JP2011188717A - インバータの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケース内の耐熱性の低い電子部品の過熱を素早く検出して冷却ファンを高速で回転させることができ、この高速回転による冷却によって電子部品を過熱による破損から保護すること。
【解決手段】密閉型のケース５０内に、直交変換用の複数のＩＧＢＴ素子１６ａ〜１６ｆ及び平滑用のコンデンサ１５を有するインバータ１０と、ケース５０内の電子部品を冷却する冷却ファン２８と、モータ１２のトルク指令値Ｔ１等に応じてインバータ１０及び冷却ファン２８を制御するインバータ制御部２０とを備える。インバータ制御部２０は、トルク指令値Ｔ１とファン駆動閾値との正又は負の差分に応じてＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティを正の差分時に増加又は負の差分時に減少させ、このデューティ増加のパルス信号Ｐ１で冷却ファン２８の回転数を上げ、デューティ減少のパルス信号Ｐ１で回転数を下げる制御を行い、このパルス信号Ｐ１で電子部品の冷却を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換用の半導体素子を用いて交流モータやモータジェネレータを駆動するインバータを備え、このインバータを冷却ファンで冷却するインバータの冷却装置に関する。

従来、車載用のインバータは、特許文献１に記載されているように、防塵、防水のための密閉構造を持つケース内に収容されている。このためケース内部の空気が滞留し、インバータの半導体素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の電子部品が発する熱を逃がすことが出来ない。このため定格温度の高い電子部品を用いなければならずコストアップに繋がっていた。このようなコストアップを極力回避するために、ケース内に冷却ファン及び温度センサであるサーミスタを備え、ケース内の温度をサーミスタで検出し、この検出温度が高いほどに冷却ファンを速く回転させて電子部品の発熱を抑制することが行われている。

特開２００３−１２７８０２号公報

しかし、上述した従来のインバータの冷却方式は、サーミスタの温度検出の応答性が悪いため、過渡運転の頻度が高い車両のインバータでは不適当である。何故ならば、モータのトルクが急激に上昇してインバータのＩＧＢＴに多量の電流が流れた場合、ＩＧＢＴが過熱し、この熱がインバータの電源とＩＧＢＴとの間に接続された平滑用のコンデンサや、電子部品実装用の基板に伝達される。これらコンデンサや基板は、耐熱性が例えば１０５°ＣとＩＧＢＴの１５０°Ｃに比べて低いので、ＩＧＢＴの熱が伝達されて破損する虞がある。つまり、ケース内に配設されたサーミスタは温度検出の応答性が悪いため、ケース内の耐熱性の低い電子部品であるコンデンサや基板等が許容温度を超えた場合でも、それを検出することができず、このため冷却ファンを高速回転させて電子部品を冷却するに至らず、電子部品の破損を招くという問題がある。

また、でこぼこ道等でタイヤがスリップした場合、トルク指令値はそのままでモータ回転数のみ一気に上がる。この場合、トルク指令値×モータ回転数がモータ出力となるので、モータ出力が急上昇する。このモータ出力が急上昇した場合、電源からのインバータへの電力供給が追従できないのでコンデンサからインバータへ一気に電力を供給することになり、これによってコンデンサが発熱する。これが最悪の場合、許容温度を超えてコンデンサの破損を招くという問題が生じる。

