(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎを２以上の整数として交流電流が流れる（２Ｎ＋１）個の巻線をそれぞれ有しているＮ個のＡＣマシンと、
（２Ｎ＋１）相の電流を発生して前記Ｎ個のＡＣマシンの前記（２Ｎ＋１）個の巻線に供給し、前記Ｎ個のＡＣマシンを駆動する制御可能な（２Ｎ＋１）相のインバータと、
前記Ｎ個のＡＣマシンの各巻線を直列に接続して前記インバータに接続している相互接続手段とを具備し、
前記相互接続手段は、前記Ｎ個のＡＣマシンの１つの相の巻線を通った電流が別のＡＣマシンの異なる相の巻線を通って流れるように、各ＡＣマシンの選択された異なる相の巻線が直列に接続されるように構成されており、
さらに、前記インバータに結合され、前記Ｎ個のＡＣマシンを互いに独立して制御するために、動作させるＡＣマシンの各相巻線にそのＡＣマシンを動作させるために必要な相電流を選択して供給するように前記インバータの出力電流を制御する制御手段を具備していることを特徴とする（２Ｎ＋１）相のＡＣマシン装置。
【請求項２】
前記（２Ｎ＋１）相のＡＣマシンの（２Ｎ＋１）個の各巻線は回転方向に対して各相巻線が順次増加する位相角度で電流を供給され、
前記相互接続手段は、特定の位相角度の相巻線に対応した前記ＡＣマシンの１つの巻線を通った電流が前記Ｎ個のＡＣマシン中の別のＡＣマシンの異なった位相角度の相巻線を通って流れるように、前記Ｎ個のＡＣマシンの巻線を相互接続している請求項１記載の装置。
【請求項３】
Ｎは２であり、２Ｎ＋１は５であり、前記２個のＡＣマシンの５個の各巻線は、各マシンにおいて特定の回転方向に駆動されるような位相差で駆動電流を供給され、
前記相互接続手段は、前記インバータの対応した相に前記２個のＡＣマシンの一方のものの５つの全ての相巻線を接続し、前記ＡＣマシンの前記一方のものの前記相巻線の１つを前記ＡＣマシンの他方のものの対応した相巻線を通る電流が流れるように接続する請求項１記載の装置。
【請求項４】
Ｎを２以上の整数として交流電流が流れる（２Ｎ＋１）個の巻線をそれぞれ有しているＮ個のＡＣマシンを具備しているＡＣマシンシステムを制御する方法において、
前記Ｎ個のＡＣマシンはそれぞれ対応した回転方向で間隔を隔てて並んだ相巻線を含んでおり、
前記Ｎ個のＡＣマシンの各巻線は直列に接続されて前記インバータに接続され、各巻線は、前記Ｎ個のＡＣマシンの１つの相の巻線を通った電流が別のＡＣマシンの異なる相の巻線を通って流れるように、各ＡＣマシンの選択された異なる相の巻線が直列に接続されており、
インバータによって（２Ｎ＋１）相の電流を発生し、
前記インバータにより前記各相巻線に対して回転方向に対応した相の電流を前記Ｎ個のＡＣマシンの中の第１のＡＣマシンの前記相巻線に供給し、
前記Ｎ個のＡＣマシンの中の前記第１のＡＣマシンとは異なる第２のＡＣマシンにおいては、相巻線を流れる電流により生成される磁界が前記回転方向の駆動力を生成しないように、前記第１のＡＣマシンとは異なる相の電流を供給するステップを含んでいることを特徴とするＡＣマシンシステムの制御方法。
【請求項５】
（２Ｎ＋１）相の電流を発生する前記ステップは、
直流電圧バスに結合された５相インバータを制御するステップと、
前記Ｎ個のＡＣマシンの中の第１および第２のＡＣマシンを車両の第１および第２の車輪に結合するステップとを含んでいる請求項４記載の方法。
【請求項６】
５相インバータを制御する前記ステップは、牽引蓄電池に結合された５相インバータのスイッチを制御するステップを含んでいる請求項５記載の方法。
【請求項７】
（２Ｎ＋１）相の電流を発生する前記ステップは、
直流電圧バスに結合された５相インバータを制御するステップと、
前記Ｎ個のＡＣマシンの中の第１のＡＣマシンを車両の少なくとも第１の車輪に結合し、前記Ｎ個のＡＣマシンの中の第２のＡＣマシンを機械的駆動エネルギ源に結合するステップとを含んでいる請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記Ｎ個のＡＣマシンの中の第２のＡＣマシンを機械的駆動エネルギ源に結合する前記ステップは、前記Ｎ個のＡＣマシンのなかの前記第２のＡＣマシンを内燃エンジンに結合するステップを含んでいる請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多相のＡＣマシン制御に関し、とくに、制御された２Ｎ＋１相成分の使用によるＮ個のＡＣマシンの独立的な制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、３相システムを説明するためにしばしば使用される１２０°相対的時間位相ωｔのＡＣ電流または電圧の３つの相の通常の振幅−時間図である。省略形として使用される用語のＡＣとは“交流電流”を表すが、この用語は交流電圧または交流電流のいずれか、あるいは両方を示すため、多くの場合正確な表現ではない。電圧または電流は、瞬間的な値が正の値に続いて負の値に周期的に変化する場合、“交流”である。ここで、“正”または“負”という用語は、機械的な方向ではなく電気的な方向を意味する。