JP6725229B2 - 並列モジュール式変換器システム内の循環電流と相間不均衡を減少させるためのシステムおよび方法 - Google Patents

並列モジュール式変換器システム内の循環電流と相間不均衡を減少させるためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

本発明の諸実施形態は一般に電力管理に関し、特に、並列モジュール式変換器システムにおいて相間不均衡を制御し循環電流を削減するためのシステムおよび方法に関する。
近代の車両は、多数の電子機器、モータ、ヒータ、および他の電気的に駆動される機器を使用する。電気モータは特に、航空機を含む近代の車両において普遍的であり、油圧ポンプから機室ファンまで全てに電力供給している。従来、これらの電気モータの各々は独立なモータ・コントローラにより駆動されている。各モータ・コントローラの大きさは、過熱または故障なしに拡張された期間フル電力でその夫々のモータに電力供給するのに必要な最大電流を伝達できるようになっている（そして一般に、安全のため何らかの追加の容量を含む）。
結果として、各航空機は過度な数のモータ・コントローラを運搬し、その各々は大きさが過度であり大部分の時間、活用されていない。換言すれば、当該モータ・コントローラは、拡張された期間に安全性マージンを加えた期間だけフル電力でモータを実行させるのに十分な容量を含むが、モータがフル容量で実行されるのは極めて稀である。この理由は、モータ自体に何らかの安全性マージンが組み込まれていること、および、大部分の時間、モータが低需要状態（例えば、機室ファンは常に「高」ではない）で動作していることである。さらに、幾つかのモータは、時折、または、特定の飛行時間中しか使用されず、残りの時間は未使用である。結果として、航空機の重くて高価なモータ・コントローラという補完物の多くはその使用可能寿命の大部分が、未使用またはその定格出力より大幅に低い状態である。
したがって、必要なものは、単独または他の並列モータ・コントローラと並列に動作して電力制御のニーズを満たせる複数の、モジュール式の、割当て可能な、動的に再構成可能な並列モータ・コントローラの使用を可能するシステムのアーキテクチャである。当該システムにより、１つまたは複数の並列コントローラを必要に応じて航空機内の各アクティブな電気的負荷に割り当てて既存の電力需要を満たすことができる。当該システムは、相間不均衡を最小化し循環電流を削減しつつ、かかる並列コントローラの利用を可能とする。本発明の諸実施形態は主にかかるシステムに関連する。
本要約は、選択した概念を簡単な形で導入するために提供されることは理解される。当該概念は、発明を実施するための形態でさらに説明される。本要約は特許請求の範囲に記載した主題を限定するために使用されるものではない。
本発明の諸実施形態は、電気的負荷に対するモジュール式電力分散および電力変換システムに関するシステムおよび方法に関連する。当該システムは、並列モジュール式変換器（「変換器」）を形成するために接続された複数の並列モジュール式変換器モジュール（「モジュール」）を含むことができる。当該システムおよび方法は、各モジュールからの実質的に等価な出力を維持しつつ、複数のモジュールを同時かつ並列に動作させることができる。
説明する特徴、機能、および利点を本発明の様々な実施形態で独立に実現することができ、または、他の実施形態では、そのさらなる詳細は以下の説明と図面を参照して理解することができる。
本発明の幾つかの実施形態に従う、高電圧ＤＣ入力アプリケーション内の並列モジュール式変換器で使用するための並列モジュール式変換器モジュール（「モジュール」）を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、ＡＣ入力アプリケーション内の並列モジュール式変換器で使用するためのモジュールを示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、高電圧ＤＣ電流状態で複数のモジュールを用いた並列モジュール変換器（「変換器」）を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、高電圧ＤＣ電流状態で複数のモジュールを用いた並列モジュール変換器（「変換器」）を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、高電圧ＤＣ電流状態で複数のモジュールを用いた並列モジュール変換器（「変換器」）を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う出力構成を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う高電圧ＤＣ入力アプリケーション内の共有コントローラを有する代替的なモジュールを示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、高電圧ＤＣ入力アプリケーションにおける代替的な変換器を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、高電圧ＤＣ入力アプリケーションにおける代替的な変換器を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、高電圧ＤＣ入力アプリケーションにおける代替的な変換器を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う電力切替えネットワークを示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う並列モジュール式変換器を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う代替的な変換器を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う代替的な変換器を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う代替的な変換器を示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う変換器のための全体システム・アーキテクチャを示す接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、図１０の制御切換えネットワークおよび電力切替えネットワークを示す詳細な接続図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、電力を分散させるための方法を示す流れ図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、複数のモジュールに負荷を再割当てするための方法を示す流れ図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、並列モジュール間の電流を均一化するための方法を示す流れ図である。 本発明の幾つかの実施形態に従う、負荷分散器を有する変換器の全体システム・アーキテクチャを示す接続図である。
本開示で説明する各図は、提示した実施形態の１態様の変形を示し、その差分のみを詳細に説明する。
本発明の諸実施形態は一般に電力分散および電力変換システムに関し、特に、各電気的負荷での独立なコントローラの必要なしに電気的負荷を分散させるための並列モジュール式変換器に関する。当該変換器は、負荷分散器を利用して、並列モジュール変換器内の各並列モジュール式変換器モジュールへの入力および出力を監視して出力電流を一致させることができる。この結果、とりわけ、循環電流と相間不均衡を減らすことができる。
説明を簡略化し明確にするために、本明細書では航空機上の電力を割り当てるためのシステムとして本発明を説明する。しかし本発明はそのように限定されないことは当業者には理解される。当該システムを、限定ではなく、例えば、自動車、他の種類の車両とともに使用することもでき、電力分散ネットワークにおいて使用することもできる。本発明を使用して、必要なコントローラの数を減らし過剰なコントローラ容量を排除し、循環電流と相間不均衡を削減または排除することによって、多数の状況で制御を改善し電力を分配するコストと費用を削減することができる。
本発明の様々な要素を構成するものとして以降で説明する材料と構成要素は例示的であって限定的ではないことを意図している。本明細書で説明する材料および構成要素と同一または同様な機能を実施する多数の適切な材料および構成要素は本発明の範囲内に包含される。本明細書で説明されない他の材料および構成要素は、本発明の開発時点の後に開発された材料および構成要素を含みうるがこれらに限定されない。
上述のように、従来の電力分散システムの問題は、一般に各電気的負荷には電力分散の目的で独立なコントローラが提供されていることである。不都合なことに、これは、各独立なコントローラが必須の電気機器が引き出し得る最大負荷に見積もられなければならないので、コントローラ容量の超過につながる。さらに、大抵の場合、当該コントローラは実際には、（１）電気的負荷自体（例えば、電気モータ）が何らかの固有の安全性マージンを有する可能性があり（２）多数の電気的負荷が一般にフル電力未満で使用されかつ／または断続的に使用されるのみであるしても、何らかの安全性マージンを提供するように設計される。
この目的のため、本発明の諸実施形態は、既存の電力需要を満たすために独立または並列に使用できるモジュール式電力コントローラのネットワーク・システムに関する。航空機内の全ての電気的負荷が同時にオンであるのはあったとしても稀であるので、当該システムを、「最悪ケースのシナリオ」ではなく名目または平均の電力消費（に何らかの安全性マージンを加えたもの）により密接に関連する容量で設計することができる。結果として、必要な構成要素の数、構成要素の重量、サイズ、およびコストを削減でき、システム効率を改善でき、システムの冗長性を改善することができる。モータ・コントローラが故障した場合、例えば、当該システムを、負荷を機能しているモータ・コントローラに割り当てて、信頼性を高めるように再構成することができる。さらに、当該負荷が、当該システムがフル容量で動作するようなものである場合には、幾つかの場合では削減された容量ではあるが、全ての負荷に依然として電力を供給することができる。
図１に示すように、当該システムのビルディング・ブロックは、後述するように、互いにネットワークして並列モジュール式変換器（「変換器」）を形成できる複数の並列モジュール式変換器モジュール（「モジュール」）１００を備えることができる。幾つかの実施形態では、図１に示すように、各モジュール１００は機上処理を備えることができる。本構成では、モジュール１００は少なくとも３つのプロセッサ、即ち、モータ制御デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）１０５、保護プロセッサ１１０、および論理プロセッサ１１５を備えることができる。あるいは、保護プロセッサ１１０を保護コントローラと表してもよく、論理プロセッサ１１５を論理コントローラと表してもよい。
幾つかの実施形態では、したがって、ＤＳＰ１０５は、例えば、ゲート・ドライバ１２５を起動するための高周波ゲート駆動型パルス幅変調信号（ＰＷＭ）１２０を生成することができる。ゲート・ドライバ１２５は本質的に、電気中継器のように、電力モジュール１００の切替え側として動作する。換言すれば、モジュール１００の出力１８０はＰＷＭ信号１２０により規制される。正しいＰＷＭ信号１２０を決定するために、後述のように、ＤＳＰ１０５は信号プロセッサ１３５を介した様々なセンサからの信号および／またはモジュール通信バス１４０を介した信号を利用することができる。
