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特許7571145マトリックスコンバータの制御回路にＤＣ電源を供給するための装置および方法
(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】2024-10-11
(45)【発行日】2024-10-22
(54)【発明の名称】マトリックスコンバータの制御回路にＤＣ電源を供給するための装置および方法
(51)【国際特許分類】
H02M 5/04 20060101AFI20241015BHJP
【ＦＩ】
H02M5/04 Z
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2022544070
(86)(22)【出願日】2021-01-20
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-27
(86)【国際出願番号】 US2021014160
(87)【国際公開番号】W WO2021150593
(87)【国際公開日】2021-07-29
【審査請求日】2024-01-10
(31)【優先権主張番号】16/748,585
(32)【優先日】2020-01-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】505194077
【氏名又は名称】アイティーティー マニュファクチャーリング エンタープライジズ エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100179062
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 正
(74)【代理人】
【識別番号】100199565
【弁理士】
【氏名又は名称】飯野 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100212705
【弁理士】
【氏名又は名称】矢頭 尚之
(74)【代理人】
【識別番号】100219542
【弁理士】
【氏名又は名称】大宅 郁治
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】ウィリアムズ、ディーン・ピー．
【審査官】麻生 哲朗
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－００４５５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／１５３５７１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００８－２９５２１９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ５／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気モータのモータ駆動回路として構成されたダイレクトＡＣ－ＡＣマトリックスコンバータであって、多相ＡＣ入力電圧を受信するように構成された複数のＡＣ入力、および多相ＡＣ出力電圧を出力するように構成された複数のＡＣ出力を含むスイッチのアレイであって、前記複数のＡＣ入力が中間ＤＣステージなしで前記スイッチのアレイを通して前記ＡＣ出力に接続される、スイッチのアレイと、
前記多相ＡＣ入力電圧から前記多相ＡＣ出力電圧を合成するために前記スイッチのアレイを制御するように構成された制御回路と、
クランプ回路が前記スイッチのアレイのＡＣノードに外部接続されるように、前記クランプ回路の入力において前記複数のＡＣ入力に電気的に接続され、前記クランプ回路の出力において前記複数のＡＣ出力に電気的に接続されたクランプ回路であって、前記クランプ回路は、第一のクランプノードと、第二のクランプノードと、前記第一のクランプノードと前記第二のクランプノードとの間に接続され、前記制御回路のＤＣ供給電圧を生成するように動作可能なスイッチモード電源と、前記第一のクランプノードから前記第二のクランプノードへの放電経路と、前記第一のクランプノードと前記第二のクランプノードとの間の過電圧状態を検出することに応答して前記第一のクランプノードから前記第二のクランプノードへの前記放電経路に沿って放電電流を起動するように構成された放電起動回路とを含む、クランプ回路と、
を備える、マトリックスコンバータ。
【請求項2】
前記放電電流は、キャパシタを含まない放電経路を通して前記第一のクランプノードから前記第二のクランプノードに流れる、請求項１に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項3】
前記クランプ回路が、前記第一のクランプノードと前記第二のクランプノードとの間に放電装置と直列のクランプ抵抗器を備え、前記放電起動回路が、前記過電圧状態を検出することに応答して前記放電電流を起動するために前記放電装置をオンにするように構成される、請求項１に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項4】
前記クランプ抵抗器および前記放電装置が、介在する構成要素なしに前記第一のクランプノードと前記第二のクランプノードとの間に直列に直接接続されている、請求項３に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項5】
前記クランプ抵抗器が、それを通して電流を流すための電流経路を含み、前記電流経路が、前記電流を実質的に反対の方向に流し、それによって磁界の解消をもたらす、第一の部分および第二の部分を含む、請求項３に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項6】
前記クランプ回路が、それぞれが、前記ＡＣ入力のそれぞれ一つに電気的に接続された陽極と、前記第一のクランプノードに電気的に接続された陰極とを有する、第一の複数の入力ダイオードと、
それぞれが、前記ＡＣ入力のそれぞれ一つに電気的に接続された陰極と、前記第二のクランプノードに電気的に接続された陽極とを有する、第二の複数の入力ダイオードと、
それぞれが、前記ＡＣ出力のそれぞれ一つに電気的に接続された陽極と、前記第一のクランプノードに電気的に接続された陰極とを有する、第一の複数の出力ダイオードと、
それぞれが、前記ＡＣ出力のそれぞれ一つに電気的に接続された陰極と、前記第二のクランプノードに電気的に接続された陽極とを有する、第二の複数の出力ダイオードと、をさらに備える、請求項３に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項7】
前記クランプ抵抗器が、中間ノードで前記放電装置に電気的に接続され、前記クランプ回路が、前記クランプ抵抗器と並列に電気的に接続され、前記第一のクランプノードに電気的に接続された陰極と、前記中間ノードに電気的に接続された陽極とを有する、ダイオードをさらに備える、請求項３に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項8】
前記制御回路が、前記ＤＣ供給電圧によって給電されるデジタル処理回路を備える、請求項１に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項9】
前記スイッチのアレイが、前記複数のＡＣ入力と前記複数のＡＣ出力との間に電気的に接続された複数の双方向スイッチを備え、前記マトリックスコンバータが、それぞれ前記複数の双方向スイッチのそれぞれ一つを制御するように構成された複数のドライバ回路をさらに備える、請求項１に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項10】
前記制御回路が、前記ＤＣ供給電圧によって給電され、前記複数のドライバ回路に複数の入力信号を提供するように動作可能なデジタル処理回路を備える、請求項９に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項11】
前記ＤＣ供給電圧を受信するようにそれぞれ構成された複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータをさらに備え、前記複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータが、前記ドライバ回路のそれぞれ一つに対して変換されたＤＣ電圧を生成するようそれぞれ構成される、請求項９に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項12】
ダイレクトＡＣ－ＡＣマトリックスコンバータにＤＣ電源を供給する方法であって、制御回路を使用してスイッチのアレイを制御して、多相ＡＣ入力電圧からの多相ＡＣ出力電圧を合成することであって、前記スイッチのアレイが前記多相ＡＣ入力電圧を受信するように構成された複数のＡＣ入力と、前記多相ＡＣ出力電圧を出力するように構成された複数のＡＣ出力とを含み、前記複数のＡＣ入力が中間ＤＣステージなしで前記スイッチのアレイを通して前記ＡＣ出力に接続される、合成することと、
クランプ回路が前記スイッチのアレイのＡＣノードに外部接続されるように、前記クランプ回路の入力において前記スイッチのアレイの前記複数のＡＣ入力と前記スイッチのアレイの前記複数のＡＣ出力に接続されたクランプ回路を起動させることであって、前記起動させることは、過電圧状態に応答して行われ、第一のクランプノードと第二のクランプノードとの間の前記過電圧状態を検出する放電起動回路に応答して、前記第一のクランプノードから前記第二のクランプノードへの放電経路に沿って、前記第一のクランプノードから前記第二のクランプノードへの放電電流を起動することを含む、起動させることと、
前記クランプ回路のスイッチモード電源を使用して、前記制御回路のＤＣ供給電圧を生成することであって、前記スイッチモード電源が前記第一のクランプノードと前記第二のクランプノードとの間に接続される、生成することと、
を含む、方法。
【請求項13】
前記クランプ回路を起動することが、前記過電圧状態を検出することに応答して放電装置をオンにすること、およびクランプ抵抗器と前記放電装置の直列組み合わせを介して、前記第一のクランプノードから前記第二のクランプノードに前記放電電流を流すことをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記第一のクランプノードと前記第二のクランプノードとの間の電圧差を閾値電圧と比較することによって前記過電圧状態を検出することに基づいて、前記放電装置を選択的にオンにすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記制御回路を使用して前記スイッチのアレイを制御することが、制御回路を使用して複数のスイッチドライバに複数の入力信号を提供する前記複数のスイッチドライバを使用して、前記アレイの複数の双方向スイッチを制御すること、および前記ＤＣ供給電圧を使用して前記制御回路に給電することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記ＤＣ供給電圧を、複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに供給することと、前記複数のスイッチドライバの各々に、前記絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれ一つから変換されたＤＣ電圧で給電することと、をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
