JP2020167829A - インバータ装置および車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両発進等のモータ回転の開始時に、一部の相のスイッチング素子に電流が偏ってそのスイッチング素子が損傷することが防止でき、またその防止の制御によってトルクが不足することが改善できるインバータ装置および車両制御装置を提供する。【解決手段】直流電流をモータ１０の形式に応じた交流電流に、各相の半導体スイッチング素子３の開閉によって変換するインバータ１と、制御部９とを備える。制御部９は、モータ１０を始動させた直後など、モータ１０の回転数が閾値よりも低い場合に、電流制限をかける。また、制御部９は、スイッチング素子３の使用状況を示す定められた事項が設定条件を満たす場合は、前記電流制限を緩和する。前記使用状況を示す定められた事項は、例えば、スイッチング素子３またはその冷却用の冷却水の測定温度であり、この他に経過時間を用いてもよい。【選択図】図２

Description

この発明は、モータを制御するインバータ装置、およびこれを搭載した車両制御装置に関する。

図１は、一般的なインホイールシステムの電気自動車の概念構成を示す。詳細は、発明を実施するための形態の欄で説明する。運転者よる、アクセルの操作角度をＶＣＵ（vehicle-control-unit）１４が読み取り、それをトルク指令に換算して、インバータ装置１Ａに指令する。インバータ装置１Ａは、バッテリ２からの電力を、トルク指令に基づいた三相交流に変換してそれぞれのモータ１０を制御する。この場合、２つのインバータ装置を使用することも可能であるが、この例のインバータ装置１Ａは２軸一体型であり、２つのモータ１０を駆動できる。この例は後輪駆動であるが、前輪駆動、4 輪駆動も同様の構成で実現できる。

図７は、１軸分のインバータ装置１Ａの基本構成である。図１の例では、この基本構造を２組使用する。
このインバータ装置１Ａは、強電回路となるインバータ１と、このインバータ１を制御する制御部９を備え、車体に搭載される。インバータ１はバッテリ２より電力が供給され、内部では、電力を平滑コンデンサ５で安定化し、制御部９内の演算回路部８で計算されたトルクに対応した電流を流すために、ゲート駆動回路７が半導体からなるスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）３を適切に駆動する。
モータ駆動電流は、電流センサ４で計測され、電流監視回路６で適正な電流になっているか判断し、演算回路部８で制御される。演算回路部８は、計算された電流指令値より、計測された電流が小さければ、さらに指令電流を大きくし、計算された電流指令値より、計測された電流が大きければ、さらに指令電流を小さくすることによってモータ電流を制御する。

一般に３相交流の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、たとえば、
Ｉｕ＝Ａcos(θ）
Ｉｖ＝Ａcos(θ＋１２０°）
Ｉｗ＝Ａcos(θ−１２０°）
と示すことができる。Ａは電流の実効値、θは位相角である。

特開２０１０−２３３３８３号公報

図８は、実効値Ａ＝１００（Ａrms）時の３相交流の電流波形である。たとえば、４極対のモータを駆動する場合、電気角３６０°つまり、位相角０〜３６０°でモータは１／４回転する。つまり、電気角３６０°の時間が、モータ１／４回転する時間に相当する。さらにホイールは、減速機の減速比を掛けた量だけ回転する。
ここでモータ回転中に、図７において、たとえばＩｕを１００（Ａrms）流す場合、位相角０〜１８０°では６個のスイッチング素子３のうち、スイッチング素子３-up が受け持ち、位相角１８０〜３６０°ではスイッチング素子３-vnが受け持つ。したがって、たとえば、スイッチング素子３のひとつは、実効値の１／２、つまり５０（Ａrms）流れていると考えて損失を計算することができる。他のすべてのスイッチング素子は３５０（Ａrms）流れているとしてよい。