これらのように、コンデンサが高温となる要因として、（１）コンデンサの周囲が高温となる場合、（２）コンデンサ自体が発熱する場合の２つのケースがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ケース内の耐熱性の低い電子部品の過熱を素早く検出して冷却ファンを高速で回転させることができ、この高速回転による冷却によって電子部品を過熱による破損から保護することができるインバータの冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、密閉型のケース内に、直流電圧を交流電圧に変換する複数の半導体素子を有し、当該直流電圧の供給端に平滑用のコンデンサが接続されたインバータと、当該インバータを含むケース内の電子部品を冷却する冷却ファンと、前記インバータにより駆動制御されるモータのトルク指令値を含む制御情報に応じて当該インバータ及び当該冷却ファンを制御する制御手段とを有し、当該制御手段によりデューティが可変されるパルス信号で回転数が制御される前記冷却ファンによって前記電子部品を冷却するインバータの冷却装置において、前記制御手段は、前記トルク指令値と予め定められた閾値との正又は負の差分に応じて前記パルス信号のデューティを正の差分時に増加又は負の差分時に減少させ、このデューティが増加したパルス信号で前記冷却ファンの回転数を上げ、当該デューティが減少したパルス信号で当該冷却ファンの回転数を下げる制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、トルク指令値が閾値よりも大きい場合は正の差分となり、この正の差分でデューティが増加させられたパルス信号で冷却ファンの回転数が上げられる。これによって冷却ファンの風力が強くなるのでコンデンサ等の電子部品の熱が早く冷却される。この際のトルク指令値が閾値よりも大きい場合は、モータのトルクを上げる要求が行われており、この場合、トルクが大なのでインバータの高耐熱性電子部品である半導体素子の温度が上昇しており、コンデンサ等の低耐熱性電子部品の温度も高くなっている。従って、冷却ファンの回転数を上げて風力を強くすることによって、その高温となった電子部品を早く冷却することが出来る。

一方、トルク指令値が閾値よりも小さい場合は負の差分となり、この負の差分でデューティが減少させられたパルス信号で冷却ファンの回転数が下げられる。これによって冷却ファンの風力が弱くなって電子部品の冷却度合が弱くなる。この際のトルク指令値が閾値よりも小さい場合は、モータのトルクが小なのでインバータの半導体素子の温度も低く、コンデンサ等の低耐熱性電子部品の温度も低くなっている。従って、冷却ファンの回転数を下げて風力を弱くすることによって消費電力を抑制する。或いは、負の差分がより大きい場合、冷却ファンの回転数を０として停止させることで、より消費電力の抑制を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記冷却ファンを最大回転数で所定時間回転させることを指示する指示値を記憶する記憶手段を備え、前記記憶手段に前記指示値が記憶されている際に、前記パルス信号のデューティを当該指示値で指示される時間の間前記トルク指令値と前記閾値との差分によって求められる前記パルス信号のデューティよりも大きくすることを特徴とする。

この構成によれば、冷却ファンがより高い回転数で所定時間回転するので、この回転の間、コンデンサ等の電子部品の熱がより早く冷却される。

請求項３に記載の発明は、前記トルク指令値と前記閾値との差分によって求められる前記パルス信号のデューティよりも大きいデューティを１００％とすることを特徴とする。

この構成によれば、冷却ファンが最高回転数で所定時間回転するので、この回転の間、コンデンサ等の電子部品の熱が最も早く冷却される。

請求項４に記載の発明は、前記制御手段は、今回のタイミングで読み込んだ現在のモータ回転数であるモータ回転数今回値と、前回のタイミングで読み込んだモータ回転数前回値との差分の絶対値に、前記トルク指令値の絶対値を乗算すると共に、当該モータ回転数今回値をモータ回転数前回値として記憶し、前記乗算の結果が、前記コンデンサを発熱させるモータ回転数の過渡状態を判定する所定の出力変動判定値以上の場合に、前記指示値を前記記憶手段に記憶する制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、モータ回転数今回値とモータ回転数前回値との差分は、例えば車両のタイヤが、でこぼこ道等でスリップした場合に、トルク指令値はそのままでモータ回転数のみが一気に上がることによって生じる。この場合、トルク指令値×モータ回転数がモータの出力となるので、モータ出力が急上昇する。この急上昇した場合、電源からのインバータへの電力供給が追従できないのでコンデンサからインバータへ一気に電力を供給することになり、これによってコンデンサが発熱して過熱状態となったりする。従って、出力変動判定値は、モータ出力の急上昇によりコンデンサからインバータへ一気に電力供給が行なわれて当該コンデンサを発熱させるモータ回転数の過渡状態を判定する値である。従って、モータ回転数が過渡状態であることを出力変動判定値で判定した場合、コンデンサが発熱して過熱状態となったりするので、冷却ファンを最高回転数で所定時間回転させるための指示値を記憶手段に記憶すればよい。

