(57)【要約】【課題】電動装置の冷却システムにおいて、温度サイクルにより生じる熱疲労破壊を防止する。【解決手段】強制冷却系における強制冷却電動ファン６の動作／停止を電力変換装置３の運転開始温度Ｔｉｓとの温度差を利用して制御することにより、温度範囲の拡大を抑制する。【選択図】  図１
2004312813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電動機と、前記駆動電動機を制御する電力変換装置と、前記駆動電動機と前記電力変換装置を強制冷却する冷却手段を備え、
前記冷却手段は、冷媒供給手段と、前記駆動電動機の温度を検出して電動機温度検出信号を出力する電動機温度検出手段と、前記電力変換装置の温度を検出して電力変換装置温度検出信号として出力する電力変換装置温度検出手段と、前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号を参照して前記冷媒供給手段を制御する強制冷却制御手段を備えた電動装置の冷却システムにおいて、
前記強制冷却制御手段は、
前記駆動電動機のための強制冷却を開始および停止する電動機強制冷却制御温度を記憶する電動機強制冷却制御温度記憶手段と、前記電力変換装置の運転開始時の温度を電力変換装置運転開始温度として記憶する電力変換装置運転開始温度記憶手段と、前記電力変換装置のための強制冷却を開始および停止する温度を前記電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量で強制冷却制御温度上昇量として設定して記憶する電力変換装置強制冷却制御温度上昇量記憶手段とを備え、
前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号を参照し、電動機温度検出信号が前記電動機強制冷却制御温度まで上昇し、または電力変換装置温度検出信号の前記電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量が前記強制冷却制御温度上昇量となったときに前記冷媒供給手段の動作制御を開始することを特徴とする電動装置の冷却システム。
【請求項２】
請求項１において、前記強制冷却制御温度上昇量は、強制冷却開始温度と強制冷却停止温度を含み、この強制冷却開始温度と強制冷却停止温度の温度差は、一定であることを特徴とする電動装置の冷却システム。
【請求項３】
請求項１において、前記強制冷却制御手段は、前記強制冷却制御温度上昇量を電力変換装置運転開始温度に応じて変化させるようにしたことを特徴とする電動装置の冷却システム。
【請求項４】
請求項３において、電力変換装置運転開始温度に応じた前記強制冷却制御温度上昇量は、電力変換装置運転開始温度が高くなるに伴って小さくなるようにしたことを特徴とする電動装置の冷却システム。
【請求項５】
請求項４において、電力変換装置運転開始温度が高くなるに伴って小さくなる前記強制冷却制御温度上昇量における強制冷却開始温度と強制冷却停止温度は、強制冷却開始温度に対して強制冷却停止温度の変化量を小さくしたことを特徴とする電動装置の冷却システム。
【請求項６】
請求項１〜５の１項において、前記強制冷却制御手段は、運転終了後の短い休止期間内に運転を再開したときにおける前記電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量は、前回以前の運転開始時の電力変換装置運転開始温度からの温度上昇として求めることを特徴とする電動装置の冷却システム。
【請求項７】
請求項１〜６の１項において、前記冷媒供給手段は、前記駆動電動機と電力変換装置と電動ファン付き放熱器とポンプを直列に接続して液冷媒を循環させる冷媒循環系を備え、
前記強制冷却制御手段は、外気の温度を検出して外気温度検出信号を出力する外気温度検出手段を備え、外気温度と液冷媒の温度差に応じて前記電動ファンを制御することを特徴とする電動装置の冷却システム。
【請求項８】
請求項１〜７の１項において、前記強制冷却制御手段は、電動装置運転開始時の外気温度または液冷媒の温度が該液冷媒の凝固点温度以下のときには、電力変換装置運転開始温度を液冷媒の凝固点温度に設定することを特徴とする電動装置の冷却システム。
【請求項９】
請求項１〜８の１項において、前記電力変換装置は、前記駆動電動機または電力変換装置の温度が耐熱許容温度に近付いたときには変換出力電力を減少させることを特徴とする電動装置の冷却システム。
【請求項１０】
請求項１〜９の１項において、前記電力変換装置温度検出手段は、電力変換装置を構成する半導体スイッチング素子のチップに内蔵したことを特徴とする電駆動装置の冷却システム。
【請求項１１】
駆動電動機と、前記駆動電動機を制御する電力変換装置と、前記駆動電動機と前記電力変換装置を強制冷却する冷却手段を備え、
前記冷却手段は、冷媒供給手段と、前記駆動電動機の温度を検出して電動機温度検出信号を出力する電動機温度検出手段と、前記電力変換装置の温度を検出して電力変換装置温度検出信号として出力する電力変換装置温度検出手段と、前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号を参照して前記冷媒供給手段を制御する強制冷却制御手段を備えた電駆動装置の冷却システムにおいて、
前記強制冷却制御手段は、
外気の温度を検出して外気温度検出信号を出力する外気温度検出手段を備え、
前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号と外気温度検出信号を参照して前記冷媒供給手段を制御することを特徴とする電動装置の冷却システム。
【請求項１２】
駆動電動機と、前記駆動電動機を制御する電力変換装置と、前記駆動電動機と前記電力変換装置を強制冷却する強制冷却手段を備え、前記強制冷却手段は、冷媒供給手段と、前記駆動電動機の温度を検出して電動機温度検出信号を出力する電動機温度検出手段と、前記電力変換装置の温度を検出して電力変換装置温度検出信号として出力する電力変換装置温度検出手段と、前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号を参照して前記冷媒供給手段を制御する強制冷却制御手段を備えた電動装置の冷却制御方法において、
前記強制冷却制御手段は、
前記駆動電動機のための強制冷却を開始および停止する電動機強制冷却制御温度と、前記電力変換装置の運転開始時の温度を電力変換装置運転開始温度と、前記電力変換装置のための強制冷却を開始および停止する温度として前記電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量で設定した強制冷却制御温度上昇量とを記憶し、