ここで、車両の発進時、つまりモータ１０の停止中からの始動時のことを考えてみる。たとえば、その時点で位相角が９０°の場合、モータ回転数が０であるため、Ｕ相には、√２×１００（Ａ）つまり１４１（Ａ）の電流が流れ、スイッチング素子３-up のみ、１４１（Ａ）の電流が集中する。なお、Ｖ，Ｗ相は、スイッチング素子３-vn 、スイッチング素子３-wn にそれぞれ半分ずつ、√２×１００／２（Ａ）、つまり７０．５（Ａ）の電流が流れ、他の３のスイッチング素子３には流れない。これが、スイッチング素子３-up の負荷の最悪条件である。それぞれのスイッチング素子３は、特定の位相角で、前記と同様の最悪条件となる。

スイッチング素子３の損失は、低回転では、主にスイッチング損失と導通損失に分かれるが、スイッチング速度が一定であれば、ほぼ電流に比例する。スイッチング素子３の温度上昇は、損失と冷却性能によって決まるため、損失が大きいほど温度上昇が大きくなる。スイッチング素子３のジャンクション温度は通常１５０°Ｃ前後で限界となるため、常にその温度以下になるようにコントロールする必要がある。ジャンクション温度の最大値をＴｊmaxとする。通常スイッチング素子３の近くに温度センサを配置して、ジャンクション温度を推定し、Ｔｊmax超えないようにコントロールしているが、スイッチング素子３と温度センサの間の熱抵抗等で温度差があり、それだけで正確にジャンクション温度を推定できないため、温度センサだけでスイッチング素子３を十分には保護できない。

ここで、単純計算で冷却性能が一定と考えると、上記最悪条件では、損失が２．８２倍となるため、始動時は、通常走行の１／２．８２、つまり３５％しか電流を流すことができない。モータ１０のトルクは、低回転では、ほぼ電流に比例する。したがって、トルクも３５％に制限されてしまう。

このような状況を車両に適用した場合、たとえば、坂道を通過する場合は十分なトルクがあり通過できるが、同じ角度の坂道で発進する場合、上記最悪条件を考慮して、トルクを３５％に制限した結果、発進不能となる場合が考えられる。あるいは、上記最悪条件を考慮して、大電流を流すことのできるスイッチング素子３を選択した場合、通常走行ではオーバースペックとなり、コストが上昇してしまうデメリットがある。
したがって、必要以上の出力のスイッチング素子３を選択せずに、登坂性能を確保できる運用方法を確立する必要がある。
特許文献１に記載の技術では、集中した電流の位相をずらして８％の改善を得ている。しかし、もう少し大きな改善を行いたい。

この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、車両発進等のモータ回転の開始時に、一部の相のスイッチング素子に電流が偏ってそのスイッチング素子が損傷することが防止でき、またその防止の制御によってトルクが不足することが改善できるインバータ装置および車両制御装置を提供することである。

この発明のインバータ装置１Ａは、直流電流を駆動対象のモータ１０の形式に応じた交流電流に、各相の半導体からなるスイッチング素子３の開閉によって変換するインバータ１と、このインバータ１を制御する制御部９とを備える。
前記制御部９は、前記モータ１０を始動させた直後など、前記モータ１０の回転数が閾値よりも低い場合に、電流制限をかけ、前記スイッチング素子３の使用状況を示す定められた事項が設定条件を満たす場合は、前記電流制限を緩和する。

この構成によると、モータ１０を始動させた直後などに、制御部９は、モータ１０の回転数が閾値よりも低い場合に電流制限をかける。このため、始動時に極低速の回転のためにインバータ１の一部のスイッチング素子３に電流が偏っても、そのスイッチング素子３が過電流によって損傷することが防止される。電流制限を強く行うと、スイッチング素子３が損傷し難くはなるが、モータ１０のトルク不足が生じる。また、スイッチング素子３は、その始動時までの使用の状況や、周辺温度、始動開始後の使用の状況等によっては、制限された電流に対して余裕が生じることがある。そこで、制御部９には、電流制限を緩和するための、スイッチング素子３の使用状況を示す事項と、設定条件を定めておき、設定条件を満たす場合は、前記電流制限を緩和する。これにより、スイッチング素子３が無駄に電流制限されることを防止し、トルク不足を改善することができる。
このように、始動直後のモータ１０の回転数が低い場合に、基本的には電流制限を行い、条件充足時のみ制限を緩和するため、一部の相のスイッチング素子３に電流が偏ってそのスイッチング素子３が損傷することが防止でき、またその防止の制御によってトルクが不足することが改善できる。

