(57)【要約】      （修正有）【課題】  電源インバータにおける熱管理、特に低出力周波数又はゼロ出力周波数動作時の熱問題を解決する。【解決手段】低出力周波数条件を検出し、低出力周波数条件の検出に応答してゼロ・ベクトル変調ＶＳＭを決定し、決定したゼロ・ベクトル変調ＶＳＭを印加して電源インバータＶＳＩ内の熱応力を低減する。低出力周波数条件の検出に応答してゼロ・ベクトル変調ＶＳＭの決定は、出力電圧要件を空間ベクトル構造にマッピングし、マッピングされた出力電圧要件に基づいて状態スイッチング空間ベクトルを決定する。状態空間ベクトルに関連するアクティブ状態スイッチング空間ベクトルを決定し、デューティ・サイクルとスイッチング期間とに基づいて、少なくとも１つのゼロ状態スイッチング空間ベクトルのデューティ・サイクルを決定する。【選択図】図５
2005057995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源インバータにおける熱管理方法であって、
低出力周波数条件を検出するステップと、
前記低出力周波数条件の検出に応答してゼロ・ベクトル変調を決定するステップと、
前記の決定されたゼロ・ベクトル変調を印加して前記電源インバータ内の熱応力を低減するステップと、
を具備する方法。
【請求項２】
前記低出力周波数条件の検出に応答して前記ゼロ・ベクトル変調を決定するステップが、
出力電圧要件を空間ベクトル構造にマッピングするステップと、
前記のマッピングされた出力電圧要件に基づいて状態スイッチング空間ベクトルを決定するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
状態スイッチング空間ベクトルの組合せの大きさが、前記出力電圧要件の大きさに等しい、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記状態スイッチング空間ベクトルを決定するステップが、
前記状態スイッチング空間ベクトルに関連するアクティブ状態スイッチング空間ベクトルを決定するステップと、
前記アクティブ状態スイッチング空間ベクトルと前記のマッピングされた出力電圧要件とに基づいて、前記アクティブ状態スイッチング空間ベクトルのデューティ・サイクルを決定するステップと、
前記アクティブ状態スイッチング空間ベクトルの前記の決定されたデューティ・サイクルとスイッチング期間とに基づいて、少なくとも１つのゼロ状態スイッチング空間ベクトルのデューティ・サイクルを決定するステップと、
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つのゼロ状態スイッチング空間ベクトルの前記デューティ・サイクルが、第１のゼロ状態デューティ・サイクルと、第２のゼロ状態デューティ・サイクルと、前記ゼロ状態デューティ・サイクルの組合せとからなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記の決定されたゼロ・ベクトル変調を印加して前記電源インバータ内の熱応力を低減するステップが、
アクティブ状態スイッチング空間ベクトルを利用するときに前記インバータから正味電圧を負荷に印加するステップと、
ゼロ状態スイッチング空間ベクトルを利用するときに前記インバータから短絡電圧を負荷に印加するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
コンピュータ・プログラムを格納するコンピュータ読み取り可能な媒体であって、
低出力周波数条件に応答してゼロ・ベクトル変調を決定するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
前記の決定されたゼロ・ベクトル変調を印加して電源インバータ内の熱応力を低減するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
を備えるコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項８】
前記の検出された低出力周波数条件に応答してゼロ・ベクトル変調を決定するためのコンピュータ読み取り可能なコードが、
出力電圧要件を空間ベクトル構造にマッピングするためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
前記のマッピングされた出力電圧要件に基づいて状態スイッチング空間ベクトルを決定するためのコンピュータ読み取り可能なコードと
を含む、請求項７に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項９】
