以下、本発明に係るインバータ装置の一� ��施例を、図面を参照して説明する。

 図1は本発明の実施例に係わるインバータ 装置の構成図である。図1では電気自動車の� �動機5にインバータ装置3を適用した場合を示 しているが、本発明の実施例に係わるインバ ータ装置3は、電気自動車のみならず電気推� �船等の電動機5にも適用できる。

 図1に示すように、インバータ装置3は、� �流電源4からの直流を交流に変換し電動機5に 入力するインバータ2と、インバータ2を構成� ��るスイッチング素子Sの温度を検出する温度 検出器9と、インバータ2を構成するスイッチ� ��グ素子Sにゲート信号gを出力するゲート回� �15と、トルク制限部11及びゲート生成部12を� �した演算制御装置10とから構成される。

 電動機5のトルク指令値Tqaは、アクセル装 置1からインバータ装置3に入力される。すな� ��ち、アクセル装置1からのトルク指令値Tqaは 制御演算装置10のトルク制限部11に入力され� �トルク制限部11では温度検出器9で検出され� �インバータ2のスイッチング素子Sの温度に基 づいて必要に応じてトルク指令値Tqaに制限を 加える。

 トルク制限部11の出力である制限トルク� �令値Tqbは、制限が加えられずにトルク指令� �Tqaがそのまま出力される場合と、トルク指� �値Tqaに制限が加えられてトルク指令値Tqaと� �なった値が出力される場合とがある。以下� �説明では、それら双方を含んだトルク指令� �を制限トルク指令値Tqbとする。

 トルク制限部11の出力である制限トルク� �令値Tqbはゲート生成部12に出力される。ゲー ト生成部12では、電動機5が制限トルク指令値 Tqbを満たすトルク得るように電流指令値dを� �算しゲート回路15に出力する。ゲート回路15� ��電流指令値dを得るようなゲート信号gをイ� �バータ2のスイッチング素子Sに出力する。イ ンバータ2は制限トルク指令値Tqbに応じて直� �電源4の直流を交流に変換し電動機5を駆動し て車輪6を制御する。

 次に、インバータ2は、直流電圧を平滑化 するコンデンサ7が入力段に接続され、スイ� �チング素子SによりU相、V相、W相のブリッジ� ��路が構成されている。U相のブリッジ回路は 、スイッチング素子Supとスイッチング素子Sun との接続点が電動機5に接続されている。ス� �ッチング素子Supとスイッチング素子Sunとに� �還流ダイオードDup、Dunがそれぞれ逆並列に� �続されている。V相についても同様に、V相の ブリッジ回路は、スイッチング素子Svp、Svn、 還流ダイオードDvp、Dvnで構成される。また、 W相のブリッジ回路は、スイッチング素子Swp� �Swn、還流ダイオードDwp、Dwnで構成される。

 スイッチング素子Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、S wnのいずれか1つまたは複数の近傍に温度セン サ8が設けられる。この実施例では温度セン� �8がダイオードである場合を示している。ダ� ��オードは定電流の条件では、温度が上昇す� ��と順方向電圧が小さくなる傾向にある。ダ� ��オードに一定の電流を供給し、順方向電圧� ��測定することによって、スイッチング素子S の温度が得られる。温度センサ8はダイオー� �以外のものでもよいが、応答性が高く高精� �のものが望ましい。温度センサ8が出力した� ��圧は、温度検出回路9を通して制御演算装置 10に入力される。

 次に、制御演算装置10は、トルク制限部11 とゲート生成部12で構成される。トルク制限� ��11には、温度検出回路9から得られるスイッ� ��ング素子温度Tjと、アクセル装置1から伝達� ��れるトルク指令値Tqaとが入力される。トル� ��指令値Tqaには、スイッチング素子温度Tjに� �じてトルク制限がかけられ、制限トルク指� �値Tqbをゲート生成部12に出力する。ゲート生 成部12は、電動機5のトルクが制限トルク指令 値Tqbとなるように電流指令値を演算し、電流 指令値を得るようなゲート信号をゲート回路 15に出力する。

 ゲート回路15は、スイッチング素子Sup、Su n、Svp、Svn、Swp、Swnが有するゲートのすべて� �接続され、制御演算装置10から入力されたゲ ート信号gに応じてオン・オフの切り替えを� �う。

 図2はトルク制限部11のブロック構成図で� ��る。トルク制限部11には、トルク指令値Tqa� �び温度検出器9で検出されたスイッチング素� ��温度Tjを入力し、スイッチング素子温度Tjに 基づいてトルク指令値Tqaに制限を加えるもの である。

