JP2014175646A - 磁気装置の温度保護装置および電力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力装置に用いられる磁気装置の温度保護装置において磁気装置の温度を精度良く推定することにより、磁気装置の小型化を実現する。
【解決手段】温度保護装置３０は、リアクトルＬ１に流れる電流Ｉを検出する電流検出部３４と、リアクトルＬ１の端子間電圧Ｖを検出する電圧検出部３２と、電流Ｉおよび電圧Ｖの検出値に基づいてリアクトルＬ１の温度を推定する演算部３６と、リアクトルＬ１の推定温度に応じて電力装置の出力を制御する判定部４０と、基準温度において演算部３６により演算されたリアクトルＬ１のインピーダンスＺｉを初期値として記憶する初期設定部３８とを備える。演算部３６は、電流Ｉおよび電圧Ｖの検出値からリアクトルＬ１のインピーダンスＺを演算し、リアクトルＬ１におけるインピーダンスと温度との予め求められた関係を用いて、インピーダンスＺおよび初期値Ｚｉに基づいて推定温度を算出する。
【選択図】図４

Description

この発明は、電力装置に用いられる磁気装置の温度保護装置に関する。

ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電力装置においては、電流平滑用あるいは入出力の絶縁用として、リアクトルおよびトランスなどの磁気装置が広く用いられている。このような電力装置に対しては、近年、高出力・小型軽量化の要求が高まりつつある。そのため、電力装置の内部では、半導体素子等の能動素子や抵抗および磁気装置等の受動素子からなる電子部品の発熱密度が増加する傾向にある。

特に、リアクトルなどの磁気装置は、温度上昇によってインダクタンス値等の特性値が変化する。そのため、磁気装置の設計においては、磁気飽和などの制約だけでなく、発熱の制約も受けることから放熱が課題となっている。また、磁気装置の放熱性を高めることで、コイルの配線断面積を低減できるとともにコアを小型化できるため、磁気装置の小型化を実現できる。そのため、従来より、磁気装置を収容する筺体には、コアの全体を覆うように放熱樹脂がポッティングされており、この放熱樹脂を経由して磁気装置の熱を筺体へ伝達させる構成が採用されている。

その一方で、現状では、コスト低減等の要望を受けて放熱樹脂の使用量が最小限に抑えられることにより、磁気装置が耐熱限界温度で用いられるケースがある。このようなケースにおいては、温度による磁気装置の特性変化を防ぐために、電力装置の動作中における磁気装置の温度を検出し、検出温度が耐熱限界温度を超えないように電力装置を制御するものがある。例えば、車両に搭載される電力装置においては、電力装置を冷却するための冷媒の温度が車両の使用環境（車両の走行モードや季節など）に応じて大きく変動するため、磁気装置の温度の変動範囲も広くなる。この広い変動範囲をカバーするように、想定される最悪の条件を全て考慮して磁気装置の熱設計を行なうと、磁気装置が無駄に大型化する可能性がある。したがって、磁気装置の温度を正確に検出できる手段が求められていた。

磁気装置の温度を検出するための構成として、特開２００７−１７３７０２号公報（特許文献１）には、リアクトルのコアの互いに平行な柱部にそれぞれ巻装された２つのコイルの間のギャップにセンサ保持スペーサを配置し、このセンサ保持スペーサにサーミスタからなる温度センサを保持する構成が開示される。この特許文献１では、磁気装置の温度を検出するための温度センサを、コイル温度が最も高くなる部分に配置する。コイルの最も高温部分の温度を検出することにより、コイルの絶縁被膜の許容最高温度までコイルに通電することを可能とする。

また、特開２０１２−３５９４６号公報（特許文献２）には、電動機に設けられた磁石の温度を推定する推定手段を備えた電動機の温度保護装置が開示される。詳細には、特許文献２に記載の温度保護装置は、電動機を基準温度で駆動した時に電動機に流れる基準電流の値および基準温度の値とを記憶する記憶手段と、基準電流および基準温度の値を記憶したときの条件で電動機を駆動した場合に電動機に流れる電流の値、基準電流の値、基準温度の値、および電動機のロータに配置された磁石の磁束密度の温度特性に基づいて、磁石の温度を推定する推定手段とを備える。

特開２００７−１７３７０２号公報 特開２０１２−３５９４６号公報

しかしながら、上記の特許文献１のように磁気装置の温度検出にサーミスタなどの温度センサを用いる構成では、温度センサが設置される位置のずれに起因して温度センサの検出値の誤差が大きくなる。そのため、温度センサの検出値に基づいて電力装置を制御する際に、磁気装置の耐熱限界温度に対して相当のマージンを持たせる必要がある。

また、温度センサが配置される位置によっては、温度センサが磁気装置から発せられる電磁波の影響を受ける懸念がある。そのため温度センサに電磁シールドを施すと、電力装置のコスト上昇や温度センサの設置場所の確保が問題となる。また、温度センサが配置される位置によっては温度センサの電気的絶縁が必要となる。しかしながら、磁気装置および温度センサの間に電気絶縁物を挟むと、電気絶縁物の熱伝導率が低いために、温度センサの検出値の誤差を増大させる虞がある。

また、上記の特許文献２のように、磁性体の磁束密度の温度特性に基づいて磁性体の温度を推定する構成では、磁性体の製造ばらつき等に起因して磁束密度の温度特性に個体差が存在するため、温度の推定誤差が発生してしまう。また、リアクトルのように、２つの磁性体（コア）の間にギャップを設ける必要がある磁気装置では、ギャップの公差によっても磁束密度の温度特性が変化するため、温度の推定誤差が大きくなる。さらに、電力装置の高出力化に伴ない、磁性体であるコアに巻回されるコイルの発熱量も大きくなる傾向にあるため、コイルの温度推定も必要となる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、電力装置に用いられる磁気装置の温度保護装置において、磁気装置の温度を精度良く推定することにより、磁気装置の小型化を実現することである。

この発明に係る磁気装置の温度保護装置は、コアにコイルを巻回してなる磁気装置の温度保護装置である。温度保護装置は、コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、コイルの端子間電圧を検出する電圧検出部と、電流検出部および電圧検出部の検出値に基づいて磁気装置の温度を推定する演算部と、磁気装置の推定温度に応じて磁気装置が搭載される電力装置の出力を制御する判定部とを備える。演算部は、電流検出部および電圧検出部の検出値に基づいて磁気装置のインピーダンスを演算する。演算部は、磁気装置におけるインピーダンスと温度との予め求められた関係を用いて、演算されたインピーダンスに基づいて磁気装置の温度を推定する。

