(57)【要約】【課題】スイッチング素子の温度を積極的に上げることで、耐圧を上げて高電圧でインバータ主回路を駆動できるまでの期間を短縮するインバータ装置を得る。【解決手段】スイッチング素子（パワートランジスタ４ａ〜４ｆ）の温度が上がると耐圧が上がる特性を利用し、スイッチング素子のキャリア周波数を増加する周波数制御回路１５や、電動機５に流す無効電流を増加する電流制御指令回路１７を備え、スイッチング素子の温度が基準温度Ｔよりも低い場合は、周波数制御回路１５はキャリア周波数を増加したり、電流制御指令回路１７は無効電流を増加したりすることで、スイッチング素子の損失を増やし、スイッチング素子の温度を積極的に上昇させる。【選択図】図１
2012222949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を有するインバータ主回路と、
前記インバータ主回路が出力すべき周波数及び電圧に対応した制御信号及びキャリア周波数に基づきＰＷＭ信号を出力する信号発生手段と、
前記ＰＷＭ信号により前記スイッチング素子をスイッチングする駆動回路と、
前記インバータ主回路のスイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段からの検出信号と基準温度を比較し、前記検出信号が前記基準温度よりも低い場合は、温度上昇指令を出力する温度比較手段と、
前記温度上昇指令を入力したときは、初期キャリア周波数に、前記検出信号に応じたキャリア周波数増加量を加算したキャリア周波数を前記信号発生手段へ出力する周波数制御手段と
を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記周波数制御手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、初期キャリア周波数に、前記検出信号に応じたキャリア周波数増加量を加算したキャリア周波数を、前記検出信号に応じたキャリア周波数増加時間だけ、前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記周波数制御手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、初期キャリア周波数に、前記検出温度が低いときはキャリア周波数増加量が大きくなり、前記検出温度が高いときはキャリア周波数増加量が小さくなるように設定されているマップに基づいたキャリア周波数増加量を加算したキャリア周波数を前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記周波数制御手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、初期キャリア周波数に、前記検出信号に応じたキャリア周波数増加量を加算したキャリア周波数を、前記検出温度が低いときはキャリア周波数増加時間が大きくなり、前記検出温度が高いときはキャリア周波数増加時間が小さくなるように設定されているマップに基づいたキャリア周波数増加時間だけ、前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項２又は３記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記周波数制御手段は、前記温度上昇指令を入力しないときは、初期キャリア周波数を前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項６】
スイッチング素子を有するインバータ主回路と、
前記インバータ主回路が出力すべき周波数及び電圧に対応した制御信号及びキャリア周波数に基づきＰＷＭ信号を出力する信号発生手段と、
前記ＰＷＭ信号により前記スイッチング素子をスイッチングする駆動回路と、
前記インバータ主回路のスイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段からの検出信号と基準温度を比較し、前記検出信号が前記基準温度よりも低い場合は、温度上昇指令を出力する温度比較手段と、
前記温度上昇指令を入力したときは、トルク指令に基づいて演算した無効電流に、前記検出信号に応じた無効電流増加量を加算した無効電流を前記信号発生手段へ出力する電流制御指令手段と、
を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項７】
前記電流制御指令手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、トルク指令に基づいて演算した無効電流に、前記検出信号に応じた無効電流増加量を加算した無効電流を、前記検出信号に応じた無効電流増加時間だけ、前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項６記載のインバータ装置。
【請求項８】