前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号を参照し、電動機温度検出信号が前記電動機強制冷却制御温度まで上昇し、または電力変換装置温度検出信号の前記電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量が前記強制冷却制御温度上昇量となったときに前記冷媒供給手段の動作制御を開始することを特徴とする電動装置の冷却制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動装置の冷却システムおよび冷却制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平７−２１３０９１号公報
【特許文献２】
特開平８−３３１０４号公報
【特許文献３】
特開平１０−２１０７９０号公報
【特許文献４】
特表２００１−５２７６１２号公報
ハイブリッド自動車を含む電気自動車は、電池から電力変換装置を介して駆動電動機に給電する構成であり、電力変換装置および駆動電動機の動作に伴う発熱による該電力変換装置および駆動電動機の温度上昇を抑制する強制冷却手段を備える。
【０００３】
この強制冷却手段は、前記電力変換装置や駆動電動機の温度が予め設定した所定の冷却開始温度まで上昇すると該電力変換装置や駆動電動機に外気や冷却液（不凍液）などの冷媒を強制的に供給して強制冷却する構成である。
【０００４】
例えば、特許文献１および２に記載された発明は、電気自動車用モータを制御する電力変換装置の半導体素子の放熱フィンの温度に応じて冷却風速を制御する冷却装置である。
【０００５】
また、特許文献３に記載された発明は、モータに電流を供給するインバータの半導体素子の温度を検出し、半導体素子の温度およびその変化率に応じて冷却媒体の流量を制御する電気自動車のインバータ冷却装置である。
【０００６】
また、特許文献４には、自動車のエンジンオイルの温度を適正な温度に制御するために、温度制御用流体および周囲空気温度を検出する冷却装置が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
電気自動車用駆動装置における駆動電動機は、一般的には、直流整流子電動機やインバータ駆動型の直流無整流子電動機が使用されており、このような駆動電動機への給電制御は、チョッパ回路やインバータ回路のような電力変換装置により行う構成である。動作（給電制御）時には、駆動電動機においては、コイルに電流が流れることによる損失や高速回転を行うときの機械的損失等が発生し、電力変換装置においても、電力変換制御用半導体素子の通電時とスイッチング時に損失を発生し、これらの損失は最終的には熱に変換され、発熱総量は、最大で、数ｋＷ程度になる。
【０００８】
これらの発熱は、駆動電動機や電力変換装置の温度上昇の源であり、そのまま放置すると、その温度上昇によって駆動電動機や電力変換装置が所定の性能を発揮することができなくなる。更には、絶縁材の耐圧低下を招き、最終的には破壊に至ることから、発生した熱を除去する必要がある。
【０００９】
多量に発生する熱を効率良く放熱し、かつ限られた空間内に実装することができる強制冷却手段としては、ポンプやファンのような装置を用いて冷媒を強制的に流し、発熱する装置と冷媒との間で熱交換して放熱する方法が一般的である。
【００１０】
ポンプやファンの強制冷却制御は、駆動電動機や電力変換装置の温度を検出し、固定的に設定された強制冷却開始温度と比較し、検出温度が強制冷却開始温度に到達したときに前記ポンプやファンの動作を開始させる構成である。
【００１１】
このような強制冷却制御では、強制冷却開始温度が固定されていることから、外気温度が低い冬季には、電気自動車用駆動装置の運転開始時の温度と運転中の最高温度との差が大きくなる。
【００１２】
電力変換装置は、電力変換に用いる電力変換制御用半導体素子に温度サイクルが加わると、部材間の線膨張係数差に起因する熱応力が発生し、熱疲労破壊が発生する。このことから、熱応力による破壊の発生を避けるためには、温度サイクルにおける温度差が過大になるのを避けることが望ましい。しかも、電力変換制御用半導体素子は、高温破壊に至る耐熱許容温度範囲内に維持することができるように強制冷却し、または発熱量を制限することが必要である。
【００１３】
また、駆動電動機は、電気部品の絶縁耐力や磁気部品の磁気特性が温度上昇に伴って低下することから、これらの部品温度が耐熱許容温度を越えないように冷却し、または発熱量を制限することが望ましい。
【００１４】
更に、ポンプやファンのような装置を動作させるとエネルギー消費を伴うことから、これらの装置を頻繁に起動するとエネルギー消費量が増大し、自動車のエネルギー消費率を悪化させることになる。
【００１５】
このような問題は、電気自動車用駆動装置における冷却システムに限らず、駆動電動機を使用する各種の電動装置に共通する問題でもある。
【００１６】
本発明の１つの目的は、駆動電動機への給電を制御する電力変換装置の温度サイクルによる熱応力破壊を防止するのに好適な電動装置の冷却システムおよび冷却制御方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、電力変換装置の温度サイクルによる熱応力破壊を防止すると共に駆動電動機や電力変換装置を耐熱許容温度範囲内に維持するのに好適な電動装置の冷却システムおよび冷却制御方法を提供することにある。
【００１８】
本発明の更に他の目的は、電力変換装置の温度サイクルによる熱応力破壊を防止すると共に駆動電動機や電力変換装置を耐熱許容温度範囲内に維持し、更に、強制冷却のためのエネルギー消費量を軽減するのに好適な電動装置の冷却システムおよび冷却制御方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、駆動電動機と、前記駆動電動機を制御する電力変換装置と、前記駆動電動機と前記電力変換装置を強制冷却する冷却手段を備え、
前記冷却手段は、冷媒供給手段と、前記駆動電動機の温度を検出して電動機温度検出信号を出力する電動機温度検出手段と、前記電力変換装置の温度を検出して電力変換装置温度検出信号として出力する電力変換装置温度検出手段と、前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号を参照して前記冷媒供給手段を制御する強制冷却制御手段を備えた電動装置の冷却システムにおいて、
前記強制冷却制御手段は、
前記駆動電動機のための強制冷却を開始および停止する電動機強制冷却制御温度を記憶する電動機強制冷却制御温度記憶手段と、前記電力変換装置の運転開始時の温度を電力変換装置運転開始温度として記憶する電力変換装置運転開始温度記憶手段と、前記電力変換装置のための強制冷却を開始および停止する温度を前記電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量で強制冷却制御温度上昇量として設定して記憶する電力変換装置強制冷却制御温度上昇量記憶手段とを備え、
