JP2021141743A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ及びコンバータの少なくともいずれかに含まれる半導体素子の発熱を抑制する。【解決手段】インバータ、モータ及びコンバータのそれぞれで発生する電力損失の合計が最低となる入力電圧である最適入力電圧を算出する最適電圧算出部と、前記モータ動作点で前記モータを動作させるために必要な前記入力電圧の最低値である最低入力電圧を算出する最低電圧算出部と、前記最適入力電圧と前記最低入力電圧とのいずれかを前記目標入力電圧として設定する目標値設定部と、を有し、前記目標値設定部は、前記インバータ及び前記コンバータの少なくともいずれかの素子温度が所定値以上である場合には、前記最適入力電圧よりも低い前記最低入力電圧を前記目標値に設定するモータ制御装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

下記特許文献１には、車両に搭載された走行用のモータの駆動を制御するモータ制御装置が開示されている。

上記モータ制御装置は、バッテリからの出力電圧を所定の電圧に昇圧するコンバータと、コンバータで昇圧された電圧（以下、「入力電圧」という。）をモータに供給するインバータと、を有する。モータ制御装置は、モータの回転数及びモータで生じるトルク（以下、「モータトルク」という。）の目標値（以下、「目標設定トルク」という。）に応じて、モータの効率運転に適切な入力電圧の目標値（以下、「目標入力電圧」という。）を算出し、入力電圧が目標入力電圧なるようにコンバータのスイッチング素子をＰＷＭ制御する。

特許第３７９７３６１号公報

ここで、入力電圧が高くなること、もしくはインバータやコンバータを通過する電流が増えること、もしくはそれらが同時に発生することで、インバータやコンバータのスイッチング素子やダイオードなどの半導体素子の損失が大きくなり発熱が大きくなるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものとで、その目的は、インバータ及びコンバータの少なくともいずれかに含まれる半導体素子の発熱を抑制するモータ制御装置を提供することである。

（１）本発明の一態様は、直流電源からの電力を用いてモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、前記直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータと、前記直流電源からの直流電圧を、前記インバータに入力する電圧である入力電圧に変換して前記インバータに供給するコンバータと、前記インバータ及び前記コンバータの少なくともいずれかに含まれる半導体素子の温度である素子温度を計測する、又は、前記半導体素子の温度を推定する温度取得部と、前記入力電圧が目標値である目標入力電圧になるように前記インバータ及び前記コンバータの少なくともいずれかを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記モータの回転数を演算する回転数演算部と、前記回転数演算部で演算された前記回転数と、前記モータで発生させるトルクの目標値である目標設定トルクとで規定されるモータ動作点で前記モータを動作させた場合に、前記インバータ、前記モータ及び前記コンバータのそれぞれで発生する電力損失の合計が最低となる入力電圧である最適入力電圧を算出する最適電圧算出部と、前記モータ動作点で前記モータを動作させるために必要な前記入力電圧の最低値である最低入力電圧を算出する最低電圧算出部と、前記最適入力電圧と前記最低入力電圧とのいずれかを前記目標入力電圧として設定する目標値設定部と、を有し、前記目標値設定部は、前記素子温度の計測値又は推定値が所定値を上回る場合には、前記最適入力電圧よりも低い前記最低入力電圧を前記目標入力電圧に設定する、ことを特徴とするモータ制御装置である。

（２）上記（１）のモータ制御装置であって、前記目標値設定部は、前記計測値又は前記推定値が前記所定値未満である場合かつ前記最適入力電圧が前記最低入力電圧より大きい場合には前記最適入力電圧を前記目標値に設定し、前記計測値又は前記推定値が前記所定値以上である場合には前記最低入力電圧を前記目標入力電圧に設定してもよい。

（３）上記（１）又は上記（２）のモータ制御装置であって、前記直流電圧を検出する電圧検出部と、前記直流電源から前記コンバータに出力される電流である出力電流を検出する電流検出部と、前記回転数と、前記目標設定トルクと、前記モータの電力損失及び前記インバータの電力損失の合計値である第１電力損失と、の対応関係を示す動作点損失マップが、複数の前記入力電圧のそれぞれに対して関連付けられている第１損失マップを予め格納している第１格納部と、前記直流電圧と、前記出力電流と、前記コンバータの電力損失である第２電力損失と、の対応関係を示すコンバータ損失マップが、複数の前記入力電圧のそれぞれに対して関連付けられている第２損失マップを予め格納している第２格納部と、前記回転数と、前記目標設定トルクと、前記最低入力電圧と、の対応関係を示す最低電圧取得マップと、をさらに備え、前記最適電圧算出部は、前記回転数演算部で演算された前記モータの回転数と、外部から得られたトルク指令値が示す前記目標設定トルクとに対応する前記第１電力損失を複数の前記動作点損失マップのそれぞれから読み取ることで、前記入力電圧と前記第１電力損失との第１対応関係を取得する第１取得部と、前記電圧検出部で計測された前記直流電圧と前記電流検出部で計測された前記出力電流とに対応する前記第２電力損失を複数のコンバータ損失マップのそれぞれから読み取ることで、前記入力電圧と前記第２電力損失との第２対応関係と取得する第２取得部と、前記第１対応関係と前記第２対応関係とに基づいて、第１電力損失と第２電力損失との合計が最低となる入力電圧を求め、当該入力電圧を前記最適入力電圧として前記目標値設定部に送信する決定部と、を有し、前記最低電圧算出部は、前記回転数演算部で演算された前記モータの回転数と、前記トルク指令値が示す前記目標設定トルクとに対応する前記最低入力電圧を前記最低電圧取得マップから読み取り、読み取った前記最低入力電圧を前記目標値設定部に送信してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、インバータ及びコンバータの少なくともいずれかに含まれる半導体素子の発熱を抑制することができる。

第１の実施形態に係るモータ制御装置４を備える車両１の概略構成の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る制御装置１９におけるコンバータ制御を行うための概略構成図である。 第１の実施形態に係る第１損失マップ１００を説明する図である。 第１の実施形態に係る第２損失マップ２００を説明する図である。 第１の実施形態に係る最低電圧取得マップ３００の一例を説明する図である。 第１の実施形態に係る最適入力電圧Ｖｒｅｆの算出方法を説明する図である。 第１の実施形態に係るコンバータ制御の動作の流れを示す図である。 第２の実施形態に係るモータ制御装置４Ｂを備えた車両１Ｂの概略構成の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る制御装置１９Ｂにおけるコンバータ制御を行うための概略構成図である。 第２の実施形態に係る第３損失マップ４００を説明する図である。 第２の実施形態に係る第１最低電圧取得マップ６００及び第２最低電圧取得マップ７００の一例を説明する図である。 第２の実施形態に係る最適入力電圧Ｖｒｅｆの算出方法を説明する図である。 第２の実施形態に係るコンバータ制御の動作の流れを示す図である。

以下、本実施形態に係るモータ制御装置を、図面を用いて説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係るモータ制御装置４を備える車両１の概略構成の一例を示す図である。車両１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の走行用のモータを備える車両である。

図１に示すように、車両１は、直流電源２、モータ３及びモータ制御装置４を備える。

直流電源２は、車両１に搭載されている。直流電源２は、例えば、バッテリであり、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池である。ただし、これに限定されず、直流電源２は、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）であってもよい。

モータ３は、モータ制御装置４によって駆動が制御される電動モータである。例えば、モータ３は、車両の走行用モータである。

第１の実施形態ではモータ３は、三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のブラシレスモータである。具体的には、モータ３は、永久磁石を有するロータ（不図示）と、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）それぞれに対応するコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗがロータの回転方向に順に巻装されているステータ（不図示）とを備えている。そして、各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのそれぞれは、モータ制御装置４に接続されている。ただし、モータ３は、ブラシレスモータに限定されず、例えばインダクションモータであってもよい。

なお、モータ３は、モータジェネレータであってもよい。すなわち、モータ３は、車両１のエンジンにより駆動される発電機として用いられるとともに、当該エンジンを始動するための電動機としても用いられてもよい。第１の実施形態のモータ３は、主として電動機として動作し、車両１の車輪を駆動する。

モータ制御装置４は、直流電源２からの直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。また、モータ制御装置４は、モータ３で発生した回生電力を直流電力に変換して直流電源２に供給してもよい。

