JP6402708B2 - インバータ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インバータ装置に関する。
従来のインバータ装置として、例えば、特許文献1に記載された装置が知られている。特許文献1に記載のインバータ装置は、直流電圧のスイッチングを行うことにより直流電圧を交流電圧に変換して3つの交流電圧を三相モータの各相に供給するスイッチング手段を備える。このインバータ装置では、スイッチング手段の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の検出温度に基づいてスイッチング手段を制御することにより、三相モータの3つの相への供給電圧全てについて並行してスイッチングを行う三相線間変調モードと、所定の電気角の期間ごとに三相モータの2つの相への供給電圧についてのみ並行してスイッチングを行う二相線間変調モードとの切り替えを行う線間変調制御手段と、を備えている。
特開2007−288858号公報
従来のインバータ装置では、スイッチング手段の温度を検出し、当該温度が所定温度以上となった場合に、三相線間変調モードから二相線間変調モードに切り替えを行っている。このインバータ装置では、変調モードを切り替えることにより、スイッチング損失が低減されるため、スイッチング手段のオーバーヒートを回避している。しかしながら、三相線間変調モードから二相線間変調モードに切り替えると、モータの出力が低下する。
本発明は、モータの出力を確保しつつ、半導体素子を保護できるインバータ装置を提供することを目的とする。
本発明に係るインバータ装置は、バッテリからの直流電力を半導体素子によって交流電力に変換し、交流電力を三相のモータに供給するインバータ装置であって、半導体素子及び/又は当該半導体素子周辺の第1温度を検出する第1温度検出部と、モータの電流を検出する電流検出部と、第1温度検出部による第1温度の検出結果と、電流検出部による電流の検出結果とに基づいて、モータの変調方式を、二相変調方式又は三相変調方式に切り替える制御部と、を備える。
このインバータ装置では、半導体素子及び/又は当該半導体素子周辺の第1温度、及び、モータの電流を検出する。制御部は、第1温度検出部による第1温度の検出結果と、電流検出部による電流の検出結果との2つのパラメータに基づいて、二相変調方式又は三相変調方式に切り替える。従来のインバータ装置では、例えば、第1温度が所定温度以上となった場合には、電流が低い場合であっても、二相変調方式に切り替えているため、出力が低下する。本発明に係るインバータ装置では、例えば、第1温度が比較的高い場合であっても、電流が低い場合には、三相変調方式によりモータを駆動させる。したがって、モータの出力を維持できる。また、インバータ装置では、第1温度が高くなった場合には、二相変調方式に切り替えるため、半導体素子のオーバーヒートを抑制できる。このように、インバータ装置では、モータの出力を確保しつつ、インバータ装置を保護できる。
一実施形態においては、制御部は、第1温度検出部によって検出された第1温度の値が所定の閾値以上となった場合に、半導体素子の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を基準周波数よりも低く設定してもよい。キャリア周波数を低くすることにより、半導体素子における損失が低減する。したがって、第1温度を低下させることができる。
一実施形態においては、制御部は、キャリア周波数を、可聴周波数帯域に設定してもよい。キャリア周波数が可聴周波数帯域に設定されると、インバータ装置において、いわゆるチョッパ音が発生する。このチョッパ音を聴いた作業者は、例えば、半導体素子の第1温度が高くなっていることを知り得る。このように、キャリア周波数を可聴周波数帯域に設定することで、半導体素子の第1温度が高くなっていること報知できる。
一実施形態においては、半導体素子の入力側で且つバッテリに並列に接続されたコンデンサと、コンデンサ及び/又は当該コンデンサ周辺の第2温度を検出する第2温度検出部と、を備え、制御部は、第2温度検出部によって検出された第2温度の値が所定の閾値以下である場合に、キャリア周波数を基準周波数よりも高く設定してもよい。コンデンサは、温度が低いと、ESR(Equivalent Series Resistance:等価直列抵抗)が大きい。そのため、コンデンサの温度が低いときには、コンデンサによる平滑の効果が低下するため、半導体素子におけるスイッチング時のサージ電圧が大きくなる。これにより、半導体素子の破損等が生じ得る。一実施形態では、第2温度が閾値以下のときには、キャリア周波数を高く設定する。これにより、半導体素子における損失が大きくなり、半導体素子の温度が上昇する。これにより、コンデンサの温度を高めることが可能となる。したがって、コンデンサによる平滑の効果の低下を抑制できる。その結果、半導体素子の破損等を抑制できる。