この発明において、前記スイッチング素子３の使用状況を示す定められた事項として、前記スイッチング素子３の直接または間接的に測定される温度に係る事項を含んでいてもよい。
過電流によるスイッチング素子３の損傷は、この素子３の発熱によりある程度温度上昇した場合に生じる。このため、電流制限を緩和する判断のための、スイッチング素子３の使用状況を示す事項としてスイッチング素子３の温度を用いることで、電流制限の緩和が適切に行える。また、温度であると、その測定が容易に行える。

前記定められた事項をスイッチング素子３の温度とする場合に、前記インバータ１を冷却する冷却水の温度が設定温度よりも低い場合は前記電流制限を緩和するようにしてもよい。
スイッチング素子３はパッケージ内に組み込まれていて、その温度を直接に測定することは困難であるが、インバータ１の冷却水の温度は容易に測定できる。冷却水の温度はスイッチング素子３の温度を精度良く示すものではないが、スイッチング素子３の温度との相関関係が強く、またスイッチング素子３を冷却する能力を示す指標ともなる。このため、冷却水の温度が低い場合は電流制限を緩和することで、簡単に電流制限の緩和の制御が行える。

前記定められた事項をスイッチング素子３の温度とする場合に、前記スイッチング素子３の温度を測定する温度センサの測定温度が設定温度よりも低い場合は前記電流制限を緩和するようにしてもよい。
インバータ１の構成によっては、スイッチング素子３の温度を測定する温度センサを設けることができる。この温度センサは、例えば個々のスイッチング素子３のカバー等に温度の関知部が設けられていてもよい。個々のスイッチング素子３の温度を温度センサで測定できる場合は、この温度センサの測定温度を用いることで、より一層精度良く、電流制限の緩和の制御が行える。

この発明のインバータ装置において、前記スイッチング素子３の使用状況を示す定められた事項として、通電開始からの、または電流値が設定値を超えてからの経過時間を含むようにしてもよい。
一般的に、スイッチング素子３やその他の電気素子は、瞬間的な電流など、短時間の電流であれば、ある程度大きな電流を流すことができる。また、時間の計測は容易に行える。そのため、経過時間を制限緩和の条件とすることで、電流制限の適切な緩和を簡単に行うことができる。

この発明のインバータ装置において、前記スイッチング素子３の使用状況を示す定められた事項が設定条件を満たす場合として、前記インバータ１を冷却する冷却水の温度が設定温度よりも低い場合、前記スイッチング素子３の温度を測定する温度センサの測定温度が設定温度よりも低い場合、および経過時間に係る設定事項を満たす場合のうちの複数の場合を含むようにしてもよい。
スイッチング素子３の損傷に影響する複数の事項を判断することで、確実な損傷を防止を図りながら、より多くの場合に電流制限が緩和されるようにしてトルク不足の改善効果を高めることができる。また、トルク不足の改善の程度を同じとすれば、より一層確実な損傷防止が図れる。

この発明の車両制御装置は、この発明の前記いずれかの構成のインバータ装置１Ａを搭載し、前記モータ１０が車両の走行駆動用のモータ１０であってもよい。
車両の走行駆動用のモータ１０の制御を行うインバータ装置１Ａにこの発明を適用することで、この発明における、一部の相のスイッチング素子３に電流が偏ってそのスイッチング素子３が損傷することが防止でき、またその防止の制御によってトルクが不足することが改善できると言う効果が、効果的に発揮される。

この発明のインバータ装置は、直流電流を駆動対象のモータの形式に応じた交流電流に、各相の半導体からなるスイッチング素子の開閉によって変換するインバータと、このインバータを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記モータを始動させた直後など、前記モータの回転数が閾値よりも低い場合に、電流制限をかけ、前記スイッチング素子の使用状況を示す定められた事項が設定条件を満たす場合は、前記電流制限を緩和するため、モータ回転の開始時に、一部の相のスイッチング素子に電流が偏ってそのスイッチング素子が損傷することが防止でき、またその防止の制御によってトルクが不足することが改善できる。

