(57)【要約】 【課題】  電力変換装置および車両の信頼性および安全性の低下を回避する【解決手段】  直列に接続した一対のスイッチを含み、トルク指令値に応じてモータ駆動電流を出力するインバータ回路ＩＮＶと、外部から入力されるトルク指令値を実現するように、スイッチのゲート駆動信号を生成してインバータＩＮＶへ出力するインバータ制御回路ＣＴＲと、を有する電力変換装置である。インバータ制御回路ＣＴＲは、モータ駆動電流の高周波成分の振幅値を抽出するフィルタ回路１３と、所定のサンプリング周波数で高周波成分の振幅値が電流閾値Ｉθ以上となったか否か判断し、高周波成分の振幅値が電流閾値Ｉθ以上となったことの通知を行い、高周波成分の振幅値が電流閾値Ｉθ以上となった回数を演算し、回数と閾値Ａ１とを比較し、回数が閾値Ａ１以上となったときに、トルク指令値を下げる演算回路１４、１５、１７と、を備える。【選択図】図１
2016111847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続した一対のスイッチを含み、トルク指令値に応じてモータ駆動電流を出力するインバータ回路と、
外部から入力されるトルク指令値を実現するように、前記スイッチのゲート駆動信号を生成して前記インバータ回路へ出力するインバータ制御回路と、を有し、
前記インバータ制御回路は、
前記モータ駆動電流の高周波成分の振幅値を抽出するフィルタ回路と、
所定のサンプリング周波数で前記高周波成分の振幅値が電流閾値以上となったか否か判断し、前記高周波成分の振幅値が前記電流閾値以上となったことの通知と、前記高周波成分の振幅値から前記電流閾値を引いた値の出力と、のいずれか一方を行い、
前記高周波成分の振幅値が前記電流閾値以上となった回数あるいは前記高周波成分の振幅値から前記電流閾値を引いた値の積算値を演算し、前記回数或いは前記積算値と閾値とを比較し、前記回数或いは前記積算値が前記閾値以上となったときに、前記トルク指令値を下げる演算回路と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
直列に接続した一対のスイッチを含み、トルク指令値に応じてモータ駆動電流を出力するインバータ回路と、
外部から入力されるトルク指令値を実現するように、前記スイッチのゲート駆動信号を生成して前記インバータ回路へ出力するインバータ制御回路と、を有し、
前記インバータ制御回路は、
前記モータ駆動電流の第１高周波成分を除去する第１フィルタと、前記第１フィルタ回路の出力の第２高周波成分を除去する第２フィルタと、前記モータ駆動電流から前記第１フィルタ回路の出力を引いて前記第１高周波成分の振幅値を出力する第１差分回路と、前記第１フィルタ回路の出力から前記第２フィルタ回路の出力を引いて前記第２高周波成分の振幅値を出力する第２差分回路と、を含むフィルタ回路と、
所定のサンプリング周波数で前記第１高周波成分の振幅値が第１電流閾値以上となったか否か判断して前記第１高周波成分の振幅値が前記第１電流閾値以上となったことの通知と、前記第１高周波成分の振幅値から前記第１電流閾値を引いた値の出力との何れか一方を行い、
前記第２高周波成分の振幅値が第２電流閾値以上となったか否か判断して前記第２高周波成分の振幅値が前記第２電流閾値以上となったことの通知と、前記第２高周波成分の振幅値から前記第２電流閾値を引いた値の出力との何れか一方を行い、
前記第１高周波成分の振幅値が前記第１電流閾値以上となった回数と前記第２高周波成分の振幅値が前記第２電流閾値以上となった回数との和、或いは、前記第１高周波成分の振幅値から前記第１電流閾値を引いた値の積算値と前記第２高周波成分の振幅値から前記第２電流閾値を引いた値の積算値との和を演算し、前記和と閾値とを比較し、前記和が前記閾値以上となったときに、トルク指令値を下げる演算回路と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記演算回路は、前記回数或いは前記積算値が前記閾値以上となった後、前記回数或いは前記積算値に応じて前記トルク指令値を下げ、前記回数或いは前記積算値が前記閾値よりも大きい第２閾値となったときに前記トルク指令値を最小値とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記演算回路は、前記回数或いは前記積算値が前記第２閾値以上となった後、前記回数或いは前記積算値が前記第２閾値よりも大きい第３閾値となったときに、前記スイッチング制御回路に前記インバータ回路を停止させるゲート指令を出力することを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
直流負荷としての直流電源と、
請求項１又は請求項２記載の電力変換装置と、
前記電力変換器から出力されるモータ駆動電流により駆動される交流電動機と、