以下において、第１の実施形態に係るモータ制御装置４の構成について、図１を用いて説明する。第１の実施形態に係るモータ制御装置４は、コンデンサ１０、昇圧コンバータ１１、コンデンサ１２、インバータ１３、第１電圧センサ１４、第２電圧センサ１５、第１電流センサ１６、第２電流センサ１７、回転角センサ１８、温度取得部２３及び制御装置１９を備える。

コンデンサ１０は、昇圧コンバータ１１の一次側（直流電源２側）に設けられた平滑用のコンデンサである。具体的には、コンデンサ１０は、一端が直流電源２のプラス端子に接続され、他端が直流電源２のマイナス端子に接続される。この直流電源２のマイナス端子は接地される。

昇圧コンバータ１１は、直流電源２から出力される直流電圧Ｖｂを所定の昇圧比で昇圧する。昇圧コンバータ１１で昇圧された電圧は、インバータ１３に入力する電圧（以下、「入力電圧」という。）Ｖｓである。このように、昇圧コンバータ１１は、直流電源２から出力される直流電圧Ｖｂを所定の昇圧比で昇圧することで入力電圧Ｖｓを生成し、その入力電圧Ｖｓをインバータ１３に出力する。なお、昇圧コンバータ１１は、インバータ１３から入力される回生電圧を所定の降圧比で降圧して直流電源２に出力する機能をさらに備えてもよい。なお、昇圧コンバータ１１は、本発明の「コンバータ」の一例である。以下に、昇圧コンバータ１１の概略構成の一例について説明する。

昇圧コンバータ１１は、リアクトル２０及び互いに直列に接続された上側スイッチング素子Ｑ２１と下側スイッチング素子２２とを備える。

リアクトル２０は一端がコンデンサ１０の一端に接続されており、他端が上側スイッチング素子Ｑ２１と下側スイッチング素子２２との接続点に接続されている。

上側スイッチング素子２１及び下側スイッチング素子２２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ベースバイポーラトランジスタ）である場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＦＥＴ（Field Effective Transistor；電界効果トランジスタ）等であってもよい。

上側スイッチング素子２１のコレクタ端子は、コンデンサ１２の一方の端子に接続されている。上側スイッチング素子２１のエミッタ端子は、リアクトル２０の他端に接続されている。上側スイッチング素子２１のベース端子は、制御装置１９に接続されている。

下側スイッチング素子２２のコレクタ端子は、リアクトル２０の他端に接続されている。下側スイッチング素子２２のエミッタ端子は、直流電源２のマイナス端子に接続される。下側スイッチング素子２２のベース端子は、制御装置１９に接続されている。
なお、昇圧コンバータ１１は、上側スイッチング素子２１及び下側スイッチング素子２２のそれぞれに逆方向に並列接続されたダイオードＤ（ダイオードＤ１及びダイオードＤ２）を備える。

コンデンサ１２は、昇圧コンバータ１１の二次側（インバータ１３側）に接続されている。コンデンサ１２は、一端が上側スイッチング素子２１のコレクタ端子に接続され、他端が直流電源２のマイナス端子に接続された平滑コンデンサである。

インバータ１３は、直流電源２から出力される直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。具体的には、インバータ１３には、昇圧コンバータ１１から入力電圧Ｖｓが供給される。インバータ１３は、昇圧コンバータ１１からの電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。第１の実施形態のインバータ１３は、図示するように三相インバータであり、各相に対応した３つのスイッチングレグを備えている。

具体的には、インバータ１３は、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６と、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に逆方向に並列接続されたダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を備える。

スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、ＩＧＢＴであってもよいし、ＦＥＴであってもよい。スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ２は直列的に接続されてスイッチングレグを構成している。スイッチング素子ＳＷ３及びＳＷ４は直列的に接続されてスイッチングレグを構成している。スイッチング素子ＳＷ５及びＳＷ６は直列的に接続されてスイッチングレグを構成している。
スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２との接続点は、コイルＬｕに接続される。スイッチング素子ＳＷ３とスイッチング素子ＳＷ４との接続点は、コイルＬｖに接続される。スイッチング素子ＳＷ５とスイッチング素子ＳＷ６との接続点は、コイルＬｗに接続される。

第１電圧センサ１４は、直流電源２の端子間に接続され、直流電源２から出力される直流電圧Ｖｂを検出する。換言すれば、第１電圧センサ１４は、コンデンサ１０の端子間に取り付けられ、コンデンサ１０の電圧を検出するセンサである。第１電圧センサ１４は、検出した直流電圧Ｖｂを制御装置１９に出力する。なお、第１電圧センサ１４は、本発明の「電圧検出部」の一例である。

第２電圧センサ１５は、昇圧コンバータ１１からインバータ１３に供給される入力電圧Ｖｓを検出する。第２電圧センサ１５は、コンデンサ１２の端子間に取り付けられている。第２電圧センサ１５は、検出した入力電圧Ｖｓを制御装置１９に出力する。

第１電流センサ１６は、直流電源２から昇圧コンバータ１１に出力される電流である出力電流Ｉｂを検出する。第１電流センサ１６は、検出した出力電流Ｉｂを制御装置１９に出力する。例えば、第１電流センサ１６は、リアクトル２０に流れる電流を検出することで出力電流Ｉｂを検出する。ただし、これに限定されず、第１電流センサ１６は、直流電源２から昇圧コンバータ１１に出力される電流である出力電流Ｉｂを検出できれば、どの位置に接続されてもよい。第１電流センサ１６は、カレントトランス（ＣＴ）やホール素子を備えた電流センサであってもよいし、シャント抵抗を有して当該シャント抵抗の両端の電圧から出力電流Ｉｂを検出してもよい。なお、第１電流センサ１６は、本発明の「電流検出部」の一例である。

複数の第２電流センサ１７は、三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の各相電流を検出する。すなわち、複数の第２電流センサ１７は、Ｕ相のコイルＬｕに流れる相電流値（以下、「Ｕ相電流値」という。）Ｉｕ、Ｖ相のコイルＬｖに流れる相電流値（以下、「Ｖ相電流値」という。）Ｉｖ、及びＷ相のコイルＬｗに流れる相電流値（以下、「Ｗ相電流値」という。）Ｉｗを検出して、制御装置１９に出力する。例えば、複数の第２電流センサ１７は、インバータ１３とモータ３との間に設けられてもよいし、インバータ１３の内部に設けられてもよい。第２電流センサ１７は、各相の相電流を検出する構成であれば特に限定されないが、例えば、トランスを備えたカレントトランス（ＣＴ）やホール素子を備えた電流センサである。また、第２電流センサ１７は、シャント抵抗を備え、当該シャント抵抗の両端の電圧から相電流を検出してもよい。

回転角センサ１８は、モータ３の回転角を検出する。モータ３の回転角は、所定の基準回転位置からの上記ロータの電気角である。回転角センサ１８は、検出した回転角を示す検出信号を制御装置１９に出力する。例えば、回転角センサ１８は、レゾルバを備えてもよい。

温度取得部２３は、インバータ１３内のスイッチング素子の温度（以下、「素子温度」という。）Ｋｓｗを検出する。例えば、温度取得部２３は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうち、少なくともいずれかの温度を素子温度Ｋｓｗとして検出してもよい。温度取得部２３は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうちいずれかに接触するように設けられ、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のいずれかの素子温度Ｋｓｗを直接検出してもよい。また、温度取得部２３は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のいずれかの周囲に設けられ、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のいずれかの温度である素子温度Ｋｓｗを間接的に検出してもよい。さらに、温度取得部２３は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の各温度を直接的又は間接的に取得し、その各温度のうち、最も高い方の温度を温度Ｋｓｗとしてもよい。温度取得部２３は、検出した温度Ｋｓｗを制御装置１９に出力する。
ただし、本実施形態の素子温度Ｋｓｗは、測定値でなくてもよく、例えば、推定値であってもよい。例えば、温度取得部２３は、モータ３の運転状況や水温及びその他環境条件などの情報に基づいてインバータ１３内のスイッチング素子の温度を推定してもよい。このように、素子温度Ｋｓｗは、計測値であってもよく、推定値であってもよい。そして、測定値は、インバータ１３内のスイッチング素子の温度であってもよいし、スイッチング素子の周囲の温度であってもよい。