多相ＡＣ入力電圧を受信するように構成された複数のＡＣ入力および多相ＡＣ出力電圧を出力するように構成された複数のＡＣ出力を有するスイッチアレイであって、前記スイッチアレイが複数の双方向スイッチを備え、複数のＡＣ入力が中間ＤＣステージなしで前記スイッチのアレイを通して前記ＡＣ出力に接続される、スイッチアレイと、各々、前記複数の双方向スイッチのそれぞれ一つを制御するように構成された複数のドライバ回路と、
複数の入力信号を前記複数のドライバ回路に提供するように構成された制御回路と、
クランプ回路が前記スイッチのアレイのＡＣノードに外部接続されるように、前記クランプ回路の入力において前記複数のＡＣ入力に電気的に接続され、前記クランプ回路の出力において前記複数のＡＣ出力に電気的に接続されたクランプ回路であって、前記クランプ回路は、第一のクランプノードと、第二のクランプノードと、前記第一のクランプノードと前記第二のクランプノードとの間に接続され、前記制御回路のＤＣ供給電圧を生成するように動作可能なスイッチモード電源と、前記第一のクランプノードから前記第二のクランプノードへの放電経路と、前記第一のクランプノードと前記第二のクランプノードとの間の過電圧状態を検出することに応答して前記第一のクランプノードから前記第二のクランプノードへの前記放電経路に沿って放電電流を起動するように構成された放電起動回路とを含む、クランプ回路と、
を備える、ダイレクトＡＣ－ＡＣマトリックスコンバータ。
【請求項18】
前記クランプ回路が、前記第一のクランプノードと前記第二のクランプノードを前記複数のＡＣ入力に接続する入力ダイオードアレイ、および前記第一のクランプノードと前記第二のクランプノードを前記複数のＡＣ出力に接続する出力ダイオードアレイをさらに備える、請求項１７に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項19】
それぞれが前記ＤＣ供給電圧を受信し、前記ドライバ回路のそれぞれ一つに対して変換されたＤＣ電圧を生成するように構成された複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータをさらに備える、請求項１７に記載のマトリックスコンバータ。
【請求項20】
前記放電電流は、キャパシタを含まない放電経路を通して前記第一のクランプノードから前記第二のクランプノードに流れる、請求項１７に記載のマトリックスコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概して電気モータに関し、より詳細には、電気モータ用のマトリックスコンバータの制御回路にＤＣ電源を供給することに関する。
【背景技術】
【0002】
関連技術の説明
電気モータは、幅広い用途に使用することができる。そのような一例は、産業設定（例えば、化学製造プラント）で、化学品などの流体をポンプ注入するために使用される、産業用ポンプである。こうしたポンプは、ポンプを駆動する（例えば、ポンプインペラの回転を駆動する）電気モータを含む。
電気モータは、幅広い用途に使用することができる。そのような一例は、産業設定（例えば、化学製造プラント）で、化学品などの流体をポンプ注入するために使用される、産業用ポンプである。こうしたポンプは、ポンプを駆動する（例えば、ポンプインペラの回転を駆動する）電気モータを含む。
【発明の概要】
【0003】
一態様では、電気モータのモータ駆動回路として構成されたマトリックスコンバータが提供される。マトリックスコンバータは、多相ＡＣ入力電圧を受信するように構成された複数のＡＣ入力、および多相ＡＣ出力電圧を出力するように構成された複数のＡＣ出力を含むスイッチのアレイ、多相ＡＣ入力電圧からの多相ＡＣ出力電圧を合成するスイッチのアレイを制御するように構成された制御回路、および複数のＡＣ入力と複数のＡＣ出力との間に電気的に接続されたクランプ回路を含む。クランプ回路は、制御回路用のＤＣ供給電圧を生成するように動作可能なスイッチモード電源を含む。
【0004】
別の態様では、マトリックスコンバータにＤＣ電源を供給する方法が提供される。方法は、制御回路を使用してスイッチのアレイを制御して、多相ＡＣ入力電圧からの多相ＡＣ出力電圧を合成すること、スイッチのアレイの複数のＡＣ出力と複数のＡＣ入力との間に接続されたクランプ回路を過電圧状態に応答して起動すること、およびクランプ回路のスイッチモード電源を使用して制御回路のＤＣ供給電圧を生成することを含む。
【0005】
別の態様では、マトリックスコンバータが提供される。マトリックスコンバータは、複数のＡＣ入力および複数のＡＣ出力を有するスイッチアレイを含み、スイッチアレイは、複数の双方向スイッチを含む。マトリックスコンバータはさらに、各々、複数の双方向スイッチのそれぞれ一つを制御するように構成された複数のドライバ回路、複数のドライバ回路に複数の入力信号を提供するように構成された制御回路、および複数のＡＣ入力と複数のＡＣ出力との間に電気的に接続されたクランプ回路を含む。クランプ回路は、制御回路のＤＣ供給電圧を生成するように動作可能なスイッチモード電源を含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【発明を実施するための形態】
【0026】
図１Ａ～２Ａは、例示的なモータアセンブリ１０００を示す。モータアセンブリ１０００は、ポンプ（図示せず）に結合されてポンプを駆動することができる。モータアセンブリ１０００は、出力シャフトまたはロータ１２０を有する電気モータ１００を含む。モータ１００は、出力シャフトまたはロータ１２０がモータフレーム２００の端部２１０から突出するように、モータフレーム２００内に収容され得る。示されるように、出力シャフトまたはロータ１２０の第二の端部は、モータフレーム２００の他方の端から突出し、ポンプに結合されてもよい。モータアセンブリ１０００は、出力シャフトまたはロータ１２０にわたってモータフレーム２００に取り外し可能に結合可能なプレートアセンブリＰを含み得る。プレートアセンブリＰは、ミッドプレート３００およびエンドプレート４００の一方または両方を含み得る。プレートアセンブリＰは、それを介して出力シャフトまたはロータ１２０に結合されるベアリング１４０を含む。
【0027】
ミッドプレート３００は、ベアリング１４０を介して出力シャフトまたはロータ１２０に結合することができ、ベアリング１４０は、ミッドプレート３００の開口部３２０（例えば、ベアリングハウジングまたはスリーブ）内に配置することができる（例えば、図２Ｂおよび図７を参照）。ミッドプレート３００は、モータフレーム２００の端部２１０に隣接して配置されてもよく、モータフレーム２００に面する凹部または空洞３４０を有する。ミッドプレート３００は、熱放散を促進するために、ミッドプレート３００の外表面（例えば、外周面）から延在する一つ以上の（例えば、複数の）放熱フィン３１０を有し得る。
【0028】
エンドプレート４００は、ミッドプレート３００がモータフレーム２００の端部２１０とエンドプレート４００との間に挟まれるように、ミッドプレート３００に結合され得る。出力シャフトまたはロータ１２０は、エンドプレート４００内の開口部４１０を貫通する。エンドプレート４００は、その中に電子モジュール７００を受ける、少なくとも部分的に端部壁４６０によって画定される空洞４２０を有してもよく、これは以下でさらに論じる。
【0029】
ファン５００は、エンドプレート４００がファン５００とミッドプレート３００との間に挟まれるように、出力シャフトまたはロータ１２０に結合する。ファン５００は、出力シャフトまたはロータ１２０の回転がファン５００を回転するように、出力シャフトまたはロータ１２０に回転可能に結合される。
【0030】
シュラウドカバー６００は、ミッドプレート３００、エンドプレート４００、およびファン５００の上に取り外し可能に配置され得る。シュラウドカバー６００は、（例えば、ねじまたはボルトなどの一つ以上の締め具で）モータフレーム２００に取り外し可能に取り付けてもよい。
【0031】
モータアセンブリ１０００は、モータフレーム２００に取り付けられた端末ボックス６００をさらに含み得る。端末ボックス６００は、エンドプレート４００の端末ボックスコネクタ４４０（図８を参照）のチャネル４３０内に延在し、端末ボックス６００内の電子機器をエンドプレート４００の電子モジュール７００（図８を参照）と電気的に接続できるコネクタワイヤ６１０を有する。ミッドプレート３００およびエンドプレート４００は、銅、アルミニウム、または鋳鉄から作製され得る。
【0032】
図２は、電気モータアセンブリ１０００で使用する、ケース９１０の前面９１３を示す。一実装形態では、ケース９１０はアルミニウムで作製することができる。しかしながら、ケース９１０は、他の好適な材料（例えば、他の好適な金属）から作製することができる。ケース９１０は、以下でさらに論じるように、抵抗器９２０（図３を参照）を少なくとも部分的に収容することができる。ケース９１０は、湾曲した外壁９１０Ａを有する。一実装形態では、湾曲した外壁９１０Ａは、略円形形状を有し得る。ケース９１０は、湾曲した外壁９１０Ａの少なくとも一部分に沿って一つ以上の（例えば、複数の）締め具開口部９１１を含み得る。締め具開口部９１１は、それを通して締め具（例えば、ボルト、ねじ）を受けることができる。
【0033】
ケース９１０は、湾曲した内壁９１６を有する。一実装形態では、湾曲した内壁９１６は、ケース９１０の中央開口部９１９（例えば、円形開口部）を画定する円形形状を有する。ケース９１０は、湾曲した内壁９１６の少なくとも一部分に沿って、一つ以上の（例えば、複数の）締め具開口部９１８を含み得る。締め具開口部９１８は、それを通して締め具（例えば、ボルト、ねじ）を受けることができる。
【0034】
ケース９１０は、基部表面９１２Ａ、湾曲した外壁９１０Ａ、および湾曲した内壁９１６によっておよびその間に少なくとも部分的に画定される凹部または空洞９１２を有する。ケース９１０は、開口部９１９に近接して湾曲した外壁９１０Ａから基部壁９１４Ｂに内側に延在する一対の離間した壁９１４Ａ（例えば、略平行壁）によって画定されるカットアウトまたはスロット９１４を含む。
【0035】
図３は、抵抗器９２０の上面図を示す。抵抗器９２０は、以下でさらに論じるように、マトリックスコンバータ用の低インダクタンス抵抗器とすることができる。抵抗器９２０は、マトリックスコンバータのクランプで使用されるクランプ抵抗器であり、クランプ時の電流量を制限することができる。抵抗器９２０を含まない場合、クランプを通って流れる電流量は、クランプに損傷を与えるように高くなり得る。
