JP2005348511A - モータ駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】 システム温度を早期に上昇可能なモータ駆動システムを提供する。
【解決手段】 制御装置３０は、温度センサー１８〜２０からそれぞれコンバータ温度Ｔｃｎｖ、インバータ温度Ｔｉｎｖおよびモータ温度Ｔｍｏｔを受ける。そして、制御装置３０は、コンバータ温度Ｔｃｎｖおよびインバータ温度Ｔｉｎｖに基づいてそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４の素子耐圧Ｖｃｎｖ，Ｖｉｎｖを演算し、モータ温度Ｔｍｏｔに基づいて交流モータＭ１の逆起電圧Ｅを演算する。制御装置３０は、素子耐圧Ｖｃｎｖ，Ｖｉｎｖのうち低い方を素子耐圧Ｖとし、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅ以下であるとき、交流モータＭ１のモータ効率が低下するようにインバータ１４を制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、モータ駆動システムに関し、特に、モータの駆動効率を可変するモータ駆動システムに関するものである。

最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。

このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。

このような電気自動車に搭載される駆動システムとして、モータと、そのモータを駆動するインバータとからなる駆動システムが特許文献１に開示されている。この駆動システムにおいては、インバータの素子温度と、その素子温度の時間変化率とを検出し、素子温度および時間変化率に基づいてモータの出力トルクに制限を変える。すなわち、モータの温度が高温状態にあり、素子温度の時間変化率が大きいときには、トルク指令が小さくされる。

このように、特許文献１は、インバータの素子温度が急激に上昇するような場合にモータの出力トルクを制限する駆動システムを開示する。
特開平１０−２１０７９０号公報 特開平１−２９８９７２号公報 特開平８−９６８３号公報 特開２００３−３０４６０４号公報

しかし、特許文献１は、素子温度が低温である場合にシステム温度を上昇させるための手段を開示していないため、従来の駆動システムにおいては、インバータの素子温度が低温になった場合、駆動システムのシステム温度を早期に上昇させることができないという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、システム温度を早期に上昇可能なモータ駆動システムを提供することである。

この発明によれば、モータ駆動システムは、モータを駆動するモータ駆動システムであって、駆動回路と、制御手段とを備える。駆動回路は、モータを駆動する。制御手段は、モータ駆動システムのシステム温度に応じて、モータの駆動効率を変えるように駆動回路を制御する。

好ましくは、制御手段は、システム温度がしきい値以下に低下するとモータの駆動効率を低下させるように駆動回路を制御する。

好ましくは、制御手段は、システム温度がしきい値以下に低下するとモータの駆動効率が低下する電流位相でモータを駆動するように駆動回路を制御する。

この発明によるモータ駆動システムにおいては、システム温度に応じてモータの駆動効率が変化するようにモータが駆動される。すなわち、システム温度の低下に伴ってモータ効率が低下するようにモータが駆動される。そうすると、モータを駆動する駆動回路およびモータの温度が上昇する。

したがって、この発明によれば、低温時にモータ駆動システムの温度を早期に上昇できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるモータ駆動システムの概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１によるモータ駆動システム１００は、直流電源Ｂと、電圧センサー１０，１３と、コンデンサＣ１と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、温度センサー１８〜２０と、電流センサー２１と、制御装置３０とを備える。

交流モータＭ１は、ネオジウム系の金属、すなわち、希土類金属からなる永久磁石を備えるモータである。そして、交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、この交流モータＭ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を有し、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなモータとしてハイブリッド自動車に搭載されるようにしてもよい。

昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配置されている。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される電圧Ｖｂを検出し、その検出した電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。

昇圧コンバータ１２は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ１へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＣを受けると、信号ＰＷＣによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ１に供給する。また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＣを受けると、コンデンサＣ１を介してインバータ１４から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。

コンデンサＣ１は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサー１３は、コンデンサＣ１の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ（インバータ１４への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、コンデンサＣ１から直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、モータ駆動システム１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ１を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

温度センサー１８は、昇圧コンバータ１２のコンバータ温度Ｔｃｎｖを検出し、その検出したコンバータ温度Ｔｃｎｖを制御装置３０へ出力する。温度センサー１９は、インバータ１４のインバータ温度Ｔｉｎｖを検出し、その検出したインバータ温度Ｔｉｎｖを制御装置３０へ出力する。温度センサー２０は、交流モータＭ１のモータ温度Ｔｍｏｔを検出し、その検出したモータ温度Ｔｍｏｔを制御装置３０へ出力する。

電流センサー２１は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）からトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、イグニッションキーから信号ＩＧを受け、電圧センサー１０，１３からそれぞれ電圧Ｖｂ，Ｖｍを受け、温度センサー１８〜２０からそれぞれコンバータ温度Ｔｃｎｖ、インバータ温度Ｔｉｎｖおよびモータ温度Ｔｍｏｔを受け、電流センサー２１からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。

信号ＩＧは、イグニッションキーがオンされるとＨ（論理ハイ）レベルからなり、イグニッションキーがオフされるとＬ（論理ロー）レベルからなる。

制御装置３０は、Ｈレベルの信号ＩＧを受けると、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮ、電圧Ｖｂ，Ｖｍ、およびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＣとインバータ１４を駆動するための信号ＰＷＭ＿Ｎ（信号ＰＷＭの一種、以下同じ）とを生成し、その生成した信号ＰＷＣおよび信号ＰＷＭ＿Ｎをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

信号ＰＷＣは、昇圧コンバータ１２が直流電源Ｂとインバータ１４との間で電圧変換を行なう場合に昇圧コンバータ１２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２が直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合に、出力電圧Ｖｍをフィードバック制御し、出力電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍになるように昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＣを生成する。信号ＰＷＣの生成方法については後述する。