図１において、３つの位相はＸa ，Ｘb およびＸc で示され、Ｘa ＝Ｘcos wt、Ｘb ＝Ｘcos(wt-2π/3) およびＸc ＝Ｘcos(wt-4π/3) によりそれぞれ表される。当業者に知られているように、図２は、時間ｔ＝０における図１の電流または電圧の２次元ベクトルを表わしたものある。図２において、２つの直交するαおよびβ成分が基本的な座標であり、α軸は“ａ”軸と一致する。２つの付加的なｂおよびｃ軸はａ軸から１２０°に位置する。電圧または電流Ｘa は、常にａ軸に沿って存在し、その瞬間的な振幅は時間と共に変化する。同様に、Ｘb およびＸc は、それぞれ常にｂおよびｃ軸に沿って存在し、それらの振幅もまた時間と共に変化する。図１の時間ｔ＝０に対応した図２に示されている時間において、図２のＸa ，Ｘb およびＸc の振幅は、たとえば合計され、ベクトルに対応する。時間的に位相が図１のＸa ，Ｘb およびＸc の曲線で増加すると、図２において、ベクトルが反時計方向（矢印ωｔの方向）に回転し、円210 をたどる。２πの位相変化の結果、１つの完全な回転により円210 が描かれる。数学的演算を簡単にするために、Ｘa ，Ｘb およびＸc の値を対応する成分αおよびβに関して表してもよい。
【０００３】
【数１】
0004663841.tif 000002
【０００４】
ここで
【数２】
0004663841.tif 000003
【０００５】
式（１）および（２）を一緒に考えると、それらはａ，ｂおよびｃに関して表わされるベクトルをαおよびβ成分に関して表わされるベクトルに変換するマトリクス変換を示す。上記の式には、交流励起と関連されてもよい共通モード（直流または非交流、あるいは交流）の電圧または電流が考慮されていない。ＡＣシステムにおいて、各相は、その相の交流成分を相殺する共通モード成分と関連されてもよい。図２は、共通モード成分が存在しない状況を仮定または想定している。
【０００６】
共通モード成分が平衡３相システムに存在している場合、それは相殺し、αおよびβ成分中に現れない。共通モード成分は相殺するので、たとえ存在していても、図２のような図には示されない。しかしながら、このような共通モード成分は、それが図２の２次元プロットで表されなくても存在している可能性がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
直流成分を表すために、ベクトルＸは式（３）および（４）に関連して以下に示す修正された変換によって表されてもよい。
【０００８】
【数３】
0004663841.tif 000004
【０００９】
ここでは、値“１／２”を有しているマトリクスの一番下の行の要素が共通モード成分を表している。付加的なＸ0 成分は、ゼロシーケンス成分として知られている。ゼロシーケンス成分によって表される共通モード成分は、図２のα−β平面に直交するベクトルによってしばしば表される。α−β平面に直交するこのようなベクトルの適用は、結果的に互いに直交する座標の３次元システムが得られる。
【００１０】
本発明の目的は、Ｎ個のモータや発電機のようなＡＣマシンを独立に制御することのできる制御システムを有する装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴による（２Ｎ＋１）相のＡＣマシン装置は、ＡＣマシンがモータまたは発電機であってもよい複数のＮ個のＡＣマシンを含んでいる。この装置は、Ｎ個のＡＣマシンを含んでいる。Ｎ個の各ＡＣマシンは交流電流が流れる（２Ｎ＋１）個の巻線を有しており、当然ながら、巻線はそれより多くてもよいが、効果的な巻線数は（２Ｎ＋１）個である。この装置はまた、制御可能な（２Ｎ＋１）相インバータを含んでおり、Ｎ個のマシンに対して（２Ｎ＋１）相の電流を生成する。相互接続装置は、インバータおよびＮ個のＡＣマシンに結合されており、各マシンの各巻線を通った電流がＮ個のＡＣマシンの別のものの各巻線を通って流れるように、Ｎ個のＡＣマシンのＮ個の巻線を相互接続している。制御装置は、インバータに結合されており、互いに直交するＮ個のセットの相の中の（２Ｎ＋１）個の相を制御し、それによってＮ個のＡＣマシンを互いに独立的に制御する。
【００１２】
本発明のこの特徴による特定の装置において、（２Ｎ＋１）相のＡＣマシンの（２Ｎ＋１）個の各巻線は、特定の空間的に進んだ位相で電気的に方向付けられ、相互接続装置は、特定の空間的位相に対応したＡＣマシンの中の１つの巻線を通った電流がＡＣマシンの中の別のものの異なる空間的相の巻線を通って流れるように、Ｎ個のＡＣマシンの巻線を相互接続する。本発明の１実施形態において、マシンの１つの中の特定の空間的相の巻線を通ったある電流は、別のマシンの中の同じ空間的位相の巻線を流れる。
【００１３】
本発明の特徴による特定の装置において、Ｎは２であり、（２Ｎ＋１）は５であり、２個のＡＣマシンの５個の各巻線は各マシンにおいて特定の空間的位相で方向付けられ、相互接続装置は、２個のＡＣマシンの一方の５つの相の全てをインバータの対応した相に相互接続し、このＡＣマシンの巻線のうちの１つを他方のＡＣマシンの対応した巻線を通る電流に対して接続する。
【００１４】
