WO2007069779A1

WO2007069779A1 - モータ駆動装置およびそれを備えた車両

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Publication number: WO2007069779A1
Application number: PCT/JP2006/325322
Authority: WO
Inventors: Tadafumi Yoshida
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2007-06-21
Also published as: CN101331673A; JP2007166804A; EP1965489A1; US8030863B2; US20090289583A1; KR20080078048A; KR100973763B1

Abstract

　制御装置（４０）は、交流モータ（Ｍ１）のトルク指令値を交流モータ（Ｍ１）の電流指令に変換し、実際の電流値がこれらの電流指令と一致するようにＰＩ制御によってフィードバックをかける電流制御を採用する。さらに制御装置（４０）は、変換した電流指令に基づいて、冷媒路（５０～５６）を通流する冷却水の目標流量を設定し、その設定された目標流量で冷却水が循環するようにウォーターポンプ（６６）を駆動するための信号を生成してウォーターポンプ（６６）へ出力する。ウォーターポンプ（６６）は制御装置（４０）の信号（ＰＷＲ）に応じて回転数が制御され、目標流量に一致した流量の冷却水を冷媒路（５０～５６）に循環させる。

Description

明細書モータ駆動装置およびそれを備えた車両技術分野

この発明は、モ^"タ駆動装置およびそれを備えた車両に関し、より特定的には、モータを駆動制御する駆動回路の熱的保護と省電力化との両立が可能なモータ駆動装置およびそれを備えた車両に関する ό 背景技術

通常、電気自動車（Ε V ： Electric Vehicle) やハイブリッド自動車（H V ： Hybrid Vehicle) 等の車両におい T、電気エネルギーによる駆動力は、高電圧の電池から供給される直流電力をインバータによって 3相交流電力に変換し、これにより 3相交流モータを回転させることにより得ている。また、車両の减速時には、逆に 3相交流モータの回生発電により得られる回生エネルギーを電池に蓄電することにより、エネルギーを無駄なく利用して走行している。

このようなハイブリヅド自動車または電気自動車において、インバータはスィツチング素子のスィツチング動作により発熱するため、熱破壌する可能性ある。そのため、インバータを過熱から保護するために、インバ一タの冷却装置が設けられる（たとえば、特開 2 0 0 3 - 0 1 8 8 6 1号公報、特開 2 0 0 4 - 3 2 4 6 1 3号公報、および特開平 1 1 一 2 9 4 1 6 4号公報参照）。

そして、インバ一タの冷却制御装置としては、一例として、'インバータの冷却器近傍に温度センサを設け、温度センサにより検出された冷却器の温度からスィツチング素子の損失（発熱量）を演算し、冷却器の温度およびスイッチング素子 ' の損失に基づいてスイッチング素子を基板と接合する接合部分温度を演算し、接合部分温度に基づいて冷却器に冷却水を流すためのウォーターポンプや冷却水を冷却するためのラジェ一タフアンのォン Ζォフを制御するものが検討されている。また他の例として、特開 2 0 0 3— 0 1 8 8 6 1号公報は、複数のィンバ一タの各々に含まれるスィツチング素子を冷却する冷却手段と、各ィンバ一タのスィツチング素子の接合部分温度を推定する温度推定手段と、推定された接合部分温度に基づいて冷却手段の冷却媒体の冷却度を制御する駆動手段とを備えたィンバ一タの冷却制御装置を開示する。

より具体的には、温度推定手段は、温度センサで検出されたインバータの温度 5 と、冷却媒体と、複数のインバ一タの熱抵抗とを熱モデル化して各インバータのスイッチング素子の接合部分温度を演算する。駆動手段は、演算された接合部分温度に基づいてウォーターポンプやラジェ一タフアンを駆動制御し、冷却媒体温度を制御して冷却器の冷却能力を制御す'る。これによれば、接合部分温度を精度良く演算することができる。そため、複数のインバータの接合部分温度を精度0 良く演算できない従来のインバータの冷却制御装置に対して、駆動手段の作動頻度を低減することが可能となり、消費電力を抑えることができ.る。

しかしながら、上述した従来のインバータの冷却制御装置によれば、インバータのスィツチング素子の接合部分温度の推定精度が高められるものの、その推定に複雑な演算処理を要するために、実際の接合部分温度の上昇に対して駆動手段5 による冷却器の冷却能力の制御が追従できないという問題が生じていた。

