JP2005184977A - インバータ装置およびこれを用いた車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】
ノイズ信号が多い環境や環境温度が大幅に変動したり、冷却性能が環境状況で変動する場合でも、インバータの異常発熱を正確に検出できるインバータ装置およびこれを用いた車両を提供することにある。
【解決手段】
異常検知部144の温度算出回路144Bは、外気温センサ150の出力値と、インバータ装置外から入力される温度計算パラメータにより、モジュール下温度センサ152が配置された位置の温度Tcalを算出する。近似線算出回路144Dは、温度算出値とモジュール下温度センサ152によって検出された実際の温度値Trealとの差分値の近似曲線を求めて、温度差の傾向を定期的なサンプリングで把握する。異常判定回路144Eは、あらかじめ求めた初期傾向からの差分または傾向の変化から異常判定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、インバータ装置およびこれを用いた車両に係り、特に、インバータ装置の温度異常を検知するに好適なインバータ装置およびこれを用いた車両に関する。
従来のインバータ装置においては、例えば、特開2003−134795号公報に記載のように、インバータ装置内における半導体モジュール内に温度検出素子を傭え、インバータ始動時の温度上昇値を測定し、その値が基準値外にある場合、半導体モジュールが異常,すなわちインバータ異常と判定し、インバータ装置を停止させることが知られている。
特開2003−134795号公報
しかしながら、電車等とくに主回路電圧の高い車両に搭載されるインバータ装置において、主回路電圧は例えば1500Vである一方、例えば5Vといった小さい電圧信号を出力する温度検出素子からの信号値の瞬時値には、主回路電圧に起因するノイズ信号が混合されている。従って、特開2003−134795号公報に記載のように瞬時値で判定する場合、ノイズ信号に起因して、誤った判定を行うという間題がある。
また、環境温度が大幅に変動したり、冷却性能が環境状況によって変動するような電車やハイブリッド自動車や電気自動車等の車両においては、半導体モジュール内の温度上昇の原因をインバータ異常発熱と断定するのは難しく、誤った判定を行うという間題がある。
本発明の目的は、ノイズ信号が多い環境や環境温度が大幅に変動したり、冷却性能が環境状況で変動する場合でも、インバータの異常発熱を正確に検出できるインバータ装置およびこれを用いた車両を提供することにある。
(1)上記目的を達成するために、本発明は、主回路構成する半導体モジュールと、この半導体モジュールをオンオフ制御する制御回路を有するインバータ装置であって、複数の部位の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記温度検出手段の出力値の統計処理してインバータ装置の異常を検出する異常検出手段とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、ノイズ信号が多い環境や環境温度が大幅に変動したり、冷却性能が環境状況で変動する場合でも、インバータの異常発熱を正確に検出し得るものとなる。
(2)上記(1)において、好ましくは、前記複数の温度検出手段は、第一の温度検出手段と、第二の温度検出手段からなり、前記異常検出手段は、前記第一の温度検出手段の出力値と、インバータ装置外から入力される温度計算パラメータにより、前記第二の温度検出手段が配置された位置の温度を算出し、この温度算出値と前期第二の温度検出手段によって検出された実際の温度値との差分値の傾向を定期的なサンプリングで把握し、あらかじめ求めた初期傾向からの差分または傾向の変化から異常判定するようにしたものである。
(3)上記(2)において、好ましくは、前記第一及び第二の温度検出手段は、半導体モジュール下温度検出素子と外気温度検出素子である。
(4)上記(2)において、好ましくは、前記第一及び第二の温度検出手段は、半導体モジュール内素子温度検出素子と外気温度検出素子である。
(5)上記(2)において、好ましくは、前記第一及び第二の温度検出手段は、インバータ装置内雰囲気温度検出素子と外気温度検出素子である。
(6)また、上記目的を達成するために、本発明は、主回路構成する半導体モジュールと、この半導体モジュールをオンオフ制御する制御回路を有するインバータ装置と、このインバータ装置により制御されるモータとを有する車両であって、複数の部位の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記温度検出手段の出力値の統計処理してインバータ装置の異常を検出する異常検出手段とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、ノイズ信号が多い環境や環境温度が大幅に変動したり、冷却性能が環境状況で変動する場合でも、インバータの異常発熱を正確に検出し得るものとなる。
