特許 7620486 インバータの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-15

(45)【発行日】2025-01-23

(54)【発明の名称】インバータの制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20250116BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20250116BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

H02P27/06

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021072893

(22)【出願日】2021-04-22

(65)【公開番号】P2022167228

(43)【公開日】2022-11-04

【審査請求日】2024-01-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】山田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】岡田 浩幸

(72)【発明者】

【氏名】梶 武文

【審査官】冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１９９８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４６７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０２２６２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多相の回転電機（１０）と、
前記回転電機を構成する電機子巻線（１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ）に電気的に接続されたインバータ（２０）と、を備えるシステム（１００）に適用されるインバータの制御装置（５０）であって、
前記回転電機の駆動制御を行うために、前記インバータを構成する各相のスイッチ（ＳＵＨ～ＳＷＬ）のスイッチング制御を行う制御部と、
前記回転電機の雰囲気湿度が高い場合に、前記雰囲気湿度が低い場合に比べて、前記スイッチング制御における前記スイッチのスイッチング動作に伴って前記電機子巻線に発生するサージ電圧の発生期間（ＴＡ）が短くなるように、前記スイッチング動作の動作条件を設定する設定処理を行う設定部と、を備えるインバータの制御装置。

【請求項2】

前記動作条件は、前記スイッチのスイッチング速度（ＶＡ）であり、
前記設定部は、前記雰囲気湿度が高い場合に、前記雰囲気湿度が低い場合に比べて、前記スイッチング速度が高くなるように設定する請求項１に記載のインバータの制御装置。

【請求項3】

前記動作条件は、前記スイッチのスイッチング周期（ＦＡ）であり、
前記設定部は、前記雰囲気湿度が高い場合に、前記雰囲気湿度が低い場合に比べて、前記スイッチング周期が長くなるように設定する請求項１又は２に記載のインバータの制御装置。

【請求項4】

前記設定部は、前記制御部が前記スイッチング動作としてターンオン動作の制御を行う場合に、前記ターンオン動作前に前記電機子巻線に流れる電流値が低電流側閾値よりも小さいことを条件として、前記設定処理を行う請求項１～３のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記回転電機の制御量を指令値に制御するために前記スイッチング制御を行い、
前記設定部は、前記制御部が前記スイッチング動作としてターンオフ動作の制御を行う場合に、前記指令値が指令値閾値よりも大きいことを条件として、前記設定処理を行う請求項１～４のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。

【請求項6】

前記設定部は、前記制御部が前記スイッチング動作としてターンオフ動作の制御を行う場合に、前記ターンオフ動作前に前記電機子巻線に流れる電流値が高電流側閾値よりも大きいことを条件として、前記設定処理を行う請求項１～５のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。

【請求項7】

前記設定部は、前記制御部が前記スイッチング動作としてターンオフ動作の制御を行う場合に、前記回転電機の回転速度が速度閾値よりも低いことを条件として、前記設定処理を行う請求項１～６のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。

【請求項8】

前記設定部は、前記回転電機の温度が温度閾値よりも高いことを条件として、前記設定処理を行う請求項１～７のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。

【請求項9】

前記設定部は、前記回転電機の周囲の気圧が気圧閾値よりも低いことを条件として、前記設定処理を行う請求項１～８のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。

【請求項10】

前記システムは、移動体に搭載され、
前記回転電機は、前記移動体を移動させるための動力源である請求項１～９のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多相の回転電機と、回転電機を構成する電機子巻線に電気的に接続されたインバータと、を備えるシステムに適用されるインバータの制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の制御装置は、電機子巻線に電流を流して回転電機の駆動制御を行うために、インバータを構成する各相のスイッチのスイッチング制御を行う。ここで、スイッチング制御におけるスイッチング動作に伴ってサージ電圧が発生する。サージ電圧が増大し、２相の電機子巻線間で部分放電が発生した場合、回転電機の劣化を招くおそれがある。

