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JP2022117942A - 三相駆動電気機械のノイズ低減のための方法 - Google Patents

三相駆動電気機械のノイズ低減のための方法 Download PDF

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JP2022117942A JP2022003469A JP2022003469A JP2022117942A JP 2022117942 A JP2022117942 A JP 2022117942A JP 2022003469 A JP2022003469 A JP 2022003469A JP 2022003469 A JP2022003469 A JP 2022003469A JP 2022117942 A JP2022117942 A JP 2022117942A
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Abstract

【課題】三相駆動電気機械のノイズ低減のための方法を提供する。【解決手段】電気機械の回転子の角度状態を記録するステップと、記録された角度状態に基づいて基準周波数４を計算するステップと、計算された基準周波数の正弦値７及び余弦値８を形成するステップと、形成された正弦値及び余弦値を二次セクション９によってフィルタリングするステップであって、電気機械のための制御セクションは、二次セクションにより、伝達関数によってモデル化され、且つそれにより基準信号ベクトル１１を形成するステップと、電気機械において、音関連のフィードバック変数１２を記録するステップと、記録されたフィードバック変数と、形成された基準信号ベクトルとに基づいて重みベクトル１３を形成するステップと、重みベクトルで重み付けされた正弦値及び余弦値の和から重畳信号１４を形成するステップと、電気機械の操作変数に重畳信号を適用するステップと、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、三相駆動電気機械のノイズ低減のための方法、そのような方法を用いたコンピュータ支援装置及び電動化自動車に関する。
高出力電気機械の使用の増加と共に、特に自動車の分野において、望ましくなく、ときに不快に感じられる電気機械のノイズを低減する必要が生じている。従来使用されている遮音は、多くの場合にこれに適切ではない。したがって、人、例えばそのような自動車の乗員の不快感を減らすための様々な既知の試みがある。例えば、いわゆるノイズキャンセリング方法又はＡＮＲ（アクティブノイズリダクション）が知られている。これは、特にサウンドプロテクションヘッドセットから知られており、特に障害なく音楽を楽しむため又は小さいプロペラ飛行機で障害なく会話できるようにするためのものである。この目的のために、対応するノイズキャンセリングシステムを車両の乗員室に装備する手法がある。しかし、このようにして環境への悪影響を防ぐことはできない。このシステムによる効果的なノイズ低減は、非常に高価であることもわかっている。同様に可聴の煩わしい範囲内における構成部品の振動励起による二次音励起に対処することは、さらに問題となる。
以上のことに基づいて、本発明の目的は、先行技術から知られている欠点を少なくとも部分的に克服することである。本発明による特徴は、独立請求項に見出すことができる。その有利な構成は、従属請求項に示されている。請求項の特徴は、技術的に実現可能な任意の方法で組み合わせることができる。本発明の補足的な構成を含む、以下の記述からの説明及び図からの特徴もこのために採用され得る。
本発明は、三相駆動電気機械のノイズ低減のための方法であって、
ａ．電気機械から、電気機械の回転子の角度状態を記録するステップと、
ｂ．記録された角度状態に基づいて基準周波数を計算するステップと、
ｃ．計算された基準周波数の正弦値及び余弦値を形成するステップと、
ｄ．形成された正弦値及び余弦値を二次セクションによってフィルタリングするステップであって、電気機械のための制御セクションは、二次セクションにより、伝達関数によってモデル化され、且つそれにより基準信号ベクトルを形成する、ステップと、
ｅ．電気機械において、音関連のフィードバック変数を記録するステップと、
ｆ．記録されたフィードバック変数と、形成された基準信号ベクトルとに基づいて重みベクトルを形成するステップと、
ｇ．重みベクトルで重み付けされた正弦値及び余弦値との和から重畳信号を形成するステップと、
ｈ．電気機械の操作変数に重畳信号を適用するステップと
を有する方法に関する。
特に明記されない限り、上記及び下記の説明で使用される序数は、明確な区別のためのものにすぎず、示された構成要素の順序又はランクを反映するものではない。１よりも大きい序数は、そのようなさらなる構成要素が必ず存在しなければならないことを示唆するものではない。
