(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に電気機械（１４）を制御するために、空間ベクトル変調によってインバータ（１０）を制御する方法（６０）であって、前記インバータ（１０）が複数の制御可能なスイッチ（Ｓ）を備え、特に電気機械（１４）に複数相により電流を供給するために、複数相の電流（ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ）を供給するように構成されており、基準位相角（ａｌｐｈａ＿Ｒ）があらかじめ設定されており、電流空間ベクトル（Ｉ＊）の形式で前記電流（ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ）を供給するために、前記インバータ（１０）を、前記スイッチ（Ｓ）の連続した複数の異なる切換状態（Ｖ０〜Ｖ７）が設定されるように制御する方法（６０）において、
前記インバータ（１０）が、前記基準位相角（ａｌｐｈａ＿Ｒ）とは異なる位相角（ａｌｐｈａ＿Ｉ）を有する前記電流空間ベクトル（Ｉ＊）を供給し、少なくともいずれか１つの前記スイッチ（Ｓ）の出力損失（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）および／または温度（ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ）に応じて、前記位相角（ａｌｐｈａ＿Ｉ）と前記基準位相角（ａｌｐｈａ＿Ｒ）との差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）を決定することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
全ての前記スイッチ（Ｓ）における最大の損失（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）および／または最高の温度（ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ）を有する２つまたは３つの前記スイッチ（Ｓ）の出力損失（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）および／または温度（ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ）を考慮する方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
２つまたは３つの前記スイッチ（Ｓ）の最大の損失（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）が実質的に等しいか、または最大で所定値（ｄｅｌｔａ＿Ｔ）だけ互いに異なるように前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）を設定する方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法において、
前記出力損失の関数（ＧＰＳ，ＧＰＡ）に応じて前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）を決定し、前記関数（ＧＰＳ，ＧＰＡ）が、前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）に応じて、少なくとも１つの前記スイッチ（Ｓ）の出力損失の変化をもたらす方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
いずれか１つの前記スイッチ（Ｓ）の温度（ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ）が他のスイッチ（Ｓ）の温度（ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ）よりも高く、前記関数（ＧＰＳ，ＧＰＡ）の値が所定の値範囲（ｄｅｌｔａ＿ＧＰ）よりも小さい場合に前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）を増大し、
前記関数（ＧＰＳ，ＧＰＡ）の値が前記所定の値範囲（ｄｅｌｔａ＿ＧＰ）よりも大きい場合に前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）を低減し、
前記関数（ＧＰＳ，ＧＰＡ）の値が前記所定の値範囲（ｄｅｌｔａ＿ＧＰ）内である場合に前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）を一定不変に保持する方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の方法において、
前記関数（ＧＰＳ，ＧＰＡ）が、前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）に応じて、２つの前記スイッチ（Ｓ）の出力損失の変化をもたらす方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、
３つの前記スイッチのうち２つのスイッチの温度が実質的に等しく、前記関数（ＧＰＳ，ＧＰＡ）の値が所定の値範囲（ｄｅｌｔａ＿ＧＰ）よりも小さい場合に前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）を増大し、
前記関数（ＧＰＳ，ＧＰＡ）の値が前記所定の値範囲（ｄｅｌｔａ＿ＧＰ）よりも大きい場合に前記差（ｄｅｌｔａ＿ｂｅｔａ）を低減し、
前記関数（ＧＰＳ，ＧＰＡ）の値が前記所定の値範囲（ｄｅｌｔａ＿ＧＰ）内である場合に前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）を一定不変に保持する方法。
【請求項８】
請求項４または５に記載の方法において、
前記関数（ＧＰＳ，ＧＰＡ）が、前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）に応じて、最高温度を有するスイッチの出力損失の変化をもたらす方法。
【請求項９】
請求項６または７に記載の方法において、