この発明によれば、温度センサを用いることなく磁気装置の温度を精度良く推定することができる。これにより、磁気装置の小型化が可能となる。

この発明の実施の形態１による電力装置の構成を示す回路図である。 図１におけるリアクトルの外観を示す斜視図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったリアクトルを示す断面図である。 図１における温度保護装置の制御構造を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による温度保護装置における磁気装置の温度管理を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。 この発明の実施の形態２による磁気装置の温度保護装置の制御構造を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による磁気装置の温度保護装置の制御構造を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による温度保護装置における磁気装置の温度管理を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。 この発明の実施の形態４による磁気装置の温度保護装置の制御構造を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４による温度保護装置における磁気装置の温度管理を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。

以下、実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力装置の一例として示されるＤＣ／ＤＣコンバータ１０の構成を示す回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、例えば、直流電源１から受ける直流電圧Ｖｉｎを昇圧して、昇圧後の電圧Ｖｏｕｔを出力する昇圧コンバータである。

図１を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、変換回路２と、制御回路４と、分圧回路６とを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の入力ノード１１には、直流電源１が接続され、出力ノード１８には、負荷２０が接続される。

変換回路２は、磁気装置であるリアクトルＬ１と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ１と、スイッチング素子としてのＮＭＯＳ（Negative-channel Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ１２とを含む。リアクトルＬ１およびダイオードＤ１は、入力ノード１１および出力ノード１８の間にこの順で直列に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１２は、リアクトルＬ１およびダイオードＤ１の接続ノードと、接地ノードＧＮＤとの間に接続される。コンデンサＣ１は、出力ノード１８と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０において昇圧は以下のように行なわれる。ＮＭＯＳトランジスタ１２のオン時間では、直流電圧ＶｉｎはリアクトルＬ１を通じて短絡され、電流Ｉが流れる。リアクトルＬ１は、電圧時間積を吸収し磁束レベルが上昇する。ＮＭＯＳトランジスタ１２のオフ時間では、リアクトルＬ１に電圧が発生し、その電圧は直流電圧Ｖｉｎに加算されてダイオードＤ１が導通し、出力電圧Ｖｏｕｔを直流電圧Ｖｉｎより上昇させる。ＮＭＯＳトランジスタ１２のスイッチング周期に対するオン時間の比（通流率）を変化させることによって、出力電圧Ｖｏｕｔを直流電圧Ｖｉｎより大きな値に制御できる。

分圧回路６は、出力ノード１８の電圧Ｖｏｕｔを抵抗素子６１，６２で分圧する。分圧回路６の分圧比ｋは、抵抗素子６１，６２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２を用いて、Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）で表わされる。分圧回路６は、分圧電圧Ｖｏｕｔ２を制御回路４へ出力する。

制御回路４は、出力電圧Ｖｏｕｔが所望の指令値Ｖｏｕｔ＊に一致するように、変換回路２を制御する。具体的には、制御回路４は、比較器１４と、増幅器１６とを含む。

増幅器１６は、参照電圧Ｖｒｅｆと分圧電圧Ｖｏｕｔ２の偏差を求め、求めた偏差を制御信号として比較器１４へ出力する。参照電圧Ｖｒｅｆは、指令値Ｖｏｕｔ＊および分圧比ｋを用いて、ｋ×Ｖｏｕｔ＊で与えられる。

比較器１４は、増幅器１６からの制御信号と所定の周波数の搬送波信号との比較に基づき、ＮＭＯＳトランジスタ１２をオン・オフするための駆動信号を生成する。搬送波信号には、一般的に三角波信号やのこぎり波信号が用いられる。搬送波信号の周期は、ＮＭＯＳトランジスタ１２のスイッチング周波数に相当する。制御回路４は、出力電圧Ｖｏｕｔの分圧電圧Ｖｏｕｔ２のフィードバックを受けることにより、出力電圧Ｖｏｕｔが指令値Ｖｏｕｔ＊に達したときに変換回路２における昇圧動作を中断させる。

図２は、図１におけるリアクトルＬ１の外観を示す斜視図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線上に沿ったリアクトルＬ１を示す断面図である。

図２および図３を参照して、リアクトルＬ１は、コア部５０と、コア部５０の外周に巻き付けられたコイル５２とによって構成される。コア部５０は、磁性体から形成される。また、コイル５２は、銅やアルミニウムなどの電気導体から形成される。コイル５２の一方端子５８は、入力ノード１１（図１）に接続され、コイル５２の他方端子６０は、ダイオードＤ１（図１）に接続される。さらに、コイル５２の一方端子５８および他方端子６０の間には、後述する温度保護装置３０（図１）が接続される。

リアクトルＬ１は、金属ケース５４に収容される。金属ケース５４の材料は特に制限されず、例えば、アルミニウムなどを用いることができる。金属ケース５４には、コア部５０全体を覆うように放熱樹脂５６がポッティングされている。放熱樹脂５６は、コア部５０、コイル５２を配置した金属ケース５４の内部に低粘度の樹脂を注入し、次工程でその樹脂を熱硬化させることによって形成される。

このような構成とすることにより、コア部５０およびコイル５２で発生した熱は放熱樹脂５６を放熱経路として金属ケース５４へ放熱される。ただし、リアクトルＬ１の放熱性は放熱樹脂５６の使用量などによって左右されるため、様々なＤＣ／ＤＣコンバータ１０の使用環境に耐えるためには、リアクトルＬ１の温度管理が必要となる。

再び図１を参照して、リアクトルＬ１の温度管理を行なうための構成として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、リアクトルＬ１の温度保護装置３０をさらに備える。温度保護装置３０は、リアクトルＬ１の２つの端子５８，６０間に接続され、リアクトルＬ１の温度Ｔを推定する。そして、温度保護装置３０は、リアクトルＬ１の推定温度Ｔに応じて変換回路２における昇圧動作を制御するための制御指令を生成する。制御回路４は、温度保護装置３０から与えられる制御指令に従って変換回路２を制御する。このようにして、リアクトルＬ１の推定温度Ｔに応じて、リアクトルＬ１に供給される電流が調整される。その結果、リアクトルＬ１が過熱されるのを防止できる。

図４は、図１における温度保護装置３０の制御構造を示すブロック図である。
図４を参照して、温度保護装置３０は、電圧検出部３２と、電流検出部３４と、演算部３６と、初期設定部３８と、判定部４０と、電流センサ４２と、電圧センサ４４とを含む。

電圧検出部３２は、リアクトルＬ１の端子間に接続された電圧センサ４４を用いて、リアクトルＬ１の端子間の電圧Ｖを検出する。電流検出部３４は、入力ノード１１およびリアクトルＬ１を結ぶ電力線に介挿接続された電流センサ４２を用いて、リアクトルＬ１に流れる電流Ｉを検出する。電圧検出部３２および電流検出部３４によって検出されたリアクトルＬ１の電圧Ｖおよび電流Ｉは、演算部３６に与えられる。

なお、図１および図４では、電圧検出部３２および電流検出部３４はそれぞれ、電圧センサ４４および電流センサ４２を用いてリアクトルＬ１の電圧Ｖおよび電流Ｉを検知する構成としたが、周知の様々な方法でリアクトルＬ１の電圧Ｖおよび電流Ｉを検知することが可能である。