前記電流制御指令手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、トルク指令に基づいて演算した無効電流に、前記検出温度が低いときは無効電流増加量が大きくなり、前記検出温度が高いときは無効電流増加量が小さくなるように設定されているマップに基づいた無効電流増加量を加算した無効電流を前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項６又は７記載のインバータ装置。
【請求項９】
前記電流制御指令手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、トルク指令に基づいて演算した無効電流に、前記検出信号に応じた無効電流増加量を加算した無効電流を、前記検出温度が低いときは無効電流増加時間が大きくなり、前記検出温度が高いときは無効電流増加時間が小さくなるように設定されているマップに基づいた無効電流増加時間だけ、前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項７又は８記載のインバータ装置。
【請求項１０】
前記電流制御指令手段は、前記温度上昇指令を入力しないときは、トルク指令に基づいて演算した無効電流を前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項６から請求項９までのいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１１】
スイッチング素子を有するインバータ主回路と、
前記インバータ主回路が出力すべき周波数及び電圧に対応した制御信号及びキャリア周波数に基づきＰＷＭ信号を出力する信号発生手段と、
前記ＰＷＭ信号により前記スイッチング素子をスイッチングする駆動回路と、
前記インバータ主回路のスイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段からの検出信号と基準温度を比較し、前記検出信号が前記基準温度よりも低い場合は、温度上昇指令を出力する温度比較手段と、
前記温度上昇指令を入力したときは、初期キャリア周波数に、前記検出信号に応じたキャリア周波数増加量を加算したキャリア周波数を前記信号発生手段へ出力する周波数制御手段と、
前記温度上昇指令を入力したときは、トルク指令に基づいて演算した無効電流に、前記検出信号に応じた無効電流増加量を加算した無効電流を前記信号発生手段へ出力する電流制御指令手段と、
を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項１２】
前記周波数制御手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、初期キャリア周波数に、前記検出信号に応じたキャリア周波数増加量を加算したキャリア周波数を、前記検出信号に応じたキャリア周波数増加時間だけ、前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項１１記載のインバータ装置。
【請求項１３】
前記周波数制御手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、初期キャリア周波数に、前記検出温度が低いときはキャリア周波数増加量が大きくなり、前記検出温度が高いときはキャリア周波数増加量が小さくなるように設定されているマップに基づいたキャリア周波数増加量を加算したキャリア周波数を前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項１１又は１２記載のインバータ装置。
【請求項１４】
前記周波数制御手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、初期キャリア周波数に、前記検出信号に応じたキャリア周波数増加量を加算したキャリア周波数を、前記検出温度が低いときはキャリア周波数増加時間が大きくなり、前記検出温度が高いときはキャリア周波数増加時間が小さくなるように設定されているマップに基づいたキャリア周波数増加時間だけ、前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項１２又は１３記載のインバータ装置。
【請求項１５】
前記周波数制御手段は、前記温度上昇指令を入力しないときは、初期キャリア周波数を前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項１１から請求項１４までのいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１６】
前記電流制御指令手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、トルク指令に基づいて演算した無効電流に、前記検出信号に応じた無効電流増加量を加算した無効電流を、前記検出信号に応じた無効電流増加時間だけ、前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項１１から請求項１５までのいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１７】
