JP2015524248A - インバータを制御する方法および装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、特に電気機械（１４）を制御するために、空間ベクトルパルス幅変調によってインバータ（１０）を制御する方法であって、インバータ（１０）が複数の制御可能なスイッチ（Ｓ）を備え、電圧空間ベクトル（Ｖ＊）の形式で複数相の電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を供給するように構成されており、電圧空間ベクトル（Ｖ＊）を供給するためにスイッチ（Ｓ）の異なるスイッチオン継続時間が設定され、スイッチ（Ｓ）の連続した複数の異なる切換状態（Ｖ０〜Ｖ７）が設定されるように制御可能な前記スイッチ（Ｓ）を制御する方法に関する。パルス幅変調周期（Ｔ）におけるいずれか１つのスイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間が所定の閾値（４４）を下回った場合にパルス幅変調周期（Ｔ）におけるスイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間が延長される。

Description

本発明は、特に電気機械を制御するために、空間ベクトルパルス幅変調によってインバータを制御する方法に関し、インバータは複数の制御可能なスイッチを備え、電圧空間ベクトルの形式で複数相の電圧を供給するように構成されており、電圧空間ベクトルを供給するために、スイッチの異なるスイッチオン継続時間が設定され、スイッチの連続した複数の異なる切換状態が設定されるように制御可能なスイッチが制御される。
さらに本発明は、特に電気機械を制御するために、空間ベクトルパルス幅変調によってインバータを制御するための装置に関し、インバータは、制御器によって電圧空間ベクトルの形式で複数相の電圧を供給するように構成された複数の制御可能なスイッチを備え、制御器は、電圧空間ベクトルを供給するために、スイッチの異なるスイッチオン継続時間が設定され、インバータが連続する複数の異なったスイッチの切換状態をとるように、制御可能なスイッチを制御するように構成されている。
さらに本発明は、駆動出力を供給するための少なくとも１つの電気機械と、電気機械を制御するためのインバータと、上記形式のインバータを制御するための装置を備える自動車駆動系に関する。
一般には三相電流消費機器および専門的には三相電動機の分野では、種々異なる制御方法が既知である。現在では一般に三相電流消費機器を制御するための空間ベクトル変調の方法が好ましい。これらの制御方法では、空間ベクトルは、８つの地電圧空間ベクトルを連続的に設定することにより形成される。相電圧を供給するためには、地電圧空間ベクトルがパルス幅変調方式で切り換えられ、これにより適宜な制御電圧が生成される。
インバータの制御可能なスイッチの切換時間が制限されていることにより、インバータの設定可能な作動範囲もしくは最大限の制御率は制限されている。すなわち、スイッチの個々の切換パルスの継続時間は最小限の継続時間に制限されている。インバータの設定可能な作動範囲を拡大することができるように、または制御可能なスイッチの切換時間が制限されているのにも関わらず個々の作動範囲を設定することができるように、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０４０１４４号明細書では、パルス幅変調周期内における制御可能なスイッチのスイッチオン継続時間を、最短にスイッチオンされるスイッチのスイッチオン時間だけそれぞれ短縮することが提案される。したがって、いずれか１つの制御可能なスイッチは、全パルス幅変調周期にわたってスイッチオンされず、残りのスイッチは最短にスイッチオンされるスイッチのスイッチオン継続時間だけそれぞれ短縮される。これにより、結果として、２つの遮断された切換状態のいずれか一方が、遮断された他方の切換状態によって代替される。
この方法では、最短にスイッチオンされる２つの制御可能なスイッチのスイッチオン継続時間が同様の継続時間を有する場合の所定の切換シーケンスもしくは制御可能なスイッチの切換順序において、スイッチの最小限に許容されるパルス継続時間を下回ってしまう場合があることが欠点である。
さらに、上記方法は、電力用半導体スイッチの、特に熱による非対称的な負荷および平均的な中性点電圧の移動をもたらす場合がある。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０４０１４４号明細書
本発明によれば、冒頭で述べた形式の空間ベクトルパルス幅変調によってインバータを制御する方法が提案され、パルス幅変調周期におけるいずれか１つのスイッチのスイッチオン継続時間が所定の閾値を下回った場合にパルス幅変調周期におけるスイッチのスイッチオン継続時間が延長される。