電圧検出部３２および電流検出部３４は、演算部３６、初期設定部３８および判定部４０とともに図示しないプリント基板などに実装される。なお、図４に示した各機能ブロックについては、温度保護装置３０の内部に、当該機能に相当する回路（ハードウェア）を構成してもよいし、予め設定された制御プログラムに従って温度保護装置３０がソフトウェア処理を実行する構成としてもよい。

初期設定部３８は、温度保護装置３０の初期設定を記憶しておくための記憶領域（図示せず）を含む。この初期設定では、リアクトルＬ１の温度推定に用いられる、リアクトルＬ１のインピーダンスの初期値Ｚｉ（以下、「初期インピーダンス」とも称する）が設定される。この初期インピーダンスＺｉは、リアクトルＬ１の温度Ｔが基準温度ＴｓｔｄとなるときのリアクトルＬ１のインピーダンスＺに相当する。

初期インピーダンスＺｉは、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の製品出荷時において取得され、初期設定部３８に記憶される。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を停止させてリアクトルＬ１を予め定められた基準温度Ｔｓｔｄに保った状態で、電圧検出部３２および電流検出部３４によりリアクトルＬ１の電圧Ｖ１および電流Ｉを検出する。そして、電圧Ｖおよび電流Ｉの検出値を用いてリアクトルＬ１のインピーダンスＺを算出する。算出されたインピーダンスＺは、初期インピーダンスＺｉとして、基準温度Ｔｓｔｄと対応付けて初期設定部３８に格納される。

演算部３６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作中、電圧検出部３２および電流検出部３４から与えられる検出値（電圧Ｖおよび電流Ｉ）に基づいてリアクトルＬ１の温度Ｔを推定する。具体的には、演算部３６は、電圧Ｖおよび電流Ｉの検出値を用いてリアクトルＬ１のインピーダンスＺを演算する。そして、演算されたリアクトルＬ１のインピーダンスＺと、初期設定部３８に予め格納される初期インピーダンスＺｉとに基づいて、リアクトルＬ１の推定温度Ｔを算出する。

演算部３６によるリアクトルＬ１の推定温度Ｔの算出は、例えば、以下のように行なわれる。リアクトルＬ１のインピーダンスＺは、抵抗成分をＲとし、誘導リアクタンス成分をＸ_Ｌとすると、
Ｚ＝Ｒ＋Ｘ_Ｌ ・・・（１）
と表わされる。演算部３６は、リアクトルＬ１の電圧Ｖおよび電流Ｉを取得すると、リアクトルＬ１の電圧Ｖと電流Ｉとの位相差がπ／２［ｒａｄ］であることを用いて、抵抗成分Ｒおよび誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌの大きさをベクトル演算により算出する。

一方、初期インピーダンスＺｉは、上述したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が停止しているため、誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌ＝０となる。よって、初期インピーダンスＺｉは、抵抗成分をＲｉとすると、
Ｚｉ＝Ｒｉ ・・・（２）
で与えられる。

ここで、リアクトルＬ１において、抵抗成分Ｒは、正の温度特性を持ち、温度上昇に応じて増大する。演算部３６は、抵抗成分Ｒの温度特性を区間で分割し、区間ごとに抵抗成分Ｒと温度との関係を予め線形近似する。演算部３６は、線形近似した関係に、初期インピーダンスＺｉ（＝Ｒｉ）とインピーダンスＺの抵抗成分Ｒとを当てはめることにより、推定温度Ｔを算出する。

演算部３６は、算出した推定温度Ｔを判定部４０へ出力する。判定部４０は、推定温度Ｔと所定の判定値とを比較し、その比較結果に応じて制御指令を生成する。具体的には、判定部４０は、複数の判定値を予め有しており、判定値の各々と推定温度Ｔとを比較する。例えば、判定部４０が２つの判定値Ｔ１，Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２とする）を有する場合、判定部４０は、最初に判定値Ｔ１と推定温度Ｔとを比較する。そして、推定温度Ｔ１が判定値Ｔ１以上であると判定されたとき、判定部４０はさらに、判定値Ｔ１よりも大きい判定値Ｔ２と推定温度Ｔとを比較する。

上記の２つの比較動作によって推定温度Ｔが判定値Ｔ１以上判定値Ｔ２未満であると判定された場合、判定部４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を制限する。具体的には、判定部４０は、変換回路２内部のＮＭＯＳトランジスタ１２の通流率を下げるための制御指令を生成する。制御回路４は、判定部４０からの制御指令に従って、比較器１４から出力される駆動信号におけるオン期間を短くする。

一方、推定温度Ｔが判定値Ｔ２以上であると判定された場合、判定部４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を停止する。具体的には、判定部４０は、ＮＭＯＳトランジスタ１２をオフするための制御指令を生成する。制御回路４は、判定部４０からの制御指令に従って比較器１４から出力される駆動信号を非活性状態に固定する。

なお、推定温度Ｔが判定値Ｔ１未満であると判定された場合には、判定部４０は、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力制限および出力停止を行なわない。したがって、変換回路２は、指令値Ｖｏｕｔ＊に基づいた昇圧動作を実行する。

ここで、判定部４０における比較動作において、判定値Ｔ１，Ｔ２は、リアクトルＬ１の特性値が大幅に変化する領域であるか否かを判別するための閾値である。例えば、判定値Ｔ１，Ｔ２は、これ以上のリアクトルＬ１の温度上昇が進行するとインダクタンス値等の特性値が大きく変化する虞があるような、スペック上の耐熱限界温度に対してマージンを有するように設定される。これにより、リアクトルＬ１が耐熱限界温度を超えないように、変換回路２における昇圧動作が制御される。すなわち、リアクトルＬ１の推定温度Ｔが判定値Ｔ１に達すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を制限することによってリアクトルＬ１の温度上昇が抑制される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力制限にも拘わらず、推定温度Ｔが判定値Ｔ２に達した場合にのみＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が停止される。

このように判定値を複数個設け、多段階の判定を経てＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を停止させる構成としたことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を突然に停止させる場合と比較して、ユーザに与えるストレスを軽減することができる。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が車両などを駆動するための駆動系システムに適用される場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が突然に停止することで駆動力が急激に変化し、車両のユーザに違和感を与えてしまう可能性がある。これに対して、本実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、出力が制限された状態で出力が停止されることになるため、上記のような違和感をユーザに与えるのを防ぐことができる。これら一連の処理は、次のような処理フローにまとめることができる。

図５は、この発明の実施の形態１による温度保護装置における磁気装置の温度管理を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。

図５を参照して、まず、温度保護装置３０は、ステップＳ０１により、磁気装置であるリアクトルＬ１の初期インピーダンスＺｉを設定して初期設定部３８に記憶する。このステップＳ０１の動作は、例えば、電力装置であるＤＣ／ＤＣコンバータ１０の製品出荷時において実行される。具体的には、リアクトルＬ１を基準温度Ｔｓｔｄに保った状態での電圧Ｖおよび電流Ｉに基づいてリアクトルＬ１のインピーダンスＺを算出し、その算出したインピーダンスＺを初期インピーダンスＺｉとして、基準温度Ｔｓｔｄと対応付けて初期設定部３８に格納する。

