(57)【要約】      （修正有）【課題】電気機械の相に印加される電圧の振幅を制御できる三相電気機械の制御方法を提供する。【解決手段】インバータ２０から三相電気機械３０を制御する方法である。空間ベクトル変調の複素表現の各セクタは、３つのサブセクタに細分化される。サブセクタは、アクティブベクトルを中心とする中央サブセクタと、第１ゼロシーケンスベクトルと関連付けられた第１横サブセクタと、中央サブセクタから見て第１横サブセクタとは反対側であって、第２ゼロシーケンスベクトルと関連付けられた第２横サブセクタとを含む。本方法は、制御ベクトルが位置するサブセクタに関連付けられた制御ベクトルにより定義される値を用いて、中性点に対し測定される、電気機械３０の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の端子における電圧を制御するステップを備える。【選択図】図２
2020089265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ（２０）から三相の電気機械（３０）を制御する方法において、
前記インバータ（２０）は、その入力として直流電圧を入力され、出力として前記電気機械（３０）を制御することを可能とする三相電圧を出力し、
前記インバータは、３つのブランチを備え、前記３つのブランチはそれぞれ、上部スイッチ（ｌ１、ｌ３、ｌ５）と、下部スイッチ（ｌ２、ｌ４、ｌ６）を備え、
各スイッチ（ｌ１、ｌ２、ｌ３、ｌ４、ｌ５、ｌ６）は、開位置又は閉位置に切り替え可能であり、
前記ブランチの上部スイッチの位置は、常に同一のブランチの下部スイッチの位置とは逆であり、
前記インバータの前記ブランチの前記スイッチの同時位置は、３つの２値素子を含む制御ベクトル（Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７）、すなわち前記スイッチの可能な位置の様々な組み合わせを表現する８つのベクトルにより表現され、
前記ブランチの全ての前記上部スイッチ（ｌ１、ｌ３、Ｌ５）が開位置にある場合のベクトルは、第１「ゼロシーケンス」ベクトル（Ｖ０）であり、前記ブランチの全ての前記上部スイッチ（ｌ１、ｌ３、ｌ５）が閉位置にある場合のベクトルは、第２「ゼロシーケンス」ベクトル（Ｖ７）であり、その他のベクトルは「アクティブベクトル」と呼ばれ、
前記「アクティブベクトル」（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６）は、６つの制御セクタ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）を複素表現として区切り、前記複素表現において、各セクタ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）の中心に前記アクティブベクトル（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６）があり、前記電気機械（３０）の設定点制御は、前記電気機械のロータの回転によりセクタからセクタへと移動する制御ベクトル（Ｖ＊）により表現され、
前記方法は、
各セクタ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）が３つのサブセクタに細分化され、前記サブセクタは、前記アクティブベクトルを中心とする中央サブセクタと、前記第１ゼロシーケンスベクトル（Ｖ０）と関連付けられた第１横サブセクタと、前記中央サブセクタから見て前記第１横サブセクタとは反対側であって、前記第２ゼロシーケンスベクトル（Ｖ７）と関連付けられた第２横サブセクタとを含む、という事実により特徴付けられ、
前記制御ベクトル（Ｖ＊）が位置するサブセクタに関連付けられた制御ベクトル（Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７）により定義される値を用いて、中性点に対し測定される、前記電気機械（３０）の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の端子における電圧を制御するステップを備える
ことを特徴と、する方法。
【請求項２】
前記第１横サブセクタが前記中央サブセクタに先行し、前記第２横サブセクタが第１、第３及び第５の前記制御ベクトルに対応する各セクタにおける前記中央サブセクタに続く、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１横サブセクタが前記中央サブセクタに先行し、前記第２横サブセクタが第２、第４及び第６の前記制御ベクトルに対応する各セクタにおける前記中央サブセクタに続く、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
各セクタ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）の前記中央サブセクタに対応する角度セクタの角度（θＶＸ）は、０とπ／３ラジアンの間である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
