(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相モータ実電流（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の測定結果を使用し、その測定値を回転子磁界角又は磁束角に応じて縦電流成分と横電流成分に関する回転子磁束ベースのｄ−ｑ座標系に変換し、前記実電流の横電流成分及び縦電流成分を電流目標値の所与の横電流成分及び縦電流成分（ｉｓｑ＿ｒｅｆ、ｉｓｄ＿ｒｅｆ）と比較して行う、テンショニングメカニズム、特にストランド手段及び／又は歯車機構手段（１、３）のためのテンショニングメカニズムを実現させることを目的とする、複数の電動モータを付けた電気駆動装置のための界磁指向制御方法であって、
ａ）電動モータとして２つの同期モータ（Ｍ１、Ｍ２）を使用する工程、
ｂ）両同期モータ（Ｍ１、Ｍ２）の磁極ホイール又は回転子を、その磁束鎖交（Ψｍ１、Ψｍ２）又はそれ以外の磁束の間に位相差（Ｖ）が作られるように互いに回転させ、又は整定し、次に機械的に結合させる工程、
ｃ）両同期モータに共通の電流変換器からその時々で同じ相電流を供給し、又は通流させる工程、
ｄ）バイアストルクについて目標値又は設定値をプリセットし、制御器（７）から出力されたモータトルク設定値（ｍ＿ｒｅｆ）に重ね合わせ、ここから電流目標値に関する横電流成分（ｉｓｑ＿ｒｅｆ）を導き出す工程、
ｅ）プリセットされたバイアストルク設定値（ｍ＿ｒｅｆ）から正負符号反転の上で電流目標値に関する縦電流成分（ｉｓｄ＿ｒｅｆ）を導き出す工程
を包含する、前記制御方法。
【請求項２】
連続運転において前記バイアストルク設定値（ｍ＿ｒｅｆ）及び／又は前記位相差（Ｖ）を一定に保つことを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
１つの電流成分が、前記第１の同期モータ（Ｍ１）において回転トルクを作る横電流成分（ｉｑ１）として、又は、磁束を作る縦電流成分（ｉｄ１）として働き、同時に、それぞれ前記第２の同期モータ（Ｍ２）において磁束を作る縦電流成分（ｉｄ２）として、又は、回転トルクを作る横電流成分（ｉｑ２）として使用されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御方法。
【請求項４】
その時々で大きさ及び位相において、前記第１の同期モータ（Ｍ１）における前記横電流成分（ｉｑ１）が前記第２の同期モータ（Ｍ２）における縦電流成分（ｉｄ２）と一致し、前記第１の同期モータ（Ｍ１）における縦電流成分（ｉｄ１）が前記第２の同期モータ（Ｍ２）における横電流成分（ｉｑ２）と一致することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の制御方法。
【請求項５】
ストランド手段及び／又は歯車機構手段（１、３）のテンショニングメカニズムのために、少なくとも２つのそれぞれ多相運転を行う電動モータを使用し、請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御方法を実行する電動モータ装置であって、
ａ）前記２つの電動モータが同期モータ（Ｍ１、Ｍ２）であること、
ｂ）前記同期モータがその相巻線（ＷＵ１、Ｕ２、ＷＶ１、Ｖ２、ＷＷ１、Ｗ２；Ｕ１、Ｕ２；Ｖ１、Ｖ２；Ｗ１、Ｗ２）を介して互いに直列接続されていること、
ｃ）前記同期モータ（Ｍ１、Ｍ２）がその給電のために共通の電流変換器（４）と結合していること、
ｄ）前記同期モータ（Ｍ１、Ｍ２）が、その角度位置が互いにずれているように、及び／又は、その磁束鎖交（Ψｍ１、Ψｍ２）又はそれ以外の磁気列の並びが互いに位相差（Ｖ）を呈するように、その磁極ホイール又は回転子を介して互いに機械的に結合していること
を特徴とする、前記電動モータ装置。
【請求項６】
前記磁極ホイール又は回転子及び／又はその磁気列の並びの相互の位相差（Ｖ）が９０度又は０度から±１８０度までの間であることを特徴とする、請求項５に記載の電動モータ装置。
【請求項７】
回転子又は磁極ホイールの間の機械的結合がストランド手段及び／又は歯車機構手段（１、３）を使って実現していることを特徴とする、請求項５又は６に記載の電動モータ装置。