さらに、本発明によれば、冒頭で述べた形式のインバータを制御する装置が提案され、制御器が、パルス幅変調周期におけるいずれか１つのスイッチのスイッチオン継続時間が所定の閾値を下回った場合にパルス幅変調周期におけるスイッチのスイッチオン継続時間を延長するように構成されている。
さらに本発明によれば、駆動出力を供給する少なくとも１つの電気機械と、電気機械を制御するためのインバータと、上記形式のインバータを制御するための装置とを備える自動車駆動系が提案される。
発明の利点
全般的にスイッチのスイッチオン継続時間がより短く設定された場合に、スイッチのスイッチオン継続時間が延長されることにより、スイッチの許容されない程に短いパルス継続時間を防止することができ、これにより、設定可能な作動範囲を拡大することができる。さらに、インバータの特に熱的による非対称的な負荷を防止することができる。
好ましくは、スイッチの平均的なスイッチオン継続時間を有するスイッチのスイッチオン時間が用いられる。
換言すれば、２番目に長いか、または２番目に短いスイッチオン継続時間を有するスイッチのスイッチオン継続時間、もしくは最長または最短のスイッチオン継続時間を有していないスイッチのスイッチオン継続時間が使用される。
これにより、許容されない程に短いスイッチオンまたはスイッチオフ時間をもたらす場合もある特に危険なスイッチの切換シーケンスを簡単な手段により検出することができる。
好ましくは、スイッチのスイッチオン継続時間はそれぞれ同一の継続時間だけ延長される。
これにより、供給される電圧空間ベクトルは変更されず、したがって、同時に制御される負荷の制御には影響が及ぼされない。
さらに、パルス幅変調周期における最長のスイッチオン継続時間を有するスイッチのスイッチオン継続時間が、全パルス幅変調周期にわたってスイッチがスイッチオンされているように延長される。
したがって、全パルス幅変調周期におけるいずれか１つのゼロベクトルを省略することができ、これにより、負荷の制御に影響が及ぼされることなしにインバータにおいて目標とした負荷分配を達成することができる。
さらに好ましくは、スイッチのスイッチオン継続時間が延長される継続時間が、パルス幅変調周期継続時間と、最長のスイッチオン継続時間を有するスイッチのスイッチオン継続時間との差に対応している。
これにより、設定される電圧空間ベクトルが変更されることなしに、したがって制御される負荷の制御が妨げられることなしに、スイッチオン時間を変更することができる。
さらに好ましくは、スイッチのスイッチオン継続時間がスイッチのデューティ比であり、所定の閾値が５０％のデューティ比である。
これにより、スイッチのスイッチオン継続時間が最小限の制御率に近づく危険な制御シーケンスを制御技術的に簡単な手段により決定し、スイッチの制御を適宜に調整することができる。
さらに好ましくは、スイッチのスイッチオン継続時間が第２の所定の閾値を上回った場合にスイッチのスイッチオン継続時間が短縮される。
これにより、スイッチのスイッチオン継続時間が最大限の制御率に近づいた状況を検出し、スイッチの制御を適宜に調整することができる。
この場合、さらに好ましくは、最短のスイッチオン継続時間を有するスイッチが全パルス幅変調周期にわたって開かれているように、スイッチのスイッチオン継続時間がそれぞれ同一の継続時間だけ短縮される。
これにより、いずれか１つのゼロベクトルのみが省略され、したがって、供給された電圧空間ベクトル、および制御される負荷の制御には影響が及ぼされない。
さらに好ましくは、スイッチのスイッチオン継続時間が第１および第２閾値の間の所定の値範囲に対応している場合には、パルス幅変調周期におけるスイッチのそれぞれのスイッチオンパルスが移動される。
これにより、１つの制御状態から別の制御状態への移行範囲において２つの切換プロセスの間の最小間隔を保障することができ、したがってスイッチのスイッチオン継続時間またはスイッチオフ継続時間は制御率の限界を超えない。
さらに好ましくは、第１および第２閾値が同一である。
これにより、スイッチオン継続時間の短縮とスイッチオン継続時間の延長との間の移行を簡単な手段により行うことができる。
この場合、さらに好ましくは、スイッチオン継続時間が第１閾値よりも大きい値から第１閾値よりも小さい値に変更された場合には、スイッチのスイッチオンパルスがパルス幅変調周期の最後に移動される。
これにより、いずれか１つのスイッチの継続的なスイッチオンへの移行を簡単な手段により行うことができる。
さらに好ましくは、スイッチのスイッチオン継続時間が、第２閾値よりも小さい値から第２閾値よりも大きい値に変更された場合には、スイッチのスイッチオンパルスがパルス幅変調周期の最初に移動される。
これにより、いずれか１つのスイッチが継続的にスイッチオンされているパルス幅変調周期から、いずれか１つのスイッチがスイッチオフされているパルス幅変調周期への移行を設定することがき、したがって、スイッチのスイッチオン継続時間およびスイッチオフ継続時間は許容されない値を超過することはない。
