JP2012231644A

JP2012231644A - 車両駆動モータの制御装置

Info

Publication number: JP2012231644A
Application number: JP2011099631A
Authority: JP
Inventors: Ryutaro Yamaguchi; 竜太郎山口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-11-22

Abstract

【課題】駆動電圧の低下によるモータのトルクの低下を抑えつつ、モータが置かれている環境に応じて、インバータのスイッチング素子のスイッチングによって発生し得る電圧ストレスを低減することが可能な車両駆動モータの制御装置を提供する。
【解決手段】インバータ１４はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備え、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフすることにより、バッテリ１０からの直流電力を交流電力に変換してモータ１６に供給する。制御装置２０は、モータ１６の温度が第１の温度よりも高い第２の温度では、第１の温度における第１のスイッチング速度よりも遅い第２のスイッチング速度でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両駆動モータが置かれている環境に応じて車両駆動モータを制御する装置に関する。

ハイブリッド自動車、電気自動車、及び燃料電池自動車等の車両のように、モータの駆動力によって走行する車両が知られている。このような車両は、バッテリの出力電力を調整する昇圧コンバータと、昇圧コンバータの出力電力を交流電力に変換してモータに出力するインバータとを備える。車両に搭載された制御装置は、昇圧コンバータの出力電力を調整し、インバータを制御することにより、モータの出力トルクを調整して走行制御を行う。一般的に、モータには３相交流モータが用いられる。モータの動作を制御する方法としては、ＰＷＭ制御が知られている。

ＰＷＭ制御を実行する場合、制御装置は、例えばアクセル開度や車速等のデータに基づいて、インバータに含まれる各相のスイッチング素子をオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号をスイッチング素子に供給することで、各スイッチング素子のスイッチングを制御してモータの動作を制御する。スイッチングによって過渡過電圧（サージ電圧）が発生し、この過渡過電圧がモータに対する電圧ストレスとなる。

モータは、回転子にトルクを発生させるための界磁巻線を備えている。界磁巻線は、インバータから出力された電力に基づく磁界を発生する。回転子は、界磁巻線から発せられた磁界によってトルクを発生し回転する。界磁巻線は、導線をモータの突起部に巻きつけることにより構成される。

界磁巻線の表面は、アミドイミド等の絶縁体で覆われている。そのため、スイッチング素子のスイッチングによって過渡過電圧が生じたとしても、過渡過電圧が絶縁許容電圧以下のときは絶縁が確保される。しかしながら、過渡過電圧が絶縁許容電圧を超えると界磁巻線の表面を覆う絶縁体の絶縁性能が低下し、モータの寿命が短くなることがある。

また、表面が絶縁体で覆われた界磁巻線の絶縁許容電圧は、界磁巻線の温度、及び界磁巻線を取り巻く空気の気圧によって変化する。モータの絶縁許容電圧は、高温で低気圧になるほど低下する。そのため、相対的に高温で低気圧の環境下では、過渡過電圧が絶縁許容電圧を超えて界磁巻線の絶縁に影響を与える場合がある。

下記に示す特許文献１には、モータ内に発生する電圧ストレスが絶縁許容電圧を超えないように、モータの温度とモータが配置された空間の気圧とに応じて、昇圧コンバータとインバータとを制御することにより、モータの界磁巻線に流れる電流又はモータのトルクを制御する技術が開示されている。各界磁巻線には、電流が流れることによって電圧降下が生じる。界磁巻線に電圧降下が生じると、近接する巻線導体間には分担電圧と称される電位差が生じる。特許文献１に記載の技術は、この分担電圧が絶縁許容電圧を超えないように、界磁巻線に流れる電流又はモータのトルクを制御する。上述したように、モータの絶縁許容電圧は、高温で低気圧になるほど低下する。そのため、低下する絶縁強度に相当する分、モータの界磁巻線に流れる電流を小さくすることにより、モータ内に発生する電圧ストレスを低減してモータの電気絶縁を確保している。

特開２０１０−６３２０７号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術によると、モータ内に発生する電圧ストレスが絶縁許容電圧を超えないように、高温で低気圧になるほどモータの負荷率や駆動電圧を下げているため、高温で低気圧になるほどモータのトルクが低下してしまう。

本発明の目的は、駆動電圧の低下によるモータのトルクの低下を抑えつつ、モータが置かれている環境に応じて、インバータのスイッチング素子のスイッチングによって発生し得る電圧ストレスを低減することが可能な車両駆動モータの制御装置を提供することである。

本発明は、複数のスイッチング素子を備え、前記複数のスイッチング素子をオン／オフすることにより、電源装置から供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動モータに供給するインバータと、前記複数のスイッチング素子のスイッチング速度を可変制御する制御部と、を有する車両駆動モータの制御装置において、前記制御部は、前記車両駆動モータの温度、又は前記車両駆動モータに供給される電流のうち少なくとも一方に応じてスイッチング速度を可変制御する制御部であって、前記車両駆動モータの温度が第１の温度よりも高い第２の温度、又は、前記車両駆動モータに供給される電流が第１の電流よりも大きい第２の電流では、前記第１の温度、又は前記第１の電流における第１のスイッチング速度よりも遅い第２のスイッチング速度で前記スイッチング素子を制御する、ことを特徴とする車両駆動モータの制御装置である。

