(57)【要約】【課題】  電力バス・リップルの少ない多重インバーター・システムを提供すること。【解決手段】  多重インバーター・システム（２００）において、第一及び第二のインバーター（２３０、２７０）は共通エネルギー源（２０２）に結合され、対応するモーター（２２２、２６２）を駆動する。第一及び第二のコントローラ（２２４、２６６）は、第一及び第二のインバーターそれぞれに、第一及び第二のクロック信号についてそれぞれ変調されたパルス幅変調信号を供給する。同時スイッチングによる電力バス・リップルを平滑化するコンデンサ（２０４）のサイズを低減するため、モーターが両方ともモーター・モードにある場合又は両方とも回生モードにある場合に、中央をベースとする交互配置及び前縁／後縁同時発生のような異なる変調スキームが用いられる。モーターの一方がモーター・モード、他方が回生モードにある場合、同一の変調スキームが用いられる。【選択図】  図２
2004248495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のための多重インバーター・システムであって、
エネルギー源と、
前記エネルギー源と並列に結合されたコンデンサと、
前記エネルギー源と結合され、第一のモーターを駆動するようにされた第一のインバーターと、
第一のクロック信号について変調された第一のパルス幅変調信号を前記第一のインバーターに供給するよう、前記第一のインバーターと結合された出力を有する第一のコントローラと、
前記エネルギー源と結合され、第二のモーターを駆動するようにされた第二のインバーターと、
同期信号を受け取るための入力と、第二のクロック信号について変調された第二のパルス幅変調信号を前記第二のインバーターに供給するよう前記第二のインバーターと結合された出力とを有する第二のコントローラであって、前記同期信号を用いて、前記第一のクロック信号と所定の関係を有する前記第二のクロック信号を生成するコントローラと、
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１記載の多重インバーター・システムであって、前記第一及び第二のクロック信号が互いに同期されるシステム。
【請求項３】
請求項２記載の多重インバーター・システムであって、前記第一のパルス幅変調信号が前記第一のクロック信号について前縁で変調され、前記第二のパルス幅変調信号が前記第二のクロック信号について後縁で変調されるシステム。
【請求項４】
請求項１記載の多重インバーター・システムであって、前記第一及び第二のクロック信号が互いに交互配置されるシステム。
【請求項５】
請求項４記載の多重インバーター・システムであって、前記第一のパルス幅変調信号が前記第一のクロック信号について中央をベースとして変調され、前記第二のパルス幅変調信号が前記第二のクロック信号について中央をベースとして変調されるシステム。
【請求項６】
請求項１記載の多重インバーター・システムであって、前記エネルギー源がバッテリーを含むシステム。
【請求項７】
請求項１記載の多重インバーター・システムであって、前記コンデンサがカーボン・コンデンサのバンクとして実現されるシステム。
【請求項８】
請求項１記載の多重インバーター・システムであって、前記第一のコントローラがマスタ・コントローラとして特徴付けられ、前記第二のコントローラがスレーブ・コントローラとして特徴付けられ、前記第一のコントローラが、更に、前記同期信号を前記第二のコントローラの入力に供給するための出力を有するシステム。
【請求項９】
請求項１記載の多重インバーター・システムであって、更に、前記第一及び第二のコントローラの動作モードを制御するために、バスを介して前記第一及び第二のコントローラに結合されたシステム・コントローラを備えるシステム。
【請求項１０】
多重インバーター・システムの電力バス・リップルを低減する方法であって、
第一及び第二のモーターにそれぞれ結合された第一及び第二のインバーターに共通電源から電力供給する工程と、
第一のクロック信号について変調された第一のパルス幅変調信号を生成する工程と、
前記第一のインバーターを前記第一のパルス幅変調信号で駆動する工程と、
第二のクロック信号について変調された第二のパルス幅変調信号を生成する工程と、
前記第二のインバーターを前記第二のパルス幅変調信号で駆動する工程と、
互いに所定の関係を有する前記第一及び第二のクロック信号を生成する工程と、
