(57)【要約】【課題】要求トルクの発生を可能な限り実現しつつ、スイッチング素子および平滑用コンデンサの温度上昇を抑えた負荷駆動装置を提供する。【解決手段】モータ駆動装置１００は、バッテリＢと、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により交流モータＭ１へ駆動電流を供給するインバータ１４と、バッテリＢとインバータ１４との間に配される平滑用のコンデンサＣ２と、インバータ１４のスイッチング動作を制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、温度センサ２０からのコンデンサＣ２の温度Ｔｃと温度センサ２２からのスイッチング素子の温度Ｔｉｎｖに応じて、インバータ１４の負荷率およびキャリア周波数ｆｃを設定する。【選択図】図１
2008312398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
スイッチング素子のスイッチング動作により、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換して電気負荷へ駆動電流を供給するインバータと、
前記直流電源と前記インバータとの間に配される平滑用のコンデンサと、
前記インバータのスイッチング動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記コンデンサの温度を取得するコンデンサ温度取得手段と、
前記スイッチング素子の温度を取得するスイッチング素子温度取得手段と、
前記取得したコンデンサ温度およびスイッチング素子温度に応じて、前記インバータの負荷率および前記スイッチング動作の周波数を設定する設定手段とを含む、負荷駆動装置。
【請求項２】
前記設定手段は、前記取得したコンデンサ温度が前記コンデンサの耐熱許容温度を上回り、かつ、前記取得したスイッチング素子温度が前記スイッチング素子の耐熱許容温度を上回った場合には、前記スイッチング動作の周波数を現状維持するとともに、前記電気負荷へ供給する駆動電流を制限するように前記負荷率を設定する、請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記設定手段は、前記取得したスイッチング素子温度が前記スイッチング素子の耐熱許容温度以下となる一方で、前記取得したコンデンサ温度が前記コンデンサの耐熱許容温度を上回った場合には、前記駆動電流を制限しないように前記負荷率を設定するとともに、前記スイッチング動作の周波数を高くする、請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記設定手段は、前記取得したコンデンサ温度が前記コンデンサの耐熱許容温度以下となる一方で、前記取得したスイッチング素子温度が前記スイッチング素子の耐熱許容温度を上回った場合には、前記駆動電流を制限しないように前記負荷率を設定するとともに、前記スイッチング動作の周波数を低くする、請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記設定手段は、前記コンデンサ温度および前記スイッチング素子温度に応じて前記負荷率および前記スイッチング動作の周波数を設定するためのマップを有し、前記マップを参照して、前記取得したコンデンサ温度およびスイッチング素子温度に対応する前記負荷率および前記スイッチング動作の周波数を設定する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記電気負荷は、車両の駆動力を発生するためのモータである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、負荷駆動装置に関し、より特定的には、駆動回路および平滑用コンデンサの温度上昇を抑制可能な負荷駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）等の車両において、電気エネルギーによる駆動力は、高電圧の電池から供給される直流電力をインバータによって３相交流電力に変換し、これにより３相交流モータを回転させることにより得ている。また、車両の減速時には、逆に３相交流モータの回生発電により得られる回生エネルギーを電池に蓄電することにより、エネルギーを無駄なく利用して走行している。
【０００３】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車において、インバータは、６個のスイッチング素子（たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））を３アームのブリッジ接続にし、これらのスイッチング素子のスイッチング動作により入力された直流電力から３相交流モータを駆動するための交流電力を得ている。
【０００４】
ここで、スイッチング素子がスイッチング動作を行なうと、そのスイッチング周波数に応じたリップル電流が発生する。このリップル電流はインバータの入力電圧に重畳して電池を電圧変動させるおそれがある。そこで、通常は、インバータの入力側と電池との間に平滑用のコンデンサを配置することにより、電圧変動を防止している。