【請求項８】
ストランド手段及び／又は歯車機構手段（１、３）が、ぴんと張った牽引ストランド、又は、噛み合いつつ、その隣り合う歯面を介してテンションをかけられる歯車を含むことを特徴とする、請求項７に記載の電動モータ装置。
【請求項９】
同期モータ（Ｍ１、Ｍ２）のうち第１の同期モータがその相巻線（ＷＵ１、ＷＶ１、ＷＷ１）を介して前記電流変換器（４）と直結しており、第２の同期モータ（Ｍ２）が電流変換器（４）から第１の同期モータ（Ｍ１）を介して間接的に電力又は電流を供給されていることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか一項に記載の電動モータ装置。
【請求項１０】
一連の同期モータの中で共通の電流変換器からみて最終場所に配置された同期モータにおいて相巻線（ＷＵ２、ＷＶ２、ＷＷ２）が星形接続又は三角接続で互いに結合しており、他方、前記一連の同期モータの中で最終場所以外の場所に配置された他の同期モータ（Ｍｉｔ１）において、その相巻線（ＷＵ１、ＷＶ１、ＷＷ１）の始端と終端が前記電流変換器（４）又は隣接した同期モータ（Ｍ２）との外部結合のために使用可能になっていることを特徴とする、請求項５〜９のいずれか一項に記載の電動モータ装置。
【請求項１１】
駆動制御回路を実現させるために前記同期モータ（Ｍ１、Ｍ２）の一方又は両方が位置認識装置（２）を備えており、その出力が前記電流変換器（４）を起動制御する制御装置（５）に送られていることを特徴とする、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の電動モータ装置。
【請求項１２】
同期モータ（Ｍ１、Ｍ２）に、位置制御器及び／又は速度制御器（７）を含む共通の制御装置（５）が割り当てられており、これがその起動制御のために電流変換器（４、ＷＲ）と結合していることを特徴とする、請求項５〜１１のいずれか一項に記載の電動モータ装置。
【請求項１３】
請求項５〜１２のいずれか一項に記載の電動モータ装置の、界磁指向制御のための位置及び／又は速度制御装置であって、モータトルク設定値（ｍｉｔ＿ｒｅｆ）を計算し、出力する少なくとも１つの装置（７、８）であるモータトルク設定器を備えており、その出力から、回転子磁束関連のｄ−ｑ座標系に基づき、下位の横電流制御器に関する横電流目標値成分（ｉｓｑ＿ｒｅｆ）を導き出し、分析評価し、バイアストルク設定値を作成する装置（１４）であるバイアストルク設定器が設けられており、その出力が一方で前記モータトルク設定器（７、８）の出力と結合し、他方で下位の縦電流制御器に関する縦電流目標値成分（ｉｓｄ＿ｒｅｆ）を導き出す装置（１７）である縦電流目標値設定器に送られていることを特徴とする、前記位置及び／又は速度制御装置。
【請求項１４】
モータトルク設定器（７、８）の出力とバイアストルク設定器（１４）の出力が互いに追加的に、特に加算点（１５）を介して結合していることを特徴とする、請求項１３に記載の制御装置。
【請求項１５】
バイアストルク設定器の出力部が、正負符号反転素子（−１）を介して縦電流目標値成分（ｉｓｄ＿ｒｅｆ）を導き出す縦電流成分目標値設定器（１／Ψ）と結合していることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の制御装置。
【請求項１６】
バイアストルク設定器の出力部に加えて、前記モータトルク設定器（７、８）の出力部が前記縦電流成分目標値設定器（１／Ψ）の入力部と結合していることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１７】
縦電流目標値設定器（１７）の入力側に加算点（２０）が配置されており、これを介して前記バイアストルク設定器（１４）の出力値が前記モータトルク設定器（７、８）の出力値から減算され、この減算結果が前記縦電流目標値設定器（１７；１２、１／Ψ、１９）に送られることを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１８】
バイアストルク設定器（１４）が、バイアストルク設定のために好ましくは外部操作可能な入力部を有することを特徴とする、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１９】
