(57)【要約】  本発明は、電気回路(1)の少なくとも１つのキャパシタ(2)を放電する方法に関し、前記電気回路(1)は、多相回転電気機械の電気固定子巻線(4)であって、前記巻線(4)は、それぞれが固定子相を形成し、電気的に相互接続されていない複数のコイル(6)を含む、電気固定子巻線(4)と、キャパシタ(2)と電気固定子巻線(4)の間に配置され、複数の制御可能なスイッチングセル(10)を含むスイッチングシステム(5)とを具備する。本発明の方法によれば、前記コイル(6)は、前記スイッチングシステム(5)を用いて前記キャパシタ(2)によって電気的に電力供給され、前記スイッチングセル(10)は、単極電流が前記電気固定子巻線(4)を通過するように、制御される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路(1)の少なくとも１つのキャパシタ(2)を放電する方法であって、前記電気回路(1)は、
-  多相回転電気機械の電気固定子巻線(4)であって、前記巻線(4)は、それぞれが固定子相を形成する複数のコイル(6)を含み、前記コイル(6)は、電気的に相互接続されていない、電気固定子巻線(4)と、
-  複数の制御可能なスイッチングセル(10)を含むスイッチングシステム(5)とを具備し、
前記コイル(6)は、前記スイッチングシステム(5)を介して前記キャパシタ(2)によって電気的に電力供給され、前記スイッチングセル(10)は、前記電気固定子巻線(4)が単極電流によって通過されるように、制御される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電気回路(2)の前記コイル(6)は、星形結線でも多角形接続でもない、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固定子は３相である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記スイッチングセル(10)は、前記電気巻線(4)の前記コイル(6)の１つに供給された電流の合計値の、スイッチングセル(10)のスイッチング期間にわたる平均値が、所定の非ゼロ値に等しいように制御される、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記スイッチングシステム(5)は、複数の並列に取り付けられたアーム(8)を含み、各アーム(8)は、中央地点(16)によって分離された２つの制御可能なスイッチングセル(10)を含み、各コイル(6)は、前記コイル(6)専用の２つのアーム(8)の前記中央地点(16)の間に配置され、前記キャパシタ(2)は、前記アーム(8)に並列に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記回路(2)は、電気エネルギ蓄積ユニット(30)をさらに具備し、前記キャパシタ(2)は、電気エネルギ蓄積ユニット(30)及び前記スイッチングシステム(5)の間に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記回路(2)は、前記電気エネルギ蓄積ユニット(30)に充電するための電気グリッド(24)の相補型コネクタに接続されるために適したコネクタ(23)をさらに具備し、前記コネクタ(23)は、１つの自由端と、コイル(6)の中間点(35)に接続された他端とそれぞれ有する複数の接点(32)を少なくとも有する、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記電気グリッド(24)は、交流電力供給量または直流電力供給量のうちのいずれか１つを配信する、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記回路(2)は、前記キャパシタ(2)と前記電気エネルギ蓄積ユニット(30)の間に配置されたDC/DC電圧コンバータ(41)を具備する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記回路は、電気車両またはハイブリッド車両に搭載される、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記キャパシタ(2)は、前記スイッチングシステム(5)を介してのみ、前記電気固定子巻線(4)に電気的に接続される、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記放電の間、前記キャパシタ(2)からの前記電流は、電気コンダクタ以外の電気的構成要素を通過することなく、前記スイッチングシステム(5)及び前記電気固定子巻線(4)に流れる、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にハイブリッド車両を駆動するためにハイブリッド車両に搭載される、回転電気機械の電気固定子巻線(electric