JP6938206B2 - 並列モジュラ変換器システム内部の電流のバランシング - Google Patents

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Description

本開示は一般に電力管理に関し、より具体的には、モジュラ変換器アーキテクチャ内の並列インバータ間で電流を平衡させることに関する。
近代の車両は多数の電子、モータ、ヒータ、および他の電気駆動機器を使用する。電気モータは、特に、航空機を含む近代の車両で普遍的であり、油圧ポンプから客室ファンまでの全てを駆動する。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る。各モータコントローラは、過熱または故障なしに拡張された期間だけフルパワーでその夫々のモータに電力供給するのに必要な最大量の電流を伝達するようにサイズが決定される(一般に、安全性のため幾つかの追加の容量をさらに含む)。
結果として、各航空機は幾つかのモータコントローラを運搬し、その各々は過剰なサイズであり、その殆どの時間、十分に活用されていないかもしれない。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時間だけフルパワーでモータを実行するのに十分な容量を含み、モータは、あったとしても殆ど完全な容量で実行されない。この理由は、モータ自身に幾つかの安全性マージンが設定されているからであり、殆どの時間、モータが低需要の領域で動作しているからである(例えば、客室ファンは常に「高」ではない)。さらに、幾つかのモータは、時々しか使用されないか、または、特定の飛行セグメント中に使用され、残りの時間は使用されない。結果として、重く、高価なモータコントローラの航空機の補完物の多数は、それらのサービス期間の大部分で、アクティブでないか、または、それらの定格出力を大幅に下回って動作する。
本明細書で説明する1例は複数の電力インバータを備えた電流平衡システムであり、各電力インバータは、夫々の電流ループ内に含まれ、対応する電流量を生成するように構成される。当該電流平衡システムはさらに複数のインバータ・コントローラを備え、各インバータ・コントローラは、当該複数の電力インバータの各々に関連付けられ、当該対応する電流量の基準系変換量を受信するように構成される。各インバータ・コントローラは、負荷に提供される当該対応する電流量を独立に制御することができる。
本明細書で説明する別の例は、複数のインバータ・コントローラにより制御された複数の電力インバータの電流生成を制御する方法である。当該方法は、複数の電流量を決定するステップを含む。当該複数の電流量の各々は当該複数の電力インバータの各々により生成される。当該方法はさらに、当該複数の電流量の各々の基準系を変換して複数の変換された電流量を生成し、当該複数のインバータ・コントローラにより受信された当該複数の変換された電流量に基づいて、当該複数の電力インバータに対するゲート・コマンドを生成するステップを含む。当該生成されたゲート・コマンドの適用は当該複数の電流量のうち少なくとも1つを調節し、それにより当該複数の電力インバータの少なくとも2つの間の電流不均衡を軽減するように動作する。
別の例は、1つまたは複数のコンピュータプロセッサの動作により実行されたとき、複数のインバータ・コントローラにより制御された複数の電力インバータの電流生成を制御する動作を実施するコンピュータプログラム・コードを含む非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。当該動作は、複数の電流量を決定するステップを含み、当該複数の電流量の各々は当該複数の電力インバータの各々により生成される。当該動作はさらに、当該複数の電流量の各々の基準系を変換して複数の変換された電流量を生成し、当該複数のインバータ・コントローラにより受信された当該複数の変換された電流量に基づいて、当該複数の電力インバータに対するゲート・コマンドを生成するステップを含む。当該生成されたゲート・コマンドの適用は、当該複数の電流量のうち少なくとも1つを調節し、それにより当該複数のインバータの少なくとも2つの間の電流不均衡を軽減するように動作する。
説明した特徴、機能、および利点を様々な例で独立に実現でき、または、さらに他の例では結合でき、そのさらなる詳細は以下の説明および図面を参照して理解することができる。
本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上で簡単に要約した本開示のさらに具体的な説明を例を参照して行う。その幾つかは添付図面で示されている。しかし、当該添付図面は本発明の典型的な例のみを示し、したがって、その範囲を限定するものとは考えられず、本開示は他の等しく有効な例を認めてもよいことに留意されたい。
本明細書で説明する1つまたは複数の例に従う、並列モジュラ変換器システムを示す図である。 本明細書で説明する1つまたは複数の例に従う、モジュラ変換器システムの電力インバータ間の循環電流を軽減するための例示的な制御アーキテクチャを示す図である。 本明細書で説明する1つまたは複数の例に従う、モジュラ変換器システムの電力インバータ間の循環電流を軽減するための例示的な制御アーキテクチャを示す図である。 本明細書で説明する1つまたは複数の例に従う、並列モジュラ変換器システム内で使用するための電流平衡システムを示す図である。 本明細書で説明する1つまたは複数の例に従う、複数の電力インバータが共通の負荷に電力を提供する例示的な構成を示す図である。 本明細書で説明する1つまたは複数の例に従う、複数のインバータ・コントローラにより制御された複数の電力インバータの電流生成を制御する方法を示す図である。
理解を促進するために、可能な場合は同一の参照番号を使用して、図面で共通な同一の要素を指定する。例で開示された要素を特に断りなく他の例で有利に利用してもよいことが考慮されている。本明細書で参照する図は、特に断らない限り正確な縮尺で描かれているとは理解すべきでない。また、図面はしばしば簡略化され、詳細またはコンポーネントは、表示および説明の明確さのため省略されている。当該図面および議論は、以下で説明する原理を説明しようとするものであり、同じ指定は同一の要素を指す。
詳細な説明
モータコントローラ容量をより良く利用するために、モジュラ変換器システムは、電力制御のニーズを満たすために単独でまたは他の並列モータコントローラと並列に動作しうる複数の、モジュラで、割り当て可能で、動的に再構成可能なモータコントローラを提供することができる。当該変換器システムは、並列に接続された1つまたは複数のコントローラを、必要に応じて、当該航空機内の各アクティブ電気負荷に接続して、既存の電力需要を満たす。モータコントローラの増大する利用は、システム重みおよびコストにおける対応する削減をもたらしうる。
当該モジュラ変換器システムを動作させる間に、複数の並列なインバータは、並列に動作して電気モータまたは他の電気負荷(複数可)に電力供給することができる。しかし、当該並列なインバータのローディングは、抵抗およびインダクタンスおよび/または他の接続されたコンポーネントを配線することに起因する、インバータ、ならびに寄生要素の製造許容値および変形のために変化しうる。結果として、同一のドライブ信号で並列なインバータを駆動すると、不均一なローディングの結果となりうる。並列なインバータの各々からの電流を出力でのインダクタを用いて平衡させうるが、これらのインダクタは、高電力アプリケーション内で使用されるとき、不適切に大きくロッシーとなる傾向がある。
モジュラ変換器システムの並列な第1のおよび第2のインバータユニットの間で電流平衡を提供するために、電流平衡システムは複数の電力インバータを含み、各電力インバータは、夫々の電流ループ内に含まれ、対応する電流量を生成するように構成される。当該電流平衡システムはさらに複数のインバータ・コントローラを含む。各インバータ・コントローラは、当該複数の電力インバータの各々に関連付けられる。各インバータ・コントローラは対応する電流量の基準系変換量を受信するように構成され、それにより各インバータ・コントローラは負荷に提供された当該対応する電流量を独立に制御することができる。
幾つかの例では、電流平衡を提供するために、当該電流平衡システムのシステム・コントローラが複数の電流量を決定する。当該複数の電流量の各々は当該複数の電力インバータの各々により生成される。システム・コントローラは、当該複数の電流量の各々の基準系を変換して、複数の変換された電流量を生成し、当該複数のインバータ・コントローラにより受信された当該複数の変換された電流量に基づいて、当該複数の電力インバータに対するゲート・コマンドを生成する。当該生成されたゲート・コマンドは、当該複数のインバータの少なくとも2つの間の電流不均衡を軽減するように動作する。