回転子及び／又は固定子の励磁時にそのような擾乱ノイズの原因が直接低減され得る、三相駆動電気機械のノイズ低減のための方法が本明細書で提案される。まず、回転子の角度状態、すなわち固定子及び励磁コイル又は磁石に対するその相対位置又は角速度が記録される。その後、対応する基準周波数ｆｒｅｆが計算される。次いで、基準値ｆｒｅｆと一回転（２π）との積の正弦値及び余弦値が形成される。正弦値及び余弦値は、好ましくは、２次元ベクトルとして扱われて二次セクションでフィルタリングされる。制御セクションは、調整される電気機械に二次セクションによってモデル化される。このために、例えば、デジタルフィルタの範囲内での近似された関数又は制御セクションのより複雑な表現を使用することができる。さらに、擾乱ノイズに直接関連する音関連のフィードバック変数ｅが電気機械で記録される。記録されたフィードバック変数ｅに基づいて、正弦値及び余弦値は、例えば、最小平均二乗アルゴリズム（ＬＭＳアルゴリズム）によって重み付けされる。その後、重畳信号ｙは、重み付けされた正弦値及び余弦値、すなわち重み付け正弦値及び重み付け余弦値の和から生成される。このために、形成された重みベクトル又はそのそれぞれのベクトル値、すなわち正弦値に関する重み付け正弦値ｗｓｉｎ及び余弦値に関する重み付け余弦値ｗｃｏｓは、それぞれ対応する（正弦又は余弦）値を乗算される。この重み付けされた正弦積及び余弦積の和が形成される。これは、例えば、ノイズキャンセリング信号の振幅ＡＡＮＲに、ノイズキャンセリング信号の基準周波数ｆｒｅｆ及び位相φＡＮＲの和の余弦値を乗算した値に対応する。次いで、この重畳信号は、電気機械の操作変数（例えば、固定子に関するパーク変換による電圧値ｖｄ及びｖｑ）に適用される。したがって、煩わしく感じられるノイズの発生は、電気機械で直接大幅に低減される。例えば、そのような方法で１６ｄＢ又は８５％の低減が実現可能である。上記の説明を式の形式で以下に示す。カウンタ信号は、式（１）によって数学的に記述することができる。
（１）ｙ＝ｗｓｉｎｓｉｎ（２πｆｒｅｆ＋ｗｃｏｓｃｏｓ（２πｆｒｅｆ）＝ＡＡＮＲ・ｃｏｓ（２πｆｒｅｆ＋φＡＮＲ）
ここから、式（２）及び（３）を使用して振幅及び位相を決定することができる。
Figure 2022117942000002
動作中の適応フィルタの安定性を保証するために、これは、例えば、ＦＩＲフィルタ（有限インパルス応答フィルタ）として実装される。一実施形態では、適応フィルタのフィルタ係数ｂは、重畳信号の二乗が最小になるようにＬＭＳアルゴリズムの形式の反復最適化方法によって最適化される。最小化される信号ｅは、式（４）で数学的に記述される。この場合、フィルタ係数は、最急降下の方向への増分ｕで適応される。この場合の増分は、一方では収束率に影響を及ぼし、他方では安定性に影響を及ぼす。式（５）からの勾配を用いて、フィルタ重み付け値ｗｓｉｎ及びｗｃｏｓの最適化を反復して実行することができる。
Figure 2022117942000003
この方法の有利な一実施形態では、ステップｂにおいて、基準周波数は、所定の特性序数と、記録された角度状態とを乗算することによって計算されることがさらに提案される。
この実施形態では、基準周波数ｆｒｅｆを計算するために、電気機械の回転子の角度状態に所定の特性序数を乗算することが提案される。この序数は、例えば、固定子磁石若しくは固定子コイルの数又は三相駆動電気機械の相数に依存する。例えば、そのような序数は、三相機械に関して６、１２又は１８である。
この方法の有利な一実施形態では、この方法は、複数の並列の伝達セクションを含み、ステップｂ～ステップｇは、各伝達セクションにおいて、それぞれステップｂでの異なる特性序数を用いて行われ、伝達セクションごとの単一の重畳信号は、ステップｇで形成され、及びステップｈにおいて、複数の重畳信号は、電気機械の固定子のための操作変数への重畳によって適用されることがさらに提案される。
ここで、この方法は、複数の並列の伝達セクションを含み、各伝達セクションは、異なる序数を用いて実装され、好ましくは他の点では上述した方法と同一に実装されることが提案される。その後、並列に計算されたそれぞれの個々の重畳信号ｙ１ａ、ｙ１ｂ、ｙ１ｃが加算され、電気機械の固定子のための操作変数（例えば、ｖｄ、ｖｑ）に適用される。
この方法の有利な一実施形態では、角度状態は、電気機械の電気的又は機械的な基準系における周波数信号であることがさらに提案される。
ここで、角度状態は、機械の電気的な基準系又は機械的な基準系のいずれかにおける周波数信号（例えば、ｆ ｅｌ）であることが提案される。したがって、角度状態は、問い合わせされたトルクと共に回転速度に直接依存し、同時にさらなる前処理なしにこの方法で利用することができる信号である。
この方法の有利な一実施形態では、フィードバック変数は、以下の値：
－ 電気機械、好ましくは電気機械の固定子によって回転駆動される構成要素の表面加速度、及び
－ 好ましくは、電気機械によって駆動される自動車の乗員室の内部で記録される音信号
の少なくとも１つに基づくことがさらに提案される。