一実施形態においては、バッテリの容量を検出する容量検出部を備え、制御部は、容量検出部によって検出されたバッテリの容量の値が所定の閾値以下である場合に、キャリア周波数を基準周波数よりも低く設定してもよい。これにより、バッテリの容量が低下している場合には、半導体素子の損失の低減が図れる。そのため、バッテリの容量低下を抑制できる。したがって、バッテリの稼働時間の長期化を図ることができる。
本発明によれば、モータの出力を確保しつつ、モータを保護できる。
一実施形態に係るインバータ装置を含む電源回路の回路図である。 素子温度と電流とが設定されたマップを示す図である。 素子温度とキャリア周波数とが設定されたマップを示す図である。 図3に示されるマップの変形例を示す図である。 コンデンサ温度とキャリア周波数が設定されたマップを示す図である。 バッテリ容量とキャリア周波数が設定されたマップを示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、一実施形態に係るインバータ装置を含む電源回路の回路図である。図1に示されるインバータ装置1は、バッテリ3からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力を回転電機であるモータ5に供給し、モータ5を駆動させる。電源回路は、例えば、フォークリフト等の車両に搭載される。
図1に示されるように、インバータ装置1は、コンデンサ10と、インバータ回路12と、ドライブ回路14と、CPU(制御部)16と、第1温度センサ(第1温度検出部)18と、第1電流センサ(電流検出部)20及び第2電流センサ22及び第3電流センサ24と、電圧センサ(容量検出部)26と、第4電流センサ(容量検出部)27と、第2温度センサ(第2温度検出部)28と、を備えている。
コンデンサ10は、インバータ回路12の入力側で且つ直流電源2と並列に接続されている。コンデンサ10は、平滑用のコンデンサである。コンデンサ10は、例えば、電解コンデンサである。コンデンサ10は、例えば、図示しないコンデンサ基板に実装されている。
インバータ回路12は、相ごとに、2つのスイッチング素子(半導体素子)30,31、スイッチング素子32,33、及び、スイッチング素子34,35を有している。スイッチング素子30〜36は、例えばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタなどである。U相の2つのスイッチング素子30,31は、コンデンサ10と並列に接続されている。例えば、スイッチング素子30のコレクタはコンデンサ10の一方の端子に接続され、スイッチング素子30のエミッタはスイッチング素子31のコレクタと接続され、スイッチング素子31のエミッタはコンデンサ10の他方の端子に接続されている。V相においてはスイッチング素子32及びスイッチング素子33が、W相においてはスイッチング素子34及びスイッチング素子35がそれぞれ同様に接続されている。スイッチング素子30〜36は、例えば、IMS(Insulated Metal Substrate:絶縁金属基板)に実装され、IMSに設けられたFFC(Flexible Flat Cable:フレキシブルフラットケーブル)のコネクタと電気的に接続されている。
スイッチング素子30とスイッチング素子31とを接続する配線の電圧は、モータ5にU相電圧として印加される。スイッチング素子32とスイッチング素子33とを接続する配線の電圧は、モータ5のV相電圧として印加される。スイッチング素子34とスイッチング素子36とを接続する配線の電圧が、モータ5にW相電圧として印加される。
ドライブ回路14は、インバータ回路12の各スイッチング素子30〜36の駆動信号を生成及び出力する。ドライブ回路14は、CPU16から入力した駆動信号をそれぞれ増幅して、対応するスイッチング素子30〜36のゲートに出力する。ドライブ回路14は、例えば図示しない制御基板に実装され、制御基板に設けられたFFCコネクタと電気的に接続されている。この制御基板のコネクタとIMSのコネクタとがFFCにより接続されることにより、インバータ回路12とドライブ回路14とが電気的に接続されている。
