特許 7279211 フィルタリング手段を含むＤＣ電力を三相ＡＣ電力に変換するシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-12

(45)【発行日】2023-05-22

(54)【発明の名称】フィルタリング手段を含むＤＣ電力を三相ＡＣ電力に変換するシステム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20230515BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 K

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022001672

(22)【出願日】2022-01-07

(62)【分割の表示】P 2018566501の分割

【原出願日】2017-06-16

(65)【公開番号】P2022046763

(43)【公開日】2022-03-23

【審査請求日】2022-02-07

(31)【優先権主張番号】1655813

(32)【優先日】2016-06-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】591007826

【氏名又は名称】イエフペ エネルジ ヌヴェル

【氏名又は名称原語表記】ＩＦＰ ＥＮＥＲＧＩＥＳ ＮＯＵＶＥＬＬＥＳ

(73)【特許権者】

【識別番号】517357424

【氏名又は名称】マヴェル ソシエタ ア レスポンサビリタ リミタータ

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＶＥＬ Ｓ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】フランチェセッティ、 マルコ

(72)【発明者】

【氏名】ベットーニ、 ダヴィデ

(72)【発明者】

【氏名】ディブ、 ヴィサム

【審査官】東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１００２０１３７（ＤＥ，Ａ１）

【文献】国際公開第１９８４／０００８５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０８－０４７２６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３つの整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）と、
コイル（Ｌｓ）及びＡＣ出力相毎に１つのキャパシタ（Ｃｓ）を有する、電圧及び電流における変化のための調整回路と、
前記整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）及び前記調整回路に接続された電気エネルギー回収モジュール（８）と、
接地に対する電圧Ｕｄｃが供給されるＤＣ入力相と、
を有し、
前記ＡＣ出力相が、前記整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）を形成する、直列に接続された２つの第１のコミュテータ（１）の間の前記整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）の中点に接続され、
前記コイル（Ｌｓ）の第１の端部が前記ＤＣ入力相に接続され、
前記整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）が前記コイル（Ｌｓ）の第２の端部に接続され、
前記整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）が、前記コイル（Ｌｓ）の前記第２の端部に一端が接続され、他端が接地される一つのブランチが備える、前記２つの第１のミュテータ（１）と、前記コイル（Ｌｓ）の前記第２の端部と前記２つの第１のコミュテータを含むブランチとの間の接合点に接続される、一つのブランチが備える２つの直列に接続されたダイオード（Ｄ）と、前記２つの第１のコミュテータの中点に位置する電流ＩｏのためのＡＣ出力（Ｅ）とを含み、
前記キャパシタ（Ｃｓ）の一端が、前記整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）の２つのダイオード（Ｄ）間の接合点に接続され、他端が前記整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）の出力（Ｅ）に接続され、
前記電気エネルギー回収モジュール（８）が、接合点Ｐに接続される３つのブランチを有し、該３つのブランチは、第２のコミュテータ（６）を有する、端部がフィルタ手段（７）の接合点（Ｊ）に接続される第１のブランチと、ダイオード（４）を有する、端部が接地された第２のブランチと、インダクタンス（Ｌｒｅｃ）を有する、端部が前記ＤＣ入力相に接続された第３のブランチとを含み、
前記２つのダイオード（Ｄ）を含む前記整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）のブランチのコイル（Ｌｓ）に接続されない端部と接地との間に配置される、電気エネルギーの一部の蓄積を可能にするキャパシタ（Ｃｏｖ）と、
前記電気エネルギー回収モジュール（８）の第３のブランチと接地との間に接続されるキャパシタ（Ｃｒｅｃ）とをさらに有する、ＤＣ電力を三相電力に変換する変換システムにおいて、
前記ＡＣ出力相毎に、フィルタリングキャパシタ（Ｃｆ）と、ダイオード（９）と直列に接続されたフィルタリングコイル（Ｌｆ）から形成された組立体とを含むフィルタリング手段を有し、
前記フィルタリング手段は、前記キャパシタ（Ｃｏｖ）と並列に配置され、
前記組立体は、前記２つのダイオード（Ｄ）を有する前記整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）のブランチの端部と前記フィルタリングコイル（Ｌｆ）の端部における接合点（Ｊ）との間に接続され、
前記フィルタリングキャパシタ（Ｃｆ）は、前記接合点（Ｊ）と接地との間に接続され、
各フィルタリング手段は、前記整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）と前記電気エネルギー回収モジュール（８）との間に接続され、
前記フィルタリングコイル（Ｌｆ）及び前記ダイオード（９）から形成された前記フィルタリング手段の各組立体は、フィルタリングモジュール（１０）に取り付けられ、
各フィルタリングモジュール（１０）が、前記整流アーム（Ａ、Ｂ、Ｃ）、前記調整回路及び前記電気エネルギー回収モジュール（８）を含むプリント基板に取り付けられた、変換システム。