stator winding)を具備する電気回路の少なくとも1つのキャパシタの放電に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気回路の電気エネルギ蓄積ユニットの外部電気グリッドによる充電の終了時、または車両が回転電気機械によって全体的にまたは部分的に駆動される間のシーケンスの終了時に、このキャパシタ放電が望まれる。キャパシタを放電することの利点であり得る例は、「Electronic equipment for use in power installations」という1997年来のEN50178規格に記載されている。
【０００３】
このキャパシタの端子上の電圧は、外部から電気回路の接続可能な端子上で利用可能なことがあり、この電圧の存在は、例えばモータ機械工などのオペレータには危険であり得る。電気回路に接続されるとともに、放電動作専用である放電抵抗を使用した1又は複数のキャパシタを放電することは知られている。この解決策は、電気回路の構成要素の数を増加させるとともに、高価でもある。
【０００４】
電気固定子巻線にキャパシタを放電することも知られている。この解決策は、放電電流が望ましくないモータトルグを生成することを回避する必要があるので、現在、実施には比較的複雑である。
【０００５】
米国特許出願2011/0050136明細書には、バッテリと、コイルが星形結線した電気固定子巻線とを含む電気回路のキャパシタを放電する方法を教示している。放電の間、キャパシタからの電流は、電気固定子巻線を通過する前に放電を促進する抵抗を含む追加の分岐(branch)と交差する。
【０００６】
回転電気機械の電気固定子巻線を含む電気回路のキャパシタの、単純な、経済的な、かつ効率的な放電が望まれており、その回路は特にハイブリッド車両または電気車両のトランクション回路である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、この要求に対処するとともに、
-  多相回転電気機械の電気固定子巻線であって、前記巻線はそれぞれが固定子相(stator phase)を形成するが、電気的に相互接続されていない複数のコイルを含み、電気固定子巻線と、
-  複数の制御可能なスイッチングセルを含むスイッチングシステムとを具備する電気回路の少なくとも1つのキャパシタを放電するための方法を使用してこの要求を達成することである。
電気固定子巻線は前記スイッチングシステムを介して前記キャパシタによって電気的に電力供給され、前記スイッチングセルは前記電気固定子巻線が単極電流によって通過されるように制御される。
【０００８】
上記方法は、この1つまたは複数のキャパシタの放電電流がスイッチングシステムによって単極電流に変換されるように、キャパシタと電気固定子巻線の間に配置されたスイッチングシステムの電子スイッチを制御することからなる。
【０００９】
電気固定子巻線がN個のコイルを含むとき、単極電流iM0は、以下のように定義される。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
上記方法によれば、スイッチングシステムの制御は、1つまたは複数のキャパシタが放電されるとき各コイルが値iM0を有する非ゼロ電流によって通過され得るようにできる。各コイルは、キャパシタのこの放電の間、単極電流iM0によって通過されるのみであり得る。
【００１２】
スイッチングシステムのスイッチングセルが同一のスイッチング期間に従って制御されるとき、そのスイッチング期間にわたり、コイルは、同じの平均値をもつ自身の電流によってそれぞれ通過される。
【００１３】