【０００５】
このような構成において、直流電圧のリップル成分を抑制する平滑用のコンデンサには、多くの高調波成分が含まれた電流が流れてしまうことになる。そのため、この電流により素子温度が自己の耐熱許容温度を超えて上昇してしまうと、平滑用コンデンサの熱破壊あるいは寿命低下を招くという問題があった。
【０００６】
そこで、平滑用コンデンサの過熱への対処として、たとえば特開平９−４７０３８号公報（特許文献１）には、平滑用コンデンサの温度が規定値を超えた場合に平滑用コンデンサを強制冷却することで熱破壊等を招く温度上昇を阻止することができるコンデンサ冷却装置が開示される。
【０００７】
また、特開平３−３６７０号公報（特許文献２）には、電解コンデンサ等より成る直流中間回路を有する直列共振形誘導加熱用インバータ装置において、電解コンデンサの温度の所定値からの上昇値に応じた値をインバータ装置の電流制御系における新たな制限電流設定値となしてインバータの出力電流低下制御を行なうための制御方法が開示される。
【特許文献１】特開平９−４７０３８号公報
【特許文献２】特開平３−３６７０号公報
【特許文献３】特開２００６−２８８１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、上述したような３相交流モータをインバータにより駆動する構成においては、平滑用コンデンサの温度が高くなるとともに、スイッチング動作時に発生するスイッチング損失によってスイッチング素子の温度も上昇する。特に、コストや車載スペース等の要件から、インバータが小型化され、熱容量も小さくなる傾向にあるため、熱集中により温度上昇が発生しやすい傾向にある。
【０００９】
そのため、スイッチング素子の温度が上昇したときには、トルク制限を行なうのが一般的である。たとえば上述した特開平３−３６７０号公報（特許文献２）に開示されるように、インバータの出力電流に制限をかける構成とすれば、平滑用コンデンサおよびスイッチング素子の温度上昇を阻止することが可能となる。
【００１０】
しかしながら、このようなトルク制限は、素子の熱的保護を厚くする一方で、運転者の要求を十分に満たすことができないという問題が起きてしまう。
【００１１】
そのため、最近では、トルク制限を行なわずにスイッチング素子の熱的保護を図る技術として、スイッチング素子の温度が上昇すると、スイッチング周波数のもとになるキャリア周波数を高周波から低周波に切換えて制御することが検討されている。これによれば、キャリア周波数を低くすることでスイッチング回数が減るため、スイッチング損失を少なくできる分だけ温度上昇を抑えることができる。
【００１２】
しかしながら、キャリア周波数を低くするほどスイッチング動作時に発生するリップル電流が大きくなることから、却って平滑用コンデンサの温度を上昇させてしまうことになる。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、要求トルクの発生を可能な限り実現しつつ、スイッチング素子および平滑用コンデンサの温度上昇を抑えた負荷駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明によれば、負荷駆動装置は、直流電源と、スイッチング素子のスイッチング動作により、直流電源からの直流電力を交流電力に変換して電気負荷へ駆動電流を供給するインバータと、直流電源とインバータとの間に配される平滑用のコンデンサと、インバータのスイッチング動作を制御する制御装置とを備える。制御装置は、コンデンサの温度を取得するコンデンサ温度取得手段と、スイッチング素子の温度を取得するスイッチング素子温度取得手段と、取得したコンデンサ温度およびスイッチング素子温度に応じて、インバータの負荷率およびスイッチング動作の周波数を設定する設定手段とを含む。
【００１５】
上記の負荷駆動装置によれば、スイッチング素子温度およびコンデンサ温度の双方に応じてインバータのスイッチング動作が制御されるため、スイッチング素子および平滑用コンデンサの温度上昇を抑制することができる。また、温度上昇に応じて一律に負荷率制限を行なう構成を比較して、要求トルクの発生が可能な限り実現される。
【００１６】
好ましくは、設定手段は、取得したコンデンサ温度がコンデンサの耐熱許容温度を上回り、かつ、取得したスイッチング素子温度がスイッチング素子の耐熱許容温度を上回った場合には、スイッチング動作の周波数を現状維持するとともに、電気負荷へ供給する駆動電流を制限するように負荷率を設定する。
【００１７】
上記の負荷駆動装置によれば、スイッチング素子および平滑用コンデンサがともに熱破壊を招く温度上昇のおそれがある場合には負荷率制限を行なうことによって、出力トルクが低下するものの、確実に温度上昇を阻止することができる。
【００１８】
好ましくは、設定手段は、取得したスイッチング素子温度がスイッチング素子の耐熱許容温度以下となる一方で、取得したコンデンサ温度がコンデンサの耐熱許容温度を上回った場合には、駆動電流を制限しないように負荷率を設定するとともに、スイッチング動作の周波数を高くする。
【００１９】
