JP2020114137A - 車両の暖機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】停車中の暖機要求に対して、通電によりインバータで生じる熱を暖機に用いる場合、必要量に対して回収された熱量が不足することを抑制すること。【解決手段】通電によりインバータ３で生じた熱を冷却水を介して暖機要求のある機器に供給する暖機制御を実行する制御部５を備える車両の暖機制御装置であって、冷却水回路１００は、Ｕ相の半導体素子を冷却する冷却水流路と、Ｖ相の半導体素子を冷却する冷却水流路と、Ｗ相の半導体素子を冷却する冷却水流路と、が並列に形成されたインバータ冷却回路を含み、停車中に暖機要求がある場合、制御部５は、インバータ３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を特定し、相対的に電流が大きい相の半導体素子を冷却するための冷却水流路に流れる冷却水の流量を増やし、かつ相対的に電流が小さい相の半導体素子を冷却するための冷却水流路に流れる冷却水の流量を減らす。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の暖機制御装置に関する。

特許文献１には、暖機するための専用機器を要しないで暖機を行う熱マネジメントシステムが開示されている。特許文献１に記載の構成では、制御装置は、機器の暖機要求を受けると、インバータ、昇圧コンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータの少なくとも一つを通常の動作状態よりも効率を低下させた状態で作動し、損失による発熱量を増やし、この熱を暖機要求がある機器に供給する。

特開２０１０−１１９２８２号公報

ところで、停車中はモータが回転しないため、この状態でインバータに電流を流すと、インバータのＵＶＷ相のうち特定の相に電流が集中することになる。そのため、電流値が冷却限界を超えないように、走行中に比べてインバータの電流を下げる必要がある。この結果、インバータの損失が低減して発生する熱量が少なくなるため、必要量に対して回収された熱量が不足する虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、停車中の暖機要求に対して、通電によりインバータで生じる熱を暖機に用いる場合、必要量に対して回収された熱量が不足することを抑制することができる車両の暖機制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、三相のコイルを有するモータと、複数のスイッチング素子を有し、当該スイッチング素子の動作によって前記モータを駆動するインバータと、前記インバータを冷却する冷却水が前記インバータを経由して循環する冷却水回路と、通電により前記インバータで生じた熱を前記冷却水を介して暖機要求のある機器に供給する暖機制御を実行する制御部と、を備える車両の暖機制御装置であって、前記冷却水回路は、前記インバータのＵ相の半導体素子を冷却する第１冷却水流路と、前記インバータのＶ相の半導体素子を冷却する第２冷却水流路と、前記インバータのＷ相の半導体素子を冷却する第３冷却水流路と、が並列に形成されたインバータ冷却回路を含み、停車中に暖機要求がある場合、前記制御部は、前記インバータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を特定し、相対的に電流が大きい相の半導体素子を冷却するための冷却水流路に流れる前記冷却水の流量を増やし、かつ相対的に電流が小さい相の半導体素子を冷却するための冷却水流路に流れる前記冷却水の流量を減らすことを特徴とする。

また、前記第１冷却水流路には、前記インバータのＵ相の上アーム素子を冷却する冷却器と下アーム素子を冷却する冷却器とが直列に配置され、前記第２冷却水流路には、前記インバータのＶ相の上アーム素子を冷却する冷却器と下アーム素子を冷却する冷却器とが直列に配置され、前記第３冷却水流路には、前記インバータのＷ相の上アーム素子を冷却する冷却器と下アーム素子を冷却する冷却器とが直列に配置され、前記制御部は、停車中に前記暖機制御を実行する際、前記相対的に電流が大きい相の冷却水流路の上流側に配置された前記冷却器に対応する半導体素子の損失が大きくなるように前記インバータの電流位相を設定してもよい。

この構成によれば、冷却水流路の上流側では冷却水の温度が低いために冷却性能が高くなるので、相対的に上流側に配置された冷却器に対応する半導体素子に大きな電流を流すことが可能になる。

本発明では、停車中に暖機要求がある場合、インバータの相ごとに冷却水の流量を変化させることによって、インバータの電流を下げずにインバータで熱を発生させることができる。また、冷却水によってインバータで生じる熱を効率よく回収することができる。そのため、暖機要求に対してインバータの損失が不足することを抑制できる。