を含む方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法であって、前記第一及び第二のクロック信号を生成する前記工程が、前記第一及び第二のクロック信号を同期させる工程を含む方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法であって、前記第一のパルス幅変調信号を生成する前記工程が、前記第一のパルス幅変調信号を前記第一のクロック信号の前縁付近で変調する工程を含み、前記第二のパルス幅変調信号を生成する前記工程が、前記第二のパルス幅変調信号を前記第二のクロック信号の後縁付近で変調する工程を含む方法。
【請求項１３】
請求項１０記載の方法であって、前記第一のインバーターを駆動する前記工程が、マスター・コントローラを用いて前記第一のインバーターを駆動する工程を含み、前記第二のインバーターを駆動する前記工程が、スレーブ・コントローラを用いて前記第二のインバーターを駆動する工程を含み、互いに前記所定の関係を有する前記第一及び第二のクロック信号を生成する前記工程が、前記マスター・コントローラから前記スレーブ・コントローラへ同期信号を供給する工程を含む方法。
【請求項１４】
請求項１０記載の方法であって、前記第一及び第二のクロック信号を供給する前記工程が、前記第一及び第二のクロック信号を交互配置する工程を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、前記第一のパルス幅変調信号を生成する前記工程が、前記第一のパルス幅変調信号を前記第一のクロック信号の中央付近で変調する工程を含み、前記第二のパルス幅変調信号を生成する前記工程が、前記第二のパルス幅変調信号を前記第二のクロック信号の中央付近で変調する工程を含む方法。
【請求項１６】
請求項１０記載の方法であって、更に、コンデンサを用いて前記共通電源の電力バス・リップルを平滑化する工程を含む方法。
【請求項１７】
多重インバーター・システムの電力バス・リップルを低減する方法であって、
第一及び第二のモーターにそれぞれ結合された第一及び第二のインバーターに共通のエネルギー源から電力を供給する工程と、
前記第一のインバーターを第一のパルス幅変調信号で駆動する工程と、
前記第二のインバーターを第二のパルス幅変調信号で駆動する工程と、
前記第一及び第二のモーターのいずれかがモーター・モードにあり、他方が回生モードにある場合に、同一の変調スキームを用いて前記第一及び第二のパルス幅変調信号を生成する工程と、
前記第一及び第二のモーターが両方とも前記モーター・モードにある場合、又は前記第一及び第二のモーターが両方とも前記回生モードにある場合に、異なる変調スキームを用いて前記第一及び第二のパルス幅変調信号を生成する工程と、
を含む方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、同一の変調スキームを用いて前記第一及び第二のパルス幅変調信号を生成する前記工程が、中央をベースとする同時発生変調を用いて前記第一及び第二のパルス幅変調信号を生成する工程を含む方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の方法であって、異なる変調スキームを用いて前記第一及び第二のパルス幅変調信号を生成する前記工程が、第一のクロック信号に関して中央をベースとする変調を用いて前記第一のパルス幅変調信号を生成する工程と、前記第一のクロック信号と交互配置された第二のクロック信号に関して中央をベースとする変調を用いて前記第二のパルス幅変調信号を生成する工程とを含む方法。
【請求項２０】
請求項１７記載の方法であって、更に、共通システム・コントローラを用いて、前記第一及び第二のモーターを、前記モーター・モード及び前記回生モードのうちの選択されたモードにおく工程を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電動モーターに関するものであり、より詳細には、共通の電源から電力供給される複数の電動モーターを使用するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリー車、ハイブリッド車及び燃料電池電気自動車を含む電気自動車は、典型的に、車両の電動モーターに三相動作電力を供給するために、モード切換え電源の形態のインバーターを利用する。最も一般的に用いられるインバーターのデザインは、車両の駆動モーターによるトルク要求を満たすために必要な高電流を供給することができるパワートランジスタを利用する、パルス幅変調（ＰＷＭ）電源インバーターである。インバーターは、直流（ＤＣ）バスからモーターの巻き線への電力を切り替える。低圧システムにおいてＤＣバスは典型的に４２ボルトであり、高圧システムにおいてＤＣバスは約３５０〜４００ボルト（Ｖｄｃ）である。
【０００３】
