(57)【要約】  システム（１１）は、車両のそれぞれの第１の車輪（３０）に回転エネルギーを付与するための第１の電動機（２６）を備えている。第２の電動機（２８）は、車両のそれぞれの第２の車輪（３２）に回転エネルギーを付与するようになされている。第１のインバータ（２２）は第１の電動機（２８）に結合されており、この第１のインバータ（２２）は、直流バス（１２）から直流電気エネルギーを受け取ることができる。第１のインバータ（２２）は、対応する基準位相を有する複数の交流の第１のグループを供給するように構成されている。第２のインバータ（２４）は第２の電動機（２８）に結合されている。第２のインバータ（２４）は、直流バス（１２）から直流電気エネルギーを受け取ることができる。第２のインバータ（２４）は、基準位相に対してある位相シフトを有する複数の交流の第２のグループを供給するように構成されており、この位相シフトは、直流バス（１２）上の直流リプルを有効に低減するようになされている。
2014518056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動力を制御するためのシステムであって、
直流バスと、
前記車両の第１の車輪に回転エネルギーを付与するための第１の電動機と、
前記車両の第２の車輪に回転エネルギーを付与するための第２の電動機と、
前記第１の電動機に結合された第１のインバータであって、前記直流バスから直流電気エネルギーを受け取り、対応する基準位相を有する交流の第１のグループを供給する第１のインバータと、
前記第２の電動機に結合された第２のインバータであって、前記直流バスから直流電気エネルギーを受け取り、前記基準位相に対して、ある位相シフトを有する交流の第２のグループを供給し、前記位相シフトが前記直流バス上の直流リプルを有効に低減するようになされた、第２のインバータと
を備えたシステム。
【請求項２】
前記第１のインバータと前記第２のインバータの間の通信をサポートするデータバスであって、前記第１のインバータから前記第２のインバータへの前記基準位相を表すデータメッセージを伝えることができるデータバス
をさらに備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記データバスがコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データバスまたは他の車両データバスを備えた、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記データバスに結合されたコントローラであって、各インバータに識別子を割り当て、各インバータに前記基準位相を基準とする位相シフトを割り当てるコントローラ
をさらに備えた請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
正の端子および負の端子を有する前記直流バスと、
前記直流バスの前記正の端子と前記負の端子の間に並列にそれぞれ接続された正の端子および負の端子を有する第１のコンデンサと、
前記直流バスの前記正の端子と前記負の端子の間に並列にそれぞれ接続された正の端子および負の端子を有する第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサの前記正の端子と前記第２のコンデンサの前記正の端子の間に、前記直流バスの前記正の端子と直列に接続された第１のリンクインダクタンスと、
前記第１のコンデンサの前記負の端子と前記第２のコンデンサの前記負の端子の間に、前記直流バスの前記負の端子と直列に接続された第２のリンクインダクタンスであって、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサのキャパシタンスの必要な値または必要なサイズを前記直流リプルの対応する低減に比例して低減させることができる第２のリンクインダクタンスと
をさらに備えた請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のリンクインダクタンスが約５０（ナノヘンリー）ｎＨから約１００ｎＨの範囲内のインダクタンスを有し、前記第２のリンクインダクタンスが約５０ｎＨから約１００ｎＨの範囲内のインダクタンスを有する、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のインバータの前記基準位相と前記第２のインバータの位相の間の前記位相シフトが約３０度である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
交流信号の前記第１のグループが３つの対応するオフセット位相に関連する３つのそれぞれの信号を含み、
交流信号の前記第２のグループが３つの対応するオフセット位相を有する３つのそれぞれの信号を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
交流信号の前記第１のグループが前記第１の電動機の入力端子毎の異なるパルス幅変調信号を含み、交流信号の前記第２のグループが前記第２の電動機の入力端子毎の異なるパルス幅変調信号を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
車両の駆動力を制御するためのシステムであって、
直流バスと、
前記車両の対応する車輪に回転エネルギーを付与するための複数のそれぞれの回転電気機械と、
１つのマスタインバータおよび複数のスレーブインバータを含む複数のインバータであって、前記複数のインバータの各々が前記複数の回転電気機械のうちのそれぞれの回転電気機械に結合され、各インバータが前記直流バスから直流電気エネルギーを受け取るように構成された複数のインバータと
を備え、前記マスタインバータが、対応する基準位相を有する交流信号の基準グループを供給するように構成され、
前記スレーブインバータの各々が、前記基準位相に対する異なるオフセット位相シフトを有する交流信号のそれぞれのグループを供給するように構成され、前記異なるオフセット位相シフトが前記直流バス上の直流リプルを有効に低減するようになされた、システム。
【請求項１１】
前記マスタインバータと前記スレーブインバータの間の通信をサポートするデータバスであって、前記マスタインバータから前記スレーブインバータへの前記基準位相を表すデータメッセージを伝えることができるデータバス
をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記データバスがコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データバスまたは他の車両データバスを備えた、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
各インバータに識別子を割り当て、各インバータに前記基準位相を基準とする位相シフトを割り当てるように構成された前記マスタインバータ
をさらに備えた請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
正の端子および負の端子を有する前記直流バスと、
前記直流バスの前記正の端子と前記負の端子の間に並列にそれぞれ接続された正の端子および負の端子を有する第１のコンデンサと、
前記直流バスの前記正の端子と前記負の端子の間に並列にそれぞれ接続された正の端子および負の端子を有する第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサの前記正の端子と前記第２のコンデンサの前記正の端子の間に、前記直流バスの前記正の端子と直列に接続された第１のリンクインダクタンスと、
前記第１のコンデンサの前記負の端子と前記第２のコンデンサの前記負の端子の間に、前記直流バスの前記負の端子と直列に接続された第２のリンクインダクタンスであって、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサのキャパシタンスの必要な値または必要なサイズを前記直流リプルの対応する低減に比例して低減させることができる第２のリンクインダクタンスと
をさらに備えた請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１のリンクインダクタンスが約５０（ナノヘンリー）ｎＨから約１００ｎＨの範囲内のインダクタンスを有し、前記第２のリンクインダクタンスが約５０ｎＨから約１００ｎＨの範囲内のインダクタンスを有する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記マスタインバータと各スレーブインバータの間の前記位相シフトが、式
Ｐ＝３６０／（６＊Ｎ）
に従って求められ、ここで、Ｐは前記マスタインバータと何れかのスレーブインバータの間の前記位相シフトであり、Ｎは前記マスタインバータおよび前記スレーブインバータを含むインバータの総数である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
異なる交流信号の前記それぞれのグループが、３つの対応するオフセット位相に関連する３つのそれぞれの信号を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
交流信号の前記それぞれのグループが、前記回転電気機械の入力端子毎の異なるパルス幅変調信号を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
前記回転電気機械が電動機を備えた、請求項１０に記載のシステム。
【請求項２０】
前記回転電気機械が１台の発電機および１つまたは複数の電動機を備えた、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本文書は、特許法１１９条（ｅ）の下に、２０１１年３月１６日に出願した「ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＲＯＴＡＲＹ  ＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＭＡＣＨＩＮＥＳ  ＴＯ  ＲＥＤＵＣＥ  ＣＵＲＲＥＮＴ  ＲＩＰＰＬＥ  ＯＮ  Ａ  ＤＩＲＥＣＴ  ＣＵＲＲＥＮＴ  ＢＵＳ（回転電気機械を制御して直流バス上の電流リプルを小さくするためのシステム）」という名称の米国仮出願第６１／４５３１６９号に基づく優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、回転電気機械を制御して直流バス上の電流リプルを小さくするためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術では、車両は、それぞれのインバータのグループによって制御される複数の回転電気機械を使用して構成することができる。回転電気機械は、１つまたは複数の交流駆動電動機、１つまたは複数の発電機またはそれらの両方を備えることができる。複数のインバータの各々は、直流データバスから直流を引き出し、それを個々の回転電気機械毎に、対応する位相を有する交流信号に変換することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
個々のインバータが１つまたは複数の位相の交流を生成するために直流を要求すると、直流バス上の直流は、生成される交流の位相と一致するか、あるいは関連する変動すなわち電流リプルに遭遇することになる。例えば、ある例では、直流バス上の電流リプルは、回転機械の制御（例えば電動機回転速度または命じられたトルク）を潜在的に誤ったものにする傾向がある直流バス上の一時的に想定を下回る直流として、あるいは時間にわたる直流バス上における直流の望ましくない変動として特徴付けることができる。直流バス上の大きい電流リプルの問題に対処するために、従来技術によるある車両は、例えばより大きいコンデンサバンクの形態の、より大きい（あるいは比例的に大きくなる）容量フィルタを直流バス上に使用している。しかしながら、より大きい容量フィルタは、車両のコストを高くし、また、車両の重量を重くすることになり、そのために燃料の経済性を悪くすることがある。したがって直流バス上の電流リプルを小さくし、あるいはより大きいコンデンサバンクの必要なサイズを小さくし、かつ、関連するコストを低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によれば、システムは、直流バス上の小さいリプル電流で車両の駆動力を制御することができる。システムは、車両のそれぞれの第１の車輪に回転エネルギーを付与するための第１の電動機を備えている。第２の電動機は、車両のそれぞれの第２の車輪に回転エネルギーを付与するようになされている。第１のインバータは第１の電動機に結合されており、この第１のインバータは、直流バスから直流電気エネルギーを受け取ることができる。第１のインバータは、対応する基準位相を有する複数の交流の第１のグループを供給するように構成されている。第２のインバータは第２の電動機に結合されている。第２のインバータは、直流バスから直流電気エネルギーを受け取ることができる。第２のインバータは、基準位相に対してある位相シフトを有する複数の交流の第２のグループを供給するように構成されており、この位相シフトは、直流バス上の直流リプルを有効に低減するようになされている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】回転電気機械を制御して直流バス上の電流リプルを小さくするためのシステムの一実施形態のブロック図である。