請求項５に記載の発明は、前記制御手段は、前記トルク指令値と予め定められた閾値との差分が正の場合における前記パルス信号のデューティの増加量が、前記トルク指令値と予め定められた閾値との差分が負の場合で、前記負の差分の絶対値が前記正の差分値と同じ場合における前記パルス信号のデューティの減少量よりも大きいことを特徴とする。

この構成によれば、一度高温になると冷めにくいコンデンサに適した形で冷却が可能になる。

請求項６に記載の発明は、前記制御手段は、前記トルク指令値と予め定められた閾値との差分値が正のときに決まる前記パルス信号のデューティの増加量が、前記差分値の1乗以上に比例することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、前記半導体素子が絶縁ゲートバイポーラトランジスタの時、前記パルス信号のデューティの増加量が、前記差分値の1．５乗に比例することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、前記半導体素子が金属酸化膜半導体トランジスタの時、前記パルス信号のデューティの増加量が、前記差分値の２乗に比例することを特徴とする。

これら請求項６〜８の構成によれば、使用する半導体素子の発熱特性に応じて冷却ファンがより適した回転数で回転するので、冷却に必要なファンの消費電力が最適化される。

本発明の実施形態に係るインバータ及びその冷却装置の回路構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るインバータ及びその冷却装置を収容するケース内の断面図である。 本実施形態のインバータ制御部の通常動作を説明するためのフローチャートである。 本実施形態のインバータ制御部の出力変動判定動作を説明するためのフローチャートである。 デューティ積算値と差分値並びにデューティゲインマップ値の関係図である。 従来のインバータ及びその冷却装置の回路構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るインバータ及びその冷却装置の回路構成を示すブロック図である。

図１に示すインバータ１０は、３相回転電機であるＤＣブラシレスモータ（以降、モータと称す）１２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相線に接続されている。つまり、インバータ１０はＵ相、Ｖ相及びＷ相の回路からなり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の回路の両端は直流電源１４に接続され、また、直流電源１４に並列接続された平滑用のコンデンサ１５を有する。つまり、コンデンサ１５は、蓄電の役割も有するサージ電圧吸収用のものである。

インバータ１０のＵ相は、高圧側の半導体素子である上アーム用のＩＧＢＴ素子（ここでは、ＩＧＢＴ素子とする）１６ａと高圧ＧＮＤ側の半導体素子である下アーム用のＩＧＢＴ素子１６ｂとが直列に接続されてなる。同様に、Ｖ相は上アーム用のＩＧＢＴ素子１６ｃと下アーム用のＩＧＢＴ素子１６ｄ、Ｗ相は上アーム用のＩＧＢＴ素子１６ｅと下アーム用のＩＧＢＴ素子１６ｆが直列に接続されてなる。ＵＶＷ各相の中間点に、モータ１２の各相が接続されている。各ＩＧＢＴ素子１６ａ〜１６ｆ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Ｄａ〜Ｄｆがそれぞれ接続されている。

また、インバータ１０の各ＩＧＢＴ素子１６ａ〜１６ｆのゲート端子はドライブＩＣ（集積回路）１８ａ〜１８ｆを介してマイクロコンピュータによるインバータ制御部（制御手段）２０に接続されている。インバータ制御部２０は、出力変動履歴カウンタ２０ａを備える。

インバータ制御部２０には、モータ１２の出力軸の回転角度を検出する位置センサ２２と、Ｕ相及びＷ相に流れる電流を検出する電流センサ２４Ｕ，２４Ｗと、速度制御器など要求トルクを算出してトルク指令値Ｔ１を出力するトルク指令値発生部２６とが接続されている。なお、モータ１２の回転角度、電流センサ２４Ｕ，２４ＷからのＵ相及びＷ相に流れる電流、トルク指令値発生部２６からのトルク指令値Ｔ１は、インバータ制御部２０がインバータ１０及び冷却ファン２８を制御するための制御情報となる。