各セクタ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）の中央サブセクタに対応する角度セクタの角度（θＶＸ）は、次の式を使用してラジアンで定義される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【数１】
2020089265.tif 000023
ここで|→（Vαβnorm）|は、正規化された制御ベクトル（Ｖ＊）のノルムを表す。
【請求項６】
前記方法が全波空間ベクトル変調である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
三相の電気機械（３０）を制御するためのインバータ（２０）であって、
前記インバータ（２０）は、直流電圧を前記電気機械（３０）を制御することを可能にする三相電圧に変換することが可能であり、
前記インバータは、３つのブランチを備え、前記３つのブランチはそれぞれ、上部スイッチ（ｌ１、ｌ３、ｌ５）と、下部スイッチ（ｌ２、ｌ４、ｌ６）を備え、
各スイッチ（ｌ１、ｌ２、ｌ３、ｌ４、ｌ５、ｌ６）は、開位置又は閉位置に切り替え可能であり、
前記ブランチの上部スイッチの位置は、常に同一のブランチの下部スイッチの位置とは逆であり、
前記インバータの前記ブランチの前記スイッチの同時位置は、３つの２値素子を含む制御ベクトル（Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７）、すなわち前記スイッチの可能な位置の様々な組み合わせを表現する８つのベクトルにより表現され、
前記ブランチの全ての前記上部スイッチ（ｌ１、ｌ３、Ｌ５）が開位置にある場合のベクトルは、第１「ゼロシーケンス」ベクトル（Ｖ０）であり、前記ブランチの全ての前記上部スイッチ（ｌ１、ｌ３、ｌ５）が閉位置にある場合のベクトルは、第２の「ゼロシーケンス」ベクトル（Ｖ７）であり、その他のベクトルは「アクティブベクトル」と呼ばれ、
前記「アクティブベクトル」（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６）は、６つの制御セクタ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）を複素表現として区切り、前記複素表現において、各セクタ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）の中心に前記アクティブベクトル（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６）があり、前記電気機械（３０）の設定点制御は、前記電気機械のロータの回転によりセクタからセクタへと移動する制御ベクトル（Ｖ＊）により表現され、
前記インバータ（２０）は、セクタ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）が３つのサブセクタに細分化され、前記サブセクタは、前記アクティブベクトルを中心とする中央サブセクタと、前記第１ゼロシーケンスベクトル（Ｖ０）と関連付けられた第１横サブセクタと、前記中央サブセクタから見て前記第１横サブセクタとは反対側であって、前記第２ゼロシーケンスベクトル（Ｖ７）と関連付けられた第２横サブセクタとを含む、という事実により特徴付けられ、
前記制御ベクトル（Ｖ＊）が位置するサブセクタに関連付けられた制御ベクトル（Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７）により定義される値を用いて、中性点に対し測定される、前記電気機械（３０）の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の端子における電圧を制御するよう構成されている
ことを特徴とするインバータ（２０）。
【請求項８】
前記第１横サブセクタが前記中央サブセクタに先行し、前記第２横サブセクタが第１、第３及び第５の前記制御ベクトルに対応する各セクタの中央サブセクタに続く、請求項７に記載のインバータ（２０）。
【請求項９】
前記第１横サブセクタが前記中央サブセクタに先行し、前記第２横サブセクタが前記第２、第４及び第６の制御ベクトルに対応する各セクタの中央サブセクタに続く請求項７に記載のインバータ。
【請求項１０】
各セクタの中央サブセクタに対応する角度セクタの角度（θＶＸ）は、０とπ／３ラジアンの間である、請求項７〜９のいずれかに記載のインバータ（２０）。
【請求項１１】
各セクタ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）の中央サブセクタに対応する角度セクタの角度（θＶＸ）は、ラジアンにより、以下の数式により定義される、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のインバータ（２０）。
【数２】
2020089265.tif 000024
ここで|→Vαβnorm|は、正規化された制御ベクトル（Ｖ＊）のノルムを表す。