【0036】
抵抗器９２０は、概して円形形状を有し、概して抵抗器９２０の中心の開口部９２０Ａの周りに延在する。抵抗器９２０は、リング接続９２１Ａを有する入力コネクタ９２１と、リング接続９２２Ａを有する出力コネクタ９２２とを含み得る。抵抗器９２０は、入力および出力コネクタ９２１、９２２からそれぞれ延在し、概して円形外部周囲９２４を画定する湾曲した蛇行路をたどるコンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂを含む。コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂは、銅または他の適切な導電性材料で作製することができる。
【0037】
コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂは、湾曲した蛇行路をたどるにとき、互いに実質的に平行に延在する。図３に示すように、コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂは、コネクタ９２１、９２２からコネクタ９２１、９２２の反対側の湾曲端部９２５Ｂまで延在する第一の弓状経路９２５Ａを画定し、コネクタ９２１、９２２に近接する湾曲端部９２６Ｂに延在する第二の弓状経路９２６Ａ（例えば、第一の弓状経路９２５Ａよりも短い）に沿って延在するように折り返す。コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂは、湾曲端部９２６Ｂから折り返し、第三の弓状経路９２７Ａ（例えば、第二の弓状経路９２６Ａよりも短い）に沿ってコネクタ９２１、９２２の反対側の湾曲端部９２７Ｂに延在する。コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂは、湾曲端部９２７Ｂから折り返し、コネクタ９２１、９２２に近接した湾曲端部９２８Ｂへ、第四の弓状経路９２８Ａ（例えば、第三の弓状経路９２７Ａよりも短い）に沿って延在する。コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂは、湾曲端部９２８Ｂから折り返し、第五の弓状経路９２９Ａに沿って（例えば、第四の弓状経路９２８Ａよりも短い）、コネクタ９２１、９２２の反対側の湾曲端部９２９Ｂに延在する。コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂは、湾曲端部９２９Ｂから折り返し、湾曲した蛇行路９３０Ａに沿って端部９３０Ｂに延在する。湾曲した蛇行路９３０Ａは、交互のスイッチバック部分９３１（例えば、三つのスイッチバックターンを有する）および直線部分９３２を含み得る。
【0038】
一実装形態では、抵抗器９２０は、コネクタ９２１、９２２は、カットアウトまたはスロット９１４内に延在し、残りの抵抗器９２０（例えば、第一から第五の弧状経路９２５Ａ、９２６Ａ、９２７Ａ、９２８Ａ、９２９Ａおよび湾曲した蛇行路９３０Ａ）は、開口部９２０Ａが概して開口部９１９にわたって中心に位置するように（例えば、湾曲した蛇行壁９３０Ａが湾曲した内壁９１６と第五の弓状経路９２９Ａとの間に配置されるように）凹部または空洞９１２内に配置されるケース９１０内に収容され得る。別の実装形態では、抵抗器９２０およびケース９１０は単一部品（例えばモノリシック）である。例えば、抵抗器９２０は、ケース９１０の表面（例えば、基部表面９１２Ａ）の少なくとも一部分によって画定され得る。別の実装形態では、追加的または代替的に、ケース９１０およびプレートアセンブリＰ（例えば、エンドプレート４００）は、単一部品（例えば、モノリシック、取り外し可能ではなく、継ぎ目なし）とすることができる。例えば、ケース９１０は、エンドプレート４００の端部壁４６０の少なくとも一部分によって画定または形成され得る。
【0039】
抵抗器９２０は、高温電気絶縁体（例えば、一つ以上の薄い電気絶縁体のシート（例えば、テフロン（登録商標）、シリコン、ガラス繊維、ロックウール）で作製することができる。一実施例では、抵抗器素子（例えば、コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂ）は、電気絶縁層またはシートの間に配置され得る。一実施例では、誘電体材料９２０は、ケース９１０を封止し、抵抗器アセンブリ９００をオイル浴に浸すことを可能にする。
【0040】
図３に示すものを含む特定の実施形態では、抵抗器９２０は、抵抗器９２０（例えば、コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂ）が概して単一の平面に沿って延在するように（例えば、平面プロファイルまたはフォームファクタを有する）、実質的に平面（例えば、平坦）とすることができる。コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂは、平面または平面のフォームファクタまたはプロファイルを有し得る。抵抗器９２０の実質的に平面（例えば、平坦）プロファイルまたはフォームファクタは、抵抗器９２０をケース９１０の凹部または空洞９１２に（例えば、中に嵌合して）統合することを可能にする。さらに、抵抗器９２０およびケース９１０の略平面プロファイルは、抵抗器アセンブリ９００をエンドプレート４００の空洞４２０内に組み込むことを容易にし（例えば、図７を参照）、モータアセンブリ１０００のコンパクトな全体的フォームファクタを維持する。例えば、モータアセンブリ１０００の中心軸に沿った抵抗器９２０およびケース９１０の厚さは、中心軸に沿ったエンドプレート４００内の空洞４２０の深さよりも実質的に小さくてもよく、その結果、空洞４２０は抵抗器アセンブリ９００を楽に収容することができる。例えば、様々な実施形態で、抵抗器９００および／またはケース９１０の厚さは、エンドプレート４００内の空洞４２０の奥行きの約５、１０、１５、２０、または２５パーセント未満であり得る。
【0041】
図４Ａ～４Ｂは、動作中の抵抗器９２０の概略図を示す。電流が入力コネクタ９２１に加えられ、出力コネクタ９２２を介して出る。電流は、示されるように、湾曲した蛇行様式でコンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂを通って流れ、ここで、電流は、コンダクタ素子９２３Ａに沿って一方向に流れ、コンダクタ素子９２３Ａに隣接するコンダクタ素子９２３Ｂに沿って反対方向に流れる。有利には、コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂの湾曲した蛇行経路設定は、コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂを流れる電流に応答して生成される磁界を結果として生じ、互いに打ち消し合う。これにより有利には、抵抗器９２０が低インダクタンスを有するようになり、それによって、クランプ中に抵抗器９２０にわたって大きな電圧をもたらすことができる寄生インピーダンスを回避する。
【0042】
図４Ｂは、コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂ内の電流の流れによって生成される磁界が互いに打ち消し合い、結果として低インダクタンスを有する抵抗９２０を生じるようにコンダクタ素子９２３Ａの一つの方向に流れる電流と、隣接するコンダクタ素子９２３Ｂの反対の方向に流れる電流とを示す、図４Ａの抵抗器９２０の部分拡大図を示す。
【0043】
図５は、コネクタ９２１、９２２がカットアウトまたはスロット９１４内に延在し、コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂが上述のように凹部または空洞９１２内に配置されるように、凹部または空洞９１２内に配置された抵抗器９２０（例えば、クランプ抵抗器）を有する、ケース９１０の前面９１３の斜視図を示す。誘電体材料９４０はコンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂの上に配置され、表面９４２（例えば、コンダクタ素子９２３Ａ、９２３Ｂのどの部分も可視されないまたは露出しない）を画定し、抵抗器アセンブリ９００（例えば、クランプ抵抗器アセンブリ）を画定するために、ケース９１０の凹部または空洞９１２を少なくとも部分的に充填（例えば、完全に充填）する。表面９４２は、湾曲した外壁９１０Ａおよび湾曲した内壁９１６の縁部と交差する平面と概して同一平面であってもよい。一実装形態では、誘電体材料９４０はセラミック材料である。しかしながら、他の適切な誘電体材料を使用してもよい。例えば、誘電体材料９４０は、抵抗器９２０を凹部または空洞９１２内に懸架できるエポキシ（ポッティング化合物）とすることができる。
【0044】
図６は、前面９１３の反対側のケース９１０の後面９１５を示す。後面９１５は、ケース９１０の湾曲した内壁９１６と湾曲した外壁９１０Ａとの間に、略環状（例えば、ドーナツ形状）表面９１７を画定することができる。任意選択で、表面９１７は実質的に平面である（例えば、平坦である）。より速い開口部９１１、９１８は、前面９１３から後面９１５に、ケース９１０を貫通することができる。
【0045】
図７は、エンドプレート４００のハブ４６５がケース９１０の中央開口部９１９を貫通するように、外周部外壁４５０と端部壁４６０との間に画定されるエンドプレート４００の空洞またはチャンバ４２０内に設置された抵抗器アセンブリ９００（例えば、クランプ抵抗器アセンブリ）を有するエンドプレート４００を示し、表面９１７がエンドプレート４００の端部壁４６０と隣接する（例えば、接触して）、および締め具（例えば、ネジ、ボルト）が、ケース９１０の締め具開口部９１１、９１８を貫通し、ケース９１０をエンドプレート４００に（例えば、エンドプレート４００の端部壁４６０に）結合する。入力および出力コネクタ９２１、９２２は、電気コネクタまたはケーブルを介して、エンドプレート４００内の他の電子機器（例えば、電子モジュール７００（以下でさらに論じる）に）接続することができる。図７に示すように、モジュール４７２、４７４、４７６、４７８、４８０、４８２は、端部壁４６０上に取り付けられたチャンバ４２０内で円周方向に配置される。これらのモジュール４７２、４７４、４７６、４７８、４８０、４８２の各々は、二つのダイオードを含んでもよく、それぞれ、ダイオードペア１０３１／１０３４、１０３２／１０３５、１０３３／１０３６、１０５１／１０５４、１０５２／１０５５、および１０５３／１０５６のうちの一つを実装してもよい（図１３を参照）。例えば、一実施形態では、モジュール４７２は、ダイオードペア１０３１／１０３４を実装し、モジュール４７４は、ダイオードペア１０５１／１０５４を実装し、モジュール４７６は、ダイオードペア１０３２／１０３５を実装し、モジュール４７８は、ダイオードペア１０５２／１０５５を実装し、モジュール４８０は、ダイオードペア１０３３／１０３６を実装し、モジュール４８２は、ダイオードペア１０５３／１０５６を実装する。別のモジュール４８４は、抵抗器アセンブリ９１０に接続される。モジュール４８４は、クランプＩＧＢＴ１０４３およびクランプダイオード１０４２を含む。抵抗器アセンブリ９１０は、図１３に示すように、抵抗器アセンブリ９１０がクランプダイオード１０４２と並列にかつクランプＩＧＢＴ１０４３と直列に接続されるように、モジュール４８４の端子に接続される。抵抗器アセンブリ９１０は、リード９２１、９２２を含む抵抗器アセンブリ９１０上のリードを通してボルトで留めるプリント回路基板を介して、モジュール４８４上の端子に接続して、適切な接続を確立する。
