(57)【要約】【課題】モータを駆動制御する駆動回路の熱的保護と省電力化との両立が可能なモータ駆動装置を提供する。【解決手段】制御装置４０は、交流モータＭ１のトルク指令値ＴＲを交流モータＭ１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電流制御を採用する。さらに制御装置４０は、変換した電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいて、冷媒路５０〜５６を通流する冷却水の目標流量Ｑ＊を設定し、その設定された目標流量Ｑ＊で冷却水が循環するようにウォーターポンプ６６を駆動するための信号ＰＷＲを生成してウォーターポンプ６６へ出力する。ウォーターポンプ６６は駆動制御部４３０の信号ＰＷＲに応じて回転数が制御され、目標流量Ｑ＊に一致した流量の冷却水を冷媒路５０〜５６に循環させる。【選択図】図２
2007166804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子のスイッチング動作により電源とモータとの間で電力変換を行なう駆動回路と、
前記モータの駆動電流が前記モータの要求出力から生成した電流指令に一致するように前記スイッチング素子のスイッチング制御を行なう制御装置と、
冷却媒体を用いて前記駆動回路を冷却する冷却装置と、
前記電流指令に基づいて前記駆動回路に対する前記冷却媒体の供給量を制御する冷却装置制御装置とを備える、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記冷却装置制御装置は、前記電流指令と前記電流指令から推定される前記スイッチング素子の発熱量を基に設定された前記冷却媒体の供給量との関係を示すマップを保持しており、前記マップを参照して、前記電流指令に対応する前記冷却媒体の供給量を決定する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
車輪と、
前記車輪を駆動するモータと、
前記モータを駆動する請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置とを備える、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータ駆動装置およびそれを備えた車両に関し、より特定的には、モータを駆動制御する駆動回路の熱的保護と省電力化との両立が可能なモータ駆動装置およびそれを備えた車両に関する。
【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、インバータはスイッチング素子のスイッチング動作により発熱するため、熱破壊する可能性がある。そのため、インバータを過熱から保護するために、インバータの冷却装置が設けられる（たとえば特許文献１〜３参照）。
【０００４】
そして、インバータの冷却制御装置としては、一例として、インバータの冷却器近傍に温度センサを設け、温度センサにより検出された冷却器の温度からスイッチング素子の損失（発熱量）を演算し、冷却器の温度およびスイッチング素子の損失に基づいてスイッチング素子を基板と接合する接合部分温度を演算し、接合部分温度に基づいて冷却器に冷却水を流すためのウォーターポンプや冷却水を冷却するためのラジエータファンのオン／オフを制御するものが検討されている。
【０００５】
また他の例として、特許文献１は、複数のインバータの各々に含まれるスイッチング素子を冷却する冷却手段と、各インバータのスイッチング素子の接合部分温度を推定する温度推定手段と、推定された接合部分温度に基づいて冷却手段の冷却媒体の冷却温度を制御する駆動手段とを備えたインバータの冷却制御装置を開示する。
【０００６】
より具体的には、温度推定手段は、温度センサで検出されたインバータの温度と、冷却媒体と、複数のインバータの熱抵抗とを熱モデル化して各インバータのスイッチング素子の接合部分温度を演算する。駆動手段は、演算された接合部分温度に基づいてウォーターポンプやラジエータファンを駆動制御し、冷却媒体温度を制御して冷却器の冷却能力を制御する。これによれば、接合部分温度を精度良く演算することができる。そのため、複数のインバータの接合部分温度を精度良く演算できない従来のインバータの冷却制御装置に対して、駆動手段の作動頻度を低減することが可能となり、消費電力を抑えることができる。
【特許文献１】特開２００３−１８８６１号公報
【特許文献２】特開２００４−３２４６１３号公報
【特許文献３】特開平１１−２９４１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来のインバータの冷却制御装置によれば、インバータのスイッチング素子の接合部分温度の推定精度が高められるものの、その推定に複雑な演算処理を要するために、実際の接合部分温度の上昇に対して駆動手段による冷却器の冷却能力の制御が追従できないという問題が生じていた。
【０００８】
たとえば、モータ要求出力の急激な変動に応じてインバータを流れるモータ駆動電流が急増した場合においては、接合部分温度の上昇比率が高くなるために早急に冷却器の冷却能力を高めることが必要とされる。しかしながら、冷却器の制御は上記の温度推定手段の実行後にはじめて行なわれるため、接合部分温度の上昇を抑えることが困難となり、インバータを熱破壊させる可能性を引き起こしてしまう。
【０００９】
ここで、冷却器の制御応答性を確保する手段としては、接合部分温度の高低に関わらず、熱負荷が最大となるときに要求される冷却能力に固定して冷却器を制御する方法が挙げられる。
【００１０】
しかしながら、かかる方法では、冷却器の消費電力を無駄に増加させることとなるため、インバータの冷却制御装置を搭載した車両においては、燃費を低下させる要因となり得る。
【００１１】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータを駆動制御する駆動回路の熱的保護と冷却装置の省電力化との両立が可能なモータ駆動装置を提供することである。
【００１２】