CPU16は、例えば、図示しないメモリに格納されているプログラムを実行することで、インバータ装置1全体の制御を行う。CPU16は、相ごとに設定したキャリア周波数を用いて、各相の駆動信号をスイッチング素子30〜36ごとに生成し、ドライブ回路14に出力する。CPU16の具体的な動作については、後述する。
第1温度センサ18は、スイッチング素子30〜36及び/又はスイッチング素子30〜36周辺の第1温度を検出する。第1温度センサ18は、例えば、スイッチング素子30〜36が実装されるIMSにおいてスイッチング素子30〜36の近傍に配置される。第1温度センサ18としては、スイッチング素子30〜36の温度(周辺温度)を直接的又は間接的に検出するセンサであればよく、例えば、サーミスタ、又は放射温度計等を用いることができる。第1温度センサ18は、検出した温度を示す第1温度信号をCPU16に出力する。
第1電流センサ20、第2電流センサ22及び第3電流センサ24は、モータ5の電流を検出する。第1電流センサ20は、U相の電流を検出する。第1電流センサ20は、U相の電流を示すU相電流信号をCPU16に出力する。第2電流センサ22は、V相電流を検出する。第2電流センサ22は、V相の電流を示すV相電流信号をCPU16に出力する。第3電流センサ24は、W相電流を検出する。第3電流センサ24は、W相の電流を示すW相電流信号をCPU16に出力する。
電圧センサ26は、バッテリ3の電圧(バッテリ電圧)を検出する。電圧センサ26は、検出したバッテリ3の電圧を示す電圧信号をCPU16に出力する。
第4電流センサ27は、バッテリ3の電流を検出する。第4電流センサ27は、検出したバッテリ3の電流を示す電流信号をCPU16に出力する。
第2温度センサ28は、コンデンサ10及び/又はコンデンサ10周辺の温度を検出する。第2温度センサ28は、例えば、コンデンサ10が実装されるコンデンサ基板においてコンデンサ10の近傍に配置される。第2温度センサ28としては、コンデンサ10の温度(周辺温度)を直接的又は間接的に検出するセンサであればよく、例えば、サーミスタ、又は放射温度計等を用いることができる。第2温度センサ28は、検出した温度を示す第2温度信号をCPU16に出力する。
続いて、CPU16の動作について詳細に説明する。CPU16は、第1温度センサ18による第1温度の検出結果と、第1電流センサ20、第2電流センサ22及び第3電流センサ24による電流の検出結果とに基づいて、モータ5の変調方式を、二相変調方式又は三相変調方式に切り替える。CPU16は、第1温度センサ18から出力された第1温度信号と、第1電流センサ20、第2電流センサ22及び第3電流センサ24から出力されたU相電流信号、V相電流信号及びW相電流信号とを取得し、二相変調方式又は三相変調方式に切り替える。二相変調方式では、U相、V相及びW相のうち、1相のスイッチング素子によるスイッチングをオフにする。三相変調方式では、U相、V相及びW相の三相のスイッチング素子によりスイッチングを行う。
CPU16は、図2に示されるマップMを用いて、二相変調方式又は三相変調方式を選択する。図2に示されるように、マップMでは、横軸が素子温度(第1温度)、縦軸が電流を示している。マップMには、三相変調領域A1と、二相変調領域A2と、が設定されている。三相変調領域A1は、三相変調方式を選択する領域である。二相変調領域A2は、二相変調方式を選択する領域である。二相変調領域A2は、三相変調領域A1よりも、素子温度及び電流において外側に設定されている。三相変調領域A1及び二相変調領域A2は、実験、及び/又はスイッチング素子30〜36の特性等に応じて適宜設定されればよい。
CPU16は、第1温度信号から第1温度の値を取得すると共に、U相電流信号、V相電流信号及びW相電流信号から電流値を取得する。CPU16は、取得した第1温度の値及び電流値をマップMに適用して、変調方式を設定する。具体的には、CPU16は、例えば、図2に示されるように、第1温度の値及び電流値の交点P1が三相変調領域A1に存在する場合には、三相変調方式に設定する。CPU16は、第1温度の値及び電流値の交点P2が二相変調領域A2に存在する場合には、二相変調方式に設定する。CPU16は、設定した変調方式に対応するキャリア周波数を生成し、キャリア周波数に対応する駆動信号をドライブ回路14に出力する。