図1を参照すると、並列モジュラ変換器システム100(また「モジュラ変換器システム」、「変換器システム」、「システム」と称される)は、並列モジュラインバータ125、125、・・・、125(また「インバータモジュール」、「インバータユニット」、「電力インバータ」、「インバータ」と称され、総称的にインバータ125と称される)のシステムを、図示した負荷140(即ち、モータM、M、・・・、M)のような複数のおよび/または異なるタイプの交流(AC)または直流(DC)マシンを駆動するように制御するように構成される。並列モジュラ変換器システム100は、並列に接続された複数のインバータ125を含む。その各々を、モータ制御システム110に組み込まれた複数のモータ制御アルゴリズム115A、115B、115C(また「制御アルゴリズム」、「アルゴリズム」)の何れかを、再構成可能制御切替えネットワーク(CSN)120を介して受信するように構成することができる。モータ制御システム110は1つまたは複数のモータコントローラ回路を備えてもよく、その各々は、1つまたは複数の負荷(即ち、モータ)140を動作させるように構成される。並列モジュラインバータ125の各々を、複数の電気負荷140(例えば、モータM、M、・・・、MのようなACまたはDCマシン)のうち1つまたは複数を、再構成可能電力切替えネットワーク(PSN)130を介して負荷側で駆動するように構成することができる。幾つかの例では、並列モジュラインバータ125の各々は、単一フェーズの出力電力を電気負荷140に提供する。他の例では、並列モジュラインバータ125の各々は、出力電力(例えば、3フェーズAC)の複数のフェーズを電気負荷140に提供する。例えば、インバータ125は、それぞれ、選択された電気負荷140を駆動するように3フェーズ信号の別々のフェーズ出力を提供するように構成された3つのフェーズ・レッグを備えてもよい。
示した構成は、例えば、制御切替えネットワーク120および電力切替えネットワーク130の両方を動的に再構成する能力を可能とする。さらに、複数のインバータ125からのインバータの何れかには当該負荷側上の電気負荷140の何れかを駆動するためにアクセス可能であり、モータ制御システム110に組み込まれた複数の制御アルゴリズム115A、115B、115Cの任意の制御アルゴリズムには、複数のインバータ125の何れかを制御するためにアクセス可能である。結果として、1つまたは複数のインバータ125は、負荷要件を満たすのに必要な単一の負荷140を駆動し、かつ/またはドライブ複数の負荷140を同時に駆動するように構成されてもよく、その各々を、1つまたは複数のインバータ125を用いて駆動することができる。さらに、当該負荷側上の複数の負荷140を、同一のモータ制御アルゴリズム(例えば、115A)または異なるモータ制御アルゴリズムで(例えば、幾つかはモータ制御アルゴリズム115Aで、幾つかはモータ制御アルゴリズム115Bで)同時に駆動することができる。
図1に示すように、並列モジュラ変換器システム100は、車両コントローラ102と通信して、動作コマンドを車両コントローラ102から取得し、モジュラ変換器システム100および/または他の情報の動作に関するステータス信号を車両コントローラ102に提供するように構成されたシステム・コントローラ105を備える。幾つかの例では、システム・コントローラ105はまた、特定の負荷140をリアルタイムに駆動するための適切な数のインバータモジュール125を並列に提供するように電力切替えネットワーク130を再構成することができる。換言すれば、負荷140の負荷が増大したとき、システム・コントローラ105は電力切替えネットワーク130に信号送信して、インバータ125を並列に配置することができる。逆に、負荷が減少したとき、システム・コントローラ105は電力切替えネットワーク130に信号送信して、インバータ125のうち1つまたは複数を切り離すことができる。必要ならばシステム・コントローラ105はそれらを他のインバータ125と並列に配置して他の負荷140を駆動することができる。
幾つかの例では、システム・コントローラ105はまた、適切なモータ制御アルゴリズム115A、115B、115Cをモータ制御信号117として、1つまたは複数のモータタイプを駆動するインバータ125のうち1つまたは複数に提供するように、CSN制御信号122を用いて制御切替えネットワーク120再構成することができる。インバータ125はさらに、現在のおよび/または電圧値のようなフィードバック信号127を、モータ制御システム110および当該選択されたモータ制御アルゴリズム115A、115B、115Cに提供してもよい。システム・コントローラ105により提供されたモータ制御アルゴリズム115A、115B、115Cの幾つかの非限定的な例は、フィールド指向制御(FOC)、直接トルク制御(DTC)、および電圧オーバ周波数制御(V/f)を含む。様々なモータ制御アルゴリズムは、関連付けられた車両の様々なモータタイプ(例えば、誘導モータ、同期モータ、永久磁石(PM)同期モータ、ブラッシュレスDCモータ等)を効率的に駆動するのに有用であることができる。例えば、典型的な航空機は、メイン・エンジン(PMタイプモータ)向けスタータモータ生成器、ラム・エアファン(誘導モータ)、環境制御システム(ECS)コンプレッサモータ(PMタイプモータ)、および1つまたは複数の同期モータを備えることができ、その全てが異なる電力要件を有してもよい。
幾つかの例では、システム・コントローラ105はまた、例えば限定ではなく、モータ速度、トルク、または電力参照値を対応する負荷140に(例えば、モータ制御システム110を介して)送信することができる。幾つかの例では、システム・コントローラ105を、組込み型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105は、例えば限定ではなく、マイクロコントローラ、プロセッサ、フィールド−プログラム可能ゲートアレイ(FPGA)、または特定用途向け集積回路(ASIC)を含むことができる。幾つかの例では、システム・コントローラ105は、リアルタイムシミュレータ/エミュレータを使用できるか、または、リアルタイムに実行することができる。
幾つかの例では、モータコントローラアルゴリズム115A、115B、115Cの数を、異なるモータ負荷の数により決定することができる。例えば、システム100が駆動するための3つの異なるタイプの負荷(即ち、モータ)140を有する場合、3つのモータコントローラアルゴリズム115A、115B、115Cを、負荷(即ち、モータ)140に固有な各モータ制御アルゴリズム115A、115B、115Cで開発することができる。別の例では、3つの負荷140が同一の機能を実施する場合、全ての3つの負荷を、単一のモータ制御アルゴリズム115A、115B、または115Cを用いて電力供給することができる。
制御切替えネットワーク120は1つまたは複数のインバータ125を動的に構成でき、その各々を、特定の制御アルゴリズム115A、115B、115C、または共通の制御アルゴリズム115A、115B、115Cにより駆動でき、それらは、システム・コントローラ105により提供されたCSN制御信号122に従って制御切替えネットワーク120を通じて経路付けされる。幾つかの例では、制御切替えネットワーク120を出入りする信号間の時間遅延を最小化してモータドライブ性能を改善することができる。
制御切替えネットワーク120はソフトウェアベースのまたはハードウェア・ベースの実装を有することができる。幾つかの例では、ソフトウェアでコードされた制御切替えネットワーク120を、例えば限定ではなく、組込み型コントローラ、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。他の例では、制御切替えネットワーク120を、例えば限定ではなく、複雑プログラム可能論理デバイス(CPLD)、ASIC、またはFPGAのようなハードウェアデバイスを用いて実装することができる。
幾つかの例では、電力切替えネットワーク130を、システム・コントローラ105からのPSN制御信号132を用いて、モータ制御システム110からの1つまたは複数の特定の制御アルゴリズム115A、115B、115Cごとに1つまたは複数の負荷140を駆動するための1つまたは複数のインバータ125に接続するように動的に構成することができる。幾つかの例では、電力切替えネットワーク130は短絡および/または過電流保護デバイスとして動作することができる。この場合、短絡されたまたは過電流の負荷140に関連付けられたPSN130の電力スイッチ(複数可)は、障害が検出されたとき、オープンである。
電力切替えネットワーク130を、電力スイッチを用いて実装でき、その幾つかの非限定的な例は固体状態中継器、機械的中継器、トランジスタ、および他の制御可能電力スイッチを含む。システム・コントローラ105は、PSN制御信号132を用いて各電力スイッチを制御する。インバータ125は、DC電力(即ち、図1のVDC)を(例えば、異なる電圧レベル、周波数、波形等を有する)要求されたAC電力出力に変換して、システム・コントローラ105を有する選択されたモータアルゴリズム115A、115B、115Cに従って様々なACマシン(例えば、負荷140)を駆動する。インバータ125は、例えば限定ではなく、絶縁ゲート型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)を含むことができる。
