JP2007195343A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置規模を大型化することなく少数の温度モニター回路により、スイッチング素子の最高温度を適切に把握することのできるインバータ装置を提供する。
【解決手段】インバータ主回路１３０において、第４のＩＧＢＴ１３２_−４にのみ温度検出用ダイオード１４０及び温度モニター回路１５０を設置し、このＩＧＢＴの温度をモニターする。モーター５００がロック状態となった時には、モーター５００の電気角、温度モニター回路１５０で検出される第４のＩＧＢＴ１３２_−４の温度、及び、予め記録されているＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の熱モデルに基づいて、コントローラ１９０で最高温度となるＩＧＢＴのその温度を推定する。温度の推定は、熱等価式に基づいて演算してもよいし、予め検出しておいたモニター温度と最高温度との差分データに基づいて算出してもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば電気自動車等のモーター駆動装置に適用して好適なインバータ装置に関する。

例えば電気自動車やハイブリッド車等の電動機（モーター）を駆動するモーター駆動装置等においては、インバータを用いたインバータ装置が広く用いられている。そのようなインバータ装置の一種であり、電力スイッチング素子の１つであるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）を用いて電動機を駆動する３相インバータ等のシステムでは、例えばモーターロック状態等、モーターの動作状態によっては、各相ＩＧＢＴ素子の温度が上昇し、故障を生じる恐れがある。このため、各ＩＧＢＴ素子の温度をモニターし、モニター温度が所定温度以上となった場合には、インバータの出力電力を低減したり、ＩＧＢＴ素子の駆動周波数を低減することで、温度上昇を抑制することが通常行われている。

そのような処理を行うためには、インバータを構成する電力用スイッチング素子の中の、少なくとも最高温度となっている素子の温度を適切に検出する必要がある。
そのために、例えば、インバータを構成する複数の電力用スイッチング素子全てに温度モニター回路を設け、最高温度となっている素子の温度を適切に得る半導体モジュールが開示されている（特許文献１参照）。
また、取り囲むスイッチング素子が最も多い電力用スイッチング素子を、インバータを構成するスイッチング素子の中で最も温度が高くなる素子と推定し、この素子にのみ温度モニター回路を設けるようにした半導体モジュールも開示されている（特許文献２参照）。
特開２０００−１３４０７４号公報 特開２００３−２０４０２８号公報

しかしながら、全てのスイッチング素子に温度モニター回路を設ける構成では、インバータの回路規模が大きくなり、インバータ装置のコストアップを招く等の問題が生じる。
また、取り囲むスイッチング素子が最も多いスイッチング素子を最も温度が高くなる素子と推定してその温度のみを測定する構成では、必ずしもそのような素子が最高温度にならない可能性があり、インバータ内のスイッチング素子の最高温度を適切に把握できなという問題がある。例えばモーターが駆動力を出力中に外力等によって回転を停止された場合（ロック状態）においては、モーターの回転角度に応じた特定の相のスイッチング素子にのみ電流が集中し、その素子がインバータ中の最高温度を示すこととなる。従って、取り囲むスイッチング素子が最も多いスイッチング素子の温度を検出して、インバータの温度上昇を抑制する処理を行ったとしても、素子の過熱を適切に抑制することができない可能性がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、装置規模を大型化することなく、すなわち少数の温度モニター回路により、最高温度となっているスイッチング素子の温度を適切に把握することのできるインバータ装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係るインバータ装置は、複数のスイッチング素子を有するインバータ装置であって、前記複数のスイッチング素子の中の少なくとも１つのスイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、前記複数のスイッチング素子間の熱伝達モデルを記憶し、当該熱伝達モデル及び前記検出された前記温度検出対象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の温度が最高となっているスイッチング素子の温度を推定する温度推定手段とを有する。

好適には、前記熱伝達モデルは、前記インバータ装置に接続された負荷が所定の状態となった時に、当該状態において通電電流が最大となる前記スイッチング素子に対する他の前記スイッチング素子からの熱伝達の特性を示す熱伝達モデルであって、前記温度推定手段は、前記インバータ装置に接続された負荷が所定の状態となった時に、当該状態に対応する前記熱伝達モデル、及び、前記温度検出対象のスイッチング素子の温度に基づいて、前記通電電流が最大となる前記スイッチング素子の温度を算出し、当該温度を、前記複数のスイッチング素子の中の最高温度のスイッチング素子の温度と推定する。

また好適には、前記温度推定手段は、前記熱伝達モデルを、前記インバータ装置に接続された負荷が所定の状態となった時に、当該状態において通電電流が最大となる前記スイッチング素子の温度を、前記温度検出対象のスイッチング素子の温度の関数として表した熱等価式として記憶し、前記インバータ装置に接続された負荷が所定の状態となった時に、当該状態に対応する前記熱等価式及び前記温度検出対象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の最高温度のスイッチング素子の当該温度を算出する。

また好適には、前記負荷として同期電動機が接続されたインバータ装置であって、前記熱伝達モデルは、前記同期電動機がロック状態となった時の電気角ごとに、通電電流が最大となる前記スイッチング素子に対する他の前記スイッチング素子からの熱伝達の特性を示す熱伝達モデルであって、前記温度推定手段は、前記同期電動機がロック状態となった時に、前記電気角に対応する前記熱伝達モデル、及び、前記温度検出対象のスイッチング素子の温度に基づいて、前記最高温度のスイッチング素子の温度を推定する。

また好適には、前記熱伝達モデルは、前記同期電動機がロック状態となった時の電気角ごとに予め検出した、前記通電電流が最大となる前記スイッチング素子の温度と前記温度検出対象のスイッチング素子の温度との差分値を、前記電気角に対応付けて記憶したマップデータであり、前記温度推定手段は、前記同期電動機がロック状態となった時に、当該同期電動機の電気角に対応付けて記憶されている前記差分値を前記マップデータから読み出し、当該読み出した前記差分値及び前記検出した前記温度検出対象のスイッチング素子の温度とに基づいて、前記複数のスイッチング素子の中の最高温度のスイッチング素子の当該温度を算出する。

また好適には、前記熱伝達モデルは、前記同期電動機がロック状態となった時の電気角と、当該インバータ装置から出力する電流値に係る所定の情報とに対応付けてマトリクス形式で、前記通電電流が最大となる前記スイッチング素子の温度と前記温度検出対象のスイッチング素子の温度との差分値を記憶し、前記温度推定手段は、前記同期電動機がロック状態となった時に、当該同期電動機の電気角及び制御対象の出力電流値に基づいて、前記差分値を前記マトリクス形式の前記マップデータから読み出し、当該読み出した前記差分値及び前記検出した前記温度検出対象のスイッチング素子の温度とに基づいて、前記複数のスイッチング素子の中の最高温度のスイッチング素子の当該温度を算出する。

また好適には、前記温度推定手段は、前記推定される前記複数のスイッチング素子の中の最高温度のスイッチング素子の前記温度を、前記複数のスイッチング素子の温度、前記スイッチング素子のスイッチング周波数、あるいは、前記負荷が前記所定の状態となってからの時間の少なくともいずれか１つを含む補正条件に応じて補正する。

また好適には、前記複数のスイッチング素子は、冷却機構が設けられたモジュールに一体的に構成されており、前記温度推定手段は、前記冷却機構の温度を前記補正条件として、当該温度に応じて、前記推定される前記複数のスイッチング素子の中の最高温度のスイッチング素子の前記温度を補正する。

また好適には、前記熱伝達モデルは、前記同期電動機がロック状態となった時の電気角ごとに予め検出した、前記通電電流が最大となる前記スイッチング素子の温度と前記温度検出対象のスイッチング素子の温度との差分値を、前記電気角に対応付けて記憶したマップデータであって、前記温度推定手段は、前記マップデータを、前記補正条件に応じて複数具備し、前記条件に応じていずれかの前記マップデータを選択して参照することにより、前記補正条件に応じて補正した前記最高温度のスイッチング素子の前記温度を算出する。

また好適には、前記複数のスイッチング素子の中の前記温度検出対象となっていない他の前記スイッチング素子に対して、少なくとも当該スイッチング素子が所定の温度に達したことを検出することのできる所定温度到達検出手段が設けられ、前記温度推定手段は、前記所定温度到達検出手段によりいずれかの前記スイッチング素子が前記所定の温度に達したことが検出された時に、当該温度推定手段で推定した前記最高温度のスイッチング素子の前記温度と、前記所定温度到達検出手段が検出した前記所定の温度との差に基づいて、当該温度推定手段で推定する温度を補正する。

