(57)【要約】  本発明は、バッテリに結合させ、プロセッサにより操作する、６つのスイッチを有する少なくとも１つのインバータを備えるシステムを制御する方法に関する。ベクトル変調を実施する上記方法は、適切な制御論理によって、バッテリにつながる電流がゼロ・アンペアを経ないようにすることができることを特徴とする。  本発明は、電子構成要素を制御するデバイスにも関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリに結合させ、プロセッサにより操作する、６つのスイッチを有する少なくとも１つのインバータを備えるシステムを制御する方法であって、前記方法は、
−所定の２つの近接有効ベクトルにゼロ時間を割り当てるステップ、及び
−前記２つの近接有効ベクトルに基づき、新たな基準ベクトルを決定するステップ、
を含み、前記バッテリにつながる電流がゼロ・アンペアを経ないようにすることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記方法は、円ベクトルを、基準ベクトルの半径の関数として六角形の表面に移すことができる別の形態に修正するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法は、得られた前記ゼロ時間を計算するステップ、及び各区分の第１のベクトルにｋパーセントを割り当て、第２のベクトルに（１−ｋ）パーセントを割り当てることによって前記ゼロ時間を前記近接有効ベクトルに割り当てるステップを含み、ｋは０と１との間にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
バッテリに結合させ、プロセッサにより操作する、６つのスイッチを有する少なくとも１つのインバータを備えるシステムを制御するデバイスであって、前記デバイスは、
−所定の２つの近接有効ベクトルにゼロ時間を割り当てる手段、及び
−前記２つの近接有効ベクトルに基づき、新たな基準ベクトルを決定する手段
を備え、適切な制御論理によって、前記バッテリにつながる電流がゼロ・アンペアを経ないようにすることを特徴とする、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー・エレクトロニクスの分野に関する。
【０００２】
本発明は、より詳細には、ベクトル変調技法を実施する３相インバータを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
科学出版物「Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｃｏｍｍｏｎ−Ｍｏｄｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ＰＷＭ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｗｉｔｈ  Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｄｅａｄ−Ｔｉｍｅ  Ｅｆｆｅｃｔｓ−Ｐａｒｔ  Ｉ：Ｂａｓｉｃ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ」（Ｙｅｎ−Ｓｈｉｎ  Ｌａｉ及びＦｕ−Ｓａｎ  Ｓｈｙｕ−ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｖｏｌ．４０  Ｎｏ．６、２００４年１１月／１２月）は、従来技術において公知である。この科学出版物は、ＰＷＭ（「パルス幅変調」）技法に関し、より詳細には、同相モード電圧を低減することに関する。
【０００４】
パワー・エレクトロニクス装置、及び電気機械を操作し電気エネルギーを貯蔵する方法を記載している、米国特許出願第ＵＳ２０１４／００７０７３６号（「Ｂａｙｅｒｉｓｃｈｅ  Ｍｏｔｏｒｅｎ  Ｗｅｒｋｅ  Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ」−ＢＭＷ  ＡＧ）も従来技術において公知である。この米国特許出願は、電気機械を接続することができるインバータ、及び２つの電気エネルギー貯蔵デバイスを接続することができる少なくとも１つのハーフ・ブリッジを備えるパワー・エレクトロニクス構造を記載している。２つの電気エネルギー貯蔵デバイスの一方は、少なくとも一時的に電気機械に供給し、２つの電気エネルギー貯蔵デバイスの他方は、電気機械、及びハーフ・ブリッジのうち一方によって、少なくとも２つの電気エネルギー貯蔵デバイスの中からもう一方の電気エネルギー貯蔵デバイスを少なくとも一時的に充電する。これに応じて、パワー・エレクトロニクスのスイッチングを制御する方法は、空間ベクトル変調の原理に従って動作する。
【０００５】
ＳＶＭ（「空間ベクトル変調」）式変調は、従来技術において公知である。ＳＶＭは、３相インバータを制御するためにデジタル式に実施される方法である。この方法は、特に電気自動車において実施される。ＳＶＭ式変調は、基準電圧を生成するため、個別のスイッチング構成に対応するベクトルを使用する。図１は、３相インバータ構造を示す。２進様式では、各ベクトルは特定の組合せによるものである。図１に示すもの等の３相インバータでは、８（２3）個の可能な組合せがある。以下の表１は、開放（「オフ」）では「０」を、閉鎖（「オン」）では「１」を表示するスイッチング機能に基づき、各相についての各ベクトル及び対応する電圧を示す。
