチング条件設定手段」または「スイッチング条件設定ステップ」に対応する。
【０１１５】
［実施の形態５］
図２１は、本発明の実施の形態５による電動機駆動システム１０４の構成を示すブロック図である。
【０１１６】
図２１および図１４の比較から理解されるように、実施の形態５による電動機駆動システム１０４は、図１４に示す電動機駆動システム１０３と比較して、通常のインバータ１０に代えて、インバータ１０♯を備える点で異なる。さらに、インバータ１０♯の入力側において、接地ライン６および電源ライン７の間には、中間電圧ノード８を介して平滑コンデンサＣａおよびＣｂが直列接続される。これにより中間電圧ノード８には、Ｅ／２の電圧が発生される。電動機駆動システム１０４のその他の部分の構成は図１４に示した電動機駆動システム１０３と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
【０１１７】
図１４を参照して、インバータ１０♯のＵ相アーム１５♯、Ｖ相アーム１６♯およびＷ相アーム１７♯の各々において、上アームおよび下アームは、直列接続された複数（２個）のスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相の上アームは、直列接続されたスイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂにより構成される。同様に、Ｕ相の下アームは、直列接続されたスイッチング素子Ｑ２ａおよびＱ２ｂにより構成される。Ｖ相アーム１６♯およびＷ相アーム１７♯についても、Ｕ相アーム１５♯と同様に構成され、インバータ１０♯は、スイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ〜Ｑ６ａ，Ｑ６ｂと、それぞれのスイッチング素子に対応して設けられた逆並列ダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ〜Ｄ６ａ，Ｄ６ｂとから構成される。
【０１１８】
さらに、各相の上アームにおけるスイッチング素子間の接続ノードは、クランプダイオードＤｕ１，Ｄｖ３，Ｄｗ５を介して中間電圧ノード８と接続される。同様に、各相の下アームのスイッチング素子間の接続ノードは、クランプダイオードＤｕ２，Ｄｖ４，Ｄｗ６をそれぞれ介して中間電圧ノード８と接続される。
【０１１９】
インバータ１０♯は、各上下アームを構成する複数（２個）のスイッチング素子を独立にオン・オフ制御することにより、図２３（ｂ）に示すように、各相コイル巻線に印加可能な電圧レベルが０、Ｅ／２およびＥの３レベルとなる、いわゆる３レベルインバータとしての動作（以下、２レベル動作モード）が可能である。
【０１２０】
これに対して、図２３（ａ）に示すように、各上下アームを構成する複数（２個）のスイッチング素子を独立にオン・オフ制御する場合には、各相コイル巻線に印加可能な電圧レベルが０およびＥの２レベルとなる、通常のインバータ動作（以下、２レベル動作モード）を実行することができる。
【０１２１】
本発明の実施の形態５による電動機駆動システムでは、湿度センサ２６によって検出された雰囲気湿度Ｍｈｍに応じて、各相コイル巻線に印加可能な電圧レベル数に係る動作モード（２レベル動作モードおよび３レベル動作モード）を可変設定する。
【０１２２】
図２２は、実施の形態５による電動機駆動システム制御を説明するフローチャートである。
【０１２３】
図２２を参照して、実施の形態５による電動機駆動システム制御では、制御回路３０は、実施の形態１〜４と同様に、ステップＳ１００により湿度センサ２６の出力からモータジェネレータの雰囲気湿度Ｍｈｍを取得し、ステップＳ１１０によりこの雰囲気湿度Ｍｈｍが判定値Ｍｊを超えているかどうかを判定する。
【０１２４】
そして、制御回路３０は、モータジェネレータ２０の雰囲気湿度が判定値以下の場合（ステップＳ１１０におけるＮＯ判定時）、すなわちモータジェネレータ２０が高湿度環境下にない場合には、ステップＳ１２５により、インバータ１０♯を通常の２レベル動作モードで制御する。
【０１２５】