前記交流電動機の動力を車輪に伝達する車軸と、
を備えたことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電動機はロータとステータとを有し、ロータが回転することによりトルクを発生する。例えば、ロータは永久磁石や電磁石等の磁石を有し、ステータはコイルを有している。交流電動機が発生するトルクは、磁石磁束によるマグネットトルクと、磁気抵抗の変化によって発生するリラクタンストルクとの和で表され、マグネットトルクは磁石磁束に比例するトルクであるため、磁石磁束が変動するとマグネットトルクも変動し、ひいては発生トルクが変動することになる。
【０００３】
磁石は微小磁石(磁区)の集合体であると考えることができ、磁区の磁力の方向を揃えることにより全体として一方向に強力な磁力を発生することができる。しかしながら、磁石の温度が上昇すると磁区の方向がバラバラとなるため、磁力方向が分散して磁石全体の磁力が低下する。すなわち、磁石の温度変化に応じて交流電動機の発生トルクが変化することになり、交流電動機への出力トルク指令に対して、実際の出力トルクの精度が悪化してしまう。
【０００４】
さらに、磁石の温度が一定以上に上昇してしまうと、その後温度が低下しても磁石磁束が回復しない、いわゆる「不可逆減磁」を起こす。不可逆減磁状態に陥ってしまうと、出力トルクが低下してしまうことはもちろん、要求トルクを発生するためにはより大きな電流を流さなければならず、交流電動機の効率（実際の出力トルク／出力トルク指令）を悪化させてしまう。
【０００５】
交流電動機の効率が悪化すると、例えば車両として加速力や最高速度が低下する可能性があった。また、交流電動機の実際の出力トルクがトルク指令値と異なると、制御の最適点から外れるため、振動などの不安定な挙動となる可能性があった。その結果、電力変換装置および車両の信頼性および安全性を担保できなくなる可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２０６３３８号公報
【特許文献２】特開２００８−２０６３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実施形態によれば、安全性および信頼性の低下を回避する電力変換装置および車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態による電力変換装置は、直列に接続した一対のスイッチを含み、トルク指令値に応じてモータ駆動電流を出力するインバータ回路と、外部から入力されるトルク指令値を実現するように、前記スイッチのゲート駆動信号を生成して前記インバータ回路へ出力するインバータ制御回路と、を有し、前記インバータ制御回路は、前記モータ駆動電流の高周波成分の振幅値を抽出するフィルタ回路と、所定のサンプリング周波数で前記高周波成分の振幅値が電流閾値以上となったか否か判断し、前記高周波成分の振幅値が前記電流閾値以上となったことの通知と、前記高周波成分の振幅値から前記電流閾値を引いた値の出力と、のいずれか一方を行い、前記高周波成分の振幅値が前記電流閾値以上となった回数あるいは前記高周波成分の振幅値から前記電流閾値を引いた値の積算値を演算し、前記回数或いは前記積算値と閾値とを比較し、前記回数或いは前記積算値が前記閾値以上となったときに、前記トルク指令値を下げる演算回路と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態の電力変換装置および車両の一構成例を概略的に示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、電流検出器で検出された値の時間変化の一例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、フィルタ回路のローパスフィルタの出力値の時間変化の一例を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、フィルタ回路の出力値の時間変化の一例を示す図である。
【図３】図３は、異常検出回路の動作の一例を説明するための図である。
【図４】図４は、保護動作回路の動作の一例を説明するための図である。
【図５】図５は、フィルタ回路の出力値の時間変化の他の例を示す図である。
【図６】図６は、異常検出回路の動作の他の例を説明するための図である。