状態スイッチング空間ベクトルの組合せの大きさが前記出力電圧要件の大きさに等しい、請求項８に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項１０】
前記スイッチング空間ベクトルを決定するための前記コンピュータ読み取り可能なコードが、
前記状態スイッチング空間ベクトルに関連するアクティブ状態スイッチング空間ベクトルを決定するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
前記アクティブ状態スイッチング空間ベクトルと前記マッピングされた出力電圧要件とに基づいて、アクティブ状態スイッチング空間ベクトルのデューティ・サイクルを決定するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
前記アクティブ状態スイッチング空間ベクトルの前記決定されたデューティ・サイクルとスイッチング期間とに基づいて、少なくとも１つのゼロ状態スイッチング空間ベクトルを決定するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
を含む、請求項８に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのゼロ状態スイッチング空間ベクトルの前記デューティ・サイクルが、第１のゼロ状態デューティ・サイクルと第２のゼロ状態デューティ・サイクルと前記ゼロ状態デューティ・サイクルの組合せとからなる群から選択される、請求項８に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項１２】
前記決定されたゼロ・ベクトル変調を印加して前記電源インバータ内の熱応力を低減するための前記コンピュータ読み取り可能なコードが、
アクティブ状態スイッチング空間ベクトルを利用するときに前記インバータから正味電圧を負荷に印加するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、
ゼロ状態スイッチング空間ベクトルを利用するときに前記インバータから短絡電圧を負荷に印加するためのコンピュータ読み取り可能なコードと
を含む、請求項７に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項１３】
電源インバータにおける熱管理システムであって、
低出力周波数条件を検出する手段と、
前記の検出された低出力周波数条件に応答してゼロ・ベクトル変調を決定する手段と、
前記の決定されたゼロ・ベクトル変調を印加して、電源インバータ内の熱応力を低減する手段と、
を具備するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示が属する技術分野は、電源インバータに関するものであり、より詳細には、電源インバータ内の電力スイッチの熱管理である。
【背景技術】
【０００２】
電源インバータは、例えば、電気自動車やハイブリッド電気自動車用のモータ駆動システムなどの車両用途を含め、ますます多くの用途に利用されてきている。これらの用途において、電源インバータ（ＶＳＩ）は、例えば交流モータなどの交流（ＡＣ）依存装置に電力供給することができる。
【０００３】
電源インバータ（ＶＳＩ）内の電力スイッチの熱管理問題は、ＶＳＩが低出力周波数又はゼロ出力周波数で動作しているときに、すなわち、入力電圧と呼ばれる一定の直流（ＤＣ）リンク電圧を受け取りながらＶＳＩが相間にゼロ又は低電圧を印加しているときに発生し得る。低出力周波数又はゼロ出力周波数で動作しているときには、ＶＳＩが発生する平均電圧はＤＣリンク電圧と比べて低いが、出力電流はスイッチ定格電流になる。
【０００４】
熱管理問題は、ゆっくり変化する交流電流に起因してゼロ又は低出力周波数で発生する。すなわち、このような条件においては、ＶＳＩ中の電力スイッチは、連続的に又は非常に長い時間にわたって最大定格電流を流すことが求められるので、電力スイッチ内部に一定の高消費電力状態が生じることになる。この条件は、ＶＳＩ内部のスイッチにとって最悪ケースの動作条件を表している。従来の解決策は、ゼロ出力周波数且つ最大出力電流でのＶＳＩの動作を時間制限するものであった。残念ながら、この従来の解決策は、電気車両又はハイブリッド車両の動作にとっては問題がある。これは、車両の始動時に電気モータに最大トルクを印加する時間が制限され得るからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、これら及び他の欠点を克服するシステムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様は、低出力周波数条件を検出し、検出した低出力周波数条件に応答してゼロ・ベクトル変調を決定し、決定したゼロ・ベクトル変調を印加して電源インバータ内の熱応力を低減する、電源インバータ内の熱管理方法を提供する。