特許 7642330 試験測定装置及び被試験デバイスの性能測定方法

(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】2025-02-28

(45)【発行日】2025-03-10

(54)【発明の名称】試験測定装置及び被試験デバイスの性能測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/34 20200101AFI20250303BHJP

【ＦＩ】

G01R31/34 A

【請求項の数】 5

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020117778

(22)【出願日】2020-07-08

(65)【公開番号】P2021012199

(43)【公開日】2021-02-04

【審査請求日】2023-06-21

(31)【優先権主張番号】201921027221

(32)【優先日】2019-07-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(31)【優先権主張番号】16/921,865

(32)【優先日】2020-07-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】391002340

【氏名又は名称】テクトロニクス・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＴＥＫＴＲＯＮＩＸ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(74)【代理人】

【識別番号】110001209

【氏名又は名称】特許業務法人山口国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ユー・エヌ・ヴァスデフ

(72)【発明者】

【氏名】クリシュナ・エヌ・エイチ・スリ

(72)【発明者】

【氏名】ヴェムパティ・エル・バルガヴィ

(72)【発明者】

【氏名】オマー・シェイフ

【審査官】島田 保

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１０２４２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０２０５４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０８２２７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０６－２７３４９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／３２７－３１／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被試験デバイスが有する固定子に対して回転子が回転している動作状態のときに上記被試験デバイスから時間で変化するアナログ三相信号を取り込むように構成されたインターフェースと、
表示部と、
プロセッサと
を具え、
上記プロセッサに、
取り込まれた上記アナログ三相信号のサンプル・ポイント毎にＤＱ０変換を実行させて上記アナログ三相信号に基づくＤＱ０信号を生成させ、
上記ＤＱ０信号に基づいて、上記被試験デバイスの性能を測定させ、
上記ＤＱ０信号を用いて位相ベクトル図を生成させて、上記表示部上で上記位相ベクトル図を表示させ、
上記アナログ三相信号が取り込まれるときに、取り込まれた上記アナログ三相信号のサンプル・ポイント毎に、上記表示部上の上記位相ベクトル図を時間経過とともに更新させる
命令を実行するよう上記プロセッサがプログラムされた試験測定装置。

【請求項2】

上記ＤＱ０信号に基づく上記被試験デバイスの性能の測定には、リップル、ピーク・ピーク振幅、ＤＱ０成分のＤＣ平均値、ＤＱ０成分の高速フーリエ変換プロット、Ｄ及びＱの大きさ、高調波測定値、ジッタ分析及びＤＱ０の総電力の中の少なくとも１つの測定が含まれる請求項１の試験測定装置。

【請求項3】

上記プロセッサに、
上記ＤＱ０信号に基づいて、逆ＤＱ０変換を実行させ、再現された三相信号を生成させ、
上記再現された三相信号の波形プロットを上記表示部上で表示させる
命令を実行するよう上記プロセッサがプログラムされた請求項１又は２の試験測定装置。

【請求項4】

被試験デバイスが有する固定子に対して回転子が回転している動作状態のときに上記被試験デバイスから時間で変化するアナログ三相信号を取り込む処理と、
取り込まれた上記アナログ三相信号のサンプル・ポイント毎にＤＱ０変換を実行し、上記アナログ三相信号に基づくＤＱ０信号を生成する処理と、
上記ＤＱ０信号を使用して、上記被試験デバイスの性能を測定する処理と、
上記ＤＱ０信号を用いて位相ベクトル図を生成し、表示部で上記位相ベクトル図を表示する処理と、
上記アナログ三相信号が取り込まれるときに、取り込まれた上記アナログ三相信号のサンプル・ポイント毎に、上記表示部上の上記位相ベクトル図を時間経過とともに更新する処理と
を具える被試験デバイスの性能を測定する方法。

【請求項5】

上記ＤＱ０信号について逆ＤＱ０変換を実行し、再現された三相信号を生成する処理と、
上記再現された三相信号の波形プロットを上記表示部上で表示する処理と
を更に具える請求項４の被試験デバイスの性能を測定する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示技術は、試験測定装置及び被試験デバイスの性能を測定する方法に関し、特に、モータ及び同期機の性能を測定するための試験測定装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

三相同期機（three-phase synchronous machines）の振る舞いは、通常、以下の回転電圧方程式（１）～（３）のような回転電圧／電流方程式によって記述され、このとき、Ｒ、Ｓ、Ｔは、三相ＡＣ信号、Vgは対応する利得である。

【0003】

VR=Vg*cos（win*t） （1）

【0004】

VS=Vg*cos（win*t-2*pi/3） （2）

【0005】

VT=Vg*cos（win*t-4*pi/3） （3）

【0006】

ここで、winは、入力Ｒ、Ｓ、Ｔ三相信号の２*pi*fである。「f」は、公称周波数（nominal frequency）である。ユーザは、重要な値である「f」を、商用電源（ライン）周波数（line frequency）又はモーターの任意のカスタム周波数として設定できる。

【0007】

ＡＣインターフェースにおいて、これら電圧（Voltages:Ｖ）とこれら電流（Currents:Ｉ）は、通常、ばらばらであり、典型的には、１２０度位相がずれている。これらＶ及びＩ成分は、時間で変動し、これは、定常状態動作点を表さないことを意味する。