また、本発明に係る車両駆動モータの制御装置であって、前記制御部は、前記車両駆動モータの温度が予め設定された温度閾値以上の場合、又は、前記車両駆動モータに供給される電流が予め設定された電流閾値以上の場合に、スイッチング速度を前記第１のスイッチング速度から前記第２のスイッチング速度に切り替える、ことを特徴とする。

また、本発明は、複数のスイッチング素子を備え、前記複数のスイッチング素子をオン／オフすることにより、電源装置から供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動モータに供給するインバータと、前記複数のスイッチング素子のスイッチング速度を可変制御する制御部と、を有する車両駆動モータの制御装置において、前記制御部は、前記車両駆動モータが配置されている空間の気圧、又は前記車両駆動モータが配置されている空間の標高のうち少なくとも一方に応じてスイッチング速度を可変制御する制御部であって、前記車両駆動モータが配置されている空間の気圧が第１の気圧よりも低い第２の気圧、又は、前記車両駆動モータが配置されている空間の標高が第１の標高よりも高い第２の標高では、前記第１の気圧又は前記第１の標高における第１のスイッチング速度よりも遅い第２のスイッチング速度で前記スイッチング素子を制御する、ことを特徴とする車両駆動モータの制御装置である。

また、本発明に係る車両駆動モータの制御装置であって、前記制御部は、前記車両駆動モータの気圧が予め設定された気圧閾値以下の場合、又は、前記車両駆動モータが配置されている空間の標高が標高閾値以上の場合に、スイッチング速度を前記第１のスイッチング速度から前記第２のスイッチング速度に切り替える、ことを特徴とする。

また、本発明は、複数のスイッチング素子を備え、前記複数のスイッチング素子をオン／オフすることにより、電源装置から供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動モータに供給するインバータと、前記複数のスイッチング素子のスイッチング速度を可変制御する制御部と、を有する車両駆動モータの制御装置において、前記制御部は、前記車両駆動モータの温度が第１の温度よりも高い第２の温度、又は、前記車両駆動モータに供給される電流が第１の電流よりも大きい第２の電流で、かつ、前記車両駆動モータが配置されている空間の気圧が第１の気圧よりも低い第２の気圧、又は、前記車両駆動モータが配置されている空間の標高が第１の標高よりも高い第２の標高の状態では、前記第１の温度、前記第１の電流、前記第１の気圧、又は前記第１の標高における第１のスイッチング速度よりも遅い第２のスイッチング速度で前記スイッチング素子を制御する、ことを特徴とする車両駆動モータの制御装置である。

本発明によると、駆動電圧の低下による車両駆動モータのトルクの低下を抑えつつ、スイッチング素子のスイッチングによって発生し得る電圧ストレスを低減することが可能となる。

本発明の実施形態に係る車両駆動モータ制御装置を示すブロック図である。スイッチング速度と電圧ストレスとの関係を説明するための図である。温度及び気圧（標高）と、スイッチング速度との対応関係を示す図である。スイッチング速度とゲート電位の変圧速度との関係を示すグラフである。本実施形態に係る車両駆動モータ制御装置による動作を示すフローチャートである。

図１に、本発明の実施形態に係る車両駆動モータ制御装置を示す。車両駆動モータ制御装置は、ユーザの運転操作に基づいて、バッテリ１０からモータ１６に供給される電力を調整し、車両の走行制御を行う。

モータ１６は、３相交流同期型モータであり、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３つのコイルを備えた固定子と、図示しない回転子とを含む。Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３つのコイルの一端は中点Ｎで互いに接続され、他端はインバータ１４に接続される。

コンバータ１２は、制御装置２０の制御に基づいて、直流電源であるバッテリ１０から供給される直流電力を調整してインバータ１４に出力する。

インバータ１４は、制御装置２０の制御に基づいて、コンバータ１２から供給された直流電力を３相交流電力に変換してモータ１６に供給する。モータ１６は、インバータ１４から供給された３相交流電力に基づいて回転し車両を駆動する。

インバータ１４は、電源ラインとアースラインとの間に互いに並行に配置されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相のアームを含んで構成されている。Ｕ相アームは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列接続からなり、Ｖ相アームは、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の直列接続からなり、Ｗ相アームは、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の直列接続からなる。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、例えばＩＧＢＴである。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間には、それぞれ、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ６が配置されている。Ｕ相アームのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の中間点は、モータ１６のＵ相コイルに接続されている。Ｖ相アームのスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の中間点は、モータ１６のＶ相コイルに接続されている。Ｗ相アームのスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の中間点は、モータ１６のＷ相コイルに接続されている。インバータ１４は、制御装置２０からの制御信号（ＰＷＭ信号）に基づいて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング（オン／オフ）することにより電力を変換する。

運転操作部１８は、アクセルペダル、ブレーキペダル、ギアチェンジレバー等を備え、運転操作に応じた運転操作指令を制御装置２０に出力する。

温度センサ２２はモータ１６の筐体に取り付けられ、モータ１６の温度を測定し、測定された温度を示す温度データを制御装置２０に出力する。気圧センサ２４は、車両においてモータ１６が配置されている空間の気圧を測定し、測定された気圧を示す気圧データを制御装置２０に出力する。また、モータ１６には、レゾルバ等の回転角センサ２６が設けられている。回転角センサ２６は回転子の回転角を検出し、回転角を示す回転角データを制御装置２０に出力する。

