JP6012807B2 - 電力変換器応用のための電磁干渉フィルタの設計 - Google Patents

Description

民間航空機は、大量の電力を発生させ、かつ使用しうる。例えば、大型の旅客機又は貨物機は、その主エンジンを源として、１メガワットを超える電力を発生させうる。この電力は、様々な機器によって使用されるためには、電力変換ユニット（ＰＣＵ）及びモータコントローラによって調節される必要がある。

ＰＣＵは、飛行機の可変周波数高圧電力又は中圧電力を、異なる周波数及び／又は電圧に変換しうる。例えば、設備（例えば電灯、ギャレー、冷却ファン）への電力供給のために、低電圧が生成されうる。油圧ポンプに電力供給する大型のモータコントローラ装置、及び、様々な種類のコンプレッサに電力供給するために、直流高電圧（ＨＶＤＣ）も生成されうる。航空電子工学装置に電力供給するために、直流低電圧（ＬＶＤＣ）が生成され、電動ブレーキに電力供給するためには、直流中電圧（ＭＶＤＣ）が出力されうる。電力変換のために使用されうる一機構は、パルス幅変調（ＰＷＭ）技術を使用するスイッチング電力変換器である。

ＰＣＵにおいて用いられうるスイッチング電力変換器は、航空機の通常動作（例えば航空機ラジオ及びナビゲーション装置）に干渉しうる電磁干渉（ＥＭＩ）ノイズを発生させる、スイッチング作動を使用する。この望ましくないＥＭＩノイズの制御を支援するために、ＰＣＵ及びモータ駆動システムの内部でＥＭＩフィルタが用いられる。飛行機のようないくつかの航空宇宙応用において、ＥＭＩフィルタは、電力変換器の重量及び体積の５０％（又はそれを上回る割合）を占めうる。飛行機又は他の航空宇宙応用向けの電力変換装置のためのＥＭＩフィルタ設計は、厳格なＥＭＩ要件、及び、電力変換装置とモータコントロール装置とに課されうる体積及び重量の制約による、困難を伴いうる。

この「発明の概要」は、以下の「発明を実施するための形態」で更に説明される、単純化された形態の概念の選択を紹介するために提供されることを、認識すべきである。この「発明の概要」は、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることを意図するものではない。

本書で説明される方法、コンピュータ可読記憶媒体、及び装置は、スイッチングモード電力変換装置を含むモータ駆動電力システムの設計を対象とする。一態様により、航空宇宙応用において使用されうるスイッチングモード電力変換装置のためのＥＭＩフィルタを設計する方法が提供される。方法は、モータコントローラ、及び、モータコントローラを電動モータに結合するフィーダを含む、モータ駆動システムを決定することを含む。モータ駆動システムの共振点は、決定され、元の共振点と比較してより高い周波数にある、モータ駆動システムのシフト後共振点へとシフトされる。ＥＭＩフィルタは、モータ駆動システム内に含まれるシフト後共振点のために設計される。

更に別の態様により、より低い周波数に関連付けられた共振点からシフトされたシフト後共振点のために設計されたＥＭＩフィルタを含む、システムが提供される。システムは、一又は複数のモータコントローラ、一又は複数のモータコントローラに結合された一又は複数のフィーダ、及び、少なくとも１つのモータコントローラに結合されている一又は複数のＥＭＩフィルタを含む。フィーダは、少なくとも部分的に、一又は複数のフィーダと一又は複数の電動モータとの合成インピーダンスの共振点を、シフト後共振点へと移動させるインピーダンス仕様に基づいて、設計される。ＥＭＩフィルタは、少なくとも部分的に、シフト後共振点に基づいて設計される。

別の態様により、スイッチングモード電力変換装置を含むモータ駆動電力システムを設計するための、コンピュータ可読記憶媒体が提供される。コンピュータ可読媒体は、それに保存されたコンピュータ実行可能な指令であって、ハードウェアとソフトウェアとを備えるコンピュータによって実行される時に、コンピュータに作動を実行させる、指令を含む。指令によって、コンピュータは、モータコントローラモデル及びフィーダモデルを含むモータ駆動システム仕様にアクセスする。また指令によって、コンピュータは、モータ駆動システムの共振点を決定し、かつ、インピーダンス仕様を決定して、モータ駆動システムの共振点をより高い周波数のシフト後共振点へとシフトさせる。指令は、シフト後共振点のための電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタを設計するために使用される。

記述された特徴、機能および利点は、本開示のさまざまな実施形態において個別に実現可能であり、又は、以下の説明および図面を参照して更なる詳細を理解することが可能な、更に他の実施形態において組み合わされうる。

モータ駆動システムと、共振点及びシフト後共振点を示すＥＭＩフィルタの挿入利得のグラフとを示す。 可変インターリービング角度、及び、特定のインターリービング角度が使用される時の特定周波数における生ノイズ低減と共に、２つのインバータのインターリービングを示す。 モータコントローラの出力部で伝導ＥＭＩを測定し、かつ、インターリービング角度コントローラを含む、コントロールシステムのブロック図を示す。 アクティブＥＭＩフィルタモータ駆動システムを示す。 ＥＭＩを低減するモータ駆動システム設計するための、例示的な手順を示す。 ＥＭＩを低減するモータ駆動システム設計するための、例示的な手順を示す。 本書で提示されている様々な実施形態によってモータ駆動システムが設計されるコンピュータを示す。 本開示で示される各図は、提示されている実施形態の態様の変種を示しており、以下では相違のみが詳細に記述される。

以下の詳細な説明は、スイッチングモード電力変換装置を含むモータ駆動システムの設計を対象とする。一実施例では、モータ駆動システム内に含まれるＥＭＩフィルタは、それの重量が航空宇宙応用において使用される同様なＥＭＩフィルタと比較して軽減されるように、より高い周波数スイッチング向けに設計される。