(7)上記(6)において、好ましくは、前記複数の温度検出手段は、第一の温度検出手段と、第二の温度検出手段からなり、前記異常検出手段は、前記第一の温度検出手段の出力値と、インバータ装置外から入力される温度計算パラメータにより、前記第二の温度検出手段が配置された位置の温度を算出し、この温度算出値と前期第二の温度検出手段によって検出された実際の温度値との差分値の傾向を定期的なサンプリングで把握し、あらかじめ求めた初期傾向からの差分または傾向の変化から異常判定するようにしたものである。
(8)上記(7)において、好ましくは、前記車両は、電車であり、前記異常検出手段は、この電車の特定区間の運転パターンにおいて、定期的なサンプリングを行うようにしたものである。
(9)上記(7)において、好ましくは、前記異常検出手段により異常が検出されたときは、インバータの発熱が低減するように、運転指令値を変えるようにしたものである。
本発明によれば、イズ信号が多い環境や環境温度が大幅に変動したり、冷却性能が環境状況で変動する場合でも、インバータの異常発熱を正確に検出できる。
以下、図1〜図4を用いて、本発明の一実施形態によるインバータ装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態によるインバータ装置の構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるインバータ装置の構成を示すブロック図である。
インバータ装置100は、半導体モジュール110と、冷却フィン120と、GD基板130と、制御基板140とを備えている。半導体モジュール110は、GD基板からの駆動信号に応じてスイッチング動作して、直流電圧を3相交流電圧に変換する。変換された交流電圧は、電車やハイブリッド自動車や電気自動車等の車両を駆動するモータに供給される。冷却フィン120は、半導体モジュール110からの発熱をインバータ外に輸送して、半導体モジュール110からの発熱を外部に放出して、半導体モジュール110を冷却する。GD基板130は、半導体モジュールの駆動回路を含んでいる。制御基板140は、モータ制御回路142及び異常検知部144を備えている。
また、温度センサとして、インバータ装置の外部の気温を検出する外気温センサ150と、半導体モジュール110と冷却フィン120との間に配置されたモジュール下温度センサ152とを備えている。なお、モジュール下温度センサ152に代えて、GD基板130の基板状に配置され、インバータ装置100の内部の温度あるいは基板上部品温度を検出するインバータ装置内雰囲気温度センサ154や、半導体モジュール110の内部のIGBTやMOSFET等のスイッチング素子の近傍に配置されたモジュール内温度センサ156を用いることもでき、これらについては、後述する。
モータ制御回路142は、上位の制御装置から与えられる運転指令OCに応じて、GD基板130の内部の半導体モジュール駆動回路を制御して、半導体モジュール110の内部のスイッチング素子のオンデューティ時間を制御し、モータの発生するトルクを制御する。運転指令OCとしては、車両の目標速度(αkm/h)を指示するものや、モータの発生トルク(βN/m)を指示するものである。
異常検知部144は、本実施形態による半導体モジュール110の温度異常(インバータ異常)を検出するものであり、その詳細な動作については、図2を用いて後述する。異常検知部144は、計算パラメータ保存回路144Aと、温度算出回路144Bと、近似線算出回路144Cと、計算結果保存回路144Dと、異常判定回路144Eとを備えている。計算パラメータ保存回路144Aは、外気温センサ150によって検出された外気温から半導体モジュール下温度を算出するためのパラメータや、インバータの損失を計算するためのパラメータなどの温度計算パラメータPや、運転指令OCを保存する。温度算出回路144Bは、計算パラメータ保存回路144Aに保存された温度計算パラメータPと、温度算出回路144Bによって算出された外気温Toutに基づいて、モジュール下温度温度Tcalを算出する。算出されたモジュール下温度温度Tcalは、計算結果保存回路144Dに保存される。近似線算出回路144Cは、計算結果保存回路144Dに保存されたモジュール下温度温度Tcalに基づいて、インバータの異常検出に使用するデータ近似曲線を算出する。算出されたデータ近似曲線は、計算結果保存回路144Dに保存される。異常判定回路144Eは、計算結果保存回路144Dに保存されたデータ近似曲線と、予め求められている基準線とを比較して、インバータの温度異常を検知する。
次に、図2〜図4を用いて、本実施形態によるインバータ装置の異常検知部144の動作について説明する。
図2は、本発明の一実施形態によるインバータ装置の異常検知部144の動作を示すフローチャートである。図3は、本発明の一実施形態によるインバータ装置の熱等価回路の回路図である。図4は、本発明の一実施形態によるインバータ装置の近似曲線算出回路144Dで算出される近似曲線の例図である。
