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公開番号2025080824
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-27
出願番号2023194121
出願日2023-11-15
発明の名称回転電機制御装置
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人ぱるも特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250520BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】適切に電力変換回路と回転電機の温度バランスを調節することができる回転電機制御装置を得る。
【解決手段】指定されたキャリア周波数に基づいてスイッチング素子がオンオフ制御されることによって回転電機の巻線に電流を供給する電力変換回路、電力変換回路温度検出器、回転電機温度検出器、および、電力変換回路温度の上昇速度と、回転電機温度の上昇速度との少なくとも一方に基づいてキャリア周波数を変更し、電力変換回路のスイッチング素子を変更されたキャリア周波数に基づいてオンオフ制御する制御部、を備えた回転電機制御装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数のスイッチング素子を有し、指定されたキャリア周波数に基づいて前記スイッチング素子がオンオフ制御されることによって回転電機の巻線に電流を供給する電力変換回路、
前記電力変換回路の温度を検出する電力変換回路温度検出器、
前記回転電機の温度を検出する回転電機温度検出器、および、
前記電力変換回路温度検出器によって検出された電力変換回路温度の上昇速度と、前記回転電機温度検出器によって検出された回転電機温度の上昇速度との少なくとも一方に基づいて前記キャリア周波数を変更し、前記電力変換回路の前記スイッチング素子を変更された前記キャリア周波数に基づいてオンオフ制御する制御部、を備えた回転電機制御装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記制御部は、
前記電力変換回路温度、前記電力変換回路温度の上昇速度、および、予め定められた電力変換回路限界温度、に基づいて前記電力変換回路温度が前記電力変換回路限界温度に到達するまでの時間である電力変換回路限界温度到達時間を算出し、
前記回転電機温度、前記回転電機温度の上昇速度、および、予め定められた回転電機限界温度、に基づいて前記回転電機温度が前記回転電機限界温度に到達するまでの時間である回転電機限界温度到達時間を算出し、
前記電力変換回路限界温度到達時間と前記回転電機限界温度到達時間との差に基づいて前記キャリア周波数を変更する請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電力変換回路限界温度到達時間が前記回転電機限界温度到達時間よりも長い場合は前記キャリア周波数を増加させ、前記回転電機限界温度到達時間が前記電力変換回路限界温度到達時間よりも長い場合は前記キャリア周波数を減少させる請求項２に記載の回転電機制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電力変換回路温度が予め定められた電力変換回路温度判定値以上の場合、および、前記回転電機温度が予め定められた回転電機温度判定値以上の場合、の少なくとも一方の場合に前記キャリア周波数の変更方法を切替える請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電力変換回路温度が予め定められた電力変換回路温度判定値未満の場合でかつ、前記回転電機温度が予め定められた回転電機温度判定値以上の場合に前記キャリア周波数を減少させる請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記電力変換回路温度が予め定められた電力変換回路温度判定値以上の場合でかつ、前記回転電機温度が予め定められた回転電機温度判定値未満の場合に前記キャリア周波数を増加させる請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記電力変換回路温度の上昇速度の増大に応じて前記キャリア周波数を減少させ、前記回転電機温度の上昇速度の増大に応じて前記キャリア周波数を増加させる請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、
予め定められた時間前の前記電力変換回路温度と現在の前記電力変換回路温度との差分から前記電力変換回路温度の上昇速度を算出し、
前記時間前の前記回転電機温度と現在の前記回転電機温度との差分から前記回転電機温度の上昇速度を算出する請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項９】
前記回転電機の磁石、巻線、または鉄心に第一の温度検出器が配置され、
前記電力変換回路のスイッチング素子、コンデンサ、または半導体モジュールに第二の温度検出器が配置され、
前記制御部は、前記第一の温度検出器によって検出された温度に基づいて前記回転電機温度を推定し、前記第二の温度検出器によって検出された温度に基づいて前記電力変換回路温度を推定する請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項１０】
前記電力変換回路のスイッチング素子に第一の温度検出器が配置され、
前記制御部は、前記第一の温度検出器によって検出された温度に基づいて前記電力変換回路温度を推定する請求項９に記載の回転電機制御装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転電機制御装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両、電気自動車といった電動車両などに適用される回転電機の制御のために電力変換装置が用いられることが多い。電力変換装置として、交流電力を直流電力へ変換するＡＣ／ＤＣコンバータ（Alternate Current / Direct Current Converter）、直流電力から交流電力へ変換するインバータ（Inverter）、直流電力の入力電圧と出力電圧のレベルを変化させるＤＣ／ＤＣコンバータ（Direct Current / Direct Current Converter）、などが存在する。これらの電力変換装置は、半導体スイッチング素子を備えた構成であることが多い。
【０００３】
電力変換装置の例として、電動車両に搭載されるインバータは直流電源から出力される直流電力を所望の交流電力に変換し、回転電機に供給することで回転電機を制御するために用いられる。インバータは、スイッチング素子を組み合わせて構成されるスイッチング回路、スイッチング素子を制御する制御回路、回転電機などの負荷に流れる電流を検出するための電流センサ、スイッチングノイズを対策するコンデンサなどから構成される。
【０００４】
スイッチング回路とコンデンサを含んで電力変換回路と称する。電力変換回路は、例えば三相同期式の回転電機を制御する場合、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の上側アーム（正極側のアーム）および下側アーム（負極側のアーム）各々にスイッチング回路が備えられている。
【０００５】
電力変換回路の各相に設けられるスイッチング素子を順次オンおよびオフさせることにより、回転電機の各相に互いに位相が１２０度ずつ異なる交流電力を供給して回転電機を駆動させる。このような駆動による温度上昇は車載電装品の寿命短縮の要因となるので、温度上昇を抑制する必要がある。温度上昇の抑制は、冷却機構の追加設置を不要とし製品の小型軽量化にも寄与する。
【０００６】
電力変換回路と回転電機の温度上昇による故障の防止と製品の小型化のため、電力変換回路と回転電機の温度に応じてスイッチング素子の制御のキャリア周波数を変更し、電力変換回路と回転電機の温度のバランスを調節する制御技術が開示されている。キャリア周波数の変化に対して、電力変換回路と回転電機の温度はトレードオフの関係にある。このことから、キャリア周波数を変化させることで、電力変換回路と回転電機の温度のバランスを制御することが可能である（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１５－１７７６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電力変換回路の損失と温度は、入力電圧と出力電流に強く依存する。そして、回転電機の損失と温度は、はトルクと回転数に依存する。電動車両への回転電機制御装置の応用において、入力電圧、出力電流、トルク、回転数の取る範囲が非常に広い。そのため電力変換回路と回転電機の損失及び温度のバランスは、電動車両の運転状態によって大きく変動する。
【０００９】
特許文献１には、電力変換回路の温度および回転電機の温度が予め定められた閾値以上かどうかを判定して、スイッチング制御のキャリア周波数を変更する制御について記載されている。しかし、電力変換回路もしくは、回転電機の温度は、損失に対して遅延して過渡的に推移する。各部品の限界温度への到達のタイミングは、各時点での損失値および部品固有の熱容量の影響を受ける。そのため各部品の温度の瞬時値のみを閾値と比較して温度バランスを取るには困難が伴う。各部品の温度の推移が車両の運転状態によって大きく変化することも、この困難性を助長することとなる。
【００１０】
本開示は、上記のような課題を解決するための技術を提案するものである。電力変換回路と回転電機の少なくとも一方の温度上昇速度からスイッチング制御のキャリア周波数を決定することで、適切に電力変換回路と回転電機の温度バランスを調節することができる回転電機制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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