前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号を参照し、電動機温度検出信号が前記電動機強制冷却制御温度まで上昇し、または電力変換装置温度検出信号の前記電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量が前記強制冷却制御温度上昇量となったときに前記冷媒供給手段の動作制御を開始することを特徴とする。
【００２０】
そして、前記強制冷却制御温度上昇量は、強制冷却開始温度と強制冷却停止温度を含み、この強制冷却開始温度と強制冷却停止温度の温度差は、一定であることを特徴とする。
【００２１】
また、前記強制冷却制御手段は、前記強制冷却制御温度上昇量を電力変換装置運転開始温度に応じて変化させるようにしたことを特徴とする。
【００２２】
また、電力変換装置運転開始温度に応じた前記強制冷却制御温度上昇量は、電力変換装置運転開始温度が高くなるに伴って小さくなるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
また、電力変換装置運転開始温度が高くなるに伴って小さくなる前記強制冷却制御温度上昇量における強制冷却開始温度と強制冷却停止温度は、強制冷却開始温度に対して強制冷却停止温度の変化量を小さくしたことを特徴とする。
【００２４】
また、前記強制冷却制御手段は、運転終了後の短い休止期間内に運転を再開したときにおける前記電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量は、前回以前の運転開始時の電力変換装置運転開始温度からの温度上昇として求めることを特徴とする。
【００２５】
また、前記冷媒供給手段は、前記駆動電動機と電力変換装置と電動ファン付き放熱器とポンプを直列に接続して液冷媒を循環させる冷媒循環系を備え、前記強制冷却制御手段は、外気の温度を検出して外気温度検出信号を出力する外気温度検出手段を備え、外気温度と液冷媒の温度差に応じて前記電動ファンを制御することを特徴とする。
【００２６】
また、前記強制冷却制御手段は、電動装置運転開始時の外気温度または液冷媒の温度が該液冷媒の凝固点温度以下のときには、電力変換装置運転開始温度を液冷媒の凝固点温度に設定することを特徴とする。
【００２７】
また、前記電力変換装置は、前記駆動電動機または電力変換装置の温度が耐熱許容温度に近付いたときには変換出力電力を減少させることを特徴とする。
【００２８】
また、前記電力変換装置温度検出手段は、電力変換装置を構成する半導体スイッチング素子のチップに内蔵したことを特徴とする電駆動装置の冷却システム。
【００２９】
また、本発明は、駆動電動機と、前記駆動電動機を制御する電力変換装置と、前記駆動電動機と前記電力変換装置を強制冷却する冷却手段を備え、
前記冷却手段は、冷媒供給手段と、前記駆動電動機の温度を検出して電動機温度検出信号を出力する電動機温度検出手段と、前記電力変換装置の温度を検出して電力変換装置温度検出信号として出力する電力変換装置温度検出手段と、前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号を参照して前記冷媒供給手段を制御する強制冷却制御手段を備えた電駆動装置の冷却システムにおいて、
前記強制冷却制御手段は、
外気の温度を検出して外気温度検出信号を出力する外気温度検出手段を備え、
前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号と外気温度検出信号を参照して前記冷媒供給手段を制御することを特徴とする。
【００３０】
また、本発明は、駆動電動機と、前記駆動電動機を制御する電力変換装置と、前記駆動電動機と前記電力変換装置を強制冷却する強制冷却手段を備え、前記強制冷却手段は、冷媒供給手段と、前記駆動電動機の温度を検出して電動機温度検出信号を出力する電動機温度検出手段と、前記電力変換装置の温度を検出して電力変換装置温度検出信号として出力する電力変換装置温度検出手段と、前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号を参照して前記冷媒供給手段を制御する強制冷却制御手段を備えた電動装置の冷却制御方法において、
前記強制冷却制御手段は、
前記駆動電動機のための強制冷却を開始および停止する電動機強制冷却制御温度と、前記電力変換装置の運転開始時の温度を電力変換装置運転開始温度と、前記電力変換装置のための強制冷却を開始および停止する温度として前記電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量で設定した強制冷却制御温度上昇量とを記憶し、
前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号を参照し、電動機温度検出信号が前記電動機強制冷却制御温度まで上昇し、または電力変換装置温度検出信号の前記電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量が前記強制冷却制御温度上昇量となったときに前記冷媒供給手段の動作制御を開始することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１〜図６を用いて説明する。なお、各実施の形態において共通または相応する構成部品は、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００３２】
本発明の第１の実施の形態について、図１および図２を用いて説明する。図１は、この第１の実施の形態である電気自動車用駆動装置の冷却システムのブロック図、図２は、その強制冷却制御特性図、図３は強制冷却制御処理フローチャートである。
【００３３】
この第１の実施の形態は、基本的には、電力変換装置のための強制冷却については、電気自動車の運転開始（キースイッチ投入時や電力変換装置の動作開始等）時における電力変換装置の温度を電力変換装置運転開始温度として記憶し、電力変換装置の前記電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量を監視して強制冷却制御を開始し、駆動電動機のための強制冷却については、駆動電動機の温度を監視して該温度が該駆動電動機の耐熱許容温度に基づいて設定した強制冷却開始温度まで上昇したときに強制冷却制御を開始する構成である。また、これらの強制冷却制御によっても駆動電動機または電力変換装置の温度がこれらの耐熱許容温度に近付いたときには変換出力電力を減少させる構成である。
【００３４】
