(57)【要約】【課題】電力変換装置において、スイッチング素子の温度が破損温度に達することを防ぎつつ、出力電力の恒久的な脈動の発生を抑制することのできる電力変換装置の制御装置および制御方法を得る。【解決手段】１つ以上のスイッチング素子の測定温度ごとの高応答温度を用いて演算した高応答温度抑制ゲインと、測定温度ごとの低応答温度を用いて演算した低応答温度抑制ゲインから温度抑制ゲインを演算し、負荷装置の定格特性値に対して温度抑制ゲインを掛け合わせることで、限界特性値を演算し、負荷装置の特性値を制御するための制御指令と、演算した限界特性値とを比較することで、限界特性値および制御指令の小さい方を、限界制御指令として出力するように構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子がオンおよびオフに切り替え制御されることで、電源装置から出力される電力の形態を変換し、変換後の電力を負荷装置に出力する電力変換装置を制御する制御装置であって、
各スイッチング素子の温度を測定するスイッチング素子温度センサによって測定された各測定温度に基づいて動作可否温度を決定し、前記動作可否温度が第１の設定閾値以上である場合に温度抑制動作を開始する温度抑制部を備え、
前記温度抑制部は、
各測定温度をそのまま高応答温度とすることで前記高応答温度を前記測定温度ごとに生成し、各測定温度を低応答用フィルタに通過させることで低応答温度を前記測定温度ごとに生成する温度フィルタ部と、
前記温度フィルタ部によって生成された前記測定温度ごとの前記高応答温度に基づいてゲイン演算用高応答温度を決定し、前記温度フィルタ部によって生成された前記測定温度ごとの前記低応答温度に基づいてゲイン演算用低応答温度を決定するゲイン演算用温度決定部と、
前記ゲイン演算用温度決定部によって決定された前記ゲイン演算用高応答温度が大きいほど高応答温度抑制ゲインが小さくなるように前記高応答温度抑制ゲインを演算し、前記ゲイン演算用温度決定部によって決定された前記ゲイン演算用低応答温度が大きいほど低応答温度抑制ゲインが小さくなるように前記低応答温度抑制ゲインを演算し、演算した前記高応答温度抑制ゲインおよび前記低応答温度抑制ゲインから温度抑制ゲインを演算する温度抑制ゲイン演算部と、
前記負荷装置の定格特性値に対して前記温度抑制ゲイン演算部によって演算された前記温度抑制ゲインを掛け合わせることで、限界特性値を演算し、前記負荷装置の特性値を制御するための制御指令と、演算した前記限界特性値とを比較することで、前記限界特性値および前記制御指令の小さい方を、限界制御指令として出力する限界制御指令演算部と、
を有し、
前記制御装置は、
前記限界制御指令演算部から出力される前記限界制御指令に従って前記電力変換装置の各スイッチング素子をオンおよびオフに切り替え制御する
電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
前記温度フィルタ部は、
各測定温度を、前記低応答用フィルタよりもカットオフ周波数の高い高応答用フィルタに通過させることで前記高応答温度を前記測定温度ごとに生成する
請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
前記温度抑制ゲイン演算部は、
前記ゲイン演算用高応答温度と前記高応答温度抑制ゲインとの高応答用関連付けから、前記ゲイン演算用温度決定部によって決定された前記ゲイン演算用高応答温度に対応する前記高応答温度抑制ゲインを演算し、前記ゲイン演算用低応答温度と前記低応答温度抑制ゲインとの低応答用関連付けから、前記ゲイン演算用温度決定部によって決定された前記ゲイン演算用低応答温度に対応する前記低応答温度抑制ゲインを演算する
請求項１または２に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項４】
前記高応答用関連付けは、前記ゲイン演算用高応答温度が前記第１の設定閾値から前記第１の設定閾値よりも高い第２の設定閾値に変化するのに従って前記高応答温度抑制ゲインが１から０に変化するように設定され、
前記低応答用関連付けは、前記ゲイン演算用低応答温度が前記第１の設定閾値から前記第２の設定閾値に変化するのに従って前記低応答温度抑制ゲインが１から０に変化するように設定されている
請求項３に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項５】
前記温度抑制ゲイン演算部によって演算される前記高応答温度抑制ゲインおよび前記低応答温度抑制ゲインの各値は、一致しているまたは異なっている
請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項６】
前記温度抑制ゲイン演算部は、
前記温度抑制動作が開始されると、前記温度抑制ゲインを前記高応答温度抑制ゲインとし、前記温度抑制動作の開始以降の切り替えタイミングで前記温度抑制ゲインを前記高応答温度抑制ゲインから前記低応答温度抑制ゲインに切り替える
請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項７】
前記温度抑制ゲイン演算部は、
前記切り替えタイミングとして、前記温度抑制動作が開始されてから設定切り替え時間が経過したタイミングで、前記温度抑制ゲインを前記高応答温度抑制ゲインから前記低応答温度抑制ゲインに切り替える
請求項６に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項８】
前記温度フィルタ部において、前記測定温度ごとに生成される前記高応答温度の初期値と、前記測定温度ごとに生成される前記低応答温度の初期値は、前記第１の設定閾値となるように設定されている
請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項９】
前記温度抑制ゲイン演算部は、
前記高応答温度抑制ゲインをαＨ、前記低応答温度抑制ゲインをαＬ、前記温度抑制ゲインをα、定数をｈとしたとき、以下の式に従って、前記温度抑制ゲインを演算する
α＝αＨ×ｈ＋αＬ×（１−ｈ）  ただし、０＜ｈ＜１
請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項１０】
前記温度抑制ゲイン演算部は、
前記高応答温度抑制ゲインをαＨ、前記低応答温度抑制ゲインをαＬ、前記温度抑制ゲインをα、前記温度抑制動作が開始されてからの経過時間をｔ、前記経過時間によって変化する変数をｈ（ｔ）としたとき、以下の式に従って、前記温度抑制ゲインを演算する
α＝αＨ×ｈ（ｔ）＋αＬ×（１−ｈ（ｔ））  ただし、０＜ｈ（ｔ）＜１
請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項１１】
前記ゲイン演算用温度決定部は、
前記測定温度ごとの前記高応答温度の中から最大値を前記ゲイン演算用高応答温度として決定し、
前記測定温度ごとの前記低応答温度の中から最大値を前記ゲイン演算用低応答温度として決定する
請求項１から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項１２】
前記温度抑制部は、
前記温度抑制動作中において、前記ゲイン演算用低応答温度が前記第１の設定閾値以下になった場合、前記温度抑制動作を停止する
請求項１から１１のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項１３】
各スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されている
請求項１から１２のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項１４】
１つ以上のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子がオンおよびオフに切り替え制御されることで、電源装置から出力される電力の形態を変換し、変換後の電力を負荷装置に出力する電力変換装置を制御する方法であって、