本書で説明される概念及び技術を利用することで、ＥＭＩフィルタは、元の共振点と比較してより高い周波数にあるシフト後共振点に基づいて、航空宇宙応用向けのスイッチングモード電力変換装置のために設計される。シフト後共振点に基づくＥＭＩフィルタの設計は、ＥＭＩフィルタの重量がＥＭＩフィルタ内に含まれる構成要素（例えばインダクタ、コンデンサ）による影響を受けることから、ＥＭＩフィルタの重量を低減しうる。通常、ＥＭＩフィルタの重量は、ＥＭＩのフィルタリングをより高い周波数へとシフトすることによって低減されうる。モータ駆動システムの設計プロセスにおいて、モータ駆動システム内に含まれるフィーダとモータとを開発する時に使用されうる仕様（例えば所望のインピーダンス）を決定するために、異なるモータ駆動システム構成が試験（例えばシミュレーション）されうる。

以下の詳細な説明においては添付図面を参照するが、添付図面は本書の一部を形成するものであり、例示、特定の実施形態、または実施例の様態で示される。ここで図面を参照するに、図面では類似の番号は複数の図にわたって類似の要素を表し、様々な実施形態による、構成可能トレーテーブル及びそれを用いるための方法が説明される。

ここで図１を参照するに、モータ駆動システム１００が、共振点１６０Ａ及びシフト後共振点１６０Ｂを示すＥＭＩフィルタの挿入利得のグラフ１５０と共に示されている。図示するように、モータ駆動システム１００は、一又は複数のモータコントローラ１１０、一又は複数のＥＭＩフィルタ１２０、一又は複数のフィーダ１３０、及び、一又は複数のモータ１４０を含む。通常、モータコントローラ１１０、ＥＭＩフィルタ１２０、フィーダ１３０、及びモータ１４０は、それらが使用される応用に基づいて構成され、変更される。例えば、モータコントローラ１１０、ＥＭＩフィルタ１２０、フィーダ１３０、及びモータ１４０は、典型的には、飛行機の設計ごとに異なる。

上記で簡潔に記述したように、モータ駆動システム１００の一部であるＥＭＩフィルタ１２０は、モータ駆動システム１００の重量において大きな割合（例えば＞５０％）を占めうる。ＥＭＩフィルタ１２０は通常、航空宇宙業界標準の一部である指定されたＥＭＩ要件を満たすように設計される。現行の実施例では、一又は複数のＥＭＩフィルタ１２０は、元の共振点１６０Ａと比較してより高い周波数へとシフトされているシフト後共振点１６０Ｂに基づいて設計される。ＥＭＩフィルタ１２０の重量及び体積は、モータコントローラ１１０とフィーダ１３０とモータ１４０との間の共振を回避又は調整することによって低減されうる。一実施例では、ＥＭＩフィルタ１２０は、関連するモータコントローラによって生成される、最悪の場合の生ＥＭＩノイズに基づいて設計されうる。ＥＭＩフィルタ１２０は、他の設定及びＥＭＩ仕様のためにも設計されうる。例えば、ＥＭＩフィルタ１２０は、最悪の場合の設定ほど厳格ではないと考えられうる、他のＥＭＩ仕様向けに設計されうる。

一実施例では、モータコントローラ１１０は、別々の動作を実行する種々のモータ１４０をコントロールしうる。例えば、モータ１４０のうちの１つは油圧ポンプをコントロールしうる一方で、別のモータ１４０はコンプレッサを駆動しうる。その他のモータは、他の動作を実行するよう構成されうる。モータ１４０の各々は、フィーダ１３０によってモータコントローラ１１０に結合される。

通常、フィーダ１３０は、電力、及び、場合によっては他の情報もモータ１４０に提供する、一又は複数のケーブルを備える。フィーダ１３０は、共振点を含む伝達関数を提供する、インダクタ及びコンデンサによってモデリングされうる。フィーダ１３０とモータ１４０は各々、それらに関連付けられたインピーダンスを有する。実施例では、モータ１４０は供給業者によって提供され、フィーダ１３０は異なる供給業者によって提供される。本書に記述するように、フィーダ１３０とモータ１４０の仕様は、供給されるフィーダ１３０とモータ１４０とが提供された仕様を満たすように、決定され、供給業者に提供される。フィーダ１３０とモータ１４０の仕様は、ＥＭＩフィルタ１２０の重量が低減されうるように、シフト後共振点１６０Ｂに基づく。

より詳細には、モータコントローラ１１０とフィーダ１３０とモータ１４０との間に、特定の周波数でノイズを増幅しうる共振が存在する。この増幅は、ＥＭＩフィルタ１２０の設計及び重量に影響を与える。ＥＭＩフィルタの挿入利得のグラフ１５０は、共振点がＥＭＩフィルタの角周波数にいかに影響を与えるかを示している。

挿入利得は、電力変換器の生ノイズをＥＭＩ仕様（例えば、「ＤＯ−１６０ 航空機搭載機器の環境条件と試験手順」標準、又は他の何らかの標準或いは仕様）から差し引くことによって算出されうる。説明のために、Ｌ−Ｃフィルタ（例えばインダクタ−コンデンサフィルタ）は、点線１７０Ａ及び点線１７０Ｂによって示されるように、４０ｄＢ／ディケードの減衰を提供すると想定されたい。