インバーターの異なる相が切り替わる際、電源電圧に顕著な揺らぎが発生する。これらの揺らぎは、まとめて、電力バスの電圧リップル及び電流リップルとして知られている。典型的に、直流（ＤＣ）電源に並列接続される大きなコンデンサ又はコンデンサ・バンクは、平滑フィルターとして機能することにより電力バス・リップルを補償するために用いられる。自動車のインバーター・システムにおけるコンデンサ・バンクのサイズは、バス電圧、電力レベル、及びシステムのリップル耐性に左右される。自動車環境においてインバーターを高圧バスから駆動している場合、電圧リップルを十分に平滑化するためには１０００マイクロ・ファラッド（μＦ）又はそれ以上のコンデンサが要求され得る。静電容量の値は、４２ボルト・システムのような低圧システムにおいては１６，０００μＦを超過し得る。このような高い値を有するコンデンサ又はコンデンサ・バンクは、かなりの空間を必要とし、車両のコストを増大させる。
【０００４】
電力バス・リップルは、多重インバーター・システムにおいて、より大きくなる。多重インバーター・システムは、対応する数のモーターを駆動するが同一のエネルギー源から電力を供給される２つ又はそれ以上のインバーターを備えるシステムである。例えば、ハイブリッド自動車においては、トランスミッション・システム又はトラクション・システムのために二重インバーター・システムが利用され得る。リップルは相加的なものであるため、多重インバーター・システムにおいて電力バス・リップルの問題は倍加される。従って、両方のインバーター・システムに同一の電源から電力を供給するためには、単一インバーター・システムに要求されるよりも大きなコンデンサを設けることが必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
より小さなコンデンサで所与の平滑度を提供することができる多重インバーター・システムが望ましい。本発明は、そのようなインバーター・システムを提供する。本発明の特徴及び利点は、添付の図面と組み合わされた以下の詳細な説明から、より明瞭に理解される。
【０００６】
従って、本発明は、一つの形態において、エネルギー源と、エネルギー源に並列に結合されるコンデンサとを備える、車両の多重インバーター・システムを提供する。第一のインバーターはエネルギー源に結合され、第一のモーターを駆動するようにされる。第一のコントローラは、第一のインバーターに結合された出力を有し、第一のクロック信号に関して変調された第一のパルス幅変調信号を当該出力に提供する。第二のインバーターは、エネルギー源に結合され、第二のモーターを駆動するようにされる。第二のコントローラは、同期信号を受け取るための入力と、第二のインバーターに結合された出力とを有し、第二のクロック信号に関して変調された第二のパルス幅変調信号を当該出力に提供する。第二のコントローラは、同期信号を用いて、第一のクロック信号と所定の関係を持つ第二のクロック信号を生成する。
【０００７】
他の形態において、本発明は、多重インバーター・システムの電力バス・リップルを低減する方法を提供する。第一及び第二のモーターとそれぞれ結合される第一及び第二のインバーターは、共通の電源から電力供給される。第一のクロック信号に関して変調された第一のパルス幅変調信号が生成され、第一のインバーターは、第一のパルス幅変調信号により駆動される。第二のクロック信号に関して変調された第二のパルス幅変調信号が生成され、第二のインバーターは、第二のパルス幅変調信号により駆動される。第一及び第二のクロック信号は、互いに所定の関係を持って生成される。
【０００８】
更に他の形態において、本発明は、また、多重インバーター・システムの電力バス・リップルを低減する方法を提供する。第一及び第二のモーターとそれぞれ結合される第一及び第二のインバーターは、共通のエネルギー源から電力供給される。第一のインバーターは、第一のパルス幅変調信号を用いて駆動される。第二のインバーターは、第二のパルス幅変調信号を用いて駆動される。第一及び第二のモーターの一方がモーター・モードにあり他方が回生モードにある場合、第一及び第二のパルス幅変調信号は同一の変調スキームを用いて生成される。第一及び第二のモーターがともにモーター・モードにある場合、又は第一及び第二のモーターがともに回生モードにある場合には、第一及び第二のパルス幅変調信号は異なる変調スキームを用いて生成される。
【０００９】
本発明は、以下において、同様の番号が同様の構成要素を示す添付の図面と組み合わされて説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の以下の詳細な説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明又はその適用及び利用の限定を意図するものではなく、更に、上記の発明の背景又は下記の図面の詳細な説明において提示されるいかなる理論によっても縛られる意図はない。