前記関数（ＧＰＳ，ＧＰＡ）が、前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）に応じて、最高温度を有する２つの前記スイッチ（Ｓ）の出力損失の変化をもたらす方法。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法において、
前記インバータ（１０）がさらに複数のフリーホイールダイオード（Ｄ）を備え、少なくとも１つの前記フリーホイールダイオード（Ｄ）の出力損失（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）および／または温度（ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ）に応じて、前記位相角（ａｌｐｈａ＿Ｉ）の前記差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）を決定する方法。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法において、
前記インバータ（１０）によって前記電気機械（１４）を制御し、前記電気機械（１４）のロータ角度（ａｌｐｈａ＿Ｒ）に応じて前記基準位相角（ａｌｐｈａ＿Ｒ）を決定し、前記ロータ角度（ａｌｐｈａ＿Ｒ）に対応させる方法。
【請求項１２】
電気機械（１４）を制御するために、インバータ（１０）を制御するための装置（１８）であって、前記インバータ（１０）が複数の制御可能なスイッチ（Ｓ）を備え、該スイッチ（Ｓ）が、前記電気機械（１４）に複数相により電流を供給するために、基準位相角（ａｌｐｈａ＿Ｒ）に応じて複数相の電流（ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ）を供給するように制御器（１８）に接続されており、該制御器が電流空間ベクトル（Ｉ＊）の形式で電流（ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ）を供給するために、前記インバータ（１０）が連続した複数の異なる前記スイッチ（Ｓ）の切換状態（Ｖ１〜Ｖ７）をとるように前記インバータ（１０）を制御する装置（１８）において、
前記制御器（１８）が、前記基準位相角（ａｌｐｈａ＿Ｒ）とは異なる位相角（ａｌｐｈａ＿Ｉ）を有する電流空間ベクトル（Ｉ＊）が供給されるように前記インバータ（１０）を制御し、前記位相角（ａｌｐｈａ＿Ｉ）と前記基準位相角（ａｌｐｈａ＿Ｒ）との差（ｄｅｌｔａ＿Ｉ）が少なくともいずれか１つの前記スイッチ（Ｓ）の出力損失（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）および／または温度（ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ）に応じて決定されることを特徴とする装置（１８）。
【請求項１３】
駆動出力を供給するための少なくとも１つの電気機械（１４）と、前記電気機械（１４）を制御するためのインバータ（１０）と、請求項１２に記載のインバータ（１０）を制御する装置（１８）とを備える自動車駆動系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に電気機械を制御するために、空間ベクトル幅変調によってインバータを制御する方法であって、特に電気機械に複数相により電流を供給するために、インバータが複数の制御可能なスイッチを備え、複数相の電流を供給するように構成されており、基準位相角があらかじめ設定されており、電流空間ベクトルの形式で電流を供給するために、スイッチの連続した複数の異なる切換状態が設定されるようにインバータが制御される方法に関する。
【０００２】
さらに本発明は、特に電気機械を制御するために、インバータを制御するための装置であって、インバータが複数の制御可能なスイッチを備え、スイッチが、特に電気機械に複数相により電流を供給するために、基準位相角に応じて複数相の電流を供給するように制御器に接続されており、制御器が、電流空間ベクトルの形式で電流を供給するために、インバータが連続した複数の異なるスイッチの切換状態をとるようにインバータを制御する構成となっている装置に関する。
【０００３】
さらに本発明は、駆動出力を供給するための少なくとも１つの電気機械と、電気機械を制御するためのインバータと、上記形式のインバータを制御するための装置とを備える自動車駆動系に関する。
【背景技術】
【０００４】
一般的には三相電流消費機器および専門的には三相電動機の技術分野では、種々異なる制御方法が既知である。現在では一般に三相電流消費機器を制御するためには空間ベクトル変調を用いた方法が好ましい。この制御方法では、空間ベクトルは、８つの地電圧空間ベクトルを連続的に設定することにより形成される。相電圧を供給するためには、地電圧ベクトルがパルス幅変調方式で切り換えられ、これにより適宜な制御電圧が生成される。
【０００５】
既知の制御方法では、電気消費機器は電力用半導体スイッチを備えるインバータによって制御される。電圧空間ベクトルを生成するための連続する８つの地電圧空間ベクトルの設定は、インバータの所定の電力用半導体スイッチを交互にスイッチオン・オフすることによって実現される。空間ベクトルの回転速度が極めて小さい場合、もしくは、三相電流消費機器が電気機械の場合には、制御される電気機械の回転数が小さい場合に個々の電力用半導体スイッチが極めて頻繁に、もしくは極めて長く接続され、これにより、電流が極めて長く、もしくは極めて頻繁に流れることにより、熱による負荷を加えられる。したがって、電力用半導体スイッチを極めて長いスイッチオン時間および極めて大きい電流のために設計する必要があり、インバータは一般的に技術的に手間がかかる。
【０００６】
電力用半導体スイッチの、特に熱による過負荷に対処するためには、例えばＷＯ２０１０／０００５４８Ａ２において、所定のパルス幅変調周期において遮断された２つの切換状態のいずれか一方の切換状態を省略し、電力用半導体スイッチのスイッチ損失を減じることが提案される。
【０００７】
インバータの個々の電力用半導体スイッチに加えられる、特に熱による負荷は、供給される電流空間ベクトルの位相角に依存しており、供給される電流空間ベクトルの所定の位相角においてインバータの個々の電力用半導体スイッチに加えられる負荷は異なるので、例えばＤＥ１０３９３５１６Ｔ１では、供給される電流空間ベクトルの所定の角度範囲において所定のゼロベクトルを使用し、電力用半導体スイッチのスイッチ損失を減じることが提案される。
【０００８】
