逆变装置和车辆控制装置的制作方法

本发明涉及下述的技术，该技术涉及逆变装置和车辆控制装置，其中，可保护开关元件，并且可确保足以应对上坡或越过台阶等的场合的转矩。

背景技术：

在控制电动汽车、混合动力汽车的驱动用马达的驱动控制装置中，通过驱动多个开关元件，使交流电流流过马达。像图13所示的那样，由于所流过的电流针对每个相，伴随转子的角度而变化，使交流电流流过马达，故如果转子停止，则使直流电流流过。比如，在于图13中，在相位角为90°使转子停止的状态，使电流流动的场合，在图14的箭头的线路中，流过作为交流的峰值电流值的直流电流。于是，在于上坡或台阶的地方启动马达时，在电动汽车等没有移动或非常慢地出发的场合，由于使直流电流连续地流过，在特定的开关元件中集中地流过电流，故具有开关元件产生异常的可能性。

于是，在现有技术(1)中，在马达的转数在阈值以下时，限制马达的最大转矩(专利文献1)。

在现有技术(2)中，提出了下述的方式，其中，根据检测开关元件的温度的温度传感器的检测温度、与通过推算开关元件的温度的温度推算机构而推算的推算温度限制转矩，保护开关元件(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：jp特开2007－331646号公报

专利文献2：jp特开2013－162732号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

在现有技术(1)中，由于限制启动时的最大转矩，故具有无法爬坡或越过台阶高度差的可能性。在原始的输出转矩具有富裕的车辆中，即使在限制转矩的情况下，也许不产生这样的情况，但是不是这样的场合的情况很多。在输出转矩没有富裕的车辆中，由于在启动时形成足够的转矩，故在通常行驶中不必要求的开关元件的尺寸大，包括开关元件的驱动控制装置的整体的体积和重量大，并且成本也高。

在现有技术(2)中，虽然开关元件的推算温度正确，但是，在推算到高于开关元件的实际的温度的程度的场合，具有比上述实际的温度快地施加保护的转矩不足的可能性。在推算到低于开关元件的实际的温度的程度的场合，具有即使在针对应保护开关元件的温度，仍无法对该开关元件进行保护，开关元件仍产生异常的可能性。另外，软件变复杂。

另外，在现有技术(2)中，属于温度传感器比开关元件少的情况，但是，在于全部的开关元件中设置温度传感器，通过其温度限制转矩的场合，虽然正确地进行转矩限制，但是，由于温度传感器和检测电路的数量增加，故成本变高。

本发明的目的在于提供一种逆变装置和车辆控制装置，其中，不使开关元件增大到必要尺寸以上的程度，可从热性能方面保护开关元件，并且可确保足以应对上坡或越过台阶高度差等的场合的转矩。

用于解决课题的技术方案

本发明的逆变装置13包括：逆变器31，该逆变器31通过由各相的半导体构成的开关元件4的开闭，将直流电流转换为与驱动对象的马达6的形式相对应的交流电流；逆变器控制部5，该逆变器控制部5控制该逆变器31，

上述逆变器控制部5具有转矩限制部40，该转矩限制部40通过转矩限制值而限制上述马达6的转矩；

上述转矩限制值包括：

通过马达6的转数而确定的转数对应转矩限制值；

短时间高转矩限制值，该短时间高转矩限制值以仅仅短时间，以上述马达6可输出的高转矩，限制上述转矩；

上述转矩限制部40在上述马达6的启动时，将上述转数对应转矩限制值与上述短时间高转矩限制值中的较大的一者的值用于上述转矩限制。

上述短时间高转矩限制值中的上述“短时间”和上述“高转矩”采用比如通过试验和模拟中的一者或两者等，使开关元件没有产生异常的短时间、高转矩。

上述“短时间”采用比如数百ms。上述“高转矩”采用在某条件成立时，以短时间大于转数对应转矩限制值的转矩限制值。

转数对应转矩限制值比如设定在形成即使于马达6的转数为0min^－1，仍使电流连续流动的情况下，马达6和开关元件4均不产生异常的电流值的转矩。

按照该方案，在马达6的启动时，在通过马达6的转数而确定的转数对应转矩限制值大于可仅仅短时间地输出的短时间高转矩限制值的场合，通过转矩限制部40选择马达6的转数造成的转数对应转矩限制值，进行与马达转数相对应的转矩限制，可抑制马达6的过负荷，没有使开关元件4大到必要尺寸以上的程度，从热性能方面对该开关元件4进行保护。

转矩限制部40在短时间高转矩限制值大于转数对应转矩限制值的场合，通过仅仅以该短时间而输出的高转矩，进行转矩限制，比如，可确保足以应对上坡或越过台阶高度差等的场合的转矩。