ここで、後述の通過電流が増加すると、インバータ１３内のスイッチング素子の温度が高くなるが、昇圧コンバータ１１のスイッチング素子も同様に高くなることが考えられる。そこで、温度取得部２３は、昇圧コンバータ１１のスイッチング素子の温度を素子温度Ｋｓｗとして取得してもよい。温度取得部２３は、上側スイッチング素子２１及び下側スイッチング素子２２の温度の少なくともいずれかの温度を素子温度Ｋｓｗとして測定してもよい。温度取得部２３は、上側スイッチング素子２１及び下側スイッチング素子２２の周囲の温度を素子温度Ｋｓｗとして測定してもよい。さらに、温度取得部２３は、モータ３の運転状況や水温及びその他環境条件などの情報に基づいて、上側スイッチング素子２１及び下側スイッチング素子２２の少なくともいずれかの温度を推定することで素子温度Ｋｓｗを取得してもよい。

温度取得部２３は、昇圧コンバータ１１及びインバータ１３の少なくともいずれかに含まれるダイオードの温度の測定値又は推定値を、素子温度Ｋｓｗとして検出してもよい。
このように、温度取得部２３は、インバータ１３内のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６と、インバータ１３内のダイオードＤ１１〜Ｄ１６、昇圧コンバータ１１内のスイッチング素子２１，２２、昇圧コンバータ１１内のダイオードＤ１，Ｄ２と、の複数の半導体素子のうち、少なくともいずれかの半導体素子の温度の測定値又は推定値を、素子温度Ｋｓｗとして検出する。

制御装置１９は、トルク指令値に基づいてインバータ１３のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するインバータ制御を行う。このインバータ制御は、公知の技術を適用可能である。
また、制御装置１９は、トルク指令値に基づいて、入力電圧Ｖｓが目標値（以下、「目標入力電圧」という。）Ｖｘになるように上側スイッチング素子２１及び下側スイッチング素子２２のオン状態又はオフ状態に制御するコンバータ制御を行う。例えば、制御装置１９は、コンバータ制御において、入力電圧Ｖｓが目標入力電圧Ｖｘになるように上側スイッチング素子２１及び下側スイッチング素子２２をＰＷＭ制御する。
ここで、トルク指令値は、モータ３で発生させるトルク（モータトルク）の目標値（以下、「目標設定トルク」という。）Ｔｒｅｆであって、外部装置から制御装置１９に送信される。

制御装置１９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）などのプロセッサ及び不揮発性又は揮発性の半導体メモリ（例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））を備えてもよい。例えば、制御装置１９は、ＭＣＵなどのマイクロコントローラを有してもよい。また、制御装置１９は、昇圧コンバータ１１及びインバータ１３の各ドライバ回路を有してもよい。

以下において、第１の実施形態に係る制御装置１９におけるコンバータ制御を行うための概略構成を、図２を用いて説明する。図２は、第１の実施形態に係る制御装置１９の概略構成の一例を示す図である。

制御装置１９は、回転数演算部３０、格納部３１、最適電圧算出部３２、最低電圧算出部３３、温度判定部３４、目標値設定部３５及び駆動制御部３６を備える。

回転数演算部３０は、回転角センサ１８から出力される検出信号に基づいて、モータ３の回転数Ｎｍを演算する。回転数演算部３０は、公知の技術を用いて回転数Ｎｍを演算する。

格納部３１は、第１格納部４０、第２格納部４１及び第３格納部４２を備える。

第１格納部４０には、第１損失マップ１００が予め格納されている。図３は、第１の実施形態に係る第１損失マップ１００を説明する図である。
第１損失マップ１００には、モータ３の回転数Ｎｍと、目標設定トルクＴｒｅｆと、モータ３及びインバータ１３の電力損失Ｐｋと、の対応関係を示す動作点損失マップ１０１が、複数の入力電圧Ｖｓのそれぞれに対して関連付けられている。なお、本実施形態に係る電力損失Ｐｋは、本発明の「第１電力損失」の一例である。電力損失Ｐｋは、モータ３の電力損失とインバータ１３の電力損失の合計である。第１損失マップ１００は、例えば、実験的又は理論的に事前に設定される。

各動作点損失マップ１０１は、回転数Ｎｍと目標設定トルクＴｒｅｆとから電力損失Ｐｋを算出するための情報である。ここで、回転数Ｎｍと目標設定トルクＴｒｅｆとは、モータ３の動作、すなわちモータ動作点を規定する。したがって、各動作点損失マップ１０１は、回転数Ｎｍと目標設定トルクＴｒｅｆで規定されるモータ動作点でモータ３を動作させた場合に発生する電力損失Ｐｋを算出するための情報である。

図３（ａ）に示す例では、第１損失マップ１００には、動作点損失マップ１０１が、複数の入力電圧Ｖ１からＶｎのそれぞれに対して関連付けられている。図３（ａ）に示す例では、動作点損失マップ１０１−１には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ１であるときの、目標設定トルクＴｒｅｆ、モータ３の回転数Ｎｍ及び電力損失Ｐｋ１の対応関係が規定されている。動作点損失マップ１０１−２には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ２であるときの、目標設定トルクＴｒｅｆ、モータ３の回転数Ｎｍ及び電力損失Ｐｋ２の対応関係が規定されている。動作点損失マップ１０２−３には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ３であるときの、目標設定トルクＴｒｅｆ、モータ３の回転数Ｎｍ及び電力損失Ｐｋ３の対応関係が規定されている。動作点損失マップ１０２−４には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ４であるときの、目標設定トルクＴｒｅｆ、モータ３の回転数Ｎｍ及び電力損失Ｐｋ４の対応関係が規定されている。動作点損失マップ１０２−５には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ５であるときの、目標設定トルクＴｒｅｆ、モータ３の回転数Ｎｍ及び電力損失Ｐｋ５の対応関係が規定されている。動作点損失マップ１０２−ｎ（ｎは整数）には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖｎであるときの、目標設定トルクＴｒｅｆ、モータ３の回転数Ｎｍ及び電力損失Ｐｋｎの対応関係が規定されている。

したがって、モータ動作点が設定されれば、第１損失マップ１００から入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｋとの対応関係（以下、「第１対応関係」という。）１０３（例えば、電力損失Ｐｋに対する入力電圧Ｖｓの依存性）が求められる。すなわち、図３（ｂ）に示すように、モータ動作点が設定されれば、電力損失Ｐｋ及び入力電圧Ｖｓのうち、一方が決まれば、他方が決まる相関関係が第１対応関係１０３として求まる。この第１対応関係１０３は、計算式であってもよいし、ルックアップテーブルであってもよいし、グラフ化されていてもよい。

第２格納部４１には、第２損失マップ２００が予め格納されている。図４は、第１の実施形態に係る第２損失マップ２００を説明する図である。
第２損失マップ２００には、出力電流Ｉ１と、直流電圧Ｖｂと、昇圧コンバータ１１の電力損失Ｐｃと、の対応関係を示すコンバータ損失マップ２０１が、複数の入力電圧Ｖｓのそれぞれに対して関連付けられている。第２損失マップ２００は、例えば、実験的又は理論的に事前に設定される。

コンバータ損失マップ２０１は、出力電流Ｉ１と直流電圧Ｖｂとから電力損失Ｐｃを算出するための情報である。なお、本実施形態に係る電力損失Ｐｃは、本発明の「第２電力損失」の一例である。

図４（ａ）に示す例では、第２損失マップ２００には、コンバータ損失マップ２０１が、複数の入力電圧Ｖ１からＶｎのそれぞれに対して関連付けられている。図４（ａ）に示す例では、コンバータ損失マップ２０１−１には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ１であるときの、出力電流Ｉ１、直流電圧Ｖｂ及び電力損失Ｐｃ１の対応関係が規定されている。コンバータ損失マップ２０１−２には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ２であるときの、出力電流Ｉ１、直流電圧Ｖｂ及び電力損失Ｐｃ２の対応関係が規定されている。動作点損失マップ１０２−３には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ３であるときの、出力電流Ｉ１、直流電圧Ｖｂ及び電力損失Ｐｃ３の対応関係が規定されている。動作点損失マップ１０２−４には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ４であるときの、出力電流Ｉ１、直流電圧Ｖｂ及び電力損失Ｐｃ４の対応関係が規定されている。動作点損失マップ１０２−５には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ５であるときの、出力電流Ｉ１、直流電圧Ｖｂ及び電力損失Ｐｃ５の対応関係が規定されている。動作点損失マップ１０２−ｎには、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖｎであるときの、出力電流Ｉ１、直流電圧Ｖｂ及び電力損失Ｐｃｎの対応関係が規定されている。