各ＡＣマシンが対応した空間的相巻線を含んでいる、Ｎ個の相互接続された（２Ｎ＋１）相のＡＣマシンを含むＡＣマシンシステムを制御する方法は、電流の２次元部分集合のＮ個の互いに直交したセットを表す（２Ｎ＋１）相電流を発生するステップを含んでいる。電流は、巻線の空間的相に対する電流の位相の特定の対応によりＮ個のＡＣマシンの第１のものの空間的相巻線を通って供給され、また電流の各２次元部分集合がＮ個のＡＣマシンの１つを独立的に制御するように、特定の対応とは異なっている巻線の空間的相に対する電流の位相の対応によりＮ個のＡＣマシンの第２のものの空間的位相巻線を通って供給される。特定の方法実施モードにおいて、（２Ｎ＋１）相電流を発生するステップは、直流電圧バスに結合された５相インバータを制御するステップを含んでいる。本発明を実施するこの特定のモードには、Ｎ個のＡＣマシンの第１および第２のものを車両の第１および第２の車輪に結合する付加的なステップが含まれる。別のモードにおいて、５相インバータを制御するステップは、牽引蓄電池（または別の電池）に結合された５相インバータのスイッチを制御するステップを含んでいる。本発明の特徴による方法の別の特定の実施モードにおいて、（２Ｎ＋１）相電流を発生するステップは、直流電圧バスに結合された５相インバータを制御するステップを含み、Ｎ個のＡＣマシンの第１のものが車両の少なくとも第１の車輪に結合され、Ｎ個のＡＣマシンの第２のものが内燃エンジンであってもよい機械的駆動エネルギ源に結合される付加的なステップが含まれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明において、図２の表現図は使用できる唯一可能な表現図ではなく、その他の表現図が、新しい有効な装置の実現への見通しを提供する。とくに、図３、図４および図５は、３つ互いに直交するＸa ，Ｘb およびＸc 軸またはデカルト座標に沿った図１のａ，ｂおよびｃ電圧または電流成分を表わすものである。電圧または電流成分は、Ｘa ，Ｘb およびＸc 軸に沿った（あるいは、それら軸上の）種々の瞬間的な値に対応する。図３乃至図５は、同じベクトル配置の異なった斜視図または等角投影図である。図３乃至図５において、図を簡単にするために、立方体の中心は座標系の中心または原点と一致する。したがって、立方体の中心の座標は０００である。六角形の平面312 は原点０００を通過し、この立方体を同一の２つの半分に切断する。この平面312 上に軸Ｘa ，Ｘb およびＸc を垂直に投影したものは、ａ´，ｂ´およびｃ´でそれぞれ示されており、３つの投影は平面において１２０°の間隔で位置している。図３の投影ａ´，ｂ´およびｃ´は、図２の軸ａ，ｂおよびｃに対応している。ゼロシーケンス成分が存在しない時に、時間的な位相が図１のＸa ，Ｘb およびＸc の曲線において増加すると、図３のベクトルは反時計方向（矢印ωｔの方向）に回転し、円310 を描く。
【００１６】
２πの位相変化の結果、円310 に沿って１つの完全な回転が行なわれる。
【００１７】
ゼロシーケンス成分は時間と共に変化することを理解すべきである。変化するゼロシーケンス成分が存在することは、αおよびβ軸に直交している０軸に沿って位置する成分によって図３に表示されている。ゼロシーケンス成分の大きさが固定されている場合、それは平面312 を０軸と平行に移動または変換するに過ぎず、この０軸は立方体の主対角線である。しかしながら、ゼロシーケンス成分は成分を表すベクトルの回転と関連して時間と共に変化するため、軌道の平面（円310 の平面）はこのようなゼロシーケンス成分の存在に応答して平面312 に関して傾斜する。
【００１８】
図４は図３の配置を表し、平面312 のエッジ側から見た図であり、図５は軸０に沿った図を示している。
【００１９】
図２の直交する（ａ，ｂ，ｃ）成分は、マトリクス変換［Ｔ３］によって図３乃至図５の直交する（α，β，０）成分に変換される。
【００２０】
【数４】
0004663841.tif 000005
【００２１】
式５は、図３乃至図５からのａ，ｂ，ｃ成分に関して表されたベクトルをα，βおよびゼロシーケンス成分に関して表されたベクトルに変換するマトリクス変換を表している。これは、１つの座標系から別の座標系への単なるベクトル変換である。
【００２２】
逆演算は、以下の式６によって表される。
【００２３】
【数５】
0004663841.tif 000006
【００２４】
本発明の特徴によると、図３乃至図５における３相システムを表わした図から、多相システムを（２Ｎ＋１）次元の超立方体として表すことが可能なことが理解できる。５相システムは、単一のゼロシーケンス軸に加えて、平面312 のような２つの互いに直交する平面を有するものとして表されることができる。５相システムについてそのように表された２つの平面はそれぞれ、４次元部分空間の２次元を占有する。互いに直交するこれら２つの平面は、座標系の原点でのみ交差し、したがって相互作用することはない。この概念は、７，９等の任意の奇数の相に一般化できる。本発明の特徴によると、Ｎ個のＡＣマシン（モータまたは発電機）は、電圧または電流の（２Ｎ＋１）個の制御された相で制御される。
【００２５】