インバータ制御部２０は、各電流センサ２４Ｕ，２４ＷからのＵ相及びＷ相に流れる電流を取り込み、Ｖ相に流れる電流を、キルヒホッフの法則に基づきＵ相とＷ相を流れる電流から算出する。そして、インバータ制御部２０は、その３相の電流と、位置センサ２２からのモータ２０の出力軸の回転角度と、トルク指令値発生部２６からのトルク指令値とに基づき、ドライブＩＣ１８ａ〜１８ｆを介して各ＩＧＢＴ素子１６ａ〜１６ｆのオン／オフをスイッチング制御する。この制御は、上アーム用のＩＧＢＴ素子１６ａ，１６ｃ，１６ｅがオンの場合は下アーム用のＩＧＢＴ素子１６ｂ，１６ｄ，１６ｆがオフ、上アーム用のＩＧＢＴ素子１６ａ，１６ｃ，１６ｅがオフの場合は下アーム用のＩＧＢＴ素子１６ｂ，１６ｄ，１６ｆがオンとなるように行われる。これによってモータ１２の回転駆動が制御される。

また、インバータ制御部２０やインバータ１０等は、図１及び図２に示す通り密閉型のケース５０に収容されている。図２に示すケース５０内には、マイコン２０等が実装された制御基板５２と、ドライブＩＣ１８ａ〜１８ｆ等が実装されたドライブ基板５３と、ＩＧＢＴ素子１６ａ〜１６ｆ等を備えて形成されたインバータ１０の主回路が絶縁機構（図示せず）を介して接合された冷却器５４と、コンデンサ１５と、冷却ファン２８等が収容されている。また、制御基板５２及びドライブ基板５３、ドライブ基板５３及びＩＧＢＴ素子１６ａ〜１６ｆ等、ＩＧＢＴ素子１６ａ〜１６ｆ等及びコンデンサ１５、冷却ファン２８及び制御基板５２は図示せぬ配線で電気的に接続されている。

インバータ制御部２０は、ＰＷＭパルス信号Ｐ１によって冷却ファン２８の駆動を次のように制御する。この制御を図３及び図４に示すフローチャートを参照して説明する。但し、ＰＷＭパルス信号Ｐ１は、デューティが大きいほどに冷却ファン２８の回転数を上げる制御を行う信号であり、デューティ１００％で回転数を最大とし、０％で冷却ファン２８を停止する制御を行う。

まず、インバータ制御部２０は、図３に示すステップＳ１において、トルク指令値発生部２６からトルク指令値Ｔ１を読み込む。次にステップＳ２において、そのトルク指令値Ｔ１からファン駆動閾値を減算し、この減算結果を差分値Ｄｆとする。但し、ファン駆動閾値は、冷却ファン２８を駆動するか否かを判別するための値であり、トルク指令値Ｔ１がファン駆動閾値よりも大きければ双方の差分値Ｄｆは正の値となって冷却ファン２８の回転数を増加させるためのものとなり、差分値Ｄｆが０であれば回転数の増減には寄与しない。一方、トルク指令値Ｔ１がファン駆動閾値よりも小さければ双方の差分値Ｄｆは負の値となって冷却ファン２８の回転数を減少させるためのものとなる。また、ファン駆動閾値は、インバータ制御部２０の図示せぬ記憶メモリに予め記憶されている。

次に、ステップＳ３において、インバータ制御部２０は、上記で得られた差分値Ｄｆに基づくデューティゲインマップ値ＧＭを、予め保有する図示せぬテーブルマップから求める。このテーブルマップは、ＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティに加算又は減算されるデューティ値である±０〜１００の間の所定ステップのデューティゲインマップ値ＧＭが、差分値Ｄｆに対応付けられており、上記で得られた差分値Ｄｆに対応するデューティゲインマップ値ＧＭを求めるようになっている。

次に、ステップＳ４において、インバータ制御部２０は、上記で求めたデューティゲインマップ値ＧＭに現在のＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティＤｙ１を加算し、この加算結果を新規のＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティＤｙとする。例えば、現在デューティＤｙ１が５０％であり、上記で得られた差分値Ｄｆが＋２０で、これに対応付けられたデューティゲインマップ値ＧＭが＋２０であれば、５０＋２０＝７０％が新規デューティＤｙと成る。従って、この場合、デューティ５０％から７０％と増加したＰＷＭパルス信号Ｐ１によって、冷却ファン２８の回転数は上がるように制御される。この場合、コンデンサ１５等の電子部品の熱が早く冷却される。