幾つかの実施形態では、ＤＳＰ１０５は、これらに限られないが例えば、潜在的な障害条件を検出するための温度センサ１５０およびシュートスルー・センサ１５５を含むセンサを利用することができる。他の実施形態では、ＤＳＰ１０５は、（過電流条件を検出するための）電流センサ、（過電圧条件を検出するための）電圧センサ、（過速度条件を検出するための）モータ速度および位置センサを含むセンサを利用することができる。さらに、これらのセンサ（例えば、電流、電圧、回転子速度および位置センサ）の多くを使用してモータ制御を実施することができる。幾つかの実施形態では、信号プロセッサ１３５はセンサからの信号を決定することができ、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１３５ａを含むことができる。他の実施形態では、ＡＤＣ１３５は、通信を介してプロセッサ１０５、１１０、１１５とインタフェースする離散ユニットであることができる。さらに他の実施形態では、ＡＤＣ１３５をプロセッサ１０５、１１０、１１５の１つまたは複数に統合することができる。
センサ・データは、これらに限られないが例えば、モジュール入力および出力電流および電圧、モータ位置、ＤＣリンクＤＭ（差分モード）およびＣＭ（共通モード）、電圧および電流、モータ速度、および電力モジュール温度を備えることができる。幾つかの実施形態では、ＤＳＰ１０５パルス幅変調方法および出力電力レベルを論理プロセッサ１１５により構成することができる。モジュール・プロセッサ１０５、１１０、１１５とモジュール１００外部のコントローラとの間の通信を可能とするために、モジュール通信バス１４０を利用することができる。幾つかの実施形態では、モジュール１００のデバッグおよび検証を改善するために、例えば、負荷センサ信号およびＤＳＰ構成は、後述のように、マスタ・データ記録器３１０に送信されるデータ・セットを備えることができる。
同期出力波形１８０を生成するためにモジュール１００とモータ制御ＤＳＰ１０５の間で基準クロックを同期することが好ましく、場合によっては要求される。基準クロックの同期に失敗すると、モータ制御ＤＳＰ１０５が、他のモジュール１００の波形から位相がずれた波形を生成することとなりうる。これは、短絡を生み出す可能性があり、モジュール１００を損傷または破壊しうる。しかし、数ナノ秒では出力波形に殆どまたは全く影響を及ぼさないので、ＤＳＰ１０５の高周波数システムクロックの変動は相対的に大きくない。当該基準クロックが並列モジュール１００（例えば、電力を同一の負荷に現在供給しているモジュール１００）の間で少なくとも同期されるのが好ましい。幾つかの実施形態では、非常に正確な同期に関して、例えば、光ファイバ・ケーブルを介した同期のような当業界で知られている方法を使用することができる。光ファイバは、当該電力モジュール切替えにより生成されるＥＭＩ雑音の影響を受けないので有利でありうる。後述のように、幾つかの実施形態では、全てのモータ制御ＰＷＭ信号１２０を中央プロセッサで実行することができる。当該中央プロセッサは、ＰＷＭゲート信号１２０をＩＧＢＴスイッチ・モジュールのゲート・ドライブ回路１２５に直接分配する。並列なモジュールが同一のゲート信号１２０を受信するので、これにより同期問題を軽減することができる。
幾つかの実施形態では、保護プロセッサ１１０はモジュール１００の安全な動作を可能とすることができる。保護プロセッサ１１０は安全でない動作条件に関して様々なセンサを監視することができる。安全でない動作条件には、出力ＡＣ電流および電圧センサ１４５、ゲート・ドライバおよびインバータ温度１５０、およびシュートスルー電流１５５が含まれるがこれらに限られない。幾つかの実施形態では、保護プロセッサ１１０は、例えば、モータ過速度、過電圧（ＤＣリンク）、入力または出力での過電流、入力および出力での過電圧、ＣＭ（共通モード）電流、過剰な電圧リップル、不均衡な入力／出力電流、欠相、およびコンピュータ故障保護も監視することができる（例えば、ＤＳＰが故障した場合、保護プロセッサ１１０はゲート・ドライバ１２５を独立に無効とすることができる）。さらに他の実施形態では、保護プロセッサ１１０は、実際のＰＷＭ構成を、指令されたＰＷＭ構成と比較することもできる。これらの信号が一致しない場合、ゲート・ドライバ１２５を無効とすることもできる。幾つかの実施形態では、保護プロセッサ１１０をゲート・ドライバ１２５に直接接続して、故障が検出された場合にインバータ１６０のほぼ即時の停止を可能とすることができる。
モジュール１００の入力故障保護を、モジュール通信バス１４０上でマスタ保護コントローラ３０５と通信する保護プロセッサ１１０によって提供することもできる。保護プロセッサ１１０が故障を検出した場合、例えば、保護プロセッサ１１０は、モジュール１００を外部的に無効とするようにマスタ保護コントローラ３０５に指示することができる。幾つかの実施形態では、モジュール１００の故障を保護プロセッサ１１０により記録することもできる。幾つかの実施形態では、当該故障を保護プロセッサ１１０のメモリ１１０ａ（例えば、不揮発性メモリ）に格納することができ、モジュール１００を、修復または置換できるまで無効とすることができる。デバッグを支援するために、幾つかの実施形態では、保護プロセッサ１１０は幾つかまたは全てのイベントをマスタ・データ記録器３１０に記録することもできる。このように、モジュール故障、通信、マスタ論理コマンドに関する情報および他の適切な情報はマスタ・データ記録器３１０により記録するためのデータ・セットを含むことができる。
幾つかの実施形態では、論理プロセッサ１１５は、当該変調方法および出力電力を構成することによってＤＳＰ１０５を規制することができる。モジュール１００と並列な論理プロセッサ１１５間の協調により、等価な負荷共有とクロック同期を可能とすることができる。結果として、各論理プロセッサ１１５は、どの負荷上で現在電力が割り当てられているかに関する命令についてマスタ論理コントローラ３２０と通信することができる。
示したように、モジュール１００は、外部整流器ユニットにより整流されている高電圧ＤＣ電力（ＨＶＤＣ）を受け取ることができる。幾つかの実施形態では、入力電流および電圧を電流および電圧センサ１６５により監視することができる。ＤＣ波形をＤＣ電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタ１７０によりフィルタすることができる。ＤＣ電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタ１７０は、ＤＣバスの雑音を軽減し、入力電流および電圧を安定化することができる。インバータ・モジュール１６０は次いでＡＣ波形を生成することができる。当該ＡＣ波形を、当該システム負荷により使用するために、出力ＡＣのＥＭＩフィルタ１７５によりフィルタすることができる。幾つかの実施形態では、追加のフィルタおよびプロセッサを使用して、切替え過渡状態を除去し、出力波形を平滑化することができる。幾つかの実施形態では、各モジュール１００は、例えば、負荷ごとに１つの小型の入力ＥＭＩフィルタ１７０および大型の出力ＥＭＩフィルタ１７５を備えることができる（ＥＭＩフィルタを直列接続するとフィルタ減衰が改善される）。
電流および電圧波形を、出力ＡＣのＥＭＩフィルタ１７５の後に追加のセンサにより監視することもできる。幾つかの実施形態では、１つまたは複数の電圧および／または電流センサがモジュール１００側にあり、１つまたは複数の電圧および／または電流センサが負荷側にある。これにより、後述のように電力切替えネットワーク３２５において故障検出を可能とすることができる。
図２に示すように、幾つかの実施形態では、外部整流器を使用せずに、整流器２０５をモジュール２００に統合することができる。本構成では、モジュール２００は、３相ＡＣ電力入力のようなＡＣ電力入力を利用することができる。整流器２０５は、これらに限られないが例えば、（ソリッド・ステート・スイッチを含む）アクティブなフロント・エンドまたは従来型の受動整流器（例えば、マルチパルス自動変圧調整器整流器ユニット、変換器整流器ユニット、またはダイオード整流器）を含むことができる。例えば、整流器２０５の故障が１つのモジュール２００にしか影響を及ぼさないので、当該構成により信頼性を高めることができる。さらに、モジュール２００間に減少した循環電流も存在するので（例えば、各モジュール２００を他のモジュール２００から隔離できるので）信頼性および安全性が高まる。勿論、このアプローチは、追加の構成要素２０５、２１０の結果、モジュール２００のコスト、重量、体積、および複雑性を少々増大させる。幾つかの実施形態では、追加の電流および電圧センサ２１０を整流器２０５の後に使用して故障条件を検知することができる。
図３Ａ乃至３Ｃは変換器の全体システム３００アーキテクチャを示す。マスタ・コントローラ３０２は、これらに限られないが例えば、マスタ通信コントローラ３１５、マスタ論理コントローラ３２０、マスタ保護コントローラ３０５、マスタ・データ記録器３１０またはマスタ・データ記録コントローラ、および電力切替えネットワーク（ＰＳＮ）３２５を備えることができる。マスタ通信コントローラ３１５は各モジュール１００のモジュール通信バス１４０を介して各モジュールを接続し、モジュール１００間のメッセージ交換を可能とすることができる。さらに、マスタ論理コントローラ３２０からのメッセージをマスタ通信コントローラ３１５によりその夫々の宛先（例えば、モジュール１００、外部航空機システム３５０等）に送信することができる。
幾つかの実施形態では、デバッグを支援するために、マスタ通信コントローラ３１５により処理されたメッセージを複製しマスタ・データ記録器３１０に送信することができる。マスタ・データ記録器３１０で、当該メッセージを現在または将来の分析のために記録することができる。幾つかの実施形態では、マスタ通信コントローラ３１５は、モジュール１００および外部航空機システム３５０（例えば、電力を必要とするシステム３００外部の航空機システム３５０）の間の通信を促進することができる。幾つかの実施形態では、マスタ論理コントローラ３２０は負荷の要求を特定の電力レベル（例えば、電流および／または電圧）で外部の航空機システムから受け取ることができる。マスタ論理コントローラ３２０は次いで、モジュール１００および電力切替えネットワーク３２５をそれに応じて選択し構成することによって、電力要求を満たすようにモジュール１００を割り当てることができる。
システム３００で発生する任意の故障条件が検出され割り込まれることを保証するために、マスタ保護コントローラ３０５は、これらに限られないが例えば、高電圧ＤＣバスおよび低電圧ＤＣバスの入力電流および電圧波形を含む、各モジュール１００への入力および出力を監視することができる。幾つかの実施形態では、故障が発生した場合、マスタ保護コントローラ３０５は、対応する電力スイッチ３３０に信号送信して、モジュール１００を切り離し、当該故障をマスタ保護コントローラメモリ３０５ａに記録し、当該故障のメッセージをマスタ・データ記録器３１０に送信することができる。マスタ保護コントローラ３０５は、モジュール１００が例えば修復または置換されるまで、モジュール１００を無効にすることができる。