図６は、直流電圧バス420 および電池として示されている直流電圧源422 にインバータ414 ，416 によってそれぞれ接続されている２個のＡＣマシン410 および412 の簡単なブロック図である。当業者は、バスが１以上の導体を含んでいてもよいことを認識している。図６において、ＡＣマシンは発電機またはモータであってもよい。１つの動作モードにおいて、マシン410 および412 の両者はモータとして動作され、機械的なエネルギを負荷（示されていない）に供給し、このエネルギがインバータ414 および416 のそれぞれによって電源422 から供給されてもよい。別の動作モードでは、両マシンは発電機として動作され、それらが生成した電気エネルギが整流モードで動作されたインバータ414 および416 によって直流電流に整流されてもよい。さらに別の動作モードにおいて、マシン410 は発電機として動作され、マシン412 はモータとして動作され、インバータ414 によってマシン410 からのエネルギを電源422 に供給し、インバータ416 によって電源422 からマシン412 にエネルギを供給してもよい。この最後の動作モードにおいて、モータ412 に対するエネルギは、最終的に発電機410 によって発生される。残念ながら、発電機410 によって生成されたエネルギは、モータ412 への途中にインバータ414 および416 を通過しなければならない。
【００２６】
図７のａは、本発明の特徴による形態を示す。この図７のａにおいて、直流電流源（それはまた直流電圧源を含んでいる）は、電池422 として示され、これは図６に示されているように直流バス420 に接続されている。バス420 は５相インバータ514 に接続されており、この５相インバータ514 は、バス420 上の直流電圧または電流を導体セット520 または電流路520a，520b，520c，520dおよび520e上の５相電圧または電流に変換する。電流または電圧は、導体セット520 または電流路から位相スワッピング装置550 によって５相ＡＣマシン510 に流れる。図７のｂに示されているように、ＡＣマシン510 は５個の巻線530a，530b，530c，530dおよび530eのセット530 を含んでいる。当業者に知られているように、５相巻線セット530 の個々の巻線530a，530b，530c，530dおよび530eは、順次位相の変化した電流または電圧が巻線セット530 に供給されたときに、このマシンの周囲に沿って進む磁界を生じさせるように、マシン510 内において物理的に方位付けされている。とくに、巻線520a，520b，520c，520dおよび520eから巻線530a，530b，530c，530dおよび530eにそれぞれ供給された電流または電圧の位相が７２°のインクレメントで変化し、位相１（０°）が電流路520aによって巻線530aに供給され、位相２（７２°）が電流路520bによって巻線530bに供給され、位相３（１４４°）が電流路520cによって巻線530cに供給され、位相４（２１６°）が電流路520dによって巻線530dに供給され、位相５（２８８°）が電流路520eによって巻線530eに供給されるとき、セット530 の巻線は、磁界が同位相で加算されて回転磁界をマシン内に形成するように物理的に配置されている。この回転磁界によって、電気エネルギを機械的な運動に変換し、あるいは機械的な運動を対応した電気的エネルギに変換することが可能になる。導体520a，520b，520c，520dおよび520eのそれぞれの反対側の巻線530a，530b，530c，530dおよび530eの端部は、電流路または導体520a' ，520b' ，520c' ，520d' および520e' にそれぞれ接続されている。当業者は、図７のｂの導体520aから巻線530aに流れる電流のような、導体から巻線に流れる電流は巻線の対応した別の接続中も流れ、それは巻線530aの場合は接続または電流路520a' に対応することが認識できる。
【００２７】
図７のｃは、図７のａのＡＣマシン512 と関連した巻線を、導体または電流路セット540 の導体または電流路へのその接続と共に示している。図７のｃに示されているように、ＡＣマシン512 は５個の巻線532a，532b，532c，532dおよび532eのセット532 を含んでいる。図７のｃのＡＣマシン512 はまた、導体または電流路540a，540b，540c，540dおよび540eのセット540 と関連している。、当業者に知られているように、また上述されているように、５相巻線セット532 の個々の巻線532a，532b，532c，532dおよび532eは、順次位相の増加する電流または電圧が巻線のセット530 に供給されたときにマシンの周囲方向に進む磁界を生じさせるように、マシン512 内において物理的に方位付けられている。とくに、導体540a，540b，540c，540dおよび540eから巻線532a，532b，532c，532dおよび532eにそれぞれ供給された電流または電圧の位相のインクレメントが７２°であり、位相１（０°）が電流路540aによって巻線532aに供給され、位相２（７２°）が電流路540bによって巻線532bに供給され、位相３（１４４°）が電流路520cによって巻線530cに供給され、位相４（２１６°）が電流路540dによって巻線532dに供給され、位相５（２８８°）が電流路540eによって巻線532eに供給されるとき、セット540 の巻線は、磁界が同位相を加算して回転磁界をＡＣマシン512 内に形成するように物理的に配置されている。