制御切替えネットワーク120は、各モータ制御アルゴリズム115A、115B、115Cをインバータ125のうち任意の1つまたは複数と選択的かつ動的に接続できるように、十分な数の制御スイッチを含む。しかし、他の例では、インバータ125およびモータ制御アルゴリズム115A、115B、115Cの特定の組合せを、必要でないとして省略してもよく、これにより、制御切替えネットワーク120に含まれる制御スイッチの数を削減することができる。幾つかの場合、特定のモータ負荷は特定のモータ制御アルゴリズム115A、115B、115Cにより制御されるのが好ましい。例えば、ファンを駆動する誘導モータが、計算作業を削減するためにV/f制御アルゴリズムを優先させてもよい。経路他のモータ制御アルゴリズム115A、115B、115Cをこのモータに経路付けるPSN132の電力スイッチは必要ではなく、簡単のため省略してもよい。電力切替えネットワーク130は、インバータ125の各々を電気負荷140(即ち、モータM、M、・・・、M)のうち任意の1つまたは複数に選択的かつ動的に接続できるように、十分な数の電力スイッチを含む。同様に、他の例では、インバータ125および電気負荷140の特定の組合せを省略して、電力切替えネットワーク130に含まれる電力スイッチの数を削減してもよい。ある非限定的な例では、システム100は、3つのモータ制御アルゴリズム115A−115C、3つの負荷140、および5つのインバータ125を含む。この場合、15個の制御スイッチが、(3つのモータ制御アルゴリズム115および5つのインバータ125に対応する)CSN120に含まれ、15個の電力スイッチが、PSN130(5つのインバータ125および3つの負荷140に対応する)に含まれるが、これらの数は実装に基づいて変化してもよい。例えば、並列なインバータ125の数nが任意の適切な数であってもよい。その結果、この例における制御切替えネットワーク120の次元は(3xn)であり、電力切替えネットワーク130の次元は(nx3)である。同様に、負荷140の数が3より大きくてもよく、例えば、数jであってもよい。その結果、電力切替えネットワーク130の次元は(nxj)となる。
幾つかの例では、モジュラ変換器システム100は複数の段階に分割される。示すように、モジュラ変換器システム100はコントローラ段階145および電力供給段階150を含む。コントローラ段階145内のコンポーネント(例えば、システム・コントローラ105、モータ制御システム110)は、電力供給段階150内のコンポーネントと異なる電源領域内で動作することができる。例えば、コントローラ段階145を、コントローラ段階145コンポーネントを動作するのに適した(例えば、約1ボルト(V)および20Vの間の)相対的に低い電圧で電力供給してもよく、電力供給段階150は、負荷140を駆動するのに必要な出力電力を生成するのに適した(例えば、約100Vから1000Vまたはそれ以上の間の)相対的に高い電圧で電力供給される。さらに、幾つかの例では、電力供給段階150は、負荷140を駆動するための複数のフェーズ(例えば、3段階AC出力)を有する電力出力を提供するように構成される。かかる例では、インバータ125、電力切替えネットワーク130、および負荷140の間の各接続は3フェーズ電力接続を表してもよい。モジュラ変換器システム100のコンポーネントを複数の段階に分離することによって、コントローラ段階145のコンポーネントを、電力供給段階150の高電圧および/または電流を扱うように大きさを決める必要はない。結果として、コントローラ段階145は、一般により小さいおよび/またはあまりロッシーでないコンポーネントを含んでもよく、モジュラ変換器システム100の重さを減らし、その効率を改善する。
コントローラ段階145および電力供給段階150の間で通信される制御信号および/またはフィードバック信号は、電力供給段階150の高電圧(例えば、大DC電圧)がコントローラ段階145の低電圧コンポーネントに影響するのを防ぐように構成された隔離バリアと交差してもよい。示すように、システム・コントローラ105は制御信号107をモータ制御システム110と通信して、特定のモータ制御アルゴリズム115を選択する。モータ制御システム110は、制御切替えネットワーク120内で選択された経路(複数可)を介して送信され制御信号123としてインバータ125に配送されたモータ制御信号117として、選択されたアルゴリズム(複数可)を提供する。負荷140は、1つまたは複数のモータフィードバック信号142を、更新された制御のためにモータ制御アルゴリズム115に提供する。モータフィードバック信号142の幾つかの非限定的な例は電流、電圧、速度、および位置値を含む。
さらに他の例では、モジュラ変換器システム100は負荷140を負荷優先度因子に基づいて割り当てることができる。換言すれば、例えば、外部航空機システムにより(即ち、車両コントローラ102)により要求された負荷140の数がモジュラ変換器システム100により提供されうるものよりも大きい場合、モジュラ変換器システム100は負荷優先度因子による負荷を割り当てることができ、高優先度負荷140は低優先度負荷140の前に電力供給される。航空機が(車両コントローラ102を通じて)相対的に大きな負荷に対する要求、例えば、着陸ギアを下げるための要求を生成した場合、システム100は一時的に、当該着陸ギアに関連付けられた当該負荷(複数可)140に電力供給するためにインバータ125の一部または全部を再割り当てすることができる。当該着陸ギアが降りて固定されているとき、次いで、モジュラ変換器システム100は、インバータ125をそれらの過去の負荷140に(または新たな既存の負荷に)。再割り当てすることができる例えば、客室ファンを当該着陸ギアに電力供給することを優先して一時的に停止でき、当該客室ファンは当該着陸ギアが降りたときに再開される。
幾つかの例では、例えば、モジュラ変換器システム100の定格電力を集合的に超える過度の低優先度負荷140があるとき、モジュラ変換器システム100は、負荷140の一部または全部に低減された設定で電力供給してもよい。この方式では、全ての負荷140が電力供給されるが、より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、航空機客室ファン、照明、および娯楽システムは、モジュラ変換器システム100の定格電力を超えて同時に電力を要求する。結果として、モジュラ変換器システム100は、例えば、全電力を娯楽システムに提供できるが、客室ファン速度および点灯強度を微妙に下げて、電力需要全体を低下させる。
図2および3は、本明細書で説明する例に従う、モジュラ変換器システムの電力インバータ間の循環電流を軽減するための例示的な制御アーキテクチャを示す。一般に、アーキテクチャ200および300は、図1のシステム・コントローラ105の例示的な実装を表す。上の議論と一貫して、システム・コントローラ105は、車両コントローラコマンドを受信すること、当該コマンドを解釈すること、負荷および電力配分を決定すること、関連付けられたモータコントローラに対する信号を生成することのような機能をさらに含んでもよい。アーキテクチャ200、300に示した様々な論理およびモジュールをハードウェア、ファームウェア、および/またはソフトウェアで実装してもよい。
アーキテクチャ200はグローバルコントローラ段階205およびインバータ・コントローラ段階210を含む。グローバルコントローラ段階205は、複数の電力インバータにより生成された電流量Iabc(1、2、・・・、n)を受信するように構成された循環電流モジュール215を備える。循環電流モジュール215はさらに電流量Iabc(1、2、・・・、n)のうち様々なものを比較して、電流不均衡が当該電力インバータの間に存在するかどうかを判定するように構成される。
モジュラシステムでは、幾つかの電力インバータは、他と異なる電気特性を有してもよい。例えば、異なる電気特性が、長時間にわたるインバータモジュールの動作、および/またはインバータモジュールの交換に起因して生ずるかもしれない(実質的に厳密なマッチを発見することは実現不可能または不可能であるかもしれない)。当該異なる電気特性は、不均一な電流処理を当該電力インバータ間に生じさせるかもしれない。例えば、第1のおよび第2の電力インバータに対する同一の指令された電流は、実質的に当該第1のおよび第2の電力インバータによる異なる電流生成をもたらす可能性がある。当該異なる電気特性から生ずる当該電流不均衡は、性能を劣化させ、かつ/または、当該電力インバータを損傷させるかもしれない。