【００１１】
図１は、本技術分野において知られる多重インバーター・システム１００のブロック図である。多重インバーター・システム１００は、一般に、バッテリー１０２、平滑コンデンサ１０４、第一のモーター・システム１２０、第二のモーター・システム１６０、システム・コントローラ１８０、及びコントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）バス１９０を備える。バッテリー１０２は、電力バス１０６に結合される正極と、負のバス１０８に結合される負極とを有する。コンデンサ１０４は、電力バス１０６に結合される第一の端子と、負のバス１０８に結合される第二の端子とを有する。コンデンサ１０４は、モーター・システム１２０及び１６０により引き起こされる電力バス・リップルを十分に平滑化できる程度に大きい。
【００１２】
モーター・システム１２０は、一般に、モーター１２２、コントローラ１２４及びインバーター１３０を備える。モーター１２２は、モーターの各相に結合された三つの端子を有する三相ＡＣモーターである。コントローラ１２４はＣＡＮバス１９０に結合され、モーター１２２の三相にそれぞれに関連付けられた２つずつの駆動信号を提供するための６つの出力端子を有する。コントローラ１２４は、また、「ＣＬＫ１」と呼ばれるクロック信号を提供するクロック生成回路１２６を含む。コントローラ１２４は内部的に、中央演算処理装置、メモリ及び入出力回路を備えるデジタル・マイクロコントローラとして実現される。入出力回路は、モーター１２２の回転子を所望の速度で回転させ又は所望のトルクを生成するよう、適宜の時にモーター１２２の三相を駆動するために要求される駆動信号と対応するデューティ比を有し且つＣＬＫ１と同期した出力波形を生成するパルス幅変調（ＰＷＭ）回路を含む。
【００１３】
インバーター１３０は、６つのＮチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）１３１〜１３６と、６つの保護ダイオード１４１〜１４６とを備える。トランジスタ１３１は、電力バス１０６に結合されたドレインと、モーター１２２の第一の相と関連付けられた第一のＰＷＭ出力信号をコントローラ１２４から受け取るためのゲートと、モーター１２２の第一の相巻き線と結合されたソースとを備える。トランジスタ１３２は、トランジスタ１３１のソースと結合されたドレインと、モーター１２２の第一の相と関連付けられた第二のＰＷＭ出力信号をコントローラ１２４から受け取るためのゲートと、負のバス１０８と結合されたソースとを備える。トランジスタ１３３は、電力バス１０６と結合されたドレインと、モーター１２２の第二の相と関連付けられた第一のＰＷＭ出力信号をコントローラ１２４から受け取るためのゲートと、モーター１２２の第二の相巻き線と結合されたソースとを備える。トランジスタ１３４は、トランジスタ１３３のソースと結合されたドレインと、モーター１２２の第二の相と関連付けられた第二のＰＷＭ出力信号をコントローラ１２４から受け取るためのゲートと、負のバス１０８と結合されたソースとを備える。トランジスタ１３５は、電力バス１０６と結合されたドレインと、モーター１２２の第三の相と関連付けられた第一のＰＷＭ出力信号をコントローラ１２４から受け取るためのゲートと、モーター１２２の第三の相巻き線と結合されたソースとを備える。トランジスタ１３６は、トランジスタ１３５のソースと結合されたドレインと、モーター１２２の第三の相と関連付けられた第二のＰＷＭ出力信号をコントローラ１２４から受け取るためのゲートと、負のバス１０８と結合されたソースとを備える。保護ダイオード１４１〜１４６はそれぞれ、トランジスタ１３１〜１３６の各ドレインと結合されたカソードと、トランジスタ１３１〜１３６の各ソースと結合されたアノードとを備える。インバーター１３０の全ての個別のデバイスは、ＨＥＸＰＡＣＫモジュールとして知られる単一のモジュールに共通に組み込まれる。
【００１４】
モーター・システム１６０は、一般に、モーター１６２、コントローラ１６４及びインバーター１７０を備える。モーター１６２も、モーターの各相に結合された３つの端子を有する三相ＡＣモーターである。コントローラ１６４はＣＡＮバス１９０に結合され、モーター１６２の三相のそれぞれに関連付けられた２つずつの駆動信号を提供するための６つの出力端子を有する。コントローラ１６４は、また、「ＣＬＫ２」と呼ばれるクロック信号を供給するクロック生成回路１６６を含む。コントローラ１６４は内部的に、中央演算処理装置、メモリ及び入出力回路を備えるデジタル・マイクロコントローラとして実現される。コントローラ１２４と同様に、入出力回路は、モーター１６２の回転子を所望の速度で回転させ又は所望のトルクを生成するよう、適宜の時にモーター１６２の三相を駆動するために要求される駆動信号と対応するデューティ比を有し且つＣＬＫ２と同期する出力波形を生成するＰＷＭ回路を含む。