所定の制御状態、特に電流空間ベクトルの回転速度が極めて小さい場合には、個々の電力用半導体スイッチが熱により連続的に負荷を加えられ、したがってインバータの所定の状態では、個々の電力用半導体スイッチの過負荷を防止できないことが欠点である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０００５４８Ａ２
【特許文献２】ＤＥ１０３９３５１６Ｔ１
【発明の概要】
【００１０】
したがって、本発明によれば、冒頭に挙げた形式の空間ベクトル変調を用いてインバータを制御する方法が提供され、インバータは、基準位相角とは異なる位相角を有する電流空間ベクトルが供給されるように制御され、位相角と基準位相角との差は少なくともいずれか１つのスイッチの出力損失および／または温度に応じて決定される。
【００１１】
さらに本発明によれば、冒頭に挙げた形式のインバータを制御するための装置が提供され、制御器が、基準位相角とは異なる位相角を有する電流空間ベクトルが供給されるようにインバータを制御するように構成されており、位相角と基準位相角との差は少なくともいずれか１つのスイッチの出力損失および／または温度に応じて決定される。
【００１２】
さらに本発明によれば、駆動出力を供給するための少なくとも１つの電気機械と、電気機械を制御するためのインバータと、上記形式のインバータを制御するための装置とを備える自動車駆動系が提供される。
【発明の利点】
【００１３】
基準位相角とは異なる位相角を有する電流空間ベクトルが供給されることにより、制御可能なスイッチが、特に熱により過負荷を加えられるか、または過負荷を加えられる恐れのある所定の状況においていずれか１つの制御可能なスイッチの負荷を減じることができ、この場合、過負荷を加えられる制御可能なスイッチの負荷を減じ、より大きい負荷を他の制御可能なスイッチに加える位相角を有する電流空間ベクトルが供給される。
【００１４】
これにより、制御可能なスイッチもしくはインバータの相に加えられる負荷を変更し、ひいてはインバータの相に均一に負荷を加えることができる。これにより、結果として、危険な位相角においても、インバータもしくはインバータの相に一面的に過負荷を加えない電流空間ベクトルを供給することができる。したがって、全般的にピーク負荷値がより小さくなるように制御可能なスイッチを設計することができ、これにより全般的に技術的により手間をかけずに、より安価にインバータを作製することができる。さらにインバータのスイッチもしくは相に均一に負荷が加えられることにより、インバータの耐用寿命が全般的に延長される。
【００１５】
好ましくは、全てのスイッチにおいて最大の損失および／または最高温度を有する２つまたは３つのスイッチの出力損失および／また温度が考慮される。
【００１６】
これにより、スイッチの負荷のピーク値を簡単な手段により検出し、減じることができる。
【００１７】
この場合、特に好ましくは、２つまたは３つのスイッチの最大の損失が実質的に等しいかまたは最大で所定値だけ互いに異なるように差が設定される。
【００１８】
これにより、インバータのスイッチもしくは相の均一な負荷を設定することができる。
【００１９】
さらに好ましくは、差は出力損失の関数に応じて決定され、この関数は、位相角の差に応じて少なくとも１つのスイッチの出力損失の変化をもたらす。
【００２０】
これにより、出力損失の変化、ひいては制御可能なスイッチの温度の変化に対する位相角の影響を考慮し、位相角を適宜に変更し、均一な負荷を得ることができる。
【００２１】
さらに好ましくは、いずれか１つのスイッチの温度が他のスイッチの温度よりも高い場合において、関数の値が所定の値範囲よりも小さい場合には位相角が増大され、関数の値が所定の値範囲よりも大きい場合には差が低減され、関数の値が所定の値範囲内である場合には差が一定不変に保持される。
【００２２】
これにより、最大に負荷を加えられる制御可能なスイッチの出力損失および／または温度を迅速かつ正確に調整することができる。なぜなら、出力損失および／または温度の絶対値のみならず、制御可能なスイッチにおける出力損失に対する位相角の影響も考慮されるからである。
【００２３】
特に好ましくは、関数が位相角の差に応じて２つのスイッチの出力損失の変化をもたらす。
【００２４】
これにより、２つのスイッチの相対的な負荷に対する位相角の影響をさらに考慮することができ、したがって出力損失および／または温度の調整が特に効果的になり、インバータの不均一な負荷に迅速かつ効果的に対処することができる。
【００２５】
特に好ましくは、３つのスイッチのうち２つのスイッチの温度が実質的に等しい場合において、関数の値が所定の値範囲よりも小さい場合には差が増大され、関数の値が所定の値範囲よりも大きい場合には差が低減され、関数の値が値範囲内である場合には差は一定不変に保持される。
【００２６】
これにより、特に温度分布に個別に対処することができ、したがってインバータの均一な負荷を設定する方法は、特に効果的になる。
【００２７】
さらに好ましくは、関数が、位相角の差に応じて、最高温度を有するスイッチの出力損失の変化をもたらす。
【００２８】
これにより、いずれか１つのスイッチのピーク負荷を特に効果的に低減もしくは防止することができる。
【００２９】
さらに好ましくは、インバータが複数のフリーホイールダイオードを備えており、少なくとも１つのフリーホイールダイオードの出力損失および／または温度に応じて位相角の差が決定される。
【００３０】
これにより、フリーホイールダイオードの負荷を同様に考慮することができ、個々のフリーホイールダイオードの負荷を全般的に低減することができ、ピーク負荷がより小さくなるようにフリーホイールダイオードを設計することができる。
【００３１】
特に好ましくは、インバータによって電気機械が制御され、基準位相角が電気機械のロータ角度に応じて決定され、特にロータ角度に対応している。
【００３２】
これにより、個々の制御可能なスイッチに過負荷が加えられることなしに回転数が少ない場合にもインバータにより電気機械を制御することができる。
【００３３】
全体として、インバータの相もしくは個々の制御可能なスイッチおよび／または個々のフリーホイールダイオードの負荷を減じ、インバータに、全般的に均一に負荷を加えることができる。なぜなら、電流位相角の差もしくは電流位相角の変化は、制御可能な負荷にむしろわずかな影響しか及ぼさないからである。
【００３４】