正負符号反転素子（１６）を付けた前記バイアストルク設定器（１４）の出力が加算点（２０）に送られており、その第２の出力部が前記モータトルク設定器（７、８）の出力部と結合しており、また、前記加算点出力部が前記縦電流目標値成分（ｉｓｄ＿ｒｅｆ）を導き出すために前記縦電流目標値設定器（１７；１２、１／Ψ、１９）の入力部と結合していることを特徴とする、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項２０】
横電流目標値（ｉｓｑ＿ｒｅｆ）と縦電流目標値（ｉｓｄ＿ｒｅｆ）の出力部がそれぞれ、該出力を互いに反対の正負符号の範囲に制限すべく形作られた制限素子（１３、１９）を備えていることを特徴とする、請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項２１】
バイアストルク設定器（１４）が、最大限可能なモータトルクの５０パーセント又はほぼ５０パーセントに相当する設定値を、横電流目標値（ｉｓｑ＿ｒｅｆ）及び／又は縦電流目標値（ｉｓｄ＿ｒｅｆ）を導き出す装置（１０、１９、１／Ψ）のそれぞれの入力部に向けて出力すべく調整及び／又は設計されていることを特徴とする、請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、テンショニングメカニズム、特にストランド手段及び／又は歯車機構手段のためのテンショニングメカニズムを実現させることを目的とする、複数の電動モータを付けた電気駆動装置のための界磁指向制御方法に関する。この制御のために多相モータ実電流の測定を行う。測定値を回転子磁界角又は磁束角に応じて縦電流成分と横電流成分に関する回転子関連のｄ−ｑ座標系に変換する。測定された横電流成分を電流目標値の所与の横電流成分と比較し、そこからモータ電流制御のためのデフォルトを獲得する。
【０００２】
更に本発明は、特に前記制御方法に適した、少なくとも２つの、それぞれ多相運転可能な電動モータを持つ電動モータ装置に関する。引き続いて本発明は、特に前記制御方法又は前記電動モータ装置における使用に適した電気駆動装置を界磁指向制御する位置制御器及び／又は速度制御器に関する。
【０００３】
更に本発明は、テンショニング駆動装置を起動させる運転方法、ならびに、そのために設えられた電動モータ装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
ステアバイワイヤシステムについては、２つの電動モータを設けたステアリングアクチュエータが提案されている（独国特許公開第１０１０３６６７Ａ１号）。電動モータのピニオンは、例えば、上にステアリングホイールを締着したステアリングコラム又はラックアンドピニオン式ステアリングギヤを駆動するギヤホイールに作用する。少しだけトルクをアクチュエータから発生させなければならない場合は、両方の電動モータが互いにテンションをかけられ、それで、ピニオンとギヤホイールの間の歯列に遊びが生じないように電動モータを起動制御する。ピニオンの歯面とギヤホイールの歯面が遊びなしに接している時、それは保証されている。ギヤホイールの遊びなしの駆動は、両電動モータの回転方向を互いに逆向きにした上で両電動モータを適切に起動制御することによって達成できる。更に、リダンダンシーにより両電動モータのうちの１つが故障する場合に備えるため、両電動モータにそれぞれ１つの回転子位置信号発生器を備え付けることが提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これに対し、マルチモータ型電気駆動装置を効率的に制御できるようにするため、請求項１に記載の制御方法を提案する。この制御方法の実行に適した電動モータ装置を独立請求項１１に記載する。更に、全体的発明思想に属する位置制御器及び／又は速度制御器を独立請求項２２において定義する。本発明の任意の有利な実施例を従属請求項に記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、２つの同期モータをその相巻線でもって直列接続し、そこで、その両方の磁極ホイールと回転子磁束を互いに位相差又は角度差を付けて回転させる基本思想を包含する。効率向上にはすでに、効果的制御が可能であること、高い効率、大きい力率、及び同時に小さい構造体積を優れた特徴とする２つの同期モータの本発明に従った使用が寄与しており、これが、テンショニングメカニズムにおけるようなサーボ用途にとって有利となる。特に、同期機の場合は、回転子に固定された循環主磁界を優れた特徴とし、磁束鎖交は、多くの場合回転子の表面に取り付けられた永久磁石に依拠しているため、ほぼ一定の回転子磁束をもたらし、これが制御容易性をもたらす。