この発明の車両制御装置は、この発明のインバータ装置を搭載し、前記モータが車両の走行駆動用のモータであるため、この発明における、一部の相のスイッチング素子に電流が偏ってそのスイッチング素子が損傷することが防止でき、またその防止の制御によってトルクが不足することが改善できると言う効果が、効果的に発揮され、急な坂道や段差等での発進性が向上する。

インホイールシステムを搭載した電気自動車の一例の概念図である。 この発明の一実施形態に係るインバータ装置の概念構成を示す説明図である。 水冷のスイッチング素子モジュールの原理図である。 回転数による電流制限の一例を示すグラフである。 時間の経過による電流制限の一例を示すグラフである。 スイッチング素子モジュールの一例の斜視図である。 従来のインバータ装置の概念構成を示すブロック図である。 ３相交流の電流波形のグラフである。

＜車両の基本構成＞
この発明の実施形態を図１ないし図６共に説明する。
図１は、インホイールシステムを搭載した電気自動車の一例の概念図である。この電気自動車におけるインバータ装置１Ａに、この実施形態に係るインバータ装置が適用されている。この電気自動車は、後輪となる左右の車輪２２がそれぞれモータ１０により個別に駆動される駆動輪とされ、前輪となる車輪２１が操舵装置２３によって操舵される従動輪となる後輪二輪駆動車である。モータ１０は、インホイールモータ装置を構成するモータである。モータ１０は、車体２０上に設置されたモータであってもよい。各モータ１０は交流モータであり、三相の同期モータが用いられている。操舵装置２３は、ステアリングホイール等の操舵操作手段２４によって操作される。各車輪２１，２２にブレーキ２５が設けられ、ブレーキペダルからなるブレーキ装置手段１６の踏み込み操作等に従って制動を行う。

制御系は、車両の全体の統合制御，協調制御を行うＶＣＵ１４と、このＶＣＵ１４の出力する指令に従ってモータ１０を制御するインバータ装置１Ａとを有する。ＶＣＵ１４は、マイクロコンピュータ、および電子回路等により構成される。ＶＣＵ１４は、運転者よるアクセル操作手段１５の操作角度等のアクセル入力およびブレーキ操作手段１６の操作角度等のブレーキ入力を読み取り、それをトルク指令に換算して、インバータ装置１Ａに指令する。インバータ装置１Ａは、バッテリ２からの電力を、トルク指令に基づいた三相交流に変換してそれぞれのモータ１０を制御する。この場合、２つのインバータ装置を使用することも可能であるが、同図の例のインバータ装置１Ａは２軸一体型であり、２つのモータ１０を駆動できる。この例は後輪駆動であるが、全輪駆動車や４輪駆動車にも、この実施形態のインバータ装置および車両制御装置が同様に適用できる。

＜インバータ装置の基本構成＞
図２は、１軸分のインバータ装置１Ａの基本構造である。図１に示したインバータ装置１Ａは、この基本構造を２組備えている。
図２において、インバータ装置１Ａは、インバータ１と、このインバータ１を制御する制御部９とを有する。
インバータ１は、各相Ｕ，Ｖ，Ｗ毎の上下のスイッチング素子３（Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎ）で構成されるブリッジ回路であり、バッテリ２の直流電流を前記スイッチング素子３の開閉により疑似的な正弦波状の３相の交流電流に変換する。なお、個々のスイッチング素子３を区別する場合は、参照符号として、「３」の後に前記Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎの符号を付して「３-up 」のように示す。スイッチング素子３には、ＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子が用いられる。また、バッテリ２と並列に平滑用のコンデンサ５が接続されている。インバータ１の各相の出力端はモータ１０の各相の入力端に接続される。

＜制御部の基本＞
制御部９は、演算回路部８、ゲート駆動回路７、および電流監視回路６を有する。演算回路部８は、その基本制御部３１により、上位のＶＣＵ１４（図１）から与えられたトルク指令に対応する電流を流すように、ゲート駆動回路７に指令を与え、ゲート駆動回路７がスイッチング素子３を開閉させる。インバータ１から出力されてモータ１０を流れるモータ駆動電流は、電流センサ４で計測され、電流監視回路６で適正な電流になっているか判断し、演算回路部８で制御される。演算回路部８の基本制御部３１は、計算された電流指令値より、計測された電流が小さければ、さらに指令電流を大きくし、計算された電流指令値より、計測された電流が大きければ、さらに指令電流を小さくする電流フィフードドバック制御によってモータ電流を制御する。

