(57)【要約】【課題】モータの各相に対応してスイッチング素子を有するインバータ装置において、全ての相の電流検出結果を必要とせずに、各スイッチング素子の温度を推定する。【解決手段】インバータ装置１００において、温度推定部１８０は、ゲート駆動回路１４０の複数のスイッチング素子のうちいずれかを検出対象スイッチング素子として温度検出部１７０により検出された温度検出値Ｔｔｈと、電流検出部１１０により検出された検出対象スイッチング素子の電流の実効値Ｉｒｍｓとに基づいて、検出対象スイッチング素子の温度Ｔｊを推定すると共に、この検出対象スイッチング素子の温度Ｔｊの推定結果と、検出対象スイッチング素子および他のスイッチング素子のオンデューティ比Ｄ１、Ｄ２とに基づいて、他のスイッチング素子の温度Ｔｊ’を推定する。【選択図】図１
2016015832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するための複数のスイッチング素子を有し、前記交流電力をモータに出力するゲート駆動回路と、
前記ゲート駆動回路の複数のスイッチング素子のうちいずれか少なくとも一つの検出対象スイッチング素子に関する温度を検出する温度検出部と、
前記検出対象スイッチング素子のスイッチング動作に応じて前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記温度検出部により検出された温度と、前記電流検出部により検出された電流の実効値とに基づいて、前記検出対象スイッチング素子の温度を推定すると共に、前記検出対象スイッチング素子の温度推定結果と、前記検出対象スイッチング素子および他のスイッチング素子のオンデューティ比とに基づいて、前記他のスイッチング素子の温度を推定する温度推定部と、を備えるインバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置において、
前記モータに流れる電流に対する電流指令値を生成する電流指令生成部と、
前記温度推定部により推定された前記検出対象スイッチング素子および前記他のスイッチング素子の温度に基づいて、前記複数のスイッチング素子の中で最高温度に達するスイッチング素子を特定し、当該スイッチング素子の温度に応じて前記電流指令値を制限する電流指令制限部と、をさらに備えるインバータ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のインバータ装置において、
前記電流指令制限部は、前記モータがロック状態であるときには前記電流指令値の制限を行い、前記モータがロック状態でないときには前記電流指令値の制限を行わないインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行用の駆動モータを搭載した電気自動車やハイブリッド車等の電動車両には、モータを駆動させるためのインバータ装置が設けられている。インバータ装置は一般に、直流電力を交流電力に変換するために、たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等によって構成される複数のスイッチング素子を有している。このスイッチング素子を用いることで、バッテリから供給される直流電力がトルク指令に応じた交流電力に変換され、複数相の電力線を介してモータに出力される。これにより、モータに電流が流れ、モータが駆動される。
【０００３】
上記のようなインバータ装置により駆動されるモータにおいて、モータの負荷とトルクが釣り合うと、モータの回転が停止してロック状態となる場合がある。その場合、特定のスイッチング素子に電流が継続して流れ続けることで、温度が局所的に上昇してしまい、当該スイッチング素子の破壊等につながる可能性がある。また、ロック状態とならない場合でも、負荷の状態や周囲の温度環境等によっては、特定のスイッチング素子の温度が上昇しすぎてしまい、破壊等につながる可能性がある。
【０００４】
そこで、インバータ装置において各スイッチング素子の温度を求め、所定の温度を超えたスイッチング素子がある場合は、当該スイッチング素子を保護してそれ以上の温度上昇を抑えることが従来から提案されている。特許文献１には、スイッチング素子および還流ダイオードの損失モデルと熱抵抗モデルを利用して算出された推定温度上昇値と、温度検出部で検出したスイッチング素子の温度とに基づいて、温度検出部を備えていないスイッチング素子および還流ダイオードの温度を推定するインバータ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−９７８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のインバータ装置では、電流検出器によりモータに流れる三相の電流値を検出し、この三相の電流値に基づいて、各相のスイッチング素子および還流ダイオードの損失モデルを定めている。したがって、温度検出部を備えていないスイッチング素子についても、損失モデルを求めるために対応する相の電流値が必要となる。そのため、たとえばいずれかの相の電流検出器において異常なオフセットが発生した場合には、そのオフセットの分だけ、当該スイッチング素子に対する推定温度上昇値の算出結果に誤差が生じる。その結果、当該スイッチング素子の温度を正確に推定することができず、当該スイッチング素子を過剰な温度上昇から適切に保護することができないおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術における課題を解決するためになされたものである。