 スイッチング素子温度Tjは、トルク制限� �11のトルク抑制手段13及びトルク抑制緩和手� ��14に入力される。トルク抑制手段13は減算器 16と比例器19とから構成され、減算器16はスイ ッチング素子温度Tjと予め定めたトルク制限� ��始温度TL0との偏差を求め、比例器19はその� �差に比例定数Kpを乗算してトルク抑制値aを� �める。求められたトルク抑制値aは第1減算器 18に入力される。

 一方、トルク抑制緩和手段14は、減算器17 と積分器21と積分値上限リミッタ23とから構� �され、減算器17は予め定められた素子上限温 度TL1とスイッチング素子温度Tjとの偏差を求� ��、積分器21はその偏差を積分して積分値を� �め、積分値上限リミッタ23はその積分値がト ルク抑制値a以下となるように制限を加えて� �ルク抑制緩和値bを求める。求められたトル� ��抑制緩和値bは第1減算器18に入力される。

 第1減算器18は、トルク抑制手段13からの� �ルク抑制値aとトルク抑制緩和手段14からの� �ルク抑制緩和値bとの偏差を求め、その偏差� ��初期トルク制限値cとして出力する。初期ト ルク制限値cはトルク制限値上下限リミッタ25 及びトルク制限値変化率上下限リミッタ26を� ��ってトルク制限値c1として第2減算器20に出� �される。

 一方、トルク指令値Tqaは、トルク指令値� ��化率上限リミッタ27及びトルク指令値上限� �ミッタ28を通って第2減算器20に入力され、第 2減算器20は、トルク指令値Tqaからトルク制限 値c1を減算して制限トルク指令値Tqbを求めゲ� ��ト生成部12に出力する。

 ここで、素子上限温度TL1はスイッチング� ��子温度Tjをある温度以下に抑制したいとき� �設定温度である。また、トルク制限開始温� �TL0は、トルク制御部11がトルク指令値Tqaに対 して制限をかけ始めるときの温度であり、素 子上限温度TL1を下回る値に予め設定される。

 トルク抑制手段13の減算器16で、スイッチ ング素子温度Tjからトルク制限開始温度TL0を� ��算し、比例器19で比例定数Kpを乗算した値を トルク抑制値aとする。それに対し、トルク� �制緩和手段14の減算器17で、素子上限温度TL1� ��らスイッチング素子温度Tjを減算し、それ� �積分器21によって積分時間Tiごとに積算した� ��をトルク抑制緩和値bとする。この場合、ト ルク抑制緩和値bはトルク抑制値aを上回らな� ��ように、積分値上限リミッタ23で制限をか� �る。

 トルク抑制値aからトルク抑制緩和値bを� �算した値を初期トルク制限値cとする。初期� ��ルク制限値cは、トルク制限値上下限リミッ タ25にて、零以上で、トルク指令値変化率上� ��リミッタ27及びトルク指令値上限リミッタ28 を通ったトルク指令値Tqa以下となるように制 限が加えられる。また、トルク制限値変化率 上下限リミッタ26にてその変化率に制限が加� ��られる。そして、トルク制限値c1として第2� ��算器20に出力され、第2減算器20でトルク指� �値Tqaから減算され新たに制限トルク指令値Tq bを得る。

 トルク指令値変化率上限リミッタ27は、� �イッチング素子温度Tjがトルク制限開始温度 TL0より高い場合には、トルク指令値Tqaの上昇 率を所定変化率以下に抑えるものであり、ト ルク指令値上限リミッタ28は、初期トルク制� ��値cが零を上回るとき、トルク指令値Tqaの上 昇を零とするようにトルク指令値Tqaに制限を 加えるものである。

 次に、動作を説明する。図3は本発明の実 施例におけるインバータのスイッチング素子 温度Tjが素子上限温度TL1を超える場合の動作� ��性図である。図3は、電動機5のトルクがア� �セル装置1から発せられたトルク指令値Tqaに� ��るように制御した結果、スイッチング素子� ��度Tjがトルク制限開始温度TL0が越え、さら� �素子上限温度TL1を超える場合の特性を示し� �いる。

 この場合には、図3に示すように、スイッ チング素子温度Tjはトルク制限開始温度TL0を� ��えたときは一時的に下降し、再度上昇して� ��終的に素子上限温度TL1に制限される特性と� ��る。