【0003】

サージ電圧を低減するための制御装置として、特許文献１には、回転電機の雰囲気湿度が判定値を超える高湿度時において、電機子巻線の印加電圧の極性が反転する場合のスイッチング動作様態を変更するものが開示されている。詳しくは、制御装置は、電機子巻線の印加電圧の極性が反転する場合において、２相の電機子巻線間における電位差の上昇を抑制するようなスイッチング動作を行う。これにより、高湿度時において、電機子巻線の表面電荷により２相の電機子巻線間に生じる電界を弱くすることができ、部分放電の発生の抑制を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－２２６２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、雰囲気湿度が相対的に高い場合において部分放電の発生を抑制する技術は、２相の電機子巻線間における電位差の上昇を抑制するものに限られない。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、雰囲気湿度が相対的に高い場合に部分放電の発生を抑制できるインバータの制御装置を提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、多相の回転電機と、前記回転電機を構成する電機子巻線に電気的に接続されたインバータと、を備えるシステムに適用されるインバータの制御装置であって、前記回転電機の駆動制御を行うために、前記インバータを構成する各相のスイッチのスイッチング制御を行う制御部と、前記回転電機の雰囲気湿度が高い場合に、前記雰囲気湿度が低い場合に比べて、前記スイッチング制御における前記スイッチのスイッチング動作に伴って前記電機子巻線に発生するサージ電圧の発生期間が短くなるように、前記スイッチング動作の動作条件を設定する設定処理を行う設定部と、を備える。

【0008】

スイッチング動作に伴いサージ電圧が発生する場合には、そのサージ電圧が所定の高電圧に到達してから時間的な遅れを経て部分放電が発生する。この場合、サージ電圧が所定の高電圧に到達してから部分放電が発生するまでの期間（以下、放電遅れ期間）は、回転電機の雰囲気湿度に依存し、湿度が高いほど、放電遅れ期間が短くなる。部分放電は、放電遅れ期間が経過するまでにサージ電圧が収束しない場合に発生し、放電遅れ期間が短くなることにより、部分放電が発生し易くなる。

【0009】

そこで、本発明では、回転電機の雰囲気湿度が高い場合に、雰囲気湿度が低い場合に比べて、スイッチのスイッチング動作に伴って電機子巻線に発生するサージ電圧の発生期間が短くなるように、スイッチング動作の動作条件を設定するようにした。これにより、雰囲気湿度が相対的に高い場合において、放電遅れ期間が経過するまでにサージ電圧を収束させることができ、部分放電の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】システムの全体構成図。

【図2】ターンオン動作における入力電圧と部分放電との推移を示す図。

【図3】部分放電の発生メカニズムを示す図。

【図4】放電遅れ期間を示す図。

【図5】放電遅れ期間と湿度検出値との関係を示す図。

【図6】第１実施形態に係る設定処理の手順を示すフローチャート。

【図7】第２実施形態に係る設定処理の手順を示すフローチャート。

【図8】湿度検出値とスイッチング速度及びスイッチング周期との関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施形態）
以下、本発明に係るインバータの制御装置を、車載のシステム１００に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0012】

図１に示すように、システム１００は、回転電機１０及びインバータ２０を備えている。本実施形態において、回転電機１０は、ブラシレスの同期機であり、例えば永久磁石同期機である。回転電機１０は、３相の電機子巻線であるＵ，Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗを備えている。

【0013】

回転電機１０は、インバータ２０を介して直流電源としてのバッテリ３０に接続されている。インバータ２０は、上アームスイッチＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨと下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬとの直列接続体を備えている。Ｕ相上，下アームスイッチＳＵＨ，ＳＵＬの接続点ＰＵには、Ｕ相導電部材２２Ｕを介してＵ相巻線１１Ｕの第１端が電気的に接続（以下、単に接続）されている。Ｖ相上，下アームスイッチＳＶＨ，ＳＶＬの接続点ＰＶには、Ｖ相導電部材２２Ｖを介してＶ相巻線１１Ｖの第１端が接続されている。Ｗ相上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬの接続点ＰＷには、Ｗ相導電部材２２Ｗを介してＷ相巻線１１Ｗの第１端が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗの第２端は中性点ＰＴで接続されている。なお、各相の導電部材２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗは、例えば、ケーブル又はバスバーである。

【0014】

本実施形態では、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、より具体的にはＮチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬには、ボディダイオードが内蔵されている。