【0046】
図８は、電気モータアセンブリ１０００の駆動モジュールアセンブリ８００の分解図を示す。駆動モジュールアセンブリ８００は、端部壁４６０および外周部外壁４５０によって少なくとも部分的に画定される空洞またはチャンバ４２０を有する、エンドプレート４００を含む。エンドプレート４００はまた、エンドプレート４００の中心で開口部４１０を画定するハブ４６５を有し、また、端末ボックス６００のコネクタワイヤ６１０を受けるチャネル４３０を有する端末ボックスコネクタ４４０を含む。コネクタカバー４４５は、一つ以上の締め具４４７（例えば、ねじ、ボルト）で端末ボックスコネクタ４４０に取り付けることができる。駆動モジュールアセンブリ８００はまた、チャンバ４２０内に収容され得る、以下でさらに論じる電子モジュール７００を含む。チャンバ４２０は、概して円形形状を有し、その中に同様の形状の電子モジュール７００を受ける。電子モジュール７００がチャンバ４２０内に入ると、チャンバ４２０は、一つ以上の締め具（例えば、ボルト、ねじ）８３０を使用して、エンドプレートカバーガスケットまたは絶縁体８１０およびエンドプレートカバー８２０の一方または両方で覆われ得る。
【0047】
図９～１１は、電子モジュール７００の特徴を示す。電子モジュール７００は、電気モータアセンブリ１０００に結合されたポンプまたは他の回転装置を駆動するために、電気モータアセンブリ１０００を動作するための電力および制御機能を提供することができる。電子モジュール７００は、円形形状（例えば、中央開口部７１１を有する環状形状）を有するプリント回路基板または電源プレーンアセンブリ７１０を有し得る。電子モジュール７００は、中央開口部７１１がハブ４６５の周りに配置され、プリント回路基板または電源プレーンアセンブリ７１０の外縁７０１が、エンドプレート４００の外周部外壁４５０の内向きに配置されるように、エンドプレート４００のチャンバ４２０内に配置され得る。したがって、電源および制御電子機器がエンドプレート４００のチャンバ４２０に収容されるように、電子機器は、プリント回路基板または電源プレーンアセンブリ７１０上のハブ４６５の周りに円周方向に配置され得る。
【0048】
プリント回路基板または電源プレーンアセンブリ７１０は、多層回路基板またはアセンブリであってもよく、より温度感受性の高い制御電子機器および電力品質キャパシタから、より高温のパワー半導体を有利に絶縁することができる、ファイバーガラスなどの積層材料から構築することができる。例えば、プリント回路基板または電源プレーンアセンブリ７１０は、電源層、制御層、熱バリアおよびプリント回路基板層を有し得る。
【0049】
電源層は、電気モータ１００に電力を供給するように動作可能な、一つ以上の高温電源モジュール（ＰＭ１～ＰＭ９）７１８を含み得る。制御層は、電気モータ１００に提供される電力を制御するための一つ以上の電力品質または入力フィルタキャパシタ（ＩＦＣ）７０３などの、低温制御電子モジュールを含み得る。電源モジュール（ＰＭ１～ＰＭ９）７１８は、電力品質または入力フィルタキャパシタ（ＩＦＣ）７０３から、プリント回路基板または電源プレーンアセンブリ７１０（例えば、熱バリアの対向面）の対向面上にあってもよい。熱バリアおよびプリント回路基板層は、電源層と制御層との間にあってもよく、電源プレーンの電源モジュール７１８と制御層の制御電子モジュール（例えば、電力品質または入力フィルタキャパシタ７０３）との間に電気接続経路を提供し、これらの構成要素の相互接続を可能にする。プリント回路基板または電源プレーンアセンブリ７１０はまた、有利には、電源層と制御層との間に断熱を提供する。プリント回路基板または電源プレーンアセンブリ７１０は、有利には、電源モジュール７１８、入力フィルタキャパシタ（ＩＦＣ）７０３などの制御電子モジュールおよび電気モータ１００の出力シャフトまたはロータ１２０の一つ以上から放射される熱を遮断する、および／または、ファン５００からのより高温の空気流が配向されるプリント回路基板または電源プレーンアセンブリ７１０の外縁７０１に配向する。
【0050】
図９を参照すると、電子モジュール７００は、一つ以上の（例えば、複数の）電力品質または入力フィルタキャパシタ（ＩＦＣ）７０３に加えて、コントローラ７０２、主電源７０４、ゲート駆動層７０６、およびプリント回路基板または電源プレーンアセンブリ７１０の一方の面に一つ以上のクランプキャパシタ７０８を含むことができる。図１０を参照すると、プリント回路基板または電源プレーンアセンブリ７１０の対向面は、電源モジュール７１８に加えて、一つ以上の出力クランプダイオード接続７１２、クランプ絶縁ゲート双極トランジスタ（ＩＧＢＴ）接続７１４、一つ以上のシャント抵抗器接続７１６、および一つ以上の入力フィルタキャパシタ（ＩＦＣ）接続７２０を含み得る。
【0051】
図１１は、エンドプレート４００のチャンバ４２０内に配置された組み立てられた電子モジュール７００を示す。電子モジュール７００は、一つ以上の入力フィルタキャパシタ７０３、ゲートドライバ電源７２８、一つ以上のコントローラカード７４０、一つ以上のクランプキャパシタ７３０、７３２、７３４、およびクランプ制御回路７３８、ならびに銅接続７３６を含む。電子モジュール７００は、固定電圧および周波数の多相ＡＣ入力を所望の周波数および相の多相ＡＣ出力波形に変換するマトリックスコンバータを含み得る。したがって、マトリックスコンバータは、入力ＡＣ波形に対して所望の周波数および位相のＡＣ出力波形を合成することができる。電気モータ１００などの電気モータが回転する速度は、印加されたＡＣ入力信号の周波数に基づくため、マトリックスコンバータを使用して電気モータ１００に給電することにより、可変駆動制御が可能となる。例えば、マトリックスコンバータによって提供されるＡＣ出力波形の周波数を経時的に変更して、それによって所望の速度で電気モータ１００を動作させることができる。電子モジュール７００は、可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）と同様に動作し、電気モータ１００への入力周波数および電圧を制御して、電気モータ１００のより正確な速度制御を可能にする（例えば、モータ１００が入力線周波数よりも高い速度で動作することを可能にする）組み込みモータドライブ（ＥＭＤ）を提供する。組み込みモータドライブ（ＥＭＤ）は、有利には、電気モータアセンブリ１０００の信頼性の向上、スループットの向上、およびエネルギー消費の低減をもたらす。
【0052】
電子モジュール７００の円形形状は、有利には、エンドプレート４００のチャンバ４２０内に嵌合することを可能にし、その構成要素の製造および設置を容易にする。エンドプレート４００がモータフレーム２００から取り外され得るため、電子モジュール７００のメンテナンス（例えば、欠陥または損傷したトランジスタなどの一つ以上の構成要素を交換する）が単純化される。さらに、電子モジュール７００の円形形状によって、既存の電気モータアセンブリを電子モジュール７００で改良して、電子モジュール７００によって提供される組み込みモータドライブまたは可変周波数ドライブを有するこのようなアセンブリを提供することができる（例えば、電気モータアセンブリの標準サイズのエンドプレートに電子モジュール７００を取り付けることによって）。
【0053】
従来の電気モータの欠点の一つは、ＡＣ電源の入力周波数に基づいて固定速度で実行されることであり、電気モータに結合されたポンプまたは他の回転装置の回転速度の制御が、機械的構造（例えば、ブレーキ、スロットル弁）を介して提供され、その結果、エネルギーの無駄が生じることである。既存の電気モータの別の欠点は、電気モータの最大速度がＡＣ電源の入力周波数に限定され、それによってポンプの圧力または流れの増加が望まれる場合に、より大きなポンプを設置する必要があることである。
【0054】
マトリックスコンバータは、必要に応じて、モータ入力周波数および電圧を調整して、ＡＣモータの速度およびトルクを制御する、モータ駆動回路のタイプである。例えば、電気モータの可変速度動作は、エネルギー消費量を減少させながら、信頼性およびスループットを向上させることができる。
【0055】
マトリックスコンバータは、多相ＡＣ入力電圧を受信し、スイッチアレイのスイッチを経時的に開閉して、それによって所望の周波数および相で多相ＡＣ出力電圧を合成する。様々な回路が、制御機能用にマトリックスコンバータで使用される。例えば、プロセッサおよび／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）は、所与の瞬間にどのアレイの特定のスイッチが開放または閉鎖されるかを選択する、変調アルゴリズムに関連する計算に使用されてもよく、スイッチドライバを含んで、ＤＣ制御信号をスイッチの制御入力に供給してもよい。
【0056】
マトリックスコンバータはまた、マトリックスコンバータの一つ以上の入力端子をマトリックスコンバータの一つ以上の出力端子にクランプすることによって、負荷エネルギー（例えば、シャットダウン中に発生する過電圧状態）を消費するクランプ回路を含み得る。クランプ回路を含むことは、例えば、過剰な負荷電流のため、ならびに／または、過電流およびシャットダウン状態を処理するために、放電経路を提供することによって、頑健性を増強する。
【0057】
本明細書の特定の実施形態では、マトリックスコンバータは、多相ＡＣ入力電圧を受信するＡＣ入力と、負荷に多相ＡＣ出力電圧を提供するＡＣ出力とを有するスイッチのアレイを含む。マトリックスコンバータは、アレイの個々のスイッチを解放するか、または閉鎖する制御回路、およびアレイのＡＣ入力とＡＣ出力との間に接続され、過電圧状態に応答して負荷のエネルギーを消費するように動作可能なクランプ回路をさらに含む。クランプ回路は、制御回路用のＤＣ供給電圧を生成するように動作可能なスイッチモード電源を含む。
【0058】
この方法でマトリックスコンバータを実装すると、ＡＣ入力電源が失われているかまたは品質が悪い場合に、より長い時間にわたって制御回路を維持する能力を含む、いくつかの利点が提供される。
【0059】
図１２は、一実施形態によるマトリックスコンバータ１０３０の概略図である。マトリックスコンバータは、入力フィルタ１００１、スイッチのアレイ１００２、クランプ回路１００３、制御回路１００４、３相ＡＣ入力端子１００５、および３相ＡＣ出力端子１００６を含む。
【0060】