図2のステップS10において、温度算出回路144Bは、外気温Toutと、討算パラメータ保存回路に蓄積された運転指令OCや温度計算パラメータPに基づいて、モジュール下温度Tcalを算出する。
ここで、図1に示したインバータ装置100は、図3に示すような熱等価回路で表すことができる。図3において、モジュール発熱Wは、半導体モジュール110が駆動されることによって発生する熱量,すなわち、インバータ損失である。モジュール発熱Wは、運転指令OCである,車両の目標速度(αkm/h)を指示するものや、モータの発生トルク(βN/m)から推定されるものである。熱抵抗R1は、半導体モジュール110の熱抵抗である。熱抵抗R2は、冷却フィン120の熱抵抗である。熱抵抗R3は、冷却フィン120と外気(空気)の間の熱抵抗である。また、熱容量C1は、半導体モジュール110の熱容量である。熱容量C2は、冷却フィン120の熱容量である。熱容量C3は、冷却フィン120と外気(空気)の間の熱容量である。温度Toutは外気温センサ150によって検出される外気温である。また、温度Tcが、半導体モジュール110の下の温度である。したがって、発熱W,温度Tout,熱抵抗R1,R2,R3及び熱容量C1,C2,C3が与えられると、温度Tcを算出することができる。
ここで、車両の一つである電車の場合について、これらのパラメータを説明する。これらのパタメータの中で、発熱Wは、上述したように、運転指令OC(車両の目標速度(αkm/h)や、モータの発生トルク(βN/m))からインバータ損失を求めることにより、求められる。モジュール熱抵抗R1は、半導体モジュール110の寸法・形状から予め求められるものである。冷却フィン熱抵抗R2は、冷却フィン120に当たる冷却風の風速により求められる。一般に、鉄道車両駆動用インバータの冷却フィンは、車両速度に伴い変化する冷却フィンをとおる風速により冷却性能、即ち冷却フィンの熱抵抗が変化するため、冷却風の風速により、冷却フィン熱抵抗R2を求めることができる。フィン−空気間熱抵抗R3は、冷却フィン120の寸法・形状から予め求められるものである。モジュール熱容量C1は、半導体モジュール110の寸法・形状から予め求められるものである。冷却フィン熱容量C2及びフィン−空気間熱容量C3は、冷却フィン120の寸法・形状から予め求められるものである。外気温Toutは、外気温センサ150によって検出される。したがって、温度算出回路144Bは、運転指令,温度計算パラメータである冷却風の風速及び外気温Toutが入力されるとモジュール下温度Tcalを算出することができる。なお、冷却風の風速は、例えば、車速から求められる。
また、車両の一つであるハイブリッド自動車や電気自動車のような電動車両の場合、水冷方式が一般的であり、冷却水の流速は一定であるため、冷却フィンの冷却性能(冷却フィン熱抵抗)は予め求めることができる。したがって、電動車両の場合には、温度算出回路144Bは、運転指令及び外気温Toutが入力されるとモジュール下温度Tcalを算出することができる。なお、水冷方式において、冷却水の流速を可変する場合には、温度算出回路144Bは、運転指令,温度計算パラメータである冷却水の流速及び外気温Toutが入力されるとモジュール下温度Tcalを算出することができる。
次に、ステップS20において、温度算出回路144Bは、モジュール下温度センサ152によって検出された実際のモジュール下温度Trealと、ステップS10において算出されたモジュール下温度Tcalの誤差|Treal−Tcal|を算出する。これにより、インバータ損失に対する温度誤差が算出される。鉄道車両などの車両は、運転開始,停止を繰り返すので、搭載される駆動インバータは力行,回生を繰り返し、インバータ装置損失の幅はインバータ定格近傍から十分小さい値まで大幅に変動する。従って、たとえば一分間周期ごとに損失に対する温度検出のサンプリングを繰り返し、上記温度計算を行うと、幅広い損失に対する温度誤差|Treal−Tcal|のデータを蓄積できる。算出結果は、インバータ損失(モジュール発熱W)毎に、計算結果保存回路144Cに保存される。
次に、ステップS30において、近似曲線算出回路144Dは、ステップS20で求めたモジュール下温度Tcalの誤差|Treal−Tcal|をプロットして、最小二乗法で近似直線を求める。近似直線を求めるタイミングは、たとえば鉄道運行の1日分のデータ毎に行う。
ここで、図4を用いて、近似曲線について説明する。図中、実線X1は、正常に稼動した試験運転時データを元にあらかじめ算出した基準直線である。それに対して、半導体モジュール110の異常により、モジュール熱容量C1が大きくなると、図中一点鎖線X2で示すように、基準線Xよりも傾きが大きくなる。一方、半導体モジュール110の異常により、モジュール熱抵抗R1が大きくなると、図中破線X3で示すように、基準線Xよりも傾きが小さくなる。