【図２】回転電気機械を制御して直流バス上の電流リプルを小さくするためのシステムの他の実施形態のブロック図である。
【図３】回転電気機械を制御して直流バス上の電流リプルを小さくするためのシステムのさらに他の実施形態のブロック図である。
【図４】直流データバスに接続された回転電気機械間の様々な程度の位相同期化に対する、直流データバス上の直流対時間のチャートのグループを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
リプルは、そうでなければ直流バスの直流電流（ＤＣ）または電圧の変化を表している。リプルは、大きさがより大きい直流成分と結合されて直流バス上に集合体信号を形成する、大きさがより小さい交流信号成分（例えば概ね鋸歯波形）としてモデル化することができる。リプルのピーク−ピークの大きさ、またはリプルの実効値の大きさは、直流バス上の直流成分または集合体信号の百分率として表すことができる。
【０００８】
コンデンサまたはコンデンサバンクは、リプル電流の対応する周波数（例えばインバータのスイッチング周波数）でコンデンサに印加することができる最大電流であるリプル定格に関連付けることができる。
【０００９】
一実施形態によれば、図１は、直流（ＤＣ）バス１２上の小さい電流リプルすなわちリプル電流で車両の駆動力を制御することができるシステム１１を示している。
【００１０】
電気エネルギー源１０は、直流（ＤＣ）バス１２の正および負の端子に接続されている。例えば電気エネルギー源１０は、電池、燃料電池、発電機の出力、交流電源の整流出力または他の電気エネルギー源を備えることができる。
【００１１】
直流（ＤＣ）バス１２は、正の端子および負の端子を有している。第１のコンデンサ１４は、ＤＣバス１２の正の端子と負の端子の間に結合されている。第１のコンデンサ１４は、第１のインバータ２２の直流入力端子（または対応する入力導体）の両端間に結合されている。第２のコンデンサ１８は、ＤＣバス１２の正の端子と負の端子の間に結合されている。第２のコンデンサ１８は、第２のインバータ２４の直流入力端子（または対応する入力導体）の両端間に結合されている。一実施形態では、第１のコンデンサ１４および第２のコンデンサ１８は、（１）最大想定リプル電流でリプル定格を満たし、かつ、（２）リプル電流を合理的に平滑化するだけの十分なそれぞれのキャパシタンスを有し、それにより追ってより詳細に説明する第１のインバータ２２の交流出力信号と第２のインバータ２４の交流出力信号の間の位相オフセットと連携して目標の大きさのリプル（例えば集合体ＤＣバス信号の約５パーセント未満）が達成されるように選択されている。
【００１２】
第１のリンクインダクタンス１６は、第１のコンデンサ１４の正の端子と第２のコンデンサ１８の正の端子の間に接続されている。第２のリンクインダクタンス１９は、第１のコンデンサ１４の負の端子と第２のコンデンサ１８の負の端子の間に接続されている。第１のコンデンサ１４および第２のコンデンサ１８は、ＤＣバス１２上の直流リプルをフィルタ除去するように構成されている。第１のコンデンサ１４、第２のコンデンサ１８、第１のリンクインダクタンス１６および第２のリンクインダクタンス１９は、リプルを小さくするためのフィルタ回路網を形成することができ、このフィルタ回路網は、ＤＣバス１２中のリプル電流を小さくするのに適した共振周波数範囲で同調される。例えば適切な周波数範囲は、第１のインバータ２２および第２のインバータ２４の出力信号の周波数範囲（例えば第２高調波、他の高調波またはインバータ出力の相互変調生成物を含む）に調整することができる。
【００１３】
第１のインバータ２２は、ＤＣバス１２のＤＣ電気エネルギーを第１のインバータ２２に入力するためにＤＣバス１２に結合、つまり電気接続されている。第２のインバータ２４は、ＤＣバス１２のＤＣ電気エネルギーを第２のインバータ２４に入力するためにＤＣバス１２に結合、つまり電気接続されている。インバータ（２２、２４）は、電動機コントローラ、発電機コントローラ、回転電気機械コントローラ、または直流を対応する位相を有する１つまたは複数の交流信号に変換するためのデバイスを備えることができる。例えばインバータは、直流を３つのそれぞれの位相を有する出力信号に変換することができる。出力信号は、方形波、正弦波、パルス幅変調または他の交流信号を含むことができる。第１のインバータ２２は、第１の電動機２６の入力端子に結合され、また、第２のインバータ２４は、第２の電動機２８の入力端子に結合されている。
【００１４】
図１に示されているように、第１のインバータ２２は交番信号３４を出力し、一方、第２のインバータ２４は、ＤＣバス１２上の電流リプルを小さくするために、交流信号３４に対して位相オフセット（例えば約３０度）だけ位相がシフトした位相シフト交流信号３６を出力している。一例では、交番信号３４は、互いにオフセット位相を有する３つの成分信号からなっており、個々の成分信号は、同じインバータ（２２、２４）の任意の他の成分信号に対して約１２０度だけ位相がオフセットしている。したがって位相シフト、すなわち第１のインバータ２２と第２のインバータ２４の間のインバータ間位相オフセットは、実際に、位相シフト交流信号３６の３つの位相成分の各々に個々に加えられる。
【００１５】
図１では、システム１１は、回転エネルギーを伝達するための機構３３を介して車両のそれぞれの第１の車輪３０に回転エネルギーを付与するための第１の電動機２６を備えている。第２の電動機２８は、回転エネルギーを伝達するための機構３３を介して車両のそれぞれの第２の車輪３２に回転エネルギーを付与するようになされている。機構３３は、例えば軸、リンケージ、トランスアクスル、変速機または回転エネルギーを伝達するための他のデバイスを備えることができる。様々な構成では、第１の電動機２６および第２の電動機２８は、（１）一対の永久磁石機械、（２）一対のスイッチト磁気抵抗機械、および（３）永久磁石機械とスイッチト磁気抵抗機械の組合せを備えることができる。