【請求項2】

前記フィルタリングコイル（Ｌｆ）は、インダクタンスが０．５から５０μＨである、請求項１に記載の変換システム。

【請求項3】

前記フィルタリング手段の前記ダイオード（９）は、ショットキーダイオードである、請求項１または２に記載の変換システム。

【請求項4】

前記変換システムは双方向システムである、請求項１または２に記載の変換システム。

【請求項5】

少なくとも１つの電気エネルギー蓄積手段と三相電気機械（Ｍ）とを有するモータシステムであって、
前記電気エネルギー蓄積手段からのＤＣ電気エネルギーを前記三相電気機械用の三相ＡＣ電気エネルギーに変換する、請求項１から４のいずれか１項に記載の変換システムを有することを特徴とするモータシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気エネルギーを変換するコンバータの分野に関し、特に高速電動機及び／または可変速電動機に関する。

【背景技術】

【0002】

スタティックコンバータは、電気信号を異なる特性を有する他の電気信号に変換するのを可能にするシステムである。例えば、コンバータは、交流／交流変換器またはＡＣ／ＡＣコンバータと呼ばれる、交流電圧を周波数及び／または振幅が異なる他の交流電圧に変換することが可能である。他の例によれば、コンバータは、交流／直流変換器またはＡＣ／ＤＣコンバータと呼ばれる、交流電圧を直流電圧に変換することが可能である。直流電圧を交流電圧に逆変換するのに使用される装置はＤＣ／ＡＣコンバータと呼ばれる。最後に、コンバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータと呼ばれる、直流電圧を定格が異なる直流電圧に変換することが可能である。コンバータは、可逆的であってもよく、非可逆的であってもよい。一般に、変換には複数の制御コミュテータ（スイッチ）が使用される。

【0003】

１つまたは２つ以上の電気エネルギー蓄積システム（例えば、電池）を用いて電動機、具体的には永久磁石電動機を動作させる場合、ＤＣ電気エネルギーを三相ＡＣエネルギーに変換する必要がある。この変換は、ＤＣ／ＡＣコンバータによって実現できる。この種のコンバータは、互いの位相変位が１２０°であり、振幅が必要とされるトルクに比例し（但し、回転速度にも比例する）、周波数がコンバータに接続された電動機の回転速度に比例する、３つの正弦波電圧を供給することが必要とされる。

【0004】

従来のＤＣ／ＡＣコンバータは３つの整流アームを備えている。各整流アームは、２つの制御コミュテータと、該制御コミュテータと並列に配置される２つのダイオードとを有する。アームは、必要な電流負荷に応じて、並列に配置された複数の「サブアーム」から構成されていてもよい。電動機の各相は各アームの中点に接続される。各アームは、三相信号を生成するために、カットアウト間隔（cut-out interval）を通してコミュテータを開閉させることで個別に制御される。

【0005】

図１は、この種の従来のＤＣ／ＡＣコンバータを示している。電気エネルギー蓄積手段のＤＣ電圧はＵｄｃで示されている。三相モータＭは、電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃが供給される３つのコイルで概略的に示されている。該コンバータは、３つの整流アームＡ、Ｂ、Ｃを有し、各整流アームＡ、Ｂ、Ｃが電動機Ｍの１つの相に接続される。各整流アームは、２つのコミュテータ１と２つのダイオード２とを有する。整流アームＡ、Ｂ、Ｃは、電圧コンバータＵｄｃの２つのＤＣ入力相の間に並列に配置される。整流アームＡ、Ｂ、Ｃの出力相は、該整流アームの（２つのコミュテータ間の）中点に接続される。

【0006】

図２は、（図１を参照して上述した）従来のＤＣ／ＡＣコンバータにおけるデューティ比が５０％で一定であるスイッチのコマンド信号ＣＯＭと、コミュテータの各端子の電圧Ｕｄｃ及び電流Ｉｃを示している。コマンド信号ＣＯＭにおいて、矩形パルスの下部は開いたコミュテータに相当し、矩形パルスの上部は閉じたコミュテータに相当する。この種の整流方式は、ハードまたは「オン／オフ」（またはハードスイッチング）と呼ばれる。この構成のコンバータでは、電圧Ｕｄｃ及び電流Ｉｏでオーバーシュートが発生することが認められる。電流Ｉｏは、Ｉｃの常在値（permanent value）に相当し、電動機に送られる電流に相当する。