3相u,v,wを有する電気固定子巻線の場合、各相が自身の電流iu,iv,iwによってそれぞれ通過され、システム制御は、iu,iv,iwの全てを、スイッチングシステム内でスイッチングが発生する間の時間を除いて、iM0に等しくなるようにできる。
【００１４】
上記方法によれば、電気固定子巻線は各々が回転磁界を生成する電流によって電気的に電力供給され、機械の回転子上にトルグが働かないように、これらの磁界の組合せは機械の空隙中に全体的な回転磁界を生成しない。
【００１５】
回転電気機械は、各固定子相に誘導される起電力が、シヌソイド(sinusoidal)であるとともに、電気固定子巻線が単極電流によって通過されるとき、任意の三次高調波または三次多重高調波(3rd-order or 3rd-order-multiple harmonics)を有さないように構成された機械であり得る。この場合、回転子にトルグは加えられない。このように、例えば動作中の回転子を設定(setting)せずに、上述のEN50178規格の要求に対処するために、キャパシタが放電され得る。
【００１６】
代替として、方法はまた、固定子が単極電流で電力供給されるとき、回転子に低いトルグが加えられる、回転電気機械に適用され得る。
【００１７】
電気固定子巻線の各コイルは、一つのコイルから他のコイルまで等しい、コイルの端子上に平均電圧値を有し得る。
【００１８】
コイルは、相互接続されておらず、すなわち、電気固定子巻線の異なるコイルの端子に直接接続された端子を有する電気固定子巻線のコイルはない。「コイルが電気的に相互接続されない」ことは、「コイルが独立している」ことと同義である。
【００１９】
電気固定子巻線が3つのコイルによって形成される場合、固定子は3相であり得る。
電気固定子巻線のコイルは、星形結線でも多角形接続でもなく、すなわち、電気固定子巻線が3相であるとき三角形状でありうる。
【００２０】
電気巻線のコイルの1つに電力供給するそれぞれの電流の合計の、スイッチングセルのスイッチング期間にわたる平均値が、所定の非ゼロ値に等しくなるように、スイッチングセルが制御されうる。3相の場合、各々が固定子コイルの1つを通過する3つの電流の合計は、上記所定の値に等しい。言い換えると、スイッチングシステムの制御は、所与の非ゼロ値付近で、単極電流の、スイッチング期間にわたる、平均値を調整し得る。
【００２１】
上述の所定の値は、方法が実行される前に、キャパシタ電気子(armature)の間の蓄積電荷（静電電力の）から取得されるべき所望のキャパシタの放電割合に従って選択され得る。以下では、「初期充電」として参照される。例えば、方法は、キャパシタが初期充電の少なくとも80%だけ放電されるようにできる。
【００２２】
前記平均値の所定の値はまた、放電方法が所与の制約を満たすように、しきい値以下の期間を有するように選択され得る。
【００２３】
本発明の一実施形態では、スイッチングシステムが、複数の並列に取り付けられたアームを含み、各アームが、中央地点によって分けられた2つの制御可能なスイッチングセルを含み、各コイルが、そのコイル専用の2つのアームの中央地点の間に配置され、キャパシタはそのアームに並列に取り付けられている。
【００２４】
回路は電気エネルギ蓄積ユニットを具備し得、キャパシタは電気的エネルギ格納ユニットとスイッチングシステムの間に取り付けられている。
【００２５】
キャパシタは、スイッチングシステムを介してのみ、特に、並列に取り付けられたアームを介してのみ、電気固定子巻線に接続され得る。
【００２６】
放電の間、キャパシタからの電流は、スイッチングシステム及び電気固定子巻線に直接流れ得る。このように、放電は追加の抵抗中に流れるこの電流を含まなくてもよい。「直接」は、本明細書では「電気導体以外の電気構成要素を通過しない」ことを意味する。
【００２７】
電気回路は、電気エネルギ蓄積ユニットとスイッチングシステムの間に配置されたDC/DC電圧コンバータを含み得る。
【００２８】
キャパシタは、電気エネルギ蓄積ユニットとDC/DC電圧コンバータの間に配置されるか、またはスイッチングシステムとDC/DC電圧コンバータの間に配置されうる。代替として、電気回路は、
-  電気エネルギ蓄積ユニットとDC/DC電圧コンバータの間に配置されたキャパシタと、
-  スイッチングシステムとDC/DC電圧コンバータの間に配置されたキャパシタとを具備し、
方法が実行されるとき、これらのキャパシタの1つ及び／または他の1つが、放電され得る。