他方、制御メッセージおよびセンサ読取値の記録をマスタ・データ記録器３１０により扱うことができる。マスタ・データ記録器３１０は、受信したデータを、データ記録バス３４５を介してデータ記憶媒体３３５に記録することができる。てデータ記憶媒体３３５は、データ記憶インタフェース（ＤＳＩ）３１０ａを介して通信することができる。幾つかの実施形態では、例えば高周波数センサ読取値をデータ記憶に書き込むとき、高速大容量記憶装置を使用することができる。幾つかの実施形態では、システム３００の信頼性を、マスタ・コントローラ（例えば、マスタ保護コントローラ３０５、マスタ・データ記録器３１０、マスタ通信コントローラ３１５、およびマスタ論理コントローラ３２０）およびモジュール１００のプロセッサ（例えば、モータ制御ＤＳＰ１０５、保護プロセッサ１１０、および論理プロセッサ１１５）への冗長な低電圧ＤＣ接続を用いて高めることができる。
本構成では、モジュール１００に、モジュール１００外部の整流器ユニット（整流器）３４０を通じて電力供給することができる。各整流器３４０はＮ個の（任意数の）モジュール１００に電力を供給することができる。勿論、各整流器３４０により電力供給される数Ｎを減らすと、重量と複雑性の増大を犠牲として、信頼性を高めることができる。結果として、例えば、Ｍ個の整流器３４０がある場合、全体でＮ＊Ｍ個のモジュール１００があることになる。上述のように、整流器３４０は、これらに限られないが例えば、ＡＦＥ、受動ダイオード、またはマルチパルス自動変圧調整器ユニット整流器でありうる。
幾つかの実施形態では、図４に示すように、出力システム４００は電力切替えネットワーク３２５を含むことができる。電力切替えネットワーク３２５は、モジュール１００のアレイ（４１５−１乃至４１５−Ｎ）の出力を、負荷コネクタのアレイ（４２０−１乃至４２０−Ｋ）を通じてその割り当てられた負荷のアレイに切り替えることができる。負荷故障識別および割込みを、電力切替えネットワーク保護コントローラ４０５により電流および電圧波形を監視することによって提供することができる。電力切替えネットワーク保護コントローラ４０５が故障条件を検出すると、当該負荷に接続された一部または全ての電力切替えネットワーク３２５のスイッチ４１０を開放することができる。幾つかの実施形態では、電力切替えネットワーク保護コントローラ４０５は、当該故障をＮＶＭに記録して、（例えば、当該故障が治ったとき）スイッチ４１０を再び閉じるか、または、（例えば、スイッチ４１０が置換されるまで）スイッチ４１０を永久的に切断することの何れかを行うことを支援することもできる。電力切替えネットワーク保護コントローラ４０５はまた、電力切替えネットワーク３２５に故障を知らせることができる。電力切替えネットワーク３２５は次いで当該負荷に接続された全てのスイッチを開放し、それにより、冗長なシステム保護を提供することができる。幾つかの実施形態では、システム３００の出力は、必要ならばＥＭＩ減衰の最終段階を含むことができる。各負荷は、結合波形を全ての並列モジュール１００からフィルタできる１つまたは複数の専用ＡＣの出力ＥＭＩフィルタを有することができる。幾つかの実施形態では、スイッチ４１０は、これらに限られないが例えば、ソリッド・ステート・スイッチまたは電気機械的コンタクタであることができる。
幾つかの実施形態では、図５に示すように、複数のモジュール・コントローラ（例えば、モータ制御ＤＳＰ１０５、保護プロセッサ１１０、および論理プロセッサ１１５）ではなく、モジュール１００を主にモータ制御ＤＳＰ１０５により制御することができる。本構成では、論理プロセッサ１１５機能をマスタ論理コントローラ３２０に移すことで、モジュール１００が必要なプロセッサの数を減らすことができる。幾つかの実施形態では、これにより、例えば、各モジュールの論理プロセッサ１１５間の電力分散交渉プロセスを排除することができる。本構成では、モータ制御ＤＳＰ１０５をマスタ論理コントローラ３２０により構成することができる。負荷センサ信号を、必要ならば、マスタ論理コントローラ３２０によりモータ制御ＤＳＰ１０５に送信することができる。さらに、同期波形を生成するためのシステム３００の基準クロック同期を依然としてモータ制御ＤＳＰ１０５により提供することができる。
本構成では、保護プロセッサ１１０の機能を当該基準クロック同期に統合して同期波形を生成することができる。大抵の場合、相対的に少数の追加の信号を処理しても大幅な負荷はモータ制御ＤＳＰ１０５に加わらない。モータ制御ＤＳＰ１０５が故障条件を特定した場合、モータ制御ＤＳＰ１０５は単純にＰＷＭ信号１２０を停止することでモジュール１００を無効にすることができる。
幾つかの実施形態では、モジュール通信バス１４０の帯域幅要件を減らすために、モジュール１００はまた、別個のデータ記録通信バス５０５を備えることができる。このように、相対的に高帯域幅データ記録通信をデータ記録通信バス５０５により扱うことができ、制御通信５１０は、相対的に低帯域幅の高信頼性通信であるが、モジュール通信バス１４０に留まることができる。このように、モータ制御ＤＳＰ１０５を両方の通信バス５０５、５１０に接続して、両方のタイプの通信を可能とすることができる。
さらに他の実施形態では、図６Ａ乃至６Ｃに示すように、システム６００は、より卓越したマスタ論理コントローラ３２０およびマスタ・データ記録器３１０を備えることができ、マスタ通信コントローラ３１５の排除を可能とすることができる。本構成では、マスタ論理コントローラ３２０を全てのモジュールの論理通信バスに接続して、構成をモジュール１００に送信することができる。並列モジュール１００の間の電力分散および外部航空機システム６０５（例えば、航空機ではなく航空機システム外部のシステム６００）との通信をマスタ論理コントローラ３２０により制御することができる。マスタ・データ記録器３１０を各モジュールのデータ記録通信バス５０５に接続して、より高い頻度のデータ記録を可能とすることができる。幾つかの実施形態では、上述のように、データを記憶するために、マスタ保護コントローラ３０５および／またはマスタ論理コントローラ３２０への追加の接続を行うことができ、マスタ保護コントローラ３０５は実質的に動作することができる。
幾つかの実施形態では、図７に示すように、システム７００は、個々のモジュール１００からシステム３００の出力に再割当てされている負荷センサ信号処理を備えることができる。本構成では、電力切替えネットワーク保護コントローラ４０５は負荷信号を監視して、故障（例えば、過温度または過速度条件）が発生していないことを保証することができる。電力切替えネットワーク保護コントローラ４０５は、モジュール１００に分配するために、センサ・データをマスタ論理コントローラ３２０に中継することができる。当該センサ・データには、負荷温度７０５および負荷位置７１０が含まれるがこれらに限られない。
図８は、基準同期問題（例えば、上述の、モジュール１００間の基準クロックの同期）を排除する代替的なモジュール８００アーキテクチャを示す。幾つかの実施形態では、これを、モータ・コントローラＤＳＰ１０５をマスタ制御３０２に再配置することによって実現することができる。上述のように、モータ・コントローラＤＳＰ１０５はＰＷＭ状態を計算し、次いで当該状態を（例えば、光ファイバ上のスイッチ状態メッセージを介して）モジュール８００に送信する。光ファイバをモジュール間通信に使用して、例えば、被覆されていない電線でのデータ破壊を防ぐことができる。本構成では、光ファイバ送受信器８０５が当該スイッチ状態メッセージを受信することができる。
光ファイバ送受信器８０５内の復号器８０５は次いでゲート・ドライバ８１５に対するゲート・ドライブ信号８１０を生成することができる。光ファイバ送受信器８０５は、信号を電気的領域から光領域へおよびその逆へ送信し、受信し、符号化し、復号化することができる。光信号は当該電力切替えネットワークにより生成されたＥＭＩ雑音を受けないので、光ファイバ信号は有利でありうる。したがって、光媒体は、比較的長距離（例えば、モジュール１００間）で情報を送信するのに有用でありうる。
復号器８０５ａは、これらに限られないが例えば、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、複雑プログラム可能論理装置（ＣＰＬＤ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはプロセッサのような論理回路であることができる。保護プロセッサ１１０は、それぞれ、電流および電圧センサ８１２、８１７を監視することによって、とりわけ、ＤＣ入力およびＡＣ出力、モジュール装置８２０の温度、およびインバータ・シュートスルー８２５の温度に対して基本的な保護を与えることができる。故障が生じた場合、保護プロセッサ１１０はインバータ８３０を無効にし、マスタ保護コントローラ３０５に当該故障を知らせることができる。幾つかの実施形態では、保護プロセッサ１１０は、光ファイバ送受信器８０５を介してマスタ保護コントローラ３０５と通信することができる。他の実施形態では、保護プロセッサ１１０は、モジュール通信バス１４０を介してマスタ保護コントローラ３０５と通信することができる。幾つかの実施形態では、スイッチ状態メッセージと保護メッセージを異なる周波数で送信して並列通信を可能とすることができる。
さらに他の実施形態では、図９Ａ乃至９Ｃに示すように、モータ・コントローラＤＳＰ１０５をモジュール１００からマスタ・コントローラ３０２に再配置することができる。モータ・コントローラＤＳＰ１０５を統合することによって、装置の密接性のため、クロック同期の困難さが低下する（例えば、時間遅延要素の大部分が同期から排除される）。幾つかの実施形態では、モータ・コントローラＤＳＰ１０５を、モジュール式アクセサリ基板に配置してシステム９００の修復を容易にすることができる。モータ・コントローラＤＳＰ１０５の数は、システム９００により制御される同時負荷の最大数Ｋと等価でありうる。本構成では、各モータ・コントローラＤＳＰ１０５は、ＰＷＭ状態を計算し、スイッチ状態メッセージをモジュール１００に送信することができ、並列モジュール１００はスイッチ状態メッセージを同一のモータ・コントローラＤＳＰ１０５から受信する。幾つかの実施形態では、ＰＷＭルータ９０５を使用して、当該スイッチ状態メッセージを並列モジュール１００に送信することができる。例えば、負荷電流および電圧のようなセンサ信号を、負荷センサのルータ９１０により各モータ・コントローラＤＳＰ１０５に送信することができる。
幾つかの実施形態では、マスタ論理コントローラ３２０は各モータ・コントローラＤＳＰ１０５と直接通信して、必要な制御変数（例えば、パルスの幅と大きさ）を構成することができる。幾つかの実施形態では、上述のように、光ファイバ送受信器８０５を使用してモジュール１００と通信することができる。複数の波長／周波数も使用して、スイッチ状態メッセージおよびモジュール故障メッセージの並列送信および／または受信を可能することができる。
各モジュール１００のコントローラがほぼ独立に動作するので、上述のアーキテクチャは高い信頼性をもたらすことができる。大抵の場合、他のコントローラとの対話は、様々なモジュール１００の論理プロセッサ１１５の間の電力分散の割当てと、マスタ論理コントローラ３２０による負荷と電力の分散の割当てに制限される。本構成では、例えば、モジュール１００の故障は他のモジュール１００の動作に影響を及ぼさない。さらに、様々なモジュール・プロセッサ（例えば、ＤＳＰ１０５、保護プロセッサ１１０、および論理プロセッサ１１５）とマスタ・コントローラの間のインタフェースを提供するので、通信が簡略化される。しかし、このアーキテクチャは幾分、あまりコスト効果的ではなく実装が難しいおそれがある。例えば、最小限の作業に関して専用論理コントローラを利用することで、モジュール・コストを増大させる未使用の処理電力が生じうる。他方、論理コントローラ機能をマスタ論理コントローラ３２０のような他のコントローラに統合することで、コストとモジュール複雑性が減少するはずである。同期された基準クロックの実装により、モジュールの複雑性とコストが増大しうる。