図５のフローチャート中のステップＳ０２〜Ｓ０９については、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の製品出荷後の使用段階において、所定周期または所定の条件が成立したことに応答して実行されることによって実現される。例えば、温度保護装置３０に予め格納されたプログラムが所定周期もしくは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

ステップＳ０２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を搭載したシステムの制御装置により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御回路４に対してＤＣ／ＤＣコンバータ１０を起動するための起動指令が与えられる。この起動指令に応答してＤＣ／ＤＣコンバータ１０が起動し、変換回路２における昇圧動作が開始されると、温度保護装置３０は、ステップＳ０３により、電圧検出部３２および電流検出部３４によりリアクトルＬ１の電圧Ｖおよび電流Ｉを検出する。

ステップＳ０４では、温度保護装置３０は、演算部３８により、電圧Ｖおよび電流Ｉの検出値を用いてリアクトルＬ１のインピーダンスＺを演算する。そして、ステップＳ０５により、演算されたリアクトルＬ１のインピーダンスＺと、初期設定部３８に予め格納される初期インピーダンスＺｉとに基づいて、リアクトルＬ１の推定温度Ｔを算出する。

温度保護装置３０は、ステップＳ０５により算出されたリアクトルＬ１の推定温度Ｔに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１０における昇圧動作を制御する。具体的には、まずステップＳ０６により、温度保護装置３０は、予め有している複数の判定値Ｔ１，Ｔ２のうちの小さいほうの判定値Ｔ１と推定温度Ｔとを比較する。推定温度Ｔが判定値Ｔ１未満であるとき（ステップＳ０６においてＮＯ）、温度保護装置３０は、処理をステップＳ０３に戻す。

一方、推定温度Ｔが判定値Ｔ１以上であるとき（ステップＳ０６においてＹＥＳ）、温度保護装置３０は、ステップＳ０７により、大きいほうの判定値Ｔ２と推定温度Ｔとを比較する。推定温度Ｔが判定値Ｔ２未満であるとき（ステップＳ０７においてＮＯ）、すなわち、推定温度Ｔが判定値Ｔ１以上判定値Ｔ２未満であるとき、温度保護装置３０は、ステップＳ０９により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を制限する。具体的には、温度保護装置３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御回路４に対して、ＮＭＯＳトランジスタ１２（図１）の通流率を下げるための制御指令を出力する。さらに温度保護装置３０は、処理をステップＳ０３に戻す。

これに対して、推定温度Ｔが判定値Ｔ２以上であるときには（ステップＳ０７においてＹＥＳ）、温度保護装置３０は、ステップＳ０８により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を停止する。具体的には、温度保護装置３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御回路４に対して、ＮＭＯＳトランジスタ１２をオフするための制御指令を出力する。以上に述べたステップＳ０６〜Ｓ０９の処理は、図４に示した判定部４０の機能に対応する。

このように、実施の形態１による磁気装置の温度保護装置によれば、磁気装置のインピーダンスに基づいて磁気装置の温度を推定するため、磁気装置の温度を検出するための温度センサが不要となる。そのため、温度センサの取り付け誤差等によって磁気装置の推定温度に誤差が生じることがない。そして、磁気装置の温度を正確に推定できることにより、磁気装置の性能を最大限に活用することが可能となる。これにより、磁気装置を小型化できるとともに、磁気装置を冷却するための冷却器の構成を簡素化できる。また、磁気装置を収容する筺体内部に充填させる放熱樹脂の使用量を必要最小限まで減らすことができるため、磁気装置の小型化および低コスト化に有効に寄与する。

さらに、磁気装置の信頼性が向上することで、電力装置の信頼性も向上する。
また、温度センサの設置が不要となったことにより、温度センサを取り付け工程およびセンサの検知精度の管理が不要となり、電力装置の製造コストおよびランニングコストを削減できる。

また、例えば電力装置が車両に搭載される場合、電力装置内部の電子部品や磁気装置などの構成部品を冷却するための冷媒の温度が、車両の走行モード、季節および天候などの使用環境によって大きく変動するため、磁気装置の温度も電力装置の使用環境に大きく左右される。このため、電力装置においては、使用環境のうちの最悪の環境を想定して構成部品の熱設計が行なわれる。しかしながら、使用環境の想定範囲を広げすぎた場合、磁気装置の仕様が実際の使用環境に対してオーバースペックとなり、無駄に装置を大型化および高コスト化させてしまう。これに対して、本実施の形態１では、磁気装置の温度を精度良くモニタできるため、実際の使用環境に対して適正な仕様で磁気装置の熱設計を行なうことが可能となる。その結果、磁気装置の小型化および低コスト化を実現できる。

さらに、本実施の形態１によれば、温度保護装置によって磁気装置の温度をモニタすることで磁気装置が熱暴走するのを防止できるため、磁気装置の熱設計における拘束条件を緩和することができる。例えば、図２および図３に示したように磁気装置の放熱性のために放熱樹脂を用いる構成では、放熱樹脂内に含まれるボイド（気泡）によって放熱性が低下することから、一般的に、放熱樹脂で磁気装置をポッティングする工程を真空状態で行なう。一方、本実施の形態１では、磁気装置の温度を温度保護装置でモニタできることから、放熱樹脂に多少のボイドが発生するのを容認することができる。そのため、上述したポッティングの工程において、真空状態にするための真空引きが不要となり、製造工程を簡素化できる。その結果、製造設備のコストおよび製造コストを削減できる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による磁気装置の温度保護装置３０Ａの制御構造を示すブロック図である。なお、この発明の実施の形態２による電力装置の概略構成は、温度保護装置３０での制御構造を除いて、図１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

図６を参照して、温度保護装置３０Ａにおける制御構造は、図４に示す温度保護装置３０における制御構造において、電圧検出部３２および電流検出部３４と演算部３６との間にフィルタ４６をさらに設けたものである。

フィルタ４６は、電圧検出部３２および電流検出部３４から出力される信号のノイズを除去する機能を有する。電圧検出部３２により検出されるリアクトルＬ１の電圧Ｖ、および電流検出部３４により検出されるリアクトルＬ１の電流Ｉには、動作環境に応じて様々なノイズ（例えば他の回路のスイッチングノイズ、電源ノイズ等）が含まれる。フィルタ４６は、電圧Ｖおよび電流Ｉの各々からＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作周波数の成分を抽出して演算部３６へ出力する。演算部３６は、フィルタ４６によって抽出された電圧Ｖおよび電流Ｉの動作周波数成分に基づいて、リアクトルＬ１のインピーダンスＺを演算する。そして、演算されたリアクトルＬ１のインピーダンスＺと、初期設定部３８に予め格納される初期インピーダンスＺｉとに基づいて、リアクトルＬ１の推定温度Ｔを算出する。