【０００７】
本発明における方法では、両同期モータの磁極ホイール又は回転子に磁束鎖交又はそれ以外の並び方の磁気列でもって位相差を付け、それで、同一の相電流が一方のモータにおいて磁束を作る（縦）電流成分として働けるようにし、他方のモータにおいて回転トルクを作る（横）電流成分として働けるようにする。位相差又は角度差は、定置座標又は静止座標に関連して、特に固定子関連の座標系に関連して定義しておく。
【０００８】
これで、本発明における方法の次なる特徴、すなわち、両同期モータが共通の一台の電流変換器から同一の相電流を供給するという道は切り開かれたことになる。これによって、必要とされるのはただひとつの電流変換器、特に周波数変換装置又はインバータだけとなり、構造部品のかなりの節約をもたらす。
【０００９】
本発明における制御方法の枠内で、バイアストルク又はテンショントルクの目標値又は設定値をプリセットし、これを一方で電流目標値の横電流成分に重ね合わせる。他方で、このプリセットされたテンショントルク設定値を正負符号反転の上で電流目標値の縦電流成分としても使用する。この縦電流成分は、挙げた磁束の角度差に基づき、第２の同期モータにおいて回転トルクを作る横電流成分として働き、これに対し、第２のモータにおいては、第１のモータに印加された横電流成分が、第２のモータにおいて今度は磁束を作る縦成分を生むだけとなる。
【００１０】
これにより、電動モータの運動挙動を協調させ、互いに同調させることができ、このことが、歯車機構手段又はストランド手段における遊びの除去を目的としてテンショニングメカニズムを実現させるのに特に好適である。運動シーケンスの協調は、角度差を付けた上で同期モータのそれぞれの磁束鎖交を結合させることに依拠し、そこでは、同一の相電流が一方のモータにおいて横電流成分としての機能を、他方のモータにおいて縦電流成分としての機能を与えられる。
【００１１】
制御技術上の手間を単純化するために、連続運転において同期モータ回転子のそれぞれの磁束の角度差又はバイアストルクの設定値を一定に保つことが望ましい。そうすることにより、両同期モータのそれぞれの相電流をあらかじめ定められた目標値に容易に狙い通り合わせることができる。
【００１２】
全体的発明思想の枠内に存する同期モータ装置は、直列接続を優れた特徴とする。これは、第２の同期モータがその相巻線の始端を介して第１の同期モータの相巻線の終端と結合し、第１の同期モータもその相巻線の始端を介して電流変換器と結合していることによって実現できる。これで、両同期モータが共通の電流変換器と結合することになる。この電流変換器、特にインバータと第１の同期モータと第２の同期モータからの直列接続により、本発明における方法において、両モータを同じ相電流が流れるという特徴は実現させられる。ここでは、両同期モータのうち１つだけが共通の電流変換器と直接結合している。従って、両同期モータは、各々の同期モータが共通の電流変換器から同じ相電流を供給されるようにその相巻線を介して互いに直列に結合している。
【００１３】
重要なのは、両同期モータの磁極ホイール又は回転子の磁気列の並びが位相差でなく、角度差でもって互いにずらしてあることである。この角度差は、基本的に０から±１８０゜までの範囲内、例えば±４５゜であってよい。実地では、特に９０゜の角度差が最適であるとされた。
【００１４】