図１乃至９Ｃで説明したサブシステムを含む全体システム・アーキテクチャを図１０および１１に示す。システム１０００は、複数のおよび／または様々な種類のＡＣまたはＤＣマシン１０１０を駆動するように並列モジュール式インバータ１０１５のシステムを制御することができる。システム１０００は、並列に接続された複数の並列モジュール式インバータ１０１５を備えることができる。それらの各々は、再構成可能制御切換えネットワーク１０２５を介して、モータ制御システム１０２０に組み込まれた複数の制御アルゴリズム１０２２ａ、１０２２ｂ、１０２２ｃの何れかを受信するように構成することができる。並列モジュール式インバータ１０１５の各々を、再構成可能電力切替えネットワーク１０３０を介して、負荷側の複数のＡＣマシン１０１０の１つまたは複数を駆動するように構成することができる。
当該構成は、例えば、制御切換えネットワーク１０２５と電力切替えネットワーク１０３０の両方を動的に再構成する能力を可能とする。さらに、負荷側の複数のモータ１０１０（または他の電気的負荷）の任意のモータを駆動するために並列な複数のインバータ１０１５からのインバータの何れかにアクセスでき、複数のインバータ１０１５の何れかを制御するためにシステム１０００内に組み込まれた複数の制御アルゴリズム１０２２の任意の制御アルゴリズムにアクセスすることができる。結果として、１つまたは複数のインバータ１０１５は、負荷要件を満たす必要に応じて、１つのモータ１０１０を駆動することができ、かつ／または、当該負荷側の複数のモータ１０１０を同時に駆動することができる。複数のモータ１０１０の各々を１つまたは複数インバータ１０１５により駆動することができる。さらに、負荷側の複数のモータ１０１０を、同一の制御アルゴリズム（例えば、１０２０ａ）または異なる制御アルゴリズム（例えば、１０２０ｂ）で駆動することができる。
図１０に示すように、システムは、車両コントローラ１０４０と通信して、例えば、とりわけ、動作コマンドを車両コントローラ１０４０から取得し、システム１０００の状態信号を車両コントローラ１０４０に提供するように構成されたシステム・コントローラ１０３５を備えることができる。幾つかの実施形態では、システム・コントローラ１０３５はまた、モータ１０１０をリアルタイムに駆動するために適切な数の並列なインバータ・モジュール１０１５を提供するように電力切替えネットワーク１０３０を再構成することできる。換言すれば、モータ１０１０からの負荷が増大したとき、システム・コントローラ１０３５は、より多くのインバータ・モジュール１０１５を並列に配置するように電力切替えネットワーク１０３０に信号送信することができる。反対に、勿論、モータの負荷が減ったとき、システム・コントローラ１０３５は、電力切替えネットワーク１０３０に信号送信して、１つまたは複数のインバータ・モジュール１０１５を解放することができる。必要ならば、システム・コントローラ１０３５は次いで、それらを他のインバータ・モジュール１０１５と並列に配置して他の負荷１０１０を駆動することができる。
幾つかの実施形態では、システム・コントローラ１０３５はまた、１つまたは複数のモータ・タイプを駆動するインバータ・モジュール１０１５の１つまたは複数に適切なモータ制御アルゴリズム１０２２を提供するように制御切換えネットワーク１０２５を再構成することができる。システム・コントローラ１０３５は、これらに限られないが例えば、フィールド指向制御（ＦＯＣ）、直接トルク制御（ＤＴＣ）、電圧／周波数制御（Ｖ／Ｆ）に関するアルゴリズムを提供することができる。これは、例えば、特定のモータ・タイプ（例えば、誘導モータ、同期モータ、永久磁石同期モータ、ブラシレスＤＣモータ等）を効果的に駆動するのに有用でありうる。
幾つかの実施形態では、システム・コントローラ１０３５はまた、これらに限られないが例えば、モータ速度、トルク、または電力基準値を対応するモータ１０１０（またはモータ・コントローラ）に送信することができる。幾つかの実施形態では、システム・コントローラ１０３５を組込みのコントローラに格納しそこで実行することができる。システム・コントローラ１０３５は、マイクロコントローラ・プロセッサ、ＦＰＧＡ、またはＡＳＩＣを含むことができるがこれらに限られない。幾つかの実施形態では、システム・コントローラ１０３５はリアルタイム・シミュレータ／エミュレータを使用することができ、または、システム・コントローラ１０３５をリアルタイムで実行することができる。
幾つかの実施形態では、モータ・コントローラのアルゴリズム１０２２の数を異なるモータ負荷の数で決定することができる。例えば、システム１０００が駆動すべき３つの異なる種類のモータ１０１０を有する場合、３つのモータ・コントローラのアルゴリズム１０２２を開発することができる。各モータ制御アルゴリズム１０２２はモータの負荷に固有である。勿論、全ての３つのモータ１０１０が同一の機能を同一のモータで実施する場合、同一のアルゴリズム１０２２を用いて全ての３つの負荷に電力供給することが可能である。
制御切換えネットワーク１０２５は１つまたは複数のインバータ１０１５を動的に構成することができる。１つまたは複数のインバータ１０１５の各々を、特定の制御アルゴリズム１０２２、または、共通の制御アルゴリズム１０２２により駆動することができる。これらのアルゴリズムは、コマンドごとにシステム・コントローラ１０３５から制御切換えネットワーク１０２５を介して送られる。幾つかの実施形態では、制御切換えネットワーク１０２５に入出する信号の間の時間遅延を最小化してモータ駆動性能を改善することができる。
制御切換えネットワーク１０２５を、例えば、ソフトウェアまたはハードウェアで実装することができる。幾つかの実施形態では、ソフトウェアでコーディングされた制御切換えネットワーク１０２５を、これらに限られないが例えば、組込みのコントローラ、リアルタイム・シミュレータ、またはコンピュータで実行することができる。他の実施形態では、制御切換えネットワーク１０２５を、これらに限られないが例えば、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣ、またはＦＰＧＡのようなハードウェア装置を用いて実装することができる。
幾つかの実施形態では、電力切替えネットワーク１０３０は、１つまたは複数の特定の制御アルゴリズムごとに１つまたは複数のモータをシステム・コントローラ１０３５から駆動するように１つまたは複数のインバータを動的に構成することができる。幾つかの実施形態では、電力切替えネットワーク１０３０は短絡および／または過電流保護装置として動作することができる。この場合、故障が検出されたとき、短絡または過電流負荷に関連付けられた電力スイッチ１０３０ａが開く。
電力切替えネットワーク１０３０を、これらに限られないが例えば、ソリッド・ステート中継器、機械的中継器、トランジスタ、および他の制御可能な電力スイッチを用いて実装することができる。勿論、インバータ１０１５はＤＣ電力を（例えば、様々な電圧レベル、周波数、波形等で）要求されたＡＣ電力に変換して、モータ・アルゴリズム１０２２およびシステム・コントローラ１０３５ごとに様々なＡＣマシン（例えば、ＡＣモータ１０１０）を駆動することができる。当該インバータは、これらに限られないが例えば、絶縁型ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、およびバイポーラ・ジャンクション・トランジスタ（ＢＪＴ）を備えることができる。
さらに他の実施形態では、システム１０００は負荷優先度因子に基づいて負荷を割り当てることができる。換言すれば、例えば、（例えば、システム１０００外部の）外部航空機システム１０４０が要求した負荷の数が、モジュール１００が提供できる数より大きい場合、システム１０００は、低優先度の負荷より前に高優先度の負荷に電力供給するように、負荷優先度因子により負荷を割り当てることができる。例えば、着陸装置を下げるような大きな負荷を航空機１０４０が要求した場合、システム１０００は着陸装置モータに電力供給するようにモジュール１０１５の一部または全部を一時的に再割当てすることができる。着陸装置が下りて固定されると、システム１０００はモジュール１０１５をその以前の負荷（または現在の既存の負荷）に再割当てすることができる。したがって、例えば、着陸装置を優先して機室ファンを一時的に停止し、着陸装置が下りたときに再開することができる。
幾つかの実施形態では、例えば集合的にシステム１０００の定格出力を超える過剰な低優先度負荷があるとき、システム１０００は、当該負荷の一部または全部に、削減した設定で電力供給してもよい。このように、全ての負荷は電力供給されるが、低い速度または容量で動作してもよい。したがって、例えば、航空機の機室ファン、照明、および娯楽システムは、過剰なシステム１０００の定格出力で同時に電力を要求することがある。結果として、システム１０００は、例えば、娯楽システムにフル電力を提供するが、機室ファンの速度と照明の強度を少し下げて全体電力需要を削減することができる。
図１２に示すように、本発明の諸実施形態はまた、電力を分配するための方法１２００を含むことができる。幾つかの実施形態では、方法１２００は、当該車両からの負荷要求を（例えば、車両コントローラ１０４０からの負荷要求）を受信するステップ（１２０５）を含むことができる。当該コントローラは次いで、要求された負荷が単一のモジュールの定格出力を上回るかまたは下回るかどうかを判定することができる（１２１０）。当該負荷要求が単一のモジュールの定格出力を下回る場合には、コントローラは負荷を単一のモジュールに割り当てることができる（１２２０ａ）。他方、当該負荷が、単一のモジュールが電力供給できる負荷より大きい場合には、当該コントローラは、当該負荷に電力供給するのに必要な幾つかの（「Ｘ」個の）モジュールを並列化して（１２１５）、当該負荷を当該Ｘ個のモジュールに割り当てることができる（１２２０ｂ）。当該コントローラは次いで、必要な負荷を提供するモジュールを起動することができる（１２２５）。
車両がもはや電力供給を必要としない（例えば、着陸装置が下りている）とき、当該車両は当該負荷を切断するのを要求することができ（１２３０）、コントローラは１つまたは複数のモジュールを切断することができる（１２３５）。幾つかの実施形態では、システムは、現在のシステム要件を連続的または定期的にチェックし（１２４０）、必要に応じてモジュールを再割当てすることができる。
例１
１例では、各モジュール１００が１０Ａの定格出力を有することができる。したがって、変換器３００内の１０個のモジュール１００により、当該変換器は１００Ａを提供することができる。航空機が着陸装置用の油圧モータに電力を供給するよう２５Ａの負荷に要求する場合、例えば、システム３００は、当該負荷が少なくとも３つのモジュール１００を必要とすると判定し、３つのモジュール１００を並列に配置し、３つのモジュール１００を当該負荷に割り当てて起動することができる。当該着陸装置の動作の間に、例えば、電力要件が変化した場合、例えば、モータを開始するのに必要な電力が当該モータを動かすための連続的な電力よりも大きい場合、当該負荷が変化すると、システム３００はモジュール１００を削除（または追加）することができる。
