JPH10505219A

JPH10505219A - 位相電流オーバラップを使用してｄｃブラシレスモーターのトルクリプルを最小化する方法及び装置

Info

Publication number: JPH10505219A
Application number: JP8509651A
Authority: JP
Inventors: カリヤン・ピーゴックヘイル、; デニス・エルミューラー、
Original assignee: アイティーティー・オートモーティブ・エレクトリカル・システムズ・インコーポレーテッド
Priority date: 1994-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1998-05-19
Also published as: EP0780033A1; US5672944A; DE69524878D1; EP0780033B1; WO1996008076A1; DE69524878T2

Abstract

(57)【要約】永久磁石ブラシレスＤＣモーターのトルクリプルを最小化するための方法が、第１位相電流（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）を発生させるためにモーターの第１巻線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を生かし、第２位相電流（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）を発生させるために、モーターの第２巻線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を生かし、トルクリプルを減少させるために、予選択された時間だけ第１位相電流と第２位相電流（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）を正しい時期にオーバラップさせる段階を含んでいる。この方法を実施するための構造は、それぞれの半導体スイッチ（Ｍ１〜Ｍ３）をドライブするためのゲートドライブ信号を順次作り出して、モーターの各巻線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を生かすために、モーター回転子位置信号及び速度制御信号に応答する通常のブラシレスＤＣモータードライブ回路（16）を含んでいる。この構造はさらに、モーターの各巻線（Ｌ１〜Ｌ３）を生かすために使用される、通常のブラシレスＤＣモータードライブ回路（16）の出力と半導体スイッチ（Ｍ１〜Ｍ３）の間に配置された位相オーバラップ回路（50）を含んでいる。位相オーバラップ回路は、「ワンショット」を作り出すための単安定マルチバイプレーターを含んでいる。「ワンショット」のパルス幅又は持続時間が位相電流オーバラップの範囲を決定する。オーバラップ回路（50）はゲートドライブ信号ラインの過渡を検出し、それに応答してトリガー信号を作り出す。トリガー信号は「ワンショット」の発生をトリガーする。オーバラップ回路は「ワンショット」の持続のためにそのゲートドライブ信号の２つを維持すする。

Description

【発明の詳細な説明】位相電流オーバラップを使用してＤＣブラシレスモーターのトルクリプルを最小化する方法及び装置技術分野本発明は一般的にはブラシレスＤＣ多相モーターを制御するシステムに関し、詳細には位相電流オーバラップを使用してＤＣブラシレスモーターのトルクリプルを最小化する方法及び装置に関する。発明の背景多相ブラシレスＤＣモーターが複数の巻線から構成されていることはよく知られている。固定子の中の巻線の各々が順次生かされると、モーター回転子が回転する。各巻線が回転中にいわゆる逆起電力を作り出すことも知られている。最大効率を実現するためには、巻線は、各巻線によって作り出された逆起電力の正半サイクルの真ん中に位置する理想的な矩形電流パルスによってドライブされなければならない。しかしながら、各巻線の非ゼロインダクタンス（つまり、固定子巻線インダクタンス、及び巻線によって作り出される逆起電力（バッテリー電圧を妨害する）によって、入り位相（つまり、次に生かすべき順序の巻線）用の電流の増加が相当に減速されることになる（つまり、電流が非ゼロ立ち上がり時間を有する）。その結果、巻線を生かした後に、各巻線の中の電流が直ちに最大電流に達するわけではない。従って、逆起電力がその最大値に達するのと同時に、出力トルクに比例することが知られている電流が最大値に達するように、それぞれの巻線を生かす時間を早めることは、技術としてはよく知られている。