次に、図2のステップS40において、異常判定回路144Eは、計算結果保存回路144Dに保存された近似曲線に基づいて、近似曲線の傾きが、たとえば基準直線の傾きより±10%以上変化している場合に、発熱異常と判定する。
また、上述の説明では実測温度として、半導体モジュール下温度を例に説明したが、GD基板130の温度センサ154や半導体モジュール110の内部の温度センサ156の検出値を実測値としても有効である。
ここで、図5を用いて、、本実施形態によるインバータ装置において、GD基板130の温度センサ154により異常判定する場合について説明する。
図5は、本発明の一実施形態によるインバータ装置の熱等価回路の回路図である。なお、図3と同一符号は、同一部分を示している。
本例では、図3の熱等価回路に加えて、GD基板130と半導体モジュール110の間の熱抵抗R4及び熱容量C4が追加されている。GD基板130の温度センサ154によって検出される温度をTbとすると、温度Tbは、発熱W,温度Tout,熱抵抗R1,R2,R3,R4及び熱容量C1,C2,C3,C4から算出することができる。
また、半導体モジュール110の内部に温度センサ156を設けた場合には、図2〜図4で説明したものと同様にして、半導体モジュール110の内部の温度を算出することができる。
なお、以上の説明では、異常判定は、異常検知部114の内部の異常判定回路144Eにより行っているが、近似直線のデータを保存した計算結果保存回路から上位の装置でデータを送り、異常判定をインバータ装置外で行ってもよいものである。また、異常検知部114自体を、インバータ装置の外部に備えるようにしてもよいものである。
以上説明したように、本実施形態による温度異常の検知方法は、従来技術のように温度の瞬時値で判定するのではなく、温度検出手段の出力値を統計処理して、長期スパン,たとえば一目中定期的にサンプリングしたデータの集合体で判定することで、温度センサ信号にのる主回路電圧から発生するノイズの影響を排除できる。また、インバータ装置内の発熱を排出する外気温度を基準とした温度検出を行うことで、車両のような一目あるいは一年において、外気温度が大幅に変動するインバータ装置において、温度異常を正確に検知することができる。
次に、図6を用いて、本発明の一実施形態によるインバータ装置を搭載した鉄道車両(電車)の構成について説明する。
図6は、本発明の一実施形態によるインバータ装置を搭載した鉄道車両(電車)の構成をブロック図である。
インバータ装置100は、鉄道車両の車輪WHを駆動するモータMに電気的に接続され、インバータ装置によりモータを駆動する。インバータ装置100の構成は、図1に示したとおりであり、異常検知部140を備えて、インバータ装置の異常を検出する。
なお、前述したように、近似直線のデータを保存した計算結果保存回路から演算装置200にデータを送り、異常判定をインバータ装置外で行ってもよいものである。すなわち、インバータ装置からは、一定周期ごと例えば一目分のデータから算出した損失対温度誤差近似直線を演算装置200に伝送し、演算装置内に控えた基準直線と比較判定を行う。また、異常検知部114自体を、インバータ装置の外部の演算装置200に備えるようにしてもよいものである。
演算装置200の判定に従い、インバータが故障する前に交換するかあるいは、発熱を抑制するためにインバータ装置への運転指令を変更し、鉄道車両の故障を未然に防止する。例えば、インバータ装置100に対するトルク指令を低減して、インバータの発熱を低減する。ここで、インバータ装置に与えられるトルク指令としては、現在の位置から隣接する駅まで、とりあえず、車両を移動可能な低い指令値とする。
また、インバータの寿命を延長するため、損失対温度誤差近似直線が基準直線に近づける路線への配置転換計画等に利用できる。
なお、鉄道車両の場合には、毎回同じ路線を走行する。例えば、A駅〜B駅〜C駅〜…〜Z駅の間を往復する。このとき、A駅〜B駅間と、B駅〜C駅間とでは運転指令も異なるため、例えば、特定の区間(A駅〜B駅間でのみ)異常判定をするようにしてもよいものである。このとき、運行パターンはほぼ一定であるため、異常の検知誤差を低減することができる。また、異常検知部114における演算処理の負担を低減することができる。
次に、図7を用いて、本発明の一実施形態によるインバータ装置を搭載した電動車両の構成について説明する。ここでは、電動車両として、ハイブリッド自動車を例にして説明する。
図7は、本発明の一実施形態によるインバータ装置を搭載した電動車両の構成をブロック図である。
エンジンルーム内には、インバータ装置100と、内燃機関たるエンジン210と、電動機201と、ラジエータ211と、冷却水用ボンプ212と、配管213と、動力伝達機構214と、車軸215が配置されている。車軸215の両端部は、エンジンルームの外部に突出しており、車輸216が取り付けられている。車軸215は、動力伝達機構214を介して、エンジン210およびモータ201いずれによっても回転させることができる。モータ201を駆動するインバータ装置100は、エンジン210およびモータ201の近傍に配置される。インバータ装置100は、直流蓄電装置(バッテリ)から直流電力を供給され、直流電力を交流電力に変換して、モータ201を駆動する。水冷インバータにおいては、冷却水温度がインバータ装置冷却の墓準となるため、外気温度の代わりに、計算基準として冷却水温度センサを設置する。自動車においても、例えば一定時間あるいは一定走行距離ごとのデータから損失対温度誤差近似直線を求め、異常判定することによりインバータの故障を未然に防ぐことができる。