図１を用いて、電気自動車用駆動装置の冷却システムの構成を説明する。この電気自動車用駆動装置の冷却システムは、電気自動車の走行動力を発生するインバータ駆動ブラシレスモータや整流子電動機等の駆動電動機１と、前記駆動電動機１の温度を検出して電動機温度検出信号を出力する電動機温度検出手段である電動機温度検出センサ２と、前記駆動電動機１を動作させる変換出力電力を制御するインバータやチョッパ等の電力変換装置３と、前記電力変換装置３の温度を検出して電力変換装置温度検出信号を出力する電力変換装置温度検出手段である電力変換装置温度検出センサ４と、外気５を取り込んで強制冷却冷媒として送り出す強制冷却電動ファン６と、前記強制冷却電動ファン６から送り出された強制冷却冷媒を前記電力変換装置２および前記駆動電動機１に流通させる強制冷却冷媒流路７と、キースイッチ８やアクセルペダル９から出力される指令信号および前記電動機温度検出センサ２から出力される電動機温度検出信号や電力変換装置温度検出センサ４から出力される電力変換装置温度検出信号を参照して前記電力変換装置３を制御すると共に後述する強制冷却制御装置に向けて運転／休止信号を出力する主制御装置１０と、前記電動機温度検出センサ２から出力される電動機温度検出信号や電力変換装置温度検出センサ４から出力される電力変換装置温度検出信号および前記主制御装置１０から出力される運転／休止信号を参照して前記前記強制冷却電動ファン６の動作を制御する強制冷却制御装置１１と、これらに直流電源を供給する電池１２を備える。
【００３５】
電力変換装置３は、詳細な図示説明は省略するが、ＩＧＢＴのような半導体スイッチング素子３０１を使用して窒化アルミニウムを使用した絶縁基板３０２上にインバータやチョッパを形成した電力制御電子回路ユニット３０３を冷媒に曝して放熱する銅やアルミニウム等の冷却基板３０４にハンダ付け３０５により接合した構造であり、前記電力制御電子回路ユニット３０３は、前記電池１２から駆動電動機１に供給する変換出力電力を前記主制御装置１０からの制御信号に基づいて制御するように動作する。そして、この電力変換供給制御動作に伴って電力制御電子回路ユニット３０３に発生する熱は、ハンダ付け３０５と冷却基板３０４を介して強制冷却冷媒流路７に流れる冷媒に放出する。電力変換装置温度検出センサ４は、前記絶縁基板３０２の温度に感応するように該絶縁基板３０２上に取り付ける。
【００３６】
主制御装置１０は、詳細な図示説明は省略するが、ＣＰＵ１００１やメモリ１００２や入力／出力回路１００３等を使用して構成したマイクロコンピュータを主体にして構成する。メモリ１００２には、予め、運転制御プログラムと駆動電動機１や電力変換装置３を耐熱許容温度範囲内に維持するように発熱量を軽減すべく変換出力電力を減少させ、またはゼロにするための制御情報（例えば、耐熱許容温度の約９０％の温度を変換出力電力減少開始温度として設定し、耐熱許容温度を変換出力停止温度として設定する）を記憶する。
【００３７】
ＣＰＵ１００１は、キースイッチ８がオン（運転指令）するとメモリ１００２に格納された運転制御プログラムを実行して運転制御状態となり、強制冷却制御装置１１に向けて出力する運転／休止信号を「運転」とし、アクセルペダル９の踏み込み量に応じた速度指令信号に基づいて該速度指令信号に応じた変換出力電力を駆動電動機１に供給するように電力変換装置３を制御し、更に、電動機温度検出センサ２から出力される電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出センサ４から出力される電力変換装置温度検出信号を監視し、駆動電動機１や電力変換装置３を耐熱許容温度範囲内に維持するように発熱量を軽減すべく変換出力電力を減少させ、アクセルペダル９が解放されると速度指令信号がゼロになることから、変換出力電力をゼロにするように電力変換装置３を制御し、更に、キースイッチ８がオフ（休止指令）すると、強制冷却制御装置１１に向けて出力する運転／休止信号を「休止」として運転制御終了（休止）状態にする動作制御機能を備える。
【００３８】
強制冷却制御装置１１は、詳細な図示説明は省略するが、ＣＰＵ１１０１やメモリ１１０２や入力／出力回路１１０３等を使用して構成したマイクロコンピュータを主体にして構成する。メモリ１１０２には、予め、強制冷却制御プログラムと、制御情報として、駆動電動機１のための強制冷却を開始および停止する電動機強制冷却制御温度Ｔｍ１，Ｔｍ２と、電力変換装置３のための強制冷却を開始および停止する温度を電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓからの温度上昇量で設定した強制冷却制御温度上昇量Ｔｉα，Ｔｉβを格納する。
【００３９】
駆動電動機１のための強制冷却における電動機強制冷却制御温度Ｔｍ１，Ｔｍ２は、この駆動電動機１を構成する電気部品の絶縁耐力や磁気部品の磁気特性が温度上昇に伴って低下するのを防止し、強制冷却電動ファン６を動作させることによる強制冷却消費電力（エネルギー消費量）を軽減することを考慮して、強制冷却を開始させるための強制冷却開始温度Ｔｍ１と強制冷却を停止させるための強制冷却停止温度Ｔｍ２を設定する。例えば、強制冷却開始温度Ｔｍ１を９０℃に設定し、強制冷却停止温度Ｔｍ２を７０℃に設定する。
【００４０】
電力変換装置３のための強制冷却における強制冷却制御温度上昇量Ｔｉα，Ｔｉβは、強制冷却を開始させるための強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαと強制冷却を停止させるための強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβであり、主として、電力変換装置３の温度サイクルによる熱応力によって電力制御電子回路ユニット３０３を冷却基板３０４に接着するハンダ付け３０５が破壊するのを防止し、強制冷却電動ファン６を動作させることによる強制冷却消費電力（エネルギー消費量）を軽減することを考慮して設定した温度上昇量であり、図２に示すように、強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαを電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓからの温度上昇量で設定し、強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβを電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓからの温度上昇量で設定する。例えば、強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαは５０℃に設定し、強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβを３５℃に設定する。強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαと強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβの差Ｔｉγは一定（ここでは、１５℃）であるので、前記強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβは、強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαからの下降量（＝差Ｔｉγ）で設定しても良い。