【図７】図７は、フィルタ回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図８Ａ】図８Ａは、電流検出器で検出された値の時間変化の一例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第１フィルタの出力値の時間変化の一例を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、第２フィルタの出力値の時間変化の一例を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、第１差分回路の出力値の時間変化の一例を示す図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、第２差分回路の出力値の時間変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態の電力変換装置および車両について、図面を参照して説明する。  
図１は、第１実施形態の電力変換装置および車両の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の車両は、直流電源（直流負荷）ＢＴと、電力変換装置と、上位制御装置（ＥＣＵ：electronic control unit）１と、車輪ＷＬと、車軸１００と、を備えている。電力変換装置は、交流電動機Ｍと、インバータＩＮＶと、インバータ制御回路ＣＴＲと、を備えている。車軸１００は、交流電動機（交流負荷）Ｍの回転動力を車輪へ伝達する。
【００１１】
直流電源ＢＴは、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の蓄電池を含む。直流電源ＢＴから出力された直流電力はインバータＩＮＶへ供給されるとともに、直流電源ＢＴはインバータＩＮＶを介して接続された負荷、例えば交流電動機Ｍが発電する電気エネルギーを充電する。
【００１２】
インバータＩＮＶは、直流電源ＢＴから供給された直流電力を３相交流電力に変換する３相インバータである。インバータＩＮＶは、複数のスイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚと、平滑コンデンサＣと、を備えている。インバータＩＮＶは、後述するインバータ制御回路ＣＴＲからのゲート駆動信号に従って、複数のスイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚが開閉することにより、トルク指令値に応じた３相交流電流（モータ駆動電流）を交流電動機Ｍへ供給する。
【００１３】
インバータＩＮＶは、直流電源ＢＴと交流電動機Ｍとの間に接続し、直流電源ＢＴからの電流を供給する直流ラインＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）間に直列に接続した一対のスイッチを備えた複数のスイッチ回路を備えている。Ｕ相のスイッチ回路はスイッチＳｕ、Ｓｘを含み、Ｖ相のスイッチ回路はスイッチＳｖ、Ｓｙを含み、Ｗ相のスイッチ回路はスイッチＳｗ、Ｓｚを含む。各相のスイッチ回路は互いに並列に接続している。各相において、一対のスイッチが直列に接続している。例えば、Ｕ相において、一対のスイッチＳｕ、Ｓｘは直列に接続している。スイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚは、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＦＥＴ（Field-Effect Transistor）、ＧＴＯ（gate turn-off thyristor）、トランジスタなどの電気的に開閉制御することができるスイッチである。
【００１４】
平滑コンデンサＣは、高電位側の直流ラインＬＩＮＫ（Ｈ）と低電位側の直流ラインＬＩＮＫ（Ｌ）との間に接続し、直流電源ＢＴとスイッチ回路との間において、直流電源ＢＴとスイッチ回路と並列に接続している。平滑コンデンサＣは、インバータＩＮＶが運転することにより、直流ラインＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）の電圧が変動することを抑制する。
【００１５】
インバータＩＮＶと直流電源ＢＴとは遮断手段ＣＮにより接続あるいは開放される。遮断手段ＣＮは、直流ラインＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）それぞれに設けられている。遮断手段ＣＮは、例えば上位制御装置１からの制御信号に従って直流ラインＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）の開閉動作を行う手段であって、例えば電磁接触器である。インバータＩＮＶと交流負荷との間には交流ラインが接続し、インバータＩＮＶと交流負荷とは交流ラインを介して交流電流を互いに供給可能である。
【００１６】