また、上位の制御装置を備え、インバータ装置100の判定に従い、インバータが故障する前に交換するかあるいは、発熱を抑制するためにインバータ装置への運転指令を変更し、電動車両の故障を未然に防止する。例えば、インバータ装置100に対するトルク指令を低減して、インバータの発熱を低減する。ここで、インバータ装置に与えられるトルク指令としては、現在の位置から電動車両を修理を行える修理工場まで、とりあえず、車両を移動可能な低い指令値とする。
本発明の一実施形態によるインバータ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるインバータ装置の異常検知部144の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるインバータ装置の熱等価回路の回路図である。 本発明の一実施形態によるインバータ装置の近似曲線算出回路144Dで算出される近似曲線の例図である。 本発明の一実施形態によるインバータ装置の熱等価回路の回路図である。 本発明の一実施形態によるインバータ装置を搭載した鉄道車両(電車)の構成をブロック図である。 本発明の一実施形態によるインバータ装置を搭載した電動車両の構成をブロック図である。
符号の説明
100…インバータ装置
110…半導体モジュール
120…冷却フィン
130…GD基板
140…制御基板
142…モータ制御回路
144…異常検知部
144A…計算パラメータ保存回路
144B…温度算出回路
144C…近似線算出回路
144D…計算結果保存回路
144E…異常判定回路
150…外気温センサ
152…モジュール下温度センサ152
154…インバータ装置内雰囲気温度センサ
156…モジュール内温度センサ

Claims (9)

  1. 主回路構成する半導体モジュールと、この半導体モジュールをオンオフ制御する制御回路を有するインバータ装置であって、
    複数の部位の温度を検出する複数の温度検出手段と、
    前記温度検出手段の出力値の統計処理してインバータ装置の異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特徴とするインバータ装置。
  2. 請求項1記載のインバータ装置において、
    前記複数の温度検出手段は、第一の温度検出手段と、第二の温度検出手段からなり、
    前記異常検出手段は、
    前記第一の温度検出手段の出力値と、インバータ装置外から入力される温度計算パラメータにより、前記第二の温度検出手段が配置された位置の温度を算出し、
    この温度算出値と前期第二の温度検出手段によって検出された実際の温度値との差分値の傾向を定期的なサンプリングで把握し、
    あらかじめ求めた初期傾向からの差分または傾向の変化から異常判定することを特徴とするインバータ装置。
  3. 請求項2記載のインバータ装置において、
    前記第一及び第二の温度検出手段は、半導体モジュール下温度検出素子と外気温度検出素子であることを特徴とするインバータ装置。
  4. 請求項2記載のインバータ装置において、
    前記第一及び第二の温度検出手段は、半導体モジュール内素子温度検出素子と外気温度検出素子であることを特徴とするインバータ装置。
  5. 請求項2記載のインバータ装置において、
    前記第一及び第二の温度検出手段は、インバータ装置内雰囲気温度検出素子と外気温度検出素子であることを特徴とするインバータ装置。
  6. 主回路構成する半導体モジュールと、この半導体モジュールをオンオフ制御する制御回路を有するインバータ装置と、
    このインバータ装置により制御されるモータとを有する車両であって、
    複数の部位の温度を検出する複数の温度検出手段と、
    前記温度検出手段の出力値の統計処理してインバータ装置の異常を検出する異常検出手段とを備えることを特徴とする車両。
  7. 請求項6記載の車両において、
    前記複数の温度検出手段は、第一の温度検出手段と、第二の温度検出手段からなり、
    前記異常検出手段は、
    前記第一の温度検出手段の出力値と、インバータ装置外から入力される温度計算パラメータにより、前記第二の温度検出手段が配置された位置の温度を算出し、
    この温度算出値と前期第二の温度検出手段によって検出された実際の温度値との差分値の傾向を定期的なサンプリングで把握し、
    あらかじめ求めた初期傾向からの差分または傾向の変化から異常判定することを特徴とする車両。