図示した実施形態では、入力フィルタ１００１は、３相ＡＣ入力端子１００５で受信された３相ＡＣ入力電圧をフィルタリングして、スイッチのアレイ１００２に対してフィルタリングされた３相ＡＣ入力電圧を生成する役割を果たす、インダクタ－キャパシタ（ＬＣ）フィルタとして実装される。３相ＡＣ入力電圧は、例えば、電力グリッドから受信され、それぞれが約１２０°の相分離および所望の電圧振幅（例えば、２４０Ｖまたは他の所望の電圧）を有する三つのＡＣ入力電圧波形に対応することができる。
【0061】
図１２に示すように、入力フィルタ１００１は、第一のＡＣ入力端子と、スイッチのアレイ１００２への第一のＡＣ入力との間に接続された第一のインダクタ１０１１、第二のＡＣ入力端子と、スイッチのアレイ１００２への第二のＡＣ入力との間に接続された第二のインダクタ１０１２、および第三のＡＣ入力端子と、スイッチのアレイ１００２への第三のＡＣ入力との間に接続された第三のインダクタ１０１３を含む。入力フィルタ１００１は、第一のＡＣ入力と、スイッチのアレイ１００２の第二のＡＣ入力との間に電気的に接続された第一のキャパシタ１０１５、第二のＡＣ入力と、スイッチのアレイ１００２の第三のＡＣ入力との間に電気的に接続された第二のキャパシタ１０１６、および第一のＡＣ入力と、スイッチのアレイ１００２の第三のＡＣ入力との間に電気的に接続された第三のキャパシタ１０１７をさらに含む。
【0062】
入力フィルタ１００１を含むことは、起動中のプリチャージおよび／または突入電流に対する保護を提供するなど、いくつかの利点を提供する。入力フィルタの一実装形態が図示されているが、マトリックスコンバータは、多種多様なタイプの入力フィルタを用いて実装することができる。したがって、他の実装形態も可能である。
【0063】
制御回路１００４は、スイッチのアレイ１００２の個々のスイッチを経時的に開閉し、それによって、３相ＡＣ入力電圧に対する所望の周波数および相で３相ＡＣ出力端子１００６に３相ＡＣ出力電圧を提供する。制御回路１００４は、制御機能のための様々な回路を含み得る。第一の例では、制御回路１００４は、所与の瞬間に、アレイ１００２のどの特定のスイッチが開放または閉鎖されるかを選択するために使用される変調アルゴリズムに関連する計算のためのプロセッサおよび／またはＦＰＧＡを含み得る。第二の実施例では、制御回路１００４は、アレイ１００２のスイッチにＤＣ制御信号を提供するスイッチドライバを含んで、それにより、必要に応じて、スイッチを開放または閉鎖し得る。
【0064】
クランプ回路１００３は、スイッチのアレイ１００２のＡＣ入力とＡＣ出力との間に電気的に接続され、マトリックスコンバータ１０３０の一つ以上の入力端子をマトリックスコンバータ１０３０の一つ以上の出力端子にクランプすることによって、マトリックスコンバータ１０３０のシャットダウン中または他の過電圧状態の間にエネルギーを消費するように動作する。クランプ回路１００３を含むことは、例えば、過剰な負荷電流のため、ならびに／または、過電流およびシャットダウン状態を処理するために放電経路を提供することによって、堅牢性を強化する。例えば、クランプ回路１００３は、シャットダウン中の負荷電流に対するフリーホイール経路および／または過電流に対する電流経路を防止できる。
【0065】
図示した実施形態では、クランプ回路１００３は、制御回路１００４用のＤＣ電力を生成する役割を果たす、スイッチモード電源１０２０を含む。特定の実装形態では、スイッチモード電源１０２０への供給電圧入力は、クランプ回路１００３の少なくとも一つの内部ノードに直接接続される。例えば、クランプ回路１００３の第一の内部ノードは、スイッチモード電源１０２０に入力電圧を供給する働きをしてもよく、一方で、クランプ回路１００３の第二の内部ノードは、スイッチモード電源１０２０への接地電圧として働き得る。
【0066】
スイッチモード電源は、電力を効率的に変換するためにスイッチングレギュレータを組み込む電子電源である。例えば、スイッチモード電源は、高頻度でオン／オフされるスイッチング装置、およびスイッチング装置が非導電状態にある時に給電するための、例えば、コイルまたはキャパシタなどのストレージ構成要素を使用して、電力を変換することができる。
【0067】
クランプ回路１００３のノードからスイッチモード電源１０２０に入力電圧を提供することは、制御回路１００４を、ＡＣ入力電力が失われているか、または品質が悪い時により長い時間にわたってオンに維持する能力を含む、いくつかの利点を提供する。
【0068】
図１３は、マトリックスコンバータ用のクランプ回路１０７０の一実施形態の概略図である。クランプ回路１０７０は、スイッチモード電源１０２０と、第一の入力クランプダイオード１０３１と、第二の入力クランプダイオード１０３２と、第三の入力クランプダイオード１０３３と、第四の入力クランプダイオード１０３４と、第五の入力クランプダイオード１０３５と、第六の入力クランプダイオード１０３６と、クランプキャパシタ１０３８と、クランプ抵抗器１０４１、クランプダイオード１０４２、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）１０４３と、放電起動回路１０４４と、第一の出力クランプダイオード１０５１、第二の出力クランプダイオード１０５２、第三の出力クランプダイオード１０５３と、第四の出力クランプダイオード１０５４と、第五の出力クランプダイオード１０５５と、第六の出力クランプダイオード１０５６と、を含む。
【0069】
マトリックスコンバータ用のクランプ回路の一実施形態が図示されているが、本明細書の教示は、幅広い方法で実装されるクランプ回路に適用される。したがって、他の実装形態も可能である。
【0070】
クランプ回路１０７０は、スイッチのアレイのＡＣ入力に接続する第一のグループの端子１０６１～１０６３と、スイッチのアレイのＡＣ出力に接続する第二のグループの端子１０６４～１０６６とを含む。第一のグループの端子１０６１～１０６３は、第一の端子１０６１、第二の端子１０６２、および第三の端子１０６３を含む。さらに、第二のグループの端子１０６４～１０６６は、第四の端子１０６４、第五の端子１０６５、および第六の端子１０６６を含む。
【0071】
図１３に示すように、入力クランプダイオード１０３１～１０３６は、第一の放電ノード１０５７および第二の放電ノード１０５８をＡＣ入力１０６１～１０６３に接続する入力ダイオードアレイとして機能し、一方、出力クランプダイオード１０５１～１０５６は、第一の放電ノード１０５７および第二の放電ノード１０５６をＡＣ出力１０６４～１０６６に接続する出力ダイオードアレイとして機能する。
【0072】
図示した実施形態では、第一の入力クランプダイオード１０３１、第二の入力クランプダイオード１０３２、および第三の入力クランプダイオード１０３３は、それぞれ第一の端子１０６１、第二の端子１０６２、および第三の端子１０６３に電気的に接続された陽極を含む。追加で、第一の入力クランプダイオード１０３１、第二の入力クランプダイオード１０３２、および第三の入力クランプダイオード１０３３の各々は、第一の放電ノード１０５７に電気的に接続された陰極を含む。さらに、第四の入力クランプダイオード１０３４、第五の入力クランプダイオード１０３５、および第六の入力クランプダイオード１０３６は、それぞれ第一の端子１０６１、第二の端子１０６２、および第三の端子１０６３に電気的に接続された陰極を含む。追加で、第四の入力クランプダイオード１０３４、第五の入力クランプダイオード１０３５、および第六の入力クランプダイオード１０３６の各々は、第二の放電ノード１０５８に電気的に接続された陽極を含む。さらに、クランプキャパシタ１０３８は、第一の放電ノード１０５７と第二の放電ノード１０５８との間に電気的に接続される。
【0073】
図１３を引き続き参照すると、クランプ抵抗器１０４１は、第一の放電ノード１０５７と第二の放電ノード１０５８との間の放電経路において、ＩＧＢＴ１０４３と直列に電気的に接続される。ＩＧＢＴ１０４３は、放電装置の一例を示すが、放電装置の他の実装形態を使用してもよい。
【0074】
クランプ抵抗器１０４１は、限定されるものではないが、図１～１１を参照して上で論じたクランプ抵抗器の実施形態のいずれかを使用することを含む、幅広い方法で実装することができる。例えば、本明細書の教示に従って低インダクタンスでクランプ抵抗器１０４１を実装すると、クランプ中にクランプ抵抗器１０４１にわたって大きな電圧が発生することが抑制される。
【0075】
図示した実施形態では、ＩＧＢＴ１０４３のゲートは、放電起動回路１０４４によって制御される。特定の実装形態では、放電起動回路１０４４は、第一の放電ノード１０５７と第二の放電ノード１０５８との間の電圧差の監視に基づいて、ＩＧＢＴ１０４３を選択的にオンにする。例えば、放電起動回路１０４４は、第一の放電ノード１０５７と第二の放電ノード１０５８との間の電圧差が過電圧状態を示すとき、ＩＧＢＴ１０４３を起動できる。特定の実装形態では、放電起動回路１０４４は、過電圧が検出されたかどうかを示す過電圧感知信号を制御回路に提供する。
【0076】
図１３に示すように、クランプダイオード１０４２は、クランプ抵抗器１０４１と並列に接続され、クランプダイオード１０４２の陽極は放電経路に沿って中間ノード１０５９に電気的に接続される。追加で、クランプダイオード１０４２の陰極は、第一の放電ノード１０５７に電気的に接続される。クランプダイオード１０４２は、ＩＧＢＴ１０４３（または他の半導体放電装置）のクランプ抵抗器１０４１の寄生インダクタンスへの急速なスイッチングによって生成される任意の誘導性電圧スパイクのフリーホイール経路としての役割を果たす。
【0077】
図示した実施形態では、スイッチモード電源１０２０は、第一の放電ノード１０５７と第二の放電ノード１０５８との間の電圧差に対応する入力供給電圧を受信し、マトリックスコンバータの制御回路に給電するＤＣ安定化出力電圧を生成する。例えば、第二の放電ノード１０５８は、スイッチモード電源１０２０への接地電圧として機能してもよく、一方、第一の放電ノード１０５７は、スイッチモード電源１０２０への入力供給電圧として機能してもよい。特定の実装形態では、スイッチモード電源１０２０は、少なくとも２５０Ｖ ＤＣ～１０００Ｖ ＤＣの電圧範囲にわたって動作可能であり、それによって、第一の放電ノード１０５７および／または第二の放電ノード１０５８の電圧の変動の存在下で性能を向上させる。
【0078】
図１３に示すように、第一の出力クランプダイオード１０５１、第二の出力クランプダイオード１０５２、および第三の出力クランプダイオード１０５３は、それぞれ第四の端子１０６４、第五の端子１０６５、および第六の端子１０６６に電気的に接続された陽極を含む。追加で、第一の出力クランプダイオード１０５１、第二の出力クランプダイオード１０５２、および第三の出力クランプダイオード１０５３の各々は、第一の放電ノード１０５７に電気的に接続された陰極を含む。さらに、第四の出力クランプダイオード１０５４、第五の出力クランプダイオード１０５５、および第六の出力クランプダイオード１０５６は、それぞれ第四の端子１０６４、第五の端子１０６５、および第六の端子１０６６に電気的に接続された陰極を含む。追加で、第四の出力クランプダイオード１０５４、第五の出力クランプダイオード１０５５、および第六の出力クランプダイオード１０５６のそれぞれは、第二の放電ノード１０５８に電気的に接続された陽極を含む。