上述转矩限制部40也可具有多个上述短时间高转矩限制值。上述多个短时间高转矩限制值既可伴随时间的推移而依次出现，也可在同时期重合。

在上述多个短时间高转矩限制值伴随时间的推移而依次出现的场合，比如，即使在用力踩下加速踏板或慢慢地踩下加速踏板，经过首先的短时间高转矩限制值的时间的情况下，仍可将伴随时间的推移而出现的另一短时间高转矩限制值用于与转数对应转矩限制值的比较。

在上述多个短时间高转矩限制值具有在同期重合的部分的场合，可在同时期采用转矩限制值最高的短时间高转矩限制值，将其与转数对应转矩限制值的比较。比如，在强力地踩下加速踏板时，由于多个短时间高转矩限制值在基本相同的时期产生，转矩阈值最低的限制值最长，故可以该时间而输出高转矩。

上述逆变控制部5也可具有对输入到该逆变器控制部5中的转矩指令值，计算进行规定的控制的转矩控制值的功能；

上述转矩限制部40在上述转矩控制值为阈值以下的状态经过设定时间，在经过该设定时间后，上述转矩指令值超过上述阈值时，从上述转矩指令值超过上述阈值的时刻起，以允许时间(time_on1)，将trq2作为短时间高转矩限制而设定。短时间高转矩限制值也可在经过允许时间(time_on1)后，设置下降时间ts，慢慢地减小转矩限制值。

上述阈值为通过设计等方式而任意地确定的阈值，比如按照通过试验和模拟中的任意一者或两者等，求出适合的时间的方式确定。

上述设定时间、上述允许时间和上述下降时间分别为通过设计等方式而任意地确定的时间，比如按照通过试验和模拟中的任意一者或两者等，求出适合的时间的方式确定。另外，上述下降时间也可为零。

按照该方案，通过将转矩控制值为阈值以下的状态经过设定时间的情况作为短时间高转矩限制值的条件，即使在反复地踩下加速踏板的情况下，仍可将短时间高转矩限制值用于与转数对应转矩限制值的比较。

上述转矩限制部40还可按照上述阈值越小，使上述允许时间越长的方式设置。换言之，上述阈值越大，上述允许时间越短。其原因在于：由于如果转矩限制值高，则开关元件4的温度也高，故作为可由此而输出高转矩的时间的允许时间短。

也可包括检测或推算冷却上述逆变器31的冷却水的温度的水温检测机构43，上述转矩限制部40按照通过上述水温检测机构43而检测或推算的冷却水的温度越低，使上述允许时间越长的方式设置。可通过像这样，对应于冷却水的温度，使上述允许时间的长度变化，可进行精细的转矩限制。

本发明的车辆控制装置16装载本发明的上述任意者的方案的逆变装置13，上述马达6为车辆的行驶驱动用的马达。按照该方案，本发明的逆变装置13获得前述的各效果。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为通过俯视图而表示装载本发明的实施方式的车辆控制装置的车辆的构思方案的方框图；

图2为表示该车辆控制装置的逆变装置的结构例子的方框图；

图3为表示该逆变装置中的逆变器的结构例子的图；

图4为表示通过马达转数而设定的转数对应转矩限制值的例子的图；

图5为表示可短时间输出的短时间高转矩限制值的例子的图；

图6为表示短时间高输出限制值的成立条件例子的图；

图7为表示具有多个短时间高输出限制值的例子的图；

图8为表示具有多个短时间高输出限制值的另一例子的图；

图9为表示求出最终的转矩限制值的例子的图；

图10为表示求出最终的转矩限制值的另一例子的图；

图11为表示求出最终的转矩限制值的还一例子的图；

图12a为通过俯视图而表示装载本发明的另一实施方式的车辆控制装置的车辆的构思方案的方框图；

图12b为通过俯视图而表示装载本发明的还一实施方式的车辆控制装置的车辆的构思方案的方框图；

图13为三相交流的电流波形的曲线图；

图14为表示直流电流流过时的线路的例子的图。

具体实施方式

<第1实施方式>

根据图1～图11，对本发明的实施方式进行说明。

<车辆的构思方案>

图1为通过俯视图而表示装载本实施方式的驱动控制装置的车辆的构思方案的方框图。该车辆为下述的4轮的电动汽车，在该电动汽车中，构成车身1的左右的后轮的车轮2为驱动轮2，构成左右的前轮的车轮3为从动轮。构成前轮的车轮3为操舵轮。构成驱动轮的车轮2、2分别通过可独立驱动的行驶用的马达6而驱动。各马达6构成后述的内轮马达驱动装置imm。在各车轮2、3上设置制动器。此外，作为形成左右的前轮的操舵轮的车轮3、3可经由在图中没有示出的转舵机构而转舵，通过方向盘等的操舵机构15而操舵。