【００１５】
インバーター１７０は、構造的にインバーター１３０と同じであり、モーター１６２の三相のそれぞれと関連付けられた２つずつのＰＷＭ相駆動信号を受け取るための入力を有する。インバーター１７０は、また、バッテリー１０２から動作電力を受け取るようバッテリー１０２の第一及び第二の端子と結合される。インバーター１７０は、モーター１６２の個々の相巻き線に結合された３つの出力を有する。
【００１６】
システム・コントローラ１８０は、ＣＡＮバス１９０に結合され、コントローラ１２４及び１６４に命令を供給する。供給される命令には、モーターをモーター・モード又は回生モードに入れる命令などが含まれる。
【００１７】
モーター・システム１２０及びモーター・システム１６０は、共通のエネルギー源即ちバッテリー１０２から電力供給されるが、異なるクロック信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２によりクロックされる。ＣＬＫ１及びＣＬＫ２は任意の周波数を有し、互いに非同期である。コンデンサ１０４は、最悪の場合のバス電流リップルを考慮に入れてサイズ決定されなければならず、個々の分離したモーター・システムに必要とされる値の合計と等しい値を持たねばならない。モーター・システムが同一のものである場合、コンデンサ１０４は、個々のモーター・システムに必要とされるサイズの２倍のサイズを持ち得る。
【００１８】
本発明は、多重コンバーター・システムをシステム全体として考え、システム全体に対する電力バス電流リップルを最小化するようモーターを巧みに且つ調整された方法で駆動することにより、平滑コンデンサのサイズを低減する。一般に調整は２つのメカニズムにより達成される。第一に、インバーターを駆動するＰＷＭ信号が、同一の周波数を有するクロックを参照するが互いに補完するよう選ばれた変調スキームを用いて生成される。第二に、変調スキームは、モーター状態の組合せに基づいて選択される。２つのモーターが両方ともモーター・モードにある場合又は２つのモーターが両方とも回生モードにある場合に、一つの変調スキームが選択される。一方のモーターがモーター・モードにあり、他方のモーターが回生モードにある場合には、もう一つの変調スキームが選択される。
【００１９】
図２は、本発明に係る多重インバーター・システム２００のブロック図である。多重インバーター・システム２００は、一般に、バッテリー２０２、平滑コンデンサ２０４、第一のモーター・システム２２０、第二のモーター・システム２６０、システム・コントローラ２８０及びＣＡＮバス２９０を含む。バッテリー２０２は、バッテリー・アレイとして実現されるＤＣエネルギー源である。ハイブリッド自動車での利用においては、バッテリー２０２は低電圧高電流のバッテリー・パックである。バッテリー２０２は、電力バス２０６に結合された正極と、負のバス２０８に結合された負極とを有する。バッテリー２０２は約４２ボルトの公称出力電圧を生成するが、本発明は、他の電圧を有するバッテリーに対しても適用可能である。コンデンサ２０４は、バッテリー２０２の第一の極に結合された第一の端子と、バッテリー２０２の第二の極に結合された第二の端子とを有する。コンデンサ２０４は、モーター・システム２２０及び２６０によって引き起こされる電力バス電流リップルを十分に平滑化できる程度に大きく、また、望ましくは、約２０，０００μＦの全体キャパシタンスを有するカーボン・コンデンサのバンクとして実現される。
【００２０】
モーター・システム２２０は、一般に、モーター２２２、マスター・コントローラ２２４及びインバーター２３０を含む。モーター２２２は、モーターの各相に結合された３つの端子を有する三相ＡＣモーターである。コントローラ２２４はＣＡＮバス２９０に結合され、モーター２２２の三相それぞれに関連付けられた２つずつの駆動信号を供給するための６つの出力端子を有する。コントローラ２２４は内部的に、中央演算処理装置、メモリ及び入出力回路を備えるデジタル・マイクロコントローラとして実現される。図１のコントローラ１２４と同様に、入出力回路は、モーター２２２の回転子を所望の速度で回転させ又は所望のトルクを生成するよう、適宜の時にモーター２２２の三相を駆動するために要求される駆動信号と対応するデューティ比を有し且つＣＬＫ１と同期した出力波形を生成するＰＷＭ回路を含む。インバーター２３０は、構造的に図１のインバーター１３０と同じであり、モーター２２２の三相それぞれと関連付けられた２つずつのＰＭＷ相駆動信号を受け取るための入力を有する。インバーター２３０は、また、動作電力を受け取るために、電力バス２０６及び負のバス２０８と結合される。インバーター２３０は、モーター２２２の個々の相巻き線と結合された３つの出力を有する。