この回転磁界によって、電気エネルギを機械的な運動に変換し、あるいは機械的な運動を対応した電気的エネルギに変換することが可能になる。導体540a，540b，540c，540dおよび540eと反対側の巻線532a，532b，532c，532dおよび532eの端部は、電流路または導体540a' ，540b' ，540c' ，540d' および540e' のセット540'によってそれぞれ共通または“短絡回路”導体542 に接続されている。当業者は、図７のｃの導体540aから巻線532aに流れる電流のような導体から巻線に流れた電流はまた巻線の対応した別の接続中も流れ、それは巻線532aの場合は接続または電流路540a' に対応することが認識できる。
【００２８】
図７のｄは、図７のａの１つの可能な相互接続または位相スワッピング配置550 の詳細を示している。図７のｄにおいて、550 で示された相互接続配置は、セット520'の導体または電流路をセット540 の導体または電流路に接続する。本発明の特徴によると、相互接続配置550 の導体または電流路は、ある電流が回転磁界を関連したマシン中に生じさせ、電流の別のものに磁界相殺を行わせるように接続されている。とくに、図７のａに示されている２個のＡＣマシンの一方において、図３乃至図５に関連して説明した２つの直交する平面の一方と関連した電流（α1 ，β1 ）に起因する磁界が加算されて回転磁界を生じさせ、一方２つの直交する平面の他方のものに関連した電流（α2 ，β2 ）は相殺を行う磁界を生じさせ、したがって、結果的に回転する磁界は発生しない。図７のｄにおいて、任意に０°で示された位相の電流または電圧を伝達する導体520'は、相互接続路550aによって導体セット540 の対応した導体540aに接続される。相互接続セット550 の相互接続の導体550bは、セット520'の７２°の導体520b' をセット540 の導体540dと相互接続する。導体のセット550 の導体550cは、セット520'の１４４°の導体520c' をセット540 の導体540bと相互接続し、導体のセット550 の導体550dは、セット520'の２１６°の導体520d' を導体セット540 の導体540eに接続し、導体のセット550 の導体550eは、導体セット520'の２８８°の導体520e' を導体セット540 の導体540cに接続する。図７のａ乃至ｄに示されている相互接続により、２個のＡＣマシン510 および512 は独立して動作されることができる。
【００２９】
図７の２個のマシン510 および512 の独立した動作は、各マシンに対して合計して回転磁界を生じさせる電流または電圧を必要とする３相方式で２個の各マシンが動作した結果から生じたものと考えることができる。各マシンに対するこれらの電圧または電流は、平面に存在する図２乃至図５を参照して説明されたαおよびβ成分であるとみることができるが、上述のように２つの平面（α1 ，β1 ）および（α2 ，β2 ）は直交している。全体の５相の電圧または電流が、２つの直交する平面と関連した電圧または電流のベクトル合計であるとみなされることができる。２つの平面が直交した物理的な結果として、２つの直交する平面の第１の平面に関連した５相電圧または電流が合計または加算されて回転磁界を生じさせ、一方第２の平面に関連した電圧または電流が相殺することである。合計または相殺は、位相が各マシン内において加算される方法に依存する。図７のｂおよびｃの巻線配置と共に図７のａおよびｄの相互接続配置により、第１の平面（α1 ，β1 ）に関連した磁界の加算および第２の平面（α2 ，β2 ）に関連した磁界の相殺に加えて、ＡＣマシン510 が形成され、一方マシン512 では、第２の平面（α2 ，β2 ）から回転磁界を生成するための合計または加算と第１の平面（α1 ，β1 ）に関連した磁界の相殺とが結果的に生じるように、位相が再構成される。
【００３０】
図８は、図７の形態で使用されることのできる５相インバータを簡単に表している。図８において、電流路420aおよび420bを含む直流電圧または電流バス420は、電源422 の両端に接続されている。５つの制御された電流路610a，610b，610c，610dおよび610eは、導体420a乃至420bに接続されている。各電流路610a，610b，610c，610dおよび610eは、ｘで示された２個の制御可能なスイッチを含んでいる。電流路610aは、上部スイッチ612a1 および下部スイッチ612a2 、ならびにそれらの間にタップ614aを含んでいる。電流路610bは、上部スイッチ612b1 および下部スイッチ612b2 、ならびにそれらの間のタップ614bを含み、電流路610cは上部スイッチ612c1 および下部スイッチ612c2 、ならびにそれらの間のタップ614cを含み、電流路610dは上部スイッチ612d1 および下部スイッチ612d2 、ならびにそれらの間のタップ614dを含み、電流路610eは上部スイッチ612e1 および下部スイッチ612e2 、ならびにそれらの間のタップ614eを含んでいる。導体のセット520 のＡＣ導体520a，520b，520c，520dおよび520eは、タップ614a，614b，614c，614dおよび614eにそれぞれ接続されている。図８のインバータはまた、５相電流または電圧の発生に適した方式でスイッチを制御するブロック608 として示されているスイッチ制御装置を含んでいる。スイッチされるインバータ用の制御装置は技術的に知られており、５相動作用の制御装置は、当業者の知識範囲内のもので十分である。