马达6为三相的马达，比如为埋入磁铁型同步马达，在埋入磁铁型同步马达中，在转子的磁芯部的内部设置永久磁铁。该马达6为下述的马达，其中，在固定于外壳上的定子与安装于旋转输出轴上的转子之间，设置径向间隙。

<控制系统>

图2为该驱动控制装置的逆变装置的结构例子的方框图。像图1和图2所示的那样，车辆控制装置16包括作为电子控制单元的车辆控制ecu14，该车辆控制ecu14进行汽车整体的控制；逆变装置13、13，该逆变装置13按照该车辆控制ecu14的转矩指令值，进行行驶驱动用的左右的马达6、6的控制；传感器类。在车辆为电动汽车的场合，车辆控制ecu也称为vcu(车辆控制单元)。

像图1和图2所示的那样，车辆控制ecu14包括指令转矩运算部14a。该指令转矩运算部14a根据图示之外的加速传感器所输出的加速指令、与图示之外的制动传感器所输出的减速指令，将提供给左右的马达6、6的加速、减速指令作为指令转矩值(指令转矩)而形成。上述加速传感器检测加速踏板等的加速操作机构20的操作量，按照该已检测的操作量输出加速指令。上述制动传感器检测制动踏板等的制动操作机构21的操作量，按照该已检测的操作量，输出减速指令。指令转矩运算部14a按照分配给左右的马达6、6的方式将已形成的转矩指令值输出给各逆变装置13。

像图2所示的那样，各逆变装置13包括电源电路部28与马达控制部29。马达控制部29包括马达驱动控制部30、转矩限制部40、转数检测机构41和水温检测机构43。马达控制部29具有将涉及该马达控制部29所具有的内轮马达驱动装置iwm(图1)的各检测值和控制值等的各信息输出给车辆控制ecu14的功能。

各电源电路部28包括逆变器31，该逆变器31将电池bt(图1)的直流电转换为用于马达6的驱动的三相的交流电；pwm驱动器32，该pwm驱动器32驱动该逆变器31。像图2和图3所示的那样，逆变器31为由针对各相u、v、w的上下的开关元件4(up、un、vp、vn、wp、wn)构成的桥接电路，将电池bt(图1)的直流电通过由半导体构成的上述开关元件4的开闭，转换为模拟的正弦波状的三相的交流电。开关元件4采用比如igbt或mos－fet等的半导体开关元件。逆变器31的各相的输出端与马达6的各相的输入端连接。

像图2所示的那样，马达控制部29由计算机和在其内运行的程序与电子电路构成，马达控制部29包括作为构成基本结构的控制部的马达驱动控制部30。马达驱动控制部30对电流指令进行运算，该电流指令与从车辆控制ecu14经由转矩限制部40而提供的转矩指令值相对应，相对该电流指令，进行从电流传感器38而获得所检测的马达电流，进行追踪的电流反馈控制(权利要求3的“规定的控制”)。马达驱动控制部30通过电流反馈控制，计算相当于转矩控制值的电压指令，将电压指令提供给电源电路部28的pwm驱动器32。通过马达控制部29和pwm驱动器32，构成控制逆变器31的逆变器控制部5。

转矩限制部40通过转矩限制值，对马达6的转矩进行限制。作为转矩限制值，包括通过马达6的转数而确定的转数对应转矩限制值(图4)与通过仅仅短时间地，使马达6可输出的高转矩，限制上述转矩的短时间高转矩限制值(图5)。

转矩限制部40在马达6的启动时，将上述转数对应转矩限制值与上述短时间高转矩限制值中的较大者的值用于上述转矩限制。

[马达启动时的转矩限制]

<马达转数的转数对应转矩限制值>

图4为表示通过马达转数而设定的转数对应限制值的例子的图。在后面，还适当参照图2而进行说明。

转矩限制部40像图4的(a)所示的那样，在从转数检测机构41而提供的马达6的转数小于某阈值rot1时，将马达6的转矩限制在最大转矩以下的某转矩限制值trq1。

另外，像图4的(b)所示的那样，马达6的转数为0min^－1，转矩限制值为最大转矩以下的转矩限制值trq1，伴随马达6的转数的提高，使转矩限制值增加，可以某转数rot2输出最大转矩。在此场合，由于转矩平滑地上升，故没有振动等的现象。转数检测机构41从旋转角检测机构33而获得马达6的转子的旋转角，比如通过对已获得的旋转角进行微分处理等的方式，可检测马达6的转数。