【0079】
図１４は、マトリックスコンバータの回路１１００の一部分の一実施形態の概略図である。回路１１００は、スイッチのアレイ１１０２、アレイ１１０２の双方向スイッチ１１０７ａ～１１０７ｉを駆動するスイッチスイッチドライバ１１０６ａ～１１０６ｉ、スイッチドライバ１１０６ａ～１１０６ｉへの入力制御信号を生成する制御回路１１０４、スイッチドライバ１１０６ａ～１１０６ｉに給電する絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０５ａ～１１０５ｉ、および制御回路１１０４および絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０５ａ～１１０５ｉに給電するスイッチモード電源１０２０を含む。
【0080】
図１４に示すように、スイッチのアレイ１１０２は、第一のＡＣ入力１１２１と第一のＡＣ出力１１２４との間に接続された第一の双方向スイッチ１１０７ａと、第一のＡＣ入力１１２１と第二のＡＣ出力１１２５との間に接続された第二の双方向スイッチ１１０７ｂと、第一のＡＣ入力１１２１と第三のＡＣ出力１１２６との間に接続された第三の双方向スイッチ１１０７ｃと、第二のＡＣ入力１１２２と第一のＡＣ出力１１２４との間に接続された第四の双方向スイッチ１１０７ｄと、第二のＡＣ入力１１２２と第二のＡＣ出力１１２５との間に接続された第五の双方向スイッチ１１０７ｅと、第二のＡＣ入力１１２２と第三のＡＣ出力１１２６との間に接続された第六の双方向スイッチ１１０７ｆと、第三のＡＣ入力１１２３と第一のＡＣ出力１１２４との間に接続された第七の双方向スイッチ１１０７ｇと、第三のＡＣ入力１１２３と第二のＡＣ出力１１２５との間に接続された第八の双方向スイッチ１１０７ｈと、第三のＡＣ入力１１２３と第三のＡＣ出力１１２６との間に接続された第九の双方向スイッチ１１０７ｉとを含む。
【0081】
双方向スイッチ１１０７ａ～１１０７ｉは、正および負の両方の電流を流す働きをし、正および負の両方の電圧を遮断することができるように実装される。
【0082】
図１４に示すように、双方向スイッチ１１０７ａ～１１０７ｉの各々は、一対のスイッチ制御信号を受信する。具体的には、双方向スイッチ１１０７ａ～１１０７ｉは、スイッチドライバ１１０６ａ～１１０６ｉからそれぞれ第一から第九の対のスイッチ制御信号を受信する。スイッチドライバ１１０６ａ～１１０６ｉは、制御回路１１０４から第一から第九の対の入力信号を受信する。入力信号の状態を経時的に制御することによって、制御回路１１０４は、Ｖｅｎｔｕｒｉｎｉ変調、Ａｌｅｓｉｎａ変調、スカラー変調、架空のＤＣリンク変調、および／または空間ベクトル変調器などの所望の変調アルゴリズムを達成する。さらに、制御回路１１０４は、電流転流および／または他の所望のスイッチング特性を提供する入力信号を生成する。
【0083】
図示した実施形態では、スイッチモード電源１０２０は、クランプ回路（図１４には図示せず）の内部ノードから入力電圧を受信し、制御回路１１０４に給電するＤＣ電圧を生成する。追加で、ＤＣ電圧は、それぞれ、絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０５ａ～１１０５ｉへの入力として機能する。絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０５ａ～１１０５ｉは、それぞれ第一から第九のＤＣ電圧をスイッチドライバ１１０６ａ～１１０６ｉに順に提供する。絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ１１０５ａ～１１０５ｉは、限定されるものではないが、フライバックコンバータとしてなどを含む、幅広い方法で実装することができる。
【0084】
図１５Ａ－１５Ｃは、マトリックスコンバータのスイッチのアレイに対する、双方向スイッチの様々な実施形態を示す。双方向スイッチの様々な例が示されているが、本明細書の教示は、幅広い方法で実装された双方向スイッチに適用可能である。
【0085】
図１５Ａは、一実施形態による双方向スイッチ１６００の概略図である。双方向スイッチ１６００は、第一のＩＧＢＴ１６０１、第二のＩＧＢ２ １６０２、第一のダイオード１６０３、および第二のダイオード１６０４を含む。双方向スイッチ１６００は、共通エミッタの連続ＩＧＢＴ構成に配置される。
【0086】
図１５Ａに示すように、第一のＩＧＢＴ １６０１のゲートは第一の制御信号ＣＴＬ１を受信し、第二のＩＧＢＴ １６０２のゲートは第二の制御信号ＣＴＬ２を受信する。追加で、第一のＩＧＢＴ１６０１のコレクタは、第一のダイオード１６０３の入力端子ＩＮおよび陰極に電気的に接続され、第一のＩＧＢＴ１６０１のエミッタは、第二のＩＧＢＴ１６０２のエミッタならびに第一のダイオード１６０３および第二のダイオード１６０４の陽極に電気的に接続される。さらに、第二のＩＧＢＴ１６０２のコレクタは、出力端子ＯＵＴおよび第二のダイオード１６０４の陰極に電気的に接続される。
【0087】
図１５Ｂは、別の実施形態による双方向スイッチ１６２０の概略図である。双方向スイッチ１６２０は、第一のＩＧＢＴ１６２１、第二のＩＧＢＴ１６２２、第一のダイオード１６２３、および第二のダイオード１６２４を含む。双方向スイッチ１６２０は、共通コレクタの連続ＩＧＢＴ構成に配置される。
【0088】
図１５Ｂに示すように、第一のＩＧＢＴ１６２１のゲートは第一の制御信号ＣＴＬ１を受信し、第二のＩＧＢＴ１６２２のゲートは第二の制御信号ＣＴＬ２を受信する。追加で、第一のＩＧＢＴ１６２１のエミッタは、第一のダイオード１６２３の入力端子ＩＮおよび陽極に電気的に接続され、第一のＩＧＢＴ１６２１のコレクタは、第二のＩＧＢＴ１６２２のコレクタならびに第一のダイオード１６２３および第二のダイオード１６２４の陰極に電気的に接続される。さらに、第二のＩＧＢＴ１６２２のエミッタは、第二のダイオード１６２４の出力端子ＯＵＴおよび陽極に電気的に接続される。
【0089】
図１５Ｃは、別の実施形態による双方向スイッチ１６４０の概略図である。双方向スイッチ１６４０は、第一の双方向ＩＧＢＴ１６４１および第二の双方向ＩＧＢＴ１６４２を含む。双方向スイッチ１６４０は、逆ブロックＩＧＢＴ構成に配置される。
【0090】
図１５Ｃに示すように、第一の双方向ＩＧＢＴ１６４１のゲートは第一の制御信号ＣＴＬ１を受信し、第二の双方向ＩＧＢＴ１６４２のゲートは第二の制御信号ＣＴＬ２を受信する。追加で、第一の双方向ＩＧＢＴ１６４１のコレクタ／エミッタは、入力端子ＩＮおよび第二の双方向ＩＧＢＴ１６４２のエミッタ／コレクタに電気的に接続され、第一の双方向ＩＧＢＴ１６４１のエミッタ／コレクタは、出力端子ＯＵＴおよび第二の双方向ＩＧＢＴ１６４２のコレクタ／エミッタに電気的に接続される。したがって、第一の双方向ＩＧＢＴ１６４１および第二の双方向ＩＧＢＴ１６４２は、逆平行に配置される一対のスイッチング装置としての役割を果たす。
【0091】
図１５Ａ－１５Ｃに関して、第一の制御信号ＣＴＬ１および第二の制御信号ＣＴＬ２は、スイッチドライバによって提供される。追加で、入力端子ＩＮはスイッチアレイのＡＣ入力に結合され、一方で出力端子ＯＵＴはスイッチアレイのＡＣ出力に結合される。
【0092】
図１６は、別の実施形態によるマトリックスコンバータ１７００の概略図である。マトリックスコンバータ１７００は、モータ１７１８に電力を供給し、入力フィルタ１７０１、スイッチのアレイ１７０２、クランプ回路１７０３、制御回路１７０４、３相ＡＣ入力端子１７０５、３相ＡＣ出力端子１７０６、入力電圧変換器１７１１、絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ１７１２、スイッチドライバ１７１３、放熱板１７１４、出力電流変換器１７１５、電流方向センサ１７１６、およびシャフト位置センサ１７１７を含む。
【0093】
図１６に示すように、クランプ回路１７０３は、制御回路１７０４に給電し、絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ１７１２への入力電圧として機能する、ＤＣ安定化電圧を生成するスイッチモード電源１７２０を含む。絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータ１７１２（例えば、フライバックコンバータ）は、スイッチドライバ１７１３に給電するＤＣ電圧を出力する。
【0094】
図１６を引き続き参照すると、制御回路１７１４は、シリアルインターフェースまたはバスなどのインターフェースに電気的に接続される。インターフェースは、ネットワークに接続して、マトリックスコンバータ１７００およびモータ１７１８にわたる遠隔制御を容易にすることができる。追加で、制御回路１７１４は、データをデジタル処理するデジタル処理回路１７３１（例えば、プロセッサおよび／またはＦＰＧＡ）、およびアナログデジタル変換およびデジタルアナログ変換作業を提供するデータコンバータ１７３２を含む。例えば、データコンバータ１７３２は、図示したセンサおよび変換器から受信した信号の変換を提供する役割を果たすことができる。
【0095】
制御回路１７１４は、マトリックスコンバータ１７００の動作条件を示す様々な信号を受信する。例えば、図示した実施形態では、制御回路１７１４が、入力電圧変換器１７１１からの入力電圧感知信号と、クランプ回路１７０３からの過電圧感知信号（例えば、クランプ回路１７０３の放電起動回路から）と、放熱板１７１４からの温度感知信号と、出力電流変換器１７１５からの出力電流感知信号と、電流方向センサ１７１６からの電流方向感知信号と、シャフト位置センサ１７１７からのシャフト位置感知信号と、を受信する。
【0096】
このようなセンサを有するマトリックスコンバータ１７００を実装すると、過電流トリップ保護、過電圧トリップ保護、熱トリップ保護、および／またはモータ１７１８の回転、トルク、および／または速度にわたる強化された制御などのいくつかの機能が提供される。
【0097】
特定の実施形態が説明されているが、これらの実施形態は、単に例として提示されており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。実際に、本明細書に記載される新規の方法およびシステムは、様々な他の形態で具現化されてもよい。さらに、本明細書に記載するシステムおよび方法における様々な省略、置換および変更は、本開示の趣旨から逸脱することなく行われてもよい。添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物は、本開示の範囲および精神の範囲内に入るような形態または修正を網羅することが意図される。したがって、範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することによってのみ定義される。
【0098】