ここで、一実施形態におけるフィードバック変数ｅは、回転駆動される構成要素、好ましくは直接その固定子の又は代替として回転子若しくは回転子に接続された構成要素の表面加速度であることが提案される。表面加速度は、回転系の機械的励起に直接関係し、したがって煩わしいノイズの発生に直接関係する。例えば、加えられるトルクが突然増加した場合、磁気的励起に対してスリップの増加が生じる。したがって、固定子、固定子磁石、固定子コイル又は固定子のそれぞれのコアの振動励起が発生する。同じことが回転子にも当てはまる。しかし、回転子に関して、その回転により記録がさらに複雑になる。これは、励起磁界と相互作用し、固定子側で（可聴又は励起）機械的振動をさらに引き起こす場合がある。本明細書で提案される方法の非常に短い調整セクションにより、そのような突然の事象に迅速に対応することが可能である。最大減衰は、例えば、０．５秒後でも（安定して）実現される。この時間の半分未満で例えば５０％の大幅な低減に既に到達している。加えて又は代替として、例えば乗員室の内部にあるマイクロフォンによって記録される音信号をフィードバック変数ｅとして使用することが提案される。この実施形態の１つの利点は、この場合、音の伝播も考慮することができ、既存の減衰効果により推定擾乱ノイズの処理を省略できることである。好ましい一実施形態では、記録された音信号の関数に応じてより強い重み付けがさらに行われ、同時に表面加速度が同様に記録される。すなわち、簡単に言うと、音信号の音レベルがどの程度高いか、又は人間の耳の感度に応じてそれぞれの周波数がどれほど煩わしく感じられるかに応じたものである。
この方法の有利な一実施形態では、二次セクションの伝達関数は、電気機械の固定子のための操作変数に適用される周波数掃引の伝達挙動に基づいて、電気機械に関して経験的に決定され、伝達関数は、好ましくは、経験的に決定された伝達挙動に近似された関数であることがさらに提案される。
ここで、二次セクションの伝達関数を、対応する周波数掃引を適用することによって経験的に決定することが提案される。それから決定された振幅及び位相を（周波数掃引の）周波数によって記録することができる。有利な一実施形態では、近似された、すなわち偏差が最小化された関数が伝達関数として決定され、二次セクションで使用される。
この方法の有利な一実施形態では、物理的な制御セクションは、二次セクションによってモデル化され、制御セクションは、以下の構成要素：
－ 機械レギュレータ、
－ 位相変換器、
－ 非線形補償部、
－ パルス幅変調、
－ インバータ、
－ 電気機械の動的電界、及び
－ 測定値取得
の少なくとも１つを含むことがさらに提案される。
一実施形態では、二次セクションは、好ましくは、簡略化されているものの、物理的な制御セクションに対応する。好ましい一実施形態では、制御セクションの複雑で非線形性の高い伝達挙動のシミュレーションのために、二次セクションを個々の構成要素に細分化することが必要ではない。むしろ、この場合に与えられる定義は、二次セクションによって複製される制御セクションの部分を単に示す。したがって、この有利な実施形態では、二次セクションが位置付けられるか、又はその入力変数及び出力変数が制御セクションとリンクされる。
さらなる態様によれば、少なくともプロセッサ及びメモリを含むコンピュータ支援装置であって、上記の説明に従って一実施形態による方法を行うためのコンピュータ支援装置が提案される。
コンピュータ支援装置は、１つ又は複数のプロセッサ、例えば汎用プロセッサ（ＣＰＵ）若しくはマイクロプロセッサ、ＲＩＳＣプロセッサ、ＧＰＵ及び／又はＤＳＰを含む。コンピュータ支援装置は、例えば、メモリインターフェースなどの追加の要素を有する。任意選択で又は加えて、これらの用語は、提供又はインストールされたプログラムを、好ましくは標準化されたプログラミング言語、例えばＣ＋＋、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ又はＰｙｔｈｏｎで実行することができ、且つ／又はデータストレージデバイス並びに／又は入力インターフェース及び出力インターフェースなどの他のデバイスを制御し、且つ／又はそれにアクセスすることができる装置に関する。コンピュータ支援装置という用語は、互いに接続され、且つ／又は他に通信可能にリンクされ、場合により１つ又は複数の他のリソース、例えばメモリを共に使用する複数のプロセッサ又は複数の（サブ）コンピュータも指す。
（データ）メモリは、例えば、ハードディスク（ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＨＨＤ）又は（不揮発性）ソリッドステートメモリ、例えばＲＯＭメモリ若しくはフラッシュメモリ（フラッシュＥＥＰＲＯＭ）である。メモリは、多くの場合、複数の個別の物理的ユニットを含むか、又は複数の別個のデバイスにわたって分散される。したがって、データ通信、例えばパッケージデータサービスによってメモリへのアクセスが行われる。これは、分散型ソリューションである。（単一の集積）中央車載コンピュータの代わりに又は中央車載コンピュータに加えて、複数の個別のコンピュータユニットのメモリ及びプロセッサが使用される。