交流電動機Ｍは、例えば永久磁石を含むロータ（図示せず）と、コイルを含むステータ（図示せず）とを有する。交流電動機Ｍは、インバータＩＮＶから供給された電流によりトルクを発生する。交流電動機Ｍの出力軸には、負荷装置が接続されて発生したトルクが伝達される。また、交流電動機Ｍは、負荷装置の運動エネルギーを電力に変換して回生運転する。交流電動機Ｍの回生運転による電力はインバータＩＮＶで直流電力へ変換されて、直流電源ＢＴに充電される。本実施形態では、交流電動機Ｍの出力軸には車軸が接続されて、交流電動機Ｍで発生したトルクが車軸を介して車輪ＷＬへ伝達される。また、交流電動機Ｍは、車軸を介して伝達された車輪ＷＬの運動エネルギーを電力に変換して回生運転する。
【００１７】
ここで、交流電動機Ｍにおいて永久磁石の減磁が発生する原因の一例について説明する。例えば交流電動機Ｍの運転中に、永久磁石の温度が上昇する原因として、渦電流が挙げられる。渦電流は、一般的に磁束の変化（電磁誘導）により主に導体表面で発生する電流である。渦電流は、導体内部よりも導体表面で大きくなる特性がある。
【００１８】
渦電流は、導体と磁石との距離を変化させたり、導体と磁石とを互いに平行移動させたりすることにより発生する。なお、渦電流は、磁石の磁力が高いほど、また、導体に対する磁石の移動速度が高速であるほど、大きくなる。すなわち、導体側からみて磁力の変化が大きい場合に渦電流が大きくなり、磁石に生じる渦電流の方向は磁力の変化する方向に応じて変わる。
【００１９】
本実施形態では、交流電動機Ｍにおいて、ステータのコイルに流れる電流により磁束Φが発生し、コイルに流れる電流の増減により発生する磁界Φの大きさが変化する。したがって、ステータのコイルに流れる電流の時間変化（ｄＩ／ｄｔ）が増減すると、コイルで生じる磁束の時間変化（ｄΦ／ｄｔ）が増減し、この変化に応じて永久磁石に生じる渦電流の大きさおよび向きが変わる。
【００２０】
磁束の変化量（ｄΦ／ｄｔ）が大きいほど渦電流は大きくなるため、本実施形態の交流電動機Ｍに用いられる永久磁石においては、インバータＩＮＶから交流電動機Ｍへ流れる交流電流の振幅が大きいほど、また、インバータＩＮＶから交流電動機Ｍへ流れる交流電流が高速に変化する（高周波である）ほど、永久磁石に生じる渦電流は大きくなる。
【００２１】
次に、インバータＩＮＶから交流電動機Ｍへ流れる交流電流と、永久磁石に生じる渦電流との関係について説明する。前述のように、交流電動機Ｍのステータのコイルに流れる電流の増減に応じて、コイルから発生する磁界Φも増減し、コイルに流れる電流の時間変化（ｄＩ／ｄｔ）が大きい程、永久磁石に流れる渦電流も大きくなる。
【００２２】
渦電流は、コイルから磁束の向きに永久磁石を見たときに、磁束の周りに反時計回りの方向へ流れる。コイルに流れる電流の向きが変わるとコイルで生じる磁束の向きが変わるため、永久磁石に生じる渦電流の向きも変わる。
【００２３】
コイルで生じる磁束の変化量（ｄΦ／ｄｔ）が大きいほど、永久磁石に流れる渦電流は大きくなる。すなわち、コイルに流れる電流の変化量（ｄＩ／ｄｔ）が大きいほど、永久磁石に流れる渦電流は大きくなるので、コイルに流れる電流が高周波になるほど、永久磁石に流れる渦電流が大きくなる。また、コイルに流れる電流振幅が大きいほど、つまり、大電流であるほど単位時間あたりの電流変化量（ｄＩ／ｄｔ）も大きくなるため、永久磁石に流れる渦電流も電流変化量に比例して大きくなる。
【００２４】
上記のことから、交流電動機Ｍのステータコイルに流れる電流の高周波成分を抑制することにより、永久磁石に大きな渦電流が流れることを抑制可能であり、その結果、永久磁石の温度上昇を抑えて、永久磁石の減磁が発生することを回避することができると考えられる。
【００２５】
そこで、本実施形態の電力変換装置は、インバータ制御回路ＣＴＲは、例えばＭＰＵやＣＰＵなどのプロセッサを含み、インバータＩＮＶから交流電動機Ｍへ流れる高周波電流を抑制するための構成を備えている。
【００２６】
本実施形態では、インバータ制御回路ＣＴＲは、モータ駆動電流の高周波成分の振幅値を抽出するフィルタ回路１３と、所定のサンプリング周波数で高周波成分の振幅値が電流閾値以上となったか否か判断し、高周波成分の振幅値が電流閾値以上となったことの通知を行い、高周波成分の振幅値が電流閾値以上となった回数を演算し、回数と閾値とを比較し、回数が閾値以上となったときに、トルク指令値を下げる演算回路と、を備える。本実施形態では、上記演算回路による演算は、例えば異常検出回路１４と、保護動作回路１５と、トルク指令値演算回路１７とにより行われる。
【００２７】
インバータ制御回路ＣＴＲは、トルク指令値演算回路１７と、ゲート指令回路１６と、スイッチング制御回路１８と、フィルタ回路１３と、異常検出回路１４と、保護動作回路１５と、電圧検出器１９と、電流検出器１２と、回転数検出器１１とを備えている。インバータ制御回路ＣＴＲは、上位制御装置１から、トルク指令値とゲート指令値とを受信する。
【００２８】