【００１６】
第１の電動機２６および第２の電動機２８が永久磁石機械とスイッチト磁気抵抗機械の組合せを備えている場合、第１のインバータ２２および第２のインバータ２４は、ある位相シフト（例えば調整済みの位相シフト）を有する、互いにオフセットされ（また、例えば異なる電動機または機械構成に適応するために約３０度の位相シフトから調整され）る出力信号を有することができ、それにより直流バス上のリプル電流のパルス数すなわち周波数を高くし、あるいは最大化することによってリプル電流を最小化することができる。直流バス上のリプル電流のパルス数すなわち周波数を高くし、あるいは最大化することにより、直流バス１２のフィルタリングのためのコンデンササイズおよび空間要求事項を材料的に低減することができる。同様に、第１の電動機２６および第２の電動機２８が異なる数の極対を有している場合、第１のインバータ２２および第２のインバータ２４は、ある位相シフト（例えば調整済みの位相シフト）を有する、互いにオフセットされ（また、例えば異なる極対の数または構成に適応するために約３０度の位相シフトから調整され）る出力信号を有することができ、それにより直流バス１２上の電流のリプル電流を最小化することができる。
【００１７】
データバス３２は、第１のインバータ２２と第２のインバータ２４の間の通信をサポートしている。データバスは、第１のインバータ２２と第２のインバータ２４の間の基準位相を表すデータメッセージを伝えることができる。一実施形態では、データバスは、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データバスまたは他の車両データバスを備えている。
【００１８】
一実施形態では、第１のインバータ２２および第２のインバータ２４は、データバス３２または他の伝送線路を介して互いに通信することができる。例えば送信インバータ（２２または２４）は、他のインバータつまり受信インバータに、データバス３２または伝送線路を介して、送信インバータの位相状態を表すデータメッセージまたは信号を送る、つまり送信することができ、あるいは送信インバータに対して特定の位相すなわち位相シフトで動作するように受信インバータに命じるデータメッセージまたは信号を送る、つまり伝送することができる。一実施形態では、第１のインバータ２２および第２のインバータ２４は、共通のクロック信号または他の時限信号によって駆動することができ、それによりそれらの動作を同期させることができ、このようなクロック信号または時限信号は、データバス３２または伝送線路を介してこれらのインバータ（２２、２４）間で分配することができる。
【００１９】
第１のインバータ２２は、直流バス１２から直流電気エネルギーを受け取ることができる。第１のインバータ２２は、対応する基準位相を有する交流信号３４の第１のグループを供給するように構成されている。第２のインバータ２４は第２の電動機２８に結合されている。第２のインバータ２４は、直流バスから直流電気エネルギーを受け取ることができる。第２のインバータ２４は、基準位相に対してある位相シフトを有する交流信号３６の第２のグループを供給するように構成されており、この位相シフトは、直流バス上の直流リプルを有効に低減するようになされている。
【００２０】
他の実施形態では、第１のインバータ２２はマスタインバータを備えており、第２のインバータ２４はスレーブインバータを備えている。マスタインバータは、スレーブインバータにクロック信号を供給し、また、マスタインバータに対して特定の位相オフセットすなわち位相シフトで動作するようにスレーブインバータに命じるデータメッセージまたは信号を供給している。位相オフセットは、例えばマスタインバータの出力信号（例えば正弦波出力信号、パルス幅変調信号または他の波形、あるいはパルスの前縁または後縁）のうちの基準となる出力信号使用して決定される位相を表している。第２のインバータ２４は第２の電動機２８に結合されている。第２のインバータ２４は、直流バスから直流電気エネルギーを受け取ることができる。
【００２１】
一構成では、第２のインバータ２４は、基準位相に対してある位相シフトを有する交流の第２のグループを供給するように構成されており、この位相シフト（例えば約３０度）は、直流バス上の直流リプルを有効に低減するようになされている。リプル電流を小さくするための位相シフトは約３０度にすることができ、第１の電動機２６および第２の電動機２８は、同じ数の極対を有する整合した対であり、例えば同じタイプの機械（例えば永久磁石電動機、三相交流電動機）である。本文書全体を通して使用されているように、「約」は、位相シフトまたは文脈が必要とする他の関連する値のプラスまたはマイナス５パーセントを意味している。第１のインバータ２２の交流信号と第２のインバータ２４の交流信号の間の位相シフトは約３０度にすることができるが、実際にはこの位相シフトは、（１）同じ直流バスに結合されているインバータの数、（２）個々のインバータ出力に結合されている負荷（例えば電動機または機械）の負荷インダクタンスまたは他の電気特性、（３）第１のインバータ２２および第２のインバータ２４の両方が、同じ数および同じ構成の極対を有する電動機、または異なる数の極対を有する電動機を制御しているかどうか、（４）第１のインバータ２２および第２のインバータ２４の両方がスイッチト磁気抵抗電動機を制御しているかどうか、（５）第１のインバータ２２および第２のインバータ２４の両方が永久磁石電動機を制御しているかどうか、（６）第１のインバータ２２が永久磁石機械に結合されているかどうか、また、第２のインバータ２４がスイッチト磁気抵抗機械に結合されているかどうか、あるいはその逆であるかどうか、（７）インバータがどのようにパッケージされているか（例えばインダクタ、コンデンサ、フィルタ、整合回路網またはコネクタ構成を備えているか）、（８）インバータが直流（ＤＣ）リンクインダクタンスを有しているかどうか、（９）負荷電動機と結合したＤＣリンクインダクタンスのレベル、（１０）インバータとその電動機の間の配線ハーネスの同調、フィルタリングまたはインピーダンス整合、および（１１）直流バスに結合されている電動機または機械の運転速度範囲およびトルク要求事項、の要因のうちの１つまたは複数に応じて決定することができる。
【００２２】
