JP6165216B2 - Method for manufacturing motor drive device - Google Patents

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本発明は、モータ駆動装置の製造方法に関し、特にハイブリッド自動車や電気自動車のモータを駆動するモータ駆動装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a motor drive device, and more particularly to a method for manufacturing a motor drive device that drives a motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle.

近年においては、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車や電気自動車の開発が盛んに行われている。ハイブリッド自動車は、エンジンに加え、インバータによって駆動されるモータを動力源とする自動車である。すなわち、ハイブリッド自動車は、エンジンを駆動することにより得られる動力源と、例えば、NiH電池やLi−ion電池などの高電圧バッテリからの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって得られる動力源とを適宜切り替えて使用するものである。電気自動車は、インバータによって駆動されるモータを動力源とする自動車である。   In recent years, hybrid vehicles and electric vehicles have been actively developed as environmentally friendly vehicles. A hybrid vehicle is a vehicle that uses a motor driven by an inverter in addition to an engine as a power source. In other words, the hybrid vehicle converts a DC voltage from a power source obtained by driving an engine and a high voltage battery such as a NiH battery or a Li-ion battery into an AC voltage by an inverter, and the converted AC voltage. Thus, the power source obtained by rotating the motor is appropriately switched and used. An electric vehicle is a vehicle that uses a motor driven by an inverter as a power source.

このような、インバータとモータとの組み合わせとしては、一般に、(1)昇圧チョッパ+3相インバータ+3相モータの構成、又は(2)3相インバータ+3相モータの構成が挙げられる。これらは共に、インバータのスイッチング素子には、モータの凡そ400Vの誘起電圧以上の耐圧が必要であり、自動車の動力源であるため100A級の定格電流が必要である。そのため、一般的には、Si−IGBT(シリコン(Si)半導体素子を用いたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))と、逆導通用ダイオードとの並列回路を用いている。   Such a combination of an inverter and a motor generally includes (1) a configuration of a boost chopper + three-phase inverter + three-phase motor, or (2) a configuration of three-phase inverter + three-phase motor. In both cases, the inverter switching element needs to have a withstand voltage equal to or higher than the induced voltage of about 400 V of the motor, and since it is a power source of an automobile, it needs a rated current of 100A class. Therefore, generally, a parallel circuit of Si-IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) using a silicon (Si) semiconductor element) and a diode for reverse conduction is used.

一方、ハイブリッド自動車や電気自動車では燃費及び電費向上のために、インバータの低損失化・高効率化が望まれており、昨今は、SiC(炭化珪素)半導体素子の使用が注目されている。SiCから成るインバータのスイッチング素子は、Si半導体素子ではユニポーラ動作が困難な高電圧領域でも使用可能であり、スイッチング時に発生するスイッチング損失を大きく低減でき、以て電力損失を大きく低減できると期待されている。このようなSiC半導体素子としては、SiC−MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)がよく知られている。   On the other hand, in hybrid vehicles and electric vehicles, low loss and high efficiency of inverters are desired in order to improve fuel efficiency and power consumption. Recently, the use of SiC (silicon carbide) semiconductor elements has attracted attention. The switching element of the inverter made of SiC can be used even in a high voltage region where unipolar operation is difficult with the Si semiconductor element, and it is expected that the switching loss generated at the time of switching can be greatly reduced and the power loss can be greatly reduced. Yes. As such a SiC semiconductor element, a SiC-MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) is well known.

しかしながら、SiC半導体素子の製造技術は開発途上にあり、デバイス内の欠陥密度が大きいため、現在5mm角程度よりも大きい面積を持つデバイスを高い歩留まりで作成することは難しい状況にある。他方、Si−IGBTは10mm角以上で作成することが可能である。
従って、SiC半導体素子は電流容量が小さく、1つのチップでは必要な電流を流せないので、Si−IGBTに比して小さい寸法のチップを多並列化して使用する必要がある。
However, the manufacturing technology of SiC semiconductor elements is under development, and since the defect density in the device is large, it is difficult to produce a device having an area larger than about 5 mm square with a high yield. On the other hand, Si-IGBT can be formed with a 10 mm square or more.
Accordingly, since the SiC semiconductor element has a small current capacity and cannot flow a necessary current with one chip, it is necessary to use a plurality of chips having dimensions smaller than those of the Si-IGBT in parallel.

一方、スイッチング素子の損失にはスイッチングする際のスイッチング損失と、スイッチング後に導通状態となったスイッチング素子に継続的に電流が流れる際の導通損失がある。多並列化すると、各チップのチップ自体の個体ばらつきによる電気特性の違いや、チップのドライバ回路素子の個体ばらつきや、パワーモジュールの配線レイアウトの違いによるドライブタイミングのずれによって、チップ間に電流の偏りが生じる。   On the other hand, the loss of the switching element includes a switching loss at the time of switching and a conduction loss at the time when a current continuously flows through the switching element that has been turned on after switching. When multi-parallelization is used, current deviations between chips due to differences in electrical characteristics due to individual variations in each chip of each chip, individual variations in chip driver circuit elements, and drive timing shifts due to differences in power module wiring layout Occurs.

ここで、図1にパワーモジュールを単一チップで構成する場合のSiC−MOSFETチップQHによる上アームと、SiC−MOSFETチップQLによる下アームとで構成されるレグ(leg)の回路図を示す。これに対応するパワーモジュールのチップ及び配線レイアウトの例を図2に示す。この図2において、下アームの構成例について説明する。   Here, FIG. 1 shows a circuit diagram of a leg composed of an upper arm formed of a SiC-MOSFET chip QH and a lower arm formed of a SiC-MOSFET chip QL when the power module is formed of a single chip. An example of a power module chip and wiring layout corresponding to this is shown in FIG. In FIG. 2, a configuration example of the lower arm will be described.

図2(a)の平面図に示すように、絶縁性を有する基板BPの上に接合された金属膜MLに接合剤CRを介してSiC−MOSFETチップQLを接合する。この場合、SiC−MOSFETチップQLの接合剤CR側を裏面と呼び、接合剤CF側を表面と呼ぶ。SiC−MOSFETチップQLの表面はソース電位、裏面はドレイン電位になっている。SiC−MOSFETチップQLは接合剤CFを介して配線WACに接続されている。基板BPの端面にはゲート端子WGL及びソース端子WSLが設けられており、外部回路からの駆動信号が入力される。   As shown in the plan view of FIG. 2A, the SiC-MOSFET chip QL is bonded to the metal film ML bonded on the insulating substrate BP via the bonding agent CR. In this case, the bonding agent CR side of the SiC-MOSFET chip QL is called a back surface, and the bonding agent CF side is called a front surface. The surface of the SiC-MOSFET chip QL has a source potential and the back surface has a drain potential. The SiC-MOSFET chip QL is connected to the wiring WAC through the bonding agent CF. A gate terminal WGL and a source terminal WSL are provided on the end face of the substrate BP, and a drive signal from an external circuit is input.

図2(b)の正面図及び同図(c)の側面図に示すように、SiC−MOSFETチップQLの表面にはゲートパッド及びソースパッドが設けられており、ゲート端子WGL及びソース端子WSLとSiC−MOSFETチップQLのパッド間はワイヤーボンディングで接続される。
なお、上アームは下アームと同一の構成であるため説明を省略する。
As shown in the front view of FIG. 2B and the side view of FIG. 2C, a gate pad and a source pad are provided on the surface of the SiC-MOSFET chip QL, and the gate terminal WGL and the source terminal WSL The pads of the SiC-MOSFET chip QL are connected by wire bonding.
Since the upper arm has the same configuration as the lower arm, description thereof is omitted.