図１は、車両に搭載されるシステムの概略構成を模式的に示す図である。 図２は、停止位置と各相の電流との関係を示す図である。 図３は、冷却水の流量の分配を変更する場合を説明するための図である。 図４は、ユニット損失と冷却水の温度との関係を示す図である。 図５は、冷却水の流量を分配した場合を示す図である。 図６は、Ｖ相のインバータ冷却回路を流れる冷却水の流量を多くする分配を行う場合を模式的に示す図である。 図７は、Ｖ相の電流が負で最大となる停止状態を示す図である。 図８は、Ｖ相の電流が負のときに流れる電流の方向と半導体素子とを説明するための図である。 図９は、第２実施形態の冷却水回路を説明するための図である。 図１０は、モータトルクと進角との関係を示す図である。 図１１は、停止位置と各相の電流との関係を示す図である。 図１２は、Ｖ相の電流の流れ方を説明するための図である。 図１３は、第３実施形態の冷却水回路を説明するための図である。 図１４は、電流進角の時間変化を示す図である。 図１５は、停止位置と各相の電流との関係とを示す図である。 図１６は、モータの回転角度の時間変化を示す図である。 図１７は、車両の一例を示す図である。 図１８は、モータトルクと進角との関係を示す図である。 図１９は、進角の時間変化を示す図である。 図２０は、進角と各相の電流との関係を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における車両の暖機制御装置について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、車両に搭載されるシステムの概略構成を模式的に示す図である。図１に示すように、システム１は、電源２と、インバータ３と、モータ４と、制御部５と、冷却水回路１００とを備える。このシステム１では、電源２から出力される直流電力をインバータ３で交流電力に変換し、交流電力をインバータ３からモータ４に供給することによってモータ４が駆動する。制御部５は、インバータ３およびモータ４を制御するものである。制御部５からインバータ３に出力される指令信号によってモータ４の駆動が制御される。さらに、制御部５は、冷却水回路１００を制御する。冷却水回路１００は、インバータ３を冷却するための冷却水が循環する回路である。第１実施形態における車両の暖機制御装置は、少なくともインバータ３とモータ４と制御部５と冷却水回路１００とを含んで構成される。なお、システム１の電気回路には平滑コンデンサＣが設けられている。

インバータ３は、三相の電流をコイルに通電できるように、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路によって構成されている。インバータ回路は、相ごとにスイッチング素子およびダイオードを備え、スイッチング素子がスイッチング動作することによって直流電力を交流電力に変換する。スイッチング動作とは、制御対象となるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦが切り替わることである。スイッチング素子は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）により構成される。

図１に示すように、インバータ３では、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の上下アーム３１，３２，３３を構成する六つのスイッチング部（半導体素子モジュール）によって構成される。各相の上下アーム３１，３２，３３は二つのスイッチング素子と二つのダイオードとを備える。

Ｕ相の上下アーム３１は、スイッチング素子Ｔ１とダイオードＤ１とが並列に接続された上アーム素子３１ａと、スイッチング素子Ｔ２とダイオードＤ２とが並列に接続された下アーム素子３１ｂとによって構成される。上下アーム３１では上アーム素子３１ａと下アーム素子３１ｂとが直列接続されている。Ｕ相の半導体素子は、上アーム素子３１ａとしてスイッチング素子Ｔ１とダイオードＤ１とを含んで構成される第１半導体素子モジュールと、下アーム素子３１ｂとしてスイッチング素子Ｔ２とダイオードＤ２とを含んで構成される第２半導体素子モジュールと、を含む。

Ｖ相の上下アーム３２は、スイッチング素子Ｔ３とダイオードＤ３とが並列に接続された上アーム素子３２ａと、スイッチング素子Ｔ４とダイオードＤ４とが並列に接続された下アーム素子３２ｂとによって構成される。上下アーム３２では上アーム素子３２ａと下アーム素子３２ｂとが直列接続されている。Ｖ相の半導体素子は、上アーム素子３２ａとしてスイッチング素子Ｔ３とダイオードＤ３とを含んで構成される第３半導体素子モジュールと、下アーム素子３２ｂとしてスイッチング素子Ｔ４とダイオードＤ４とを含んで構成される第４半導体素子モジュールと、を含む。