制御装置２０は、運転操作指令や車速等に基づいてコンバータ１２とインバータ１４とを制御することにより、モータ１６の動作を制御する。制御装置２０は、コンバータ１２の昇圧電圧（インバータ１４の入力電圧）が目標昇圧電圧となるように、コンバータ１２を制御する。また、制御装置２０は、モータ１６が目標トルクを出力するように、インバータ１４のスイッチング制御を行う。スイッチング制御において、制御装置２０は、モータ１６が目標トルクを出力するように、インバータ１４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフするためのＰＷＭ信号を生成する。

制御装置２０は、一つの態様では、ハードウェア資源とソフトウェアとの協働により実現され、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）である。具体的には、制御装置２０の機能は、記録媒体に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）により実行されることによって実現される。この制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されることも可能であるし、データ信号として通信により提供されることも可能である。ただし、制御装置２０は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置２０は、物理的に１つの装置により実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。

ところで、インバータ１４のスイッチング素子のスイッチングによって過渡過電圧（サージ電圧）が発生し、この過渡過電圧がモータ１６に対する電圧ストレスとなる。ここで、図２を参照して、スイッチング素子のスイッチング速度と電圧ストレスとの関係について説明する。図２は、スイッチング速度と電圧ストレスとの関係を示す図である。図２の横軸は時間を示し、縦軸は電圧ストレスを示す。図２の右側のグラフに示すように、スイッチング速度が相対的に速い場合には、スイッチングで発生する過渡過電圧（電圧ストレス）は相対的に大きくなる。すなわち、スイッチング素子のゲートに与える信号電圧の立ち上がり又は立ち下がりが急峻になるほど、スイッチングで発生する過渡過電圧が大きくなる。また、図２の左側のグラフに示すように、スイッチング速度が相対的に遅い場合には、スイッチングで発生する過渡過電圧は相対的に小さくなる。すなわち、スイッチング素子のゲートに与える信号電圧の立ち上がり又は立ち下がりが緩やかになるほど、スイッチングで発生する過渡過電圧が小さくなる。また、コイルの絶縁許容電圧は、モータ１６の温度と、モータ１６が配置されている空間の気圧とによって変化する。モータ１６が高温になり気圧が低くなるほど、絶縁許容電圧は低下する。

そこで、本実施形態では、制御装置２０は、温度センサ２２によって測定されたモータ１６の温度と気圧センサ２４によって測定された気圧とのうち少なくとも一方に応じて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を変えてインバータ１４を制御する。例えば、制御装置２０は、モータ１６の温度が高くなるほど、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くして各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する。すなわち、制御装置２０は、モータ１６の温度が高くなるほど、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートに与える信号電圧の立ち上がり又は立ち下がりを緩やかにする。また、制御装置２０は、モータ１６が配置されている空間の気圧が低くなるほど、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くして各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御してもよい。すなわち、制御装置２０は、モータ１６が配置されている空間の気圧が低くなるほど、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートに与える信号電圧の立ち上がり又は立ち下がりを緩やかにする。また、制御装置２０は、モータ１６の温度が高くなり、モータ１６が配置されている空間の気圧が低くなるほど、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くして各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御してもよい。すなわち、制御装置２０は、モータ１６の温度が高くなり、モータ１６が配置されている空間の気圧が低くなるほど、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートに与える信号電圧の立ち上がり又は立ち下がりを緩やかにする。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート電位の変圧速度に相当する。ゲート電位の変圧速度はゲート抵抗の抵抗値に依存し、ゲート抵抗値が大きくなるほどゲート電位の変圧速度（スイッチング速度）は遅くなる。従って、スイッチング速度を変えるためには、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート抵抗を切り替えればよい。例えば、特開２００５−１６８１７１号公報や特開２００９−２９６８４６号公報等に記載されている技術のように、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート抵抗を切り替えればよい。本実施形態では、制御装置２０は、モータ１６の温度と気圧とのうち少なくとも一方に応じて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート抵抗の抵抗値を制御することにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を制御する。