また、この発明の別の目的は、モータを駆動制御する駆動回路の熱的保護と冷却装置の省電力化との両立が可能なモータ駆動装置を備えた車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によれば、モータ駆動装置は、スイッチング素子のスイッチング動作により電源とモータとの間で電力変換を行なう駆動回路と、モータの駆動電流がモータの要求出力から生成した電流指令に一致するようにスイッチング素子のスイッチング制御を行なう制御装置と、冷却媒体を用いて駆動回路を冷却する冷却装置と、電流指令に基づいて駆動回路に対する冷却媒体の供給量を制御する冷却装置制御装置とを備える。
【００１４】
上記のモータ駆動装置によれば、温度上昇が見込まれる駆動回路に対して応答性良く冷却媒体を供給することができる。そのため、駆動回路を過熱から確実に保護することができる。また、モータの要求出力に応じて変動する駆動回路の温度上昇分に対して適切な冷却媒体の供給量を設定することができる。これにより、応答性が劣るために冷却媒体の供給量を一律に冷却装置の最大供給量に設定せざるを得ない従来のモータ駆動装置に対して、冷却装置の省電力化が図られる。その結果、モータ駆動装置を搭載した車両の燃費を向上することができる。
【００１５】
好ましくは、冷却装置制御装置は、電流指令と電流指令から推定されるスイッチング素子の発熱量を基に設定された冷却媒体の供給量との関係を示すマップを保持しており、マップを参照して、電流指令に対応する冷却媒体の供給量を決定する。
【００１６】
上記のモータ駆動装置によれば、複雑な演算処理を伴なうことなく冷却媒体の供給量を設定できるため、応答性良く冷却媒体を供給することができる。また、駆動回路の温度上昇分に応じて冷却媒体供給量を可変とするため、駆動回路の熱的保護と省電力化との両立を図ることができる。
【００１７】
この発明によれば、車両は、車輪と、車輪を駆動するモータと、モータを駆動する上述したいずれかのモータ駆動装置とを備える。
【００１８】
上記の車両によれば、冷却装置が省電力化されるため、燃費の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、モータを駆動制御する駆動回路の熱的保護と冷却装置の省電力化との両立が可能となる。その結果、この発明によるモータ駆動装置を搭載した車両の燃費を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、この発明の実施の形態によるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
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、レゾルバ３０と、制御装置４０とを備える。
【００２２】
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。
【００２３】
昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００２４】
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ＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。
【００２５】
ＮＰＮトランジスタ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。ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタ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がそれぞれ配されている。
【００２６】
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。
【００２７】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４からなる。Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６からなる。Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８からなる。また、各ＮＰＮトランジスタ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。
【００２８】
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ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００２９】
なお、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４にそれぞれ含まれるスイッチング素子は、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８に限定されず、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ等の他のパワー素子で構成しても良い。
【００３０】
また、モータ駆動装置１００を、バッテリＢとインバータ１４とが昇圧コンバータ１２を介さずに直接的に接続される構成としても良い。
【００３１】
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、検出した直流電圧Ｖｂを制御装置４０へ出力する。
【００３２】
昇圧コンバータ１２は、バッテリＢから供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置４０から信号ＰＷＭＣを受けると、信号ＰＷＭＣによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。
【００３３】
また、昇圧コンバータ１２は、制御装置４０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へ供給する。
【００３４】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２から出力された直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。