Ｗ相の上下アーム３３は、スイッチング素子Ｔ５とダイオードＤ５とが並列に接続された上アーム素子３３ａと、スイッチング素子Ｔ６とダイオードＤ６とが並列に接続された下アーム素子３３ｂとによって構成される。上下アーム３３では上アーム素子３３ａと下アーム素子３３ｂとが直列接続されている。Ｗ相の半導体素子は、上アーム素子３３ａとしてスイッチング素子Ｔ５とダイオードＤ５とを含んで構成される第５半導体素子モジュールと、下アーム素子３３ｂとしてスイッチング素子Ｔ６とダイオードＤ６とを含んで構成される第６半導体素子モジュールと、を含む。

モータ４は、インバータ３を介して電源２と電気的に接続されており、電源２から供給される電力によって駆動する。モータ４とインバータ３とは三相のコイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル）を介して電気的に接続されている。三相のコイルに電流が流れることによってモータ４が駆動する。なお、モータ４は電動機としてだけではなく発電機としても機能する。

制御部５は、モータ４を駆動制御する電子制御装置（ＥＣＵ）によって構成される。この制御部５は、ＣＰＵと、各種プログラム等のデータが格納された記憶部と、モータ４を駆動制御するための各種の演算を行う演算処理部とを備える。また、制御部５には各種のセンサ（図示せず）からの信号が入力される。例えば、制御部５には、モータ４の回転数を検出するモータ回転数センサからレゾルバ信号が入力される。演算処理部は、そのレゾルバ信号に基づいてモータ４の回転数を演算するなど、モータ制御のための演算処理を行う。そして、演算処理部における演算の結果、インバータ３を制御するための指令信号が制御部５からインバータ３に出力される。この指令信号には、インバータ３を構成する複数のスイッチング素子のうち、スイッチング動作の制御対象となるスイッチング素子を切り替えるための切替指令が含まれる。このように、制御部５はインバータ３を制御することによってモータ４に印加する電圧および電流を制御する。

また、制御部５は、車両の状態に応じて、冷却水回路１００を流れる冷却水の流量を制御する。例えば、車両が停車中、図示しないエアコンディショナ（空気調整装置）によって車室内を暖房するための暖機要求がある場合には、制御部５は、インバータ３の損失によって生じる熱を冷却水回路１００によって回収するとともに、回収した熱を暖機要求のある機器に供給する暖機制御を実行する。

冷却水回路１００は、図示しないウォータポンプによって冷却水が回路内を圧送されるとともに、この冷却水がインバータ３を経由して循環する。また、この冷却水回路１００には、冷却水を空冷するためのラジエータが設けられており、ラジエータによって冷却された低温の冷却水をインバータ３に供給することができる。

そして、冷却水回路１００内でインバータ３を通過して温水となった冷却水は、エアコンディショナが備えるヒータコア（図示せず）に流入するように構成されている。エアコンディショナは、吸込口から取り入れた空気を車室内の吹出口に送ることができ、暖機要求の対象となる機器である。エアコンディショナでは吸込口から吹出口に至る送風路にヒータコアが設けられている。ヒータコアでは空気と冷却水回路１００の冷却水との間で熱交換が行われる。ヒータコアを通過する空気は、ヒータコアに導入された冷却水との熱交換によって暖められる。暖房時（エアコンディショナによる暖機要求がある場合）には、制御部５が暖機制御を実行し、冷却水の熱によって暖められた空気が吹出口に送られて吹出口から車室内に吹き出される。

制御部５は、車両が停車時に暖機要求（暖房要求）がある場合、モータが回転しない状態（モータロック状態）であるか否かを判断する。モータ回転数センサから入力されるレゾルバ信号に基づいて制御部５はモータロック状態を判断することができる。

また、車両が停車中は、インバータ３に通電すると、特定の相に電流が集中する。図２に示す例（モータ４の停止位置）では、Ｖ相に電流が集中しており、このＶ相の電流は冷却限界を超えている。冷却限界とは、モータ４が回転する時に流れるインバータ電流の平均値である。図２に示す例では、Ｖ相の電流は平均値の√２倍である。制御部５は、インバータ３の各相の電流を特定する制御を実施する。例えば、インバータ３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を流れる電流を電流計で測定し、その測定値によって制御部５が電流値を特定することができる。あるいは、制御部５は、モータ４の回転角度から各相の電流値を計算することができる。この場合、モータ回転数センサから入力されるレゾルバ信号を用いて制御部５はインバータ３の各相の電流を推定することができる。