【0008】

ＤＱ０（Direct-quadrature-zero）変換は、通常、ＡＣ波形の基準系を回転させて、ＡＣ波形をＤＣ信号に変換する。これにより、実際の三相ＡＣの結果を取り出す（recover）ために逆変換を行う前に、ＤＣ信号の簡単な計算で良くなる。また、ＤＱ０変換によって、同期機の性能の分析も簡単になる。

【0009】

大まかに言えば、ＡＣ信号は、現実の信号であるが、これをＤＣに変換することで、ＤＱ（Direct Quadrature）変換の抽象的な表現を得るのに役立つ。ＤＱ０は、コントローラが何を見ているのかをユーザが知るのに有益である。この情報は、コントローラが何をしているかをユーザがより良く把握するのに役立ち、ユーザがコントローラの構成を、より適切に調整可能にする。

【0010】

一般的に、ＤＱ０系は同期機（synchronous machines）に好まれ、αβゼロ（alpha-beta zero）変換は誘導機（induction machines）に好まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特許第６２３４６５７号公報

【非特許文献】

【0012】

【文献】「Direct-quadrature-zero transformation」の記事、Wikipedia（英語版）、［オンライン］、［２０２０年７月７日検索］、インターネット<https://en.wikipedia.org/wiki/Direct-quadrature-zero_transformation>

【文献】「Alpha-beta transformation」の記事、Wikipedia（英語版）、［オンライン］、［２０２０年７月７日検索］、インターネット<https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha-beta_transformation>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

現在の解決手法（ソリューション）では、ユーザは、センサのデータを処理してＤＱ０情報を取得し、次いで、複数の反復処理によって、その制御情報をチェックするのに、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）ベースのハードウェアに依存している。この解決手法には、複雑でカスタムなプロセスが含まれる。ユーザは、実際的な方法では不可能なＤ-Ｑ-０信号をプローブ又は測定しようと試みる必要がある。代わりに、典型的な解決手法では、コントローラの入力信号をシミュレートする外部からの刺激信号をコントローラに供給して、このアナログ・デジタル・コントローラ（ＡＤＣ）がＤＱ０信号として出力する。

【0014】

開示された装置及び方法の実施形態は、従来技術における欠点に取り組むものである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本開示技術の説明のための実施例を以下に示す。本技術の実施形態は、後述する実施例の１つ以上の任意の組み合わせがあり得る。

【0016】

実施例１は、試験測定装置であり、被試験デバイスからアナログ三相信号を取り込むように構成されたインターフェースと、プロセッサとを具え、プロセッサに、アナログ三相信号に基づいて、ＤＱ０（direct-quadrature-zero）変換を実行させてＤＱ０信号を生成させ、ＤＱ０信号に基づいて、被試験デバイスの性能を測定させる命令を実行するようプロセッサがプログラムされる。

【0017】

実施例２は、実施例１の試験測定装置であり、このとき、ＤＱ０信号に基づく被試験デバイスの性能の測定には、リップル、ピーク・ピーク振幅、ＤＱ０成分のＤＣ平均値、ＤＱ０成分の高速フーリエ変換プロット、Ｄ及びＱの大きさ（マグニチュード）、高調波測定値、ジッタ分析、及びＤＱ０の総電力の中の少なくとも１つの測定が含まれる。

【0018】

実施例３は、実施例１及び２のいずれの試験測定装置であり、更に表示部を具え、プロセッサにＤＱ０信号を表示部に表示させる命令を実行するようにプロセッサがプログラムされる。

【0019】

実施例４は、実施例１から３のいずれかの試験測定装置であり、このとき、プロセッサに、ＤＱ０信号に基づいて、逆ＤＱ０変換を実行させて再現された（reconstructed）三相信号を生成させる命令を実行するようにプロセッサがプログラムされる。

【0020】

実施例５は、実施例４の試験測定装置であり、表示部を更に具え、プロセッサに再現された三相信号を上記表示部上に表示させる命令を実行するようにプロセッサがプログラムされる。

【0021】

実施例６は、実施例４の試験測定装置であり、このとき、プロセッサに、アナログ三相信号、ＤＱ０信号及び再現された三相信号の中の少なくとも１つを使用して、位相ベクトル図を生成させる命令を実行するようプロセッサがプログラムされる。

【0022】

実施例７は、実施例１から６のいずれかの試験測定装置であり、このとき、上記インターフェースは、被試験デバイスのモータ駆動入力部又は駆動出力部からアナログ三相信号を受けるように構成される。

【0023】

実施例８は、実施例１から７のいずれかの試験測定装置であり、このとき、上記インターフェースは、電圧プローブを介してアナログ三相電圧信号を受け、電流プローブを介してアナログ三相電流信号を受けるように構成される。

【0024】

実施例９は、実施例１から８のいずれかの試験測定装置であり、表示部を更に具え、プロセッサにアナログ三相信号及びＤＱ０信号を用いて位相ベクトル（Phasor：フェーザ）図を生成させ、位相ベクトル図を上記表示部上に表示させる命令を実行するようプロセッサがプログラムされる。