しかしながら、各巻線はモータ回転子の回転のその個々の部分についてだけしか生かされないので（例えば、３相モーターの各巻線は120電気度について電流を運ぶ）、各巻線は、早められた時間に対応する量によって理想的なターンオフが行われる時よりも前に死なされるのである。しかしながら、出巻線が死なされており、入り位相がターンオンされている過渡（整流）間隔中には、ある問題が生じる。この間隔中の問題は、発生するモータートルクに相当の損失があることである。この現象の原因は、すでに述べたように、入り位相の電流立ち上がり時間が比較的遅いのに、一方、巻線逆起電力が位相電流をゼロにドライブするのを助けるスナッバー電圧のせいで、出位相電流の立ち下がり時間が比較的速いことにある。その結果、整流間隔中には、測定できるほどの電流を運ぶ巻線は全くない。従って、発生するトルクは、巻線の中を流れる電流に比例するので、電流の低下によるトルク「ディップ」が見られる。モータートルクのこれらの周期的な（電気周波数の３倍の）「ディップ」はねじり力をモータの据え付け構造に伝え、従って、その周波数における不快な騒音の原因となることがある。先行技術によって提案されている１つの解決策は、そのようなＤＣモーターに（固定子に）「慣性ディスク」を含めることである。システムの慣性モーメントを増大させる追加質量は、上記トルクリプル又は「ディップ」から生じるねじり加速を「抑える」のに有効である。しかしながら、ディスクがコストを高め、モーターアセンブリの総重量を増やし、そのようなモーターを自動車の中に据え付ける場合には、この重量増加が特に不利であるという点で、この解決策が満足できるものではないことが明らかになった。それに加えて、質量が加わることによって、燃料効率も低下することになる。従って、上記の問題の１つ以上を最小化するか、又はなくすために、３相ブラシレスＤＣモーターのような多相ＤＣモーターを制御する改良された方法及び装置を提供する必要がある。発明の概要本発明は、モータートルクリプル減少させるために位相巻線又は多相モーターの巻線を生かす改良された方法を提供する。方法は３つの基本的段階からなる。第１段階では、第１位相電流を発生させるためにモーターの第１巻線を生かす。第２段階では、第２位相電流を発生させるためにモーターの第２巻線を生かす。最後に、第３段階では、モータートルクリプルを減少させるために、予選択された時間だけ第１位相電流と第２位相電流をオーバラップさせる。好ましい実施例においては、モータの各巻線は個別の公称ターンオン及びターンオフ時間を有している。さらに、オーバラップ段階は、予選択された時間だけ第１位相電流と第２位相電流がオーバラップするように、公称第１巻線ターンオフ時間よりも第１巻線を死なせるのを遅らせる副段階を含んでいる。全電流を運んでいる第１巻線を生かす時間を、第２巻線がそれぞれの第２位相電流を十分に立ち上げるまで延長することによって、総モータートルクの過剰な変動又は変化を最小化または低減するための制御の改善が行われ、その結果、モータートルクリプルが減少する。モータートルクリプルを減少させるために複数の位相を有するブラシレスＤＣモーターを制御するための好ましい実施様態を実施するための構造が提供される。この構造は、第１間隔中に第１位相電流を発生させるために巻線の中の第１巻線を生かすための手段、及び第２間隔中に第２位相電流を発生させるために巻線の中の第２巻線を生かすための手段からなる。この構造は、トルク変動が減少し、その結果、モータートルクリプルが減少するように、第１間隔と第２間隔を予選択された時間だけオーバラップさせるための手段を供給することによって、先行技術から出発している。図面の簡単な説明第１図は、３相ブラシレスＤＣモーターの等価回路及び関連先行技術制御・ドライブ回路からなる先行技術半ブリッジＤＣモータードライブシステムのブロック図・部分略図組み合わせ図である。第２Ａ図は、本発明の好ましい実施例によって発生する電流波形を含めた、３相ブラシレスＤＣモーターの第１位相の逆起電力及び電流波形を示したタイミング図である。第２Ｂ図は、本発明の好ましい実施例によって発生する電流波形を含めた、３相ブラシレスＤＣモーターの第２位相の逆起電力及び電流波形を示したタイミング図である。第２Ｃ図は、本発明の好ましい実施例によって発生する電流波形を含めた、３相ブラシレスＤＣモーターの第３位相の逆起電力及び電流波形を示したタイミング図である。第２Ｄ図は、本発明の好ましい実施例によるトルク波形を含めた、制御された３相ブラシレスＤＣモーターの出力トルクを示したタイミング図である。