図示されている実施例では、フィルタの角周波数（ｆｃ＝１／２π√ＬＣ）１６５Ａは、最悪の場合の共振点１６０Ａから周波数軸と交差するところまで、−４０ｄＢ／ディケードの傾きの点線１７０Ａを引くことによって取得されうる。これは、たとえ最悪の共振点であってもフィルタ減衰が十分であり、従って、指定されたＥＭＩ要件を満たすことを担保するのに役立つ。ＥＭＩフィルタの挿入利得のグラフ１５０を参照することで、共振点がより低い強度を有するか、又は、より高い周波数で発生する場合に、フィルタの角周波数がより高い周波数へと移動しうることが分かる。現行の実施例では、角周波数１６５Ａは、角周波数１６５Ｂへと移動する。通常、ＥＭＩフィルタ１２０の角周波数がより高いと、ＥＭＩフィルタ１２０を実装するために使用されるインダクタンス及びキャパシタンスの値はより低くなる。より低いインダクタンス値とキャパシタンス値は、典型的には、より小さく、軽く、より効率的なＥＭＩフィルタ１２０の設計に対応する。

生ノイズ（又は挿入利得）の共振点は、フィーダ及びモータのインダクタンスとキャパシタンスに依拠する。従って、フィーダ１３０とモータ１４０に対してインピーダンス仕様を課すことによって、共振点は、消去されるか、又はシフト（例えば、元の共振点１６０Ａからシフト後共振点１６０Ｂへと）されることが可能であり、ゆえに、ＥＭＩフィルタ１２０の重量を低減する。

モータ駆動システム１００のようなモータ駆動システムの重量を低減するために、他の機構も使用されうる。例えば、モータコントローラ１１０のためのＥＭＩフィルタ１２０の設計において、ケーブル供給業者とモータ供給業者にインピーダンス要件の組み合わせが課されうることに併せて、ケーブルに沿った軽量受動素子の載置が使用されうる。例えば、軽量受動素子（例えばフェライトビードなど）が、場合によってはモータ端子に近接した様々な場所に、フィーダ１３０に沿って載置されうる。これらの軽量受動素子は、共振点をフィーダ１３０とモータ１４０との間でシフトさせうる。通常、フェライトビードは、電子回路における高周波数ノイズを抑制する電子部品である。フェライトビードは、デバイスからの、又はデバイスへの干渉を低減するために使用されうる。フィーダ１３０又はモータ１４０がいかに設計されるかを特定することによって、この軽量受動素子機構が、共振点のシフトに加えて使用されうる。

通常、より高い周波数へと共振をシフトさせるモータ／フィーダシステムのインピーダンスを整形するいかなる機構も、モータ駆動システム１００の重量が所望の重量に低減されるか否かを判断するため、及び／又は、ＥＭＩフィルタ１２０のフィルタリング要件が低減する（例えばより高い周波数でのフィルタリング）か否かを判断するために、検証されうる。別の実施例では、フィーダ１３０上のシールドが、ＥＭＩフィルタ１２０の重量を低減するために使用されうる。低密度のシールドはフィーダ１３０の重量をごく軽微に増加させうるが、それは、モータコントローラ１１０のためのＥＭＩフィルタ１２０の重量を大幅に軽量化しうる。モータ駆動システム１００の重量を最適化する試行において、フィーダシールドの密度を決定するために、検討を実行することが可能である。

モータ駆動システム１００の全体的な重量を低減するために使用されうる別の機構は、インターリーブされたモータコントローラを使用する（図３参照）。モータ駆動システム１００がインターリーブされたモータコントローラを使用する場合、一実施形態による相間リアクトルが使用される。相間リアクトル（モータ駆動システム１００に重量を付加する）は、モータコントローラ１１０のインバータ間の循環電流を低減するために使用される。通常、インターリービングにより、選択されたインターリービング角度に応じてＥＭＩノイズの選択的な低減が可能になる。従来型の１８０度インターリービングは、出力波形における奇数次高調波を消去する。異なる角度のインターリービングは、奇数次高調波を完全に消去する訳ではないが、それらを減衰する。偶数次高調波も減衰される。

図２は、可変インターリービング角度、及び、特定のインターリービング角度が使用される時の特定周波数における生ノイズ低減と共に、２インバータのインターリービングを示す。図示されている実施例では、２つのインバータは、同一の正弦波基準信号２１０を発生させる。しかし、ＰＷＭを発生させるために使用される搬送波信号（例えば搬送波信号２３０Ａ）は、搬送波信号２３０Ｂによって示されるように、任意角α２２０に移相される。上記で簡潔に記述したように、モータコントローラ１１０は、インターリーブされたモータコントローラとして構成されうる。インターリービング角度α２２０は、モータ駆動システム１００の決定された共振点に基づいて選択されうる。例えば、インターリービング角度α２２０は、使用されるフィーダ１３０の種類に基づいて選択されうる。例えば、ＥＭＩを低減するために、フィーダ１３０に関して１５度のインターリービング角度α２２０が使用されうる一方で、異なるフィーダ１３０に関して、ＥＭＩを低減するために、２０度のインターリービング角度α２２０、又は他の何らかのインターリービング角度が使用されうる。

生ノイズの低減２５０は、特定のインターリービング角度が使用される時の、特定の周波数における生ノイズ低減の例示的なグラフを示している。インターリービング角度は、インターリーブされたモータコントローラによって発生した生ノイズがフィーダ１３０及び／又はモータ１４０の共振周波数点で最小となるように選択されうる。そうすることによって、フィルタ減衰要件が緩和され、かつ、ＥＭＩフィルタの角周波数はより高い周波数へとシフトされることが可能であり、このことが、より軽量なフィルタ設計につながりうる。

生ノイズのグラフ２５０Ａは、インターリービングが使用されない場合を示す。生ノイズのグラフ２５０Ｂは、奇数次高調波を消去する、１８０度インターリービングが使用される場合を示す。生ノイズのグラフ２５０Ｃは、特定の周波数において高調波を減衰する、第１インターリービング角度が使用される場合を示す。生ノイズのグラフ２５０Ｄは、特定の周波数において高調波を減衰する、第２インターリービング角度が使用される場合を示す。生ノイズのグラフ２５０Ｃ及び生ノイズのグラフ２５０Ｄは、生ノイズのグラフ２５０Ｂに示す１８０度インターリービングの場合のように高調波が消去される訳ではないが、高周波が低減されることを示している。本書に記述するように、共振周波数において高調波を低減することによって、ＥＭＩフィルタ１２０の重量を低減させうる。図３に示すモータ駆動システム３００のようなモータ駆動システムは、多機能型モータコントローラがモードを切り替える時のような、モータコントローラのモードの変化に応答して、インターリービング角度を調整しうる。