本発明による方法の特徴、特性、および利点は、本発明による装置にも当てはまるか、もしくは適用可能であることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】電気消費機器を制御するためのインバータを示す概略図である。
【図２】電気消費機器のインバータを制御するための空間ベクトル変調方法を説明する複合的なベクトル線図である。
【図３】異なる電圧空間ベクトルを設定するための三相電圧の経過を示す概略図である。
【図４】電気機械のロータ角度と電気機械を駆動するための電流空間ベクトルとの間の関係を説明するための複合的なベクトル線図である。
【図５】電流空間ベクトルを設定するための複合的なベクトル線図を示す概略図である。
【図６】代替的な電流空間ベクトルを設定するための複合的なベクトル線図である。
【図７】インバータの制御可能なスイッチの出力損失および／または温度に基づいて電流空間ベクトルを決定するためのフローを示す概略図である。
【図８】本発明による方法を説明するための概略的なフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１には、電気消費機器、特に電気機械を制御するためのインバータが概略的に示され、全体に符号１０が付されている。
【００３７】
インバータ１０は直流電圧源１２に接続されており、この場合には電気機械１４、特に同期機１４として構成された電気消費機器１４に三相式に電流を供給するために用いられる。インバータ１０は３つのハーフブリッジを備え、これらのハーフブリッジは直流電圧源１２に対して並行に接続され、それぞれ２つの制御可能なスイッチＳを備える。スイッチＳの間には、それぞれ電気機械１４の相Ｕ，Ｖ，Ｗの相導体に接続されたそれぞれ１つのハーフブリッジタップ１６が形成されている。
【００３８】
スイッチＳに対して並行に、逆方向の電流を可能にするそれぞれ１つのフリーホイールダイオードＤが接続されている。
【００３９】
図１には、スイッチＳにより供給される相Ｕ，Ｖ，Ｗ、および直流電圧源１２の高電位または直流電圧源１２の低電位への割り当てに応じて、スイッチＳがＳＨＡ，ＳＬＡ，ＳＨＢ，ＳＬＢ，ＳＨＣ，ＳＬＣにより示されている。これに対応してフリーホイールダイオードがＤＨＡ，ＤＬＡ，ＤＨＢ，ＤＬＢ，ＤＨＣ，ＤＬＣにより示されている。
【００４０】
スイッチＳを交互に開閉することにより、相導体Ｕ，Ｖ，Ｗの間にそれぞれ制御電圧が印加され、これに応じて電気機械１４を駆動する相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷがそれぞれ設定される。インバータ１０は、好ましくは半導体スイッチにより形成されている。インバータ１０のスイッチＳは概略的に示された制御ユニット１８によって交互に開閉され、これにより所定の経過を示す相電圧が供給され、電圧空間ベクトルが供給され、これに応じて電気機械１４に相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷが適宜に供給される。この場合、電圧ベクトルはインバータ１０によって供給され、これに続いて、制御される負荷に応じて電流空間ベクトルが適宜に設定される。
【００４１】
図２には、三相電流消費機器１４もしくは電気機械１４を制御するための空間ベクトル変調を説明するための複合的なベクトル線図が示され、全体に符号２０が付されている。
【００４２】
このベクトル線図２０には、電気機械１４の制御角Ａｌｐｈａを有する電圧ベクトルＶ＊が示されている。さらにベクトル線図２０には、インバータ１０の１つまたは２つのスイッチＳが閉じられ、これに応じて電気機械が制御された場合に生じる６つの地電圧ベクトルＶ１、Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６が示されている。例えば、地電圧ベクトルＶ１およびＶ２の間の制御角Ａｌｐｈａを有する電圧ベクトルＶ＊の最長の設定が、地電圧ベクトルＶ１および地電圧ベクトルＶ２に対応してインバータ１０を交互に制御することにより実現される。両方の地電圧ベクトルＶ１，Ｖ２は、所定の切換周波数により交互に設定され、地電圧ベクトルＶ１，Ｖ２のスイッチオン継続時間が等しい場合には３０°の位相角を備える電圧ベクトルＶ＊が生じる。より大きい制御角Ａｌｐｈａを有する電圧ベクトルＶ＊を設定する必要がある場合には、適宜に地電圧ベクトルＶ２のスイッチオン継続時間が延長され、地電圧ベクトルＶ１のスイッチオン継続時間が短縮される。これにより、インバータ１０のスイッチＳの周期的な制御により任意の制御角Ａｌｐｈａを有する電圧空間ベクトルＶ＊を実現することができる。
【００４３】
図２に示すように、地電圧空間ベクトルＶ１，Ｖ２よりも小さい値（小さい長さ）を有する電圧ベクトルＶ＊が設定されることが望ましい場合、インバータ１０の上側のスイッチＳＨＡ，ＳＨＢ，ＳＨＣもしくは下側のスイッチＳＬＡ，ＳＬＢ，ＳＬＣが開かれているいずれか一方のゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７が適宜に設定される。それぞれ他のスイッチＳは適宜に閉じられている。このように、電圧ベクトルＶ＊は地電圧空間ベクトルＶ１およびＶ２といずれか一方のゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７との組合せにより適宜に実現することができる。
【００４４】
電圧空間ベクトルＶ＊に応じて、電流空間ベクトルＩ＊が設定される。電流空間ベクトルＩ＊は、制御される電気消費機器１４に応じて設定される振幅および位相角を備える。電流空間ベクトルＩ＊の位相角は、電圧空間ベクトルＶ＊の位相角αと同位相であってもよいし位相ずれを有していてもよい。
【００４５】