【請求項１２】
自動車用の電気駆動系（１）であって、
前記電気駆動系（１）は、三相電気機械（３０）、及び請求項７〜１１のいずれか１項に記載のインバータ（２０）を含み、直流電圧から前記電気機械（３）の相電圧を生成可能とされた、電気駆動系（１）。
【請求項１３】
直流電圧を規定するインタフェースを介してインバータ（２０）に接続された高電圧電力電池（１０）を含む、請求項１２に記載の駆動系（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相電気機械の制御に関し、より詳細には、特に自動車用のインバータから三相電気機械を制御するためのシステム及び方法に関する。本発明は、特に、その周波数の動的切り替えによるインバータの制御のための効果的な解決策を提供するように構成され、特に、電気機械のロータの回転速度範囲を拡大することを可能にする。
【背景技術】
【０００２】
当技術分野で知られているように、電気自動車又はハイブリッド自動車は、高電圧の車載電気ネットワークを介して高電圧電力電池によって電力を供給される電気駆動系と、低電圧の車載電気ネットワークを介して低電圧電力電池によって電力を供給される複数の補助電気装置とを備える。
【０００３】
高電圧電源電池は、電気駆動系にエネルギーを供給して車両を推進する機能を実現する。より具体的には、車両の車輪を駆動する電気機械を制御するために、高電圧電力電池によって供給される直流電圧を１つ又は複数の交流制御電圧、例えば正弦波電圧に変換できるようにするインバータを使用することが当技術分野で知られている。
【０００４】
当技術分野で知られている方法では、インバータは、電気機械に動力を供給するエネルギーが伝達される電子電力コンポーネントと、電子電力コンポーネントを制御できるようにする電子制御ユニットとを含む。これらの電子電力コンポーネントには、特に、電子制御ユニットによって生成されたパルス幅変更（ＰＷＭ）信号によって開閉されるスイッチが含まれる。
【０００５】
三相電気機械の場合、インバータは、高電圧電池によって供給される電圧から、電気機械の三相を制御する３つの電圧を、例えば１２０°だけ位相シフトして生成する。この目的のため、インバータは３つのブランチを備え、各ブランチには上部スイッチと下部スイッチがあり、ブランチの上部スイッチの位置は、常にこの同じブランチの下部スイッチの位置の逆である。ブランチの各上部スイッチは０又は１の位置にある可能性があるため、インバータのスイッチ構成の合計８つ（２３）の可能な組み合わせがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最も単純な方式では、スイッチのスイッチングは、通常は「第３高調波注入を伴う」正弦波である、キャリアと変調波との比較から生じる固定周波数で達成される。ただし、「交差ＭＬＩ方式」として知られるこのような方式には、電気機械の各相に最大可能電圧を供給せず、スイッチングによる実質的な損失につながり、電気機械のロータの回転速度範囲を制限するという重大な欠点がある。これは、変調器の周波数は必然的にキャリアの周波数よりも低いためである。従って、当技術分野では、空間ベクトル変調（ＳＶＭ）として知られる交差ＭＬＩのデジタル等価物を使用することが知られている。
【０００７】
当技術分野で知られている方法では、インバータのスイッチの同時位置を表す各構成は、当業者によって「αβ」として知られる複素平面内の「制御ベクトル」と呼ばれるベクトルによって表すことができ、８つのベクトルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７の２次元表現を与える。「アクティブなベクトル」と呼ばれるベクトルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、及びＶ６は、複素平面（六角形表現）の６つの制御セクタを区切る。各セクタは、２つの隣接するベクトルの間に延びる部分である。３つの上部スイッチの「０」位置に対応するベクトルＶ０は「第１ゼロシーケンスベクトル」と呼ばれ、３つの上部スイッチの「１」位置に対応するベクトルＶ７は「第２ゼロシーケンスベクトル」と呼ばれる。電気機械の設定値制御は、この表現では「参照ベクトル」と呼ばれるベクトルで表される。このベクトルは、制御ベクトルと呼ばれ、電気機械のロータの回転に伴ってセクタからセクタへと移動する。制御ベクトルは、それが配置されているセクタのベクトルと、ゼロシーケンスベクトルの1つのベクトルの2つのコンポーネントとして表される。換言すれば、制御ベクトルは３つのベクトルの組み合わせの形式で表される。従って、相電圧の各セクタ生成は、固定周波数で繰り返されるスイッチの３つの構成の切替によって実現される。セクタの選択を変更するなど、交差ＭＬＩと比較して利点があるが、固定周波数でシーケンスを実行するという行為には、交差ＭＬＩと同じ欠点がある。
【０００８】