多機能型モータコントローラは、航空宇宙応用においてよく用いられる。例えば、多機能型モータコントローラは、飛行機で用いられうるモータコントローラ１１０の一種でありうる。多機能型モータコントローラは、異なる時点において種々の負荷を駆動するよう動作する。例えば、同一のモータコントローラ１１０が、ある時点では油圧ポンプを駆動し、別の時点では窒素発生コンプレッサに電力供給するよう構成されうる。

多機能型モータコントローラ１１０は、典型的には、種々のフィーダ１３０及び種々のモータ１４０を有し、従って、ＥＭＩフィルタ設計時に勘案される種々の共振を有する。それゆえ、単一の固定されたインターリービング角度を備えた多機能型モータコントローラの設計は、常に可能という訳ではないかもしれない。この場合、モータコントローラの出力部で伝導ＥＭＩを測定し、かつ、ＥＭＩを最小化するようインターリービング角度を調整する、閉ループコントロールシステムの設計が用いられうる。

多機能型モータコントローラがその動作モードを一応用から別の応用へと変化させる時に、インターリービング角度が動くと同時に伝導ＥＭＩが測定される。次いで、この特定の動作モードにおけるモータコントローラのその後の動作のために、最小伝導ＥＭＩが実現する時のインターリービング角度が選択される。

図３は、モータコントローラ１１０の出力部で伝導ＥＭＩを測定し、かつ、インターリービング角度コントローラ３２０を含む、モータ駆動システム３００のブロック図を示す。図示するように、モータ駆動システム３００は、ＰＷＭ生成／ゲートドライバコントロール３１０、インターリービング角度コントローラ３２０、モータコントローラ１１０Ａ、モータコントローラ１１０Ｂ、相間リアクトル３３０、ＥＭＩ測定３４０、一又は複数のフィーダ１３０、及び、一又は複数のモータ１４０を含む。

ＥＭＩを低減するために使用されうる一機構は、インターリービング角度コントローラ３２０を使用して、開ループコントロールを通じてインターリービング角度を変更することによるものである。例えば、多機能型モータコントローラ１３０Ａ及びモータコントローラ１１０Ｂの各動作モードについて、インターリービング角度は、設計段階において算出されるか、又は、モータ駆動システム３００のＥＭＩを低減するモータ駆動システム３００の動作の最中に、ＥＭＩ測定構成要素３４０によって測定される。

現行の実施例では、多機能型モータコントローラ１１０は、６つの異なる動作モードを有する。より多いか、又はより少ない数のモードで構成されることもある。モータ駆動システム２００の動作中、モータコントローラ１１０の動作モードが変化する時に、特定の動作モードについてＥＭＩを低減する、（例えば、インターリービング角度コントローラ３２０によってあらかじめ算出されたか、又は動的に決定された）インターリービング角度が選択されるか、又は決定されて、モータ１４０を駆動するために使用される。例えば、インターリービング角度コントローラ３２０は、現行のモードのためのインターリービング角度を決定し、かつ、モータコントローラ１１０をコントロールするために、インターリービング角度をＰＷＭ生成／ゲートドライバコントローラ３１０に提供する。本書に記述するように、モータ駆動システム３００内で使用されるインターリービング角度は、一度（例えば設計時又は始動時に）設定されるか、又は、動作中に動的に変化しうる。例えば、モータコントローラが異なるモードに切り替わる前に、インターリービング角度が決定されうる。

ＥＭＩ生ノイズの低減のために、アクティブアプローチも使用されることが可能である。従来的に、アクティブアプローチは、ＥＭＩ測定回路と、測定されたＥＭＩノイズを容量結合又は電磁結合を介して注入し、逆位相の電力線に戻す、電力増幅器とを利用する。このアプローチによって、低周波数でＥＭＩノイズを除去することが可能になる。この低周波数への限定は、少なくとも部分的には、電力増幅器が、低周波数から高周波数にわたる広範な周波数スペクトルをカバーしえないことによるものである。典型的には、アクティブＥＭＩアプローチが使用される時にも、パッシブ高周波ＥＭＩフィルタ１２０が使用される。上述のように、低周波数を減衰するよう設計されるＥＭＩフィルタ１２０は、より高い周波数を減衰するよう設計されるＥＭＩフィルタ１２０と比較して、より重い。

図４は、アクティブＥＭＩフィルタモータ駆動システム４００を示す。図示するように、アクティブＥＭＩフィルタモータ駆動システム４００は、基準信号４０５、ＰＷＭ生成／ゲートドライバコントロール３１０ＡとＰＷＭ生成／ゲートドライバコントロール３１０Ｂ、高電力変換器４２０Ａ、低電力変換器４２０Ｂ、フィードバックコントローラ４１０、相間リアクトル３３０、ＥＭＩ測定３４０、一又は複数のＥＭＩフィルタ１２０、一又は複数のフィーダ１３０、及び、一又は複数のモータ１４０を含む。

図示するように、アクティブＥＭＩフィルタモータ駆動システム４００は、典型的にはアクティブＥＭＩフィルタシステム内で使用される、注入デバイスを含まない。図示するように、アクティブＥＭＩフィルタモータ駆動システム４００は、並列式の２つの電力変換器（高電力変換器４２０Ａと低電力変換器４２０Ｂ）を含む。高電力変換器４２０Ａは、比較的時間のかかるターンオン時間とターンオフ時間とを有し、かつ、比較的低い周波数で切り替わる、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を使用しうる。対照的に、低電力変換器４２０Ｂは、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ又はＧａＮ ＦＥＴなどの、高周波数スイッチングが可能なデバイスを利用しうる。これらの低電力デバイスは、ＥＭＩ範囲に近い周波数（すなわち数百ｋＨｚ）で切り替わることが可能である。