【００３１】
図９は、磁界方向付け制御（ＦＯＣ）タイプの従来技術の３相ＡＣマシン制御装置の簡単なブロック図である。図９において、ＡＣマシンは、相対的な０°，１２０°および２４０°の位相を有するａ，ｂおよびｃ相によって駆動される誘導マシン（モータまたは発電機）710 である。共通の電流路または短絡回路バスは、712 として示されている。714aおよび714bとして示されている電流サンプラは、ａおよびｂ導電路中の電流をサンプリングし、信号サンプルをＴ３ブロック716 に結合する。ブロック716 は、導体ｃ中の電流をＩa ＋Ｉb ＋Ｉc ＝０から決定し、（ａ，ｂ，ｃ）座標から（α，β）座標へのＴ３変換を行う。結果的に得られたＩαおよびＩβは、センサ718 からの電機子またはロータ角度θに関する情報と共に、ＦＯＣ制御装置720 に結合される。このような制御装置は技術的に知られているため、ここでは詳細に説明しない。制御装置720 は、ｄαおよびｄβデューティサイクル制御信号を生成し、これらの信号はブロック722 として示されている逆変換装置Ｔ３-1に供給され、この逆変換装置Ｔ３-1はｄαおよびｄβデューティサイクル制御信号をｄa ，ｄb およびｄc 信号に変換する。ｄa ，ｄb およびｄc 制御信号は、３相インバータ724 に供給され、このインバータ724 がバスおよび電池422 として示されている関連した電源との間の電力の流れを制御する。図９のもののような装置の１つの特定の用途は、電源422 が牽引蓄電池であるハイブリッド電気車両の駆動システムであり、モータ710 は、車両の少なくとも１つの車輪を駆動し、ＦＯＣ制御装置720 は、モータに結合されるべき電力量や、使用されることとなる再生制動の量を示す別の制御信号、およびその他種々の信号を受信する。
【００３２】
上述のハイブリッド電気車両に対する適用において、米国特許第 5,828,201号明細書（Hoffman et al.の10/27/98出願）および第 5,869,950号明細書（Hoffman et al.の1999年 2月 9日出願）に詳細に記載されているように、燃料動作マシンによって駆動される電気発電機の形態の別のＡＣマシンが３相インバータに接続されてもよい。
【００３３】
本発明の特徴によると、ＦＯＣ制御される装置は、１対のＡＣマシンの５相制御を使用する。図１０は、本発明のこの特徴による装置を示す。図１０において、制御された５相インバータ824 は２個の５相モータに供給するために導体のセット821 上で５相電圧または電流を生成し、これら５相モータは図７のａのように接続され、ブロック810 として一緒に示されている。電流センサのセット814 の４個の電流センサ、すなわち814a，814b，814cおよび814dによって示されているセンサはそれらの各導体または電流路中の電流を感知し、対応した信号をｉa ，ｉb ，ｉc およびｉd をＴ５ブロック816 に結合し、このＴ５ブロック816 は測定されていなかった第５の（ｅ）電流の値を決定し、ａ，ｂ，ｃ，ｄおよびｅ成分に関して測定された電流を、２つの互いに直交する平面における電流プラスゼロシーケンス成分に変換する。とくに、図１０のブロック816 は、ｉa ，ｉb ，ｉc ，ｉd およびｉe をｉα1 ，ｉβ1 およびｉα2 ，ｉβ2 成分ならびに０成分に変換する。ｉα1 およびｉβ1 成分は、第１のモータに関連したロータの角位置に関するθ1 センサ情報と共に、“ＡＣモータベクトル制御”と記載されているブロック 8201 に供給され、このブロックはブロック810 の２個の５相モータの第１のモータ用のＦＯＣ制御装置である。ＦＯＣ制御装置 8201 の出力は、Ｔ５-1変換ブロック822 に供給される制御信号Ｖα1 およびＶβ1 を含んでいる。
【００３４】
ブロック816 によって生成されたｉα2 およびｉβ2 成分は、第２のモータに関連したロータの角位置に関するθ2 センサ情報と共に、“ＡＣモータベクトル制御”と記載されているブロック 8202 に供給され、これはブロック810 の２個の５相モータの第２のモータ用のＦＯＣ制御装置である。ＦＯＣ制御装置 8202 の出力は、ＦＯＣ制御装置 8201 からのＶα1 およびＶβ1 指令ならびブロック816 にからのゼロシーケンス電流信号と共にＴ５-1変換ブロック822 に供給される制御信号Ｖα2 およびＶβ2 を含んでいる。ブロック822 はＴ５-1変換を行って、Ｖα1 ，Ｖβ1 ，０，Ｖα2 およびＶβ2 信号を５相インバータ制御信号Ｖa ，Ｖb ，Ｖc ，Ｖd およびＶe 信号に変換する。ブロック822 によって生成されたＶa ，Ｖb ，Ｖc ，Ｖd およびＶe 信号は、図８のスイッチのセット612 を制御するために５相インバータブロック824 に供給される。
【００３５】