電気消費機器１４もしくは電気機械１４を通電するためには電圧空間ベクトルＶ＊が供給され、この場合、異なった地電圧空間ベクトルＶ１〜Ｖ６およびゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７が急速に連続して設定され、これにより電流空間ベクトルＩ＊が設定される。電圧空間ベクトルＶ＊が急速に回転した場合に、インバータ１０の異なるスイッチＳおよび異なるフリーホイールダイオードＤに均一に負荷が加えられ、特に相に均一に負荷が加えられる。電圧空間ベクトルＶ＊の回転周波数が極めて小さいか、またはゼロである場合、例えば電気機械１０の回転数が小さい場合には、相Ｕ，Ｖ，Ｗのインバータ１０の対応するスイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤに長期間にわたって負荷が加えられ、これにより、対応するスイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤの過負荷が生じる場合があり、インバータ１０のスイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤには全般的に不均一に、特に相に不均一に負荷が加えられる。スイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤの過負荷を防止するために、異なるスイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤに負荷を分配する措置を講じる必要がある。
【００４６】
図３には、地電圧空間ベクトルＶ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ７を順次に設定するために、パルス幅変調周期Ｔにおける三相Ｕ，Ｖ，Ｗの相電圧の経過が示されている。パルス幅変調周期Ｔにおいて、電圧空間ベクトルＶ＊を正確に設定することができるように、個々の地電圧空間ベクトルＶ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ７のスイッチオン継続時間ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ７を変更することができる。
【００４７】
スイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤの損失、したがって温度は、まさに電圧空間ベクトルＶ＊、位相角ａｌｐｈａ＿Ｖ、電流空間ベクトルのＩ＊の値Ｉ、および位相角ａｌｐｈａ＿Ｉの関数である。
【００４８】
図４は、電気機械１４のロータ位置と、電気機械１４のロータを駆動するための電流ベクトルＩ＊との間の関係を説明するための複合的なベクトル線図を示す。図４には電気的なロータ位置が概略的に示されており、符号Ｒが付されている。ロータは、この位置では電気的なロータ角度ａｌｐｈａ＿Ｒを有する。電流ベクトルＩ＊は、電気機械１４のロータを駆動するために電気的なロータ位置Ｒに先行し、適宜なトルクをロータに加える。このような理由から、電流空間ベクトルＩ＊はロータ角度ａｌｐｈａ＿Ｒよりも大きい位相角ａｌｐｈａ＿Ｉを有する。図４では、電流空間ベクトルＩ＊は、偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉだけ電気機械１４のロータに先行する。電気的なロータ角度ａｌｐｈａ＿Ｒと偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉとの間の関係は、式：
ａｌｐｈａ＿Ｉ＝ａｌｐｈａ＿Ｒ＋ｄｅｌｔａ＿Ｉ
によって得られ、ｄｅｌｔａ＿Ｉは、電気機械１４の電気的なロータ角度ａｌｐｈａ＿Ｒと電流空間ベクトルＩ＊との間の角度である。
【００４９】
偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉは、通常は電気機械１４の機械型および作用点に応じてあらかじめ設定されている。換言すれば、電気的なロータ位置Ｒを起点として、固定的な偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉを有する目標電流空間ベクトルがあらかじめ設定されている。この場合、目標電流空間ベクトルは、インバータ１０および電気機械１４が最適な効率を有するように設定もしくは決定される。さらに詳しく説明するように、所定の条件下で、供給された電気機械１４のトルクが損なわれることなしに偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉを変更することができる。
【００５０】
図５には、電流空間ベクトルＩ＊の複合的なベクトル線図が概略的に示されている。電流空間ベクトルＩ＊は、値Ｉおよび位相角ａｌｐｈａ＿Ｓを有する。電流空間ベクトル＊を設定するインバータ１０が電気機械１４を制御するために使用された場合、電気機械１４はトルクＭを生成する。図５に示した複合的なベクトル線図では、個々の相Ｕ，Ｖ，Ｗは互いに１２０°の角度で示されている。それぞれの相Ｕ，Ｖ，Ｗへの電流空間ベクトルＩ＊の投影は、付属のスイッチＳで設定される電流に対応している。点線により示唆されているこの投影により、個々のスイッチＳもしくはフリーホイールダイオードＤの負荷を直接に読み取ることができる。したがって、図５に示した実施例では、スイッチＳＨＡは相Ｕによって最大に負荷を加えられており、相ＷのスイッチＳＨＣはスイッチＳＨＡよりもわずかに負荷を加えられ、相ＶのスイッチＳＨＢは極めてわずかに負荷を加えられる。
【００５１】
図６には、接続された電気機械１４に供給されるトルクＭが曲線により示されている。この曲線は、同時に一定不変のトルクＭの曲線でもある。電気機械１４によって供給されるトルクＭは、電流空間ベクトルＩ＊が電気機械１４のロータ角度に先行する角度Ｄｅｌｔａ＿Ｉ、および電流空間ベクトルＩ＊の振幅Ｉの関数である：
Ｍ＝ｆ（Ｄｅｌｔａ＿Ｉ，Ｉ）。
【００５２】
これにより、電流空間ベクトルＩ＊が図６に示した一定不変のトルクＭの線に追従している場合には、電気機械１４により供給されるトルクＭは一定不変であることがわかる。
【００５３】
図６に示すように、電流空間ベクトルＩ＊が一定不変のトルクＭの線に追従している場合には、電気機械１４により供給されるトルクが変更されることなしに、角度差ａｌｐｈａ＿Ｉを変更することができる。
【００５４】
電流空間ベクトルのこのような変化が図６の複合的なベクトル線図に概略的に示されている。
【００５５】