第３図は、第１図の点線で示された箱の中に挿入することによって第１図のシステムと組み合わされれた場合には、本発明の好ましい実施例を形成する電流位相オーバラップ回路を含めた、トルクリプルを減少させるための手段の部分略図である。第４Ａ図は、先行ブラシレスＤＣモータードライブシステム及び本発明の好ましい実施例によるブラシレスＤＣバス電流波形を示したタイミング図である。第４Ｂ図は、先行ブラシレスＤＣモータードライブシステム及び本発明の好ましい実施例のトリガーパルスを示したタイミング図である。第４Ｃ図は、先行モータードライブシステムのねじり加速に対応する波形、及び本発明の好ましい実施例によって制御されたモータのねじり加速に対応する波形を示したタイミング図である。第５図は、標準モーター、先行技術「慣性ディスク」を採用したモーター、及び本発明の好ましい実施例によって制御されたモーターのねじり加速を示した棒グラフである。好ましい実施例の詳細な説明第１図においては、システム10は、多相モーターを制御するための先行技術システムを代表しており、３相半波永久磁石ＤＣ（ＰＭＢＬＤＣ）モーター（図示されていない）を制御するために使用することができる。モーターは、発生したトルクを伝えるために、巻線を生かすことによって回転可能になるシャフトを有している。あるいは又、他のタイプの多相モーターもシステム10によって制御することができる。システム10によって制御されるモーターは、ＤＣモーター等価回路12によって表されている。システム10は、スナッバー等価回路14、制御論理又は手段16、及び位相整流ドライバー又は手段18を含んでいる。第１図に示したように、モーター等価回路12は、３相モーターの場合には、３つの巻線又は枝路を含んでいる。第１巻線は、生かされた場合には、等価抵抗Ｒ1、等価インダクタンスＬ1を通じて、電流Ｉ1を運び、第１図には逆起電力発生器20として等価的に図示されている、周期的逆起電力を発生させる。第２巻線は、生かされた場合には、等価抵抗Ｒ2、等価インダクタンスＬ2を通じて、電流Ｉ2を運び、逆起電力発生器22によって等価的に図示されている、逆起電力を発生させる。第３巻線は、生かされた場合には、等価抵抗Ｒ3、等価インダクタンスＬ3を通じて、電流Ｉ3を運び、逆起電力発生器24によって等価的に図示されている、逆起電力を発生させる。スナッバー回路14は、モーター位相の各々の中の電流のターンオフと関連している過渡電圧スパイクを制御するために、制御システム10の中に含まれている。スナッバー回路14は、等価スナッバー抵抗Ｒs、等価コンデンサーＣs、及び回路 12の３つの枝路の各々にそれぞれ接続されているダイオードＤ1、Ｄ2及びＤ3を含んでいる。論理回路16は、回路12の各枝路を順次生かし、それぞれの間隔中にそれぞれの位相電流を発生させるために、制御システム10の中に備えられている。ドライバー回路16は、制御されているモーターの回転子位置を決定するための位置感知論理26を含んでいる。位置感知論理26は、回路12の巻線の発生した逆起電力の各々に応答する逆起電力比較器論理28でもよく、１つの位相を次の位相に切り換える（つまり、整流事象）時期を決定する際にドライバー回路16によって使用されるモーター回転子信号11を作り出す働きを行う。あるいは又、論理回路16が使用する等価回転子位置情報を提供するために、ＨＡＬＬセンサーを採用した位置監視システムを使用することもできる。整流事象を決定するための位置センサーはモーター制御技術の当業者にはよく知られている。どんな位置感知手段でも使用することができ、本発明の精神及び範囲を逸脱することはない。論理回路16は、第１図に示されているような、モーターの出力速度を制御するための速度制御信号13にも応答する。論理回路16は、制御されるモーターの各枝路を（それぞれの電源スイッチを生かすことを通じて）生かすためのゲートドライバー回路17に加えて、位相整流論理15及びパルス幅変調（ＰＷＭ）論理19を含んでいる。回路16はモーター回転子位置信号11及び速度制御信号13に応答し、電源スイッチＭ１，Ｍ２及びＭ３をそれぞれドライブするためのそれぞれのゲートドライブ信号（ＧＤ１〜ＧＤ３）を作り出すようになっている。モーターの速度は、回路12の各枝路に適用される位相電圧を（パルス幅変調によって）変えることによって変えられる。回路16の機能性は技術としてはよく知られたものであり、モトローラチップＭＣ33033のような市販のコンポーネントである。スイッチＭ１，Ｍ２及びＭ３は回路12のそれぞれの枝路と直列に配置または配線されている。スイッチＭ1、Ｍ2及びＭ3は、技術としてはよく知られているＮ- チャンネルＭＯＳＦＥＴ半導体素子とすることができる。他のタイプのスイッチを使用することもでき、本発明の精神及び範囲を逸脱することはない。