特に好ましくは、ちょうど１つのパルス幅変調周期において、スイッチのスイッチオンパルスが移動され、先行するパルス幅変調周期および後続のパルス幅変調周期にスイッチオンパルスが適合される。
さらに好ましくは、それぞれのスイッチのスイッチオンパルスが分割され、分割されたスイッチオンパルスがそれぞれパルス幅変調周期の最初および最後に移動される。
これにより、パルス幅変調周期をそれぞれゼロ電圧ベクトルによって開始し、終了することができる。
結果として、本発明により、設定可能な作動範囲を拡大することができる。なぜなら、許容されるスイッチオン継続時間またはスイッチオフ継続時間を備える切換状態が同一の電圧空間ベクトルを設定する切換シーケンスにより代替されるからである。さらに、スイッチオン継続時間の変更、特に遮断された切換状態もしくはゼロベクトルの変更により、全般的に対称的にインバータに負荷を加えることができる。
本発明による方法の特徴、特性、および利点は、対応して本発明による装置にも当てはまるか、もしくは使用可能であることは自明である。
電気機械を制御するためのインバータを示す概略図である。 インバータを制御するための空間ベクトル変調方法を説明する複合的なベクトル線図である。 異なる電圧空間ベクトルを設定するための三相電圧の経過を示す概略図である。 制御可能なスイッチが継続的にスイッチオフされているパルス幅変調周期の三相電圧の経過を示す概略図である。 最小限の制御率が達成された三相電圧の経過を示す概略図である。 制御可能なスイッチが継続的にスイッチオンされたパルス幅変調周期における三相電圧の経過を示す概略図である。 空間ベクトル変調の異なった制御範囲を説明するための複合的なベクトル線図を示す概略図である。 図８ａおよび８ｂは、パルス幅変調周期における平均的なデューティ比が５０％よりも大きい三相電圧を示す概略図である。 図９ａおよび９ｂは、パルス幅変調周期における平均的なデューティ比が５０％よりも小さい三相電圧を示す概略図である。 図１０ａおよび１０ｂは、電圧パルスがパルス幅変調周期の最初および最後まで延長されたパルス幅変調周期における三相電圧を示す概略図である。 図１１ａおよび１１ｂは、インバータ制御の移行範囲においてパルス幅変調周期における三相電圧を示す概略図である 図１２ａおよび１２ｂは、インバータの２つの制御率の間の移行範囲においてパルス幅変調周期における三相電圧の経過を示す概略図である。
図１には、スイッチにより供給される相Ｕ，Ｖ，Ｗ、および直流電圧源１２の高電位または直流電圧源１２の低電位への割り当てに応じて、スイッチＳがＳＨＡ，ＳＬＡ，ＳＨＢ，ＳＬＢ，ＳＨＣ，ＳＬＣにより示されている。これに対応してフリーホイールダイオードがＤＨＡ，ＤＬＡ，ＤＨＢ，ＤＬＢ，ＤＨＣ，ＤＬＣにより示されている。
スイッチＳを交互に開閉することにより、相導体Ｕ，Ｖ，Ｗの間にそれぞれ制御電圧が印加され、これに応じて電気機械１４を駆動する相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷがそれぞれ設定される。インバータ１０は、好ましくは半導体スイッチにより形成されている。インバータのスイッチは、所定の経過を示す相電圧を供給し、電圧空間ベクトルを供給し、これに応じて電気機械１４に相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを適宜に供給するために、概略的に示された制御ユニット１８によって交互に開閉される。この場合、電圧ベクトルはインバータ１０によって供給され、これに続いて、制御される負荷に応じて電流空間ベクトルが適宜に設定される。
図２には、三相電流消費機器１４もしくは電気機械１４を制御するための空間ベクトル変調を説明するための複合的なベクトル線図が示され、全体に符号２０が付されている。
このベクトル線図２０には、電気機械１４の制御角Ａｌｐｈａを有する電圧ベクトルＶ＊が示されている。さらにベクトル線図２０には、インバータ１０の１つまたは２つのスイッチＳが閉じられ、これに応じて電気機械が制御された場合に生じる６つの地電圧ベクトルＶ１、Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６が示されている。例えば、地電圧ベクトルＶ１およびＶ２の間の制御角Ａｌｐｈａを有する電圧ベクトルＶ＊の最長の設定が、地電圧ベクトルＶ１および地電圧ベクトルＶ２に対応してインバータ１０を交互に制御することにより実現される。両方の地電圧ベクトルＶ１，Ｖ２は、所定の切換周波数により交互に設定され、地電圧ベクトルＶ１，Ｖ２のスイッチオン継続時間が等しい場合には３０°の位相角を備える電圧ベクトルＶ＊が生じる。より大きい制御角Ａｌｐｈａを有する電圧ベクトルＶ＊を設定する必要がある場合には、適宜に地電圧ベクトルＶ２のスイッチオン継続時間が延長され、地電圧ベクトルＶ１のスイッチオン継続時間が短縮される。これにより、インバータ１０のスイッチＳの周期的な制御により任意の制御角Ａｌｐｈａを有する電圧空間ベクトルＶ＊を実現することができる。