多相インバータ（２２、２４）の個々の出力位相は、約３６０度を多相インバータの出力位相の数で割った値だけオフセットさせることができる。三相インバータの場合、出力位相（例えばインバータ内出力位相）を約１２０度だけオフセットさせることができ、一方、二相インバータの場合、出力位相を約１８０度だけオフセットさせることができる。約とは、当該値のプラスまたはマイナス５パーセントを意味している。第１のインバータ２２は、３つの対応する異なる出力位相（例えば第１のインバータ位相Ａ、第１のインバータ位相Ｂおよび第１のインバータ位相Ｃであって、オフセット位相は、インバータ内位相オフセットだけオフセットしている）に関連する３つのそれぞれの信号を含む第１のグループの交流信号を出力することができる。第２のインバータ２４は、３つの対応する異なる出力位相（例えば第２のインバータ位相Ａ、第２のインバータ位相Ｂおよび第２のインバータ位相Ｃであって、オフセット位相は、インバータ内位相オフセットだけオフセットしている）を有する３つのそれぞれの信号を含む第２のグループの交流信号を出力することができる。ここでは、任意の２つのインバータ間の位相オフセットすなわち位相シフト（つまりインバータ間位相オフセット）は、（１）第１のインバータ位相Ａと第２のインバータ位相Ａの差の絶対値、（２）第１のインバータ位相Ｂと第２のインバータ位相Ｂの差の絶対値、（３）第１のインバータ位相Ｃと第２のインバータ位相Ｃの差の絶対値、のうちの１つまたは複数として定義することができる。第１のグループの交流信号は、第１の電動機２６の入力端子毎の異なるパルス幅変調信号からなっている。第２のグループの交流信号は、第２の電動機２８の入力端子毎の異なるパルス幅変調信号からなっている。
【００２３】
図２のシステム１１１は、データバス３２に結合されたコントローラ３８をさらに備えている点を除き、図１のシステム１１と同様である。ここでは、コントローラ３８は、第１のインバータ２２および第２のインバータ２４と通信することができる。第１のインバータ２２および第２のインバータ２４は、コントローラ３８を介して互いに通信することができ、あるいはデータバス３２または伝送線路を介して直接通信することができる。例えば送信インバータは、他のインバータつまり受信インバータに、データバス３２または伝送線路を介して、送信インバータの位相状態を表すデータメッセージまたは信号を送る、つまり送信することができる。
【００２４】
一構成では、コントローラ３８は、個々のインバータ（２３、２４）に識別子を割り当て、かつ、個々のインバータに位相シフト（例えば基準位相に対して参照される）を割り当てるよう、ソフトウェア命令を使用してプログラムされている。コントローラ３８は、割り当てられる、コントローラ３８が決定する特定の位相で動作するように第１のインバータ２２および第２のインバータ２４に命令し、これらの位相は、互いに対する位相オフセットを有している。一構成では、位相オフセットは、ＤＣバス１２に結合されているインバータ（２２、２４）の数および対応する電動機（２６、２８）の数に基づいて決定される。
【００２５】
一実施形態では、コントローラ３８は、第１のインバータ２２および第２のインバータ２４に共通のクロック信号または他の時限信号を供給し、それによりそれらの動作を同期させ、このようなクロック信号または時限信号は、データバス３２または伝送線路を介してこれらのインバータ間で分配することができる。
【００２６】
第１のインバータ２２は、直流バス１２から直流電気エネルギーを受け取ることができる。第１のインバータ２２は、対応する基準位相を有する交流の第１のグループを供給するように構成されている。第２のインバータ２４は第２の電動機２８に結合されている。第２のインバータ２４は、直流バス１２から直流電気エネルギーを受け取ることができる。第２のインバータ２４は、基準位相に対してある位相シフトを有する交流の第２のグループを供給するように構成されており、この位相シフト（例えば約３０度）は、直流バス上の直流リプルを有効に低減するようになされている。第１のインバータ２２の交流信号と第２のインバータ２４の交流信号の間の位相シフトは約３０度にすることができるが、実際にはこの位相シフトは、（１）同じ直流バス１２に結合されているインバータの数、（２）個々のインバータ出力に結合されている負荷（例えば電動機または機械）の負荷インダクタンスまたは他の電気特性、（３）第１のインバータ２２および第２のインバータ２４の両方が同じ数および同じ構成の極対を有する電動機を制御しているかどうか、（４）第１のインバータ２２および第２のインバータ２４の両方がスイッチト磁気抵抗電動機を制御しているかどうか、（５）第１のインバータ２２および第２のインバータ２４の両方が永久磁石電動機を制御しているかどうか、（６）第１のインバータ２２が永久磁石機械に結合されているかどうか、また、第２のインバータ２４がスイッチト磁気抵抗機械に結合されているかどうか、あるいはその逆であるかどうか、（７）インバータがどのようにパッケージされているか（例えばインダクタ、コンデンサ、フィルタ、整合回路網またはコネクタ構成を備えているか）、（８）インバータが直流（ＤＣ）リンクインダクタンスを有しているかどうか、（９）負荷電動機と結合したＤＣリンクインダクタンスのレベル、（１０）インバータとその電動機の間の配線ハーネスの同調、フィルタリングまたはインピーダンス整合、および（１１）直流バスに結合されている電動機または機械の運転速度範囲およびトルク要求事項、の要因のうちの１つまたは複数に応じて決定することができる。
【００２７】
一実施形態では、直流バス１２は、正の端子および負の端子を有している。第１のコンデンサ１４は、それぞれ直流バス１２の正の端子と負の端子の間に並列に接続された正の端子および負の端子を有している。第２のコンデンサ１８は、それぞれ直流バス１２の正の端子と負の端子の間に並列に接続された正の端子および負の端子を有している。第１のリンクインダクタンス１６は、第１のコンデンサ１４の正の端子と第２のコンデンサ１８の正の端子の間に、直流バスの正の端子と直列に接続されている。第２のリンクインダクタンス１９は、第１のコンデンサ１４の負の端子と第２のコンデンサ１８の負の端子の間に、直流バスの負の端子と直列に接続されており、第１のコンデンサ１４および第２のコンデンサ１８のキャパシタンスの必要な値（例えばファラドの値）または必要なサイズは、第１のインバータ２２と第２のインバータ２４の間の（交流信号の）位相オフセットによる直流リプルの対応する低減に比例して小さくすることができる。
【００２８】
一構成では、第１のリンクインダクタンス１６は、約５０（ナノヘンリー）ｎＨから約１００ｎＨの範囲内のインダクタンスを有しており、また、第２のリンクインダクタンス１９は、約５０ｎＨから約１００ｎＨの範囲内のインダクタンスを有している。