幾つかの例では、循環電流モジュール215はさらに循環電流Icirculation(1、2、・・・、n)が当該電力インバータの少なくとも2つの間に存在するかどうかを判定するように構成される。一般に、循環電流は、電力インバータにより生成され、当該電力インバータに関連付けられた負荷(複数可)に配送されるのではなく、並列に配置された1つまたは複数の他の電力インバータの間で循環する。当該循環電流に対応する電力の量を、「失われた」電力を考えることができる。なぜならば、それは当該関連付けられた負荷(複数可)に電力供給するために利用できないからである。
したがって、循環電流を最小化することは一般に、モジュラ変換器システムの効率的な動作に有用である。幾つかの例では、循環電流を最小化することはさらに、当該電力インバータ内の電流不均衡、当該電力インバータの電力損失、および当該電力インバータにより生成された電気雑音のうち1つまたは複数を軽減するように動作してもよい。幾つかの例では、循環電流からの電力損失を最小化することで、低容量インバータモジュールを使用でき、これが当該モジュラ変換器システムのサイズおよび/または重みを減らすことができる。
グローバルコントローラ段階205はさらに、零相電流量を計算するように構成された零相電流モジュール220を備える。当該電流量は、Idq_0として示されるが、代替的にId_0およびIq_0と表してもよい。グローバルコントローラ段階205はさらに、電流量Iabc(1、2、・・・、n)に基づいて、電流不均衡がモジュラ変換器システム内に存在するかどうかを判定し、インバータ・コントローラ270(1)−270(n)のうち1つを用いて選択された電力インバータのオフセット制御を可能とするためのイネーブル信号(Enable)230(1、2、・・・、n)を生成するように構成された、制御アプリケーションモジュール225を備える。
グローバルコントローラ段階205はさらに、回転速度コマンド235を合計ブロック242で受信し、ならびに測定されたモータ回転速度240を受信するように構成される。速度コマンド235とモータ速度240の差分が比例積分(PI)ブロック245に入力され、当該ブロックは、回転速度コマンド235を実現するための総システム電流量Iq_systemを出力する。速度コマンド235およびモータ速度240はモータの回転速度に関連するが、代替的な例は、他のタイプの負荷に関する任意の他の適切な動作パラメータおよび/または制御信号を含んでもよい。さらに、代替的な例は、比例積分微分(PID)ブロックのような異なるタイプのフィードバックコントローラを含んでもよい。
グローバルコントローラ段階205はさらには、モータ電流Iabc_motorおよび測定されたロータ位置250を基準系変換モジュール(abc−dq0)255で受信するように構成される。モータ電流Iabc_motorは一般に、制御されているモータの固定子電流を表し、並列な電力インバータ(Iabc(1、2、・・・n)の一部または全部)からの電流の和を含む。基準系変換モジュール(abc−dq0)255は電流量Idqを決定するように構成され、当該電流量を、代替的にIおよびIと表してもよい。アーキテクチャ200内で、基準系変換モジュール255は、グローバルレベルで含まれ、結果のシステム−レベル電流量Idqがインバータ・コントローラ270(1)−270(n)の各々に入力される。
インバータ・コントローラ段階210内で、複数のインバータ・コントローラ270(1)、・・・、270(n)はそれぞれ、循環電流Icirculation(1、2、・・・、n)、電流量Idq、当該負荷に電力供給するための対応するインバータモジュールに提供された電圧VDC、およびロータ位置250を受信するように構成される。インバータ・コントローラ270(1)乃至270(n)は、関連付けられたインバータモジュールのスイッチングを制御するためのゲート・コマンド275(1)乃至275(n)を生成するように構成される。幾つかの例では、ゲート・コマンド275(1)乃至275(n)は、関連付けられた電力インバータの要素を切り替えるためのパルス幅修正(PWM)信号を表す。例えば、各電力インバータは、3段階電力を生成するための6つのトランジスタを含んでもよく、この場合、各ゲート・コマンド275(1)、・・・、275(n)は、6つのトランジスタのゲートを駆動するための6つの信号を含む。
示すように、インバータ・コントローラ段階210はさらに、乗算ブロック260A乃至260Dおよび合計ブロック265A乃至265Dを含む。各インバータ・コントローラ270(1)、・・・、270(n)はさらには、電流コマンドIq_commandおよびId_commandを含む信号を受信するように構成される。幾つかの例では、総システム電流量Iq_systemは、インバータ・コントローラ270(1)、・・・、270(n)の各々に電流コマンドIq_commandとして入力される。一般に、Id_commandの値は、駆動されている負荷のタイプに基づいて変化しうる。
インバータ・コントローラ段階210の例示的な動作をインバータ・コントローラ270(1)に関して説明する。当業者は、これらの原理を他のインバータ・コントローラ270に適用してもよいことを理解するであろう。制御アプリケーションモジュール225が、電流不均衡がモジュラ変換器システム内に存在しないと判定するか、または少なくともオフセット制御がインバータ・コントローラ270(1)に要求されていないと判定したとき、イネーブル信号230(1)の値を論理ゼロに設定してもよい。結果として、乗算ブロック260A、260Bの各々の出力はゼロである。次いで、当該合計ブロック265A、265Bは夫々の、Iq_commandおよびId_commandの値をインバータ・コントローラ270(1)に出力する。しかし、イネーブル信号230(1)が論理1に設定されたとき、意味オフセット制御がインバータ・コントローラ270(1)に必要であり、Iq_0の値がIq_commandに合計ブロック265Aで追加され、Id_0がId_commandに合計ブロック265Bで追加される。合計ブロック265A、265Bの出力はインバータ・コントローラ270(1)に入力され、当該コントローラが次いで、当該電流不均衡を軽減するようにゲート・コマンド275(1)を適合させる。
図3は、システム・コントローラ105の別の例示的な実装を表すアーキテクチャ300を含む。明示的に述べた場合を除き、アーキテクチャ200と共通の要素が同様に動作すると想定してもよい。
アーキテクチャ300はグローバルコントローラ段階305およびインバータ・コントローラ段階310を備える。グローバルコントローラ段階305は、循環電流Icirculation(1、2、・・・、n)が電力インバータの少なくとも2つの間に存在するかどうかを判定するように構成された循環電流モジュール215を備える。グローバルコントローラ段階305では、総システム電流量Iq_systemはさらに、分割ブロック315を通じて処理され、当該ブロックは、選択されたインバータ・コントローラ325(1)乃至325(n)の間で総システム電流量Iq_systemの一部を均等に分配するように構成される。示すように、分割ブロック315は、インバータ・コントローラ325(1)乃至325(n)の数nで総システム電流量Iq_systemを除し、(Iq_system/n)の値をインバータ・コントローラ325(1)乃至325(n)の各々に分配するように構成される。他の例では、n個のインバータ・コントローラ325(1)乃至325(n)の選択されたサブセットを表す別の整数のように、分割ブロック315の除数がnと異なってもよい。
インバータ・コントローラ段階310内で、複数のインバータ・コントローラ325(1)、・・・、325(n)はそれぞれ、循環電流Icirculation(1、2、・・・、n)、当該負荷に電力供給するための対応するインバータモジュールに提供された電圧VDC、およびロータ位置250を受信するように構成される。上述のように、インバータ・コントローラ325(1)、・・・、325(n)はIq_commandの夫々の値を受信するように構成され、それらが幾つかの場合、総システム電流量Iq_system。を均等に配分するための(Iq_system/n)または他の適切な値であってもよい。インバータ・コントローラ325(1)乃至325(n)は、当該関連付けられたインバータモジュールのスイッチングを制御するためのゲート・コマンド330(1)乃至330(n)を生成するように構成される。幾つかの例では、ゲート・コマンド330(1)乃至330(n)は、当該関連付けられた電力インバータの要素を切り替えるためのパルス幅修正(PWM)信号を表す。
インバータ・コントローラ段階310はさらに複数の基準系変換モジュール(abc−dq0)320(1)、320(2)、・・・、320(n)を含む。各基準系変換モジュール320(1)、320(2)、・・・、320(n)は、夫々の電流量Iabc(1、2、・・・、n)およびロータ位置250を受信し、夫々の電流量Idq(1)、Idq(2)、・・・、Idq(n)を決定するように構成される。各電流量Idq(1)、Idq(2)、・・・、Idq(n)は夫々のインバータ・コントローラ325(1)、325(2)、・・・、325(n)に入力される。