図２に示すように、地電圧空間ベクトルＶ１，Ｖ２よりも小さい値（小さい長さ）を有する電圧ベクトルＶ＊が設定されることが望ましい場合、インバータ１０の上側のスイッチＳＨＡ，ＳＨＢ，ＳＨＣもしくは下側のスイッチＳＬＡ，ＳＬＢ，ＳＬＣが開かれているいずれか一方のゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７が適宜に設定される。それぞれ他のスイッチＳは適宜に閉じられている。このように、電圧ベクトルＶ＊は地電圧空間ベクトルＶ１およびＶ２といずれか一方のゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７との組合せにより適宜に実現することができる。
電気消費機器１４もしくは電気機械１４を通電するためには電圧空間ベクトルＶ＊が供給され、この場合、異なった地電圧空間ベクトルＶ１〜Ｖ６およびゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７が急速に連続して設定される。これにより、電圧空間ベクトルＶ＊が対応して急速に回転した場合に、インバータ１０の異なるスイッチＳおよび異なるフリーホイールダイオードＤに均一に負荷が加えられ、特に相に均一に負荷が加えられる。電圧空間ベクトルＶ＊の回転速度が極めて小さいか、またはゼロである場合には、例えば、電気機械１０の回転数がわずかな場合に、相Ｕ，Ｖ，Ｗのインバータ１０の対応するスイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤに長期間にわたって負荷が加えられ、これにより、対応するスイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤの過負荷が生じる場合があり、インバータ１０のスイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤには全般的に不均一に、特に相に不均一に負荷が加えられる。スイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤの過負荷を防止するために、異なるスイッチＳおよびフリーホイールダイオードＤに負荷を分配する措置を講じる必要がある。
図３には、地電圧空間ベクトルＶ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ７を順次に設定するために、パルス幅変調周期Ｔにおける三相Ｕ，Ｖ，Ｗの相電圧の経過が示されている。パルス幅変調周期Ｔにおいて、電圧空間ベクトルＶ＊を正確に設定することができるように、個々の地電圧空間ベクトルＶ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ７のスイッチオン継続時間ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ７を変更することができる。
制御可能なスイッチの慣性に基づいて、スイッチの２つの切換時点の間の最小限の時間間隔を保持する必要がある。この最小限の間隔はスイッチオン時間の間においてもスイッチオフ時間の間においても不可欠である。構成素子のこの慣性により設定可能な作動範囲および最大限の制御率が減じられ、最大限の制御率は、式：
Ａ＿Ｍａｘ＝（Ｔ−２＊ｔ＿Ｍｉｎ）／Ｔ
によって計算され、Ｔはパルス幅変調周期継続時間であり、ｔ＿Ｍｉｎは２つの切換時点の間の最小限の間隔である。２＊ｔ＿Ｍｉｎよりも継続時間が短い切換シーケンスが要求される場合、継続時間はインバータ１０によって設定することはできない。それにもかかわらず、適宜な電圧空間ベクトルＶ＊を設定することができるためには、切換状態の間の時間間隔が２＊ｔ＿Ｍｉｎよりも大きくなるように電圧経過もしくは切換シーケンスを変更する必要がある。
作動範囲を拡大するために、制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間ｔ０〜ｔ７を短縮し、この場合に、図４に示すようにいずれか１つの制御可能なスイッチを全パルス幅変調周期Ｔにわたってスイッチオンもしくはスイッチオフさせないことが既知である。
図４には、パルス幅変調周期Ｔにおける相Ｕ，Ｖ，Ｗの３つの電圧経過が概略的に示されおり、これらの相Ｕ，Ｖ，Ｗは、切換状態Ｖ０〜Ｖ７の切換シーケンスを形成し、図３の切換シーケンスによって形成された電圧空間ベクトルＶ＊に対応する電圧空間ベクトルＶ＊を設定する。図４の切換シーケンスを得るためには、制御可能なスイッチＳＨＡ，ＳＨＢのスイッチオン時間、すなわち相Ｕ，Ｖの相電圧がスイッチオン時間ｔ７だけ短縮され、相Ｗの相電圧が全パルス幅変調周期Ｔにわたってゼロに設定される。換言すれば、制御可能なスイッチＳの全てのスイッチオン継続時間は、最短にスイッチオンされたスイッチＳＨＣのスイッチオン時間ｔ７だけ短縮される。これにより、ゼロ電圧ベクトルＶ７のスイッチオン時間のみがゼロに短縮され、ゼロ電圧ベクトルＶ０は対応したスイッチオン時間ｔ７だけ延長される。この場合、ゼロ電圧時間Ｖ０，Ｖ７のみが変更されるので、図４の切換シーケンスにより、図３の切換シーケンスによって設定されたのと同一の電圧空間ベクトルＶ＊が設定される。図３のゼロ電圧ベクトルＶ７のスイッチオン時間ｔ７が最小限に許容される値に到達した場合、これにより、許容されない程に短いパルスが設定されることなしに、適宜な電圧空間ベクトルＶ＊を設定することができる。