同様に、図１３に示すように、本発明の諸実施形態は、複数の負荷の電力を分散させるための方法１３００を含むこともできる。幾つかの実施形態では、方法１３００は、少なくとも２つの負荷要求を車両から受信するステップ（１３０５）を含むことができる。コントローラは次いで、負荷要求が単一のモジュールの定格出力を上回るかまたは下回るかどうかを判定することができる（１３１０）。当該負荷要求が単一のモジュールの定格出力を下回る場合には、コントローラは各負荷を単一のモジュールに割り当てることができる（１３２０ｂ）。他方、何れか（または両方の）負荷が、単一のモジュールが電力供給できる負荷より大きい場合には、コントローラは、２つ以上のモジュールを並列化し（１３１５ａ、１３１５ｃ）、次いで、必要に応じて当該負荷を並列モジュールに割り当てることができる（１３２０ａ、１３２０ｃ）。システムは次いで当該モジュールを起動することができる（１３２５）。幾つかの実施形態では、当該システムは、現在のシステム要件を連続的または定期的にチェックし（１３４０）、必要に応じてモジュールを再割当てすることができる（１３２０）。車両がもはや１つまたは両方の負荷に対して電力供給を必要としないとき、当該車両は当該負荷を切断するのを要求することができ（１３３０）、当該コントローラは当該負荷に対する１つまたは複数のモジュールを切断することができる（１３３５）。
例２
別の例では、上述のように、各モジュール１００は再び１０Ａの定格出力を有することができ、変換器３００内の１０個のモジュール１００が合計で１００Ａの容量を有することができる。例えば、航空機が、着陸装置の油圧モータに電力供給するために最初に１５Ａの負荷を要求し、次に、機室ファンをローにするために７．５Ａの負荷を要求する場合、システム３００は当該負荷が少なくとも３つのモジュール１００を必要とすると判定することができる。システム３００は第１のモジュール１００および第２のモジュール１００を並列に配置することができる。システム３００は次いで、第１の負荷を第１のモジュール１００および第２のモジュール１００に割り当て、第２の負荷を第３のモジュール１００に割り当てることができる。
システム３００は、再度、車両電力要件が変化したかどうかを連続的または間欠的にチェックすることができる（１３４０）。着陸装置の動作の間に、例えば、当該電力要件が変化した場合、例えば、モータを開始するのに必要な電力が当該モータを動かすための連続的な電力よりも大きく、かつ／または、車両が機室ファンをハイにするのを要求する場合、システム３００は、当該負荷が変化したとき、第１のおよび第２のモジュールを切り離し（１３１５ｃ）、第２のモジュールおよび第３のモジュールを対にして、第１の負荷（着陸装置）を第１のモジュール１００に割り当て、第２の負荷（機室ファン）を第２のおよび第３のモジュール１００に割り当てることができる（１３２０ｃ）。
複数のモジュール１００を並列にすることで、モジュール１００はその個々の定格出力を超える負荷に電力供給することができる。理論的には、任意数のモジュール１００を集めて任意の負荷に電力供給することができる。しかし、実際には、同一の入力信号は必ずしも全てのモジュール１００において同一の出力信号を生成しない。この原因は、これらに限られないが例えば、モジュール１００の製作公差、システム３００の配線および接続における可変抵抗（インピーダンス）、および、入力信号の分散でありうる。これらの分散は、モジュール１００の出力の分散の原因となり、並列なモジュール１００の間の負荷不均衡をもたらす。
当該負荷不均衡が十分に大きい場合、システムの構成要素が損傷するかまたは破壊されるおそれがある。並列モジュール１００の間で電流はそのインピーダンスと反比例して分割されるので、小さなインピーダンスでは大きな電流がモジュール１００を流れる。結果として、低インピーダンス（および関連して、低負荷容量）のモジュール１００は過負荷となることがあり、高いインピーダンスのモジュール１００の負荷はその容量を下回る。同様に、ＡＣ電源からの相不均衡の効果（例えば、或る相が他の相より大きな振幅を有する）は、各モジュール１００が不均衡に全体負荷を共有することである。
相不均衡、貧弱に一致するインピーダンス、または他の原因のため、３０Ａ負荷の負荷に対して、例えば、３つのモジュールの各々が一定の１０Ａを受けず、１５Ａ、８Ａ、および７Ａを受けるかもしれない。当該負荷は正確な３０Ａを想定し、正常に動作する（例えば、当該負荷は電力がどのように分配されているかを「気にしない」）。他方、インバータ１０１５内のＩＧＢＴはその定格電流を越える電流を伝達することがあり、これが、とりわけ、ＩＧＢＴ装置のオーバーヒート、破壊、または、過電流保護の不規則なトリッピングの原因となりうる。これは、低インピーダンス・モジュール１００の故障、貧弱なシステム利用、保守問題、および貧弱なシステム信頼性をもたらしうる。
この目的のため、本発明の諸実施形態は、負荷をバランスし、相間不均衡を制御し、並列モジュール１００間の循環電流を削減するためのシステムおよび方法１４００を備えることもできる。本発明の諸実施形態は、図１４に示すように、並列なモジュール間の出力電流を平衡させるための方法１４００を含むことができる。
幾つかの実施形態では、方法１４００は、外部航空機システム１４０５から負荷要求を受信するステップを含むことができる。前述のように、方法１４００は、１４１０に示すように、当該要求に対して電力供給するのに必要な並列モジュールの数を計算するステップを含むことができる。したがって、例えば、４５Ａの負荷が要求され、当該システムが１０Ａのモジュールを使用する場合、当該システムは、最小で５個の並列モジュールが必要であると判定することができる。方法１４００は、１４１５に示すように、当該モジュール間の理論的に理想な負荷共有を計算することで継続することができる。換言すれば、各モジュールのインピーダンスが完璧にマッチした場合に各モジュールが電力供給したであろう負荷である。上述の例では、各モジュールが完全に一致していた場合、例えば、夫々は９Ａを当該負荷に供給するはずである。上述のように、当該モジュールをシステム・コントローラ１０３５および適切なモータ制御アルゴリズム１０２２により起動することができる。
方法１４００は次いで、１４２５に示すように、起動されたモジュールの各々の出力電流を測定し、１４３０で示すように、各モジュールの実際の出力が理想負荷とほぼ等しいかどうかを（１４１５から）判定することができる。幾つかの実施形態では、これを、モジュールごとの出力電流または電圧を直接測定することで行うことができる。他の実施形態では、当該システムは、これらに限られないが例えば、当該負荷のインバータ温度、循環電流、または相不均衡のような当該システム内の他の種類のフィードバックを監視することができる。例えば、高出力のモジュールは低出力のモジュールより高い動作出力温度を有する。
上述のように、当該システムは単一のアルゴリズムを使用して制御信号（例えば、ＰＷＭゲート信号）を計算するので、並列なモジュールの出力は設計により位相同期される。結果として、負荷での任意の大幅な不均衡は、モータ巻線の失敗、または、短絡またはＩＧＢＴの原因となる絶縁が故障しつつあるといった、当該システムの何らかの場所での問題を示すものであることができる。したがって、当該負荷での不均衡を故障条件の指示として使用することができる。
幾つかの場合、特に（高速な切替え時間により生成された）大量のＥＭＩおよび大電流が存在する場合、電力スイッチの終端電圧が小さく、測定が困難であることがある。結果として、電流測定値が一般に、並列なモジュール間の現在の共有不均衡を決定する現実的な手段と考えられる。不均衡が当該モジュールの間に存在する場合、当該方法は、１４３５で示すように、モータ制御アルゴリズムを修正して当該モジュールの出力をバランスすることで継続することができる。
或るモジュールの或る相がそれと並列化されている他のモジュールよりも多くの電流を提供する場合、例えば、パルス幅をそのモジュールに対して少々減らし、他のモジュールに対して増やして、それらの出力をバランスさせることができる。当該モータ制御アルゴリズムを修正して不均衡を補償することも可能である。例えば、ＦＯＣでは、方法１４００は、回転座標系において「平均」出力コマンドを生成するためのモータ測定値および入力コマンドを取り、モジュールごとに補正を適用することができる。方法１４００は、これらの補正に基づいてモジュールごとに異なる組のＰＷＭ信号を生成することができる。大抵の場合、入力は全てデジタルであり、これらに限られないが例えば、当該制御アルゴリズムで計算された変数または直接デジタル論理ＰＷＭ信号を含む。
負荷に電力供給している間に方法１４００を継続することができる。幾つかの実施形態では、出力電流を例えば、定期的に、または、所定の間隔（例えば、毎秒１回）で監視することができる。幾つかの実施形態では、方法１４００は、当該負荷にもはや電力供給する必要がないことを車両コントローラが示すとき、例えば、または、航空機への主電力が（例えば、航空機のオーバーナイト記憶のために）切られているとき、終了することができる。
他の実施形態では、図１５に示すように、システム１５００は、複数のモジュールまたはインバータ１０１５に対して出力電流をバランスするための負荷分散器１５０５を備えることができる。負荷分散器１５０５はシステム１５００から入力を受信することができる。当該入力には、これらに限られないが例えば、システム・コントローラ１０３５からの要求された負荷、インバータ１０１５ごとの（制御切換えネットワーク１０２５を介した）モータ制御システム１０２０からの入力モータ制御信号１５１０、インバータ１０１５ごとの出力電流１５１５が含まれる。したがって、例えば、各インバータ１０１５が同一の入力１５１０を受信しているが、第１のインバータ１０１５が低出力電流１５１５を提供している場合、負荷分散器１５０５は、第１のインバータ１０１５に対する入力モータ制御信号１５１０を修正して、残りのインバータ１０１５に対する一致した出力電流１５１５を取得することができる。
幾つかの実施形態では、負荷分散器１５０５は多種のフィードバック・コントローラを備えることができる。幾つかの実施形態では、負荷分散器１５０５は、例えば、比例積分（ＰＩ）、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ、ファジー論理、またはニューラル・ネットを含むことができるが、これらに限られない。他の実施形態では、負荷分散器１５０５は、（１４１５で前述したように）インバータ１０１５ごとに理論的に「理想的な」負荷を計算することができる。幾つかの実施形態では、当該理想負荷は、当該負荷の等価な部分を各インバータ１０１５に割り当てることができる。このように、負荷分散器１５０５はインバータ１０１５ごとに出力電流１５１５を監視し、それに応じて入力モータ制御信号１５１０を調節することができる。本構成では、負荷分散器１５０５の誤差は、インバータ１０１５ごとの出力電流１５１５と（例えば、各インバータ１０１５が車両コントローラ１０４０から要求された全負荷の同一の割合を提供するような）理想的な出力電流との差分である。負荷分散器１５０５は、各インバータ１０１５への入力モータ制御信号１５１０を調節することで、当該誤差（例えば、電流不均衡）を最小化することができる。さらに、本開示は以下の項に従う実施形態を含む。