第２Ａ〜２Ｄ図は、特に、先行技術多相モーター制御・ドライブシステム10の作動に関連した逆起電力及び電流波形を示したものである。特に。第２Ａ〜２Ｃ図は、逆起電力発生器20、22及び24によって発生させられた台形逆起電力波形30 、32及び34を示している。第２Ａ〜２Ｃ図はそれぞれ理想的な電流波形36、38及び40を電気度による回転子位置θの関数として示している。簡潔明瞭なものにするために、スイッチＭ１、Ｍ２及びＭ３のＰＷＭ作用による高周波（約20kHz）小規模電流リプルは第２Ａ〜２Ｃ図の電流波形には図示されていない。平滑なトルクを作り出すためには、理想的には120°幅理想矩形電流パルス36、38及び40 をそれぞれの逆起電力波形の真ん中に配置すること必要である。しかしながら、本出願書の背景技術部分ですでに述べたように、巻線電流は、巻線と関連した非ゼロインダクタンスのために、ゼロ立ち上がり及び立ち下がり時間を有することができない。従って、先行システムは、最大効率を得るために、巻線の各々の中での電流の流れ始めの時間を理想的な時間よりも早めている。このように時間を早めることによって、逆起電力がピークに達した時に、電流がピークに達することが可能になる。その結果、先行システムの各位相の典型的な電流波形は、第２Ａ、２Ｂ及び２Ｃに示されたような、それぞれの電流波形42、44及び46に似たものになる。波形42、44及び46は、各位相において、有限立ち上がり及び立ち下がり時間を有する電流を示している。各電流パルスはまだ120°幅であるので、電流の流れ始めを早めることによって、特定のモーター速度（単位はＲＰＭ）の場合の公称ターンオン及びターンオフ時間が（電気度による回転子位置θの関数として）確定される。部分的には、スナッバー回路14、及び各位相によって発生させられた逆起電力のために、入り巻線電流の立ち上がり時間が出巻線電流の立ち下がり時間よりも長くなり、その結果、（第２Ｄ図に示したような）トルク「ディップ」が整流事象の度毎に発生する。このモータトルクの外乱がねじり加速及び騒音を作り出す。本発明の好ましい実施例は、周期的トルクディップ又はリプルから生じる上記騒音を低減または最小化する。第１〜３図によれば、本発明の好ましい実施例は、第１図の点線で示された箱の中に挿入することによって先行技術システム10と組み合わせられた、モータートルクリプルを減少させるための回路50（第３図）からなる。好ましくは、回路50は、予選択された時間だけ整流に関する２つの枝路の導電の間隔をオーバラップさせるための回路52によって実現される。第１、２Ａ、２Ｃ、及び３図に基づいて、好ましい実施例の作動について説明を行う。最初に、（理想ターンオン時間よりも早められた）公称ターンオン時間にスイッチＭ３を作動させることによって第１間隔中にドライバー回路16経由で巻線電流を発生させるために、モータの第３位相が生かされる。この第３位相は生かされる最初の相であることを説明するために任意に選択されたものであることを認識しておくものとする。３つの位相のいずれも「最初の位相」として選択することができる。逆起電力、及び第３位相と関連する電流は第２Ｃ図に図示してある。次に、公称ターンオン時間にスイッチＭ１を作動させることによって第２間隔中にドライバー回路16経由で別の巻線電流（第２Ａ図）を発生させるために、モータの第１位相が生かされる（順次次の巻線又は位相）。第２Ａ図は、第１枝路がθ＝15°でターンオンされ、その結果、枝路電流Ｉ1がθ＝30°で（つまり、第１枝路の逆起電力がその最大値に達した場合に、その希望（つまり、定常状態又は一定）値に達することができることを示している。第３枝路は、先行技術システムにおいては、θ＝15°で公称ターンオフされ、第３枝路の電流Ｉ3が非常に速くゼロに達することに注意すること。モータによって作り出されるトルクは、逆起電流と枝路電流の積に比例する。もし複数の枝路が電流を運んでいる場合には、総トルクは、各巻線の中の電流によって作り出されるトルクの合計に等しい。逆に、もし測定できるほどの量の電流を運んでいる巻線がない場合には、総トルクはゼロに近づくことになる。その結果、先行技術システムでは、第２Ｄ図の波形48が示しているように、測定できるほどの電流を運んでいる巻線がないθ＝15°〜θ＝30°において、幅約15°の三角形トルク「ディップ」が存在する。この「ディップ」は整流の度毎に繰り返される。上記全ての角度（例えば、 θ＝15°）が最適化のためにモーター従属性であることを認識しておくものとする。本発明は、第３巻線及び第１巻線電流が予選択された時間だけそれぞれ流れる第１間隔と第２間隔をオーバラップさせることによってモータートルクリプルを減少させるためのオーバラップ回路52を使用する。