＜電流制限部＞
このような基本構成のインバータ装置１において、その制御部９の演算回路部８に、電流制限部３２が設けられている。電流制限部３２は、モータ１０を始動させた直後など、モータ１０の回転数が閾値よりも低い場合に、電流制限をかけ、スイッチング素子３の使用状況を示す定められた事項が設定条件を満たす場合は、前記電流制限を緩和する。電流制限の条件は制限条件設定部３３に設定され、緩和の条件は緩和条件設定部３４に設定されている。緩和の条件は、前記スイッチング素子３の使用状況を示す定められた事項と、その事項に関する前記設定条件である。

前記スイッチング素子３の使用状況を示す定められた事項として、前記スイッチング素子３の直接または間接的に測定される温度に係る事項を含む。この温度に関する事項は、具体的には、例えばインバータ１を冷却する冷却水の温度であり、設定温度よりも低い場合は電流制限を緩和する。
前記温度に関する事項は、スイッチング素子の温度を測定する温度センサの測定温度であってもよく、この測定温度が素子用の設定温度よりも低い場合は前記電流制限を緩和する。

＜冷却水温度による制限緩和＞
図３は、水冷したスイッチング素子３の簡単な原理図である。スイッチング素子３は、金属材等からなる放熱器１１に設置されている。放熱器１１には裏面を覆う冷却水ジャケット１３が設けられていて、この冷却水ジャケット１３内の冷却水１２に放熱器１１の放熱フィン１１ａが浸漬されている。スイッチング素子３で損失となった熱は、放熱器１１に熱伝導し、冷却水１２で冷却される。冷却水１２は、図示しない循環手段で循環経路内を循環させられ、循環経路中にラジエータ（図示せず）で冷却される。
各スイッチング素子３は、個別に、または複数のスイッチング素子３を纏めて、放熱器１１と共にパッケージ（図示せず）内に収められ、スイッチング素子モジュール３Ａとされる。前記冷却水ジャケット１３は、前記パッケージの外皮の一部であってもよい。

スイッチング素子３の損失と温度の関係を説明する。スイッチング素子３の温度をＴｄ（°Ｃ）、冷却水１２の温度をＴｗ（℃）とすると、その温度差ΔＴ（℃) は、ΔＴ＝Ｔｄ−Ｔｗである。
ここで、正確には、パッキング付きスイッチング素子３Ａ内のスイッチング素子３からパッケージまでの熱抵抗、パッケージと放熱盤１１との間の熱抵抗、放熱器１１と冷却水１２との間の熱抵抗、冷却水１２の温度分布や流速、放熱器１１内の熱伝導など考慮すべき点は多くあるが、説明の簡単のためや計算の簡単のために、スイッチング素子３で損失となった熱は全て冷却水１２で冷却されるとし、一つのスイッチング素子３から冷却水１２の熱抵抗をまとめてθｓ( ℃／ｗ）とする。

スイッチング素子３の損失は、主にスイッチング損失と導通損失に分かれるが、スイッチング速度が一定であれば、低回転では、ほぼ電流に比例する。なお、実際には、スイッチング素子３には、図示していない逆向きのダイオード（ＦＲＤ:Fast Recovery Diode) が入っており、その損失も考慮すべきであるが、今回は説明の簡易、および計算の簡易のために、この影響は考慮しないことにする。

Ｕ相電流により、スイッチング素子３-up の損失が、実効値で計算した損失を超えるタイミングは、前述の記述と図８より、実効値の１／２を超える、位相角が２０°〜１６０°の１２０°の間であり、全周期の１／３となる。
モータ１０の回転が、ある程度以上の回転数であって、電流が一定で熱的に平行な状態の場合、位相角が２０°〜１６０°の間は、スイッチング素子３-up の温度は上昇し、その他のタイミングでは下降することを繰り返す。
モータ１０の回転が、下がってくると、位相角が２０°〜１６０°の間の、スイッチング素子３-up の温度は上昇が、ジャンクション温度の最大値Ｔｊmax を超える可能性が出てくる。そのため、その場合はモータの回転数によって最大電流を下げる必要がある。そのような制限の一案を図４に示す。

