JP2008141948A - 電圧源インバータの損失を低減するためのｐｗｍパターン・シーケンス - Google Patents

電圧源インバータの損失を低減するためのｐｗｍパターン・シーケンス Download PDF

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Abstract

【課題】電圧源インバータの損失を低減するためのＰＷＭパターン・シーケンスを提供する。
【解決手段】インバータを制御する方法は、モータに結合されたインバータに提供される制御信号の組に対してそれぞれが一義的に対応する所定の状態のシーケンスを用いる。この方法は、第１のセンタ無効タイミング・シーケンスを反復適用して、インバータに対して制御信号の第１の所定のシーケンスの組を順次に提供するステップと、インバータと交流モータの端子との間に流れる電流のゼロ交叉状態を監視するステップと、電流のゼロ交叉状態の監視がゼロ交叉状態を検出したとき、第１のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用を第２のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用へ移行するステップであって、第２のセンタ無効タイミング・シーケンスが制御信号の第２の所定のシーケンスの組を規定するステップとを備える。
【選択図】図１

Description

図１は、本書で検討される新規な設計のコントローラに結合される公知のインバータを示している。このインバータは、交流モータへの及び交流モータからの電力を制御することができる６個のスイッチＡＵ、ＢＵ、ＣＵ、ＡＬ、ＢＬ、ＣＬを備える。これらのスイッチはコントローラの制御下にあり、コントローラは、対応の６個のスイッチＡＵ、ＢＵ、ＣＵ、ＡＬ、ＢＬ、ＣＬを制御するための６つの制御信号ＣＡＵ、ＣＢＵ、ＣＣＵ、ＣＡＬ、ＣＢＬ、ＣＣＬを生成する。
本書で説明するコントローラは新規な設計であり、新規なコントローラを説明するために、空間ベクトル図を用いる。空間ベクトル図を用いてコントローラの機能を説明する概念はＭ．ハバ、Ｒ．Ｊ．カークマン及びＴ．Ａ．リポ著「搬送波をベースとするＰＷＭ−ＶＳＩのための簡単な図的解析方法」ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ． Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ．１４、ｎｏ．１、ｐｐ．４９〜６１、Ｊａｎ．１９９９に記載されており、これは空間ベクトル図を理解するのを助ける。
インバータを制御するための方法は、所定の状態のシーケンスを用いる。それぞれの状態は、モータに結合されたインバータに提供される制御信号の組に一義的に対応する。この方法は、ゼロ交叉状態を監視しながら状態の第１のセンタ無効タイミング・シーケンスを反復適用し、次いで、監視がゼロ交叉状態を検出すると、第１のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用を第２のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用へ移行することを含む。第１のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用は、インバータに対して制御信号の第１の所定のシーケンスの組を順次に提供する。ゼロ交叉状態の監視は、インバータとモータの端子との間に流れる電流のゼロ交叉状態を監視する。第２のセンタ無効タイミング・シーケンスは制御信号の第２の所定の組を規定する。
機械読み取り可能な媒体は、所定の状態のシーケンスを用いるインバータを制御するためのコントローラにおいて動作可能な命令の組を含む。それぞれの状態は、モータに結合されたインバータに提供される制御信号の組に一義的に対応する。命令の組は、状態の第１のセンタ無効タイミング・シーケンスを反復適用してインバータに対して制御信号の第１の所定のシーケンスの組を順次に提供する特定の動作をコントローラ内のプロセッサに実行させるよう動作可能である。また、これらの特定の動作の中には、インバータとモータの位相ｂとの間に流れる電流のゼロ交叉状態を監視する命令が含まれる。また、特定の動作の中には、監視がゼロ交叉状態を検出すると、第１のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用を第２のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用へ移行し、第２のセンタ無効タイミング・シーケンスが制御信号の第２の所定の組を規定することが見出される。
