(57)【要約】      （修正有）【課題】モータノイズを減少させる。【解決手段】ＰＷＭサイクルを有するＰＷＭインバータモータ駆動システム中のＤＣバス上の電流パルスを備えるＤＣバス電流からモータ相電流を再構成するためのシステムにおける可聴モータノイズを減少させ、且つモータを制御するための方法及びシステムであって、モータを制御するために空間ベクトル変調構成にしたがってコマンド電圧ベクトルを形成し、上記モータ相電流を再構成するためにインバータに対して電力を供給するＤＣバス上のＤＣバス電流を測定し、コマンド電圧ベクトルが、ＤＣバス電流の測定がモータ相電流を正確に示さないようにするインバータ切り換え状態になる時期を決定する方法及びシステム。【選択図】図２
2007129894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭサイクルを有するＰＷＭインバータモータ駆動システム中のＤＣバス上の電流パルスを備えるＤＣバス電流からモータ相電流を再構成するためのシステムにおける可聴モータノイズを減少させ、且つモータを制御するための方法であって、
モータを制御するために空間ベクトル変調構成にしたがってコマンド電圧ベクトルを形成するステップと、
前記モータ相電流を再構成するためにインバータに対して電力を供給するＤＣバス上のＤＣバス電流を測定するステップと、
コマンド電圧ベクトルが、ＤＣバス電流の測定がモータ相電流を正確に示さないようにするインバータ切り換え状態になるときのセクタクロッシング領域を決定するステップと、
前記インバータ切り換え状態中に、前記ＤＣバス電流に基づいて前記モータ相電流の再構成を向上させるために、最小パルス幅制約を前記ＤＣバス電流の前記電流パルスに対して加えるステップと、
前記セクタクロッシング領域中に、ＰＷＭサイクル毎に1回よりも少ない頻度で前記最小パルス幅制約を加えることにより、可聴モータノイズが少ないモータ相電流再構成を可能にするステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記測定されたモータ相電流を同期サンプリングして、セクタクロッシング中に前記最小パルス制約の前記減少により引き起こされる前記測定されたモータ相電流におけるエラーを拒絶するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
セクタクロッシング領域における前記サンプリング減少にしたがって前記モータコントローラの帯域幅を減少させるステップを更に備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
セクタクロッシング領域における前記サンプリング減少にしたがって前記モータコントローラの帯域幅を減少させるステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電流サンプリングスケジューラが、セクタクロッシング領域における前記最小パルス幅印加数を減少させるためにモータ速度に応じて調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記減少させるステップにおいて、前記最小パルス幅印加の減少が、モータ速度が速い場合よりもモータ速度が遅い場合において大きい、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法にしたがって動作されるノイズ低減スケジューラを有する空間ベクトルＰＷＭモータ駆動システム。
【請求項８】
可聴モータノイズを低減しつつモータを制御するためのＰＷＭインバータモータ駆動システムであって、
ＰＷＭサイクルを有し、空間ベクトル変調構成にしたがってモータに供給されるべきコマンド電圧ベクトルを形成するモータコントローラを備え、
インバータに対して電力を供給するＤＣバス上の電流パルスを備えるＤＣバス電流を測定するとともに、このＤＣバス電流からモータ相電流を再構成するためのユニットを備え、
前記モータコントローラが、ＤＣバス電流の測定がモータ相電流を正確に示さないようにするインバータ切り換え状態にコマンド電圧ベクトルがなるときのセクタクロッシング領域を決定するようになっており、
前記インバータ切り換え状態中に、前記ＤＣバス電流に基づいて前記モータ相電流の再構成を向上させるために、最小パルス幅制約を前記ＤＣバス電流の前記電流パルスに対して加える電流サンプリングスケジューラを備え、
前記電流サンプリングスケジューラが、前記セクタクロッシング領域中に、ＰＷＭサイクル毎に1回よりも少ない頻度で前記最小パルス幅制約を加えることにより、可聴モータノイズが少ないモータ相電流再構成を可能にする、システム。
【請求項９】
前記電流サンプリングスケジューラが、前記測定されたモータ相電流を同期サンプリングして、セクタクロッシング中に前記最小パルス制約の前記減少により引き起こされる前記測定されたモータ相電流におけるエラーを拒絶する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記電流サンプリングスケジューラが、セクタクロッシング領域における前記サンプリング減少にしたがって前記モータコントローラの帯域幅を減少させる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記電流サンプリングスケジューラが、セクタクロッシング領域における前記サンプリング減少にしたがって前記モータコントローラの帯域幅を減少させる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