【００２１】
モーター・システム２６０は、一般に、モーター２６２、スレーブ・コントローラ２６４及びインバーター２７０を含む。モーター２６２は、モーターの各相に結合された３つの端子を有する三相ＡＣモーターである。コントローラー２６４はＣＡＮバス２９０に接続され、モーター２６２の三相のそれぞれと関連付けられた２つずつの駆動信号を供給するための６つの出力端子を有する。コントローラー２６４は内部的に、中央演算処理装置、メモリ及び入出力回路を有するデジタル・マイクロコントローラとして実現される。図１のコントローラ１２４と同様に、入出力回路は、モーター２６２の回転子を所望の速度で回転させ又は所望のトルクを生成するために適宜の時にモーター２６２の三相を駆動するために要求される駆動信号と対応するデューティ比を有し且つＣＬＫ２と同期した出力波形を生成するＰＷＭ回路を含む。インバーター２７０は、構造的に図１のインバーター１３０と同じであり、モーター２６２の三相それぞれと関連付けられた２つずつのＰＭＷ相駆動信号を受け取るための入力を有する。インバーター２７０は、また、動作電力を受け取るために、電力バス２０６及び負のバス２０８と結合される。インバーター２７０は、モーター２６２の個々の相巻き線と結合された３つの出力を有する。
【００２２】
システム・コントローラ２８０は、車両の運転者から受け取った命令に応じて、マスタ・コントローラ２２４及びスレーブ・コントローラ２６４に命令を与え、各モーターの速度／トルク及びモードを制御する。システム・コントローラ２８０は、ＣＡＮバス２９０を用いてこれらの命令を伝達する。ＣＡＮバス２９０は、特に自動車環境に適するが、他の実施の形態においては、他のバス・システムも用いられ得る。
【００２３】
多重インバーター・システム２００は、インバーター・システム２２０及び２６０を相互に関連する全体システムの一部と捉え、パルス幅変調信号の生成を電力バス・リップルを最小化するよう巧みに調整することにより、コンデンサ２０４に要求されるサイズを、図１のインバーター・システム１００に対して要求されるサイズの約２分の１に低減することが可能である。このため、マスタ・コントローラ２２４は、スレーブ・コントローラ２６４の入力に結合される「プロセッサ同期信号」と呼ばれる出力を有する。
【００２４】
モーター・システム２２０及びモーター・システム２６０の動作を調整する際の「プロセッサ同期信号」の利用は、図３において、よりよく理解される。図３は、図２のクロックと同期信号とのタイミング図３００である。図３において、横軸は時間を表わし、縦軸は電圧を表わす。クロック信号ＣＬＫ２は、「ｔ１」、「ｔ２」及び「ｔ３」と呼ばれる時点においてロジックロー電圧からロジックハイ電圧に変化することによりサイクルを開始する波形３０２によって図示される。この図に示されるように、ＣＬＫ２は５０％のデューティ比を有するため、ロジックロー電圧への移行はｔ１とｔ２及びｔ２とｔ３の中間で起こる。「プロセッサ同期信号」は、ｔ１、ｔ２及びｔ３において短時間高く波打つ波形３０４により図示される。従って、図３において「サイクル１」と呼ばれる、スレーブ・コントローラ２６４のための第一のサイクルは、ｔ１で開始してｔ２で終了し、「サイクル２」と呼ばれる第二のサイクルはｔ２で開始してｔ３で終了する。「プロセッサ同期信号」は、マスター・コントローラ２２４の内部クロックＣＬＫ１から取り出される。従って、マスター・コントローラ２２４は、「プロセッサ同期信号」を介して、ＰＷＭ信号が同じ時間間隔で且つ既知の時点から生成されることを保証することができる。システム２００は、以下に更に詳細に説明するように、この調整を用いて電力バス・リップルを最小化する。
【００２５】
発明者は、インバーター２３０及び２７０へのＰＷＭ信号を巧みに生成するために、３つの異なる変調スキームを分析した。これらの３つのスキーム全てにおいて、個々のインバーターのＰＷＭサイクルが互いに同期される。第一のスキームは、中央をベースとする同時発生として知られる。図４は、この方法に従って図２のシステムで用いられるＰＷＭ信号のタイミング図４００を示す。第一のＰＷＭ信号４０２は、モーター・システム２２０の相のうちの一つと関連付けられ、「サイクル１」及び「サイクル２」と呼ばれる２つのクロック・サイクル期間において示される。サイクル１の期間に、ＰＷＭ信号４０２は、クロック・サイクルのほぼ中心に置かれた駆動ハイの時間を有し、デューティ比は約５０％である。サイクル２の期間に信号３０２のデューティ比は約６６％に増加するが、信号４０２はやはりサイクル２のほぼ中心に置かれたままである。