【００２９】
電気エネルギ蓄積ユニットは、バッテリ、スーパキャパシタ(supercapacitor)、またはバッテリまたはスーパキャパシタの任意のアセンブリであり得る。例えば、直列のバッテリに並列な複数のブランチを含む。電気エネルギ蓄積ユニットは、60Vから400Vの間、特に200Vから400Vの間の公称電圧を有し得る。
【００３０】
回路は、電気エネルギ蓄積ユニットに充電するための電気グリッドの相補型コネクタ(complementary connector)に接続されるのに適したコネクタを含み得、そのコネクタは、1つの自由端と、コイルの中間点に接続されたもう一方の端とをそれぞれ有する少なくとも複数の接点を含む。このように、電気グリッドは、コイルの中間点、特にコイルの中央地点を介して各コイルに電力供給する。
【００３１】
このタイプの電気回路は、
- 電気エネルギ蓄積ユニットから、及び電子機器を回転させるためにインバータとして使用されるスイッチングシステムを介して、固定子コイルに電力供給するとともに、
‐インダクタとして使用される固定子コイルを介して、及び整流器として使用されるスイッチングシステムを介して、電気エネルギ蓄積ユニットを充電する、
ために同時に使用され得る。
【００３２】
回路の構造とスイッチングシステムのスイッチングセルの制御とは、動作中の回転子を設定することなく、電気エネルギ蓄積ユニットが充電されるようにできる。
【００３３】
グリッドは、交流電力供給量、または直流電力供給量のうちの任意の1つを配信することができる。特に、スイッチングセル制御は、出願人によって、No.11 62140として2011年12月21日にフランスで出願された出願に記載されているように実施され得る。
【００３４】
このタイプの電気回路はまた、任意のタイプのグリッド、すなわち、AC電圧を配信する多相または単相いずれかのグリッド、またはDC電圧またはDC電流を配信するグリッドに接続され得る。
【００３５】
電気回路は特に、電気車両またはハイブリッド車両に搭載され、すなわち、車両のトランクションは、回転子電気機器のみを使用することによって全体的にまたは部分的に実施され得る。
【００３６】
例えば、キャパシタは、100μFから5000μFの間の静電容量を有する。
例えば、回転子電子機器は、3kWから200kWの間の公称電力を有する。本発明は、本発明の非限定的な実施形態の例の読解、及び添付の図面の考察によって、より容易に理解できるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】放電されるべきキャパシタを含む電気回路を示す図である。
【図２】図1の電気回路が組み込まれ得る車両を概略的に示す図である。
【図３】本発明による方法が実行されるとき、図1及び図2に示される電気固定子巻線の各コイルの専用の電圧及び電流を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図1は、放電されるべきキャパシタ2を含む電気回路1を示す。キャパシタ2は、例えば、100μFから5000μFの間の静電容量を有する。方法が実行される前に、キャパシタ2の電機子の間の蓄積電荷は、例えば、最大充電の20%から100％の間であり、その結果、例えば、60Vを超える電圧がキャパシタ端子に現れ得る。
【００３９】
電気回路1は、電気固定子巻線4と、キャパシタ2及び電気固定子巻線4の間に配置されたスイッチングシステム5とをさらに含む。考慮される例では、固定子は3相であり、例えば、特に永久磁石回転子を有する、同期モータ固定子(synchronous motor stator)である。代替として、固定子は3相より多くてもよい。
【００４０】
他の実施形態では、固定子は、可変リラクタンス機械固定子(variable-reluctance machine stator)または同期機械固定子(synchronous machine stator)であり得る。
【００４１】
回転電気機械は、固定子が単極電流で電力供給されるとき、各固定子相中に誘導される起電力が、シヌソイドであるとともに、三次高調波または三次多重高調波のどちらも含まないように構成される回転電気機械の一部を形成し得る。
【００４２】