さらなる態様によれば、コンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムであって、コンピュータプログラムコードは、少なくとも１つのコンピュータが上記の説明に従って一実施形態による方法を行うように作られるように、少なくとも１つのコンピュータ上で実行可能であり、コンピュータの少なくとも１つは、
－ 自動車の車載コンピュータに統合され、及び／又は
－ 自動車の車載コンピュータとの通信に適合される、コンピュータプログラムが提案される。
さらなる態様によれば、コンピュータプログラムコードが記憶されているコンピュータ製品であって、コンピュータプログラムコードは、少なくとも１つのコンピュータが上記の説明に従って一実施形態による方法を行うように作られるように、少なくとも１つのコンピュータ上で実行可能であり、コンピュータの少なくとも１つは、
－ 自動車の車載コンピュータに統合され、及び／又は
－ 自動車の車載コンピュータとの通信に適合される、コンピュータ製品が提案される。
コンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＤカード、メモリカード、フラッシュメモリカード又はディスクなどの媒体である。代替形態として、コンピュータプログラム製品は、サーバに記憶され、ダウンロード可能である。コンピュータプログラムが例えばドライブなどの読み出しユニット及び／又はインストールによって読み出し可能にされると直ちに、含まれるコンピュータプログラムコード及びそれに含まれる方法を、例えば上記の説明に従い、コンピュータによって又は複数のコンピュータ支援装置と通信して実行することができる。
一実施形態では、複数のデータを考慮して使用して調整結果を改善することができる学習アルゴリズムが統合される。そのような学習アルゴリズム（深層学習アルゴリズム）は、音声認識又は音声処理及び顔認識の分野で既に知られている。これらの分野は、人間が十分に扱うことができないデータ量及び／又は十分に知られていないか若しくはまったく知られていない規則に基づくという特徴がある。有限要素アルゴリズムと同様に、そのような深層学習アルゴリズムは、基本的に簡単である。しかし、複雑さ（この場合には特に基本データの量）により、タスクは、人間には解決不能であるか、又は許容できない時間でのみ解決することができる。既知の深層学習アルゴリズム又は使用可能なプログラムライブラリは、例えば、ＴｅｎｓｏｒＦｌｏｗ（登録商標）、ＫｅｒａｓｖＭｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｔｏｏｌｋｉｔである。ここで、例えば、自動車における加速事象又は（ナビゲーションシステムでの）地形データ及びそれにより生じる電気機械におけるノイズ発生は、学習アルゴリズムによって予測することができる。
さらなる態様によれば、電動化自動車であって、少なくとも以下の構成要素：
－ 少なくとも１つの推進用車輪と、
－ 自動車を推進するためのトルクを伝達するために少なくとも１つの推進用車輪に接続される三相駆動電気機械と、
－ 電気機械のための少なくとも１つの電気エネルギー貯蔵器と、
－ 少なくとも１つの電圧源からの電圧を電気機械に位相制御して供給するためのインバータと、
－ プロセッサ及びメモリを備えた少なくとも１つの車載コンピュータと
を有し、少なくとも１つの車載コンピュータは、電気機械のノイズ低減のために、上記の説明に従って一実施形態による方法を行うように適合される、電動化自動車が提案される。
自動車は、例えば、Ｐｏｒｓｃｈｅ Ｔａｙｃａｎなどの電動化自動車である。推進用車輪は、車両の推進に適合されており、少なくとも１つの電気機械によって対応するトルクを供給され得る。推進力を計測するために、例えば速度送信機ユニット（従来、ガスペダルと呼ばれている）が運転室に設けられる。速度送信機ユニットは、三相駆動電気機械を制御するための方法に関する制御値を指定する。その値により、自動車の加速（及び好ましくはまた減速）を直感的に調節することができる。いくつかの実施形態では、さらなる入力値が提供される。その入力値により、例えば車両値及び／又は交通データが考慮される。
上述した本発明を、関連する技術的背景に照らして、好ましい構成を示す添付図面を参照して以下で詳細に説明する。本発明は、純粋に概略的な図面によって決して限定されない。図面は、正確な縮尺ではなく、大きさの比率を定義するために適切でないことに留意されたい。
三相駆動電気機械を制御するための概略的な制御ループを示す。 伝達セクションの概略的な制御ループを示す。 ３つの並列の伝達セクションの並列使用を示す。 ボード線図の二次セクションの伝達関数を示す。 システムの反応に関係する一連の測定値の図を示す。 システムの振動に関係する一連の測定値の図を示す。 電気機械を備えた自動車を示す。