第２Ｃ図の波形54は、本発明によって制御された場合の第３巻線の位相電流を示している。好ましくは、出位相（つまり、第３位相）を死なせるのを回路52（第３図）によってその公称ターンオフ時間よりも遅らせることによって、位相間隔のオーバラップが行われ、電流（Ｉ3）を公称ターンオフ時間よりも後に流す（つまり、θ＝15°〜θ＝20° において第３巻線に電流と流す）ことを可能にする。第２Ａ図においては、電流がθ＝15°からスタートして第１枝路（入り位相）の中を流れることに注意すること。従って、本発明は予選択された時間だけ２つの巻線電流の時間をオーバラップさせる。結果において、全電流を運んでいる遅延巻線である第３巻線は全トルクに貢献し、第１巻線の中を運ばれる低電流に原因があるトルク「ディップ」を改善する。第３巻線の中の電流Ｉ3がオーバラップ中には変化しない（つまり、２つの位相の間の電磁結合が弱い）と仮定した場合には、両方の巻線が電流を運んでおり、従って、トルクに貢献するので、総モータートルクはオーバラップ中に（つまり、θ＝15°〜θ＝20°の間に）最終（公称）値の約1.5倍に増加することになる。第３巻線がθ＝20°で死なされた、又はターンオフされた場合には、第３巻線電流の減少が比較的速いことから、トルクは最終値の約0.5倍に低下することになる。約θ＝30°の場合には、モータートルクはその最終値まで増加する。従って、本発明は、回路52によって、最終値と比較した場合の２つの位相トルクの合計の変化が低減又は最小化されるように、２つの位相（つまり、入りおよび出位相）の導電の間隔をオーバラップさせる。オーバラップ期間の量（本例では５°）は、２つの位相電流によって作り出された２つのトルクの合計の変化の関数とすることができる。例えば、ピークトルクが最終値（つまり、定常状態）よりも約50％大きくなるように、つまり、トルクの「ディップ」が最終値よりも約50％少なくなるように、このオーバラップ時間を選択することができる。実際には、「オーバシュート」及び「ディップ」の上記目標が最終値の50％よりは若干低いことを認識しておくものとする。好ましくは、以下に詳細に説明してある速度制御信号の関数としてオーバラップ時間を選択する。本発明の位相オーバラップ特徴を使用するモータトルクは波形56として第２Ｄ図に示してある。上記のように、総トルクはそれぞれの位相トルクの合計に等しいことが知られている。第２Ｄ図は、電流が整流中に予選択された時間だけ第１位相及び第３位相の中を流れる、本発明によって制御された（つまり、位相オーバラップを有する）モーターのトルク波形56を示している。波形56（位相オーバラップあり）は、波形48（位相オーバラップなし）と比較すると、下記の望ましい特性を有している。公称トルクレベルの一部としての「ディップ」の大きさは約係数２だけ減少する。もしトルク「ディップ」又はスパイクよりも下のエリアをトルクの平滑さ（又はその欠如）の尺度として採用した場合には、本発明による適当な量の位相オーバラップの追加によって、トルク「平滑さ」の約係数４の改善を実現することができる。この「平滑さ」はトルク波形56の形状によって見ることができる。整流期間中には、トルクの“ａｃ”部分のフーリエ成分がより高い周波数の方へ押されているが、これを従来よりも簡単に抑制することができ、騒音が発生しにくくなる。第３図は、本発明を実施するための構造例であるオーバラップ回路52の部分略図である。好ましくは、回路52は、出位相を死なせるのをその位相の公称ターンオフ時間よりも遅らせる手段を含んでおり、その結果、入り位相電流及び出位相電流にそれぞれ関連した間隔が予選択された時間だけオーバラップする。回路52 は、プログラマブル論理素子58、マルチバイブレーターチップ60、及びドライバー/バッファーチップ62及び64を含んでいる。チップ58は、汎用論理機能を実行するために回路52の中に備えられている。チップ58は市販のコンポーネントであり、Altena社製のＥＰ310でよい。チップ58 は、表１の命令に従ってプログラミングされている。表１では、# 記号は論理ＯＲ関数に対応し、& 記号は論理ＡＮＤ関数に対応している。同一の関数を実現するためには、離散形ゲートを採用することができることを認識しておくものとする。第３図によれば、入力ＧＤ１、ＧＤ２、及びＧＤ３（第１図の回路16の出力）が、個別入力ＧＤ１，ＧＤ２、及びＧＤ３として、直列抵抗器Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３経由で、チップ58に備えられている。入力ＧＤ１〜ＧＤ３は個別抵抗器Ｒ４〜Ｒ６経由で接地されている。