【0025】

実施例１０は、実施例１から９のいずれかの試験測定装置であり、このとき、ＤＱ０変換は、３分の２、又は、３分の２の平方根に等しい定数を使用する。

【0026】

実施例１１は、被試験デバイスから三相信号を取り込む処理と、上記三相信号についてＤＱ０（direct-quadrature-zero）変換を実行し、ＤＱ０信号を生成する処理と、上記ＤＱ０信号を使用して上記被試験デバイスの性能（パフォーマンス）を測定する処理とを具える方法である。

【0027】

実施例１２は、実施例１１の方法であり、ＤＱ０信号のプロットを生成する処理を更に具える。

【0028】

実施例１３は、実施例１１又は１２のいずれかの方法であり、このとき、ＤＱ０信号を使用して上記被試験デバイスの性能を測定する処理が、リップル、ピーク・ピーク振幅、ＤＱ０成分のＤＣ平均値、ＤＱ０成分の高速フーリエ変換プロット、Ｄ及びＱの大きさ（マグニチュード）、高調波測定値、ジッタ分析及びＤＱ０の総電力の中の少なくとも１つを測定する処理を有する。

【0029】

実施例１４は、実施例１１から１３のいずれかの方法であり、このとき、被試験デバイスから三相信号を取り込む処理が、被試験デバイスのモータ駆動入力部又は駆動出力部から三相信号を受ける処理を有する。

【0030】

実施例１５は、実施例１１から１４のいずれの方法であり、取り込まれた三相信号及びＤＱ０信号を用いて位相ベクトル図を生成する処理と、位相ベクトル図を表示する処理とを更に具えている。

【0031】

実施例１６は、実施例１１から１５のいずれの方法であり、このとき、被試験デバイスから三相信号を取り込む処理が、被試験デバイスから三相電圧信号を受ける処理と三相電流信号を受ける処理とを有し、ＤＱ０変換を実行する処理が、三相電圧信号及び三相電流信号について別々にＤＱ０変換を実行する処理を有する。

【0032】

実施例１７は、実施例１１から１６のいずれの方法であり、ＤＱ０変換が、３分の２、又は、３分の２の平方根に等しい定数を使用する。

【0033】

実施例１８は、実施例１１から１７のいずれの方法であり、ＤＱ０信号に対して逆ＤＱ０変換を行って再現された三相信号を生成する処理を更に具えている。

【0034】

実施例１９は、実施例１８の方法であり、再現された三相信号のプロットを生成する処理を更に具える。

【0035】

実施例２０は、実施例１８の方法であり、ＤＱ０信号及び再現された三相信号を用いて位相ベクトル図を生成する処理と、位相ベクトル図を表示する処理とを更に具える。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】図１は、回転子及び固定子軸の関係の横断的な機能図を示す。

【図2】図２は、被試験デバイスを含むシステムの実施形態の図を示す。

【図3】図３は、試験測定装置の実施形態のブロック図を示す。

【図4】図４は、三相電圧及び電流信号をグラフィカルな描写を示す。

【図5】図５は、２サイクルの三相電圧信号をグラフィカルな描写を示す。

【図6】図６は、２サイクルの三相電流信号をグラフィカルな描写を示す。

【図7】図７は、本開示技術の実施形態による三相電圧信号のＤＱ０変換のグラフィカルな描写を示す。

【図8】図８は、本開示技術の実施形態による三相電流信号のＤＱ０変換のグラフィカルな描写を示す。

【図9】図９は、本開示技術の実施形態による再現された三相電圧信号を得るための逆ＤＱ０変換のグラフィカルな描写を示す。

【図10】図１０は、本開示技術の実施形態による再現された三相電流信号を得るための逆ＤＱ０変換のグラフィカルな描写を示す。

【図11】図１１は、本開示技術の実施形態による時間ｔ＝０における三相電圧ＲＳＴ及びＤＱ０変換の位相ベクトル図を示す。

【図12】図１２は、本開示技術の実施形態による三相電圧ＲＳＴ及びＤＱ０変換の位相ベクトル図を示す。

【図13】図１３は、本開示技術の実施形態によるＤＱ０信号を用いて被試験デバイスの性能を測定する方法のフローチャートを示す。

【図14】図１４は、ユーザから構成の設定を受けるためのユーザ・インターフェースの本開示技術の実施形態による例を示す。

【図15】図１５は、結果を表示するユーザ・インターフェースの本開示技術の実施形態による例を示す。

【図16】図１６は、回転するＤＱ０信号と重なった実際の三相信号の本開示技術の実施形態による位相ベクトル図（Phasor Diagram）の例を示す。

【図17】図１７は、本開示技術の実施形態による実際の電圧及び電流のＤＱ０信号に関する個別の位相ベクトル図（Phasor Diagram）の例を示す。

【図18】図１８は、本開示技術の実施例による時間領域三相正弦波及びＰＷＭ波形を有する数学的処理のＤＱ０の実際の結果及び位相ベクトル・プロットの例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0037】

現在の解決手法では、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）ベースのハードウェアを使用してセンサ・データを処理することでＤＱ０情報を取得し、複数の反復処理によって制御情報をチェックする。この解決手法では、複雑でカスタムなプロセスが含まれる。