【０００６】
【表１】
2017532000.tif 000002
【０００７】
実際は数学的変換に基づくＳＶＭ方法は、「デジタル・マイクロ・プロセッサ」型プロセッサのプログラミングに適している。
【０００８】
従来のＳＶＭ方法では、同相モード電圧（ＣＭＶ）は、使用するベクトルの関数として、＋／−Ｖdc／２又は＋／−Ｖdc／６の値を取ることができる。スイッチング時間の間、同相モード電圧は、＋／−Ｖdc／３だけ変動し得る。漏れ電流が生じる同相モード電流、即ちＣＭＣは、ＣＭＶレベルの変動に比例する。
【０００９】
同相モード電圧を低減する方法が近年提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願第ＵＳ２０１４／００７０７３６号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】科学出版物「Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｃｏｍｍｏｎ−Ｍｏｄｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ＰＷＭ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｗｉｔｈ  Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｄｅａｄ−Ｔｉｍｅ  Ｅｆｆｅｃｔｓ−Ｐａｒｔ  Ｉ：Ｂａｓｉｃ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ」（Ｙｅｎ−Ｓｈｉｎ  Ｌａｉ及びＦｕ−Ｓａｎ  Ｓｈｙｕ−ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｖｏｌ．４０  Ｎｏ．６  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ／Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  ２００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、特に電気自動車の使用の枠組の範囲において、従来技術の方法よりも良好な性能を提供する制御方法を提案することによって、従来技術の欠点を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的のために、本発明は、その最も一般的な意味において、バッテリに結合させ、プロセッサにより制御する、６つのスイッチを有する少なくとも１つのインバータを備えるシステムを制御する方法に関し、上記方法は、ベクトル変調を実施し、上記方法が、適切な制御論理によって、バッテリにより吸収される電流がゼロ・アンペアを経ないようにすることができることを特徴とする。
【００１４】
本発明による方法は、以下の結果を得ることを可能にする：
・効率の増大；
・同相モード電圧及び電流の低減；
・電磁両立性に対する影響の低減；
・バッテリで受ける電流波動の制限；及び
・ＤＣバス・フィルタの寸法の低減。
【００１５】
本発明による方法は、ＤＣバス（特にバッテリ）の急激で周期的な負荷を制限し、スイッチング損失を低減することを可能にする。
【００１６】
本発明により、電力構成要素及びモータリゼーションのバッテリの寿命が増大する。本発明は、適応性を強化した状態でシステムの寿命を増大可能にする。
【００１７】
有利には、本発明による方法は、更なる構成要素の追加を必要としない。このことは製造費を増大させないことを可能にする。
【００１８】
一実施形態によれば、上記方法は、円ベクトルを、基準ベクトルの半径の関数として六角形の表面に移すことができる別の形態に修正するステップを含む。
【００１９】
一実施形態によれば、上記方法は、得られたゼロ時間を計算するステップ、及び各区分における第１のベクトルにｋパーセントを割り当て、第２のベクトルに（１−ｋ）パーセントを割り当てることによって（ｋは０と１の間）、このゼロ時間を近接ベクトルに割り当てるステップを含む。
【００２０】
本発明は、バッテリに結合させ、プロセッサにより制御する、６つのスイッチから構成される少なくとも１つのインバータを備えるシステムを制御するデバイスにも関し、上記デバイスは、ベクトル変調を実施する手段を備え、適切な制御論理によって、バッテリにより吸収される電流がゼロ・アンペアを経ないようにする手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
図面を参照しながら本発明の一実施形態に対する単に説明として以下に示す説明によって、本発明をより良好に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】仮想又は非仮想容量中間点Ｏを有する３相インバータ構造の図である。