【００３５】
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４０へ出力する。
【００３６】
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４０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ＴＲ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。
【００３７】
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４０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。
【００３８】
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。
【００３９】
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４０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。
【００４０】
レゾルバ３０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４０へ出力する。
【００４１】
制御装置４０は、外部に設けられた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、電圧センサ１０から直流電圧Ｖｂ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３０から回転角度θを受ける。制御装置４０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ＮＰＮトランジスタ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。
【００４２】
また、制御装置４０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、後述する方法により昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＣを生成し、生成した信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００４３】
さらに、制御装置４０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ＮＰＮトランジスタ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。
【００４４】
さらに、制御装置４０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、生成した信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ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。
【００４５】
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は、スイッチング素子の熱損失による温度上昇を抑えるために冷却を必要とする。そのため、モータ駆動装置１００は、図２に示されるインバータ１４の冷却システムをさらに備える。
【００４６】
図２は、インバータ１４の冷却システムの構成を示すブロック図である。
図２を参照して、冷却システムは、インバータ１４と、交流モータＭ１と、冷媒路５０〜５６と、温度センサ６０と、ラジエータ６２と、ウォーターポンプ６６とを含む。
【００４７】
ラジエータ６２の第１ポートと交流モータＭ１との間に冷媒路５０が設けられ、交流モータＭ１とインバータ１４との間に冷媒路５２が設けられ、インバータ１４とウォーターポンプ６６との間に冷媒路５４が設けられ、ウォーターポンプ６６とラジエータ６２の第２ポートとの間に冷媒路５６が設けられる。すなわち、交流モータＭ１、インバータ１４およびウォーターポンプ６６は、冷媒路５０〜５６によって直列に接続される。
【００４８】
ウォーターポンプ６６は、不凍液などの冷却水を循環させるためのポンプであって、図示される矢印の方向に冷却水を循環させる。ラジエータ６２は、交流モータＭ１、インバータ１４を循環した冷却水を冷媒路５６から受け、その受けた冷却水をラジエータファン６４を用いて冷却する。温度センサ６０は、冷媒路５０に設けられ、冷却水の温度（以下、冷却水温とも称する）Ｔｗを検出し、その検出した冷却水温Ｔｗを制御装置４０へ出力する。
【００４９】
なお、上記においては、ラジエータ６２から見て上流側から交流モータＭ１、インバータ１４およびウォーターポンプ６６の順に配置されるものとしたが、各々の配置順は上記の順に限定されるものではない。
【００５０】
制御装置４０は、図１で述べたように、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および昇圧コンバータ１２を駆動制御するための信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＣを生成してインバータ１４および昇圧コンバータ１２へそれぞれ出力する。
【００５１】
さらに、制御装置４０は、後述する方法によりウォーターポンプ６６を駆動制御するための信号ＰＷＲを生成し、その生成した信号ＰＷＲをウォーターポンプ６６へ出力する。  
【００５２】
また、制御装置４０は、冷却水温Ｔｗに基づいてラジエータファン６４を駆動制御するための信号ＦＣを生成し、その生成した信号ＦＣをラジエータファン６４へ出力する。具体的には、制御装置４０は、温度センサ６０からの冷却水温Ｔｗの検出値が所定の設定温度を超えたことに応じて、ラジエータファン６４を駆動させるための信号ＦＣを生成してラジエータファン６４へ出力する。これにより、ラジエータファン６４が駆動してラジエータ６４に外気を送風し、冷却水を空冷する。
【００５３】