たとえば、モータ要求出力の.急激な変動に応じてインバータを流れるモータ駆 ' . 動電流が急増した場合においては、接'合部分温度の上昇比率が高くなるために早急に冷却器の冷却能力を高めることが必要とされる。しかしながら、冷却器の制御は上記の温度推定手段の実行後にはじめて行なわれるため、接合部分温度の上0 昇を抑えることが困難となり、インバ一タを熱破壊させる可能性を引き起こしてしまう。

ここで、冷却器の制御応答性を確保する手段としては、接合部分温度の高低に関わらず、熱負荷が最大となるときに要求される冷却能力に固定して冷却器を制御する方法が挙げられる。

5 しかしながら、かかる方法では、冷却器の消費電力を無駄に増加させることとなるため、インバ一タの冷却制御装置を搭載した車両においては、燃費を低下させる要因となり得る。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータを駆動制御する駆動回路の熱的保護と冷却装置の省電力化との両立が可能なモータ駆動装置を提供することである。発明の開示，この発明によれば、モータ駆動装置は、スイッチング素子のスイッチング動作により電源とモータとの間で電力変換を行なう駆動回路と、モータの駆動電流がモータの要求出力から生成した電流指令に一致するようにスィツチング素子のスィツチング制御を行なう制御装置と、冷却媒体を用いて駆動回路を冷却する冷却装置と、電流指令に基づいて駆動回路に対する冷却媒体の供給量を制御する冷却装置制御装置とを備える。

上記のモータ駆動装置によれば、温度上昇が見込まれる駆動回路に対して応答性良ぐ冷却媒体を供給することができる。そのため、駆動回路を過熱から確実に • 保護することができる。また、モータの要求出力に応じて変動する駆動回路の温度上昇分に対して適切な冷却媒体の供給量を設定することができる。これにより、応答性が劣るために冷却媒体の供給量を一律に冷却装置の最大供給量に設定せざるを得ない従来のモータ駆動装置に対して、冷却装置の省電力化が図られる。その結果、モータ駆動装置を搭載した車両の燃費を向上することができる。

好ましくは、冷却装置制御装置は、電流指令と電流指令から推定されるスイツチング素子の発熱量を基に設定された冷却媒体の供給量との関係を示すマップを保持しており、マップを参照して、電流指令に対応する冷却媒体の供給量を決定する。

上記のモータ駆動装置によれば、複雑な演算処理を伴なうことなく冷却媒体の供給量を設定できるため、応答性良く冷却媒体を供給することができる。また、駆動回路の温度上昇分に応じて冷却媒体供給量を可変とするため、駆動回路の熱的保護と省電力化との両立を図ることができる。

この発明によれば、車両は、車輪と、車輪を駆動するモータと、モータを駆動する上述したいずれかのモータ駆動装置とを備える。

上記の車両によれば、冷却装置が省電力化されるため、燃費の向上を図ることができる。

この発明によれば、モータを駆動制御する駆動回路の熱的保護と冷却装置の省電力化との両立が可能となる。その結果、この発明'によるモータ駆動装置を搭載した車両の燃費を向上することができる。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実施の形態によるモータ駆動装置の.概略ブロック図である。図 2は、インバ一タの冷却システムの構成を示すプロック図である。

図 3は、図 2における制御装置の機能プロック図である。

図 4は、電流指令 I d *, I q *と目標流量 Q*との関係を示す図である。図 5は、本発明の実施の形態によるウォータ一ポンプの駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。

図 6は、本発明の実施の形態によるウォータ一ポンプの駆動制御を説明するた ■ めのフローチヤ一トである。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図 1は、この発明の実施の形態によるモータ駆動装置の概略ブロック図である。図 1を参照して、モータ駆動装置 100は、バッテリ Bと、電圧センサ 10, 1 3と、電流センサ 24と、コンデンサ C 2と、昇圧コンバータ 1 2と、インバータ 14と、レソ'ルバ 30と、制御装置 40とを備える。

交流モータ Mlは、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、交流モータ Mlは、ェンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえばエンジン始動を行ない得るようなモータである。昇圧コンバータ 1 2は、リアクトノレ L 1と、 NPNトランジスタ Q l， Q2と、ダイォ一ド D 1 , D 2とを含む。