特定の態様、実施形態、または実施例と併せて記載される特徴、材料、特性、または群は、矛盾しない限り、本セクションまたは本明細書の他の場所で記載される任意の他の態様、実施形態、または実施例に適用可能であると理解されるべきである。本明細書に開示された全ての特徴（添付の特許請求の範囲、要約および図面を含む）、および／またはそのように開示された任意の方法またはプロセスの全てのステップは、このような特徴および／またはステップの少なくとも一部が相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせられてもよい。保護は、前述の実施形態のいずれかの詳細に限定されるものではない。保護は、本明細書に開示された特徴（任意の付随する特許請求の範囲、要約および図面を含む）の任意の新規なもの、または任意の新規な組み合わせ、あるいはそのように開示される任意の方法もしくはプロセスの任意の新規なもの、または任意の新規な組み合わせにまで及ぶ。
【0099】
さらに、別個の実装形態の文脈において本開示で説明される特定の特徴は、単一の実装形態で組み合わせて実装され得る。逆に、単一の実装形態の文脈で説明されるさまざまな特徴はまた、複数の実装形態、または任意の適切な部分組み合わせで実装され得る。さらに、特定の組み合わせに作用するように特徴を上記に説明することができるが、特許請求された組み合わせからの一つ以上の特徴は、いくつかの場合において、組み合わせから切り離されることができ、組み合わせは部分組み合わせまたは部分組み合わせの変形として特許請求され得る。
【0100】
さらに、動作は図面に描写されてもよく、または明細書に特定の順序で記述されてもよいが、こうした動作は、望ましい結果を達成するために、示される特定の順序で、または順次実行される、あるいはすべての動作が実行される必要はない。図示または説明されていない他の動作を、例示的な方法およびプロセスに組み込むことができる。例えば、一つ以上の追加の動作を、記載した動作のいずれかの前、後、同時に、またはその間に実施することができる。さらに、動作は、他の実装形態で再構成または並べ替えされてもよい。当業者であれば、一部の実施形態では、図示および／または開示されるプロセスにおいてとられる実際のステップは、図に示されるものとは異なる場合があることを認識するであろう。実施形態に応じて、上述の特定のステップは除去されてもよく、その他のステップは追加されてもよい。さらに、上記に開示された特定の実施形態の特徴および属性は、異なる方法で組み合わせて、追加的な実施形態を形成してもよく、それらすべては本開示の範囲内である。また、上述の実装形態における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実装形態においてこのような分離を必要とすると理解されるべきではなく、記載される構成要素およびシステムは、概して、単一の製品に統合され得るか、または複数の製品へとパッケージ化され得ることが理解されるべきである。
【0101】
本開示の目的のために、特定の態様、利点、および新規の特徴が本明細書に記載されている。必ずしも、こうした利点の全てが、任意の特定の実施形態に従って達成されうるとは限らない。したがって、例えば、当業者は、本開示は、本明細書に教示または示唆され得る他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書に教示されるような一つの利点または一群の利点を達成する様式で具現化または実施されうることを認識するであろう。
【0102】
「し得る（ｃａｎ）」、「できる（ｃｏｕｌｄ）」、「可能性がある（ｍｉｇｈｔ）」、または「場合がある（ｍａｙ）」等の条件付き文言は、別途具体的に記載されない限り、または使用される文脈の範囲内で別途解釈されない限り、特定の実施形態が、特定の特徴、要素、および／またはステップを含むが、他の実施形態は含まないということの伝達を意図するのが通例である。したがって、こうした条件付き文言は、特徴、要素、および／またはステップが、一つ以上の実施形態に何らかの方法で必要とされること、または一つ以上の実施形態が、これらの特徴、要素、および／またはステップが、任意の特定の実施形態に含まれるか、または任意の特定の実施形態で実施されるかどうかを決定するための論理を、ユーザ入力またはプロンプトと共にまたはそれ無しで、必ず含むと意味することを、一般的に意図するものではない。
【0103】
語句「Ｘ、Ｙ、およびＺのうちの少なくとも一つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ｘ， Ｙ， ａｎｄ Ｚ）」などの連言的文言は、別途具体的に記載されない限り、ある項目や用語などが、Ｘか、Ｙか、Ｚのいずれかであり得ることを伝えるのに一般的に用いられる文脈とともに、別途解釈されるものである。従って、こうした連言的文言は、特定の実施形態が、少なくともＸのうちの一つと、少なくともＹのうちの一つと、少なくともＺのうちの一つの存在を必要とするという示唆を必ずしも意図するものではない。
【0104】
本明細書で使用される場合、用語「およそ」、「約」、「概して」、および「実質的に」などの、本明細書で使用される度合いの文言は、所望の機能を依然として実行するか、または所望の結果を達成する、所定の値、量、または特性に近い値、量、または特性を表す。例えば、用語「およそ」、「約」、「概して」、および「実質的に」は、所定の量の１０％未満、５％未満、１％未満、０．１％未満、および０．０１％未満である量を指し得る。別の例として、特定の実施形態では、用語「概して平行な」および「実質的に平行な」は、１５度、１０度、５度、３度、１度、または０．１度以下だけ、正確に平行から逸脱する値、量、または特性を指す。
【0105】
本開示の範囲は、本セクションまたは本明細書の他の場所での好ましい実施形態の特定の開示によって制限されることを意図するものではなく、本セクションまたは本明細書の他の場所で提示されるか、または将来提示される特許請求の範囲によって定義され得る。特許請求の範囲の文言は、特許請求の範囲において用いられる文言に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書に記載される例、または出願の経過中に記載される例に限定されないが、その例は非排他的であると解釈されるべきである。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［Ｃ１］
電気モータのモータ駆動回路として構成されたマトリックスコンバータであって、
多相ＡＣ入力電圧を受信するように構成された複数のＡＣ入力、および多相ＡＣ出力電圧を出力するように構成された複数のＡＣ出力を含むスイッチのアレイと、
前記多相ＡＣ入力電圧から前記多相ＡＣ出力電圧を合成するために前記スイッチのアレイを制御するように構成された制御回路と、
前記複数のＡＣ入力と前記複数のＡＣ出力との間に電気的に接続されたクランプ回路であって、前記制御回路のＤＣ供給電圧を生成するように動作可能なスイッチモード電源を含む、クランプ回路と、を備える、マトリックスコンバータ。
［Ｃ２］
前記クランプ回路が、第一の放電ノードと第二の放電ノードとの間に放電装置と直列のクランプ抵抗器を備える、Ｃ１に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ３］
前記スイッチモード電源が、前記第一の放電ノードと前記第二の放電ノードとの間に電気的に接続されている、Ｃ２に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ４］
前記クランプ抵抗器が、それを通して電流を流すための電流経路を含み、前記電流経路が、前記電流を実質的に反対の方向に流し、それによって磁界の解消をもたらす、第一の部分および第二の部分を含む、Ｃ２に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ５］
前記クランプ回路が、
それぞれが、前記ＡＣ入力のそれぞれ一つに電気的に接続された陽極と、前記第一の放電ノードに電気的に接続された陰極とを有する、第一の複数の入力ダイオードと、
それぞれが、前記ＡＣ入力のそれぞれ一つに電気的に接続された陰極と、前記第二の放電ノードに電気的に接続された陽極とを有する、第二の複数の入力ダイオードと、
それぞれが、前記ＡＣ出力のそれぞれ一つに電気的に接続された陽極と、前記第一の放電ノードに電気的に接続された陰極とを有する、第一の複数の出力ダイオードと、
それぞれが、前記ＡＣ出力のそれぞれ一つに電気的に接続された陰極と、前記第二の放電ノードに電気的に接続された陽極とを有する、第二の複数の出力ダイオードと、をさらに備える、Ｃ２に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ６］
前記クランプ回路が、前記クランプ抵抗器を通して放電経路を選択的に起動するため前記放電装置への入力を制御するように構成された放電起動回路をさらに備える、Ｃ２に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ７］
前記クランプ抵抗器と並列に電気的に接続されたダイオードをさらに備える、Ｃ２に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ８］
前記制御回路が、前記ＤＣ供給電圧によって給電されるデジタル処理回路を備える、Ｃ１に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ９］
前記スイッチのアレイが、前記複数のＡＣ入力と前記複数のＡＣ出力との間に電気的に接続された複数の双方向スイッチを備え、前記マトリックスコンバータが、それぞれ前記複数の双方向スイッチのそれぞれ一つを制御するように構成された複数のドライバ回路をさらに備える、Ｃ１に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ１０］
前記制御回路が、前記ＤＣ供給電圧によって給電され、前記複数のドライバ回路に複数の入力信号を提供するように動作可能なデジタル処理回路を備える、Ｃ９に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ１１］
前記ＤＣ供給電圧を受信するようにそれぞれ構成された複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータをさらに備え、前記複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータが、前記ドライバ回路のそれぞれ一つに対して変換されたＤＣ電圧を生成するようそれぞれ構成される、Ｃ９に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ１２］
マトリックスコンバータにＤＣ電源を供給する方法であって、
制御回路を使用してスイッチのアレイを制御して、多相ＡＣ入力電圧からの多相ＡＣ出力電圧を合成することと、
過電圧状態に応答して、前記スイッチのアレイの複数のＡＣ出力と複数のＡＣ入力との間に接続されたクランプ回路を起動させることと、