図１０のＴ５ブロック816 は、（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）座標と（α1 ，β1 ，０，α2 ，β2 ）座標と間の変換を表している。とくに、この変換を式７で示されている。
【００３６】
【数６】
0004663841.tif 000007
【００３７】
ここで、マトリクス［Ｔ５］の１つの可能な解を式８で示す。
【００３８】
【数７】
0004663841.tif 000008
【００３９】
同様に、図１０のブロック822 のマトリクス［Ｔ５-1］は式９で定められる。
【００４０】
【数８】
0004663841.tif 000009
【００４１】
ここで、マトリクス［Ｔ５-1］は式１０で示す。
【００４２】
【数９】
0004663841.tif 000010
【００４３】
少なくとも１０個の解が存在し、それらのうちの１つは図７のｄの位相スワッピング装置において明白にされている。９個の他の解は、図１１および図１２に示されているように異なったシフトを生じさせる。説明はこれで十分である。
【００４４】
図１３は、（２Ｎ＋１）個の相を使用する一般化したＮ個のマシンのシステムを示す。この図１３では、図７のａのものに対応した素子は、同じ参照符号で示されている。電池422 は、バス420 によって（２Ｎ＋１）相のインバータに結合され、この（２Ｎ＋１）相のインバータが、導体のセット1020a の（２Ｎ＋１）個の導体上で本発明による（２Ｎ＋１）の相駆動を生じさせる。セット1020a は、（２Ｎ＋１）の巻線のマシン1010a の（２Ｎ＋１）個の接続のセットに接続している。マシン1010a の（２Ｎ＋１）個の巻線の他端部は、導体のセット1020a'によって第１の位相スワッピングブロック1050a に接続されている。位相スワッピングブロックは、やはり（２Ｎ＋１）個の巻線を有する第２のマシン1010b の端子にセット1020b によって接続されている。マシン1010b の巻線の他端部は、第２の位相スワッピングブロック1050b にセット1020b'によって接続されている。
【００４５】
位相スワッピングブロック1050b の出力は、導体の別のセット1020c によって接続され、導体の最後のセットがＮ番目のマシン1010n の端子に接続されるまで、同様に接続される。別のマシンと反対側のマシン1010n の（２Ｎ＋１）個の端子は、共通の導体1042に接続されている。
【００４６】
本発明のその他の実施形態は、当業者に明らかになるであろう。たとえば、当業者は、種々の実施形態の制御装置がアナログまたはデジタル回路あるいはそれら両者を含んでもよいことを認識する。“間”および“横切って”という用語は、電気システムに関連して使用された場合、それらを機械学的または空間的に使用したときの意味とは異なる。制御装置の説明では、ＡＣマシンを発電機およびモータとして使用することに言及されていないが、マシンが置かれる駆動および負荷状態に応じて、それらはいずれのモードで動作することができ、システムの“インバータ”部分は、発電機として動作される場合、発電機からＡＣエネルギを抽出し、そのエネルギを直流電圧または電流バスに結合するために整流に等しい機能を実行する。電流センサセット814 のセンサによる電流の感知は４つの特定の位相、すなわち位相ａ，ｂ，ｃおよびｄについて説明されているが、当業者は、Ｎ相システムの任意の（Ｎ−１）個の位相が感知されてよく、計算によってＮ番目のものを決定できることを認識している。
【００４７】
したがって、本発明の特徴による（２Ｎ＋１）相（５相）のＡＣマシン(410,412,510,512,710,810) 形態は、Ｎ個の複数のＡＣマシン(410,412,510,512,710,810) を含んでおり、ここでＡＣマシン(410,412,510,512,710,810) はモータまたは発電機であってもよい。この形態は、Ｎ個のＡＣマシン(410,412,510,512,710,810) を含んでいる。Ｎ個の各ＡＣマシン(410,412,510,512,710,810) は、交流電流が流れる（２Ｎ＋１）個の巻線を有し、当然ながら、もっと多くの巻線(530,532) が存在していてもよいが、巻線(530,532) の実効個数は２Ｎ＋１である。
【００４８】
この形態はまた、制御可能な（２Ｎ＋１）相のインバータ(414,416,514,724,824) を含み、Ｎ個のマシン(410,412,510,512,710,810) に対して（２Ｎ＋１）個の電流相を発生する。相互接続配置(550) は、インバータ(414,416,514,724,824)およびＮ個のマシン(410,412,510,512,710,810) とに結合され、各マシン(410,412,510,512,710,810) の各巻線を流れる電流がＮ個のＡＣマシン(410,412,510,512,710,810) の別のもののそれぞれの巻線(530,532) を通って流れるようにＮ個のＡＣマシン(410,412,510,512,710,810) のＮ個の巻線(530,532) を相互接続する。