また、CPU16は、第1温度センサ18によって検出された第1温度の値が所定の閾値以上となった場合に、キャリア周波数を基準周波数よりも低く設定する。CPU16は、図3に示されるマップM1を用いて、キャリア周波数を設定する。図3に示されるように、マップM1では、横軸が素子温度を示し、縦軸がキャリア周波数を示している。CPU16は、取得した第1温度をM1に適用して、キャリア周波数を設定する。
具体的には、CPU16は、例えば、図3に示されるように、第1温度の値が閾値Tth1よりも小さい「T」である場合には、キャリア周波数を「F」に設定する。CPU16は、第1温度の値が閾値Tth1以上の「T」である場合には、キャリア周波数を「F」に設定する。キャリア周波数Fは、基準周波数である。基準周波数は、スイッチング素子30〜36等の特性(性能)に応じて予め設定されている周波数である。キャリア周波数Fは、キャリア周波数Fよりも高い。また、キャリア周波数Fは、可聴周波数帯域に設定されている。可聴周波数帯域は、例えば、20Hz〜20KHzの範囲で設定されている。閾値Tth1及びキャリア周波数F,Fは、実験、及び/又はスイッチング素子30〜36の特性等に応じて適宜設定されればよい。CPU16は、設定したキャリア周波数(F,F)に対応する駆動信号をドライブ回路14に出力する。なお、基準周波数は、キャリア周波数Fとは別に設定されていてもよい。
なお、マップM1は、図4(a)〜図4(c)に示されるように、様々な形態を採用できる。図4(a)に示されるように、マップM1では、キャリア周波数が、キャリア周波数Fからキャリア周波数Fに向かって、閾値Tth1からリニアに低くなってもよい。図4(b)に示されるように、マップM1では、キャリア周波数が、キャリア周波数Fからキャリア周波数Fに向かって、閾値Tth1から段階的に低くなってもよい。図4(c)に示されるように、マップM1では、キャリア周波数が、キャリア周波数Fからキャリア周波数Fに向かって、閾値Tth1から非線形的に低くなってもよい。
また、CPU16は、第2温度センサ28から出力された第2温度信号に基づいて、キャリア周波数を設定する。CPU16は、第2温度信号を受け取ると、第2温度信号が示す第2温度の値を取得する。CPU16は、第2温度の値が所定の閾値以下である場合に、キャリア周波数を基準周波数よりも高く設定する。CPU16は、図5に示されるマップM2を用いて、キャリア周波数を設定する。図5に示されるように、マップM2では、横軸がコンデンサ温度(第2温度)を示し、縦軸がキャリア周波数を示している。
CPU16は、例えば、図5に示されるように、第2温度の値が閾値Tth2よりも小さい「T11」である場合には、キャリア周波数を「F12」に設定する。CPU16は、第1温度の値が閾値Tth1以上の「T12」である場合には、キャリア周波数を「F11」に設定する。キャリア周波数F12は、キャリア周波数F11よりも高い。キャリア周波数F12は、基準周波数である。基準周波数は、スイッチング素子30〜36等の特性(性能)に応じて予め設定されている周波数である。キャリア周波数F12は、例えば、キャリア周波数F12の2倍程度に設定される。閾値Tth2、キャリア周波数F11,F12は、実験、及び/又はスイッチング素子30〜36の特性等に応じて適宜設定されればよい。CPU16は、設定したキャリア周波数(F11,F12)に対応する駆動信号をドライブ回路14に出力する。なお、基準周波数は、キャリア周波数F12とは別に設定されていてもよい。
なお、図5に示すマップM2においても、図4(a)〜図4(c)に示されるマップM1と同様に、様々な形態をとり得る。
CPU16は、電圧センサ26から出力された電圧信号と、第4電流センサ27から出力された電流信号と、に基づいて、バッテリ3の容量を取得(推定)する。CPU16は、バッテリ3の容量を取得すると、バッテリ3の容量が所定の閾値以下である場合に、キャリア周波数を基準周波数よりも低く設定する。CPU16は、図6に示されるマップM3を用いて、キャリア周波数を設定する。図6に示されるように、マップM3では、横軸がバッテリ容量を示し、縦軸がキャリア周波数を示している。