したがって、モータ動作点が設定されれば、第２損失マップ２００から入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｃとの対応関係（以下、「第２対応関係」という。）２０３（例えば、電力損失Ｐｃに対する入力電圧Ｖｓの依存性）が求められる。すなわち、図４（ｂ）に示すように、モータ動作点が設定されれば、電力損失Ｐｃ及び入力電圧Ｖｓのうち、一方が決まれば、他方が決まる相関関係が第２対応関係２０３として求まる。この対応関係２０３は、計算式であってもよいし、ルックアップテーブルであってもよいし、グラフ化されていてもよい。

第３格納部４２には、最低電圧取得マップ３００が予め格納されている。図５は、第１の実施形態に係る最低電圧取得マップ３００の一例を説明する図である。
最低電圧取得マップ３００は、モータ３の回転数Ｎｍと、目標設定トルクＴｒｅｆと、最低入力電圧Ｖｍｉｎと、の対応関係を示す情報である。最低入力電圧Ｖｍｉｎは、モータ３の回転数Ｎｍと目標設定トルクＴｒｅｆとで規定されるモータ動作点でモータ３を動作させるために必要な入力電圧Ｖｓの最低値である。

例えば、最低電圧取得マップ３００は、計算式であってもよいし、ルックアップテーブルであってもよいし、グラフ化されていてもよい。最低電圧取得マップ３００は、モータ３の回転数Ｎｍと目標設定トルクＴｒｅｆとに基づいて最低入力電圧Ｖｍｉｎが決定できるように、実験的又は理論的に定めればよい。例えば、図５に示すように、最低電圧取得マップ３００として予め設定されたルックアップテーブルを用いる場合には、最低電圧取得マップ３００は、各回転数Ｎｍと、各目標設定トルクＴｒｅｆと、その回転数Ｎｍと目標設定トルクＴｒｅｆとの組み合わせ毎に関連付けられた最低入力電圧Ｖｍｉｎとを備えるルックアップテーブルである。

最適電圧算出部３２は、回転数演算部３０で演算された回転数Ｎｍと、モータ３で発生させるトルクの目標値である目標設定トルクＴｒｅｆとで規定されたモータ動作点でモータ３を動作させた場合に、モータ３、インバータ１３、及び昇圧コンバータ１１のそれぞれで発生する電力損失の合計が最低となる入力電圧Ｖｓを最適入力電圧Ｖｒｅｆとして算出する。

以下において、第１の実施形態に係る最適電圧算出部３２の概略構成について説明する。
最適電圧算出部３２は、第１取得部５０、第２取得部５１及び決定部５２を備える。

第１取得部５０は、第１格納部４０に格納されている第１損失マップ１００を参照する。そして、第１取得部５０は、回転数演算部３０で演算されたモータの回転数Ｎｍと、外部から得られたトルク指令値が示す目標設定トルクＴｒｅｆとに対応する電力損失Ｐｋを複数の動作点損失マップ１０１のそれぞれから読み取ることで、入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｋとの第１対応関係１０３を取得する。

第２取得部５１は、第２格納部４１に格納されている第２損失マップ２００を参照する。そして、第２取得部５１は、第１電圧センサ１４で検出された直流電圧Ｖｂと第１電流センサ１６で検出された出力電流Ｉｂとに対応する電力損失Ｐｃを複数のコンバータ損失マップ２０１のそれぞれから読み取ることで、入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｃとの第２対応関係２０３を取得する。

決定部５２は、第１対応関係１０３と第２対応関係２０３とに基づいて、電力損失Ｐｋと電力損失Ｐｃとの合計（以下、「合計損失」という。）Ｐｓが最低となる入力電圧Ｖｓを求める。そして、決定部５２は、その入力電圧Ｖｓを最適入力電圧Ｖｒｅｆとして目標値設定部３５に送信する。

一例として、図６に示すように、決定部５２は、第１対応関係１０３と第２対応関係２０３とを合成して、入力電圧Ｖｓと合計損失Ｐｓとの対応関係である第３対応関係３０３を求める。第３対応関係３０３は、計算式であってもよいし、ルックアップテーブルであってもよいし、グラフ化されていてもよい。例えば、図６に示すように、第１対応関係１０３は、入力電圧Ｖ１〜Ｖ５（ｎ＝５）のそれぞれに対応する電力損失Ｐｋが規定されている。また、第２対応関係２０３は、入力電圧Ｖ１〜Ｖ５（ｎ＝５）のそれぞれに対応する電力損失Ｐｃが規定されている。したがって、決定部５２は、同一の入力電圧の電力損失Ｐｋ及び電力損失Ｐｃを入力電圧ごとに合計することで、入力電圧Ｖ１〜Ｖ５（ｎ＝５）のそれぞれに対応する電力損失Ｐｓ（Ｐｓ１〜Ｐｓ５）が規定される第３対応関係３０３を求めることができる。なお、決定部５２は、第３対応関係３０３において、２点間の電力損失Ｐｓの間（例えば、Ｐｓ１とＰｓ２との間、Ｐｓ２とＰｓ３との間、Ｐｓ３とＰｓ４との間、Ｐｓ４とＰｓ５との間）を、線形補完や多項式補間などの補間処理を適用することで求めてもよい。

そして、決定部５２は、第３対応関係３０３において、最低となる合計損失Ｐｓである最低電力Ｐｍｉｎを探索し、その最低電力Ｐｍｉｎのときの入力電圧Ｖｓを最適入力電圧Ｖｒｅｆとして求める。すなわち、決定部５２は、第３対応関係３０３において、合計損失Ｐｓである最低となる入力電圧Ｖｓを探索し、その入力電圧Ｖｓを最適入力電圧Ｖｒｅｆとする。

最低電圧算出部３３は、回転数演算部３０で演算されたモータ３の回転数Ｎｍと、トルク指令値が示す目標設定トルクＴｒｅｆとに対応する最低入力電圧Ｖｍｉｎを最低電圧取得マップ３００から読み取り、読み取った最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標値設定部３５に送信する。

インバータ１３や昇圧コンバータ１１を通過する電流である通過電流が増加することでインバータ１３や昇圧コンバータ１１のスイッチング素子が発熱する。温度判定部３４は、温度取得部２３から素子温度Ｋｓｗを取得し、その素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ以上か否かを判定する。温度判定部３４は、トルク指令値が示す素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ以上である場合には、その旨を示す第１判定信号を目標値設定部３５に出力する。温度判定部３４は、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ未満である場合には、その旨を示す第２判定信号を目標値設定部３５に出力する。

ここで、所定値Ｋｔｈとは、発熱を抑制するための閾値であり、実験等によって決定される。例えば、所定値Ｋｔｈは、検出対象のスイッチング素子の最大ジャンクション温度であってもよいし、最大ジャンクション温度よりも所定値だけ低い温度であってもよい。

目標値設定部３５は、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ以下である場合には、最適入力電圧Ｖｒｅｆが最低入力電圧Ｖｍｉｎより大きい限りは最適入力電圧Ｖｒｅｆを目標入力電圧Ｖｘに設定する。目標値設定部３５は、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ未満である場合かつ最適入力電圧Ｖｒｅｆが最低入力電圧Ｖｍｉｎ以下である場合には、最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標入力電圧Ｖｘに設定する。このように、目標値設定部３５は、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ未満である場合には、最適入力電圧Ｖｒｅｆが最低入力電圧Ｖｍｉｎより大きい限りは最適入力電圧Ｖｒｅｆを目標入力電圧Ｖｘに設定し、最適入力電圧Ｖｒｅｆ＜最低入力電圧Ｖｍｉｎの場合には、最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標入力電圧Ｖｘに設定する。
目標値設定部３５は、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈを超える場合には最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標入力電圧Ｖｘに設定する。そして、目標値設定部３５は、設定した目標入力電圧Ｖｘを駆動制御部３６に出力する。