その主な目的は、モータの各相に対応してスイッチング素子を有するインバータ装置において、全ての相の電流検出結果を必要とせずに、各スイッチング素子の温度を推定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるインバータ装置は、直流電力を交流電力に変換するための複数のスイッチング素子を有し、前記交流電力をモータに出力するゲート駆動回路と、前記ゲート駆動回路の複数のスイッチング素子のうちいずれか少なくとも一つの検出対象スイッチング素子に関する温度を検出する温度検出部と、前記検出対象スイッチング素子のスイッチング動作に応じて前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、前記温度検出部により検出された温度と、前記電流検出部により検出された電流の実効値とに基づいて、前記検出対象スイッチング素子の温度を推定すると共に、前記検出対象スイッチング素子の温度推定結果と、前記検出対象スイッチング素子および他のスイッチング素子のオンデューティ比とに基づいて、前記他のスイッチング素子の温度を推定する温度推定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、モータの各相に対応してスイッチング素子を有するインバータ装置において、全ての相の電流検出結果を必要とせずに、各スイッチング素子の温度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインバータ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ゲート駆動回路内の概略構成を示す図である。
【図３】インバータ装置からモータに出力される電流波形の一例を示す図である。
【図４】温度検出部が設けられたスイッチング素子の温度を推定するための温度推定部の制御ブロック図である。
【図５】冷却水温度に対する温度検出値Ｔｔｈとジャンクション温度Ｔｊのそれぞれの温度上昇の様子を示す図である。
【図６】ゲート駆動回路において各スイッチング素子に対して出力されるロック状態でのゲート信号波形の例を示す図である。
【図７】温度検出部が設けられていないスイッチング素子の温度を推定するための温度推定部の制御ブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るインバータ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】各スイッチング素子の中でジャンクション温度が最高温度に達するスイッチング素子を特定する際に行われる処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘと制限係数Ｔｊｃｏｅｆの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るインバータ装置１００の構成を示すブロック図である。インバータ装置１００は、バッテリ２００およびモータ３１０と接続されており、バッテリ２００から供給される直流電力を３相交流電力に変換して、モータ３１０に出力する。
【００１３】
インバータ装置１００は、電流検出部１１０、電流制御部１２０、三相電圧変換部１３０、ゲート駆動回路１４０、電流指令生成部１５０、回転位置検出部１６０、回転演算部１６１、温度検出部１７０、および温度推定部１８０を有している。
【００１４】
バッテリ２００は、インバータ装置１００の直流電圧源である。バッテリ２００の直流電圧Ｅｄｃは、インバータ装置１００のゲート駆動回路１４０によって可変電圧、可変周波数の３相の交流電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）に変換される。変換後のこれらの交流電圧は、ゲート駆動回路１４０とモータ３１０の間に接続された３相の交流出力線を介してモータ３１０に印加される。３相の交流出力線には、モータ３１０に流れる電流を検出するための電流センサ信号を出力する電流センサ１１１がそれぞれ取り付けられている。
【００１５】
モータ３１０は、インバータ装置１００から供給される３相交流電力によって回転駆動される同期モータである。モータ３１０には、モータ３１０での誘起電圧の位相に合わせてインバータ装置１００がモータ３１０に印加する３相交流電圧の位相を制御できるようにするため、モータ３１０のロータの回転位置（磁極位置）を検出する回転位置センサ３２０が取り付けられている。回転位置センサ３２０からロータの回転位置に応じて出力される回転位置センサ信号は、インバータ装置１００において回転位置検出部１６０に入力される。回転位置検出部１６０は、回転位置センサ３２０からの回転位置センサ信号に基づいて、ロータの回転位置を演算し、その演算結果を回転位置θｎとして電流検出部１１０、三相電圧変換部１３０および回転演算部１６１に出力する。回転演算部１６１は、回転位置検出部１６０からの回転位置θｎに基づいて、モータ３１０の回転数を演算し、その演算結果を電流指令生成部１５０に出力する。
【００１６】
インバータ装置１００において、電流指令生成部１５０は、モータ３１０の出力を制御するための電流制御機能を有している。電流指令生成部１５０は、インバータ装置１００に接続された上位の制御装置（不図示）等から入力されるモータ駆動指示としてのトルク指令と、回転演算部１６１により求められたモータ３１０の回転数とに基づいて、モータ３１０に流れる電流に対するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。電流指令生成部１５０により生成されたこれらの電流指令値は、電流指令生成部１５０から電流制御部１２０に出力される。