CPU16は、例えば、図6に示されるように、バッテリ3の容量の値が閾値Vよりも小さい「V」である場合には、キャリア周波数を「F」に設定する。CPU16は、バッテリ3の容量の値が閾値V以上の「V」である場合には、キャリア周波数を「F」に設定する。キャリア周波数Fは、キャリア周波数Fよりも高い。キャリア周波数Fは、基準周波数である。基準周波数は、スイッチング素子30〜36等の特性(性能)に応じて予め設定されている周波数である。キャリア周波数Fは、可聴周波数帯域に設定されてもよい。閾値V、キャリア周波数F,Fは、実験、及び/又はスイッチング素子30〜36の特性等に応じて適宜設定されればよい。CPU16は、設定したキャリア周波数(F,F)に対応する駆動信号をドライブ回路14に出力する。なお、基準周波数は、キャリア周波数Fとは別に設定されていてもよい。
なお、図5に示すマップM3においても、図4(a)〜図4(c)に示されるマップM1と同様に、様々な形態をとり得る。
以上説明したように、本実施形態に係るインバータ装置1では、スイッチング素子30〜36及び/又はスイッチング素子30〜36周辺の第1温度、及び、モータ5の電流を検出する。CPU16は、第1温度センサ18による第1温度の検出結果と、第1電流センサ20、第2電流センサ22及び第3電流センサ24による電流の検出結果との2つのパラメータに基づいて、二相変調方式又は三相変調方式に切り替える。従来のインバータ装置では、第1温度が所定温度以上となった場合には、電流が低い場合であっても、二相変調方式に切り替えているため、出力が低下する。本実施形態に係るインバータ装置1では、例えば、第1温度が比較的高い場合であっても、電流が低い場合には、三相変調方式によりモータを駆動させる。したがって、モータ5の出力を維持できる。また、インバータ装置1では、第1温度が高くなった場合には、二相変調方式に切り替えるため、スイッチング素子30〜36のオーバーヒートを抑制できる。このように、インバータ装置1では、モータ5の出力を確保しつつ、スイッチング素子30〜36を保護できる。
本実施形態では、CPU16は、第1温度センサ18によって検出された第1温度の値が所定の閾値以上となった場合に、スイッチング素子30〜36の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を基準周波数よりも低く設定する。キャリア周波数を低くすることにより、スイッチング素子30〜36における損失が低減する。したがって、第1温度を低下させることができる。その結果、三相変調方式による制御ができるため、モータ5の出力を確保できる。
本実施形態では、CPU16は、キャリア周波数を、可聴周波数帯域に設定してもよい。キャリア周波数が可聴周波数帯域に設定されると、インバータ装置1において、いわゆるチョッパ音が発生する。このチョッパ音を聴いた作業者は、スイッチング素子30〜36の第1温度が高くなっていることを知り得る。このように、キャリア周波数を可聴周波数帯域に設定することで、スイッチング素子30〜36の第1温度が高くなっていること報知できる。これにより、例えば、作業者は、スイッチング素子30〜36に負荷のかからない運転を行うことが可能となる。その結果、スイッチング素子30〜36のオーバーヒートを抑制できる。
本実施形態では、スイッチング素子30〜36の入力側で且つバッテリ3に並列に接続されたコンデンサ10と、コンデンサ10及び/又はコンデンサ10周辺の第2温度を検出する第2温度センサ28と、を備えている。CPU16は、第2温度センサ28によって検出された第2温度の値が所定の閾値以下である場合に、キャリア周波数を基準周波数よりも高く設定する。コンデンサ10は、温度が低いと、ESR(Equivalent Series Resistance:等価直列抵抗)が大きい。そのため、コンデンサ10の温度が低いときには、コンデンサ10による平滑の効果が低下するため、スイッチング素子30〜36におけるスイッチング時のサージ電圧が大きくなる。これにより、スイッチング素子30〜36の破損等が生じ得る。本実施形態では、第2温度が閾値以下のときには、キャリア周波数を高く設定する。これにより、スイッチング素子30〜36における損失が大きくなり、スイッチング素子30〜36の温度が上昇する。これにより、コンデンサ10の温度を高めることが可能となる。したがって、コンデンサ10による平滑の効果の低下を抑制できる。その結果、スイッチング素子30〜36の破損等を抑制できる。