次に、こうして構成された本発明の実施の形態によるインバータ１４の冷却システムにおけるウォーターポンプ６６の駆動制御について説明する。
【００５４】
図３は、図２における制御装置４０の機能ブロック図である。
図３を参照して、制御装置４０は、インバータ制御回路と、図示しないコンバータ制御回路と、ウォーターポンプを駆動制御する駆動制御部４３０とを含む。
【００５５】
インバータ制御回路は、電流指令変換部４１０と、減算器４１２，４１４と、ＰＩ制御部４１６，４１８と、２相／３相変換部４２０と、ＰＷＭ生成部４２２と、３相／２相変換部４２４とからなる。
【００５６】
３相／２相変換部４２４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４２４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。
【００５７】
さらに、３相／２相変換部４２４は、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをレゾルバ３０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４２４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４２４は、演算した電流値Ｉｄを減算器４１２へ出力し、演算した電流値Ｉｑを減算器４１４へ出力する。
【００５８】
電流指令変換部４１０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、電流指令変換部４１０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４１２，４１４へそれぞれ出力する。
【００５９】
このとき、電流指令変換部４１０は、生成した電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を、ウォーターポンプ６６の駆動制御部４３０に対しても出力する。
【００６０】
減算器４１２は、電流指令変換部４１０から電流指令Ｉｄ＊を受け、３相／２相変換部４２４から電流値Ｉｄを受ける。そして、減算器４１２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４１６へ出力する。また、減算器４１４は、電流指令変換部４１０から電流指令Ｉｑ＊を受け、３相／２相変換部４３２から電流値Ｉｑを受ける。そして、減算器４１４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４１８へ出力する。
【００６１】
ＰＩ制御部４１６，４１８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４２０へ出力する。
【００６２】
２相／３相変換部４２０は、ＰＩ制御部４１６，４１８からの電圧操作量Ｖｄ，Ｖｑをレゾルバ３０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４２０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４２０は、電圧操作量Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗをＰＷＭ生成部４２２へ出力する。
【００６３】
ＰＷＭ生成部４２２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。
【００６４】
以上のように、インバータ制御回路は、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。
【００６５】
そして、ウォーターポンプ６６を駆動制御する駆動制御部４３０は、この電流制御に用いられる電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいて、冷媒路５０〜５６を通流する冷却水の目標流量Ｑ＊を設定する。ここで、目標流量Ｑ＊の設定は、予め求められた電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と目標流量Ｑ＊との関係に基づいて行なうものとする。
【００６６】
図４は、電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と目標流量Ｑ＊との関係を示す図である。
図４を参照して、目標流量Ｑ＊は、電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が高くなるに従って増加するように設定される。ある電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に対する目標流量Ｑ＊は、一例として、当該電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と一致するように電流制御されたモータ電流Ｉｄ，Ｉｑがインバータ１４の複数のスイッチング素子を流れたときに単位時間当たりに発生するインバータ１４の発熱量を推定し、その推定したインバータ１４の発熱量に対して、目標流量Ｑ＊に相当する冷却水を循環させたときの単位時間当たりの放熱可能量が上回るように設定することができる。
【００６７】
そして、駆動制御部４３０は、図４の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と目標流量Ｑ＊との関係を予め目標流量設定用マップとして図示しない記憶領域に格納しておき、電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が与えられると、目標流量設定用マップから対応する目標流量Ｑ＊を抽出して目標流量Ｑ＊として設定する。そして、駆動制御部４３０は、その設定された目標流量Ｑ＊で冷却水が循環するようにウォーターポンプ６６を駆動するための信号ＰＷＲを生成してウォーターポンプ６６へ出力する。ウォーターポンプ６６は駆動制御部４３０の信号ＰＷＲに応じて回転数が制御され、目標流量Ｑ＊に一致した流量の冷却水を冷媒路５０〜５６に循環させる。
【００６８】