図１～３は、三相駆動電気機械１を制御するための方法又は三相駆動電気機械１のノイズ低減のための方法の概略的な制御ループ又はその詳細を示す。この場合、方法ステップは、ブロックとして又は数学的な記号によってそれぞれ表される。表現形態は、制御技術における従来の概略に対応する。個々のブロックは、別個のハードウェアコンポーネントとして具現化される必要はなく、すなわちハードウェア実装された制御ループの要素である必要はない。むしろ、例示される調整は、好ましくは、１つ又は複数のプロセッサ３７及び１つ又は複数のメモリ３８を用いてすべての方法ステップを行うように適合されたコンピュータ支援デバイス上で行われる。コンピュータ支援デバイスは、測定センサ及び制御値センサとの間接的及び／又は直接的な通信のための対応するインターフェースを有する。
電気機械１は、好ましくは、同期機である。電気機械１の電気供給のために、電圧、好ましくはＤＣ電圧を供給する電圧源４４が提供される。ＤＣ電圧は、インバータ３５によって三相電流に変換される。三相電流は、電気機械１の回転子３を回転させるために電気機械１の固定子８６のコイルに供給される。電気機械１の駆動回路４６の各位相は、少なくとも１つのコイルに接続される。異なる位相の電流は、それぞれの場合に角度的にオフセットされる。三相駆動回路４６の場合、２つのコイル間の角度オフセットは、それぞれの場合に１２０°である。
図１に示される概略的な制御ループは、本明細書で述べるノイズ低減方法の１つの可能な適用例を示すものにすぎない。この方法についてここで詳細に述べない。インバータ３５は、制御デバイス４７によって制御される。制御デバイス４７は、制御データセット４８をインバータ３５に送達する。図示される例示的実施形態による制御データセット４８は、電気機械１の駆動回路４６の３つの位相それぞれについて、それぞれの電圧信号を含む。電圧信号は、それに対応してインバータ３５のゲートに印加されて、それぞれの位相の電流の流れに影響を及ぼす。
この実施形態では、制御デバイス４７は、角度推定を行う。そのような角度推定は、センサなしで駆動回路４６の位相における電気的角度４９を決定することを可能にする。同期機では、それから電気機械１の回転子角度が推定される。
重畳信号１４と、（機械レギュレータ３２で処理された）操作変数１９及び角度状態２との合計は、組合せデータセット５０によって表される。組合せデータセット５０は、（振幅補正ブロック５１で処理された後の）加算ブロック５２の出力変数である。いくつかの実施形態では、複数の重畳信号１４、１５、１６は、１つ又は複数の伝達セクション２３、２４、２５の異なる序数の関数として決定され、合計重畳信号５３（図３を参照されたい）として操作変数１９に重ね合わされる。組合せデータセット５０は、２つの入力変数として制御計算ブロック５４に入る。制御計算ブロック５４は、インバータ３５で制御データとして使用するためのデータを準備し、それらを制御データ、例えば電圧値としてインバータ３５に送信する。
既に述べた方法ステップに加えて、事前制御角度計算ブロック５６で事前制御角度５５が計算される。事前制御角度５５は、入力変数として非線形性補償部３４に入る。非線形性補償部３４により、系統的誤差が補償されるか又は変動が平滑化される。さらなる入力変数として、電圧源４４によって供給されるＤＣ電圧及び場合により（例えば、ライン損失を計算するための）さらなる電圧値を含む補正電圧５７、時間補正値５８及び推定される将来の角度４９が入力変数として非線形性補償部３４に入る。
図示される例示的実施形態では、機械レギュレータ３２は、使用される回転子固定座標系（ｄ／ｑ変換又はパーク変換）に従って２つの基準電流値を有する基準電流ベクトル５９を計算する。使用される回転子固定座標系による２つの電流値を含む測定電流ベクトル６０が基準電流ベクトル５９から差し引かれる。電流値は、駆動回路４６で測定されたデータから決定される。図示される例示的実施形態では、測定電流ベクトル６０は、電流データの記録データセットに対応する。記録データセットのデータは、座標変換器６１によって出力される。位相ｕ、ｖ、ｗを基準電流ベクトル５９の基準電流値ｄ、ｑに変換する座標変換器６１は、その隣に図示される減算ブロックと共に記録ブロック６２に含まれる。したがって、座標変換器６１において、駆動回路４６のシステム応答６３に対応する電流信号は、位相固有の座標系から回転子固定座標系に変換される。
基準電流ベクトル５９と測定電流ベクトル６０との差から得られる決定された電流ベクトル６４は、比例積分レギュレータにより、電圧基準値を有する基準電圧ベクトルに変換される。他の調整ステップ、例えばデカップリング調整がさらに行われる。ここで、これは、比例積分（ＰＩ）調整部６５及び振幅補正ブロック５１によって表されている。
重畳信号１４は、（ここではデカップリング調整ブロック６６の直後且つ振幅補正ブロック５１の直前に）処理された電流ベクトル６４に加えられる（重ね合わされる）。それから得られた組合せデータセット５０の合成電圧ベクトルから、位相ｕ、ｖ、ｗごとに位相固有の電圧値がそれぞれ計算される。非線形性補償部３４によって決定された補償電圧値６７、６８、６９は、位相変換器３３からの出力変数として得られる位相固有の電圧値のそれぞれに加算される。このようにして決定された値は、パルス幅変調器７０（ＰＷＭコンバータ）でパルス幅変調によって制御データのパルス幅変調値に変換される。それらの値をインバータ３５で処理することができる。