両同期モータの磁束鎖交又は磁気列の並びの間で位相差又は角度差を実現させるために、本発明によれば、機械的結合、例えばストランド手段又は歯車機構手段により回転子間又は磁極ホイール間で実現できるような機械的結合が用いられる。これを用いることは、テンションをかけるべきストランド牽引手段又は歯車手段（Zahnrandmittel）又はそれ以外の歯車機構手段を通して機械的結合が形成されるので、同時に本発明における適用である“テンショニングメカニズム”にとっても効果的である。牽引ストランド手段又は歯車機構手段がテンションをかけられていれば、両同期モータの回転子の間の機械的結合は確定又は限定されており、従ってまた、その磁束鎖交の間又は磁束列の並びの間の角度差も確定又は限定されているのである。
【００１５】
本発明に係る基本原理は、インバータ又は電流変換器を１つだけ備えた２電動モータ型駆動装置という態様を表すだけでなく、両同期モータの一方にだけ位置認識のための装置（センサ装置及び／又はモータモデル）を備え付けるという構成をも提供する。このことから必然的に、構造部品を節約し、従って低コストにつながる更なる独創的形態、つまり、インバータを起動制御する１つの制御器が駆動制御系の枠内で両同期モータに割り当てられているような独創的形態が生まれる。この追加的な構造部品節約とコスト節約が技術的信頼性の向上と結び付いて生まれることは、明白である。
発明が解決しようとする更なる課題
【００１６】
もうひとつの問題は、上で請求したテンショニング駆動装置が無通電の初期状態において限定される状態を持たないことにある。両同期モータの磁極ホイールは互いに自由に回転していてよく、両磁極ホイールの間に好ましくは９０゜の望ましい位相差が存在するとは限らない。ブレーキなしのシステムでは、無通電状態において外部の力又はトルクにより、テンションをかけるべきエレメントが限定されない状態に至ることがあり得る。機械式ブレーキはコストがかかり、残りの駆動系と共に監視し、評価しなければならない。つまり、テンショニング駆動装置の起動時に、両同期モータの磁極ホイール間で所望の位相差が作られるようにすることが課題となる。
更なる課題を解決するための手段
【００１７】
この課題は、特許請求項５に記載の運転方法により解決される。更に進んだ任意の有利な態様が従属請求項から明らかになる。好適な用途：遊びを伴う機械要素及び機械装置（歯車機構、機械案内式の伝達装置及び結合要素など）、例えば逆方向遊び及び逆方向運動転換を有する、テンションをかけられていない状態において一義的に定められた位置を占めないような装置、に用いて好適な、にテンションをかける始動方法。
【００１８】
本発明における運転方法は、可撓性の物体又は遊びを伴う物体にテンションをかける駆動装置を対象としており、当該物体に少なくとも２つの多相運転可能な電動モータ（Ｍ１、Ｍ２）から相対する力を加える。電動モータをコントロールするコントロール装置及び／又は制御装置（ＷＲ、Ｇ）を使用し、テンショニング駆動装置の静止状態又は無通電状態からの起動又は始動のために、先ず、所定の第１のストップ規準がコントロール装置及び／又は制御装置（ＷＲ、Ｇ）により認識されるまで、両同期モータのうち１つだけ（Ｍ１）をテンショニング運動に向けて起動制御する。その後、所定の第２のストップ規準がコントロール装置及び／又は制御装置（ＷＲ、Ｇ）により認識されるまで、第２の電動モータ（Ｍ２）をテンショニング運動に向けて起動制御する。駆動モータとテンショニングモータからなる駆動系を無通電状態から制御下で始動させる本発明における方法は、先ずテンションをかけるべきエレメントを限定された位置にもたらすためにテンショントルクを生成させる工程と、その後に所期の運転に移行する工程を包含する。
【００１９】
本発明のさらなる形態によれば、第１又は第２の電動モータ（Ｍ１、Ｍ２）の起動制御の間、他方の電動モータを短絡させ、及び／又は、コントロール装置及び／又は制御装置（ＷＲ、Ｇ）とのから結合を切る。これは、短絡させられた三相モータがダイナミックブレーキと同様の挙動を見せるという事実に基づくものである。従って、電動モータ（Ｍ１、Ｍ２）の一方の起動制御の間、その時々で他方の電動モータをその相巻線の短絡（Ｓ１、Ｓ２）によってダイナミックブレーキとして使用する。合目的的に、本発明における運転方法では、ストップ規準としてモータ電流束の増大、及び／又は、モータ回転数の所定値への到達、及び／又は、所定時間経過を使用する。本発明における多電動モータ装置又は相応の運転方法の獲得可能な利点は、直列接続された２つのモータが唯一のインバータを介して個別に起動制御できることである。モータ巻線Ｍ１とＭ２の単純に実現できる短絡が有効なブレーキトルクを生み出す。