【0038】

ユーザは、現実的には不可能なＤ-Ｑ-０信号をプローブ又は測定しようとする必要がある。ユーザは、モータ制御マイクロプロセッサで受けた信号にアクセスする必要がある。これには、概して、組み込み制御ソフトウェア、センサ、及びフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）が含まれる。代わりに、典型的な解決手法では、コントローラの入力信号をシミュレートするためにモータ・コントローラに外部刺激信号を供給し、アナログ・デジタル・コントローラ（ＡＤＣ）の出力信号をＤＱ０信号としてキャプチャ（捕捉）する。

【0039】

本願の実施形態は、コントローラに入ってくる実際の三相信号を受けて、ＤＱ０変換を実行する。プローブ・コネクタを使用して、三相の電圧及び電流信号をプローブし、センサを使わずにＤＱ０に変換することができる。コントローラは、これら直接の信号を使用する命令を実行する。

【0040】

本願で使用されるコントローラという用語には、コントローラ、マイクロコントローラ、プロセッサ（マイクロプロセッサとも呼ばれる）、デジタル・シグナル・プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などを含む、命令を実行できるあらゆるタイプの処理実行要素が含まれていることに注意されたい。

【0041】

図１は、例えば、モータにおける回転子及び固定子軸の関係に係る横断的な機能図を示す。外側の輪は、固定子２を表す。内側の輪は、回転子４を表す。回転子４の周囲に分布するドットは、回転子のポール（極）６を表す。永久磁石（Ｎ－Ｓ）は、中心に配置できる。Ｄ軸１６及びＱ軸１８からなるＤＱ基準系は、モータの回転子に固定されている。直流磁界（DC field）方向の界磁巻線の軸は、回転子のダイレクト（direct）軸、又は、ｄ軸と呼ばれる。ｄ軸から９０度後の軸は、直角位相（quadrature）軸（ｑ軸）である。軸１０、１２、１４は、Ｒ、Ｓ、Ｔなどの三相電圧又は電流信号の軸を表す。この変換では、以下の系の関係式に従って、図１に示す三相信号を使用する。以下の行列式（４）は、ｑ軸とａ軸が時間ｔ＝０で一致し、ｑ軸が任意の時間ｔにおいて、ａ軸と角度θを形成する場合に当てはまる。

【0042】

【数4】

【0043】

ｄ軸とａ軸が時刻ｔ＝０で位置合わせされ、ｄ軸が時間ｔでａ軸と角度θを形成する場合、次の行列式（５）が適用できる。

【0044】

Ｋの値は、２/３又は√（２/３）とすることができる。

【0045】

Ｋが２/３の場合、行列式は、３番目の行が１/２になる。従って、「０」は、２/３＊１/２＊（Ｒ＋Ｓ＋Ｔ）となる。

【0046】

Ｋが√（２/３）の場合、行列式は、３番目の行が１/√２になる。従って、「０」は、√（２/３）＊１/√２＊（Ｒ＋Ｓ＋Ｔ）となる。

【0047】

【数5】

【0048】

ユーザは、モータ・コントローラの構造に基づいて、どの方法を使用するかを設定できる。ある実施形態では、システムにおける測定の構成として、ｑ軸に沿った式を使用するか又はｄ軸に沿った式を使用するかをユーザが選択できる。

【0049】

行列中のθと、Ｒ、Ｓ、Ｔのθとは、シータ関数の計算に使用する方法に基づいて、異なるものとしても良い。

【0050】

角度θは、回転するｄ-ｑ基準系とａ軸との間の角度で、このとき、ａ軸は固定子の系に固定され、位相ａの巻線の位置によって定められる。時間ｔにおける角度θは、式（６）で計算できる。

【0051】

θ＝（０からＴまで）∫ｗ(ｔ)ｄｔ＋θ(０) （６）

ここでωは、ｄ-ｑ座標軸の回転速度であり、本願の実施形態では、同期速度（synchronous speed）として使用される。この変換により、ユーザは、固定子回路の電圧方程式を操作し、ｑ-ｄ-０座標に変換できる。

【0052】

行列式中の時間ｔにおけるθは、いくつかの異なる方法を使用して計算できる。最初のアプローチは、三相ＰＬＬ法と呼ばれる。ＰＬＬは、一般に、三相モータのコントローラ回路に埋め込まれている。この方法は、ソフトウェアＰＬＬを使用してコントローラ回路のハードウェアＰＬＬをエミュレートし、フィルタによって導入される位相シフトと遅延を調整する。位相が調整されたθは、三相位相ロック・ループ（phase locked loop）を実装することにより得られる。ＰＬＬがモータ・コントローラ回路のハードウェアに既に実装されている場合に得られる三相信号には、この効果がある。ユーザは、ソフトウェアＰＬＬの適用を選択することもでき、測定フローにおいて実行して、ハードウェアＰＬＬを模倣できる。

【0053】

ＰＬＬは、変換された「ｄ(ｔ)」又は「ｑ(ｔ)」の値のいずれかを入力に受ける。これは測定において、設定変更可能である。ＰＬＬの出力信号は、「ｄ」又は「ｑ」軸に対して補正されたθを与える。この軸は、測定において、情報入力源（source input）として設定変更可能である。