図3に各アームを4枚のチップの並列接続で構成した場合の回路図を示す。この図3に対応するパワーモジュールのチップ及び配線レイアウトの例を図4に示す。図4は、基本構成は図2と同じであるが、各アームにチップを4個並列接続するため、ゲート配線(WGH,WGL)及びソース配線(WSH,WSL)がチップQH1〜QH4及びQL1〜QL4に延びている。ゲート端子WGL(WGH)→SiC−MOSFETのゲートパッド→SiC−MOSFETのソースパッド→ソース端子WSL(WSH)で構成される一巡回路の長さは、ソース端子WSLと各チップで異なる。そのため、各チップのゲート−ソース間電位が閾値Vgs(th)に達するタイミングにズレが生じ、Vgs(th)に早く達したチップに多くの電流が流れることになる。このような電流の偏りは、チップを並列化する場合には避けられないものであり、また、並列化数が増加すればするほど、顕著になる。 FIG. 3 shows a circuit diagram in the case where each arm is configured by parallel connection of four chips. An example of the power module chip and wiring layout corresponding to FIG. 3 is shown in FIG. 4 has the same basic configuration as that of FIG. 2, but since four chips are connected in parallel to each arm, the gate wiring (WGH, WGL) and the source wiring (WSH, WSL) are chips QH1 to QH4 and QL1. It extends to QL4. The length of one circuit consisting of the gate terminal WGL (WGH) → SiC-MOSFET gate pad → SiC-MOSFET source pad → source terminal WSL (WSH) differs from the source terminal WSL to each chip. Therefore, a shift occurs at the timing when the gate-source potential of each chip reaches the threshold value Vgs (th), and a large amount of current flows through the chip that has reached Vgs (th) earlier. Such a current bias is inevitable when chips are paralleled, and becomes more prominent as the number of parallelization increases.

そのため、電流が多く流れるチップの電力損失に合わせて放熱器の設計を行う必要があり、1チップで構成した際の放熱器に比べ、多並列チップ構成した際の放熱器の方が、電流の偏りを考慮する分だけ、放熱器の能力を増加させる必要がある。   Therefore, it is necessary to design a heatsink in accordance with the power loss of a chip through which a large amount of current flows. Compared to a heatsink configured with one chip, a heatsink with a multi-parallel chip configuration is more current efficient. It is necessary to increase the capacity of the radiator by taking the bias into account.

これを抑制するためには、スイッチング素子のゲート端子にバランス抵抗を設ける等する必要がある。これによりスイッチング損失は均等化するが、スイッチング速度の低下を招くことになるので、個々のスイッチング損失の値が増加し、SiC半導体素子化しても損失低減効果が十分に得られない。   In order to suppress this, it is necessary to provide a balance resistor at the gate terminal of the switching element. As a result, the switching loss is equalized, but the switching speed is lowered. Therefore, the value of the individual switching loss is increased, and the loss reduction effect cannot be sufficiently obtained even if the SiC semiconductor device is formed.

一方、ハイブリッド自動車や電気自動車では電力変換手段が異常なときにも安全に走行できることや、静粛性が要求される。これを満足するため、モータをn重(nは2以上の自然数)の3相巻線とし、それぞれがSi−IGBT半導体素子を用いた多数のインバータで駆動する分散インバータ方式がある(例えば、特許文献1参照)。   On the other hand, hybrid vehicles and electric vehicles require safe driving and quietness even when the power conversion means is abnormal. In order to satisfy this, there is a distributed inverter system in which the motor is made up of n-phase (n is a natural number of 2 or more) three-phase windings and each is driven by a large number of inverters using Si-IGBT semiconductor elements (for example, patents) Reference 1).

特許第2884942号公報Japanese Patent No. 2889442

このような分散インバータ方式では、各インバータのPWM搬送波に位相差を与えることで、コンデンサリプル電流やモータ巻線電流の脈動を低減できる。高次の電流脈動を低減でき、モータやコンデンサのうなり音を低減できると期待される。   In such a distributed inverter system, the ripple of the capacitor ripple current and the motor winding current can be reduced by giving a phase difference to the PWM carrier wave of each inverter. It is expected that high-order current pulsations can be reduced, and that the noise of motors and capacitors can be reduced.

しかしながら、この分散インバータ方式では、やはり高耐電圧のスイッチング素子を必要とする。Si−IGBTを用いる場合には、スイッチングオフ時にテール電流が流れるためスイッチング損失が大きく、バイポーラ素子なので電流が小さいときでも順方向電圧降下が一定電圧存在するため、ユニポーラ素子を使う場合に比べて電力損失が大きいという課題がある。そのため、スイッチング損失を抑えるためスイッチング周波数を十分高くすることができない。   However, this distributed inverter system still requires a switching element with a high withstand voltage. When using Si-IGBT, tail current flows when switching off and switching loss is large. Since this is a bipolar device, there is a constant voltage drop even when the current is small. There is a problem that loss is large. For this reason, the switching frequency cannot be sufficiently increased in order to suppress the switching loss.

本来は、PWM制御はパルス数が出力周波数の一周期当たり15パルス以上程度であることが望ましい。特に高トルクを発生させる時には、インバータ導通損も増加し発熱量が増大するため、この領域での過熱防止や発熱低減が必要となる。   Originally, in PWM control, the number of pulses is desirably about 15 pulses or more per cycle of the output frequency. In particular, when high torque is generated, the inverter conduction loss also increases and the amount of heat generation increases, so it is necessary to prevent overheating and reduce heat generation in this region.

しかしながら、動作領域の全てで高いキャリア周波数で駆動ができるようにインバータを設計することは、インバータの大型化を招きコストも高いものになってしまう。そのため、一般には高速域では方形波駆動を用いる。   However, designing an inverter so that it can be driven at a high carrier frequency in the entire operation region increases the size of the inverter and increases the cost. Therefore, in general, square wave driving is used in the high speed region.

しかしながら、方形波駆動の場合、出力周波数の5次と7次高調波成分を多く含んでいるため、出力周波数の6倍のトルク脈動が生じる。トルク脈動分は平均トルクに寄与しないので、高調波成分はモータの銅損を増加させる。また、トルク脈動によって騒音が発生する。電流が脈動するのでコンデンサのうなりも発生する。   However, in the case of square wave drive, since many 5th and 7th harmonic components of the output frequency are included, a torque pulsation that is 6 times the output frequency occurs. Since the torque pulsation does not contribute to the average torque, the harmonic component increases the copper loss of the motor. Further, noise is generated by torque pulsation. As the current pulsates, the capacitor beats.

このような理由から、Si−IGBT半導体素子では分散インバータ方式の効果が十分に発揮できないという課題があった。
また、実際には、例えば一般には鉛バッテリであり、電圧は12Vと低い補機用バッテリを充放電するモータジェネレータに用途が限られていた。
For these reasons, the Si-IGBT semiconductor element has a problem that the effect of the distributed inverter system cannot be sufficiently exhibited.
In practice, for example, the battery is generally a lead battery, and its application is limited to a motor generator that charges and discharges an auxiliary battery having a low voltage of 12V.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、高い信頼性が求められるハイブリッド自動車や電気自動車のモータを、高耐電圧且つ低スイッチング損失で高周波数でのスイッチングを実現可能にする高変換効率のモータ駆動装置の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its purpose is to perform switching at a high frequency with a high withstand voltage and low switching loss in a motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle that requires high reliability. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a motor drive device with high conversion efficiency that can be realized.

上記の目的を達成するため、本発明では、各アームのスイッチング素子がワイドギャップ半導体素子のチップであるインバータを用いてモータを駆動制御するモータ駆動装置の製造方法において、前記アームが前記インバータに必要な電流容量に耐えるために前記チップを並列化したと想定した場合の並列化数に対応した数だけ前記インバータを設け、前記インバータの数に対応して前記モータの3相巻線を多重化するモータ駆動装置の製造方法が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in the method of manufacturing a motor driving apparatus that drives and controls a motor using an inverter in which the switching element of each arm is a chip of a wide gap semiconductor element, the arm is necessary for the inverter. In order to withstand a large current capacity, the inverters are provided in the number corresponding to the number of parallelization when the chips are assumed to be paralleled, and the three-phase windings of the motor are multiplexed in accordance with the number of inverters A method for manufacturing a motor drive device is provided.

本発明に係るモータ駆動装置の製造方法によれば、ワイドバンドギャップ半導体素子の低損失な特性を十分に発揮でき、モータ駆動装置の変換効率が向上する。また、モータ駆動装置の変換効率向上により、モータ駆動装置を高周波で駆動可能となるためモータ巻線の電流リプルを低減でき、トルクリプルの低減を実現でき、インバータの損失低減、モータの損失低減、及び騒音の低減が実現できるという効果が奏される。 According to the method for manufacturing a motor driving device of the present invention, the low-loss characteristics of the wide band gap semiconductor element can be sufficiently exhibited, and the conversion efficiency of the motor driving device is improved. In addition, by improving the conversion efficiency of the motor drive device, the motor drive device can be driven at a high frequency, so that the current ripple of the motor winding can be reduced, the torque ripple can be reduced, the inverter loss is reduced, the motor loss is reduced, and There is an effect that noise can be reduced.