記憶装置２８には、モータ１６の温度及び気圧と、スイッチング速度との対応関係を示すマップが記憶されている。図３を参照して、温度及び気圧（標高）と、スイッチング速度との対応関係について説明する。図３は、温度及び気圧（標高）と、スイッチング速度との対応関係を示す図である。図３の横軸はモータ１６の温度を示し、縦軸は標高（気圧）を示す。標高は気圧に対応し、標高が高くなるほど気圧は低くなる。例えば図３に示すように、モータ１６の温度と標高（気圧）とに応じて、車両が曝されている環境を複数の環境（例えば環境Ａ〜Ｆ）に分類する。そして、環境Ａ〜Ｆのそれぞれとスイッチング速度との対応関係を示すマップを予め作成しておき、そのマップを記憶装置２８に記憶しておく。一例として、環境Ａ（モータ１６の温度が５０℃未満で、標高が１０００ｍ未満の環境）には、スイッチング速度Ｓ_Ａが対応付けられている。環境Ｂ（モータ１６の温度が５０℃以上１００℃未満で、標高が１０００ｍ以上２５００ｍ未満の環境）には、スイッチング速度Ｓ_Ｂが対応付けられている。環境Ｃ（モータ１６の温度が１００℃以上１５０℃未満で、標高が２５００ｍ以上４０００ｍ未満の環境）には、スイッチング速度Ｓ_Ｃが対応付けられている。また、環境Ｄ（モータの温度が１５０℃以上で、標高が４０００ｍ以上の環境）には、スイッチング速度Ｓ_Ｄが対応付けられている。また、環境Ｅは、環境Ｄよりもモータの温度が高く、標高が高い環境である。この環境Ｅには、スイッチング速度Ｓ_Ｅが対応付けられている。また、環境Ｆは、環境Ｅよりもモータの温度が高く、標高が高い環境である。この環境Ｆには、スイッチング速度Ｓ_Ｆが対応付けられている。スイッチング速度Ｓ_Ａ〜Ｓ_Ｆは、Ｓ_Ａ＞Ｓ_Ｂ＞Ｓ_Ｃ＞Ｓ_Ｄ＞Ｓ_Ｅ＞Ｓ_Ｆの関係が成立している。すなわち、スイッチング速度Ｓ_Ａ〜Ｓ_Ｆのうちスイッチング速度Ｓ_Ａが最も速く、スイッチング速度Ｓ_Ａからスイッチング速度Ｓ_Ｆにかけてスイッチング速度は遅くなっている。一例として、スイッチング速度Ｓ_Ａは２０〜３０ｋＶ／μｓ程度であり、スイッチング速度Ｓ_Ｆは数ｋＶ／μｓ程度である。このように、モータ１６の温度と気圧（標高）とで規定される環境と、スイッチング速度との対応関係を示すマップが記憶装置２８に記憶されている。

図４を参照して、スイッチング速度とゲート電位の変圧速度との関係について説明する。図４は、スイッチング速度とゲート電位の変圧速度との関係を示すグラフである。図４の横軸はスイッチング速度を示し、縦軸はゲート電位の変圧速度（ｄＶ／ｄｔ）を示す。スイッチング速度は変圧速度に相当する。スイッチング速度Ｓ_Ａ〜Ｓ_Ｆのうち、スイッチング速度Ｓ_Ａでの変圧速度（ｄＶ／ｄｔ）が最も速い。スイッチング速度が、スイッチング速度Ｓ_Ａからスイッチング速度Ｓ_Ｆになるほど変圧速度が遅くなり、スイッチング速度Ｓ_Ｆでの変圧速度が最も遅くなっている。

本実施形態では、一例としてスイッチング速度を６段階（Ｓ_Ａ〜Ｓ_Ｆ）に設定する。そのため、スイッチング速度Ｓ_Ａ〜Ｓ_Ｆのそれぞれに対応し抵抗値がそれぞれ異なる６種類のゲート抵抗を各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に設ければよい。すなわち、スイッチング速度Ｓ_Ａに対応する抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ａ、スイッチング速度Ｓ_Ｂに対応する抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ｂ、スイッチング速度Ｓ_Ｃに対応する抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ｃ、スイッチング速度Ｓ_Ｄに対応する抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ｄ、スイッチング速度Ｓ_Ｅに対応する抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ｅ、及びスイッチング速度Ｓ_Ｆに対応する抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ｆを、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に設ければよい。ゲート抵抗Ｒ_Ａ〜Ｒ_Ｆの抵抗値は、Ｒ_Ａ＜Ｒ_Ｂ＜Ｒ_Ｃ＜Ｒ_Ｄ＜Ｒ_Ｅ＜Ｒ_Ｆの関係が成立している。すなわち、ゲート抵抗Ｒ_Ａ〜Ｒ_Ｆのうちゲート抵抗Ｒ_Ａの抵抗値が最も低く、ゲート抵抗Ｒ_Ａからゲート抵抗Ｒ_Ｆにかけて抵抗値が大きくなっている。制御装置２０は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート抵抗を切り替えることにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を切り替えることができる。

スイッチング速度Ｓ_Ａ〜Ｓ_Ｆは、対応するモータ１６の温度と気圧（標高）とにおいて、過渡過電圧による電圧ストレスが絶縁許容電圧を超えないスイッチング速度である。例えば、スイッチング速度Ｓ_Ａは、環境Ａ下で、過渡過電圧による電圧ストレスが絶縁許容電圧を超えないスイッチング速度である。また、スイッチング速度Ｓ_Ｂは、環境Ｂ下で、過渡過電圧による電圧ストレスが絶縁許容電圧を超えないスイッチング速度である。また、スイッチング速度Ｓ_Ｃは、環境Ｃ下で、過渡過電圧による電圧ストレスが絶縁許容電圧を超えないスイッチング速度である。また、スイッチング速度Ｓ_Ｄは、環境Ｄ下で、過渡過電圧による電圧ストレスが絶縁許容電圧を超えないスイッチング速度である。また、スイッチング速度Ｓ_Ｅは、環境Ｅ下で、過渡過電圧による電圧ストレスが絶縁許容電圧を超えないスイッチング速度である。また、スイッチング速度Ｓ_Ｆは、環境Ｆ下で、過渡過電圧による電圧ストレスが絶縁許容電圧を超えないスイッチング速度である。