項１：複数の電気的負荷に電力を供給するためのシステムであって、入力と出力を有し、第１の交流電流（ＡＣ）出力を提供する第１の並列モジュール式変換器モジュールと、入力と出力を有し、第２のＡＣ出力を提供する第２の並列モジュール式変換器モジュールと、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールの入力および出力に接続された負荷分散器とを備え、当該負荷分散器は当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールからの出力を比較し、当該負荷分散器は、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールへの入力を修正して、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールの出力を当該第２の並列モジュール式変換器モジュールの出力と均等化する、システム。
項２：入力と出力を有し、第３の交流電流（ＡＣ）出力を提供する第３の並列モジュール式変換器モジュールをさらに備え、当該負荷分散器は、当該第１の並列モジュール式変換器モジュール、当該第２の並列モジュール式変換器モジュール、および当該第３の並列モジュール式変換器モジュールからの出力の出力電流を比較し、当該負荷分散器は、当該第１の並列モジュール式変換器モジュール、当該第２の並列モジュール式変換器モジュール、および当該第３の並列モジュール式変換器モジュールの出力電流が実質的にバランスされるように、当該第１の並列モジュール式変換器モジュール、当該第２の並列モジュール式変換器モジュール、および当該第３の並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への入力を修正する、項１に記載のシステム。
項３：当該負荷分散器は比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを含む、項１に記載のシステム。
項４：当該ＰＩＤコントローラの誤差は、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールからの出力電流の間の差分を含み、当該ＰＩＤコントローラは、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールへの入力、当該第２の並列モジュール式変換器モジュール、またはその両方を修正して当該誤差を減らす、項３に記載のシステム。
項５：第１の交流電流（ＡＣ）出力を提供しモジュール通信バスに接続された第１の並列モジュール式変換器モジュールと、第２のＡＣ出力を提供し当該モジュール通信バスに接続された第２の並列モジュール式変換器モジュールと、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールのうち１つまたは複数に第１の負荷を割り当てるマスタ論理コントローラであって、当該モジュール通信バスは当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールを接続する、マスタ論理コントローラと、当該モジュール通信バスと当該マスタ論理コントローラの間でメッセージを経路付けるために当該モジュール通信バスと当該マスタ論理コントローラに接続されたマスタ通信コントローラ当該モジュールと、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールの両方の入力と出力に接続された負荷分散器とを備える、並列モジュール変換器。
項６：当該マスタ論理コントローラは、電力切替えネットワークを用いて、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールを並列に置き、当該第１の負荷を当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールに割り当て、当該負荷分散器は、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールへの入力を修正して、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールの出力を当該第２の並列モジュール式変換器モジュールの出力と均等化する、項５に記載の並列モジュール変換器。
項７：第３のＡＣ出力信号を提供し当該モジュール通信バスに接続された第３の並列モジュール式変換器モジュールをさらに備え、当該マスタ論理コントローラは、当該電力切替えネットワークを用いて、当該第１の並列モジュール式変換器モジュール、当該第２の並列モジュール式変換器モジュール、および当該第３の並列モジュール式変換器モジュールを並列に配置し、当該第１の負荷を当該第１の並列モジュール式変換器モジュール、当該第２の並列モジュール式変換器モジュール、および当該第３の並列モジュール式変換器モジュールに割り当て、当該負荷分散器は、当該第１の並列モジュール式変換器モジュール、当該第２の並列モジュール式変換器モジュール、および当該第３の並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数に対する入力を修正して、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールの出力、当該第２の並列モジュール式変換器モジュールの、および当該第３の並列モジュール式変換器モジュールの出力を均等化する、項６に記載の並列モジュール変換器。
項８：当該負荷分散器が、当該第１の並列モジュール式変換器モジュール、当該第２の並列モジュール式変換器モジュール、および当該第３の並列モジュール式変換器モジュールの出力電流が実質的にバランスされるように、当該第１の並列モジュール式変換器モジュール、当該第２の並列モジュール式変換器モジュール、および当該第３の並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数に対するモータ制御アルゴリズムを修正する、項７に記載の並列モジュール変換器。
項９：当該モータ制御アルゴリズムはフィールド指向制御アルゴリズムを含み、当該負荷分散器は、当該第１の並列モジュール式変換器モジュール、当該第２の並列モジュール式変換器モジュール、および当該第３の並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数に対するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を修正する、項８に記載の並列モジュール変換器。
項１０：１つまたは複数のモータ制御アルゴリズムを当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールに提供するためのモータ制御システムと、当該１つまたは複数のモータ制御アルゴリズムを当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールに接続するための制御切換えネットワークをさらに備え、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールに対する入力は当該１つまたは複数のモータ制御アルゴリズムであり、当該第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび当該第２の並列モジュール式変換器モジュールに対する出力は１つまたは複数の出力電流である、項５に記載の並列モジュール変換器。
項１１：複数の並列モジュール式変換器モジュールの間の出力をバランスさせるための方法であって、車両コントローラからの第１の負荷に電力供給する要求をシステム・コントローラで受信するステップと、当該第１の負荷を負荷分散器で電力供給するのに必要な並列モジュール式変換器モジュールの数を計算するステップと、当該第１の負荷をマスタ論理コントローラで並列に電力供給するのに必要な当該計算された並列モジュール式変換器モジュールを配置するステップと、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々からの出力を当該負荷分散器で検知するステップと、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々の出力が等しいように、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への入力信号を当該負荷分散器で修正するステップとを含む、方法。
項１２：当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々に対する理想負荷を当該負荷分散器で計算するステップと、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々の出力が当該計算された理想負荷と実質的に等しいように、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への入力モータ信号を修正するステップとをさらに含む、項１１に記載の方法。
項１３：当該入力信号を修正するステップは、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々に対する出力電流が同期されるように、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数へのモータ制御アルゴリズムを修正するステップを含む、項１２に記載の方法。
項１４：当該モータ制御アルゴリズムはフィールド指向制御（ＦＯＣ）アルゴリズムを含み、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数に入力された当該モータ制御アルゴリズムを修正するステップは、当該ＦＯＣアルゴリズムのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を修正して当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの間の当該出力電流を実質的にバランスするステップを含む、項１３に記載の方法。
項１５：当該モータ制御アルゴリズムは電圧周波数制御アルゴリズムを含む、項１３に記載の方法。
項１６：当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への入力信号を当該負荷分散器で修正するステップは、当該入力信号を比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラで修正するステップを含む、項１１に記載の方法。
項１７：当該ＰＩＤコントローラの誤差は、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールからの出力電流の差異を含み、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への入力信号を当該負荷分散器で修正するステップは、当該ＰＩＤコントローラが当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への入力を修正して当該誤差を削減するステップを含む、項１６に記載の方法。
項１８：当該負荷分散器で当該第１の負荷に電力供給するのに必要な当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの間の理想負荷を計算するステップと、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々の出力が当該理想負荷とほぼ等しいように、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への入力信号を当該負荷分散器で修正するステップとをさらに含む、項１１に記載の方法。