【００４１】
ＣＰＵ１１０１は、主制御装置１０から出力される運転／休止信号が「運転」になると強制冷却制御プログラムを実行し、そのときに電力変換装置温度検出センサ４から出力されている電力変換装置温度検出信号（Ｔｉ）を電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓとしてメモリ１１０２に記憶する。その後、電動機温度検出センサ２から出力される電動機温度検出信号（Ｔｍ）と電力変換装置温度検出センサ４から出力される電力変換装置温度検出信号（Ｔｉ）を、随時、読み取って強制冷却制御を実行する。
【００４２】
ＣＰＵ１１０１は、駆動電動機１を強制冷却するための強制冷却制御では、電動機温度検出センサ２から出力される電動機温度検出信号（Ｔｍ）を監視し、電動機温度Ｔｍが駆動電動機１のための強制冷却を開始する電動機強制冷却開始温度Ｔｍ１以上に上昇すると、強制冷却ファン６を動作させて外気５を取り込んで強制冷却冷媒として強制冷却冷媒流路７に送り出して駆動電動機１および電力変換装置３を強制冷却する。そして、この強制冷却によって、駆動電動機１の温度Ｔｍが電動機強制冷却停止温度Ｔｍ２以下に下降すると、強制冷却ファン６を停止させて強制冷却を停止する。
【００４３】
また、電力変換装置３のための強制冷却制御では、電力変換装置３の温度Ｔｉが電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓに強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαを加えた電力変換装置強制冷却開始温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉα）以上に上昇すると、強制冷却ファン６を動作させて外気５を取り込んで強制冷却冷媒として強制冷却冷媒流路７に送り出して駆動電動機１および電力変換装置３を強制冷却する。この強制冷却によって、電力変換装置３の温度Ｔｉが電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓに強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβを加えた電力変換装置強制冷却停止温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉβ）以下に下降すると、強制冷却ファン６を停止させて強制冷却を停止する。
【００４４】
駆動電動機１のための強制冷却と電力変換装置３のための強制冷却は、強制冷却電動ファン６を共用する構成であるので、ＣＰＵ１１０１は、駆動電動機１または電力変換装置３の何れかの強制冷却が必要な状態では強制冷却電動ファン６を動作させて強制冷却冷媒を強制冷却冷媒流路７に送り出すように制御する。
【００４５】
このような強制冷却制御を実現するために強制冷却制御装置１１におけるＣＰＵ１１０１が実行する制御処理の例を図３に示す制御処理フローチャートを参照して説明する。
【００４６】
ステップＳ１
主制御装置１０から出力される運転／休止信号を監視し、「運転」になるとステップＳ２に移る。
【００４７】
ステップＳ２
運転／休止信号が「運転」になったときに電力変換装置温度検出センサ４から出力されている電力変換装置温度検出信号を読み込み、その電力変換装置温度Ｔｉを電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓとしてメモリ１１０２に記憶してステップＳ３に移る。
【００４８】
ステップＳ３
電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓに強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαを加えた電力変換装置強制冷却開始温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉα）と、電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓに強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβを加えた電力変換装置強制冷却停止温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉβ）を求めてメモリ１１０２に記憶（設定）してステップＳ４に移る。
【００４９】
ステップＳ４
電動機温度検出信号（Ｔｍ）と電力変換装置温度検出信号（Ｔｉ）を読み込み、電動機温度Ｔｍと電力変換装置温度Ｔｉを検出してステップＳ５に移る。
【００５０】
ステップＳ５
検出した電動機温度Ｔｍとメモリ１１０２に記憶されている電動機強制冷却開始温度Ｔｍ１を比較して処理を分岐する。電動機温度Ｔｍが電動機強制冷却開始温度Ｔｍ１以上のときにはステップＳ６に移り、電動機温度Ｔｍが電動機強制冷却開始温度Ｔｍ１より低いときにはステップＳ７に移る。
【００５１】
ステップＳ６
強制冷却電動ファン６を動作（回転）状態にしてステップＳ１２に移る。
【００５２】
ステップＳ７
検出した電力変換装置温度Ｔｉとメモリ１１０２に記憶されている電力変換装置強制冷却開始温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉα）を比較して処理を分岐する。電力変換装置温度Ｔｉが電力変換装置強制冷却開始温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉα）以上のときにはステップＳ６に移り、電力変換装置温度Ｔｉが電力変換装置強制冷却開始温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉα）よりも低いときにはステップＳ８に移る。
【００５３】
ステップＳ８
強制冷却電動ファン６が動作中かどうかを確認し、動作中であればステップＳ９に移り、動作中でなければステップＳ１２に移る。
【００５４】
ステップＳ９
検出した電動機温度Ｔｍとメモリ１１０２記憶されているに電動機強制冷却停止温度Ｔｍ２を比較し、電動機温度Ｔｍが電動機強制冷却停止温度Ｔｍ２より高いときにはステップＳ１２に移り、電動機温度Ｔｍが電動機強制冷却停止温度Ｔｍ２以下のときにはステップＳ１０に移る。
【００５５】
ステップＳ１０
検出した電力変換装置温度Ｔｉとメモリ１１０２に記憶されている電力変換装置強制冷却停止温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉβ）を比較し、電力変換装置温度Ｔｉが電力変換装置強制冷却停止温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉβ）よりも高いときにはステップＳ１２に移り、電力変換装置温度Ｔｉが電力変換装置強制冷却停止温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉβ）以下のときにはステップＳ１１に移る。