図６に示す複合的なベクトル線図には、位相角ａｌｐｈａ１および値Ｉ１を有する目標電流空間ベクトルＩ１＊、および位相角ａｌｐｈａ２および値Ｉ２を有する電流空間ベクトルＩ２＊が示されている。両方の電流空間ベクトルＩ１＊，Ｉ２＊は、等しいトルクＭの線上を経過するので、等しいトルクＭを供給する。目標電流空間ベクトルＩ１＊は、図５の電流ベクトルＩ＊と同一である。電流空間ベクトルＩ２＊は、電流空間ベクトルＩ１＊の位相角ａｌｐｈａ＿Ｓよりも大きい位相角ａｌｐｈａ＿Ｉを有する。位相角ａｌｐｈａ＿Ｓとａｌｐｈａ＿Ｉとの差が図６にｄｅｌｔａ＿ｂｅｔａとして示されている。ｄｅｌｔａ＿ｂｅｔａは、位相角ａｌｐｈａ＿Ｓに応じて異なる大きさであってもよく、最大で＋３０°〜−３０°の間で変動する。図６に示した相Ｕ，Ｖ，Ｗの対応した相軸への電流空間ベクトルＩ２＊の投影から明らかなように、電流ＩＵは相Ｕにおいて、すなわちスイッチＳＨＡではＩ１＊に対して減じられており、電流ＩＷは位相Ｗ、すなわちスイッチＳＨＣおよびフリーホイールダイオードＤＬＣにおいて増大されている。全体として、電流負荷は、電流空間ベクトルＩ２＊の値がより大きいことにより目標空間ベクトルＩ１＊の場合よりも大きいが、しかしながら、図６に示すように、この手段により、最大に負荷を加えられるスイッチＳＨＡおよびフリーホイールダイオードＤＬＡの負荷を減じることができる。これにより、最大に負荷を加えられるスイッチＳおよび最大に負荷を加えられるフリーホイールダイオードＤのピーク負荷を減じることができ、他のスイッチＳまたはフリーホイールダイオードＤに負荷を分配することができる。これにより、インバータ１０の相に均一に負荷を加えることができる。電流ベクトルＩ２＊は、等しいトルクＭの線に追従するので、同一のトルクＭが電気機械１４によって供給され、したがって、この手段は電気機械１４のユーザにとって制限を意味することはなく、例えば、トルクＭの変動または中断は生じない。目標電流空間ベクトルＩ１＊とは異なる電流空間ベクトルＩ２＊の設定により、損失を個々の相Ｕ，Ｖ，Ｗにおいて分配することができ、したがって、個々の相の個々の構成部材の過負荷を防止することができる。換言すれば、同じ結果を得るために相Ｕ，Ｖ，Ｗのより均一な負荷を達成することができる。
【００５６】
したがって、結果として、目標位相角ａｌｐｈａ＿Ｓとは異なる位相角ａｌｐｈａ＿Ｉを有する代替的な電流空間ベクトルＩ２＊を供給することにより、最大に負荷を加えられるスイッチＳＨＡおよびフリーホイールダイオードＤＬＡもしくは最大に負荷を加えられる相Ｕの負荷を減じることができ、これにより全般的に均一にインバータ１０に負荷を加えることができる。本発明による方法および図４にあてはめていえば、角度差ｄｅｌｔａ＿ｂｅｔａが目標電流空間ベクトルＩ１＊を中心として＋３０°〜−３０°だけ変動してもよい場合、電流空間ベクトルＩ＊の偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉは６０°だけ変動しても均一な負荷が得られる。
【００５７】
フリーホイールダイオードＤに大きい負荷を加えることができる場合には、個々のスイッチＳの負荷を減じるために負の値を有するｄｅｌｔａ＿ｂｅｔａを設定してもよい。図７に示す制御状況では、まずゼロ電圧ベクトルＶ０を選択することによりスイッチＳＨＡの負荷が減じられ、これに伴いより大きい負荷がフリーホイールダイオードＤＬＡに加えられる。これにより、スイッチＳＬＢにもより大きい負荷を加えることができる。位相角ａｌｐｈａ＿１については、フリーホイールダイオードＤＬＡに最大の負荷が加えられ、スイッチＳＬＣにはこれよりも小さい負荷が加えられ、スイッチＳＬＢには極めて小さい負荷が加えられる。この状況では、ａｌｐｈａ＿１よりも小さい位相角ａｌｐｈａ＿２により、すなわち負の偏向角ｄｅｌｔａ＿ｂｅｔａにより、より大きい負荷をフリーホイールダイオードＤＬＡに加えることができ、これにより、もちろんスイッチＳＬＣは負荷を減じられ、スイッチＳＬＢにはより大きい負荷が加えられる。これにより、スイッチＳＬＢおよびＳＬＣに均一に負荷を分配することができる。これは、より大きい負荷をフリーホイールダイオードＤＬＡに加えることにより行われる。
【００５８】
換言すれば、まず上方のスイッチＳＨの負荷が、ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７の適宜な経時的配分を選択することにより下方のフリーホイールダイオードＤＬに移動され、ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７における負荷は偏向角ｄｅｌｔａ＿ｂｅｔａの設定により相Ｕ，Ｖ，Ｗに分配される。したがって、全般的にスイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤの負荷を均一に設定することができる。
【００５９】
図６には、２つの負荷ケースが示されている。図７には、全ての負荷ケースにあてはまる全般的な方法が示されている。
【００６０】
図７には、スイッチＳおよび／またはフリーホイールダイオードＤの推定温度または測定温度ＴＤ，ＴＳに基づいて位相角ａｌｐｈａ＿Ｉを決定し、新しい電流空間ベクトルＩ＊を設定するための方法が示されている。図７にはこの方法が全般的に符号４０により示されている。
【００６１】
入力値として、スイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤの温度ＴＤ，ＴＳが用いられる。４２では、最大に負荷を加えられる上方のスイッチＳＨの温度ＴＤ，ＴＳにより、最大に負荷を加えられる上方のフリーホイールダイオードＤＨ、最大に負荷を加えられる下方のスイッチＳＬ、および最大に負荷を加えられる下方のフリーホイールダイオードＤＬが決定される。換言すれば、最高の温度を有するそれぞれの構成部材が決定される。これらの温度から、４４および４６において上方のスイッチおよび／または上方のフリーホイールダイオードの最高温度Ｔ＿Ｈおよび下側の最高温度Ｔ＿Ｌが決定される。この場合、４８により示すように、フリーホイールダイオードＤの温度ＴＤは、スイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤの温度を比較することができるように因数分解される。合計点５０では、上側の最高温度Ｔ＿Ｈと下側の最高温度Ｔ＿Ｌとの差ｄＴが決定される。５２では、温度差ｄＴを適宜に補正するために、温度差ｄＴに応じて、変更された負荷目標値ｍが決定される。温度差ｄＴ＞０の場合には、負荷目標値ｍが減じられ、温度差ｄＴ＜０の場合には、負荷目標値ｍが増大される。このようにして決定された負荷目標値ｍに応じて、５４では後続のパルス幅変調周期Ｔにおける新しいスイッチオン継続時間ｔ０〜ｔ７が決定される。新しいパルス幅変調周期Ｔに応じて、５６により示すようにスイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤの変更温度ＴＤ，ＴＳが決定され、フィードバック５８により示すように、方法４０における新しい入力値として供給される。これにより、それぞれのパルス幅変調周期ＴにおけるスイッチＳおよび／またはフリーホイールダイオードＤの測定温度または推定温度に基づいて新しい負荷目標値ｍを決定し、インバータ１０の上側と下側との間のそれぞれのスイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤに均一に負荷を加えることができる。