制御装置(608,716,720,722,816,8201 ,8202 ,822) は、インバータ(414,416,514,724,824) に結合されており、Ｎ個の互いに直交するセットにおける（２Ｎ＋１）個の位相を制御し、それによってＮ個のＡＣマシン(410,412,510,512,710,810) を互いに無関係に制御する。本発明のこの特徴の特定の形態において、（２Ｎ＋１）相のＡＣマシン(510,512,810) の（２Ｎ＋１）個の各巻線(530,532) は、特定の空間的位相の漸進的増加をなすように電気的に方位を定められている。相互接続装置(550) は、特定の空間位相（ｂ）に対応したＡＣマシン(510,512,810) の１つの巻線(530b)を通って流れる電流が、ＡＣマシン(512,810) の別のものの異なった空間位相（ｄ）の巻線(532b)を流れるように、Ｎ個のＡＣマシン(510,810) の巻線(530,532) を相互接続する。本発明の１実施形態において、マシン(510,810) の１つにおける特定の空間位相（ａ）の巻線(530a)を通る１つの電流は、別のマシン(512,810) における同じ空間位相（ａ）の巻線(532a)中を流れる。
【００４９】
本発明の特徴による特定の形態（図７のａ，１０）において、Ｎは２であり、（２Ｎ＋１）は５であり、２個のＡＣマシン(510,512,810) の５個の巻線（セット530 および532 の巻線）はそれぞれ、各マシン(510,512,810) において特定の空間位相で方位付けられ、相互接続装置(550) は２個のＡＣマシンの第１のもの(510) の５つの位相の全てをインバータ(514,824) の対応した位相に接続し、ＡＣマシンの別のもの(512) の対応した巻線(532a)を通って電流が流れるようにＡＣマシンの第１のもの(510) の巻線の１つ(530a)を接続する。
【００５０】
各ＡＣマシンが対応した空間的位相巻線を含むＮ個の相互接続された（２Ｎ＋１）相ＡＣマシンを含んでいるＡＣマシンシステムを制御するための本発明による方法は、電流の２次元部分集合のＮ個の互いに直交するセットを表す（２Ｎ＋１）相の電流を発生するステップを含んでいる。電流は、巻線の空間位相に対する電流の位相の特定の対応によりＮ個のＡＣマシンの第１のものの空間位相巻線を通って供給され、また、電流の２次元部分集合がそれぞれＮ個のＡＣマシンの１つを独立的に制御するように、特定の対応とは異なっている巻線の空間位相に対する電流の位相の対応によりＮ個のＡＣマシンの第２のものの空間位相巻線を通って供給される。この方法を実施する特定のモードにおいて、（２Ｎ＋１）相の電流を発生するステップは、直流電圧バスに結合された５相インバータを制御するステップを含んでいる。本発明を実施するこの特定のモードは、Ｎ個のＡＣマシンの第１および第２のものを車両の第１および第２の車輪に結合する付加的なステップを含む。別のモードにおいて、５相インバータを制御するステップは、牽引蓄電池に結合された５相インバータのスイッチを制御するステップを含む。
【００５１】
本発明の特徴による方法を実施するための別の特定のモードにおいて、（２Ｎ＋１）相の電流を発生するステップは、直流電圧バスに結合された５相インバータを制御するステップを含み、Ｎ個のＡＣマシンの第１のものが車両の少なくとも第１の車輪に結合され、Ｎ個のＡＣマシンの第２のものが、内燃エンジンであってもよい機械的駆動エネルギ源に結合される付加的なステップが含まれている。
【図面の簡単な説明】
【図１】３相システムを説明するためにしばしば使用される１２０°の相対的時間位相ωｔの電流または電圧の３つの相の通常の振幅−時間図。
【図２】図１の電流または電圧の２次元ベクトル表現図。
【図３】３つの互いに直交するＸa ，Ｘb およびＸc 軸またはデカルト座標に沿った図１のａ，ｂおよびｃ電流または電圧成分図。
【図４】３つの互いに直交するＸa ，Ｘb およびＸc 軸またはデカルト座標に沿った図１のａ，ｂおよびｃ電流または電圧成分図。
【図５】３つの互いに直交するＸa ，Ｘb およびＸc 軸またはデカルト座標に沿った図１のａ，ｂおよびｃ電流または電圧成分図。
【図６】インバータと、直流電圧バスまたは直流電流バスとによって相互接続された２個のＡＣマシンを使用する装置の簡単なブロック図。
【図７】本発明の特徴による５相ＡＣマシン形態の簡単なブロック図と、その５相ＡＣマシンに関連した巻線の概略図と、その５相ＡＣマシン形態の交換または位相スワッピング部分の簡単な概略図。
【図８】本発明の特徴による５相インバータの簡単な概略ブロック図。
【図９】従来技術のＡＣマシン制御装置の簡単な概略ブロック図。
【図１０】２個のＡＣマシンが５相制御装置によって独立的に制御される本発明の特徴による形態の簡単な概略ブロック図。
【図１１】図７の装置と共に限定式に対する１０個の可能な解を生成する別のスワッピング回路の簡単な概略図。
【図１２】図７の装置と共に限定式に対する１０個の可能な解を生成する別のスワッピング回路の簡単な概略図。
【図１３】（２Ｎ＋１）相の制御装置によって制御されるＮ個のマシンの簡単な一般化した概略図。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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