また、スイッチング素子30〜36の破損を抑制できるため、サージ電圧に耐え得るスイッチング素子30〜36を用いなくてもよい。耐性の高いスイッチング素子は、高価である場合がある。本実施形態では、耐性の高いスイッチング素子を用いなくてもよいため、コストの増大を回避できる。また、低温時のESRの低下を抑制するために、コンデンサを大型化する、又は、複数のコンデンサを並列に接続することが考えられる。しかし、この場合にも、コストが増大すると共に、装置が大型化する。本実施形態では、コンデンサ10の大型化等が不要なため、インバータ装置1の大型化を回避できる。
本実施形態では、バッテリ3の容量を検出する電圧センサ26及び第4電流センサ27を備えている。CPU16は、電圧センサ26及び第4電流センサ27によって検出されたバッテリ3の容量の値が所定の閾値以下である場合に、キャリア周波数を基準周波数よりも低く設定する。これにより、バッテリ3の容量が低下している場合には、スイッチング素子30〜36の損失の低減が図れる。そのため、バッテリ3の容量低下を抑制できる。したがって、バッテリ3の稼働時間の長期化を図ることができる。
また、バッテリ3の容量が低下している場合において、キャリア周波数を可聴周波数帯域に設定することにより、チョッパ音を発生させることができる。これにより、例えば、作業者に対して、バッテリ3の容量が低下していることを報知できる。
本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、変調方式の切り替え制御と、第1温度の値が所定の閾値以上となった場合に、スイッチング素子30〜36のキャリア周波数を低く設定する制御とを行っている。しかし、スイッチング素子30〜36のキャリア周波数を低く設定する制御は行われなくてもよい。
上記実施形態では、第1温度センサ18を1個備える形態を一例に説明した。しかし、半導体素子及び/又は当該半導体素子周辺の第1温度を検出するセンサを複数備えていてもよい。センサを複数備える場合、第1温度は、複数のセンサによって検出された温度の平均温度を採用してもよいし、最も高い温度を採用してもよい。第2温度センサ28も同様に、複数備えられていてもよい。
上記実施形態では、第1〜第3電流センサ22,24,26を備える形態を一例に説明した。しかし、電流センサは、U,V,W相のうちの2相に設けられていればよい。U,V,W相のうちの2相に電流センサが設けられている場合、2相の電流値が得られれば、残りの1相の電流値を演算して得ることができる。
上記実施形態では、U相電流信号、V相電流信号及びW相電流信号から電流値を取得し、取得した電流値をマップMに適用して変調方式を設定する形態を一例に説明した。しかし、電流値は、U相電流信号、V相電流信号及びW相電流信号のうちの1つの信号から得られたものであってもよい。
上記実施形態では、コンデンサ10として電解コンデンサを一例に説明したが、コンデンサは他のコンデンサ(例えば、フィルムコンデンサ等)であってもよい。
上記実施形態では、バッテリ3の容量を検出する方法として、電圧センサ26により検出された電圧と、第4電流センサ27により検出された電流とからバッテリ3の容量を算出する形態を一例に説明した。しかし、バッテリ3の容量の検出方法は、他の方法であってもよい。
1…インバータ装置、3…バッテリ、5…モータ、10…コンデンサ、16…CPU(制御部)、18…第1温度センサ(第1温度検出部)、20…第1電流センサ(電流検出部)、22…第2電流センサ(電流検出部)、24…第3電流センサ(電流検出部)、26…電圧センサ(容量検出部)、27…第4電流センサ(容量検出部)、28…第2温度センサ(第2温度検出部)、30〜36…スイッチング素子(半導体素子)。

Claims (6)

  1. バッテリからの直流電力を半導体素子によって交流電力に変換し、前記交流電力を三相のモータに供給するインバータ装置であって、
    前記半導体素子及び/又は当該半導体素子周辺の第1温度を検出する第1温度検出部と、
    前記モータの電流を検出する電流検出部と、
    前記第1温度検出部による前記第1温度の検出結果と、前記電流検出部による前記電流の検出結果とに基づいて、二相変調方式又は三相変調方式を選択し、選択した前記モータの変調方式に切り替える制御部と、を備える、インバータ装置。
  2. 前記制御部は、
    横軸に前記第1温度及び縦軸に前記電流が設定されていると共に、前記二相変調方式を選択する二相変調領域及び前記三相変調方式を選択する三相変調領域が設定されているマップに、前記第1温度の検出結果及び前記電流の検出結果を適用し、