前述した加算ブロック５２には、比例積分調整部６５（ＰＩレギュレータ）、デカップリング調整ブロック６６及びプラス符号で表される加算記号が含まれる。制御計算ブロック５４には、位相変換器３３、各位相で位相変換器３３に続く加算記号、非線形補償部３４及びパルス幅変調器７０（ＰＷＭコンバータ）が含まれる。
この場合、フィードバック変数１２は、特に表面加速度２７として、測定値取得３６によって電気機械１の固定子８６で直接記録され、（第１の）伝達セクション２３に送信される。
図２は、（第１の）伝達セクション２３の概略的な制御ループ、例えばそこにある電気機械１のノイズ低減のために図１による制御ループで使用することができるものを示す。回転子３の記録された角度状態２（ここでは例えば電気周波数信号２６）に基づいて、（第１の）基準周波数４ ｆｒｅｆは、選択された（ここでは第１の）序数２０を乗算することによって計算される。次いで、（第１の）基準周波数４ ｆｒｅｆと一回転（２π）との積の正弦値７（上の経路）及び余弦値８（下の経路）が形成される。正弦値７及び余弦値８は、好ましくは、２次元ベクトルとして扱われて二次セクション９でフィルタリングされる。基準信号ベクトル１１ ｘｆ，ｒｅｆが生成される。制御セクション１０は、二次セクション９により、調整される電気機械１に（好ましくは伝達関数の形式で）モデル化される。電気機械１で記録された音関連のフィードバック変数１２ ｅ（例えば、電気機械１の表面加速度２７、機器の構成要素及び／又は（内部２９の）マイクロフォンの音信号２８）に基づいて、準備フィルタ７１での準備（例えば、アナログ／デジタル変換、適応ピークフィルタ及び／又はアンチエイリアシングフィルタによる対象の次数のフィルタリング）後、正弦値７及び余弦値８は、重みベクトル１３の関連する値によって重み付けされる。重みベクトル１３は、例えば、最小平均二乗アルゴリズム７２により、基準信号ベクトル１１ ｘｆ，ｒｅｆから形成される。その後、重畳信号ｙは、重み付けされた正弦値７及び重み付けされた余弦値８、すなわち重み付け正弦値１７ ｗｓｉｎ及び重み付け余弦値１８ ｗｃｏｓの和から生成される。このために、形成された重みベクトル又はそのそれぞれのベクトル値、すなわち正弦値７に関する重み付け正弦値１７ ｗｓｉｎ及び余弦値に関する重み付け余弦値１８ ｗｃｏｓは、それぞれ対応する（正弦又は余弦）値を乗算される。和ｙは、この重み付けされた正弦積及び余弦積から形成される。これは、例えば、ノイズキャンセリング信号の振幅ＡＡＮＲに、ノイズキャンセリング信号の基準周波数ｆｒｅｆ及び位相φＡＮＲの和の余弦値８を乗算した値に対応する。その後、この重畳信号１４は、例えば、電気機械１の固定子８６に関する操作変数１９に適用、例えば加算される。
図３は、３つの並列の伝達セクション２３、２４、２５の並列使用を示す。伝達セクション２３、２４、２５は、それぞれ例えば図２に示されるように構成されている。それぞれの第１の基準周波数４、５、６は、角度状態２及びそれぞれの序数２０、２１、２２から決定される。角度状態２及びフィードバック変数１２は、例えば、伝達セクション２３、２４、２５のそれぞれについて同じである。好ましくは、フィルタは、それぞれの序数２０、２１、２２に適合される。各伝達セクション２３、２４、２５は、それぞれ出力値として重畳信号１４、１５、１６を送達する。これらは、互いに重ね合わされる（ここでは加算される）。したがって、合計重畳信号５３が形成される。その後、この合計重畳信号５３は、電気機械１の固定子８６に関する操作変数１９に適用、例えば加算される。
図４は、例として、二次セクション９の可能な伝達関数をボード線図で示す。第１の縦軸７３（グラフ上部）は、振幅軸であり、ここではｄＢ単位で示されている。第２の縦軸７４（グラフ下部）は、（３６０°の）度で与えられる位相軸である。横軸７５は、周波数軸をヘルツ単位で示す。伝達挙動の曲線７６（太線）は、例えば、特定の電気機械１に周波数掃引を適用することによって経験的に決定されている。伝達関数の曲線７７（細線）は、伝達挙動の曲線７６に近似される。
図５は、特定の電気機械１、例えば図１に示されるような制御デバイス４７を備えたシステムの反応に関する一連の測定値のグラフを示す。（第３の）縦軸７８には、一方では電流強度（ここではアンペア単位）、他方では表面加速度２７（ここではｍ／ｓ２［メートル／秒の２乗］単位）がプロットされている。横軸７５は、ここで、秒単位で時間を示す。ここで、ノイズ低減に関する調整は、交互にオン及びオフに切り替えられ、ｑ電流の曲線７９が約２．５Ａ～３Ａである場合にオンになり（例えば、ゼロの時点で）、ｑ電流の曲線７９（細線）がゼロに近い場合にオフになる（例えば、６秒の時点で）。表面加速度２７の曲線８０（太線）は、非常に迅速で効率的な調節挙動を示し、高い安定性及び再現性のあるノイズ低減を伴う。表面加速度２７は、約３ｍ／ｓ２から最大で０．６ｍ／ｓ２（平均してより良好）まで減衰する。したがって、１６ｄＢ又は８５％の削減が実現される。０．５秒未満で（完全な）安定化が既に達成されている。