以上のように、本発明の実施の形態によるインバータ１４の冷却システムは、インバータ１４の電流制御に用いられる電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいてウォーターポンプ６６の駆動制御を行なうことを特徴とする。この特徴により、以下に述べる効果が奏される。
【００６９】
図５は、本発明の実施の形態によるウォーターポンプの駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。詳細には、図５は、信号ＰＷＲ、電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊、冷却水温Ｔｗ、冷媒路を循環する冷却水の流量Ｑおよびインバータ１４におけるＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の素子温度の時間的変化を示す。
【００７０】
なお、本発明の実施の形態との比較のために、図中にはさらに、温度センサからの冷却水温Ｔｗの検出値に基づいてウォーターポンプ６６を駆動制御した場合の各値の時間的変化が破線により示される。
【００７１】
図５を参照して、最初に、時刻ｔ１において、モータ要求出力の急激な変動に応じて電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が急増したものとする。
【００７２】
制御装置４０では、時刻ｔ１以降において、インバータ制御回路が、上述した方法により急増した電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいてモータ電流Ｉｄ，Ｉｑの電流制御を実行する。さらにこの電流制御に並行して、駆動制御部４３０は、電流指令変換部４１０から与えられた電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づき、図４の目標流量設定用マップから対応する目標流量Ｑ＊を抽出する。そして、その抽出した目標流量Ｑ＊を循環させるための信号ＰＷＲを生成し（図中の実線ＬＮ１に対応）、その生成した信号ＰＷＲをウォーターポンプ６６へ出力する。
【００７３】
ウォーターポンプ６６は、時刻ｔ１において駆動制御部４３０からの信号ＰＷＲを受けると、信号ＰＷＲに応答して回転数を増加させる。これにより、冷媒路５０〜５８を循環する冷却水の流量Ｑは、図中の実線ＬＮ３で示すように、時刻ｔ１以降次第に増加する。
【００７４】
一方、インバータ１４においては、時刻ｔ１以降、急増した電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいた電流制御が行なわれることにより、モータ電流Ｉｄ，Ｉｑが電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を目標値として徐々に上昇する。そして、このモータ電流の上昇に伴なってインバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８における熱損失が増加する。このため、図中の実線ＬＮ６で示すように、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８の素子温度Ｔｉが時刻ｔ１以降、次第に上昇する。
【００７５】
ここで、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、素子温度Ｔｉにおいて、熱的劣化からの保護が確保され得る上限温度Ｔｉ＿ｍａｘを有する。すなわち、素子温度Ｔｉがこの上限温度Ｔｉ＿ｍａｘを超えた場合、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８が損傷する可能性が高くなる。
【００７６】
しかしながら、本発明の実施の形態では、図中の実線ＬＮ６およびＬＮ３から明らかなように、素子温度Ｔｉが上昇するのに並行して冷媒路５０〜５６を循環する冷却水の流量Ｑも増加する。すなわち、インバータ１４においては、発熱量の増加に並行して冷媒路５０〜５６への放熱量も増加することとなるため、急な温度上昇が抑えられる。結果として、素子温度Ｔｉを上限温度Ｔｉ＿ｍａｘ以下に保持することができる。
【００７７】
このような電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいたウォーターポンプ６６の駆動制御に対して、冷却水温Ｔｗに基づいた駆動制御は、以下のように行なわれる。
【００７８】
詳細には、時刻ｔ１において電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が急増したことに応じて、モータ電流Ｉｄ，Ｉｑが上昇すると、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８における熱損失が増加し、各々の素子温度Ｔｉは破線ＬＮ５で示すように急速に上昇する。
【００７９】
そして、この素子温度Ｔｉの上昇によりインバータ１４の発熱量が増加することにより、温度センサ６０で検出される冷却水温Ｔｗも時刻ｔ１以降において次第に上昇する。
【００８０】
このとき、制御装置では、冷却水温Ｔｗの検出値が所定のしきい値Ｔｗ＿ｓｔｄを超えるか否かが判定される。そして、時刻ｔ２において冷却水温Ｔｗが所定のしきい値Ｔｗ＿ｓｔｄを超えたと判定されたことに応じて、図中の破線ＬＮ２で示すように、冷却水温Ｔｗをしきい値Ｔｗ＿ｓｔｄ以下とするためにウォーターポンプ６６を駆動制御するための信号ＰＷＲが生成される。
【００８１】
そして、ウォーターポンプ６６が信号ＰＷＲに応じて回転数を増加させることにより、冷媒路５０〜５６を循環する冷却水の流量Ｑは、図中の破線ＬＮ４で示すように、時刻ｔ２以降において徐々に増加する。
【００８２】
ところが、この冷却水の流量Ｑの増加は、実際に素子温度Ｔｉが上昇し始める時刻ｔ１よりも遅い時刻ｔ２から開始されるため、図５の破線ＬＮ５で示すように、素子温度Ｔｉが急速に上昇する場合には、冷却能力をその温度上昇に追従させることができず、素子温度Ｔｉが上限値Ｔｉ＿ｍａｘを超える可能性が生じる。すなわち、冷却水温Ｔｗに基づいたウォーターポンプ６６の駆動制御では、インバータ１４の温度上昇に対する冷却能力の制御応答性が劣るため、インバータ１４が過熱されるのを確実に防止することができない。