これらの欠点を改善するために、「１８０°」又は「６ステップ」ＳＶＭとしても知られる「全波」ＳＶＭを使用することが当技術分野で知られている。変調タイプを使用する解決法では、各セクタは、制御ベクトルがそのセクタ内にある場合にスイッチの構成を定義するために使用されるアクティブなベクトルを中心とする。言い換えれば、制御ベクトルは、それが配置されているセクタのアクティブなベクトルに対してのみ表現される。この場合、スイッチング周波数は可変であり、電気機械のロータの回転速度に依存する。従って、スイッチのスイッチング周波数、従ってスイッチングによって生じる損失が大幅に削減される。 固定周波数のスイッチング方式と比較すると、このような方式は、電気機械の各相でより高い電圧を供給し、スイッチングによって発生する損失を少なくし、電気機械のロータの回転速度範囲を増加させることも可能にする。
【０００９】
この方式の１つの欠点は、インバータの直流入力電圧を制御することを除いて、電気機械の相に印加される電圧の振幅を制御できないことであり、達成するには過度に複雑又は費用がかかる。しかし、電気機械によって供給されるトルクを広範囲にわたって制御するには、電気機械の相に印加される電圧の振幅の制御が必要である。したがって、これらの変動の測定を可能にする単純で信頼性があり効果的な解決策が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
したがって、本発明の１つの目的は、インバータから三相電気機械を制御する方法であり、前記インバータは、その入力で直流電圧を受け取り、その出力で電気を可能にする三相電圧を供給する。制御される機械、インバータはそれぞれ上部スイッチと下部スイッチを含む３つのブランチを含み、各スイッチは開位置又は閉位置に切り替えることができ、ブランチの上部スイッチの位置は常に同じブランチの下位スイッチの位置とは逆である。
【００１１】
前記インバータの前記ブランチの前記スイッチの同時位置は、３つの２値素子を含む制御ベクトル、すなわち前記スイッチの可能な位置の様々な組み合わせを表現する８つのベクトルにより表現される。ブランチの全ての上部スイッチが開位置にある場合のベクトルは、第１「ゼロシーケンス」ベクトルであり、ブランチの全ての前記上部スイッチが閉位置にある場合のベクトルは、第２「ゼロシーケンス」ベクトルであり、その他のベクトルは「アクティブベクトル」と呼ばれる。アクティブベクトルは、６つの制御セクタを複素表現として区切る。複素表現において、各セクタの中心にアクティブベクトルがあり、前記電気機械の設定点制御は、前記電気機械のロータの回転によりセクタからセクタへと移動する制御ベクトルにより表現される。この方法は、各セクタが３つのサブセクタに細分化され、前記サブセクタは、前記アクティブベクトルを中心とする中央サブセクタと、前記第１ゼロシーケンスベクトルと関連付けられた第１横サブセクタと、前記中央サブセクタから見て前記第１横サブセクタとは反対側であって、前記第２ゼロシーケンスベクトルと関連付けられた第２横サブセクタとを含む、という事実により特徴付けられる。この方法は、前記制御ベクトルが位置するサブセクタに関連付けられた制御ベクトルにより定義される値を用いて、中性点に対し測定される、前記電気機械の各相の端子における電圧を制御するステップを備える。
【００１２】
第１の実装では、第１横サブセクタが中央サブセクタに先行し、第２横サブセクタが第１、第３及び第５の制御ベクトルに対応する各セクタの中央サブセクタに続く。
【００１３】
第２の実装では、第１横サブセクタが中央サブセクタに先行し、第２横サブセクタが第２、第４及び第６制御ベクトルに対応する各セクタの中央サブセクタに続く。本発明の一態様によれば、各セクタの中央サブセクタに対応する角度セクタの角度は、次の式によりラジアンで定義される。
【００１４】
【数１】
2020089265.tif 000003
【００１５】
ここで、｜→Ｖαβｎｏｒｍ｜は、正規化制御ベクトル（Ｖ＊）のノルムを表している。
各セクタの中央サブセクタに対応する角度セクタの角度は、好ましくは、０とπ／３ラジアンの間である。本発明の一態様によれば、この方法は全波空間のベクトル変調である。
【００１６】
本発明はまた、三相の電気機械の制御インバータに関する。前記インバータは、直流電圧を電気機械を制御することを可能にする三相電圧に変換することができる。前記インバータは、３つのブランチを有し、ブランチの各々は、上部スイッチと下部スイッチとを有する。各スイッチは、開位置と閉位置とに切り替え可能である。上部スイッチの位置は、常に同一のブランチの下部スイッチの位置とは逆である。インバータのブランチのスイッチの同時位置は３つの二値素子を有する制御ベクトル、すなわち、スイッチの可能な位置の異なる組合せを表現する８個のベクトルにより表現される。
【００１７】