上記の負荷駆動装置によれば、平滑用コンデンサのみが温度上昇のおそれがなる場合には、負荷率制限を行なわずに平滑用コンデンサの熱損失を低減させることができるため、要求トルクの発生を実現しながら、スイッチング素子および平滑用コンデンサの温度上昇を抑えることができる。
【００２０】
好ましくは、設定手段は、取得したコンデンサ温度がコンデンサの耐熱許容温度以下となる一方で、取得したスイッチング素子温度がスイッチング素子の耐熱許容温度を上回った場合には、駆動電流を制限しないように負荷率を設定するとともに、スイッチング動作の周波数を低くする。
【００２１】
上記の負荷駆動装置によれば、スイッチング素子のみが温度上昇のおそれがなる場合には、負荷率制限を行なわずにスイッチング損失を低減させることができるため、要求トルクの発生を実現しながら、スイッチング素子および平滑用コンデンサの温度上昇を抑えることができる。
【００２２】
好ましくは、設定手段は、コンデンサ温度およびスイッチング素子温度に応じて負荷率およびスイッチング動作の周波数を設定するためのマップを有し、マップを参照して、取得したコンデンサ温度およびスイッチング素子温度に対応する負荷率およびスイッチング動作の周波数を設定する。
【００２３】
上記の負荷駆動装置によれば、予め保持しているマップを参照して、負荷率およびスイッチング周波数が設定されるため、簡易な装置構成を構築することができる。
【００２４】
好ましくは、電気負荷は、車両の駆動力を発生するためのモータである。
上記負荷駆動装置によれば、要求トルクの発生が可能な限り実現されるため、運転者の要求を満たすことができる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、要求トルクの発生を可能な限り実現しつつ、スイッチング素子およびコンデンサの温度上昇を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２７】
図１は、この発明の実施の形態による負荷駆動装置が適用されるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【００２８】
図１を参照して、モータ駆動装置１００は、バッテリＢと、電圧センサ１０，１３と、電流センサ２４と、コンデンサＣ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、温度センサ２０，２２と、電流センサ２４と、レゾルバ２６と、制御装置３０とを備える。
【００２９】
交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、交流モータＭ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえばエンジン始動を行ない得るようなモータである。
【００３０】
昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００３１】
リアクトルＬ１の一方端はバッテリＢの電源ラインに接続され、他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１とＩＧＢＴ素子Ｑ２との中間点に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。
【００３２】
コンデンサＣ２は、電源ラインと接地ラインとの間に接続され、電圧変動に起因するインバータ１４に対しての影響を低減する。電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍ（すなわち、インバータ１４の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。温度センサは、コンデンサＣ２の温度（以下、「コンデンサ温度」と称する。）Ｔｃを検出し、その検出したコンデンサ温度Ｔｃを制御装置３０へ出力する。
【００３３】
インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とからなる。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
【００３４】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４からなる。Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６からなる。Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８からなる。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００３５】
各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通に接続されて構成される。Ｕ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００３６】