前記電流制御指令手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、トルク指令に基づいて演算した無効電流に、前記検出温度が低いときは無効電流増加量が大きくなり、前記検出温度が高いときは無効電流増加量が小さくなるように設定されているマップに基づいた無効電流増加量を加算した無効電流を前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項１１から請求項１６までのいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１８】
前記電流制御指令手段は、前記温度上昇指令を入力したときは、トルク指令に基づいて演算した無効電流に、前記検出信号に応じた無効電流増加量を加算した無効電流を、前記検出温度が低いときは無効電流増加時間が大きくなり、前記検出温度が高いときは無効電流増加時間が小さくなるように設定されているマップに基づいた無効電流増加時間だけ、前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項１１から請求項１７までのいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項１９】
前記電流制御指令手段は、前記温度上昇指令を入力しないときは、トルク指令に基づいて演算した無効電流を前記信号発生手段へ出力する
ことを特徴とする請求項１１から請求項１８までのいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項２０】
前記基準温度は、前記インバータ主回路のスイッチング素子に必要とされる耐圧を満たす温度である
ことを特徴とする請求項１から請求項１９までのいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項２１】
前記温度検出手段は、複数のスイッチング素子の温度を検出し、検出温度の中で最も低い検出温度を出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項２０までのいずれかに記載のインバータ装置。
【請求項２２】
前記温度上昇指令を入力したときは、前記スイッチング素子を冷却する冷却装置を停止させる冷却制御手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項２１までのいずれかに記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御によるインバータ主回路のスイッチング素子のオンオフ制御を行うインバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、インバータを構成するスイッチング素子にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体素子が用いられる。ＩＧＢＴや、ＭＯＳＦＥＴの絶縁耐圧（以下、単に「耐圧」と呼ぶ）は、温度（周囲温度や接合温度）に応じて変化し、図１２のように、温度が低いほど低くなり、温度が高いほど高くなる。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された技術は、このようなスイッチング素子の温度特性を利用した従来のインバータの構成素子を保護する装置を示したものである。即ち、スイッチング素子の温度が高いときは印加電圧の上限値を高く設定し、スイッチング素子の温度が低いときは印加電圧の上限値を低く設定し、印加電圧がこの上限値よりも高くなった場合にはインバータを停止することで、インバータの使用可能な範囲を広げながらインバータを確実に保護することが可能な制御装置を提供している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６７６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば電動機を回生駆動する際にはインバータに掛かる電圧が高くなるためスイッチング素子の耐圧を高くする必要があるが、特許文献１に開示された技術を用いると、スイッチング素子の温度を積極的に上げる手段を持たないため、スイッチング素子の温度が上昇し必要な耐圧となる温度まで待つ必要があり、高電圧駆動が可能になるまで時間が掛かるという問題があった。
【０００６】
また、電動機を力行駆動する際も回生駆動時と同様に、スイッチング素子の温度上昇に時間が掛かるという問題があった。
【０００７】