図３は空間ベクトル図を示している。空間ベクトル図の頂点及び中心は、Ｖ０〜Ｖ７で指示された８つの状態のそれぞれに対する、図１に示すインバータの各スイッチの設定を示している。３つの二進数字は各状態Ｖ０〜Ｖ７を示している。各二進数字は特定のモータ位相、すなわち、ａ，ｂ，ｃに対応する。二進数字の１は、インバータ位相の上側スイッチが閉じ、下側スイッチが開いた状態を表すが、二進数字の０は、インバータ位相の上側スイッチが開いていて下側スイッチが閉じた状態を表す。例えば、状態Ｖ０においては、全部の上側スイッチはモータを上側電圧バスから切り離した状態に維持し、全部の下側スイッチはモータを下側電圧バスに接続した状態に維持する。同様に、状態Ｖ７においては、全部の上側スイッチはモータを上側電圧バスと接続した状態に維持し、全部の下側スイッチはモータを下側電圧バスから切り離した状態に維持する。状態Ｖ０及びＶ７はゼロ電圧をモータに供給する。
状態Ｖ１（１００）においては、モータ位相ａは上側電圧バスに接続され、下側電圧バスから切り離されるが、位相ｂ及びｃはそれぞれ、上側電圧バスから切り離され、下側電圧バスに接続される。同様に、状態Ｖ２（１１０）においては、モータ位相ａ及びｂは上側電圧バスに接続され、下側電圧バスから切り離されるが、位相ｃは上側電圧バスから切り離され、下側電圧バスに接続される。同じパターンを繰り返して用いると、残りの状態Ｖ３〜Ｖ６のそれぞれのスイッチ設定を解釈することができる。
図４において、１つのスイッチのみが一時にオン又はオフされ、１つのスイッチはＰＷＭサイクル期間には切り換えられず、スイッチング・パターンは期間の中心に関して対称であるように、図３のＶ０、Ｖ１、Ｖ２及びＶ７間の切り換えに対する４つの可能なタイミング・シーケンスが図示されている。また、上側スイッチ及び下側スイッチは、図１のモータを通らない直流経路を下側電圧バスと下側電圧バスとの間に提供せず、各状態での滞留時間は、セクタ１内で図２に図示された理想的な電圧と等価な電圧を達成するよう調整され得る。
第１のタイミング・シーケンス（ａ）はＶ０センタ活性と呼ばれ、第２のタイミング・シーケンス（ｂ）はＶ７センタ無効と呼ばれ、第３のタイミング・シーケンス（ｃ）はＶ０センタ無効と呼ばれ、第４のタイミング・シーケンス（ｄ）はＶ７センタ活性と呼ばれる。これらの名称は発明を説明するのを助ける便利な名称である。用語「センタ活性」は、ここでは、図４〜図９に示す４つの中心タイミング間隔の期間のスイッチ状態が、４つの中心タイミング間隔の期間にモータの端子間に異なる電圧が印加される状態であることを意味するために使用される。こうして、用語「活性」はモータを能動的に駆動することを意味する。ただし、「センタ活性」のタイミング・シーケンスにおける最初と最後のタイミング間隔の期間には、スイッチ状態は、モータの全部の端子に印加される電圧が上側電圧バス上の電圧か又は下側電圧バス上の電圧である状態である。こうして、「センタ活性」のタイミング・シーケンスにおける最初と最後の間隔の期間には、モータは能動的には駆動されない。この状態は「エッジ無効」として参照される。
同様に、名称「センタ無効」は、２つの中心タイミング間隔の期間でのスイッチ状態が、モータの全部の端子に印加される電圧が上側電圧バス上の電圧か又は下側電圧バス上の電圧である状態であることを意味するために使用される。こうして、「センタ無効」のタイミング・シーケンスの２つの中心タイミング間隔の期間には、モータは能動的には駆動されない。ただし、「センタ無効」のタイミング・シーケンスの最初と最後の対の期間においては、スイッチ状態は、最初と最後の対の期間にモータの端子間に異なる電圧が印加される状態である。こうして、「センタ無効」のタイミング・シーケンスの２つの中心タイミング間隔の期間には、モータは能動的には駆動されない。