また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動モードにおいて、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭを生成してインバータ１４へ出力する。この場合、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭによってスイッチング制御され、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動モードにおいて、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。

さらに、制御装置３０は、モータ駆動システム１００の動作中、コンバータ温度Ｔｃｎｖ、インバータ温度Ｔｉｎｖ、モータ温度Ｔｍｏｔおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、後述する方法によって、温度の低下に伴ってＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８の素子耐圧Ｖが交流モータＭ１の逆起電圧Ｅ以下になり始める低温限界Ｔｌｉｍを検出する。そして、制御装置３０は、モータ駆動システム１００の雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であるか否かを判定し、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であるとき、交流モータＭ１のモータ効率が低下する電流位相θｉｌｏｗで電流を流すようにインバータ１４を制御するための信号ＰＷＭ＿Ｗ（信号ＰＷＭの一種、以下同じ）を後述する方法によって生成し、その生成した信号ＰＷＭ＿Ｗをインバータ１４へ出力する。

また、制御装置３０は、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍよりも高いとき、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮおよび電圧Ｖｍに基づいて、後述する方法によって、交流モータＭ１が指定されたトルクを出力するようにインバータ１４を制御するための信号ＰＷＭ＿Ｎ（信号ＰＷＭの一種）を生成し、その生成した信号ＰＷＭ＿Ｎをインバータ１４へ出力する。

図２は、図１に示す制御装置３０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置３０は、判定手段３０１と、インバータ制御手段３０２と、コンバータ制御手段３０３とを含む。判定手段３０１は、コンバータ温度Ｔｃｎｖ、インバータ温度Ｔｉｎｖ、モータ温度Ｔｍｏｔ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受ける。

そして、判定手段３０１は、Ｈレベルの信号ＩＧを受けると、通常動作を行なうことを示す信号ＮＲＭを生成してインバータ制御手段３０２へ出力する。また、判定手段３０１は、コンバータ温度Ｔｃｎｖ、インバータ温度Ｔｉｎｖ、モータ温度Ｔｍｏｔおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、後述する方法によって、低温限界Ｔｌｉｍを検出し、その検出した低温限界Ｔｌｉｍを保持する。

さらに、判定手段３０１は、トルク指令値ＴＲに基づいて、交流モータＭ１が駆動されたか否かを判定し、交流モータＭ１が駆動されていると判定したとき、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であるか否かを定期的に判定し、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であるとき、信号ＴＬＩＭを生成し、その生成した信号ＴＬＩＭをインバータ制御手段３０２へ出力する。

さらに、判定手段３０１は、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍよりも高いと判定したとき、信号ＮＭＲを生成し、その生成した信号ＮＭＲをインバータ制御手段３０２へ出力する。

信号ＴＬＩＭは、モータ効率が低下するように交流モータＭ１を駆動するための信号である。

インバータ制御手段３０２は、判定手段３０１から信号ＮＲＭ１を受けると、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲおよび昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍに基づいて、後述する方法によってインバータ１４を駆動するための信号ＰＷＭ＿Ｎを生成し、その生成した信号ＰＷＭ＿Ｎをインバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

また、インバータ制御手段３０２は、判定手段３０１から信号ＴＬＩＭを受けると、後述する方法によって、交流モータＭ１のモータ効率が低下する電流位相θｉｌｏｗで電流を流すための信号ＰＷＭ＿Ｗを生成してインバータ１４へ出力する。

コンバータ制御手段３０３は、イグニッションキーからＨレベルの信号ＩＧを受けると、モータ回転数ＭＲＮ、トルク指令値ＴＲおよび電圧Ｖｂ，Ｖｍに基づいて、交流モータＭ１の駆動時、後述する方法により、出力電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに一致するように昇圧コンバータ１２をフィードバック制御するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

この信号ＰＷＣは、直流電源Ｂから供給された直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに一致するように昇圧するための信号、またはインバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号である。したがって、昇圧コンバータ１２は、信号ＰＷＣに応じて昇圧動作または降圧動作を行なう。このように、昇圧コンバータ１２は、双方向コンバータの機能を有するものである。

図３は、図２に示すインバータ制御手段３０２の機能ブロック図である。図３を参照して、インバータ制御手段３０２は、モータ制御用相電圧演算部４０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２とを含む。

モータ制御用相電圧演算部４０は、外部ＥＣＵからのトルク指令値ＴＲ、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍおよび電流センサー２１からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて交流モータＭ１の各相に印加する電圧を計算してインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ出力する。

インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、判定手段３０１から信号ＴＬＩＭを受けると、交流モータＭ１のモータ効率が低下する電流位相θｉｌｏｗを設定し、その設定した電流位相θｉｌｏｗと、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた交流モータＭ１の各相に印加する電圧とに基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭ＿Ｗを生成して各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

また、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、判定手段３０１から信号ＮＲＭを受けると、交流モータＭ１のモータ効率が最大になる電流位相θｏｐｔを設定し、その設定した電流位相θｏｐｔと、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた交流モータＭ１の各相に印加する電圧とに基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭ＿Ｎを生成し、その生成した信号ＰＷＭ＿Ｎを各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

これにより、インバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。

図４は、図２に示すコンバータ制御手段３０３の機能ブロック図である。図４を参照して、コンバータ制御手段３０３は、インバータ入力電圧指令演算部５０と、フィードバック電圧指令演算部５２と、デューティー比変換部５４とを含む。

インバータ入力電圧指令演算部５０は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち、電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍをフィードバック電圧指令演算部５２へ出力する。