図６は、特定の電気機械１、例えば図１に示される制御デバイス４７を備えたシステムの振動に関する一連の測定のグラフを示す。図５と同様に、（第３の）縦軸７８（左側）には、一方では電流強度（ここではアンペア単位）、他方では表面加速度２７（ここではｍ／ｓ２単位）がプロットされている。（第４の）縦軸８１（右側）には、一方では振幅（ボルト単位）、他方ではアクティブノイズリダクションの位相（度単位）がプロットされている。横軸７５は、時間（秒単位）を示す。ここで、テスト状態振動として擾乱変数が適用される。（オン状態で図５に示されるように）ｑ電流の曲線７９のプロファイル（下側の太線）は、最大で０．６Ａ未満で安定しており、表面加速度２７の曲線８０（最も下側の細い破線）は、最大で０．８ｍ／ｓ２未満で安定していることがわかり得る。（例えば、第１の）伝達セクション２３（図２を参照されたい）の値も同様に安定している。すなわち、ＡＮＲ振幅の曲線８２（下線の上方、細線）が約５０Ｖであり、ＡＮＲ位相の曲線８３（最も上の線、太い一点鎖線）が約９０°である。擾乱変数を補償するために、ＡＮＲ振幅は、約１４％増加される。伝達セクション２３は、ここで考察される６０秒以内に動的に且つ確実に反応する。
図７は、自動車３１を概略平面図で示す。自動車３１の推進のために、トランスミッション８４及びディファレンシャル８５を介して推進用左後輪３９及び推進用右後輪４０に接続される（任意選択で電気的な）機械１は、（任意選択で）テールの領域に配置される。同様に（任意選択で加えて又は代替として）トルクを伝達するように第２の（任意選択で電気的な）機械１に推進のために接続される推進用左前輪４１及び推進用右前輪４２は、自動車３１の前部の領域に好ましくは操舵可能に配置される。ここで、電気エネルギー貯蔵器４３が（任意選択で推進用後輪３９、４０と推進用前輪４１、４２との間に）含まれ、好ましくは電気機械１の少なくとも１つのための電圧源４４としてのトラクションバッテリとして構成される。さらに、（データ）メモリ３８及び（データ）プロセッサ３７を含む車載コンピュータ４５が示されている。車載コンピュータ４５は、好ましくは、上述した実施形態による方法に従い、（ここでは２つの）電気機械１の供給を制御する。ここで、この方法の代替又は追加の実施形態のために、車載コンピュータ４５に通信可能に接続されたマイクロフォンは、測定値取得３６のために乗員室３０の内部２９に提供される。
回転子又は固定子の励磁時にそのような擾乱ノイズの原因が直接低減され得る、三相駆動電気機械のノイズ低減のための方法が本明細書で提案される。
１ 電気機械
２ 角度状態
３ 回転子
４ 第１の基準周波数
５ 第２の基準周波数
６ 第３の基準周波数
７ 正弦値
８ 余弦値
９ 二次セクション
１０ 制御セクション
１１ 基準信号ベクトル
１２ フィードバック変数
１３ 重みベクトル
１４ 第１の重畳信号
１５ 第２の重畳信号
１６ 第３の重畳信号
１７ 重み付け正弦値
１８ 重み付け余弦値
１９ 操作変数
２０ 第１の序数
２１ 第２の序数
２２ 第３の序数
２３ 第１の伝達セクション
２４ 第２の伝達セクション
２５ 第３の伝達セクション
２６ 周波数信号
２７ 表面加速度
２８ 音信号
２９ 内部
３０ 乗員室
３１ 電動化自動車
３２ 機械レギュレータ
３３ 位相変換器
３４ 非線形性補償部
３５ インバータ
３６ 測定値取得
３７ プロセッサ
３８ メモリ
３９ 推進用左後輪
４０ 推進用右後輪
４１ 推進用左前輪
４２ 推進用右前輪
４３ エネルギー貯蔵部
４４ 電圧源
４５ 車載コンピュータ
４６ 駆動回路
４７ 制御デバイス
４８ 制御データセット
４９ 推定される将来の角度
５０ 組合せデータセット
５１ 振幅補正ブロック
５２ 加算ブロック
５３ 合計重畳信号
５４ 制御計算ブロック
５５ 事前制御角度
５６ 事前制御角度計算ブロック
５７ 補正電圧
５８ 時間補正値
５９ 基準電流ベクトル
６０ 測定電流ベクトル
６１ 座標変換器
６２ 記録ブロック
６３ システム応答（電流信号）
６４ 電流ベクトル
６５ 比例積分（ＰＩ）調整部
６６ デカップリング調整ブロック
６７ ｕ補償電圧値
６８ ｖ補償電圧値
６９ ｗ補償電圧値
７０ パルス幅変調器（ＰＷＭコンバータ）
７１ 準備フィルタ
７２ 最小平均二乗アルゴリズム
７３ 第１の縦軸
７４ 第２の縦軸
７５ 横軸
７６ 伝達挙動の曲線
７７ 伝達関数の曲線
７８ 第３の縦軸
７９ ｑ電流の曲線
８０ 表面加速度の曲線
８１ 第４の縦軸
８２ ＡＮＲ振幅の曲線
８３ ＡＮＲ位相の曲線
８４ トランスミッション
８５ ディファレンシャル
８６ 固定子

Claims (9)

  1. 三相駆動電気機械（１）のノイズ低減のための方法であって、
    ａ．前記電気機械（１）から、前記電気機械（１）の回転子（３）の角度状態（２）を記録するステップと、