各スイッチング素子の温度を測定するスイッチング素子温度センサによって測定された各測定温度に基づいて動作可否温度を決定し、前記動作可否温度が第１の設定閾値以上である場合に温度抑制動作を開始する温度抑制ステップを備え、
前記温度抑制ステップは、
各測定温度をそのまま高応答温度とすることで前記高応答温度を前記測定温度ごとに生成し、各測定温度を低応答用フィルタに通過させることで低応答温度を前記測定温度ごとに生成するステップと、
生成された前記測定温度ごとの前記高応答温度に基づいてゲイン演算用高応答温度を決定し、生成された前記測定温度ごとの前記低応答温度に基づいてゲイン演算用低応答温度を決定するステップと、
決定された前記ゲイン演算用高応答温度が大きいほど高応答温度抑制ゲインが小さくなるように前記高応答温度抑制ゲインを演算し、決定された前記ゲイン演算用低応答温度が大きいほど低応答温度抑制ゲインが小さくなるように前記低応答温度抑制ゲインを演算し、演算した前記高応答温度抑制ゲインおよび前記低応答温度抑制ゲインから温度抑制ゲインを演算するステップと、
前記負荷装置の定格特性値に対して、演算された前記温度抑制ゲインを掛け合わせることで、限界特性値を演算し、前記負荷装置の特性値を制御するための制御指令と、演算した前記限界特性値とを比較することで、前記限界特性値および前記制御指令の小さい方を、限界制御指令として出力するステップと、
を有し、
出力される前記限界制御指令に従って前記電力変換装置の各スイッチング素子をオンおよびオフに切り替え制御する制御ステップをさらに備えた
電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置から出力される電力の形態を変換し、変換後の電力を負荷装置に出力する電力変換装置を制御する電力変換装置の制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力の出力形態を変換する一般的な電力変換装置としては、交流電力を直流電力へ変換するＡＣ／ＤＣコンバータ（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ／Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）、直流電力から交流電力へ変換するインバータ、入力電圧および入力電流のレベルを変化させるＤＣ／ＤＣコンバータ等が挙げられる。このような電力変換装置は、１つ以上のスイッチング素子を備えて構成されることが多い。
【０００３】
スイッチング素子としては、一方向のみ電流を流すダイオード、大電流を扱うことに適したサイリスタ、高いスイッチング周波数で動作可能なパワートランジスタ等が挙げられる。特に、パワートランジスタは、自動車、冷蔵庫、エアーコンディショナー等の幅広い分野に用いられている。パワートランジスタの中には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ―Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が含まれ、これらの素子は、様々な用途により使い分けられている。
【０００４】
スイッチング素子の材料としては、近年、炭化ケイ素（ＳｉＣ：Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）および窒化ガリウム（ＧａＮ：Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）が注目されている。従来のシリコン（Ｓｉ：Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いたスイッチング素子に比べて、ＳｉＣまたはＧａＮを用いたスイッチング素子の場合、オン状態おけるスイッチング素子の抵抗値が低く、損失を低減する効果が得られる。また、電子飽和速度が高く、オンおよびオフの状態の切り替えが素早く、同様に損失を低減する効果が得られる。
【０００５】
Ｓｉを用いたスイッチング素子に比べて、ＳｉＣまたはＧａＮを用いたスイッチング素子は、より高温な環境下で駆動することが可能である。しかしながら、スイッチング素子の動作限界温度が定まっており、この温度を超えてもなお、スイッチング素子が駆動し続けると、スイッチング素子が破損する可能性がある。
【０００６】
スイッチング素子の温度は、スイッチング素子の損失が増加するような駆動、すなわち、電力変換装置が大電力を出力する場合、スイッチング周波数を高めてスイッチング素子が駆動する場合等に起因して、上昇する。
【０００７】
また、スイッチング素子の温度は、電力変換装置が配置される環境にも依存する。電力変換装置は、スイッチング素子等の発熱体を冷却する冷却器を備えて構成されているが、電力変換装置が配置される環境によっては、冷却器の冷却媒体の温度が高くなる。そのため、スイッチング素子の温度がより一層上昇する。
【０００８】
ここで、電力変換装置を停止させることで、スイッチング素子の温度を低下させるとともに冷却媒体を冷やすことは可能である。しかしながら、例えば、自動車に搭載されているパワーステアリング用電力変換装置は、自動車の操舵をアシストするモータを制御しており、仮に運転中に停止するようなことがあれば、その結果として、様々な問題が発生する。したがって、スイッチング素子が高温状態であっても、スイッチング素子を破損させることなく、電力変換装置を駆動させ続ける必要がある。
【０００９】
以上から分かるように、電力変換装置の駆動条件および配置環境によって、スイッチング素子が破損する温度(以下、破損温度と称す）まで上昇する可能性がある。したがって、スイッチング素子が破損温度に達することを防ぎつつ、電力変換装置を駆動させ続けるためには、適正な駆動条件および配置環境で電力変換装置を駆動させる必要がある。特に、電力変換装置の駆動条件に着目すると、電力変換装置を工夫して制御することで、スイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１０】
ここで、電力変換装置の駆動条件として電力変換装置が大電力を出力する駆動条件とすると、スイッチング素子の温度が上昇し、その温度が破損温度まで達する可能性があるという課題を解決するための従来技術の一例として、電力変換装置の出力電力を強制的に抑制することで、スイッチング素子の温度を管理する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−２８４７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したとおり、電力変換装置の駆動条件および配置環境を要因として、スイッチング素子の温度が破損温度に達する可能性がある。
【００１３】
特許文献１に記載の従来技術は、スイッチング素子の温度が高ければ、電力変換装置の出力電力を強制的に抑制する技術であるので、スイッチング素子の温度を正確に測定する必要がある。しかしながら、スイッチング素子の温度を測定する温度センサは、スイッチング素子近傍に配置されることが多く、その結果、温度センサの測定値にはスイッチングによるノイズ等が多大に重畳する。そのため、スイッチング素子の温度を正確に測定することができず、出力電力を抑制する動作の誤動作が多発するという課題がある。特に、ＳｉＣまたはＧａＮを用いたスイッチング素子は、高周波数、かつ高スイッチング速度で駆動が可能なため、大きなノイズを発生させる。
【００１４】