ブランチの全ての上部スイッチが開位置であるベクトルは、第1のゼロシーケンスベクトルであり、ブランチの全ての上部スイッチが閉位置であるベクトルは、第２ゼロシーケンスベクトルである。他のベクトルは、「アクティブベクトル」と呼ばれる。アクティブベクトルは、複素表現において６つの制御セクタを区切る。複素表現において、各セクタは、その中心にアクティブベクトルを有する。電気機械の設定点制御は、電気機械のロータの回転に伴いセクタからセクタへと移動する制御ベクトルにより表現される。前記インバータは、各セクタが３つのサブセクタに細分化され、サブセクタはアクティブベクトルを中心とする中央サブセクタ、第１ゼロシーケンスベクトル（Ｖ０）と関連付けられた第１横サブセクタと、中央サブセクタから見て第１横サブセクタとは反対側であって、第２ゼロシーケンスベクトル（Ｖ７）と関連付けられた第２横サブセクタとを含む、という事実により特徴付けられる。インバータは、前記中性点に対し測定され、制御ベクトルが位置するサブセクタに関連付けられた制御ベクトルにより定義される値に等しい、電気機械の各相の端子に電圧を印加するよう構成される。
第１の実装では、第１横サブセクタが中央サブセクタに先行し、第２横サブセクタが第１、第３及び第５制御ベクトルに対応する各セクタの中央サブセクタに続く。第２の実装では、第１横サブセクタが中央サブセクタに先行し、第２横サブセクタが、第２、第４及び第６の制御ベクトルに対応する各セクタの中央サブセクタに続く。
本発明の一態様によれば、各セクタの中央サブセクタに対応する角度セクタの角度は、次の式によりラジアンで定義される。
【００１８】
【数２】
2020089265.tif 000004
【００１９】
ここで、｜→Ｖαβｎｏｒｍ｜は、正規化制御ベクトル（Ｖ＊）のノルムを表す。各セクタの中央サブセクタに対応する角度セクタの角度は、好ましくは、０とπ／３ラジアンの間である。
【００２０】
本発明は、自動車用の電気駆動系にも関し、前記駆動系は、前述のように、直流電圧から前記電気機械の相電圧を生成することができる三相電気モーター及びインバータを含む。
【００２１】
本発明の１つの特徴によれば、駆動系は、直流電圧を規定するインタフェースを介してインバータに接続された高電圧電力電池を含む。
【００２２】
本発明は、上記の電気駆動系を含む電気またはハイブリッド車両にも関する。本発明は、非限定的な例として与えられる添付図面を参照する例としてのみ与えられる以下の説明を読むことでよりよく理解され、そこでは同一の参照符号が近似する物に与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（以前にコメントされた）先行技術の空間ベクトル変調における制御ベクトル及びセクタの表現を示す。
【図２】本発明によるインバータの実装を概略的に示す。
【図３】本発明による空間ベクトル変調における制御ベクトル及びセクタの表現を示す図である。
【図４】２つの隣接するセクタ及びそれらのサブセクタの詳細な線形表現を概略的に示す。
【図５Ａ】従来技術の全波タイプの方式による、図２のインバータの第１のブランチの下部スイッチＩ２の端子に印加される信号の例である。
【図５Ｂ】従来技術の全波タイプの方式による、図５Ａの信号による、図２のインバータの第１のブランチの下側スイッチＩ２の制御を含むスイッチの制御中の、相Ｕと相Ｖとの間の正規化された差動電圧信号の一例である。
【図５Ｃ】従来技術の全波タイプの方式による、図５Ａの信号による、図２のインバータの第１のブランチの下側スイッチＩ２の制御を含むスイッチの制御中の、相Ｕの端子における電圧信号の一例である。
【図６Ａ】本発明による方式を用いた、図２のインバータの第１のブランチの下部スイッチＩ２の端子に印加される信号の一例である。
【図６Ｂ】図６Ａの信号による図６Ａの信号による図２のインバータの第１のブランチの下側スイッチＩ２の制御を含むスイッチの制御中のＵ相とＶ相との間の正規化された差動電圧信号の例である。
【図６Ｃ】本発明による方式を用いた図６Ａの信号による図２のインバータの第１ブランチの下部スイッチＩ２の制御を含むスイッチの制御中のＵ相の端子での電圧信号の一例である。  図面は、本発明を実施するために本発明を詳細に説明し、適用可能な場合、本発明の定義を改善するために前記図面を使用することができることに留意されたい。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に記載される説明において、本発明は、電気自動車又はハイブリッド自動車への適用において説明されるが、これは本発明の範囲を限定するものではない。
【００２５】
図２には、自動車用の電気駆動系の電気回路図の例が示されている。この電気駆動系は、高電圧電力電池１０、インバータ２０及び電気機械３０を含む。高圧電力電池１０は、インバータ２０に接続されて、電気機械３０にエネルギーを供給する機能を実施して、そのロータを回転させる。また高電圧電力電池１０は、例えば自動車の制動中に電気機械から供給されるエネルギーを収集する機能を果たす。高電圧電力電池１０は、通常、１００Ｖから９００Ｖの間、好ましくは１００Ｖから５００Ｖの間の電圧を供給する。電気エネルギーによる高電圧電力電池１０の再充電は、家庭用ＡＣ電気ネットワークなどの電力ネットワークなどの外部電気に接続することによっても達成できる。
【００２６】
電気機械３０は、好ましくは高電圧電力電池１０によって供給されるエネルギーから車両の車輪を駆動するように構成された回転電気機械である。より具体的には、電気機械３０は、多相電流の電力源によって駆動される交流電気機械である。例えば、電気機械３０は交流モータであり得る。以下に説明する好ましい例では、電気機械３０は三相電流源によって電力供給されるが、これは本発明の範囲を限定するものではない。