逆に、差分値Ｄｆが−２０で、これに対応付けられたデューティゲインマップ値ＧＭが−２０であれば、５０−２０＝３０％が新規デューティＤｙとなり、この場合、デューティ５０％から３０％と減少したＰＷＭパルス信号Ｐ１によって、冷却ファン２８の回転数は下がるように制御される。この場合、電子部品の熱は遅く冷却される。

この遅く冷却される場合は、ステップＳ２において、トルク指令値Ｔ１がファン駆動閾値よりも小さい場合であり、この場合、トルクが小さくて済む事からモータ１２にあまり負荷が掛かっておらず、コンデンサ１５等の電子部品も破損の許容温度未満の低温となっている。従って、冷却ファン２８は低速回転、或いは停止状態で済む。

ここで、新規デューティＤｙは、上記のように現在デューティＤｙ１にデューティゲインマップ値ＧＭが積算されて変更されるが、このデューティ積算値（＝新規デューティ）Ｄｙと差分値Ｄｆ並びにデューティゲインマップ値ＧＭの関係は、図５のようになる。図５は縦軸をデューティ積算値Ｄｙ、横軸を差分値Ｄｆとした座標軸にデューティゲインマップ値ＧＭを線分で表したものである。この図から分かるように、差分値Ｄｆの絶対値が大きいほどにデューティ積算値Ｄｙの変化率が大きくなっている。この変化率は、スイッチング素子１６ａ〜１６ｆが例えばＩＧＢＴ素子の場合は差分値Ｄｆの１．５乗、ＭＯＳ（金属酸化膜半導体：Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタの場合は２乗となる。

また、変化率は、差分値Ｄｆが正の時のデューティ積算値Ｄｙの増分の方が、同じ絶対値で負の場合のデューティ積算値Ｄｙの減分より大きくなっている。これはコンデンサ１５等の電子部品が加熱する時間よりも、冷める時間の方が長く冷め難いためである。

次に、ステップＳ５において、インバータ制御部２０は、出力変動履歴カウンタ２０ａの後述する出力変動履歴カウンタ値（指示値）が０よりも大きいか否かを判定する。この判定結果が０よりも大きくない場合、即ち０の場合は処理を終了する。

一方、出力変動履歴カウンタ値が０よりも大きい場合は、ステップＳ６において、ＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティを強制的に１００％とする。これによって冷却ファン２８が最高回転数で回転するので、コンデンサ１５等の電子部品の熱がより早く冷却される。更に、インバータ制御部２０は、デューティ１００％とした際に、ステップＳ７において、出力変動履歴カウンタ値をデクリメントする。このデクリメントは、ステップＳ８で出力変動履歴カウンタ値が０となるまで行われるが、このデクリメントの時間は予め設定された例えば３０秒の時間に対応するものである。つまり、冷却ファン２８が強制的に３０秒間、最大回転数で回転されるようになっている。

なお、ステップＳ１からステップＳ７までの処理は例えば４ｍｓ周期で実行される。

次に、図４に示すフローチャートを参照して出力変動履歴カウンタ値がセットされる処理を説明する。まず、インバータ制御部２０は、ステップＳ１１において、トルク指令値Ｔ１と現在のモータ回転数であるモータ回転数今回値を読み込む。次に、ステップＳ１２において、そのモータ回転数今回値と、前回のタイミングで読み込んだモータ回転数前回値との差分の絶対値に、トルク指令値Ｔ１の絶対値を乗算し、この乗算結果が予め定められた出力変動判定値（後述で説明）以上か否かを判定する。この判定結果がＮＯであればステップＳ１４において、ステップＳ１１で読み込んだモータ回転数今回値をモータ回転数前回値として記憶メモリに記憶する。

ここで、モータ回転数今回値とモータ回転数前回値との差分は、例えば車両のタイヤが、でこぼこ道等でスリップした場合に、トルク指令値Ｔ１はそのままでモータ回転数のみが一気に上がることによって生じる。この場合、前述したようにトルク指令値Ｔ１×モータ回転数がモータ１２の出力となるので、モータ出力が急上昇する。このモータ出力が急上昇した場合、直流電源１４からのインバータ１０への電力供給が追従できないのでコンデンサ１５からインバータ１０へ一気に電力を供給することになり、これによってコンデンサ１５が発熱して過熱状態となったりする。