  8. 請求項7記載の車両において、
    前記車両は、電車であり、
    前記異常検出手段は、この電車の特定区間の運転パターンにおいて、定期的なサンプリングを行うことを特徴とする車両。
  9. 請求項7記載の車両において、
    前記異常検出手段により異常が検出されたときは、インバータの発熱が低減するように、運転指令値を変えることを特徴とする車両。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100768939B1 (ko) 2005-12-24 2007-10-19 한국철도기술연구원 철도차량 추진제어 인버터 온도상승 시험장치 및 그 방법
JP2009171842A (ja) * 2009-04-24 2009-07-30 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd 電力変換装置
JP2009225541A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Toshiba Elevator Co Ltd 電力変換装置の寿命診断装置
WO2010029780A1 (ja) * 2008-09-11 2010-03-18 株式会社安川電機 インバータ装置、インバータコントロールシステム、モータ制御システム、インバータ装置の制御方法
JP2015526932A (ja) * 2012-06-11 2015-09-10 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 電力スイッチ正常性モニタリングのための装置および方法
US9313933B2 (en) 2011-10-06 2016-04-12 Mitsubishi Electric Corporation Power converter performing evaporative cooling of a switching element
US9712071B2 (en) 2013-09-26 2017-07-18 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device and air-conditioning apparatus

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4371036B2 (ja) * 2004-10-20 2009-11-25 日産自動車株式会社 ハイブリッド車のインバータの緩衝構造
US7443122B2 (en) * 2006-06-28 2008-10-28 Caterpillar Inc. Electric drivetrain thermal protection system
US20110083450A1 (en) * 2009-10-14 2011-04-14 Carrier Corporation Refrigerant System With Stator Heater
DE102011083277A1 (de) 2011-09-23 2013-03-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Überprüfen der Funktionsweise eines Temperaturfühlers
US9039275B2 (en) * 2012-01-13 2015-05-26 Nissan North America, Inc. Methods of preventing freezing of relays in electrical components
JP2013216216A (ja) * 2012-04-10 2013-10-24 Ntn Corp インバータ装置の冷却構造
KR102487157B1 (ko) * 2016-12-12 2023-01-10 현대자동차 주식회사 열등가회로를 이용한 모터의 온도 연산 시스템
CN108896210A (zh) * 2018-07-26 2018-11-27 合肥云联电子科技有限公司 一种工控设备温度异常的智能化监控系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5717810A (en) * 1980-07-07 1982-01-29 Nippon Denso Co Ltd Alarm method and device for vehicle
US4970497A (en) * 1989-11-22 1990-11-13 Westinghouse Electric Corp. Method and apparatus for sensing thermal stress in integrated circuits
JP3301194B2 (ja) * 1994-01-28 2002-07-15 三菱電機株式会社 インバータ制御装置