項１９：当該負荷分散器はＰＩＤコントローラを含み、当該ＰＩＤコントローラの誤差は、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々からの出力電流および当該理想負荷の間の差分を含み、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への入力信号を当該負荷分散器で修正するステップは、当該ＰＩＤコントローラが、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数の入力を修正して当該誤差を削減するステップを含む、項１８に記載の方法。
項２０：１つまたは複数のモータ制御アルゴリズムを当該計算された並列モジュール式変換器モジュールに提供するステップをさらに含み、当該計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への入力信号を当該負荷分散器で修正するステップは当該１つまたは複数のモータ制御アルゴリズムを修正するステップを含む、項１１に記載の方法。
幾つかの可能な実施形態を上述したが、本発明の諸実施形態はそのように限定されない。例えば、幾つかの可能な構成を並列モジュール変換器の構成要素に対して開示したが、本発明の趣旨から逸脱しない他の適切な構成および構成要素を選択することができる。負荷分散器１５０５は別個のコントローラとして示されているが、例えば、しかし、負荷分散器１５０５を既存のコントローラ（例えば、システム・コントローラ１０３５）に取り込んで当該システム内の別個の構成要素の数を減らすことができる。さらに、例えば、モジュールの数、使用される電子機器のタイプ等のような本発明の諸実施形態の様々な機能に使用される位置と構成を、例えば、当該航空機の大きさもしくは構成、または重量もしくは電力の制約により少々の変更を必要とする特定の航空機またはアプリケーションに従って変更することができる。かかる変更は、本発明の範囲内に含まれるものである。
様々な要素の特定の構成、材料の選択、ならびに大きさと形状を、本発明の原理に従って構成される装置、システム、または方法を必要とする特定の設計仕様または制約に従って変更することができる。かかる変更は、本発明の範囲内に含まれるものである。したがって、本明細書で開示した実施形態は全ての点で例示的であり限定的ではないと考えられる。本発明の範囲は、以上の説明ではなく添付の特許請求の範囲により示され、その均等物の意味と範囲内にある全ての変更はその中に含まれる。

Claims (15)

  1. 第１の交流電流（ＡＣ）出力を提供しモジュール通信バスに接続された第１の並列モジュール式変換器モジュール（１００、２００）と、
    第２のＡＣ出力を提供し前記モジュール通信バスに接続された第２の並列モジュール式変換器モジュール（１００、２００）と、
    第１の負荷（４２０）を前記第１の並列モジュール式変換器モジュール（４１５−１）および前記第２の並列モジュール式変換器モジュール（４１５−２）のうち１つまたは複数に割り当てるマスタ論理コントローラ（３２０）であって、前記モジュール通信バス（１４０）は前記第１の並列モジュール式変換器モジュールと前記第２の並列モジュール式変換器モジュールを接続する、マスタ論理コントローラ（３２０）と、
    マスタ通信コントローラ（３１５）であって、前記モジュール通信バスと前記マスタ論理コントローラの間でメッセージを経路付けるために前記モジュール通信バスと前記マスタ論理コントローラに接続されたマスタ通信コントローラ（３１５）と、
    前記第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび前記第２の並列モジュール式変換器モジュールの両方の入力と出力に接続され、前記出力を監視してモータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を修正するための負荷分散器（１５０５）と、
    モータ測定値の不均衡を補償するように修正されたモータ制御アルゴリズムを前記第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび前記第２の並列モジュール式変換器モジュールに提供するためのモータ制御システム（１０２０）と、
    を備える、並列モジュール変換器（３００）。
  2. 前記マスタ論理コントローラは、電力切替えネットワーク（３２５）を用いて、前記第１の並列モジュール式変換器モジュールと前記第２の並列モジュール式変換器モジュールを並列に配置し、前記第１の負荷を前記第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび前記第２の並列モジュール式変換器モジュールに割り当て、
    前記負荷分散器は、前記第１の並列モジュール式変換器モジュールへの入力を修正して、前記第１の並列モジュール式変換器モジュールの出力を前記第２の並列モジュール式変換器モジュールの出力と均等化する、
    請求項１に記載の並列モジュール変換器。
  3. 第３のＡＣ出力信号を提供し前記モジュール通信バスに接続された第３の並列モジュール式変換器モジュール（４１５−３）をさらに備え、
    前記マスタ論理コントローラは、前記電力切替えネットワークを用いて、前記第１の並列モジュール式変換器モジュール、前記第２の並列モジュール式変換器モジュール、および前記第３の並列モジュール式変換器モジュールを並列に配置し、前記第１の負荷を前記第１の並列モジュール式変換器モジュール、前記第２の並列モジュール式変換器モジュール、および前記第３の並列モジュール式変換器モジュールに割り当て、
    前記負荷分散器は、前記第１の並列モジュール式変換器モジュール、前記第２の並列モジュール式変換器モジュール、および前記第３の並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数に対する入力を修正して、前記第１の並列モジュール式変換器モジュールの出力、前記第２の並列モジュール式変換器モジュールの出力、および前記第３の並列モジュール式変換器モジュールの出力を均等化する、
    請求項２に記載の並列モジュール変換器。
  4. 前記負荷分散器が、前記第１の並列モジュール式変換器モジュール、前記第２の並列モジュール式変換器モジュール、および前記第３の並列モジュール式変換器モジュールの出力電流が実質的にバランスされるように、前記第１の並列モジュール式変換器モジュール、前記第２の並列モジュール式変換器モジュール、および前記第３の並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数に対する、モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を修正する、請求項３に記載の並列モジュール変換器。
  5. 前記モータ制御アルゴリズムはフィールド指向制御アルゴリズムを備え、前記負荷分散器は、前記第１の並列モジュール式変換器モジュール、前記第２の並列モジュール式変換器モジュール、および前記第３の並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数に対するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を修正する、請求項４に記載の並列モジュール変換器。
  6. 前記モータ制御システム（１０２０）を前記第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび前記第２の並列モジュール式変換器モジュールに接続するための制御切換えネットワーク（１０２５）をさらに備え、
    前記第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび前記第２の並列モジュール式変換器モジュールに対する入力は前記制御信号であり、
    前記第１の並列モジュール式変換器モジュールおよび前記第２の並列モジュール式変換器モジュールに対する出力は１つまたは複数の出力電流である、
    請求項１に記載の並列モジュール変換器。
  7. 複数の並列モジュール式変換器モジュールの間の出力をバランスさせるための方法であって、
    車両コントローラからの第１の負荷に電力供給する要求をシステム・コントローラで受信するステップ（１４０５）と、
    前記第１の負荷を電力供給するのに必要な並列モジュール式変換器モジュールの数を負荷分散器で計算するステップ（１４１０）と、
    前記第１の負荷を並列に電力供給するのに必要な前記計算された並列モジュール式変換器モジュールをマスタ論理コントローラにより配置するステップと、
    前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々からの出力を前記負荷分散器で検知するステップと、
    前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々の出力が等しいように、前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への、モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を前記負荷分散器で修正するステップと、
    モータ測定値の不均衡を補償するように修正されたモータ制御アルゴリズムをモータ制御システム（１０２０）から前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数に提供するステップと、
    を含む、方法。
  8. 前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々に対する理想負荷を前記負荷分散器で計算するステップ（１４１５）と、
    前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々の出力が前記計算された理想負荷と実質的に等しいように、前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への、前記モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を修正するステップ（１４３５）と、
    をさらに含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を修正するステップは、前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々に対する出力電流が同期されるように、前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への、前記モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を修正するステップを含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記モータ制御アルゴリズムはフィールド指向制御（ＦＯＣ）アルゴリズムを含み、