【００５６】
ステップＳ１１
強制冷却電動ファン６を回転停止状態にしてステップＳ１２に移る。
【００５７】
ステップＳ１２
主制御装置１０から出力される運転／休止信号を確認して処理を分岐する。運転／休止信号が「運転」であればステップＳ４に移り、「休止」であればステップＳ１３に移る。
【００５８】
ステップＳ１３
強制冷却電動ファン６を停止状態にする運転終了処理を実行して終了する。
【００５９】
このような強制冷却制御によれば、電力変換装置３のための強制冷却については、温度サイクルによる熱応力によって電力変換装置３が破壊するのを防止し、強制冷却電動ファン６を動作させることによる強制冷却消費電力を軽減することを考慮して設定した電力変換装置運転開始温度からの温度上昇量に基づいて制御するようにしているので、運転開始時温度が低い冬季においても温度差は小さくなり、四季を通じて温度サイクルを一定に保つことが可能となるために、熱応力が過大になるのを防止することができ、強制冷却消費電力も軽減する。また、駆動電動機１のための強制冷却については、駆動電動機１を構成する電気部品の絶縁耐力や磁気部品の磁気特性が温度上昇に伴って低下するのを防止し、強制冷却電動ファン６を動作させるることによる強制冷却消費電力を軽減することを考慮して設定した強制冷却制御温度に基づいて制御するようにしているので、駆動電動機１の性能および寿命の劣化を防止し、強制冷却消費電力も軽減する。
【００６０】
この実施の形態では、強制冷却冷媒として外気５を使用したが、これに限定されるものではない。
【００６１】
また、強制冷却制御は、「強制冷却動作」と「停止」の２段階制御を例示したが、温度に応じて強制冷却力（強制冷却ファン６の回転速度）を変えるようにした多段階制御に変形することもできる。以下に示す実施の形態においても同様である。
【００６２】
本発明の第２の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。図４は、この第２の実施の形態における強制冷却制御情報テーブルである。
【００６３】
この第２の実施の形態は、前述した第１の実施の形態における図２に示した強制冷却制御特性における、電力変換装置３のための強制冷却における強制冷却制御温度上昇量である強制冷却を開始させるための強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαと強制冷却を停止させるための強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβを電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓに応じて変化する変数で設定する構成である。具体的には、電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓが高くなるに強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαと強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβを小さくする。電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓが高くなることによる強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβの減少量は、強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαの減少量よりも少なくする。図４は、このような電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓに対する強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαと強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβを例示している。
【００６４】
そして、図１に示したブロック図のように構成した電気自動車用駆動装置の冷却システムの強制冷却制御を、このような制御情報に基づいて実行することにより、電力変換装置３に作用する熱応力は、増加するものの、低温時における強制冷却電動ファン６の動作が抑えられるために、強制冷却のための消費電力を一層軽減することができる。
【００６５】
具体的には、この第２の実施の形態の制御においては、強制冷却制御装置１１におけるＣＰＵ１１０１は、ステップＳ３において電力変換装置強制冷却開始温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉα）と電力変換装置強制冷却開始温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉβ）を求めて設定するために電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓに加える強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαと強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβを電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓに応じて選択する処理を追加する。
【００６６】
本発明の第３の実施の形態について図１〜図５を用いて説明する。図５は、この第３の実施の形態における電力変換装置の温度の経時変化を示す温度特性図である。
【００６７】
運転終了後の休止期間中は、駆動電動機１および電力変換装置３の温度が自然冷却によって徐々に下降する。従って、運転終了後の短い期間内に運転を再開したときには、駆動電動機１および電力変換装置３の温度が環境温度に対して相当に高い状態にあり、電力変換装置３内には熱応力が残留している。このような状態で運転を再開することによる電力変換装置３の温度上昇に伴う熱応力は、熱応力が消失するような長い休止期間後の運転開始である前回以前の運転開始時の電力変換装置運転開始温度からの温度上昇によるものとして考慮することが望ましい。
【００６８】
この第３の実施の形態は、このような電力変換装置３の熱応力の残留を考慮して、前述した第１の実施の形態における電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓとして、運転終了後の短い休止期間内に運転を再開したときには、熱応力が消失するような長い休止期間後の運転開始である前回以前の運転開始時の電力変換装置運転開始温度を採用するものである。
【００６９】