回転数検出器１１は、例えば、交流電動機Ｍのロータの単位時間当たりの回転数を検出する。回転数検出器１１は、例えば、レゾルバ等ロータの回転角を検出する回転角センサや、ロータの回転速度を検出する回転速度センサ等を含んでいてもよい。また、回転数検出器１１は、機械や磁気的なセンサでなく、電流検出器１２で検出される電流情報から磁極位置を推定するセンサレス磁極位置推定器を含んでいてもよい。回転数検出器１１は検出した値を、例えば、上位制御装置１およびスイッチング制御回路１８へ供給する。
【００２９】
電圧検出器１９は、インバータＩＮＶの直流ラインＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）間の電圧を検出する。電圧検出器１９は検出した値を、例えば、上位制御装置１およびスイッチング制御回路１８へ供給する。
【００３０】
図２Ａは、電流検出器で検出された値の時間変化の一例を示す図である。  
電流検出器１２は、インバータＩＮＶの交流ラインに流れる電流の値を検出する。電流検出器１２は、検出した値を上位制御装置１、フィルタ回路１３およびトルク指令値演算回路へ供給する。
【００３１】
図２Ｂは、フィルタ回路１３のローパスフィルタＬＦの出力値の時間変化の一例を示す図である。  
図２Ｃは、フィルタ回路１３の出力値の時間変化の一例を示す図である。
【００３２】
フィルタ回路１３は、ローパスフィルタＬＦと、差分回路ＤＦとを有している。電流検出器１２から供給された電流値は、ローパスフィルタＬＦと差分回路ＤＦとに入力される。ローパスフィルタＦＬは、入力された電流の所定の周波数よりも低い成分を出力する。差分回路ＤＦは、電流検出器１２から供給された電流値からローパスフィルタＬＦの出力値を引いた値を出力する。したがって、フィルタ回路１３の出力は、ローパスフィルタＬＦで除去された、交流ラインに流れる電流の高周波成分の振幅値となる。なお、フィルタ回路１３から異常検出回路１４へ入力される値は、交流ラインに流れる電流の高周波成分の振幅値の絶対値としてもよい。
【００３３】
図３は、異常検出回路１４の動作の一例を説明するための図である。  
異常検出回路１４には、フィルタ回路１３から出力された高周波成分の振幅値（もしくはその絶対値）が入力される。異常検出回路１４は、所定のサンプリング周波数に基づいて入力された値と電流閾値Ｉθとを比較し、入力値が電流閾値Ｉθ以上であるときに保護動作回路１５へ通知する。ここでは、異常検出回路１４が入力値の値と電流閾値Ｉθとを比較するサンプリング周波数は、フィルタ回路１３から出力される高周波の周波数よりも高く設定されている。
【００３４】
図４は、保護動作回路１５の動作の一例を説明するための図である。  
保護動作回路１５は、異常検出回路１４からの通知を受信し、トルク指令値演算回路１７へトルク絞り値を出力し、ゲート指令回路１６へゲート指令を出力する。保護動作回路１５は、異常検出回路１４から通知された回数を保持し、保持された値と所定の第１閾値Ａ１とを比較し、保持された値が第１閾値Ａ１以上となった時に、トルク指令値の絞りを開始させる。トルク絞り値は、例えば１以下の値であって上位制御装置１からのトルク指令値に積算されるものであっても良く、上位制御装置１からのトルク指令値から減算される所定の値であってもよい。またトルク絞り値は、外部から入力されるトルク指令値に代わる値であってもよい。
【００３５】
保護動作回路１５は、更に、保持された値が第１閾値Ａ１以上となった後、保持された値と第２閾値Ａ２（＞第１閾値Ａ１）と比較して、保持された値が第２閾値Ａ２となるまでトルク指令値の絞りを行う。トルク絞り値は一定の値であってもよく、保持された値と第１閾値Ａ１との差分に応じた値であって、保持された値が第２閾値Ａ２となった時にトルク絞り量が最大になるように設定されてもよい。
【００３６】
保護動作回路１５は、更に、保持された値と第３閾値Ａ３（＞第２閾値Ａ２）とを比較して、保持された値が第３閾値Ａ３以上となったときにインバータＩＮＶを停止する（ゲートブロックする）ようにゲート指令を出力する。
【００３７】
なお、保護動作回路１５で保持された値は、例えば、所定期間更新されなかったときにリセットされてゼロになるように構成されても良く、電力変換装置又は車両の電源がオフする際に、リセットされるように構成されても良い。
【００３８】
ゲート指令回路１６は、上位制御装置１と、保護動作回路１５とからゲート指令を受信する。ゲート指令回路１６は、ゲートブロックするゲート指令を受信したときに、スイッチング制御回路１８にインバータＩＮＶを停止させる。
【００３９】
トルク指令値演算回路１７は、上位制御装置１からトルク指令値を受信し、保護動作回路１５からトルク絞り値を受信し、修正後のトルク指令値をスイッチング制御回路１８へ出力する。トルク指令値演算回路１７は、受信したトルク指令値とトルク絞り値とを用いて、修正したトルク指令値を演算し、修正後のトルク指令値をスイッチング制御回路１８へ出力する。
【００４０】