アーキテクチャ300に示した例は、アーキテクチャ200に対する幾つかの利点を提供する。アーキテクチャ300は、電力インバータに対するオフセット制御を有効にするかどうかを判定するために、零相電流計算(即ち、零相電流モジュール220)または追加の制御アプリケーション論理を実施することを要求しない。有利なことに、零相電流の量を軽減することで、モジュラ変換器システムの効率的な性能が改善される。なぜならば、当該電力インバータにより生成されたより多くの電流を接続された負荷に配送できるからである。
さらに、電力インバータごとに1つの基準系変換モジュール320(1)、320(2)、・・・、320(n)を含めることによって、アーキテクチャ300は電力インバータごとに1つの電流ループを形成する。電力インバータごとに独立な電流ループを提供することで、対応するインバータ・コントローラ325(1)、325(2)、・・・、325(n)は、特定の負荷に提供される電流量を独立に制御することができる。独立な制御により、各インバータ・コントローラ325(1)、325(2)、・・・、325(n)は、当該対応する電力インバータの電流不均衡を軽減でき、ならびに電流制御エラーの深刻度を軽減して、当該電力インバータにもたらされる劣化および/または障害を回避することができる。
幾つかの例では、各電力インバータの独立な制御により、複数の電力インバータが相違なる電流不均衡を有するにもかかわらず、モジュラ変換器システムの正常な動作を継続することができる。当該複数の電力インバータ間に存在する電流不均衡は、当該電力インバータの製造中の変形に起因して生じる可能性があり、例えば、当該電力インバータの異なるインピーダンスを生じさせる。幾つかの例では、当該モジュラ変換器システムの当該電力インバータを異なるコンポーネントバッチから選択してもよく、または当該電力インバータのうち1つまたは複数を交換してもよい。当該電力インバータは、(例えば、電流波形の拡大を表す)ゲインパラメータおよび/または(例えば、電流波形のバイアスを表す)オフセットパラメータのような、当該電流不均衡を記述するための任意の適切なパラメータを有してもよい。当該電力インバータのインピーダンスがマッチしない場合、結果の電流不均衡により、相対的に大きな電流量が特定の電力インバータ(複数可)により生成される可能性があり、これは、障害当該電力インバータ(複数可)を故障させるか、または、当該電力インバータ(複数可)の過電流保護を常に妨害しうる。
図4は、本明細書で説明する例に従う、並列モジュラ変換器システム内で使用するための電流平衡システムを示す。電流平衡システム400は、配置構成300のインバータ・コントローラ段階310の1つの可能な実装を表し、1つのインバータ・コントローラ325(k)を用いた1つの電力インバータ125の独立な制御を示す。バランシング・システム400で示された様々な論理およびモジュールをハードウェア、ファームウェア、および/またはソフトウェアで実装してもよい。
ADC電圧VDCが、入力電磁気干渉(EMI)フィルタ404を通じて電力インバータ125に電力供給するために提供される電圧センサ402は、VDCの値をアナログ・デジタル変換器(ADC)モジュール420に提供し、VDCの値が引き続いてインバータ・コントローラ325(k)に入力される。
ゲート・コマンド330(k)に基づいて、ゲートドライバ415は電流量Iabc(k)を生成するように電力インバータ125(k)のスイッチを動作させ、当該電流量は、出力EMIフィルタ406でフィルタされ、電力切替えネットワーク130を通じてモータMのような特定の負荷に向けられる。電流センサ408は、Iabc(k)の値をADCモジュール424に提供し、当該値は引き続いてインバータ・コントローラ325(k)に入力される。位置センサ410は、ロータ位置の値をエンコーダモジュール426に提供し、当該値は引き続いてインバータ・コントローラ325(k)にロータ位置250として入力される。
電流量Iabc(k)およびロータ位置250は基準系変換モジュール(abc−dq0)320(k)に入力され、当該モジュールがI(k)およびI(k)の値を生成する。インバータ・コントローラ325(k)内で、合計ブロック430AがI(k)を指令された電流Iq_commandに対して比較し、差異がPIブロック435Aを通じて提供される。合計ブロック430BがI(k)を指令された電流Id_commandと比較し、差異がPIブロック435Bを通じて提供される。飽和ブロック440は当該出力を±VDC内に限定し、電流量Iおよびiを生成するように構成される
電流量I、iおよびロータ位置250が基準系変換モジュール(dq0−abc)442に入力され、当該モジュールがiabcの電流値を出力する。iabc値は、合計ブロック444内の当該循環電流Icirculation(k)と結合され、その出力が乗算ブロック446に提供される。合計ブロック444の出力はDC電圧VDCにより分割され、PWM生成モジュール448に提供され、当該モジュールはゲートドライバ415に対するゲート・コマンド330(k)を生成する。したがって、電流平衡システム400はインバータ125に対する電流ループ422(k)を形成する。
例示的な例では、システム・コントローラは、総システム電流量が当該複数の電力インバータの間で均等に分散するように初期電流コマンド(例えば、Iq_commandおよび/またはId_command)を生成する。例えば、当該電流コマンドIq_commandを電力インバータの数nにより除してもよく、量(Iq_command/n)が各インバータ・コントローラ325(k)に配送される。対応するゲート・コマンド330(k)が生成され、ゲートドライバ415への電力インバータ125に適用された後、システム・コントローラはそれに応答して、電力インバータ125により生成された電流量Iabc(k)を決定する。循環電流Icirculation(k)により生じたような電流不均衡が当該モジュラ変換器システムの少なくとも1つの電力インバータ125に対して決定されたとき、インバータ・コントローラ325(k)は、軽減する当該電流不均衡を軽減するように後続のゲート・コマンド330(k)を適合させる。
図5は、本明細書で説明する例に従う、複数の電力インバータが共通の負荷に電力を提供する例示的な構成を示す。配置構成500は一般に、図1のモジュラ変換器システム100の例示的な構成を示す。配置構成500では、電力インバータ125、125、・・・、125はそれぞれ、電力切替えネットワーク(PSN)130に入力される夫々の電流量Iabc(1)、Iabc(2)、・・・、Iabc(n)を生成する。PSN制御信号132に基づいて、電力インバータ125、125は共通の負荷505(即ち、モータM)と結合され、当該負荷は電流量Iabc(1)、Iabc(2)の合計を受信する。第2の負荷510(即ち、モータM)は電力インバータ125と結合され、電流量Iabc(n)を受信する。説明の簡単のため、他の電力インバータおよび負荷は示されていない。
図6は、本明細書で説明する例に従う、複数のインバータ・コントローラにより制御された複数の電力インバータの電流生成を制御する方法を示す。方法600は一般に、図3のアーキテクチャ300に従うもののような、モジュラ変換器システムに関連付けられたシステム・コントローラにより一般に実施される。
方法600は任意のブロック605で開始し、システム・コントローラが、指示モータ回転速度を実現するための総システム電流量を決定する。代替的な例では、当該負荷がモータとは異なるタイプであってもよく、システム・コントローラは、任意の他の適切な動作パラメータおよび/または制御信号を満たすことに基づいて総システム電流量を決定する。
任意のブロック610で、システム・コントローラは、当該複数の電力インバータの間で当該総システム電流量を均一に分配するための初期電流コマンドを生成する。1例では、当該総システム電流量が特定の負荷と並列に配置された幾つかの電力インバータにより分割され、それが、幾つかの場合、当該モジュラ変換器システムに含まれる電力インバータの総数より少なくてもよい。ブロック615で、システム・コントローラが複数の電流量を決定する、当該複数の電流量の各々は当該複数の電力インバータの各々により生成される。
任意のブロック620で、システム・コントローラが、当該初期電流コマンドを生成することに応答して、当該複数の電力インバータの各々の当該対応する電流量を比較する。任意のブロック625では、システム・コントローラは、当該比較に基づいて電流不均衡を決定する。
ブロック630で、システム・コントローラが、当該複数の電流量の各々の基準系を変換して、複数の変換された電流量を生成する。1例では、基準系変換は電力インバータごとに実施され、電力インバータごとに独立な電流ループ内に含まれる。当該独立な電流ループにより、当該対応するインバータ・コントローラは、特定の負荷に提供される電流量を独立に制御することができる。独立な制御により、システム・コントローラの各インバータ・コントローラは、当該対応する電力インバータの電流不均衡を軽減でき、ならびに電流制御エラーの深刻度を軽減して、当該電力インバータにもたらされる劣化および/または障害を回避することができる。