一方で、高耐圧スイッチング素子を用いたインバータを使用すると、低耐圧スイッチング素子を用いたインバータと比較するとコストが掛かるという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、低耐圧スイッチング素子を用いてコストを掛けることなく低温時の低耐圧期間を短縮することができる、つまり、スイッチング素子の温度を積極的に上げることで、耐圧を上げて高電圧でインバータ主回路を駆動できるまでの期間を短縮することができるインバータ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るインバータ装置は、スイッチング素子を有するインバータ主回路と、前記インバータ主回路が出力すべき周波数及び電圧に対応した制御信号及びキャリア周波数に基づきＰＷＭ信号を出力する信号発生手段と、前記ＰＷＭ信号により前記スイッチング素子をスイッチングする駆動回路と、前記インバータ主回路のスイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段からの検出信号と基準温度を比較し、前記検出信号が前記基準温度よりも低い場合は、温度上昇指令を出力する温度比較手段と、前記温度上昇指令を入力したときは、初期キャリア周波数に、前記検出信号に応じたキャリア周波数増加量を加算したキャリア周波数を前記信号発生手段へ出力する周波数制御手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るインバータ装置によれば、スイッチング素子の温度を意図的に上昇する手段（例えば、周波数制御手段）を備えることで、スイッチング素子の温度が必要とする耐圧を満たす温度を下回った場合に、スイッチング素子の温度を積極的に上昇することが可能となり、従来よりもスイッチング素子の耐圧が上がるまでの期間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るインバータ装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るインバータ装置の周波数制御回路が参照するスイッチング素子の検出温度とキャリア周波数増加量の関係（マップ）を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るインバータ装置のパワートランジスタの温度とキャリア周波数の時間的変化を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るインバータ装置の周波数制御回路が参照するスイッチング素子の検出温度とキャリア周波数増加量の関係（マップ）と、スイッチング素子の検出温度とキャリア周波数増加時間の関係（マップ）を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るインバータ装置のパワートランジスタの温度とキャリア周波数の時間的変化を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るインバータ装置の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係るインバータ装置の電流制御指令回路が参照するスイッチング素子の検出温度と無効電流増加量の関係（マップ）を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係るインバータ装置のパワートランジスタの温度と無効電流の時間的変化を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係るインバータ装置の電流制御指令回路が参照するスイッチング素子の検出温度と無効電流増加量の関係（マップ）と、スイッチング素子の検出温度と無効電流増加時間の関係（マップ）を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係るインバータ装置のパワートランジスタの温度と無効電流の時間的変化を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態５に係るインバータ装置の構成を示す図である。
【図１２】スイッチング素子の温度と耐圧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、本発明のインバータ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１３】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るインバータ装置について図１から図３までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るインバータ装置の構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１４】
図１において、この発明の実施の形態１に係るインバータ装置は、直流電源１と、平滑用コンデンサ２と、インバータ主回路３と、電動機５と、温度検出回路１１と、温度比較回路１２と、冷却制御回路１３と、冷却装置１４と、周波数制御回路１５と、電流制御指令回路１７と、信号発生回路１８と、駆動回路１９とが設けられている。
【００１５】
インバータ主回路３は、入力側が直流電源１に接続され、出力側が電動機５に接続され、スイッチング素子であるパワートランジスタ４ａ〜４ｆがブリッジ接続されている。
【００１６】
これらのパワートランジスタ４ａ〜４ｆは、信号発生回路１８より駆動回路１９を介してベースにＰＷＭ（パルス幅変調）信号が与えられる。信号発生回路１８は、インバータ主回路３が出力すべき周波数及び電圧に対応した正弦波の制御信号が電流制御指令回路１７から与えられ、この制御信号と周波数制御回路１５から与えられるキャリア周波数の三角波信号と比較してＰＷＭ信号をパワートランジスタ４ａ〜４ｆに対応して出力する。