従来から用いられている単一チップにおいて2つのアームで構成されたパワーモジュールの回路図である。It is a circuit diagram of the power module comprised by two arms in the single chip | tip conventionally used. 図1のパワーモジュールにおけるチップ及び配線レイアウトの一例を示した図で、図2(a)は平面図、同(b)は正面図、同(c)は側面図を示すものである。FIG. 2A is a plan view, FIG. 2B is a front view, and FIG. 2C is a side view, illustrating an example of a chip and wiring layout in the power module of FIG. 1. 各アームを4枚のチップの並列接続で構成した場合のパワーモジュールの回路図である。It is a circuit diagram of a power module when each arm is configured by parallel connection of four chips. 図3のパワーモジュールにおけるチップ及び配線レイアウトの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the chip | tip and wiring layout in the power module of FIG. 本発明の実施の形態1に用いるモータ駆動装置の電気系統を示す回路図である。Is a circuit diagram showing an electrical system of a motor driving device Ru use in the embodiment 1 of the present invention. 図5に示すモータ駆動装置に用いられる制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the control apparatus used for the motor drive device shown in FIG. 図6に示す制御装置に用いられるトルク分配演算部の演算過程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of the torque distribution calculating part used for the control apparatus shown in FIG. 図7における処理Aを具体的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process A in FIG. 7 concretely. 図7における処理Bを具体的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process B in FIG. 7 concretely. 本発明に係るモータ駆動装置の製造方法におけるインバータの温度の時間変化を示したグラフである。It is the graph which showed the time change of the temperature of the inverter in the manufacturing method of the motor drive unit concerning the present invention. 図7に示すトルク分配演算部をブロック図で示したものである。FIG. 8 is a block diagram showing the torque distribution calculation unit shown in FIG. 7. 本発明に係るモータ駆動装置の製造方法において同期PWMと非同期PWMを温度に基づいて切り替える過程を示したフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a process of switching between synchronous PWM and asynchronous PWM based on temperature in the method for manufacturing a motor drive device according to the present invention.

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態によるモータ駆動装置の製造方法を説明する。なお、本発明は、以下に示す実施の形態により限定されるものではない。 A method for manufacturing a motor drive device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.

実施の形態1.
図5に示す本発明の実施の形態1に用いるモータ駆動装置1は、2重3相巻線モータM1を駆動するものであり、高電圧バッテリ10と、コンデンサ12と、インバータ14と、インバータ34と、電流センサSV14、SW14、SV34、SW34と、スイッチング部SRV14、SRW14、SRV34、SRW34と、モータM1と、レゾルバ24と、制御装置20とを備える。インバータ14,34を構成するレグにおける各アームのスイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体素子のチップであり、各アームがインバータに必要な電流容量に耐えるためにチップを並列化したと想定した場合の並列化数=2に対応して2重化されたインバータ14及び34によってモータM1が駆動される。
Embodiment 1 FIG.
Motor drive device 1 Ru use in the embodiment 1 of the present invention shown in FIG. 5 is for driving a double three-phase windings motor M1, a high-voltage battery 10, a capacitor 12, an inverter 14, an inverter , Current sensors SV14, SW14, SV34, SW34, a switching unit SRV14, SRW14, SRV34, SRW34, a motor M1, a resolver 24, and a control device 20. Paralleling when assuming that the switching element of each arm in the legs constituting the inverters 14 and 34 is a chip of a wide bandgap semiconductor element and each arm is paralleled to withstand the current capacity required for the inverter The motor M1 is driven by the duplexed inverters 14 and 34 corresponding to the number = 2.

高電圧バッテリ10としては、例えば、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリ、又は鉛蓄電池などの二次電池を用いることができる。また、大容量キャパシタや燃料電池を、二次電池と共にまたは二次電池に代えて使用しても良い。   As the high voltage battery 10, for example, a secondary battery such as a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, or a lead storage battery can be used. Further, a large capacity capacitor or a fuel cell may be used together with or instead of the secondary battery.

スイッチング部SRV14、SRW14、SRV34、SRW34としては、例えば、コンタクタ、又は半導体スイッチング素子を用いることができる。半導体スイッチング素子はIGBT、もしくはソース電極同士を接続した2つのMOSFETの直列回路を使用しても良い。   As the switching units SRV14, SRW14, SRV34, and SRW34, for example, a contactor or a semiconductor switching element can be used. The semiconductor switching element may be an IGBT or a series circuit of two MOSFETs in which source electrodes are connected to each other.

インバータ14は、高電圧バッテリ10から電源電位Vpnを受けて交流モータM1を駆動する。好ましくは、インバータ14は、モータM1の制動時に回生動作を行ない(モータM1を発電機として使用し)、交流モータM1において発電された電力を高電圧バッテリ10に戻す。   Inverter 14 receives power supply potential Vpn from high-voltage battery 10 and drives AC motor M1. Preferably, the inverter 14 performs a regenerative operation during braking of the motor M1 (using the motor M1 as a generator), and returns the electric power generated in the AC motor M1 to the high voltage battery 10.

インバータ14は、U相レグ15と、V相レグ16と、W相レグ17とを含む。U相レグ15、V相レグ16、及びW相レグ17は、高電圧バッテリ10の出力ライン間に並列に接続される。またコンデンサ12もこれらのレグに並列に高電圧バッテリ10の出力ライン間に接続される。   Inverter 14 includes a U-phase leg 15, a V-phase leg 16, and a W-phase leg 17. The U-phase leg 15, the V-phase leg 16, and the W-phase leg 17 are connected in parallel between the output lines of the high voltage battery 10. A capacitor 12 is also connected between the output lines of the high voltage battery 10 in parallel with these legs.

U相レグ15は、直列接続されたSiC−MOSFET素子Q1、Q2と、これらのSiC−MOSFET素子Q1、Q2にそれぞれ並列に接続された逆導通用ダイオードD1、D2とを含む。
V相レグ16は、直列接続されたSiC−MOSFET素子Q3、Q4と、これらのSiC−MOSFET素子Q3、Q4にそれぞれ並列に接続された逆導通用ダイオードD3、D4とを含む。
W相レグ17は、直列接続されたSiC−MOSFET素子Q5、Q6と、これらのSiC−MOSFET素子Q5、Q6にそれぞれ並列に接続された逆導通用ダイオードD5、D6とを含む。
好ましくは、ダイオードD1〜D6は、SiC半導体素子を用いたダイオードとする。SiC半導体素子の耐電圧は600V以上である。
U-phase leg 15 includes SiC-MOSFET elements Q1 and Q2 connected in series, and reverse conducting diodes D1 and D2 connected in parallel to these SiC-MOSFET elements Q1 and Q2, respectively.
V-phase leg 16 includes SiC-MOSFET elements Q3 and Q4 connected in series, and reverse conducting diodes D3 and D4 connected in parallel to these SiC-MOSFET elements Q3 and Q4, respectively.
W-phase leg 17 includes SiC-MOSFET elements Q5 and Q6 connected in series, and reverse conducting diodes D5 and D6 connected in parallel to these SiC-MOSFET elements Q5 and Q6, respectively.
Preferably, the diodes D1 to D6 are diodes using SiC semiconductor elements. The withstand voltage of the SiC semiconductor element is 600V or more.

U相レグ15、V相レグ16、及びW相レグ17は、それぞれSiC−MOSFET素子Q1−Q2、Q3−Q4、Q5−Q6間の接続点からの駆動線3本によってモータM1と接続される。ダイオードD1、D3、D5は対応する駆動線から高電圧バッテリ10の正極に向かう向きを順方向として接続されている。またダイオードD2、D4、D6は高電圧バッテリ10の負極から対応する駆動線に向かう向きを順方向として接続されている。さらに、インバータ14のSiC−MOSFET素子及びダイオードの温度を検出する温度センサ91が配置されている。   U-phase leg 15, V-phase leg 16, and W-phase leg 17 are connected to motor M1 by three drive lines from the connection points between SiC-MOSFET elements Q1-Q2, Q3-Q4, Q5-Q6, respectively. . The diodes D1, D3, D5 are connected with the direction from the corresponding drive line toward the positive electrode of the high-voltage battery 10 as the forward direction. The diodes D2, D4, D6 are connected with the direction from the negative electrode of the high-voltage battery 10 toward the corresponding drive line as the forward direction. Further, a temperature sensor 91 for detecting the temperature of the SiC-MOSFET element and the diode of the inverter 14 is arranged.