リアクトル L 1の一方端はバッテリ Bの電源ラインに接続され、他方端は NP Nトランジスタ Q 1と NPNトランジスタ Q 2との中間点、すなわち、 NPNトランジスタ Q 1のエミッタと NPNトランジスタ Q 2のコレクタとの間に接続される。

NPNトランジスタ Q l， Q2は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接される。 NPNトランジスタ Q 1のコレクタは電源ラインに接続され、 NP Nトランジスタ Q 2のエミッタはアースラインに接続される。また、各 NPNトランジスタ Q l, Q 2のコレクタ一ェミッタ間には、ェミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイォード D'l, D 2がそれぞれ配されている。

ィンバ一タ 14は、 U相アーム 1 5と、 V相アーム 16と、 W相アーム 1 7とからなる。 U相アーム 1 5、 V相アーム 16および W相アーム 1 7は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。

U相アーム 1 5は、直列接続された NPNトランジスタ Q 3, Q4からなる。

V相アーム 1 6は、直列接続された NPNトランジスタ Q 5， Q 6からなる。 W 相アーム 1 7は、直列接続された NPNトランジスタ Q 7， Q 8からなる。また、各 N PNトランジスタ Q 3~Q8のコレクターエミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側べ電流を流すダイォード D 3〜D 8がそれぞれ接続されている。

各栢アームの中間点は、交流モータ Mlの各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータ Mlは、 3相の永久磁石モータであり、 U， V, W相の 3つのコイルの一端が'中点に共通に接続されて構成される。 U相コイルの他端が NPNトランジスタ Q 3， Q 4の中間点に、 V相コイルの他端が NPNトランジスタ Q 5, Q 6の中間点に、 W相コイルの他端が NPNトランジスタ Q 7, Q 8の中間点にそれぞれ接続されている。 .

なお、昇圧コンバータ 1 2およびインバ一タ 14にそれぞれ含まれるスィッチング素子は、 N P N トランジスタ Q 1 〜 Q 8に限定されず、 I G B T (Insulated Gate Bipolar Transistor) や MO S F E T等の他のパワー素子で構成しても良い。

また、モータ駆動装置 100を、バッテリ Βとインバータ 14とが昇圧コンパ

—タ 1 2を介さずに直接的に接続される構成としても良レ、。

バッテリ Βは、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池や燃料電池などが適用される。また、バッテリ Βに代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いてもよい。電圧センサ 10は、バッテリ Bから出力される直流電圧 Vbを検出し、検出した直流電圧 V bを制御装置 40 へ出力する。

昇圧コンバータ 1 2は、バッテリ Bから供給された直流電圧を昇圧してコンデンサ C 2に供給する。より具体的には、昇圧コンバータ 1 2は、制御装置 40から信号 P WMCを受けると、信号 P WM Cによって N P Nトランジスタ Q 2がォンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサ C 2に供給する。

また、昇圧コンバータ 1 2は、制御装置 40から信号 PWMCを受けると、コンデンサ C 2を介してインバータ 14から供給された直流電圧を降圧してバッテリ Bへ供給する。' ,

コンデンサ C 2は、昇圧コンバータ 1 2から出力された直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧をインバータ 14へ供給する。 '

電圧センサ 1 3は、コンデンサ C 2の両端の電圧 Vm (すなわち、インバータ 14の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧 Vmを制御装置 40へ出力する。

インバ一タ 14は、コンデンサ C 2から直流電圧が供給されると、制御装置 4 0からの信号 PWM Iに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータ M 1 を駆動する。これにより、交流モータ Mlは、トルク指令値 TRによって指定された要求トルクを発生するように駆動される。

また、インバータ 14は、モータ駆動装置 100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータ M 1が発電した交流電圧を制御装置 40からの信号 PWMIに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンデンサ C 2を介して昇圧コンバータ 1 2へ供給する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。電流センサ 24は、交流モータ Mlに流れるモ一タ電流 I V , I wを検出し、その検出したモータ電流 I V， I wを制御装置 40へ出力する。なお、図 1においては、電流センサ 24は、 2個しか示されていない。これは、交流モータ Ml が 3相モータの場合、 2つの相に流れるモータ電流 I v， I wを検出すれば、その検出されたモータ電流 I v， I wに基づいて残りの相に流れるモータ電流 I u を演算できるからである。したがって、 3相の各々に流れるモータ電流 I.u, I v， I wを独自に検出する場合、 3個の電流センサ 24を設けてもよい。

