JP6699481B2 - モータの駆動装置 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、交流電力で動作するモータの駆動装置に関する。

電気自動車（ハイブリッド車を含む）には、走行用のモータとして交流電力で動作するモータが搭載されている。電気自動車は直流電源を搭載している。そのため、電気自動車では、直流電源から供給される直流電力をモータに適した電圧に昇圧した後、交流電力に変換してモータに供給する。昇圧や変換は、典型的には電力変換装置を構成する電圧コンバータやインバータのスイッチング素子がスイッチング動作をすることにより行われる。

ところで、スイッチング素子のスイッチング動作では、サージ電圧（又はサージ電流）が発生し得る。モータの経年劣化の一つに、サージ電圧の繰り返しによる絶縁性の低下がある。下記、特許文献１には、モータの動作環境の一つのパラメータ（特許文献１では、システム電圧）が閾値を超えた回数をカウントし、そのカウント値が閾値を超えるとモータの動作条件を制限して、絶縁破壊が生じることを防ぐという技術が提案されている。

特開２０１０−４６６５号公報

ところで、モータの動作環境に関するパラメータ（複数でもよい）と絶縁性低下との関係を正確に特定することができない場合には、閾値にマージンを持たせる必要がある。そのため、モータの動作条件を制限するほど絶縁性が低下していない場合にも動作条件を制限するケースが生じ得る。すなわち、閾値に含まれるマージンが大きいために絶縁性の低下の進行に対して動作条件に制限を加える時期が早過ぎてしまい、モータの性能を十分に活用することができないケースがある。本明細書は、モータの性能を十分に活用する技術を提供する。

本願の発明者は、サージ電圧又はサージ電流で絶縁性の劣化が進行するモータの部位が、モータの動作環境の領域（条件グループ）毎に異なることを見出した。スイッチングの総回数の全てがモータの一つの部位の絶縁性の劣化に影響するのではなく、スイッチングの総回数のうち、例えば、グループＡの条件下で発生したＮ回は部位Ａの劣化に影響を与え、グループＢの条件下で発生したＭ回は部位Ｂに影響を与える。そこで、モータの動作環境を複数の条件グループに分けて夫々の条件グループでのスイッチング回数をカウントして積算し、夫々の条件グループに対して閾値を設ける。動作環境を複数の条件グループに分け、絶縁性の劣化に至るまでのスイッチング回数を積算して閾値と比較することで、モータの絶縁性の劣化をモータ部位別に推測することが可能になる。モータ部位別に上記した閾値を設定することで、閾値に含むマージンを、スイッチングの総回数に対して閾値を設定するときよりも小さくすることができる。その結果、モータの絶縁性を確保しつつモータの性能を十分に活用することができるようになる。

本明細書が開示するモータの駆動装置は、スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を交流電力に変換し当該交流電力をモータに供給する電力変換装置と、スイッチング動作を制御するコントローラと、を備えている。そして、コントローラは、モータの動作環境について夫々異なる動作条件を有する条件グループを複数設定し、複数の条件グループの夫々でモータが動作しているときにスイッチング素子のスイッチング回数を条件グループ毎に積算する。コントローラは、条件グループ毎に積算されるスイッチング回数が、複数の条件グループ毎に設定されている所定の閾値を超えた場合には、所定の閾値を超えた条件グループについて予め決められている所定のモータ保護制御を行う。これにより、スイッチングの総回数に対して閾値を設定する場合のマージンと比較し、条件グループ毎に設定されている所定の閾値に含ませるマージンを小さくすることができる。そのため、モータの絶縁性を確保しつつモータの動作条件を制限する時期を遅らせることが可能になる。すなわち、モータの性能を十分に活用することができる。また、例えば、モータの動作環境として、絶縁性の劣化に関連性の高い動作条件を、モータの部位毎に各条件グループに分けて設定する。これにより、条件グループ毎（モータの部位毎）に適した所定の保護制御を電力変換装置に対して行うことが可能になる。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

ハイブリッド車の駆動系のブロック図である。 モータを構成するＵ、Ｖ、Ｗの各相のコイルの回路図である。 モータを構成するステータの一部とそれに巻回されている各コイルの説明図である。 モータの回転数と出力トルクの関係から選択されるモータの制御モードの例を示す説明図である。 条件グループＡのモータの動作環境を説明する図である。 条件グループＢのモータの動作環境を説明する図である。 条件グループＣのモータの動作環境を説明する図である。 条件グループＤのモータの動作環境を説明する図である。 コントローラによるモータ保護制御処理のフローチャートである。 モータ保護制御処理を構成する各サブルーチンのフローチャートである。

図面を参照して実施例のモータの駆動装置を説明する。以下、モータの駆動装置の一例として、ハイブリッド車のパワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ」と称する）を例示して説明する。まず、ハイブリッド車２の構成を、図１を参照して説明する。図１に、ハイブリッド車２の駆動系のブロック図を示す。

ハイブリッド車２は、走行用の駆動源として、モータ８とエンジン６を備えている。モータ８の出力トルクとエンジン６の出力トルクは、ギアボックス７で適宜に合成されて出力される。ギアボックス７は、エンジン６の出力軸６ａ及びモータ８のモータ軸８ａから夫々伝達されて入力される動力を適宜に合成してプロペラシャフト９に出力する。ギアボックス７の出力は、プロペラシャフト９を介して駆動輪（不図示）に伝達される。ギアボックス７は、エンジン６の出力をモータ８とプロペラシャフト９に分配する場合もある。その場合、ハイブリッド車２は、走行しながらモータ８で発電する。モータ８の発電で得た電力は、メインバッテリ３の充電に使われる。なお、図１では、本明細書の説明に要する部品だけを表しており、説明に関係のない部品は図示を省略していることに留意されたい。