【0015】

インバータ２０とバッテリ３０との間には、インバータ２０に入力される電圧を平滑化するコンデンサ２３が設けられている。コンデンサ２３の高電位側端子には、バッテリ３０の正極端子が接続され、コンデンサ２３の低電位側端子には、バッテリ３０の負極端子が接続されている。コンデンサ２３の高電位側端子には、上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨの高電位側端子であるドレインが接続されている。コンデンサ２３の低電位側端子には、下アームスイッチＳＵＬ～ＳＷＬの低電位側端子であるソースが接続されている。なお、コンデンサ２３は、インバータ２０外部に設けられていてもよいし、インバータ２０内部に設けられていてもよい。

【0016】

システム１００は、電圧センサ４０、電流センサ４１、回転角センサ４２、温度センサ４３、気圧センサ４４、及び湿度センサ４５を備えている。電圧センサ４０は、コンデンサ２３の端子電圧である電源電圧を検出する。電流センサ４１は、回転電機１０に流れる各相電流のうち、少なくとも２相分の電流を検出する。回転角センサ４２は、例えばレゾルバ又はホール素子で構成され、回転電機１０の電気角を検出する。

【0017】

温度センサ４３は、回転電機１０の温度を検出する。回転電機１０の温度は、例えば、巻線１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗの温度である。気圧センサ４４は、回転電機１０及びインバータ２０の設置環境における大気圧を検出する。湿度センサ４５は、回転電機１０の設置環境における雰囲気湿度を検出する。各センサ４０～４５の検出値は、制御システムに備えられる制御装置５０に入力される。

【0018】

制御装置５０には、電流センサ４１により検出された電流値（以下、電流検出値Ｉ）、回転角センサ４２により検出された電気角θｅ、温度センサ４３により検出された温度（以下、温度検出値ＴＤｒ）、気圧センサ４４により検出された大気圧（以下、気圧検出値Ｐｒ）、湿度センサ４５により検出された雰囲気湿度（以下、湿度検出値Ｈｒ）が入力される。制御装置５０は、電気角θｅに基づいて、回転電機１０の回転速度としての電気角周波数ωｅを算出する。

【0019】

制御装置５０は、回転電機１０の制御量を指令値に制御すべく、入力された各値を用い、インバータ２０を構成する各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬのスイッチング制御を行う。本実施形態において、制御量はトルクであり、指令値はトルク指令値Ｔｒｑ＊である。トルク指令値Ｔｒｑ＊は、例えば、制御装置５０よりも上位の制御装置から入力される。制御装置５０は、デッドタイムＤＴを挟みつつ上，下アームスイッチを交互にオン状態とすべく、上，下アームスイッチに対応する駆動信号ＳＡを、上，下アームスイッチに対して個別に設けられた駆動回路Ｄｒに出力する。駆動信号ＳＡは、オン指令又はオフ指令のいずれかをとる。なお、本実施形態において、制御装置５０は「制御部」に相当する。

【0020】

駆動回路Ｄｒのそれぞれは、駆動信号ＳＡに基づいて、デッドタイムＤＴを設定しつつ、上，下アームスイッチが交互にオン状態とされるようなスイッチング制御を行う。そして、このスイッチング制御により、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬの駆動状態が切り替えられる。

【0021】

スイッチング制御では、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬの駆動状態の切り替えに伴って、各相の巻線１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗのインダクタンスやキャパシタンスに起因する共振によりサージ電圧が発生することがある。サージ電圧が増大し、回転電機１０の各相の巻線１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗに過電圧が印加された場合、図３に示すように、近接する巻線間で部分放電ＨＰが発生し、回転電機１０の劣化を招くおそれがある。特に、湿度検出値Ｈｒが湿度閾値Ｈｔｈよりも高い高湿度時には、各相の巻線１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗに表面電荷が発生しやすく、かつ集中しやすい傾向にあるため、サージ電圧が増大しやすい。

【0022】

図２に、ターンオン動作における入力電圧Ｖｉｎと部分放電ＨＰとの推移を示す。入力電圧Ｖｉｎは、インバータ２０から回転電機１０の各相の巻線１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗにそれぞれ入力される電圧であり、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬのスイッチング動作によりオン電圧Ｖｏｎとオフ電圧Ｖｏｆｆとで切り替えられる。オン電圧Ｖｏｎは、バッテリ３０の正極側電圧に対応した値である。オン電圧Ｖｏｎは、例えば、バッテリ３０の正極側電圧から、インバータ２０の上アームスイッチＳＵＨ～ＳＷＨ等の電圧降下量を差し引いた値である。オフ電圧Ｖｏｆｆはバッテリ３０の負極側電圧に対応した値であり、例えばグランド電圧（０Ｖ）である。