図５には、２つの切換状態の最小限に可能な２つの間隔を備える切換シーケンスを示す相Ｕ，Ｖ，Ｗの３つの相電圧が概略的に示されている。図５の切換シーケンスでは、スイッチオン時間ｔ４の継続時間がそれぞれｔ_Ｍｉｎ／２であり、スイッチオン時間ｔ７の継続時間がちょうどｔ_Ｍｉｎである。この切換シーケンスにおいて、制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間が最短のスイッチオン時間ｔ７だけ短縮された場合、相Ｖの電圧パルスは、スイッチの２つの切換プロセスの最小限に可能な間隔を得るように設定される。スイッチオン時間ｔ４がさらに減じられた場合、最小限のスイッチオン時間ｔ＿Ｍｉｎを下回り、図４で説明されているスイッチオン時間の短縮により範囲を拡大する方法はここでは使用できない。
図６には、図５の切換シーケンスと同じ電圧空間ベクトルＶ＊を供給する相Ｕ，Ｖ，Ｗの３つの相電圧が概略的に示されている。電圧パルスの許容できない短縮を防止するために、図５の電圧経過から出発して、制御可能なスイッチＳのスイッチオン時間がそれぞれ同一の継続時間だけ延長され、相Ｗの制御可能なスイッチＳＨＣのスイッチオン継続時間は、全パルス幅変調周期にまで延長される。換言すれば、切換状態Ｖ０の継続時間ｔ０がゼロに減じられ、制御可能なスイッチＳＨＡおよびＳＨＢのスイッチオン継続時間が２＊ｔ０だけ延長される。換言すれば、ゼロ電圧ベクトルＶ７のスイッチオン時間はゼロ電圧ベクトルＶ０を犠牲にして延長される。したがって、全パルス幅変調周期Ｔにおいていずれか一方のゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７のみが使用される。ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７は、供給された電圧空間ベクトルＶ＊に対して影響力を有していないので、電圧空間ベクトルＶ＊は影響されない。スイッチオン時間のこのような延長により、インバータ１０の作動範囲を拡大することができ、許容されない程に短い電圧パルスが設定されることを防止できる。
好ましくは、制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間を延長するこの方法は、パルス幅変調周期ＴにおけるスイッチＳの平均的なスイッチオン継続時間を有する制御可能なスイッチＳのデューティ比が５０％未満である場合、換言すれば、２つのスイッチＳが５０％未満のデューティ比を有する場合に用いられる。パルス幅変調周期ＴにおけるスイッチＳの平均的なスイッチオン継続時間を有するスイッチＳのデューティ比が５０％を超える場合、すなわち、２つのスイッチＳが５０％を超えるデューティ比を有する場合には、好ましくは制御可能なスイッチＳのスイッチオン時間は図４に示すように短縮される。これにより、許容されない程に短い電圧パルスが設定されることなしにインバータ１０の作動範囲を拡大するために切換シーケンスに応じてスイッチオン継続時間を適宜に変更することができる。
図７には、電気消費機器を制御するための三相電圧Ｕ，Ｖ，Ｗの複合的なベクトル線図が概略的に示されており、全体に符号３０が付されている。
三相電圧Ｕ，Ｖ，Ｗの正負の電圧ベクトルは六角形にわたり、正の相電圧Ｕ，Ｖ，Ｗは図２の地電圧ベクトルＶ１，Ｖ３，Ｖ５に対応し、負の相電圧Ｕ，Ｖ，Ｗはそれぞれ地電圧ベクトルＶ２，Ｖ４，Ｖ６に対応する。
複合的なベクトル線図３０は、それぞれいずれか１つの地電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６によって形成された異なる６つの制御範囲３２，３４，３６，３８，４０，４２に分割されている。正の相電圧Ｕ，Ｖ，Ｗもしくは地電圧空間ベクトルＶ１、Ｖ３，Ｖ５の周囲に形成された制御範囲３２，３６，４０では、いずれか１つの制御可能なスイッチＳのスイッチオン時間もしくは制御可能なスイッチＳのいずれか１つのデューティ比は極めて短く、これに対して、他の２つのスイッチオン時間もしくはデューティ比は比較的長い。負の相電圧Ｕ，Ｖ，Ｗもしくは地電圧空間ベクトルＶ２、Ｖ４，Ｖ６の周囲に形成された制御範囲３４，３８，４２では、いずれか１つの制御可能なスイッチＳのスイッチオン時間もしくはいずれか１つの制御可能なスイッチＳのデューティ比は比較的長く、これに対して他の２つのスイッチオン時間もしくはデューティ比は比較的短い。