図４に示す４つのタイミング・シーケンスのうちの任意の１つを反復的に実行することにより、セクタ１（図３）内で、図２に示す任意の理想的な電圧をモータに供給するのと等価であるように、図１に示すモータの巻線に電流を統合することができる。この等価電圧の特定の位相及び大きさは、スイッチが特定の状態にある相対的な滞留期間に依存する。反復間隔が短い（例えば、急速に反復する）場合には、統合された等価電圧の頂部のリップルは小さいが、インバータのスイッチの切り換え時間に起因する非効率性が重大になってくる。しかし、反復間隔が長い（例えば、急速反復ではない）場合、統合された等価電圧の頂部のリップルは大きく、インバータのスイッチの切り換え時間に起因する非効率性は無意味になってくる。例示の目的で、１００マイクロ秒（１０ｋＨｚ）の典型的な反復間隔がリップルと切り換え効率とを理想的にバランスさせると仮定する。そうすると、図４に示す任意のタイミング・シーケンスの各状態に対する滞留期間は、１００マイクロ秒反復間隔の一部分になり、シーケンスにおける全滞留期間を加算すると１００マイクロ秒反復間隔になる。
任意のＤＰＷＭ（不連続ＰＷＭ）タイミング・シーケンス反復間隔にわたって採用される３つの空間ベクトル（例えば、図４のタイミング・シーケンス（ｂ）に用いられるＶ１、Ｖ２及びＶ７）の実際のデューティサイクルは、空間ベクトル図から決定することができる。図１０は、指令された出力電圧ベクトルがセクタ１にあり、
Figure 2008141948
が出力電圧の指令された変調指数であり、θが出力電圧ベクトルの角度位置であるときの原理を示している。例えば、図４のタイミング・シーケンス（ｂ）において、Ｖ１及びＶ２は、モータの位相に電圧を供給するが故にアクティブ電圧ベクトルと呼ばれ、Ｖ７は、モータの全部の位相における電圧を一緒に短絡させるが故にゼロ電圧ベクトルと呼ばれる。空間ベクトル図から、２つの活性空間ベクトルのデューティサイクルは、次の３つの式、すなわち
Figure 2008141948
から見出すことができる。
活性電圧ベクトル（例えば、図４のタイミング・シーケンスに用いられるＶ１及びＶ２）及びゼロ電圧ベクトル（例えば、図４のタイミング・シーケンス（ｂ）に用いられるＶ７及び図４のタイミング・シーケンス（ｃ）に用いられるＶ０）のデューティサイクルが式（１）〜（３）から決定されると、図４に示すパルス・シーケンスの１つをコントローラによって実施することができる。ただし、ｄｚはゼロ電圧ベクトル（Ｖ０又はＶ７）のデューティサイクルであり、ｄ１及びｄ２は２つの活性電圧ベクトルのデューティサイクルを示す。また、式（１）〜（３）は、角度θと所与のセクタに対する対応の活性電圧ベクトルとを考慮する適切な回転の後は、セクタ２〜セクタ６に対応する。どちらのゼロ電圧ベクトル（Ｖ０又はＶ７）を採用するかは、パルス・シーケンスの決定から独立したＤＰＷＭ変調方法の特性である。
再び図１を参照すると、コントローラは、コマンドＣＭＤ（指令された変調指数
Figure 2008141948
と、指令された出力電圧ベクトルθの角度位置とを含む）を、インバータのスイッチを駆動する制御信号ＣＡＵ、ＣＡＬ、ＣＢＵ、ＣＢＬ、ＣＣＵ、ＣＣＬへ変換する。例えば、コントローラが状態Ｖ１（１００）にあるとき、ＣＡＵは位相ａの上側トランジスタをオンになるよう指令し、ＣＡＬは位相ａの下側トランジスタをオフになるよう指令する。また、ＣＢＵ及びＣＣＵは位相ｂ及びｃの上側トランジスタをオフになるよう指令し、ＣＢＬ及びＣＣＬは位相ｂ及びｃの下側トランジスタをオンになるよう指令する。コントローラが状態Ｖ１（１００）に留まる時間長は、式（１）〜（３）によって規定される。
同様に、コントローラが状態Ｖ２（１１０）にあるとき、ＣＡＵ及びＣＢＵは位相ａ及びｂの上側トランジスタをオンになるように指令し、ＣＡＬ及びＣＢＬは位相ａ及びｂの下側トランジスタをオフになるように指令する。また、ＣＣＵは位相ｃの上側トランジスタをオフになるように指令し、ＣＣＬは位相ｃの下側トランジスタをオンになるように指令する。コントローラが状態Ｖ２（１１０）に留まる時間長は、式（１）〜（３）によって規定される。
同様にして、コントローラは、各ベクトル状態に対応する値を持つ制御信号ＣＡＵ、ＣＡＬ、ＣＢＵ、ＣＢＬ、ＣＣＵ、ＣＣＬを、指令ＣＭＤに基づいて式（１）〜（３）にしたがって決定された滞留期間に対して生成する。