モータ８を駆動するための電力はメインバッテリ３から供給される。メインバッテリ３の出力電圧は、例えば３００ボルトである。なお、図示を省略しているが、ハイブリッド車２は、メインバッテリ３のほかに、カーナビゲーション装置やルームランプなど、メインバッテリ３の出力電圧よりも低い電圧で駆動するデバイス群（通称「補機」と呼ばれる）に電力を供給するための補機バッテリも備える。「メインバッテリ」との呼称は、「補機バッテリ」と区別するための便宜上のものである。

メインバッテリ３は、システムメインリレー４を介してＰＣＵ５に接続される。システムメインリレー４は、メインバッテリ３と車両の駆動系を接続したり切断したりするスイッチである。システムメインリレー４は、例えば、上位システムのＨＶコントローラ（不図示）により切り換えられる。

ＰＣＵ５は、メインバッテリ３とモータ８の間に介在してモータ８を駆動する装置（モータの駆動装置）である。ＰＣＵ５は、メインバッテリ３の電圧をモータ８の駆動に適した電圧（例えば６００ボルト）まで昇圧する電圧コンバータ２０、昇圧後の直流電力を交流電力に変換するインバータ３０、及び、電圧コンバータ２０とインバータ３０を制御するパワーコントローラ５０を含む。インバータ３０の出力（交流電力）がモータ８への供給電力に相当する。

ハイブリッド車２は、エンジン６の駆動力、あるいは車両の減速エネルギ（即ち制動）を利用してモータ８で発電することもできる。このような発電は「回生」と呼ばれている。モータ８が発電する場合、インバータ３０が交流を直流に変換し、さらに電圧コンバータ２０がメインバッテリ３よりも僅かに高い電圧まで降圧し、メインバッテリ３へ供給する。

電圧コンバータ２０は、リアクトル２１とＩＧＢＴなどのスイッチング素子２２、２３とコンデンサ２４を主とする回路である。このスイッチング素子２２、２３には、夫々、逆方向の電流をバイパスさせるためのダイオード（還流ダイオード）が逆並列に接続されている。本実施例では、これらのスイッチング素子２２、２３やその周辺回路は、パワーモジュールとしてパッケージ化されている。このようなパワーモジュールは、一般に、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）と称される。電圧コンバータ２０の高電圧側には、インバータ３０に入力される電流を平滑化するため、コンデンサ２５が電圧コンバータ２０と並列に接続されている。本実施例では、電圧コンバータ２０の高電圧側には、電圧センサ７１が並列に接続されている。電圧センサ７１は、高電圧側の電圧（システム電圧ＶＨ）を計測する。

インバータ３０は、モータ８のＵ、Ｖ、Ｗの各相に対応してスイッチング動作を行うスイッチング素子３１、３２、３３、３４、３５、３６（以下、これらの符号は「３１−３６」と総称する）を主とする回路である。これらのスイッチング素子３１−３６にも、夫々電流バイパス用のダイオードが逆並列に接続されている。本実施例では、これらのスイッチング素子３１−３６やその周辺回路も、スイッチング素子２２、２３と同様に、パワーモジュールとしてパッケージ化されている。

パワーコントローラ５０は、マイクロコンピュータ、メモリや入出力インタフェースなどの電子部品で構成される情報処理装置である。このパワーコントローラ５０には、電圧コンバータ２０やインバータ３０などが接続されている。また、パワーコントローラ５０には、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の車内ネットワークを介して、種々のセンサも接続されている。例えば、モータ８の回転数を計測する回転数センサ７２、モータ８のコイルの温度を計測する温度センサ７３、ハイブリッド車２の周囲空間の気圧を計測する気圧センサ７４などが接続されている。また、図示を省略しているが、モータ８の駆動電流を計測する電流センサ、運転者による操作情報として、アクセル開度量やブレーキ踏力量を計測する夫々のセンサが接続されている。

本実施例では、パワーコントローラ５０には、電圧コンバータ２０やインバータ３０を構成するスイッチング素子２２、２３、３１−３６の制御端子が接続されており、これらはパワーコントローラ５０により制御される。すなわち、電圧コンバータ２０やインバータ３０は、パワーコントローラ５０により生成されて供給されるＰＷＭ信号によって、昇圧したり、交流に変換したりするためのスイッチング動作を行う。各スイッチング素子の動作は、アクセル開度センサから入力されるアクセル開度量や電流センサから入力されるモータ８の駆動電流などに応じた制御情報に従って行われる。

モータ８は、例えば、図２及び図３に示すように構成されている。図２に、モータ８を構成するＵ、Ｖ、Ｗの各相のコイルの回路図を示す。また、図３に、モータ８を構成するステータの一部とそれに巻回されている各コイルの説明図を示す。

モータ８は、主に、ステータ８１とロータ（不図示）により構成される、三相交流電動機である。ロータは、モータ軸８ａを中心に円筒形状に構成されるロータ本体と、このロータ本体の外周面の近傍に沿ってその端面の平面視が「ハ」字状になるようにジグザグに配置される平角棒形状のマグネットと、からなる多極の永久磁石ロータである。ステータ８１は、このロータを包囲するように円環形状に形成される電磁鋼板を多数積層したものである。ステータ８１は、円環状の本体の内周面から円環の中心に向けて延びる複数のティース８３を備えており、これらのティース８３にＵ相コイル８ｕ、Ｖ相コイル８ｖ及びＷ相コイル８ｗが巻回されている。

本実施例では、Ｕ相コイル８ｕは、複数のコイルＵａ、Ｕｂ、Ｕｃ−Ｕｎに分割されてステータ８１のティース８３に巻かれている。具体的には、例えば、８個や１６個などに分割されて、夫々が複数のティース８３に跨がるように巻回されている。Ｖ相コイル８ｖやＷ相コイル８ｗも同様に、複数のコイルＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ−ＶｎやコイルＷａ、Ｗｂ、Ｗｃ−Ｗｎに分割されて夫々、ティース８３に巻かれている。本実施例では、ステータ８１の外周から内周に向かって、コイルＵａ〜Ｕｎ、コイルＶａ〜Ｖｎ、コイルＷａ〜Ｗｎの順番に、ロータに近づくように配置されている。なお、図３では、分割されて巻回されている各コイルを便宜的に灰色に着色している。また、各コイルの始端Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗ、これらの終端を夫々接続した中性点Ｔｎや、分割したコイル同士を接続する渡り配線などの図示を省略していることに留意されたい。