また、スイッチング素子の温度を正確に測定することができたとしても、温度のオープンループ制御による制御遅れに起因して、温度の脈動、すなわち、出力電力の脈動が発生するという課題がある。例えば、特許文献１に記載の従来技術では、温度センサによって測定されたスイッチング素子の測定温度が上昇すると、電力変換装置の出力電力を低下させる動作を行う。このとき、スイッチング素子は、熱容量が低いので、測定温度も即座に低下するが、オープンループ制御による制御遅れが発生し、必要以上に出力電力、ひいては測定温度を低下させる。電力変換装置の出力電力を上昇させる動作を行う場合でも、同様に、必要以上に測定温度を上昇させる。このような動作が連続的に発生することで、電力変換装置の出力電力に脈動が発生する。
【００１５】
ここで、ノイズを除去する技術として、温度センサによって測定されたスイッチング素子の測定温度をローパスフィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ‐Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）等のフィルタに通す技術が挙げられる。しかしながら、スイッチング素子の測定温度をフィルタに通すことで得られるフィルタ処理後の測定温度は、フィルタ処理前の測定温度に対して遅延する。なお、遅延時間は、フィルタのカットオフ周波数により操作可能である。
【００１６】
カットオフ周波数を低く設定したフィルタにスイッチング素子の測定温度を通すことで得られるフィルタ処理後の測定温度を用いて電力変換装置の出力電力を強制的に抑制することで、測定温度を管理する構成の場合、ノイズまたは制御遅れに起因した測定温度の脈動が除去され、出力電力の脈動が発生しなくなる。しかしながら、出力電力を抑制するタイミングが大きく遅延し、その結果、スイッチング素子の測定温度が破損温度を超える可能性が高くなる。
【００１７】
一方、上記の構成において、遅延時間を短くするために、カットオフ周波数を高く設定したフィルタを採用した場合、電力変換装置の出力電力を抑制するタイミングが早くなり、その結果、スイッチング素子の測定温度が破損温度を超える可能性が低くなる。しかしながら、制御遅れによる起因した測定温度の脈動が除去されず、測定温度の脈動および出力電力の脈動が発生する。
【００１８】
以上から分かるように、特許文献１に記載の従来技術では、スイッチング素子の測定温度にスイッチングに起因したノイズ等が多大に重畳するので、スイッチング素子の温度を正確に測定することができず、その結果、出力電力を抑制する動作の誤動作が多発するという課題がある。また、スイッチング素子の測定温度に重畳されるノイズを除去するために、フィルタを用いた場合であっても、出力電力を抑制するタイミングの遅延によってスイッチング素子の測定温度が破損温度を超えたり、制御遅れによって出力電力に脈動が発生したりするという課題がある。
【００１９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力変換装置において、スイッチング素子の温度が破損温度に達することを防ぎつつ、出力電力の恒久的な脈動の発生を抑制することのできる電力変換装置の制御装置および制御方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明における電力変換装置の制御装置は、１つ以上のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子がオンおよびオフに切り替え制御されることで、電源装置から出力される電力の形態を変換し、変換後の電力を負荷装置に出力する電力変換装置を制御する制御装置であって、各スイッチング素子の温度を測定するスイッチング素子温度センサによって測定された各測定温度に基づいて動作可否温度を決定し、動作可否温度が第１の設定閾値以上である場合に温度抑制動作を開始する温度抑制部を備え、温度抑制部は、各測定温度をそのまま高応答温度とすることで高応答温度を測定温度ごとに生成し、各測定温度を低応答用フィルタに通過させることで低応答温度を測定温度ごとに生成する温度フィルタ部と、温度フィルタ部によって生成された測定温度ごとの高応答温度に基づいてゲイン演算用高応答温度を決定し、温度フィルタ部によって生成された測定温度ごとの低応答温度に基づいてゲイン演算用低応答温度を決定するゲイン演算用温度決定部と、ゲイン演算用温度決定部によって決定されたゲイン演算用高応答温度が大きいほど高応答温度抑制ゲインが小さくなるように高応答温度抑制ゲインを演算し、ゲイン演算用温度決定部によって決定されたゲイン演算用低応答温度が大きいほど低応答温度抑制ゲインが小さくなるように低応答温度抑制ゲインを演算し、演算した高応答温度抑制ゲインおよび低応答温度抑制ゲインから温度抑制ゲインを演算する温度抑制ゲイン演算部と、負荷装置の定格特性値に対して温度抑制ゲイン演算部によって演算された温度抑制ゲインを掛け合わせることで、限界特性値を演算し、負荷装置の特性値を制御するための制御指令と、演算した限界特性値とを比較することで、限界特性値および制御指令の小さい方を、限界制御指令として出力する限界制御指令演算部と、を有し、制御装置は、限界制御指令演算部から出力される限界制御指令に従って電力変換装置の各スイッチング素子をオンおよびオフに切り替え制御するものである。
【００２１】
また、本発明における電力変換装置の制御方法は、１つ以上のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子がオンおよびオフに切り替え制御されることで、電源装置から出力される電力の形態を変換し、変換後の電力を負荷装置に出力する電力変換装置を制御する方法であって、各スイッチング素子の温度を測定するスイッチング素子温度センサによって測定された各測定温度に基づいて動作可否温度を決定し、動作可否温度が第１の設定閾値以上である場合に温度抑制動作を開始する温度抑制ステップを備え、温度抑制ステップは、各測定温度をそのまま高応答温度とすることで高応答温度を測定温度ごとに生成し、各測定温度を低応答用フィルタに通過させることで低応答温度を測定温度ごとに生成するステップと、生成された測定温度ごとの高応答温度に基づいてゲイン演算用高応答温度を決定し、生成された測定温度ごとの低応答温度に基づいてゲイン演算用低応答温度を決定するステップと、決定されたゲイン演算用高応答温度が大きいほど高応答温度抑制ゲインが小さくなるように高応答温度抑制ゲインを演算し、決定されたゲイン演算用低応答温度が大きいほど低応答温度抑制ゲインが小さくなるように低応答温度抑制ゲインを演算し、演算した高応答温度抑制ゲインおよび低応答温度抑制ゲインから温度抑制ゲインを演算するステップと、負荷装置の定格特性値に対して、演算された温度抑制ゲインを掛け合わせることで、限界特性値を演算し、負荷装置の特性値を制御するための制御指令と、演算した限界特性値とを比較することで、限界特性値および制御指令の小さい方を、限界制御指令として出力するステップと、を有し、出力される限界制御指令に従って電力変換装置の各スイッチング素子をオンおよびオフに切り替え制御する制御ステップをさらに備えたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電力変換装置において、スイッチング素子が高温により破損することを抑制しつつ、出力電力に恒久的な脈動が発生することを抑制することのできる電力変換装置の制御装置および制御方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置を備えた負荷駆動システムを示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１における温度抑制部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１における高応答用関連付けおよび低応答用関連付けを示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１における温度抑制部の動作を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２における温度抑制部の動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明による電力変換装置の制御装置および制御方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施の形態では、交流電動機を駆動させる、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を有した三相インバータに対して本発明を適用した場合を例示する。