一実施例では、並列変換器（例えば高電力変換器４２０Ａと低電力変換器４２０Ｂ）は、同一の基準波形信号を発生させるが、低電力変換器４２０Ｂ及び高周波数可能な変換器の基準信号も、低周波数における変換器のスイッチングによって発生したＥＭＩ生ノイズを効果的に除去するためにその基準を修正する、ＥＭＩフィードバックを包含する。低電力変換器４２０Ｂは、高電力変換器４２０Ａと比較してより高い周波数で切り替わるよう動作することから、低電力変換器４２０Ｂは、比較的高周波数のＥＭＩコンテンツをその基準内で再生成するよう動作する。フィードバックコントローラ４１０は、ＰＷＭ生成／ゲートドライバコントロール３１０の動作のコントロールを支援するために使用される。図示するように、ＥＭＩフィルタ１２０は、軽量な受動高周波である。

本書に図示されているように、多数の異なる機構が、モータ駆動システムの重量を低減するために使用され、それによってＥＭＩも低減されうる。そのため、種々の機構のうちの一又は複数は、システムの重量を低減するモータ駆動システムを創出又は設計するために、使用されるか、又は組み合わされうる。本書で説明されているＥＭＩの低減と、電力変換器ＥＭＩフィルタの設計とは、航空宇宙応用又は他の応用において使用されるモータ駆動システムの重量の最小化及び最適化を支援しうる。

ここで図５Ａ及び図５Ｂを見るに、ＥＭＩを低減するモータ駆動システムを設計するための、例示的な手順５００が示されている。図面に示され本書で説明されているよりも多い、又は少ない数の動作が実行されうることを、認識すべきである。これらの動作は、本書で説明されるものとは異なる順番で実行されることもある。いくつかの実施例では、動作のうちのいくつかは実行されないことがある。

手順５００は、図５Ａに示すように、モータ駆動システム構造が決定される動作５１０で開始しうる。上述のように、モータ駆動システム構造は、モータ駆動システムの特定の応用に応じて、多種多様な電力変換装置及びモータコントローラを含みうる。通常、モータ駆動システム構造は、いくつのモータコントローラ１１０が使用され、各モータコントローラ１１０がいくつのモードを含み、モータ駆動システム内にいくつのモータ１４０が存在するか、等を規定する。決定されたモータ駆動システム構造はまた、モータコントローラ１１０の場所、フィーダ１３０の長さ及び種類、モータ１４０のためのモータ仕様、等を特定しうる。一実施例では、モータ駆動システム構造は飛行機ごとに決定される。しかし、決定されるモータ駆動システム構造は、任意の種類の応用に適するものでありうる。例えば、モータ駆動システム構造は、衛星、ボート、列車、地上システム、宇宙システム等に適するものでありうる。

手順５００は、動作５１０から、一又は複数の共振点が決定されうる動作５１５まで継続しうる。上述のように、フィーダ１３０及びモータ１４０のインピーダンスは、決定されたモータ駆動システム構造に基づいて決定され、かつ、共振点を決定するために使用されうる。

手順５００は、動作５１５から、ベースラインモータ駆動システムが設計される動作５２０まで継続しうる。例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）機構が設計され、かつ、ＥＭＩフィルタ挿入利得及び角周波数が決定されうる。フィーダとモータのインピーダンスのＥＭＩ要件はまた、共振点を消去し、低減し、又はシフトさせて、モータ駆動システムの中で使用される一又は複数のＥＭＩフィルタ１２０の重量を低減又は最小化するように、決定されうる。

手順５００は、動作５２０から、フィーダ１３０及び／又はモータ１４０を構築又は構成する時にフィーダとモータのインピーダンス仕様が使用される、動作５２５へと続きうる。いくつかの実施例では、フィーダとモータのインピーダンス仕様は、フィーダ１３０、モータコントローラ１１０、及びモータ１４０の、一又は複数の供給業者に伝えられる。場合によっては、これらの提供されたインピーダンス仕様が、供給業者、設計者、又は権限を有する他の何らかの使用者によって修正されうる（例えば、提供されたインピーダンス仕様が実現不可能である場合）。フィーダとモータのこれらのインピーダンス仕様は、少なくとも１つの共振点がより高い周波数へとシフトされるようにフィーダ１３０及びモータ１４０を構築又は構成する時に、（例えば供給業者によって）使用される。

手順５００は、動作５２５から、ＥＭＩフィルタ１２０のうちの一又は複数が最適化されうる、動作５３０へと続きうる。例えば、上述のように、フィーダ１３０に関して、シールドを含むか、又は受動素子（フェライトビードなど）を付加することによって、ＥＭＩフィルタ１２０が最適化されうる。選択される最適化は、どの最適化がＥＭＩフィルタをより軽量にするかといことに基づくものでありうる。例えば、一実施例では、フィーダ１３０のためのシールドがより軽量でありうる一方で、別の実施例では、フィーダ１３０に沿った、小型のコンデンサ又はフェライトビードを含む軽量受動素子の付加が、より軽量なモータ駆動システムをもたらしうる。別の実施例では、フィーダ１３０に関して、シールドと軽量受動素子のいずれも含まないことが決定されうる。

手順５００は、動作５３０から、ＥＭＩフィルタ１２０及び／又はモータ駆動システムが指定された重量要件を満たすか否かについて判断が行われる、動作５３５へと続きうる。重量要件を満たすことに応答して、手順５００は、動作終了へと続きうる。重量要件を満たさないことに応答して、手順５００は、動作５４０及び動作５４５へと続きうる。