スイッチング制御回路１８は、ゲート指令回路１６からゲート指令を受信し、トルク指令値演算回路１７から修正後のトルク指令を受信する。スイッチング制御回路１８は、ゲート指令回路１６からのゲート指令に従って、インバータＩＮＶを起動、或いは、停止する。また、スイッチング制御回路１８は、トルク指令値演算回路１７からのトルク指令値を実現するゲート駆動信号を生成する。
【００４１】
スイッチング制御回路１８は、例えば、演算回路とメモリとを備えている。スイッチング制御回路１８は、受信したトルク指令と、直流電源ＢＴの電源電圧（直流ラインＬＩＮＫ（Ｈ）、ＬＩＮＫ（Ｌ）間の電圧）と、交流ラインにより交流電動機Ｍに供給される各相の電流（相電流）と、予めメモリに格納されたキャリア波とに基づいて、所望の出力値を実現するようにゲート駆動信号を演算して出力する。ゲート駆動信号は、スイッチＳｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚそれぞれに対して生成される。
【００４２】
上記の電力変換装置および車両の動作の一例について説明する。  
図４のグラフＬ１は、保護動作回路１５がトルク絞りを行うことにより、交流ラインに流れる電流の高周波成分の振幅が電流閾値Ｉθ未満に収束したときの例である。
【００４３】
保護動作回路１５に保持された値が第１閾値Ａ１以上となると、保護動作回路１５はトルク絞りを開始する。本実施形態では、図４に示すタイミングＴ１において保護動作回路１５がトルク絞りを開始する。保護動作回路１５がトルク絞りを開始すると、スイッチング制御回路１８に入力される修正後のトルク指令値は、上位制御装置１からのトルク指令値よりも小さい値となる。
【００４４】
更に、保護動作回路１５に保持された値が第２閾値Ａ２となると、保護動作回路１５は、トルク絞りを終了する。本実施形態では、図４に示すタイミングＴ２において保護動作回路１５がトルク絞りを終了する。例えば、スイッチング制御回路１８に入力される修正後のトルク指令値は、タイミングＴ１からタイミングＴ２の間に徐々に小さくなる。
【００４５】
保護動作回路１５がトルク絞りを開始すると、図２Ｃに示すように、交流ラインに流れる電流の高周波成分の振幅が徐々に小さくなる。この例のように、交流ラインに流れる電流の高周波成分が徐々に小さくなると、グラフＬ１のように保護動作回路１５に保持される値が第３閾値Ａ３未満の値に収束する。この場合、トルクを絞った状態を維持して、電力変換装置および車両の動作が継続される。
【００４６】
図４のグラフＬ２は、保護動作回路１５がトルク絞った後、交流ラインに流れる電流の高周波成分の振幅が収束しなかったときの例である。  
図５は、フィルタ回路１３の出力値の時間変化の他の例を示す図である。
【００４７】
タイミングＴ１において保護動作回路１５がトルク絞りを開始した後、交流ラインに流れる電流の高周波成分の振幅が小さくならない場合、図４のグラフＬ２に示すように、タイミングＴ１経過後も、保護動作回路１５に保持される値が増加し続ける。保護動作回路１５は、保持される値が第２閾値Ａ２となったタイミングＴ２´においてトルク絞りを終了する。その後も交流ラインに流れる電流の高周波成分は小さくならない場合、保持される値が第３閾値Ａ３以上となったタイミングＴ３において、保護動作回路１５はインバータＩＮＶの動作を停止するゲート指令を出力し、スイッチング制御回路１８によりインバータＩＮＶの動作が停止される。
【００４８】
上記のように、本実施形態の電力変換装置および車両によれば、インバータＩＮＶの交流ラインに流れる電流の高周波成分を抑制することができる。その結果、交流電動機Ｍに生じる渦電流を抑制し、交流電動機Ｍのロータの温度が上昇して永久磁石が減磁状態となることを回避することができる。なお、本実施形態では、交流ラインに所定の値を超える高周波成分が継続して生じた場合にのみ、交流電動機Ｍのトルクを絞るものであって、交流電動機Ｍの出力は一時的に低下するのみである。
【００４９】
また、本実施形態において、トルク指令値を絞ってもインバータＩＮＶの交流ラインの高周波成分が減少しない場合には、電力変換装置および車両に異常があるものと考えられるため、この場合にはインバータＩＮＶの動作を停止して、安全性を担保することができる。
【００５０】
上記のように、本実施形態の電力変換装置および車両によれば、安全性および信頼性の低下を回避することができる。
【００５１】
図６は、異常検出回路１４の動作の他の例を説明するための図である。  
この例では、インバータ制御回路ＣＴＲは、モータ駆動電流の高周波成分の振幅値を抽出するフィルタ回路１３と、所定のサンプリング周波数で高周波成分の振幅値が電流閾値以上となったか否か判断し、高周波成分の振幅値から電流閾値を引いた値の出力を行い、高周波成分の振幅値から電流閾値を引いた値の積算値を演算し、積算値と閾とを比較し、積算値が閾値以上となったときに、トルク指令値を下げる演算回路と、を備える。本実施形態では、上記演算回路による演算は、例えば異常検出回路１４と、保護動作回路１５と、トルク指令値演算回路１７とにより行われる。