次に、図５を参照して、制御装置２０による制御について説明する。図５は、本実施形態に係る車両駆動モータ制御装置による動作を示すフローチャートである。

制御装置２０は、モータ１６の温度を示す温度データを温度センサ２２から受け、モータ１６が置かれている空間の気圧を示す気圧データを気圧センサ２４から受ける（ステップＳ０１）。制御装置２０は、記憶装置２８に記憶されているマップを参照することにより、温度と気圧（標高）とに対応するスイッチング速度を記憶装置２８から取得する。

例えば、モータ１６の環境が環境Ａ（モータ１６の温度が５０℃未満で、標高が１０００ｍ未満の環境）の場合には、制御装置２０は、スイッチング速度Ｓ_Ａでインバータ１４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する（ステップＳ０２）。相対的に低温で高気圧の環境においては、モータ１６の絶縁許容電圧が相対的に高いため、制御装置２０は、最も速いスイッチング速度Ｓ_Ａで各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。例えば、制御装置２０は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート抵抗を切り替えることにより、ゲート電位の変圧速度（スイッチング速度）を切り替えればよい。環境Ａ下では、制御装置２０は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート抵抗を最も低い抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ａに切り替えることにより、最も速いスイッチング速度Ｓ_Ａで各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。

また、モータ１６の環境が環境Ｂ（モータ１６の温度が５０℃以上１００℃未満で、標高が１０００ｍ以上２５００ｍ未満の環境）の場合には、制御装置２０は、スイッチング速度Ｓ_Ｂでインバータ１４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する（ステップＳ０３）。環境Ｂは、環境Ａよりもモータ１６の温度が高く、標高が高い（気圧が低い）ため、環境Ｂでは環境Ａよりもモータ１６の絶縁許容電圧が低くなる。そのため、制御装置２０は、スイッチング速度Ｓ_Ａよりも遅いスイッチング速度Ｓ_Ｂで、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。例えば、制御装置２０は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート抵抗をスイッチング速度Ｓ_Ｂに対応する抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ｂに切り替えることにより、スイッチング速度Ｓ_Ｂで各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。

また、モータ１６の環境が環境Ｃ（モータ１６の温度が１００℃以上１５０℃未満で、標高が２５００ｍ以上４０００未満の環境）の場合には、制御装置２０は、スイッチング速度Ｓ_Ｃでインバータ１４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する（ステップＳ０４）。環境Ｃは、環境Ｂよりもモータ１６の温度が高く、標高が高い（気圧が低い）ため、環境Ｃでは環境Ｂよりもモータ１６の絶縁許容電圧が低くなる。そのため、制御装置２０は、スイッチング速度Ｓ_Ｂよりも遅いスイッチング速度Ｓ_Ｃで、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。例えば、制御装置２０は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート抵抗をスイッチング速度Ｓ_Ｃに対応する抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ｃに切り替えることにより、スイッチング速度Ｓ_Ｃで各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。

また、モータ１６の環境が環境Ｄ（モータ１６の温度が１５０℃以上で、標高が４０００ｍ以上の環境）の場合には、制御装置２０は、スイッチング速度Ｓ_Ｄでインバータ１４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する（ステップＳ０５）。環境Ｄは、環境Ｃよりもモータ１６の温度が低く、標高が高い（気圧が低い）ため、環境Ｄでは環境Ｃよりもモータ１６の絶縁許容電圧が低くなる。そのため、制御装置２０は、スイッチング速度Ｓ_Ｃよりも遅いスイッチング速度Ｓ_Ｄで、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。例えば、制御装置２０は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート抵抗をスイッチング速度Ｓ_Ｄに対応する抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ｄに切り替えることにより、スイッチング速度Ｓ_Ｄで各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。

また、モータ１６の環境が環境Ｅ（環境Ｄよりもモータ１６の温度が高く、標高が高い環境）の場合には、制御装置２０は、スイッチング速度Ｓ_Ｅでインバータ１４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する（ステップＳ０６）。環境Ｅは、環境Ｄよりもモータ１６の温度が高く、標高が高い（気圧が低い）ため、環境Ｅでは環境Ｄよりもモータ１６の絶縁許容電圧が低くなる。そのため、制御装置２０は、スイッチング速度Ｓ_Ｄよりも遅いスイッチング速度Ｓ_Ｅで、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。例えば、制御装置２０は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート抵抗をスイッチング速度Ｓ_Ｅに対応する抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ｅに切り替えることにより、スイッチング速度Ｓ_Ｅで各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。

また、モータ１６の環境が環境Ｆ（環境Ｅよりもモータ１６の温度が高く、標高が高い環境）の場合には、制御装置２０は、スイッチング速度Ｓ_Ｆでインバータ１４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する（ステップＳ０７）。環境Ｆは、環境Ｅよりもモータ１６の温度が高く、標高が高い（気圧が低い）ため、環境Ｆでは環境Ｅよりもモータ１６の絶縁許容電圧が低くなる。そのため、制御装置２０は、スイッチング速度Ｓ_Ｅよりも遅いスイッチング速度Ｓ_Ｆで、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。例えば、制御装置２０は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート抵抗をスイッチング速度Ｓ_Ｆに対応する抵抗値のゲート抵抗Ｒ_Ｆに切り替えることにより、スイッチング速度Ｓ_Ｆで各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを制御する。