このように構成されるモータ８は、例えば、次に説明する複数の制御モードから選択される特定の制御モードにより制御される。本実施例では、ＰＣＵ５は、電力変換装置１０による電力変換を３つの制御モード（正弦波ＰＷＭ制御モード、矩形波電圧制御モード、過変調ＰＷＭ制御モード）を切り換えて行う。図４に、モータ８の回転数と出力トルクの関係から選択されるモータ８の制御モードの例を表した説明図を示す。

正弦波ＰＷＭ制御モードは、一般的なＰＷＭ制御として用いられる。インバータ３０を構成する各スイッチング素子３１−３６のオンオフ動作（スイッチング動作）を、正弦波状の電圧指令とキャリア（典型的には三角波）との電圧比較により得られる制御信号で制御する。高電位側のスイッチング素子（上側アームと称する場合もある）３１、３３、３５のオン期間に対応するハイレベル期間と、低電位側のスイッチング素子（下側アームと称する場合もある）３２、３４、３６のオン期間に対応するローレベル期間との総合計について、一定期間内でその基本波成分が正弦波となるようにデューティ比が制御される。

パワーコントローラ５０からインバータ３０に出力される電圧指令の相関波形が正弦波になる正弦波ＰＷＭ制御モードでは、基本波成分振幅をインバータ入力電圧の約０．６６倍程度、つまり変調率を約０．６６程度まで高めることが可能になる。

矩形波電圧制御モードでは、上記の一定期間内において、ハイレベル期間及びローレベル期間の比が１：１になる矩形波の１周期分をモータ８に印加する。これにより、変調率を約０．７８程度まで高めることが可能になる。

また、過変調ＰＷＭ制御モードは、上記の電圧指令の振幅を歪ませたうえで、正弦波ＰＷＭ制御と同様のＰＷＭ制御を行う。過変調ＰＷＭ制御モードでは、基本波成分を歪ませることができるため、変調率を、正弦波ＰＷＭ制御モードでの最高値（約０．６６程度）から約０．６８程度までの範囲内で高めることが可能になる。

図４に示すように、モータ８の回転数が低い低回転数域では、トルク変動を小さくする必要から、正弦波ＰＷＭ制御モードが選択される。これに対して、低回転数域よりもモータ８の回転数が高い中回転数域では、過変調ＰＷＭ制御モードが選択される。また、中回転数域よりもさらに回転数が高い高回転数域では、矩形波電圧制御モードが選択される。過変調ＰＷＭ制御モード及び矩形波電圧制御モードは、モータ８の出力が向上する。

ところで、このような正弦波ＰＷＭ制御、過変調ＰＷＭ制御や矩形波電圧制御におけるインバータ３０のスイッチング時に、サージ電圧（サージ電流）に起因してモータ８のＵ相コイル８ｕなどで部分放電が発生し得る。例えば、スイッチング素子３１−３６がオフ状態からオン状態に移行した直後（Ｕ相コイル８ｕなどに印加された電圧の立ち上がり直後）に、Ｕ相コイル８ｕとＶ相コイル８ｖの間で部分放電が発生することがある。また、スイッチング素子３１−３６がオン状態からオフ状態に移行した直後（Ｕ相コイル８ｕなどに印加された電圧の立ち下がり直後）に、Ｕ相コイル８ｕとＶ相コイル８ｖの間で部分放電が発生することがある。

これらの部分放電は、同じ相で分割したコイルＵａ〜Ｕｎ（コイルＶａ〜ＶｎやコイルＷａ〜Ｗｎ）間で発生したり、異なる相のコイルＵｘとコイルＶｘ（コイルＶｘとコイルＷｘやコイルＵｘとコイルＷｘ）間で発生したりする（ｘは、ａ−ｎのいずれか）。また特定の相と接地電位（ハイブリッド車２のボディ電位）との間でも発生し得る。部分放電のたびにコイルの絶縁被膜がダメージを受ける。同じ部位で部分放電の回数が増すにつれて絶縁被膜が浸食され、絶縁性が劣化し、絶縁被膜に至る可能性が高まる。

本願の発明者は、実験やコンピュータシミュレーションの結果から、部分放電は常に同じ部位で発生するのではなく、モータ８の動作環境の違いによって異なる部位で発生することを見出した。すなわち、モータ８において、サージ電圧（又はサージ電流）に起因して部分放電が生じて絶縁性の劣化が進行する部位は、モータ８の動作環境の条件グループ毎に異なる。条件グループとは、複数の動作環境パラメータ（条件）の夫々について範囲を特定し、モータ８の動作環境を規定するものである。ここでは、条件グループＡから条件グループＤの４つの条件グループを設定する。図５−図８に、夫々の条件グループにおけるモータ８の動作環境を示す。なお、図５（Ａ）、図６（Ａ）、図７（Ａ）及び図８（Ａ）は、図４に対応するものである。また、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）に表されている破線は耐電圧の設計値であり、実線は発生し得るサージ電圧の最大値である。次に、各条件グループに属する条件（動作環境パラメータの範囲）を具体的に説明する。