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、コンピュータプログラムを格納するコンピュータ読み取り可能な媒体は、低出力周波数条件に応答してゼロ・ベクトル変調を決定するためのコンピュータ読み取り可能なコードと、決定されたゼロ・ベクトル変調を印加して電源インバータ内の熱応力を低減するためのコンピュータ読み取り可能なのコードとを含む。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、電源インバータの熱管理のためのシステムが提供される。このシステムは低出力周波数条件を検出する手段を含む。このシステムはさらに、検出した低出力周波数条件に応答してゼロ・ベクトル変調を決定する手段を含む。決定したゼロ・ベクトル変調を印加して電源インバータ内の熱応力を低減する手段も提供される。
【０００９】
本発明の前記及び他の特徴及び利点は、現時点での好ましい実施の形態についての以下の詳細な説明を添付の図面と併せて読むことにより、更に明白になるであろう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって規定されるものであり、この詳細な説明及び図面は本発明の単なる例示にすぎず、本発明を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書を通して及び特許請求の範囲において、「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」という用語は、中間の装置なしで接続される要素又は装置の間の直接接続を意味する。「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は、互いに接続される要素又は装置の間の直接接続、又は１つ又は複数の能動又は受動の中間装置を介した間接接続を意味する。
【００１１】
図１は、電源インバータ１１０及び交流モータ１２０を含む従来のモータ駆動システム１００を示す概略図である。電源インバータ１１０は従来の電源インバータであり、電源Ｖｂａｔｔ、ダイオードＤ１１〜Ｄ２３及びスイッチ１１１〜１２３を備える。ノードＮ１１〜Ｎ１５は説明のために追加したものである。
【００１２】
電源Ｖｂａｔｔは正端子（＋）及び負端子（−）を含む。正端子（＋）はノードＮ１１に結合され、負端子（−）はノードＮ１２に結合される。ダイオードＤ１１はノードＮ１１に結合されたカソードとノードＮ１３に結合されたアノードとを備え、ダイオードＤ１２はノードＮ１１に結合されたカソードとノードＮ１４に結合されたアノードとを備え、ダイオードＤ１３はノードＮ１１に結合されたカソードとノードＮ１５に結合されたアノードとを備える。ダイオードＤ２１はノードＮ１３に結合されたカソードとノードＮ１２に結合されたアノードとを備え、ダイオードＤ２２はノードＮ１４に結合されたカソードとノードＮ１２に結合されたアノードとを備え、ダイオードＤ２３はノードＮ１５に結合されたカソードとノードＮ１２に結合されたアノードとを備える。
【００１３】
各ダイオードＤ１１〜Ｄ２３は、それぞれのダイオードに並列に配置された関連するスイッチ１１１〜１２３を有する。ダイオードとその関連するスイッチとの組合せは電力スイッチと呼ばれる。このように形成された電力スイッチは、双方向に電流を流すことができ、また、一方向において電圧を阻止することができる。２つの電力スイッチがグループになってインバータ・ブランチを形成する。例として図１を参照すると、電源インバータ１１０内に３つのブランチが形成されている。
【００１４】
スイッチ１１１〜１２３は、電源インバータ１１０の各ブランチの一部内における電流を制御する手段を提供する。スイッチ１１１〜１２３は上側のスイッチと呼ばれ、スイッチ１２１〜１２３は下側のスイッチと呼ばれる。一つの実施の形態においては、下の図２に詳細に示すように、スイッチ１１１〜１２３は、高周波パルス幅変調方式を利用してソフトウェア制御される。
【００１５】
交流モータ１２０は３つの端子Ｉ１〜Ｉ３を備える。端子Ｉ１はノードＮ１３に結合され、端子Ｉ２はノードＮ１４に結合され、端子Ｉ３はノードＮ１５に結合される。交流モータ１２０は、電源インバータ１１０からの交流電圧入力を受け取り、この交流入力に基づいて機械的出力を発生する。
【００１６】