出力変動判定値は、モータ出力の急上昇によりコンデンサ１５からインバータ１０へ一気に電力供給が行なわれて当該コンデンサ１５を発熱させるモータ回転数の過渡状態を判定する値である。

一方、ステップＳ１２の判定結果がＹＥＳであれば、ファン最大出力継続カウント値を出力変動履歴カウンタ２０ａにセットする。そのファン最大出力継続カウント値は、前述で説明した出力変動履歴カウンタ値となるものであり、冷却ファン２８を強制的に所定時間（例えば３０秒間）最大回転数で回転させるために予め定められる値である。このファン最大出力継続カウント値を出力変動履歴カウンタ値としてセットした後は、ステップＳ１４の処理を行う。なお、このステップＳ１１からステップＳ１４までの処理周期は、図３のフローチャートの処理周期に比べ大幅に短く、例えば上記４ｍｓに対して１００μｓの周期で行われる。

つまり、インバータ制御部２０は、車両のタイヤがでこぼこ道等でスリップした際のモータ回転数上昇によりコンデンサ１５が発熱して過熱状態となった場合、これを素早く冷却するために冷却ファン２８を最大回転数で回転させる。この回転時間は、コンデンサ１５が許容温度を下回るまで冷却できる時間であり、この時間が出力変動履歴カウンタ値として出力変動履歴カウンタ２０ａに設定される。

このように本実施形態のインバータの冷却装置は、密閉型のケース５０内に、直流電圧を交流電圧に変換する複数のＩＧＢＴ素子１６ａ〜１６ｆを有し、直流電圧の供給端に平滑用のコンデンサ１５が接続されたインバータ１０と、このインバータ１０を含むケース５０内の電子部品を冷却する冷却ファン２８と、インバータ１０により駆動制御されるモータ１２のトルク指令値Ｔ１を含む制御情報に応じてインバータ１０及び冷却ファン２８を制御するインバータ制御部２０とを有し、インバータ制御部２０によりデューティが可変されるＰＷＭパルス信号Ｐ１で回転数が制御される冷却ファン２８によって電子部品を冷却する構成となっている。

この構成において本実施形態の特徴は、インバータ制御部２０が、トルク指令値Ｔ１と予め定められたファン駆動閾値との正又は負の差分に応じてＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティを正の差分時に増加又は負の差分時に減少させ、このデューティが増加したＰＷＭパルス信号Ｐ１で冷却ファン２８の回転数を上げ、デューティが減少したＰＷＭパルス信号Ｐ１で冷却ファン２８の回転数を下げる制御を行うようにしたことにある。

これによって、トルク指令値Ｔ１がファン駆動閾値よりも大きい場合は正の差分となり、この正の差分でデューティが増加させられたＰＷＭパルス信号Ｐ１で冷却ファン２８の回転数が上げられる。これによって冷却ファン２８の風力が強くなるのでコンデンサ１５等の電子部品の熱が早く冷却される。この際のトルク指令値Ｔ１がファン駆動閾値よりも大きい場合は、モータ１２のトルクを上げる要求が行われており、この場合、トルクが大なのでインバータ１０の高耐熱性電子部品である半導体素子の温度が上昇しており、コンデンサ１５等の低耐熱性電子部品の温度も高くなっている。従って、冷却ファン２８の回転数を上げて風力を強くすることによって、その高温となった電子部品を早く冷却することが出来る。

このように従来のようなサーミスタ等の温度センサを使わずに、コンデンサ１５等が高温となる状況が発生することを検知して、早期に冷却ファン２８の回転を制御するので、確実にコンデンサ１５等の温度上昇を抑制することができる。