なお、フィルタ４６については、ソフトウェア処理によって、電圧検出部３２および電流検出部３４による検出値に基づく演算処理を実行するように構成される。例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transformation）または移動平均などの演算処理によって、検出値から動作周波数成分を抽出するように構成される。あるいは、フィルタ４６を、受動素子を用いたアナログ回路で実現してもよい。

このように、実施の形態２による磁気装置の温度保護装置によれば、電圧検出部および電流検出部の検出値（電圧Ｖおよび電流Ｉ）から電力装置の動作周波数成分を抽出したものを用いて磁気装置のインピーダンスを演算するため、ノイズの影響によってインピーダンス値に誤差が生じるのを防止できる。これにより、磁気装置の温度の推定精度が向上するため、温度保護装置の信頼性が高められる。

そして、磁気装置の温度の推定精度が向上したことにより、磁気装置の実使用温度をさらに耐熱限界温度に近付けることが可能となるため、磁気装置の一層の小型化および低コスト化を実現できる。

実施の形態３．
上記の実施の形態１，２では、リアクトルＬ１のインピーダンスＺのうちの抵抗成分Ｒに基づいてリアクトルＬ１の推定温度Ｔを算出する構成について説明したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作周波数が高くなるに従って誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌが支配的になり、抵抗成分Ｒを実質的に無視できる。そのため、高周波動作時には抵抗成分Ｒに基づく温度推定が難しくなる。

そこで、この発明の実施の形態３では、誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌに基づいてリアクトルＬ１の温度を推定する構成について説明する。

図７は、この発明の実施の形態３による磁気装置の温度保護装置３０Ｂの制御構造を示すブロック図である。なお、この発明の実施の形態３による電力装置の概略構成は、温度保護装置３０出の制御構造を除いて、図１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

図７を参照して、温度保護装置３０Ｂによる制御構造は、図４に示す温度保護装置３０における制御構造において、電圧検出部３２および電流検出部３４と演算部３６Ｂとの間にフィルタ４６を設けるとともに、演算部３６、初期設定部３８および判定部４０に代えて、演算部３６Ｂ、初期設定部３８Ｂおよび判定部４０Ｂを設けたものである。

フィルタ４６は、電圧検出部３２および電流検出部３４から出力される信号の各々からＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作周波数の成分を抽出して演算部３６Ｂへ出力する。

演算部３６Ｂは、フィルタ４６によって抽出された電圧Ｖおよび電流Ｉの動作周波数成分に基づいて、リアクトルＬ１のインピーダンスＺを演算する。演算部３６Ｂは、演算したインピーダンスＺを判定部４０Ｂへ出力する。

初期設定部３６Ｂは、温度保護装置３０Ｂの初期設定を記憶しておくための記憶領域（図示せず）を含む。初期設定では、リアクトルＬ１の温度推定に用いられる初期インピーダンスＺｉが設定される。

本実施の形態３では、初期インピーダンスＺｉは、リアクトルＬ１が異常温度上昇したときのリアクトルＬ１のインピーダンスＺに相当する。初期インピーダンスＺｉは、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の製品出荷時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を高温状態で動作させることによって取得されて初期設定部３８Ｂに記憶される。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の使用環境として想定される温度範囲の上限値に保った状態でＤＣ／ＤＣコンバータ１０を動作させることにより、リアクトルＬ１の温度を上昇させる。そして、リアクトルＬ１がスペック上の耐熱限界温度に近い所定の温度（以下、異常温度と称する）に達したときに電圧検出部３２および電流検出部３４により検出される電圧Ｖおよび電流Ｉを用いて、リアクトルＬ１のインピーダンスＺを算出する。算出されたインピーダンスＺは、初期インピーダンスＺｉとして、異常温度と対応付けて初期設定部３８Ｂに格納される。

ここで、初期インピーダンスＺｉとして異常温度時のインピーダンスＺを取得する方法としては、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を、想定される温度範囲の上限値に設定した恒温槽内に入れて、リアクトルＬ１のインピーダンスＺを測定する方法がある。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を実際の動作条件で動作させることが望ましい。実際にＤＣ／ＤＣコンバータ１０で発生する動作周波数以外の高周波成分などの影響を、初期インピーダンスＺｉに反映させるためである。これにより、異常温度時のインピーダンスＺを正確に取得することができる。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の想定温度範囲の上限値が、金属ケース５４に充填した放熱樹脂５６（図２および図３）を熱硬化させる工程の処理温度に近い場合には、放熱樹脂５６を熱硬化させる工程とリアクトルＬ１のインピーダンスＺの取得とを同時に行なうことで生産性を上げることができる。

判定部４０Ｂは、演算部３０Ｂから与えられるインピーダンスＺと、初期設定部３８Ｂから読み出した初期インピーダンスＺｉとを比較し、その比較結果に基づいてリアクトルＬ１の温度Ｔを推定する。具体的には、判定部４０Ｂは、算出したインピーダンスＺのうちの誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌと、初期インピーダンスＺｉのうちの誘導リアクタンス成分（以下、「初期誘導リアクタンス成分」と称する）Ｘ_Ｌｉとを比較する。誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌが初期誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌｉ以上であるとき、判定部４０Ｂは、リアクトルＬ１の温度Ｔが異常温度以上であると推定する。

このように、本実施の形態３では、算出された誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌと初期誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌｉとを比較することにより、リアクトルＬ１の温度Ｔが異常温度以上であるか否かを推定する。これは、リアクトルをはじめとする磁気装置においては、誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌの温度特性を、抵抗成分Ｒの温度特性のように、線形近似することが難しいことによる。

ただし、温度保護装置３０Ｂの初期設定時に初期インピーダンスＺｉ（初期誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌｉ）を複数個設定しておくことにより、リアクトルＬ１の温度Ｔをより正確に推定することが可能となる。特に、異常温度付近の複数の温度に対応させて複数の初期インピーダンスＺｉを設定しておく構成とすれば、リアクトルＬ１の異常温度上昇を正確に検出することができる。さらに、後述するように、複数の初期インピーダンスＺｉの各々とインピーダンスＺとを比較した結果に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を段階的に制限する構成とすれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を突然に停止させる構成と比較して、ユーザに与えるストレスを軽減できる。

図８は、この発明の実施の形態３による温度保護装置における磁気装置の温度管理を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。

図８を参照して、まず、温度保護装置３０Ｂは、ステップＳ１１により、電力装置であるＤＣ／ＤＣコンバータ１０を高温状態で動作させる。ステップＳ１２では、温度保護装置３０Ｂは、リアクトルＬ１が異常温度に達したときの電圧Ｖおよび電流Ｉの検出値を用いて、リアクトルＬ１のインピーダンスＺを算出する。温度保護装置３０Ｂは、その算出したインピーダンスＺを初期インピーダンスＺｉとして、異常温度と対応付けて初期設定部３８Ｂに格納する。