【0007】

したがって、この従来の構成のコンバータの主な欠点は以下の通りである。
・スイッチング損失：この構成は、高いスイッチング周波数のアプリケーションに相応しくない、それ故に、非常に高速に動作する電動機には相応しくない、大きなスイッチング損失を伴う。
・電流／電圧オーバーシュート：図２で示したように、この方式はスイッチの転流の瞬間に電圧及び電流のオーバーシュートを伴う。そのため、この種の動作では、該コンバータの設計（インバータとも呼ばれる）において様々な構成要素の電圧定格及び電流定格にマージンを設ける必要がある。その場合、使用する構成要素の寸法が過度に大きくなる（例えば、ＤＣバス電圧が３００Ｖである場合、電圧及び電流のオーバーシュートを考慮して定格電圧が６００ＶのＩＧＢＴコミュテータが使用される）。及び
・大きな電磁放射（ＥＭＣ）が生じる。

【0008】

これら「ハードスイッチング」方式の欠点（損失、高速モータに対する不適合性）の考察に基づいて、「ソフトスイッチング」構成が開発されている。その結果として、コミュテータの電流及び電圧オーバーシュートを制限するために、上述した回路にコイル及びキャパシタが付加される。コイルは電流の変化ｄｉ／ｄｔを調整し（「ターンオン」）、キャパシタは電圧の変化ｄｖ／ｄｔを調整する（「ターンオフ」）。さらに、回路を確実に動作させ、ゼロエネルギーバランスを確保するために、使用するエネルギー源の電圧と容量性回路との間の回路に抵抗器が付加される。この抵抗器は、この回路を確実に動作させ、容量性回路の端子の電圧のプルダウンを可能にする。この種のＤＣ／ＡＣコンバータの具体的な構成は、ＷＯ２０１１／０１６８５４号に記載されている。

【0009】

図３は、ソフトスイッチングのためのキャパシタＣｓ、コイルＬｓ、抵抗器Ｒ及びキャパシタＣｏｖを有する整流アーム（２つのコミュテータ１を含む）の簡略化された概略図を示している。この回路は、「Undeland snubber」の英語名で知られている。電圧Ｕｄｃは、ＤＣ電気エネルギー蓄積手段の複数の端子における電圧に相当する。コイルＬＳは、１つのＤＣ入力相Ｕｄｃと整流アームＡとの間に配置される。コイルＬｓと整流アームＡとの接合部からブランチが形成され、このブランチは、２つのダイオードＤを有し、抵抗器ＲとキャパシタＣｏｖの接合部まで配線される。抵抗器Ｒの他方の端部は、コンバータのＤＣ入力相に接続されている。キャパシタＣｓの他方の端部は、整流アームＡのＡＣ出力相に接続されている。キャパシタＣｏｖの他方の端部は接地される。キャパシタＣｓは、コミュテータの複数の端子における電圧の変化の調整を可能にする。このキャパシタは、複数のスイッチのソフトスイッチングに関するエネルギーの一部（proportion）を蓄積する。このエネルギーの残りは、より高い定格Ｃｏｖを有するキャパシタに蓄積される。キャパシタに蓄積されたエネルギーは、抵抗器を介して蓄積システム（電池）へ戻される。コイルＬｓは、コミュテータの複数の端子における電流の変化の調整を可能にする。実際には、コイルＬｓで生成されたエネルギーの全てがキャパシタＣｓに蓄積されるわけではなく、Ｃｓよりも高い定格を有する第２のキャパシタＣｏｖが必要になる。抵抗器は、システムを確実に動作させ、電圧Ｖｒｅｃのプルダウンを可能にする。

【0010】

図４は、図２と同様に、整流信号ＣＯＭ、「ソフト」スイッチングに関連するコミュテータの電圧Ｕｄｃ及び電流Ｉｃの変化を示している。コマンド信号ＣＯＭにおいて、矩形パルスの下部は開いたコミュテータに相当し、矩形パルスの上部は閉じたコミュテータに相当する。この図では、電圧Ｕｄｃ及び電流Ｉｃのオーバーシュートが「ハード」スイッチングと比べて低減していることが認められる。

【0011】

ソフトスイッチングの利点は以下の通りである。
・スイッチング損失の低減：この構成のコンバータは、高いスイッチング周波数に相応しく、それ故に、電動機の高速運転に使用できる。
・コミュテータの電圧及び電流のオーバーシュートが制限され、構成要素の寸法を過度に大きくする必要がなくなる。
・切替え時のコミュテータの複数の端子における電圧及び電流の変化は、Ｌｓ及びＣｓをそれぞれ選択することで調整される。