【００２７】
この例では、電気機械３０は、インバータによって制御される。この目的のために、インバータ２０は、高電圧電力電池１０によって提供される直流電流を３つの交流制御電流、例えば正弦波電流に変換するように構成される。言い換えれば、インバータ２０の機能は、高電圧電力電池１０によって入力に供給される直流を、電気機械３０を制御できるようにする三相電流に変換することである。逆に、別の動作モードでは、電気機械３０はまた、３つの交流電流をインバータ２０に供給して、インバータ２０がそれらを直流に変換して、高電圧電力電池１０を充電できるようにすることができる。インバータ２０は、電子制御ユニット２１０と、電気機械に供給するエネルギーが伝達される電子電力コンポーネントとを備える。
【００２８】
これらの構成要素は、高電圧電力電池１０によって供給される直流電圧を交流相電圧に変換して、電気機械３０に給電することを可能にする。これらの構成要素は、特に、電子スイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６を含む。これらは、例えば電気回路に配置された半導体トランジスタの形を取り、電気機械３０との間の電気エネルギーの制御された伝達を可能にする。
【００２９】
電子制御ユニット２１０は、特に、スイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６が、高圧電力電池１０から受けた直流電圧を、電気機械３０のＵ、Ｖ、Ｗ層の３つの交流制御電圧に変換する機能を達成するよう、スイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６を制御することができる。インバータ２０は、３つのブランチを備え、各ブランチは、上部スイッチＩ１、Ｉ３、Ｉ５及び下部スイッチＩ２、Ｉ４、Ｉ６を備える。各スイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６は、開位置又は閉位置に切り替わることができる。ブランチの上部スイッチＩ１、Ｉ３、Ｉ５の位置は、常に同じブランチの下部スイッチｌ２、ｌ４、ｌ６の位置の逆である。
【００３０】
インバータ２０のブランチのスイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６の同時位置は、３つの二値素子、すなわち８つのベクトルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７を含む制御ベクトルによって表される。ベクトルＶ０〜Ｖ７は、スイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６の可能な位置の様々な組み合わせを表す。換言すれば、各制御ベクトルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７は、スイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６のすべての位置の状態に対応する。ベクトルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、及びＶ６は、「アクティブベクトル」と呼ばれる。これは、これらのベクトルに関連するスイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６の構成が使用されるとき、電気機械３０の少なくとも１つの相の端子の電圧がゼロでないためである。アクティブなベクトルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、及びＶ６は、６つの制御セクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を、複素表現において区切る。複素表現において、各セクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の中心にアクティブなベクトルがあり、ベクトルＶ０は「第１ゼロシーケンスベクトル」と呼ばれ、ベクトルＶ７は「第２ゼロシーケンスベクトル」と呼ばれる。
【００３１】
電子制御ユニット２１０は、電気機械３０が制御されることを可能にする設定点を受け取り（又は生成し）、制御ベクトルＶ＊を決定するように構成される。この制御ベクトルＶ＊は、本文において参照ベクトルとも呼ばれる。参照ベクトルは、受け取られた設定点を表す。この制御ベクトルＶ＊は、当技術分野で知られている方法により、セクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６からセクタＳ１、Ｓ２、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６に電気機械３０のロータの回転とともに反時計回りに移動する。
【００３２】