動作において、電源インバータ１１０は６つの電流双方向・電圧単方向の電力スイッチを備えており、各ブランチ内の一方のスイッチが開いているときには、該ブランチの他方のスイッチは閉じている。スイッチを閉じることにより、ブランチの一部に電流を流すことができる。例として図１を参照すると、スイッチ１１１を閉じることによって、電流をバッテリＶｂａｔｔからノードＮ１３を経由して端子Ｉ１に流すことができる。また、モータの動作条件に依存して、スイッチを閉じることによって、逆方向に端子Ｉ１からノードＮ１３を経由して電源Ｖｂａｔｔに電流を流すことができる。
【００１７】
高周波ＰＷＭ（パルス幅変調）技術は、１サイクル当たりの平均出力電圧の大きさ及び周波数を制御するために利用される。電力スイッチは一定のスイッチング周波数ｆｓｗで動作するが、スイッチのデューティ・サイクルは所望の大きさ及び周波数の３相電圧を発生するように変調される。
【００１８】
図２は、本発明の一つの実施の形態による電源インバータ制御回路２００を示すブロック図である。電源インバータ制御回路２００は、システム・コントローラ２１０、スイッチ・コントローラ２１１〜２２３及びデータ入力２２０を備える。一つの実施の形態においては、それぞれのスイッチ・コントローラは電源インバータ内の関連するスイッチを制御する。
【００１９】
システム・コントローラ２１０は、例えばデータ入力２２０など様々なソースからのデータを監視して受信し、受信したデータを処理し、受信し処理したデータに基づいて制御信号をスイッチ・コントローラ２１１〜２２３に送信するように設計された制御装置である。一つの実施の形態においては、システム・コントローラ２１０は、当該技術分野で知られているように、電力スイッチ動作用の命令を含む、パルス幅変調信号を受信するのに必要なハードウェア及びソフトウェアを備え、受信したパルス幅変調信号に基づいて個々の電力スイッチ制御信号を発生する。
【００２０】
一例として図１及び２を参照すると、システム・コントローラ２１０は処理ユニットとして実施されており、ＰＲＯＭなどの付随するデバイスと処理ユニットの動作を可能にするソフトウェア・プログラムとを備える。さらに、システム・コントローラ２１０は、下記の表１におけるような空間ベクトル構造を有するデータベースを含み、空間ベクトル構造は、任意の所与のスイッチングの組合せに対する各ブランチ内のスイッチと関連付けられるスイッチング空間ベクトルを規定する。この例では、データベースは、当該技術分野では公知のルックアップ・テーブルとして実現される。
【００２１】
【表１】
2005057995.tif 000003
【００２２】
スイッチ・コントローラ２１１〜２２３は、システム・コントローラ２１０から制御信号を受信して、関連するスイッチ内でその制御信号を実施するように設計された制御装置である。一つの実施の形態では、スイッチ・コントローラ２１１〜２２３は、システム・コントローラ２１０から受信した電力スイッチ制御信号を供給するために必要なハードウェア及びソフトウェアを備える。一例として図１を参照すると、それぞれのスイッチ・コントローラ２１１〜２２３は、関連する電力スイッチの組合せを制御する。この例では、スイッチ・コントローラ２１１は電力スイッチの組合せに対して電力スイッチ制御信号を供給する。同様に、それぞれの残りのスイッチ・コントローラも、関連する電力スイッチの組合せに対して電力スイッチ制御信号を供給する。
【００２３】
表１は、上記の図１の例えば電源インバータ１１０などの電源インバータとシステム・コントローラ２１０とに関連した表である。表１は、任意の所与のスイッチングの組合せに対する各ブランチ（ブランチ１〜ブランチ３）内の電力スイッチと関連付けられたスイッチング空間ベクトルＶ０〜Ｖ７を含む。表１において、それぞれのブランチは２つの電流双方向・電圧単方向の電力スイッチを表しており、ブランチ内の一方のスイッチが開いているとき、該ブランチの他方のスイッチは閉じている。スイッチング空間ベクトルＶ０〜Ｖ７は、各スイッチング空間ベクトルＶ０〜Ｖ７と特定のインバータ・スイッチ状態との関係付けを許容することによって、３相と中性点との間の電圧の総和がゼロになるときに生成される。
【００２４】
一つの実施の形態においては、電源インバータは３つのブランチを有し、各ブランチは２つの電力スイッチを含むので、可能なスイッチング空間ベクトルの組合せはＶ０〜Ｖ７の８つとなる。一例として図１、図２及び表１を参照すると、「０」は表示されたブランチの上側のスイッチが開いていて、そのブランチの下側スイッチが閉じていることを表す。「１」は、表示されたブランチの下側のスイッチが開いていて、上側のスイッチが閉じていることを表す。この例においては、スイッチング空間ベクトルＶ１によって、ブランチ１（スイッチ１１１及び１２１）はスイッチ１１１が閉じていてスイッチ１２１が開いているときに構成され、ブランチ２（スイッチ１１２及びスイッチ１２２）はスイッチ１２２が閉じていてスイッチ１１２が開いているときに構成され、ブランチ３（スイッチ１１３及び１２３）はスイッチ１２３が閉じていてスイッチ１１３が開いているときに構成されることが表わされる。