例えば、目標値設定部３５には、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ以下であるか否かを示すフラグ（以下、「判定フラグ」という。）が格納されている。例えば、判定フラグは、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ以下である場合には「０」であり、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈを超える場合には「１」となる。すなわち、判定フラグは、目標値設定部３５が温度判定部３４から第１判定信号を取得した場合には「１」となり、目標値設定部３５が温度判定部３４から第２判定信号を取得した場合には「０」となる。目標値設定部３５は、判定フラグの値を確認し、判定フラグが「１」であれば最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標入力電圧Ｖｘに設定する。一方、目標値設定部３５は、判定フラグが「０」であれば最適入力電圧Ｖｒｅｆが最低入力電圧Ｖｍｉｎを上回っている場合に最適入力電圧Ｖｒｅｆを目標入力電圧Ｖｘに設定し、最適入力電圧Ｖｒｅｆが最低入力電圧Ｖｍｉｎ以下である場合には最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標入力電圧Ｖｘする。

ただし、これに限定されず、目標値設定部３５には、判定フラグを用いずに、第１判定信号を取得した場合に最低入力電圧Ｖｍｉｎと最適入力電圧Ｖｒｅｆとのうち、低い方の電圧を目標入力電圧Ｖｘに設定し、第２判定信号を取得した場合に最適入力電圧Ｖｒｅｆを目標入力電圧Ｖｘに設定してもよい。

駆動制御部３６は、第２電圧センサ１５が検出した入力電圧Ｖｓを取得し、その入力電圧Ｖｓが目標入力電圧Ｖｘになるように上側スイッチング素子２１及び下側スイッチング素子２２をＰＷＭ制御する。例えば、駆動制御部３６は、上側スイッチング素子２１及び下側スイッチング素子２２をＰＷＭ制御するにあたって、第２電圧センサ１５が検出した入力電圧Ｖｓを取得し、その入力電圧Ｖｓが目標入力電圧Ｖｘになるようにフィードバック制御（ＰＩ制御やＰＩＤ制御）してもよい。

第１の実施形態に係るコンバータ制御の動作の流れを、図７を用いて説明する。図７は、第１の実施形態に係るコンバータ制御の動作の流れを示す図である。

制御装置１９は、一定周期毎に図７に示す動作を繰り返すことで昇圧コンバータ１１を制御する。

最適電圧算出部３２は、外部装置からトルク指令値を取得し、回転数演算部３０から回転数Ｎｍを取得し、トルク指令値と回転数Ｎｍに基づいて入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｋとの第１対応関係１０３を求める。また、最適電圧算出部３２は、第１電圧センサ１４から直流電圧Ｖｂを取得し、第１電流センサ１６から出力電流Ｉｂを取得し、直流電圧Ｖｂと出力電流Ｉｂとに基づいて入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｃとの第２対応関係２０３を求める。そして、最適電圧算出部３２は、第１対応関係１０３と第２対応関係２０３とに基づいて、電力損失Ｐｋと電力損失Ｐｃとの合計損失Ｐｓが最低となる入力電圧Ｖｓを求めその入力電圧Ｖｓを最適入力電圧Ｖｒｅｆとする（ステップＳ１０１）。

最低電圧算出部３３は、回転数演算部３０で演算されたモータ３の回転数Ｎｍと、トルク指令値が示す目標設定トルクと、に対応する最低入力電圧Ｖｍｉｎを最低電圧取得マップ３００から読み取ることで最低入力電圧Ｖｍｉｎを求める（ステップＳ１０２）。

温度判定部３４は、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈを上回っているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、温度判定部３４は、判定結果を目標値設定部３５に出力する。

目標値設定部３５は、上記判定結果において、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ以下である場合には、最適入力電圧Ｖｒｅｆが最低入力電圧Ｖｍｉｎよりも高いか否かを判定する（ステップＳ１０４）。そして、目標値設定部３５は、最適入力電圧Ｖｒｅｆが最低入力電圧Ｖｍｉｎよりも高い場合には、最適入力電圧Ｖｒｅｆを目標入力電圧Ｖｘに設定する（ステップＳ１０５）。一方、ステップＳ１０４において、目標値設定部３５は、最適入力電圧Ｖｒｅｆが最低入力電圧Ｖｍｉｎ以下である場合には、最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標入力電圧Ｖｘに設定する（ステップＳ１０６）。
目標値設定部３５は、ステップＳ１０３において、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈを上回っている場合には、最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標入力電圧Ｖｘに設定する（ステップＳ１０６）。

次に、本実施形態に係るコンバータ制御の作用効果について説明する。
通過電流が高くなると、昇圧コンバータ１１のスイッチング素子や、インバータ１３のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６及びダイオードＤ１１〜Ｄ１６などの半導体素子の温度も高くなり、発熱が大きくなる。よって、制御装置１９は、素子温度Ｋｓｗを監視し、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈを上回った場合には最適入力電圧Ｖｒｅｆではなく最低入力電圧Ｖｍｉｎをインバータ１３に入力するように昇圧コンバータ１１を制御する。これにより、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６及びダイオードＤ１１〜Ｄ１６の電力損失を低減させ、昇圧コンバータ１１及びインバータ１３内のスイッチング素子やダイオードＤ１１〜Ｄ１６の発熱を抑制することができる。

なお、最適入力電圧Ｖｒｅｆは、最低入力電圧Ｖｍｉｎよりも大きいことが多いが、ある条件下において最適入力電圧Ｖｒｅｆは、最低入力電圧Ｖｍｉｎよりも小さくなる場合がある。よって、制御装置１９は、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ以下である場合には、最適入力電圧Ｖｒｅｆ及び最低入力電圧Ｖｍｉｎのうち、高い方の電圧を出力してもよい。これにより、インバータ１３及びモータ３の効率を最も高い状態で運転可能となる。

＜第２の実施形態＞
以下に、第２の実施形態に係るモータ制御装置４Ｂを備えた車両１Ｂについて、説明する。車両１Ｂは、第１の実施形態と比較して、モータジェネレータであるモータ６０を更に備えている。図８は、第２の実施形態に係るモータ制御装置４Ｂを備えた車両１Ｂの概略構成の一例を示す図である。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。

車両１Ｂは、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の走行用のモータを備える車両である。
図８に示すように、車両１Ｂは、直流電源２、モータ３、モータ６０及びモータ制御装置４Ｂを備える。

モータ３は、モータ制御装置４Ｂによって車両１Ｂの駆動力を発生させるための電動モータである。例えば、モータ３は、車両の走行用モータである。モータ３は、本発明の「第１モータ」の一例である。

モータ６０は、車両１Ｂのエンジンにより駆動される発電機として用いられるとともに、当該エンジンを始動するための電動機としても用いられる、いわゆるモータジェネレータである。モータ６０は、本発明の「第２モータ」の一例である。

モータ制御装置４Ｂは、直流電源２からの直流電力を交流電力に変換してモータ３及びモータ６０に供給する。また、モータ制御装置４Ｂは、モータ６０で発生した回生電力を直流電力に変換して直流電源２に供給する。

以下において、第２の実施形態に係るモータ制御装置４Ｂの構成について、図８を用いて説明する。第２の実施形態に係るモータ制御装置４Ｂは、コンデンサ１０、昇圧コンバータ１１、コンデンサ１２、インバータ１３、インバータ６１、第１電圧センサ１４、第２電圧センサ１５、第１電流センサ１６、第２電流センサ１７、第３電流センサ６２、回転角センサ１８、回転角センサ６３、温度取得部２３及び制御装置１９を備える。

第２の実施形態に係る昇圧コンバータ１１は、直流電源２から出力される直流電圧Ｖｂを所定の昇圧比で昇圧する。昇圧コンバータ１１で昇圧された電圧である入力電圧Ｖｓは、インバータ１３及びインバータ６１のそれぞれに入力する電圧である。このように、昇圧コンバータ１１は、直流電源２から出力される直流電圧Ｖｂを所定の昇圧比で昇圧することで入力電圧Ｖｓを生成し、その入力電圧Ｖｓをインバータ１３及びインバータ６１に出力する。