バッテリＢは、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池や燃料電池などが適用される。また、バッテリＢに代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いてもよい。電圧センサ１０は、バッテリＢから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。
【００３７】
昇圧コンバータ１２は、バッテリＢから直流電圧Ｖｂが供給されると、制御装置３０からの信号ＰＷＭＣによってＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧Ｖｂを昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。
【００３８】
また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給された直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。
【００３９】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２から供給された直流電圧を平滑化してインバータ１４へ供給する。インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値によって指定された要求トルクを発生するように駆動される。
【００４０】
また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００４１】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。
【００４２】
電流センサ２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流Ｉｖ，Ｉｗを検出し、その検出したモータ電流Ｉｖ，Ｉｗを制御装置３０へ出力する。なお、図１においては、電流センサ２４は、２個しか示されていない。これは、交流モータＭ１が３相モータの場合、２つの相に流れるモータ電流Ｉｖ，Ｉｗを検出すれば、その検出されたモータ電流Ｉｖ，Ｉｗに基づいて残りの相に流れるモータ電流Ｉｕを演算できるからである。したがって、３相の各々に流れるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを独自に検出する場合、３個の電流センサ２４を設けてもよい。
【００４３】
温度センサは、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８の温度（以下、「インバータ温度」と称する。）Ｔｉｎｖを検出し、その検出したインバータ温度Ｔｉｎｖを制御装置３０へ出力する。レゾルバ２６は、交流モータＭ１の回転軸に取り付けられており、交流モータＭ１の回転子の回転角度θを検出して制御装置３０へ出力する。
【００４４】
制御装置３０は、図示しない外部ＥＣＵ（Electric Control Unit）からトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサ１３から出力電圧Ｖｍを受け、電流センサ２４からモータ電流Ｉｖ，Ｉｗを受け、レゾルバ２６から回転角度θを受ける。制御装置３０は、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ、モータ電流Ｉｖ，Ｉｗおよび回転角度θに基づいて、後述する方法によりインバータ１４が交流モータＭ１を駆動するときにインバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力する。
【００４５】
また、制御装置３０は、インバータ１４が交流モータＭ１を駆動するとき、直流電圧Ｖｂ、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＣを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００４６】
さらに、制御装置３０は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ電流Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力する。この場合、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭＩによってスイッチング制御される。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００４７】
さらに、制御装置３０は、回生制動時、直流電圧Ｖｂ、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＣを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されてバッテリＢに供給される。
【００４８】