【0054】

調整されたθ（ＰＬＬ出力）は、行列式に戻して使用され、これは三相ＲＳＴ信号のθinとは異なるものとなろう。この調整プロセスは、ＲＳＴ信号の全てのサンプルが処理されるまで続き、ＰＬＬへの基準入力として与えられた設定された「ｄ」又は「ｑ」のいずれかを制御する。

【0055】

もう１つのアプローチは、標準的な方法（Standard method）と呼ばれる。θの典型的な選択肢は、ωｔであり、このとき、ωは２*pi*fである。これは、同期機の固定された回転子の角度を表す。これは、フリーホイーリング・シータ（freewheeling（惰性で滑走する） theta）法と呼ばれる。この方法では、行列のθと、三相ＲＳＴ信号のθinとは、同じである。これは、θがＰＬＬ又は何らかのフィードバック方法によって調整されないので、より理想的な条件である。

【0056】

この方法には、ユーザが設定変更可能なθ(ｔ)がある。ユーザは、測定に対して追加の限定を加える情報源（qualifier source）として、外部クロック又は明示的なクロックのような時間の機能（関数）をθに与えることができる。測定では、これを利用して、行列に関するθ値を抽出しても良い。この方法では、行列のθは、ユーザによって設定され、これは三相ＲＳＴ信号のθinとは異なる。

【0057】

第３の方法では、ユーザは、設定変更可能なθ(ｔ)関数と見なされるものをθ関数として提供することができ、これは測定に追加の限定を加える情報源（qualifier source）であって、行列式で使用できる。このシータ波形は、ＰＬＬ出力信号と等価であり、三相ＲＳＴ信号と同期する必要がある。ユーザは、次いで、このシータの値を使用し、全てのサンプル・ポイントでのＤＱ０を計算できる。

【0058】

先のこれら方法では、「ｆ」は、三相信号の基本周波数を表す。ただし、ユーザは、「f」を、商用電源周波数、又は、関心のある任意のカスタムな周波数の値に設定できる。

【0059】

角度θ(ｔ)は、入力される三相ＲＳＴ波形に基づいて形成され、行列で使用されるθ(ｔ)は、２πラジアン毎にゼロにリセットされ、ランプ（ramp：傾斜）出力信号のようになる。ＰＬＬ法では、上記のフリーホイーリング・シータ法とは異なり、ｄ軸又はｑ軸をゼロに制御できる。三相ＰＬＬ法は、三相ＲＳＴとＤＱ０信号の間の周波数の同期を向上させる。標準的な方法は、同期に関してハードウェアの実装によっているため、全ての中で最もシンプルである。

【0060】

更に、バランスの取れた条件下では、Ｚ軸に沿った値がゼロであり、このために磁束がまったく生成されない。これによれば、ｄ-ｑ変換を式（７）に単純化できる。

【0061】

【数7】

【0062】

ＤＱ０又は順方向方程式（forward equation：フォワード方程式）とも呼ばれる式（７）において、Ｋは定数である。Ｋの値の典型的な選択肢は、２/３と√（２/３）である。これにより、ｄ-ｑの量の大きさが、三相の量の大きさと等しくなる。

【0063】

例えば、Ｋの解釈は、異なる場合がある。Ｋが２/３の場合には、正弦波信号が、バランスがしていることを意味し、√（２/３）では、電力不変系（power invariant system）であることを意味する。本願の実施形態では、ＤＱ０変換は、モータ駆動回路入力部からの三相（Ｒ-Ｓ-Ｔ）時間領域電圧及び電流を入力信号として取る。

【0064】

逆ＤＱ０変換を行っても良く、これは、ＲＳＴ又は逆方向（backward：バックワード）方程式（８）とも呼ばれる。この逆変換では、次に示すように、モータ・コントローラが計算したＤＱ０信号を入力信号として使用して、Ｒ-Ｓ-Ｔ値を得る。

【0065】

【数8】

【0066】

図２は、システムの実施形態を示し、このとき、被試験デバイスは、組込コントローラ２６によって制御されているモータ及び駆動系（drive train：動力伝達装置）２４である。モータは、主ＡＣ電源から、駆動回路入力部２０で電源の入力を受ける。駆動回路及び駆動出力回路（drive and drive output）２２において、これらの信号は、ＡＣ／ＤＣ変換、並びにＤＣフィルタ処理及びバッファ処理が行われる。これらフィルタ処理及びバッファ信号は、次に再度ＡＣに変換され、モータ及び駆動系２４に到達する。

【0067】

典型的なシステムにおいて、設計者は、モータ・コントローラ２６に到達するエンコーダ、スピード（速度）及びトルク信号３１、又は、モータ・コントローラ２６へのアナログ入力信号３３を、理論的にはサンプリングしようと試みることもできる。しかし、このアプローチは、プローブを使用して、これら信号のアクセス・ポイントに物理的に到達するのが非常に困難であるため、実用的ではない。従って、これら信号のアクセス・ポイントに到達しようとするのではなく、典型的なアプローチには、コントローラに外部刺激信号を与え、コントローラの入力信号を測定し、コントローラ内のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３２の出力信号をキャプチャ（捕捉）することが含まれる。しかし、上述のように、この典型的なアプローチには、デジタル回路／センサ・ブロック３６中の、刺激信号を生成するＦＰＧＡ、データをキャプチャ（捕捉）するセンサなどの使用も含まれる。更に、受けた信号は、回路が動作している間の回路内の実際の信号ではなく、「刺激」信号を含むだけである。