【００２０】
本発明における運転方法との関連では、相応の多電動モータ装置において一方又は両方の同期モータ（Ｍ１、Ｍ２）の相巻線（Ｕ１、Ｕ２；Ｖ１、Ｖ２；Ｗ１、Ｗ２）にスイッチング手段（Ｓ１、Ｓ２）を備え付け、一方又は両方の同期モータ（Ｍ１、Ｍ２）がコントロール装置及び／又は制御装置（ＷＲ、Ｇ）との結合を断続させられるように該スイッチング手段を配置することが合目的的である。
【００２１】
独立請求項１３に記載の発明の機能的に適合した制御構造は、バイアストルク又はテンショントルクの設定値又は目標値を作成する装置を包含する。その出力を、一方で、それ自体知られているモータトルク制御出力に重ね合わせ、他方――正負符号反転の上で――テンショントルク設定用出力を、合目的的にモータ磁束鎖交の逆数で重み付けした後、縦電流成分として更なる処理に向けて使用できるようにする。そうして、該出力を目標値／実際値比較において縦電流成分の実測値と比較し、その差を制御差として公知の方法で電流制御器に送る。縦電流制御器と横電流制御器からそれぞれ出てくるｄ動作電流とｑ動作電流は、一方の同期モータにおいて磁束を作る働きをし、他方の同期モータにおいて回転トルクを作る働きをする。
【００２２】
技術的信頼性及び動作信頼性、特に適用ケース“テンショニングメカニズム”の場合の技術的信頼性及び動作信頼性は、任意の有利な発明形態、すなわち、横電流目標値出力と縦電流目標値出力にそれぞれリミッタ素子を備え付けた発明形態において高めることができる。リミッタ素子はそれぞれ、割り当てられた目標値出力を正負符号同一の範囲に制限すべく形作られている。本発明によれば、両方の目標値出力の正負符号は、この制限素子を使って互いに反対の符号に保たれている。これで得られる利点は、両同期モータの磁束鎖交の間に常に機械的結合が、従ってまた、位相差又は角度差が確保されており、その結果、同一の相電流が一方の同期モータにおいて回転トルクを作る働きをし、他方の同期モータにおいて磁束を作る働きをし得るということである。その上、適用ケース“可撓性ベルト又はそれ以外の柔軟なストランドのテンショニング”では、高い動作信頼性を以って弛みが排除されている。
【００２３】
モータトルク範囲を可能な限りフルに活用できるようにするため、本発明における速度制御器を、モータトルク設定値信号及び／又はモータトルク目標値信号が横電流目標値成分の分岐に送られるだけでなく、縦電流目標値成分の分岐にも、好ましくは範囲全体にわたって送られるように形作ることを提案する。この考えは具体的にいえば、１つの加算点を設け、モータトルクと、負符号を付加したバイアストルクとが、加算点の２入力として送られるようにするということである。差の値から、磁束鎖交の値（技術的個別ケースの状況に応じて決められる）で逆重み付けした上で縦電流成分を導き出す。この特に有利な形態においてモータトルク設定値を横電流目標値成分の作成と出力に使用するだけでなく、縦電流目標値成分の作成と出力にも使用することにより、それ自体使用可能なトルク設定範囲を正負両方向に１００％、制御又は加減し、又はフルに活用することができる。
【００２４】
更なる有利な発明形態によれば、バイアストルクを、最大限可能なモータトルクの約５０％に相当する値に設定する。これで、たった今述べたモータトルク設定値を縦電流目標値成分に分岐させる操作なしでも、少なくともなお最大限可能なモータトルクの約５０％を両方向において制御又は加減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に基づく更なる詳細、特徴、特徴の組み合わせ、利点及び効果は、本発明の好ましい実施形態についての下記説明、ならびに、図面から明らかになる。個々の図は、本発明の実施形態をそれぞれ概略的に示す。
【００２６】