以上の構成からなるモータ駆動装置１００において、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング周波数は、交流モータＭ１を駆動するインバータ１４に供給されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のキャリア周波数に依存する。そして、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８がスイッチング動作を行なうと、スイッチング損失が発生してＩＧＢＴ素子の温度が上昇する。なお、このスイッチング損失は、スイッチング回数が多くなる高いキャリア周波数ほど大きくなる。
【００４９】
さらに、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８がスイッチング動作を行なうことによって、スイッチング周波数に依存したリップル電流が発生する。このリップル電流がインバータ１４に直流電力を供給するコンデンサＣ２に伝搬すると、コンデンサＣ２を出入りする電流に電流脈動を発生させる。そして、この電流脈動に応じてコンデンサＣ２が発熱する。
【００５０】
このようにＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作時においては、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８およびコンデンサＣ２のいずれにもそのスイッチング周波数に応じた熱損失が発生する。そのため、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８およびコンデンサＣ２を、熱破壊を招く過熱から保護するための構成が必要となる。
【００５１】
ここで、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８およびコンデンサＣ２の温度上昇を抑制するためには、上述したように、交流モータＭ１のトルク制限を行なうことが有効である。しかしながら、温度上昇に応じて直ちにトルク制限を行なうことは、要求トルクの発生が規制されるために、運転者の要求を十分に満たすことができないという問題に繋がる。
【００５２】
また、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８の温度上昇を抑制する手段としては、キャリア周波数を低くしてスイッチング回数を減らすことによって、スイッチング損失を少なくすることが有効である。しかしながら、トルク制限が行なわれない一方で、キャリア周波数を低くするほどリップル電流の振幅が増大するために、却ってコンデンサＣ２の熱損失を増やす要因となる。
【００５３】
そこで、本実施の形態によるモータ駆動装置は、インバータ温度およびコンデンサ温度に応じて、各々が耐熱許容温度を超えないようにインバータ１４の負荷率およびキャリア周波数を設定する構成とする。以下に、制御装置３０におけるインバータ制御手段の制御構造について説明する。
【００５４】
図２は、図１における制御装置３０の機能ブロック図である。
図２を参照して、制御装置３０は、インバータ制御手段として、電流指令生成部３０２と、減算器３０４，３０６と、ＰＩ制御部３０８，３１０と、２相／３相変換部３１２と、ＰＷＭ生成部３１４と、３相／２相変換部３１６と、制御部３２０とを含む。なお、図２では、インバータ１４の制御回路にＰＷＭ制御を適用した場合について説明するが、これに限定されるものではなく、矩形波制御を適用した構成としても良い。
【００５５】
３相／２相変換部３１６は、２個の電流センサ２４，２４からモータ電流Ｉｖ，Ｉｗを受ける、そして、３相／２相変換部３１６は、モータ電流Ｉｖ，Ｉｗに基づいてモータ電流Ｉｕ＝−Ｉｖ−Ｉｗを演算する。
【００５６】
さらに、３相／２相変換部３１６は、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをレゾルバ２６かららの回転角度θを用いて三相二相変換する。つまり、３相／２相変換部３１６は、交流モータＭ１の３相コイルの各相に流れる３相のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、回転角度θを用いてｄ軸およびｑ軸に流れる電流値Ｉｄ，Ｉｑに変換する。そして、３相／２相変換部３１６は、演算した電流値Ｉｄを減算器３０４へ出力し、演算した電流値Ｉｑを減算器３０６へ出力する。
【００５７】
電流指令生成部３０２は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサ１３から電圧Ｖｍを受ける。そして、電流指令生成部３０２は、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮおよび電圧Ｖｍに基づいて、トルク指令値ＴＲによって指定された要求トルクを出力するための電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を生成し、その生成した電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を減算器３０４，３０６へそれぞれ出力する。
【００５８】