【0023】

以下、上アームを例にして説明する。図２に示すように、上アームスイッチのターンオン動作により入力電圧Ｖｉｎにサージ電圧が発生すると、部分放電ＨＰが発生する場合がある。具体的には、時刻ｔ１に、入力電圧Ｖｉｎがオン電圧Ｖｏｎへの上昇を開始した後、時刻ｔ２に入力電圧Ｖｉｎがオン電圧Ｖｏｎを超えてオーバーシュートし、時刻ｔ３において入力電圧Ｖｉｎが１スイッチング周期における最大値に到達する。その後、入力電圧Ｖｉｎは、最大値から低下し、オン電圧Ｖｏｎになる。本実施形態では、ターンオン動作が開始された後に入力電圧Ｖｉｎがオン電圧Ｖｏｎを上回る期間であって、入力電圧Ｖｉｎが最初にオン電圧Ｖｏｎを上回る時刻ｔ２から、その後入力電圧Ｖｉｎが最初にオン電圧Ｖｏｎになる時刻ｔ５までの期間をサージ発生期間ＴＡと呼ぶ。また、サージ発生期間ＴＡにおける入力電圧Ｖｉｎをサージ電圧と呼ぶ。このサージ発生期間ＴＡにおいて、サージ電圧が所定の高電圧に到達する時刻ｔ３から放電遅れ期間ＴＤ経過後の時刻ｔ４に部分放電ＨＰが発生する。本実施形態では、サージ電圧の最大値を所定の高電圧としている。

【0024】

なお、各相において、上アームスイッチのターンオフ動作の後、下アームスイッチがターンオン動作することで、部分放電ＨＰが発生し得る。具体的には、入力電圧Ｖｉｎは、ターンオフ動作が開始された後に、オン電圧Ｖｏｎから低下し、その後オフ電圧Ｖｏｆｆを下回る。その後、入力電圧Ｖｉｎは、最小値となった後、上昇に転じてオフ電圧Ｖｏｆｆになる。本実施形態では、ターンオフ動作において、その動作の開始後に入力電圧Ｖｉｎがオフ電圧Ｖｏｆｆを下回る期間をサージ発生期間ＴＡと呼び、このサージ発生期間ＴＡにおける入力電圧Ｖｉｎをサージ電圧と呼ぶ。このサージ発生期間ＴＡにおいて、入力電圧Ｖｉｎが所定の低電圧に到達してから放電遅れ期間ＴＤ経過後に部分放電ＨＰが発生する。

【0025】

図３，図４を用いて、放電遅れ期間ＴＤについて説明する。以下では、ターンオン動作の場合を例にして説明する。図３に、近接するＵ相巻線１１ＵとＶ相巻線１１Ｖとを例にして、これら巻線１１Ｕ，１１Ｖの間に発生する部分放電ＨＰの発生メカニズムを示す。図３に示す構成は、例えば、同一スロットに異相の巻線１１Ｕ，１１Ｖが収容されている構成である。図３の吹き出しに拡大して示すように、サージ電圧が所定の高電圧に到達すると、まずＵ相巻線１１ＵとＶ相巻線１１Ｖとの間の電界等によって、巻線１１Ｕ，１１Ｖ近傍の気体分子ＰＡから偶発的に電子ＥＡが電離し、破線円ＣＡに示すように初期電子ＥＰが発生する。図３に矢印ＹＡで示すように、初期電子ＥＰは、Ｕ相巻線１１ＵとＶ相巻線１１Ｖとの間の電界により加速され、他の気体分子ＰＡに衝突する。すると、初期電子ＥＰの衝突により他の気体分子ＰＡから複数の電子ＥＡが電離し、破線円ＣＢに示すように複数の自由電子ＥＢや、電子が離脱することで正に帯電した原子、分子の正イオンといった荷電粒子が発生する。その後、自由電子ＥＢ及び正イオン等の荷電粒子の加速、衝突、及び発生が繰り返されつつ、発生する自由電子ＥＢや正イオンの数が増大することにより、部分放電ＨＰが発生する。