【００２５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電力変換装置の制御装置８を備えた負荷駆動システムを示す構成図である。図１における負荷駆動システムは、電動機１と、電源装置２と、電力変換装置３と、回転角センサ４と、電動機温度センサ５と、スイッチング素子温度センサ６と、指令発生器７と、電力変換装置の制御装置８（以下、制御装置８と略す）とを備える。
【００２６】
なお、本実施の形態１では、電力変換装置３は、インバータ装置である場合を例示しているが、インバータ装置に限らず、１つ以上のスイッチング素子を備えた電力変換装置、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ装置、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置等であってもよい。また、電源装置２は、直流電力を出力する場合を例示しているが、電力変換装置３の種類によっては交流電力を出力するようにしてもよい。さらに、電力変換装置３から電力が供給される負荷装置は、電動機１である場合を例示しているが、電動機に限らず、電動機以外の他の負荷装置であってもよい。
【００２７】
負荷装置の一例である電動機１は、ＰＷＭ方式に従って制御される。電動機１は、例えば、車載用の電動機である。なお、ここでいう車載用の電動機とは、具体的には、車両を駆動するための駆動用電動機、電動ファン、オイルポンプ、ウォーターポンプ、車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置等に用いられるものである。また、電動機１は、車載用の電動機に限らず、車載用以外の電動機であってもよい。
【００２８】
以下、電動機１がロータおよびステータを有する三相ブラシレスモータであるものとして説明する。ロータは、円板状の部材であり、その表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有している。ステータは、内部にロータを相対回転可能に収容している。ステータは、径内方向へあらかじめ設定された角度ごとに突出する突出部を有し、この突出部にＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、およびＷ相コイル１３が巻回されている。
【００２９】
電源装置２は、電動機１の駆動源であり、直流電力を電力変換装置３に出力する。電源装置２の具体的な構成例として、電源装置２は、直流電力を出力する直流電源の一例であるバッテリ２１と、平滑コンデンサ２２と、チョークコイル２３とを有する。
【００３０】
平滑コンデンサ２２およびチョークコイル２３は、バッテリ２１と後述するスイッチング回路３１との間に配置され、パワーフィルタを構成している。このように構成することで、バッテリ２１を共有する他の装置からスイッチング回路３１側へ伝わるノイズを低減するとともに、スイッチング回路３１側からバッテリ２１を共有する他の装置へ伝わるノイズを低減することができる。平滑コンデンサ２２は、電荷を蓄えることで、スイッチング素子３１１〜３１６への電力供給を補助し、さらに、サージ電流等のノイズ成分を抑制する。また、バッテリ２１の電圧Ｖｂａｔと、平滑コンデンサ２２の電圧Ｖｃｏｎは、制御装置８によって取得される。
【００３１】
電力変換装置３は、１つ以上のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子がオンおよびオフに切り替え制御されることで、電源装置２から出力される電力の形態を変換し、変換後の電力を負荷装置に出力する。具体的には、電力変換装置３は、電源装置２から供給された直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を電動機１に出力する。電力変換装置３の具体的な構成例として、電力変換装置３は、スイッチング回路３１、電流検出回路３２、増幅回路３３および駆動回路３４を有する。
【００３２】
スイッチング回路３１は、上アームおよび下アームのそれぞれにスイッチング素子を有する複数のハーフブリッジ回路が並列に接続され、スイッチング素子がＰＷＭ信号に従ってオンおよびオフに切り替え制御されることで、電源装置２から出力された直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を電動機１に出力する。
【００３３】
図１では、スイッチング回路３１は、３つのハーフブリッジ回路によって構成される場合が例示されている。スイッチング回路３１は、スイッチング素子３１１〜３１６を含む。スイッチング回路３１は、三相インバータであり、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、およびＷ相コイル１３のそれぞれへの通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子３１１〜３１６がブリッジ接続されている。スイッチング素子３１１〜３１６としては、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴを用いればよく、ＭＯＳＦＥＴとは異なるその他のトランジスタまたはＩＧＢＴ等を用いてもよい。なお、以下では、スイッチング素子３１１〜３１６をＳＷ３１１〜３１６と表記する。
【００３４】
３つのＳＷ３１１〜３１３のドレインは、バッテリ２１の正極側に接続されている。ＳＷ３１１〜３１３のソースは、それぞれＳＷ３１４〜３１６のドレインに接続されている。ＳＷ３１４〜３１６のソースは、バッテリ２１の負極側に接続されている。
【００３５】
一対のＳＷ３１１およびＳＷ３１４を接続する接続点は、Ｕ相コイル１１の一端に接続されている。また、一対のＳＷ３１２およびＳＷ３１５を接続する接続点は、Ｖ相コイル１２の一端に接続されている。さらに、一対のＳＷ３１３およびＳＷ３１６を接続する接続点は、Ｗ相コイル１３の一端に接続されている。
【００３６】
なお、以下では、高電位側に配置されるスイッチング素子であるＳＷ３１１〜３１３を「上ＳＷ」と表記し、低電位側に配置されているスイッチング素子であるＳＷ３１４〜３１６を「下ＳＷ」と表記する。また、本実施の形態１では、説明を分かりやすくするために、低電位側の電位を０Ｖとする。
【００３７】
電流検出回路３２は、Ｕ相電流検出部３２１、Ｖ相電流検出部３２２およびＷ相電流検出部３２３を有する。Ｕ相電流検出部３２１、Ｖ相電流検出部３２２およびＷ相電流検出部３２３は、例えば、シャント抵抗を用いて構成される。なお、以下では、Ｕ相電流検出部３２１、Ｖ相電流検出部３２２およびＷ相電流検出部３２３を、電流検出部３２１〜３２３と適宜表記する。
【００３８】
Ｕ相電流検出部３２１は、Ｕ相コイル１１に流れる電流として、Ｕ相電流Ｉｕを検出する。Ｖ相電流検出部３２２は、Ｖ相コイル１２に流れる電流として、Ｖ相電流Ｉｖを検出する。Ｗ相電流検出部３２３はＷ相コイル１３に流れる電流として、Ｗ相電流Ｉｗを検出する。また、電流検出部３２１〜３２３によって検出された検出値は、増幅回路３３を経由して、制御装置８へ入力される。この増幅回路３３は、電流検出部３２１〜３２３によって検出された検出値を、制御装置８内で処理可能な適正値として取り込めるようにするためのものである。
【００３９】
駆動回路３４は、制御装置８から入力されるＰＷＭ信号に基づいて、ＳＷ３１４〜３１６それぞれのオンおよびオフを切り替える機能を有している。