本発明によれば、装置規模を大型化することなく、すなわち少数の温度モニター回路により、最高温度となっているスイッチング素子の温度を適切に把握することのできるインバータ装置を提供することができる。

第１実施形態
本発明の第１実施形態として、本発明に係る温度検出装置を具備したインバータ装置を適用した、電気自動車あるいはハイブリッド車等のモーター駆動装置について説明する。
図１は、そのモーター駆動装置の全体構成を示す回路図である。
図１に示すモーター駆動装置１００は、バッテリー１１０、ＤＣ平滑コンデンサ１２０、インバータ主回路１３０、温度検出用ダイオード１４０、温度モニター回路１５０、電流センサー１８１（１８１_−１〜１８１_−３）、磁極センサー１８２、回転センサー１８３及びコントローラ１９０を有する。なお、図１において、モーター５００は、モーター駆動装置１００が駆動対象とする電動機（同期モーター）である。

バッテリー１１０は、インバータ主回路１３０を介してモーター５００を駆動するための電源であり、数十〜数百Ｖあるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリー１１０は、ＤＣ平滑コンデンサ１２０を介してインバータ主回路１３０に接続される。

ＤＣ平滑コンデンサ１２０は、主にバッテリー１１０から入力される直流電源の電圧変動を平滑化するための容量素子であり、大容量の電解コンデンサあるいはセラミックコンデンサである。

インバータ主回路１３０は、バッテリー１１０から印加される直流電力から、モーター５００駆動用の３相交流電力を生成し、モーター５００に印加する。
インバータ主回路１３０は、第１〜第６のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）１３２_−１〜１３２_−６、及び、ＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の各々に対して逆並列に接続されたダイオード１３３_−１〜１３３_−６を有する。この６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６は、図示のごとく、第１のＩＧＢＴ１３２_−１と第２のＩＧＢＴ１３２_−２、第３のＩＧＢＴ１３２_−３と第４のＩＧＢＴ１３２_−４、及び、第５のＩＧＢＴ１３２_−５と第６のＩＧＢＴ１３２_−６が各々直列に接続され、その各ＩＧＢＴ直列回路が、インバータ主回路１３０の直流電力入力ラインの間に並列に接続されている。これら各ＩＧＢＴ直列回路は、モーター５００を駆動するための３相交流電力の各相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）に対応する３アーム分の回路を構成する。なお、各アームにおいて、ＩＧＢＴ１３２_−１，１３２_−３，１３２_−５及びダイオード１３３_−１，１３３_−３，１３３_−５が上側（正側）アーム、ＩＧＢＴ１３２_−２，１３２_−４，１３２_−６及びダイオード１３３_−２，１３３_−４，１３３_−６が下側（負側）アームを構成する。

本実施形態において、インバータ主回路１３０は、コントローラ１９０によりＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されて、モーター５００の駆動用の三相交流電力を生成する。コントローラ１９０は、上位の車両制御コントローラから入力されるトルク指令に基づいて、ＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６を各々所望のタイミングでオン／オフすることにより、モーター５００を任意の状態で駆動させるための所望の特性（電圧、周波数等）の三相交流駆動電力を生成する。

インバータ主回路１３０のこれら６つのＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６は、図２（Ａ）に示すような平面配置で、１つのモジュール（パッケージ）内に収容されている。
このモジュールには、モジュールを冷却するための図示せぬ水冷式の冷却構造体が取り付けられている。

温度検出用ダイオード１４０は、インバータ主回路１３０のＩＧＢＴの温度を検出するためのセンサーとしてのダイオードである。本実施形態において温度検出用ダイオードは、６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６を有するインバータ主回路１３０において、唯一第４のＩＧＢＴ１３２_−４に対してのみ設けられている。すなわち、モーター駆動装置１００においては、６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の中で第４のＩＧＢＴ１３２_−４の温度のみを実際に計測する。

モーター駆動装置１００においては、６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の中で最高温度を示す素子の温度を、第４のＩＧＢＴ１３２_−４の温度に基づいて算出する。従って、モーター駆動装置１００においてＩＧＢＴの実際の温度の計測は、６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の中の１個のＩＧＢＴ１３２_−ｉ（ｉ＝１〜６）についてのみ行えばよい。本実施形態においては、その実際に温度を計測するＩＧＢＴを、第４のＩＧＢＴ１３２_−４とする。
なお、第４のＩＧＢＴ１３２_−４の温度に基づいて最高温度を示すＩＧＢＴの温度を推定する方法については、後に詳述する。

温度モニター回路１５０は、温度検出用ダイオード１４０から出力される第４のＩＧＢＴ１３２_−４の温度に応じた電圧出力を増幅及びＰＷＭ変調して温度信号生成し、コントローラ１９０に出力する。
温度モニター回路１５０の構成を図３に示す。
温度モニター回路１５０は、抵抗１５１、１５７、１５８、インピーダンス変換用オペアンプ１５２、反転増幅回路１５３、三角波生成回路１５４、コンパレータ１５５及びフォトカプラー１５６を有する。

温度検出用ダイオード１４０のアノード端子には、抵抗１５１を介して電源Ｖｃｃから電源電流が供給され、温度検出用ダイオード１４０のカソード端子は、第４のＩＧＢＴ１３２_−４のエミッタ電位と同電位の基準電位Ｖｅｅに接続される。
このような構成の温度モニター回路１５０において、温度検出用ダイオード１４０の出力電圧、すなわち、温度検出用ダイオード１４０のアノード−カソード間電圧は、インピーダンス変換用オペアンプ１５２及び抵抗１５７を介して反転増幅回路１５３に入力される。

反転増幅回路１５３において反転増幅された温度検出用ダイオード１４０の出力電圧は、コンパレータ１５５に入力される。コンパレータ１５５の一方の入力には、三角波生成回路１５４において生成された三角波が入力されており、これらが比較されることにより、温度検出用ダイオード１４０の出力電圧によりコンパレータ１５５の出力パルス幅が変化される、すなわち、温度検出用ダイオード１４０で検出された温度検出信号（電圧信号）がパルス幅変調（ＰＷＭ）されることになる。
コンパレータ１５５でＰＷＭ変調された温度信号は、抵抗１５８を介してフォトカプラー１５６に入力され、フォトカプラー１５６により絶縁伝送されて、コントローラ１９０に出力される。

電流センサー１８１_−１〜１８１_−３は、モーター５００に印加される駆動電流、すなわちインバータ主回路１３０の出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する検出器である。

磁極センサー１８２は、モーター５００としての同期モーターの磁極位置θを検出する検出器である。

回転センサー１８３は、モーター５００の回転速度Ｎｅを検出する検出器である。

コントローラ１９０は、上位の制御装置たる図示せぬ車両制御コントローラからのトルク指令等の制御命令に応じて、モーター５００を所望の状態で駆動するための三相交流電力をモーター駆動装置１００において適切に生成するように、モーター駆動装置１００の各部を制御する。

また、コントローラ１９０は、温度モニター回路１５０から入力されるＩＧＢＴのモニター温度、すなわち第４のＩＧＢＴ１３２_−４の温度に基づいて、インバータ主回路１３０の６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の中で最高温度を示す素子の温度を推定する。この最高温度を示す素子の温度の推定方法については、後に詳述する。
そしてまた、コントローラ１９０は、その推定した最高温度が、所定の過温度基準値以上となった場合には、インバータ主回路１３０が異常状態であると判定してインバータ主回路１３０の温度上昇を低減する処理を行う。例えば、インバータ主回路１３０の出力電力を低減させたり、インバータ主回路１３０のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の駆動周波数を低減するような制御を行い、異常状態を解消する処理を行う。
なお、コントローラ１９０は、ＣＰＵ（演算処理部）、メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ等）等を有する演算処理回路である。

このような構成のモーター駆動装置１００においては、バッテリー１１０からの高電圧直流電力がインバータ主回路１３０に供給されると、図示せぬ車両制御コントローラからのトルク指令に基づいてコントローラ１９０がインバータ主回路１３０内のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６各々のオン／オフを制御する。その結果、所望の状態でモーター５００を駆動する所望の特性の三相交流駆動電力が生成され、モーター５００に印加され、モーター５００が所望の状態で駆動される。