【００１７】
温度検出回路１１は、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度を検出して検出信号として出力する。温度検出回路１１は、複数のパワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度を検出し、検出温度の中で最も低い検出温度を出力する。温度比較回路１２は、温度検出回路１１からの検出信号と基準温度Ｔを比較し、検出信号が基準温度Ｔよりも低いときは温度上昇指令Ｓ１を出力する。ここで、基準温度Ｔは、使用するパワートランジスタに必要とされる耐圧を満たす温度であり、図１２に示すように、パワートランジスタが基準温度Ｔよりも低い温度の場合は、必要とする耐圧を満たないためパワートランジスタの印加電圧が制限される。
【００１８】
冷却制御回路１３は、冷却駆動指令Ｓ２を出力し、温度上昇指令Ｓ１が与えられると冷却駆動指令Ｓ２を停止する。冷却装置１４は、パワートランジスタ４ａ〜４ｆを冷却するものであり、冷却制御回路１３から冷却駆動指令Ｓ２が与えられる。なお、空冷式の冷却装置として冷却ファン、冷媒の通液による冷却装置としてウォーターポンプなどがある。
【００１９】
図２は、この発明の実施の形態１に係るインバータ装置の周波数制御回路が参照するスイッチング素子の検出温度とキャリア周波数増加量の関係（マップ）を示す図である。
【００２０】
周波数制御回路１５は、初期キャリア周波数Ｆ０を出力し、温度上昇指令Ｓ１が与えられると図２のマップに基づいてキャリア周波数を増加する。ここで、図２に示すマップは、検出温度とキャリア周波数増加量の関係を示したものであり、検出温度が低いときはキャリア周波数の増加量が大きくなり、検出温度が高いときはキャリア周波数の増加量が小さくなるように設定されている。
【００２１】
つぎに、この実施の形態１に係るインバータ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図３は、この発明の実施の形態１に係るインバータ装置のパワートランジスタの温度とキャリア周波数の時間的変化を示す図である。
【００２３】
温度比較回路１２は、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの検出温度が基準温度Ｔよりも低い温度Ｔａのとき、図３(ａ)及び(ｂ)に示すように、検出温度Ｔａとともに温度上昇指令Ｓ１を出力（ＯＮ）する。
【００２４】
冷却制御回路１３は、温度上昇指令Ｓ１が与えられると、冷却装置１４に出力する冷却駆動指令Ｓ２を停止し、パワートランジスタ４ａ〜４ｆを冷却している冷却ファンやウォーターポンプなどの駆動を停止する。
【００２５】
周波数制御回路１５は、温度上昇指令Ｓ１が与えられると、検出温度Ｔａから、図３(ｂ)及び(ｃ)に示すように、図２のマップに基づいて初期キャリア周波数Ｆ０からΔＦａだけ増加したキャリア周波数Ｆ０＋ΔＦａを出力する。そうすると、パワートランジスタ４ａ〜４ｆは、初期キャリア周波数Ｆ０に比べてスイッチング周波数が高くなり、この結果、スイッチング損失が増加し温度が上昇する。
【００２６】
このように、検出温度が基準温度Ｔに達するまでパワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度を上げていく。パワートランジスタ４ａ〜４ｆの検出温度が基準温度Ｔに達すると、図３(ａ)及び(ｂ)に示すように、温度比較回路１２は、温度上昇指令Ｓ１を停止（ＯＦＦ）する。
【００２７】
冷却制御回路１３は、温度上昇指令Ｓ１の入力が停止すると、冷却装置１４に冷却駆動指令Ｓ２を出力し、パワートランジスタ４ａ〜４ｆを冷却する。また、周波数制御回路１５は、温度上昇指令Ｓ１の入力が停止すると、図３(ｂ)及び(ｃ)に示すように、キャリア周波数は初期キャリア周波数Ｆ０となる。
【００２８】
以上のように、キャリア周波数を増加して冷却装置１４を停止することでパワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度を早く上げることができる。すなわち、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの耐圧が上がるまでの時間を短くすることができる。なお、冷却装置１４を停止させなくても、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度を早く上げることができ、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの耐圧が上がるまでの時間を短くすることができるが、同時に冷却装置１４を停止することで、これらの効果をより奏する。