レゾルバ 3◦は、交流モータ Mlの回転軸に取り付けられており、 .交流モータ Mlの 0転子の回転角度 0を検出して制御装置 40へ出力する。

制御装置 40は、外部に設けられた ECU (Electric Control Unit) からトルク指令値 TRおよびモータ回転数 MR Nを受け、電圧センサ 1 3から出力電圧 Vmを受け、電圧センサ 10から直流電圧 V bを受け、電流セサ 24からモータ電流 I v， I wを受け、レゾルバ 30から回転角度 0を受ける。制御装置 40 ば、出力電圧 Vm、トルク指令値 TR、モータ電流 I v， I wおよび回転角度 0 に基づいて、後述する方法によりインバ一タ 14が交流モータ Mlを駆動するときにインバ一タ 14の NPNトランジスタ Q 3〜Q 8をスィツチング制御するための信号 PWM Iを生成し、その生成した信号 PWM Iをィンバ一タ 14へ出力する。 ·

また、制御装置 40は、インバータ 14が交流モー夕 Mlを駆動するとき、直流電圧 Vb、出力電圧 Vm、トルク指令値 TRおよびモータ回転数 MRNに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ 1 2の NPNトランジスタ Q 1， Q 2 をスイッチング制御するだめの信号 PWMCを生成し、生成した信号 PWMCを昇圧コンバータ 1 2へ出力する。

さらに、制御装置 40は、モータ駆動装置 100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、出力電圧 Vm、トルク指令値 TRおよびモ —タ電流 I v， I wに基づいて、交流モータ Mlが発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号 PWM Iを生成し、その生成した信号 PWM Iをィンバータ 14へ出力する。この場合、インバ一タ 14の NPNトランジスタ Q3〜Q8 は、信号 PWM Iによってスイッチング制御される。これにより、インバ一タ 1 4は、交流モータ M 1が発電した交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ 1 2へ供給する。

さらに、制御装置 40は、回生制動時、直流電圧 Vb，出力電圧 Vm、トルク指令値 TRおよびモータ回転数 MRNに基づいて、インバータ.14から供給された直流電圧を降圧するための信号 PWMCを生成し、生成した信号 PWMCを昇圧コンバータ 1 2へ出力する。これにより、交流モータ Mlが発電した交流電庄は、直流電圧に変換され、降圧されてバッテリ Bに供給される。

以上の構成からなるモータ駆動装置 100において、インバータ 14は、スィツチング素子の熱損失による温度上昇を抑えるために冷却を必要とする。そのため、モータ駆動装置 100は、図 2に示されるインバータ 14の冷却システムをさらに備える。 '

図 2は、インバ一タ 14の冷却システムの構成を示: "ブロック図である。

図 2を参照して、冷却システムは、インバ一タ 14と、交流モータ Mlと、冷媒路 50〜56と、温度センサ 60と、ラジェータ 62と、ウォーターポンプ 6 6とを含む。

ラジェータ 62の第 1ポートと交流モータ Mlとの間に冷媒路 50が設けられ、交流モータ Mlとインバータ 1.4との間に冷媒路 52が設けられ、インバータ 1 4とウォーターポンプ 66との間に冷媒路 54が設けられ、ウォーターポンプ 6 6とラジェ一タ 62の第 2ポートとの間に冷媒路 56が設けられる。すなわち、交流モータ Ml、インバータ 14およびウォータ一ポンプ 66は、冷媒路 50〜 56によって直列に接続される。

ウォーターポンプ 66は、不凍液などの冷却水を循環させるためのポンプであつて、図示される矢印の方向に冷却水を^環させる。ラジェ一タ 62は、交流モ —タ Ml、インバ一タ 14を循環した冷却水を冷媒路 56から受け、その受けた冷却水をラジェ一タフアン 64を用いて冷却する。温度センサ 60は、冷媒路 5 0に設けられ、冷却水の温度（以下、冷却水温とも称する） Twを検出し、その検出した冷却水温 Twを制御装置 40へ出力する。