【００８３】
この点において、本発明の実施の形態によれば、電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいて冷却能力が制御されるため、インバータ１４の温度上昇に対する制御応答性に優れ、インバータ１４を確実に保護することが可能となる。また、上述した従来の冷却制御装置に対しても、熱モデルを用いて接合部分温度を推定するといった複雑な演算処理を必要としないことから、より簡易かつ制御応答性に優れた冷却システムを構築することができる。
【００８４】
ここで、冷却システムの制御応答性を確保する手段としては、素子温度の高低に関わらず、目標流量Ｑ＊を熱負荷が最大となるときに要求される冷却水の流量に固定してウォーターポンプ６６を駆動制御する方法が検討される。これによれば、ウォーターポンプ６６を常に最大電力で駆動するため、素子温度の急上昇を抑制することができる。したがって、インバータ１４の過熱を確実に防止することができる。
【００８５】
しかしながら、かかる方法では、ウォーターポンプ６６の消費電力を無駄に増加させることとなる。そのため、当該冷却システムを搭載した車両においては、燃費が低下する要因となる。
【００８６】
これに対し、本発明の実施の形態によれば、インバータ１４の温度上昇に対する冷却能力の制御応答性が確保されるため、交流モータＭ１の要求出力に応じて変動するインバータ１４の温度上昇分に対して適切な目標流量Ｑ＊を設定することができる。したがって、ウォーターポンプ６６の駆動効率を高めて省電力化することができる。その結果、車両の燃費向上が実現される。
【００８７】
図６は、本発明の実施の形態によるウォーターポンプ６６の駆動制御を説明するためのフローチャートである。
【００８８】
図６を参照して、駆動制御部４３０は、インバータ制御回路の電流指令変換部４１０から電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を受けると（ステップＳ０１）、予め記憶領域に格納している目標流量設定マップ（図４参照）から与えられた電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に対応する目標流量Ｑ＊を抽出して目標流量Ｑ＊として設定する（ステップＳ０２）。
【００８９】
そして、駆動制御部４３０は、その設定された目標流量Ｑ＊で冷却水が循環するようにウォーターポンプ６６を駆動するための信号ＰＷＲを生成してウォーターポンプ６６へ出力する（ステップＳ０３）。ウォーターポンプ６６は駆動制御部４３０の信号ＰＷＲに応じて回転数が制御され、目標流量Ｑ＊に一致した流量の冷却水を冷媒路５０〜５６に循環させる。
【００９０】
なお、本発明の実施の形態においては、電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいてウォーターポンプ６６の駆動制御を行なう構成としたが、ウォーターポンプ６６に加えてラジエータファン６４を駆動制御する構成としても良い。この場合、電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいてラジエータファン６４の送風量が制御される。
【００９１】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、温度上昇が見込まれるインバータに対して応答性良く冷却能力を高めることができる。そのため、インバータを過熱から確実に保護することができる。
【００９２】
また、モータの要求出力に応じて変動するインバータの温度上昇分に対して適切な冷却能力を設定することができる。これにより、応答性が劣るために冷却能力を一律に冷却装置の最大能力に設定せざるを得ない従来の冷却システムに対して、省電力化が実現される。その結果、この発明によるモータ駆動装置を搭載した車両の燃費を向上することができる。
【００９３】
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】
【００９４】
この発明は、車両に搭載されたモータ制御装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】この発明の実施の形態によるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図２】インバータの冷却システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図２における制御装置の機能ブロック図である。
【図４】電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と目標流量Ｑ＊との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態によるウォーターポンプの駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態によるウォーターポンプの駆動制御を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００９６】
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、２４  電流センサ、３０  レゾルバ、４０  制御装置、５０〜５６  冷媒路、６０  温度センサ、６２  ラジエータ、６４  ラジエータファン、６６  ウォーターポンプ、４１０  電流指令変換部、４１２，４１４  減算器、４１６，４１８  ＰＩ制御部、４２０  ２相／３相変換部、４２２  ＰＷＭ生成部、４２４  ３相／２相変換部、４３０  駆動制御部、Ｑ１〜Ｑ８  ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ、Ｂ  バッテリ、Ｍ１  交流モータ。
【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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