【００２９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るインバータ装置について図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態２に係るインバータ装置の周波数制御回路が参照するスイッチング素子の検出温度とキャリア周波数増加量の関係（マップ）と、スイッチング素子の検出温度とキャリア周波数増加時間の関係（マップ）を示す図である。また、図５は、この発明の実施の形態２に係るインバータ装置のパワートランジスタの温度とキャリア周波数の時間的変化を示す図である。なお、この発明の実施の形態２に係るインバータ装置の構成は、上記の実施の形態１と同じである。
【００３０】
上記の実施の形態１と異なる点は、周波数制御回路１５で演算するキャリア周波数増加量を、検出温度によって出力する時間を可変する機能を備えたことである。
【００３１】
図４（ａ）は、検出温度とキャリア周波数増加量の関係を示したものである。また、図４（ｂ）は検出温度とキャリア周波数増加時間の関係を示したものである。
【００３２】
パワートランジスタ４ａ〜４ｆの検出温度がＴａの場合、初期キャリア周波数Ｆ０に図４（ａ）から求めたキャリア周波数増加量ΔＦａを加算したキャリア周波数Ｆ０＋ΔＦａを、図４（ｂ）から求めたキャリア周波数増加時間ｔａだけ出力したとき、ｔａ経過後、基準温度Ｔまで上昇する値（キャリア周波数増加時間ｔａ）に設定する。
【００３３】
ここで、図４（ａ）に示すマップは、検出温度が低いときはキャリア周波数の増加量が大きくなり、検出温度が高いときはキャリア周波数の増加量が小さくなるように設定されている。また、図４（ｂ）に示すマップは、検出温度が低いときはキャリア周波数増加時間が大きくなり、検出温度が高いときはキャリア周波数増加時間が小さくなるように設定されている。
【００３４】
つぎに、この実施の形態２に係るインバータ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
温度比較回路１２は、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの検出温度が基準温度Ｔよりも低い温度Ｔａのとき、図５(ａ)及び(ｂ)に示すように、検出温度Ｔａとともに温度上昇指令Ｓ１を出力（ＯＮ）する。
【００３６】
周波数制御回路１５は、温度上昇指令Ｓ１が与えられると、検出温度Ｔａから、図５(ｂ)及び(ｃ)に示すように、図４（ａ）のマップに基づいて初期キャリア周波数Ｆ０からΔＦａだけ増加したキャリア周波数Ｆ０＋ΔＦａを、図４（ｂ）のマップに基づいてキャリア周波数増加時間ｔａだけ出力する。
【００３７】
キャリア周波数増加時間ｔａ経過後、温度比較回路１２は、検出温度が基準温度Ｔに達している場合は、図５(ａ)及び(ｂ)に示すように、温度上昇指令Ｓ１を停止（ＯＦＦ）し、これに伴い周波数制御回路１５は、図５(ｂ)及び(ｃ)に示すように、キャリア周波数を初期キャリア周波数Ｆ０とする。
【００３８】
検出温度が基準温度Ｔに達していない場合は、図４（ａ）及び（ｂ）のマップを用いて検出温度に基づいてキャリア周波数増加量とキャリア周波数増加時間を演算し、同様の動作を繰り返し実施する。
【００３９】
以上のように、上記の実施の形態１と異なる点は、図５に示すように、基準温度Ｔに達するまでのキャリア周波数増加時間ｔａの期間、キャリア周波数増加量が一定となることである。すなわち、キャリア周波数増加時間をマップで決定し、キャリア周波数を高周波数で一定にすることで、より早くパワートランジスタの温度を上昇することができる。
【００４０】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るインバータ装置について図６から図８までを参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態３に係るインバータ装置の構成を示す図である。
【００４１】
図６において、この発明の実施の形態３に係るインバータ装置は、直流電源１と、平滑用コンデンサ２と、インバータ主回路３と、電動機５と、温度検出回路１１と、温度比較回路１２と、冷却制御回路１３と、冷却装置１４と、周波数制御回路１５と、トルク制御指令回路１６と、電流制御指令回路１７と、信号発生回路１８と、駆動回路１９とが設けられている。
【００４２】
インバータ主回路３のパワートランジスタ４ａ〜４ｆは、信号発生回路１８より駆動回路１９を介してベースにＰＷＭ信号が与えられる。信号発生回路１８は、インバータ主回路３が出力すべき周波数及び電圧に対応した正弦波の制御信号が電流制御指令回路１７から与えられ、この制御信号と周波数制御回路１５から与えられるキャリア周波数の三角波信号と比較してＰＷＭ信号をパワートランジスタ４ａ〜４ｆに対応して出力する。
【００４３】
温度検出回路１１は、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度を検出して検出信号として出力する。温度検出回路１１は、複数のパワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度を検出し、検出温度の中で最も低い検出温度を出力する。温度比較回路１２は、温度検出回路１１からの検出信号と基準温度Ｔを比較し、検出信号が基準温度Ｔよりも低いときは温度上昇指令Ｓ１を出力する。ここで、基準温度Ｔは、使用するパワートランジスタに必要とされる耐圧を満たす温度であり、図１２に示すように、パワートランジスタが基準温度Ｔよりも低い温度の場合は、必要とする耐圧を満たないためパワートランジスタの印加電圧が制限される。