即使在马达6的转数为0min^－1，使电流连续流过的情况下，转矩限制值trq1仍设定在形成马达6和开关元件4(图3)均没有产生异常的电流值的转矩。在这里，采用马达6的转数，但是，转矩限制部40也可采用车轮速度，以相当于上述马达6的转数rot1、rot2的车轮速度而进行控制。

<短时间高转矩限制值>

图5为表示短时间高转矩限制值的例子的图。

像图2和图5的(a)所示的那样，转矩限制部40在某条件成立时，以短时间(允许时间)time_on1而将大于trq1(图4)的trq2作为转矩限制值。另外，像图5的(b)所示的那样，在上述条件成立时，在将大于trq1(图4)的trq2作为转矩限制值，经过允许时间time_on1后，在下降时间ts，将转矩限制值慢慢地降低到0。在此场合，在经过允许时间time_on1后，转矩限制值平缓地下降，由此，马达6的转矩平滑地降低，因此，没有车辆的振动等的情况。

另外，也可按照允许时间time_on1和从该允许时间time_on1而延长的短时间高转矩限制值的下降时间ts，将短时间高转矩限制值用于与上述转数对应转矩限制值的比较。

<短时间高转矩限制值的成立条件例子>

图6为表示短时间高转矩限制值的成立条件例子的图。

像图2和图6所示的那样，转矩限制部40在作为上述成立条件，转矩限制值为阈值trqthre1以下的状态经过设定时间(time_off以上)，于经过该设定时间后，转矩指令值超过阈值trqthre1时，从上述转矩限制值超过阈值trqthre1的时刻起，按照允许时间time_on1，将trq2设定为短时间高转矩限制值。

在允许时间time_on1，设定在将转矩限制值设定为过阈值trqthre1，处于温度饱和的状态，施加高转矩trq2的时间。在逆变装置13具有检测或推算冷却逆变器31的冷却水的温度的水温检测机构43的场合，转矩限制部40也可实现通过水温检测机构43而检测或推算的冷却水的温度越低，上述允许时间time_on1越长，冷却水的温度越高，上述允许时间time_on1越短。

比如，在逆变器31的冷却水路中设置水温传感器42，水温检测机构43将由通过水温传感器42而测定的电压等构成的测定值转换为温度。此外，也可根据开关元件4(图3)的温度推算冷却水的温度。也可根据没有使电流流过检测温度的开关元件4(图3)时的温度检测值推算冷却水的温度，还可根据流过该开关元件4(图3)的电流推算温度上升值，根据该温度上升推算值和温度检测值推算冷却水的温度。

对于上述time_off1以上的设定时间，设定在高转矩trq2经过time_on1的时间后，开关元件温度下降到规定温度时的时间。由于上述time_off1以上的设定时间非常长而达到直至开关元件温度完全下降时的时间，故也可为直至基本下降时的时间。上述设定时间通过实验或模拟而适当设定。

<设定多个短时间高转矩限制值的例子>

图7为表示具有多个短时间高转矩限制值的例子的图。

像图2和图7所示的那样，也可形成转矩限制值40具有多个短时间高转矩限制值的方案。在慢慢地(平缓地)提高转矩限制值的场合，首先，由于转矩限制值超过阈值trqthre1，故在从此时，到time_on1(比如，500ms)的期间，短时间高转矩限制值1为trq2，然后平缓地下降。

另外，由于如果提高转矩限制值，转矩限制值超过阈值trqthre2，故在从此时到time_on2(比如，300ms)的期间，短时间高转矩限制值2为trq2，然后平缓地下降。另外由于如果提高转矩指令值，转矩指令值超过阈值trqthre3，故在从此时到time_on3(比如，100ms)的期间，短时间高转矩限制值3为trq2。

在短时间高转矩限制值仅仅为1个(短时间高转矩限制值1)的场合，即使于转矩指令值超过阈值trqthre1的情况下，如果转矩指令值本身低，仍产生最大转矩之前，允许时间time_on1结束，由此，即使在转矩指令值为最大转矩情况下，仍不施加最大转矩。

在相对该情况，具有多个短时间高转矩限制值的场合，由于从超过阈值trqthre2、trqthre3时，设定施加最大转矩的时间，故如果踩下加速踏板，则可施加最大转矩。

通过像这样，设置多个短时间高转矩限制值，可与慢慢地踩下加速踏板时，或与用力踩下的场合相对应。另外，如果设定为trqthre1＜trqthre2＜trqthre3，则按照处于time_on1＞time_on2＞time_on3的关系的方式设定时间。其原因在于：由于如果转矩限制值高，则开关元件4(图3)的温度也高，故以该量而产生高转矩的时间短。