フィードバック電圧指令演算部５２は、電圧センサー１３から昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍを受け、インバータ入力電圧指令演算部５０から電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを受ける。そして、フィードバック電圧指令演算部５２は、電圧Ｖｍを電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに設定するためのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂを演算し、その演算したフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂをデューティー比変換部５４へ出力する。

デューティー比変換部５４は、電圧センサー１０からの電圧Ｖｂと、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂとに基づいて、電圧センサー１３からの出力電圧Ｖｍをフィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比に基づいて、昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣを生成する。

そして、デューティー比変換部５４は、生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

なお、昇圧コンバータ１２の下側のＮＰＮトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＮＰＮトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。

図５は、磁束とモータ温度との関係を示す図である。また、図６は、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８の素子耐圧ＶｃｎｃまたはＶｉｎｖと素子温度（コンバータ温度Ｔｃｎｖまたはインバータ温度Ｔｉｎｖ）との関係を示す図である。さらに、図７は、素子耐圧またはモータ逆起電圧と温度との関係を示す図である。

図５を参照して、希土類金属からなる磁石が発生する磁束Φは、温度（モータ温度Ｔｍｏｔ）が低下するに伴って増加する。すなわち、磁束Φのモータ温度Ｔｍｏｔ依存性は、直線ｋ１によって表される。交流モータＭ１のロータの角速度をωとすれば、交流モータＭ１の逆起電圧Ｅは、Ｅ＝ω×Φによって表わされる。

そうすると、磁束Φは、上述したようにモータ温度Ｔｍｏｔの低下に伴って増加するので、交流モータＭ１の逆起電圧Ｅは、モータ温度Ｔｍｏｔの低下に伴って高くなる。

図６を参照して、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８の素子耐圧Ｖ（昇圧コンバータ１２の素子耐圧Ｖｃｎｖまたはインバータ１４の素子耐圧Ｖｉｎｖ）は、素子温度（コンバータ温度Ｔｃｎｖまたはインバータ温度Ｔｉｎｖ）の低下に伴って低下する。すなわち、素子耐圧Ｖの素子温度依存性は、直線ｋ２によって表される。

図７を参照して、交流モータＭ１の逆起電圧Ｅのモータ温度Ｔｍｏｔ依存性は、直線ｋ３によって表され、逆起電圧Ｅのモータ温度Ｔｍｏｔ依存性（直線ｋ３）は、素子耐圧Ｖの素子温度依存性（直線ｋ２）と点Ａで交差する。

素子耐圧Ｖの温度依存性が逆起電圧Ｅの温度依存性と交差しないようにＮＰＮトランジスタを作製することも可能であるが、そのようなＮＰＮトランジスタは、常温において過剰な素子耐圧を有し、高コストになる。

したがって、この発明においては、低コストなモータ駆動システム１００を提供する観点から、素子耐圧Ｖの温度依存性が逆起電圧Ｅの温度依存性と交差するＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８を用いている。

図７において、横軸の温度は、モータ駆動システム１００の雰囲気温度Ｔａｔｍを表す。モータ駆動システム１００の動作中においては、昇圧コンバータ１２、インバータ１４および交流モータＭ１は、駆動されているので、コンバータ温度Ｔｃｎｖ、インバータＴｉｎｖおよびモータＴｍｏｔは、相互に異なる。そこで、モータ駆動システム１００の動作中の雰囲気温度Ｔａｔｍは、コンバータ温度Ｔｃｎｖ、インバータＴｉｎｖおよびモータＴｍｏｔのうち、最も低い温度とする。

点Ａは、逆起電圧Ｅが素子耐圧Ｖに一致する点であり、逆起電圧Ｅが素子耐圧Ｖに一致する温度を低温限界Ｔｌｉｍとする。したがって、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であれば、逆起電圧Ｅは素子耐圧Ｖ以上になり、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍよりも高ければ、逆起電圧Ｅは素子耐圧Ｖよりも低くなる。したがって、低温限界Ｔｌｉｍは、逆起電圧Ｅが素子耐圧Ｖ以上であるか否かを判定する閾値である。

逆起電圧Ｅが素子耐圧Ｖ以上であるときに、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８をスイッチング制御し、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４を駆動すれば、素子耐圧Ｖ以上の高電圧がＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８に印加され、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８の寿命が短くなる。

そこで、この発明においては、逆起電圧Ｅが素子耐圧Ｖ以上になる低温領域においては、逆起電圧Ｅが素子耐圧Ｖよりも低くなるように、すなわち、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くなるように交流モータＭ１のモータ効率を低下させる。

そして、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くなる温度領域、すなわち、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍよりも高い温度領域においては、モータ効率が最大になるように交流モータＭ１を駆動する。

図８は、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くなる温度領域でモータ駆動システム１００を動作させるためのフローチャートである。図８を参照して、一連の動作が開始されると、モータ駆動システム１００の雰囲気温度Ｔａｔｍが測定される（ステップＳ１）。すなわち、コンバータ温度Ｔｃｎｖ、インバータ温度Ｔｉｎｖおよびモータ温度Ｔｍｏｔのうち、最も低い温度が雰囲気温度Ｔａｔｍとして測定される。

その後、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であるか否かが判定される。すなわち、低温判定がなされる（ステップＳ２）。そして、ステップＳ２において、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ（閾値）以下であると判定されたとき、モータ効率が低下される（ステップＳ３）。その後、ステップＳ２において、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍよりも高いと判定されるまで、ステップＳ１〜Ｓ３が繰り返し実行される。

ステップＳ２において、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍよりも高いと判定されると、モータ駆動システム１００の通常動作が行なわれる（ステップＳ４）。そして、一連の動作が終了する。