考慮される例では、電気固定子巻線4は、それぞれが固定子の電気相u,v,wの1つを定義する、3つのコイル6によって形成される。本明細書で後述するように、vuとiuは、それぞれ相uを定義するコイルの端子上の電圧とコイルを通過する電流とを表し、vvとivは、それぞれ相vを定義するコイルの端子上の電圧とコイルを通過する電流とを表し、vwとiwは、それぞれ相wを定義するコイルの端子上の電圧とコイルを通過する電流とを表す。
【００４３】
単極電圧は、uM0 = (uU + uV + uW)/3によって定義され、単極電流は、iM0 = (iU + iV + iW)/3によって定義される。
【００４４】
示される例では、スイッチングシステム5は複数のアーム8を含み、各アームはキャパシタ2と並列に取り付けられる。示される例では、各アーム8は、2つの制御可能なスイッチングセル10を含む。各スイッチングセル10は、例えば、制御可能なスイッチ11によって形成され、ダイオード12が逆並列に取り付けられる。スイッチ11は、トランジスタ、特にバイポーラトランジスタ、IGBT電界効果トランジスタであり得る。
【００４５】
デジタルプロセッシング手段を含む集中型制御ユニット13は、トランジスタ11の全てを制御できる。
【００４６】
各アーム8は、2つのスイッチングセル10の間の中央地点16を含み、記述される例では、アーム8の各中央地点16は、1つのコイル6の端子に接続される。このように、各コイル6は、2つの別個のアームの2つの中央地点16の間に配置され、これらの2つのアーム8はＨ点19を形成する。各Ｈ点は、電気固定子巻線4の指定コイル6に専用であり得る。
【００４７】
理解されるように、コイル6は相互接続されていない。実際、図1に図示される例では、電気固定子巻線4が星形又は三角形の構成で接続される場合とは対照的に、各コイル6は、他の素子、ここでは、他のコイル6の端子ではなくスイッチングセル10に直接接続される端子を有する。
【００４８】
図1を参照して記載されるように、電気回路1は、例えば、ハイブリッド自動車または完全電気駆動自動車である、車両20の充電システム及びトランクションシステムに組み込まれ得る。
【００４９】
図2に図示されるように、回路1は、
-  電子エネルギ充電手段25のコネクタを介して、電気グリッド24に接続されることを目的としたコネクタ23と、
-  電気エネルギ蓄積ユニット30とを含み得る。
電気エネルギ蓄積ユニット30は、バッテリ、またはバッテリの並列結合及び/または直列結合であり得る。
【００５０】
この例では、電気グリッド24は3相グリッドであるが、本発明は、3相グリッド以外の多相グリッド、または単相グリッドに適用する。例えば、オペレータによって管理されるとともに、高域に、全国的に、または国際的に展開された工業グリッドを含む。グリッドは、例えば、50Hzまたは60Hzに等しい周波数で電圧を配信する。
【００５１】
図2に示される例では、コネクタ23は4つの接点32を含む。3つのメインの接点32の各々は、充電手段25のコネクタの相補型接点(complementary contact)に接続されることを目的とした自由端を有する。集電装置23の4番目の接点34は、車両1の車体39に接続されるとともに、電気グリッド24のグランドに接続されることを目的とする。
【００５２】
理解されるように、メインの接点32の各々は、コイル6に接続される他端を有し得る。図2に図示される例では、この端子はコイル6の中央地点35に接続され、即ち、接点32のリンクは、コイル6を正確に等しい数の巻線に分離する。
【００５３】
このように、電流がスイッチングシステム5及びコイル6を介して電気グリッド24から電気エネルギ蓄積ユニット30まで通過するとき、コイル6の各々は、半分のコイルの一方からもう一方まで反対の電流が通過する、2つの半分のコイルに分割される。
【００５４】
考慮される例では、回路1はまた、DC/DC電圧コンバータ41を含む。キャパシタ2は、スイッチングシステム5と、キャパシタが入力を形成するDC/DC電圧コンバータ41の間に配置される。電気エネルギ蓄積ユニット30は、コンバータ41の出力に取り付けられる。
【００５５】