【００１７】
電流検出部１１０は、電流センサ１１１からの電流センサ信号に基づいて、モータ３１０に流れる３相のモータ電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を検出する。そして、回転位置検出部１６０からの回転位置θｎに基づいて、これらのモータ電流の検出値をｄｑ変換し、ｄ軸電流検出値Ｉｄ＾およびｑ軸電流検出値Ｉｑ＾を出力する。
【００１８】
電流制御部１２０は、電流検出部１１０から出力されたｄ軸電流検出値Ｉｄ＾およびｑ軸電流検出値Ｉｑ＾と、電流指令生成部１５０から出力されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とがそれぞれ一致するように、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を出力する。
【００１９】
三相電圧変換部１３０は、回転位置検出部１６０からの回転位置θｎに基づいて、電流制御部１２０から出力されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、３相の電圧指令値に変換する。そして、変換後の電圧指令値に基づいてパルス幅変調を行うことにより、ＰＷＭ信号を生成し、ゲート駆動回路１４０に出力する。
【００２０】
ゲート駆動回路１４０は、三相電圧変換部１３０からのＰＷＭ信号に基づいて、バッテリ２００の直流電圧Ｅｄｃを３相の交流電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）に変換し、モータ３１０に出力する。これにより、バッテリ２００から供給される直流電力がゲート駆動回路１４０により３相の交流電力に変換され、インバータ装置１００からモータ３１０に出力される。ゲート駆動回路１４０は、複数のスイッチング素子を有しており、各スイッチング素子をＰＷＭ信号に応じてスイッチングさせることにより、直流電力から３相交流電力への変換を行う。
【００２１】
図２は、ゲート駆動回路１４０内の概略構成を示す図である。図２に示すように、ゲート駆動回路１４０は、内部にスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、ＳｗｐおよびＳｗｎを有している。スイッチング素子Ｓｕｐ、ＳｕｎはＵ相の上アームと下アームにそれぞれ対応し、スイッチング素子Ｓｖｐ、ＳｖｎはＶ相の上アームと下アームにそれぞれ対応し、スイッチング素子Ｓｗｐ、ＳｗｎはＷ相の上アームと下アームにそれぞれ対応している。各スイッチング素子には、図２に示すように、ＰＷＭ信号に応じたゲート信号Ｇｕｐ、Ｇｕｎ、Ｇｖｐ、Ｇｖｎ、Ｇｗｐ、Ｇｗｎがそれぞれ出力される。これらのゲート信号に応じて各スイッチング素子がスイッチング動作を行うことにより、バッテリ２００から供給される直流電力が３相の交流電力に変換される。
【００２２】
以上説明したように、ゲート駆動回路１４０は、ＰＷＭ信号に基づいて各スイッチング素子に対するゲート信号を生成することで、各スイッチング素子をオン／オフ制御し、出力電圧を調整する。これによりモータ３１０に流れる各相の電流は、モータ３１０の回転中においてはそれぞれ交流状態となり、モータ３１０の回転位置に応じてそれぞれ変化する。そのため、各相の電流値は、瞬時値では互いに異なるが、モータ３１０が駆動し続けることにより、実効値ではバランスがとれて一致する。
【００２３】
温度検出部１７０は、ゲート駆動回路１４０におけるスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、ＳｗｐおよびＳｗｎのうち、いずれか少なくとも一つのスイッチング素子を検出対象スイッチング素子として、当該スイッチング素子に関する温度を検出する。たとえば、検出対象スイッチング素子の近傍に、サーミスタ等により構成された温度センサを設けることで、これを温度検出部１７０として用いて、検出対象スイッチング素子の近傍の温度を検出することができる。なお、検出対象スイッチング素子に関する温度を検出できるものであれば、温度検出部１７０の構成は上記の内容に限定されない。
【００２４】
温度推定部１８０は、温度検出部１７０により検出された温度と、電流検出部１１０により検出されたモータ電流とに基づいて、ゲート駆動回路１４０の各スイッチング素子の温度を推定する。具体的には、温度検出部１７０により検出された温度に基づいて検出対象スイッチング素子のジャンクション温度を推定すると共に、検出対象スイッチング素子のジャンクション温度の推定結果に基づいて他のスイッチング素子のジャンクション温度を推定する。こうして各スイッチング素子のジャンクション温度を推定することで、スイッチング素子の温度推定を行う。なお、温度推定部１８０によるスイッチング素子の温度推定方法については、後で詳しく説明する。
【００２５】
図３は、インバータ装置１００からモータ３１０に出力される電流波形の一例を示す図である。モータ３１０がロックされていない通常状態のときには、インバータ装置１００からモータ３１０に出力される３相のモータ電流３０、３１、３２の波形は、図３に示すような交流波形となる。
【００２６】