電流サンプリングスケジューラが、セクタクロッシング領域における前記最小パルス幅印加数を減少させるためにモータ速度に応じて調整される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記最小パルス幅印加の減少が、モータ速度が速い場合よりもモータ速度が遅い場合において大きい、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願に対する相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、参照として本明細書に組み込まれる２００５年１０月２６日に提出された米国仮特許出願第６０／７３０，３４２号（ＩＲ−３０７６ＰＲＯＶ）及び２００６年１０月２５日に提出された米国特許出願第１１／５５２，７５８号（ＩＲ−３０７６（２−５３８５））に基づくとともに当該出願の優先権を主張する。
【０００２】
[0002]本出願は、いずれも参照として本明細書に組み込まれる２００６年９月５日に発行された米国特許７，１０２，３２７号（ＩＲ−２４６５ＣＩＰ）及びその親である２００３年３月２７日に提出された係属中の米国特許出願第１０／４０２，１０７号（ＩＲ−２１６０）に関連している。
【発明の分野】
【０００３】
[0003]本発明は、従来のＰＷＭインバータドライブの単一電流シャントフィードバックトポロジーにより引き起こされる可聴モータノイズを減少させるアルゴリズム及びシステムに関する。
【０００４】
[0004]
【関連技術】
【０００５】
[0005]図１は、２レベルインバータの空間ベクトル面を示している。ｄｃリンク電流を観察するとともに、確実な電流サンプリングを可能にするためには、電圧ベクトルが図１ａの斜線領域（セクタクロッシング）に入るときに常に最小パルス幅制約（図１ｂ）をかけなければならない。これらの技術の例は、参照として本明細書に組み込まれるＢｌａａｂｊｅｒｇらによる前述した米国特許第７，１０２，３２７号（出願番号１０／４０２，１０７）の“Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ＤＣ−ｌｉｎｋ  ｏｆ  Ｔｈｒｅｅ−ｐｈａｓｅ  ＰＷＭ−ＶＳ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ−Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｕｌｔｉｍａｔｅ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ”（ＩＥＥＥ、１１９２−１２０２頁（１９９６））に記載されており、したがって、本明細書では更に説明しない。
【０００６】
[0006]２レベルインバータシステムにおいて、ｄｃリンクにおける瞬間電流波形は電流パルスから成る。電流パルス幅は、変調指数（モータ速度）が減少するにつれて、信頼できる電流フィードバックデータを取得するために最小パルス幅制約（ハードウェアに依存して、一般に０．５−２μｓｅｃ）をかけなければならない点まで減少される。この最小パルス幅制約を加える結果として、電流調波が増大する。また、可聴モータノイズスペクトルも、特に図１ａの電圧ベクトルが斜線領域で長い持続時間を費やすモータ低速時（例えば、定格回転数の２０％未満）に増大して広がる。これにより、一部の用途で、許容できないノイズ性能を招く。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]本発明は、従来のＰＷＭインバータドライブの単一電流シャントフィードバックトポロジーを使用することにより引き起こされる可聴モータノイズを減少させるアルゴリズム及びシステムを提供することによって、前述した課題を解決する。
【０００８】
[0008]可聴モータノイズ減少技術は、図１ａの斜線領域の内側に加えられる最小パルス幅制約の総数の適応減少を伴っている。これは、最小パルス挿入のための新たなスケジュールを導入することにより行なわれる。電圧ベクトルがセクタクロッシング領域に入ると、電流フィードバックサンプリングレート及びモータコントローラ帯域幅が最小パルス除去にしたがって修正される。電圧ベクトルが斜線領域から出ると直ぐに、公称のフィードバックサンプリングレート及びモータコントローラ帯域幅が再開される。
【０００９】
[0009]また、最小パルス挿入のための新たなスケジュールはモータ速度に対して適応できる。これは、得られるコントローラ帯域幅を最大するために行なわれる。この適応フィードバックサンプリング方式において、ＰＷＭスイッチング周波数は不変であり、そのため、ＰＷＭ誘導調波の特性が保たれる。
【００１０】
[0010]本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照する本発明の実施形態の以下の説明から明らかとなる。
【発明の実施形態の詳細な説明】
【００１１】
[0016]図２は、モータコントローラ（速度及び電流制御）１０と、空間ベクトルＰＷＭ変調器２０と、２レベルインバータ３０と、モータ４０とを備えるセンサレスインバータ駆動システムを示している。モータ電流（Ｉｗ Ｉｎ，Ｉｖ Ｉｎ）は、ブロック５０において単一シャントフィードバック電流Ｉｄｃから再構成される。再構成された電流（Ｉｗ Ｉｎ，Ｉｖ Ｉｎ）は、従来、モータコントローラに対して直接に供給されていた。しかしながら、図２において、これらのモータ電流は、モータコントローラに入る前に、電流サンプリングスケジューラ６０によって処理される。可聴ノイズ減少コンポーネントが図２の点線ボックス７０の内側に示されている。