【0026】

図４に図２の一部を拡大して示す。図４に示すように、時刻ｔ３において入力電圧Ｖｉｎが最大値となってから、時刻ｔ４において部分放電ＨＰが発生するまでには、初期電子ＥＰが発生するまでの期間である統計遅れ期間ＴＢ１と、自由電子ＥＢが加速、衝突、及び発生を繰り返す期間である形成遅れ期間ＴＢ２とが必要となる。放電遅れ期間ＴＤは、統計遅れ期間ＴＢ１と形成遅れ期間ＴＢ２とを加えたものである。

【0027】

本発明者らは、統計遅れ期間ＴＢ１及び形成遅れ期間ＴＢ２と回転電機１０の雰囲気湿度との関係について検討を重ね、形成遅れ期間ＴＢ２は雰囲気湿度によらず略一定である一方、統計遅れ期間ＴＢ１は雰囲気湿度により大きく依存することを見出した。具体的には、雰囲気湿度が高いほど、統計遅れ期間ＴＢ１が短くなることを見出した。

【0028】

図５に、放電遅れ期間ＴＤと雰囲気湿度との関係を示す。図５には、雰囲気湿度が２３％，４０％，及び６０％である場合における放電遅れ期間ＴＤが示されている。具体的には、各雰囲気湿度において、１０回分の放電遅れ期間ＴＤのサンプルが取得され、取得された１０回分のサンプルが、昇順に整理されて示されている。

【0029】

図５に示すように、放電遅れ期間ＴＤは、雰囲気湿度が高いほど短くなっている。これは、上述したように、雰囲気湿度が高いほど、統計遅れ期間ＴＢ１が短くなるからである。雰囲気湿度が高いほど、統計遅れ期間ＴＢ１が短くなる原因としては、雰囲気湿度が高いほど、気体分子ＰＡが帯電しやすくなり、気体分子ＰＡから初期電子ＥＰが電離しやすくなったことが考えられる。

【0030】

本発明者らは、この点に着目し、高湿度時には、湿度検出値Ｈｒが湿度閾値Ｈｔｈ以下となる低湿度時に比べてサージ発生期間ＴＡが短くなるように、スイッチング動作の動作条件を設定するようにした。つまり、偶発的な電子ＥＡの電離発生期間である統計遅れ期間ＴＢ１が雰囲気湿度に依存することに着目し、高湿度時には、サージ発生期間ＴＡを短くすることで、初期電子ＥＰが発生しにくくなるようにしたり、初期電子ＥＰが発生した場合でも初期電子ＥＰが部分放電ＨＰまで成長しにくくなるようにしたりする。これにより、高湿度時における部分放電ＨＰの発生が抑制される。

【0031】

続いて、図６を用いて、制御装置５０が実行する設定処理の手順を説明する。この処理は、所定の制御周期で繰り返し実行される。以下では、Ｕ相を例にして説明する。

【0032】

ステップＳ１０では、第１，第２絶縁条件が全て成立しているか否かを判定する。第１，第２絶縁条件は、回転電機１０を構成する各相の巻線１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ周囲の気体分子ＰＡの分子密度が低くなり、回転電機１０を構成するＵ，Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ間の絶縁耐力が低くなる状況であるか否かを判定するための条件である。つまり、部分放電ＨＰは、近接する巻線周囲の気体分子ＰＡを介して発生するものであり、気体分子ＰＡの分子密度が低くなると、気体分子ＰＡ間の距離が長くなる。これにより、自由電子ＥＢが電界により加速される距離が長くなり、自由電子ＥＢが気体分子ＰＡに衝突した場合における衝突エネルギが大きくなる。その結果、部分放電ＨＰが発生しやすくなり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ間の絶縁耐力が低くなる。

【0033】

第１絶縁条件は、気圧検出値Ｐｒが気圧閾値Ｐｔｈよりも低いとの条件である。なお、気圧閾値Ｐｔｈは、例えば、１気圧未満の値（例えば、０．６～０．７気圧）に設定されればよい。第２絶縁条件は、温度検出値ＴＤｒが温度閾値ＴＤｔｈよりも高いとの条件である。なお、温度閾値ＴＤｔｈは、例えば、回転電機１０の許容上限温度に近い温度（例えば、１５０℃）に設定されればよい。