図２３（ａ）に示されるように、２レベル動作モードでは、各相において上アームおよび下アームを各々構成する複数個（２個）のスイッチング素子は、共通にオン・オフされる。図２３には、代表的にＵ相およびＶ相の上下アームを構成するスイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ〜Ｓ４ａ，Ｓ４ｂの動作波形が示されるが、スイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂをオン・オフ制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂは共通に設定される。同様に、下アームを構成するスイッチング素子Ｑ２ａ，Ｑ２ｂに対応するスイッチング制御信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂについても共通に設定される。Ｕ相アームおよびＷ相アームにおいても、スイッチング制御信号は同様に設定されるため、モータジェネレータ２０の各相コイル巻線への印加電圧は、実施の形態１におけるデッドタイムの通常設定時と同様となる。
【０１２６】
再び図２２を参照して、制御回路３０は、モータジェネレータ２０の雰囲気湿度が判定値を超えるとき（ステップＳ１１０のＹＥＳ判定時）、すなわちモータジェネレータ２０が高湿度環境下で動作している場合には、ステップＳ１３５により、インバータ１０♯を３レベル動作モードで制御する。
【０１２７】
図２３（ｂ）に示されるように、３レベル動作モードでは、各相の上アームおよび下アームにおいて、複数個のスイッチング素子は独立にオン・オフ制御される。たとえば、Ｕ相の上アームでは、スイッチング素子Ｑ１ｂのオン期間の一部においてスイッチング素子Ｑ１ａがオンするように、すなわち、中間電圧ノード８がＵ相コイル巻線２１Ｕと接続されるスイッチング素子Ｑ１ｂのみのオン期間が設けられるように、スイッチング制御信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂが設定される。同様に、Ｕ相の下アームでは、スイッチング素子Ｑ２ａのオン期間の一部においてスイッチング素子Ｑ２ｂがオンするように、すなわち、中間電圧ノード８がＵ相コイル巻線２１Ｕと接続されるスイッチング素子Ｑ２ａのみのオン期間が設けられるように、スイッチング制御信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂが設定される。Ｕ相アーム１６♯および図示を省略したＶ相アーム１７♯についても、スイッチング制御信号は同様に設定される。
【０１２８】
これにより、各相コイル巻線への印加電圧は、０（ＧＮＤ），Ｅ／２，２の３レベルをとるようになる。この結果、相間電圧（図２３ではＵ−Ｖ相間電圧Ｖｕｖを代表的に例示）についても、正電圧期間において０（ＧＮＤ），Ｅ／２，２の３レベルをとるようになり、負電圧期間において０，−Ｅ／２，−Ｅの３レベルをとるようになる。
【０１２９】
これにより、各相コイル巻線への印加電圧および相間電圧の極性反転における電圧振幅が小さくなることから、上記極性反転を迎える時点におけるコイル巻線の表面電荷を、２レベル動作モード時と比較して相対的に減少させることができる。この結果、コイル巻線のギャップに残存する表面電荷により生じる電界についても相対的に弱めることができる。
【０１３０】
したがって、実施の形態５による電動機駆動システム制御によっても、３レベル動作モードを選択する高湿度時には、通常時（２レベル動作モード時）と比較して、コイル巻線への印加電圧の極性反転時におけるコイル巻線のギャップ部に表面電荷による電界が相対的に弱くなるように、インバータ１０でのスイッチング動作条件を設定することができる。
【０１３１】
この結果、実施の形態１〜４と同様に、モータジェネレータ２０が高湿度環境下で動作する場合において、部分放電発生の防止によりコイル巻線間の層間絶縁破壊の発生を防止することができる。
【０１３２】
なお、実施の形態５において、図２２のステップＳ１００は本発明の「湿度取得手段」または「湿度取得ステップ」に対応し、ステップＳ１２５およびＳ１３５は、本発明での「スイッチング条件設定手段」または「スイッチング条件設定ステップ」に対応する。特に、ステップＳ１２５は本発明での「第１の設定手段」または「第１の設定ステップ」に対応し、ステップＳ１３５は本発明での「第２の設定手段」または「第２の設定ステップ」に対応する。
【０１３３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の実施の形態１による電動機駆動システムの構成を説明する概略ブロック図である。
【図２】図１に示した遅延回路の構成例を説明する回路図である。
【図３】実施の形態１による電動機駆動システム制御を説明するフローチャートである。
【図４】実施の形態１による電動機駆動システム制御によるインバータの動作波形図である。