そして、制御部５は、インバータ３の各相の電流の大きさに基づいて、冷却水の流量を調整する流量制御を実行する。上述した図２に示す状態で行う流量調整の一例を図３に示す。なお、制御部５による流量制御を実行しない従来構成では、Ｕ相とＶ相とＷ相に均等（三等分）に冷却水が分配されている。

図３に示すように、インバータ３の電流の大きさに応じて、冷却に必要な冷却水の流量は変化する。インバータ電流が大きくなるに連れて、発熱した半導体素子を冷却するために必要な冷却水の流量は増大する。そのため、図２に示す停車状態の場合、Ｖ相に電流が集中するため、Ｖ相の半導体素子を冷却するために必要な冷却水の流量は、分配変更前よりも増加する。分配変更前とは、三相に均等量の冷却水が分配されていた状態である。また、Ｕ相とＷ相とは電流が低下するので、必要な冷却水の流量が減少する。この図３に示すように、制御部５は流量制御を実行し、インバータ冷却回路１１０（図５に示す）の冷却水の流量について各相の分配を見直す。また、図４に示すように、ユニット損失の最大値は、冷却水の温度（水温）が上昇するに連れて減少する。冷却水の温度がユニットの温度許容値となる場合にユニット損失の最大値はゼロになる。

図５に示すように、制御部５によって冷却水の分配が変更されたインバータ冷却回路１１０では、Ｖ相の半導体素子を冷却するために流れる冷却水の流量が、他の相の半導体素子を冷却するために流れる冷却水の流量よりも多くなる。インバータ冷却回路１１０では、Ｕ相の半導体素子を冷却する冷却水流路（以下「第１冷却水流路」という）１１１と、Ｖ相の半導体素子を冷却する冷却水流路（以下「第２冷却水流路」という）１１２と、Ｗ相の半導体素子を冷却する冷却水流路（以下「第３冷却水流路」という）１１３と、が並列に形成されている。さらに、インバータ冷却回路１１０には、Ｕ相の第１冷却水流路１１１を流れる冷却水の流量を調整する流量分配装置１２１と、Ｖ相の第２冷却水流路１１２を流れる冷却水の流量を調整する流量分配装置１２２と、Ｗ相の第３冷却水流路１１３を流れる冷却水の流量を調整する流量分配装置１２３と、が設けられている。各相の冷却水流路には専用の流量分配装置１２１，１２２，１２３が設けられている。各流量分配装置１２１，１２２，１２３は、例えば流量制御弁によって構成されており、暖機要求時には制御部５によって作動が制御される。上述した図２に示すモータ４の停止位置で暖機要求がある場合、制御部５はＶ相の流量分配装置１２２には流量を増大させ、Ｕ相およびＷ相の流量分配装置１２１，１２３には流量を減少させる。このように、制御部５は、停車中に車室内の暖房を行う場合、相対的に電流が小さい相の冷却水流路に流れる冷却水の割合を減らし、相対的に電流が大きい相の冷却水流路に流れる冷却水の割合を増やすように冷却水の分配流量を制御する。

Ｕ相の第１冷却水流路１１１には、Ｕ相の半導体素子を冷却するための冷却器３１０が配置されている。冷却器３１０の内部には、Ｕ相の上下アーム３１を構成する半導体素子モジュールの熱を放熱する放熱フィンが設けられている。第１冷却水流路１１１を流れる冷却水は、冷却器３１０の内部を流通する際に放熱板や放熱フィンからＵ相の半導体素子の熱を受け取る。

Ｖ相の第２冷却水流路１１２には、Ｖ相の半導体素子を冷却するための冷却器３２０が配置されている。冷却器３２０の内部には、Ｖ相の上下アーム３２を構成する半導体素子モジュールの熱を放熱する放熱フィンが設けられている。第２冷却水流路１１２を流れる冷却水は、冷却器３２０の内部を流通する際に放熱板や放熱フィンからＶ相の半導体素子の熱を受け取る。