なお、上記においては、ラジェータ 62から見て上流側から交流モータ Ml、ィンバータ 14およびウォーターポンプ 66の順に配置されるものとしたが、各々の配置順は上記の順に限定されるものではない。

制御装置 40は、図 1で述べたように、トルク指令値 TRおよびモータ回転数 MRNに基づいて、インバ一タ 14および昇圧コンバータ 1 2を駆動制御するための信号 PWM I， PWMCを生成してィンバーグ 14および昇圧コンバータ 1 2へそれぞれ出力する。

さらに、制御装置 40は、後述する方法によりウォータ一ポンプ 66を駆動制御するための信号 PWRを生成し、その生成した信号 PWRをウォーターポンプ 66へ出力する。

また、制御装置 40は、冷却水温 Twに基づいてラジェ一タフアン 64を駆動制御するための信号 F Cを生成し、その生成した信号 F Cをラジェ一タファン 6 4へ出力する。具体的には、制御装置 40は、温度センサ 60からの冷却水温 T wの検出値が所定の設定温度を超えたことに応じて、ラジェ一タフアン 64を駆動させるための信号 FCを生成してラジェ一タフアン 64へ出力する。これにより'、ラジェ一タフアン 64が駆動してラジェ一タ 64に外気を送風し、冷却水を空冷する。

次に、こうして構成された本発明の実施の形態によるインバータ 14の冷却システムにおけるウォーターポンプ 66の駆動制御について説明する。

図 3は、図 2における制御装置 40の機能ブロック図である。

図 3を参照して、制御装置 40は、インバータ制御回路と、図示しないコンパ —タ制御回路と、ウォーターポンプを駆動制御する駆動制御部 430とを含む。インバ一タ制御回路は、電流指令変換部 410と、減算器 4 1 2, 4 14と、 P I制御部 4 1 6, 41 8と、 2相 3相変換部 420と、 \¥\[生成部422 と、 3相 2相変換部 424とからなる。

3相 /2相変換部 424は、 2個の電流センサ 24, 24からモータ電流 I v， I wを受ける、そして、 3相 2相変換部 424は、モータ電流 I v， I wに基づいてモータ電流 I u =— I V — I wを演算する。

さらに、 3相 2相変換部 424は、モータ電流 I u， I V , I wをレゾルバ

30かららの回転角度 0を用いて三相二相変換する。つまり、 3相 / 2相変換部

424は、交流モータ M 1の 3相コイルの各相に流れる 3相のモータ電流 I u，

I V, I wを、回転角度 0を用いて d軸および q軸に流れる電流値 I d, I qに変換する。そして、 3相 Z2相変換部 424は、演算した電流値 I dを減算器 4 1 2へ出力し、演算した電流値 I qを減算器 414へ出力する。電流指令変換部 410は、外部 ECUからトルク指令値 TRおよびモータ回転数 MRNを受け、電圧センサ 1 3から電圧 Vmを受ける。そして、電流指令変換部 4 10は、トルク指令値 TR、モータ回転数 MRNおよび電圧 Vmに ¾づいて、トルク指令値 TRによって指定された要求トルクを出力するための電流指令 I d *， I q *を生成し、その生成した電流指令 I d *, I q *を減算器 41 2, 4 14へそれぞれ出力する。 ''

このとき、電流指令変換部 4 1 0は、生成した電流指令 I d *， I q *を、ゥオーターポンプ 66の駆動制御部 430に対しても出力する。

減算器 41 2は、電流指令変換部 4 10から電流指令 I d * 受け、 3相 /2 相変換部 424から電流値 I dを受ける。そして、減算器 4 1 2は、電流指令 I d *と電流値 I dとの偏差（= I d *_ I d) を演算し、その演算した偏差を P I制御部 4 16へ出力する。また、減算器 4 14は、電流指令変換部 4 10から電流指令 I q *を受け、 3相 / 2相変換部 432から電流値 I qを受ける。そして、減算器 4 14は、電流指令 I q *と電流値 I qとの偏差（= I q *— I q) を演算し、その演算した偏差を P I制御部 418へ出力する。

P I制御部 416, 41 8は、それぞれ、偏差 I d *— I d, I q *— I qに対して P Iゲインを用いてモータ電流調整用の電圧操作量 Vd， Vqを演算し、その演算した電圧操作量 Vd， V qを 2相 Z 3相変換部 420へ出力する。