【００２６】
同時に、スレーブ・コントローラ２６４は、モーター・システム２６０において、インバーター２７０を介してモーター２６２の相のうちの一つを駆動する駆動信号４０４を供給する。この技術を用いると、クロック信号が互いに同期されるため、サイクル１及びサイクル２が同時に発生する。サイクル１の期間に、駆動信号４０４は約２５％のデューティ比を有し、サイクル１のほぼ中央に置かれる。従って、信号４０２及び４０４の駆動ハイの時間は、サイクル１の中央で重なり合う。その後、サイクル２の期間に、信号４０４のデューティ比は約８０％に増加する。
【００２７】
第二のスキームは、中央をベースとする交互配置として知られる。図５は、この方法で生成された、図２のインバーター・システムにおける駆動信号のタイミング図５００を示す。図４と同様に、第一のＰＷＭ信号５０２はモーター・システム２２０と関連付けられ、第二のＰＷＭ信号５０４はモーター・システム２６０と関連付けられる。この技術において、クロック信号は交互に配置される。即ち、クロック信号は同期されるが、互いに逆相になる。図５は、交互配置のスキームを用いることにより、信号の重なり合いが、中央をベースとする同時発生のスキームと比較して低減されることを示す。
【００２８】
第三のスキームは、前縁／後縁同時発生として知られる。図６は、この方法に従って図２のシステムにおいて用いられるＰＷＭ信号のタイミング図６００を示す。このスキームを用いると、サイクル１及びサイクル２はＰＷＭ信号６０２及び６０４について、この場合も同時に発生するが、デューティ比が異なるクロックエッジから変調されるために、重なり合いはやはり、中央をベースとする同時発生のスキームと比較して低減される。
【００２９】
発明者は、どの方法が好ましいかを決定するために、これらの３つのスキームのシミュレーションを行った。２つの誘導機を用いて、９２．５ニュートン・メートル（Ｎ−ｍ）のモーター・シャフト・トルクを持つモーター・モードで作動させた。３つのスキーム全てにおいて、最大電流を有する相が切換えられないよう、ゼロ・ベクトルを選択した。
【００３０】
まず、電力バス電流が、３つのスキームそれぞれについて比較された。この分析により、両方の誘導機がモーター・モードにある場合、中央をベースとする同時発生のスキームは望ましくないことが示された。このスキームを用いると、２つのモーターからのバス電流は互いに重なり合う。このスキームに対する全体の平均電流は他の２つのスキームと同じであるにも関わらず、中央をベースとする同時発生のスキームに対する二乗平均（ＲＭＳ）リップル電流は、全バス電流に対するバス電流のピークが高いために非常に高い。５００回転毎分（ｒｐｍ）の回転速度に対する、中央をベースとする交互配置のスキーム及び前縁／後縁同時発生のスキームにおけるＲＭＳリップル電流は、中央をベースとする同時発生のスキームよりかなり低い。
【００３１】
更に利点を得るために、発明者は、中央をベースとする交互配置のスキーム及び前縁／後縁同時発生のスキームについて、ＤＣバス電流の高調波スペクトルを分析した。中央をベースとする交互配置のスキームは、主ダブル・スイッチング周波数成分を有すること、即ち、スイッチング周波数が１０キロヘルツ（ｋＨｚ）である場合に約２０ｋＨｚにおいてピークになる高調波スペクトル・エネルギーを有することがわかった。前縁／後縁同時発生のスキームは、主スイッチング周波数成分を有すること、即ち、スイッチング周波数が１０ｋＨｚであるときにピークとなる高調波スペクトル・エネルギーを有することがわかった。
【００３２】
シミュレートされた電力バス電流の結果を、以下の表に要約する。
【００３３】
【表１】
2004248495.tif 000003
【００３４】
表１に示すように、スキーム２（中央をベースとする交互配置）又はスキーム３（前縁／後縁同時発生）に対する全ＲＭＳ電流は、スキーム１（中央をベースとする同時発生）に対する全ＲＭＳ電流よりかなり小さい。低減されたバス電流リップルは、バス電圧リップルよりかなり小さい。ＤＣバス電流の様々な高調波スペクトルは、コンデンサ２０４の選択にも影響する。同じ静電容量に対して、より高いスペクトル周波数を有するスキーム２では、ピーク間の電力バス電圧リップルがより小さくなる。しかし、スキーム２における高い方の周波数成分は、静電容量静電気抵抗（ＥＳＲ）に逆効果を与え、コンデンサにおいて熱として分散される損失を増加させる。
【００３５】