減算器３０４は、電流指令生成部３０２から電流指令Ｉｄ＊を受け、３相／２相変換部３１６から電流値Ｉｄを受ける。そして、減算器３０４は、電流指令Ｉｄ＊と電流値Ｉｄとの偏差（＝Ｉｄ＊−Ｉｄ）を演算し、その演算した偏差をＰＩ制御部３０８へ出力する。また、減算器３０６は、電流指令生成部３０２から電流指令Ｉｑ＊を受け、３相／２相変換部３１６から電流値Ｉｑを受ける。そして、減算器３０６は、電流指令Ｉｑ＊と電流値Ｉｑとの偏差（＝Ｉｑ＊−Ｉｑ）を演算し、その演算した偏差をＰＩ制御部３１０へ出力する。
【００５９】
ＰＩ制御部３０８，３１０は、それぞれ、偏差Ｉｄ＊−Ｉｄ，Ｉｑ＊−Ｉｑに対してＰＩゲインを用いてモータ電流調整用の電圧操作量Ｖｄ，Ｖｑを演算し、その演算した電圧操作量Ｖｄ，Ｖｑを２相／３相変換部３１２へ出力する。
【００６０】
２相／３相変換部３１２は、ＰＩ制御部３０８，３１０からの電圧操作量Ｖｄ，Ｖｑをレゾルバ２６からの回転角度θを用いて二相三相変換する。つまり、２相／３相変換部３１２は、ｄ軸およびｑ軸に印加する電圧操作量Ｖｄ，Ｖｑを、回転角度θを用いて交流モータＭ１の３相コイルに印加する電圧操作量Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。そして、２相／３相変換部３１２は、電圧操作量Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗをＰＷＭ生成部３１４へ出力する。
【００６１】
ＰＷＭ生成部３１４は、電圧操作量Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、電圧センサ１３からの電圧Ｖｍとに基づいて信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力する。
【００６２】
以上のように、インバータ制御手段は、交流モータＭ１の要求トルク（トルク指令値ＴＲに相当）を、交流モータＭ１のｄ軸成分とｑ軸成分との電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に変換し、実際の電流値Ｉｄ，Ｉｑがこれらの電流指令と一致するようにＰＩ制御によってフィードバックをかける、いわゆる電流制御を採用する。
【００６３】
ここで、かかる電流制御においては、上述したように、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８に、スイッチング周波数であるキャリア周波数ｆｃに依存したスイッチング損失が発生する。また、コンデンサＣ２においても、キャリア周波数ｆｃに依存したリップル電流の影響により熱損失が発生する。そして、これらの熱損失の間には、キャリア周波数ｆｃに対して、互いにトレードオフとなる関係が成り立っている。
【００６４】
そこで、制御部３２０では、以下に述べるように、インバータ温度Ｔｉｎｖおよびコンデンサ温度Ｔｃがそれぞれ所定の耐熱許容温度を超えないように、キャリア周波数ｆｃおよび負荷率ＬＤＲを選択してインバータ１４を制御する。なお、「負荷率ＬＤＲ」とは、インバータ１４の最大定格出力に対するインバータ１４が出力可能な最大電力の割合であり、１００％を上限値とする。
【００６５】
図２を参照して、制御部３２０は、温度センサ２２からインバータ温度Ｔｉｎｖを受け、温度センサ２０からコンデンサ温度Ｔｃを受ける。そして、制御部３２０は、これらの入力温度を予め設定されている所定の耐熱許容温度とそれぞれ比較し、その比較結果に基づいてインバータ１４の負荷率ＬＤＲおよびキャリア周波数ｆｃを設定する。設定された負荷率ＬＤＲは電流指令生成部３０２に与えられる。また、設定されたキャリア周波数ｆｃはＰＷＭ生成部３１４に与えられる。
【００６６】
電流指令生成部３０２は、制御部３２０から負荷率ＬＤＲを受けると、外部ＥＣＵからのトルク指令値ＴＲに負荷率ＬＤＲを乗算し、制限トルク指令値ＴＲＲを演算する。そして、電流指令生成部３０２は、制限トルク指令値ＴＲＲによって指定されたトルクを出力するための電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を生成して減算器３０４，３０６へそれぞれ出力する。
【００６７】
このとき、負荷率ＬＤＲ＝１００％であれば、実質的に負荷率が制限されないため、制限トルク指令値ＴＲＲは外部ＥＣＵからのトルク指令値ＴＲに等しくなる。その一方で、負荷率ＬＤＲが１００％を下回る場合には、負荷率が制限されることによって、交流モータＭ１の出力が要求出力を下回る値に制限される。
【００６８】
ＰＷＭ生成部３１４は、制御部３２０からキャリア周波数ｆｃを受けると、２相／３相変換部３１２からの電圧操作量Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとキャリア周波数ｆｃを有するキャリア信号とに基づいて実際にインバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力する。
【００６９】
図３は、図２に示した制御部３２０による負荷率ＬＤＲおよびキャリア周波数ｆｃの設定に係る制御のフローチャートである。
【００７０】