電子制御ユニット２１０は、制御ベクトルＶ＊が所与の時点でどのサブセクタに位置するかを決定し、制御ベクトル（Ｖ＊）が位置するサブセクタに関連付けられた制御ベクトルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７により定義される値に等しく、中性点に対し測定される、前記電気機械３０の各相Ｕ、Ｖ、Ｗの端子に電圧を印加するよう構成される。
【００３３】
この目的のために、電子制御ユニット２１０は、スイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６を制御して、それらを制御ベクトルＶ＊が位置するサブセクタに関連付けられている制御ベクトルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７に対応する構成にするように構成される。そのような制御は、電子制御ユニット２１０によるスイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６へのＰＷＭ（パルス幅変調）信号の生成及び送信により達成される。そのようなＰＷＭの生成は当技術分野で知られているため、ここでは詳細に説明しない。
【００３４】
図３は、本発明に係る、セクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の制御ベクトルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７、及び空間ベクトル変調におけるサブセクタの制御ベクトルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７の表現を示す。電気機械３０のＵ、Ｖ、Ｗ相のバランスが取れていると仮定すると、これは、以下の関係を与える。
【００３５】
【数３】
2020089265.tif 000005
【００３６】
ここで、ｖＵＮ、ｖＶＮ、ｖＷＮは、電気機械３０のＵ、Ｖ、Ｗ各相の端子の電圧を表している。電気機械３０のＵ、Ｖ、Ｗ相の中心点における電圧ｖＮは、次の数式により定義される。
【００３７】
【数４】
2020089265.tif 000006
【００３８】
ここで、αＵ、αＶ、αＷは、インバータ１の直流入力電圧Ｖｄｃに乗算されたときに、インバータ１の３つのブランチの下部スイッチｌ２、ｌ４、ｌ６の端子における電圧を与える係数である。従って、正規化電圧ｖＮｎｏｒｍは、次の式のように記載される。
【００３９】
【数５】
2020089265.tif 000007
【００４０】
同様に、電気機械３０のＵ、Ｖ、Ｗ各相の端子における正規化電圧は、次のように記載される。
【００４１】
【数６】
2020089265.tif 000008
【数７】
2020089265.tif 000009
【数８】
2020089265.tif 000010
【００４２】
ここから、次の式が導かれる。
【００４３】
【数９】
2020089265.tif 000011
【数１０】
2020089265.tif 000012
【数１１】
2020089265.tif 000013
【００４４】
すなわち、複素平面αβにおいて、正規化された制御ベクトルＶ＊は、次のように示される。
【数１２】
2020089265.tif 000014
【００４５】
この場合、この例ではコンコルディア変換が選択されているが、その推論はクラーク変換にも有効である。これらの様々なパラメータの値は、制御ベクトルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７のそれぞれについて以下の表１に要約することができる。
【００４６】
【表１】
2020089265.tif 000015
【００４７】
各セクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６は、それ自体が以下の３つのサブセクタに細分される。
・前記アクティブベクトルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６に関連付けられ、セクタのアクティブベクトルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６を中心とする中央サブセクタ
・第１ゼロシーケンスベクトルＶ０に関連付けられた第１横サブセクタ
・中央サブセクタから見て第１横サブセクタの反対側であって、第２ゼロシーケンスベクトルＶ７に関連付けられた第２横サブセクタ
【００４８】
図４は、制御ベクトルＶＸ（Ｘ＝１、２、３、４又は５）及び制御ベクトルＶＸ＋１を中心とする２つの隣接セクタＳＸ、ＳＸ＋１の細分化の詳細な例を示している。各セクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６は３つのサブセクタに分割される。中央のサブセクタは、以下の式を用いてラジアンで定義される角度θＶＸに亘って制御ベクトルＶＸ、ＶＸ＋１を中心としている。
【数１３】
2020089265.tif 000016
【００４９】