【００２５】
更に、表１は各状態を表す状態欄を有する。状態欄は「ゼロ」状態又は「アクティブ」状態を示す。アクティブ状態は、上記の図１の交流モータ１２０等の負荷に正味電圧が印加されることになるスイッチング構成を示す。ゼロ状態は、負荷が有効に短絡されることとなるスイッチング構成を示す。
【００２６】
図３は、本発明の一つの実施の形態に係る、図２に図示されるシステム・コントローラ２００の、表１に含まれるインバータ・スイッチ状態の可能な組合せを示す六角形の空間ベクトル構造図３００である。図３において、表１のアクティブ状態は六角形の空間ベクトル構造図の頂点を形成するために用いられ、ゼロ状態は六角形の中心に配置される。異なるアクティブ状態間に存在する領域は空間ベクトル領域と呼ばれ、六角形の境界内では、当該領域を規定するスイッチング空間ベクトルＶ０〜Ｖ７の一つに基づいて、例えば「ｓ＝１」と名付けられる。
【００２７】
使用の際、六角形の空間ベクトル構造図３００の六角形の境界内に入る任意の電圧要件は、スイッチング空間ベクトルの組合せによってサイクルごとに生成される。電圧要件の生成は、或る期間内でのアクティブ状態とゼロ状態とにおけるデューティ・サイクルの組合せを調整することによって達成され、その詳細は図４に示すとおりである。一例として図３を参照すると、空間ベクトル領域「ｓ＝１」に入る電圧要件は、所要の電圧を実現するために、所与の期間Ｔｓ内でアクティブ状態Ｖ１、Ｖ２とゼロ状態Ｖ０、Ｖ７とのデューティ・サイクルの組合せを調整することによって生成される。
【００２８】
図４は、本発明の一つの実施の形態に係る、上記の図３に示す六角形の空間ベクトル構造図３００の一部を示し且つ基準ベクトルＶ＊を含む空間ベクトル領域図４００である。基準ベクトルＶ＊はマッピングされた電力要件を表す。一つの実施の形態においては、図３及び４を参照すると、基準ベクトルＶ＊を空間ベクトル領域図４００にマッピングすることによって、空間ベクトル領域、例えば図３の空間ベクトル領域ｓ＝１を決定することができる。
【００２９】
この実施の形態においては、空間ベクトル領域を決定することによって、所与のスイッチング期間Ｔｓ内で空間ベクトル領域を規定するアクティブ状態スイッチング空間ベクトルＶ１〜Ｖ６と関連付けられたデューティ・サイクルｔ１〜ｔ６を決定することができる。空間ベクトル領域を規定するアクティブ状態スイッチング空間ベクトルＶ１〜Ｖ６のデューティ・サイクルｔ１〜ｔ６が決定されると、ゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０、Ｖ７のデューティ・サイクルｔ０、ｔ７を決定することができる。
【００３０】
一例として、図４を参照すると、ゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０、Ｖ７の全デューティ・サイクル（ｔ０＋ｔ７）は、期間Ｔｓの長さからスイッチング空間ベクトルＶ１、Ｖ２のデューティ・サイクルｔ１、ｔ２を差し引いた時間に等しく、式１において
【００３１】
【数１】
2005057995.tif 000004
【００３２】
と表される。
この例では、どちらかのゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０又はＶ７又は両方のゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０、Ｖ７の組合せをスイッチング期間Ｔｓに用いて、負荷に送られる出力電圧の平均値に影響を与えることなく、スイッチング期間Ｔｓを完了させることができる。一つの実施の形態では、どちらかのゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０又はＶ７の利用又はゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０、Ｖ７の組合せの利用によって、ＰＷＭ（パルス幅変調）シーケンスを最適化して、例えば、最小スイッチング損失、最小電圧歪み、最小電流歪みなどを達成することができる。
【００３３】