2相ノ 3相変換部 420は、 P I制御部 4 16， 41 8からの電圧操作量 V d , V qをレゾルバ 30からの回転角度 Θを用いて二相三相変換する。つまり、 2相 Z 3相変換部 420は、 d軸および q軸に印加する電圧操作量 Vd, Vqを、回転角度 0を用いて交流モータ Mlの 3相コイルに印加する電圧操作量 Vu， V V , Vwに変換する。そして、 2相ノ 3相変換部 420は、電圧操作量 Vu， V V , Vwを PWM生成部 422へ出力する。

PWM生成部 422は、電圧操作量 V u， V V , V wと、電圧センサ 1 3からの電圧 Vmとに基づいて信号 PWM Iを生成し、その生成した信号 PWM Iをィンバ一タ 14へ出力する。

以上のように、インバ一タ制御回路は、交流モータ M 1の要求トルク（トルク指令値 TRに相当）を、交流モータ Mlの d軸成分と q軸成分との電流指令 I d *, I q *に変換し、実際の電流ィ直 I d， I qがこれらの電流指令と一致するように P I制御によってフィードバックをかける、いわゆる電流制御を採用する。そして、ウォーターポンプ 66を駆動制御する駆動制御部 430は、この電流制御に用いられる電流指令 I d *， I q *に基づいて、冷媒路 50~ 56を通流する冷却水の目標流量 Q*を設定する。ここで、 .目標流量 Q*の設定は、予め求められた電流指令 I d *, I q *と目標流量 Q*との関係に基づいて行なうものとする。

図 4は、電流指令 I d *， I q *と目標流量 Q*との関係を示す図である。図 4を参照して、目標流量 Q*は、電流指令 I d *， I q *が高くなるに従つて增加するように設定される。ある電流指令 I d *， I q *に対する目標流量 Q *は、一例として、当該電流指令 I d *, I q *と一致するように電流制御されたモータ電流 I d, I qがインバータ 14の複数のスイッチング素子を流れたときに単位時間当たりに発生するインバータ 14の発熱量を推定し、その推定したィンバ一タ 14の発熱量に対して、目標流量 Q*に相当する冷却水を循環させたときの単位時間当たりの放熱可能量が上回るように設定することができる。

そして、駆動制御部 430は、図 4の電流指令 I d *, I q *と目標流量 Q * との関係を予め目標流量設定用マップとして図示しない記憶領域に格納しておき、電流指令 I d *， I q *が与えられると、 .目標流量設定用マップから対応する目標流量 Q*を抽出して目標流量 Q*として設定する。そして、駆動制御部 430 は、その設定された目標流量 Q*で冷却水が循環するようにウォーターポンプ 6 6を駆動するための信号 PWRを生成してウォータ一ポンプ 66へ出力する。ゥオーターポンプ 66は駆動制御部 430の信号 PWRに応じて回転数が制御され、目標流量 Q*に一致した流量の冷却水を冷媒路 50〜56に循環させる。

以上のように、本発明の実施の形態によるインバータ 14の冷却システムは、インバータ 14の電流制御に用いられる電流指令 I d *， I q *に基づいてゥォ一ターポンプ 66の駆動制御を行なうことを特徵とする。この特徴により、以下に述べる効果が奏される。

図 5は、本発明の実施の形態によるウォーターポンプの駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。言羊細には、図 5は、信号 PWR、電流指令 I d *, I q *、冷却水温 Tw、冷媒路を循環する冷却水の流量 Qおよびインバータ 14における NPNトランジスタ Q 3〜Q 8の素子温度の時間的変化を示す。なお、本発明の実施の形態との比較のために、図中にはさらに、温度センサからの冷却水温 Twの検出値に基づいてウォーターポンプ 66を駆動制御した場合の各値の時間的変化が破線により示される。

図 5を参照して、最初に、時刻 t 1において、モータ要求出力の急激な変動に応じて電流指令 I d *， I q *が急増したものとする。

制御装置 40では、時刻 t 1以降において、インバータ制御回路が、上述した方法により急増した電流指令 I d *， I q *に基づいてモータ電流 I d, I qの電流制御を実行する。さらにこの電流制御に並行して、駆動制御部 430は、電流指令変換部 4 1 0から与えられた電流指令 I d *， I q *に基づき'、図 4の目 ' 標流量設定用マップから対応する目標流量 Q*を抽出する。そして、その抽出した目標流量 Q*を循環させるための信号 PWRを生成し（図中の実線 LN 1に対応）、その生成した信号 PWRをウォーターポンプ 66へ出力する。