モータ３１０の駆動トルクとモータ３１０にかかる負荷トルクとが釣り合うと、モータ３１０は、ロータの回転位置が変化しない状態（ロック状態）となる。たとえば、モータ３１０がハイブリッド車両等の電動車両の駆動用モータである場合、モータ３１０を搭載した車両が上り坂で停車状態から発進したり、縁石等の段差を乗り越えたりする際に、モータ３１０がロック状態となることがある。このようなロック状態となった場合、モータ３１０の電気角が変化しなくなるため、３相のモータ電流３０、３１、３２は図３に示すように、ロック時点での電気角における電流値をそれぞれ保持した状態、つまり直流電流を流し続ける状態となる。このとき、各相間の電気角位相差は１２０度であるため、ロック状態において各相のモータ電流がすべて同じ値になることはない。したがって、各スイッチング素子に流れる電流もすべて同じになることはなく、各スイッチング素子のスイッチングパルス幅に応じた電流が流れる。
【００２７】
次に、本発明の第１の実施形態における温度推定部１８０によるスイッチング素子の温度推定方法について説明する。インバータ装置１００において、ゲート駆動回路１４０は前述のように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対して、バッテリ２００の正極側に接続された上アーム用のスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐと、バッテリ２００の負極側に接続された下アーム用のスイッチング素子Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎとを有している。これらのスイッチング素子のうち少なくとも１つ以上の近傍には、温度保護の目的で温度検出部１７０が配置されており、当該スイッチング素子に関する温度が検出されが、全てのスイッチング素子に対して温度検出部１７０が配置されているわけではない。また、温度検出部１７０はサーミスタ等を用いて構成されており、この温度検出部１７０による検出される温度は、スイッチング素子の温度そのものではない。そのため、温度検出部１７０の温度検出結果から全てのスイッチング素子の温度を求めるためには、温度推定部１８０において、各スイッチング素子の温度推定を行う必要がある。
【００２８】
図４は、温度検出部１７０が設けられたスイッチング素子の温度を推定するための温度推定部１８０の制御ブロック図である。図４に示す制御ブロックには、温度検出値Ｔｔｈとモータ電流実効値Ｉｒｍｓとが入力値として入力される。温度検出値Ｔｔｈは、温度検出部１７０により検出された当該スイッチング素子近傍の温度を表しており、モータ電流実効値Ｉｒｍｓは、当該スイッチング素子のスイッチング動作に応じてモータ３１０に流れる電流の実効値を表している。なお、モータ電流実効値Ｉｒｍｓは、電流検出部１１０により検出されたモータ３１０の３相のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち、当該スイッチング素子に対応する相のモータ電流の実効値として求められる。
【００２９】
温度推定部１８０は、図４に示す制御ブロックに従って、温度検出値Ｔｔｈおよびモータ電流実効値Ｉｒｍｓから、インバータ装置１００において各スイッチング素子を冷却するために用いられる冷却水（不図示）の温度推定値Ｔｗを求める。この冷却水の温度推定値Ｔｗは、スイッチング素子が無通電状態であれば温度検出値Ｔｔｈとほぼ等価となるものであり、以下の式（１）で表される。
Ｔｗ＝Ｔｔｈ−ΔＴｔｈ＝Ｔｔｈ−ｆ（Ｉｒｍｓ）  ・・・（１）
【００３０】
式（１）において、ΔＴｔｈは、スイッチング素子の電流通電による冷却水温度に対する温度検出値Ｔｔｈの上昇分を表している。また、ｆ（Ｉｒｍｓ）は、図４の演算ブロック４１に示した関数ｆのモータ電流実効値Ｉｒｍｓに対する関数値を表している。この関数ｆは、温度検出部１７０の取付け箇所から冷却水流路までの熱時定数を考慮して設定される。なお、関数値ｆ（Ｉｒｍｓ）は、関数ｆを表す数式から演算により求めてもよいし、モータ電流実効値Ｉｒｍｓを引数として予め設定されたテーブルを参照することで決定してもよい。
【００３１】
こうして冷却水の温度推定値Ｔｗが求められたら、次に温度推定部１８０は、図４に示す制御ブロックに従って、冷却水の温度推定値Ｔｗおよびモータ電流実効値Ｉｒｍｓから、温度検出部１７０が設けられたスイッチング素子のジャンクション温度Ｔｊを推定する。このジャンクション温度Ｔｊは、以下の式（２）で表される。
Ｔｊ＝ΔＴｔｈ×Ｋｔｈ＋Ｔｗ
＝ｆ（Ｉｒｍｓ）×Ｋｔｈ＋Ｔｔｈ−ｆ（Ｉｒｍｓ）
＝ｆ（Ｉｒｍｓ）×(Ｋｔｈ-１)＋Ｔｔｈ  ・・・（２）
【００３２】
式（２）において、Ｋｔｈは、図４の演算ブロック４２に示した関数値ｆ（Ｉｒｍｓ）に対する係数を表しており、これは冷却水温度に対する温度検出値Ｔｔｈとジャンクション温度Ｔｊのそれぞれの温度上昇比率に応じて設定される。
【００３３】
図５は、冷却水温度に対する温度検出値Ｔｔｈとジャンクション温度Ｔｊのそれぞれの温度上昇の様子を示す図である。図５において、破線で示した線図７０は冷却水温度を表し、実線で示した線図７１、７２は温度検出値Ｔｔｈとジャンクション温度Ｔｊをそれぞれ表している。図５に示すように、冷却水温度７０に対する温度検出値Ｔｔｈの上昇比率７３とジャンクション温度Ｔｊの上昇比率７４との間には乖離がある。式（２）において係数Ｋｔｈは、この上昇比率７３と７４の間の乖離に応じて設定される。すなわち、係数Ｋｔｈは、温度検出値Ｔｔｈの上昇分ΔＴｔｈに対するジャンクション温度Ｔｊの上昇分ΔＴｊの比として、以下の式（３）で表される。