このモータ駆動装置1は、さらに、V相レグ16をモータM1に接続する駆動線に流れる電流を検出する電流センサSV1と、W相レグ17をモータM1に接続する駆動線に流れる電流を検出する電流センサSW1とを含む。モータM1のステータコイル(図示せず)はY結線されており、V相コイルとW相コイルとU相コイルは中性点に接続されている。従って、V相、W相の電流が与えられれば、制御装置20はU相の電流を演算で求めることができる。   The motor drive device 1 further detects a current sensor SV1 that detects a current flowing through a drive line that connects the V-phase leg 16 to the motor M1, and a current that flows through a drive line that connects the W-phase leg 17 to the motor M1. Current sensor SW1. A stator coil (not shown) of the motor M1 is Y-connected, and the V-phase coil, the W-phase coil, and the U-phase coil are connected to a neutral point. Therefore, if the V-phase and W-phase currents are given, the control device 20 can obtain the U-phase current by calculation.

電流センサSV14及びSW14によって検出された電流値は、レゾルバ24によって検出されたモータM1の回転数とともに制御装置20に伝達される。制御装置20は、これらに基づきモータM1の回転数を制御する。   The current values detected by the current sensors SV14 and SW14 are transmitted to the control device 20 together with the rotational speed of the motor M1 detected by the resolver 24. Based on these, the control device 20 controls the rotation speed of the motor M1.

他方のインバータ34は、U相レグ35と、V相レグ36と、W相レグ37とを含む。U相レグ35、V相レグ36、及びW相レグ37は、高電圧バッテリ10の出力ライン間に並列に接続される。   The other inverter 34 includes a U-phase leg 35, a V-phase leg 36, and a W-phase leg 37. The U-phase leg 35, the V-phase leg 36, and the W-phase leg 37 are connected in parallel between the output lines of the high voltage battery 10.

U相レグ35は、直列接続されたSiC−MOSFET素子Q12、Q22と、これらのSiC−MOSFET素子Q12、Q22にそれぞれ並列に接続された逆導通用ダイオードD12、D22とを含む。
V相レグ36は、直列接続されたSiC−MOSFET素子Q32、Q42と、これらのSiC−MOSFET素子Q32、Q42にそれぞれ並列に接続された逆導通用ダイオードD32、D42とを含む。
W相レグ37は、直列接続されたSiC−MOSFET素子Q52、Q62と、これらのSiC−MOSFET素子Q52、Q62にそれぞれ並列に接続された逆導通用ダイオードD52、D62とを含む。
好ましくは、ダイオードD12、D22、D32、D42、D52、D62は、SiC半導体素子を用いたダイオードとする。
U-phase leg 35 includes SiC-MOSFET elements Q12 and Q22 connected in series, and reverse conducting diodes D12 and D22 connected in parallel to these SiC-MOSFET elements Q12 and Q22, respectively.
V-phase leg 36 includes SiC-MOSFET elements Q32 and Q42 connected in series, and reverse conducting diodes D32 and D42 connected in parallel to these SiC-MOSFET elements Q32 and Q42, respectively.
W-phase leg 37 includes SiC-MOSFET elements Q52 and Q62 connected in series, and reverse conducting diodes D52 and D62 connected in parallel to these SiC-MOSFET elements Q52 and Q62, respectively.
Preferably, the diodes D12, D22, D32, D42, D52, and D62 are diodes using SiC semiconductor elements.

U相レグ35、V相レグ36、及びW相レグ37は、それぞれSiC−MOSFET素子Q12−Q22、Q32−Q42、Q52−Q62間の接続点からの駆動線3本によってモータM1と接続される。ダイオードD12、D32、D52は対応する駆動線から高電圧バッテリ10の正極に向かう向きを順方向として接続されている。またダイオードD22、D42、D62は、高電圧バッテリ10の負極から対応する駆動線に向かう向きを順方向として接続されている。さらに、インバータ34におけるSiC−MOSFET素子及びダイオードの温度を検出する温度センサ92が配置される。   The U-phase leg 35, the V-phase leg 36, and the W-phase leg 37 are connected to the motor M1 by three drive lines from connection points between the SiC-MOSFET elements Q12-Q22, Q32-Q42, and Q52-Q62, respectively. . The diodes D12, D32, and D52 are connected with the direction from the corresponding drive line toward the positive electrode of the high-voltage battery 10 as the forward direction. The diodes D22, D42, and D62 are connected with the direction from the negative electrode of the high-voltage battery 10 toward the corresponding drive line as the forward direction. Further, a temperature sensor 92 for detecting the temperature of the SiC-MOSFET element and the diode in the inverter 34 is arranged.

このモータ駆動装置1は、さらに、V相レグ36をモータM1に接続する駆動線に流れる電流を検出する電流センサSV34と、W相レグ37をモータM1に接続する駆動線に流れる電流を検出する電流センサSW34とを含む。モータM1のステータコイルはY結線されており、V相コイルとW相コイルとU相コイルは中性点に接続されている。従って、V相、W相の電流が与えられれば、制御装置20はU相の電流を演算で求めることができる。   The motor drive device 1 further detects a current sensor SV34 that detects a current flowing through a drive line that connects the V-phase leg 36 to the motor M1, and a current that flows through a drive line that connects the W-phase leg 37 to the motor M1. Current sensor SW34. The stator coil of the motor M1 is Y-connected, and the V-phase coil, W-phase coil, and U-phase coil are connected to the neutral point. Therefore, if the V-phase and W-phase currents are given, the control device 20 can obtain the U-phase current by calculation.

電流センサSV34及びSW34によって検出された電流値は、レゾルバ24によって検出されたモータM1の回転数とともに制御装置20に伝達される。
制御装置20には、上述した温度センサ91,92からの温度信号並びにレゾルバ24からのモータ回転数信号に加えて、上位ECU11からのトルク指令及びインバータ14,34からの異常検出信号が入力される。これらの入力信号に基づき、制御装置20は、インバータ14,34へのゲート駆動信号を与える。
The current values detected by the current sensors SV34 and SW34 are transmitted to the control device 20 together with the rotational speed of the motor M1 detected by the resolver 24.
In addition to the temperature signals from the temperature sensors 91 and 92 and the motor rotation number signal from the resolver 24, the controller 20 receives a torque command from the host ECU 11 and an abnormality detection signal from the inverters 14 and 34. . Based on these input signals, control device 20 provides gate drive signals to inverters 14 and 34.

以下に、図6を参照して制御装置20を概略的に説明する。
まず、制御装置20の構成を説明する。制御装置20は、同期/非同期・位相差演算部100と、回転速度演算部102と、トルク分配演算部104と、インバータ14の制御部120及びインバータ34の制御部121とを含む。さらに、インバータ14の制御部120は、電流指令演算部106と、電圧指令演算部108と、インバータ駆動信号発生部114とを含む。
インバータ14の制御部120とインバータ34の制御部121の構成は同じであるため、以下では、インバータ14の制御部120の説明のみ行う。
Below, the control apparatus 20 is demonstrated roughly with reference to FIG.
First, the configuration of the control device 20 will be described. The control device 20 includes a synchronous / asynchronous / phase difference calculation unit 100, a rotation speed calculation unit 102, a torque distribution calculation unit 104, a control unit 120 of the inverter 14, and a control unit 121 of the inverter 34. Furthermore, the control unit 120 of the inverter 14 includes a current command calculation unit 106, a voltage command calculation unit 108, and an inverter drive signal generation unit 114.
Since the configuration of the control unit 120 of the inverter 14 and the control unit 121 of the inverter 34 are the same, only the control unit 120 of the inverter 14 will be described below.