動作５４０において、インターリーブされた電力コントローラが選択され、かつ、共振点を決定するために、フィーダとモータとの合成インピーダンスが、（例えばシミュレーションを使用して）算出されうるか、又は、伝導ＥＭＩ周波数の範囲内において（例えばプロトタイプから）測定される。インターリービング角度も、フィーダ／モータのインピーダンス共振点においてノイズを低減するよう調整されうる。上述のように、インターリービング角度は、（例えば、多機能型モータコントローラが使用される時に、）インターリービング角度コントローラによって動的に調整されうる。

動作５４５において、アクティブＥＭＩノイズ除去機構が選択されうる。上述のように、ＥＭＩ除去機構は、どちらの機構がより軽量な設計をもたらすかに応じて、ノイズ注入又は変換器並列化を含みうる。例えば、ノイズ注入機構がより軽量な設計をもたらすと判断される時には、異相ノイズ注入によるアクティブＥＭＩ除去が選択されうる。ノイズ注入機構が並列変換器よりも軽量にならない時には、変換器並列化によるアクティブＥＭＩ除去が選択されうる。

動作５４０及び動作５４５から、手順５００は、図５Ｂに示すように、インターリーブされたシステムが、動作５２０で特定されたようなベースラインシステムよりも軽量になるか否かについて判断が行われる、決定動作５５０へと続きうる。インターリーブされたシステムがベースラインシステムよりも軽量になることに応答して、手順５００は動作５５５に続きうる。インターリーブされたシステムがベースラインシステムよりも軽量にはならないことに応答して、手順５００は動作５６０へと続きうる。

動作５５５において、インターリーブされたモータ駆動システムが選択される。動作５５５から、手順５００は、インターリーブされたシステムが、アクティブＥＭＩシステムよりも軽量になるか否かについて判断が行われる、決定動作５６５へと続きうる。インターリーブされたシステムがアクティブＥＭＩシステムよりも軽量になることに応答して、手順５００は、インターリーブされたシステムが選択されうる動作５７５へと続きうる。インターリーブされたシステムがアクティブＥＭＩシステムよりも軽量にはならないことに応答して、手順５００は、アクティブＥＭＩシステムが選択されうる動作５８０へと続きうる。

動作５６０において、アクティブＥＭＩシステムが選択されうる。動作５６０から、手順５００は、アクティブＥＭＩシステムがベースラインシステムよりも軽量になるか否かについて判断が行われる、決定動作５７０へと続きうる。アクティブＥＭＩシステムがベースラインシステムよりも軽量になることに応答して、手順５００は、アクティブＥＭＩシステムが選択されうる動作５８５へと続きうる。アクティブＥＭＩシステムがベースラインシステムよりも軽量にはならないことに応答して、手順５００は、ベースラインＩシステムが選択されうる動作５９０へと続きうる。手順５００は次いで、動作終了へと続くか、又は、他の作動の処理へと戻りうる。例えば、手順５００は動作５１０へと戻りうる。

図６は、内部でモータ駆動システムが設計されうるハードウェアとソフトウェアとを備える、コンピュータを示す。図６に示すコンピュータ６００は、一又は複数の中央処理装置（「ＣＰＵ」）６０２、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）６０６と読取専用メモリ（「ＲＯＭ」）６０８とを含むシステムメモリ６０４、及び、システムメモリ６０４をＣＰＵ６０２に結合させるシステムバス６１０を含む。例えばスタートアップ時にコンピュータ６００の内部で要素間の情報伝達を支援する手順を包含する、基本入力／出力システムが、ＲＯＭ６０８内に保存されうる。

ＣＰＵ６０２は、上述の手順５００のような、コンピュータ６００の動作のための演算操作及び論理操作を実行する、標準的なプログラマブルプロセッサでありうる。ＣＰＵ６０２は、スイッチング要素の操作を通じて、物理状態を一ディスクリートから次のディスクリートへと移行させることによって、動作を実行することが可能であり、スイッチング要素は、物理状態間の区別を行い、物理状態を変化させる。スイッチング要素は、通常、フリップフロップのような２つのバイナリ状態のうちの１つを維持する電子回路、及び、論理ゲートのような一又は複数の他のスイッチング要素の状態の論理合成に基づいて出力状態を提供する電子回路を含みうる。これらの基本的なスイッチング要素は、レジスタ、加算器−減算器、演算論理ユニット、浮動小数点ユニット等を含む、より複雑な論理回路を創出するために組み合わされうる。

コンピュータ６００は、大容量記憶装置６１２も含みうる。大容量記憶装置は、光ディスク、磁気記憶装置、又は固体記憶装置でありうる。大容量記憶装置６１２は、燃料電池放電コントローラをコントロールするための一又は複数の指令を保存するよう動作しうる。別の構成では、ＲＡＭ６０６、ＲＯＭ６０８及び大容量記憶装置６１２は、燃料電池放電コントローラをコントロールするための指令を、単独で若しくは様々な組み合わせで、それらに保存させるよう動作しうる。

コンピュータ６００は、大容量記憶装置６１２の物理状態を、保存される情報を反映するように変換することによって、大容量記憶装置６１２上にプログラム及びデータを保存しうる。物理状態の特定の変換は、この開示の種々の実行形態において、様々な要因に依拠しうる。かかる要因の例は、大容量記憶装置６１２を実装するために使用される技術、大容量記憶装置６１２が一次記憶装置又は二次記憶装置として特徴付けられるか否か、等を含むが、それだけに限定されない。