【0012】

この構成のコンバータは、様々な電気構成要素の特定の配置を必要とするため、これらの構成要素の組立てに時間がかかり、かつ複雑になる。さらに、この構成のコンバータは、受動構成要素のゼロエネルギーバランスを実現し、電圧Ｖｒｅｃをプルダウンすることを目的とする抵抗器でエネルギーを消散させる必要があるため、エネルギーの損失が発生してコンバータの効率が低下するという重大な欠点を有する。

【0013】

さらに、コンバータの設計上の別の制約は、コンバータの実装面積であり、該実装面積は許容される範囲内になければならない。

【発明の概要】

【0014】

これらの欠点を解消するため、本発明は、ＤＣ電力を三相電力に変換するシステムであって、３つの整流アーム、調整回路、電気エネルギー回収モジュール及びフィルタリング手段を有するシステムに関する。フィルタリング手段は、キャパシタと、ダイオードと直列に接続されたフィルタリングコイルから形成された組立体とを有する。ダイオードとコイルを組み合わせることで、より低いインダクタンスを有し、より体積が小さいコイルを選択することが可能になる。さらに、調整回路によって、ソフトスイッチングが実行され、それにより、特にコミュテータの電圧及び電流のオーバーシュートと共に、スイッチング損失が低減する。さらに、電気エネルギー回収モジュールは、コンバータの効率の最適化を可能にする。
本発明によるシステム
本発明は、ＤＣ電力を三相電力に変換するシステムであって、３つの整流アームと、前記変換システムのＡＣ出力相毎に１つのキャパシタ及びコイルを有する、電圧及び電流における変化のための調整回路と、前記整流アーム及び前記調整回路に接続された電気エネルギー回収モジュールとを有するシステムに関する。前記変換システムは、フィルタリングキャパシタと、ダイオードと直列に接続されたフィルタリングコイルから形成された組立体とを含むフィルタリング手段を、前記変換システムの出力相毎に有する。

【0015】

一実施態様によれば、前記フィルタリングコイルは、インダクタンスが０．５から５０μＨである。

【0016】

前記フィルタリング手段の前記ダイオードは、ショットキーダイオードであることが有利である。

【0017】

一実装例によれば、前記フィルタリングコイルと前記ダイオードから形成された前記フィルタリング手段の各組立体は、フィルタリングモジュールに取り付けられる。

【0018】

各フィルタリングモジュールは、前記整流アーム、前記調整回路及び前記電気エネルギー回収モジュールを有するプリント基板に搭載されることが好ましい。

【0019】

実施態様の一変形例によれば、前記フィルタリング手段は、前記変換システムの前記整流アームと前記電気エネルギー回収モジュールとの間に配置される。

【0020】

一特徴によれば、前記電気エネルギー回収モジュールは、少なくとも１つのインダクタンスと少なくとも１つのコミュテータとを含む。

【0021】

一構成によれば、前記電気エネルギー回収モジュールは、単一の接合点に接続された３つのブランチを有し、３つのブランチに、
コミュテータを有する第１のブランチと、
ダイオードを有する第２のブランチと、
インダクタンスを有する第３のブランチと、
を含む。

【0022】

前記調整回路の前記コイルは、前記変換システムのＤＣ入力相と前記整流アームの接合部との間に配置されることが有利である。

【0023】

前記調整回路の各キャパシタは、前記変換システムの１つのＡＣ出力相に接続され、かつ前記調整回路の前記コイル、前記整流アーム及びキャパシタの接合部に接続されることが好ましい。

【0024】

一変形例によれば、前記電気エネルギー回収モジュールは、前記変換システムのＤＣ入力相と、前記整流アーム及び前記調整回路の前記キャパシタの接合部との間に配置される。

【0025】

一実施態様によれば、各整流アームは、２つのコミュテータと２つのダイオードとを含み、前記変換システムの出力相が各整流アームの中点に接続される。

【0026】

さらに、前記変換システムは双方向システムであってもよい。

【0027】

さらに、本発明は、少なくとも１つの電気エネルギー蓄積手段と三相電動機とを有するモータシステムに関する。このモータシステムは、前記電気エネルギー蓄積手段からのＤＣ電気エネルギーを前記電動機用の三相ＡＣ電気エネルギーに変換する、上述した特徴のうちの１つの変換システムを有する。