（条件グループＡ）
絶縁性劣化の想定部位（部分放電が発生し易い部位）：Ｕ相コイル８ｕの始端Ｔｕ（コイルＵａ）とＶ相コイル８ｖのほぼ真ん中に位置するコイルＶｘとの間
システム電圧ＶＨ：３５０Ｖ以上であること。
モータ８のコイル温度：１４０℃以上であること。
ハイブリッド車２の周囲空間の気圧：５０ｋＰａ以下であること（図５（Ｂ）参照）。
モータ８の出力トルク：１００Ｎｍ以上であること（図５（Ａ）参照）。
モータ８の回転数：４０００ｒｍｐ以下であること（図５（Ａ）参照）。
制御モード：正弦波ＰＷＭであること。
キャリア周波数：３〜５ｋＨｚであること。

（条件グループＢ）
絶縁性劣化の想定部位：Ｕ相コイル８ｕの始端Ｔｕ（コイルＵａ）とＶ相コイル８ｖの始端Ｔｖ（コイルＶａ）との間
システム電圧ＶＨ：３５０Ｖ以上であること。
モータ８のコイル温度：１５０℃以上であること。
ハイブリッド車２の周囲空間の気圧：６０ｋＰａ以下であること（図６（Ｂ）参照）。
モータ８の出力トルク：５０〜１００Ｎｍであること（図６（Ａ）参照）。
モータ８の回転数：１５００ｒｍｐ以下であること（図６（Ａ）参照）。
制御モード：正弦波ＰＷＭであること。
キャリア周波数：５ｋＨｚであること。

（条件グループＣ）
絶縁性劣化の想定部位：Ｕ相コイル８ｕの始端Ｔｕ（コイルＵａ）とＵ相コイル８ｕのほぼ真ん中に位置するコイルＵｘとの間
システム電圧ＶＨ：５５０Ｖ以上であること。
モータ８のコイル温度：１６０℃以上であること。
ハイブリッド車２の周囲空間の気圧：８０〜９０ｋＰａであること（図７（Ｂ）参照）。
変調率：０．６６〜０．６８であること（図７（Ａ）参照）。
制御モード：過変調ＰＷＭであること。
キャリア周波数：２ｋＨｚであること。

（条件グループＤ）
絶縁性劣化の想定部位：Ｕ相コイル８ｕの真ん中よりも中性点Ｔｎ側に位置するコイルＵｘと接地電位との間
システム電圧ＶＨ：３５０Ｖ以上であること。
モータ８のコイル温度：１７０℃以上であること。
ハイブリッド車２の周囲空間の気圧：５５ｋＰａ以下であること（図８（Ｂ）参照）。
モータ８の出力トルク：３０Ｎｍ以上であること（図８（Ａ）参照）。
モータ８の回転数：５００ｒｍｐ以下であること（図８（Ａ）参照）。
制御モード：正弦波ＰＷＭであること。
キャリア周波数：５ｋＨｚであること。

条件グループＡの動作環境下、例えば、ハイブリッド車２が標高の高い山道の登坂路を低速で走行している場合には、気圧が低く、モータ８が低速回転かつ高トルクになり得る。このとき、Ｕ相コイル８ｕの始端Ｔｕ（コイルＵａ）とＵ相コイル８ｕのほぼ真ん中に位置するコイルＵｘとの間に部分放電が生じ易くなる。条件グループＡの動作環境下でのスイッチング回数が閾値を超えた場合、それ以上、条件グループＡの動作環境下でモータ８に最大出力を許容すると、部分放電の回数が増す結果、上記の部位で絶縁性が著しく劣化するおそれがある。そこで、パワーコントローラ５０は、例えば、インバータ３０のスイッチング動作の速度（スイッチングスピード）を低下させる制御（モータ保護制御Ｘ）を行う。スイッチングスピードを下げることにより、モータ８に誘起されるサージ電圧値が低下することから、部分放電の発生を抑えることが可能になる。即ち、上記部位での絶縁性劣化の進行を抑止することができる。

条件グループＢの動作環境下、例えば、ハイブリッド車２が標高の高い山道の登坂路を中速で走行している場合には、気圧が低く、モータ８が低速回転かつ中トルクになり得る。このとき、Ｕ相コイル８ｕの始端Ｔｕ（コイルＵａ）とＶ相コイル８ｖの始端Ｔｖ（コイルＶａ）との間に部分放電が生じ易くなる。条件グループＢの動作環境下でのスイッチング回数が閾値を超えた場合、それ以上、条件グループＢの動作環境下でモータ８に最大出力を許容すると、上記の部位で絶縁性が著しく劣化するおそれがある。そこで、パワーコントローラ５０は、例えば、インバータ３０のスイッチング制御のキャリア周波数を低下させる制御（モータ保護制御Ｙ）を行う。これによっても、スイッチング素子３１−３６のスイッチング回数が減るため、部分放電の発生を低減させることが可能になる。即ち、上記部位での絶縁性の劣化の進行を抑制することができる。

条件グループＣの動作環境下、例えば、モータ８の制御モードが正弦波ＰＷＭから矩形波電圧に切り替わる境界付近における過変調ＰＷＭであり、ハイブリッド車２が標高の低い道路で走行している場合には、気圧が低く、モータ８が中速回転かつ中トルクになり得る。この場合、Ｕ相コイル８ｕの始端Ｔｕ（コイルＵａ）とＵ相コイル８ｕのほぼ真ん中に位置するコイルＵｘとの間に部分放電が生じ易くなる。部分放電は、一般的に、制御モードが正弦波ＰＷＭであるときよりも矩形波電圧であるときの方が生じ難い。この場合には、パワーコントローラ５０は、モータ８の制御モードを矩形波電圧に変更する制御（モータ保護制御Ｚ）を行う。これにより、部分放電の発生を低減させることが可能になる。なお、モータ保護制御Ｚは、図４で示したトルク／回転数マップで「正弦波ＰＷＭ制御モード」の領域と、「過変調ＰＷＭ制御モード」の領域を、「矩形波電圧制御モード」に置き換えることに相当する。もともと「矩形波電圧制御モード」の領域は変更がない。