インバータ６１は、直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換してモータ６０に供給する。具体的には、インバータ６１には、昇圧コンバータ１１から入力電圧Ｖｓが供給される。インバータ６１は、昇圧コンバータ１１からの電力を交流電力に変換してモータ６０に供給する。インバータ６１は、図示するように三相インバータであり、各相に対応した３つのスイッチングレグを備えている。

具体的には、インバータ６１は、複数のスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１６と、複数のスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１６に逆方向に並列接続されたダイオードＤ２１〜Ｄ２６とを備える。

スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１６は、ＩＧＢＴであってもよいし、ＦＥＴであってもよい。スイッチング素子ＳＷ１１及びＳＷ１２は直列的に接続されてスイッチングレグを構成している。スイッチング素子ＳＷ１３及びＳＷ１４は直列的に接続されてスイッチングレグを構成している。スイッチング素子ＳＷ１５及びＳＷ１６は直列的に接続されてスイッチングレグを構成している。
スイッチング素子ＳＷ１１とスイッチング素子ＳＷ１２との接続点は、モータ６０のコイルＬｕに接続される。スイッチング素子ＳＷ１３とスイッチング素子ＳＷ１４との接続点は、モータ６０のコイルＬｖに接続される。スイッチング素子ＳＷ１５とスイッチング素子ＳＷ１６との接続点は、モータ６０のコイルＬｗに接続される。

複数の第３電流センサ６２は、第２電流センサ１７と同様の構成を有し、モータ６０の三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の各相電流を検出する。

回転角センサ６３は、回転角センサ１８と同様の構成を有し、モータ６０の回転角を検出して、その検出した回転角を示す第２検出信号を制御装置１９Ｂに出力する。

制御装置１９Ｂは、第１トルク指令値に基づいてインバータ１３のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をＰＷＭ制御する第１インバータ制御を行う。また、制御装置１９Ｂは、インバータ６１のスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１６をＰＷＭ制御する第２インバータ制御を行う。ここで、第１トルク指令値は、モータ３で発生させるモータトルクの目標値であって、第１の実施形態のトルク指令値に相当する。第１インバータ制御及び第２インバータ制御は、公知の技術を適用可能である。

制御装置１９Ｂは、第２トルク指令値に基づいて、入力電圧Ｖｓが目標入力電圧Ｖｘになるように上側スイッチング素子２１及び下側スイッチング素子２２のオン状態又はオフ状態に制御するコンバータ制御を行う。例えば、制御装置１９Ｂは、コンバータ制御において、入力電圧Ｖｓが目標入力電圧Ｖｘになるように上側スイッチング素子２１及び下側スイッチング素子２２をＰＷＭ制御する。第２トルク指令値は、モータ６０で発生させるモータトルクの目標値であって、外部装置から制御装置１９Ｂに送信される。

制御装置１９Ｂは、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのプロセッサ及び不揮発性又は揮発性の半導体メモリ（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ）を備えてもよい。例えば、制御装置１９Ｂは、ＭＣＵなどのマイクロコントローラを有してもよい。また、制御装置１９Ｂは、昇圧コンバータ１１、インバータ１３及びインバータ６１の各ドライバ回路を有してもよい。

第２の実施形態の温度取得部２３は、第１の実施形態と同様に、インバータ１３内のスイッチング素子と、昇圧コンバータ１１内のスイッチング素子と、のうち、少なくともいずれかのスイッチング素子の温度の測定値又は推定値を、素子温度Ｋｓｗとして検出する。さらに、温度取得部２３は、インバータ６１内のスイッチング素子の温度を計測又は推定することで素子温度Ｋｓｗを取得してもよい。この計測は、インバータ６１内のスイッチング素子の温度を計測すること及びインバータ６１内のスイッチング素子の周囲の温度を計測することを含む。また、第２の実施形態の温度取得部２３は、インバータ１３及びインバータ６１のスイッチング素子のそれぞれの温度を計測又は推定し、インバータ１３の素子温度とインバータ６１の素子温度とのうち、最も高い素子温度を素子温度Ｋｓｗとして取得してもよい。

第２の実施形態の温度取得部２３は、昇圧コンバータ１１、インバータ１３及びインバータ６１の少なくともいずれかに含まれる一つ以上のダイオードの温度の測定値又は推定値を、素子温度Ｋｓｗとして検出してもよい。
このように、温度取得部２３は、インバータ１３内のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６と、インバータ１３内のダイオードＤ１１〜Ｄ１６、昇圧コンバータ１１内のスイッチング素子２１，２２、昇圧コンバータ１１内のダイオードＤ１，Ｄ２と、インバータ６１内のスイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１６、インバータ６１内のダイオードＤ２１〜Ｄ２６と、の複数の半導体素子のうち、少なくともいずれかの半導体素子の温度の測定値又は推定値を、素子温度Ｋｓｗとして検出する。

以下において、第２の実施形態に係る制御装置１９Ｂにおけるコンバータ制御を行うための概略構成を説明する。図９は、第２の実施形態に係る制御装置１９Ｂにおけるコンバータ制御を行うための概略構成図である。

制御装置１９Ｂは、回転数演算部３０、格納部３１Ｂ、最適電圧算出部３２Ｂ、最低電圧算出部３３Ｂ、温度判定部３４、目標値設定部３５及び駆動制御部３６を備える。

回転数演算部３０は、回転角センサ１８から出力される検出信号である第１検出信号に基づいて、モータ３の回転数Ｎｍを演算する。また、回転数演算部３０は、回転角センサ６３から出力される第２検出信号に基づいて、モータ６０の回転数Ｎｇを演算する。

格納部３１は、第１格納部４０、第２格納部４１及び第３格納部４２Ｂを備える。

第１格納部４０Ｂには、第１の実施形態で説明した第１損失マップ１００が予め格納されている。さらに、第１格納部４０Ｂには、第３損失マップ４００が予め格納されている。図１０は、第２の実施形態に係る第３損失マップ４００を説明する図である。

第３損失マップ４００には、モータ６０の回転数Ｎｇと、目標設定トルクＴｒｅｆと、モータ６０及びインバータ６１の電力損失Ｐｇと、の対応関係を示す動作点損失マップ４０１が、複数の入力電圧Ｖｓのそれぞれに対して関連付けられている。なお、第３損失マップ４００は、例えば、実験的又は理論的に事前に設定される。

なお、第２の実施形態では、第１損失マップ１００と第３損失マップ４００とを区別するために、第１損失マップ１００の各動作点損失マップ１０１に規定されている目標設定トルクＴｒｅｆを「第１目標設定トルクＴｒｅｆ１」と称し、第３損失マップ４００の各動作点損失マップ４０１に規定されている目標設定トルクＴｒｅｆを「第２目標設定トルクＴｒｅｆ２」と称する。

各動作点損失マップ４０１は、回転数Ｎｇと第２目標設定トルクＴｒｅｆ２とから電力損失Ｐｇを算出するための情報である。ここで、回転数Ｎｇと第２目標設定トルクＴｒｅｆ２とは、モータ６０の動作、すなわちモータ動作点を規定する。したがって、各動作点損失マップ４０１は、回転数Ｎｇと第２目標設定トルクＴｒｅｆ２で規定されるモータ動作点でモータ６０を動作させた場合に発生する電力損失Ｐｇを算出するための情報である。なお、本実施形態に係る電力損失Ｐｋ及び電力損失Ｐｇは、本発明の「第２電力損失」の一例である。

図１０（ａ）に示す例では、第３損失マップ４００には、動作点損失マップ４０１が、複数の入力電圧Ｖ１からＶｎのそれぞれに対して関連付けられている。図１０（ａ）に示す例では、動作点損失マップ４０１−１には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ１であるときの、第２目標設定トルクＴｒｅｆ２、モータ６０の回転数Ｎｇ及び電力損失Ｐｇ１の対応関係が規定されている。動作点損失マップ４０１−２には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ２であるときの、第２目標設定トルクＴｒｅｆ２、モータ６０の回転数Ｎｇ及び電力損失Ｐｇ２の対応関係が規定されている。動作点損失マップ４０２−３には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ３であるときの、第２目標設定トルクＴｒｅｆ２、モータ６０の回転数Ｎｇ及び電力損失Ｐｇ３の対応関係が規定されている。動作点損失マップ４０２−４には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ４であるときの、第２目標設定トルクＴｒｅｆ２、モータ６０の回転数Ｎｇ及び電力損失Ｐｇ４の対応関係が規定されている。動作点損失マップ４０２−５には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖ５であるときの、第２目標設定トルクＴｒｅｆ２、モータ６０の回転数Ｎｇ及び電力損失Ｐｇ５の対応関係が規定されている。動作点損失マップ４０２−ｎ（ｎは整数）には、入力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖｎであるときの、第２目標設定トルクＴｒｅｆ２、モータ６０の回転数Ｎｇ及び電力損失Ｐｇｎの対応関係が規定されている。