【図面の簡単な説明】

【0028】

本発明によるシステムの他の特徴並びに利点は、非限定的な例として与えられる後述する実施形態の説明を添付の図面と併せて読むことで明らかになるであろう。

【0029】

本発明によるシステムの他の特徴並びに利点は、非限定的な例として与えられる後述する実施形態の説明を添付の図面と併せて読むことで明らかになるであろう。

【図1】従来技術によるハードスイッチングを行う、従来型のＤＣ／ＡＣコンバータを示す、説明済みの図である。

【図2】図１に示した構成のＤＣ／ＡＣコンバータの１つの相における整流信号、電圧及び電流を示す、説明済みの図である。

【図3】ソフトスイッチングを行う、従来技術によるＤＣ／ＡＣコンバータを示す、説明済みの図である。

【図4】図３に示した構成のＤＣ／ＡＣコンバータの１つの相における整流信号、電圧及び電流を示す、説明済みの図である。

【図5a】本発明の一実施態様によるコンバータ用の電気エネルギー回収モジュールの典型的な実施態様を示す図である。

【図5b】図５ａに示した電気エネルギー回収モジュールの等価抵抗モデルを示す図である。

【図6】本発明の一実施態様による変換システムの１つの相の電気回路を示す図である。

【図7】本発明によるフィルタリングモジュールの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本発明は、ＤＣ電気エネルギーを三相ＡＣ電気エネルギーに変換するＤＣ／ＡＣ変換システム（コンバータ）に関する。本発明による変換システムは、双方向（可逆的）システムであることが有利である。そのため、本発明による変換システムを用いると、三相ＡＣエネルギーをＤＣ電気エネルギーに変換することができる。

【0031】

通常、本発明による変換システムは、３つの整流アームと、１つのＤＣ入力相と、３つのＡＣ出力相とを有する。３つの整流アームの構成は、従来技術によるＡＣ／ＤＣコンバータの整流アームの構成と同様であってもよく、例えば、この構成は図１で示した構成であってもよい。そのため、各コンバータアームは、２つの制御コミュテータ（スイッチ）と２つのダイオードとを有していてもよい。該ダイオードは、コミュテータと並列に配置され、電流が単一方向へ流れるようにする。公知のように、コミュテータを制御することでＡＣ電圧を生成できる。変換システムの出力相は、整流アームの中点、すなわち２つのコミュテータ間に接続される。

【0032】

本発明の一特徴によれば、コミュテータには、ＭＯＳＦＥＴ型（英語“Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”の頭字語）及び／またはＩＧＢＴ型（英語“Insulated gate Bipolar Transistor”の頭字語）のコミュテータがなり得る。

【0033】

複数のコミュテータは、パルス幅変調法（英語では、“Pulse Width Modulation”に相当するＰＷＭで表される）で制御されることが好ましい。この変調法の一般的な原理によれば、選び出された複数の時間間隔にわたる離散状態の連続によって、所定の時間間隔に関する任意の平均中間値を得ることができる。

【0034】

後述する実装形態の様々なモードは、それらの効果及び利点を組み合わせるために、組み合わされてもよい。

【0035】

本発明によれば、変換システムは、さらに電圧及び電流調整回路を有する。電圧及び電流調整回路は、ソフトスイッチングを可能にし、スイッチング損失の制限、並びにコミュテータの電圧オーバーシュート及び電流オーバーシュートの制限を可能にする。調整回路は、電流の変化を調整する１つのコイルと、電圧の変化を調整する、相毎に１つのキャパシタとを有する。

【0036】

本発明の一実施態様によれば、調整回路は、整流システムの１つのＤＣ入力相と複数の整流アームとを接続する調整コイルを有する。さらに、整流回路は、ＡＣ出力相と、調整回路のコイルと複数の調整アームの接合部とを接続する、相毎に１つの調整キャパシタ（３つの整流アームにそれぞれ１つ、それ故に３つのキャパシタ）を含む。コイルは電流の変化ｄｉ／ｄｔを調整し（「ターンオン」）、キャパシタは電圧の変化ｄｖ／ｄｔを調整する（「ターンオフ」）。典型的な一実施態様によれば、本発明によるコンバータシステムの調整回路の構成は、抵抗器Ｒを含まない図３で示したソフトスイッチングの構成と一致してもよい。さらに、変換システムの３つのアームを作製するために、この回路を３度再現してもよい（整流アーム毎に１度）。加えて、エネルギー蓄積システムと電動機との接続は、図１で示した従来のコンバータの接続と同様であってもよい。

【0037】

本発明によれば、変換システムは、さらに電気エネルギー回収モジュールを有する。したがって、本変換システムは、従来技術においてエネルギーを消散する抵抗器を有していない。逆に、抵抗器に代わる電気エネルギー回収モジュールは、ソフトスイッチング及び変換システムのＤＣ相と接続された電気エネルギー蓄積手段（例えば、電池）に対するエネルギーの送信に関連して得られるエネルギーの回収によって、「ソフトスイッチング」と併用して得られる、または生成されるエネルギーの回収を可能にする。その結果、電気的損失が大きく低減する。電気エネルギー回収モジュールは、整流アームと調整回路とに接続されている。