一方、トルク指令値Ｔ１がファン駆動閾値よりも小さい場合は負の差分となり、この負の差分でデューティが減少させられたＰＷＭパルス信号Ｐ１で冷却ファン２８の回転数が下げられる。これによって冷却ファン２８の風力が弱くなって電子部品の冷却度合が弱くなる。この際のトルク指令値Ｔ１がファン駆動閾値よりも小さい場合は、モータ１２のトルクが小なのでインバータ１０の半導体素子の温度も低く、コンデンサ１５等の低耐熱性電子部品の温度も低くなっている。従って、冷却ファン２８の回転数を下げて風力を弱くすることによって消費電力を抑制する。或いは、負の差分がより大きい場合、冷却ファン２８の回転数を０として停止させることで、より消費電力の抑制を図ることができる。

また、インバータ制御部２０は、冷却ファン２８を最大回転数で所定時間回転させることを指示する出力変動履歴カウンタ値（指示値）を記憶する出力変動履歴カウンタ２０ａを備える。そして、出力変動履歴カウンタ２０ａに０よりも大きい出力変動履歴カウンタ値が記憶されている際に、ＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティを当該出力変動履歴カウンタ値で指示される時間の間１００％とする。その指示時間は、出力変動履歴カウンタ値がデクリメントされることによって定まる。

これによって、冷却ファン２８が最高回転数で所定時間回転するので、この回転の間、コンデンサ１５を含むインバータ１０等の電子部品の熱がより早く冷却される。

また、インバータ制御部２０は、今回のタイミングで読み込んだ現在のモータ回転数であるモータ回転数今回値と、前回のタイミングで読み込んだモータ回転数前回値との差分の絶対値に、トルク指令値Ｔ１の絶対値を乗算し、この乗算結果が、コンデンサ１５を発熱させるモータ回転数の過渡状態を判定する所定の出力変動判定値以上の場合に、出力変動履歴カウンタ値を出力変動履歴カウンタ２０ａに記憶すると共に、当該モータ回転数今回値をモータ回転数前回値として記憶する制御を行うようにした。

ここで、前述した通り出力変動判定値は、モータ出力の急上昇によりコンデンサ１５からインバータ１０へ一気に電力供給が行なわれて当該コンデンサ１５を発熱させるモータ回転数の過渡状態を判定する値である。従って、モータ回転数が過渡状態であることを出力変動判定値で判定した場合、コンデンサ１５が発熱して過熱状態となったりするので、冷却ファン２８を最高回転数で所定時間回転させるための指示を行う出力変動履歴カウンタ値を出力変動履歴カウンタ２０ａに記憶すればよい。

この他、インバータ制御部２０は、トルク指令値Ｔ１と予め定められた閾値との差分が正の場合におけるＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティの増加量が、トルク指令値Ｔ１と予め定められた閾値との差分が負の場合で、負の差分の絶対値が正の差分値と同じ場合におけるＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティの減少量よりも大きくしても良い。この構成によれば、一度高温になると冷めにくいコンデンサに適した形で冷却が可能になる。

また、インバータ制御部２０は、トルク指令値Ｔ１と予め定められた閾値との差分値が正のときに決まるＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティの増加量が、上記の差分値の1乗以上に比例するようにしても良い。

また、半導体素子がＩＧＢＴ素子１６ａ〜１６ｆの時、ＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティの増加量が、差分値の1．５乗に比例するようにしても良い。

さらに、半導体素子がＭＯＳトランジスタの時、ＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティの増加量が、差分値の２乗に比例するようにしても良い。

これらの構成によれば、使用する半導体素子の発熱特性に応じて冷却ファン２８がより適した回転数で回転するので、コンデンサ１５等の電子部品の冷却に必要なファンの消費電力が最適化される。

また、従来のインバータの冷却装置では、図６に示すようにインバータ制御部２０に、サーミスタ６０が接続されており、サーミスタ６０の検出温度に応じて冷却ファン２８の駆動を制御する構成となっている。しかし、本実施形態のインバータの冷却装置では、サーミスタ６０が不要となるので、その分、インバータの冷却装置の小型化及び低コスト化を図ることが出来る。