 いま、時点t0においてアクセル装置1から� ��ルク指令値Tqaが伝達されたとする。時点t0� �は、スイッチング素子温度Tjはトルク制限開 始温度TL0以下なので、トルク抑制値aは負の� �である。また、トルク抑制緩和値bは零であ� ��。従って、第1減算器18で演算される初期ト� ��ク制限値cは負の値になる。

 初期トルク制限値cは、トルク制限値上下 限リミッタ25で零以上になるように制限をか� ��られるので、トルク制限値c1は零となる。� �まり、トルク指令値Tqaは制限されず、その� �まゲート生成部12に伝えられ、所望のトルク が得られる。従って、このときは、制限トル ク指令値Tqbはトルク指令値Tqaと等しい。

 その後、スイッチング素子温度Tjが上昇� �トルク制限開始温度TL0になる時点t1まで、つ まり、時点t0~時点t1においては、スイッチン� ��素子温度Tjは上昇し続けるが、スイッチン� �素子温度Tjはトルク制限開始温度TL0以下なの で、トルク抑制値aは負の値である。また、� �分器21の積分値は正の値となるが、積分値上 限リミッタ23によりトルク抑制値a以下に抑制 されるので、トルク抑制緩和値bは負の値と� �る。従って、第1の減算器18で演算される初� �トルク制限値cは負の値になり、時点t0のと� �と同様に、トルク指令値Tqaは制限されず、� �限トルク指令値Tqbはトルク指令値Tqaと等し� �。

 次に、時間t1においてスイッチング素子� �度Tjがトルク制限開始温度TL0に達し、さらに 、トルク制限開始温度TL0を超えると、トルク 抑制値aが正の値となる。トルク抑制緩和値b� ��トルク抑制値aより大きくならないように積 分値上限リミッタ23がかけられているので、� ��限開始時点での値は零であり、制限が開始� ��れてから間もないので、トルク抑制緩和値b の値は小さく、トルク制限にほとんど関与し ない。従って、第1減算器18からはトルク抑制 値aにほぼ等しい初期トルク制限値cが出力さ� ��、第2減算器20ではトルク指令値Tqaからトル� ��抑制値aにほぼ等しいトルク制限値c1が減算� ��れた制限トルク指令値bとなる。

 そして、スイッチング素子温度Tjがさら� �上昇すると、トルク抑制値aは増大するので� ��トルク制限値c1も増大する。従って、制限� �ルク指令値Tqbが小さくなるので、時間t2にお いてスイッチング素子温度Tjは下降に転じる� ��しかし、時間が経過するとトルク抑制緩和� ��bが増大するので、トルク制限値c1は緩和さ� ��る方向に動くことから、時間t3においてス� �ッチング素子温度Tjは再び上昇することにな る。

 そして、時間t4において、スイッチング� �子温度Tjが素子上限温度TL1まで上昇すると、 トルク抑制緩和値bは増加することなく一定� �なる。これにより、トルク制限値c1を緩和す る動作は停止し、トルク抑制緩和値bが増大� �ることはないので、スイッチング素子温度Tj は素子上限温度TL1を超えることはない。この ようにして、スイッチング素子温度Tjは素子� ��限温度TL1ぎりぎりに保たれ、初期トルク制� ��値cを最小に抑えることができる。

 次に、図4は本発明の実施例におけるイン バータのスイッチング素子温度Tjがトルク制� ��開始温度TL0と素子上限温度TL1の間に保たれ� ��場合の動作特性図である。

 時間t0においてトルク指令値Tqaが伝達さ� �、スイッチング素子温度Tjがトルク制限開始 温度TL0に達するまではトルク制限はかからな い。時間t1でスイッチング素子温度Tjがトル� �制限開始温度TL0に到達し、さらに、スイッ� �ング素子温度Tjがトルク制限開始温度TL0を超 えると、トルク抑制値aが増加するのでトル� �制限がかかる。一方、トルク抑制緩和値bは� ��ルク抑制値aより大きくならないように積分 値上限リミッタがかかっているので、時間t1� ��時点でトルク制限には関与しない。

 図4に示すように、最終的にスイッチング 素子温度Tjが素子上限温度TL1に達しない場合� ��は、素子上限温度TL1とスイッチング素子温� ��Tjとの偏差は定常的に大きいので、トルク� �制緩和値bは増大し続ける。その結果、トル� ��抑制緩和値bはトルク抑制値aを上回ろうと� �、逆にトルク制限を負の方向、つまりトル� �を増大させる方向に制御が働こうとするが� �トルク抑制緩和値bはトルク抑制値aを上回ら ないように積分値上限リミッタ23がかけられ� ��いるので、時間t2でトルク抑制緩和値bはト� ��ク抑制値aに一致する。初期トルク制限値c=� ��ルク抑制値a-トルク抑制緩和値b=0なので、� �果的にトルク制限値c1は零となり、トルク制 限がかからない。