直列抵抗器Ｒ１〜Ｒ３は10キロオームでよく、抵抗器Ｒ４〜Ｒ６は５キロオームでよい。回路52はさらに単安定マルチバイブレーター回路66を含んでいる。回路66は、マルチバイブレーターチップ60に備えられた２つのマルチバイブレーターの１つを含んでおり、パルス時間は、外部コンデンサーＣ１、及び、可変抵抗器Ｒ11に直列接続された固定抵抗器Ｒ10として図示された外部抵抗器の選択によってプログラミングされている。チップは市販のコンポーネントであり、National Semic onductor社製の74ＨＣ123でよい。コンデンサーＣ１は0.01マイクロファラッドでよく、抵抗Ｒ10は22キロオームでよく、可変抵抗Ｒ11は50キロオーム電位差計でよい。回路66のＭＯＮＯ出力はチップ58のＭＯＮＯ入力に接続されている。チップ62及び64に備えられているドライバー/バッファーは、チップ58の出力Ｇ１〜Ｇ３よりも高い電圧及び電流ドライブ能力を提供する。チップ62及び64は市販のコンポーネントであり、Teledyne社製のＴＳＣ427でよい。作動中には、第１図に示したシステム10のような先行技術システムは、制御されているモーターのそれぞれの位相（第１図の等価回路12）を生かすために、ドライブ信号ＧＤ１〜ＧＤ３を順次供給する。チップ58の出力Ｇ１〜Ｇ３は、チッブ62、64のバッファー/ドライバー、及び抵抗器Ｒ７〜Ｒ９を通じて、スイッチＭ１〜Ｍ３をドライブする。抵抗器Ｒ７〜Ｒ９は300オームでよい。先行技術システムでは、ゲートドライブ信号ＧＤ１〜ＧＤ３の中の２つの信号が半ブリッジプラシレスＤＣモーターの２つの位相を同時にドライブするのにぴったりのタイミングでオーバラップすることはない。チップ58の中にプログラミングされた論理が活動中のゲートドライブ信号の１つから次の信号への過渡を検出した場合には、ＭＯＮＯＴＲＧ信号がチップ58によって発せられ、それによって単安定マルチバイブレーター回路66をトリガーし、「ワンショット」を発生させる。回路66は、入り位相と出位相の間の位相電流オーバラップを決定するパルス幅又は持続期間を有する「ワンショット」又はパルスを発生させる。従って、回路66によって発生させられたパルスを持続させるために、ゲートドライブ信号Ｇ１〜Ｇ３の中の２つが、制御されるモーターのそれぞれの枝路を生かすことが明らかになるであろう。好ましくは、位相オーバラップは速度制御信号の関数である。回路66によって発生させられた「ワンショット」のパルス幅を変えるために、抵抗器Ｒ11 を速度制御信号の関数として制御することができるので、この機能は回路52の中で構造的に支援することができる。市販のＨＶＡＣブロアーモーターの場合には、220マイクロ秒の固定位相オーバラップが幅広いモータ速度範囲にわたってトルク「ディップ」を十分に減少させることが分かっている（第５図を参照）。この固定オーバラップはＲ11を希望のオーバラップ時間に調節することによって実現することができる。第４Ａ〜４Ｃ図は、位相電流オーバラップなしの場合と本発明による位相電流オーバラップありの場合の電流波形及びねじり加速波形を示している。まず第４Ｂ図では、パルス68は、パルス電流オーバラップなしでモーター位相を生かす場合を示している。パルス70は、本発明による位相電流オーバラップありでモーター位相を生かす場合を示している。第４Ａ図は、３つの位相電流の全て（つまり、ＤＣバス電流）の合計を表す波形を示している。波形72は、位相オーバーラップを採用していない（先行技術）モーターの場合のＤＣバス電流を示している。波形74は、本発明による位相電流オーバラップありの場合のＤＣバス電流を示している。モータが本発明によって制御された場合には、２つの位相電流が整流中にオーバラップするので、波形74 が示しているように、ＤＣバス電流は整流の度毎に「ピーク」を示す。逆に、波形72は、出位相の電流の減少が比較的速く、入り位相の電流の増加が比較的遅いので、整流の度毎に、作り出されたトルクに比例した電流の大きな減少を示す。第４Ｃ図では、波形76は、位相オーバーラップを採用していない先行技術モーターシステムのねじり加速を示している。波形78は、本発明による位相電流オーバラップあリモーターによって作り出されるねじり加速を示している。波形76の場合よりも波形78の場合の方が軸のまわりのエクスカーションがはるかに少ないことを認識しておくものとする。従って、本発明によって得られる運転の「滑らかさ」は、トルクリプル補償のなしで運転される標準モーターよりも優れている。