Ｋｔｈ＝ΔＴｊ／ΔＴｔｈ＝（Ｔｊ−Ｔｗ）／（Ｔｔｈ−Ｔｗ）  ・・・（３）
【００３４】
温度検出部１７０による温度検出値Ｔｔｈは、熱源であるスイッチング素子の温度そのものを計測して得られた値ではない。そのため、モータ電流実効値Ｉｒｍｓに応じた温度検出値Ｔｔｈの上昇比率とジャンクション温度Ｔｊの上昇比率との間には、図５に示したような乖離が生じる。したがって、この乖離の割合を上記の係数Ｋｔｈとして定義することにより、温度推定部１８０において、式（２）を用いて、温度検出値Ｔｔｈおよびモータ電流実効値Ｉｒｍｓからジャンクション温度Ｔｊを推定することが可能となる。
【００３５】
以上説明したようにして、温度検出部１７０が設けられたスイッチング素子のジャンクション温度Ｔｊを推定したら、次に温度推定部１８０は、温度検出部１７０が設けられていない他のスイッチング素子のジャンクション温度を推定する。この推定方法について、以下に説明する。
【００３６】
通電中のスイッチング素子におけるジャンクション温度の上昇は、当該スイッチング素子のジャンクション部における損失によって生じる。この損失には、電流通電による導通損失と、スイッチング時に発生するスイッチング損失とが存在し、スイッチング損失には、オフからオンに切り替える際のターンオン損失と、オンからオフに切り替える際のターンオフ損失とが含まれる。このうちスイッチング損失はスイッチング周波数に依存するものであり、一定のスイッチング周波数で動作しているときには、ジャンクション温度の上昇に対する影響はあまり生じない。したがって、ジャンクション温度の上昇においては、通電量に応じた導通損失が支配的である。
【００３７】
図６は、ゲート駆動回路１４０において各スイッチング素子に対して出力されるロック状態でのゲート信号波形の例を示す図である。ゲート駆動回路１４０は、三角波比較法等を用いたＰＷＭ制御によって三相電圧変換部１３０から出力されるＰＷＭ信号に応じて、前述のようにゲート信号Ｇｕｐ、Ｇｕｎ、Ｇｖｐ、Ｇｖｎ、Ｇｗｐ、Ｇｗｎをスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎに対してそれぞれ出力する。しかし、モータ３１０がロック状態である場合には、三相電圧変換部１３０においてＰＷＭ信号を生成する際に用いられる３相の電圧指令値が一定のままで変化しないため、本来の交流電圧ではなく直流電圧での指示値となる。その結果、ゲート駆動回路１４０における各ゲート信号のパルス幅は、図６の波形６０〜６５にそれぞれに示すように、スイッチング素子ごとに一定となる。すなわち、各スイッチング素子のオンデューティ比（通流率）は、スイッチング素子ごとに一定となる。このとき各スイッチング素子からモータ３１０に流れる各相のモータ電流は、いずれも直流状態となる。
【００３８】
以上説明したように、モータ３１０がロック状態のときには、各相のモータ電流が直流電流となる。このときの各相のモータ電流値の実効値は、対応するスイッチング素子のオンデューティ比（通流率）に比例する。すなわち、任意のスイッチング素子のオンデューティ比をＤとすると、当該スイッチング素子に対応するモータ電流実効値Ｉｒｍｓとオンデューティ比Ｄとの間には、以下の式（４）の関係が成り立つ。
Ｉｒｍｓ∝Ｄ  ・・・（４）
【００３９】
前述の式（２）から、スイッチング素子のジャンクション温度Ｔｊは、温度検出部１７０での温度検出値Ｔｔｈおよびモータ電流実効値Ｉｒｍｓより得られることが分かる。また式（４）から、モータ電流実効値Ｉｒｍｓとオンデューティ比Ｄとは比例関係にあることが分かる。したがって、各スイッチング素子のオンデューティ比を得ることで、温度検出部１７０が設けられたスイッチング素子のジャンクション温度の推定結果から、温度検出部１７０が設けられていない他のスイッチング素子のジャンクション温度を推定可能であることが分かる。
【００４０】
図７は、温度検出部１７０が設けられていないスイッチング素子の温度を推定するための温度推定部１８０の制御ブロック図である。図７に示す制御ブロックには、図４の制御ブロックで演算されたジャンクション温度Ｔｊと、オンデューティ比Ｄ１およびＤ２が入力値として入力される。オンデューティ比Ｄ１は、ジャンクション温度Ｔｊを推定したスイッチング素子、すなわち温度検出部１７０が設けられたスイッチング素子がオンとなる時間の割合を表し、オンデューティ比Ｄ２は、温度検出部１７０が設けられていない他のスイッチング素子がオンとなる時間の割合を表している。
【００４１】
温度推定部１８０は、図７に示す制御ブロックに従って、温度検出部１７０が設けられていない他のスイッチング素子のジャンクション温度Ｔｊ’を推定する。このジャンクション温度Ｔｊ’は、以下の式（５）で表される。
Ｔｊ’＝Ｔｊ×（Ｄ１／Ｄ２）  ・・・（５）
【００４２】
式（５）において、Ｄ１／Ｄ２は、オンデューティ比Ｄ１の大きさを基準としたオンデューティ比Ｄ２の大きさの比率（デューティ比率）を表しており、図７のデューティ比率演算部５１により演算される。
【００４３】
たとえば、図２に示したスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、ＳｗｐおよびＳｗｎのうち、スイッチング素子Ｓｕｐに温度検出部１７０が設けられており、この温度検出部１７０によりスイッチング素子Ｓｕｐの近傍の温度が検出されるものとする。この場合、前述の式（２）から算出されるスイッチング素子Ｓｕｐのジャンクション温度Ｔｊｕｐに基づいて、温度検出部１７０が設けられていない他の各スイッチング素子のジャンクション温度は、以下の式（６）〜（１０）により推定することができる。