前記クランプ回路のスイッチモード電源を使用して、前記制御回路のＤＣ供給電圧を生成することと、を含む、方法。
［Ｃ１３］
前記クランプ回路の第一の放電ノードと第二の放電ノードとの間で前記スイッチモード電源を接続することをさらに含む、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１４］
前記クランプ回路を起動することが、クランプ抵抗器と放電装置の直列組み合わせを介して、前記第一の放電ノードから前記第二の放電ノードに電流を放電することをさらに含む、Ｃ１３に記載の方法。
［Ｃ１５］
前記第一の放電ノードと前記第二の放電ノードとの間の電圧差を閾値電圧と比較することに基づいて、前記放電装置を選択的にオンにすることをさらに含む、Ｃ１４に記載の方法。
［Ｃ１６］
前記制御回路を使用して前記スイッチのアレイを制御することが、制御回路を使用して複数のスイッチドライバに複数の入力信号を提供する前記複数のスイッチドライバを使用して、前記アレイの複数の双方向スイッチを制御すること、および前記ＤＣ供給電圧を使用して前記制御回路に給電することを含む、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１７］
前記ＤＣ供給電圧を、複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに供給することと、前記複数のスイッチドライバの各々に、前記絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれ一つから変換されたＤＣ電圧で給電することと、をさらに含む、Ｃ１６に記載の方法。
［Ｃ１８］
複数のＡＣ入力および複数のＡＣ出力を有するスイッチアレイであって、前記スイッチアレイが複数の双方向スイッチを備える、スイッチアレイと、
各々、前記複数の双方向スイッチのそれぞれ一つを制御するように構成された複数のドライバ回路と、
複数の入力信号を前記複数のドライバ回路に提供するように構成された制御回路と、 前記複数のＡＣ入力と前記複数のＡＣ出力との間に電気的に接続されたクランプ回路であって、前記制御回路のＤＣ供給電圧を生成するように動作可能なスイッチモード電源を含む、クランプ回路と、を備える、マトリックスコンバータ。
［Ｃ１９］
前記スイッチモード電源が、前記クランプ回路の第一の放電ノードと第二の放電ノードとの間に電気的に接続され、前記クランプ回路が、前記第一の放電ノードと前記第二の放電ノードを前記複数のＡＣ入力に接続する入力ダイオードアレイ、および前記第一の放電ノードと前記第二の放電ノードを前記複数のＡＣ出力に接続する出力ダイオードアレイをさらに備える、Ｃ１８に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ２０］
それぞれが前記ＤＣ供給電圧を受信し、前記ドライバ回路のそれぞれ一つに対して変換されたＤＣ電圧を生成するように構成された複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータをさらに備える、Ｃ１８に記載のマトリックスコンバータ。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［Ｃ１］
電気モータのモータ駆動回路として構成されたマトリックスコンバータであって、
多相ＡＣ入力電圧を受信するように構成された複数のＡＣ入力、および多相ＡＣ出力電圧を出力するように構成された複数のＡＣ出力を含むスイッチのアレイと、
前記多相ＡＣ入力電圧から前記多相ＡＣ出力電圧を合成するために前記スイッチのアレイを制御するように構成された制御回路と、
前記複数のＡＣ入力と前記複数のＡＣ出力との間に電気的に接続されたクランプ回路であって、前記制御回路のＤＣ供給電圧を生成するように動作可能なスイッチモード電源を含む、クランプ回路と、を備える、マトリックスコンバータ。
［Ｃ２］
前記クランプ回路が、第一の放電ノードと第二の放電ノードとの間に放電装置と直列のクランプ抵抗器を備える、Ｃ１に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ３］
前記スイッチモード電源が、前記第一の放電ノードと前記第二の放電ノードとの間に電気的に接続されている、Ｃ２に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ４］
前記クランプ抵抗器が、それを通して電流を流すための電流経路を含み、前記電流経路が、前記電流を実質的に反対の方向に流し、それによって磁界の解消をもたらす、第一の部分および第二の部分を含む、Ｃ２に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ５］
前記クランプ回路が、
それぞれが、前記ＡＣ入力のそれぞれ一つに電気的に接続された陽極と、前記第一の放電ノードに電気的に接続された陰極とを有する、第一の複数の入力ダイオードと、
それぞれが、前記ＡＣ入力のそれぞれ一つに電気的に接続された陰極と、前記第二の放電ノードに電気的に接続された陽極とを有する、第二の複数の入力ダイオードと、
それぞれが、前記ＡＣ出力のそれぞれ一つに電気的に接続された陽極と、前記第一の放電ノードに電気的に接続された陰極とを有する、第一の複数の出力ダイオードと、
それぞれが、前記ＡＣ出力のそれぞれ一つに電気的に接続された陰極と、前記第二の放電ノードに電気的に接続された陽極とを有する、第二の複数の出力ダイオードと、をさらに備える、Ｃ２に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ６］
前記クランプ回路が、前記クランプ抵抗器を通して放電経路を選択的に起動するため前記放電装置への入力を制御するように構成された放電起動回路をさらに備える、Ｃ２に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ７］
前記クランプ抵抗器と並列に電気的に接続されたダイオードをさらに備える、Ｃ２に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ８］
前記制御回路が、前記ＤＣ供給電圧によって給電されるデジタル処理回路を備える、Ｃ１に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ９］
前記スイッチのアレイが、前記複数のＡＣ入力と前記複数のＡＣ出力との間に電気的に接続された複数の双方向スイッチを備え、前記マトリックスコンバータが、それぞれ前記複数の双方向スイッチのそれぞれ一つを制御するように構成された複数のドライバ回路をさらに備える、Ｃ１に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ１０］
前記制御回路が、前記ＤＣ供給電圧によって給電され、前記複数のドライバ回路に複数の入力信号を提供するように動作可能なデジタル処理回路を備える、Ｃ９に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ１１］
前記ＤＣ供給電圧を受信するようにそれぞれ構成された複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータをさらに備え、前記複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータが、前記ドライバ回路のそれぞれ一つに対して変換されたＤＣ電圧を生成するようそれぞれ構成される、Ｃ９に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ１２］
マトリックスコンバータにＤＣ電源を供給する方法であって、
制御回路を使用してスイッチのアレイを制御して、多相ＡＣ入力電圧からの多相ＡＣ出力電圧を合成することと、
過電圧状態に応答して、前記スイッチのアレイの複数のＡＣ出力と複数のＡＣ入力との間に接続されたクランプ回路を起動させることと、
前記クランプ回路のスイッチモード電源を使用して、前記制御回路のＤＣ供給電圧を生成することと、を含む、方法。
［Ｃ１３］
前記クランプ回路の第一の放電ノードと第二の放電ノードとの間で前記スイッチモード電源を接続することをさらに含む、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１４］
前記クランプ回路を起動することが、クランプ抵抗器と放電装置の直列組み合わせを介して、前記第一の放電ノードから前記第二の放電ノードに電流を放電することをさらに含む、Ｃ１３に記載の方法。
［Ｃ１５］
前記第一の放電ノードと前記第二の放電ノードとの間の電圧差を閾値電圧と比較することに基づいて、前記放電装置を選択的にオンにすることをさらに含む、Ｃ１４に記載の方法。
［Ｃ１６］
前記制御回路を使用して前記スイッチのアレイを制御することが、制御回路を使用して複数のスイッチドライバに複数の入力信号を提供する前記複数のスイッチドライバを使用して、前記アレイの複数の双方向スイッチを制御すること、および前記ＤＣ供給電圧を使用して前記制御回路に給電することを含む、Ｃ１２に記載の方法。
［Ｃ１７］
前記ＤＣ供給電圧を、複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれに供給することと、前記複数のスイッチドライバの各々に、前記絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータのそれぞれ一つから変換されたＤＣ電圧で給電することと、をさらに含む、Ｃ１６に記載の方法。
［Ｃ１８］
複数のＡＣ入力および複数のＡＣ出力を有するスイッチアレイであって、前記スイッチアレイが複数の双方向スイッチを備える、スイッチアレイと、
各々、前記複数の双方向スイッチのそれぞれ一つを制御するように構成された複数のドライバ回路と、
複数の入力信号を前記複数のドライバ回路に提供するように構成された制御回路と、 前記複数のＡＣ入力と前記複数のＡＣ出力との間に電気的に接続されたクランプ回路であって、前記制御回路のＤＣ供給電圧を生成するように動作可能なスイッチモード電源を含む、クランプ回路と、を備える、マトリックスコンバータ。
［Ｃ１９］
前記スイッチモード電源が、前記クランプ回路の第一の放電ノードと第二の放電ノードとの間に電気的に接続され、前記クランプ回路が、前記第一の放電ノードと前記第二の放電ノードを前記複数のＡＣ入力に接続する入力ダイオードアレイ、および前記第一の放電ノードと前記第二の放電ノードを前記複数のＡＣ出力に接続する出力ダイオードアレイをさらに備える、Ｃ１８に記載のマトリックスコンバータ。
［Ｃ２０］
それぞれが前記ＤＣ供給電圧を受信し、前記ドライバ回路のそれぞれ一つに対して変換されたＤＣ電圧を生成するように構成された複数の絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータをさらに備える、Ｃ１８に記載のマトリックスコンバータ。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16】