モーター５００が駆動されている間、コントローラ１９０は、温度検出用ダイオード１４０及び温度モニター回路１５０を介して入力される第４のＩＧＢＴ１３２_−４の温度に基づいて、インバータ主回路１３０の６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の中で最高温度を示すＩＧＢＴの温度を算出する。そして、この温度を所定の閾値（過温度基準値）と比較することにより、インバータ主回路１３０が異常に発熱する等の現象が起きていないかどうか、すなわち、インバータ主回路１３０が適正な状態で稼動されているか否かをチェックする。その結果、仮にインバータ主回路１３０に発熱が生じていた場合には、コントローラ１９０は、インバータ主回路１３０の出力電力を低減させたり、ＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の駆動周波数を低減させる等の制御を行い、異常状態を解消させるための処理を行う。

次に、温度検出用ダイオード１４０及び温度モニター回路１５０により実際に測定した第４のＩＧＢＴ１３２_−４の温度（モニター温度）に基づいて、インバータ主回路１３０の６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の中で最高温度を示すＩＧＢＴの温度を推定する方法について説明する。
なおここでは、モーター５００がロック状態と判定された場合のＩＧＢＴ温度推定方法について説明する。モーター５００がロック状態か否かは、コントローラ１９０は、回転センサー１８３からの出力により検出することができる。

まず、６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の中から、最高温度を示すＩＧＢＴを検出する方法について図４を参照して説明する。
図４は、モーター５００の磁極位置θ（以下、電気角θと称する。）に対するインバータ主回路１３０の出力電流Ｉｕ，Ｉｖ及びＩｗを表す図である。
なお、出力電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗの正負は、正がインバータ主回路１３０からモーター５００への吐き出し方向の流れを表し、負がモーター５００からインバータ主回路１３０への吸い込み方向の流れを表す。
モーター５００がロック状態となった場合、インバータ主回路１３０からの三相出力電流Ｉｕ，Ｉｖ及びＩｗは、図４に示すように変化する。そして、電流が最も流れているＩＧＢＴが、その時に最高温度となっている素子とみなすことができる。

その結果、図４から明らかなように、電気角θが０ｄｅｇ〜６０ｄｅｇの時は、負方向の電流Ｉｕが最大電流値を示しているので、Ｕ相の負側に作用する第２のＩＧＢＴ１３２_−２が最高温度のＩＧＢＴとなる。また、電気角θが６０ｄｅｇ〜１２０ｄｅｇの時は、正方向の電流Ｉｗが最大電流値を示しているので、Ｗ相の正側に作用する第５のＩＧＢＴ１３２_−５が最高温度のＩＧＢＴとなる。以下同様に、電気角θが１２０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇの時は負方向の電流Ｉｖが最大電流値を示すので第４のＩＧＢＴ１３２_−４が、電気角θが１８０ｄｅｇ〜２４０ｄｅｇの時は正方向の電流Ｉｕが最大電流値を示すので第１のＩＧＢＴ１３２_−１が、電気角θが２４０ｄｅｇ〜３００ｄｅｇの時は負方向の電流Ｉ２が最大電流値を示すので第６のＩＧＢＴ１３２_−６が、そして、電気角θが３００ｄｅｇ〜３６０ｄｅｇの時は正方向の電流Ｉｖが最大電流値を示すので第３のＩＧＢＴ１３２_−３が、各々最高温度のＩＧＢＴとなる。

次に、最高温度となっているＩＧＢＴ素子の温度を、第４のＩＧＢＴ１３２_−４の温度（モニター温度）に基づいて算出する方法について説明する。
各ＩＧＢＴの温度は、自素子の電力損失による発熱（電力損失分）と、他のＩＧＢＴからの伝熱分（熱干渉分）により決まる。
そのうち、自素子の電力損失による発熱により上昇した温度ｔｉ（ｉ＝１〜６）は、次式（１）により算出することができる。

（数１）
ｔｉ＝Ｒthｉ×Ｐｉ＋Ｔｗ …（１）

ここで、Ｒthｉ（ｉ＝１〜６）は各ＩＧＢＴから冷却構造体までの熱抵抗、Ｐｉは各ＩＧＢＴの電力損失、Ｔｗは基準環境温度であって本実施形態においては冷却構造体の冷却水の温度とする。
このうち、電力損失Ｐｉは、さらに次式（２）により算出することができる。

（数２）
Ｐｉ＝Ｉc×sinθ×{Ｖce０＋
（Ｖcesat−Ｖce０）／Ｉcmax×Ｉc×sinθ}×Ｄ＋ｆc×Ｅsw …（２）

ここで、Ｉc は算出対象のＩＧＢＴの通電電流（コレクタ電流）、θは電気角、Ｖce０はＩＧＢＴ電流が０Ａの時のコレクタ−エミッタ間電圧、Ｉcmaxは最大ＩＧＢＴ電流、Ｖcsatは最大ＩＧＢＴ電流時のコレクタ−エミッタ間電圧、Ｄは変調率、ｆc はスイッチング周波数、Ｅswはスイッチング損失である。

また、他のＩＧＢＴからの熱干渉分については、各ＩＧＢＴ間の熱干渉（伝熱）についてモデルを設定し、各ＩＧＢＴ相互の熱干渉による温度変化分ｔ’ｉを推定する。
図５は、ＩＧＢＴ間の熱干渉を説明する図であり、具体例としての第２のＩＧＢＴ１３２_−２と周囲の他のＩＧＢＴとの間の熱干渉の状態（設定した熱干渉モデル）を示す図である。

あるＩＧＢＴ１３２_−ｊにおける他のＩＧＢＴ１３２_−ｉからの熱干渉による温度変化分ｔ’ｊは、干渉元のＩＧＢＴ１３２_−ｉの温度及びそれらＩＧＢＴ間の熱干渉係数Ｋ_ｉｊを用いて、式（３）により推定する。なお、熱干渉係数Ｋijは、ＩＧＢＴ１３２_−ｊとＩＧＢＴ１３２_−ｉとの熱干渉の割合を示す、基準温度（冷却構造体の水温）やＰＷＭ周波数に依存しない定数である。また、干渉元のＩＧＢＴ１３２_−ｉの温度としては、実際に計測を行う第４のＩＧＢＴ１３２_−４を除いて、式（１）により推定する自素子の電力損失による発熱に基づく温度ｔｉを用いるものとする。

（数３）
ｔ’ｊ＝Ｋ_ｉｊ×ｔｉ …（３）

第２のＩＧＢＴ１３２_−２の周囲の他のＩＧＢＴからの熱干渉による温度変化分ｔ’２は、隣接して配置されるＩＧＢＴとの熱干渉を全て考慮すれば、図５に示すように、第１のＩＧＢＴ１３２_−１、第３のＩＧＢＴ１３２_−３及び第４のＩＧＢＴ１３２_−４からの熱干渉成分を考慮することになる。しかし、第２のＩＧＢＴ１３２_−２が最高温度になる電気角θが０ｄｅｇ〜６０ｄｅｇの時は、第１のＩＧＢＴ１３２_−１には通電電流がない。そのため、第１のＩＧＢＴ１３２_−１の温度は水温（Ｔｗ）と同じと考え、第１のＩＧＢＴ１３２_−１からの干渉成分は考慮しない。従って、第２のＩＧＢＴ１３２_−２に対する熱干渉による温度変化分ｔ’２は、第３のＩＧＢＴ１３２_−３及び第４のＩＧＢＴ１３２_−４からの熱干渉成分を考慮して、式（４）のように推定する。

（数４）
ｔ’２＝Ｋ32×ｔ３＋Ｋ42×ｔ４ …（４）

式（４）における第３のＩＧＢＴ１３２_−３の温度ｔ３を、式（１）により推定することとすれば、第２のＩＧＢＴ１３２_−２に対する熱干渉による温度変化分ｔ’２は式（５）のように表される。

（数５）
ｔ’２＝Ｋ32×（Ｒth３×Ｐ３＋Ｔｗ）＋Ｋ42×ｔ４ …（５）

式（５）からわかるように、第２のＩＧＢＴ１３２_−２の温度の熱干渉分ｔ’２は、実際の温度が計測される第４のＩＧＢＴ１３２_−４の温度ｔ４に基づいて算出できる。
以上の結果、電気角θが０ｄｅｇ〜６０ｄｅｇの時は第２のＩＧＢＴ１３２_−２の素子温度が最高となり、その温度Ｔ２は、式（１）により算出される温度ｔ２と式（５）により算出される温度上昇分ｔ’２を加えた式（６）により求めることができる。