上位ECU11は、アクセルペダルポジションセンサから与えられる運転者からの加速要求、クルーズコントロールで指定された車速を維持するための加減速要求、及び車速センサ等で検出される車速等に基づいて決定されるトルク指令を制御装置20に出力する。   The host ECU 11 is determined based on the acceleration request from the driver given by the accelerator pedal position sensor, the acceleration / deceleration request for maintaining the vehicle speed specified by the cruise control, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, and the like. A torque command is output to the control device 20.

制御装置20の電流指令演算部106は、トルク分配演算部104の出力及び電流センサSV14,SW14及びSV34,SW34の出力に基づいてインバータ14,34に流すべき電流指令値を演算する。電圧指令演算部108は、電流指令演算部106の電流指令値を受けて同期PWM・非同期PWMの電圧指令値を出力する。同期PWM制御は、少ないスイッチングパルス数でも駆動可能であるという特徴を有する。非同期PWM制御を用いる場合には、任意のキャリア周波数でも駆動可能であるという特徴を有する。これらの同期PWM及び非同期PWMについては既知の技術であるので改めて説明は行わない。   The current command calculation unit 106 of the control device 20 calculates a current command value to be supplied to the inverters 14 and 34 based on the output of the torque distribution calculation unit 104 and the outputs of the current sensors SV14 and SW14 and SV34 and SW34. The voltage command calculation unit 108 receives the current command value of the current command calculation unit 106 and outputs a voltage command value of synchronous PWM / asynchronous PWM. The synchronous PWM control has a feature that it can be driven with a small number of switching pulses. When asynchronous PWM control is used, it can be driven at an arbitrary carrier frequency. Since these synchronous PWM and asynchronous PWM are known techniques, they will not be described again.

トルク分配演算部104は、図7に示すように、インバータ14、34へのトルクの分配値を演算する。図7中の処理Aを図8に、処理Bを図9にそれぞれ示す。
図7において、トルク分配演算部104は上位ECUから入力されたトルク指令と、温度センサ91、92の温度検出信号と、インバータ14,34からの異常検出信号とを入力している。先ず、インバータ14,34の異常の有無をステップS1で判定する。異常がある場合はステップS2にて異常のあるインバータを特定する。どちらのインバータも異常がある場合はステップS3にて両方のインバータ14、34を停止させ、片方のインバータのみ異常がある場合は異常のあるインバータのみを停止させる(ステップS4)。
As shown in FIG. 7, the torque distribution calculation unit 104 calculates a torque distribution value to the inverters 14 and 34. Process A in FIG. 7 is shown in FIG. 8, and process B is shown in FIG.
In FIG. 7, the torque distribution calculation unit 104 receives a torque command input from the host ECU, temperature detection signals from the temperature sensors 91 and 92, and an abnormality detection signal from the inverters 14 and 34. First, the presence or absence of abnormality in the inverters 14 and 34 is determined in step S1. If there is an abnormality, an inverter having an abnormality is identified in step S2. If both inverters are abnormal, both inverters 14 and 34 are stopped in step S3. If only one inverter is abnormal, only the inverter having the abnormality is stopped (step S4).

ステップS3においては、インバータ14のスイッチング素子Q1〜Q6、インバータ34のスイッチング素子Q12,Q22,Q32,Q42、Q52、Q62のスイッチングを停止させるとともに、スイッチング部SRV14、SRW14、SRV34、SRW34をオープン状態にする。ステップS4においては、異常のあるインバータのスイッチング素子(Q1〜Q6、またはQ12とQ22とQ32とQ42とQ52とQ62)のスイッチングを停止させるとともに、スイッチング部SRV14とSRW14、又はSRV34とSRW34をオープン状態にする。   In step S3, switching of switching elements Q1 to Q6 of inverter 14 and switching elements Q12, Q22, Q32, Q42, Q52, and Q62 of inverter 34 is stopped and switching units SRV14, SRW14, SRV34, and SRW34 are opened. To do. In step S4, the switching elements (Q1 to Q6, or Q12, Q22, Q32, Q42, Q52, and Q62) of the inverter having an abnormality are stopped and the switching units SRV14 and SRW14 or SRV34 and SRW34 are opened. To.

ステップS4にて片方のインバータのみ停止させる場合、図8に示す処理Aにてインバータの温度に基づいてトルクを制御する。片方のインバータの場合でも最大限のトルクを出力できる。その後、ステップS5にて上位ECU11に異常検知を出力し、トルク分配を終了する。
ステップS1にて異常がないことが分かった場合は、図9に示す処理Bに進む。
When only one inverter is stopped in step S4, torque is controlled based on the temperature of the inverter in process A shown in FIG. The maximum torque can be output even with one inverter. Thereafter, abnormality detection is output to the host ECU 11 in step S5, and torque distribution is terminated.
If it is determined in step S1 that there is no abnormality, the process proceeds to process B shown in FIG.

図8に示す処理Aでは、ステップS7において、トルク指令と演算時点での目標トルク(前回の目標トルク)との差ΔTRを演算する。その後、ステップS8にてトルク指令との差ΔTRの極性を判定し、ΔTR>0の場合はステップS9にてインバータ温度に応じた下記のトルク分配処理を行う。
(1)正常なインバータの温度<閾値1であれば正常なインバータのトルクを予め設定された変化分ΔTR/yだけ増やす。なお、“y”は増加させる幅を示すものであり、後述する、ΔTR/xやΔTR/wと変化分が必ずしも同じではないことを示すためのものである。
(2)正常なインバータの温度≧閾値1であれば、正常なインバータのトルクを変更しない。
一方、ステップS8にてトルク指令との差ΔTRの極性を判定した結果、ΔTR>0でなければ、ステップS10において、正常なインバータのトルクを予め設定された変化分の絶対値|ΔTR/w|だけ減らす。
In process A shown in FIG. 8, in step S7, a difference ΔTR between the torque command and the target torque at the time of calculation (previous target torque) is calculated. Thereafter, in step S8, the polarity of the difference ΔTR from the torque command is determined. If ΔTR> 0, the following torque distribution process corresponding to the inverter temperature is performed in step S9.
(1) If the temperature of the normal inverter <threshold value 1, the normal inverter torque is increased by a preset change ΔTR / y. Note that “y” indicates a width to be increased, and indicates that the amount of change is not necessarily the same as ΔTR / x or ΔTR / w, which will be described later.
(2) If normal inverter temperature ≧ threshold value 1, normal inverter torque is not changed.
On the other hand, if the result of determining the polarity of the difference ΔTR from the torque command in step S8 is not ΔTR> 0, in step S10, the normal inverter torque is set to the absolute value | ΔTR / w | Only reduce.

図7のステップS1において、インバータ14,34のいずれも正常である場合の処理Bにおいては、図9に示すように、まず、ステップS11において、指令トルクからインバータ14の目標トルクとインバータ34の目標トルク(いずれも前回の目標トルク)を減じたΔTR(トルク指令−インバータ14のトルク−インバータ34のトルク)を計算する。そして、このステップS12においても、上記のステップS8と同様にΔTRの極性を判定する。   In step S1 of FIG. 7, when both inverters 14 and 34 are normal, as shown in FIG. 9, first, in step S11, the target torque of inverter 14 and the target of inverter 34 are determined from the command torque. ΔTR (torque command−torque of inverter 14−torque of inverter 34) obtained by subtracting the torque (both of the previous target torques) is calculated. In step S12, the polarity of ΔTR is determined in the same manner as in step S8.

その結果、ΔTR>0のときは、ステップS13において、下記のトルク分配処理を行う。
(1)インバータ14の温度<閾値1且つインバータ34の温度<閾値1の場合は、インバータ14、34の目標トルクを共に予め設定された変化分ΔTR/xだけ増やす。
(2)インバータ14の温度<閾値1且つインバータ34の温度≧閾値1の場合は、インバータ14の目標トルクを予め設定された変化分ΔTR/yだけ増やす。
(3)インバータ14の温度≧閾値1且つインバータ34の温度<閾値1の場合は、インバータ34の目標トルクを予め設定された変化分ΔTR/yだけ増やす。
(4)インバータ14の温度≧閾値1且つインバータ34の温度≧閾値1の場合は、インバータ14,34の目標トルクを共に変更しない。
As a result, when ΔTR> 0, the following torque distribution processing is performed in step S13.
(1) When the temperature of the inverter 14 <threshold 1 and the temperature of the inverter 34 <threshold 1, both the target torques of the inverters 14 and 34 are increased by a preset change ΔTR / x.
(2) When the temperature of the inverter 14 <the threshold value 1 and the temperature of the inverter 34 ≧ the threshold value 1, the target torque of the inverter 14 is increased by a preset change ΔTR / y.
(3) When the temperature of the inverter 14 ≧ the threshold value 1 and the temperature of the inverter 34 <the threshold value 1, the target torque of the inverter 34 is increased by a preset change ΔTR / y.
(4) When the temperature of the inverter 14 ≧ threshold 1 and the temperature of the inverter 34 ≧ threshold 1, both the target torques of the inverters 14 and 34 are not changed.