US5528446A (en) * 1994-07-05 1996-06-18 Ford Motor Company Integrated power module diagnostic unit
JPH09148523A (ja) * 1995-11-21 1997-06-06 Toshiba Corp 半導体装置
JPH10187253A (ja) * 1996-12-27 1998-07-14 Ando Electric Co Ltd 光半導体素子の温度制御装置
JP4093678B2 (ja) * 1999-05-11 2008-06-04 三菱電機株式会社 電動機制御装置
AU2001271290A1 (en) * 2000-06-09 2001-12-24 International Rectifier Corporation Dynamic motor drive torque control based on power switching device temperature feedback
US6900607B2 (en) * 2001-08-17 2005-05-31 Delphi Technologies, Inc. Combined feedforward and feedback parameter estimation for electric machines
JP3668708B2 (ja) 2001-10-22 2005-07-06 株式会社日立製作所 故障検知システム
US6664751B1 (en) * 2002-06-17 2003-12-16 Ford Motor Company Method and arrangement for a controlling strategy for electronic components in a hybrid electric vehicle
JP4290461B2 (ja) * 2003-04-03 2009-07-08 株式会社日立製作所 電動装置の冷却システムおよび冷却制御方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100768939B1 (ko) 2005-12-24 2007-10-19 한국철도기술연구원 철도차량 추진제어 인버터 온도상승 시험장치 및 그 방법
JP2009225541A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Toshiba Elevator Co Ltd 電力変換装置の寿命診断装置
WO2010029780A1 (ja) * 2008-09-11 2010-03-18 株式会社安川電機 インバータ装置、インバータコントロールシステム、モータ制御システム、インバータ装置の制御方法
JPWO2010029780A1 (ja) * 2008-09-11 2012-02-02 株式会社安川電機 インバータ装置、インバータコントロールシステム、モータ制御システム、インバータ装置の制御方法
US8319463B2 (en) 2008-09-11 2012-11-27 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Inverter apparatus, inverter control system, motor control system, and method of controlling inverter apparatus
JP5408136B2 (ja) * 2008-09-11 2014-02-05 株式会社安川電機 インバータ装置、インバータコントロールシステム、モータ制御システム、インバータ装置の制御方法
JP2009171842A (ja) * 2009-04-24 2009-07-30 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd 電力変換装置
US9313933B2 (en) 2011-10-06 2016-04-12 Mitsubishi Electric Corporation Power converter performing evaporative cooling of a switching element
JP2015526932A (ja) * 2012-06-11 2015-09-10 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 電力スイッチ正常性モニタリングのための装置および方法
US9712071B2 (en) 2013-09-26 2017-07-18 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device and air-conditioning apparatus

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