（数６）
Ｔ２＝Ｒth２×Ｐ２＋Ｋ32×（Ｒth３×Ｐ３＋Ｔｗ）＋Ｋ42×ｔ４＋Ｔｗ …（６）

電気角θが６０ｄｅｇ〜１２０ｄｅｇの時は、前述したように第５のＩＧＢＴ１３２_−５の素子温度が最高となる。その温度Ｔ５は、第２のＩＧＢＴ１３２_−２の場合と同様に、式（１）により算出される自素子の電力損失に基づく温度ｔ５と、式３により算出される周囲の素子からの熱干渉による温度上昇分ｔ’５とを加えて求める。第５のＩＧＢＴ１３２_−５については、第４のＩＧＢＴ１３２_−４からの熱干渉のみを考慮すると、第５のＩＧＢＴ１３２_−５の素子温度ｔ５は、式（７）により求めることができる。

（数７）
Ｔ５＝Ｒth５×Ｐ５＋Ｋ45×ｔ４＋Ｔｗ …（７）

電気角θが１２０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇの時は、前述したように第４のＩＧＢＴ１３２_−４の素子温度が最高となる。第４のＩＧＢＴ１３２_−４の素子温度は、温度検出用ダイオード１４０及び温度モニター回路１５０により実測しているので、実測値をそのまま用いる。

電気角θが１８０ｄｅｇ〜２４０ｄｅｇの時は、前述したように第１のＩＧＢＴ１３２_−１の素子温度が最高となる。その温度Ｔ１は、第２のＩＧＢＴ１３２_−２及び第５のＩＧＢＴ１３２_−５の場合と同様に、式（１）により算出される自素子の電力損失に基づく温度ｔ１と、式３により算出される周囲の素子からの熱干渉による温度上昇分ｔ’１とを加えて求める。第１のＩＧＢＴ１３２_−１については、第４のＩＧＢＴ１３２_−４からの熱干渉のみを考慮すると、第１のＩＧＢＴ１３２_−１の素子温度ｔ１は、前述した第５のＩＧＢＴ１３２_−５の場合と同様に、式（８）により求めることができる。

（数８）
Ｔ１＝Ｒth１×Ｐ１＋Ｋ41×ｔ１＋Ｔｗ …（８）

電気角θが２４０ｄｅｇ〜３００ｄｅｇの時は、前述したように第６のＩＧＢＴ１３２_−６の素子温度が最高となる。その温度Ｔ６は、式（１）により算出される自素子の電力損失に基づく温度ｔ６と、式３により算出される周囲の素子からの熱干渉による温度上昇分ｔ’６とを加えて求める。第６のＩＧＢＴ１３２_−６については、第３のＩＧＢＴ１３２_−３からの熱干渉と第４のＩＧＢＴ１３２_−４からの熱干渉とを考慮すると、第６のＩＧＢＴ１３２_−６の素子温度ｔ６は、前述した第２のＩＧＢＴ１３２_−２の場合と同様に、式（９）により求めることができる。

（数９）
Ｔ６＝Ｒth６×Ｐ６＋Ｋ36×（Ｒth６×Ｐ６＋Ｔｗ）＋Ｋ46×ｔ４＋Ｔｗ …（９）

電気角θが３００ｄｅｇ〜３６０ｄｅｇの時は、前述したように第３のＩＧＢＴ１３２_−３の素子温度が最高となる。その温度Ｔ５は、第２のＩＧＢＴ１３２_−２の場合と同様、式（１）により算出される自素子の電力損失に基づく温度ｔ５と、式３により算出される周囲の素子からの熱干渉による温度上昇分ｔ’５とを加えて求める。また、第３のＩＧＢＴ１３２_−３については、第４のＩＧＢＴ１３２_−４、第２のＩＧＢＴ１３２_−２及び第６のＩＧＢＴ１３２_−６からの熱干渉を考慮する。その結果、第３のＩＧＢＴ１３２_−３の素子温度ｔ３は、式（１０）により求めることができる。

（数１０）
Ｔ３＝Ｒth３×Ｐ３＋Ｋ43×ｔ４＋Ｋ23×（Ｒth２×Ｐ２＋Ｔｗ）
＋Ｋ63×（Ｒth６×Ｐ６＋Ｔｗ）＋Ｔｗ …（１０）

以上、具体的に説明したように、本実施形態のモーター駆動装置１００においては、６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６を１のモジュール内に収容するインバータ主回路１３０において、唯１個のＩＧＢＴ（本実施形態においては第４のＩＧＢＴ１３２_−４）の温度を計測するのみで、最高温度となるＩＧＢＴの温度を推定している。またその方法は、電気角θに基づいて最高温度となるＩＧＢＴを検出してその温度を推定しているため、例えばモーター５００がロック状態になった場合においても、適切に最高温度を推定（検出）することができ、そのような場合にインバータ主回路１３０のＩＧＢＴの温度が異常に上昇することを防ぐことができる。すなわち、簡単かつ小規模な回路構成により、適切にＩＧＢＴ素子の加熱を防止することができる。

第２実施形態
本発明の第２実施形態について、図１及び図６〜図１１を参照して説明する。
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、本発明に係る温度検出装置を具備したインバータ装置を有するモーター駆動装置について説明する。
第２実施形態のモーター駆動装置は、その基本的構成は前述した第１実施形態のモーター駆動装置１００と同じであるが、コントローラにおける最高温度のＩＧＢＴのその温度の推定方法が異なる。従って以下の説明においては、モーター駆動装置の構成についての説明は省略し、コントローラ２９０（図１）における最高温度のＩＧＢＴの温度推定方法について説明する。なお、モーター駆動装置の構成を参照する場合には、図１を参照する。

モーター駆動装置２００において、モーター５００がロック状態となっている時の、インバータ主回路１３０の出力電流、最高温度となるＩＧＢＴの温度、及び、インバータ主回路１３０の温度をモニターしているＩＧＢＴ（第４のＩＧＢＴ１３２_−４）のモニター温度の遷移状態を電気角θに対応して示すと、図６に示すような状態となる。

図６（Ａ）は、モーター５００がロック状態となっている時の電気角θに対するインバータ主回路１３０の出力電流Ｉｕ，Ｉｖ及びＩｗを示す図であり、図６（Ｂ）は、最高温度となるＩＧＢＴの温度Ｔjmaxを示す図であり、図６（Ｃ）は、温度モニター回路１５０で検出したＩＧＢＴ（本実施形態においては第４のＩＧＢＴ１３２_−４）の温度（モニター温度）Ｔmon を示す図である。
なお、出力電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗの正負は、正がインバータ主回路１３０からモーター５００への吐き出し方向の流れを表し、負がモーター５００からインバータ主回路１３０への吸い込み方向の流れを表す。また、ＩＧＢＴのモニター温度Ｔmon は、温度モニター回路１５０の出力信号であるパルス変調信号をコントローラ１９０で演算処理して温度値に変換して得た値である。
そして、図６（Ｂ）に示すＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxと図６（Ｃ）に示すモニター温度Ｔmon の差分値を求めると、その差分値ΔＴj は図６（Ｄ）に示すように遷移する。

図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に示すように、温度モニター回路１５０が設けられた第４のＩＧＢＴ１３２_−４の通電電流が最大となるＶ相の電流が最大となる期間、すなわち電気角θが１２０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇの期間では、ＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxとモニター温度Ｔmon がほぼ等しく差分値ΔＴj は０に近くなる。反対に、温度をモニターしている第４のＩＧＢＴ１３２_−４の通電電流が小さい期間では、ＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxとモニター温度Ｔmon の差が大きくなっている。

しかし、いずれの場合もＩＧＢＴ最高温度Ｔjmax及びモニター温度Ｔmon は電気角θに対して周期的に変化しており、従ってこれらの差分値ΔＴj も電気角θに対して周期的に変化している。従って、この差分値ΔＴj を予め記憶しておけば、モニター温度Ｔmon からＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxを推定することができる。本実施形態のモーター駆動装置２００は、このように、差分値ΔＴj を用いてモニター温度Ｔmon からＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj を求めるようにしたものである。

ただし、この差分値ΔＴj は、インバータ主回路１３０からの出力電流の大きさに応じて変動する。そこで、本実施形態においては、インバータ主回路１３０に対する制御入力である電流指令値Ｉa*を電気角θとともに指標として、電流指令値Ｉa*及び電気角θに応じたＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxとモニター温度Ｔmon との差分値ΔＴj を記憶しておき、これに基づいて、モニター温度Ｔmon からＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj を求めるようにした。差分値ΔＴj は、マップデータとしてコントローラ２９０内の不揮発性メモリ内に格納しておく。

図７は、そのマップデータの例を示す図である。
例えば図７（Ｂ）に示すマップデータＡは、モーター５００の制御入力である電流指令値Ｉa*と電気角θの１周期を１／ｎにした各期間とを指標として、それら各指標の各条件におけるＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxとモニター温度Ｔmon の差分値ΔＴj を、マトリクス形態（格子状）に記憶して形成したものである。なお、図７（Ａ）は、電気角θとの対応を容易に理解できるように、モニター対象のＩＧＢＴ（第４のＩＧＢＴ１３２_−４）に係るＶ相出力電流Ｉｖの電流波形を示したものである。