図４に示す４つのタイミング・シーケンスのうちの任意の１つのタイミング・シーケンスを用いて、セクタ１（図３）内の所望の指令電圧ベクトルを生成することができる。図５に示す４つのタイミング・シーケンスのうちの任意の１つのタイミング・シーケンスを用いて、セクタ２（図３）内の所望の指令電圧ベクトルを生成することができる。図６に示す４つのタイミング・シーケンスのうちの任意の１つのタイミング・シーケンスを用いて、セクタ３（図３）内の所望の指令電圧ベクトルを生成することができる。図７に示す４つのタイミング・シーケンスのうちの任意の１つのタイミング・シーケンスを用いて、セクタ４（図３）内の所望の指令電圧ベクトルを生成することができる。図８に示す４つのタイミング・シーケンスのうちの任意の１つのタイミング・シーケンスを用いて、セクタ５（図３）内の所望の指令電圧ベクトルを生成することができる。図９に示す４つのタイミング・シーケンスのうちの任意の１つのタイミング・シーケンスを用いて、セクタ６（図３）内の所望の指令電圧ベクトルを生成することができる。
コントローラは、指令ＣＭＤに応答して制御信号ＣＡＵ、ＣＡＬ、ＣＢＵ、ＣＢＬ、ＣＣＵ、ＣＣＬを生成して、所望の角度回転速度と所望の大きさ（再び図２を参照）で、回転する指令電圧ベクトルを生成する。このために、コントローラは、タイミング・シーケンス反復間隔の期間（例えば、この例では１００マイクロ秒）に所望の指令電圧ベクトルを生成するのに４つの可能なタイミング・シーケンスのうちのどの１つを用いるべきかを選択する。回転する指令電圧ベクトルはモータを回転させるが、モータの３つの位相ａ、ｂ、ｃによって引かれる実際の電流は、モータ損失、トルク加速度及び／又は減速度を含む種々の要因に起因して電圧ベクトルの角度位置より進み又は遅れる。
コントローラは、インバータを駆動するためにセンタ無効シーケンスを用い、各セクタにおける利用可能な２つのセンタ無効タイミング・シーケンスの中から選択する。最初に、コントローラは、状態（例えばＶ１、Ｖ２及びＶ７）の第１のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図４のタイミング・シーケンス（ｂ））を反復的に適用して、インバータに制御信号（例えばＣＡＵ、ＣＡＬ、ＣＢＵ、ＣＢＬ、ＣＣＵ、ＣＣＬ）の第１の所定のシーケンスの組を順次に提供する。滞留期間は、上で検討したように、入力指令（指令された変調指数
Figure 2008141948
と、指令された出力電圧ベクトルの角度位置とを含む）に基づいて第１のセンタ無効タイミング・シーケンスの各状態に対して計算される。
コントローラは、電流のゼロ交叉状態について、インバータとモータの端子との間に流れる電流を監視する。代わりに、この監視は他のシステムによって行われ、モータに対してアナログ又はデジタル信号として簡単な報告がなされるのでもよい。いずれの場合も、ゼロ交叉状態に対する監視とみなされる。
監視がセクタ境界の近くでゼロ交叉状態を検出すると、コントローラは、第１のセンタ無効タイミング・シーケンス（この例では、図４のタイミング・シーケンス（ｂ））の反復適用を、状態の第２のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図５のタイミング・シーケンス（ｃ））の反復適用へ移行する。電流波形が指令電圧ベクトルに対して遅れも進みもしていないとき、１つの位相のゼロ交叉がセクタ間の境界で発生する。進み力率又は遅れ力率はゼロ交叉状態を進ませる又は遅らせる傾向にある。本発明においては、センタ無効タイミング・シーケンスのみを用いており、第１のセンタ無効タイミング・シーケンスから第２のセンタ無効タイミング・シーケンスへの切り換えは、インバータとモータの端子との間に流れる電流のゼロ交叉状態で又はその近くで発生する。
別の状態として、本発明は、センタ無効タイミング・シーケンスの隣接する反復的適用に用いられる２つの利用可能な不活性状態間を切り換えるようにしてもよい。状態Ｖ０と状態Ｖ７とのうちのいずれであれ、唯一の不活性状態が各タイミング・シーケンスにおいて用いられる。例えば、監視によって（図３の）セクタ１とセクタ２との間の境界で又はその近くでゼロ交叉状態が検出されると、コントローラは、図４のタイミング・シーケンス（ｂ）（この例では、状態Ｖ７を不活性状態として用いた第１のセンタ無効タイミング・シーケンス）の反復適用を、図５のタイミング・シーケンス（ｃ）（この例では、状態Ｖ０を不活性状態として用いた第２のセンタ無効タイミング・シーケンス）の反復適用へ移行する。指令電圧ベクトルは反時計方向に回転する（図２参照）ので、指令電圧ベクトルは順にセクタ１からセクタ２、セクタ３、セクタ４、セクタ５、セクタ６へ進み、その後に再びセクタ１へ戻る（図３参照）。