上述したように、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であるとき、モータ効率を低下する処理が行なわれるが（図８のステップＳ３参照）、このモータ効率を低下する処理は、次に示す方法によって実行される。

図９は、モータのトルクとモータに流れる電流の電流位相との関係を示す図である。図９を参照して、モータのトルクと電流位相との関係は、曲線ｋ４によって表わされる。そして、モータのトルクは、ある電流位相θｏｐｔに対して最大になるように変化する。したがって、通常、モータのトルクが最大になる電流位相θｏｐｔで交流モータＭ１に電流を流す。

しかし、モータ効率を低下させる場合、最適動作点からずれた点で交流モータＭ１を駆動する。すなわち、最大のモータトルクを出力する電流位相θｏｐｔよりも高位相側に存在する電流位相θｉｌｏｗで交流モータＭ１を駆動する。つまり、交流モータＭ１のモータ効率が低下する電流位相θｉｌｏｗで交流モータＭ１を駆動する。

その結果、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴが通常動作時よりも増加し、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のスイッチング損失が増加する。これにより、インバータ温度Ｔｉｎｖおよびモータ温度Ｔｍｏｔが上昇する。

なお、交流モータＭ１のモータ効率を低下させる電流位相は、最大のモータトルクを出力する電流位相θｏｐｔよりも高位相側に限らず、低位相側に存在していてもよい。つまり、交流モータＭ１のモータ効率を低下させる電流位相は、最大のモータトルクを出力する電流位相θｏｐｔ以外の電流位相であればよい。最大のモータトルクを出力する電流位相θｏｐｔ以外の電流位相で電流を流せば、モータ電流ＭＣＲＴは、通常動作時よりも多くなるからである。

次に、モータ駆動システム１００の動作中において、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であると判定されたとき、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くなるようにモータ効率を低下させる動作について具体的に説明する。

雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であるか否かを判定する場合、低温限界Ｔｌｉｍを検出する必要がある。逆起電圧Ｅは、上述したようにＥ＝ω×Φによって決定されるので、角速度ωが決定されないと、逆起電圧Ｅの温度依存性が一義的に決定されない。したがって、交流モータＭ１の角速度ωが決定され、逆起電圧Ｅの温度依存性が一義的に決定されたときに低温限界Ｔｌｉｍを検出する必要がある。そこで、この発明においては、次の方法により低温限界Ｔｌｉｍを検出する。

制御装置３０の判定手段３０１は、図７に示す素子耐圧Ｖの温度依存性（直線ｋ２）と逆起電圧Ｅの温度依存性（直線ｋ３）とを保持しており、交流モータＭ１が駆動された後、外部ＥＣＵから受けたモータ回転数ＭＲＮに基づいて角速度ωを求め、その求めた角速度ωに応じて直線ｋ３を上下して逆起電圧Ｅの温度依存性を最終的に決定する。

そして、判定手段３０１は、最終的に決定された逆起電圧Ｅの温度依存性と、素子耐圧Ｖの温度依存性とに基づいて、低温限界Ｔｌｉｍを検出する。このように、この発明においては、逆起電圧Ｅの温度依存性と素子耐圧Ｖの温度依存性とに基づいて、逆起電圧Ｅが素子耐圧Ｖ以上であるか否かを決定する閾値である低温限界Ｔｌｉｍを検出することを特徴とする。

モータ駆動システム１００の動作中に素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くなるようにモータ効率を低下させる場合、モータ効率が低下する電流位相θｉｌｏｗで電流を流すようにインバータ１４を制御する。

図１０は、交流モータＭ１のモータ効率を低下させる動作を説明するためのフローチャートである。なお、以下においては、制御装置３０の判定手段３０１が上述した方法によって低温限界Ｔｌｉｍを検出していることを前提として説明する。また、判定手段３０１は、図５に示す直線ｋ１を磁束Φとモータ温度Ｔｍｏｔとの関係を示すマップとして保持しており、図６に示す直線ｋ２を素子耐圧ＶｉｎｖまたはＶｃｎｖと素子温度（インバータ温度Ｔｉｎｖまたはコンバータ温度Ｔｃｎｖ）との関係を示すマップとして保持していることを前提として説明する。

図１０を参照して、一連の動作が開始されると、温度センサー２０は、モータ温度Ｔｍｏｔを検出し（ステップＳ１１）、その検出したモータ温度Ｔｍｏｔを制御装置３０へ出力する。

判定手段３０１は、モータ温度Ｔｍｏｔを温度センサー２０から受け、その受けたモータ温度Ｔｍｏｔに対応する磁束Φ（Ｔｍｏｔ）をマップ（直線ｋ１）を参照して抽出し、その抽出した磁束Φ（Ｔｍｏｔ）に角速度ω（始動時に要求される角速度）を乗算して逆起電圧Ｅを演算する（ステップＳ１２）。

その後、温度センサー１９は、インバータ温度Ｔｉｎｖを検出し（ステップＳ１３）、その検出したインバータ温度Ｔｉｎｖを制御装置３０へ出力する。判定手段３０１は、インバータ温度Ｔｉｎｖを温度センサー１９から受け、その受けたインバータ温度Ｔｉｎｖに対応する素子耐圧Ｖｉｎｖをマップ（直線ｋ２）を参照して抽出する（ステップＳ１４）。

引き続いて、温度センサー１８は、コンバータ温度Ｔｃｎｖを検出し（ステップＳ１５）、その検出したコンバータ温度Ｔｃｎｖを制御装置３０へ出力する。判定手段３０１は、コンバータ温度Ｔｃｎｖを温度センサー１８から受け、その受けたコンバータ温度Ｔｃｎｖに対応する素子耐圧Ｖｃｎｖをマップ（直線ｋ２）を参照して抽出する（ステップＳ１６）。