ブロック635で、システム・コントローラは、当該複数のインバータ・コントローラにより受信された複数の変換された電流量に基づいて、当該複数の電力インバータに対するゲート・コマンドを生成する。ブロック640で、システム・コントローラは、当該複数の電力インバータにより受信された当該生成されたゲート・コマンドを用いて、当該複数の電力インバータからの電力を共通の負荷に提供する。方法600はブロック640を完了した後に終了する。
当該様々な本開示の例の説明を例示の目的で提供したが、包括的であるか、または、開示された例に限定する意図はない。説明された例の範囲および趣旨から逸脱することない多数の修正および変形は当業者に明らかであろう。本明細書で使用された用語は、市場で見いだされる例、実践的適用、技術改善を最良に説明し、または、当業者が本明細書で開示された例を理解できるように選択されたものである
当業者により理解されるように、本開示の諸態様をシステム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具体化してもよい。したがって、本開示の諸態様が、もっぱらハードウェア例、もっぱらソフトウェアの例(ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む)または「回路」、「モジュール」または「システム」と一般に称され得る、ソフトウェアおよびハードウェア態様を結合した例の形態をとってもよい。さらに、本開示の諸態様は、コンピュータ可読プログラム・コードを組み込んだ1つまたは複数のコンピュータ可読媒体(複数可)で具体化されたコンピュータプログラム製品の形を取ってもよい。
1つまたは複数のコンピュータ可読媒体(複数可)の任意の組合せを利用してもよい。当該コンピュータ可読媒体がコンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体が、例えば、電子、磁気、光、電磁気、赤外線、または半導体システム、装置、またはデバイス、または上述の任意の適切な組合せであってもよいがこれらに限られない。当該コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例(非包括的なリスト)は、1つまたは複数の配線を有する電気接続、ポータブルコンピュータディスク、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読取専用メモリ(ROM)、消去可能プログラム可能読取専用メモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスク読取専用メモリ(CD−ROM)、光記憶装置、磁気記憶装置、または上述の任意の適切な組合せを含む。本明細書の文脈において、コンピュータ可読記憶媒体が、命令実行システム、装置、またはデバイスによりまたはそれらと接続して使用するためのプログラムを含むかまたは格納しうる任意の有形媒体であってもよい。
コンピュータ可読信号媒体は、例えば、ベースバンドでまたは搬送波の一部としてコンピュータ可読プログラム・コードを組み込んだ伝送データ信号を含んでもよい。かかる伝送信号は様々な形態の何れかであってもよく、電磁気、光、または任意の適切なその組合せを含むがこれらに限られない。コンピュータ可読信号媒体が、命令実行システム、装置、またはデバイスによりまたはそれらと接続して使用するためのプログラムを通信し、伝搬し、または転送しうる、コンピュータ可読記憶媒体ではない任意のコンピュータ可読媒体であってもよい。
コンピュータ可読媒体で具体化されたプログラム・コードを任意の適切な媒体を用いて送信してもよく、当該媒体は、無線、有線、光ファイバケーブル、RF、等、または上述の任意の適切な組合せを含むがこれらに限られない。
本開示の諸態様に関する動作を実行するためのコンピュータプログラム・コードが、Java(登録商標)、Smalltalk、C++等のようなオブジェクト志向プログラミング言語および「C」プログラミング言語または同様なプログラミング言語のような従来の手続き型プログラミング言語を含む、1つまたは複数のプログラミング言語の任意の組合せで書かれてもよい。当該プログラム・コードは、もっぱら当該ユーザのコンピュータで、部分的に当該ユーザのコンピュータで、スタンドアロンのソフトウェアパッケージとして、部分的に当該ユーザのコンピュータでおよび部分的にリモート・コンピュータで、またはもっぱら当該リモート・コンピュータまたはサーバで実行されてもよい。後者のシナリオにおいて、リモート・コンピュータを、ローカル領域ネットワーク(LAN)または広域ネットワーク(WAN)を含む、任意のタイプのネットワークを通じてユーザのコンピュータに接続してもよく、または当該接続を(例えば、インターネットサービスプロバイダを用いてインターネットを通じて)外部コンピュータに対して行ってもよい。
本開示の態様を、本開示の例に従う方法、装置(システム)およびコンピュータプログラム製品の流れ図および/またはブロック図を参照して上述した。流れ図および/またはブロック図の各ブロック、および当該流れ図および/またはブロック図におけるブロックの組合せを、コンピュータプログラム命令により実装できることは理解される。これらのコンピュータプログラム命令を、汎用目的コンピュータ、特殊な目的コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサをマシンに提供して、当該コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行される当該命令が、当該流れ図および/またはブロック図の1つまたは複数のブロックで指定された機能/動作を実装するための手段を生成するようにしてもよい。
これらのコンピュータプログラム命令をまた、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、または他のデバイスが特定の方式で機能するように指示できるコンピュータ可読媒体に格納して、当該コンピュータ可読媒体に格納された当該命令が当該流れ図および/またはブロック図の1つまたは複数のブロックで指定された機能/動作を実装する命令を含む製品を生成するようにしてもよい。
当該コンピュータプログラム命令をまた、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、または他のデバイスにロードして一連の動作ステップを当該コンピュータ、他のプログラム可能装置または他のデバイスで実施してコンピュータ実装されたプロセスを生成させて、当該コンピュータまたは他のプログラム可能装置で実行される当該命令が当該流れ図および/またはブロック図の1つまたは複数のブロックで指定された機能/動作を実装するためのプロセスを提供するようにしてもよい。
図面における流れ図およびブロック図は、様々な本開示の例に従うシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能、および動作を示す。この点、当該流れ図またはブロック図内の各ブロックは、モジュール、セグメント、または命令部分を表してもよく、これらは、指定の論理機能(複数可)を実装1つまたは複数の実行ファイルを含む。幾つかの代替的な実装では、当該ブロックに記載の機能を、図面で示した順序以外で実行してもよい。例えば、連続して示されている2つのブロックが、実際には実質的に並列に実行されてもよく、または、場合によっては当該ブロックを、関与する機能に応じて逆順で実行してもよい。当該ブロック図および/または流れ図の各ブロック、および当該ブロック図および/または流れ図におけるブロックの組合せを、当該指定の機能または動作を実施するかまたは特殊な目的ハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せを実行する特殊な目的ハードウェア・ベースのシステムにより実装することができることにも留意されたい。
さらに、本開示は以下の項に従う例を含む。
項1.複数の電力インバータ(125、125、・・・、125)であって、各電力インバータ(125)は、夫々の電流ループ(422(k))内に含まれ、対応する電流量(Iabc(k))を生成するように構成される、複数の電力インバータ(125、125、・・・、125)と、
複数のインバータ・コントローラ(325(1)、325(2)、・・・、325(n))であって、各インバータ・コントローラ(325(k))は当該複数の電力インバータの各々に関連付けられ、当該対応する電流量の基準系変換量(I(k)、I(k))を受信するように構成され、それにより各インバータ・コントローラは負荷(140)に提供された当該対応する電流量を独立に制御することができる、複数のインバータ・コントローラ(325(1)、325(2)、・・・、325(n))と、