本発明の実施の形態においては、用いられるタイミング・シーケンスは、図４のタイミング・シーケンス（ｂ）、図５のタイミング・シーケンス（ｃ）、図６のタイミング・シーケンス（ｂ）、図７のタイミング・シーケンス（ｃ）、図８のタイミング・シーケンス（ｂ）、図９のタイミング・シーケンス（ｃ）の順であり、その後に再び図４のタイミング・シーケンス（ｂ）が続く。こうした全部のタイミング・シーケンスはセンタ無効であり、タイミング・シーケンスのこの進行は状態Ｖ０と状態Ｖ７とを不活性状態として用いて交互に切り換わる。また、この進行におけるタイミング・シーケンス間の遷移は、インバータとモータの端子との間に流れる電流のゼロ交叉状態で又はその近くで発生する。
本発明の代替の実施の形態においては、用いられるタイミング・シーケンスは、図４のタイミング・シーケンス（ｃ）、図５のタイミング・シーケンス（ｂ）、図６のタイミング・シーケンス（ｃ）、図７のタイミング・シーケンス（ｂ）、図８のタイミング・シーケンス（ｃ）、図９のタイミング・シーケンス（ｂ）の順であり、その後に再び図４のタイミング・シーケンス（ｃ）が続く。こうした全部のタイミング・シーケンスはセンタ無効であり、タイミング・シーケンスのこの進行は状態Ｖ０と状態Ｖ７とを不活性状態として用いて交互に切り換わる。他の実施の形態と同様に、この進行におけるタイミング・シーケンス間の遷移は、インバータとモータの端子との間に流れる電流のゼロ交叉状態で又はその近くで発生する。
センタ無効タイミング・シーケンスの上述の進行において、コントローラが先のタイミング・シーケンスから新たなタイミング・シーケンスへ移行したとき、タイミング・シーケンスのエッジにおいて１つの位相のみが切り換えられ、当該位相はセクタ（すなわち６０°の区間）の境界で又はその近くでゼロ交叉状態を経るのと同じ位相であることに留意されたい。
したがって、２つの重要な利点が達成される。第１に、第１のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用が（隣のセクタ又は６０°区間に対する）第２のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用へ切り換えられたとき、ゼロ交叉状態で（即ち、モータとインバータとの間に流れるいずれか１つの電流がゼロ交叉状態にあるとき）切り換えられるインバータにおけるスイッチ（即ちトランジスタ）は、ゼロ交叉状態を持つ同じスイッチである。このようにして、スイッチは、導通状態から非導通状態へと切り換えられる期間に、かなりの電流を流すことはないので、スイッチの寿命を延ばすことができる。第２に、不活性状態ベクトルとして状態Ｖ０と状態Ｖ７との間を交互に切り換えることにより、インバータのいずれのスイッチも常にオンに維持されることがなく、これは端子ストレスが６個の全部のスイッチ間で均等に分担されるのを助けることになる。
典型的にはコントローラはマイクロプロセッサであるが、個別電子コンポーネント、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル・ゲート・アレイ（ＰＧＡ）等から実現でき、コントローラの制御方法及び制御動作は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能媒体に記憶されたマイクロプログラム、集積回路のマスク・パターン又は配線に記憶されたマイクロプログラム、或いは、電子コンポーネントの配線パターン及び回路接続に記憶されたマイクロプログラムによって制御される。
第１の例において、方法は、所定の状態のシーケンス（例えば、上で検討した、図３に示すような電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７）を用いて（例えば、図１に示すような）インバータを制御する。それぞれの状態は、モータに結合されたインバータに提供される制御信号（例えば、上で検討したように状態値「０００」〜「１１１」に対応する値を運ぶＣＡＵ、ＣＡＬ、ＣＢＵ、ＣＢＬ、ＣＣＵ、ＣＣＬ）の組に一義的に対応する。この方法は、状態の第１のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図４の（ｂ））を反復適用し、ゼロ交叉状態（例えば、インバータとモータの位相ｂとの間にゼロの又はほぼゼロの電流が流れているとき）を監視し、監視が位相ｂでのゼロ交叉状態を検出すると、状態の第１のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図４の（ｂ））の反復適用を、状態の第２のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図５の（ｃ））の反復適用へ移行することを含む。