以上のように、モータ１６の温度と気圧（標高）とに応じて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を変えてインバータ１４を制御することにより、モータ１６の絶縁許容電圧が低下する環境下でも、過渡過電圧による電圧ストレスを低減して、モータ１６の電気絶縁を確保することが可能となる。すなわち、モータ１６の温度が高くなり気圧が低くなるほど、モータ１６の絶縁許容電圧が低下するが、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くすることにより、過渡過電圧（電圧ストレス）を低減することができるため、モータ１６の電気絶縁を確保することが可能となる。また、モータ１６の駆動電圧を制限する必要がないため、駆動電圧の低下によるモータ１６のトルクの低下を抑えつつ、モータ１６内の電圧ストレスを低減して、モータ１６の電気絶縁を確保することができる。このように駆動電圧の低下によるモータ１６のトルクの低下を抑えることができるため、運転性能低下を抑制することができる。

また、モータ１６の温度が高くなるほどモータ１６の絶縁許容電圧が低下するが、本実施形態では高温になるほどスイッチング速度を遅くすることにより電圧ストレスを低減することができるため、電圧ストレスの低減に相当する分、モータ１６の使用温度を高めることができる。例えば従来技術においては、モータの温度がある一定以上となる環境下では、モータの負荷率と駆動電圧とを制限しても、モータ内に発生する電圧ストレスを絶縁許容電圧以下にすることが困難となる。そのため、従来技術では、その環境下でモータを駆動させることが困難となる。これに対して本実施形態では、高温になるほどスイッチング速度を遅くして電圧ストレスを低減することができるため、従来技術ではモータを駆動させることが困難であった環境下でも、モータを駆動させることが可能となる。このように、本実施形態によると、モータ１６の使用温度を拡張することができる。

また、絶縁許容電圧が相対的に高い環境下において、スイッチング速度を相対的に遅くする必要がないにも関わらずスイッチング速度を相対的に遅くした場合には、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６で発生するスイッチング損失が大きくなるおそれがある。本実施形態では、モータ１６の温度と気圧とに応じてスイッチング速度を変えているため、絶縁許容電圧が相対的に高い環境下において、スイッチング損失が大きくなる問題を回避することができる。例えば、相対的に低温で高気圧の環境下においては、相対的に高温で低気圧の環境下ほどスイッチング速度を遅くしなくても、モータ１６の電気絶縁を確保することができる。本実施形態では、相対的に低温で高気圧の環境下ほど、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を速くしているため、相対的に低温で高気圧の環境下ほど、スイッチング損失を小さくしつつ、電圧ストレスを絶縁許容電圧以下にすることができる。なお、相対的に高温で低気圧の環境下ほどスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くしているため、スイッチング損失が大きくなるが、電圧ストレスを低減してモータの電気絶縁を確保することができるため、全体として特性が向上する。

なお、上述した温度、気圧（標高）、及びスイッチング速度の具体的な数値は一例であり、車両やモータの構成等によって具体的な値は変わる。また、上述した例では、スイッチング速度を６段階（Ｓ_Ａ〜Ｓ_Ｂ）に分けた場合について説明したが、本実施形態はこの例に限定されず、スイッチング速度を６段階以外の複数の段階に分けてもよい。この場合、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に設けられるゲート抵抗の数を変えることにより、スイッチング速度の段階数を任意に変えることができる。

上述した実施形態では、制御装置２０は、モータ１６の温度と気圧とに応じて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を変えてインバータ１４を制御する。別の形態として、制御装置２０は、モータ１６の温度と気圧とのうち少なくとも一方に応じて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を変えてインバータ１４を制御してもよい。例えば、制御装置２０は、モータ１６の温度に応じて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を変えてインバータ１４を制御してもよい。具体的には、制御装置２０は、モータ１６の温度が高くなるほど、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くしてスイッチングを制御する。または、制御装置２０は、モータ１６が置かれている環境の気圧（標高）に応じて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を変えてインバータ１４を制御してもよい。具体的には、制御装置２０は、気圧が低くなるほど、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くしてスイッチングを制御する。このように、モータ１６の温度と気圧とのうち少なくとも一方に応じてスイッチング速度を変えても、過渡過電圧による電圧ストレスを低減して、モータ１６の電気絶縁を確保することが可能となる。

なお、モータ１６の温度に代えて、モータ１６に供給される電流、モータ１６のトルク、モータ１６の回転数、又はトルク指令値に応じて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を変えてもよい。電流、トルク、回転数、及びトルク指令値は、モータ１６の温度に準ずるパラメータである。すなわち、モータ１６の温度は、電流、トルク、又は回転数に依存する。例えば、モータ１６に流れる電流が大きくなれば、モータ１６での発熱量も大きくなり、モータ１６の温度も高くなる。同様に、モータ１６のトルクが大きくなれば、モータ１６の温度も高くなり、モータ１６の回転数が多くなれば、モータ１６の温度も高くなる。また、運転操作部１８から入力される指令値（例えばトルク指令値）が大きいほど、モータ１６に供給される電流が大きくなるため、モータ１６の温度も高くなる。このようにモータ１６の温度は、電流、トルク、回転数、及びトルク指令値によって変化するため、電流、トルク、回転数、及びトルク指令値は、温度に準じたパラメータである。従って、上述した温度に応じた制御と同様の制御を、電流、トルク、回転数、又はトルク指令値に応じて行ってもよい。