    ｂ．前記記録された角度状態（２）に基づいて基準周波数（４、５、６）を計算するステップと、
    ｃ．前記計算された基準周波数（４、５、６）の正弦値（７）及び余弦値（８）を形成するステップと、
    ｄ．形成された前記正弦値（７）及び前記余弦値（８）を二次セクション（９）によってフィルタリングするステップであって、前記電気機械（１）のための制御セクション（１０）は、前記二次セクション（９）により、伝達関数によってモデル化され、且つそれにより基準信号ベクトル（１１）を形成する、ステップと、
    ｅ．前記電気機械（１）において、音関連のフィードバック変数（１２）を記録するステップと、
    ｆ．前記記録されたフィードバック変数（１２）と、形成された前記基準信号ベクトル（１１）とに基づいて重みベクトル（１３）を形成するステップと、
    ｇ．前記重みベクトル（１３）で重み付けされた前記正弦値（７）及び前記余弦値（８）の和から重畳信号（１４、１５、１６）を形成するステップと、
    ｈ．前記電気機械（１）の操作変数（１９）に前記重畳信号（１４、１５、１６）を適用するステップと
    を有する方法。
  2. ステップｂにおいて、前記基準周波数（４、５、６）は、所定の特性序数（２０、２１、２２）と、前記記録された角度状態（２）とを乗算することによって得られる、請求項１に記載の方法。
  3. 複数の並列の伝達セクション（２３、２４、２５）を含み、ステップｂ～ステップｇは、各伝達セクション（２３、２４、２５）において、それぞれステップｂでの異なる特性序数（２０、２１、２２）を用いて行われ、伝達セクション（２３、２４、２５）ごとの単一の重畳信号（１４、１５、１６）は、ステップｇで形成され、及び
    ステップｈにおいて、前記複数の重畳信号（１４、１５、１６）は、前記電気機械（１）の固定子（８６）のための前記操作変数（１９）への重畳によって適用される、請求項２に記載の方法。
  4. 前記角度状態（２）は、前記電気機械（１）の電気的又は機械的な基準系における周波数信号（２６）である、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記フィードバック変数（１２）は、以下の値：
    前記電気機械（１）、好ましくは前記電気機械（１）の固定子（８６）によって回転駆動される構成要素の表面加速度（２７）、及び
    好ましくは、前記電気機械（１）によって駆動される自動車（３１）の乗員室（３０）の内部（２９）で記録される音信号（２８）
    の少なくとも１つに基づく、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記二次セクション（９）の前記伝達関数は、前記電気機械（１）の固定子（８６）のための前記操作変数（１９）に適用される周波数掃引の伝達挙動に基づいて、前記電気機械（１）に関して経験的に決定され、
    前記伝達関数は、好ましくは、前記経験的に決定された伝達挙動に近似された関数である、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 物理的な制御セクション（１０）は、前記二次セクション（９）によってモデル化され、前記制御セクション（１０）は、以下の構成要素：
    機械レギュレータ（３２）、
    位相変換器（３３）、
    非線形補償部（３４）、
    パルス幅変調、
    インバータ（３５）、
    前記電気機械（１）の動的電界、及び
    測定値取得（３６）
    の少なくとも１つを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 少なくともプロセッサ（３７）及びメモリ（３８）を有するコンピュータ支援装置であって、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法を行うためのコンピュータ支援装置。
  9. 電動化自動車（３１）であって、少なくとも以下の構成要素：
    少なくとも１つの推進用車輪（３９、４０、４１、４２）と、
    前記自動車（３１）を推進するためのトルクを伝達するために前記少なくとも１つの推進用車輪（３９、４０、４１、４２）に接続される三相駆動電気機械（１）と、
    前記電気機械（１）のための少なくとも１つの電気エネルギー貯蔵器（４３）と、
    少なくとも１つの電圧源（４４）からの電圧を前記電気機械（１）に位相制御して供給するためのインバータ（３５）と、
    プロセッサ（３７）及びメモリ（３８）を備えた少なくとも１つの車載コンピュータ（４５）と
    を有し、前記少なくとも１つの車載コンピュータ（４５）は、前記電気機械（１）のノイズ低減のために、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法を行うように適合される、電動化自動車（３１）。
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