図４に示す例では、モータ１０の回転数、すなわち、３相交流の周波数がＦｎ(Hz)を超える場合は、Ｉmax の電流を流すことができる。３相交流の周波数がＦｎ(Hz)以下では、周波数によって、Ｉres まで減少させる。
この仕組みにより、スイッチング素子３のジャンクション温度の最大値Ｔ１max を超えない運用ができ、インバータの故障を防ぐことができる。

しかし、回転数での制限率をＲres として、Ｒres ＝Ｉmax ／Ｉres とすると、前述のように Ｉres ＝２．８２となり、発進時のトルク不足が懸念される場合がある。
Ｉmax 簡略化すると、一つのスイッチング素子３の損失Ｐａと、Ｔｗ，Ｔｄ，θｓで決まる。
Ｔｄ＝Ｔｊmax として、
Ｐａは、ほぼ相電流Ｉに比例し、比例係数をＫｐとすると、
Ｐａ＝Ｋｐ・Ｉとなる。
Ｐａ＝ΔＴ／θｓであるから、
Ｔｄ−Ｔｗ＝Ｋｐ・Ｉ・θｓ
Ｉ＝（Ｔｄ−Ｔｗ）／（Ｋｐ・（θｓ）
となる。

一例として、１０ｋHzのサンプリングで駆動する、３５ｋＷのモータでは、
Ｉｄ＝１５０、ＴＷ＝６０、Ｋｐ＝１、θｓ＝０．３とすると、
Ｉmax ＝Ｉ＝３００（Ａrms ）
Ｉres ＝１０６（Ａrms ）
となる。

冷却水水温Ｔｗは、連続最大出力を出しているときの温度上昇を考え、例えば上記のように６０℃としている。
ここで、車両発進時、冷却水水温は上昇していないと仮定して、たとえば３０℃であるとすると、
Ｉmax ＝Ｉ＝４００（Ａrms ）
Ｉres ＝１４２（Ａrms ）
ただし、Ｉmax は、いずれ水温が上昇し、Ｔｗ＝６０としなければならないとして、
Ｉmax ＝３００（Ａrms ）
Ｉres ＝１４２（Ａrms ）
となり、
Ｒres ＝２．１１となり、２．８２／２．１１から、この例では、１３４％まで若干改善する。

あるいは、水温計を用いて、Ｔｗを測定して、Ｉres を決めることができる。
または、水温計がない場合は、停止時にスイッチング素子３に付属の温度センサ（図示せず）の測定値を、Ｔｗとして、Ｉres を決めることができる。この場合、スイッチング素子３の温度上昇に伴い、スイッチング素子３に付属の温度センサの測定値は急上昇するが、短時間であれば、初期の冷却水水温Ｔｗの値を使用しても差し支えない。短時間とは、例えば、冷却水１２が循環経路を１周回る時間とする。その時間は言い換えれば、全冷却水量を流量で割った時間である。

次に、上記最悪条件の場合のスイッチング素子３-up のみ１４１（Ａ）、スイッチング素子３-vn 、スイッチング素子３-wn に７０．５（Ａ）、その他は０（Ａ）の場合の、熱抵抗をθｓとして考えてみる。
図６にスイッチング素子モジュール３Ａの例を示す。６個のスイッチング素子３は、それぞれ、放熱器１１の１／６のエリアを使用して、放熱を行う。上記最悪条件の場合、スイッチング素子３-un 、スイッチング素子３-vp は電流が流れていないため、スイッチング素子３-up はその２つの放熱器エリアも使用できる。ただし、スイッチング素子３-up の真下にあるわけではないので、熱抵抗が大きく、放熱器１１の３／６の全てが有効に使用できるわけではない。ここで仮に熱抵抗が２倍と仮定しても、放熱器１１の２／６のエリアが利用できるのと同じ効果があり、θｓは１／２になる。