【0034】

ステップＳ１０において第１，第２絶縁条件の少なくとも１つが成立していないと判定した場合には、設定処理の実行条件が成立していないと判定し、設定処理を終了する。

【0035】

一方、ステップＳ１０において第１，第２絶縁条件の全てが成立していると判定した場合には、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、第１駆動条件が成立しているか否かを判定する。第１駆動条件は、上アームスイッチＳＵＨのターンオン動作に伴い発生するサージ電圧が大きくなる状況であるか否かを判定するための条件である。第１駆動条件は、上アームスイッチＳＵＨのターンオン動作前に検出された電流検出値Ｉであるオフ電流値Ｉｏｆｆが低電流側閾値ＩＬｔｈよりも低いとの条件である。なお、低電流側閾値ＩＬｔｈは、上アームスイッチＳＵＨのターンオン動作に伴い発生するサージ電圧が大きくなる状況であること判定できる値に設定され、例えば、１０Ａに設定されればよい。上アームスイッチＳＵＨのターンオン動作に伴うサージ電圧は、下アームスイッチＳＵＬのボディダイオードのリカバリ動作に起因して発生する。

【0036】

ステップＳ１１において第１駆動条件が成立していないと判定した場合には、ステップＳ１２に進む。一方、ステップＳ１１において第１駆動条件が成立していると判定した場合には、設定処理の実行条件が成立していると判定し、ステップＳ１３に進む。

【0037】

ステップＳ１２では、第２～第４駆動条件が成立しているか否かを判定する。第２～第４駆動条件は、上アームスイッチＳＵＨのターンオフ動作に伴い発生するサージ電圧が大きくなる状況であるか否かを判定するための条件である。第２駆動条件は、上アームスイッチＳＵＨのターンオフ動作前に検出された電流検出値Ｉであるオン電流値Ｉｏｎが高電流側閾値ＩＨｔｈよりも高いとの条件である。なお、高電流側閾値ＩＨｔｈは、上アームスイッチＳＵＨのターンオフ動作に伴う相電流の時間変化に起因して発生するサージ電圧が大きくなる状況であること判定できる値に設定され、例えば、回転電機１０の許容上限電流値の８０％に設定されればよい。また、第３駆動条件は、トルク指令値Ｔｒｑ＊が、指令値閾値としてのトルク閾値Ｔｒｑｔｈよりも大きいとの条件である。なお、トルク閾値Ｔｒｑｔｈは、大電流を必要とする状況であること判定できる値に設定され、例えば、回転電機１０の許容上限トルクの８０％に設定されればよい。

【0038】

第４駆動条件は、電気角周波数ωｅが、速度閾値としての低周波数閾値ωｔｈよりも低いとの条件である。なお、低周波数閾値ωｔｈは、高トルクでの駆動され得る状況であることを判定できる値に設定され、例えば、回転電機１０の許容上限回転速度の１０％の値に設定されればよい。

【0039】

ステップＳ１２において第２～第４駆動条件のいずれもが成立していないと判定した場合には、設定処理の実行条件が成立していないと判定し、設定処理を終了する。一方、ステップＳ１２において第２～第４駆動条件の少なくとも１つが成立していると判定した場合には、設定処理の実行条件が成立していると判定し、ステップＳ１３に進む。

【0040】

ステップＳ１３では、湿度検出値Ｈｒが湿度閾値Ｈｔｈよりも高いか否かを判定する。湿度閾値Ｈｔｈは、部分放電ＨＰが発生し易くなる湿度環境であることを判定するための判定値である。湿度閾値Ｈｔｈは、適合等により定められていればよく、例えば、相対湿度６５％に設定されればよい。ステップＳ１３において否定判定した場合には、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬのスイッチング速度ＶＳを第１スイッチング速度ＶＢ１に設定し、設定処理を終了する。

【0041】

一方、ステップＳ１３において肯定判定した場合には、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、上アームスイッチＳＵＨのスイッチング速度ＶＳを、第１スイッチング速度ＶＢ１よりも高い第２スイッチング速度ＶＢ２に設定し、設定処理を終了する。例えば、駆動回路Ｄｒには、上アームスイッチＳＵＨのゲートに接続される充電抵抗体及び放電抵抗体が設けられている。上アームスイッチＳＵＨのターンオン動作において、スイッチング速度ＶＳを第２スイッチング速度ＶＢ２に設定する場合には、第１スイッチング速度ＶＢ１に設定する場合に比べて、充電抵抗体の抵抗値を小さく設定する。これにより、上アームスイッチＳＵＨのゲートへの電荷の流入速度が高くなり、スイッチング速度ＶＳが高くなる。また、制御装置５０は、ターンオフ動作において、スイッチング速度ＶＳを第２スイッチング速度ＶＢ２に設定する場合には、第１スイッチング速度ＶＢ１に設定する場合に比べて、放電抵抗体の抵抗値を小さく設定する。これにより、上アームスイッチＳＵＨのゲートからの電荷の流出速度が高くなり、スイッチング速度ＶＳが高くなる。なお、本実施形態において、ステップＳ１５の処理が「設定部」に相当する。