したがって、モータ動作点が設定されれば、第３損失マップ４００から入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｇとの対応関係（以下、「第４対応関係」という。）４０３（例えば、電力損失Ｐｇに対する入力電圧Ｖｓの依存性）が求められる。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、モータ動作点が設定されれば、電力損失Ｐｇ及び入力電圧Ｖｓのうち、一方が決まれば、他方が決まる相関関係が第４対応関係４０３として求まる。この第４対応関係４０３は、計算式であってもよいし、ルックアップテーブルであってもよいし、グラフ化されていてもよい。

第３格納部４２Ｂには、第１最低電圧取得マップ６００及び第２最低電圧取得マップ７００が予め格納されている。図１１は、第２の実施形態に係る第１最低電圧取得マップ６００及び第２最低電圧取得マップ７００の一例を説明する図である。

第１最低電圧取得マップ６００は、モータ３の回転数Ｎｍと、第１目標設定トルクＴｒｅｆと、第１最低入力電圧Ｖｍと、の対応関係を示す情報である（図１１（ａ））。第１最低入力電圧Ｖｍは、モータ３の回転数Ｎｍと目標設定トルクＴｒｅｆとで規定されるモータ動作点でモータ３を動作させるために必要な入力電圧Ｖｓの最低値である。なお、第１最低電圧取得マップ６００は、例えば、実験的又は理論的に事前に設定される。

第２最低電圧取得マップ７００は、モータ６０の回転数Ｎｇと、第２目標設定トルクＴｒｅｆ２と、第２最低入力電圧Ｖｇと、の対応関係を示す情報である（図１１（ｂ））。第２最低入力電圧Ｖｇは、モータ６０の回転数Ｎｇと第２目標設定トルクＴｒｅｆ２とで規定されるモータ動作点でモータ６０を動作させるために必要な入力電圧Ｖｓの最低値である。なお、第２最低電圧取得マップ７００は、例えば、実験的又は理論的に事前に設定される。

次に、第２の実施形態に係る最適電圧算出部３２Ｂの概略構成について説明する。第１取得部５０Ｂ、第２取得部５１及び決定部５２Ｂを備える。

第１取得部５０Ｂは、第１格納部４０Ｂに格納されている第１損失マップ１００を参照する。そして、第１取得部５０Ｂは、回転数演算部３０で演算されたモータの回転数Ｎｍと、外部から得られた第１トルク指令値が示す目標設定トルクＴｒｅｆ１とに対応する電力損失Ｐｋを複数の動作点損失マップ１０１のそれぞれから読み取ることで、入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｋとの第１対応関係１０３を取得する。

また、第１取得部５０Ｂは、第１格納部４０Ｂに格納されている第３損失マップ４００を参照する。そして、第１取得部５０Ｂは、回転数演算部３０で演算されたモータの回転数Ｎｇと、外部から得られた第２トルク指令値が示す目標設定トルクＴｒｅｆ２とに対応する電力損失Ｐｇを複数の動作点損失マップ４０１のそれぞれから読み取ることで、入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｇとの第４対応関係４０３を取得する。

決定部５２Ｂは、第１対応関係１０３、第２対応関係２０３及び第４対応関係４０３に基づいて、電力損失Ｐｋ、電力損失Ｐｇ及び電力損失Ｐｃの合計である合計損失Ｐｚが最低となる入力電圧Ｖｓを求める。そして、決定部５２Ｂは、その入力電圧Ｖｓを最適入力電圧Ｖｒｅｆとして目標値設定部３５に送信する。

一例として、図１２に示すように、決定部５２Ｂは、第１対応関係１０３と第２対応関係２０３と第４対応関係４０３を合成して、入力電圧Ｖｓと合計損失Ｐｚとの対応関係である第５対応関係５０３を求める。第５対応関係５０３は、計算式であってもよいし、ルックアップテーブルであってもよいし、グラフ化されていてもよい。例えば、図１２に示すように、第１対応関係１０３は、入力電圧Ｖ１〜Ｖ５（ｎ＝５）のそれぞれに対応する電力損失Ｐｋが規定されている。また、第２対応関係２０３は、入力電圧Ｖ１〜Ｖ５（ｎ＝５）のそれぞれに対応する電力損失Ｐｃが規定されている。また、第４対応関係４０３は、入力電圧Ｖ１〜Ｖ５（ｎ＝５）のそれぞれに対応する電力損失Ｐｇが規定されている。

したがって、決定部５２Ｂは、同一の入力電圧の電力損失Ｐｋ、電力損失Ｐｃ及び電力損失Ｐｇを入力電圧ごとに合計することで、入力電圧Ｖ１〜Ｖ５（ｎ＝５）のそれぞれに対応する電力損失Ｐｚ（Ｐｚ１〜Ｐｚ５）が規定される第５対応関係５０３を求めることができる。なお、決定部５２Ｂは、第５対応関係５０３において、２点間の電力損失Ｐｚの間（例えば、Ｐｚ１とＰｚ２との間、Ｐｚ２とＰｚ３との間、Ｐｚ３とＰｚ４との間、Ｐｚ４とＰｚ５との間）を、線形補完や多項式補間などの補間処理を行うことにより求めてもよい。

そして、決定部５２Ｂは、第５対応関係５０３において、最低となる合計損失Ｐｚである最低電力Ｐｍｉｎを探索し、その最低電力Ｐｍｉｎのときの入力電圧Ｖｓを最適入力電圧Ｖｒｅｆとして求める。すなわち、決定部５２Ｂは、第５対応関係５０３において、合計損失Ｐｚである最低となる入力電圧Ｖｓを探索し、その入力電圧Ｖｓを最適入力電圧Ｖｒｅｆとする。

最低電圧算出部３３Ｂは、回転数演算部３０で演算されたモータ３の回転数Ｎｍと、第１トルク指令値が示す第１目標設定トルクＴｒｅｆ１とに対応する第１最低入力電圧Ｖｍを第１最低電圧取得マップ６００から読み取る。また、最低電圧算出部３３Ｂは、回転数演算部３０で演算されたモータ６０の回転数Ｎｇと、第２トルク指令値が示す第２目標設定トルクＴｒｅｆ２とに対応する第２最低入力電圧Ｖｇを第２最低電圧取得マップ７００から読み取る。そして、最低電圧算出部３３Ｂは、第１最低入力電圧Ｖｍと第２最低入力電圧Ｖｇとを比較して、第１最低入力電圧Ｖｍと第２最低入力電圧Ｖｇとのうち高い方の電圧を、最低入力電圧Ｖｍｉｎとして設定する。最低電圧算出部３３Ｂは、設定した最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標値設定部３５に送信する。

第２の実施形態に係るコンバータ制御の動作の流れを、図１３を用いて説明する。図１３は、第２の実施形態に係るコンバータ制御の動作の流れを示す図である。

制御装置１９Ｂは、一定周期毎に図１３に示す動作を繰り返すことで昇圧コンバータ１１を制御する。

最適電圧算出部３２Ｂは、外部装置から第１トルク指令値を取得し、回転数演算部３０から回転数Ｎｍを取得し、第１トルク指令値と回転数Ｎｍに基づいて入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｋとの第１対応関係１０３を求める。最適電圧算出部３２Ｂは、外部装置から第２トルク指令値を取得し、回転数演算部３０から回転数Ｎｇを取得し、第２トルク指令値と回転数Ｎｇに基づいて入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｇとの第４対応関係４０３を求める。さらに、最適電圧算出部３２は、第１電圧センサ１４から直流電圧Ｖｂを取得し、第１電流センサ１６から出力電流Ｉｂを取得し、直流電圧Ｖｂと出力電流Ｉｂとに基づいて入力電圧Ｖｓと電力損失Ｐｃとの第２対応関係２０３を求める。そして、最適電圧算出部３２は、第１対応関係１０３、第２対応関係２０３及び第４対応関係４０３に基づいて、電力損失Ｐｋ、電力損失Ｐｃ及び電力損失Ｐｇとの合計損失Ｐｚが最低となる入力電圧Ｖｓを求めその入力電圧Ｖｓを最適入力電圧Ｖｒｅｆとする（ステップＳ２０１）。