【００４４】
冷却制御回路１３は、冷却駆動指令Ｓ２を出力し、温度上昇指令Ｓ１が与えられると冷却駆動指令Ｓ２を停止する。冷却装置１４は、パワートランジスタ４ａ〜４ｆを冷却するものであり、冷却制御回路１３から冷却駆動指令Ｓ２が与えられる。なお、空冷式の冷却装置として冷却ファン、冷媒の通液による冷却装置としてウォーターポンプなどがある。
【００４５】
電流制御指令回路１７は、トルク制御指令回路１６からトルク指令が与えられ、このトルク指令に基づいて電動機５に流す指令電流を演算する。この指令電流が流れるように、インバータ主回路３が出力すべき周波数及び電圧に対応した正弦波の制御信号を出力する。なお、指令電流は、電動機５の出力トルクに寄与するトルク電流と出力トルクに寄与しない無効電流からなり、無効電流は電動機５の界磁を制御する界磁電流成分である。無効電流を増加すると出力トルクは一定のままパワートランジスタ４ａ〜４ｆに流れる電流が増加し、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度が上昇する。
【００４６】
図７は、この発明の実施の形態３に係るインバータ装置の電流制御指令回路が参照するスイッチング素子の検出温度と無効電流増加量の関係（マップ）を示す図である。
【００４７】
また、電流制御指令回路１７は、温度上昇指令Ｓ１が与えられると、図７のマップに基づいて無効電流を増加する。ここで、図７に示すマップは、検出温度と無効電流増加量の関係を示したマップであり、検出温度が低いときは無効電流の増加量が大きくなり、温度が高いときは無効電流の増加量が小さくなるように設定されている。
【００４８】
つぎに、この実施の形態３に係るインバータ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図８は、この発明の実施の形態３に係るインバータ装置のパワートランジスタの温度と無効電流の時間的変化を示す図である。
【００５０】
パワートランジスタ４ａ〜４ｆの検出温度が基準温度Ｔよりも低い温度Ｔａのとき、温度比較回路１２は、図８(ａ)及び(ｂ)に示すように、検出温度Ｔａとともに温度上昇指令Ｓ１を出力（ＯＮ）する。
【００５１】
冷却制御回路１３は、温度上昇指令Ｓ１が与えられると、冷却装置１４に出力する冷却駆動指令Ｓ２を停止し、パワートランジスタ４ａ〜４ｆを冷却している冷却ファンやウォーターポンプなどの駆動を停止する。
【００５２】
電流制御指令回路１７は、温度上昇指令Ｓ１が与えられると、トルク指令に基づいて演算した無効電流Ｉｄ０より、図８(ｂ)及び(ｃ)に示すように、検出温度Ｔａから、図７のマップに基づいてΔＩｄａだけ増加した無効電流Ｉｄ０＋ΔＩｄａとする。そうすると、パワートランジスタ４ａ〜４ｆに流れる電流が増加し温度が上昇する。
【００５３】
このように、検出温度が基準温度Ｔに達するまでパワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度を上げていく。パワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度が上昇し基準温度Ｔよりも高くなったとき、温度比較回路１２は、図８(ａ)及び(ｂ)に示すように、温度上昇指令Ｓ１の出力を停止（ＯＦＦ）する。
【００５４】
冷却制御回路１３は、温度上昇指令Ｓ１の入力が停止すると、冷却装置１４に冷却駆動指令Ｓ２を出力し、パワートランジスタ４ａ〜４ｆを冷却する。また、電流制御指令回路１７は、温度上昇指令Ｓ１の入力が停止すると、図８(ｂ)及び(ｃ)に示すように、無効電流をトルク指令に基づいて演算した無効電流Ｉｄ０とする。
【００５５】
以上のように、無効電流を増加して冷却装置１４を停止することでパワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度を早く上げることができる。すなわち、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの耐圧が上がるまでの時間を短くすることができる。なお、冷却装置１４を停止させなくても、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度を早く上げることができ、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの耐圧が上がるまでの時間を短くすることができるが、同時に冷却装置１４を停止することで、これらの効果をより奏する。