上述のように、２つの制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間が比較的短い場合には、制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間を短縮することは不利である。さらに、２つの制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間が比較的長い場合には、制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間を延長することは不利である。このような場合、状況に応じて、許容されるパルス幅未満の電圧パルスが設定される。換言すれば、２つの制御可能なスイッチＳが比較的短いスイッチオン継続時間もしくは小さいデューティ比を有している場合には制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間を延長し、２つの制御可能なスイッチＳが比較的長いスイッチオン継続時間もしくは大きいデューティ比を有している場合には制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間を短縮することが有利である。
したがって、電圧空間ベクトルＶ＊のための制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間は、制御範囲３２，３６，４０では延長され、制御範囲３４，３８，４２では短縮される。
それぞれの制御範囲３２〜４２は、それぞれ閾値４４によって互いに分離されている。閾値４４は、パルス幅変調周期ＴにおけるスイッチＳの平均的なスイッチオン継続時間を有する制御可能なスイッチのデューティ比が５０％となる境界を形成している。したがって、デューティ比の平均が５０％未満または５０％を超える場合には、制御方法の間で切り換えが行われる。すなわちスイッチＳのスイッチオン継続時間が短縮または延長される。
デューティ比の平均がちょうど５０％である場合には、好ましくは２つの制御方法のいずれか一方が随意に選択される。
図８ａ，図８ｂには、デューティ比の平均が５０％を超えており、制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間もしくは制御可能なスイッチＳのデューティ比が適宜に短縮される制御シーケンスが概略的に示されている。図８ａに示したこの制御シーケンスは、制御範囲３４，３８，４２に対応しており、スイッチＳのスイッチオン継続時間もしくはデューティ比は、最短のスイッチオン継続時間を有するスイッチＳＨＢのスイッチオン継続時間だけ短縮される。これにより、図８ｂに示すような制御シーケンスが生じ、相Ｕ，Ｗの相電圧は適宜に短縮されており、相Ｖの相電圧はゼロに減じられている。
図９ａには、デューティ比の平均が５０％未満である制御シーケンスが示されている。したがって、この制御シーケンスは制御範囲３２，３６，４０のいずれかに対応している。許容されない程に短縮された電圧パルスを防止するために、この制御シーケンスでは制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間が延長され、最長のスイッチオン継続時間もしくは最大のデューティ比を有するスイッチ、この場合には相Ｕの制御可能なスイッチＳＨＡが延長され、全パルス幅変調周期Ｔにわたってスイッチオンされている。他の２つの制御可能なスイッチＳのスイッチオン制御時間は、対応して同じ継続時間だけ延長される。スイッチオン継続時間のこのような延長により、図９ｂに示すような制御シーケンスが生じる。
図８ａ，図８ｂおよび図９ａでは、相電圧もしくは相電圧の電圧パルスは、インバータ１０がそれぞれのパルス幅変調周期Ｔの最初と最後にゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７によって制御されるように形成されている。図９ｂでは、相電圧Ｕがパルス幅変調周期Ｔの全長にまで延長されることにより、地電圧空間ベクトルＶ１によって開始され、地電圧空間ベクトルＶ１によって終了される。それぞれのパルス幅変調周期Ｔをゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７によって開始および終了させるためには、相電圧Ｖ，Ｗもしくは相電圧Ｖ，Ｗの電圧パルスをさらに詳述するように変更する必要がある。
図１０ａには、図９ａの制御シーケンスに対応する制御シーケンスが示されている。図９ａの実施例の場合のようにこの制御状態では３つの相電圧Ｕ，Ｖ，Ｗの電圧パルスが延長され、最長のスイッチオン継続時間もしくは最大のデューティ比を有するスイッチ、この場合には相Ｕの制御可能なスイッチＳＨＡが延長され、全パルス幅変調周期Ｔにわたってスイッチオンされている。他の２つの制御可能なスイッチＳのスイッチオン継続時間は、適宜に同じ継続時間だけ延長される。