そして、判定手段３０１は、素子耐圧Ｖｉｎｖ，Ｖｃｎｖのうち、低い方をモータ駆動システム１００における素子耐圧Ｖとして抽出し（ステップＳ１７）、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高いか否かを判定する（ステップＳ１８）。

そして、判定手段３０１は、ステップＳ１８において、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くないと判定したとき、信号ＴＬＩＭを生成し、その生成した信号ＴＬＩＭをインバータ制御手段３０２へ出力する。

インバータ制御手段３０２のモータ制御用相電圧演算部４０は、外部ＥＣＵからのトルク指令値ＴＲ、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍおよび電流センサー２１からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて交流モータＭ１の各相に印加する電圧を計算してインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ出力する。

そして、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、判定手段３０１から信号ＴＬＩＭを受けると、交流モータＭ１のモータ効率を低下させる電流位相θｉｌｏｗを設定し、その設定した電流位相θｉｌｏｗと、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた交流モータＭ１の各相に印加する電圧とに基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭ＿Ｗを生成して各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

これにより、交流モータＭ１は、モータ効率が通常動作時よりも低下するように駆動され（ステップＳ１９）、通常動作時よりも多くの電流がインバータ１４および交流モータＭ１に流れる。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のスイッチング損失が増加する。その結果、インバータ温度Ｔｉｎｖおよびモータ温度Ｔｍｏｔが上昇する。

一方、ステップＳ１８において、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高いと判定されると、判定手段３０１は、信号ＮＲＭを生成してインバータ制御手段３０２へ出力する。これにより、モータ駆動システム１００は通常動作を行なう（ステップＳ２０）。

すなわち、インバータ制御手段３０２は、判定手段３０１からの信号ＮＲＭに応じて、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮおよび電圧Ｖｍに基づいて、交流モータＭ１の各相に印加する電圧を演算し、その演算した電圧に基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭ＿Ｎを生成し、その生成した信号ＰＷＭ＿Ｎを各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

これにより、インバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。そして、ステップＳ１９またはステップＳ２０の後、一連の動作は、一旦、終了する。

図１０に示すフローチャートは、モータ駆動システム１００の動作中、一定時間毎に実行される。

そして、図１０に示すフローチャートの各ステップのうち、ステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１５は、図８に示すフローチャートのステップＳ１に相当する。

また、図１０に示すステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ１８は、図８に示すステップＳ２に相当する。図１０のステップＳ１８において、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くない、すなわち、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅ以下であると判定されることは、図８のステップＳ２において、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であると判定されることに相当する。図７において、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅ以下であるとき、雰囲気温度Ｔａｔｍは、低温限界Ｔｌｉｍ以下になるからである。

さらに、図１０に示すステップＳ１９は、図８に示すステップＳ３に相当する。

さらに、図１０に示すステップＳ２０は、図８に示すステップＳ４に相当する。

したがって、図１０に示すフローチャートは、図８に示すフローチャートと実質的に同じである。

上述したように、モータ駆動システム１００の動作中に素子耐圧Ｖが交流モータＭ１の逆起電圧Ｅよりも高いか否かを判定し、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅ以下であるとき、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くなるように交流モータＭ１のモータ効率を低下させるので、インバータ１４および交流モータＭ１に流れる電流が通常動作時よりも多くなる。その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のスイッチング損失が増加し、インバータ温度Ｔｉｎｖおよびモータ温度Ｔｍｏｔが上昇する。

したがって、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅ以下になる低温において、交流モータＭ１のモータ効率を低下させることにより、モータ駆動システム１００の温度を早期に上昇させることができる。

［実施の形態２］
図１１は、実施の形態２によるモータ駆動システムの概略図である。図１１を参照して、実施の形態２によるモータ駆動システム１００Ａは、図１に示すモータ駆動システム１００の制御装置３０を制御装置３０Ａに代えたものであり、その他は、モータ駆動システム１００と同じである。

制御装置３０Ａは、上述した方法によって低温限界Ｔｌｉｍを検出し、モータ駆動システム１００Ａの動作中、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であるか否かを判定する。そして、制御装置３０Ａは、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であると判定したとき、交流モータＭ１の出力トルクを制限するための信号ＰＷＣ＿Ｗ（信号ＰＷＣの一種、以下同じ）および信号ＰＷＭ＿Ｗを後述する方法によって生成し、その生成した信号ＰＷＣ＿Ｗおよび信号ＰＷＭ＿Ｗをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

制御装置３０Ａは、その他、制御装置３０と同じ機能を果たす。

図１２は、図１１に示す制御装置３０Ａの機能ブロック図である。図１２を参照して、制御装置３０Ａは、判定手段３０１Ａと、インバータ制御手段３０２Ａと、コンバータ制御手段３０３Ａとを含む。

判定手段３０１Ａは、判定手段３０１と同じ方法によって低温限界Ｔｌｉｍを検出して保持している。そして、判定手段３０１Ａは、トルク指令値ＴＲに基づいて交流モータＭ１が駆動中であると判定すると、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であるか否かを判定し、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であると判定すると、信号ＴＬＩＭ１，ＴＬＩＭ２を生成し、その生成した信号ＴＬＩＭ１，ＴＬＩＭ２をそれぞれインバータ制御手段３０２Ａおよびコンバータ制御手段３０３Ａへ出力する。

また、判定手段３０１Ａは、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍよりも高いと判定すると、信号ＮＲＭ１，ＮＲＭ２を生成し、その生成した信号ＮＲＭ１，ＮＲＭ２をそれぞれインバータ制御手段３０２Ａおよびコンバータ制御手段３０３Ａへ出力する。