【００４０】
回転角センサ４は、電動機１に取り付けられており、電動機１のロータ位置を表す位置情報、具体的にはロータの回転角θｍを検出する。回転角センサ４は、例えば、レゾルバを用いて構成される。回転角センサ４は、検出した回転角θｍを、電動機１の永久磁石の極対数を基に電気角θｅに換算するように構成されている。回転角θｍおよび電気角θｅは、制御装置８によって取得される。
【００４１】
電動機温度センサ５は、電動機１の温度を測定する。電動機温度センサ５は、例えば、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３に取り付けられたサーミスタ等の温度検出器によって構成される。電動機１の温度は、制御装置８によって取得される。
【００４２】
スイッチング素子温度センサ６は、ＳＷ３１１〜ＳＷ３１６の各温度Ｔｊを測定する。なお、以降では、スイッチング素子温度センサ６によって測定された温度Ｔｊを測定温度Ｔｊと称す。スイッチング素子温度センサ６は、例えば、ＳＷ３１１〜ＳＷ３１６のそれぞれに取り付けられた温度検出回路によって構成される。ＳＷ３１１〜ＳＷ３１６の各測定温度Ｔｊは、制御装置８によって取得される。
【００４３】
指令発生器７は、電動機１を制御するための制御指令を発生させ、その制御指令を制御装置８に出力する機器である。具体的には、例えば、電動機１が電気自動車等の車両の駆動源として用いられている場合、指令発生器７は、車両の運転手によって操作されるアクセルペダルの踏込み角度に対応した制御指令を換算する。指令発生器７によって発生した制御指令は、通信によって制御装置８へ周期的に送信される。
【００４４】
なお、電動機１の特性値を制御するための制御指令としては、例えば、電動機１のトルクを制御するためのトルク指令、電動機１の電流を制御するための電流指令、電動機１の電圧を制御するための電圧指令、電動機１の回転数を制御するための回転数指令等が挙げられる。本実施の形態１では、制御指令としてトルク指令Ｔｒｑ＊を採用する場合を例示する。
【００４５】
制御装置８は、負荷駆動システム全体の制御を実施するものであって、例えば、メモリに記憶されたプログラムを実行するように構成されたマイコン等によって実現される。
【００４６】
次に、制御装置８の構成について、図２を参照しながらさらに説明する。図２は、本発明の実施の形態１における制御装置８の構成を示すブロック図である。
【００４７】
図２に示すように、制御装置８は、温度抑制部８１と、回転数演算部８２と、トルク／電流指令変換部８３と、三相二相変換部８４と、電圧指令生成部８５と、二相三相変換部８６と、デューティ変換部８７と、ＰＷＭ信号生成部８８とを有する。
【００４８】
温度抑制部８１は、指令発生器７から取得したトルク指令Ｔｒｑ＊と、スイッチング素子温度センサ６から取得したＳＷ３１１〜ＳＷ３１６の各測定温度Ｔｊとから、限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊を演算し、その限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊をトルク／電流指令変換部８３に出力する。
【００４９】
なお、温度抑制部８１のより詳細な説明については、後述する。また、本実施の形態１では、制御指令としてのトルク指令Ｔｒｑ＊を抑制することで電力変換装置３の出力電力を抑制する形態となっている。しかしながら、トルク指令Ｔｒｑ＊に限らず、制御指令としての電流指令、電圧指令、回転数指令等を抑制することで電力変換装置３の出力電力を抑制する形態としてもよい。
【００５０】
回転数演算部８２は、回転角センサ４から取得した回転角θｍを積分して電動機１の回転数Ｎに換算する。回転数演算部８２は、その回転数Ｎをトルク／電流指令変換部８３に出力する。
【００５１】
トルク／電流指令変換部８３は、回転数演算部８２から取得した電動機１の回転数Ｎと、温度抑制部８１から取得した限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊とから、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊を演算する。具体的には、例えば、トルク／電流指令変換部８３は、電動機１の回転数Ｎと限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊を軸としたトルク／電流指令変換テーブルを用いることで、これらの値をｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊に換算するように構成される。また、トルク／電流指令変換部８３は、トルク／電流指令変換テーブルを用いずに、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊を演算するように構成されてもよい。
【００５２】
三相二相変換部８４は、電流検出部３２１〜３２３から取得したＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗ、すなわち、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、回転角センサ４から取得した電気角θｅとから、ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑを算出する。
【００５３】
電圧指令生成部８５は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊と、ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑとから、電流フィードバック演算を行うことで、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を算出する。具体的には、例えば、電圧指令生成部８５は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｄ軸電流検出値Ｉｄとの偏差である電流偏差ΔＩｄと、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｑ軸電流検出値Ｉｑとの偏差である電流偏差ΔＩｑとがそれぞれ０に収束するようにｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を算出するよう構成される。
【００５４】
二相三相変換部８６は、電圧指令生成部８５から取得したｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊と、回転角センサ４から取得した電気角θｅとから、三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を算出する。なお、三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、スイッチング回路３１に入力される直流電源電圧、すなわち、平滑コンデンサ２２の電圧Ｖｃｏｎ以下となるように設定されることが好ましい。
【００５５】
デューティ変換部８７は、二相三相変換部８６から取得した三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と、平滑コンデンサ２２の電圧Ｖｃｏｎとから、各相のデューティ指令Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗを生成する。
【００５６】