【００５２】
この例では、異常検出回路１４は、交流ラインに流れる高周波成分の振幅値（あるいはその絶対値）が閾値Ｉθとなったときに、高周波成分の振幅値（あるいはその絶対値）から閾値Ｉθを引いた値を演算し、演算結果を保護動作回路１５へ出力する。
【００５３】
保護動作回路１５は、異常検出回路１４から受信した値を積算し、第１閾値Ａ１、第２閾値Ａ２、および第３閾値Ａ３に相当する値と比較して、上述と同様の処理を行う。  
上記以外の構成は上述の実施形態と同様である。この場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
次に、第２実施形態の電力変換装置および車両について図面を参照して説明する。  
なお、以下の説明において、上述の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５５】
本実施形態では、インバータ制御回路ＣＴＲは、モータ駆動電流の第１高周波成分を除去する第１フィルタＦＬ１と、第１フィルタＦＬ１の出力の第２高周波成分を除去する第２フィルタＦＬ２と、モータ駆動電流から第１フィルタＦＬ１の出力を引いて第１高周波成分の振幅値を出力する第１差分回路ＤＦ１と、第１フィルタＦＬ１の出力から第２フィルタＦＬ２の出力を引いて第２高周波成分の振幅値を出力する第２差分回路ＤＦ２と、を含むフィルタ回路１３と、所定のサンプリング周波数で第１高周波成分の振幅値が第１電流閾値以上となったか否か判断して第１高周波成分の振幅値が第１電流閾値以上となったことの通知を行い、第２高周波成分の振幅値が第２電流閾値以上となったか否か判断して第２高周波成分の振幅値が第２電流閾値以上となったことの通知を行い、第１高周波成分の振幅値が第１電流閾値以上となった回数と第２高周波成分の振幅値が第２電流閾値以上となった回数との和を演算し、演算結果である和と閾値とを比較し、和が閾値以上となったときに、トルク指令値を下げる演算回路と、を備える。本実施形態では、上記演算回路による演算は、例えば異常検出回路１４と、保護動作回路１５と、トルク指令値演算回路１７とにより行われる。
【００５６】
図７は、フィルタ回路１３の他の構成例を示すブロック図である。  
本実施形態では、フィルタ回路１３は、第１フィルタＦＬ１と、第２フィルタＦＬ２と、第１差分回路ＤＦ１と、第２差分回路ＤＦ２とを有している。
【００５７】
図８Ａは、電流検出器１２で検出された値の時間変化の一例を示す図である。
【００５８】
第１フィルタＦＬ１は、交流ラインに流れる電流の第１高周波成分を除去する。すなわち、第１フィルタＦＬ１はローパスフィルタであって、電流検出器１２から供給された電流の所定の周波数よりも低い成分を出力する。第１フィルタＦＬ１の出力は第２フィルタＦＬ２と第１差分回路ＤＦ１とに入力される。
【００５９】
図８Ｂは、第１フィルタＦＬ１の出力値の時間変化の一例を示す図である。  
第２フィルタＦＬ２は、第１フィルタＦＬ１の出力から第２高周波成分を除去するフィルタである。第２高周波成分は第１高周波成分よりの周波数帯域が低い。すなわち、第２フィルタＦＬ２はローパスフィルタであって、カットオフ周波数は第１フィルタＦＬ１よりも低い。第２フィルタＦＬ２は、第１フィルタＦＬ１から出力された電流の所定の周波数よりも低い成分を出力する。第２フィルタＦＬ１の出力は第２差分回路ＤＦ２に入力される。
【００６０】
図８Ｃは、第２フィルタＦＬ２の出力値の時間変化の一例を示す図である。
【００６１】
第１差分回路ＤＦ１は、電流検出器１２から供給された電流値から、第１フィルタＦＬ１の出力値を引いた値を出力する。したがって、第１差分回路ＤＦ１から出力する電流成分は、第１フィルタＦＬ１で除去された交流ラインに流れる電流成分、すなわち、第１高周波成分の振幅値となる。
【００６２】
図８Ｄは、第１差分回路ＤＦ１の出力値の時間変化の一例を示す図である。
【００６３】
第２差分回路ＤＦ２は、第１フィルタＦＬ１の出力値から、第２フィルタＦＬ２の出力値を引いた値を出力する。したがって、第２差分回路ＤＦ２から出力する電流成分は、第２フィルタで除去された交流ラインに流れる電流成分、すなわち第２高周波成分の振幅値となる。
【００６４】
図８Ｅは、第２差分回路ＤＦ２の出力値の時間変化の一例を示す図である。  
なお、第１差分回路ＤＦ１および第２差分回路ＤＦ３から異常検出回路１４へ入力される値は、それぞれの高周波成分の振幅値の絶対値としてもよい。
【００６５】