    前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への、前記モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を修正するステップは、前記ＦＯＣアルゴリズムのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を修正して前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの間の前記出力電流を実質的にバランスさせるステップを含む、
    請求項９に記載の方法。
  11. 前記モータ制御アルゴリズムは電圧周波数制御アルゴリズムを含む、請求項９に記載の方法。
  12. 前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への、前記モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を前記負荷分散器で修正するステップは、前記モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラで修正するステップを含む、請求項７に記載の方法。
  13. 前記ＰＩＤコントローラの誤差は、前記計算された並列モジュール式変換器モジュールからの出力電流の差異を含み、
    前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への、前記モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を前記負荷分散器で修正するステップは、前記ＰＩＤコントローラが前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への、前記モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を修正して前記誤差を削減するステップを含む、
    請求項１２に記載の方法。
  14. 前記第１の負荷に電力供給するのに必要な前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの間の理想負荷を前記負荷分散器で計算するステップと、
    前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々の出力が前記理想負荷とほぼ等しいように、前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への、前記モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を前記負荷分散器で修正するステップと、
    をさらに含む、請求項７に記載の方法。
  15. 前記負荷分散器はＰＩＤコントローラを含み、
    前記ＰＩＤコントローラの誤差は、前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの各々からの出力電流および前記理想負荷の間の差分を含み、
    前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への、前記モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を前記負荷分散器で修正するステップは、前記ＰＩＤコントローラが、前記計算された並列モジュール式変換器モジュールの１つまたは複数への、前記モータ制御アルゴリズムによって計算された制御信号を修正して前記誤差を削減するステップを含む、
    請求項１４に記載の方法。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9997916B2 (en) 2015-12-29 2018-06-12 International Business Machines Corporation Continuously balancing multiple phases of a power grid
US9991778B2 (en) 2016-02-29 2018-06-05 The Boeing Company Balancing current within a modular converter system
CN106100507A (zh) * 2016-07-04 2016-11-09 南京埃斯顿自动控制技术有限公司 一种模块化并联驱动系统及其控制方法
US10454393B2 (en) * 2016-07-25 2019-10-22 The Boeing Company Balancing current within a parallel modular converter system
JPWO2018061552A1 (ja) * 2016-09-29 2019-07-11 日本電産株式会社 モータシステム、解析装置、および電気製品
CN107196572B (zh) * 2017-07-25 2019-06-11 温州大学 一种基于永磁同步电机转子初始位置检测装置及方法
US10608438B2 (en) * 2018-04-17 2020-03-31 The Boeing Company Electrical power generation system and method for aircraft
CN109591650B (zh) * 2018-11-20 2021-04-13 恒大智慧充电科技有限公司 充电功率动态调控方法、计算机设备及存储介质
CN110620446B (zh) * 2019-09-10 2020-12-15 浙江大学 两模块无线充电系统的单极性spwm电流控制方法
US11228244B2 (en) * 2019-09-25 2022-01-18 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Power converter supporting multiple high dl/dt loads
EP3913785A1 (en) 2020-05-20 2021-11-24 Goodrich Control Systems Distributed current balancing control
US11368119B2 (en) * 2020-06-03 2022-06-21 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Motor current balancing method for ESP system
CN112636331B (zh) * 2020-12-04 2022-06-03 山东大学 智能电网的动态经济调度分布式优化方法及系统
DE102020215777A1 (de) 2020-12-14 2022-06-15 Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Anschlussvorrichtung für ein elektrisches Antriebssystem, elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems
EP4047809A1 (en) 2021-02-22 2022-08-24 Hamilton Sundstrand Corporation Control distribution architecture
EP4068602A1 (de) * 2021-03-30 2022-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Kondensatorvorrichtung, umrichtermodul mit kondensatorvorrichtung, umrichtersystem mit umrichtermodul und austauschverfahren für umrichtersystem
CN112981515B (zh) * 2021-05-06 2021-09-14 四川英创力电子科技股份有限公司 一种电流调控方法
CN113177267B (zh) * 2021-05-26 2022-08-23 浙江大学 一种基于改进模糊pid的全流程多学科建模方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2834201B2 (ja) * 1989-08-11 1998-12-09 株式会社日立製作所 電力供給システム
CN101047711B (zh) 2006-04-27 2010-08-18 华为技术有限公司 Ip报文传输、协商带宽节省能力和节省网络带宽的方法
FR2900635B1 (fr) 2006-05-05 2008-07-25 Hispano Suiza Sa Systeme d'alimentation et de commande d'equipements electriques d'un moteur d'aeronef ou de son environnement
US7615892B2 (en) * 2006-11-09 2009-11-10 Honeywell International Inc. Modular and scalable power conversion system for aircraft
CN101669262B (zh) * 2006-12-07 2013-05-29 北方电力系统效用率有限公司 可独立使用或在多相功率变换器中使用的模块化功率变换器
US8125164B2 (en) * 2008-07-18 2012-02-28 The Boeing Company Parallel motor controller architecture
WO2010042517A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Boston-Power, Inc. Li-ion battery array for vehicle and other large capacity applications
CN201369684Y (zh) * 2009-01-23 2009-12-23 西南交通大学 三相逆变电源分相pi比例积分控制装置
US8552589B2 (en) * 2010-05-14 2013-10-08 Schneider Electric It Corporation Digital control method for operating the UPS systems in parallel
WO2014025734A2 (en) 2012-08-09 2014-02-13 Danfoss Power Electronics A/S Modular inverter drive
US9325170B2 (en) * 2013-02-01 2016-04-26 Hamilton Sundstrand Corporation Matrix-based power distribution architecture
US9130482B2 (en) * 2013-02-20 2015-09-08 Infineon Technologies Ag Pseudo zero vectors for space vector modulation and enhanced space vector modulation
WO2016033592A1 (en) 2014-08-29 2016-03-03 Enphase Energy, Inc. Parallel power converter

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