【0068】

これに対して、本願の実施形態は、回路内の実際の信号をキャプチャし、コントローラが、これらの信号からＤＱ０変換信号を生成することを可能にする。これら実施形態は、コントローラを回路内の信号で動作させることによって、より正確な信号測定と、はるかに単純な解決手法とを提供する。システムは、２８に示すように、駆動回路入力部（drive input）における接続か、又は、３０に示すように、駆動回路及び駆動出力回路２２の出力における接続かのいずれを利用して、これら信号を捕捉する。いずれの場合も、これらの信号は、アナログ三相信号（Ｒ，Ｓ，Ｔ）を含む。電圧及び電流のいずれか又は両方の三相信号を、例えば、それぞれ適切な電圧プローブ及び電流プローブを用いて捕捉できる。コントローラ２６は、アナログ三相信号３３を受ける。次いで、コントローラは、順方向方程式（forward equation）を使用して、先に説明したＤＱ０変換を計算する命令を実行する。電圧と電流の三相信号に変換式を別々に適用し、電圧に関するＤＱ０と電流に関するＤＱ０とを取得できる。ＤＱ０信号３５は、フィードバックとして被試験デバイスに送り返すことができる。３０における三相アナログ信号には、このフィードバックが含まれる。当業者であればわかるように、コントローラ２６には、ＰＷＭ回路３４もあってよく、図示するように、駆動回路及び駆動出力回路２２にゲート駆動（gate drive）信号を提供する。

【0069】

図３は、試験測定装置４０のブロック図を示し、これは、図示するように、プローブ・インターフェースなどのインターフェース４２を通してアナログ三相信号を入力として受けて、取り込む。通常、プローブ・インターフェースは、ケーブルへの１つ又は複数のコネクタであってもよい。インターフェース４２には、三相信号を取得するための適切な回路（図示せず）があり、これには、当業者であればわかるように、信号調節回路、アナログ・デジタル・コンバータ、メモリ等が含まれていても良い。プロセッサ／コントローラ／処理要素４４は、取得した三相信号に基づいて、ＤＱ０変換を行い、ＤＱ０信号を生成する。プロセッサ４４は、ＤＱ０信号に基づいて、被試験デバイスの性能を測定する。プロセッサ４４は、また、逆ＤＱ０変換を行い、ＤＱ０信号に基づいて再現（reconstructed：再構築）された三相信号を生成してもよい。また、装置には、これら変換を装置に行わせるために、プロセッサによって実行される命令の両方を記憶すると共に、データを記憶するためのメモリ４６があってもよい。また、装置には、以下で説明するように、装置がデータを表示できるように表示部４８があってもよい。また、装置には、ユーザから構成の設定（configuration settings）を受けるためのユーザ・インターフェース４９があってもよい。例えば、装置は、ユーザから、上述したような行列式で時間ｔにおける角度θの計算に使用される方法の選択について、ユーザ・インターフェース４９を介して受けても良い。

【0070】

この測定では、位相Ａとｄ軸又は位相Ａとｑ軸の初期位置合わせ（アライメント）に関する設定が可能である。ユーザは、この設定に基づいて、出力結果における変化と、位相ベクトル（Phasor：フェーザ）プロットを確認できる。

【0071】

図４～１２は、図３の試験測定装置４０のような、オシロスコープや他の試験測定装置によって捕捉された信号のグラフィカルな描写を示す。図４は、ブラシレスＤＣモータの被試験デバイスから取り込まれた三相ＲＳＴ電圧及び電流信号のスナップショットを示す。ブラシレスＤＣモータのこれらの例は、単に、入力信号と、結果として得られる信号の例を提供するだけで、特定の被試験デバイスに限定するものではないことに注意されたい。

【0072】

別々の三相電圧ＲＳＴ信号を図５に示し、三相電流ＲＳＴ信号を図６に示す。

【0073】

順方向ＤＱ０変換を適用すると、図７に示す電圧波形と、図８に示す電流波形が得られる。

【0074】

逆方向の逆ＤＱ０変換を適用すると、図９及び図１０に示す三相波形が得られる。図９は図５と比較でき、図１０は図６と比較できて、変換の精度をチェックできる。ただし、通常は、ユーザは、コントローラ２６の性能をモニタするために、逆変換を確認したいと考えるであろう。

【0075】

上述したように、三相信号は時間で変化し、これは、定常状態の動作ポイントが存在しないことを意味する。図１を再度参照すると、これは、３つの回転子軸１０、１２、１４を示し、それぞれ位相ａは１０、位相ｂは１２、位相ｃは１４である。誘導機では、ｄ軸はｔ＝０でａ軸に位置合わせされ、同期速度（ｗ）で回転すると仮定される。ＤＱ０変換により、図１１に示すように、三相の電圧及び電流信号における時間変化インダクタンスが全て除去される。