【００２９】
他の態様によれば、図３は、直流バス３３３上の小さいリプル電流で車両の駆動力を制御することができるシステム２１１を示している。
【００３０】
回転電気機械１０６は、直流バス（ＤＣ）３３３の正の端子および負の端子に接続されている。回転電気機械１０６は、発電機または交流電源の整流出力を備えることができる。内燃エンジン１１６は、回転電気機械１０６すなわち発電機に回転エネルギーを供給することができる。回転電気機械１０６すなわち発電機は回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、例えばＤＣバス３３３に印加されるＤＣ出力電圧を生成する。
【００３１】
ＤＣバス３３３は、回転電気機械１０４すなわち発電機によって生成される電気エネルギーを蓄積するための電池などの電気エネルギー源１０に結合することができる。
【００３２】
直流（ＤＣ）バス３３３は正の端子および負の端子を有している。一次コンデンサバンク２１２は、ＤＣバス３３３の正の端子と負の端子の間に結合されている。一次コンデンサバンク２１２は、コントローラ３１０（例えば整流器または整流インバータ）の直流入力端子（または対応する入力導体）の両端間に結合されている。
【００３３】
一連の二次コンデンサバンク２００は、ＤＣバス３３３の正の端子と負の端子の間に結合されている。個々の二次コンデンサバンク２００は、インバータ（１０２、１１０）の直流入力端子（または対応する入力導体）の両端間に結合されている。詳細には、それぞれの二次コンデンサバンク２００は、マスタインバータ１０２のＤＣ入力端子と並列に結合され、また、それぞれの二次コンデンサバンク２００は、個々の対応するスレーブインバータ１１０のＤＣ入力端子と並列に結合されている。
【００３４】
第１のリンクインダクタンス２０２は、二次コンデンサバンク２００の正の端子間に接続されている。第２のリンクインダクタンス２０４は、二次コンデンサバンク２００の負の端子間に接続されている。コントローラ３１０のＤＣ出力端子またはその近傍では、第１のリンクインダクタンス２０２は、一次コンデンサバンク２１２の正の端子と二次コンデンサバンク２００の正の端子の間に接続されている。同様に、第２のリンクインダクタンス２０４は、一次コンデンサバンク２１２の負の端子と二次コンデンサバンク２００の負の端子の間に接続されている。
【００３５】
一次コンデンサバンク２１２は、コントローラ３１０および回転電気機械１０４（例えば発電機）によって生成されるＤＣ出力のために、ＤＣバス３３３の直流リプルをフィルタリングするように構成されている。二次コンデンサバンク２００は、回転電気機械１０４（例えば電動機）によって消費されるＤＣバス３３３上の直流リプルをフィルタリングするように構成されている。一次コンデンサバンク２１２、二次コンデンサバンク２００、第１のリンクインダクタンス２０２および第２のリンクインダクタンス２０４は、リプルを小さくするためのフィルタ回路網を形成することができ、このフィルタ回路網は、ＤＣバス３３３中のリプル電流を小さくするのに適した共振周波数範囲で同調される。適切な共振周波数範囲は、１つまたは複数のインバータ（１０２、１１０）のスイッチング周波数（または高調波）に比例していてもよい。
【００３６】
一実施形態では、個々の一次コンデンサバンク２１２は、電解コンデンサのアレイすなわちグループを備えることができる。同様に、個々の二次コンデンサバンク２００も電解コンデンサのアレイすなわちグループを備えることができる。個々の電解コンデンサは、フィルム、電解材料、誘電材料、封止ハウジング、金属板または電解コンデンサから構成することができる。
【００３７】
マスタインバータ１０２（すなわち一次インバータ）は、ＤＣバスのＤＣ電気エネルギーをマスタインバータ１０２に入力するためにＤＣバス３３３に結合、つまり電気接続されている。スレーブインバータ１１０（すなわち二次インバータ）のグループは、ＤＣバス３３３のＤＣ電気エネルギーをこれらのスレーブインバータ１１０（二次インバータ）に入力するためにＤＣバス３３３に結合、つまり電気接続されている。マスタインバータ１０２（すなわち一次インバータ）の各々は、電動機コントローラ、発電機コントローラ、回転電気機械コントローラ、または直流を対応する位相を有する１つまたは複数の交流信号に変換するためのデバイスを備えることができる。同様に、複数のスレーブインバータ１１０（すなわち二次インバータ）の各々も、電動機コントローラ、発電機コントローラ、回転電気機械コントローラ、または直流を対応する位相を有する１つまたは交流信号に変換するためのデバイスを備えることができる。例えばインバータは、直流を３つのそれぞれの位相を有する出力信号に変換することができる。出力信号は、方形波、正弦波、パルス幅変調または他の交流信号を含むことができる。
【００３８】
一実施形態では、マスタインバータ１０２（すなわち一次インバータ）は、その出力信号のための基準位相を確立することができ、この基準位相は、スレーブインバータ１１０（すなわち二次インバータ）によって追跡される。例えばマスタインバータ１０２は、個々のスレーブインバータ１１０がマスタインバータ１０２に対して異なる位相オフセット（つまり位相シフト信号１０５）で動作するようにその回転電気機械１０４に命令することができるよう、データバス３２を介して、時限信号またはクロック信号と共に基準位相信号１０３をスレーブインバータ１１０の各々に送ることができる。他の例では、マスタインバータ１０２は、個々のスレーブインバータ１１０に動作位相（すなわち位相オフセット）を割り当てることができ、個々のスレーブインバータ１１０は、対応する独自のインバータ識別子を有している。
【００３９】
個々のインバータ（１０２、１１０）は、電力ケーブル１０８などの導体を介して回転電気機械１０４の端子に結合されている。例えばマスタインバータ１０２は、回転電気機械１０４すなわち電動機の入力端子に結合されている。スレーブインバータ１１０は、回転電気機械１０４すなわち電動機の入力端子に結合されている。コントローラ３１０は、回転電気機械１０６の出力端子に結合されている。
【００４０】