Ｔｊｕｎ＝Ｔｊｕｐ×（Ｄｕｎ／Ｄｕｐ）  ・・・（６）
Ｔｊｖｐ＝Ｔｊｕｐ×（Ｄｖｐ／Ｄｕｐ）  ・・・（７）
Ｔｊｖｎ＝Ｔｊｕｐ×（Ｄｖｎ／Ｄｕｐ）  ・・・（８）
Ｔｊｗｐ＝Ｔｊｕｐ×（Ｄｗｐ／Ｄｕｐ）  ・・・（９）
Ｔｊｗｎ＝Ｔｊｕｐ×（Ｄｗｎ／Ｄｕｐ）  ・・・（１０）
【００４４】
式（６）〜（１０）において、Ｔｊｕｎ、Ｔｊｖｐ、Ｔｊｖｎ、Ｔｊｗｐ、Ｔｊｗｎはスイッチング素子Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎのジャンクション温度をそれぞれ表しており、Ｄｕｎ、Ｄｖｐ、Ｄｖｎ、Ｄｗｐ、Ｄｗｎはスイッチング素子Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎのオンデューティ比をそれぞれ表している。また、これらの式で共通に用いられるＤｕｐは、温度検出部１７０が設けられているスイッチング素子Ｓｕｐのオンデューティ比を表している。
【００４５】
以上説明したようにして、温度推定部１８０は、温度検出部１７０が設けられたスイッチング素子のジャンクション温度Ｔｊの推定結果と、当該スイッチング素子および温度検出部１７０が設けられていな他のスイッチング素子のオンデューティ比とに基づいて、当該他のスイッチング素子のジャンクション温度を推定することができる。
【００４６】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、インバータ装置１００は、バッテリ２００から供給される直流電力を交流電力に変換するための複数のスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、ＳｗｐおよびＳｗｎを有し、交流電力をモータ３１０に出力するゲート駆動回路１４０と、ゲート駆動回路１４０の複数のスイッチング素子のうちいずれか少なくとも一つの検出対象スイッチング素子に関する温度を検出する温度検出部１７０と、検出対象スイッチング素子のスイッチング動作に応じてモータ３１０に流れる電流を検出する電流検出部１１０と、温度推定部１８０とを備える。温度推定部１８０は、温度検出部１７０により検出された温度検出値Ｔｔｈと、電流検出部１１０により検出された電流の実効値Ｉｒｍｓとに基づいて、検出対象スイッチング素子の温度Ｔｊを推定すると共に、この検出対象スイッチング素子の温度Ｔｊの推定結果と、検出対象スイッチング素子および他のスイッチング素子のオンデューティ比Ｄ１、Ｄ２とに基づいて、他のスイッチング素子の温度Ｔｊ’を推定する。このようにしたので、全ての相の電流検出結果を必要とせずに、各スイッチング素子の温度を推定することができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、各スイッチング素子の温度推定結果を基に、電流制限を行う例について説明する。
【００４８】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るインバータ装置１００の構成を示すブロック図である。本実施形態において、インバータ装置１００は、図１に示した第１の実施形態のものと比べて、制限係数算出部８０および電流指令制限部８１をさらに備える点が異なっている。
【００４９】
制限係数算出部８０は、温度推定部１８０により推定された各スイッチング素子の温度に基づいて、各スイッチング素子に流れる電流を制限するための制限係数を算出する。ここでは、各スイッチング素子の中でジャンクション温度が最高温度に達するスイッチング素子を特定し、そのジャンクション温度がスイッチング素子の破損温度に至らないように、ジャンクション温度に応じた制限係数Ｔｊｃｏｅｆを求め、電流指令制限部８１に出力する。
【００５０】
電流指令制限部８１は、制限係数算出部８０により算出された制限係数Ｔｊｃｏｅｆを用いて、インバータ装置１００からモータ３１０に出力される電流を制限するための電流制限を行う。ここでは、電流指令生成部１５０により生成されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に対して、制限係数算出部８０からの制限係数Ｔｊｃｏｅｆをそれぞれ乗算することにより、電流制限後のｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊を算出する。これにより、ジャンクション温度が最高温度に達するスイッチング素子の温度に応じて、電流指令値を制限する。
【００５１】
電流指令制限部８１により算出された電流制限後のｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊は、電流制御部１２０に出力される。電流制御部１２０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の代わりに、この電流制限後のｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊を用いて、三相電圧変換部１３０に対する電圧指令値を出力する。すなわち、電流検出部１１０からのｄ軸電流検出値Ｉｄ＾およびｑ軸電流検出値Ｉｑ＾と、電流指令制限部８１からの電流制限後のｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊とがそれぞれ一致するように、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を出力する。