具体的には、図５に示すように、電気自動車を長時間休止して電力変換装置３の温度Ｔｉが環境温度に略等しい状態となったｔ１においてキースイッチ８をオンさせて運転を開始すると、そのときの電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓ１であり、その後、電気自動車の走行，停車の繰り返しによって駆動電動機１および電力変換装置３の温度Ｔｍ，Ｔｉは上昇，下降を繰り返し、駆動電動機１または電力変換装置３の温度Ｔｍ，Ｔｉが電動機強制冷却開始温度Ｔｍ１または電力変換装置強制冷却開始温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉα）以上になると強制冷却電動ファン６を動作させて駆動電動機１および電力変換装置３を強制冷却を開始し、電動機強制冷却停止温度Ｔｍ２および電力変換装置強制冷却停止温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉβ）以下になると強制冷却電動ファン６を停止させて強制冷却を停止する。
【００７０】
ｔ２において、キースイッチ８がオフされて運転が終了して休止状態になると、駆動電動機１および電力変換装置３の温度Ｔｍ，Ｔｉは自然放熱によって下降する。
【００７１】
その後、運転終了後の短い休止期間内で電力変換装置３の温度Ｔｉが環境温度よりも高い温度にあるｔ３に運転を再開すると、このときの電力変換装置運転開始温度はＴｉｓ２となる。このような状態では、電力変換装置３には、前回の運転における発熱による温度上昇による熱応力が残留しており、また、この電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓ２に強制冷却開始温度上昇量Ｔｉαおよび強制冷却停止温度上昇量Ｔｉβを加えて電力変換装置強制冷却開始温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉα）および電力変換装置強制冷却停止温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉβ）を設定すると、電力変換装置３のための強制冷却制御温度が高過ぎる状態となってしまう恐れがある。
【００７２】
従って、この第３の実施の形態では、このような短時間の運転休止の後の運転再開では、電力変換装置３の温度が十分に低下し、熱応力が消失するような長い休止期間後の運転開始である前回以前の運転開始時の電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓ１を電力変換装置３の強制冷却制御に使用する電力変換装置強制冷却開始温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉα）および電力変換装置強制冷却停止温度（Ｔｉｓ＋Ｔｉβ）を設定ための電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓとして採用するように構成する。
【００７３】
このような強制冷却制御を実現するために、この第３の実施の形態における強制冷却制御装置１１のＣＰＵ１１０１は、時計機能を備え、メモリ１１０２は、電力変換装置３の十分な温度下降に必要な時間を考慮して予め設定した所望休止期間を記憶して保持し、休止中にも電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓを保持する情報保持機能を備える。そして、ＣＰＵ１１０１は、ステップＳ１３の運転終了処理において運転終了日時刻をメモリ１１０２に記憶して保持させる処理を実行し、ステップＳ２においては、運転開始日時刻を読み込んで前回の運転終了日時刻からの休止期間を求め、この休止期間が前記所望休止期間を越えているときにはそのときの電力変換装置３の温度Ｔｉｓ２を電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓとして書き換え設定し、前記所望休止期間以内であるときには前回始動時の電力変換装置３の温度Ｔｉｓ１を電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓとして設定する処理を実行する。
【００７４】
その他は、前述した実施の形態と同様である。
【００７５】
このような第３の実施の形態によれば、前述した実視の形態と同様な強制冷却効果が得られると共に、短時間休止後の運転再開においても電力変換装置３における温度差が大きくなることがなく、温度サイクルを一定範囲内に抑えられるために高信頼の電気自動車用駆動装置を実現することができる。
【００７６】
本発明の第４の実施の形態について図２〜図６を用いて説明する。図６は、この第４の実施の形態における電気自動車用駆動装置の冷却システムのブロック図である。
【００７７】
この第４の実施の形態は、電力変換装置３と駆動電動機１の熱を液冷媒に放熱させ、液冷媒の熱は、電動ファン付き放熱器によって外気に放熱する構成であり、電動ファン付き放熱器における外気への放熱能力（電動ファンの動作／停止）を制御するものである。すなわち、液冷媒を循環させて強制冷却している状態において、液冷媒と外気の温度差が大きいときには放熱器の放熱能力が大きいことから自然通風によって放熱させ、液冷媒と外気の温度差が小さいときには放熱器の放熱能力が小さい強制通風によって放熱を促進させるものである。
【００７８】
この第４の実施の形態は、液冷媒を循環させる冷媒循環系として、ウォータポンプ１３から出て電力変換装置３と駆動電動機１と外気５に放熱する電動ファン付き放熱器１４を順次に経由してウォータポンプ１３に戻る強制冷却冷媒流路７を形成する。また、外気５の温度を検出して外気温度検出信号（Ｔａ）を出力する外気温度検出手段である外気温度検出センサ１５を備える。
【００７９】
そして、強制冷却制御装置１１は、前記強制冷却電動ファン６の制御と同様にしてウォータポンプ１３を制御し、更に、ウォータポンプ１３を動作させて液冷媒を循環させて強制冷却しているときに外気温度検出センサ１５から出力される外気温度検出信号（Ｔａ）を参照して外気温度Ｔａと液冷媒温度Ｔｆとの温度差Ｔａ−ｆが予め設定した放熱器強制放熱開始温度差Ｔｗ１以下になると該放熱器１４の電動ファンを動作させて強制通風し、放熱器強制放熱停止温度差Ｔｗ２以上になると前記電動ファンを停止させる制御を実行する。温度差Ｔａ−ｆ（放熱器強制放熱開始温度差Ｔｗ１と放熱器強制放熱停止温度差Ｔｗ２）は、電動ファン付き放熱器１４の放熱特性に応じて設定する。
【００８０】
液冷媒温度Ｔｆは、強制冷却冷媒流路７に温度検出センサを設置して検出することが望ましいが、この第４の実施の形態では、液冷媒温度Ｔｆと電力変換装置温度Ｔｉが略一定の関係となることから、電力変換装置温度検出信号（Ｔｉ）を流用している。また、電動機温度検出信号（Ｔｍ）を流用したり、電動ファン付き放熱器１４に温度検出センサ（図示省略）を設置して該温度検出センサから出力する温度検出信号を流用するように構成することもできる。