【００６２】
相Ｕ，Ｖ，Ｗの均一な負荷が得られるように電流空間ベクトルＩ＊の位相角ａｌｐｈａ＿Ｉを設定するためには、まず最大に負荷を加えられる３つの構成部材、すなわち以下では全般的にＳＤＡ，ＳＤＢ，ＳＤＣとして示すスイッチおよび／またはフリーホイールダイオードが決定される。
【００６３】
スイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡ，ＳＤＢ，ＳＤＣは、それぞれ出力損失ＰＡ，ＰＢ，ＰＣおよび対応した温度ＴＡ，ＴＢ，ＴＣを有し、フリーホイールダイオードＤの損失および温度は、スイッチＳの損失および温度と比較することができるように適宜に因数分解される。スイッチＳもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡの出力損失ＰＡは、値Ｉ、位相角（ａｌｐｈａ＿Ｒ＋ｄｅｌｔａ＿Ｉ）、負荷目標値ｍ、トルクＭ、および回転周波数ｏｍｅｇａの関数である：
ＰＡ＝ｆ（Ｉ，ａｌｐｈａ＿Ｒ＋ｄｅｌｔａ＿Ｉ，ｍ，Ｍ，ｏｍｅｇａ）。
これに対応して、制御可能なスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＢの出力損失ＰＢは：
ＰＢ＝ｆ（Ｉ，ａｌｐｈａ＿Ｒ＋ｄｅｌｔａ＿Ｉ，ｍ，Ｍ，ｏｍｅｇａ）。
である。
【００６４】
制御可能なスイッチおよびフリーホイールダイオードの均一な負荷を得るために、最高の温度ＴＡ，ＴＢ，ＴＣを有する３つのスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡ，ＳＤＢ，ＳＤＣがまず選択される。この場合、ＴＡ≧ＴＢ≧ＴＣであると仮定される。さらに、スイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡ，ＳＤＢ、すなわち、２つの最高の温度ＴＡ，ＴＢを有するスイッチおよび／またはフリーホイールダイオードの出力損失から関数が決定される：
【数１】
0006009068.tif 000002
この関数ＧＰＳは、両方のスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡおよびＳＤＢにおける総出力損失ＰＡ＋ＰＢの変化を示している。対応して、第２関数ＧＰＡを求めることができる：
【数２】
0006009068.tif 000003
この場合、関数ＧＰＡは、偏向角のｄｅｌｔａ＿Ｉに応じたスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡにおける出力損失の変化を示している。
【００６５】
スイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡ，ＳＤＢ，ＳＤＣにおける出力損失およびそれぞれの温度ＴＡ，ＴＢ，ＴＣに応じて偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉを設定するために３つのケースが区別される。
【００６６】
温度ＴＡ，ＴＢが同じであるとみなされるために制御可能なスイッチＳＤＡ，ＳＤＢの温度が互いに異なっていてもよい温度範囲ｄｅｌｔａ＿Ｔがまず規定される。さらに関数ＧＰＳ，ＧＰＡが正、負またはゼロとみなされるかどうかを決定するために制限＋ＧＰおよび−ＧＰを有する範囲ｄｅｌｔａ＿ＧＰが規定される。
【００６７】
ケース１：ＴＡ≦ＴＢ＋ｄｅｌｔａ＿ＴおよびＴＡ＞ＴＣ＋ｄｅｌｔａ＿Ｔがあてはまる場合、制御可能なスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡおよびＳＤＢは等しい温度を有していると仮定される。この場合、３つの態様は区別される：ＧＰＳ＜−ＧＰの場合、ｄｅｌｔａ＿Ｉは増大され；ＧＰＳ＞ＧＰの場合、ｄｅｌｔａ＿Ｉは減じられ；−ＧＰ≦ＧＰＳ≦＋ＧＰの場合、ｄｅｌｔａ＿Ｉは一定不変に保持される。換言すれば、偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉの増大に伴い総出力損失ＰＡ＋ＰＢが低下した場合には偏向角は増大され、偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉの増大に伴い総出力損失ＰＡ＋ＰＢが増大した場合には偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉは減じられ、これにより総出力損失ＰＡ＋ＰＢを減じることができ、関数ＧＰＳが許容差範囲ｄｅｌｔａ＿ＧＰ内である場合には、目的は既に達成されたので偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉは一定不変に保持される。
【００６８】
ケース２：ＴＡ≦ＴＢ＋ｄｅｌｔａ＿ＴおよびＴＡ≦ＴＣ＋ｄｅｌｔａ＿Ｔの場合には、３つの制御可能なスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡ，ＳＤＢ，ＳＤＣの温度は等しいと仮定される。この場合、偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉは一定不変に保持される。
【００６９】