なお、信号ＴＬＩＭ１，ＴＬＩＭ２は、交流モータＭ１のトルクを制限することを指示する信号であり、信号ＮＲＭ１，ＮＲＭ２は、通常動作を指示する信号である。

判定手段３０１Ａは、その他、判定手段３０１と同じ機能を果たす。

インバータ制御手段３０２Ａは、判定手段３０１Ａからの信号ＴＬＩＭ１に応じて、トルクを制限して交流モータＭ１を駆動するようにインバータ１４を制御するための信号ＰＷＭ＿Ｗを後述する方法によって生成し、その生成した信号ＰＷＭ＿Ｗをインバータ１４へ出力する。

また、インバータ制御手段３０２Ａは、判定手段３０１Ａから信号ＮＲＭ１を受けると、トルク指令値ＴＲ、モータ電流ＭＣＲＴおよび電圧Ｖｍに基づいて、上述した方法によって信号ＰＷＭ＿Ｎを生成してインバータ１４へ出力する。

コンバータ制御手段３０３Ａは、判定手段３０１Ａからの信号ＴＬＩＭ２に応じて、交流モータＭ１のトルクが制限されるときに昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＣ＿Ｗを後述する方法によって生成し、その生成した信号ＰＷＣ＿Ｗを昇圧コンバータ１２へ出力する。

また、コンバータ制御手段３０３Ａは、判定手段３０１Ａから信号ＮＲＭ２を受けると、モータ回転数ＭＲＮ、トルク指令値ＴＲおよび電圧Ｖｂ，Ｖｍに基づいて、交流モータＭ１がトルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを出力するときに昇圧コンバータ１２を制御する信号ＰＷＣ＿Ｎ（信号ＰＷＣの一種、以下同じ）を後述する方法によって生成し、その生成した信号ＰＷＣ＿Ｎを昇圧コンバータ１２へ出力する。

図１３は、図１２に示すインバータ制御手段３０２Ａの機能ブロック図である。図１３を参照して、インバータ制御手段３０２Ａは、モータ制御用相電圧演算部４０Ａと、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２Ａとを含む。

モータ制御用相電圧演算部４０Ａは、判定手段３０１Ａから信号ＴＬＩＭ１を受けると、外部ＥＣＵから受けたトルク指令値ＴＲよりも小さいトルク指令値ＴＲ＿Ｌを生成し、その生成したトルク指令値ＴＲ＿Ｌと、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍおよび電流センサー２１からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて交流モータＭ１の各相に印加する電圧を計算してインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２Ａへ出力する。

また、モータ制御用相電圧演算部４０Ａは、判定手段３０１Ａから信号ＮＲＭ１を受けると、外部ＥＣＵからのトルク指令値ＴＲ、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍおよび電流センサー２１からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて交流モータＭ１の各相に印加する電圧を計算してインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２Ａへ出力する。

インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２Ａは、モータ制御用相電圧演算部４０Ａから受けた交流モータＭ１の各相に印加する電圧に基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭ（信号ＰＷＭ＿ＷまたはＰＷＭ＿Ｎ）を生成して各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

これにより、インバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクまたは制限されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。

図１４は、図１２に示すコンバータ制御手段３０３Ａの機能ブロック図である。図１４を参照して、コンバータ制御手段３０３Ａは、図４に示すコンバータ制御手段３０３のインバータ入力電圧指令演算部５０をインバータ入力電圧指令演算部５０Ａに代えたものであり、その他は、コンバータ制御手段３０３と同じである。

インバータ入力電圧指令演算部５０Ａは、判定手段３０１Ａから信号ＴＬＩＭ２を受けると、外部ＥＣＵから受けたトルク指令値ＴＲよりも小さいトルク指令値ＴＲ＿Ｌを生成し、その生成したトルク指令値ＴＲ＿Ｌと、モータ回転数ＭＲＮとに基づいて、交流モータＭ１の出力トルクを制限するときの電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｄを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｄをフィードバック電圧指令演算部５２へ出力する。

また、インバータ入力電圧指令演算部５０Ａは、判定手段３０１Ａから信号ＮＲＭ２を受けると、外部ＥＣＵからのトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、通常動作時の電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍをフィードバック電圧指令演算部５２へ出力する。

図１５は、交流モータＭ１のトルクを制限する動作を説明するためのフローチャートである。図１５を参照して、ステップＳ３１〜ステップＳ３５は、図１０に示すステップＳ１３〜ステップＳ１７とそれぞれ同じであるので、ステップＳ３１〜ステップＳ３５についての説明を省略する。

ステップＳ３５の後、温度センサー２０は、モータ温度Ｔｍｏｔを検出し（ステップＳ３６）、その検出したモータ温度Ｔｍｏｔを制御装置３０Ａへ出力する。制御装置３０Ａの判定手段３０１Ａは、温度センサー２０から受けたモータ温度Ｔｍｏｔに対応する磁束Φ（Ｔｍｏｔ）をマップ（図５に示す直線ｋ１）を参照して抽出する。

そして、判定手段３０１Ａは、ステップＳ３５で算出した素子耐圧Ｖを磁束Φ（Ｔｍｏｔ）により除算して角速度の最大値ωｍａｘ（＝Ｖ／Φ（Ｔｍｏｔ））を演算する（ステップＳ３７）。引き続いて、回転位置センサー（図示せず）は、センサー値θを検出して制御装置３０Ａへ出力し、判定手段３０１Ａは、センサー値θに基づいて角速度ωを演算する。これにより、角速度ωが測定される（ステップＳ３８）。

その後、判定手段３０１Ａは、角速度ωが最大値ωｍａｘよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３９）。