【００８１】
このように電動ファン付き放熱器１４における電動ファンの動作を制御するために、強制冷却制御装置１１は、メモリ１１０２に放熱器強制放熱開始温度差Ｔｗ１と熱器強制放熱停止温度差Ｔｗ２を予め設定して記憶させておき、ＣＰＵ１１０１は、ウォータポンプ１３を動作させて液冷媒を循環させて強制冷却しているときに外気温度検出センサ１５から出力される外気温度検出信号を参照して外気温度Ｔａを検出し、外気温度Ｔａと液冷媒温度Ｔｆの温度差Ｔａ−ｆが予め設定した放熱器強制放熱開始温度Ｔｗ１以上になると該放熱器１４の電動ファンを動作させ、放熱器強制放熱停止温度Ｔｗ２以下になると前記電動ファンを停止させる制御処理を実行するように構成する。
【００８２】
その他は、前述した実施の形態と同様である。
【００８３】
このような第４の実施の形態によれば、前述したと同様な強制冷却効果を得ることができると共に、駆動電動機１および電力変換装置３を熱容量の大きい液冷媒によって強制冷却することができるので、冷却効率を高めて小型化することができる。また、電動ファン付き放熱器１４は、放熱器強制放熱開始温度差Ｔｗ１以上になるまでは電動ファンを休止させた状態で自然放熱するので、電動ファンを動作させて強制通風するための電力（エネルギー）消費量を軽減することができる。
【００８４】
本発明の第５の実施の形態について図２〜図７を用いて説明する。図７は、この第５の実施の形態の電気自動車用駆動装置の冷却システムにおける液冷媒（電力変換装置）の温度の経時変化を示す特性図である。
【００８５】
強制冷却に使用する液冷媒は、電気自動車が使用される環境の予想し得る外気温度より低い凝固点温度のものを使用するように構成するが、予想外の寒気到来などによって外気温度が液冷媒の凝固点温度よりも低くなることがある。このようなときには、液冷媒が凝固するが、電気自動車を運転することによる駆動電動と電力変換装置の発熱によって液冷媒が加熱されて溶解する。しかし、このような状態で強制冷却制御系が機能してウォータポンプと電動ファン付き放熱器の電動ファンが動作すると、液冷媒が過冷されて再凝固してしまう恐れがある。
【００８６】
この第５の実施の形態は、このような液冷媒の再凝固を防止するものであり、電気自動車の運転開始時の液冷媒または外気の温度が該液冷媒の凝固点温度以下であるときには、強制冷却制御のために設定する電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓとして液冷媒凝固点温度を使用する構成である。
【００８７】
具体的には、図７に示すように、外気の温度または液冷媒の温度に相応する電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓ３が強制冷却冷媒流路７内を流通させる液冷媒の凝固点温度Ｔｆｍ以下の状態における強制冷却制御では、凝固点温度Ｔｆｍを電力変換装置運転開始温度Ｔｉｓとして設定して強制冷却制御処理を実行する。
【００８８】
このようにすれば、強制冷却系は、液冷媒の凝固点温度Ｔｆｍよりも相当に高い温度で動作するようになるので、液冷媒の再凝固を防止することができると共に電力（エネルギー）消費量も軽減することができる。
【００８９】
以上に説明した各実施の形態は、駆動電動機１の制御と強制冷却制御を別個の主制御装置１０と強制冷却制御装置１１で行うように構成したが、駆動電動機１の制御と強制冷却制御を１つの主制御装置１０で行うように構成しても良い。
【００９０】
以上に説明した各実施の形態における電力変換装置温度検出センサ４は、電力変換装置３の電力制御電子回路ユニット３０３の絶縁基板３０２上に取り付けた構成であるが、ＩＧＢＴのような半導体スイッチング素子３０１のチップに温度検出センサが内蔵されている場合には、このチップ内蔵の温度検出センサで代用することができる。
【００９１】
また、本発明は、前述した電気自動車用駆動装置の冷却システムおよび冷却制御方法に限らず、駆動電動機と、前記駆動電動機を制御する電力変換装置と、前記駆動電動機と前記電力変換装置を強制冷却する冷却手段を備え、前記冷却手段は、冷媒供給手段と、前記駆動電動機の温度を検出して電動機温度検出信号を出力する電動機温度検出手段と、前記電力変換装置の温度を検出して電力変換装置温度検出信号として出力する電力変換装置温度検出手段と、前記電動機温度検出信号と電力変換装置温度検出信号を参照して前記冷媒供給手段を制御する強制冷却制御手段を備えた各種の電駆動装置の冷却システムおよび冷却制御方法として実施することができる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明の電動装置の冷却システムおよび冷却制御方法によれば、電力変換装置の運転開始時の温度と運転中の温度差が一定となるように強制冷却するために、電力変換装置の熱応力による破壊を防止することができる。
【００９３】
また、駆動電動機や電力変換装置を耐熱許容温度範囲内に維持することもできる。
【００９４】
更に、強制冷却のためのエネルギー消費量を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電気自動車用駆動装置の冷却システムのブロック図である。
【図２】第１の実施の形態における強制冷却特性図である。
【図３】第１の実施の形態における強制冷却制御処理フローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態における強制冷却制御情報テーブルである。
【図５】本発明の第３の実施の形態における電力変換装置の温度の経時変化を示す温度特性図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態における電気自動車用駆動装置の冷却システムのブロック図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態の電気自動車用駆動装置の冷却システムにおける液冷媒（電力変換装置）の温度の経時変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１…駆動電動機、２…電動機温度検出センサ、３…電力変換装置、４…電力変換装置温度検出センサ、５…外気、６…強制冷却電動ファン、７…強制冷却冷媒流路、８…キースイッチ、９…アクセルペダル、１０…主制御装置と、１１…強制冷却制御装置、１２…電池、１３…ウォーターポンプ、１４…電動ファン付きラジエータ、１５…外気温度検出センサ。
【図１】
2004312813.tif 000003
【図２】
2004312813.tif 000004
【図３】
2004312813.tif 000005
【図４】
2004312813.tif 000006
【図５】
2004312813.tif 000007
【図６】
2004312813.tif 000008
【図７】
2004312813.tif 000009