【0076】

図１１は、回転している基準系を示し、時間ｔ＝０において、三相のＲＳＴ成分及びＤＱ０成分のベクトルが重なっている。ａ軸とｄ軸は、５０の０軸で重なっている。ｂ軸は、４５に示されている。ｃ軸は４７にあり、ｑ軸は４３にある。

【0077】

図１２では、回転系のベクトルが、各サンプル時間に対して変化するｄ軸とｑ軸を示している。ゼロ軸は６２に固定され、このとき、ａ軸とｄ軸は６０で重なっている。ｑ軸は６４にあり、ｂ軸は６６にあり、ｃ軸は６８にある。サンプル・レートが、回転する要素を示すためにシミュレートされているが、実際のプロットでは、このレートがはるかに遅くなることがある。これは、回転ベクトルを示す例である。

【0078】

図１６と図１７は、実際のＤＱ０位相ベクトル（Phasor）プロットの実際の回転系を示す。プロットの更新レートは、三相ＲＳＴ信号の周波数と、アクイジション（データ取得）におけるそうしたサイクル数との積に等しい。

【0079】

図１８は、数学的処理のＤＱ０の実際の結果と位相ベクトル・プロットと、加えて、ＱがＤＣで、Ｄが最初は位相Ａと一致（アライメント）していて、Ｄがゼロに向かいつつありのときの時間領域の三相正弦波とＰＷＭ波形の例を示す。もし位相Ａが最初はＱと一致していると、ＤはＤＣとなり、Ｑはゼロへと向かっていくであろう。

【0080】

図１３は、順方向変換及び逆方向変換を適用する方法の一実施形態のフローチャートを示す。この方法は、順方向変換に関する７０で始まり、このとき、システムは、アナログ三相信号を取り込む。システムは、電圧及び電流のいずれか又は両方のアナログ三相信号を取り込んでも良い。７１では、取り込んだアナログ三相信号を使用して、ＤＱ０変換が計算される。システムは、７１において、電圧と電流で別々にＤＱ０変換を計算できる。

【0081】

７２から始まる三相ＰＬＬエミュレーションは、上述した３つの異なる方法を示す。三相ＰＬＬエミュレーションが適用される場合、出力されるθは、ｄ又はｑ軸に対して調整され、７３で行列式に適用される。７２での応答が「ＮＯ」の場合、７４において、θは、ユーザの入力の通りに使用されるか、又は、使用されない（not）かのどちらかである。もし使用されない（not）場合、処理は、７５のフリーホイーリング（freewheeling：惰性で滑走する）方法へと続き、この場合には、入力のθは、入力信号と同じである。もしθを、ユーザの入力の通りに使用する場合、７６において、追加の限定を加える情報源（qualifier source）に従って更に調整される。７７では、上述した３つの方法のいずれかが出力に選択される。これらは、７８に戻される。

【0082】

次いで、装置は、７８において、ＤＱ０信号の波形プロットを表示できる。これにより、設計者は、コントローラがどのように認識しているかを確認できるため、必要に応じて、被試験デバイスの性能を調整できる。更に、システム設計者が希望するように、システムは、ＤＱ０信号に基づいて、被試験デバイスの性能を測定できる。これらの性能測定には、リップル（ｒｍｓ：二乗平均平方根）、ピーク・ピーク振幅、ＤＱ０成分のＤＣ平均、大きさ（Ｄ，Ｑ）、ＤＱ０成分の高速フーリエ変換プロット、ＤＱ０の総電力が含まれる。ユーザは、ＤＱ０変換後に、高調波測定とジッタ分析を実行できる。ＤＱ０は、ＤＣ成分を持つと予想されるため、大きさに現れるどのような変動も、より高次の高調波とジッタを与えることになる。７９において、全てのサンプルが処理されるまで処理が続けられる。もし処理が完了すれば８４に進み、もし処理が完了していなければ７０に戻る。

【0083】

図１４は、システム設計者が被試験デバイス上で実行したい測定値の構成の設定を選択可能にするユーザ・インターフェース９０の例を示す。図１５は、測定結果を表示するユーザ・インターフェース９２の例を示す。ここに示す結果は、三相電圧のＤＱ０信号、ピーク・ピーク振幅、平均値及び大きさ（Ｄ，Ｑ）であるが、高調波測定、ジッター分析その他の測定から選択されるような、関心のある任意の測定値であっても良い。例示するユーザ・インターフェース９０及び９２は、図３の試験測定装置４０のユーザ・インターフェース４９の一部分であってもよい。