コントローラ２９０は、上位の車両コントローラからのトルク指令に基づいて、インバータ主回路１３０を制御するための電流指令値Ｉa*を生成し、この電流指令値Ｉa*に基づいてインバータ主回路１３０を制御し、モーター５００を所望の状態で駆動する。その際、回転センサー１８３からの入力によりモーター５００がロック状態と判定された場合には、電流指令値Ｉa*及び電気角θに基づいて図７（Ｂ）に示すようなマップデータＡより差分値ΔＴj を読み出し、温度モニター回路１５０で計測されたモニター温度Ｔmon にこの差分値ΔＴj を加えることにより、インバータ主回路１３０内のＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj を求める。

このようにして、モーター５００がロック状態となった場合においても、モーター駆動装置２００においては最高温度となるＩＧＢＴのその最高温度を適切に推定することができ、インバータ主回路１３０のＩＧＢＴの温度が異常に上昇することを防ぐことができる。また、このような制御を行うためにモーター駆動装置２００は唯１個のＩＧＢＴ（本実施形態においては第４のＩＧＢＴ１３２_−４）の温度を計測するのみでよいので、簡単かつ小規模な回路構成により、そのような機能を実現することができる。

ところで、前述したように、インバータ主回路１３０の６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６は１つのモジュールに収容されており、そのモジュールには冷却構造体が付設されている。この冷却構造体に流れる冷却水の温度が異なると、インバータ主回路１３０内の各ＩＧＢＴ１３２_−ｉからの放熱状況も異なり、電流指令値Ｉa*や電気角θが同一でもＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxとモニター温度Ｔmon との差分値ΔＴj も異なってくる。そしてこの変動が、ＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj に要求される精度に対して無視できないレベルとなる場合には、マップデータを変更する必要がある。

そのために、冷却水温度に応じて複数のマップデータを具備する構成としてもよい。図８は、冷却水温度が異なる場合の他のマップデータ（マップデータＢ）の例を示す図である。
冷却水温度ごとのマップデータの数は、冷却水の温度が取り得る範囲、冷却水の温度の変化に対する差分値ΔＴj の変化割合、ＩＧＢＴ最高温度の推定値に要求される精度等に応じて、任意に決定してよい。冷却水温度が所定の閾値より高い場合及び低い場合に各々対応して２種類のマップデータを有するような構成でもよいし、所定の温度幅で設定される冷却水温度の範囲ごとに１のマップデータを用意するような構成でもよい。

このように、冷却水温度に応じて複数のマップデータを用意し、冷却水温度に応じた差分値ΔＴj を用いてＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj を算出することにより、冷却水の温度が変動した場合も精度よくＩＧＢＴ最高温度（Ｔjmax）を推定することができる。
モーター駆動装置２００は、このような構成としてもよい。

また、モーター駆動装置２００においては、コントローラ２９０によるＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６ のスイッチング制御周期（ＰＷＭ周波数と称する）を変えた場合も、各ＩＧＢＴにおける発熱の特性が変化し、ＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxとモニター温度Ｔmon との差分値ΔＴj が異なってくる場合がある。このような場合も、ＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj に要求される精度によっては、この差分値ΔＴj の相違を補正するのが好ましい場合がある。

ＰＷＭ周波数に応じて、適切なＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj を得る方法としては、前述した冷却水温度が異なる場合と同様に、ＰＷＭ周波数に応じて複数のマップデータを具備することで対応可能である。図９は、ＰＷＭ周波数が異なる場合（所定の閾値周波数より大きい場合）の他のマップデータの例を示す図である。このようなマップデータをさらに有し、ＰＷＭ周波数に応じた差分値ΔＴj を用いてＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxを算出することにより、ＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxの検出精度を一層向上させることができる。
なお、ＰＷＭ周波数に対応したマップデータの数も、ＰＷＭ周波数の変化の範囲、ＰＷＭ周波数の変化に対するＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxとモニター温度Ｔmon との差分値ΔＴj の変化割合、ＩＧＢＴ最高温度Ｔjmaxの推定値に要求される精度等に応じて、任意に決定してよい。２種類でもよいし、周波数帯に応じて３種類以上のマップデータを用意するような構成でもよい。

また、ＰＷＭ周波数が大きい場合には、このように異なるマップデータを用いて差分データΔＴj を設定したとしても、ＩＧＢＴ温度の立ち上がり時及び立ち下り時において、モニター温度Ｔmon から得たＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj と実際のＩＧＢＴ最高温度との間にある程度大きな差が生じる場合がある。
これについて、図１０及び図１１を参照して説明する。

図１０及び図１１は、モーターロック状態でモーター５００のトルク制御を行った場合のモニター温度Ｔmon とＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj とを表す図であり、比較のためにさらにＩＧＢＴ最高温度の実温度Ｔjrも合わせて示した図である。このうち、図１０は、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が小さい時のこれらのＩＧＢＴ温度を示す図であり、図１１は、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が大きい時のこれらのＩＧＢＴ温度を示す図である。
図１０と図１１を比較してわかるように、ＩＧＢＴ温度の立ち上がり時において、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が小さい時（図１０）のＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj と実際のＩＧＢＴ最高温度Ｔjrとの差に対して、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が大きい時（図１１）のＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj と実際のＩＧＢＴ最高温度Ｔjrとの差は非常に大きくなっている。
ＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj に要求される精度によっては、このような場合には、ＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj を何らかの方法で補正するのが好ましい。

このような補正を行う方法としては、ＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj について、さらに時間補正を行うの好適である。
具体的には、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が大きい場合には、図９に示したマップデータＣからの読み出し差分値Ｃm-x n-y とモニター温度Ｔmon とを加算して得たＩＴＢＴ最高温度推定値Ｔj について、立ち上がり時には式（１１）、立ち下り時には式（１２）を適用して補正を行う。

（数１１）
Ｔjh（＋）＝Ｋ１×Ｔj ×｛１−exp（Ｋ２×ｔ）｝ …（１１）

（数１２）
Ｔjh（−）＝Ｋ３ ×Ｔj ×exp（Ｋ４ ×ｔ） …（１２）

なお、Ｔjh（＋）は立ち上がり時の補正後のＩＧＢＴ最高温度の推定値であり、Ｔjh（−）は立ち下がり時の補正後のＩＧＢＴ最高温度の推定値である。また、Ｋ１〜Ｋ４は係数である。

このような補正を行うことにより、例えば立ち上がり時においては、図１１に太線で示すような温度が算出される。すなわち、ＩＧＢＴ最高温度の推定値jh（＋）と実際のＩＧＢＴ最高温度Ｔjrとの差を小さくすることができ、精度よくＩＧＢＴ最高温度を推定することができるようになっている。

以上説明したマップデータを用いたＩＧＢＴ最高温度の推定方法であって、水温及びＰＷＭ周波数を考慮する場合のＩＧＢＴ最高温度の推定方法について、まとめて説明する。
モーター５００がモーターロック状態となった時、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が小さく水温も通常の温度（低い）であれば、コントローラ２９０は、図７（Ｂ）に例示した水温が通常（低い）の場合のマップデータＡを選択する。そして、磁極センサー１８２から入力される電気角θ及び上位コントローラから入力されるトルク指令に基づいた電流指令値Ｉa*から、対応するマップデータＡm-x n-y をメモリから読み出す。そして、読み出したマップデータＢm-x m-y をモニター温度Ｔmon に加算し、最高温度のＩＧＢＴ温度Ｔj を推定する。

また、モーター５００がモーターロック状態となった時、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が小さく水温が高い場合には、コントローラ２９０は、図８に例示した水温が高い場合のマップデータＢを選択する。そして、電気角θ及び電流指令値Ｉa*から対応するマップデータＢm-x n-y を読み出し、読み出したマップデータＢm-x m-y をモニター温度Ｔmon に加算し、最高温度のＩＧＢＴ温度Ｔj を推定する。

また、モーター５００がモーターロック状態となった時、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が大きい場合には、コントローラ２９０は、図９に例示したＰＷＭ周波数（ｆｃ）が大きい場合のマップデータＣを選択する。そして、電気角θ及び電流指令値Ｉa*から対応するマップデータＣm-x n-y を読み出し、読み出したマップデータＣm-x m-y をモニター温度Ｔmon に加算し、最高温度のＩＧＢＴ温度Ｔj を算出する。そしてこの条件の場合には、必要に応じてさらに時間補正を行う。すなわち、算出した推定値Ｔj について式（１１）又は式（１２）を適用して、ＩＧＢＴ最高温度の補正後の推定値Ｔjh（＋）又はＴjh（−）を算出する。