図１０ｂには、相電圧Ｖ，Ｗの電圧パルスの変化が示されている。この場合、電圧パルスは、パルス幅変調周期Ｔがそれぞれゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７によって開始され、終了されるように配置されている。この場合、相電圧Ｖ，Ｗの延長された電圧パルスは分割され、このようにして生じた部分電圧パルスがパルス幅変調周期Ｔの最初および最後まで延長される。
これにより、パルス幅変調周期Ｔの最初にゼロ電圧ベクトルＶ７が接続され、パルス幅変調周期Ｔの最後にも同様にゼロ電圧ベクトルＶ７が接続される。原則的にゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７のみがパルス幅変調周期Ｔの中央から端部に延長されるので、電気消費機器１４もしくは電圧空間ベクトルＶ＊の制御には影響が及ぼされない。
図１１ａには、相Ｕ，Ｖ，Ｗの相電圧が示されており、デューティ比の平均は５０％である。このシーケンスは、いずれか１つの制御範囲３４，３８，４２からいずれか１つの制御範囲３２，３６，４０への移行部をなしている。したがって、この制御シーケンスは、スイッチＳが全パルス幅変調周期Ｔにわたって閉じられている範囲からいずれか１つの制御可能なスイッチＳが全パルス幅変調周期Ｔにわたって開かれている範囲への移行部をなしている。この移行部において電圧パルスの許容されない程の短縮を防止するために、パルス幅変調周期Ｔにおける３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗもしくは制御可能なスイッチＳのスイッチオンパルスが時間的に後方に移動され、これにより許容されない程に短縮された電圧パルスが防止される。電圧パルスのこのような移動が図１１ｂに示されている。
これとは反対に、制御範囲３２，３６，４０から制御範囲３４，３８，４２に移行する場合、すなわち、図９ａ，図９ｂに示すようなスイッチオン時間の延長から、図８ａ，図８ｂに示すようなスイッチオン時間の短縮に移行する場合、電圧パルスはパルス幅変調周期Ｔにおいて時間的に前方に移動される、すなわちパルス幅変調周期Ｔの最初に移動される。このような移行シーケンスが図１２ａに示されており、適宜な電圧パルスがパルス幅変調周期Ｔの最初に移動される制御シーケンスが図１２ｂに示されている。
このようにして、インバータ１０の設定可能な作動範囲を拡大することができ、許容されない程に短縮された電圧パルスを防止することができる。
図１１ｂおよび図１２ｂのシーケンスでは、パルス幅変調周期Ｔはそれぞれいずれか一方のゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７によって始まり、それぞれ他方のゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７によって終わる。

Claims (15)

  1. 特に電気機械（１４）を制御するために、空間ベクトルパルス幅変調によってインバータ（１０）を制御する方法であって、前記インバータ（１０）が複数の制御可能なスイッチ（Ｓ）を備え、電圧空間ベクトル（Ｖ＊）の形式で複数相の電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を供給するように構成されており、前記電圧空間ベクトル（Ｖ＊）を供給するために前記スイッチ（Ｓ）の異なるスイッチオン継続時間が設定され、前記スイッチ（Ｓ）の連続した複数の異なる切換状態（Ｖ０〜Ｖ７）が設定されるように制御可能な前記スイッチ（Ｓ）を制御する方法において、
    パルス幅変調周期（Ｔ）におけるいずれか１つのスイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間が所定の閾値（４４）を下回った場合に前記パルス幅変調周期（Ｔ）におけるスイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間を延長することを特徴とする方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、
    前記スイッチ（Ｓ）の平均的なスイッチオン継続時間を有するスイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間を用いる方法。
  3. 請求項１または２に記載の方法において、
    スイッチオンされた前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間を、それぞれ同一の継続時間だけ延長する方法。
  4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法において、