第５図は、先行技術システム10によって制御された標準モーター、先行技術システム10によって制御されたが、さらに慣性ディスクを備えているモーター、及び本発明による位相電流オーバラップを有するモータの場合のねじり加速の棒グラフである。本発明によって実現されたねじり加速の低減は、先行技術の「慣性ディスク」解決策によって実現された低減と比べると、追加コスト及び重量もなく、全く問題にならないほど大きい。本発明によって多相ブラシレスＤＣモーターを制御する効果には、据え付けシステムに伝えられて、騒音を発生させるねじり加速を、先行技術の機械的解決策に匹敵する程度まで、そのような解決策を使用した場合の欠点を伴わずに減少させる能力が含まれている。本発明の位相電流オーバーラップ制御によって、整流周波数におけるねじり加速は係数８だけ減少し、騒音は６dB低下している。上記の説明は、限定的な性質のものと言うよりはむしろ例示である。本発明の好ましい実施例は、当業者がこの発明を実施することを可能にするために開示されたのである。本発明の範囲及び精神を逸脱しない限りは、変更及び修正は可能であり、その範囲を限定するのは添付のクレームだけである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年８月１４日【補正内容】時よりも前に死なされるのである。しかしながら、出巻線が死なされており、入り位相がターンオンされている過渡（整流）間隔中には、ある問題が生じる。この間隔中の問題は、発生するモータートルクに相当の損失があることである。この現象の原因は、すでに述べたように、入り位相の電流立ち上がり時間が比較的遅いのに、一方、巻線逆起電力が位相電流をゼロにドライプするのを助けるスナッバー電圧のせいで、出位相電流の立ち下がり時間が比較的速いことにある。その結果、整流間隔中には、測定できるほどの電流を運ぶ巻線は全くない。従って、発生するトルクは、巻線の中を流れる電流に比例するので、電流の低下によるトルク「ディップ」が見られる。モータートルクのこれらの周期的な（電気周波数の３倍の）「ディップ」はねじり力をモータの据え付け構造に伝え、従って、その周波数における不快な騒音の原因となることがある。先行技術によって提案されている１つの解決策は、そのようなＤＣモーターに（固定子に）「慣性ディスク」を含めることである。システムの慣性モーメントを増大させる追加質量は、上記トルクリプル又は「ディップ」から生じるねじり加速を「抑える」のに有効である。しかしながら、ディスクがコストを高め、モーターアセンブリの総重量を増やし、そのようなモーターを自動車の中に据え付ける場合には、この重量増加が特に不利であるという点で、この解決策が満足できるものではないことが明らかになった。それに加えて、質量が加わることによって、燃料効率も低下することになる。論文「ブラシレスＤＣ小型モーターのトルクリプルの改善」、IEEE Transacti ons on Industry Applications 、第25巻３号、1989年５月１日（441〜450頁）、ＸＰ000039075は、トルクリプルを減少させるためのスイッチング戦略を有するブラシレスＤＣ小型モーターを開示している。この戦略はオーバラップ法を含んでいる。120°導電（３相）における通通常の位相電流がスイッチングオフポイントにおいて短い間隔δだけ遅延させられる。従って、上記の問題の１つ以上を最小化するか、又はなくす、３相ブラシレスＤＣモーターのような多相ＤＣモーターを制御する改良された方法及び装置を提供する必要がある。発明の概要本発明は、モータートルクリプル減少させるために位相巻線又は多相モーターの巻線を生かす改良された方法を提供する。方法は３つの基本的段階からなる。第１段階では、第１位相電流を発生させるためにモーターの第１巻線を生かす。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】ショット」を作り出すための単安定マルチバイプレーターを含んでいる。「ワンショット」のパルス幅又は持続時間が位相電流オーバラップの範囲を決定する。オーバラップ回路（50）はゲートドライブ信号ラインの過渡を検出し、それに応答してトリガー信号を作り出す。トリガー信号は「ワンショット」の発生をトリガーする。オーバラップ回路は「ワンショット」の持続のためにそのゲートドライブ信号の２つを維持すする。

Claims