ケース３：ＴＡ＞ＴＢ＋ｄｅｌｔａ＿Ｔの場合、制御可能なスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡの温度ＴＡは制御可能なスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＢおよびＳＢＣの温度ＴＢ，ＴＣよりも高いと仮定される。このことは、負荷目標値ｍが限界値１または０に到達したことに基づいていてもよい。この場合、３つの態様が区別される：ＧＰＡ＜−ＧＰの場合、偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉは増大され；ＧＰＡ＞＋ＧＰの場合、偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉは減じられ、−ＧＰ≦ＧＰＳ≦＋ＧＰの場合、偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉは一定不変に保持される。換言すれば、最高の温度を有する制御可能なスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡの出力ＰＡが偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉの増大に伴い低下した場合には、偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉは増大され、出力ＰＡが偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉの増大に伴い増大した場合には、偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉは減じられ、これにより出力損失ＰＡを減じることができる。ＧＰＡが許容差範囲ｄｅｌｔａＧＰの限界値内である場合には、目的は既に達成されたので偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉを一定不変に保持することができる。
【００７０】
図６に示すように、電流空間ベクトルＩ１＊は、スイッチＳＨＡおよびフリーホイールダイオードＤＬＡに最大に負荷を加え、この場合に偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉが高められ、電流空間ベクトルＩ２＊の位相角ａｌｐｈａ＿Ｉが設定された場合には、スイッチＳＨＡおよびフリーホイールダイオードＤＬＡの負荷が減じられ、相Ｗ、すなわちスイッチＳＬＣおよびフリーホイールダイオードＤＨＣの負荷が高められる。これにより、偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉの変化により、インバータのスイッチＳの負荷を減じ、インバータ１０の他のスイッチＳに負荷を加えることができ、結果としてインバータ１０にはより均一に負荷が加えられる。
【００７１】
方法４０の代替的な実施形態では、負荷目標値ｍを決定するために構成部材Ｓ，Ｄの温度の代わりに損失値が用いられ、損失値は、所定時間にわたるそれぞれの構成部材Ｓ，Ｄの出力損失の積分またはそれぞれの構成部材Ｓ，Ｄにおける電流Ｉの積分および／またはそれぞれの構成部材Ｓ，Ｄにおける電流の２乗Ｉ２の積分により決定される。
【００７２】
方法４０の別の実施形態では、負荷目標値ｍを決定するために構成部材Ｓ，Ｄの温度の代わりに、それぞれの構成部材Ｓ，Ｄにおける電力損失Ｐまたは電流Ｉおよび／またはそれぞれの構成部材Ｓ，Ｄにおける電流の２乗Ｉ２が用いられ、それぞれローパスフィルタによってフィルタされる。
【００７３】
図８には、本発明による方法を説明するための概略的なフロー図が示されており、全体に符号６０が付されている。
【００７４】
方法６０は、最大に負荷を加えられるスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡ，ＳＤＢ，ＳＤＣの選択から始まり、６２において温度ＴＡ，ＴＢ，ＴＣの関係が決定される。２つの制御可能なスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡおよびＳＤＢが等しい温度を有している場合には、６４において方法６０が継続される。この場合、６６において関数ＧＰＳと許容差範囲ｄｅｌｔａ＿ＧＰとの関係が決定される。ＧＰＳ＜−ｄｅｌｔａ＿ＧＰの場合には、６８において偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉが増大される。ＧＰＳがｄｅｌｔａ＿ＧＰよりも大きい場合には、７０で偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉが減じられ、ＧＰＳが許容差範囲ｄｅｌｔａ＿ＧＰ内である場合には、７２において偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉが一定不変に保持される。
【００７５】
第２のケースでは、７４において、３つの制御可能なスイッチもしくはフリーホイールダイオードＳＤＡ，ＳＤＢ，ＳＤＣの温度ＴＡ，ＴＢ，ＴＣが等しいことが確認され、７６において偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉが一定不変に保持される。
【００７６】
７８において、選択されたいずれか１つのスイッチの温度が他の２つの選択されたスイッチもしくはフリーホイールダイオードの温度よりも高いかどうかが確認される。この第３のケースでは、８０において高温のスイッチもしくはフリーホイールダイオードのための関数ＧＰＡが決定され、許容差範囲ｄｅｌｔａ＿ＧＰに関連づけられる。関数ＧＰＡ＜−ＧＰの場合には、８２において偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉが増大される。関数ＧＰＡが＋ＧＰよりも大きい場合には、８４において偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉが減じられる。関数ＧＰＡが許容差範囲ｄｅｌｔａ＿ＧＰ内である場合には、８６において偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉが一定不変に保持される。
【００７７】
このように、インバータ１０の均一な負荷を達成するために、３つの最大に負荷を加えられる制御可能なスイッチおよび／または最大に負荷を加えられるフリーホイールダイオードＳＤＡ，ＳＤＢ，ＳＤＣの温度に応じて、偏向角ｄｅｌｔａ＿Ｉおよび負荷目標値ｍを設定することができる。
【図１】
0006009068.tif 000004
【図２】
0006009068.tif 000005
【図３】
0006009068.tif 000006
【図４】
0006009068.tif 000007
【図５】
0006009068.tif 000008
【図６】
0006009068.tif 000009
【図７】
0006009068.tif 000010
【図８】
0006009068.tif 000011