角速度ωが最大値ωｍａｘよりも小さくない、すなわち、角速度ωが最大値ωｍａｘ以上であると判定手段３０１Ａが判定することは、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅ以下であると判定されることに相当し、角速度ωが最大値ωｍａｘよりも小さいと判定手段３０１Ａが判定することは、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高いと判定されることに相当する。角速度ωが最大値ωｍａｘ以上であるとき、その角速度ω（≧ωｍａｘ）を用いて演算された逆起電圧Ｅ（＝ω×Φ（Ｔｍｏｔ））は、素子耐圧Ｖ（＝ωｍａｘ×Φ（Ｔｍｏｔ））以上になり、角速度ωが最大値ωｍａｘよりも小さいとき、その角速度ω（＜ωｍａｘ）を用いて演算された逆起電圧Ｅ（＝ω×Φ（Ｔｍｏｔ））は、素子耐圧Ｖ（＝ωｍａｘ×Φ（Ｔｍｏｔ））よりも小さくなるからである。

角速度ωが最大値ωｍａｘよりも小さくないと判定されると、インバータ制御手段３０２Ａは、交流モータＭ１のトルク制限を行なうようにインバータ１４を制御する。

判定手段３０１Ａは、角速度ωが最大値ωｍａｘよりも小さくないと判定したとき、信号ＴＬＩＭ１，ＴＬＩＭ２を生成してそれぞれインバータ制御手段３０２Ａおよびコンバータ制御手段３０３Ａへ出力する。

コンバータ制御手段３０３Ａのインバータ入力電圧指令演算部５０Ａは、判定手段３０１Ａから信号ＴＬＩＭ２を受けると、外部ＥＣＵから受けたトルク指令値ＴＲよりも小さいトルク指令値ＴＲ＿Ｌを生成し、その生成したトルク指令値ＴＲ＿Ｌと、モータ回転数ＭＲＮとに基づいて、交流モータＭ１の出力トルクを制限するときの電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｄを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｄをフィードバック電圧指令演算部５２へ出力する。

そして、フィードバック電圧指令演算部５２は、インバータ入力電圧指令演算部５０Ａからのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｄと、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍとに基づいて、上述した方法によってフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂ＿ｄを演算してデューティー比変換部５４へ出力する。

そうすると、デューティー比変換部５４は、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂ＿ｄと、電圧センサー１０からの電圧Ｖｂと、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍとに基づいて、電圧Ｖｍをフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂ＿ｄに設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比に基づいて、実際にＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣ＿Ｗを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。

これにより、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、信号ＰＷＣ＿Ｗに基づいてスイッチング制御され、昇圧コンバータ１２は、出力電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｄに一致するように直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。

また、モータ制御用相電圧演算部４０Ａは、判定手段３０１Ａから信号ＴＬＩＭ１を受けると、外部ＥＣＵから受けたトルク指令値ＴＲよりも小さいトルク指令値ＴＲ＿Ｌを生成し、その生成したトルク指令値ＴＲ＿Ｌと、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍおよび電流センサー２１からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて交流モータＭ１の各相に印加する電圧を計算してインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２Ａへ出力する。

インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２Ａは、モータ制御用相電圧演算部４０Ａから受けた交流モータＭ１の各相に印加する電圧に基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭ＿Ｗを生成して各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

これにより、インバータ１４は、昇圧コンバータ１２からの電圧Ｖｍを交流電圧に変換し、トルクを制限して交流モータＭ１を駆動する（ステップＳ４０）。その結果、交流モータＭ１の逆起電圧Ｅは、各モータ温度Ｔｍｏｔに対して低下する。すなわち、図７において、直線ｋ３が下方向へ平行移動する。

一方、ステップＳ３９において、角速度ωが最大値ωｍａｘよりも小さいと判定されたとき、判定手段３０１Ａは、信号ＮＲＭ１，ＮＲＭ２を生成してそれぞれインバータ制御手段３０２Ａおよびコンバータ制御手段３０３Ａへ出力する。これにより、モータ駆動システム１００Ａは通常動作を行なう（ステップＳ４１）。

すなわち、コンバータ制御手段３０３Ａは、判定手段３０１Ａからの信号ＮＲＭ２に応じて、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算し、電圧Ｖｍを電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに設定するようにＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣ＿Ｎを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、昇圧コンバータ１２は、電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに一致するように直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを電圧Ｖｍへ昇圧してコンデンサＣ１へ供給する。

コンデンサＣ１は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化してインバータ１４へ供給する。

インバータ制御手段３０２Ａは、判定手段３０１Ａからの信号ＮＲＭ１に応じて、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮおよび電圧Ｖｍに基づいて、交流モータＭ１の各相に印加する電圧を演算し、その演算した電圧に基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＰＷＭ＿Ｎを生成し、その生成した信号ＰＷＭ＿Ｎを各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

これにより、インバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。そして、ステップＳ４０またはステップＳ４１の後、一連の動作は、一旦、終了する。

図１５に示すフローチャートは、モータ駆動システム１００Ａの動作中、一定時間毎に実行される。

そして、図１５に示すフローチャートの各ステップのうち、ステップＳ３１，Ｓ３３，Ｓ３６は、図８に示すフローチャートのステップＳ１に相当する。

また、図１５に示すステップＳ３２，Ｓ３４，Ｓ３５，Ｓ３７，Ｓ３８，Ｓ３９は、図８に示すステップＳ２に相当する。図１５のステップＳ３９において、角速度ωが最大値ωｍａｘよりも小さくない、すなわち、角速度ωが最大値ωｍａｘ以上であると判定されることは、図８のステップＳ２において、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であると判定されることに相当する。角速度ωが最大値ωｍａｘ以上であるとき、逆起電圧Ｅは素子耐圧Ｖ以上であると判定され、図７において、逆起電圧Ｅが素子耐圧Ｖ以上であるとき、雰囲気温度Ｔａｔｍは、低温限界Ｔｌｉｍ以下になるからである。