ウォーターポンプ 66は、時亥 U t 1において駆動制御部 430からの信号 PW Rを受けると、信号 PWRに応答して回転数を増加させる。これにより、冷媒路 50〜 58を循環する冷却水の流量 Qは、図中の実線 LN 3で示すように.、時刻 t 1以降次第に増加する。

一方、インバータ 14においては、時刻 t 1以降、急増した電流指令 I d *， I q *に基づいだ電流制御が行なわれることにより、モータ電流 I d， I qが電流指令 I d *, I q *を目標値として徐々に上昇する。そして、このモータ電流の上昇に伴なつてインバータ 14の NPNトランジスタ Q 3〜Q 8における熱損失が増加する。このため、図中の実線 LN 6で示すように、各 NPNトランジスタ Q 3〜Q 8の素子温度 T iが時刻 t 1以降、次第に上昇する。

ここで、インバ一タ 14の NPNトランジスタ Q 3〜Q 8は、素子温度 T iにおいて、熱的劣化からの保護が確保され得る上限温度 T i— ma Xを有する。すなわち、素子温度 T iがこの上限温度 T i—m a Xを超えた場合、 NPNトランジスタ Q 3〜Q 8が損傷する可能性が高くなる。

しかしながら、本発明の実施の形態では、図中の実線 LN 6および LN 3から明らかなように、素子温度 T iが上昇するのに並行して冷媒路 50〜56を循環する冷却水の流量 Qも増加する。すなわち、インバータ 14においては、発熱量の増加に並行して冷媒路 50〜56への放熱量も増加することとなるため、急な温度上昇が抑えられる。結果として、素子温度 T i を上限温度 T i_ma X以下に保持することができる。

このような電流指令 I d *, I q *に基づいたウォーターポンプ 66の駆動制御に対して、冷却水温 Twに基づいた駆動制御は、以下のように行なわれる。詳細には、時刻 t 1において電流指令 Ϊ d *, I q *が急増したことに応じて、モータ電流 I d, I qが上昇すると、 NPNトランジスタ Q 3〜Q 8における熱損失が増加し、各々の素子温度 T i は破線 LN 5で示すように急速に上昇する。そして、この素子温度 T iの上昇によりィンバータ 14の発熱量が増加することにより、温度センサ 60で検出される冷却水温 Twも時刻 t 1以降において次第に上昇する。

このとき、制御装置では、冷却水温 Twの検出値が所定のしきい値 Tw— s t dを超えるか否かが判定される。そして、時刻 t 2において冷却水温 Twが所定のしきい値 Tw_s t dを超えたと判定されたことに応じて、図中の破線 LN2 で示すように、冷却水温 Twをしきい値 Tw— s t d以下とするためにウォータ一ポンプ 66を駆動制御するための信号 PWRが生成される。

そして、ウォーターポンプ 66が信号 PWRに応じて回転数を増加させることにより、冷媒路 50〜 56を循環する冷却水の流量 Qは、図中の破線 LN 4で示すように、時刻 t 2以降において徐々に増加する。

ところが、この冷却水の流量 Qの増加は、実際に素子温度 T iが上昇し始める時刻 t 1よりも遅い時刻 t 2から開始されるため、図 5の破線 LN 5で示すように、素子温度 T iが急速に上昇する場合には、冷却能力をその温度上昇に追従させることができず、素子温度 T iが上限値 T i— ma Xを超える可能性が生じる。すなわち、冷却水温 Twに基づいたウォータ一ポンプ 66の駆動制御では、インバ一タ 14の温度上昇に対する冷却能力の制御応答性が劣るため、インバ一タ 1 4が過熱されるのを確実に防止することができない。

この点において、本発明の実施の形態によれば、電流指令 I d *， I q *に基づいて冷却能力が制御されるため、インバータ 1 4'の温度上昇に対する制御応答性に優れ、インバータ 1 4を確実に保護することが可能となる。また、上述した従来の冷却制御装置に対しても、熱モデルを用いて接合部分温度を推定するといつた複雑な演算処理を必要としないことから、より簡易かつ制御応答性に優れた冷却システムを構築することができる。