【図２Ａ−２Ｂ】図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の枠組の範囲における基準ベクトルのためのシミュレーション結果の図である（図２Ａは０．５Ｐ．ｕの半径、図２Ｂは０．８Ｐ．ｕの半径）。
【図３】本発明による方法の枠組の範囲におけるスイッチング論理の図である。
【図４】基準円の半径の関数として、ＤＣバスの平均電圧で除算した出力電圧の基本の振幅のグラフである。
【図５】１ｐｕの有効電力を注入することによる、本発明による方法の枠組の範囲におけるＤＣモード電流の図である。
【図６Ａ−６Ｂ】図６Ａは、従来のＳＶＭ方法のＡＣモード電流の図である。図６Ｂは、有効電力のみを注入することによる、本発明による方法のＡＣモード電流の図である。
【図７Ａ−７Ｂ】図７Ａは、ｋ＝０．３３である、動作区域のグラフである。図７Ｂは、ｋ＝０．６６である、動作区域のグラフである。
【図８】インバータの温度に関連して得られた結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
従来のＳＶＭ方法は以下の関係式を特徴とする。基準ベクトルを構築するためには、第３の項（ｔZＶ0）はゼロでなければならない。
ＴSＶref＝ｔiＶi＋ｔi+1Ｖi+1＋ｔZＶ0
ＴS＝ｔi＋ｔi+1＋ｔZ
【００２４】
本発明による方法によれば、ゼロ時間は、計算したゼロ時間を２つの近接する有効ベクトルに次のように等しく割り当てることによって回避される。
ｔi(新)＝（ｔi＋ｔZ／２）
ｔi+1(新)＝（ｔi+1＋ｔZ／２）
ＴSＶref(新)＝（ｔi＋ｔZ／２）Ｖi＋（ｔi+1＋ｔZ／２）Ｖi+1
Ｖref(新)＝（αi＋αZ／２）Ｖi＋（αi+1＋αZ／２）Ｖi+1
但し、
【００２５】
【数１】
2017532000.tif 000003
【００２６】
及びαZ＝１−αi−αi+1
であり、ＴSはサンプリング周期である。
【００２７】
最後の式は、以下の２つの式のように再定式化される。したがって、新たな基準ベクトルがもたらされる。この新たな基準は、Ｖiに（αi−αi+1）を乗算したものからＶi+1を減算することによって２つの近接ベクトルの和として計算する。
【００２８】
【数２】
2017532000.tif 000004
【００２９】
Ｃ＝αi−αi+1は図２Ａに示す係数を示す。
【００３０】
したがって、本発明による方法は、円ベクトルを基準ベクトルの半径の関数として別の形態に変更してあり、この形態は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように六角形の表面に移すことができる。Ｖref新は、考慮する区分の第１の二等分線に平行であるように六角形上にＶrefを投影することによって得られる。
【００３１】
本発明による方法に基づくと、２つの近接ベクトルのみを使用している。したがって、ゼロ・ベクトルはなくしてある。表２は、各区分におけるスイッチングで得られた変化を示す。各個の区分に対し示すように、２つのスイッチは１又は０で固定されたままである。
【００３２】
【表２】
2017532000.tif 000005
【００３３】
従来のＳＶＭ方法の枠組の範囲では、ベクトルは、変動する変調方式により実施することができる。
【００３４】
上記表２に述べたように、本発明の枠組の範囲では、２つのスイッチングの変更のみを実施する。
【００３５】
したがって、本発明による方法の枠組の範囲において、従来のＳＶＭ方法と比較してスイッチング損失を６６％低減することができる。
【００３６】
図３は、本発明による方法の枠組の範囲におけるスイッチング方策を示す。
【００３７】
図３は、右揃えのシーケンスによって実施した、本発明による方法におけるスイッチの挙動を示す。
【００３８】
本発明による方法では、円基準を実施するのではなく、六角形に従って動作する新たな基準が課される。
【００３９】
図４は、半径の関数としてＤＣ電圧ごとの電圧の振幅を表す。
【００４０】
図４は、本発明による方法において、性能が従来のＳＶＭ方法の場合のように線形ではなく、０．７３Ｐ．ｕと０．６５Ｐ．ｕとの間を変動できることを示す。
【００４１】
本発明による方法により得られる主な結果は以下のようなものである：電流波動の低減、同相モード電圧（ＣＭＶ）の減衰、電磁相互作用の低減、ゼロ・アンペアでの電流の回避、バッテリの寿命延長、並びに最後に、バッテリの費用及びサイズの低減。
【００４２】
図５は、１ｐｕの有効電力の注入による、本発明による方法の枠組の範囲におけるＤＣモード電流を示す。
【００４３】
図５でわかるように、ＤＣモード電流は、有効電力の注入により、ほぼ一定である。ＤＣモード電流は、ゼロを経ずに上述の目的を満たすことができる。
【００４４】
図６Ａ及び図６Ｂは、従来のＳＶＭ方法（図６Ａ）のＡＣモード電流、及び単に有効電力を注入することによる、本発明による方法（図６Ｂ）のＡＣモード電流を表す。したがって、ＡＣモードの位相電圧は、図６Ａ及び図６Ｂに表す形態と同じ形態を有することになる。
【００４５】
以下、本発明の特定の実施形態を説明する。
【００４６】