Ｗ相の第３冷却水流路１１３には、Ｗ相の半導体素子を冷却するための冷却器３３０が配置されている。冷却器３３０の内部には、Ｗ相の上下アーム３３を構成する半導体素子モジュールの熱を放熱する放熱フィンが設けられている。第３冷却水流路１１３を流れる冷却水は、冷却器３３０の内部を流通する際に放熱板や放熱フィンからＷ相の半導体素子の熱を受け取る。

以上説明した通り、第１実施形態によれば、停車中に暖機要求がある場合、インバータ３の各相のうち、大きな電流が通電される相の冷却能力を高めるために冷却水の流量を増大させることによって、インバータ３で生じる熱を効率よく冷却水で回収することができる。つまり、インバータ３の損失が大きくなる相に供給される冷却水の流量を増大させ、インバータ３の損失が小さくなる相の冷却水流路に供給される冷却水の流量が減少させることができる。これにより、車両が停車中であってもインバータ３で生じる熱によって暖機に必要な熱量を確保することができる。

従来構成では、各相の冷却水流路に冷却水を均等に分配していたため、停車中に冷却限界を超える電流が流れる場合には、冷却能力が追い付かず電流を低下させなければならないことによってインバータ３の損失が不足する。一方、第１実施形態よれば、電流が大きい相の冷却水流路に流れる冷却水の流量が増大するように冷却水を分配するので、インバータ３に通電される電流を低下させることが不要となる。つまり、第１実施形態では、冷却水回路１００のウォータポンプの吐出流量が従来構成と同じ量であっても、インバータ３から回収できる熱量が多くなるため、暖機要求に対して熱量が必要量よりも不足することを抑制できる。

なお、上述した第１実施形態では、停車中に暖房要求がある場合にインバータ３の廃熱を使用する構成について説明したが、暖機要求は暖房に限定されない。エアコンディショナのヒータに限らず、冷却水回路１００の冷却水で回収した熱を伝達可能な機器を対象とすることができる。さらに、上述した例では、Ｖ相の電流が最大となる場合について説明したが、Ｕ相の電流が最大となる停止位置の場合には制御部５はＵ相の第１冷却水流路１１１について冷却水の流量を増大し、Ｗ相の電流が最大となる停止位置の場合には制御部５はＷ相の第３冷却水流路１１３について冷却水の流量を増大する。

また、上述した第１実施形態の変形例として、インバータ冷却回路１１０には流量分配装置が設けられていなくてもよい。図６に示すように、変形例では、インバータ冷却回路１１０の各相の冷却水流路１１１，１１２，１１３には流量分配装置が設けられていない。図６に示す例では、制御部５は、通電によりＵ相の半導体素子で生じる損失と、通電によりＷ相の半導体素子で生じる損失とを、通電によりＶ相の半導体素子で生じる損失よりも相対的に小さくする。例えば、制御部５は、Ｕ相のスイッチング素子とＷ相のスイッチング素子についてインバータ３のスイッチング損失を小さくするように制御する。この結果、Ｕ相の第１冷却水流路１１１とＷ相の冷却水流路１１３とでは冷却水の温度が低いままとなり、冷却水の粘度が高くなるため、流動抵抗が大きくなり、Ｕ相の第１冷却水流路１１１とＷ相の冷却水流路１１３とでは冷却水の流量が減る。そして、Ｕ相の第１冷却水流路１１１とＷ相の第３冷却水流路１１３とで冷却水の流量が減るため、Ｖ相の第２冷却水流路１１２に流入する冷却水の流量が増加して、Ｖ相の半導体素子に対する冷却能力が増大する。そのため、上述した図２に示す電流の通電状態であっても、Ｖ相の電流を低下することが不要となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、同じ相の半導体素子について、上アーム素子の発熱量と下アーム素子の発熱量との違いを考慮した暖機制御を実行する。なお、第２実施形態の説明では、上述した第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

図７は、Ｖ相の電流が負で最大となる停止状態を示す図である。図８は、Ｖ相の電流が負のときに流れる電流の方向と半導体素子とを説明するための図である。なお、電流が最大とは、電流値の絶対値が最大となることを意味する。