本発明においては、ゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０又はＶ７を使用することにより、最大電流を流すブランチにおいてＶＳＩ電力スイッチ間で伝導損失を分配することができる。
【００３４】
低出力周波数では、基準ベクトルＶ＊の大きさは小さい。この実施の形態では、基準ベクトルＶ＊に対するゼロ・ベクトルのデューティ・サイクルｄは、式２すなわち
【００３５】
【数２】
2005057995.tif 000005
【００３６】
で表される。
最大の相電流がスイッチングされないようにＰＷＭを用いるとき、最大の電流Ｉｍａｘを流す電力スイッチの電力消費は最大伝導電力損失Ｐｃｏｎｄ（Ｉｍａｘ）に等しい。ゼロ・ベクトルのデューティ・サイクルｄの長さにわたってピーク電流を流すスイッチの伝導損失の方が、ピーク電流においてスイッチング周波数ｆｓｗでスイッチを開閉するのに必要なエネルギーの量Ｅｓｗより大きいときには、電力消費を低減することができる。一例として図４を参照すると、ゼロ・ベクトルのデューティ・サイクルｄは、ゼロ状態のスイッチング空間ベクトルＶ０のデューティ・サイクルｄ０である。この例においては、これは式３すなわち
【００３７】
【数３】
2005057995.tif 000006
【００３８】
で表される。
どちらかのゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０又はＶ７の使用、又はゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０、Ｖ７の組合せの使用は、ゼロ・ベクトル変調（ＺＶＭ）と呼ばれる。ゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０又はＶ７は、最大電流を流すスイッチでの電力消費を低減するように、ゼロ・ベクトル変調の周波数ｆｚｖｍで、及びゼロ・ベクトル変調のデューティ・サイクルｄｚｖｍで周期的に選択される。０．５のゼロ・ベクトル変調のデューティ・サイクルｄｚｖｍを用いてゼロ・ベクトル変調の周波数ｆｚｖｍを１００Ｈｚとした場合が、ゼロ・ベクトル変調（ＺＶＭ）の実施例である。
【００３９】
ゼロ・ベクトル変調（ＺＶＭ）を利用するとき、最大ストレス状態の電力スイッチに対するＺＶＭ期間Ｔｚｖｍでの平均電力消費は、式４すなわち
【００４０】
【数４】
2005057995.tif 000007
【００４１】
で表される。
ただし、ＺＶＭのデューティ・サイクルｄｚｖｍは、ゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ７に対する相補的なゼロ状態デューティ・サイクルｄ７である。すなわち、最大電流を流すスイッチの電力消費が低減される。しかし、最大電流を流すＶＳＩブランチの全損失は増加し、式５すなわち
【００４２】
【数５】
2005057995.tif 000008
【００４３】
で表される。
上式に基づくと、短い相補的なＺＶＭデューティ・サイクルｄｚｖｍを利用する方が、インバータの全損失は僅かに増加するけれども、最大ストレス状態の電力スイッチの電力消費を低減することができる。一例として図４を参照すると、ＺＶＭ周波数ｆｚｖｍを１０Ｈｚとし、ゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０のデューティ・サイクルｄ０を０．７とし、ゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ７のＺＶＭデューティ・サイクルｄｚｖｍを０．６５とすると、ＭＯＳＦＥＴインバータ内には、無視できるほどのスイッチング損失しか発生しない。この例では、ゼロ・ベクトル変調（ＺＶＭ）により、最大電流を流す電力スイッチ内の電力消費が低減され、接合部温度の制御が可能となる。
【００４４】
図５は、ゼロ・ベクトル変調を利用して電源インバータの改善された熱管理を実現する、本発明の他の実施の形態に係る方法を示す流れ図である。図５は、電源インバータ（ＶＳＩ）の電力スイッチ内の熱蓄積を制御する方法５００の一つの実施の形態を詳細に記述している。方法５００は、図１〜図４に詳述された１つ以上の概念を利用する。
【００４５】
方法５００はブロック５１０で始まる。まず、低出力周波数条件が検出される（ブロック５２０）。一つの実施の形態では、低周波数条件は、電気モータが極めて低い速度で回転しているとき、又はモータが停止しているときに発生する。一例として、極めて低い速度又は停止の条件は、電気車両などの車両の始動期間に、また、ハイブリッド車両のスタータ・ジェネレータへの応用においてはエンジン始動期間に発生する。
【００４６】