ＰＷＭ信号生成部８８は、デューティ変換部８７から取得した各相のデューティ指令Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗから、ＳＷ３１１〜３１６のそれぞれをオンおよびオフに切り替え制御するためのＰＷＭ信号を生成する。具体的には、例えば、ＰＷＭ信号生成部８８は、各相のデューティ指令Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗと、搬送波を比較することで、ＰＷＭ信号を生成するように構成される。ＰＷＭ信号生成部８８は、例えば、上昇速度と下降速度とが互いに等しい２等辺三角形形状の三角波をキャリアとする三角波比較方式、鋸波比較方式等を採用してＰＷＭ信号を生成するように構成される。
【００５７】
なお、図２では、ＰＷＭ信号生成部８８によって生成されたＰＷＭ信号として、Ｕ相の上ＳＷ用信号をＵＨ＿ＳＷ、Ｕ相の下ＳＷ用信号をＵＬ＿ＳＷ、Ｖ相の上ＳＷ用信号をＶＨ＿ＳＷ、Ｖ相の下ＳＷ用信号をＶＬ＿ＳＷ、Ｗ相の上ＳＷ用信号をＷＨ＿ＳＷ、Ｗ相の下ＳＷ用信号をＷＬ＿ＳＷとそれぞれ表記している。
【００５８】
このように、制御装置８は、温度抑制部８１から出力される限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊に従って電力変換装置３の各スイッチング素子をオンおよびオフに切り替え制御するように構成されている。
【００５９】
次に、本発明の特徴部分である温度抑制部８１の詳細について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態１における温度抑制部８１の構成を示すブロック図である。
【００６０】
図３に示すように、温度抑制部８１は、動作可否判断部８１１と、温度フィルタ部８１２と、ゲイン演算用温度決定部８１３と、温度抑制ゲイン演算部８１４と、限界制御指令演算部８１５とで構成されている。
【００６１】
動作可否判断部８１１は、スイッチング素子温度センサ６から取得したＳＷ３１１〜ＳＷ３１６の各測定温度Ｔｊに基づいて動作可否温度を決定する。具体的には、動作可否判断部８１１は、各測定温度Ｔｊの中で最大値の測定温度Ｔｊを動作可否温度として決定する。なお、本実施の形態１では、上記の構成に限らず、各測定温度Ｔｊの平均値または中央値を動作可否温度としてもよい。
【００６２】
動作可否判断部８１１は、決定した動作可否温度と、第１の設定閾値ａとを比較し、動作可否温度が第１の設定閾値ａに達したと判断した場合に、温度抑制部８１による温度抑制動作、すなわち、温度フィルタ部８１２、ゲイン演算用温度決定部８１３、温度抑制ゲイン演算部８１４、および限界制御指令演算部８１５の各動作を開始する。なお、第１の設定閾値ａについては、後述する。
【００６３】
一方、動作可否判断部８１１は、動作可否温度が第１の設定閾値ａに達していない、すなわち、動作可否温度が第１の設定閾値ａ未満であると判断した場合には、温度抑制部８１による温度抑制動作を開始させない。この場合、温度抑制部８１による温度抑制動作が行われず、指令発生器７から温度抑制部８１に入力されるトルク指令Ｔｒｑ＊がそのまま限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊としてトルク／電流指令変換部８３に入力される。
【００６４】
このように、温度抑制部８１は、各ＳＷ３１１〜３１６の温度を測定するスイッチング素子温度センサ６によって測定された各測定温度に基づいて動作可否温度を決定し、その動作可否温度が第１の設定閾値ａ以上である場合に温度抑制動作を開始するように構成されている。
【００６５】
温度フィルタ部８１２は、温度抑制動作が開始となると、スイッチング素子温度センサ６から取得した各測定温度Ｔｊを用いて、測定温度Ｔｊごとの高応答温度ＴｊＨおよび低応答温度ＴｊＬを生成する。なお、高応答温度ＴｊＨは、測定温度Ｔｊに対して遅延時間が短い方の温度に相当し、低応答温度ＴｊＬは、測定温度Ｔｊに対して遅延時間が長い方の温度に相当する。
【００６６】
具体的には、温度フィルタ部８１２は、スイッチング素子温度センサ６から取得した各測定温度Ｔｊを高応答用フィルタとしてのＬＰＦに通過させることで、高応答温度ＴｊＨを測定温度Ｔｊごとに生成する。また、温度フィルタ部８１２は、スイッチング素子温度センサ６から取得した各測定温度Ｔｊを低応答用フィルタとしてのＬＰＦに通過させることで、低応答温度ＴｊＬを測定温度Ｔｊごとに生成する。高応答用フィルタのカットオフ周波数は、低応答用フィルタのカット周波数よりも高く設定されている。
【００６７】
なお、温度フィルタ部８１２は、高応答用フィルタを用いずに、スイッチング素子温度センサ６から取得した各測定温度Ｔｊをそのまま高応答温度ＴｊＨとすることで、高応答温度ＴｊＨを測定温度Ｔｊごとに生成するように構成されていてもよい。また、本実施の形態１では、高応答温度ＴｊＨと、低応答温度ＴｊＬの２種類の温度を生成する場合を例示しているが、これに限らず、例えば、カットオフ周波数が中程度の中応答温度等、多種の温度を生成してもよい。さらに、本実施の形態１では、高応答用フィルタおよび低応答用フィルタとして、ＬＰＦを用いる場合を例示しているが、これに限らず、ノイズを除去可能な他のフィルタを用いてもよい。
【００６８】
ゲイン演算用温度決定部８１３は、温度フィルタ部８１２から取得した測定温度Ｔｊごとの高応答温度ＴｊＨに基づいてゲイン演算用高応答温度を決定する。また、ゲイン演算用温度決定部８１３は、温度フィルタ部８１２から取得した測定温度Ｔｊごとの低応答温度ＴｊＬに基づいてゲイン演算用低応答温度を決定する。
【００６９】
具体的には、ゲイン演算用温度決定部８１３は、測定温度Ｔｊごとの高応答温度ＴｊＨの中から最大値の高応答温度ＴｊＨを、ゲイン演算用高応答温度としての高応答最大温度ＴｊＨＭとして決定する。また、ゲイン演算用温度決定部８１３は、測定温度Ｔｊごとの低応答温度ＴｊＬの中から最大値の低応答温度ＴｊＬを、ゲイン演算用低応答温度としての低応答最大温度ＴｊＬＭとして決定する。
【００７０】
このように、ゲイン演算用温度決定部８１３は、測定温度Ｔｊごとの高応答温度ＴｊＨの中から高応答温度ＴｊＨを１つ選定するとともに、測定温度Ｔｊごとの低応答温度ＴｊＬの中から低応答温度ＴｊＬを１つ選定するように構成されている。したがって、すべての高応答温度ＴｊＨと低応答温度ＴｊＬを用いた演算が不要になり、その結果、演算時間の短縮効果が得られる。
【００７１】
なお、本実施の形態１では、上記の構成に限らず、各高応答温度ＴｊＨの平均値または中央値をゲイン演算用高応答温度としてもよいし、処理時間は長くなるが１つ以上の高応答温度ＴｊＨをゲイン演算用高応答温度として選定してもよい。同様に、上記の構成に限らず、各低応答温度ＴｊＬの平均値または中央値をゲイン演算用低応答温度としてもよいし、処理時間は長くなるが１つ以上の低応答温度ＴｊＬをゲイン演算用低応答温度として選定してもよい。
【００７２】
温度抑制ゲイン演算部８１４は、ゲイン演算用温度決定部８１３によって決定された高応答最大温度ＴｊＨＭが大きいほど高応答温度抑制ゲインαＨが小さくなるように高応答温度抑制ゲインαＨを演算する。また、温度抑制ゲイン演算部８１４は、ゲイン演算用温度決定部８１３によって決定された低応答最大温度ＴｊＬＭが大きいほど低応答温度抑制ゲインαＬが小さくなるように低応答温度抑制ゲインαＬを演算する。
【００７３】
具体的には、温度抑制ゲイン演算部８１４は、高応答最大温度ＴｊＨＭと高応答温度抑制ゲインαＨとの高応答用関連付けから、ゲイン演算用温度決定部８１３から取得した高応答最大温度ＴｊＨＭに対応する高応答温度抑制ゲインαＨを演算する。また、温度抑制ゲイン演算部８１４は、低応答最大温度ＴｊＬＭと低応答温度抑制ゲインαＬとの低応答用関連付けから、ゲイン演算用温度決定部８１３から取得した低応答最大温度ＴｊＬＭに対応する低応答温度抑制ゲインαＬを演算する。
【００７４】
ここで、高応答用関連付けおよび低応答用関連付けについて、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施の形態１における高応答用関連付けおよび低応答用関連付けを示す説明図である。
【００７５】