ステップS13の処理により、両方のインバータ14,34の温度が閾値に達している場合には、温度に余裕があるインバータにトルクを受け持たせることができ、いずれか一方のインバータの温度が高い場合でもトルク抑制が掛かることを避けることができる。また、トルクの変化分をΔTR/x、ΔTR/yにすることで、温度が急峻に変化してオーバーシュートすることを防ぐことができる。   When the temperature of both inverters 14 and 34 has reached the threshold value by the process of step S13, the inverter having sufficient temperature can be given torque, and the temperature of one of the inverters is high However, it is possible to avoid torque suppression. In addition, by setting the change in torque to ΔTR / x and ΔTR / y, it is possible to prevent the temperature from changing sharply and overshooting.

また、ΔTR<0の場合は、ステップS14にて下記のトルク分配処理を行う。
(1)インバータ14の温度<閾値2且つインバータ34の温度<閾値2の場合は、インバータ14,34の目標トルクを共に予め設定された変化分の絶対値|ΔTR/z|だけ減らす。
(2)インバータ14の温度<閾値2且つインバータ34の温度≧閾値2の場合は、インバータ14の目標トルクを予め設定された変化分の絶対値|ΔTR/w|だけ減らす。
(3)インバータ14の温度≧閾値2且つインバータ34の温度<閾値2の場合は、インバータ14の目標トルクを予め設定された変化分の絶対値|ΔTR/w|だけ減らす。
(4)インバータ14の温度≧閾値2且つインバータ34の温度≧閾値2の場合は、インバータ14,34の目標トルクを共に予め設定された変化分の絶対値|ΔTR/z|だけ減らす。
If ΔTR <0, the following torque distribution process is performed in step S14.
(1) When the temperature of the inverter 14 <the threshold value 2 and the temperature of the inverter 34 <the threshold value 2, both of the target torques of the inverters 14 and 34 are reduced by a preset absolute value | ΔTR / z |.
(2) When the temperature of the inverter 14 <the threshold value 2 and the temperature of the inverter 34 ≧ the threshold value 2, the target torque of the inverter 14 is reduced by an absolute value | ΔTR / w |
(3) When the temperature of the inverter 14 ≧ the threshold value 2 and the temperature of the inverter 34 <the threshold value 2, the target torque of the inverter 14 is reduced by an absolute value | ΔTR / w |
(4) When the temperature of the inverter 14 is equal to or greater than the threshold 2 and the temperature of the inverter 34 is equal to or greater than the threshold 2, both the target torques of the inverters 14 and 34 are reduced by an absolute value | ΔTR / z |

ステップS13及びS14の処理を実行した際のインバータ温度の時間変化の概念図を図10に示す。この図10では、時点t1にてΔTR>0となりトルクを増加させる必要が生じる。時点t1では両方のインバータ温度が閾値1以下なので両方のインバータのトルクを増加させる。トルク増加に伴いインバータ14,34の温度が上昇し、時点t2にてインバータ14の温度が閾値1に達したとしている。この場合、ΔTR>0であるが、インバータ14のトルクは増加させず、インバータ34のトルクを増加させる処理が時点t3まで行われる。   The conceptual diagram of the time change of inverter temperature at the time of performing the process of step S13 and S14 is shown in FIG. In FIG. 10, ΔTR> 0 at time t1, and the torque needs to be increased. Since the temperature of both inverters is equal to or lower than the threshold value 1 at time t1, the torque of both inverters is increased. As the torque increases, the temperatures of the inverters 14 and 34 increase, and the temperature of the inverter 14 reaches the threshold 1 at time t2. In this case, ΔTR> 0, but the torque of the inverter 14 is not increased, and the process of increasing the torque of the inverter 34 is performed until time t3.

時点t4にてΔTR<0となった場合、両方のインバータ14,34の温度が閾値2に達しているので両方のインバータ14,34のトルクを減少させる。時点t5にてインバータ14の温度が閾値2に達する。
一方、インバータ34の温度は閾値2以上なので、時点t6までの間はインバータ34のトルクのみを減じる処理が行われる。時点t6以降は両方のインバータ14,34のトルクを減じる。
When ΔTR <0 at time t4, the temperature of both inverters 14 and 34 has reached the threshold value 2, so the torque of both inverters 14 and 34 is decreased. The temperature of the inverter 14 reaches the threshold value 2 at time t5.
On the other hand, since the temperature of the inverter 34 is equal to or higher than the threshold value 2, processing for reducing only the torque of the inverter 34 is performed until time t6. After time t6, the torques of both inverters 14, 34 are reduced.

ステップS13及びS14の処理により、インバータ温度が閾値1で制限されるまで両方のインバータ14,34の温度の乖離を抑制できる。すなわち、制御装置20は、インバータ14,34の温度が実質的に等しくなるようにトルク分配を行っている。   By the processing in steps S13 and S14, the temperature divergence of both the inverters 14 and 34 can be suppressed until the inverter temperature is limited by the threshold value 1. That is, the control device 20 performs torque distribution so that the temperatures of the inverters 14 and 34 are substantially equal.

半導体の劣化は温度依存性があり、温度が高くなると加速度的に劣化が進むことはアレニウスの法則として、よく知られている。閾値1及び閾値2を、劣化が激しくなる高温域に設定することで高温域での温度の偏りを抑制できるので、各インバータの寿命を同程度にできる。   It is well known as Arrhenius' law that the deterioration of a semiconductor is temperature dependent, and that the deterioration is accelerated at a higher temperature. Since the threshold value 1 and the threshold value 2 are set in a high temperature range where the deterioration is severe, the temperature deviation in the high temperature range can be suppressed, so that the life of each inverter can be made comparable.

トルク分配演算部104のステップS13及びS14の処理は、図11に示すブロック図で置き換えても良い。
すなわち、図11では、ステップS20でトルク指令の50%を各インバータの目標トルクの初期値として計算しておく。また、ステップS21にて各インバータの温度差を計算し、ステップS22で重み係数Kを掛けて補正トルクに変換する。この補正トルクをステップS23及びステップS24で目標トルクの初期値とそれぞれ加算及び減算し、各インバータの目標トルクを求める。
なお、各ステップは、演算部としてもよい。
The processing in steps S13 and S14 of the torque distribution calculation unit 104 may be replaced with the block diagram shown in FIG.
That is, in FIG. 11, 50% of the torque command is calculated as the initial value of the target torque of each inverter in step S20. In step S21, the temperature difference of each inverter is calculated, and in step S22, the weight coefficient K is multiplied to convert it into a correction torque. The correction torque is added and subtracted from the initial value of the target torque in steps S23 and S24, respectively, to obtain the target torque of each inverter.
Each step may be a calculation unit.

この構成によれば、インバータの温度は常にほぼ等しくなるため、両インバータの寿命もほぼ同程度になることが期待でき、パワーモジュールの劣化によってインバータの故障が発生する場合の寿命を最長に出来る。   According to this configuration, since the inverter temperatures are always substantially equal, it can be expected that the lifetimes of both inverters will be approximately the same, and the lifetime when an inverter failure occurs due to deterioration of the power module can be maximized.

図6に示した同期/非同期・位相差演算部100は、温度センサ91,92からの温度検出信号と、回転速度演算部102からの回転速度とを入力している。この同期/非同期・位相差演算部100は、温度センサ91、92の温度検出信号と回転速度に基づいて同期PWM制御または非同期PWM制御の切り替えを演算する。   The synchronous / asynchronous / phase difference calculation unit 100 shown in FIG. 6 receives the temperature detection signals from the temperature sensors 91 and 92 and the rotation speed from the rotation speed calculation unit 102. The synchronous / asynchronous / phase difference calculation unit 100 calculates switching between synchronous PWM control and asynchronous PWM control based on the temperature detection signals of the temperature sensors 91 and 92 and the rotation speed.