このように、第２実施形態のモーター駆動装置２００においては、モーター５００の電気角ごとのＩＧＢＴ最高温度とモニター温度との差分データを、電流指令値Ｉa*と電気角θを指標としたマトリクス形態のデータ、すなわちマトリクスデータとしてメモリに記憶しておくことにより、電流指令値Ｉa*及び電気角θの各条件に応じた差分値を適切に得ることができ、ＩＧＢＴ最高温度の推定を容易に行うことができる。
また、マトリクスデータを複数具備することにより、冷却水の温度、ＰＷＭ周波数に応じて、適切な温度推定を行うことができる。
また、第１実施形態のモーター駆動装置１００と同様に、温度モニター回路を１箇所のみに設けたインバータ主回路１３０でも、最高温度のＩＧＢＴの推定が可能となり、装置構成を簡単にすることができる。

なお、冷却水温あるいはＰＷＭ周波数に応じた差分値ΔＴj を用いる方法として、本実施形態においてはマップデータを複数具備する方法について説明した。しかし、マップデータとしては基準のマップデータ（例えば、図７（Ｂ）に示したマップデータＡ）のみを具備しておき、これを水温やＰＷＭ周波数の変化分に基づいて補正することにより、冷却水温あるいはＰＷＭ周波数に応じた適切な温度推定を行うようにしてもよい。
すなわち、水温やＰＷＭ周波数の変化分に基づいて補正値を算出し、その補正値によりマップデータＡに記憶されている各値を補正し、その補正されたデータを用いてＩＧＢＴ最高温度の推定値を得るようにしてもよい。具体的には、最高温度となるＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj を、例えば式（１３）により求めるようにすればよい。

（数１３）
Ｔjmax＝Ｔmon ＋Ａxy＋ｈ（Ｔw1，ｆc1） …（１３）

ここで、ＡxyはマップデータＡの読み出し値、Ｔw1はＩＧＢＴ最高温度推定時（モーターロック時）の冷却水温、ｆc1はＩＧＢＴ最高温度推定時（モーターロック時）のＰＷＭ周波数を表す。また、ｈ（Ｔw1，ｆc1）は補正関数であって、例えば式（１４）により求められる値である。

（数１４）
ｈ（Ｔw1，ｆc1）＝Ｋ５×（Ｔw1−Ｔw0）＋Ｋ６ ×（ｆc1−ｆc0) …（１４）

なお、Ｋ５，Ｋ６は係数であり、Ｔw0はマップデータＡxy取得時の水温、ｆcoはマップデータＡxy取得時のＰＷＭ周波数を表す。

第３実施形態
本発明の第３実施形態について、図１２〜図１６を参照して説明する。
本実施形態においても、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、本発明に係る温度検出装置を具備したインバータ装置を有するモーター駆動装置について説明する。
第３実施形態のモーター駆動装置は、その基本的構成は前述した第１実施形態のモーター駆動装置１００と同じであり、コントローラにおける最高温度のＩＧＢＴの推定方法は第２実施形態のモーター駆動装置２００と同じである。しかし、第３実施形態のモーター駆動装置３００においては、温度モニター回路を設置していない他のＩＧＢＴについて、そのＩＧＢＴが所定の温度に達したか否かをのみを検出する機能を有する温度検知回路を設け、この温度検知回路からの出力信号を用いることにより、コントローラにおけるＩＧＢＴ最高温度の推定方法あるいはその推定値を修正するようにしたものである。すなわち、若干の簡単な回路の追加により、より一層精度よくＩＧＢＴ最高温度を推定するようにしたものである。

なお、以下の説明において、第１実施形態のモーター駆動装置１００と同一の構成については第１実施形態と同一の符号を付して示すとともにその説明は省略する。また、第１実施形態のモーター駆動装置１００と同一の動作及び作用等についてもその説明は省略する。以下、第１実施形態のモーター駆動装置１００との相違点を中心に第３実施形態のモーター駆動装置について説明する。

図１２は、本発明の第３実施形態のモーター駆動装置３００の構成を示す回路図である。
図１２に示すモーター駆動装置３００は、バッテリー１１０、ＤＣ平滑コンデンサ１２０、インバータ主回路１３０、温度検出用ダイオード１４０（１４０_−１〜１４０_−６）、温度モニター回路１５０、温度検知回路１６０（１６０_−１〜１６０_−３、１６０_−５、１６０_−６）、電流センサー１８１（１８１_−１〜１８１_−３）、磁極センサー１８２、回転センサー１８３及びコントローラ３９０を有する。

第１実施形態のモーター駆動装置１００（及び第２実施形態のモーター駆動装置２００）においては、６個のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６の中で第４のＩＧＢＴ１３２_−４にのみ温度検出用ダイオード１４０（１４０_−４）及び温度モニター回路１５０を設置し、その温度をモニターする構成であった。
第３実施形態のモーター駆動装置３００においては、第４のＩＧＢＴ１３２_−４以外の第１〜第３、第５及び第６のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−３，１３２_−５及び１３２_−６に対しても、温度検出用ダイオード１４０_−１〜１４０_−３，１４０_−５及び１４０_−６を設置し、またこれらに対しては、所定の温度になったことを示す信号をコントローラ３９０に出力する温度検知回路１６０_−１〜１６０_−３，１６０_−５及び１６０_−６を設置する。

図１３は、温度検知回路１６０_−ｉ（ｉ＝１〜３、５及び６）の構成を示す回路図である。
図１３に示す温度検知回路１６０_−ｉにおいて、温度検出用ダイオード１４０_−ｉのアノード端子には、電源Ｖcc-UP から抵抗１６１を介して電流が供給される。また、カソード端子は、ＩＧＢＴ１３２_−ｉのエミッタ電位と同電位である基準電位Ｖee-UP に接続される。

温度検出用ダイオード１４０_−ｉのアノード−カソード間電圧は、コンパレータ１６２に入力され、所定の閾値電圧Ｖthcaと比較される。
この閾値電圧Ｖthcaは、ＩＧＢＴ１３２_−ｉが所定温度Ｔcaとなった時に、ＩＧＢＴ１３２_−ｉに対応して設けられている温度検出用ダイオード１４０_−ｉの出力電圧に基づいてコンパレータ１６２に入力される電圧に相当する電圧である。従って、コンパレータ１６２は、ＩＧＢＴ１３２_−ｉが所定温度Ｔcaに達したか否かを検出する。
コンパレータ１６２の出力信号は、抵抗１６３を介してフォトカプラー１６４に入力され、フォトカプラー１６３により絶縁伝送され、コントローラ３９０に検出信号Ｓcai として入力される。

このような構成の温度検知回路１６０_−ｉが、第１〜第３、第５及び第６のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−３、１３２_−５及び１３２_−６に各々設けられている。なお、図１３及び図３を比較して明らかなように、温度検知回路１６０_−ｉは、温度モニター回路１５０と比較して構成が簡単であり、小型で安価に製造することができるものである。

コントローラ３９０は、これら各ＩＧＢＴ１３２_−ｉ（ｉ＝１〜３、５及び６）から入力される信号Ｓca1〜Ｓca3 、Ｓca5 及びＳca6に基づいて、第１〜第３、第５及び第６のＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−３、１３２_−５及び１３２_−６の各々が、所定の温度Ｔcaに達したか否かを検出する。なお、第４のＩＧＢＴ１３２_−４については、第１実施形態のモーター駆動装置１００と同様に温度検出用ダイオード１４０及び温度モニター回路１５０が設けられており、第４のＩＧＢＴ１３２_−４の温度の値を示す信号がコントローラ３９０に入力される。

このような構成のモーター駆動装置３００の動作について説明する。
なお、モーター駆動装置３００のコントローラ３９０は、図７〜図１１を参照して前述した第２実施形態のモーター駆動装置２００のコントローラ２９０と同様の構成を有するものとする。すなわち、モーター駆動装置３００は、図７（Ｂ）に例示した基準のマトリクスデータＡ、図８に例示した冷却水温が高い場合のマトリクスデータＢ、及び、図９に例示したＰＷＭ周波数が大きい場合のマトリクスデータＣを有し、これらを用いて、基本的には第２実施形態と同様の方法により、ＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj を算出する。