図７に示す停止位置でモータ４が停止する場合、インバータ３ではＶ相の電流が負の値で最大となる。また、図８に示すように、Ｖ相の導線には負の電流が流れるため、Ｖ相の上アーム素子３２ａではダイオードＤ３に電流が流れ、Ｖ相の下アーム素子３２ｂではスイッチング素子Ｔ４に電流が流れる。この場合、下アームのスイッチング素子Ｔ４を流れる電流のほうが上アームのダイオードＤ３を流れる電流よりも大きな電流となる。そのため、Ｖ相の電流が負のときの発熱状態は、下アームのスイッチング素子Ｔ４での発熱が上アームのダイオードＤ３での発熱よりも大きくなる。

図９は、第２実施形態の冷却水回路１００を説明するための図である。図９に示すように、第２実施形態では、インバータ冷却回路１１０において、Ｕ相の第１冷却水流路１１１、Ｖ相の第２冷却水流路１１２、Ｗ相の第３冷却水流路１１３のそれぞれについて、上流側には上アーム素子３１ａ，３２ａ，３３ａが、下流側には下アーム素子３１ｂ，３２ｂ，３３ｂが配置されている。つまり、第１冷却水流路１１１には、Ｕ相の上アーム素子３１ａを構成する半導体素子モジュールを冷却する冷却器３１０ａと、下アーム素子３１ｂを構成する半導体素子モジュールを冷却する冷却器３１０ｂと、が直列に配置されている。第２冷却水流路１１２には、Ｖ相の上アーム素子３２ａを構成する半導体素子モジュールを冷却する冷却器３２０ａと、下アーム素子３２ｂを構成する半導体素子モジュールを冷却する冷却器３２０ｂと、が直列に配置されている。第３冷却水流路１１３には、Ｗ相の上アーム素子３３ａを構成する半導体素子モジュールを冷却する冷却器３３０ａと、下アーム素子３３ｂを構成する半導体素子モジュールを冷却する冷却器３３０ｂと、が直列に配置されている。

インバータ冷却回路１１０では、入口側（上流側）の冷却水の温度が低いため、相対的に上流側のほうが冷却性能は高くなる。図９に示す例では、各冷却水流路１１１，１１２，１１３の上流側には上アーム素子３１ａ，３２ａ，３３ａが配置されている。そのため、暖機に用いる熱量を多く回収するためには、インバータ３では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相いずれも上アーム素子３１ａ，３２ａ，３３ａを構成する半導体素子が、下アーム素子３１ｂ，３２ｂ，３３ｂを構成する半導体素子よりも損失を大きくするように電流を流すことが有効となる。そこで、制御部５が停車中に暖機要求がある場合には上アーム素子３１ａ，３２ａ，３３ａでの発熱が大きくなる方向の電流を流すように制御する。

図１０は、モータトルクと進角との関係を示す図である。図１０に示すように、進角が＋９０deg、−９０degとなる場合は、モータトルクがゼロになる。この２か所の進角ではトルクゼロのため、モータ４を回転させることなくインバータ３に電流を流すことが可能になる。上述した図７に示す電流状態が進角＋９０degの場合である。

進角−９０degとなる場合には、図１１に示す電流状態となる。図１１に示すように、進角−９０degにすることで、Ｖ相の電流を正にすることができる。進角−９０degの場合には、図１２に示すように、Ｖ相の導線には正の電流が流れるため、Ｖ相の上アーム素子３２ａではスイッチング素子Ｔ３に電流が流れ、かつＶ相の下アーム素子３２ｂではダイオードＤ４に電流が流れる。この場合、上アームのスイッチング素子Ｔ３を流れる電流のほうが下アームのダイオードＤ４を流れる電流よりも大きな電流となる。そのため、Ｖ相の電流が正のときの発熱状態は、上アームのスイッチング素子Ｔ３での発熱が下アームのダイオードＤ４での発熱よりも大きくなる。

そして、冷却水回路１００では、Ｖ相の上アーム素子３２ａが上流側に配置されているため、停車中に暖機要求がある場合に制御部５は、上アームでの発熱が下アームでの発熱よりも大きくなる場合となる、進角−９０degにすることでＶ相の電流を正にすることができる。