また、本実施形態の応用例として、インバータ制御部２０がトルク指令値Ｔ１に代え、ＩＧＢＴ素子１６ａ〜１６ｆの電流指令値を用いてＰＷＭパルス信号Ｐ１のデューティを可変したり、出力変動判定を行ったりして冷却ファン２８の制御を行っても良い。更に、トルク指令値Ｔ１に代え、アクセル開度センサからのアクセル開度情報を用い、また、車載のナビゲーションシステムがＧＰＳ信号から算出した車両加速度又は車両加速度検知装置からの車両加速度を用い、更には、ナビゲーションシステムからの道の勾配値を用いてもよい。これによって、ケース５０内の電子部品の温度上昇をより速く抑制又は下げることが出来る。

１０ インバータ
１４ 直流電源
１５ 平滑用のコンデンサ
１６ａ〜１６ｆ ＩＧＢＴ素子
Ｄａ〜Ｄｆ ダイオード
１８ａ〜１８ｆ ドライブＩＣ
２０ インバータ制御部
２０ａ 出力変動履歴カウンタ
２２ 位置センサ
２４Ｖ，２４Ｗ 電流センサ
２６ トルク指令値発生部
２８ 冷却ファン
Ｐ１ ＰＷＭパルス信号
Ｔ１ トルク指令値
５０ ケース

Claims (8)

1. 密閉型のケース内に、直流電圧を交流電圧に変換する複数の半導体素子を有し、当該直流電圧の供給端に平滑用のコンデンサが接続されたインバータと、当該インバータを含むケース内の電子部品を冷却する冷却ファンと、前記インバータにより駆動制御されるモータのトルク指令値を含む制御情報に応じて当該インバータ及び当該冷却ファンを制御する制御手段とを有し、当該制御手段によりデューティが可変されるパルス信号で回転数が制御される前記冷却ファンによって前記電子部品を冷却するインバータの冷却装置において、
   前記制御手段は、前記トルク指令値と予め定められた閾値との正又は負の差分に応じて前記パルス信号のデューティを正の差分時に増加又は負の差分時に減少させ、このデューティが増加したパルス信号で前記冷却ファンの回転数を上げ、当該デューティが減少したパルス信号で当該冷却ファンの回転数を下げる制御を行うことを特徴とするインバータの冷却装置。
2. 前記制御手段は、前記冷却ファンを最大回転数で所定時間回転させることを指示する指示値を記憶する記憶手段を備え、前記記憶手段に前記指示値が記憶されている際に、前記パルス信号のデューティを当該指示値で指示される時間の間前記トルク指令値と前記予め定められた閾値との差分に応じて計算される前記パルス信号のデューティよりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載のインバータの冷却装置。
3. 前記トルク指令値と前記予め定められた閾値との差分に応じて計算される前記パルス信号のデューティよりも大きくする値が１００％であ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. 前記制御手段は、今回のタイミングで読み込んだ現在のモータ回転数であるモータ回転数今回値と、前回のタイミングで読み込んだモータ回転数前回値との差分の絶対値に、前記トルク指令値の絶対値を乗算すると共に、当該モータ回転数今回値をモータ回転数前回値として記憶し、前記乗算の結果が、前記コンデンサを発熱させるモータ回転数の過渡状態を判定する所定の出力変動判定値以上の場合に、前記指示値を前記記憶手段に記憶する制御を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載のインバータの冷却装置。
5. 前記制御手段は、前記トルク指令値と予め定められた閾値との差分が正の場合における前記パルス信号のデューティの増加量が、前記トルク指令値と予め定められた閾値との差分が負の場合で、前記負の差分の絶対値が前記正の差分値と同じ場合における前記パルス信号のデューティの減少量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のインバータの冷却装置。
6. 前記制御手段は、前記トルク指令値と予め定められた閾値との差分値が正のときに決まる前記パルス信号のデューティの増加量が、前記差分値の1乗以上に比例することを特徴とする請求項５に記載のインバータの冷却装置。
7. 前記半導体素子が絶縁ゲートバイポーラトランジスタの時、前記パルス信号のデューティの増加量が、前記差分値の1．５乗に比例することを特徴とする請求項６に記載のインバータの冷却装置。
8. 前記半導体素子が金属酸化膜半導体トランジスタの時、前記パルス信号のデューティの増加量が、前記差分値の２乗に比例することを特徴とする請求項６に記載のインバータの冷却装置。

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