例えば、コンピュータ６００は、記憶装置コントローラを通じて、磁気ディスクドライブ装置内部の特定の場所の磁気特性、光記憶装置内の特定の場所の反射特性又は屈折特性、或いは、固体記憶装置内の特定のコンデンサ、トランジスタ、又は他のディスクリート構成要素の電気特性、を変えるための指令を発することによって、情報を大容量記憶装置６１２に保存しうる。本明細書の範囲及び本質から逸脱しない、物理媒体の他の変換も可能であり、前述の実施例は、この明細書の理解を容易にするためにのみ提供されている。コンピュータ６００は更に、大容量記憶装置６１２の内部の一又は複数の特定の場所の物理状態又は特性を検出することによって、大容量記憶装置６１２から情報を読み取りうる。

ＲＡＭ６０６、ＲＯＭ６０８、又は大容量記憶装置６１２は、コンピュータ可読記憶媒体として動作しうる。本開示の様々な態様は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ又は他の固体メモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（「ＤＶＤ」）、ＨＤ−ＤＶＤ、ＢＬＵ−ＲＡＹ又は他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶装置、或いは、所望の情報を保存するために使用可能であり、かつ、コンピュータ６００によってアクセスしうる任意の他の媒体を含むが、それらだけに限定されない、他の種類のコンピュータ可読記憶媒体上に保存されうる。特許請求の範囲が本開示に照らして解釈される時に、コンピュータ可読記憶媒体は、波動又は信号の形態をとるエネルギーを含まないことを、理解すべきである。

コンピュータ６００はまた、キーボード、マウス、又は電子スタイラスを含むいくつかの他の装置からの入力を受信し、処理するための入力／出力コントローラ６１６を含みうる。同様に、入力／出力コントローラ６１６は、出力をディスプレイ画面、プリンタ、又は他の種類の出力装置に提供しうる。一又は複数の実施形態は、適切に設定されたコンピューティングデバイスによって読み取られる時に、シフトされた共振点のためのＥＭＩフィルタを設計することに関する動作を実行するための指令が提供されうるように製造された、コンピュータ可読記憶媒体を含みうる。

更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。

条項１．スイッチングモード電力変換装置を含むモータ駆動電力システムを設計するための方法であって、
モータコントローラ、及び、モータコントローラを電動モータに結合するフィーダを含む、モータ駆動システムを決定することと、
モータ駆動システムの共振点を決定することと、
モータ駆動システムの共振点を、共振点に関連付けられた周波数と比較してより高い周波数にあるシフト後共振点へとシフトすることと、
モータ駆動システム内に含まれるシフト後共振点のためのＥＭＩフィルタを設計することとを含む、方法。

条項２．共振点をシフトすることは、共振点をシフトするために、モータコントローラ、フィーダ、又は電動モータ、或いはそれらの組み合わせのインピーダンス仕様を使用することを含む、条項１に記載の方法。

条項３．フィーダをシールドすること、又は、フィーダに沿って軽量受動素子を付加すること、或いはそれらの組み合わせを使用することによって、ＥＭＩフィルタを最適化することを更に含む、条項１に記載の方法。

条項４．モータ駆動システムの重量が、シフト後共振点のために設計されたＥＭＩフィルタを含む指定された条件を満たしていないと判断することに応答して、インターリーブされた電力コントローラ、又は、アクティブＥＭＩノイズ除去機構を選択することを更に含む、条項１に記載の方法。

条項５．複数のモータコントローラを含むモータ駆動システム内で使用される高調波を低減するインターリービング角度を変更することを更に含む、条項１に記載の方法。

条項６．モータ駆動システムの重量を使用して、モータ駆動システムのためのアクティブＥＭＩノイズ除去機構を更に選択する、条項１に記載の方法。

条項７．アクティブＥＭＩノイズ除去機構は、ノイズ注入、変換器並列化、又はそれらの組み合わせを実行する、条項６に記載の方法。

条項８．共振点を決定することは、伝導ＥＭＩ周波数の範囲内で、フィーダと電動モータとの合成インピーダンスを測定することを含む、条項１に記載の方法。

条項９．インターリービング角度を動的に決定することと、インターリービング角度コントローラを使用してモータコントローラのためのインターリービング角度を調整することとを更に含む、条項１に記載の方法。

条項１０．一又は複数のモータコントローラと、
一又は複数のフィーダであって、一又は複数のフィーダと一又は複数のフィーダに結合される一又は複数の電動モータとの合成インピーダンスの共振点を、共振点の周波数と比較してより高い周波数にあるシフト後共振点へと移動させるインピーダンス仕様を使用して設計された、一又は複数のモータコントローラに結合された、一又は複数のフィーダと、
シフト後共振点に基づいて設計される一又は複数のモータコントローラに結合にされる、一又は複数の電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタとを備える、システム。

条項１１．一又は複数のフィーダは、一又は複数のフィーダの長さの一部に沿って付加された、シールド、軽量受動素子、又はそれらの組み合わせを備える、条項１０に記載のシステム。

条項１２．一又は複数のモータコントローラのうちの少なくとも１つは多機能型モータコントローラである、条項１０に記載のシステム。

条項１３．インターリービング角度を調整するために、一又は複数のモータコントローラに結合されたインターリービング角度コントローラを更に備える、条項１０に記載のシステム。

条項１４．インターリービング角度コントローラは、モータコントローラのモードの変化に応答してインターリービング角度を調整する、条項１３に記載のシステム。

条項１５．一又は複数のコントローラ、一又は複数のフィーダ、一又は複数の電動モータ、及び一又は複数のＥＭＩフィルタが、一飛行機上に配置される、条項１０に記載のシステム。

条項１６．コンピュータ実行可能な指令が保存されたコンピュータ可読記憶媒体であって、指令は、コンピュータによって実行される時に、コンピュータが、
モータコントローラモデル及びフィーダモデルを含むモータ駆動システム仕様にアクセスすることと、
モータ駆動システムの共振点を決定することと、
モータ駆動システムの共振点を、共振点の周波数と比較してより高い周波数にあるシフト後共振点へとシフトするために、インピーダンス仕様を決定することと、
シフト後共振点のための電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタを設計することとを引き起こす、コンピュータ可読記憶媒体。