【0042】

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

【0043】

回転電機１０では、インバータ２０を構成するスイッチＳＵＨ～ＳＷＬのスイッチング動作によりサージ電圧が発生し、サージ電圧の増大により部分放電ＨＰが発生する。サージ電圧が発生してから部分放電ＨＰが発生するまでには、放電遅れ期間ＴＤが存在し、高湿度時には、低湿度時に比べて、放電遅れ期間ＴＤが短くなる。本実施形態では、高湿度時には、低湿度時に比べてサージ発生期間ＴＡが短くなるように、スイッチング動作の動作条件を設定する設定処理が行われる。つまり、高湿度時において、放電遅れ期間ＴＤが相対的に短くなることに対応させて、サージ電圧が収束するまでの時間が短くなるようにサージ電圧の発生期間を制御するようにした。これにより、高湿度時において、放電遅れ期間ＴＤが経過するまでにサージ電圧を収束させることができ、部分放電ＨＰの発生を抑制することができる。

【0044】

本実施形態では、スイッチング動作の動作条件として、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬのスイッチング速度ＶＳを用い、高湿度時には、低湿度時に比べてスイッチング速度ＶＳが高くなるようにした。これにより、各スイッチング周期において、サージ発生期間ＴＡを短くすることができ、部分放電ＨＰの発生を抑制することができる。

【0045】

本実施形態では、スイッチング動作としてターンオン動作を行う場合には、オフ電流値Ｉｏｆｆが低電流側閾値ＩＬｔｈよりも低いと判定されたことを条件にスイッチング速度ＶＳを高める処理が行われる。ターンオン動作では、オフ電流値Ｉｏｆｆが低電流側閾値ＩＬｔｈよりも低い状況で、サージ電圧が増大しやすい。サージ電圧が増大しやすい状況においてのみ上記処理が行われることで、サージ電圧を抑制しつつ、設定処理による制御装置５０の処理負担の軽減を図ることができる。

【0046】

本実施形態では、スイッチング動作としてターンオフ動作を行う場合には、トルク指令値Ｔｒｑ＊がトルク閾値Ｔｒｑｔｈよりも大きいと判定されたことを条件にスイッチング速度ＶＳを高める処理が行われる。ターンオフ動作を行う場合には、トルク指令値Ｔｒｑ＊がトルク閾値Ｔｒｑｔｈよりも大きい状況で、サージ電圧が増大しやすい。サージ電圧が増大しやすい状況においてのみ上記処理が行われることで、サージ電圧を抑制しつつ、設定処理による制御装置５０の処理負担の軽減を図ることができる。

【0047】

また、スイッチング動作としてターンオフ動作を行う場合には、オン電流値Ｉｏｎが高電流側閾値ＩＨｔｈよりも高いと判定されたことを条件にスイッチング速度ＶＳを高める処理が行われる。ターンオフ動作を行う場合には、オン電流値Ｉｏｎが高電流側閾値ＩＨｔｈよりも高い状況で、サージ電圧が増大しやすい。サージ電圧が増大しやすい状況においてのみ上記処理が行われることで、サージ電圧を抑制しつつ、設定処理による制御装置５０の処理負担の軽減を図ることができる。

【0048】

さらに、スイッチング動作としてターンオフ動作を行う場合には、電気角周波数ωｅが低周波数閾値ωｔｈよりも低いと判定されたことを条件にスイッチング速度ＶＳを高める処理が行われる。ターンオフ動作を行う場合には、電気角周波数ωｅが低周波数閾値ωｔｈよりも低い状況で、サージ電圧が増大しやすい。サージ電圧が増大しやすい状況においてのみ上記処理が行われることで、サージ電圧を抑制しつつ、設定処理による制御装置５０の処理負担の軽減を図ることができる。