同期PWMまたは非同期PWMのいずれを行うかは、図12に示すように、温度センサ91,92で検出したインバータ内部温度に基づいて決定する。すなわち、インバータ14の内部温度<閾値且つインバータ34の内部温度<閾値且つ回転速度<閾値のときには、非同期PWMを選択し、その他のときには、同期PWMを選択する。   Whether to perform synchronous PWM or asynchronous PWM is determined based on the inverter internal temperature detected by the temperature sensors 91 and 92, as shown in FIG. That is, when the internal temperature of the inverter 14 <threshold and the internal temperature of the inverter 34 <threshold and the rotational speed <threshold, the asynchronous PWM is selected, and in other cases, the synchronous PWM is selected.

図6に示したインバータ駆動信号発生部114は、インバータ14、34のSiC−MOSFET素子を駆動する信号を発生する。このインバータ駆動信号発生部114は、同期/非同期・位相差演算部100から出力される同期/非同期切替信号と位相差信号、電圧指令演算部108が発生した電圧指令に基づく正弦波とを入力する同期・非同期切替信号に基づいて同期PWM又は非同期PWMを行うかを切り替え、キャリア周波数の三角波と電圧指令演算部108が発生した正弦波との比較を行ない、同期PWM又は非同期PWMされた波形を出力する。制御部120からはインバータ駆動信号がインバータ14に与えられ、制御部121からは、インバータ駆動信号がインバータ34に与えられる。   The inverter drive signal generator 114 shown in FIG. 6 generates a signal for driving the SiC-MOSFET elements of the inverters 14 and 34. This inverter drive signal generation unit 114 inputs a synchronization / asynchronous switching signal output from the synchronous / asynchronous / phase difference calculation unit 100, a phase difference signal, and a sine wave based on the voltage command generated by the voltage command calculation unit 108. Switching between synchronous PWM and asynchronous PWM based on the synchronous / asynchronous switching signal, comparing the triangular wave of the carrier frequency with the sine wave generated by the voltage command calculation unit 108, and outputting the waveform that is synchronous PWM or asynchronous PWM To do. An inverter drive signal is provided to the inverter 14 from the control unit 120, and an inverter drive signal is provided to the inverter 34 from the control unit 121.

また、インバータ駆動信号発生部114は、インバータ14,34からの異常検出信号が共にイネーブル状態にあれば、異常状態にあるインバータのスイッチング動作を停止させる信号を出力する。インバータ14,34の双方が異常状態にあれば、両方ともスイッチング動作を停止させる。これとともに、上位ECU11に異常検知信号を送る。 Further, when both of the abnormality detection signals from the inverters 14 and 34 are enabled, the inverter drive signal generator 114 outputs a signal for stopping the switching operation of the inverter in the abnormal state. If both inverters 14 and 34 are in an abnormal state, both stop the switching operation. At the same time, an abnormality detection signal is sent to the host ECU 11.

同期PWM制御は、モータ回転速度に比例する車速に対して自由にキャリア周波数fcを決めることはできない。しかしながら、電流の制御性は非同期PWM制御よりも同期PWM制御の方が良好でパルス数を少なくすることができる。   In the synchronous PWM control, the carrier frequency fc cannot be freely determined with respect to the vehicle speed proportional to the motor rotation speed. However, the controllability of current is better with synchronous PWM control than with asynchronous PWM control, and the number of pulses can be reduced.

低トルク・高速回転領域では基本波周波数が高くなるが、以上説明した実施の形態1の車両では、SiC−MOSFETを使用しキャリア周波数を高くすることで、良好な制御性と静粛性を得ることができる。
このようにして、本実施の形態1の車両では、モータ駆動装置の電力変換効率の高効率化、及び高回転域での制御性維持及び騒音抑制が可能となる。
Although the fundamental frequency is high in the low torque / high speed rotation region, in the vehicle of the first embodiment described above, good controllability and quietness can be obtained by using the SiC-MOSFET and increasing the carrier frequency. Can do.
Thus, in the vehicle of the first embodiment, it is possible to increase the power conversion efficiency of the motor drive device, maintain controllability in a high rotation range, and suppress noise.

また、インバータの一部に異常がある場合も、異常がないインバータのみで走行を継続できる。異常がある場合の走行継続機能が必要ない場合は、スイッチング部SRV14、SRW14、SRV34、SRW34は不要であり、S2、S4の判定も不要となる。すなわちS1で異常ありとなった場合は、S3で双方のインバータを停止し、S5でエラー検出信号を出力する。このようにして、高回転域での制御性維持及び騒音抑制のみの効果が得ることも可能である。   Further, even when there is an abnormality in a part of the inverter, the traveling can be continued only with the inverter having no abnormality. When the traveling continuation function is not required when there is an abnormality, the switching units SRV14, SRW14, SRV34, and SRW34 are unnecessary, and the determinations of S2 and S4 are also unnecessary. That is, if an abnormality occurs in S1, both inverters are stopped in S3, and an error detection signal is output in S5. In this way, it is possible to obtain the effects of maintaining controllability and noise suppression only in the high rotation range.

また、SiC−MOSFET素子は、多並列接続して用いるものに比べ、チップ間の電流のばらつきを考慮する必要がなく、放熱器の能力を低くできるため放熱器の小型化が可能である。また、コンデンサの電流リプルも低減するためコンデンサの小型化が可能である。   In addition, SiC-MOSFET elements do not need to take into account variations in current between chips as compared to those used in multi-parallel connection, and the capacity of the radiator can be reduced, so that the radiator can be downsized. Further, since the current ripple of the capacitor is also reduced, the capacitor can be reduced in size.

一般に、これら放熱器とコンデンサの体積がモータ駆動装置の体積の大半を占めるため、分散インバータ方式にしても、モータ駆動装置の大型化を避けつつ電力変換効率の高効率化、及び高回転域での制御性維持、騒音抑制が可能となる。   In general, since the volume of these radiators and capacitors occupies most of the volume of the motor drive device, even with the distributed inverter method, the power conversion efficiency is improved while avoiding the increase in size of the motor drive device, and in the high rotation range. Controllability and noise suppression are possible.

上記の説明では、SiC半導体素子について説明したが、本発明は、このSiC半導体素子を含むワイドバンドギャップ半導体材料において適用可能である。このワイドバンドギャップ半導体材料の製造技術は、SiC半導体素子と同様、開発途上にあり、寸法の大きいチップを高い歩留りで生産することは難しい。従って、インバータは、チップ内の欠陥密度を小さくするために寸法の小さいチップを多並列化して構成される。   In the above description, the SiC semiconductor element has been described. However, the present invention can be applied to a wide band gap semiconductor material including the SiC semiconductor element. The manufacturing technology of this wide band gap semiconductor material is under development like the SiC semiconductor element, and it is difficult to produce a chip having a large size with a high yield. Therefore, the inverter is configured by paralleling multiple small-sized chips in order to reduce the defect density in the chips.

また、図5に示す実施の形態では、並列化数が2になっているが、これに限定されるものではないことは言うまでもない。   In the embodiment shown in FIG. 5, the number of parallelization is 2, but it goes without saying that the number of parallelization is not limited to this.

また、上記の実施の形態1において、SiC半導体素子から成る電力用スイッチング素子を示したが、電力用スイッチング素子は、例えば、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドから成るものでもよい。   In the first embodiment, the power switching element made of the SiC semiconductor element is shown. However, the power switching element may be made of, for example, a gallium nitride material or diamond.