条項１７．モータ駆動システムは飛行機に適する、条項１６に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

条項１８．指令は、コンピュータが、複数のモータコントローラを含むモータ駆動システム内で使用されるインターリービング角度を決定することを引き起こす、条項１６に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

条項１９．指令は、コンピュータが、ノイズ注入、変換器並列化、又はそれらの組み合わせを実行するモータ駆動システムにおけるアクティブＥＭＩノイズ除去の使用を決定することを引き起こす、条項１６に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

条項２０．指令は、コンピュータが、伝導ＥＭＩ周波数範囲内のフィーダとモータとの合成インピーダンスを決定すること、及び、共振点を決定することを引き起こす、条項１６に記載のコンピュータ可読記憶媒体。

本書で使用する際、列挙されたアイテムと共に使用される「〜のうちの少なくとも１つ」という表現は、列挙されたアイテムのうちの一又は複数の種々の組み合わせが使用可能であり、かつ、列挙された各アイテムのうちの一つだけがあればよいということを意味する。例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、又はアイテムＣのうちの少なくとも１つ」とは、「アイテムＡ」、「アイテムＡとアイテムＢ」、又は「アイテムＢ」を含みうるが、それらだけに限定される訳ではない。この例は、「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣ」、又は「アイテムＢとアイテムＣ」も含みうる。当然ながら、これらのアイテムの任意の組み合わせが提示されうる。他の例では、「〜のうちの少なくとも１つ」は、限定する訳ではないが例としては、「アイテムＡのうちの２個、アイテムＢのうちの１個、及びアイテムＣのうちの１０個」、「アイテムＢのうちの４個とアイテムＣのうちの７個」、並びに他の好適な組み合わせでありうる。アイテムとは、特定の対象物、物品、又はカテゴリでありうる。換言すると、「〜のうちの少なくとも１つ」とは、アイテムの任意の組み合わせ、及びいくつかのアイテムが、列挙された中から使用されうることを意味するが、列挙されたアイテムの全てが必要とされる訳ではない。

上記の主題は例示の目的でのみ提供されており、限定として解釈すべきではない。図示され説明された例示的な実施形態や応用に従わなくとも、下記の請求の範囲に明記される本開示の真の本質と範囲から逸脱しなければ、本書で説明された主題に対して様々な修正や変更を行うことが可能である。

１００ モータ駆動システム
１５０ ＥＭＩフィルタの挿入利得のグラフ
１６０Ａ 元の共振点
１６０Ｂ シフト後共振点
１６５ 角周波数
１７０ 点線
２００ モータ駆動システム
２１０ 正弦波基準信号
２２０ インターリービング角度
２３０ 搬送波信号
２５０ 生ノイズの低減
３００ モータ駆動システム
４００ アクティブＥＭＩフィルタモータ駆動システム
５００ 手順
６００ コンピュータ
６１０ システムバス

Claims (9)

1. スイッチングモード電力変換装置を含むモータ駆動電力システムを設計するための方法であって、
   モータコントローラ、及び、前記モータコントローラを電動モータに結合するフィーダを含む、モータ駆動システムを決定することと、
   前記モータ駆動システムの共振点を決定することと、
   前記モータ駆動システムの前記共振点を、前記共振点に関連付けられた周波数と比較してより高い周波数にあるシフト後共振点へとシフトすることと、
   前記モータ駆動システム内に含まれる前記シフト後共振点のためのＥＭＩフィルタを設計することと、
   前記モータ駆動システムの重量が、前記シフト後共振点のために設計された前記ＥＭＩフィルタを含む指定された条件を満たしていないと判断することに応答して、インターリーブされた電力コントローラ、又は、アクティブＥＭＩノイズ除去機構を選択することと、
   を含む、方法。
2. 前記共振点をシフトすることは、前記共振点をシフトするために、前記モータコントローラ、前記フィーダ、又は前記電動モータ、或いはそれらの組み合わせのインピーダンス仕様を使用することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記フィーダをシールドすること、又は、前記フィーダに沿って軽量受動素子を付加すること、或いはそれらの組み合わせを使用することによって、前記ＥＭＩフィルタを最適化することを更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 複数のモータコントローラを含む前記モータ駆動システム内で使用される高調波を低減するインターリービング角度を変更することを更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記モータ駆動システムの重量を使用して、前記モータ駆動システムのためのアクティブＥＭＩノイズ除去機構を更に選択する、請求項１に記載の方法。
6. 前記アクティブＥＭＩノイズ除去機構は、ノイズ注入、変換器並列化、又はそれらの組み合わせを実行する、請求項５に記載の方法。
7. 前記共振点を決定することは、伝導ＥＭＩ周波数の範囲内で、前記フィーダと前記電動モータとの合成インピーダンスを測定することを含む、請求項１に記載の方法。
8. インターリービング角度を動的に決定することと、インターリービング角度コントローラを使用して前記モータコントローラのためのインターリービング角度を調整することとを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. コンピュータ実行可能な指令が保存されたコンピュータ可読記憶媒体であって、指令は、コンピュータによって実行される時に、コンピュータに、
   モータコントローラモデル及びフィーダモデルを含むモータ駆動システム仕様にアクセスすることと、
   モータ駆動システムの共振点を決定することと、
   モータ駆動システムの共振点を、共振点の周波数と比較してより高い周波数にあるシフト後共振点へとシフトするために、インピーダンス仕様を決定することと、
   シフト後共振点のための電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタを設計することと、
   前記モータ駆動システムの重量が、前記シフト後共振点のために設計された前記ＥＭＩフィルタを含む指定された条件を満たしていないと判断することに応答して、インターリーブされた電力コントローラ、又は、アクティブＥＭＩノイズ除去機構を選択することと、
   を実行させる、コンピュータ可読記憶媒体。

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