以下では、一例として、２つの異常温度Ｔ１，Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）に対応付けて２つの初期インピーダンスＺｉ１，Ｚｉ２（Ｚｉ２＞Ｚｉ１）が初期設定部３８Ｂに格納される場合を想定する。Ｘ_Ｌｉ１は、初期インピーダンスＺｉ１の誘導リアクタンス成分を示し、Ｘ_Ｌｉ２は初期インピーダンスＺｉ２の誘導リアクタンス成分を示すものとする。

図８のフローチャート中のステップＳ１３〜Ｓ１９については、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の製品出荷後の使用段階において、所定周期または所定の条件が成立したことに応答して実行されることによって実現される。例えば、温度保護装置３０Ｂに予め格納されたプログラムが所定周期もしくは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

ステップＳ１３では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を搭載したシステムの制御装置により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御回路４に対してＤＣ／ＤＣコンバータ１０を起動するための起動指令が与えられる。この起動指令に応答してＤＣ／ＤＣコンバータ１０が起動し、変換回路２における昇圧動作が開始されると、温度保護装置３０Ｂは、ステップＳ１４により、電圧検出部３２および電流検出部３４によりリアクトルＬ１の電圧Ｖおよび電流Ｉを検出する。検出された電圧Ｉおよび電流Ｉは、フィルタ４６でＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作周波数の成分が抽出された後、演算部３６Ｂへ与えられる。

ステップＳ１５では、温度保護装置３０Ｂは、演算部３６Ｂにより、電圧Ｖおよび電流Ｉの検出値を用いてリアクトルＬ１のインピーダンスＺを演算する。温度保護装置３０Ｂは、演算されたインピーダンスＺのうちの誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌに基づいて、リアクトルＬ１の温度Ｔを推定する。そして、温度保護装置３０Ｂは、推定温度Ｔに応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０における昇圧動作を制御する。

具体的には、まずステップＳ１６により、温度保護装置３０Ｂは、複数の初期インピーダンスＺｉ１，Ｚｉ２のうちの小さいほうの初期誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌｉ１とインピーダンスＺの誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌとを比較する。誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌが初期誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌｉ１未満であるとき（ステップＳ１６においてＮＯ）、温度保護装置３０Ｂは、リアクトルＬ１の温度Ｔが異常温度Ｔ１未満であると推定する。そして、温度保護装置３０Ｂは、処理をステップＳ１４に戻す。

一方、誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌが初期誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌｉ１以上であるとき（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、温度保護装置３０Ｂは、ステップＳ１７により、大きいほうの初期誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌｉ２と誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌとを比較する。誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌが初期誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌｉ２未満であるとき（ステップＳ１７においてＮＯ）、すなわち、誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌが初期誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌｉ１以上Ｘ_Ｌｉ２未満であるとき、温度保護装置３０Ｂは、リアクトルＬ１の温度Ｔが異常温度Ｔ１以上異常温度Ｔ２未満であると推定する。この場合、温度保護装置３０Ｂは、ステップＳ１９により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を制限する。具体的には、温度保護装置３０Ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御回路４に対して、ＮＭＯＳトランジスタ１２（図１）の通流率を下げるための制御指令を出力する。さらに温度保護装置３０Ｂは、処理をステップＳ１４に戻す。

これに対して、誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌが初期誘導リアクタンス成分Ｘ_Ｌｉ２以上であるときには（ステップＳ１７においてＹＥＳ）、温度保護装置３０Ｂは、リアクトルＬ１の温度Ｔが異常温度Ｔ２以上であると推定する。この場合、温度保護装置３０Ｂは、ステップＳ１８により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を停止する。具体的には、温度保護装置３０Ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御回路４に対して、ＮＭＯＳトランジスタ１２をオフするための制御指令を出力する。以上に述べたステップＳ１６〜Ｓ１９の処理は、図７に示した判定部４０Ｂの機能に対応する。

このように、実施の形態３による磁気装置の温度保護装置によれば、動作周波数が高い電力装置においても、磁気装置の温度を正確に推定することができる。これにより、磁気装置の実使用温度をさらに限界温度に近付けることが可能となるため、磁気装置の一層の小型化および低コスト化を実現できる。

また、磁気装置が異常温度上昇したときのインピーダンスを初期インピーダンスとして初期設定部に予め記憶しておくことにより、演算部の処理負荷を軽減できる。これにより、演算部を構成するマイクロコンピュータなどの電子回路を安価なものとすることができる。

実施の形態４．
上記の実施の形態１〜３による磁気装置の温度保護装置では、電力装置であるＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作中にリアクトルＬ１のインピーダンスＺを演算する構成について説明したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が搭載されるシステムの動作に支障がなければ、リアクトルＬ１の抵抗成分Ｒを直接的に演算するためにＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作を一時停止させるようにしてもよい。

この発明の実施の形態４では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を一時停止させてリアクトルＬ１の抵抗成分Ｒを演算する構成について説明する。なお、この発明の実施の形態４によるＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ｃにおいて昇圧動作を行なう構成は、図１と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０Ｃの概略構成についても、温度保護装置３０Ｃでの制御構造を除いて、図１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

図９は、この発明の実施の形態４による温度保護装置３０Ｃにおける制御構造を示すブロック図である。

図９を参照して、温度保護装置３０Ｃにおける制御構造は、図４に示す温度保護装置３０における制御構造において、演算部３６および初期設定部３８に代えて演算部３６Ｃおよび初期設定部３８Ｃを設けるとともに、直流電源５０およびスイッチ４８をさらに設けたものである。

直流電源５０およびスイッチ４８は、リアクトルＬ１の一方端子と他方端子との間に直列に接続される。直流電源５０は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素などの二次電池が適用される。スイッチ４８は、演算部３６Ｃから与えられる制御信号ＳＴに応答して、オン・オフされる。

具体的には、演算部３６Ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作中、所定周期または所定の条件が成立したことに応答して、一定時間活性化された制御信号ＳＴを出力する。スイッチ４８は、活性化された制御信号ＳＴを受けて一定時間オンされる。スイッチ４８がオンすることにより、スイッチ４８、リアクトルＬ１および直流電源５０からなる閉回路が形成される。

一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０においては、制御回路４（図１）が活性化された制御信号ＳＴを受けると、比較器１４から出力される駆動信号を一定時間非活性状態に固定する。駆動信号を受けてＮＭＯＳトランジスタ１２がオフすることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が一定時間停止する。

温度保護装置３０Ｃは、この一定時間を用いてリアクトルＬ１の抵抗成分Ｒを演算する。そして、演算された抵抗成分Ｒに基づいてリアクトルＬ１の温度Ｔを推定する。温度保護装置３０Ｃは、一定時間が経過してＤＣ／ＤＣコンバータ１０が再び起動すると、推定温度Ｔに応じて、変換回路２における昇圧動作を制御するための制御指令を生成する。