【００５２】
図９は、制限係数算出部８０により各スイッチング素子の中でジャンクション温度が最高温度に達するスイッチング素子を特定する際に行われる処理の一例を示すフローチャートである。
【００５３】
ステップＳ１０において、制限係数算出部８０は、スイッチング素子Ｓｕｐのジャンクション温度Ｔｊｕｐを最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘとして設定する。次のステップＳ２０において、制限係数算出部８０は、ステップＳ１０で設定した最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘがスイッチング素子Ｓｕｎのジャンクション温度Ｔｊｕｎ以上であるか否かを判定する。その結果、ＴｊｍａｘがＴｊｕｎ未満であれば、制限係数算出部８０は処理をステップＳ３０に進め、ステップＳ３０においてＴｊｍａｘ＝Ｔｊｕｎとした後、ステップＳ４０に進む。一方、ＴｊｍａｘがＴｊｕｎ以上であれば、制限係数算出部８０はステップＳ３０を実行せずに、処理をステップＳ４０に進める。
【００５４】
ステップＳ４０において、制限係数算出部８０は、最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘがスイッチング素子Ｓｖｐのジャンクション温度Ｔｊｖｐ以上であるか否かを判定する。その結果、ＴｊｍａｘがＴｊｖｐ未満であれば、制限係数算出部８０は処理をステップＳ５０に進め、ステップＳ５０においてＴｊｍａｘ＝Ｔｊｖｐとした後、ステップＳ６０に進む。一方、ＴｊｍａｘがＴｊｖｐ以上であれば、制限係数算出部８０はステップＳ５０を実行せずに、処理をステップＳ６０に進める。
【００５５】
ステップＳ６０において、制限係数算出部８０は、最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘがスイッチング素子Ｓｖｎのジャンクション温度Ｔｊｖｎ以上であるか否かを判定する。その結果、ＴｊｍａｘがＴｊｖｎ未満であれば、制限係数算出部８０は処理をステップＳ７０に進め、ステップＳ７０においてＴｊｍａｘ＝Ｔｊｖｎとした後、ステップＳ８０に進む。一方、ＴｊｍａｘがＴｊｖｎ以上であれば、制限係数算出部８０はステップＳ７０を実行せずに、処理をステップＳ８０に進める。
【００５６】
ステップＳ８０において、制限係数算出部８０は、最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘがスイッチング素子Ｓｗｐのジャンクション温度Ｔｊｗｐ以上であるか否かを判定する。その結果、ＴｊｍａｘがＴｊｗｐ未満であれば、制限係数算出部８０は処理をステップＳ９０に進め、ステップＳ９０においてＴｊｍａｘ＝Ｔｊｗｐとした後、ステップＳ１００に進む。一方、ＴｊｍａｘがＴｊｗｐ以上であれば、制限係数算出部８０はステップＳ９０を実行せずに、処理をステップＳ１００に進める。
【００５７】
ステップＳ１００において、制限係数算出部８０は、最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘがスイッチング素子Ｓｗｎのジャンクション温度Ｔｊｗｎ以上であるか否かを判定する。その結果、ＴｊｍａｘがＴｊｗｎ未満であれば、制限係数算出部８０は処理をステップＳ１１０に進め、ステップＳ１１０においてＴｊｍａｘ＝Ｔｊｗｎとした後、処理を終了する。一方、ＴｊｍａｘがＴｊｗｎ以上であれば、制限係数算出部８０はステップＳ７０を実行せずに、処理を終了する。
【００５８】
以上説明したような処理により、制限係数算出部８０は、各スイッチング素子の中でジャンクション温度が最高温度に達するスイッチング素子を特定し、そのスイッチング素子のジャンクション温度を最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘとして設定することができる。なお、これ以外の処理方法を用いて、各スイッチング素子の中でジャンクション温度が最高温度に達するスイッチング素子を特定してもよい。
【００５９】
図１０は、制限係数算出部８０における最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘと制限係数Ｔｊｃｏｅｆの関係を示す図である。図１０では、最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘの値を横軸にとり、制限係数Ｔｊｃｏｅｆの値を縦軸にとって、これらの関係を線図１９０により表している。
【００６０】
下記の式（１１）の関係が成り立つ場合、すなわち最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘの値が所定の下限閾値Ｔｌｉｍ＿ｍｉｎ以下である場合は、各スイッチング素子にそのまま電流を流し続けてもジャンクション温度が破損温度に至るおそれがなく、電流を制限する必要がないと判断できる。そのため、この場合は図１０の線図１９０に示すように、制限係数Ｔｊｃｏｅｆの値を１００％とすることで、電流制限が行われないようにする。
Ｔｊｍａｘ≦Ｔｌｉｍ＿ｍｉｎ  ・・・（１１）
【００６１】