【0038】

本発明によれば、変換システムは、さらにフィルタリング手段を有する。フィルタリング手段は、複数のＡＣ出力相における電圧及び電流の平滑化を可能にする。周知のように、フィルタリング手段は、コンバータの出力相毎にフィルタリングコイルとフィルタリングキャパシタとを有する。さらに、フィルタリング手段は、フィルタリングコイルと直列に接続されたダイオードを有する。この構成では、フィルタリング手段のコイルのインダクタンスを低減させることが可能であり、変換システムの実装面積を低減する効果を有する。実際のところ、ダイオードがない場合、最適なフィルタリングを確実に実現するには、１０ｃｍ×５ｃｍ程度の実装面積になり得る、定格が数百マイクロヘンリーのフィルタリングコイルを使用する必要があり、（本発明による）ダイオードを取り付けた場合、フィルタリングコイルを０．５マイクロヘンリーから５０マイクロヘンリーの定格にすることが可能であり、これは実装面積が１ｃｍ×１ｃｍ程度であることを示している。コイルのインダクタンスを低減させることのさらなる効果は、発熱が少なくなることであり、それにより変換システムの冷却の簡易化が可能になる。

【0039】

本発明の実行の一形態によれば、各フィルタリング手段は、変換システムの整流アームと電気エネルギー回収モジュールとの間に配置される。

【0040】

フィルタリング手段におけるフィルタリングコイルと直列に配置されるダイオードは、（非常に低い直流しきい値電圧及び非常に短いスイッチング時間を有するダイオードである）ショットキー型のダイオードであることが好ましい。該ダイオードは、整流アームから電気エネルギー回収モジュールへ電流が流れるように配置される。該ダイオードは、電気エネルギー回収モジュールの複数の端子における電圧スパイクの低減または除去を可能にする。該ダイオードは、電流フローの方向において、フィルタリングコイルの上流側に配置されることが好ましい。

【0041】

本発明の実行の一形態によれば、フィルタリング手段のコイルとダイオードで形成される組合せは、独立したフィルタリングモジュールに取り付けられる。用語「モジュール」は、所定の機能を実行するために全ての電子構成要素を組み合わせたユニット形式の独立した要素を示している。モジュール形式のこの実施態様は、簡単な組立てを可能にすると共に、変換システムのモジュール方式を確実にする。フィルタリングモジュールは、複数の整流アーム、調整回路及び電気エネルギー回収モジュールを有するプリント基板に搭載されることが好ましい。複数の整流アームは、電力モジュールと呼ばれるモジュール形式で作製することが有利である。そのため、変換システムは、フィルタリングモジュール（出力相毎に１つ）、電力モジュール（出力相毎に少なくとも１つ）及び電気エネルギー回収モジュールをプリント基板上で組み立てることで作製されてもよい。したがって、複数のユニットを個別にかつ標準的な方法で製造することが可能であり、変換システムはプリント基板上で組み立てられた様々なモジュール（ユニット）で構成される。変換システムの全ての電子構成要素は、単一の要素上で組み立てる必要はない。さらに、モジュール形式のこの実施態様は、メンテナンスを容易にして、欠陥のあるモジュールのみを交換することが可能であり、コンバータ全体を交換する必要が無くなる。この構成のさらなる利点は、標準モジュールを使用することが容易であり、所望の用途に応じて標準モジュールを選択できることである。

【0042】

可能性がある一構成例によれば、電気エネルギー回収モジュールは、少なくとも１つのインダクタンスと、少なくとも１つのダイオードと、少なくとも１つのキャパシタと、少なくとも１つのコミュテータとを有することができる。コミュテータは、エネルギーを回収して電気エネルギー蓄積手段へ送るのを可能とするために制御される。

【0043】

本発明の実施態様の一変形例によれば、電気エネルギー回収モジュールは、単一の接合点に接続された３つのブランチを有することが可能であり、これらのブランチには、
コミュテータを有する第１のブランチ、
ダイオードを有する第２のブランチ、及び
インダクタンスを有する第３のブランチが含まれる。

【0044】

そのため、変換システムのプリント基板は、高いスイッチング周波数に適合し、調整回路の動作のために付加される受動回路に関連する損失を最小限に抑制する、ソフトスイッチングコンバータの構成を用いるための特定の方法で修正できる。

【0045】

図５ａは、この種の電気エネルギー回収モジュールを概略的にかつ非限定的に表している。電気エネルギー回収モジュールは、単一の接合点Ｐに接続される３つのブランチを有しており、これらのブランチには、
コミュテータ６を有する第１のブランチ、
（ダイオード自体の各端子における電圧の関数として電流ｉＬが流れる）ダイオード４を有する第２のブランチ、及び
インダクタンスＬｒｅｃを有する第３のブランチが含まれる。