図４に示すように、高応答用関連付けは、高応答最大温度ＴｊＨＭが第１の設定閾値ａ（以下、閾値ａと略す）から第１の設定閾値ａよりも高い第２の設定閾値ｂ（以下、閾値ｂと略す）に変化するのに従って高応答温度抑制ゲインαＨが１から０に変化するように設定されている。また、低応答用関連付けは、低応答最大温度ＴｊＬＭが閾値ａから閾値ｂに変化するのに従って低応答温度抑制ゲインαＬが１から０に変化するように設定されている。閾値ａおよび閾値ｂは、あらかじめ設定しておけばよく、閾値ａは、温度抑制部８１による温度抑制動作を開始させる温度であり、閾値ｂは、ＳＷ３１１〜３１６の破損温度よりも低い温度である。
【００７６】
なお、本実施の形態１では、高応答用関連付けおよび低応答用関連付けにおいて、閾値ａから閾値ｂまで高応答温度抑制ゲインαＨおよび低応答温度抑制ゲインαＬをそれぞれ線形で低下させているが、これに限らず、非線形、不連続等で低下させてもよい。
【００７７】
また、温度抑制ゲイン演算部８１４によって演算される高応答温度抑制ゲインαＨおよび低応答温度抑制ゲインαＬの各値は、一致している場合を例示しているが、異なっていてもよい。
【００７８】
すなわち、高応答用関連付けにおける高応答温度抑制ゲインαＨの１から０への変化と、低応答用関連付けにおける低応答温度抑制ゲインαＬの１から０への変化とが一致するようにしているが、これに限らず、これらの変化は、異なっていてもよい。これらの変化が異なっていれば、温度抑制ゲイン演算部８１４によって演算される高応答温度抑制ゲインαＨと低応答温度抑制ゲインαＬとを異なるようにすることができる。
【００７９】
図３の説明に戻り、温度抑制ゲイン演算部８１４は、演算した高応答温度抑制ゲインαＨおよび低応答温度抑制ゲインαＬから、温度抑制ゲインαを演算する。
【００８０】
具体的には、温度抑制動作が開始されると、温度抑制ゲイン演算部８１４は、温度抑制ゲインαを高応答温度抑制ゲインαＨとして限界制御指令演算部８１５に出力し、温度抑制動作の開始以降の切り替えタイミングで、温度抑制ゲインαを高応答温度抑制ゲインαＨから低応答温度抑制ゲインαＬに切り替えて限界制御指令演算部８１５に出力する。
【００８１】
限界制御指令演算部８１５は、電動機１の定格トルクに対して温度抑制ゲイン演算部８１４から取得した温度抑制ゲインαを掛け合わせた値を、限界特性値としての限界トルクＴｒｑ＿ＥＮとして演算する。また、限界制御指令演算部８１５は、演算した限界トルクＴｒｑ＿ＥＮと、指令発生器７から取得したトルク指令Ｔｒｑ＊とを比較することで、限界トルクＴｒｑ＿ＥＮおよびトルク指令Ｔｒｑ＊の小さい方の値を、限界制御指令としての限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊として出力する。電動機１の定格トルクは、回転数Ｎ、平滑コンデンサ２２の電圧Ｖｃｏｎ等に依存するが、本実施の形態１では、定格トルクは、一定値であるとしてあらかじめ設定されている。
【００８２】
なお、本実施の形態１では、定格特性値として定格トルクを用いる場合を例示しているが、これに限らず、定格特性値として、例えば、定格電圧、定格電流、定格回転数を用いてもよい。制御指令としてどのような指令を用いるかに応じて、定格特性値を決めればよい。
【００８３】
次に、温度抑制部８１の動作について、図５を参照しながらさらに説明する。図５は、本発明の実施の形態１における温度抑制部８１の動作を説明するための説明図である。
【００８４】
図５において、（Ａ）は、比較例として、温度抑制ゲインαを高応答温度抑制ゲインαＨとして限界制御指令演算部８１５に出力したときの、高応答温度抑制ゲインαＨ、限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊、測定温度Ｔｊの時間変化を示している。（Ｂ）は、比較例として、温度抑制ゲインαを低応答温度抑制ゲインαＬとして限界制御指令演算部８１５に出力したときの、低応答温度抑制ゲインαＬ、限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊、測定温度Ｔｊの時間変化を示している。
【００８５】
（Ｃ）は、実施例として、温度抑制ゲインαを高応答温度抑制ゲインαＨとして限界制御指令演算部８１５に出力し、あらかじめ設定された設定切り替え時間ｔｃ（以下、時間ｔｃと略す）で温度抑制ゲインαを高応答温度抑制ゲインαＨから低応答温度抑制ゲインαＬに切り替えて限界制御指令演算部８１５に出力するときの、温度抑制ゲインα、限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊、測定温度Ｔｊの時間変化を示している。
【００８６】
ここで、温度フィルタ部８１２において、測定温度Ｔｊごとに生成される高応答温度ＴｊＨの初期値と、測定温度Ｔｊごとに生成される低応答温度ＴｊＬの初期値を適切に設定しなければならない。なぜならば、ＬＰＦの遅延時間に起因して、温度抑制動作開始時において、高応答最大温度ＴｊＨＭおよび低応答最大温度ＴｊＬＭのそれぞれの値が閾値ａに一致しない可能性があるからである。つまり、温度抑制動作開始時において、高応答最大温度ＴｊＨＭが閾値ａに達すると同時に、低応答最大温度ＴｊＬＭが閾値ａに達するようにすることが好ましい。
【００８７】
そこで、本実施の形態１では、温度フィルタ部８１２において、測定温度Ｔｊごとに生成される高応答温度ＴｊＨの初期値と、測定温度Ｔｊごとに生成される低応答温度ＴｊＬの初期値は、閾値ａとなるように設定されている。このようにすることで、高応答最大温度ＴｊＨＭが閾値ａに達すると同時に、低応答最大温度ＴｊＬＭが閾値ａに達するようにすることができる。
【００８８】
図５（Ａ）に示す高応答温度抑制ゲインαＨは、図５（Ｂ）に示す低応答温度抑制ゲインαＬと比べて、ＬＰＦによる遅れが短いので、素早く低下している。これは、高応答最大温度ＴｊＨＭが素早く低下するためである。また、限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊と、測定温度Ｔｊは、高応答温度抑制ゲインαＨに合わせて、素早く整定されている。
【００８９】
ただし、高応答最大温度ＴｊＨＭは、測定温度Ｔｊに対する遅延時間が短いので、上述したとおりの恒久的なトルク脈動が生じている。
【００９０】
図５（Ｂ）に示す低応答温度抑制ゲインαＬは、ＬＰＦによる遅れが長いので、緩やかに低下している。これは、低応答最大温度ＴｊＬＭが緩やかに低下するためである。また、限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊と、測定温度Ｔｊは、低応答温度抑制ゲインαＬに合わせて、緩やかに整定されている。さらに、図５（Ａ）と比較すると、恒久的なトルク脈動が生じていない。
【００９１】
ただし、図５（Ａ）と比較すると、温度抑制動作開始直後において、限界トルクＴｒｑ＿ＥＮが大きくなっている。これは、低応答温度抑制ゲインαＬが緩やかに低下したためである。つまり、温度フィルタ部８１２の低応答用フィルタのカットオフ周波数が低くなるにつれて、限界トルクＴｒｑ＿ＥＮがより大きくなる。
【００９２】
図５（Ｃ）に示す温度抑制ゲインαは、温度抑制動作が開始されると、高応答温度抑制ゲインαＨとなり、温度抑制動作が開始されてから時間ｔｃ経過後に高応答温度抑制ゲインαＨから低応答温度抑制ゲインαＬに切り替えられる。
【００９３】
したがって、図５（Ａ）と同様に、温度抑制動作開始直後に測定温度Ｔｊが上昇せず、さらに、時間ｔｃの経過で高応答温度抑制ゲインαＨから低応答温度抑制ゲインαＬに切り替えられるので時間ｔｃの経過前には一部トルク脈動が生じるものの、時間ｔｃ経過後には、図５（Ｂ）と同様に、トルク脈動が生じていない。
【００９４】
このように、本実施の形態１では、高応答温度抑制ゲインαＨから低応答温度抑制ゲインαＬに好適に切替えることで、恒久的なトルク脈動を発生させず、破損温度まで達することなくスイッチング素子の温度が飽和されるように構成されている。