異常検出回路１４は、第１差分回路ＤＦ１の出力と、第２差分回路ＤＦ２の出力とを受信する。異常検出回路１４は、所定のサンプリング周波数に基づいて第１差分回路ＤＦ１からの出力値（振幅値あるいはその絶対値）と第１電流閾値Ｉθ１とを比較し、第１差分回路ＤＦ１の出力値が第１電流閾値Ｉθ１以上であるときに保護動作回路１５へ通知する。異常検出回路１４は、所定のサンプリング周波数に基づいて第２差分回路ＤＦ２からの出力値（振幅値あるいはその絶対値）と第２電流閾値Ｉθ２（＞第１電流閾値Ｉθ１）とを比較し、第２差分回路ＤＦ２の出力値が第２電流閾値Ｉθ２以上であるときに保護動作回路１５へ通知する。
【００６６】
ここで、第２差分回路ＤＦ２から出力される電流成分の周波数帯域は、第１差分回路ＤＦ１から出力される電流成分の周波数帯域よりも低い。上述したように、交流電動機Ｍに供給される電流は、周波数が高い程渦電流が生じやすく、振幅が大きい程渦電流が生じやすい。したがって、第２差分回路ＤＦ２から出力される電流成分よりも、第１差分回路ＤＦ１から出力される電流成分の方が渦電流の原因となり易いと考えられるため、第１電流閾値Ｉθ１を第２電流閾値Ｉθ２よりも小さい値とし、高い周波数帯域の電流成分が検出され易いように設定している。
【００６７】
保護動作回路１５は、上述の第１実施形態と同様に、異常検出回路１４から通知された回数を保持し、保持された値と第１閾値Ａ１、第２閾値Ａ２、および第３閾値Ａ３に相当する値とを比較して、結果に応じた処理を行う。
【００６８】
本実施形態の電力変換装置および車両は上記の構成以外は第１実施形態と同様である。本実施形態の電力変換装置および車両によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、本実施形態では、交流ラインに流れる電流の高周波成分を複数の帯域に分離して、それぞれ異なる閾値を用いて異常を判断することにより、渦電流が生じるか否か、すなわち、交流電動機Ｍのロータの温度が上昇するか否かをより正確に判断することができ、電力変換装置および車両の信頼性及び安全性をより向上させることができる。
【００６９】
なお、本実施形態において、インバータ制御回路ＣＴＲは、モータ駆動電流の第１高周波成分を除去する第１フィルタＦＬ１と、第１フィルタＦＬ１の出力の第２高周波成分を除去する第２フィルタＦＬ２と、モータ駆動電流から第１フィルタＦＬ１の出力を引いて第１高周波成分の振幅値を出力する第１差分回路ＤＦ１と、第１フィルタＦＬ１の出力から第２フィルタＦＬ２の出力を引いて第２高周波成分の振幅値を出力する第２差分回路ＤＦ２と、を含むフィルタ回路１３と、所定のサンプリング周波数で第１高周波成分の振幅値が第１電流閾値以上となったか否か判断して第１高周波成分の振幅値から第１電流閾値を引いた値の出力を行い、第２高周波成分の振幅値が第２電流閾値以上となったか否か判断して第２高周波成分の振幅値から第２電流閾値を引いた値の出力を行い、第１高周波成分の振幅値から第１電流閾値を引いた値の積算値と第２高周波成分の振幅値から第２電流閾値を引いた値の積算値との和を演算し、演算結果である和と閾値とを比較し、和が閾値以上となったときに、トルク指令値を下げる演算回路と、を備えていてもよい。この例では、上記演算回路による演算は、例えば異常検出回路１４と、保護動作回路１５と、トルク指令値演算回路１７とにより行われる。
【００７０】
すなわち、第２実施形態において、異常検出回路１４は、例えば図６に示すように、第１差分回路ＤＦ１の出力値から第１電流閾値Ｉθ１を引いた値と、第２差分回路ＤＦ２の出力値から第２電流閾値Ｉθ２を引いた値とを保護動作回路１５へ出力してもよい。
【００７１】
その場合には、保護動作回路１５は異常検出回路１４から受信した値を積算し、積算した値と第１閾値Ａ１、第２閾値Ａ２、および第３閾値Ａ３に相当する値とを比較して、結果に応じた処理を行う。この場合であっても上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、上記インバータ制御回路は、ハードウエアにより構成されたモジュールであってもよく、ソフトウエアにより構成されたモジュールであってもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１…上位制御装置、１２…電流検出器、１３…フィルタ回路、１４…異常検出回路、１５…保護動作回路、１６…ゲート指令回路、１７…トルク指令値演算回路、１８…スイッチング制御回路、１９…電圧検出器、１００…車軸、Ａ１…第１閾値、Ａ２…第２閾値、Ａ３…第３閾値、ＤＦ…差分回路、ＤＦ１…第１差分回路、ＤＦ２…第２差分回路、ＦＬ…ローパスフィルタ、ＦＬ１…第１フィルタ、ＦＬ２…第２フィルタ、Ｉθ…電流閾値、Ｉθ１…第１電流閾値、Ｉθ２…第２電流閾値
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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