以上説明した通り、第２実施形態によれば、冷却水流路の上流側に配置された半導体素子を冷却する冷却能力が高いため、この半導体素子に大きな電流を流すことができる。そのため、モータ４を回転させない状態で通電可能な進角のうち、冷却水流路の上流側に配置された半導体素子の損失が大きくなるように電流位相を設定することができる。これにより、インバータ３で生じる熱を大きくすることができる。

さらに、第２実施形態では、インバータ冷却回路１１０の各相の冷却水流路に、流量分配装置が設けられていない構成であるため、流量分配装置を設ける分のコストアップを抑制できる。第２実施形態によれば、冷却回路の構造が、第１実施形態よりも簡素化し、かつコスト削減することが可能となる。

なお、上述した第２実施形態では、インバータ冷却回路１１０の各冷却水流路１１１，１１２，１１３について上流側に上アーム素子、下流側に下アーム素子が直列に配置された例について説明したが、反対に上流側に下アーム素子、下流側に上アーム素子が直列に配置されてもよい。そのため、制御部５は各相の冷却水流路について相対的に上流側に配置された半導体素子に大きな電流が流れる方向に電流位相を設定するように構成されている。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、上述した各実施形態とは、冷却水回路１００の回路構成が異なる。なお、第３実施形態の説明では、上述した各実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

図１３は、第３実施形態の冷却水回路を説明するための図である。図１３に示すように、第３実施形態の冷却水回路１００は、各相の上アーム素子３１ａ，３２ａ，３３ａが直列に配置された第１冷却水回路１０１と、各相の下アーム素子３１ｂ，３２ｂ，３３ｂが直列に配置された第２冷却水回路１０２と、を有する。インバータ冷却回路１１０では、第１冷却水回路１０１と第２冷却水回路１０２とが並列に形成されている。

第１冷却水回路１０１では、上流側から、Ｕ相の上アーム素子３１ａを冷却する冷却器３１０ａ、Ｖ相の上アーム素子３２ａを冷却する冷却器３２０ａ、Ｗ相の上アーム素子３３ａを冷却する冷却器３３０ａの順に直列に接続されている。

第２冷却水回路１０２では、上流側から、Ｕ相の下アーム素子３１ｂを冷却する冷却器３１０ｂ、Ｖ相の下アーム素子３２ｂを冷却する冷却器３２０ｂ、Ｗ相の下アーム素子３３ｂを冷却する冷却器３３０ｂの順に直列に接続されている。このように、インバータ冷却回路１１０によれば、上流側のＵ相の半導体素子に対する冷却能力が高く、Ｖ相、Ｗ相の順に冷却能力は低くなる。

そして、第３実施形態でも第２実施形態と同様に、進角＋９０deg、−９０degの２か所では、モータトルクがゼロの状態でインバータ３に電流を流すことが可能である（図１０参照）。また、インバータ３では、上アーム素子と下アーム素子とで損失が大きいほうの素子温度が上昇し電流が制限される。そこで、第３実施形態では、制御部５が電流位相を周期的に切り替える制御を実行する。

図１４は、電流進角の時間変化を示す図である。図１４に示すように、制御部５は、進角が＋９０degとなる場合と、進角が−９０degとなる場合とを交互に切り替える制御を実行する。進角＋９０degの場合には、上述した図７および図８に示す電流の状態となる。進角−９０degの場合には、上述した図１１および図１２に示す電流の状態となる。

以上説明した通り、第３実施形態によれば、上アーム素子の熱と下アーム素子の熱を時間的に分散して、半導体素子モジュールの温度を下げることが可能になる。これにより、上下アームの温度上昇を抑制しつつ、暖機に必要な熱量を上アーム素子と下アーム素子とから交互に回収することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態では、モータトルクがギヤ機構に伝達しないように、モータ４の回転角度を変化させる制御を実行する。なお、第４実施形態の説明では、上述した各実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

図１５に示すように、第４実施形態では、バックラッシの範囲内でモータ４の回転角度を変化させるこれにより、バックラッシの範囲内で各相の電流値を変化させることができる。さらに、図１６に示すように、制御部５は、モータ４をギヤ機構のバックラッシの範囲内で周期的に回転させる制御を実行する。これにより、インバータ３での各相の発熱を時間的に分散することができる。