【００９５】
なお、本実施の形態１では、温度抑制ゲインαを高応答温度抑制ゲインαＨから低応答温度抑制ゲインαＬに切り替える切り替えタイミングを、温度抑制動作が開始されてから時間ｔｃが経過したタイミングに設定する場合を例示しているが、これに限らず、どのようなタイミングに設定してもよい。例えば、切り替えタイミングを、低応答最大温度ＴｊＬＭが過渡状態から定常状態に安定するタイミングに設定すればよい。
【００９６】
ここで、温度抑制動作を停止するためには、トルク指令Ｔｒｑ＊が限界トルクＴｒｑ＿ＥＮよりも小さくなる必要がある。ただし、上記の構成では、測定温度Ｔｊによって温度抑制動作の停止を判断すると、温度の脈動によって、動作開始と、動作停止とを繰り返す可能性がある。そこで、温度抑制部８１は、温度抑制動作中において、ゲイン演算用低応答温度としての低応答最大温度ＴｊＬＭが閾値ａ以下になった場合、温度抑制動作を停止するように構成されていることが好ましい。
【００９７】
以上、本実施の形態１によれば、１つ以上のスイッチング素子の測定温度ごとの高応答温度を用いて演算した高応答温度抑制ゲインと、測定温度ごとの低応答温度を用いて演算した低応答温度抑制ゲインから温度抑制ゲインを演算するように構成されている。具体的には、温度抑制動作が開始されると、温度抑制ゲインを高応答温度抑制ゲインとし、温度抑制動作の開始以降の切り替えタイミングで温度抑制ゲインを高応答温度抑制ゲインから低応答温度抑制ゲインに切り替えるように構成されている。
【００９８】
また、負荷装置の定格特性値に対して温度抑制ゲインを掛け合わせることで、限界特性値を演算し、負荷装置の特性値を制御するための制御指令と、演算した限界特性値とを比較することで、限界特性値および制御指令の小さい方を、限界制御指令として出力するように構成されている。
【００９９】
上記のように構成することで、電力変換装置において、コストを増加させることなく、スイッチング素子の温度が破損温度に達することを防ぎつつ、出力電力の恒久的な脈動の発生を抑制することができる。また、電力変換装置の出力電力を抑制する制御が実行されている間において、スイッチング素子の温度が破損温度に達することを防ぐことができるので、その結果、電力変換装置を駆動させ続けることができる。
【０１００】
なお、電力変換装置の各スイッチング素子は、どのような半導体素子を用いて構成してもよいが、各スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されていることが好ましい。ワイドバンドギャップ半導体の材料としては、ＳｉＣ、ＧａＮ等が挙げられる。
【０１０１】
ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されたスイッチング素子を備えた電力変換装置は、従来のＳｉ半導体を用いて構成されたスイッチング素子を備えた電力変換装置と比較して、高耐熱、低損失であり、高周波駆動が可能であるという特徴がある。したがって、スイッチング素子を、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成することで、低損失で発熱をより抑えることができ、高耐熱であることから、破損する可能性が低い電力変換装置を実現することができる。
【０１０２】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、先の実施の形態１とは異なる演算方法によって温度抑制ゲインαを演算する温度抑制ゲイン演算部８１４を有する温度抑制部８１について説明する。なお、本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【０１０３】
ここで、先の実施の形態１における温度抑制ゲイン演算部８１４の構成、すなわち、切り替えタイミングで、温度抑制ゲインαを高応答温度抑制ゲインαＨから低応答温度抑制ゲインαＬに切り替える構成では、一部トルク脈動が発生したり、温度抑制ゲインαが不連続になったりすることがある。そこで、本実施の形態２では、先の実施の形態１に対して、温度抑制ゲイン演算部８１４の構成を変更して改善を図っている。
【０１０４】
温度抑制ゲイン演算部８１４は、高応答温度抑制ゲインαＨと、低応答温度抑制ゲインαＬと、定数ｈとを用いて、以下の式（１）に従って、温度抑制ゲインαを演算する。ただし、ｈは、あらかじめ設定される定数であり、０＜ｈ＜１を満たす。
【０１０５】
α＝αＨ×ｈ＋αＬ×（１−ｈ）          （１）
【０１０６】
上記のように温度抑制ゲイン演算部８１４を構成することで、温度抑制ゲインαを高応答温度抑制ゲインαＨから低応答温度抑制ゲインαＬに切り替える構成とは異なり、温度抑制ゲインαが不連続にならない。
【０１０７】
また、以下のように、温度抑制ゲイン演算部８１４を構成してもよい。すなわち、温度抑制ゲイン演算部８１４は、高応答温度抑制ゲインαＨと、低応答温度抑制ゲインαＬと、重み付け変数としての変数ｈ(ｔ)とを用いて、以下の式（２）に従って、温度抑制ゲインαを演算する。
【０１０８】
α＝αＨ×ｈ（ｔ）＋αＬ×（１−ｈ（ｔ））          （２）
【０１０９】
ただし、ｔは、温度抑制動作が開始されてからの経過時間である。また、変数ｈ(ｔ)は、経過時間ｔによって変化する時間変数であり、連続である。さらに、変数ｈ(ｔ)は、あらかじめ設定される変数であり、０＜ｈ（ｔ）＜１を満たす。
【０１１０】
ここで、式（２）に従って、温度抑制ゲインαを演算するように温度抑制ゲイン演算部８１４を構成したときの、温度抑制ゲインα、限界トルク指令Ｔｒｑ＿ＥＮ＊、測定温度Ｔｊの時間変化について、図６を参照しながら説明する。図６は、本発明の実施の形態２における温度抑制部８１の動作を説明するための説明図である。
【０１１１】
図６に示すように、上記の温度抑制ゲイン演算部８１４の構成において、温度抑制ゲインαが不連続になることがなく、さらに、変数ｈ(ｔ)を適切に設定することができればトルク脈動が発生することがない。
【０１１２】
なお、ゲイン演算用温度決定部８１３によって演算される高応答温度抑制ゲインαＨと低応答温度抑制ゲインαＬとを異なるようにすることで、変数ｈ(ｔ)を用いなくても、上記の効果と同様の結果を得ることが可能である。
【０１１３】
以上、本実施の形態２によれば、先の実施の形態１の構成に対して、温度抑制ゲインの演算方法を変更して構成されている。特に、時間変数を用いて温度抑制ゲインを最適に演算するように構成することで、トルク脈動が発生せず、温度抑制ゲインが不連続にならないようにすることができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  電動機、２  電源装置、３  電力変換装置、４  回転角センサ、５  電動機温度センサ、６  スイッチング素子温度センサ、７  指令発生器、８  電力変換装置の制御装置、１１  Ｕ相コイル、１２  Ｖ相コイル、１３  Ｗ相コイル、２１  バッテリ、２２  平滑コンデンサ、２３  チョークコイル、３１  スイッチング回路、３２  電流検出回路、３３  増幅回路、３４  駆動回路、８１  温度抑制部、８２  回転数演算部、８３  トルク／電流指令変換部、８４  三相二相変換部、８５  電圧指令生成部、８６  二相三相変換部、８７  デューティ変換部、８８  ＰＷＭ信号生成部、３１１〜３１６  スイッチング素子、３２１  Ｕ相電流検出部、３２２  Ｖ相電流検出部、３２３  Ｗ相電流検出部、８１１  動作可否判断部、８１２  温度フィルタ部、８１３  ゲイン演算用温度決定部、８１４  温度抑制ゲイン演算部、８１５  限界制御指令演算部。
【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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