モーター５００がモーターロック状態となった時、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が小さく水温も通常の温度（低い）であれば、コントローラ３９０は、図７（Ｂ）に例示した水温が通常（低い）の場合のマップデータＡを選択する。そして、磁極センサー１８２から入力される電気角θ及び上位コントローラから入力されるトルク指令に基づいた電流指令値Ｉa*から、対応するマップデータＡm-x n-y をメモリから読み出す。そして、読み出したマップデータＢm-x m-y をモニター温度Ｔmon に加算し、最高温度のＩＧＢＴ温度Ｔj を推定する。

このような動作の際に、最高温度となるＩＧＢＴ（ＩＧＢＴ_−ｉ）に異常や故障が生じたり、あるいはＩＧＢＴモジュールの冷却構造体の実装に異常がある等して、ＩＧＢＴ最高温度の実温度Ｔjrがその推定値Ｔj よりも高くなり、所定の温度Ｔcaに到達したとする。そのような状態となると、そのＩＧＢＴ_−ｉに対応する温度検出用ダイオード１４０_−ｉ及び温度検知回路１６０_−ｉから、ＩＧＢＴ_−ｉが所定の温度に達したことを示す信号Ｓcai がコントローラ３９０に出力される。
コントローラ３９０においては、そのような信号が入力されたら、その時のＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj と、その所定の温度Ｔcaとの差を検出し、これを補正値h1とする。そして、以後、ＩＧＢＴ最高温度推定値Ｔj にこの補正値ｈ1 を加算し、補正後推定値Ｔ'jとする。

水温が高い時も、コントローラ３９０は同様の処理を行う。
図１４は、モーター駆動装置３００において、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が小さい時、モーターロック状態でモーター５００のトルク制御を行った場合のモニター温度Ｔmon とＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj とを示す図である。比較のために、ＩＧＢＴ最高温度の実温度Ｔjrも合わせて示す。
モーター５００がモーターロック状態となった時、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が小さく水温が高い場合には、コントローラ３９０は、図８に例示した水温が高い場合のマップデータＢを選択する。そして、電気角θ及び電流指令値Ｉa*から対応するマップデータＢm-x n-y を読み出し、読み出したマップデータＢm-x m-y をモニター温度Ｔmon に加算し、最高温度のＩＧＢＴ温度Ｔj を算出する。

今、最高温度となるＩＧＢＴ（ＩＧＢＴ_−ｉ）に異常や故障が生じたり、あるいはＩＧＢＴモジュールの冷却構造体の実装に異常がある等して、ＩＧＢＴ最高温度の実温度Ｔjrがその推定値Ｔj よりも高くなったとする。そのような場合には、実際のＩＧＢＴ最高温度（実温度）Ｔjrが所定の温度Ｔcaに到達すると（時間ｔ２）、そのＩＧＢＴ_−ｉに対応する温度検出用ダイオード１４０_−ｉ及び温度検知回路１６０_−ｉから、ＩＧＢＴ_−ｉが所定の温度に達したことを示す信号Ｓcai がコントローラ３９０に出力される。
コントローラ３９０においては、そのような信号が入力されたら、その時間ｔ２において、ＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj と、その所定の温度Ｔcaとの差を検出し、補正値ｈ1 としてＩＧＢＴ最高温度推定値Ｔj に加算する。そして、補正値ｈ1 の加算されたＩＧＢＴ最高温度推定値を、補正後推定値Ｔ'jとする。

ＰＷＭ周波数が大きい時には、コントローラ３９０は次のような補正処理を行う。
図１５及び図１６は、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が大きい場合に、モーターロック状態でモーター５００のトルク制御を行った場合のモニター温度Ｔmon とＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj を表す図であり、図１６は、図１５に示す時間ｔ３以後の補正動作を説明するための図である。比較のために、図１５及び図１６にはＩＧＢＴ最高温度の実温度Ｔjrも合わせて示す。

第２実施形態との場合と同様に、モーター５００がモーターロック状態となった時、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が大きい場合には、コントローラ３９０は、図９に例示したＰＷＭ周波数（ｆｃ）が大きい場合のマップデータＣを選択する。そして、電気角θ及び電流指令値Ｉa*から対応するマップデータＣm-x n-y を読み出し、読み出したマップデータＣm-x m-y をモニター温度Ｔmon に加算し、最高温度のＩＧＢＴ温度Ｔj を算出する。
この際、ＰＷＭ周波数（ｆｃ）が大きい場合には、第２実施形態において図１１を参照して前述したように、ＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj と実際のＩＧＢＴ最高温度Ｔjrとの差は非常に大きくなっている。そこで、算出したＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj について、式（１１）を用いて時間補正を行う。その結果、図１５に示すような、実際のＩＧＢＴ最高温度Ｔjrに近づいた推定値Ｔj が得られる。

このような状態において、時間ｔ３において、例えば最高温度となるＩＧＢＴ（ＩＧＢＴ_−ｉ）に異常や故障が生じたり、あるいはＩＧＢＴモジュールの冷却構造体の実装に異常がある等して、ＩＧＢＴ最高温度の実温度Ｔjrがその推定値Ｔj よりも大幅に高くなったとする。そのような場合、モーター駆動装置３００においては、対応する温度検出用ダイオード１４０_−ｉ及び温度検知回路１６０_−ｉから、ＩＧＢＴ_−ｉが所定の温度に達したことを示す信号Ｓcai がコントローラ３９０に出力される。

コントローラ３９０においては、そのような信号が入力されたら、その時間ｔ３において、ＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj と、その所定の温度Ｔcaとの差Ｄ１を検出し、この差Ｄ１に応じて、マップデータＣからの読み出し値Ｃm-x n-y を式（１５）により補正し、補正後のマップデータＣ'm-x n-yを得る。

（数１５）
Ｃ'm-x n-y＝Ｋ７×Ｄ１／ｔ３×Ｃm-x n-y …（１５）

なお、Ｋ７は係数である。

そして、補正後のマップデータＣ'm-x n-yをモニター温度Ｔmon に加算することにより、ＩＧＢＴ最高温度の補正後の推定値Ｔ'jを算出する。その結果、図１６に示すように、実際のＩＧＢＴ最高温度Ｔjrに近づいた推定値Ｔj が得られる。

このように、第３実施形態のモーター駆動装置３００においては、温度を実際にモニターする第４のＩＧＢＴ１３２_−４以外のＩＧＢＴ１３２_−ｉ（ｉ＝１〜３，５，６）に対して、ＩＧＢＴ_−ｉが所定の温度Ｔcaに達したか否かを検出する温度検知回路１６０_−ｉを設置した。そして、いずれかのＩＧＢＴ１３２_−ｉから、そのＩＧＢＴ１３２_−ｉが所定の温度Ｔcaに達したことを示す信号が入力された時に、その時のＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj とその所定温度Ｔcaとの差を検出する。その結果、ＩＧＢＴ最高温度の推定値Ｔj と実際のＩＧＢＴ最高温度Ｔjrとの差（ずれ）を適切に検出することができ、このずれを解消する修正を行うことにより、適切なＩＧＢＴ最高温度の推定が行える。すなわち、第３実施形態のモーター駆動装置３００においては、ＩＧＢＴもしくはモジュールの冷却構造体への実装に異常や故障が発生しても、また、温度モニター回路を１つのＩＧＢＴに設置していないインバータでも、常にＩＧＢＴ最高温度の推定を適切に行うことができる。
なお、温度検知回路１６０_−ｉの構成は温度モニター回路１５０と比較して簡単なので、温度モニター回路１５０を全てのＩＧＢＴ１３２_−１〜１３２_−６に設置するのに比べれば、モーター駆動装置３００の回路構成を大きく小型化することができる。