第４実施形態によれば、各相の電流が周期的に変わるため、各相の熱が時間的に分散し、大きな電流を流すことが可能になる。これにより、停車時にインバータ３の損失が不足することを抑制できる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態では、停車中に暖機要求がある場合に、油圧ブレーキをかけて、モータトルクと電流位相とを周期的に変えるように構成されている。なお、第５実施形態の説明では、上述した各実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

図１７は、車両の一例を示す図である。車両Ｖｅは、モータ４から出力された動力（モータトルク）がディファレンシャル装置６を介して左右の車輪７，７に伝達される電動車両である。各車輪７にはブレーキ装置８が設けられている。ブレーキ装置８は車輪７と一体回転するロータディスクに摩擦力を作用させることによって制動力を発生させる油圧ブレーキにより構成されている。この車両Ｖｅでは、停車中にブレーキ装置８によるブレーキをかけてモータトルクをブレーキ装置８で受け止める。これにより、モータ４でトルクが発生しても、モータトルクが車輪７に伝達することを防止することができる。

図１８は、モータトルクと進角との関係を示す図である。図１８に太線で示すように、冷却水回路１００の冷却性能で決まる最大電流での特性を用いることが可能である。なお、図１８には電流が一定の場合の特性が示されている。

図１９に示すように、制御部５は、進角を＋９０degと−９０degとの間で周期的に変化させる。この場合、進角は連続的に変化するように制御される。そして、図２０に示すように、各相の電流は、進角＋９０degから−９０degの範囲内でその大きさが連続的に変化することになる。

第５実施形態によれば、各相の電流が周期的に変わるため、各相の熱が時間的に分散し、大きな電流を流すことが可能になる。これにより、停車中に暖機要求がある場合にインバータ３の損失が不足することを抑制することができる。

１ システム
２ 電源
３ インバータ
４ モータ
５ 制御部
３１，３２，３３ 上下アーム
３１ａ，３２ａ，３３ａ 上アーム素子
３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ 下アーム素子
１００ 冷却水回路
１０１ 第１冷却水回路
１０２ 第２冷却水回路
１１０ インバータ冷却回路
１１１ 第１冷却水流路
１１２ 第２冷却水流路
１１３ 第３冷却水流路
３１０，３１０ａ，３１０ｂ，３２０，３２０ａ，３２０ｂ，３３０，３３０ａ，３３０ｂ 冷却器
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６ スイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６ ダイオード

Claims (2)

1. 三相のコイルを有するモータと、
   複数のスイッチング素子を有し、当該スイッチング素子の動作によって前記モータを駆動するインバータと、
   前記インバータを冷却する冷却水が前記インバータを経由して循環する冷却水回路と、
   通電により前記インバータで生じた熱を前記冷却水を介して暖機要求のある機器に供給する暖機制御を実行する制御部と、
   を備える車両の暖機制御装置であって、
   前記冷却水回路は、前記インバータのＵ相の半導体素子を冷却する第１冷却水流路と、前記インバータのＶ相の半導体素子を冷却する第２冷却水流路と、前記インバータのＷ相の半導体素子を冷却する第３冷却水流路と、が並列に形成されたインバータ冷却回路を含み、
   停車中に暖機要求がある場合、前記制御部は、前記インバータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を特定し、相対的に電流が大きい相の半導体素子を冷却するための冷却水流路に流れる前記冷却水の流量を増やし、かつ相対的に電流が小さい相の半導体素子を冷却するための冷却水流路に流れる前記冷却水の流量を減らす
   ことを特徴とする車両の暖機制御装置。
2. 前記第１冷却水流路には、前記インバータのＵ相の上アーム素子を冷却する冷却器と下アーム素子を冷却する冷却器とが直列に配置され、
   前記第２冷却水流路には、前記インバータのＶ相の上アーム素子を冷却する冷却器と下アーム素子を冷却する冷却器とが直列に配置され、
   前記第３冷却水流路には、前記インバータのＷ相の上アーム素子を冷却する冷却器と下アーム素子を冷却する冷却器とが直列に配置され、
   前記制御部は、停車中に前記暖機制御を実行する際、前記相対的に電流が大きい相の冷却水流路の上流側に配置された前記冷却器に対応する半導体素子の損失が大きくなるように前記インバータの電流位相を設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両の暖機制御装置。

Images