最低電圧算出部３３Ｂは、回転数演算部３０で演算されたモータ３の回転数Ｎｍと、第１トルク指令値が示す第１目標設定トルクＴｒｅｆ１とに対応する第１最低入力電圧Ｖｍを第１最低電圧取得マップ６００から読み取る。また、最低電圧算出部３３Ｂは、回転数演算部３０で演算されたモータ６０の回転数Ｎｇと、第２トルク指令値が示す第２目標設定トルクＴｒｅｆ２とに対応する第２最低入力電圧Ｖｇを第２最低電圧取得マップ７００から読み取る。そして、最低電圧算出部３３Ｂは、第１最低入力電圧Ｖｍと第２最低入力電圧Ｖｇとのうち電圧値が高い方の電圧を、最低入力電圧Ｖｍｉｎとする（ステップＳ２０２）。

温度判定部３４は、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ以上か否かを判定する（ステップＳ２０３）。そして、素子温度Ｋｓｗは、判定結果を目標値設定部３５に出力する。

目標値設定部３５は、上記判定結果において、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈ以下である場合には、最適入力電圧Ｖｒｅｆが最低入力電圧Ｖｍｉｎよりも高いか否かを判定する（ステップＳ２０４）。そして、目標値設定部３５は、最適入力電圧Ｖｒｅｆが最低入力電圧Ｖｍｉｎよりも高い場合には、最適入力電圧Ｖｒｅｆを目標入力電圧Ｖｘに設定する（ステップＳ２０５）。一方、ステップＳ２０４において、目標値設定部３５は、最適入力電圧Ｖｒｅｆが最低入力電圧Ｖｍｉｎ以下である場合には、最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標入力電圧Ｖｘに設定する（ステップＳ２０６）。
目標値設定部３５は、ステップＳ２０３において、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈを上回っている場合には、最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標入力電圧Ｖｘに設定する（ステップＳ２０６）。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

（変形例１）
例えば、制御装置１９，１９Ｂは、最適入力電圧Ｖｒｅｆの求め方や最低入力電圧Ｖｍｉｎの求め方には特に限定されず、第１の実施形態及び第２の実施形態で説明した方法以外の方法で算出してもよい。例えば、制御装置１９，１９Ｂは、最適入力電圧Ｖｒｅｆや最低入力電圧Ｖｍｉｎを公知の技術を用いて算出してもよい。

（変形例２）
第１の実施形態及び第２の実施形態に係る昇圧コンバータ１１は、二相以上の多相コンバータであってもよい。また、昇圧コンバータ１１は、複数のリアクトル２０を有し、複数のリアクトル２０が互いに磁気結合されてもよい。

以上、説明したように、本実施形態に係るモータ制御装置は、素子温度Ｋｓｗが所定値Ｋｔｈを上回る場合には、最適入力電圧Ｖｒｅｆよりも低い最低入力電圧Ｖｍｉｎを目標入力電圧Ｖｘに設定する。

このような構成によれば、昇圧コンバータ１１やインバータ１３，６１内のスイッチング素子の発熱を抑制することができる。

なお、上述した制御装置１９，制御装置１９Ｂの全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。この場合、上記コンピュータは、ＣＰＵ、ＧＰＵなどのプロセッサ及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えてもよい。そして、制御装置１９，制御装置１９Ｂの全部または一部の機能をコンピュータで実現するためのプログラムを上記コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムを上記プロセッサに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。ここで、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

１，１Ｂ 車両
２ 直流電源
３，６０ モータ
４ モータ制御装置
１１ 昇圧コンバータ
１３，６１ インバータ
１９，１９Ｂ 制御装置
３０ 回転数演算部
３２ 最適電圧算出部
３３ 最低電圧算出部
３４ 温度判定部
３５ 目標値設定部
３６ 駆動制御部
４０ 第１格納部
４１ 第２格納部
４２ 第３格納部

Claims (3)

1. 直流電源からの電力を用いてモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
   前記直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータと、
   前記直流電源からの直流電圧を、前記インバータに入力する電圧である入力電圧に変換して前記インバータに供給するコンバータと、
   前記インバータ及び前記コンバータの少なくともいずれかに含まれる半導体素子の温度である素子温度を計測する、又は、前記半導体素子の温度を推定する温度取得部と、
   前記入力電圧が目標値である目標入力電圧になるように前記インバータ及び前記コンバータの少なくともいずれかを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記モータの回転数を演算する回転数演算部と、
   前記回転数演算部で演算された前記回転数と、前記モータで発生させるトルクの目標値である目標設定トルクとで規定されるモータ動作点で前記モータを動作させた場合に、前記インバータ、前記モータ及び前記コンバータのそれぞれで発生する電力損失の合計が最低となる入力電圧である最適入力電圧を算出する最適電圧算出部と、
   前記モータ動作点で前記モータを動作させるために必要な前記入力電圧の最低値である最低入力電圧を算出する最低電圧算出部と、
   前記最適入力電圧と前記最低入力電圧とのいずれかを前記目標入力電圧として設定する目標値設定部と、
   を有し、
   前記目標値設定部は、前記素子温度の計測値又は推定値が所定値を上回る場合には、前記最適入力電圧よりも低い前記最低入力電圧を前記目標入力電圧に設定する、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記目標値設定部は、前記計測値又は前記推定値が前記所定値未満である場合かつ前記最適入力電圧が前記最低入力電圧より大きい場合には前記最適入力電圧を前記目標値に設定し、前記計測値又は前記推定値が前記所定値以上である場合には前記最低入力電圧を前記目標入力電圧に設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記直流電圧を検出する電圧検出部と、
   前記直流電源から前記コンバータに出力される電流である出力電流を検出する電流検出部と、
   前記回転数と、前記目標設定トルクと、前記モータの電力損失及び前記インバータの電力損失の合計値である第１電力損失と、の対応関係を示す動作点損失マップが、複数の前記入力電圧のそれぞれに対して関連付けられている第１損失マップを予め格納している第１格納部と、
   前記直流電圧と、前記出力電流と、前記コンバータの電力損失である第２電力損失と、の対応関係を示すコンバータ損失マップが、複数の前記入力電圧のそれぞれに対して関連付けられている第２損失マップを予め格納している第２格納部と、
   前記回転数と、前記目標設定トルクと、前記最低入力電圧と、の対応関係を示す最低電圧取得マップと、
   をさらに備え、
   前記最適電圧算出部は、
   前記回転数演算部で演算された前記モータの回転数と、外部から得られたトルク指令値が示す前記目標設定トルクとに対応する前記第１電力損失を複数の前記動作点損失マップのそれぞれから読み取ることで、前記入力電圧と前記第１電力損失との第１対応関係を取得する第１取得部と、
   前記電圧検出部で計測された前記直流電圧と前記電流検出部で計測された前記出力電流とに対応する前記第２電力損失を複数のコンバータ損失マップのそれぞれから読み取ることで、前記入力電圧と前記第２電力損失との第２対応関係と取得する第２取得部と、
   前記第１対応関係と前記第２対応関係とに基づいて、第１電力損失と第２電力損失との合計が最低となる入力電圧を求め、当該入力電圧を前記最適入力電圧として前記目標値設定部に送信する決定部と、
   を有し、
   前記最低電圧算出部は、前記回転数演算部で演算された前記モータの回転数と、前記トルク指令値が示す前記目標設定トルクとに対応する前記最低入力電圧を前記最低電圧取得マップから読み取り、読み取った前記最低入力電圧を前記目標値設定部に送信する、
   ことを特徴とする、
   請求項１又は２に記載のモータ制御装置。

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