    前記第1温度の検出結果及び前記電流の検出結果が前記二相変調領域に存在する場合には前記二相変調方式を選択し、前記第1温度の検出結果及び前記電流の検出結果が前記三相変調領域に存在する場合には前記三相変調方式を選択する、請求項1に記載のインバータ装置。
  3. 前記制御部は、前記第1温度検出部によって検出された前記第1温度の値が所定の閾値以上となった場合に、前記半導体素子の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を基準周波数よりも低く設定する、請求項1又は2に記載のインバータ装置。
  4. 前記制御部は、前記キャリア周波数を、可聴周波数帯域に設定する、請求項に記載のインバータ装置。
  5. 前記半導体素子の入力側で且つ前記バッテリに並列に接続されたコンデンサと、
    前記コンデンサ及び/又は当該コンデンサ周辺の第2温度を検出する第2温度検出部と、を備え、
    前記制御部は、前記第2温度検出部によって検出された前記第2温度の値が所定の閾値以下である場合に、前記キャリア周波数を基準周波数よりも高く設定する、請求項又はに記載のインバータ装置。
  6. 前記バッテリの容量を検出する容量検出部を備え、
    前記制御部は、前記容量検出部によって検出された前記バッテリの容量の値が所定の閾値以下である場合に、前記キャリア周波数を基準周波数よりも低く設定する、請求項のいずれか一項に記載のインバータ装置。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107388661B (zh) * 2017-07-27 2020-07-28 广东美的制冷设备有限公司 太阳能空调系统及其功率控制方法和装置
JP6812958B2 (ja) * 2017-11-30 2021-01-13 株式会社豊田自動織機 車載用電動圧縮機
KR102086519B1 (ko) * 2018-07-12 2020-03-09 엘지전자 주식회사 전력 변환 장치, 이를 포함하는 압축기 및 그 제어 방법
DE102018213336A1 (de) * 2018-08-08 2020-02-13 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters, Steuervorrichtung für einen Wechselrichter und Wechselrichter
WO2020066182A1 (ja) * 2018-09-27 2020-04-02 日本電産株式会社 駆動制御装置、駆動装置およびパワーステアリング装置
JP7188265B2 (ja) * 2019-04-24 2022-12-13 株式会社デンソー 回転電機の制御装置
KR102699008B1 (ko) * 2019-08-30 2024-08-26 현대자동차주식회사 모터 구동 시스템을 이용한 배터리 승온 시스템 및 방법
DE102019214536A1 (de) * 2019-09-24 2021-03-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters
JP6824361B1 (ja) * 2019-10-25 2021-02-03 三菱電機株式会社 インバータ装置
DE102020205919A1 (de) * 2020-05-12 2021-11-18 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Steuervorrichtung und Steuerverfahren für ein elektrisches Antriebssystem und elektrisches Antriebssystem
EP4002664A1 (en) * 2020-11-11 2022-05-25 Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH Inverter, method for configuring an inverter, method for controlling an inverter and corresponding computer program

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05115106A (ja) 1991-10-21 1993-05-07 Nissan Motor Co Ltd 電気自動車の制御装置