なお、本実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

図１は、本発明の第１実施形態のモーター駆動装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示したモーター駆動装置の６個のＩＧＢＴを収容するＩＧＢＴモジュールの構成を示す図である。 図３は、図１に示したモーター駆動装置の温度モニター回路の構成を示す図である。 図４は、モーターの磁極位置（電気角）に対するインバータ主回路の三相出力電流を表す図である。 図５は、図２に示したＩＧＢＴ間の熱干渉を説明する図であり、特に、第２のＩＧＢＴと周囲の他のＩＧＢＴとの間の熱干渉の状態を示す図である。 図６（Ａ）は、インバータ主回路の出力電流を示す図であり、図６（Ｂ）は、最高温度となるＩＧＢＴの温度を示す図であり、図６（Ｃ）は、温度モニター回路で検出した温度検出対象のＩＧＢＴのモニター温度を示す図であり、図６（Ｄ）は、ＩＧＢＴの最高温度とモニター温度との差分値を示す図である。 図７（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る、電流指令値と電気角を指標としてＩＧＢＴ最高温度とモニター温度との差分値をマトリクス状に記憶したマップデータとその電気角との対応を説明するためのインバータ主回路からのＶ相出力電流を示す図であり、図７（Ｂ）は、マップデータの一例としての基準のマップデータの例を示す図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係るマップデータの一例としての冷却水温が高い場合のマップデータの例を示す図である。 図９は、本発明の第２実施形態に係るマップデータの一例としてのＰＷＭ周波数が大きい場合のマップデータの例を示す図である。 図１０は、第２実施形態のモーター駆動装置において、ＰＷＭ周波数が小さい時に、モーターロック状態でモーターのトルク制御を行った場合の、モニター温度、ＩＧＢＴ最高温度の推定値、及び実際のＩＧＢＴ最高温度（実温度）を示す図である。 図１１は、第２実施形態のモーター駆動装置において、ＰＷＭ周波数が大きい時に、モーターロック状態でモーターのトルク制御を行った場合の、モニター温度、ＩＧＢＴ最高温度の推定値、及び実際のＩＧＢＴ最高温度（実温度）を示す図である。 図１２は、本発明の第３実施形態のモーター駆動装置の構成を示す図である。 図１３は、図１２に示したモーター駆動装置の温度モニター回路の構成を示す図である。 図１４は、図１２に示した第３実施形態のモーター駆動装置において、ＰＷＭ周波数が小さい時に、モーターロック状態でモーターのトルク制御を行った場合の、モニター温度、ＩＧＢＴ最高温度の推定値、及び実際のＩＧＢＴ最高温度（実温度）を示す図である。 図１５は、図１２に示した第３実施形態のモーター駆動装置において、ＰＷＭ周波数が大きい時に、モーターロック状態でモーターのトルク制御を行った場合の、モニター温度、ＩＧＢＴ最高温度の推定値、及び実際のＩＧＢＴ最高温度（実温度）を示す第１の図である。 図１６は、図１２に示した第３実施形態のモーター駆動装置において、ＰＷＭ周波数が大きい時に、モーターロック状態でモーターのトルク制御を行った場合の、モニター温度、ＩＧＢＴ最高温度の推定値、及び実際のＩＧＢＴ最高温度（実温度）を示す第２の図である。

符号の説明

１００，２００，３００…モーター駆動装置
１１０…バッテリー
１２０…ＤＣ平滑コンデンサ
１３０…インバータ主回路
１３２…ＩＧＢＴ
１３３…ダイオード
１４０…温度検出用ダイオード
１５０…温度モニター回路
１５１、１５７，１５８…抵抗
１５２…インピーダンス変換用オペアンプ
１５３…反転増幅回路
１５４…三角波生成回路
１５５…コンパレータ
１５６…フォトカプラー
１６０…温度検知回路
１６１，１６３…抵抗
１６２…コンパレータ
１６４…フォトカプラー
１８１…電流センサー
１８２…磁極センサー
１８３…回転センサー
１９０，２９０，３９０…コントローラ

Claims (10)

1. 複数のスイッチング素子を有するインバータ装置であって、
   前記複数のスイッチング素子の中の少なくとも１つのスイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
   前記複数のスイッチング素子間の熱伝達モデルを記憶し、当該熱伝達モデル及び前記検出された前記温度検出対象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の温度が最高となっているスイッチング素子の温度を推定する温度推定手段と
   を有するインバータ装置。
2. 前記熱伝達モデルは、前記インバータ装置に接続された負荷が所定の状態となった時に、当該状態において通電電流が最大となる前記スイッチング素子に対する他の前記スイッチング素子からの熱伝達の特性を示す熱伝達モデルであって、
   前記温度推定手段は、前記インバータ装置に接続された負荷が所定の状態となった時に、当該状態に対応する前記熱伝達モデル、及び、前記温度検出対象のスイッチング素子の温度に基づいて、前記通電電流が最大となる前記スイッチング素子の温度を算出し、当該温度を、前記複数のスイッチング素子の中の最高温度のスイッチング素子の温度と推定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記温度推定手段は、
   前記熱伝達モデルを、前記インバータ装置に接続された負荷が所定の状態となった時に、当該状態において通電電流が最大となる前記スイッチング素子の温度を、前記温度検出対象のスイッチング素子の温度の関数として表した熱等価式として記憶し、
   前記インバータ装置に接続された負荷が所定の状態となった時に、当該状態に対応する前記熱等価式及び前記温度検出対象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の最高温度のスイッチング素子の当該温度を算出する
   ことを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
4. 前記負荷として同期電動機が接続されたインバータ装置であって、
   前記熱伝達モデルは、前記同期電動機がロック状態となった時の電気角ごとに、通電電流が最大となる前記スイッチング素子に対する他の前記スイッチング素子からの熱伝達の特性を示す熱伝達モデルであって、
   前記温度推定手段は、前記同期電動機がロック状態となった時に、前記電気角に対応する前記熱伝達モデル、及び、前記温度検出対象のスイッチング素子の温度に基づいて、前記最高温度のスイッチング素子の温度を推定する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のインバータ装置。
5. 前記熱伝達モデルは、前記同期電動機がロック状態となった時の電気角ごとに予め検出した、前記通電電流が最大となる前記スイッチング素子の温度と前記温度検出対象のスイッチング素子の温度との差分値を、前記電気角に対応付けて記憶したマップデータであり、
   前記温度推定手段は、前記同期電動機がロック状態となった時に、当該同期電動機の電気角に対応付けて記憶されている前記差分値を前記マップデータから読み出し、当該読み出した前記差分値及び前記検出した前記温度検出対象のスイッチング素子の温度とに基づいて、前記複数のスイッチング素子の中の最高温度のスイッチング素子の当該温度を算出する
   ことを特徴とする請求項４に記載のインバータ装置。
6. 前記熱伝達モデルは、前記同期電動機がロック状態となった時の電気角と、当該インバータ装置から出力する電流値に係る所定の情報とに対応付けてマトリクス形式で、前記通電電流が最大となる前記スイッチング素子の温度と前記温度検出対象のスイッチング素子の温度との差分値を記憶し、
   前記温度推定手段は、前記同期電動機がロック状態となった時に、当該同期電動機の電気角及び制御対象の出力電流値に基づいて、前記差分値を前記マトリクス形式の前記マップデータから読み出し、当該読み出した前記差分値及び前記検出した前記温度検出対象のスイッチング素子の温度とに基づいて、前記複数のスイッチング素子の中の最高温度のスイッチング素子の当該温度を算出する
   ことを特徴とする請求項５に記載のインバータ装置。
7. 前記温度推定手段は、前記推定される前記複数のスイッチング素子の中の最高温度のスイッチング素子の前記温度を、前記複数のスイッチング素子の温度、前記スイッチング素子のスイッチング周波数、あるいは、前記負荷が前記所定の状態となってからの時間の少なくともいずれか１つを含む補正条件に応じて補正する
   ことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のインバータ装置。
8. 前記複数のスイッチング素子は、冷却機構が設けられたモジュールに一体的に構成されており、
   前記温度推定手段は、前記冷却機構の温度を前記補正条件として、当該温度に応じて、前記推定される前記複数のスイッチング素子の中の最高温度のスイッチング素子の前記温度を補正する
   ことを特徴とする請求項７に記載のインバータ装置。
9. 前記熱伝達モデルは、前記同期電動機がロック状態となった時の電気角ごとに予め検出した、前記通電電流が最大となる前記スイッチング素子の温度と前記温度検出対象のスイッチング素子の温度との差分値を、前記電気角に対応付けて記憶したマップデータであって、
   前記温度推定手段は、前記マップデータを、前記補正条件に応じて複数具備し、前記条件に応じていずれかの前記マップデータを選択して参照することにより、前記補正条件に応じて補正した前記最高温度のスイッチング素子の前記温度を算出する
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載のインバータ装置。
10. 前記複数のスイッチング素子の中の前記温度検出対象となっていない他の前記スイッチング素子に対して、少なくとも当該スイッチング素子が所定の温度に達したことを検出することのできる所定温度到達検出手段が設けられ、
    前記温度推定手段は、前記所定温度到達検出手段によりいずれかの前記スイッチング素子が前記所定の温度に達したことが検出された時に、当該温度推定手段で推定した前記最高温度のスイッチング素子の前記温度と、前記所定温度到達検出手段が検出した前記所定の温度との差に基づいて、当該温度推定手段で推定する温度を補正する
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のインバータ装置。

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