ここで、モータ１６の温度に関係するデータを、温度関係データと称することとする。この温度関係データの例として、モータ１６の温度、モータ１６に供給される電流、モータ１６のトルク、モータ１６の回転数、トルク指令値が挙げられる。制御装置２０は、温度関係データが大きくなるほど、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くしてスイッチングを制御する。上述した温度とスイッチング速度との対応付けを示すマップと同様に、温度関係データとスイッチング速度との対応付けを示すマップを予め作成しておき、記憶装置２８にそのマップを記憶させておく。制御装置２０は、記憶装置２０に記憶されているマップを参照し、温度関係データが示す値に応じてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を制御する。

上述した実施形態では、温度関係データの一例としてのモータ１６の温度に応じて、スイッチング速度を制御する場合について説明した。温度関係データの別の例として、電流に応じてスイッチング速度を制御する場合について説明する。上述した温度とスイッチング速度との対応付けを示すマップと同様に、モータ１６に供給される電流とスイッチング速度との対応付けを示すマップを予め作成しておき、記憶装置２８にそのマップを記憶させておく。また、インバータ１４とモータ１６との間の電力ラインに電流センサを設け、その電流センサによってモータ１６に供給される電流を測定する。制御装置２０は、その電流センサによって測定された電流値が大きくなるほど、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くしてスイッチングを制御する。例えば上述した実施形態と同様に、制御装置２０は、モータ１６に供給される電流に応じて、６段階（Ｓ_Ａ〜Ｓ_Ｆ）のうちのいずれかのスイッチング速度でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する。

また、温度関係データの別の例として、トルクに応じてスイッチング速度を制御する場合について説明する。この場合も、モータ１６のトルクとスイッチング速度との対応付けを示すマップを予め作成しておき、記憶装置２８にそのマップを記憶させておく。また、モータ１６にトルクセンサを設け、そのトルクセンサによってモータ１６のトルクを測定する。制御装置２０は、そのトルクセンサによって測定されたトルクが大きくなるほど、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くしてスイッチングを制御する。例えば、制御装置２０は、モータ１６のトルクに応じて、６段階（Ｓ_Ａ〜Ｓ_Ｆ）のうちのいずれかのスイッチング速度でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する。

また、温度関係データの別の例として、回転数に応じてスイッチング速度を制御する場合について説明する。この場合も、モータ１６の回転数とスイッチング速度との対応付けを示すマップを予め作成しておき、記憶装置２８にそのマップを記憶させておく。制御装置２０は、回転角センサ２６から得られる回転数が多くなるほど、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くしてスイッチングを制御する。例えば、制御装置２０は、モータ１６の回転数に応じて、６段階（Ｓ_Ａ〜Ｓ_Ｆ）のうちのいずれかのスイッチング速度でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する。

また、温度関係データの別の例として、トルク指令値に応じてスイッチング速度を制御する場合について説明する。この場合も、トルク指令値とスイッチング速度との対応付けを示すマップを予め作成しておき、記憶装置２８にそのマップを記憶させておく。制御装置２０は、運転操作部１８から出力されるトルク指令値が大きくなるほど、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を遅くしてスイッチングを制御する。このトルク指令値は、例えば、アクセル開度によって決定される。例えば、制御装置２０は、そのトルク指令値に応じて、６段階（Ｓ_Ａ〜Ｓ_Ｆ）のうちのいずれかのスイッチング速度でスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する。

以上のように、モータ１６の温度以外の温度関係データに応じてスイッチング速度を制御する場合であっても、モータ１６の温度に応じた制御と同様の効果を奏することができる。なお、制御装置２０は、モータ１６の温度とモータ１６に供給される電流とに応じて、スイッチング速度を制御してもよい。

また、スイッチング速度を切り替える閾値を設定し、温度関係データとその閾値とを比較してスイッチング速度を変えてもよい。例えば、制御装置２０は、モータ１６の温度が温度閾値以上になった場合に、第１のスイッチング速度から第１のスイッチング速度よりも遅い第２のスイッチング速度に切り替えてスイッチングを制御する。また、制御装置２０は、モータ１６に供給される電流が電流閾値以上になった場合に、第１のスイッチング速度から第２のスイッチング速度に切り替えてスイッチングを制御してもよい。また、制御装置２０は、モータ１６のトルクがトルク閾値以上となった場合に、第１のスイッチング速度から第２のスイッチング速度に切り替えてスイッチングを制御してもよい。また、制御装置２０は、モータ１６の回転数が回転数閾値以上となった場合に、第１のスイッチング速度から第２のスイッチング速度に切り替えてスイッチングを制御してもよい。また、制御装置２０は、トルク指令値がトルク指令値閾値以上となった場合に、第１のスイッチング速度から第２のスイッチング速度に切り替えてスイッチングを制御してもよい。ここで、温度閾値、電流閾値、トルク閾値、回転数閾値、及びトルク指令値閾値は、モータ１６の絶縁許容電圧が所定の割合に低下するときの、温度、電流値、トルク、回転数、及びトルク指令値である。温度閾値、電流閾値、トルク閾値、回転数閾値、及びトルク指令値閾値は、制御装置２０に予め記憶させている。

また、気圧の代わりに標高に応じてスイッチング速度を制御してもよい。例えばＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を車両に搭載し、車両が置かれている標高を測定する。制御装置２０は、ＧＰＳによって測定された標高に応じて、スイッチング速度を制御する。ここで、気圧に関するデータを気圧関係データと称することとする。この気圧関係データの例として、気圧、標高が挙げられる。制御装置２０は、気圧関係データに応じてスイッチング速度を制御する。