DE10019118A1 (de) * 2000-04-18 2001-10-25 Mannesmann Vdo Ag Verfahren zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung einer Endstufe
JP3812299B2 (ja) 2000-06-28 2006-08-23 日産自動車株式会社 電気自動車用モータ制御装置
JP3891819B2 (ja) * 2001-10-25 2007-03-14 シャープ株式会社 インバータ洗濯機
JP4032739B2 (ja) * 2001-12-27 2008-01-16 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 モータ制御装置
JP4024096B2 (ja) 2002-07-10 2007-12-19 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2006174591A (ja) * 2004-12-15 2006-06-29 Toyota Motor Corp インバータの制御装置および車両
JP4281731B2 (ja) 2005-11-17 2009-06-17 トヨタ自動車株式会社 動力出力装置およびその制御方法並びに車両
JP5197924B2 (ja) 2006-04-13 2013-05-15 シャープ株式会社 モータ制御装置、冷蔵庫、空気調和機
JP4715715B2 (ja) * 2006-10-20 2011-07-06 株式会社デンソー 3相回転機の制御装置
JP5085260B2 (ja) 2007-10-01 2012-11-28 株式会社ダイヘン Pwm信号生成回路、このpwm信号生成回路を備えた系統連系インバータシステム、及びこのpwm信号生成回路を実現するためのプログラム
JP4561865B2 (ja) * 2008-04-15 2010-10-13 株式会社デンソー 同期電動機の駆動装置
JP2010158088A (ja) 2008-12-26 2010-07-15 Toyota Motor Corp 車両およびその制御方法
JP4616397B2 (ja) * 2009-02-23 2011-01-19 ファナック株式会社 Pwm整流器
JP4951642B2 (ja) * 2009-03-19 2012-06-13 株式会社日立製作所 電力変換装置及びそれを用いたエレベータ装置
JP2011229304A (ja) * 2010-04-21 2011-11-10 Mitsubishi Electric Corp インバータ装置
JP2012135119A (ja) 2010-12-21 2012-07-12 Sumitomo Heavy Ind Ltd インバータ装置
JP5925425B2 (ja) * 2011-04-07 2016-05-25 サンデンホールディングス株式会社 インバータ装置
JP2012222949A (ja) 2011-04-08 2012-11-12 Mitsubishi Electric Corp インバータ装置
JP5835137B2 (ja) * 2012-07-17 2015-12-24 株式会社デンソー 電動圧縮機
US9371010B2 (en) * 2013-03-12 2016-06-21 GM Global Technology Operations LLC Inverter control method and vehicle having same
JP2014222967A (ja) * 2013-05-13 2014-11-27 住友重機械工業株式会社 サーボ装置およびそれを用いた産業機械
JP2015080343A (ja) * 2013-10-17 2015-04-23 トヨタ自動車株式会社 電力制御装置
JP5815161B2 (ja) * 2013-11-01 2015-11-17 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP6274077B2 (ja) * 2014-11-04 2018-02-07 株式会社デンソー モータ制御装置

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