条件グループＤの動作環境下、例えば、ハイブリッド車２が標高の高い山道の平坦路を低速で走行している場合には、気圧が低く、モータ８が低速回転かつ低トルクになり得る。このとき、Ｕ相コイル８ｕの真ん中よりも中性点Ｔｎ側に位置するコイルＵｘと接地電位との間に部分放電が生じ易くなる。モータ８が低速回転・低トルクの場合には、低速回転・高トルクの場合に比べてモータ８は低出力でよく、システム電圧ＶＨ、つまり電圧コンバータ２０の昇圧電圧を下げたとしてもハイブリッド車２の動力性能に影響し難い。このような場合には、パワーコントローラ５０は、システム電圧ＶＨを低下させる制御（モータ保護制御Ｗ）を行う。これによっても、部分放電の発生を低減させることが可能になる。

次にパワーコントローラ５０によるモータ保護制御処理について説明する。図９に、パワーコントローラ５０によるモータ保護制御処理のフローチャートを示す。図１０に、モータ保護制御処理を構成する各サブルーチン（モータ保護制御Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗ）のフローチャートを示す。本実施例では、ハイブリッド車２のモータ８の駆動中に、図９に示すモータ保護制御処理を所定周期で繰り返し行う。

パワーコントローラ５０は、まず、各センサ７１−７４から、所定の諸情報を取得する（Ｓ２）。本実施例では、電圧センサ７１からシステム電圧ＶＨ（電圧コンバータ２０の昇圧電圧）を取得し、回転数センサ７２からモータ８の回転数を取得する。また、温度センサ７３からモータ８のコイル温度を取得し、気圧センサ７４から、ハイブリッド車２の周囲空間の気圧を取得する。また、パワーコントローラ５０が、現在制御しているモータ８の制御情報（制御パラメータ）として取得しているものから、モータ８に対する要求トルク、制御モード、ＰＷＭのキャリア周波数及び変調率を参照する。

次にパワーコントローラ５０は、前述したモータ保護制御Ｘが既に起動されているか否かについて、起動済みフラグＦｘを参照する（Ｓ３）。なお、起動済みフラグＦｘは、図９と図１０の処理が記述されたプログラム中のメモリ領域であり、初期値に「０」が代入されており、後述する条件グループＡ処理の中のステップＳ１６で「１」に変更される。すなわち、起動済みフラグＦｘが「０」の場合は、モータ保護制御Ｘは未だ起動されていないことを意味し、「１」の場合は、モータ保護制御Ｘが起動されて実行中であることを示す。後述するように、起動済みフラグには、Ｆｘのほか、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｆｗがある。

パワーコントローラ５０は、起動済みフラグＦｘが「０」の場合、即ち、モータ保護制御Ｘが未起動の場合（Ｓ３：ＮＯ）、条件グループＡ処理（Ｓ４）に進む。起動済みフラグＦｘが「１」の場合、即ち、モータ保護制御Ｘが起動済みの場合は（Ｓ３：ＹＥＳ）、ステップＳ５に進む。

なお、一旦、モータ保護制御Ｘが起動されると、メンテナンス時にモータの部品が交換されるまで、即ち、モータが初期状態に戻るまで、パワーコントローラ５０は、モータ保護制御Ｘを実行し続ける。それゆえ、一旦モータ保護制御Ｘが起動されると、それ以降は、条件グループＡ処理を実行する必要がなくなるのである。

モータ保護制御Ｘが既に起動されている場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、条件グループＡ処理を実行する必要がないため、続いてモータ保護制御Ｙが起動済みか否かについて起動済みフラグＦｙを参照する（Ｓ５）。起動済みフラグＦｙも、起動済みフラグＦｘと同様に、モータ保護制御Ｙが起動されていない間は「０」が代入され、モータ保護制御Ｙが起動されると「１」が代入される。モータ保護制御Ｙが未だ起動されていない場合には（Ｓ５：ＮＯ）、条件グループＢ処理を実行する（Ｓ６）。

モータ保護制御Ｙが既に起動されている場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、条件グループＢ処理を実行する必要がないため、次にモータ保護制御Ｚが起動されたか否かについて起動済みフラグＦｚを参照する（Ｓ７）。起動済みフラグＦｚも、起動済みフラグＦｘと同様に、モータ保護制御Ｚが起動されていない間は「０」が代入され、モータ保護制御Ｚが起動されると「１」が代入される。モータ保護制御Ｚが未だ起動されていない場合には（Ｓ７：ＮＯ）、条件グループＣ処理を実行する（Ｓ８）。

モータ保護制御Ｚが既に起動されている場合には（Ｓ７：ＮＯ）、条件グループＣ処理を実行する必要がないため、次にモータ保護制御Ｗが起動されているか否かについて起動済みフラグＦｗを参照する（Ｓ９）。起動済みフラグＦｚも、起動済みフラグＦｘと同様に、モータ保護制御Ｗが起動されていない間は「０」が代入され、モータ保護制御Ｚが起動されると「１」が代入される。モータ保護制御Ｗが未だ起動されていない場合には（Ｓ９：ＮＯ）、条件グループＤ処理を実行する（Ｓ１０）。モータ保護制御Ｗが既に起動されている場合には（Ｓ９：ＹＥＳ）、本モータ保護制御処理を終了する。

次に、図１０を参照して条件グループＡ−Ｄの各処理を説明する。まず条件グループＡ処理から説明する。図１０（Ａ）に示すように、パワーコントローラ５０は、モータ保護制御処理のステップＳ２により取得して参照が可能になっている、システム電圧ＶＨ（電圧コンバータ２０の昇圧電圧）、モータ８の回転数、コイル温度、ハイブリッド車２の周囲空間の気圧、モータ８に対する要求トルク、制御モード、ＰＷＭのキャリア周波数及び変調率から、前述した条件グループＡに含まれるすべての条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１１）。