位相ｂはこのときに切り換わる唯一の位相であり、ゼロ交叉について監視されるのは位相ｂである。第１のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用は、インバータに制御信号（例えば、上で検討したように状態値Ｖ１＝「１００」、Ｖ２＝［１１０］、Ｖ７＝「１１１」に対応する値を運ぶＣＡＵ、ＣＡＬ、ＣＢＵ、ＣＢＬ、ＣＣＵ、ＣＣＬ）の第１の所定のシーケンスの組（例えば、図４の（ｂ））を提供する。ゼロ交叉状態の監視は、インバータとモータの位相ｂ端子との間に流れる電流におけるゼロ交叉状態の監視を行う。第２のセンタ無効タイミング・シーケンスは制御信号の第２の所定のシーケンスの組（例えば、図５の（ｃ））を規定する。この例の移行は、指令電圧ベクトル（図２）が（図３の）第１のセクタから第２のセクタへ移行するときに発生する。電圧ベクトルが円の周りを回転する（図２）につれて、同様の変更が生じる。
第１の例の第１の変形において、第１のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図４の（ｂ））は、対応する組の制御信号がモータの全部の端子をインバータを介して第１のバス（例えば、図１の上側バス）に接続させる不活性状態（例えば、Ｖ７＝「１１１」）を含む。また、移行は、第２のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図５の（ｃ））を、対応する組の制御信号がモータの全部の端子をインバータを介して第２のバス（例えば、図１の下側バス）に接続させる不活性状態（例えば、Ｖ０＝「０００」）を含むシーケンスであるように選択する。ただし、第２のバスは第２のバスとは異なる。
第１の例の第２の変形において、更に、方法は、入力指令ＣＭＤに基づいて第１のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図４の（ｂ））の各状態に対する滞留時間（例えば、図１０のｄ１、ｄ２、ｄｚ）を計算し、入力指令ＣＭＤに基づいて第２のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図５の（ｃ））の各状態に対する滞留時間を計算することを含む。
第２の例においては、機械読み取り可能媒体の例は、所定の状態（例えば、上で検討した、図３に示す電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７）のシーケンスを用いる（例えば、図１に示すような）インバータを制御するためのコントローラにおいて動作可能な命令の組を含む。各状態は、モータと結合されたインバータに提供される制御信号（例えば、上で検討したように状態値「０００」〜「１１１」に対応する値を運ぶＣＡＵ、ＣＡＬ、ＣＢＵ、ＣＢＬ、ＣＣＵ、ＣＣＬ）の組に一義的に対応する。命令の組はコントローラ内のプロセッサに特定の動作を実行させるように動作可能である。これらの特定の動作の中には、状態の第１のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図４の（ｂ））を反復適用して、制御信号（例えば、上で検討したように状態値Ｖ１＝「０００」、Ｖ２＝［１１０］、Ｖ７＝「１１１」に対応する値を運ぶＣＡＵ、ＣＡＬ、ＣＢＵ、ＣＢＬ、ＣＣＵ、ＣＣＬ）の組の第１の所定のシーケンスをインバータに順次に与えることが含まれる。また、これらの特定の動作の中には、インバータとモータの位相ｂとの間に流れる電流におけるゼロ交叉状態（例えば、モータとインバータの位相ｂとの間にゼロ又はほぼゼロの電流が流れるとき）を監視する命令が含まれる。更に、これらの特定の動作の中には、監視がゼロ交叉状態を検出したときに第１のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図４の（ｂ））の反復適用から第２のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図５の（ｃ））の反復適用へ移行することが見出され、第２のセンタ無効タイミング・シーケンスは制御信号の組みの第２の所定のシーテンスを規定する。この例の移行は、指令電圧ベクトル（図２）が（図３の）第１のセクタから第２のセクタへ変化するときに生じる。電圧ベクトルが円（図２）の周りを回転するにつれて同様の変化が生じる。