具体的には、スイッチ４８がオンすることによってスイッチ４８、リアクトルＬ１および直流電源５０からなる閉回路が形成されると、リアクトルＬ１には直流電流が流れる。電圧検出部３２は、電圧センサ４４を用いてリアクトルＬ１の端子間の電圧Ｖを検出する。電流検出部３４は、電流センサ４２を用いてリアクトルＬ１に流れる電流Ｉを検出する。

初期設定部３８Ｃは、温度保護装置３０Ｃの初期設定を記憶しておくための記憶領域（図示せず）を含む。初期設定では、リアクトルＬ１の温度推定に用いられる初期抵抗Ｒｉが設定される。

本実施の形態４では、初期抵抗Ｒｉは、リアクトルＬ１の温度が基準温度ＴｓｔｄとなるときのリアクトルＬ１のインピーダンスＺの抵抗成分Ｒに相当する。初期抵抗Ｒｉは、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の製品出荷時において取得され、初期設定部３８Ｃに記憶される。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を停止させてリアクトルＬ１を予め定められた基準温度Ｔｓｔｄに保った状態で、制御信号ＳＴによりスイッチ４８をオンする。このときのリアクトルＬ１の電圧Ｖおよび電流Ｉを電圧検出部３２および電流検出部３４により検出する。そして、電圧Ｖおよび電流Ｉの検出値を用いてリアクトルＬ１の抵抗成分Ｒを算出する。算出された抵抗成分Ｒは、初期抵抗Ｒｉとして、基準温度Ｔｓｔｄと対応付けて初期設定部３８Ｃに格納される。

演算部３６Ｃは、一定時間内に電圧検出部３２および電流検出部３４から与えられる検出値（電圧Ｖおよび電流Ｉ）に基づいてリアクトルＬ１の温度Ｔを推定する。具体的には、演算部３６Ｃは、電圧Ｖおよび電流Ｉの検出値を用いてリアクトルＬ１の抵抗成分Ｒを演算する。抵抗成分Ｒは、
Ｒ＝Ｖ／Ｉ ・・・（３）
で与えられる。演算部３６Ｃは、演算されたリアクトルＬ１の抵抗成分Ｒと、初期設定部３８に予め格納される初期抵抗Ｒｉとに基づいて、リアクトルＬ１の推定温度Ｔを算出する。例えば、演算部３６Ｃは、抵抗成分Ｒの温度特性を区間で分割し、区間ごとに抵抗成分Ｒと温度との関係を予め線形近似する。そして、演算部３６Ｃは、線形近似した関係に、初期抵抗Ｒｉと抵抗成分Ｒとを当てはめることにより、推定温度Ｔを算出する。

演算部３６Ｃは、算出した推定温度Ｔを判定部４０へ出力する。判定部４０は、推定温度Ｔと複数の判定値の各々とを比較し、その比較結果に応じて制御指令を生成する。

図１０は、この発明の実施の形態４による温度保護装置３０Ｃにおける磁気装置の温度管理を実現するための制御処理手順を示したフローチャートである。

図１０を参照して、まず、温度保護装置３０Ｃは、ステップＳ２１により、磁気装置であるリアクトルＬ１の初期抵抗Ｒｉを設定して初期設定部３８Ｃに記憶する。このステップＳ２１の動作は、例えば、電力装置であるＤＣ／ＤＣコンバータ１０の製品出荷時において実行される。具体的には、リアクトルＬ１を基準温度Ｔｓｔｄに保った状態でスイッチ４８をオンしたときのリアクトルＬ１の電圧Ｖおよび電流Ｉに基づいてリアクトルＬ１の抵抗成分Ｒを算出する。その算出した抵抗成分Ｒを初期抵抗Ｒｉとして、基準温度Ｔｓｔｄと対応付けて初期設定部３８に格納する。

図１０のフローチャート中のステップＳ２２〜Ｓ３１については、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の製品出荷後の使用段階において、所定周期または所定の条件が成立したことに応答して実行されることによって実現される。例えば、温度保護装置３０Ｃに予め格納されたプログラムが所定周期もしくは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

ステップＳ２２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を搭載したシステムの制御装置により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御回路４に対してＤＣ／ＤＣコンバータ１０を起動するための起動指令が与えられる。この起動指令に応答してＤＣ／ＤＣコンバータ１０が起動し、変換回路２における昇圧動作が開始される。

温度保護装置３０Ｃは、ステップＳ２３により、制御信号ＳＴを一定時間活性化させる。この制御信号ＳＴを受けて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力が一定時間停止する。

さらにステップＳ２４では、スイッチ４８が一定時間オンすることにより、スイッチ４８、リアクトルＬ１および直流電源５０からなる閉回路が形成される。これにより、リアクトルＬ１は直流通電される。ステップＳ２５では、電圧検出部３２および電流検出部３４によりリアクトルＬ１の電圧Ｖおよび電流Ｉを検出する。

ステップＳ２６では、温度保護装置３０Ｃは、演算部３６Ｃにより、電圧Ｖおよび電流Ｉの検出値を用いてリアクトルＬ１の抵抗成分Ｒを演算する。そして、ステップＳ２７により、演算されたリアクトルＬ１の抵抗成分Ｒと、初期設定部３８Ｃに予め格納される初期抵抗Ｒｉとに基づいて、リアクトルＬ１の推定温度Ｔを算出する。

温度保護装置３０Ｃは、ステップＳ２７により算出されたリアクトルＬ１の推定温度Ｔに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１０における昇圧動作を制御する。具体的には、まずステップＳ２８により、温度保護装置３０Ｃは、予め有している複数の判定値Ｔ１，Ｔ２のうちの小さいほうの判定値Ｔ１と推定温度Ｔとを比較する。推定温度Ｔが判定値Ｔ１未満であるとき（ステップＳ２８においてＮＯ）、温度保護装置３０Ｃは、処理をステップＳ２３に戻す。

一方、推定温度Ｔが判定値Ｔ１以上であるとき（ステップＳ２８においてＹＥＳ）、温度保護装置３０Ｃは、ステップＳ２９により、大きいほうの判定値Ｔ２と推定温度Ｔとを比較する。推定温度Ｔが判定値Ｔ２未満であるとき（ステップＳ２９においてＮＯ）、すなわち、推定温度Ｔが判定値Ｔ１以上判定値Ｔ２未満であるとき、温度保護装置３０Ｃは、ステップＳ３１により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を制限する。具体的には、温度保護装置３０Ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御回路４に対して、ＮＭＯＳトランジスタ１２（図１）の通流率を下げるための制御指令を出力する。さらに温度保護装置３０Ｃは、処理をステップＳ２３に戻す。

これに対して、推定温度Ｔが判定値Ｔ２以上であるときには（ステップＳ２９においてＹＥＳ）、温度保護装置３０Ｃは、ステップＳ３０により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力を停止する。具体的には、温度保護装置３０Ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の制御回路４に対して、ＮＭＯＳトランジスタ１２をオフするための制御指令を出力する。以上に述べたステップＳ２８〜Ｓ３１の処理は、図９に示した判定部４０の機能に対応する。