すなわち、システム電圧ＶＨが３５０Ｖ以上であり、モータ８のコイル温度が１４０℃以上であり、ハイブリッド車２の周囲空間の気圧が５０ｋＰａ以下であり、モータ８の出力トルクが１００Ｎｍ以上であり、モータ８の回転数が４０００ｒｍｐ以下であり、モータ８の制御モードが正弦波ＰＷＭであり、キャリア周波数が３〜５ｋＨｚである場合には、条件グループＡのすべてを満たす。この場合には、想定部位である、Ｕ相コイル８ｕの始端Ｔｕ（コイルＵａ）とＶ相コイル８ｖのほぼ真ん中に位置するコイルＶｘとの間において、部分放電が生じ易くなっている（即ち、絶縁性の劣化が進行し易くなっている）。

パワーコントローラ５０は、条件グループＡのすべてを満たす場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、スイッチング素子３１−３６による現在のスイッチング動作の回数Ｓａ（スイッチング回数）を算出する（Ｓ１２）。スイッチング回数Ｓａの算出は、例えば、現在のキャリア周波数と変調率に基づいて行われ、例えば、モータ保護制御処理の実行周期の１周期時間に行われるスイッチング動作の回数Ｓａが求められる。条件グループＡのいずれかを１つでも満たしていない場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、条件グループＡ処理を終了してモータ保護制御処理（図９）に戻る。

次に、パワーコントローラ５０は、前回記憶したスイッチング動作の総回数Ｎａに今回算出したスイッチング動作の回数Ｓａを加算し、その結果を新たな総回数Ｎａとしてメモリに記憶する（Ｓ１３）。そして、予め設定されている所定の閾値Ｃａと新たな総回数Ｎａとを比較して、新たな総回数Ｎａが所定の閾値Ｃａを超えているか否かを判定する（Ｓ１４）。所定の閾値Ｃａは、モータ８の各相コイル８ｕ、８ｖ、８ｗの絶縁皮膜の材質や膜厚、最大許容印加電圧などに基づいて、実験やコンピュータシミュレーションの結果から決定される。また、出荷検査のデータなどに基づいて個別具体的に定めたり、補正値を加算したりしてもよい。

そして、新たな総回数Ｎａが所定の閾値Ｃａを超えている場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、モータ保護制御Ｘを起動し（Ｓ１５）、新たな総回数Ｎａが所定の閾値Ｃａを超えていない場合には（Ｓ１４：ＮＯ）、未だモータ保護制御Ｘを起動する必要がないことから、本条件グループＡ処理を終了して、モータ保護制御処理（図９）に戻る。モータ保護制御Ｘは、前述したように、例えば、インバータ３０のスイッチング動作の速度（スイッチングスピード）を低下させる制御である。これにより、モータ８に誘起されるサージ電圧値が低下することから、想定部位での部分放電の発生が抑制される。

パワーコントローラ５０は、モータ保護制御Ｘを起動すると（Ｓ１５）、モータ保護制御Ｘに対応する起動済みフラグＦｘに「１」を代入して（Ｓ１６）、本条件グループＡ処理を終了する。そして、モータ保護制御処理（図９）に戻る。

条件グループＢ処理〜条件グループＤ処理についても、条件グループＡ処理とほぼ同様に行われる。そのため、これらについては、相違する処理について詳細に説明し、共通する処理については説明を簡略にする。図１０（Ｂ）に示すように、条件グループＢ処理では、パワーコントローラ５０は、システム電圧ＶＨなどから、前述した条件グループＢに含まれるすべての条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２１）。

すなわち、システム電圧ＶＨが３５０Ｖ以上であり、モータ８のコイル温度が１５０℃以上であり、ハイブリッド車２の周囲空間の気圧が６０ｋＰａ以下であり、モータ８の出力トルクが５０〜１００Ｎｍであり、モータ８の回転数が１５００ｒｍｐ以下であり、制御モードが正弦波ＰＷＭであり、キャリア周波数が５ｋＨｚである場合には、条件グループＢのすべてを満たすため（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２２以降の処理を実行する。ステップＳ２２にて、パワーコントローラ５０は、スイッチング素子３１−３６による現在のスイッチング動作の回数Ｓｂ（スイッチング回数）を算出する。この場合には、想定部位である、Ｕ相コイル８ｕの始端Ｔｕ（コイルＵａ）とＶ相コイル８ｖの始端Ｔｖ（コイルＶａ）との間において、部分放電が生じ易くなっている。これに対して、条件グループＢのいずれかを１つでも満たしていない場合には（Ｓ２１：ＮＯ）、本条件グループＢ処理を終了してモータ保護制御処理（図９）に戻る。

次に、パワーコントローラ５０は、前回記憶したスイッチング動作の総回数Ｎｂに今回算出したスイッチング動作の回数Ｓｂを加算し、その結果を新たな総回数Ｎｂとしてメモリに記憶する（Ｓ２３）。そして、予め設定されている所定の閾値Ｃｂと新たな総回数Ｎｂとを比較して、新たな総回数Ｎｂが所定の閾値Ｃｂを超えているか否かを判定する（Ｓ２４）。所定の閾値Ｃｂは、後述する理由により、例えば、所定の閾値Ｃａよりも小さい値に定められる（Ｃｂ＜Ｃａ）。

そして、新たな総回数Ｎｂが所定の閾値Ｃｂを超えている場合には（Ｓ２４：ＹＥＳ）、モータ保護制御Ｙを起動し（Ｓ２５）、新たな総回数Ｎｂが所定の閾値Ｃｂを超えていない場合には（Ｓ２４：ＮＯ）、本条件グループＢ処理を終了して、モータ保護制御処理（図９）に戻る。モータ保護制御Ｙは、前述したように、例えば、インバータ３０のスイッチング制御のキャリア周波数を低下させる制御である。これにより、モータ８のスイッチング回数が減るため、モータ８の劣化の到来時期を遅らせることになる。モータ保護制御Ｙは、モータ８の劣化を防ぐものではないことから、モータ保護制御Ｘ、Ｚ、Ｗよりも早い時期に当該モータ保護制御Ｙを実行する方が望ましい。そのため、所定の閾値Ｃｂは、所定の閾値Ｃａよりも小さい値に設定することを推奨する。