図３では、システム２１１は、回転エネルギーを伝達するための機構１２２を介して車両のそれぞれの第１の車輪１１２（例えば右後輪）に回転エネルギーを付与するための回転電気機械１０４（例えば第１の電動機１０５）を備えている。他の回転電気機械１０４（例えば第２の電動機１０７）は、回転エネルギーを伝達するための機構１２２を介して車両のそれぞれの第２の車輪１１４（例えば右前輪）に回転エネルギーを付与するように適合されている。他の回転電気機械１０４（例えば第３の電動機１０９）は、回転エネルギーを伝達するための機構１２２を介して車両のそれぞれの第３の車輪１１８（例えば左前輪）に回転エネルギーを付与するように適合されている。他の回転電気機械１０４（例えば第４の電動機１１３）は、回転エネルギーを伝達するための機構１２２を介して車両のそれぞれの第２の車輪１１４（例えば左後輪）に回転エネルギーを付与するように適合されている。回転エネルギーを伝達するための機構１２２は、軸、車輪ハブ、リンケージ、ドライブトレイン、トランスアクスル、万能継手、定速度継手、ソリッドアクスル、トランスミッション、チェーンまたはベルト駆動システム、または回転電気機械１０４からの回転エネルギーを車輪、地面係合部材またはトラックに伝達するための他の機械構造を備えることができる。
【００４１】
マスタインバータ１０２および個々のスレーブインバータ１１０は、データバス３２または他の伝送線路を介して互いに通信することができる。例えばマスタインバータ１０２は、他のインバータつまりスレーブインバータ１１０（およびコントローラ３１０）に、データバス３２または伝送線路を介して、マスタインバータ１０２の位相状態を表すデータメッセージまたは信号を送る、つまり送信することができ、あるいは特定のそれぞれの位相、合成オフセットすなわち位相シフト（例えば約１２度ないし約３６度の位相シフトだけそれぞれオフセットされる）で動作するようにスレーブインバータ１１０およびコントローラ３１０（例えば整流器）に命じるデータメッセージまたは信号を送る、つまり伝送することができる。一実施形態では、マスタインバータ１０２およびスレーブインバータ１１０（ならびにコントローラ３１０）は、共通のクロック信号または他の時限信号によって駆動することができ、それによりそれらの動作を同期させることができ、このようなクロック信号または時限信号は、データバス３２または伝送線路を介してこれらのインバータ間で分配することができる。
【００４２】
マスタインバータ１０２は、直流バス３３３から直流電気エネルギーを受け取ることができる。マスタインバータ１０２は、対応する基準位相を有する交流の第１のグループを供給するように構成されている。スレーブインバータ１１０は、それぞれの回転電気機械１０４（例えば電動機）に結合されている。個々のスレーブインバータ１１０は、直流バス３３３から直流電気エネルギーを受け取ることができる。個々のスレーブインバータ１１０は、基準位相に対してある位相シフトを有する交流の第２のグループを供給するように構成されており、この位相シフトは、直流バス３３３上の直流リプルを有効に低減するようになされている。
【００４３】
他の実施形態では、マスタインバータ１０２は、スレーブインバータ１１０にクロック信号を供給し、また、マスタインバータ１０２に対して特定の位相オフセットで動作するようにスレーブインバータ１１０に命じるデータメッセージまたは信号を供給している。位相オフセットは、例えばマスタインバータ１０２の複数の出力信号（例えば正弦波出力信号、パルス幅変調信号または他の波形）のうちの基準となる出力信号を使用して決定される位相を表している。
【００４４】
一実施形態では、車両の駆動力を制御するためのシステム２１１は、直流バス３３３および車両の対応する車輪に回転エネルギーを付与するための複数のそれぞれの回転電気機械１０４を備えている。回転電気機械１０４は、電動機、または複数の電動機と１台の発電機（例えば交流電源）のグループを備えることができる。インバータは、１つのマスタインバータ１０２および複数のスレーブインバータ１１０からなっている。これらのインバータ３３３の各々は、複数の回転電気機械１０４のうちの対応する回転電気機械１０４に結合されている。個々のインバータは、直流バスから直流電気エネルギーを受け取るようになされている。マスタインバータ１０２は、対応する基準位相を有する交流信号の個々の基準グループを供給するように適合されている。スレーブインバータ１１０の各々は、基準位相に対する異なるオフセット位相シフトを有する交流信号のそれぞれのグループを供給するように適合されており、この異なるオフセット位相シフトは、直流バス３３３上の直流リプルを有効に低減するようになされている。
【００４５】
データバス３２は、マスタインバータ１０２とスレーブインバータ１１０の間の通信をサポートしている。データバス３２は、マスタインバータ１０２からスレーブインバータ１１０への基準位相を表すデータメッセージを伝えることができる。一構成では、データバス３２は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データバスまたは他の車両データバス３２を備えている。マスタインバータ１０２は、個々のインバータに識別子を割り当て、かつ、個々のインバータに基準位相に対して参照される位相シフトを割り当てるように適合されている。
【００４６】
直流バス３３３は、正の端子および負の端子を有している。一次コンデンサバンク２１２は、それぞれ直流バスの正の端子と負の端子の間に並列に接続された正の端子および負の端子を有している。二次コンデンサバンク２００も、それぞれ直流バスの正の端子と負の端子の間に並列に接続された正の端子および負の端子を有している。第１のリンクインダクタンス２０２は、一次コンデンサバンク２１２と二次コンデンサバンク２００の正の端子間に、直流バスの正の端子と直列に接続されている。第２のリンクインダクタンス２０４は、一次コンデンサバンク２１２の負の端子と二次コンデンサバンク２００の負の端子の間に、直流バスの負の端子と直列に接続されており、一次コンデンサバンク２１２および二次コンデンサバンク２００のキャパシタンスの必要な値（例えばファラドの値）または必要なサイズは、マスタインバータ１０２と個々の対応するスレーブインバータ１１０の間の位相オフセットに起因し、また、マスタインバータ１０２とコントローラ３１０（例えば整流器）の間の位相オフセットに起因する直流リプルの対応する低減に比例して小さくすることができる。
【００４７】
一実施形態では、第１のリンクインダクタンス２０２は、約５０ナノヘンリー（ｎＨ）から約１００ｎＨの範囲内のインダクタンスを有しており、また、第２のリンクインダクタンス２０４も、約５０ｎＨから約１００ｎＨの範囲内のインダクタンスを有している。他の実施形態では、マスタインバータ１０２と個々のスレーブインバータ１１０の間の位相シフトは、式
Ｐ＝３６０／（６＊Ｎ）