また、スイッチング速度を切り替える閾値を設定し、気圧関係データとその閾値とを比較してスイッチング速度を変えてもよい。例えば、制御装置２０は、モータ１６が配置されている空間の気圧が気圧閾値以下となった場合に、第１のスイッチング速度から第２のスイッチング速度に切り替えてスイッチングを制御する。また、制御装置２０は、モータ１６が配置されている空間の標高が標高閾値以上となった場合に、第１のスイッチング速度から第２のスイッチング速度に切り替えてスイッチングを制御してもよい。ここで、気圧閾値及び標高閾値は、モータ１６の絶縁許容電圧が所定の割合に低下するときの、気圧及び標高である。気圧閾値及び標高閾値は、制御装置２０に予め記憶されている。なお、制御装置２０は、モータ１６が配置されている空間の気圧と標高とに応じて、スイッチング速度を制御してもよい。

また、制御装置２０は、温度関係データと気圧関係データとに応じて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング速度を制御してもよい。上述した実施形態では、温度関係データと気圧関係データとの組み合わせの一例として、温度と気圧（標高）とに応じてスイッチング速度を変える場合について説明した。本実施形態では、温度と気圧（標高）との組み合わせ以外の組み合わせに応じてスイッチング速度を制御してもよい。例えば、モータ１６に供給される電流、モータ１６のトルク、モータ１６の回転数、又はトルク指令値と、気圧（標高）との組み合わせに応じて、スイッチング速度を制御してもよい。

１０バッテリ、１２コンバータ、１４インバータ、１６モータ、１８運転操作部、２０制御装置、２２温度センサ、２４気圧センサ、２６回転角センサ、２８記憶装置。

Claims

複数のスイッチング素子を備え、前記複数のスイッチング素子をオン／オフすることにより、電源装置から供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動モータに供給するインバータと、
前記複数のスイッチング素子のスイッチング速度を可変制御する制御部と、
を有する車両駆動モータの制御装置において、
前記制御部は、前記車両駆動モータの温度、又は前記車両駆動モータに供給される電流のうち少なくとも一方に応じてスイッチング速度を可変制御する制御部であって、前記車両駆動モータの温度が第１の温度よりも高い第２の温度、又は、前記車両駆動モータに供給される電流が第１の電流よりも大きい第２の電流では、前記第１の温度、又は前記第１の電流における第１のスイッチング速度よりも遅い第２のスイッチング速度で前記スイッチング素子を制御する、
ことを特徴とする車両駆動モータの制御装置。
請求項１に記載の車両駆動モータの制御装置であって、
前記制御部は、前記車両駆動モータの温度が予め設定された温度閾値以上の場合、又は、前記車両駆動モータに供給される電流が予め設定された電流閾値以上の場合に、スイッチング速度を前記第１のスイッチング速度から前記第２のスイッチング速度に切り替える、
ことを特徴とする車両駆動モータの制御装置。
複数のスイッチング素子を備え、前記複数のスイッチング素子をオン／オフすることにより、電源装置から供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動モータに供給するインバータと、
前記複数のスイッチング素子のスイッチング速度を可変制御する制御部と、
を有する車両駆動モータの制御装置において、
前記制御部は、前記車両駆動モータが配置されている空間の気圧、又は前記車両駆動モータが配置されている空間の標高のうち少なくとも一方に応じてスイッチング速度を可変制御する制御部であって、前記車両駆動モータが配置されている空間の気圧が第１の気圧よりも低い第２の気圧、又は、前記車両駆動モータが配置されている空間の標高が第１の標高よりも高い第２の標高では、前記第１の気圧又は前記第１の標高における第１のスイッチング速度よりも遅い第２のスイッチング速度で前記スイッチング素子を制御する、
ことを特徴とする車両駆動モータの制御装置。
請求項３に記載の車両駆動モータの制御装置であって、
前記制御部は、前記車両駆動モータの気圧が予め設定された気圧閾値以下の場合、又は、前記車両駆動モータが配置されている空間の標高が標高閾値以上の場合に、スイッチング速度を前記第１のスイッチング速度から前記第２のスイッチング速度に切り替える、
ことを特徴とする車両駆動モータの制御装置。
複数のスイッチング素子を備え、前記複数のスイッチング素子をオン／オフすることにより、電源装置から供給される直流電力を交流電力に変換して車両駆動モータに供給するインバータと、
前記複数のスイッチング素子のスイッチング速度を可変制御する制御部と、
を有する車両駆動モータの制御装置において、
前記制御部は、前記車両駆動モータの温度が第１の温度よりも高い第２の温度、又は、前記車両駆動モータに供給される電流が第１の電流よりも大きい第２の電流で、かつ、前記車両駆動モータが配置されている空間の気圧が第１の気圧よりも低い第２の気圧、又は、前記車両駆動モータが配置されている空間の標高が第１の標高よりも高い第２の標高の状態では、前記第１の温度、前記第１の電流、前記第１の気圧、又は前記第１の標高における第１のスイッチング速度よりも遅い第２のスイッチング速度で前記スイッチング素子を制御する、
ことを特徴とする車両駆動モータの制御装置。