パワーコントローラ５０は、モータ保護制御Ｙの起動（Ｓ２５）を終えると、モータ保護制御Ｙに対応する起動済みフラグＦｙに「１」を代入して（Ｓ２６）、本条件グループＢ処理を終了する。そして、モータ保護制御処理（図９）に戻る。

図１０（Ｃ）に示すように、条件グループＣ処理では、パワーコントローラ５０は、システム電圧ＶＨなどから、前述した条件グループＣに含まれるすべての条件を満たすか否かを判定する（Ｓ３１）。

すなわち、システム電圧ＶＨが５５０Ｖ以上であり、モータ８のコイル温度が１６０℃以上であり、ハイブリッド車２の周囲空間の気圧が８０〜９０ｋＰａであり、変調率が０．６６〜０．６８であり、制御モードが過変調ＰＷＭであり、キャリア周波数が２ｋＨｚである場合には、条件グループＣのすべてを満たすため（Ｓ３１：ＹＥＳ）、ステップＳ３２以降の処理を実行する。ステップＳ３２では、パワーコントローラ５０は、スイッチング素子３１−３６による現在のスイッチング動作の回数Ｓｃ（スイッチング回数）を算出する。この場合には、想定部位である、Ｕ相コイル８ｕの始端Ｔｕ（コイルＵａ）とＵ相コイル８ｕのほぼ真ん中に位置するコイルＵｘとの間において、部分放電が生じ易くなっている。これに対して、条件グループＣのいずれかを１つでも満たしていない場合には（Ｓ３１：ＮＯ）、本条件グループＣ処理を終了してモータ保護制御処理（図９）に戻る。

次に、パワーコントローラ５０は、前回記憶したスイッチング動作の総回数Ｎｃに今回算出したスイッチング動作の回数Ｓｃを加算し、その結果を新たな総回数Ｎｃとしてメモリに記憶する（Ｓ３３）。そして、予め設定されている所定の閾値Ｃｃと新たな総回数Ｎｃとを比較して、新たな総回数Ｎｃが所定の閾値Ｃｃを超えているか否かを判定する（Ｓ３４）。所定の閾値Ｃｃは、後述する理由により、例えば、所定の閾値Ｃａよりも小さい値、かつ、所定の閾値Ｃｂよりも大きい値に定められる（Ｃｂ＜Ｃｃ＜Ｃａ）。

そして、新たな総回数Ｎｃが所定の閾値Ｃｃを超えている場合には（Ｓ３４：ＹＥＳ）、モータ保護制御Ｚを起動し（Ｓ３５）、新たな総回数Ｎｃが所定の閾値Ｃｃを超えていない場合には（Ｓ３４：ＮＯ）、本条件グループＣ処理を終了して、モータ保護制御処理（図９）に戻る。モータ保護制御Ｚは、前述したように、例えば、モータ８の制御モードを矩形波電圧に変更する制御である。これにより、部分放電が発生し難くなることから、部分放電に起因する絶縁性の劣化を抑えることができる。但し、標高の低い道路は、標高の高い山道などに比べると、ハイブリッド車２の走行頻度が高いことから、標高の高い山道を走行する場合に比べて早い時期に当該モータ保護制御Ｚを起動する方が望ましい。そのため、所定の閾値Ｃｃは、所定の閾値Ｃａよりも小さい値に設定することを推奨する。

パワーコントローラ５０は、モータ保護制御Ｚの起動（Ｓ３５）を終えると、モータ保護制御Ｚに対応する起動済みフラグＦｚに「１」を代入して（Ｓ３６）、本条件グループＣ処理を終了する。そして、モータ保護制御処理（図９）に戻る。

図１０（Ｄ）に示すように、条件グループＤ処理では、パワーコントローラ５０は、システム電圧ＶＨなどから、前述した条件グループＤに含まれるすべての条件を満たすか否かを判定する（Ｓ４１）。

すなわち、システム電圧ＶＨが３５０Ｖ以上であり、モータ８のコイル温度が１７０℃以上であり、ハイブリッド車２の周囲空間の気圧が５５ｋＰａ以下であり、モータ８の出力トルクが３０Ｎｍ以上であり、モータ８の回転数が５００ｒｍｐ以下であり、制御モードが正弦波ＰＷＭであり、キャリア周波数が５ｋＨｚである場合には、条件グループＤのすべてを満たす場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、パワーコントローラ５０は、ステップＳ４２以降の処理を実行する。ステップＳ４２において、パワーコントローラ５０は、スイッチング素子３１−３６による現在のスイッチング動作の回数Ｓｄ（スイッチング回数）を算出する。この場合には、想定部位である、Ｕ相コイル８ｕの真ん中よりも中性点Ｔｎ側に位置するコイルＵｘと接地電位との間において、部分放電が生じ易くなっている。これに対して、条件グループＤのいずれかを１つでも満たしていない場合には（Ｓ４１：ＮＯ）、本条件グループＤ処理を終了してモータ保護制御処理（図９）に戻る。

次に、パワーコントローラ５０は、前回記憶したスイッチング動作の総回数Ｎｄに今回算出したスイッチング動作の回数Ｓｄを加算し、その結果を新たな総回数Ｎｄとしてメモリに記憶する（Ｓ４３）。そして、予め設定されている所定の閾値Ｃｄと新たな総回数Ｎｄとを比較して、新たな総回数Ｎｄが所定の閾値Ｃｄを超えているか否かを判定する（Ｓ４４）。所定の閾値Ｃｄは、例えば、所定の閾値Ｃａと同様に定められる。