図１によれば、２つの同期モータＭ１、Ｍ２のそれぞれの回転子（図示されていない）は、多種の目的に役立つ牽引ストランド１を介して機械的に結合している。両同期モータＭ１、Ｍ２を互いに反対の向きの回転トルクで起動させると（下記を参照）、同期モータＭ１、Ｍ２のそれぞれの回転子を介して牽引ストランド１の端に互いに反対の向きの加速度ｂ１、ｂ２が与えられる。その結果、牽引ストランド１、例えば牽引ロープ又は牽引ベルトがテンションをかけられ、それで、同期モータＭ１、Ｍ２の間の弛みが回避される。加えて、テンションをかけられることにより、同期モータＭ１、Ｍ２のそれぞれの回転子はその両者間の相対的角度位置が決定される。この決定は、発明通り、それぞれの磁束鎖交ΨＭ１、ΨＭ２（図６を参照）が互いに好ましくは９０゜の角度差又は位相差を呈するように行われる。両同期モータの制御下の駆動を可能にするために、一方又は両方の同期モータに位置信号発生器２を備え付ける。ここでは、本発明に基づき、両同期モータＭ１、Ｍ２の一方だけを位置信号発生器２で走査すれば、基本的に足りる。
【００２７】
図２によれば、歯車機構のテンショニングのために、２つの同期モータＭ１、Ｍ２は、そのそれぞれの回転子と結合した歯車を介して中間の歯車３と噛み合わされている。しかし大抵、この歯車噛み合いは歯面間の望ましくない遊びを伴っており、このことがポジショニング精度を損なう。この歯車の遊びを局限又は回避するために、改めて両同期モータＭ１、Ｍ２に互いに反対の向きの回転トルク又は加速度ｂ１、ｂ２を与える。これにより、首尾よく、互いに噛み合う歯車の向き合った歯面は直に接触し合う、つまりテンションをかけ合うことになる。そうなれば、同期モータの回転子はその両者間の相対的角度位置が一義的に決定されることになる。残りの点で、図１に示した実施形態はここにも相応に当てはまる。
【００２８】
図３によれば、両同期モータＭ１、Ｍ２は、直列接続されており、共通の電流変換器４、例えばインバータから好ましくは同じ大きさの定格電流を供給される。そのために、三相同期モータＭ１のモータ相巻線ＷＵ１、ＷＶ１、ＷＷ１の始端は、電流変換器の相結線Ｕ、Ｖ、Ｗと直結している。同期モータＭ１のモータ相巻線の終端は、直列接続に対応して第２の同期モータＭ２の相巻線ＷＵ２、ＷＶ２、ＷＷ２の始端と直結している。第２の同期モータＭ２の相巻線の終端は、図３の通り星形接続でまとめられているが、三角接続で結合していてもよい。唯一の電流変換器４は、両同期モータＭ１、Ｍ２に共通に割り当てられた制御装置５により起動制御される。
【００２９】
図４によれば、制御装置５は、公知の態様で速度目標値／実際値比較場所６、出力側にリミッタ８を付けた下位の回転数制御器７（好ましくはＰＩ制御器として形作られた）、ならびに、電流制御器９を包含する。電流制御器９の、横電圧成分ｕｓｑ＿ｒｅｆの出力と縦電圧成分ｕｓｄ＿ｒｅｆの出力は、後続のパルス幅変調器ＰＷＭの起動制御に役立ち、パルス幅変調器の方は、それ自体知られている通り電流変換器又はインバータ４の起動制御に役立つ。
【００３０】
モータ回転トルクの目標値又は設定値ｍ＿ｒｅｆを出力する速度制御器７と電流制御器９の間に、横電流目標値成分ｉｓｑ＿ｒｅｆを導き出す装置１０（以下、“横電流目標値設定器”１０と呼ぶ）が配置され、その後に続いて横電流目標値／実際値比較器１１が配置されている。図４に示した実施例では、横電流目標値設定器１０は、入ってくるモータトルク設定値ｍ＿ｒｅｆを磁束鎖交Ψの逆数で重み付けする乗算素子１２、ならびに、後続のプラスリミッタ１３を包含する。プラスリミッタは、乗算素子１２から出てくる横電流目標値成分ｉｓｑ＿ｒｅｆを正符号の範囲に制限する。
【００３１】
更に、回転数制御器７、又は、回転数制御器７の出力部及びリミッタ８からなるモータトルク設定器７、８と、電流制御器９の間にバイアストルク設定器１４が配置されており、その出力部は一方で第１の加算点１５に通じている。その第２の入力部は、モータトルク設定器７、８の出力部と結合している。他方、バイアストルク設定器１４の出力部は、正負符号反転素子１６を介して縦電流目標値設定器１７と結合しており、その出力部を介して縦電流目標値成分ｉｓｄ＿ｒｅｆが縦電流目標値／実際値比較器１８に送られている。縦電流目標値設定器１７も、バイアストルクの設定値を磁束鎖交Ψで逆重み付けする乗算素子１２、ならびに、出力側のマイナスリミッタ１９を具備する。マイナスリミッタは――上で請求したプラスリミッタ１３と相似の機能において――乗算素子１２から出てくる縦電流目標値成分ｉｓｄ＿ｒｅｆを負符号の範囲に制限する。
【００３２】