図３を参照して、一連の制御が開始されると、制御部３２０は、温度センサからコンデンサＣ２の温度（コンデンサ温度）Ｔｃを取得する（ステップＳ０１）。また、制御部３２０は、温度センサからインバータ１４のＩＧＢＴ素子の温度（インバータ温度）Ｔｉｎｖを取得する（ステップＳ０２）。
【００７１】
そして、制御部３２０は、インバータ１４のＩＧＢＴ素子およびコンデンサＣ２が過熱状態にあるか否かを判断するため、最初に、コンデンサ温度Ｔｃが予め定められた耐熱許容温度Ｔｃ＿ｌｉｍを超えているか否かを判定する（ステップＳ０３）。
【００７２】
コンデンサＴｃが耐熱許容温度Ｔｃ＿ｌｉｍを超えている場合には、制御部３２０は、続けて、インバータ温度Ｔｉｎｖが予め定められた耐熱許容温度Ｔｉｎｖ＿ｌｉｍを超えているか否かを判定する（ステップＳ０４）。
【００７３】
ステップＳ０４においてインバータ温度Ｔｉｎｖが耐熱許容温度Ｔｉｎｖ＿ｌｉｍを超えている場合、すなわち、コンデンサＣ２およびインバータ１４のいずれもが過熱状態にあると判断される場合には、制御部３２０は、キャリア周波数ｆｃを変更することなく、現在設定されているキャリア周波数に維持する（ステップＳ０５）。その一方で、制御部３２０は、負荷率制限を行なう（ステップＳ０６）。
【００７４】
これにより、コンデンサＣ２およびインバータ１４の双方が過熱状態にある場合には、インバータ１４を通過する電流自体が制限されるため、交流モータＭ１の出力トルクが低下するものの、コンデンサＣ２およびＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８の温度上昇を確実に抑えることができる。に発生する熱損失をともに低減することができる。
【００７５】
次に、ステップＳ０４に戻って、インバータ温度Ｔｉｎｖが耐熱許容温度Ｔｉｎｖ＿ｌｉｍ以下となる場合、すなわち、コンデンサＣ２のみが過熱状態にあると判断される場合には、制御部３２０は、キャリア周波数ｆｃを現在設定されているキャリア周波数よりも高い周波数に設定する（ステップＳ０７）。その一方で、制御部３２０は、負荷率制限を行なわず、負荷率ＬＤＲを１００％に維持する（ステップＳ０８）。
【００７６】
したがって、コンデンサＣ２のみが過熱状態にある場合には、キャリア周波数ｆｃを高くすることによって、コンデンサＣ２の熱的保護が図られる。この場合、負荷率制限が行なわれないので、交流モータＭ１は、要求トルクに一致したトルクを出力する。
【００７７】
最後に、ステップＳ０３に戻って、コンデンサ温度Ｔｃが耐熱許容温度Ｔｃ＿ｌｉｍ以下となる場合には、制御部３２０は、さらに、インバータ温度Ｔｉｎｖが耐熱許容温度Ｔｉｎｖ＿ｌｉｍを超えているか否かを判定する（ステップＳ０９）。
【００７８】
インバータ温度Ｔｉｎｖが耐熱許容温度Ｔｉｎｖ＿ｌｉｍ以下となる場合、すなわち、コンデンサＣ２およびＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のいずれもが過熱状態にない場合には、制御部３２０は、処理をステップＳ０１に戻す。
【００７９】
これに対して、ステップＳ０９において、インバータ温度Ｔｉｎｖが耐熱許容温度Ｔｉｎｖ＿ｌｉｍを超えている場合、すなわち、インバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のみが過熱状態にあると判断される場合には、制御部３２０は、キャリア周波数ｆｃを現在設定されているキャリア周波数よりも低い周波数に設定する（ステップＳ１０）。その一方で、制御部３２０は、負荷率制限を行なわず、負荷率ＬＤＲを１００％に維持する（ステップＳ１１）。
【００８０】
したがって、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のみが過熱状態にある場合には、キャリア周波数ｆｃを低くすることによって、スイッチング損失が減少してＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８の熱的保護が図られる。この場合、負荷率制限が行なわれないので、交流モータＭ１は、要求トルクに一致したトルクを出力する。
【００８１】
ここで、図３のフローチャートにおけるステップＳ０６，Ｓ０７およびＳ１０の処理は、実際には、制御部３２０が、予め設定されたインバータ温度Ｔｉｎｖおよびコンデンサ温度Ｔｃと負荷率ＬＤＲおよびキャリア周波数ｆｃとの関係を、マップとして図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）に格納しておき、ＲＯＭから読出した該マップを参照して、インバータ温度Ｔｉｎｖおよびコンデンサ温度Ｔｃの検出値に対応する負荷率ＬＤＲを設定することにより行なわれる。
【００８２】
図４は、負荷率ＬＤＲおよびキャリア周波数ｆｃを設定するためのマップの一例を示す図である。
【００８３】
図４を参照して、負荷率ＬＤＲおよびキャリア周波数ｆｃは、インバータ温度Ｔｉｎｖおよびコンデンサ温度Ｔｃに応じて４つの領域［Ｉ］〜［ＩＶ］に分けられる。インバータ温度Ｔｉｎｖが耐熱許容温度Ｔｉｎｖ＿ｌｉｍ以下であり、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが耐熱許容温度Ｔｃ＿ｉｎｖ以下である領域（図中の領域［Ｉ］に相当）では、キャリア周波数ｆｃはαＨｚに設定され、かつ、負荷率ＬＤＲは１００％に設定される。