さらに、図１５に示すステップＳ４０は、図８に示すステップＳ３に相当する。

さらに、図１５に示すステップＳ４１は、図８に示すステップＳ４に相当する。

したがって、図１５に示すフローチャートは、図８に示すフローチャートと実質的に同じである。

上述したように、モータ駆動システム１００Ａの動作中に素子耐圧Ｖが交流モータＭ１の逆起電圧Ｅよりも高いか否かを判定し、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅ以下であるとき、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くなるように交流モータＭ１の角速度（トルク）を制限する（ステップＳ４０参照）。角速度ωを制限することにより、図７に示す直線ｋ３が下側へシフトするので、低温限界Ｔｌｉｍは低温側へシフトする。その結果、雰囲気温度Ｔａｔｍは、低温限界Ｔｌｉｍよりも高くなる。

したがって、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くなるように交流モータＭ１のトルクを制限することは、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くなるようにコンバータ温度Ｔｃｎｖ、インバータ温度Ｔｉｎｖおよびモータ温度Ｔｍｏｔを上昇させることに相当する。すなわち、素子耐圧Ｖが逆起電圧Ｅよりも高くなるように交流モータＭ１のトルクを制限することは、モータ駆動システム１００Ａの雰囲気温度Ｔａｔｍを早期に上昇させることに相当する。

上述したように、実施の形態１においては、モータ駆動システム１００の雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であるとき、制御装置３０は、交流モータＭ１のモータ効率が低下する電流位相θｉｌｏｗで電流を流すようにインバータ１４を制御し、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍよりも高いとき、制御装置３０は、交流モータＭ１のモータ効率が最大になるように（すなわち、通常動作）インバータ１４を制御する。

また、実施の形態２においては、モータ駆動システム１００Ａの雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であるとき、制御装置３０Ａは、交流モータＭ１のトルクを制限するようにインバータ１４を制御し、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍよりも高いとき、制御装置３０は、交流モータＭ１のトルクが最大になるように（すなわち、通常動作）インバータ１４を制御する。

したがって、この発明は、モータ駆動システムのシステム温度に応じて、モータの駆動効率を変えるように、交流モータＭ１を駆動する昇圧コンバータ１２およびインバータ１４を制御するものであればよい。

また、上記においては、モータ駆動システム１００，１００Ａは、昇圧コンバータ１２を含むと説明したが、この発明においては、モータ駆動システム１００，１００Ａは、昇圧コンバータ１２を含んでいなくてもよい。その場合、雰囲気温度Ｔａｔｍが低温限界Ｔｌｉｍ以下であると判定されると、制御装置３０，３０Ａは、交流モータＭ１のモータ効率が低下するようにインバータ１４を制御し、または交流モータＭ１のトルクを制限するようにインバータ１４を制御する。

さらに、この発明においては、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４は、交流モータＭ１を駆動する「駆動回路」を構成する。

さらに、この発明においては、ＮＰＮトランジスタに代えてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびＭＯＳトランジスタを用いてもよく、一般的には、スイッチング素子を用いることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、システム温度を早期に上昇可能なモータ駆動システムに適用される。

この発明の実施の形態１によるモータ駆動システムの概略図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図２に示すインバータ制御手段の機能ブロック図である。 図２に示すコンバータ制御手段の機能ブロック図である。 磁束とモータ温度との関係を示す図である。 ＮＰＮトランジスタの素子耐圧Ｖと素子温度（コンバータ温度またはインバータ温度）との関係を示す図である。 素子耐圧またはモータ逆起電圧と温度との関係を示す図である。 素子耐圧が逆起電圧よりも高くなる温度領域でモータ駆動システムを動作させるためのフローチャートである。 モータのトルクとモータに流れる電流の電流位相との関係を示す図である。 交流モータのモータ効率を低下させる動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２によるモータ駆動システムの概略図である。 図１１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図１２に示すインバータ制御手段の機能ブロック図である。 図１２に示すコンバータ制御手段の機能ブロック図である。 交流モータのトルクを制限する動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０，１３ 電圧センサー、１２ 昇圧コンバータ、１４ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、１８〜２０ 温度センサー、２１ 電流センサー、３０，３０Ａ 制御装置、４０，４０Ａ モータ制御用相電圧演算部、４２，４２Ａ インバータ用ＰＷＭ信号変換部、５０，５０Ａ インバータ入力電圧指令演算部、５２ フィードバック電圧指令演算部、５４ デューティー比変換部、１００，１００Ａ モータ駆動システム、３０１，３０１Ａ 判定手段、３０２，３０２Ａ インバータ制御手段、３０３，３０３Ａ コンバータ制御手段、Ｂ 直流電源、Ｃ１ コンデンサ、Ｑ１〜Ｑ８ ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ 交流モータ。

Claims (3)

1. モータを駆動するモータ駆動システムであって、
   前記モータを駆動する駆動回路と、
   前記モータ駆動システムのシステム温度に応じて、前記モータの駆動効率を変えるように前記駆動回路を制御する制御手段とを備えるモータ駆動システム。
2. 前記制御手段は、前記システム温度がしきい値以下に低下すると前記モータの駆動効率を低下させるように前記駆動回路を制御する、請求項１に記載のモータ駆動システム。
3. 前記制御手段は、前記システム温度が前記しきい値以下に低下すると前記モータの駆動効率が低下する電流位相で前記モータを駆動するように前記駆動回路を制御する、請求項２に記載のモータ駆動システム。

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