第２の例の第１の変形において、第１のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図４の（ｂ））は、対応する組の制御信号がモータの全部の端子をインバータを介して第１のバス（例えば、図１の上側バス）に接続させる不活性状態（例えば、Ｖ７＝「１１１」）を含む。また、プロセッサに移行動作を実行させるように動作可能な命令の組は、対応する組の制御信号がモータの全部の端子をインバータを介して第２のバス（例えば、図１の下側バス）に接続させる不活性状態（例えば、Ｖ０＝「０００」）を含むシーケンスであるように第２のセンタ無効タイミング・シーケンス（例えば、図５の（ｃ））を選択するようプロセッサに移行動作を実行させる。ただし、第２のバスは第２のバスとは異なる。
第２の例の第１の変形においては、命令の組は、追加の動作をプロセッサに実行させるよう動作する。追加の動作は、入力指令ＣＭＤに基づいて第１の中心無効タイミング・シーケンス（例えば、図４の（ｂ））の各状態に対する滞留時間（例えば、図１０のｄ１、ｄ２、ｄｚ）を計算し、入力指令ＣＭＤに基づいて第２の中心無効タイミング・シーケンス（例えば、図５の（ｃ））の各状態に対する滞留時間（例えば、図１０のｄ１、ｄ２、ｄｚ）を計算することを含む。
電圧源インバータの損失を低減するための新規なＰＷＭパターン・シーケンスの好ましい実施の形態（これらは例示であって限定的ではない）を説明してきたが、留意されるように、上記の教示に照らして、当業者による修正及び変形が可能である。したがって、理解されるように、開示された発明の特定の実施の形態の変更を行うことができ、これは添付の請求項によって定義される発明の範囲内にある。
本発明を詳細に且つ特許法の要求する精密さで説明してきたが、特許請求され且つ特許証によって保護されるところのものは特許請求の範囲に記載されている。
本発明の実施の形態に係る、コントローラ、インバータ及びモータの概略図である。 図１のコントローラに提供される指令に応答するように、図１のモータに印加されるべき理想的な電圧（指令電圧ベクトルとしばしば呼ばれる）を示す極座標図である。 セクタ１〜セクタ７を規定するスイッチ位置であって、パルス幅変調（ＰＷＭ）を実施し、図２の理想的電圧（すなわち、指令電圧ベクトル）と等価なものを達成するために図１のモータに電圧を印加するのに用いられるスイッチ位置に対する個別の状態Ｖ０〜Ｖ７を示すグラフである空間ベクトル図である。 図３の状態Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ７間で切り換えを行うための４つの可能なタイミング・シーケンスを示す４つのグラフの組であり、一時に１つのスイッチのみがオン又はオフとなり、１つのスイッチはＰＷＭサイクル期間には切り換えられず、スイッチング・パターンは期間の中心に関して対称である。また、上側スイッチ及び下側スイッチは、図１のモータを通らない直流経路を上側バスと下側バスとの間に提供せず、各状態における滞留時間は、セクタ１内で図２に示す理想的な電圧と等価なものを達成するよう調整される。 図４に示すのと同様に、セクタ２内で同じ目的を達成するように、図３の状態Ｖ０、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ７間で切り換えを行うための４つの可能なタイミング・シーケンスを示す４つのグラフの組である。 図４に示すのと同様に、セクタ３内で同じ目的を達成するように、図３の状態Ｖ０、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ７間で切り換えを行うための４つの可能なタイミング・シーケンスを示す４つのグラフの組である。 図４に示すのと同様に、セクタ４内で同じ目的を達成するように、図３の状態Ｖ０、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ７間で切り換えを行うための４つの可能なタイミング・シーケンスを示す４つのグラフの組である。 図４に示すのと同様に、セクタ５内で同じ目的を達成するように、図３の状態Ｖ０、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７間で切り換えを行うための４つの可能なタイミング・シーケンスを示す４つのグラフの組である。 図４に示すのと同様に、セクタ６内で同じ目的を達成するように、図３の状態Ｖ０、Ｖ１、Ｖ６、Ｖ７間で切り換えを行うための４つの可能なタイミング・シーケンスを示す４つのグラフの組である。 状態ベクトルに対するデューティサイクルを如何に決定するかを示す空間ベクトル図である。