次に、発明者は、トルク生成における２つのスキームの効果を分析した。発明者は、ステップ・トルク指令に応ずるピーク間のトルク・リップルが、前縁／後縁同時発生のスキームでは、中央をベースとする交互配置のスキームより大きくなることを発見した。発明者は、また、トルク生成の高調波スペクトル分析から、前縁／後縁同時発生のスキームが約２６０Ｈｚの低周波数振動を発生させることを発見したが、この周波数は５００ｒｐｍの軸速度に対する固定子周波数の約６倍である。この低周波数成分の存在は、非常に望ましくない。
【００３６】
しかし、ＰＷＭエッジの選択がセクター間で変更される場合には、この低周波数成分を除去することができる。この変更は、２つの誘導機が同一の固定子周波数で動作しなければ達成され得ない。低周波数振動は、全てのセクターにおいてゼロ・ベクトル「０」又はゼロ・ベクトル「７」のいずれかが選択される場合にも除去され得る。この選択により、低周波数トルク・リップル成分は相当に低減される。しかしこのスキームは、中央をベースとする交互配置のスキームと比べ、スイッチ損失を増大させる。図示された低電圧システムのようにスイッチ装置としてＭＯＳＦＥＴが利用される場合には、スイッチ時間が非常に速くなり、追加のスイッチ損失はそれほど顕著にはならない。
【００３７】
これらのシミュレーション結果は、モーターが両方ともモーター・モードにある場合の状況を分析したものであるが、両方のモーターが回生中である場合にも同様に適用される。しかし、本発明の追加の態様として、変調スキームは、モーター・システムのモードに基づいて変えられ得る。例えば、モーター２２２及びモーター２６２が両方ともモーター・モードに有る場合、又は両方とも回生モードに有る場合、中央をベースとする交互配置のスキーム又は前縁／後縁同時発生のスキームのいずれかが電力バスの電流リップルを低減するために用いられ得る。しかし、一方のモーターがモーター・モードにあり、他方のモーターが回生モードにある場合には、駆動電流が逆であるため、中央をベースとする同時発生のスキームを利用することが望ましい。
【００３８】
本発明を、好ましい実施の形態に関して記述したが、当業者にとっては、様々な修正が明らかである。例えば、例示された実施の形態は、２つの三相モーターを有するシステムである。しかし、本発明は、ＰＷＭ信号により駆動される任意のモーターに適用可能であり、２つ又はそれ以上のモーターを有するシステムに適用可能である。同様に、開示されたバス・リップルを低減する技術は、例えば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いて構成されたインバーターだけではなく、ＭＯＳＦＥＴを用いて構成されたインバーターのような様々なインバーター設計に対して有用である。更に、中央をベースとする交互配置のスキームと前縁／後縁同時発生のスキームとの間の選択は、考慮されるモーター・システムの実際の特性に基づいて変化する。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の範囲に含まれる本発明の全ての修正を包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本技術分野において知られる多重インバーター・システムのブロック図である。
【図２】図２は、本発明に係る多重インバーター・システムのブロック図である。
【図３】図３は、図２のクロック信号及び同期信号のタイミング図である。
【図４】図４は、第一の方法により生成された図２のインバーター・システムの駆動信号のタイミング図である。
【図５】図５は、第二の方法により生成された図２のインバーター・システムの駆動信号のタイミング図である。
【図６】図６は、第三の方法により生成された図２のインバーター・システムの駆動信号のタイミング図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００  多重インバーター・システム、１０２  バッテリー、１０４  平滑コンデンサ、１２０  第一のモーター・システム、１６０  第二のモーター・システム、１８０  システム・コントローラ、１９０  コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）バス、２００  多重インバーター・システム、２０２  バッテリー、２０４  平滑コンデンサ、２２０  第一のモーター・システム、２６０  第二のモーター・システム、２８０  システム・コントローラ、２９０  ＣＡＮバス。
【図１】
2004248495.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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