を備える、電流平衡システム(100、400)。
項2.当該複数の電力インバータの少なくとも第1の電力インバータは当該複数の電力インバータの少なくとも第2の電力インバータと異なる電気特性を有し、当該第1の電力インバータと当該第2の電力インバータに提供された同一の指令電流量(Iq_command)は、当該複数の電力インバータの間での不均一な電流処理をもたらす、項1に記載のシステム。
項3.負荷に提供された当該対応する電流量を独立に制御するステップは、
当該複数の電力インバータ内の電流不均衡と、
当該複数の電力インバータの電力損失と、
当該複数の電力インバータの少なくとも2つの間の循環電流と、
当該複数の電力インバータにより生成された電気雑音と、
の1つまたは複数を軽減するように動作する、項1に記載のシステム。
項4.当該複数の電力インバータの少なくとも2つが共通の負荷(505)に電力を提供する、項1に記載のシステム。
項5.当該共通の負荷はモータ(M1、、・・・、M)を含む、項4に記載のシステム。
項6.当該複数のインバータ・コントローラはシステム・コントローラ(105)に含まれ、システム・コントローラはさらに、
指示モータ回転速度(235)を実現するための総システム電流量(Iq_system)を決定し(605)
当該複数の電力インバータの間で電流コマンド(Iq_command)をを生成して、当該総システム電流量を均一に分配する(Iq_system/n)を生成し(610)
ように構成されたグローバルコントローラ段階(305)を備えた、項1に記載のシステム。
項7.当該グローバルコントローラ段階はさらに、
当該電流コマンドを生成するステップに応答して、当該複数の電力インバータの各々に対応する当該電流量を比較し(620)、
当該比較に基づいて、当該複数の電力インバータの少なくとも2つの間に存在する循環電流(Icirculation(1)、Icirculation(2)、・・・、Icirculation(n))を決定する(625)、
ように構成された循環電流モジュール(215)を備え、
当該複数のインバータ・コントローラはさらに、当該決定された循環電流に基づいて当該負荷に提供された当該対応する電流量を調節するように構成される、
項6に記載のシステム。
項8.複数のインバータ・コントローラ(325(1)、325(2)、・・・、325(n))により制御された複数の電力インバータ(125、125、・・・、125)の電流生成を制御する方法(600)であって、
当該複数の電流量の各々は当該複数の電力インバータの各々により生成される、複数の電流量(Iabc(1)、Iabc(2)、・・・、Iabc(n))を決定するステップ(615)と、
当該複数の電流量の各々の基準系を変換して複数の変換された電流量(Idq(1)、Idq(2)、・・・、Idq(n))を生成するステップ(630)と、
当該複数のインバータ・コントローラにより受信された当該複数の変換された電流量に基づいて、当該複数の電力インバータに対するゲート・コマンド(330(1)、330(2)、・・・、330(n))を生成するステップ(635)と、
を含み、
当該生成されたゲート・コマンドの適用は当該複数の電流量のうち少なくとも1つを調節し、それにより当該複数の電力インバータの少なくとも2つの間の電流不均衡を軽減するように動作する、
方法。
項9.当該生成されたゲート・コマンドの適用はさらに、
当該複数の電力インバータの電力損失と、
当該複数の電力インバータの少なくとも2つの間の循環電流と、
当該複数の電力インバータにより生成された電気雑音と、
の1つまたは複数を軽減するように動作する、項8に記載の方法。
項10.当該複数の電力インバータの少なくとも第1の電力インバータは当該複数の電力インバータの少なくとも第2の電力インバータと異なる電気特性を有し、当該第1の電力インバータと当該第2の電力インバータに提供された同一の指令電流量(Iq_command)は、当該複数の電力インバータの間での不均一な電流処理をもたらす、項8に記載の方法。
項11.指示モータ回転速度(235)を実現するための総システム電流量(Iq_system)を決定するステップ(605)と、
初期電流コマンド(Iq_command)を生成して、複数の初期ゲート・コマンドを用いて当該複数の電力インバータの間で当該総システム電流量を均一に分配する(Iq_system/n)ステップ(610)と、
をさらに含み、
当該複数の電流量を決定するステップは当該初期ゲート・コマンドの適用に応答して実施される、
項8に記載の方法。
項12.当該初期ゲート・コマンドの適用に応答して、当該複数の電力インバータの各々により生成された当該対応する電流量を比較するステップ(620)と、
当該比較に基づいて当該電流不均衡が存在すると判定するステップ(625)
をさらに含む、項11に記載の方法。
項13.当該複数の電力インバータにより受信された当該生成されたゲート・コマンドを用いて、電力を当該複数の電力インバータから共通の負荷に(505)提供するステップ(640)をさらに含む、項8に記載の方法。
項14.当該共通の負荷はモータ(M1、、・・・、M)を含む、項13に記載の方法。
項15.1つまたは複数のコンピュータプロセッサの動作により実行されたとき、複数のインバータ・コントローラ(325(1)、325(2)、・・・、325(n))により制御された複数の電力インバータの電流生成(125、125、・・・、125)を制御する動作(600)を実施するコンピュータプログラム・コードを含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、当該動作は、
複数の電流量(Iabc(1)、Iabc(2)、・・・、Iabc(n))を決定するステップ(615)であって、当該複数の電流量の各々は当該複数の電力インバータの各々により生成される、ステップと、
当該複数の電流量の各々の基準系を変換して複数の変換された電流量(Idq(1)、Idq(2)、・・・、Idq(n))を生成するステップ(630)と、
当該複数のインバータ・コントローラにより受信された当該複数の変換された電流量に基づいて、当該複数の電力インバータに対するゲート・コマンド(330(1)、330(2)、・・・、330(n))を生成するステップ(635)と、
を含み、
当該生成されたゲート・コマンドの適用は、当該複数の電流量のうち少なくとも1つを調節し、それにより当該複数のインバータの少なくとも2つの間の電流不均衡を軽減するように動作する、
非一時的コンピュータ可読媒体。
項16.当該生成されたゲート・コマンドの適用はさらに、
当該複数の電力インバータの電力損失と、
当該複数の電力インバータの少なくとも2つの間の循環電流と、
当該複数の電力インバータにより生成された電気雑音と、
のうち1つまたは複数を軽減するように動作する、項15に記載のコンピュータ可読媒体。
項17.当該動作は、
指示モータ回転速度(235)を実現するための総システム電流量(Iq_system)を決定するステップ(605)と、
初期電流コマンド(Iq_command)を生成して、複数の初期ゲート・コマンドを用いて当該複数の電力インバータの間で当該総システム電流量を均一に分配する(Iq_system/n)ステップ(610)、
をさらに含み、
当該複数の電流量を決定するステップは当該初期ゲート・コマンドの適用に応答して実施される、
項15に記載のコンピュータ可読媒体。
項18.当該動作は、
当該初期ゲート・コマンドの適用に応答して、当該複数の電力インバータの各々により生成された当該対応する電流出力を比較するステップ(620)と、
当該比較に基づいて当該電流不均衡が存在すると判定するステップ(625)と、
をさらに含む、項17に記載のコンピュータ可読媒体。
項19.当該動作は、
当該複数の電力インバータにより受信された当該生成されたゲート・コマンドを用いて、電力を当該複数の電力インバータから共通の負荷(505)に提供するステップ(640)
をさらに含む、項15に記載のコンピュータ可読媒体。
項20.当該共通の負荷はモータ(M1、、・・・、M)を含む、項19に記載のコンピュータ可読媒体。
以上は本開示の例に関するが,他のさらなる本開示の例をその基本範囲から逸脱せずに考案することができ、その範囲は添付の特許請求の範囲により決定される。
102 車両コントローラ
105 システム・コントローラ
145 コントローラ段階
150 電力供給段階
205 グローバル・コントローラ段階
210 インバータ・コントローラ段階
215 循環電流モジュール
220 零相電流モジュール

Claims (14)

  1. 複数の電力インバータ(125、125、・・・、125)であって、各電力インバータ(125)は、夫々の電流ループ(422(k))内に含まれ、対応する電流量(Iabc(k))を生成するように構成された、複数の電力インバータ(125、125、・・・、125)と、