ここで、冷却システムの制御応答性を確保する手段としては、素子温度の高低に関わらず、目標流量 Q *を熱負荷が最大となるときに要求される冷却水の流量に固定してウォーターポンプ 6 6を駆動制御する方法が検討される。これによれば、ウォーターポンプ 6 6を常に最大電力で駆動するため、素子温度の急上昇を抑制することができる。したがって、インバータ 1 4の過熱を確実に防止することができる。

しかしながら、かかる方法では、ウォーターポンプ 6 6の消費電力を無駄に增加させることとなる。そのため、当該冷却システムを搭載した車両においては、燃費が低下する要因となる。

これに対し、本発明の実施の形態によれば、インバ一タ 1 4の温度上昇に対する冷却能力の制御応答性が確保されるため、交流モータ M lの要求出力に応じて変動するインバ一タ 1 4の温度上昇分に対して適切な目標流量 Q *を設定することができる。したがって、ウォーターポンプ 6 6の駆動効率を高めて省電力化することができる。その結果、車両の燃費向上が実現される。

図 6は、本発明の実施の形態によるウォーターポンプ 6 6の駆動制御を説明するためのフローチャートである。

図 6を参照して、駆動制御部 4 3 0は、ィンバ一タ制御回路の電流指令変換部 4 1 0から電流指令 I d *， I q *を受けると（ステップ S 0 1 ) 、予め記憶領域に格納している目標流量設定マップ（図 4参照）から与えられた電流指令 I d * , I q *に対応する目標流量 Q *を抽出して目標流量 Q *として設定する（ステツプ S 0 2 ) 。

そして、駆動制御部 4 3 0は、その設定された目標流量 Q *で冷却水が循環するようにウォーターポンプ 6 6を駆動するための信号 P W Rを生成してウォータ一ポンプ 6 6へ出力する（ステップ S O 3 ) 。ウォーターポンプ 6 6は駆動制御部 4 3 0の信号 P W Rに応じて回転数が制御され、目標流量 Q *に一致した流量の冷却水を冷媒路 5 0〜 5 6に循環させる。

なお、本発明の実施の形態においては、電流指令 I d *， I に基づいて'ゥオーターポンプ 6 6の駆動制御を行なう構成としたが、ウォーターポンプ 6 6に加えてラジェ一タフアン 6 4を駆動制御する構成としても良い。この場合、電流指令 I d *， I q *に基づいてラジェ一タフアン 6 4の送風量が制御される。以上のように、この発明の実施の形態によれば、温度上昇が見込まれるインバータに対して応答性良く冷却能力を高めることができる。そのため、インバ一タを過熱から確実に保護することができる。

また、モータの要求出力に応じて変動するインバータの温度上昇分に対して適切な冷却能力を設定することができる。これにより、応答性が劣るために冷却能力を一律に冷却装置の最大能力に設定せざるを得ない従来の冷却システムに対して、省電力化が実現される。その結果、この発明によるモータ駆動装置を搭載した車両の燃費を向上することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明でばなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。産業上の利用可能性

この発明は、車両に搭載されたモータ制御装置に適用することができる。 '

Claims

請求の範囲

1. スイッチング素子のスイッチング動作により電源（B) とモータ（Ml) との間で電力変換を行なう駆動回路（14) と、

前記モータ（Ml) の駆動電流が前記モータ（Ml) の要求出力から生成した電流指令に一致するように前記スィツチング素子のスィツチング制御を行なう制御装置（40) と、

冷却媒体を用いて前記駆動回路（14)' を冷却する冷却装置と、

前記電流指令に基づいて前記駆動回路（14) に対する前記却媒体の供給量を制御する冷却装置制御装置（430) とを備える、モータ駆動装置。

2. 前記冷却装置制御装置（430) は、前記電流指令と前記電流指令から推定される前記スィツチング素子の発熱量を基に設定された前記冷却媒体の供給量との関係を示すマップを保持しており、前記マップを参照して、前記電流指令に対応する前記冷却媒体の供給量を決定する、請求の範囲 1に記載のモータ駆動装置。

3. 車輪と、

前記車輪を駆動するモータ（Ml) と、

前記モータ（Ml) を駆動する請求の範囲 1または 2に記載のモータ駆動装置とを備る、早両。