【0049】

温度検出値ＴＤｒが温度閾値ＴＤｔｈよりも高いと判定されたことを条件にスイッチング速度ＶＳを高める処理が行われる。温度検出値ＴＤｒが温度閾値ＴＤｔｈよりも高い状況は、回転電機１０の絶縁耐力が低くなる状況である。このような状況においてのみ上記処理が行われるため、サージ電圧を抑制しつつ、設定処理による制御装置５０の処理負担の軽減を図ることができる。

【0050】

気圧検出値Ｐｒが気圧閾値Ｐｔｈよりも低いと判定されたことを条件にスイッチング速度ＶＳを高める処理が行われる。気圧検出値Ｐｒが気圧閾値Ｐｔｈよりも低い状況は、回転電機１０の絶縁耐力が低くなる状況である。このような状況においてのみ上記処理が行われるため、サージ電圧を抑制しつつ、設定処理による制御装置５０の処理負担の軽減を図ることができる。

【0051】

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図７を参照しつつ説明する。本実施形態では、設定処理において、スイッチング動作の動作条件として、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬのスイッチング周期ＦＡを用いる点で第１実施形態と異なる。

【0052】

図７に、本実施形態の設定処理のフローチャートを示す。なお、図７において、先の図６に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付して説明を省略する。

【0053】

図７に示すように、本実施形態の設定処理では、ステップＳ１３において否定判定した場合には、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、回転電機１０の制御を、第１スイッチング周期ＦＢ１を用いた制御に設定し、設定処理を終了する。

【0054】

一方、ステップＳ１５において肯定判定した場合には、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、回転電機１０の制御を、第１スイッチング周期ＦＢ１よりも長い第２スイッチング周期ＦＢ２を用いた制御に設定し、設定処理を終了する。例えば、ステップＳ２１では、駆動信号ＳＡの生成に用いるキャリア周波数をステップＳ２０の場合よりも低く設定することにより、第１スイッチング周期ＦＢ１よりも第２スイッチング周期ＦＢ２を長くする。

【0055】

高湿度時にスイッチング周期ＦＡを相対的に長く設定することで、回転電機１０の駆動期間におけるサージ発生期間ＴＡの発生頻度が少なくなる。これにより、回転電機１０の駆動期間に占めるサージ発生期間ＴＡの割合を少なくすることができ、部分放電ＨＰの発生を抑制することができる。なお、本実施形態において、ステップＳ２１の処理が「設定部」に相当する。

【0056】

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

【0057】

・移動体としては、車両に限られず、船舶又は航空機などであってもよい。移動体が船舶の場合、回転電機が船舶の航行動力源となり、移動体が航空機の場合、回転電機が航空機の飛行動力源となる。特に、移動体が航空機の場合、飛行高度により回転電機の雰囲気湿度が大きく変化しやすいため、雰囲気湿度によりサージ電圧の発生期間を制御し、部分放電の発生を抑制することが有効となる。

【0058】

・インバータを構成するスイッチとしては、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。この場合、スイッチの高電位側端子がコレクタとなり、低電位側端子がエミッタとなる。また、この場合、スイッチにフリーホイールダイオードが逆並列に接続されていればよい。

【0059】

・インバータ及び回転電機は、３相のものに限らず、２相のものであっても４相以上のものであってもよい。つまり、インバータ及び回転電機は、多相のものであればよい。

【0060】

・回転電機の制御量はトルクに限らず、例えば回転速度であってもよい。

【0061】

・上記実施形態では、湿度閾値Ｈｔｈにより高湿度時と低湿度時と区分し、高湿度時と低湿度時とでスイッチング速度ＶＳ又はスイッチング周期ＦＡを切り替える例を示したが、これに限られない。例えば、図８に示すように、湿度検出値Ｈｒが高いほど、スイッチング速度ＶＳを高くしたり、スイッチング周期ＦＡを長くしたりしてもよい。

【0062】

・本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【符号の説明】

【0063】

１０…回転電機、１１Ｕ…Ｕ相巻線、１１Ｖ…Ｖ相巻線、１１Ｗ…Ｗ相巻線、２０…インバータ、５０…制御装置、１００…システム、ＳＵＨ～ＳＷＬ…スイッチ、ＴＡ…サージ電圧の発生期間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】