1 モータ駆動装置、10 バッテリ、11 上位ECU、12 コンデンサ、14,34 インバータ、15〜17,35〜37 レグ、20 制御装置、24 レゾルバ、91,92 温度センサ、Q1〜Q6,Q12,Q22,Q32,Q42,Q52,Q62 SiC−MOSFET、D1〜D6,D12,D22,D32,D42,D52,D62 ダイオード、SV14,SW14,SV34,SW34 電流センサ、SRV14,SRW14,SRV34,SRW34 スイッチング部、100 同期/非同期・位相差演算部、102 回転速度演算部、104 トルク分配演算部、106 電流指令演算部、108 電圧指令演算部、114 インバータ駆動信号発生部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor drive device, 10 Battery, 11 High-order ECU, 12 Capacitor, 14, 34 Inverter, 15-17, 35-37 Leg, 20 Control device, 24 Resolver, 91, 92 Temperature sensor, Q1-Q6, Q12, Q22, Q32, Q42, Q52, Q62 SiC-MOSFET, D1-D6, D12, D22, D32, D42, D52, D62 Diode, SV14, SW14, SV34, SW34 Current sensor, SRV14, SRW14, SRV34, SRW34 Switching unit, 100 synchronization / Asynchronous / phase difference calculation unit, 102 rotational speed calculation unit, 104 torque distribution calculation unit, 106 current command calculation unit, 108 voltage command calculation unit, 114 inverter drive signal generation unit.

Claims (11)

各アームのスイッチング素子がワイドギャップ半導体素子のチップであるインバータを用いてモータを駆動制御するモータ駆動装置の製造方法において、
前記アームが前記インバータに必要な電流容量に耐えるために前記チップを並列化したと想定した場合の並列化数に対応した数だけ前記インバータ設け、
前記インバータの数に対応して前記モータの3相巻線多重化
モータ駆動装置の製造方法
In the manufacturing method of the motor drive device that drives and controls the motor using an inverter in which the switching element of each arm is a chip of a wide gap semiconductor element ,
The number corresponding to the parallel number of the case where the arm is assumed to have parallel the chip to withstand the current capacity required for the inverter provided with the inverter,
Manufacturing method of a motor drive device you multiplexes three-phase windings of the motor corresponding to the number of the inverter.
前記スイッチング素子は、単一のチップで構成されている
請求項1に記載のモータ駆動装置の製造方法
The method for manufacturing a motor driving device according to claim 1, wherein the switching element is configured by a single chip.
前記ワイドバンドギャップ半導体素子は、炭化ケイ素を用いた半導体素子である
請求項1に記載のモータ駆動装置の製造方法
The method for manufacturing a motor driving device according to claim 1, wherein the wide band gap semiconductor element is a semiconductor element using silicon carbide.
前記炭化ケイ素を用いた半導体素子は、ユニポーラ素子である
請求項3に記載のモータ駆動装置の製造方法
The method of manufacturing a motor driving device according to claim 3, wherein the semiconductor element using silicon carbide is a unipolar element.
前記ユニポーラ素子は、MOSFETである
請求項4に記載のモータ駆動装置の製造方法
The method for manufacturing a motor driving device according to claim 4, wherein the unipolar element is a MOSFET.
前記スイッチング素子の耐電圧が600V以上である
請求項1又は2に記載のモータ駆動装置の製造方法
The method for manufacturing a motor drive device according to claim 1, wherein a withstand voltage of the switching element is 600 V or more.
前記インバータの温度を検出する温度センサをさらに有し、
上位のECUからの指令トルクを入力とし、前記インバータの温度に応じて前記指令トルクを各インバータのトルクに分配する制御装置をさらに有する
請求項1に記載のモータ駆動装置の製造方法
A temperature sensor for detecting the temperature of the inverter;
The motor drive device manufacturing method according to claim 1, further comprising: a control device that receives a command torque from a host ECU and distributes the command torque to the torque of each inverter according to the temperature of the inverter.
前記インバータは、前記並列化数に対応して、第1のインバータと第2のインバータを有しており、
前記制御装置は、前記第1及び第2のインバータの温度が実質的に等しくなるようにトルク分配を行う
請求項7に記載のモータ駆動装置の製造方法
The inverter has a first inverter and a second inverter corresponding to the parallelization number,
The method for manufacturing a motor driving device according to claim 7, wherein the control device performs torque distribution so that temperatures of the first and second inverters are substantially equal.
前記制御装置は、指令トルクから前記第1のインバータの目標トルク及び前記第2のインバータの目標トルクを減じた値が正の場合、次の4通りの処理を行う請求項8に記載のモータ駆動装置の製造方法
(1)前記第1及び第2のインバータの温度が共に第1の閾値を下回っているとき、前記第1及び第2のインバータの目標トルクを共に予め設定された変化分だけ増やす。
(2)前記第1のインバータの温度が前記第1の閾値を下回っており、且つ前記第2のインバータの温度が前記第1の閾値以上のときは、前記第1のインバータの目標トルクを予め設定された変化分だけ増やす。
(3)前記第1のインバータの温度が前記第1の閾値以上であり、且つ前記第2のインバータの温度が前記第1の閾値を下回っているときは、前記第2のインバータ2の目標トルクを予め設定された変化分だけ増やす。
(4)前記第1及び第2のインバータの温度が共に前記第1の閾値以上であるとき、前記第1及び第2のインバータの目標トルクを共に変更しない。
The motor drive according to claim 8, wherein the control device performs the following four processes when a value obtained by subtracting the target torque of the first inverter and the target torque of the second inverter from the command torque is positive. Device manufacturing method .
(1) when said temperature of the first and second inverters is below together first threshold value, said first and both predetermined variation by increasing or to a target torque of the second inverter.
(2) When the temperature of the first inverter is lower than the first threshold and the temperature of the second inverter is equal to or higher than the first threshold, the target torque of the first inverter is set in advance. Increase by the set change.
(3) The target torque of the second inverter 2 when the temperature of the first inverter is equal to or higher than the first threshold and the temperature of the second inverter is lower than the first threshold. Is increased by a preset change.
(4) When the temperatures of the first and second inverters are both equal to or higher than the first threshold value, the target torques of the first and second inverters are not changed.
前記制御装置は、指令トルクから前記第1のインバータの目標トルク及び前記第2のインバータの目標トルクを減じた値が負の場合、次の4通りの処理を行う請求項8に記載のモータ駆動装置の製造方法
(1)前記第1及び第2のインバータの温度が共に第2の閾値を下回っているとき、前記第1及び第2のインバータの目標トルクを共に予め設定された変化分の絶対値だけ減らす。
(2)前記第1のインバータの温度が前記第2の閾値を下回っており且つ前記第2のインバータの温度が前記第2の閾値以上のときは、前記第のインバータの目標トルクを予め設定された変化分の絶対値だけ減らす。
(3)前記第1のインバータの温度が前記第2の閾値以上であり、且つ前記第2のインバータの温度が前記第2の閾値を下回っているときは、前記第1のインバータの目標トルクを予め設定された変化分の絶対値だけ減らす。
(4)前記第1及び第2のインバータの温度が共に前記第2の閾値以上であるとき、前記第1及び第2のインバータの目標トルクを共に予め設定された変化分の絶対値だけ減らす。
9. The motor drive according to claim 8, wherein the control device performs the following four processes when a value obtained by subtracting the target torque of the first inverter and the target torque of the second inverter from the command torque is negative. Device manufacturing method .
(1) When both the temperatures of the first and second inverters are below the second threshold, both target torques of the first and second inverters are reduced by an absolute value of a preset change.
(2) When the temperature of the first inverter is lower than the second threshold and the temperature of the second inverter is equal to or higher than the second threshold, a target torque of the second inverter is set in advance. Decrease by the absolute value of the change made.
(3) When the temperature of the first inverter is equal to or higher than the second threshold and the temperature of the second inverter is lower than the second threshold, the target torque of the first inverter is reduced. Decrease by the absolute value of the preset change.
(4) When the temperatures of the first and second inverters are both equal to or higher than the second threshold value, the target torques of the first and second inverters are both reduced by an absolute value of a preset change.
前記制御装置は、前記第1のインバータの温度から前記第2のインバータの温度を減じた値に変換係数を乗じて補正トルクを求め、前記第1のインバータの目標トルクを指令トルクの50%の値から前記補正トルクを減じた値とし、前記第2のインバータの目標トルクを指令トルクの50%の値に前記補正トルクを加えた値とする
請求項8に記載のモータ駆動装置の製造方法
The control device obtains a correction torque by multiplying a value obtained by subtracting the temperature of the second inverter from the temperature of the first inverter to obtain a correction torque, and sets the target torque of the first inverter to 50% of the command torque. The method for manufacturing a motor drive device according to claim 8, wherein a value obtained by subtracting the correction torque from a value is used, and a target torque of the second inverter is a value obtained by adding the correction torque to a value of 50% of the command torque.
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