【００５６】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るインバータ装置について図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態４に係るインバータ装置の電流制御指令回路が参照するスイッチング素子の検出温度と無効電流増加量の関係（マップ）と、スイッチング素子の検出温度と無効電流増加時間の関係（マップ）を示す図である。また、図１０は、この発明の実施の形態４に係るインバータ装置のパワートランジスタの温度と無効電流の時間的変化を示す図である。なお、この発明の実施の形態４に係るインバータ装置の構成は、上記の実施の形態３と同じである。
【００５７】
上記の実施の形態３と異なる点は、電流制御指令回路１７で演算する無効電流増加量を、検出温度によって出力する時間を可変する機能を備えたことである。
【００５８】
図９（ａ）は、検出温度と無効電流増加量の関係を示したものである。また、図９（ｂ）は、検出温度と無効電流増加時間の関係を示したものである。
【００５９】
パワートランジスタ４ａ〜４ｆの検出温度がＴａの場合、トルク指令に基づいて演算した無効電流Ｉｄ０に図９（ａ）から求めた無効電流増加量ΔＩｄａを加算した無効電流Ｉｄ０＋ΔＩｄａを、図９（ｂ）から求めた無効電流増加時間ｔａだけ出力したとき、無効電流増加時間ｔａ経過後、基準温度Ｔまで上昇する値（無効電流増加時間ｔａ）に設定する。
【００６０】
ここで、図９（ａ）に示すマップは、検出温度が低いときは無効電流の増加量が大きくなり、温度が高いときは無効電流の増加量が小さくなるように設定されている。また、図９（ｂ）に示すマップは、検出温度が低いときは無効電流の増加時間が大きくなり、温度が高いときは無効電流の増加時間が小さくなるように設定されている。
【００６１】
つぎに、この実施の形態４に係るインバータ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００６２】
温度比較回路１２は、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの検出温度が基準温度Ｔよりも低い温度Ｔａのとき、図１０(ａ)及び(ｂ)に示すように、検出温度Ｔａとともに温度上昇指令Ｓ１を出力（ＯＮ）する。
【００６３】
電流制御指令回路１７は、温度上昇指令Ｓ１が与えられると、検出温度Ｔａから、図１０(ｂ)及び(ｃ)に示すように、図９（ａ）のマップに基づいてトルク指令に基づき演算した無効電流Ｉｄ０からΔＩｄａだけ増加した無効電流Ｉｄ０＋ΔＩｄａを、図９（ｂ）のマップに基づいて無効電流増加時間ｔａだけ出力する。
【００６４】
無効電流増加時間ｔａ経過後、温度比較回路１２は、検出温度が基準温度Ｔに達している場合は、図１０(ａ)及び(ｂ)に示すように、温度上昇指令Ｓ１を停止（ＯＦＦ）し、これに伴い電流制御指令回路１７は、無効電流をトルク指令に基づいて演算した無効電流Ｉｄ０とする。
【００６５】
検出温度が基準温度Ｔに達していない場合は、図９のマップを用いて検出温度に基づいて無効電流増加量と無効電流増加時間を演算し、同様の動作を繰り返し実施する。
【００６６】
以上のように、上記の実施の形態３と異なる点は、図１０に示すように、基準温度Ｔに達するまでの無効電流増加時間ｔａの期間、無効電流増加量が一定となることである。すなわち、無効電流増加時間をマップで決定し、無効電流を高出力で一定にすることで、より早くパワートランジスタの温度を上昇することができる。
【００６７】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係るインバータ装置について図１１を参照しながら説明する。図１１は、この発明の実施の形態５に係るインバータ装置の構成を示す図である。
【００６８】
本実施の形態５の構成は、上記の実施の形態１と実施の形態２で示した図１のインバータ装置と、上記の実施の形態３と実施の形態４で示した図６のインバータ装置の構成を組み合わせたものとなる。
【００６９】
本実施の形態５によると、実施の形態１もしくは実施の形態２のいずれかと、実施の形態３もしくは実施の形態４のいずれかとを組み合わせることで、温度比較回路１２が温度上昇指令Ｓ１を出力すると、実施の形態１−４で説明したように動作する冷却制御回路１３と周波数制御回路１５と電流制御指令回路１７とを同時に駆動することが可能となり、パワートランジスタ４ａ〜４ｆの温度をより早く上昇することができる。
【００７０】
上記各実施の形態では、インバータ装置を構成する直流電源１、平滑用コンデンサ２、インバータ主回路３、電動機５、冷却装置１４及び駆動回路１９以外の回路（手段）を全てハードウェアで構成したが、ソフトウェアで構成した場合においても同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００７１】
１  直流電源、２  平滑用コンデンサ、３  インバータ主回路、４ａ〜４ｆ  パワートランジスタ、５  電動機、１１  温度検出回路、１２  温度比較回路、１３  冷却制御回路、１４  冷却装置、１５  周波数制御回路、１６  トルク制御指令回路、１７  電流制御指令回路、１８  信号発生回路、１９  駆動回路。
【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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