一方、下記の式（１２）の関係が成り立つ場合、すなわち最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘの値が下限閾値Ｔｌｉｍ＿ｍｉｎと所定の上限閾値Ｔｌｉｍ＿ｍａｘの間にある場合は、各スイッチング素子に電流を流しすぎるとジャンクション温度が破損温度に至るおそれがあり、温度に応じて電流を制限する必要があると判断できる。そのため、この場合は図１０の線図１９０に示すように、最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘの値に応じて、制限係数Ｔｊｃｏｅｆの値を１００％から０％の間とすることで、温度に応じた電流制限が行われるようにする。
Ｔｌｉｍ＿ｍｉｎ＜Ｔｊｍａｘ＜Ｔｌｉｍ＿ｍａｘ  ・・・（１２）
【００６２】
また、下記の式（１３）の関係が成り立つ場合、すなわち最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘの値が上限閾値Ｔｌｉｍ＿ｍｉｎ異常である場合は、各スイッチング素子にこれ以上電流を流し続けるとジャンクション温度が破損温度に至るおそれがあり、電流を遮断する必要があると判断できる。そのため、この場合は図１０の線図１９０に示すように、制限係数Ｔｊｃｏｅｆの値を０％とすることで、各スイッチング素子に電流が流れないように制限する。
Ｔｊｍａｘ≧Ｔｌｉｍ＿ｍａｘ  ・・・（１３）
【００６３】
制限係数算出部８０は、以上説明したようにして、最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘに応じた制限係数Ｔｊｃｏｅｆを算出することができる。
【００６４】
電流指令制限部８１は、以下の式（１４）、（１５）により、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に対して、制限係数Ｔｊｃｏｅｆに応じた電流制限後のｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊をそれぞれ算出する。これにより、最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘに応じた電流制限を行うことができる。
Ｉｄ１＊＝Ｉｄ＊×Ｔｊｃｏｅｆ  ・・・（１４）
Ｉｑ１＊＝Ｉｑ＊×Ｔｊｃｏｅｆ  ・・・（１５）
【００６５】
以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、インバータ装置１００は、制限係数算出部８０および電流指令制限部８１をさらに備える。制限係数算出部８０は、温度推定部１８０により推定された検出対象スイッチング素子の温度Ｔｊおよび他のスイッチング素子の温度Ｔｊ’に基づいて、複数のスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、ＳｗｐおよびＳｗｎの中で最高温度に達するスイッチング素子を特定し、当該スイッチング素子の温度を最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘとして、制限係数Ｔｊｃｏｅｆを求める。電流指令制限部８１は、この制限係数Ｔｊｃｏｅｆを用いて電流制限を行うことにより、最大ジャンクション温度Ｔｊｍａｘに応じて、電流指令生成部１５０により生成されたモータ３１０に流れる電流に対する電流指令値を制限する。このようにしたので、各スイッチング素子を過剰な温度上昇から適切に保護することができる。
【００６６】
なお、以上説明した第２の実施形態において、電流指令制限部８１は、モータ３１０がロック状態であるときには、上記のようにして電流指令値の制限を行う一方で、モータ３１０がロック状態でないときには、電流指令生成部１５０からのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊をそのまま電流制御部１２０に出力することで、電流指令値の制限を行わないようにしてもよい。さらにこの場合、制限係数算出部８０は、モータ３１０がロック状態でないときには制限係数Ｔｊｃｏｅｆを算出しなくてもよい。このようにすれば、モータ３１０がロック状態でないときには電流制限を不要として、処理負荷の軽減を図ることができる。
【００６７】
以上説明した各実施形態や各種の変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
８０・・・制限係数算出部
８１・・・電流指令制限部
１００・・・インバータ装置
１１０・・・電流検出部
１１１・・・電流センサ
１２０・・・電流制御部
１３０・・・三相電圧変換部
１４０・・・ゲート駆動回路
１５０・・・電流指令生成部
１６０・・・回転位置検出部
１６１・・・回転演算部
１７０・・・温度検出部
１８０・・・温度推定部
２００・・・バッテリ
３１０・・・モータ
３２０・・・回転位置センサ
【図１】
2016015832.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2016015832.tif 000006
【図５】
2016015832.tif 000007
【図６】
2016015832.tif 000008
【図７】
2016015832.tif 000009
【図８】
2016015832.tif 000010
【図９】
2016015832.tif 000011
【図１０】
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