全波制御として、以下の式が成立することが知られている。
【数１４】
2020089265.tif 000017
すなわち、
【数１５】
2020089265.tif 000018
ここで、
｜→Ｖαβｎｏｒｍ｜は、正規化制御ベクトルのノルムを示している。
従って、以下が成立する。
【数１６】
2020089265.tif 000019
この発明によれば、唯一のケースは、
【数１７】
2020089265.tif 000020
すなわち、
【数１８】
2020089265.tif 000021
となる場合である。
【００５０】
横方向のサブセクタは同一の角度であり、中央のサブセクタを囲む。サブセクタの1つは第１ゼロシーケンスベクトルＶ０に関連付けられ、他のサブセクタは第２ゼロシーケンスベクトルＶ７に関連付けられる。加えて、そして好ましくは、２つの隣接する横方向サブセクタであるが、２つの異なるセクタに属するものは、同じゼロシーケンスセクタ（第１ゼロシーケンスベクトルＶ０又は第２ゼロシーケンスベクトルＶ７）に関連付けられる。
【００５１】
制御ベクトルに関連付けられる２つの可能なシーケンスＶＭＦＷ１、ＶＭＦＷ２は、全波（ＦＷ）方式で使用されるシーケンスと比較して、以下の表２に表される。
【００５２】
【表２】
2020089265.tif 000022
【００５３】
従って、制御ベクトルＶ＊は、ゼロシーケンスベクトルＶ０又はＶ７と連続して関連付けられ、続いて、制御ベクトルＶ＊が位置するセクタＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６のアクティブベクトルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６と関連付けられ、それに続いて他のゼロシーケンスベクトルＶ７又はＶ０等と関連付けられることが観察される。これにより、電気機械３０のＵ、Ｖ、Ｗ相の端子の正及びゼロ電圧を交互に切り替えることができる。電気機械３０のＵ、Ｖ、Ｗ相の端子でのこのような交番により、電気機械の相の端子でのＲＭＳ電圧振幅を、電池電圧の値に関係なく変化させることができる。全波方式は許容されない。
【００５４】
駆動系１が動作しているとき、電子制御ユニット２１０は、シーケンスＶＭＦＷ１又はＶＭＦＷ２の１つ又は他方に従ってスイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６を制御して、中性点に対して測定された電気機械３０の各Ｕ、Ｖ、Ｗ相の端子の電圧が、制御ベクトルＶ＊が位置するサブセクタに関連付けられた制御ベクトルＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７によって定義される値（表１で与えられる）に等しくされる。
【００５５】
図５Ａ〜図５Ｃでは、制御ベクトルＶ＊によって取られる値が、全波方式に従って、アクティブベクトルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の連続値に等しい、電気機械のＵ相の制御の例が示されている。Ｕ相の端子での正規化された電圧信号の値は、アクティブベクトルＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６の値に連続して等しく（図５Ｃ）、Ｕ相の端子における正規化された電圧信号の周波数の３分の１でのインバータ２０の第１のブランチの下部スイッチＩ２において、０と１の交互に現れることを可能にすることが観察される。
【００５６】
図６Ａ〜６Ｃでは、制御ベクトルＶ＊によって取られる値が、本発明に従って定義されるＶＭＦＷ１又はＶＭＦＷ２シーケンスの連続値に等しい、電気機械のＵ相の制御の例が示されている。スイッチＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６のスイッチング周波数は、全波方式の場合よりも３倍高いことが確認されている。アクティブベクトルの移動順序は全波方式の場合と同一であるが、ゼロシーケンスベクトルＶ０、Ｖ７のいずれかと交互になる。その効果は、電気機械３０のＵ、Ｖ、Ｗ各相の端子に印加されるＲＭＳ電圧の振幅を制御することができる、ということである。
【００５７】
本発明による方式は、スイッチング周波数、従ってスイッチングによる損失を全波方式と比較して増加させるが、固定周波数方式と全波方式の利点を組み合わせることができる。すなわち、拡張された回転速度範囲を有し、電気機械３０のＵ、Ｖ、Ｗ各相の端子で利用可能な電圧が可変であり、その最大値が固定周波数スイッチング方式よりも高い。例えば、固定周波数方式及び/又は全波方式を置き換えるか、単に2つの方式間の移行を提供することができる。
【図１】
2020089265.tif 000025
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
2020089265.tif 000032
【図６Ｂ】
2020089265.tif 000033
【図６Ｃ】
2020089265.tif 000034
【外国語明細書】
2020089265000001.pdf