【0046】

図５ａにおいて、キャパシタ５は、電気エネルギー蓄積手段（電池）のキャパシタンスを表し、回収モジュールの構成要素ではない。キャパシタ５は、インダクタンスＬｒｅｃと接地との間に配置されている。

【0047】

さらに、キャパシタ３は、キャパシタンスＣｒｅｃを表し、回収モジュールの構成要素ではない。キャパシタ３は、コミュテータと接地との間に配置されている。

【0048】

ダイオード４は、３つのブランチの接合点と接地との間に配置されている。

【0049】

コミュテータ（そのデューティ比）を制御することで、ＶｒｅｃとＵｄｃとの間を流れる電流ｉＬ（電池へ送られる電流）を制御することが可能である。

【0050】

したがって、回収モジュールと電気エネルギー蓄積手段のキャパシタで形成される組合せを考慮すると、結果として生じる組合せは、点Ｐと接地との間に配置された３つの並列なブランチから形成されており、これらのブランチには、
コミュテータ６とキャパシタ３とを有する第１のブランチ、
ダイオード４を有する第２のブランチ、及び
インダクタンスＬｒｅｃと電気エネルギー蓄積手段のキャパシタンス５とを有する第３のブランチが含まれる。

【0051】

コミュテータが閉じると、ダイオードが遮断モードとなり、コイルＬｒｅｃを流れる電流ｉＬ（図５ａに表されている）は

【0052】

【数1】

【0053】

に等しくなる。

【0054】

コミュテータが開くと、ダイオードが導通モードになり、コイルＬｒｅｃを流れる電流ｉＬ（図５ａに表されている）は

【0055】

【数2】

【0056】

に等しくなる。

【0057】

したがって、コミュテータの開閉時間を制御することで、電流ｉＬの平均値を制御することが可能であり、抵抗回路と同等の機能を実現できる。

【0058】

図５ｂは、図５ａで示した電気エネルギー回収モジュールの等価電気回路図を非限定的に表している。電気エネルギー回収モジュールは、電流ｉＬが流れるが、電気エネルギーを消散しない等価抵抗Ｒｅｑと等価である。

【0059】

この実施態様の変形例では、電気エネルギー回収回路内の平均電流

【0060】

【数3】

【0061】

を以下のように表すことができる。

【0062】

【数4】

【0063】

ここで、
Ｔはコミュテータのスイッチング周期、
Ｖｒｅｃは回収電圧、
ＵｄｃはＤＣ入力相電圧、
Ｌｒｅｃは回収モジュールのインダクタンス、
Ｒｅｑは等価抵抗、
Ｆｓｗはスイッチのスイッチング周波数を示している。

【0064】

この種のエネルギー回収モジュールは、調整回路を備える変換システム内に配置され、電気エネルギー回収モジュールは、変換システムの１つのＤＣ入力相と、調整回路の整流アームとキャパシタの接合部との間に配置されることが好ましい。図５ａで示した実施態様では、電気エネルギー回収モジュールを、
変換システムの（電圧Ｕｄｃにおける）ＤＣ入力相に接続された回収モジュールのポイントが、インダクタンスＬｒｅｃと第２のキャパシタ５（このキャパシタは電池のキャパシタンスである）との間の回収モジュールの第３のブランチのポイントに対応し、
（電圧Ｖｒｅｃにおける）整流アームと調整回路のキャパシタの接合部に接続された回収モジュールのポイントが、コミュテータ６と第１のキャパシタ３との間の回収モジュールの第１のブランチのポイントに対応するように接続できる。