【００８４】
これに対して、インバータ温度Ｔｉｎｖが耐熱許容温度Ｔｉｎｖ＿ｌｉｍを超えており、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが耐熱許容温度Ｔｃ＿ｌｉｍ以下である領域（図中の領域［ＩＩ］に相当）では、キャリア周波数はαＨｚよりも低いβＨｚに設定され、かつ、負荷率ＬＤＲは１００％に設定される。
【００８５】
また、インバータ温度Ｔｉｎｖが耐熱許容温度Ｔｉｎｖ＿ｌｉｍ以下であり、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが耐熱許容温度Ｔｃ＿ｌｉｍを超えている領域（図中の領域［ＩＩＩ］に相当）では、キャリア周波数ｆｃはαＨｚよりも高いγＨｚに設定され、かつ、負荷率ＬＤＲは１００％に設定される。
【００８６】
そして、インバータ温度Ｔｉｎｖが耐熱許容温度Ｔｉｎｖ＿ｌｉｍ以下であり、かつ、コンデンサ温度Ｔｃが耐熱許容温度Ｔｃ＿ｌｉｍ以下である領域（図中の領域［ＩＶ］に相当）は、さらに２つの領域に細分化される。
【００８７】
一方の領域（図中の領域［ＩＶ］（１）に相当）では、キャリア周波数ｆｃはβＨｚに設定され、かつ、負荷率ＬＤＲは１００％よりも低いｘ％に設定される。他方の領域（図中の領域［ＩＶ］（２）に相当）では、キャリア周波数ｆｃはγＨｚに設定され、かつ、負荷率ＬＤＲはｘ％に設定される。
【００８８】
これら２つの領域は、現在設定されているキャリア周波数ｆｃに応じて択一的に選択される。たとえば、図中の領域［ＩＩ］に示される状態からコンデンサ温度Ｔｃが上昇して耐熱許容温度Ｔｃ＿ｌｉｍを超えた場合には、図中の領域［ＩＶ］（１）が選択される。すなわち、キャリア周波数ｆｃをβＨｚに維持しながら負荷率制限を行ない、負荷率ＬＤＲをｘ％に減少させる。
【００８９】
同様に図中の領域［ＩＩＩ］に示される状態からインバータ温度Ｔｉｎｖが上昇して耐熱許容温度Ｔｉｎｖ＿ｌｉｍを超えた場合には、図中の領域［ＩＶ］（２）が選択される。すなわち、キャリア周波数ｆｃをγＨｚに維持しながら負荷率制限を行ない、負荷率ＬＤＲをｘ％に減少させる。
【００９０】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、インバータ温度およびコンデンサ温度に応じて、各々が耐熱許容温度を超えないようにインバータのキャリア周波数および負荷率が設定される。これにより、インバータのスイッチング素子およびコンデンサをともに過熱から保護することができる。
【００９１】
また、上記の各実施の形態においては、インバータ１４に用いるスイッチング素子としてＩＧＢＴ素子を用いる場合を代表的に説明したが、その他のパワー素子、たとえば、窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるＧａＮ系のパワー素子、ＳｉＣパワー素子、またはダイヤモンド系のパワー素子であってもよい。
【００９２】
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、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。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
この発明は、車両に搭載された負荷駆動装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】この発明の実施の形態による負荷駆動装置が適用されるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図２】図１における制御装置の機能ブロック図である。
【図３】図２に示した制御部による負荷率ＬＤＲおよびキャリア周波数ｆｃの設定に係る制御のフローチャートである。
【図４】負荷率ＬＤＲおよびキャリア周波数ｆｃを設定するためのマップの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０，１３  電圧センサ、１２  昇圧コンバータ、１４  インバータ、１５  Ｕ相アーム、１６  Ｖ相アーム、１７  Ｗ相アーム、２０，２２  温度センサ、２４  電流センサ、２６  レゾルバ、３０  制御装置、１００  モータ駆動装置、３０２  電流指令生成部、３０４，３０６  減算器、３０８，３１０  ＰＩ制御部、３１２  ２相／３相変換部、３１４  ＰＷＩ生成部、３１６  ３相／２相変換部、３２０  制御部、Ｂ  バッテリ、Ｃ２  コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｌ１  リアクトル、Ｍ１  交流モータ、Ｑ１〜Ｑ８  ＩＧＢＴ素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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