に従って決定され、ここでＰは、マスタインバータ１０２と任意のスレーブインバータ１１０の間の位相シフトであり、また、Ｎは、マスタインバータ１０２およびスレーブインバータ１１０を含むインバータの総数である。
【００４８】
一構成では、異なる交流信号（１０３、１０５）のそれぞれのグループは、３つの対応するオフセット位相に関連する３つのそれぞれの信号からなっている。これらの交流信号のそれぞれのグループは、回転電気機械１０４の個々の入力端子のための異なるパルス幅変調信号からなっている。
【００４９】
一代替実施形態では、本文書で開示されている任意の実施形態のすべての分布コンデンサ（例えば電解／フィルムコンデンサ）は、一体に結合する、つまり集中させて集中コンデンサバンクにすることができ、インバータは、他の母線または導体構成に優る最小可能インダクタンスまたは低減インダクタンスを提供するために、積層母線（または例えば他のキャパシタンス増加伝送線路）を介して集中コンデンサバンクに接続される。
【００５０】
図４は、直流バス（１２または３３３）に接続された回転電気機械（１０４、１０６、２６または２８）間の様々な程度の位相同期化に対する、直流バス上の直流対時間のチャートすなわちグラフのグループを示したものである。上側の左隅の第１のチャート４０１は、同じ直流バス（例えば１２）に結合された２つのインバータ（例えば２２、２４）に対するＤＣ出力電流を表しており、これらのインバータ間には位相シフトは存在していない。垂直軸４００は信号の大きさを表しており、一方、水平軸４０２は時間を表している。
【００５１】
上側の右隅の第２のチャート４０７は、同じ直流バス（１２または３３３）に結合された２つのインバータ（２２または２４）に対するＤＣ出力電流を表しており、これらの２つのインバータ間には約３０度の位相シフトが存在している。例えば第１のインバータ２２が３つの出力位相、つまり第１の位相（位相Ａ）、第２の位相（位相Ｂ）および第３の位相（位相Ｃ）を有し、第１のインバータ２２の個々の位相が第１のインバータ２２の任意の他の位相に対して約１２０度オフセットしている場合、第２のインバータ２４は、第１のインバータ２２の第１の位相（位相Ａ）に対して約３０度オフセットした第１の位相（位相Ａ）を有し、第２のインバータ２４は、第１のインバータ２２の第２の位相（位相Ｂ）に対して約３０度オフセットした第２の位相（位相Ｂ）を有し、また、第２のインバータ２４は、第３の位相（位相Ｃ）から約３０度オフセットした第３の位相（位相Ｃ）を有している。したがってチャート４０７は、第１のインバータと第２のインバータの間の位相オフセットが約３０度である図１または図２のシステムの可能な性能を表している。チャート４０１に対するチャート４０７のＤＣ電流のリプル電流の低減は、容易に明らかである。図４のチャート４０１およびチャート４０７の同様の参照番号は、同様の要素または特徴を表している。
【００５２】
図４の左下のチャート４０３は、第１のインバータ２２から出力される交流位相がさらに含まれている点を除き、チャート４０１に類似している。第１のインバータ２２の場合、第１の位相４０８、第２の位相４０４および第３の位相４０６は、約１２０度だけ分離されている。ＤＣバス電流中の電流リプルは、最大偏差の領域における３つの位相の各々、つまりインバータ（２２または２４）によって回転機械すなわち電動機に出力される電流によって影響される。チャート４０３では、第１のインバータ２２および第２のインバータ２４は、互いに位相シフトがない状態で動作しており、また、同じ直流バス１２に結合されている。
【００５３】
図４の右下のチャート４０９は、第１のインバータ４２から出力される交流位相がさらに含まれている点を除き、チャート４０７に類似している。第１のインバータ４２の場合、第１の位相４０８、第２の位相４０４および第３の位相４０６は、約１２０度だけ分離されている。ＤＣバス１２電流中の電流リプルは、最大偏差の領域における３つの位相の各々、つまりインバータ（２２または２４）によって回転機械すなわち電動機（２６または２８）に出力される電流によって影響される。チャート４０３では、第１のインバータ２２および第２のインバータ２４は、互いに約３０度の位相シフトで動作しており、また、同じ直流バス１２に結合されている。したがってＤＣバス上の電流リプルは、チャート４０７に示されている方法と同様の方法で低減される。
【００５４】
本文書において開示されているシステムは、車両の複数のインバータに供給する直流バス上の１つまたは複数のコンデンサのサイズ、重量または最大容量を低減するのにうってつけである。コンデンサのサイズ、重量または容量は、車両の１つまたは複数の電動機または機械の最悪例運転条件、例えば低速運転、電動機中の失速電流および電動機の最低スイッチング周波数等をサポートするのに通常であれば必要な最悪例サイズまたは最悪例容量から低減することができる。その代わりに、本文書で開示されているシステムによれば、インバータの交流位相（例えば所定の位相オフセットを有する）を同期化することにより、複数のインバータおよび対応する電動機を備えた車両を容易に制御することができ、それによりリプル電流を小さくし、制限し、あるいは管理することができる。さらに、本文書で開示されているシステムは、同じ車両上の永久磁石機械およびスイッチト磁気抵抗機械すなわち電動機の両方の使用をサポートし、その一方で、スイッチト磁気抵抗機械（ＳＲ）機械（例えばＳＲ電動機）および永久磁石機械（ＳＭ）に与える交流信号の位相を同期化することによってコンデンサバンクのサイズおよび重量を最小化する。本文書で開示されているシステムは、同じ車両のための異なる極対数または構成を有する機械の使用をサポートし、その一方で、異なる極対構成を有する機械に与える交流信号の位相を同期化することによってコンデンサバンクのサイズおよび重量を最小化する。以上の発明は、例えば、通常であればハイブリッド車両および電気車両に使用されることになる直流バス上のリプル電流を平滑化するためのより大きい容量のコンデンサのコスト（および関連する重量または空間要求事項）を低減するのに有用である。
【００５５】
以上、好ましい実施形態について説明したが、添付の特許請求の範囲で定義されている本発明の範囲を逸脱することなく様々な修正を加えることができることが明らかになるであろう。
【図１】
2014518056.tif 000003
【図２】
2014518056.tif 000004
【図３】
2014518056.tif 000005
【図４】
2014518056.tif 000006
【国際調査報告】
2014518056.tif 000007