    複数のインバータ・コントローラ(325(1)、325(2)、・・・、325(n))であって、各インバータ・コントローラ(325(k))は前記複数の電力インバータの各々に関連付けられ、前記対応する電流量の基準系変換量(I(k)、I(k))を受信するように構成され、それにより各インバータ・コントローラは負荷(140)に提供され前記対応する電流量を独立に制御することができる、複数のインバータ・コントローラ(325(1)、325(2)、・・・、325(n))と、
    を備え
    前記複数のインバータ・コントローラはシステム・コントローラ(105)に含まれ、前記システム・コントローラはさらに、グローバルコントローラ段階(305)を備え、
    前記グローバルコントローラ段階はさらに、
    前記複数の電力インバータの各々に対応する前記電流量を比較し(620)、
    前記比較に基づいて、前記複数の電力インバータの少なくとも2つの間に存在する循環電流(I circulation (1)、I circulation (2)、・・・、I circulation (n))を決定する(625)
    ように構成された循環電流モジュール(215)を備え、
    前記複数のインバータ・コントローラはさらに、前記決定された循環電流に基づいて前記負荷に提供される前記対応する電流量を調節するように構成される、電流平衡システム(100、400)。
  2. 前記複数の電力インバータの少なくとも第1の電力インバータは前記複数の電力インバータの少なくとも第2の電力インバータと異なる電気特性を有し、前記第1の電力インバータと前記第2の電力インバータに提供された同一の指令電流量(Iq_command)は、前記複数の電力インバータの間での不均一な電流処理をもたらす、請求項1に記載のシステム。
  3. 負荷に提供され前記対応する電流量を独立に制御することは、
    前記複数の電力インバータ内の電流不均衡と、
    前記複数の電力インバータの電力損失と、
    前記複数の電力インバータの少なくとも2つの間の循環電流と、
    前記複数の電力インバータにより生成された電気雑音と、
    の1つまたは複数を軽減するように動作する、請求項1または2に記載のシステム。
  4. 前記複数の電力インバータの少なくとも2つが共通の負荷(505)に電力を提供する、請求項1乃至3の何れか1項に記載のシステム。
  5. 前記共通の負荷はモータを含む(M、M、・・・、M)、請求項4に記載のシステム。
  6. 前記複数のインバータ・コントローラはシステム・コントローラ(105)に含まれ、前記システム・コントローラはさらに、
    指示モータ回転速度(235)を実現するための総システム電流量(Iq_system)を決定し(605)、
    前記複数の電力インバータの間で前記総システム電流量を均一に分配する(Iq_system/n)ための電流コマンド(Iq_command)を生成する(610)
    ように構成されたグローバルコントローラ段階(305)を備える、請求項1乃至5の何れか1項に記載のシステム。
  7. 前記複数の電力インバータの各々に対応する前記電流量を比較すること(620)は、
    前記電流コマンドを生成することに応答して、前記複数の電力インバータの各々に対応する前記電流量を比較することを含む、請求項6に記載のシステム。
  8. 複数のインバータ・コントローラ(325(1)、325(2)、・・・、325(n))により制御された複数の電力インバータ(125、125、・・・、125)の電流生成を制御する方法(600)であって、前記方法は、
    複数の電流量(Iabc(1)、Iabc(2)、・・・、Iabc(n))を決定するステップ(615)であって、前記複数の電流量の各々は前記複数の電力インバータの各々により生成される、ステップと、
    前記複数の電流量の各々の基準系を変換して複数の変換された電流量(Idq(1)、Idq(2)、・・・、Idq(n))を生成するステップ(630)と、
    前記複数のインバータ・コントローラにより受信された前記複数の変換された電流量に基づいて、前記複数の電力インバータに対するゲート・コマンド(330(1)、330(2)、・・・、330(n))を生成するステップ(635)と、
    を含み、
    前記生成されたゲート・コマンドの適用は、前記複数の電流量のうち少なくとも1つを調節し、それにより前記複数の電力インバータの少なくとも2つの間の電流不均衡を軽減するように動作し、
    前記複数の電流量を決定するステップ(615)は、
    前記複数の電力インバータの各々に対応する前記電流量を比較するステップ(620)と、
    前記比較に基づいて、前記複数の電力インバータの少なくとも2つの間に存在する循環電流(I circulation (1)、I circulation (2)、・・・、I circulation (n))を決定するステップ(625)と、
    前記決定された循環電流に基づいて負荷に提供される前記対応する電流量を調節するステップと、
    を含む
    方法。
  9. 前記生成されたゲート・コマンドの適用はさらに、
    前記複数の電力インバータの電力損失と、
    前記複数の電力インバータの少なくとも2つの間の循環電流と、
    前記複数の電力インバータにより生成された電気雑音と、
    の1つまたは複数を軽減するように動作する、請求項8に記載の方法。
  10. 前記複数の電力インバータの少なくとも第1の電力インバータは前記複数の電力インバータの少なくとも第2の電力インバータと異なる電気特性を有し、前記第1の電力インバータと前記第2の電力インバータに提供された同一の指令電流量(Iq_command)は、前記複数の電力インバータの間での不均一な電流処理をもたらす、請求項8または9に記載の方法。
  11. 指示モータ回転速度(235)を実現するための総システム電流量(Iq_system)を決定するステップ(605)と、
    複数の初期ゲート・コマンドを用いて前記複数の電力インバータの間で前記総システム電流量を均一に分配する(Iq_system/n)ための初期電流コマンド(Iq_command)を生成するステップ(610)と、
    をさらに含み、
    前記複数の電流量を決定するステップは前記初期ゲート・コマンドの適用に応答して実施される、
    請求項8乃至10の何れか1項に記載の方法。
  12. 前記複数の電力インバータにより受信された前記生成されたゲート・コマンドを用いて、電力を前記複数の電力インバータから共通の負荷(505)に提供するステップ(640)をさらに含む、請求項8乃至11の何れか1項に記載の方法。
  13. 前記共通の負荷はモータを含む(M、M、・・・、M)、請求項12に記載の方法。
  14. 1つまたは複数のコンピュータプロセッサの動作により実行されたとき、複数のインバータ・コントローラ(325(1)、325(2)、・・・、325(n))により制御された複数の電力インバータ(125、125、・・・、125)の電流生成を制御する動作(600)を実施するコンピュータプログラム・コードを含む非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記動作は、
    複数の電流量(Iabc(1)、Iabc(2)、・・・、Iabc(n))を決定するステップ(615)であって、前記複数の電流量の各々は前記複数の電力インバータの各々により生成される、ステップと、
    前記複数の電流量の各々の基準系を変換して複数の変換された電流量(Idq(1)、Idq(2)、・・・、Idq(n))を生成するステップ(630)と、
    前記複数のインバータ・コントローラにより受信された前記複数の変換された電流量に基づいて、前記複数の電力インバータに対するゲート・コマンド(330(1)、330(2)、・・・、330(n))を生成するステップ(635)と、
    を含み、
    前記生成されたゲート・コマンドの適用は、前記複数の電流量のうち少なくとも1つを調節し、それにより前記複数の電力インバータの少なくとも2つの間の電流不均衡を軽減するように動作し、
    前記複数の電流量を決定するステップ(615)は、
    前記複数の電力インバータの各々に対応する前記電流量を比較するステップ(620)と、
    前記比較に基づいて、前記複数の電力インバータの少なくとも2つの間に存在する循環電流(I circulation (1)、I circulation (2)、・・・、I circulation (n))を決定するステップ(625)と、
    前記決定された循環電流に基づいて負荷に提供される前記対応する電流量を調節するステップと、
    を含む
    非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
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