【図５】コイル巻線の層間絶縁破壊に繋がる部分放電の発生について説明する概念図である。
【図６】本発明の実施の形態２による電動機駆動システムの構成を説明する概略ブロック図である。
【図７】実施の形態２による電動機駆動システム制御を説明するフローチャートである。
【図８】ゲート抵抗がスイッチング素子のオン・オフ動作に与える影響を説明する電圧波形図である。
【図９】ゲート抵抗とスイッチング素子のオン・オフ時における電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）を示す概念図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による電動機駆動システムの構成を説明する概略ブロック図である。
【図１１】実施の形態３によるスイッチング動作切換回路の構成を説明する回路図である。
【図１２】実施の形態３による電動機駆動システム制御を説明するフローチャートである。
【図１３】スナバ回路がスイッチング素子のオン・オフ動作に与える影響を説明する電圧波形図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による電動機駆動システムの構成を説明する概略ブロック図である。
【図１５】実施の形態４による電動機駆動システムにおいて選択的に用いられる制御モードを説明する図である。
【図１６】パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を説明する波形図である。
【図１７】実施の形態４による電動機駆動システムにおける制御モード選択を説明するフローチャートである。
【図１８】実施の形態４による電動機駆動システムにおける電動機動作条件と制御モード選択との対応を説明する概念図である。
【図１９】実施の形態４による電動機駆動システム制御を説明するフローチャートである。
【図２０】実施の形態４による電動機駆動システム制御によるインバータの動作波形図である。
【図２１】本発明の実施の形態５による電動機駆動システムの構成を説明する概略ブロック図である。
【図２２】実施の形態５による電動機駆動システム制御を説明するフローチャートである。
【図２３】実施の形態５による電動機駆動システム制御によるインバータの動作波形図である。
【符号の説明】
【０１３５】
５  直流電源、６  接地ライン、７  電源ライン、８  中間電圧ノード、１０，１０♯  インバータ、１５，１５♯  Ｕ相アーム、１６，１６♯  Ｖ相アーム、１７，１７♯  Ｗ相アーム、２０  モータジェネレータ（電動機）、２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ  コイル巻線、２２  中性点、２４  電流センサ、２５  回転角センサ、２６  湿度センサ、３０  制御回路、５０  デッドタイム生成回路、５１  ＡＮＤ回路、５２  遅延回路、５４  可変抵抗、５６  可変容量キャパシタ、６０，６１  ドライブ回路、６２  可変抵抗（ゲート抵抗）、７０，７２  導線、７１，７３  絶縁膜、７５  誘起電荷（コイル巻線表面）、８０  スイッチング動作切換回路、８１  スイッチ素子、８２  スナバ回路、９０  搬送波、９５  電圧指令値、１００，１０１，１０２，１０３，１０４  電動機駆動システム、Ｃ０，Ｃａ，Ｃｂ  平滑コンデンサ、Ｃ１，Ｃ２  キャパシタ、Ｄ１〜Ｄ６、Ｄ１ａ，Ｄ１ｂ〜Ｄ６ａ，Ｄ６ｂ  逆並列ダイオード、ＤＴＳ  制御信号、Ｄｕ１，Ｄｕ２，Ｄｖ３，Ｄｖ４，Ｄｗ５，Ｄｗ６  クランプダイオード、ＭＣＲＴ  モータ電流、Ｍｈｍ  雰囲気湿度、Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ〜Ｑ６ａ，Ｑ６ｂ  電力用半導体素子（スイッチング素子）、Ｒ１，Ｒ２  抵抗素子、Ｓ１〜Ｓ６，Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ〜Ｓ６ａ，Ｓ６ｂ  スイッチング制御信号、Ｓ１ｄ〜Ｓ６ｄ  スイッチング制御信号（デッドタイム付加後）、ＳＷ１，ＳＷ１♯，ＳＷ２，ＳＷ２♯  スイッチ素子、Ｔｑｃｏｍ  トルク指令値、Ｖｇｐ，Ｖｇｐ♯  ギャップ電圧、θ  ロータ回転角。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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