次に、低出力周波数条件の検出に応答して、ゼロ・ベクトル変調が決定される（ブロック５３０）。一つの実施の形態では、検出された低出力周波数条件と関連する、基準ベクトルと呼ばれる電力要件が、空間ベクトル構造図内の空間ベクトル領域にマッピングされる。一例として図３及び図４を参照すると、空間ベクトル領域「ｓ＝１」の範囲に含まれる電圧要件は、所要の電圧が得られるように、アクティブ状態スイッチング空間ベクトルＶ１、Ｖ２とゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０、Ｖ７とのデューティ・サイクルの組合せを所与の期間Ｔｓ内で調整することによって生成される。この例では、表１を参照すると、それぞれのアクティブ状態及びゼロ状態のスイッチング空間ベクトルは、表で定義され且つ上述された３つの関連するブランチ構成を含んでいる。
【００４７】
次いで、決定されたゼロ・ベクトル変調が印加されて電源インバータ（ＶＳＩ）内の熱応力が低減される（ブロック５４０）。一つの実施の形態では、基準ベクトルを含む空間ベクトル領域は、２つのアクティブ状態スイッチング空間ベクトルによって規定される。動作期間内の所定の時間（アクティブ状態デューティ・サイクル）でのアクティブ状態スイッチング空間ベクトルの使用を組み合わせることによって、基準ベクトルが生成される。残りの時間（動作期間からアクティブ状態デューティ・サイクルを差し引いた時間）は、ゼロ状態スイッチング空間ベクトルの組合せの使用に割り振られる。
【００４８】
一例として図４を参照すると、スイッチング空間ベクトルＶ１、Ｖ２のデューティ・サイクルｔ１、ｔ２は、基準ベクトルＶ＊に基づいて決定される。ゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０、Ｖ７の全デューティ・サイクル（ｔ０＋ｔ７）は、期間Ｔｓの長さからスイッチング空間ベクトルＶ１、Ｖ２のデューティ・サイクルｔ１、ｔ２を差し引いた時間に等しい。この例では、どちらかのゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０又はＶ７、又は両方のゼロ状態スイッチング空間ベクトルＶ０、Ｖ７の組合せをスイッチング期間Ｔｓにおいて使用して、負荷に送られる出力電圧の平均値に影響を与えることなく、スイッチング期間Ｔｓを完了することができる。次いで、上記の表１における特定のブランチ構成に関連付けられたアクティブ状態及びゼロ状態のスイッチング空間ベクトルのデューティ・サイクルに基づいて、電力が負荷に送られる。当該方法はブロック５５０で終了する。
【００４９】
電源インバータにおける改善された熱管理のための上記のシステム及び方法は、一例としてのシステム及び方法である。電源インバータの改善された熱管理についてのこのシステム及び方法は、電源インバータ内の熱管理を改善するための１つの可能な方法を示すものである。実際の実施は、上に論じた内容とは異なっていてもよい。さらに、当業者には本発明についての様々な他の改良及び修正が想起され得るが、それらの改良及び修正は添付の特許請求の範囲に記載した本発明の範囲に含まれる。
【００５０】
本発明は、その本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で実施することも可能である。記載の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示であり、限定的なものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来のモータ駆動システムを示す回路図である。
【図２】本発明の一つの実施の形態に係る、電源インバータの制御回路を示すブロック図である。
【図３】本発明の一つの実施の形態に係る、図２に示されたシステム・コントローラのインバータ・スイッチ状態の可能な組合せを示す六角形の空間ベクトル構造図である。
【図４】本発明の一つの実施の形態に係る、図３に示された六角形の空間ベクトル構造図の一部を示す、マッピングされた基準ベクトルを含む空間ベクトル領域図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る、ゼロ・ベクトル変調を利用して電源インバータにおいて熱管理を改良する方法を示す流れ図である。
【図１】
2005057995.tif 000009
【図２】
2005057995.tif 000010
【図３】
2005057995.tif 000011
【図４】
2005057995.tif 000012
【図５】
2005057995.tif 000013
【外国語明細書】
2005057995000001.pdf