Claims (6)

  1. 所定の状態のシーケンスを用いてインバータを制御する方法であって、それぞれの前記状態が、モータに結合されたインバータに提供される制御信号の組に一義的に対応する方法において、
    第１のセンタ無効タイミング・シーケンスを反復適用して、前記インバータに対して制御信号の第１の所定のシーケンスの組を順次に提供するステップと、
    前記インバータと前記モータの端子との間に流れる電流のゼロ交叉状態を監視するステップと、
    前記の監視がゼロ交叉状態を検出したとき、前記第１のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用を第２のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用へ移行するステップであって、前記第２のセンタ無効タイミング・シーケンスが前記制御信号の第２の所定のシーケンスの組を規定するステップと、
    を備える方法。
  2. 前記第１のセンタ無効タイミング・シーケンスが、対応する組の前記制御信号により前記モータの全部の端子が前記インバータを介して第１のバスに接続される不活性状態を含み、
    前記移行が、対応する組の前記制御信号により前記モータの全部の端子が前記インバータを介して第２のバスに接続される不活性状態を含むシーケンスであるように前記第２のセンタ無効タイミング・シーケンスを選択し、前記第２のバスが前記第２のバスとは異なる、
    請求項１に記載の方法。
  3. 入力指令に基づいて前記第１のセンタ無効タイミング・シーケンスの各状態に対する滞留時間を計算するステップと、
    入力指令に基づいて前記第２のセンタ無効タイミング・シーケンスの各状態に対する滞留時間を計算するステップと、
    を更に備える、請求項１に記載の方法。
  4. 所定の状態のシーケンスを用いるインバータを制御するためにコントローラにおいて動作可能な命令の組を含む機械読み取り可能な媒体であって、
    それぞれの前記状態が、モータに結合されたインバータに提供される制御信号の組に一義的に対応し、
    前記コントローラがプロセッサを含み、
    前記命令の組が、
    第１のセンタ無効タイミング・シーケンスを反復適用して、前記インバータに対して制御信号の第１の所定のシーケンスの組を順次に提供するステップと、
    前記インバータと前記モータの端子との間に流れる電流のゼロ交叉状態を監視するステップと、
    前記の監視がゼロ交叉状態を検出したとき、前記第１のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用を第２のセンタ無効タイミング・シーケンスの反復適用へ移行するステップであって、前記第２のセンタ無効タイミング・シーケンスが前記制御信号の第２の所定のシーケンスの組を規定するステップと、
    を含む動作を前記プロセッサに実行させるよう動作する機械読み取り可能な媒体。
  5. 前記第１のセンタ無効タイミング・シーケンスが、対応する組の前記制御信号により前記モータの全部の端子が前記インバータを介して第１のバスに接続される不活性状態を含み、
    前記命令の組が、前記プロセッサに、
    対応する組の前記制御信号により前記モータの全部の端子が前記インバータを介して第２のバスに接続される不活性状態を含むシーケンスであるように前記第２のセンタ無効タイミング・シーケンスを選択する移行動作を実行させ、
    前記第２のバスが前記第２のバスとは異なる、
    請求項４に記載の媒体。
  6. 前記命令の組が、
    入力指令に基づいて前記第１のセンタ無効タイミング・シーケンスの各状態に対する滞留時間を計算するステップと、
    入力指令に基づいて前記第２のセンタ無効タイミング・シーケンスの各状態に対する滞留時間を計算するステップと、
    を含む追加の動作を前記プロセッサに実行させるよう更に動作する、請求項４に記載の媒体。
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