【００１２】
[0017]セクタクロッシング（図１の斜線領域）中、単一電流シャント再構成アルゴリズムは、通常、各ＰＷＭサイクル毎に最小パルス幅クランピングをかける。電流サンプリングスケジューラ（図２）は、全てのＰＷＭサイクルにおけるよりも遅い所定の速度で最小パルスを印加させる（ＵｓｅＴｍｉｎ）ことにより、最小パルスクランピング発生量を減少させる。最小パルスクランピングの減少に起因して、ｄｃリンク電流を観察することができず、サンプリングされた電流（Ｉｗ Ｉｎ，Ｉｖ Ｉｎ、単一シャント電流再構成の出力）がエラーを示す（図２、下側のトレースの電流スパイク、Ｉｗ Ｉｎ）。これらの電流スパイクは、入力電流（Ｉｗ Ｉｎ，Ｉｖ Ｉｎ）の同期サンプリングにより電流サンプリングスケジューラ６０によって拒絶される（図２、上側のトレース、Ｉｗ Ｒ）。可聴ノイズ減少の全プロセス中にわたってインバータＰＷＭ周波数は変化しない。
【００１３】
[0018]図３は、電流サンプリングスケジューラ６０における最小パルスクランピング発生の減少及び同期サンプリングの詳細を示している。セクタクロッシング領域の（ＰＷＭ空間ベクトル変調器２０による）検出時、制御信号セクタクロス（図２）は、図３（ａ）に示されるようにダウンカウンタ６２により最小パルスクランピングの量を減少させる。このカウンタで適合機能６６からロードされる値（ＬｄＣｎｔ）が最小パルスクランピング速度を決定する。
【００１４】
[0019]図３（ｂ）は、４ＰＷＭサイクル毎に1回最小パルスがかけられるとともに、最小パルスがかけられるときにはいつでもＳ／Ｈ回路６４（Ｉｗ Ｒ，Ｉｖ Ｒ）によりモータ電流（Ｉｗ Ｉｎ，Ｉｖ Ｉｎ）がサンプリングされて保持される一例を示している。モータ速度は比較的遅いため、この保持によりもたらされる電流エラーは小さい。
【００１５】
[0020]図３（ｃ）は８ＰＷＭサイクル毎に１回の最小パルスの印加を示している。
【００１６】
[0021]ＰＷＭサイクルの数が増大すると（サンプリングレートが減少する）、それに応じてモータコントローラ帯域幅が減少される。信号ＵｓｅＣＧａｉｎ及びＬｄＣｎｔは、帯域幅（利得調整）修正のためのモータコントローラ情報を与える。ＵｓｅＣＧａｉｎがハイ（ｈｉｇｈ）に設定されると、ＬｄＣｎｔの値に基づいてコントローラ帯域幅が減少される。
【００１７】
[0022]モータ速度が増大する（変調が増大する）と、セクタクロッシング領域に費やされる平均時間が減少する。したがって、セクタクロッシング中に更に高いコントローラ帯域幅及び電流サンプリングレートを再開するためにプレロードカウンタ値（ＬｄＣｎｔ）を減少させることができる（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）。また、サンプリングレートの更に段階的な変化を与えるためにプレロードカウンタ値（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）の数を増大させることができ、それにより、図３（ａ）に示される適合機能６６が曲線に近づくようにすることができる。
【００１８】
パラメータの定義
[0023]
Ｉｗ Ｉｎ−（単一電流シャントから）再構成されたｗ−相電流
Ｉｖ Ｉｎ−（単一電流シャントから）再構成されたｖ−相電流
Ｉｖ−実際のｖ−相モータ電流
Ｉｗ−実際のｗ−相モータ電流
Ｉｗ Ｒ−同期サンプリングされたｗ−相電流
Ｉｖ Ｒ−同期サンプリングされたｖ−相電流
Ｉｄｃ−ｄｃリンク電流
ＬｄＣｎｔ−電流サンプリングスケジューラプリロードカウンタ値
ＳｅｃｔｏｒＣｒｏｓｓ−電圧ベクトルへ信号を送るための状態フラグがセクタクロッシング領域の内側にある
Ｔｍｉｎ−最小パルス持続時間（秒）
ＵｓｅＣＧａｉｎ−コントローラ利得変化コマンドフラグ
ＵｓｅＴｍｉｎ−最小パルス挿入コマンドフラグ
【００１９】
[0024]ＥＢＭファン及びＳａｍｓｕｎｇ  Ｗａｓｈｅｒを駆動するＩＲＭＣＳ３１１ｖ２．０プラットフォームを使用する性能試験は、提案された方式のノイズ減少能力を検証した。
【００２０】
[0025]本発明をその特定の実施形態に関して説明してきたが、多くの他の変形及び変更並びに他の用途は、当業者にとって明らかである。したがって、本発明はこの特定の開示内容によって限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１ａ】２レベルインバータの電圧空間ベクトル平面図である。
【図１ｂ】最小パルス幅制約の適用を示すタイミング図である。
【図２】本発明が適用されたインバータ駆動システムのブロック図である。
【図３】（ａ）は図２の電流サンプリングスケジューラのブロック図である。（ｂ）は図示の実施例における最小パルス幅制約の減少を示すタイミング図である。（ｃ）は図示の実施例における最小パルス幅制約の減少を示すタイミング図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０…モータコントローラ、２０…空間ベクトルＰＷＭ変調器、３０…２レベルインバータ、４０…モータ、５０…単一シャント電流再構成、６０…電流サンプリングスケジューラ。
【図１ａ】
2007129894.tif 000003
【図１ｂ】
2007129894.tif 000004
【図２】
2007129894.tif 000005
【図３】
2007129894.tif 000006
【外国語明細書】
2007129894000001.pdf