【特許請求の範囲】１．モーターを有し、モーターが複数の巻線を有するシステムにおいて、第１位相電流を発生させるために、モーターの第１巻線を生かす段階、第２位相電流を発生させるために、モーターの第２巻線を生かす段階、及びモータートルクリプルを減少させるために、予選択された時間だけ第１位相電流と第２位相電流をオーバラップさせる段階からなることを特徴とする、モータートルクリプルを減少させるために巻線を生かす方法。２．各巻線が個別の公称ターンオン及びターンオフ時間を有しており、該第１巻線生かし段階が、第１位相ターンオン時間にモーターの第１巻線を生かす副段階を含んでおり、該オーバラップ段階が、予選択された時間だけ第１位相電流と第２位相電流がオーバラップするように、公称第１巻線ターンオフ時間よりも第１巻線を死なせるのを遅らせる副段階を含んでいる請求の範囲１に記載の方法。３．システムがモーターの速度を制御するための速度制御信号を含んでおり、該オーバラップ段階が予選択された時間を速度制御信号の関数として決定する副段階を含んでいる請求の範囲１に記載の方法。４．モーターが速度を含んでおり、該オーバラップ段階が予選択された時間をモーター速度の関数として決定する副段階を含んでいる請求の範囲１に記載の方法。５．該オーバラップ段階が予選択された時間をモータートルク変動の関数として決定する副段階を含んでいる請求の範囲１に記載の方法。６．該予選択された時間を決定する副段階が、モータートルクオーバシュートがモータートルクディップとほぼ等しくなるように、予選択された時間を決定する副段階を含んでいる請求の範囲１に記載の方法。７．モータートルクリプルを減少させるためにモーターを制御するシステムにおいて、モーターは、各々がそれぞれの巻線電流を運んでいる複数の巻線を有しており、第１位相電流を発生させるためにモーターの第１巻線を生かすための手段、第２位相電流を発生させるためにモーターの第２巻線を生かすための手段、及びモータートルクリプルを減少させるために予選択された時間だけ第１位相電流と第２位相電流をオーバラップさせるための手段からなることを特徴とするシステム。８．各巻線が個別の公称ターンオン及びターンオフ時間を有しており、該オーバラップ手段が、予選択された時間だけ該第１位相電流と第２位相電流がオーバラップするように、該公称第１巻線ターンオフ時間よりも該第１巻線を死なせるのを遅らせるための手段を含んでいる請求の範囲７に記載の方法。９．該遅延装置が該予選択された時間を速度制御信号の関数として変更するための手段を含んでいる請求の範囲８に記載の方法。 10．モーターシステムにおいて、各々がそれぞれの巻線電流を運んでいる複数の巻線を有しており、該位相電流の合計がモータートルクに比例することが分かっており、巻線を生かすことによって回転可能になるシャフトを有しているモーター、第１間隔中に第１位相電流を発生させるために巻線の中の第１巻線を生かすための手段、第２間隔中に第２位相電流を発生させるために巻線の中の第２巻線を生かすための手段、モータートルクの変動が最小化するように、該第１間隔と第２間隔を予選択された時間だけオーバラップさせるための手段からなることを特徴とするモーターシステム。 11．各巻線が個別の公称ターンオン及びターンオフ時間を有しており、該オーバラップ手段が、予選択された時間だけ該１間隔と第２間隔がオーバラップするように、該公称第１巻線ターンオフ時間よりも該第１巻線を死なせるのを遅らせるための手段を含んでいる請求の範囲10に記載のシステム。 12．該遅延装置が該予選択された時間を速度制御信号の関数として変更するための手段を含んでいる請求の範囲11に記載のシステム。 13．該モーターが永久磁石ブラシレス直流モーターである請求の範囲10に記載のシステム。 14．モーターを制御する装置において、モーターは、各々がそれぞれの巻線電流を運んでいる複数の巻線を有しており、モーター回転子位置信号を作り出すための位置感知論理、第１及び第２電流をそれぞれ発生させるために能動状態である場合にはモーターのそれぞれの巻線を生かす働きを行い、それぞれの非オーバラップ期間中も能動状態である第１及び第２信号を作り出すための、該モーター回転子位置信号に応答する位相整流論理、及び該第１ゲートドライブ信号と第２ゲートドライブ信号の間の能動状態の過渡を検出し、該検出過渡に応答してトリガー信号を作り出すための過渡論理を有しており、さらに遅延信号を作り出すために該トリガー信号に応答する遅延回路を有しており、該過渡論理が、該第１及び第２ゲートドライブ信号が能動状態である時間を予選択された時間だけオーバラップさせるために該遅延信号に応答する、オーバラップ回路からなることを特徴とする装置。 15．該遅延回路が速度制御信号に応答する請求の範囲14に記載の装置。 16．該予選択された時間が該遅延信号の持続時間に比例する請求の範囲14に記載の装置。 17．該遅延信号の持続時間が速度制御信号に比例する請求の範囲14に記載の装置。 18．該遅延回路が単安定マルチバイブレーターを含んでいる請求の範囲14に記載の装置。