このように、実施の形態４による磁気装置の温度保護装置によれば、磁気装置に直流電圧を印加したときの直流電流を用いて磁気装置の抵抗成分を直接的に演算する構成としたことにより、上記の実施の形態１で示した磁気装置のインピーダンスを演算する構成と比較して、電圧検出部および電流検出部の構成を簡素化できる。また、演算部では、処理負荷が軽減されるとともに、磁気装置の抵抗成分をより正確に求めることができる。

なお、コイルに一般的に用いられる銅やアルミニウムなどの電気導体は、電気抵抗率と温度との関係を、広い温度範囲にわたって線形近似することができる。そのため、例えば車載用の電力装置のように、想定される温度範囲が広い場合であっても、正確に磁気装置の温度を推定することができる。

ここで、本実施の形態４によれば、温度保護装置が磁気装置の抵抗成分を取得するために電力装置を一定時間停止させる必要がある。そのため、一定時間停止させても動作に支障が生じないような電力装置に対して、本実施の形態４による温度保護装置を適用することが可能である。例えば、充電器のように、一時的に動作を停止させてもユーザに違和感を与えず、かつ充電動作に支障のないものであれば、本実施の形態４は有効である。

特に、大出力の電力装置においては、搭載される磁気装置は比較的大型であり、熱容量も大きい。このような磁気装置は、放熱樹脂でポッティングすることで熱容量がさらに大きくなるため、磁気装置の温度を測定する時間間隔を比較的大きく取ることができる。例えば、５分ごとに１秒間の測定時間を設けた場合であっても、８時間充電した際に充電器が停止される時間はたかだか１．５分程度であり、充電量に大きな問題が生じない。なお、このような充電器の一例としては、車両外部からの充電が可能な電動車両に搭載される充電器が挙げられる。充電動作中に磁気装置の温度を検出するための一時的に充電器を停止させても、車両のユーザには違和感を与えることがない。

これに対して、実施の形態４による温度保護装置を、車両の駆動システムに搭載される電力装置に適用する場合には、磁気装置の温度を測定するタイミングを車両の停止中もしくは減速中に限定することで、車両のユーザの違和感を抑えることができる。なお、電動車両は、通常、減速時には電力装置を用いて走行用モータの回生動作を行なうように構成されるため、磁気装置の温度測定のために回生動作を一時停止させることになる。しかしながら、磁気装置の小型化・軽量化および高効率化という大きなメリットがある。

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。

１，５０ 直流電源、２ 変換回路、４ 制御回路、６ 分圧回路、１０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１ 入力ノード、１２ ＮＭＯＳトランジスタ、１４ 比較器、１６ 増幅器、１８ 出力ノード、２０ 負荷、３０，３０Ａ〜３０Ｃ 温度保護装置、３２ 電圧検出部、３４ 電流検出部、３６，３６Ｂ，３６Ｃ 演算部、３８，３８Ｂ，３８Ｃ 初期設定部、４０，４０Ｂ 判定部、４２ 電流センサ、４４ 電圧センサ、４６ フィルタ、４８ スイッチ、５０ コア部、５２ コイル、５４ 金属ケース、５６ 放熱樹脂、５８，６０ 端子。

Claims (10)

1. コアにコイルを巻回して成る磁気装置の温度保護装置であって、
   前記コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記コイルの端子間電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電流検出部および前記電圧検出部の検出値に基づいて前記磁気装置のインピーダンスを演算するとともに、前記インピーダンスと前記磁気装置の温度との予め求められた関係を用いて、前記演算されたインピーダンスに基づいて前記磁気装置の温度を推定する演算部と、
   前記磁気装置の推定温度に応じて前記磁気装置が搭載される電力装置の出力を制御する判定部とを備える、磁気装置の温度保護装置。
2. 前記判定部は、複数の判定値を有し、前記磁気装置の推定温度と前記複数の判定値の各々とを比較した結果に応じて前記電力装置の出力を制御する、請求項１に記載の磁気装置の温度保護装置。
3. 前記判定部は、前記磁気装置の推定温度が第１の判定値を超えたときに前記電力装置の出力を低下させる一方で、前記磁気装置の推定温度が前記第１の判定値よりも高い第２の判定値以上となったときに前記電力装置を停止させる、請求項２に記載の磁気装置の温度保護装置。
4. 前記電流検出部および前記電圧検出部の検出値から前記電力装置の動作周波数の成分を抽出して前記演算部へ出力するフィルタをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気装置の温度保護装置。
5. 基準温度において前記演算部により演算された前記磁気装置のインピーダンスの抵抗成分を初期値として記憶するための初期設定部をさらに備え、
   前記演算部は、前記初期値および前記演算されたインピーダンスの抵抗成分に基づいて、前記磁気装置の温度を推定する、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気装置の温度保護装置。
6. 前記電力装置の一時停止時間中に前記磁気装置の端子間に直流電圧を印加するように構成された直流電源をさらに備え
   前記演算部は、前記一時停止時間中における前記電流検出部および前記電圧検出部の検出値に基づいて前記磁気装置のインピーダンスの抵抗成分を演算する、請求項５に記載の磁気装置の温度保護装置。
7. 前記電流検出部および前記電圧検出部の検出値から前記電力装置の動作周波数の成分を抽出して前記演算部へ出力するフィルタと、
   異常温度において前記演算部により演算された前記磁気装置のインピーダンスの誘導リアクタンス成分を初期値として記憶するための初期設定部とをさらに備え、
   前記演算部は、前記演算されたインピーダンスの誘導リアクタンス成分と前記初期値とを比較した結果に基づいて前記磁気装置の温度を推定する、請求項１に記載の磁気装置の温度保護装置。
8. 前記初期設定部は、複数の異常温度の各々に対応して演算された前記磁気装置のインピーダンスの誘導リアクタンス成分を複数の初期値として記憶し、
   前記判定部は、前記演算されたインピーダンスの誘導リアクタンス成分と前記複数の初期値の各々とを比較した結果に応じて前記電力装置の出力を制御する、請求項７に記載の磁気装置の温度保護装置。
9. コイルにコアを巻回して成る磁気装置を含む変換回路と、
   前記磁気装置の温度保護装置とを備え、
   前記温度保護装置は、
   前記コイルに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記コイルの端子間電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電流検出部および前記電圧検出部の検出値に基づいて前記磁気装置のインピーダンスを演算するとともに、前記インピーダンスと前記磁気装置の温度との関係を用いて、前記演算されたインピーダンスに基づいて前記磁気装置の温度を推定する演算部と、
   前記演算部により推定された前記磁気装置の温度に応じて、前記変換回路の出力を制御する判定部とを備える、電力装置。
10. 前記電力装置は、充電器である、請求項９に記載の電力装置。

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