そして、新たな総回数Ｎｄが所定の閾値Ｃｄを超えている場合には（Ｓ４４：ＹＥＳ）、モータ保護制御Ｗを起動し（Ｓ４５）、新たな総回数Ｎｄが所定の閾値Ｃｄを超えていない場合には（Ｓ４４：ＮＯ）、本条件グループＤ処理を終了して、モータ保護制御処理（図９）に戻る。モータ保護制御Ｗは、前述したように、例えば、システム電圧ＶＨを低下させる制御である。これにより、部分放電が発生し難くなることから、絶縁性の劣化の進行を抑えることができる。

パワーコントローラ５０は、モータ保護制御Ｗの起動（Ｓ４５）を終えると、モータ保護制御Ｗに対応する起動済みフラグＦｗに「１」を代入して（Ｓ４６）、本条件グループＤ処理を終了する。そして、モータ保護制御処理（図９）に戻る。

なお、各モータ保護制御Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗが起動されているか否かについての判定処理（Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９）と、それらに続く条件グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各処理（Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０）は、直列に処理する必要はなく、例えば、夫々を並列に実行してもよい。

また、各モータ保護制御Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗに対応する各起動済みフラグＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｆｗのすべてに「１」が代入された場合、すなわち各モータ保護制御Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗがすべて起動された場合には、モータ８のＵ相コイル８ｕ、Ｖ相コイル８ｖ及びコイルＷａ−Ｗｎが絶縁性が著しく低下しているおそれがある。そのため、各起動済みフラグＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｆｗの全てに「１」が代入されているか否かを判定する処理と、モータ８の各相コイル８ｕ、８ｖ、８ｗの絶縁性の低下情報をパワーコントローラ５０から上位のコントローラに伝達する処理と、を図９に示すモータ保護制御処理に加えてもよい。これにより、例えば、モータ８の交換時期の到来を知らせるアラート情報を、ハイブリッド車２のインスツルメントパネルなどに表示することが可能になる。

実施例で説明した技術をまとめると、以下のとおりである。実施例のＰＣＵ５（モータの駆動装置）は、スイッチング素子３１−３６のスイッチング動作により直流電力を交流電力に変換し当該交流電力をモータ８に供給する電力変換装置１０と、スイッチング動作を制御するパワーコントローラ５０と、を備えている。そして、パワーコントローラ５０は、モータ８の動作環境として、部分放電が発生する可能性の高いモータ８の部位毎に、その部位における絶縁性の劣化に関連性の高い動作条件グループを設定する。実施例では、モータ８の４つの部位に対して、条件グループＡ―Ｄを設定した。パワーコントローラ５０は、複数の条件グループＡ−Ｄの夫々の動作環境下において、モータ８が動作しているときにスイッチング素子３１−３６のスイッチング回数Ｓａ−Ｓｄを条件グループ毎に積算する（Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２）。パワーコントローラ５０は、条件グループＡ−Ｄ毎に積算されるスイッチング回数Ｓａ−Ｓｄが、複数の条件グループＡ−Ｄ毎に設定されている所定の閾値Ｃａ−Ｃｄを超えた場合（Ｓ１４：ＮＯ、Ｓ２４：ＮＯ、Ｓ３４：ＮＯ、Ｓ４４：ＮＯ）には、所定の閾値Ｃａ−Ｃｄを超えた条件グループＡ−Ｄについて予め決められている所定のモータ保護制御Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗを行う。

これにより、条件グループＡ−Ｄ毎に設定されている所定の閾値Ｃａ−Ｃｄに過剰に大きなマージンを持たせる必要がなくなる。そのため、モータ８の絶縁性を確保しつつモータ８の動作条件を制限する時期を遅らせることが可能になる。すなわち、モータ８の性能を十分に活用することができる。また、条件グループＡ−Ｄ毎（モータ８の部位毎）に適した所定の保護制御Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗを電力変換装置１０に対して行うことが可能になる。またモータ８の各相コイル８ｕ、８ｖ、８ｗについて、最悪条件を考慮した過剰な耐電圧設計を行う必要がなくなるため、モータ８の部品コストを低減することができる。

実施例技術に関する留意点を述べる。ＰＣＵ５がモータの駆動装置の一例に相当する。パワーコントローラ５０がコントローラの一例に相当する。実施例では、ハイブリッド車の走行用モータの駆動装置を例に説明したが、本明細書が開示する技術は、ハイブリッド車のモータの駆動装置に限られない。本明細書が開示する技術は、自動車以外のモータの駆動装置に適用することも好適である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：ハイブリッド車
３：メインバッテリ
５：ＰＣＵ
６：エンジン
７：動力分配機構
８：モータ
８ｕ：Ｕ相コイル
８ｖ：Ｖ相コイル
８ｗ：Ｗ相コイル
１０：電力変換装置
２０：電圧コンバータ
２２、２３、３１−３６：スイッチング素子
３０：インバータ
５０：パワーコントローラ
７１：電圧センサ
７２：回転数センサ
７３：温度センサ
７４：気圧センサ
Ｕａ−Ｕｎ、Ｕａ−Ｕｎ、Ｖａ−Ｖｎ、Ｗａ−Ｗｎ：コイル

Claims (1)

1. 交流電力で駆動するモータの駆動装置であり、
   スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を交流電力に変換し当該交流電力を前記モータに供給する電力変換装置と、
   前記スイッチング動作を制御するコントローラと、を備えており、
   前記コントローラは、前記モータの動作環境について夫々異なる動作条件を有する条件グループを複数設定し、複数の前記条件グループの夫々で前記モータが動作しているときに前記スイッチング素子のスイッチング回数を前記条件グループ毎に積算し、
   前記条件グループ毎に積算される前記スイッチング回数が、複数の前記条件グループ毎に設定されている所定の閾値を超えた場合には、前記所定の閾値を超えた条件グループについて予め決められている所定のモータ保護制御を行う、ことを特徴とするモータの駆動装置。