【0084】

図１３に戻ると、逆方向（inverse / reverse / backward）変換処理は、ＤＱ０コントローラ信号が８０で取り込まれたときに始まる。システムは、電圧及び電流のいずれか又は両方のＤＱ０信号を取り込んでも良い。８１では、逆ＤＱ０変換が計算され、再現された三相ＲＳＴ信号が、ＤＱ０信号に基づいて生成される。システムは、８１において、電圧及び電流で別々に再現（reconstructed）三相ＲＳＴ信号を計算できる。システムは、８２において、再現された三相信号の波形プロットを生成できる。これにより、例えば、システム設計者は、逆変換により再現された三相信号を、７０で取り込まれたアナログ三相ＲＳＴ信号と比較して、システムの性能を監視（モニタ）できる。８４では、順方向（forward）又は逆方向（reverse）のいずれかの変換処理において、システムは、また、１つ以上の信号の位相ベクトル・プロット、又は１つ以上の信号に基づく測定結果を生成して表示できる。典型的には、ＤＱ０信号は、７１の出力から取り込まれる（つまり、受ける）として良い。しかし、実施形態によっては、ＤＱ０信号は、図３の試験測定装置４０のインターフェース４２を通してなど、外部信号源から取り込まれても良く、この場合には、行う必要があるのは、逆変換のみとしても良い。

【0085】

本開示技術の態様は、特別に作成されたハードウェア、ファームウェア、デジタル・シグナル・プロセッサ又はプログラムされた命令に従って動作するプロセッサを含む特別にプログラムされた汎用コンピュータ上で動作できる。本願における「コントローラ」又は「プロセッサ」という用語は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＡＳＩＣ及び専用ハードウェア・コントローラ等を意図する。本開示技術の１つ以上の態様は、１つ又は複数のコンピュータ（モニタリング・モジュールを含む）その他のデバイスによって実行される、１つ又は複数のプログラム・モジュールなどのコンピュータ利用可能なデータ及びコンピュータ実行可能な命令で実現できる。概して、プログラム・モジュールとしては、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含み、これらは、コンピュータその他のデバイス内のプロセッサによって実行されると、特定のタスクを実行するか、又は、特定の抽象データ形式を実現する。コンピュータ実行可能命令は、ハードディスク、光ディスク、リムーバブル記憶媒体、ソリッド・ステート・メモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）などのコンピュータ可読記憶媒体に記憶しても良い。当業者には理解されるように、プログラム・モジュールの機能は、様々な態様において必要に応じて組み合わせられるか又は分散されても良い。更に、こうした機能は、集積回路、ＦＰＧＡなどのようなファームウェア又はハードウェア同等物において全体又は一部を具体化できる。特定のデータ構造を使用して、本発明の１つ以上の態様をより効果的に実施することができ、そのようなデータ構造は、本願に記載されたコンピュータ実行可能命令及びコンピュータ使用可能データの範囲内と考えられる。

【0086】

開示された態様は、場合によっては、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はこれらの任意の組み合わせで実現されても良い。開示された態様は、１つ以上のプロセッサによって読み取られ、実行され得る１つ又は複数のコンピュータ可読媒体によって運搬されるか又は記憶される命令として実現されても良い。そのような命令は、コンピュータ・プログラム・プロダクトと呼ぶことができる。本願で説明するコンピュータ可読媒体は、コンピューティング装置によってアクセス可能な任意の媒体を意味する。限定するものではないが、一例としては、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含むことができる。

【0087】

コンピュータ記憶媒体とは、コンピュータ読み取り可能な情報を記憶するために使用することができる任意の媒体を意味する。限定するものではないが、例としては、コンピュータ記憶媒体としては、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリやその他のメモリ技術、コンパクト・ディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、ＤＶＤ（Digital Video Disc）やその他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置やその他の磁気記憶装置、及び任意の技術で実装された任意の他の揮発性又は不揮発性の取り外し可能又は取り外し不能の媒体を含んでいても良い。コンピュータ記憶媒体としては、信号そのもの及び信号伝送の一時的な形態は排除される。

【0088】

通信媒体とは、コンピュータ可読情報の通信に利用できる任意の媒体を意味する。限定するものではないが、例としては、通信媒体には、電気、光、無線周波数（ＲＦ）、赤外線、音又はその他の形式の信号の通信に適した同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、空気又は任意の他の媒体を含むことができる。

【0089】

加えて、本願の記述は、特定の特徴に言及している。本明細書における開示には、これらの特定の特徴の全ての可能な組み合わせが含まれると理解すべきである。ある特定の特徴が特定の態様又は実施例の状況において開示される場合、その特徴は、可能である限り、他の態様及び実施例の状況においても利用できる。

【0090】

また、本願において、２つ以上の定義されたステップ又は工程を有する方法に言及する場合、これら定義されたステップ又は工程は、状況的にそれらの可能性を排除しない限り、任意の順序で又は同時に実行しても良い。

【0091】

説明の都合上、本発明の具体的な実施例を図示し、説明してきたが、本発明の要旨と範囲から離れることなく、種々の変更が可能なことが理解できよう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲を除いて限定されるべきではない。

【符号の説明】

【0092】

２０ 駆動回路入力
２２ 駆動回路及び駆動出力回路
２４ モータ及びド駆動系
２６ モータ・コントローラ
３１ エンコーダ、速度、トルク信号
３２ ＡＤＣ
３３ アナログ三相信号
３４ ＰＷＭ回路
３５ ＤＱ０信号
３６ デジタル回路／センサ・ブロック
４０ 試験測定装置
４２ インターフェース
４４ プロセッサ
４６ メモリ
４８ 表示部
４９ ユーザ・インターフェース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】