图8为具有多个短时间高转矩限制值的另一例子的图。

在图8中，在急剧地提高转矩指令值的场合。在此场合，3个短时间高转矩限制值在基本相同的时期，为trq2。

<求出最终的转矩限制值的例子>

图9为表示求出最终的转矩限制值的例子的图。

由于在踩下加速踏板，在时间t1的时刻，短时间高转矩限制值上升，该短时间高转矩限制值高于马达的转数造成的转矩限制值，故形成最终的转矩限制值。经过此后的时间，短时间高转矩限制值下降，相反地，马达转数上升，由此，转数造成的转矩限制值上升，因此，从中途(时间t2)，转数造成的转矩限制值为最终的转矩限制值。

图10为表示在马达转数没有上升的场合，求出最终的转矩限制值的另一例子的图。在该此场合，由于在踩下加速踏板，时间t1的时刻，短时间高转矩限制值上升，该短时间高转矩限制值高于马达的转数的转矩限制值，故形成最终的转矩限制值。然后，在短时间高转矩限制值小于转数造成的转矩限制值trq1时，转数造成的转矩限制值为最终的转矩限制值。

比如，在缓慢地提高转矩指令值，马达不旋转时，像图11所示的那样，由于在时间t3的时刻，短时间高转矩限制值上升，该短时间高转矩限制值高于马达的转数造成的转矩限制值，故形成最终的转矩限制值。然后，在短时间高转矩限制值小于转数造成的转矩限制值trq1的时间t4～t5，转数造成的转矩限制值为最终的转矩限制值。由于在时间t5的时刻，短时间高转矩限制值高于转数造成的转矩限制值trq1，故该短时间高转矩限制值为最终的转矩限制值。由于在此后的时间t6，转数造成的转矩限制值高于短时间高转矩限制值，故转数造成的转矩限制值为最终的转矩限制值。

<作用效果>

按照以上描述的逆变装置13，在马达6的启动时，可通过马达转数造成的转矩限制，在开关元件4不在必要尺寸的程度以上的情况下对该开关元件4进行保护。另外，由于通过短时间高转矩限制，比如数百ms的短时间高转矩可输出，故即使在上坡或高差等处，马达6仍可启动。在具有多个短时间高转矩限制值的场合，还可对应于加速踏板的用力踩下或缓慢踩下的场合。将转矩限制值连续在阈值以下的情况作为短时间高转矩限制值的条件，由此还可应对反复地踩下加速踏板的场合。

<另一实施方式>

在以下的说明中，对于对应于通过各实施方式而在先说明的事项的部分，采用同一标号，省略重复的说明。在仅仅对结构的一部分进行说明的场合，对于结构的其它的部分，只要没有特别的记载，与在先说明的方式相同。同一结构实现同一作用效果。不仅可进行通过实施的各方式而具体描述的部分的组合，而且如果没有特别地对组合产生妨碍，还可部分地将实施的方式之间组合。

在内轮马达驱动装置中，可采用摆线式的减速器、行星减速器、2轴并行减速器、其它的减速器。

在前述的实施方式中，对在具有内轮马达驱动装置的电动汽车中采用车辆控制装置的例子进行了说明，但是，也可像图12a所示的那样，在于车身1上设置2个马达6、6和与各马达6相对应的减速器7、7，通过这些马达6、6驱动作为左右的驱动轮的车轮3、3的2个马达车载型的车辆中，具有车辆控制装置。

也可像图12b所示的那样，通过装载于车身1上的1个马达6而驱动作为左右的驱动轮的车轮2、2的1个马达车载型的车辆上，设置车辆控制装置。

还可在图1、图12a、图12b中，通过马达6而驱动的左右的驱动轮为前后轮的任意者。另外，还可为四轮驱动。马达6也可不夹设减速器而驱动驱动轮的直接马达。

实施方式的逆变装置也可不仅仅装载于车辆上，还可装载于比如机库、产业机械等上。

以上，对用于根据实施方式实施发明的方式进行了说明，本次公开的实施方式在全部的方面是列举性的，没有限制性。本发明的范围不通过上述的说明，而通过权利要求书而给出，应包括与权利要求书等同的含义和范围内的全部的变更。

标号的说明

标号4表示开关元件；

标号5表示逆变器控制部；

标号6表示马达；

标号13表示逆变装置；

标号16表示车辆控制装置；

标号31表示逆变器；

标号40表示转矩限制部；

标号43表示水温检测机构。