    全パルス幅変調周期（Ｔ）にわたって前記スイッチ（Ｓ）がスイッチオンされているように、パルス幅変調周期（Ｔ）における最長のスイッチオン継続時間を有する前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間を延長する方法。
  5. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間が延長される継続時間が、パルス幅変調周期継続時間（Ｔ）と、最長のスイッチオン継続時間を有する前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間との差に対応している方法。
  6. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記スイッチ（Ｓ）の前記スイッチオン継続時間が前記スイッチ（Ｓ）のデューティ比であり、前記所定の閾値（４４）が５０％のデューティ比である方法。
  7. 請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間が第２の所定の閾値（４４）を上回っている場合に前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間を短縮する方法。
  8. 請求項７に記載の方法において、
    最短のスイッチオン継続時間を有する前記スイッチ（Ｓ）が全パルス幅変調周期（Ｔ）にわたって開かれているように、それぞれ同一の継続時間だけ前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間を短縮する方法。
  9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法において、
    前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間が、第１および第２の閾値（４４）の間の所定の値範囲（４４）に対応している場合に、前記パルス幅変調周期（Ｔ）における前記スイッチ（Ｓ）のそれぞれのスイッチオンパルスを移動する方法。
  10. 請求項９に記載の方法において、
    前記第１および第２の閾値（４４）が同一である方法。
  11. 請求項９または１０に記載の方法において、
    スイッチオン継続時間が、前記第１閾値（４４）よりも大きい値から前記第１閾値（４４）よりも小さい値に変更された場合に、前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオンパルスをパルス幅変調周期（Ｔ）の最後に移動する方法。
  12. 請求項１０または１１に記載の方法において、
    前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間が、前記第２閾値（４４）よりも小さい値から第２閾値（４４）よりも大きい値に変更された場合に前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオンパルスを前記パルス幅変調周期（Ｔ）の最初に移動する方法。
  13. 請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法において、
    それぞれのスイッチ（Ｓ）のスイッチオンパルスを分割し、分割されたスイッチオンパルスをそれぞれ前記パルス幅変調周期（Ｔ）の最初および最後に移動する方法。
  14. 特に電気機械（１４）を制御するために、空間ベクトルパルス幅変調によってインバータ（１０）を制御するための装置（１８）であって、前記インバータ（１０）が、制御器によって電圧空間ベクトル（Ｖ＊）の形式で複数相の電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を供給するように構成された複数の制御可能なスイッチ（Ｓ）を備え、前記制御器が、電圧空間ベクトル（Ｖ＊）を供給するために、前記スイッチ（Ｓ）の異なるスイッチオン継続時間が設定され、前記インバータ（１０）が連続する複数の異なった前記スイッチ（Ｓ）の切換状態（Ｖ０，Ｖ７）をとるように、制御可能な前記スイッチ（Ｓ）を制御するように構成されている装置において、
    パルス幅変調周期（Ｔ）におけるいずれか１つのスイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間が所定の閾値（４４）を下回った場合に前記パルス幅変調周期（Ｔ）における前記スイッチ（Ｓ）のスイッチオン継続時間を延長するように構成されていることを特徴とする装置（１８）。
  15. 駆動出力を供給するための少なくとも１つの電気機械（１４）と、前記電気機械（１４）を制御するためのインバータ（１０）と、請求項１４に記載のインバータ（１０）を制御するための装置（１８）とを備える自動車駆動系。
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