 このように、スイッチング素子温度Tjが� �子上限温度TL1に達しない程度のトルク指令� �Tqaにおいては、一時的にトルク制限がかか� �ものの最終的にはトルク制限を零とするこ� �ができる。従って、周囲温度が低い状態で� �必要以上にトルク制限を掛けることがなく� �運転者の操作快適性を損なうことがなくな� �。

 次に、トルク制限値上下限リミッタ25、� �ルク制限値変化率上下限リミッタ26、トルク 指令値変化率上限リミッタ27、トルク指令値� ��限リミッタ28について説明する。

 まず、トルク制限値上下限リミッタ25は� �初期トルク制限値cに対して零以上、トルク� ��令値Tqa以下の制限をかけるものである。こ� ��は、誤ってトルク指令値Tqa以上に電動機5の トルクが上昇することを防止すると共に、ト ルク指令値Tqaが負になることを防ぐためであ る。

 トルク制限値変化率上下限リミッタ26は� �トルク制限値上下限リミッタ25で制限を掛け た初期トルク制限値cに対して、変化率の上� �限を掛けるものである。これは、例えばエ� �ジンと組み合わせて走るハイブリッド自動� �に適用するときに効果的である。エンジン� �力が初期トルク制限値cによって抑制された� ��ルクを補助するシステムにおいて、初期ト� ��ク制限値cの変化率をエンジンの応答速度以 下に抑えることによって、スムーズにエンジ ン出力の補助を得られる。その結果、運転者 はトルク制限がかかったことを意識せず、快 適に走行することができる。このトルク制限 値変化率上下限リミッタ26は必ず設置しなけ� ��ばならないものではなく、用途に応じて適� ��な上下限値を設定して使用する。

 次に、トルク指令値変化率上限リミッタ2 7は、スイッチング素子温度Tjがトルク制限開 始温度TL0を上回ったときにのみ適用される。 スイッチング素子温度Tjがトルク制限開始温� ��TL0より高い状態で、さらにトルク指令値Tqa� ��上昇してしまうと、比例定数Kpや積分時間Ti 、トルク制限値変化率上下限リミッタ26の上� ��値によってはトルク制限が追従できず、ス� ��ッチング素子温度Tjが素子上限温度TL1を上� �る可能性がある。トルク指令値変化率上限� �ミッタ27でトルク指令値Tqaの上昇を遅らせる と、スイッチング素子温度Tjが上昇する前に� ��ルク制限をかけることができ、問題を回避� ��きる。

 トルク指令値上限リミッタ28は、トルク� �限値c1が零を上回ったときに限定して使用さ れる。トルク制限がかかっているときは、ス イッチング素子温度Tjが素子上限温度TL1と一� ��しているか、またはそれに準ずる状況であ� ��。よって、これ以上トルク指令値Tqaを増大� ��せるとスイッチング素子温度Tjが素子上限� �度TL1を上回る可能性が高いので、トルク指� �値Tqaを増大させないようにする。その結果� �スイッチング素子温度Tjが素子上限温度TL1を 上回ることはない。

 図5は、前述のインバータ装置3を電気自動� �に組み込んだ場合の簡易透視斜視図である� �

 電気自動車の車体90には、前述のインバ� �タ装置3が車体90のフロント内部に搭載され� �このインバータ装置により電源が供給され� �3相電動機5が設けられている。

 この3相電動機5により車輪6が駆動され、� ��進力を電気自動車に与える。推進力の与え� ��は、前述した方法にて行われる。

 図6は、前述のインバータ装置3をハイブ� �ット自動車に組み込んだ場合の簡易透視斜� �図である。

 ハイブリット自動車の車体100には、前述� ��インバータ装置3が車体100のフロント内部に 搭載され、このインバータ装置により電源が 供給される3相電動機5が設けられている。

 ハイブリット自動車では、3相電動機5と� �同して駆動力を車輪6へ与える内燃機関101が� ��けられている。

 この3相電動機5及び内燃機関101により車輪6� ��駆動され、推進力を電気自動車に与える。� ��の3相電動機5による推進力の与え方は、前� �した方法にて行われる。