従来のＳＶＭ方法から得られたゼロ時間を計算した後、近接ベクトルに同等又は非同等にこの時間を割り当てることができる。各区分におけるｋパーセントを第１のベクトルに割り当て、（１−ｋ）パーセントを第２のベクトルに割り当てることによって、方法の性能を修正することができる。以前の式の１つに以前の概念を適用することによって、ｋが０と１との間の任意に選択した値である以下の式を抽出することが可能である。
ＴSＶref(新)＝（ｔi＋（１−ｋ）×ｔZ）Ｖi＋（ｔi+1＋ｋ×ｔZ）Ｖi+1
αi(新)＝（αi＋（１−ｋ）×αZ）
αi+1(新)＝（αi+1＋ｋ×αZ）
【００４７】
非同等割当て（ｋ≠０．５）を通して、動作区域は、第１のベクトル又は第２のベクトルに向かう傾向を有する。以下では、第１のベクトル（図７Ａ）により多くの時間を割り当てることによって、動作区域は六角形の右側に向かって移動する。逆に、左のベクトル（図７Ｂ）の方により多く時間を課すことによって、動作区域は、左側に作用する傾向がある。
【００４８】
図７Ａ及び図７Ｂは、ｋ＝０．３３（図７Ａ）及びｋ＝０．６６（図７Ｂ）の場合の動作区域を示す。
【００４９】
性能を評価するために分析すべき主な要素は以下のものである：
・同相モード電圧、同相モード電圧は、同相モード電流を生成し、モータの巻線絶縁部における故障につながる（したがってモータの寿命を短縮するおそれがある）；
・同相モード電圧レベルの進展により大幅に変わる電磁干渉ノイズ；
・バッテリの予想寿命を短縮するおそれがあるＤＣモードのゼロ電流。
【００５０】
スイッチング数は、以下の表３に示すように、一定のスイッチング時間における「オン」（閉鎖）及び「オフ」（開放）持続時間の数によって変わる。スイッチング数は、スイッチング損失に対する直接的な関係を有する。
【００５１】
【表３】
2017532000.tif 000006
【００５２】
したがって、スイッチング数は３で除算してあることがわかる。
【００５３】
従来のＳＶＭ方法では、同相モード電圧は、ゼロ・ベクトルのために
【００５４】
【数３】
2017532000.tif 000007
【００５５】
の値を達成し、有効ベクトルのために
【００５６】
【数４】
2017532000.tif 000008
【００５７】
の値を達成することができる。電磁干渉は、同相モード電圧のレベルの変化に関連し、このレベルは、最高の状況では
【００５８】
【数５】
2017532000.tif 000009
【００５９】
を達成し、最低の状況では
【００６０】
【数６】
2017532000.tif 000010
【００６１】
を達成する。本発明による方法の枠組の範囲において、Ｔｓを有効ベクトルのみに割り当てると仮定すると、同相モード電圧は
【００６２】
【数７】
2017532000.tif 000011
【００６３】
に制限することができ、その電磁干渉は、同相モード電圧のまさに
【００６４】
【数８】
2017532000.tif 000012
【００６５】
の変化によるものである。以下の表４は、各方法についての同相モード電圧の概要を提供する。
【００６６】
【表４】
2017532000.tif 000013
【００６７】
本発明の発明者等は、試験を実行しており、本発明による方法が電磁干渉の明らかな低減を可能にすることに気付いている。
【００６８】
以下の表５は、本発明による方法により得られる電磁干渉の低減を示す。
【００６９】
【表５】
2017532000.tif 000014
【００７０】
本発明による方法は、インバータの温度を低減することも可能にする。
【００７１】
図８及び以下の表６は、インバータの温度に関連して得られた結果を示す。
【００７２】
【表６】
2017532000.tif 000015
【００７３】
インバータの性能は、具体的には、（実効値における）インバータのＡＣモード出力電力と、入力源として課されるＤＣモード入力電力との間の比率としての効率を規定する。
【００７４】
本発明により得られる性能を以下の表７に示す。
【００７５】
【表７】
2017532000.tif 000016
【００７６】
したがって、システムの効率は、５％を越えて向上している。
【００７７】
本発明は上記で例として説明している。しかし、当業者は、本発明の特許の範囲から逸脱することなく本発明の異なる変形形態を実行できることを理解されたい。
【図１】
2017532000.tif 000017
【図２Ａ−２Ｂ】
2017532000.tif 000018
【図３】
2017532000.tif 000019
【図４】
2017532000.tif 000020
【図５】
2017532000.tif 000021
【図６Ａ−６Ｂ】
2017532000.tif 000022
【図７Ａ−７Ｂ】
2017532000.tif 000023
【図８】
2017532000.tif 000024
【国際調査報告】
2017532000.tif 000025
2017532000.tif 000026
2017532000.tif 000027
2017532000.tif 000028
2017532000.tif 000029
2017532000.tif 000030