図示される例では、コンバータ41は、電気エネルギ蓄積ユニット30に各アーム8の端子上の入力電圧の降圧変換を介して取得される出力電圧を配信する直列チョッパである。既知の方法で、この直列チョッパ41は、スイッチングシステム5のスイッチングセル10と同一または異なり、かつ中央地点45によって分離された、2つのスイッチングセル44を含む。セル44は、制御ユニット13によって制御され得る。図示した例では、これらのセル44の各々は可逆(reversible)であり、逆並列の制御可能スイッチ及びダイオードを含む。インダクタ47は、中央地点45及び電気エネルギ蓄積ユニット30の間に配置される。
【００５６】
制御ユニット13は、
-  電気エネルギ蓄積ユニット30が、コネクタ23が1つの動作モードに従って接続される、電気グリッド24によって充電され、
-  電気エネルギ蓄積ユニット34が、異なる動作モードに従って車両20を駆動するトルグを生成するように、電気固定子巻線4のコイル6に電力供給する
ように、上記スイッチングセル10及び44のスイッチの開閉を制御するように構成され得る。
【００５７】
特に、コネクタ23とスイッチングセル10及び／または44の制御とは、出願人によってNo.11 62140として2011年12月21日にフランスに出願された出願、及び参照によって本出願に組み込まれる内容に開示されているように、任意のタイプの電気グリッド24から電気エネルギ蓄積ユニット30の充電を可能にする。
【００５８】
例えば、グリッド24による電気エネルギ蓄積ユニット30の充電の終了時、または回転電気機械が車両20を駆動する間のシーケンスの終了時、過度の高電圧が存在する端子上のキャパシタ2を放電することが望ましいことがある。これを実行するために、キャパシタ2の初期充電が電気固定子巻線4に散逸されるように、スイッチングセル10が制御され得る。図2に図示される例では、スイッチングセル44はまた、エネルギ格納ユニット30を開回路にスイッチングするように制御される。
【００５９】
このステップの間、図3に示されるように、各コイルが同一の値の電流によって同時刻に通過されるように、スイッチングセル10が制御される。
【００６０】
図3では、電気固定子巻線4が単極電流によって電力供給され、各コイル6の端子の電圧が等しいことが理解できる。スイッチングセル10は、各コイル中の電流の平均値が、所定の非ゼロ値I0であると想定することによって制御され得、キャパシタ2の放電による各固定子相中に誘導される起電力が、シヌソイドではない、または三次高調波または三次多重高調波のいずれも含まないとき、この制御は電気固定子巻線4のキャパシタ2による電子的電力供給にかかわらず、回転子にトルグが加わらないことを確実にする。
【００６１】
本発明は、それにもかかわらず、単極電流によって生成されるモータトルグが低いので、単極電流に伴う固定子の電力供給の場合では、三次高調波または三次多重高調波を含む起電力を有する回転電気機械にも適用され得る。
【００６２】
上記方法が実行されるとき、電気固定子巻線4の抵抗は、キャパシタ2の初期充電の全てまたは一部の散逸を許す。
【００６３】
例えば、一旦電気エネルギ蓄積ユニット30が充電され、コネクタ24が充電ステーション25から切断されたとき、キャパシタ2が0.4Cの初期充電を有する。本発明による方法は、例えば、5秒間で、キャパシタ2の充電をおよそ50μCまで下げる、またはキャパシタ2の端子の電圧をおよそ60Vまで下げる。
【００６４】
他の例によれば、上記の充電または電圧の値は、キャパシタ2の同じ初期状態から1秒以内に取得され得る。本発明は、記述された例に限定されない。
【００６５】
「a(n)を具備する(comprising)」という表現は、他の指定がない限り、「少なくとも1つを具備する」ことを意味するとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【００６６】
1  電気回路
2  キャパシタ
4  電気固定子巻線
5  スイッチングシステム
6  コイル
8  アーム
10  スイッチングセル
【図１】
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【図２】
2015516791.tif 000005
【図３】
2015516791.tif 000006
【国際調査報告】
2015516791.tif 000007
2015516791.tif 000008
2015516791.tif 000009
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