この場合、当初の
Ｉmax ＝３００（Ａrms ）
Ｉres ＝１０６ （Ａrms ）
に対し、
Ｉres ＝２０４（Ａrms ）
Ｒres ＝１．４７となり、２．８２／１．４７から、この例では、１９２％まで改善する。

以上を組み合わせると、上記の例では１３４×１９２＝２５７％ の改善となる。
Ｒres ＝１．１０
Ｉres ＝２７３（Ａrms ）
となり、さらにこれに、次の時間による電流制限の緩和を利用して、電流制限をさらに緩和することができる。

時間による電流制限の緩和の例を説明する。
上記最悪条件であるとしても、短時間であれば、Ｉmax まで電流を流すことができる。すなわち、Ｒres の初期値は１でも構わない。車両の発進時には、徐々にモータ回転数が上昇し短時間で上記３相交流の周波数はＦｎに達する。
ただし、急な上り坂や、段差等で車両が前進できなかった場合は、モータ１０はロック状態になり、電流がＩmax では短時間でジャンクション温度がＴｊmax を超え、スイッチング素子３が故障する。
したがって、通電開始またはある程度の電流値を超えてからの時間で電流制限を行うことが有効である。

電流制限の関数としては、図２の時間による電流制限の例の様に、正弦波形あるいは点線で表示した直線で行うことができる。Ｉmax ＝１００（Ａrms ）としたときの例であり、Ｔlim の間の波形は、周波数Ｆｎでの、図５における、Ｕ相の位相角９０°〜１６０°と同じ波形である。この波形であれば、高回転側で使用されている波形のため、少なくとも問題は発生しないはずである。
または点線のような関数で制限をかけてもよい。

電流制限の方法は、たとえば、モータ１０の起動時に、最大電流の５０％以上となった時点を起点として、時間関数を設定し、回転数による制限と組み合わせて、両方で、大きな方の電流を採用して運用できる。

なお、以上の計算は、この発明の原理を説明するための簡略化した例であり、実際に適応には、厳密な計算あるいはシミュレーションの結果を加えたり、数値を変更したりしてもよい。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、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。この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…インバータ
１Ａ…インバータ装置
２…バッテリ
３…スイッチング素子
５…コンデンサ
６…電流監視回路
７…ゲート駆動回路
８…演算回路部
９…制御部
１０…モータ
１４…ＶＣＵ
２０…車体
３１…基本制御部
３２…電流制限部
３３…限条件設定部
３４…緩和条件設定部

Claims (7)

1. 直流電流を駆動対象のモータの形式に応じた交流電流に、各相の半導体からなるスイッチング素子の開閉によって変換するインバータと、このインバータを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記モータを始動させた直後など、前記モータの回転数が閾値よりも低い場合に、電流制限をかけ、前記スイッチング素子の使用状況を示す定められた事項が設定条件を満たす場合は、前記電流制限を緩和するインバータ装置。
2. 請求項１に記載のインバータ装置において、前記スイッチング素子の使用状況を示す定められた事項として、前記スイッチング素子の直接または間接的に測定される温度に係る事項を含むインバータ装置。
3. 請求項２に記載のインバータ装置において、前記インバータを冷却する冷却水の温度が設定温度よりも低い場合は前記電流制限を緩和するインバータ装置。
4. 請求項２に記載のインバータ装置において、前記スイッチング素子の温度を測定する温度センサの測定温度が設定温度よりも低い場合は前記電流制限を緩和するインバータ装置。
5. 請求項１に記載のインバータ装置において、前記スイッチング素子の使用状況を示す定められた事項として、通電開始からの、または電流値が設定値を超えてからの経過時間を含むインバータ装置。
6. 請求項１に記載のインバータ装置において、前記スイッチング素子の使用状況を示す定められた事項が設定条件を満たす場合として、前記インバータを冷却する冷却水の温度が設定温度よりも低い場合、前記スイッチング素子の温度を測定する温度センサの測定温度が設定温度よりも低い場合、および経過時間に係る設定事項を満たす場合のうちの複数の場合を含むインバータ装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のインバータ装置を搭載し、前記モータが車両の走行駆動用のモータである車両制御装置。
   

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