【0065】

図６は、（フィルタリングコイルと直列に接続されたダイオードを含む）本発明の実施態様の一形態による変換システムの電気回路を概略的にかつ非限定的に示している。この図の理解を容易にするため、後段は、変換システムの１つの三相出力に関する単一の整流アームを備えた回路を示しており、この回路が他の２つの相に関しても再現される。この変換システムは、
接地に対して電圧Ｕｄｃが供給されるＤＣ入力相と、
第１の端部がＤＣ入力相と接続された調整コイルＬｓと、
一端が調整コイルＬｓの第２の端部に接続され、他端が接地された、１つのブランチの直列に接続された２つのコミュテータ１、調整コイルＬｓの第２の端部と２つのコミュテータ１を備える１つのブランチとの接合点に接続された、直列に接続された２つのダイオードＤ、並びに２つのコミュテータ１の中点に位置し、電流ＩｏのＡＣ出力Ｅを有する、調整コイルＬｓの第２の端部と接続された整流アーム１２と、
一方の端部が整流アーム１２の２つのダイオードＤの接合点と接続され、他方の端部が整流アーム１２の出力Ｅに接続された調整キャパシタＣｓと、
電気エネルギーの一部の蓄積を可能にする、２つのダイオードＤを有する、整流アーム１２のブランチの（調整コイルＬｓに接続されていない）端部と接地との間に配置されたキャパシタＣｏｖと、
フィルタリング機能を実行するフィルタリングコイルＬｆ及び該フィルタリングコイルＬｆと直列に接続されたダイオード９から構成され、２つのダイオードＤを保持する整流アーム１２のブランチの端部とフィルタリングコイルＬｆの端部の接合点Ｊとの間に接続されたユニット、並びに該接合点Ｊと接地との間に接続されたフィルタリングキャパシタＣｆを有する、キャパシタＣｏｖと並列に配置された、２つのダイオードＤを有する整流アーム１２のブランチの端部と接地との間に接続されたフィルタリング手段７と、
コミュテータ６を有する、端部がフィルタリング手段７の接合点Ｊと接続された第１のブランチ、ダイオード４を有する、端部が接地された第２のブランチ、並びにインダクタンスＬｒｅｃを有する、端部が変換システムのＤＣ入力相と接続された第３のブランチを含む、図５ａで示した電気エネルギー回収モジュールと同一であり、接合点Ｐに接続された３つのブランチを有する電気エネルギー回収モジュール８と、
Ｃｒｅｃで示される、電気エネルギー回収モジュール８の第３のブランチの端部と接地との間に接続された（すなわち、コイルＬｒｅｃと接続された）キャパシタ５と、
を有する。

【0066】

図６で示した実施態様の形態に関して、限定されるものではないが、一例として、以下の定格を有する構成要素を用いることができる。

【0067】

Ｌｓ～＝３００μＨ
Ｃｓ～＝６．８ｎＦ
Ｃｏｖ～＝２８２０ｎＦ（６＊４７０ｎＦ：６つの並列接続キャパシタから形成される）
Ｖｒｅｃ～＝１．１５Ｖｂｕｓ
Ｌｒｅｃ＝２１μＨ
Ｃｒｅｃ＝２７．２ｎＦ（６．８ｎＦ×４：４つの並列接続キャパシタから形成される）
Ｌｆ＝２．２μＨ
Ｃｆ＝１０μＦ＋４７０ｎＦ＝１０．４７μＦ、及び
コミュテータの種類：ＩＧＢＴ。

【0068】

図７は、本発明の一実施態様によるフィルタリングモジュールを概略的かつ非限定的に示している。フィルタリングモジュール１０は、コイルＬｆと直列に接続されたダイオード９を有する。フィルタリングモジュールは、ダイオード９及びコイルＬｆの端部において、コンバータの他の要素と電気的に接続するための電気的接続手段１２を有する。さらに、フィルタリングモジュールは、フィルタリングモジュール自体をプリント基板に取り付けるためのオリフィス１１を有する。取付けは、ねじ止め、スナップ嵌め（クリップオンアタッチメント）、はんだ付け、または任意の同様の手段によって実現できる。

【0069】

本発明の実施態様の一変形例によれば、変換システムは、２つの相における電流を測定する少なくとも２つの電流プローブを有することができる。

【0070】

本発明の実施態様の一変形例によれば、変換システムは、相間の合成電圧（compound voltage）を測定する少なくとも２つの絶縁された電圧プローブを有することができる。

【0071】

これらの電流センサ及び電圧センサは、複数の整流アームの制御に貢献できる。

【0072】

本発明による変換システムは、全ての種類の用途において、具体的には、非常に高速に回転し、高いインバータ（コンバータ）出力を有する電動機に関して、該電動機の動作を可能にする。

【0073】

本発明によるコンバータは、具体的には車両、特に地上車、航空用または海軍用ビークルにおけるオンボード用途向けにデザインできる。

【0074】

本発明による変換システムは、タービン、マイクロタービンまたは風力タービンを含む電気エネルギーの生成に関するオフボード用途に使用することもできる。

【0075】

本発明は、さらに電気エネルギーを蓄積する少なくとも１つの手段、例えば電池と、１つの三相電動機、例えば永久磁石電動機とを有するモータシステムに関する。モータシステムは、電気エネルギー蓄積手段からのＤＣ電気エネルギーを電動機用の三相ＡＣ電気エネルギーに変換する、及びその逆の変換を行う可能性がある、前述した実施態様のうちの１つ（またはこれらの実施態様の組合せのうちの１つ）による変換システムを有する。そのため、変換システムによって電動機を動作させることが可能であり、同時に電気的損失を抑制することができる。さらに、変換システムが双方向（可逆的）システムである場合、電動機が回転することで生成される電気エネルギーを（例えば、電池に）蓄積することも可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7】