プラスリミッタとマイナスリミッタの両方により、特に適用ケース“テンショニングメカニズム”に関して、第１の同期モータＭ１と第２の同期モータＭ２においてそれぞれ回転トルクを作る電流成分が互いに反対の正負符号を持ち、両モータＭ１、Ｍ２がそれぞれの回転トルクでもってテンションをかける働きをすることが確実にされている。そのために、図４に示した実施例に則して、バイアストルク設定器１４は、バイアストルクｂｉａｓ＿ｔｏｒｑｕｅについて一定の設定値を出力するように調整又は整定されている。一定とされるバイアストルク設定値は、最大モータトルクの約５０％とし、その残りの５０％のモータトルク設定範囲を制御又は加減すべくフルに活用できるようにすることが合目的的である。
【００３３】
図５によれば、使用可能なモータトルク設定範囲を約１００％に広げるために、モータトルク設定器７、８と電流制御器９の間になお補助的に第２の加算点２０が配置されており、その一方の入力部にバイアストルク設定器１４の負符号を付けた出力が送られている。他方の入力部には、正負符号反転なしにモータトルク設定器７、８の出力又はモータトルク設定値ｍ＿ｒｅｆが送られている。第２の加算点２０の出力は、縦電流目標値設定器１７（上を参照）に送られている。これで、回転数制御器７から出力されたモータトルク設定値を大きさ通りにフルに横電流目標値設定器１０のためにも縦電流目標値設定器１７のためにも使用することができる。バイアストルクｂｉａｓ＿ｔｏｒｑｕｅの設定値は、第１の加算点１５と第２の加算点２０を介して加算又は減算の上で重ね合わされる。図４に示した実施例では、加速に関して設定可能なトルク範囲が−５０％から＋５０％までになるが、図５に示した実施例をもってすれば、加速に関して設定可能なトルク範囲が−１００％から＋１００％までになる。図５に示した実施例の場合、バイアストルク設定器１４は外から調整できる設計であることが合目的的である。
【００３４】
図６ａ〜ｃによれば、第２の同期モータＭ２の磁束鎖交ΨＭ２は、図１及び２に示した機械的結合により、予め回転方向を揃えた後、第１の同期モータＭ１の磁束鎖交ΨＭ１に対して約９０゜遅らされている。第１の同期モータＭ１と第２の同期モータＭ２のそれぞれの固定子電流成分、すなわち横電流成分ｉｑ１とｉｑ２ならびに縦電流成分ｉｄ１とｉｄ２は、フィールド座標においてａ）停止状態、ｂ）図１に照らして左方向への加速、ｃ）図１に照らして右方向への加速の運転ケースについて描かれている。両同期モータＭ１、Ｍ２が磁気的にほぼ１００％対称であると仮定すれば、３つの運転ケースａ、ｂ、ｃについて図４の実施例における回転トルク（設定可能なトルク範囲：±５０％）を次の通り計算することができる。
【００３５】
運転ケースａ）停止状態
停止状態が生じるのは、両同期モータＭ１、Ｍ２の回転トルクが同じ大きさで、互いに反対の向きである時、又は互いに反対の正負符号を持つ時である。そうなるためには、図４に示した通り電流変換器がデフォルト“回転トルク０”を出力する。すると、横電流目標値設定器１０にも縦電流目標値設定器１７にも――後者には正負符号反転の上で――それぞれ１つだけ、バイアストルクｂｉａｓ＿ｔｏｒｑｕｅの同じ大きさの設定値が送られる。同期モータＭ１、Ｍ２の固定子に結果的に生まれる、回転トルクを作る横電流成分ｉｑ１、ｉｑ２は、確かに同じ大きさであるが、互いに反対の正負符号を持つ。その結果、それぞれのベクトル積ΨＭ１×ｉｑ１（第１の同期モータＭ１に関する）及びΨＭ２×ｉｑ２（第１の同期モータＭ２に関する）を介してそれぞれ同じ大きさの、互いに反対の向きの回転トルクが生じる。ここから結果として停止状態が生まれることになる。
【００３６】
運転ケースｂ）図１に照らして左方向への加速
回転数制御器７を介して作成され、モータトルク設定器７、８を介して出力されたモータトルク設定値ｍｒｅｆに基づき、第１の加算点１５においてバイアストルクｂｉａｓ＿ｔｏｒｑｕｅの値にモータトルク設定値を加算することにより、図４に示した通り横電流目標値設定器１０に横電流目標値成分を増大させるデフォルトが与えられる。これにより大幅に増大させられた横電流目標値成分ｉｓｑ＿ｒｅｆは、第１の同期モータＭ１において、応分に回転トルクが増大した横電流ｉｑ１（上で挙げたΨＭ１とのベクトル積を参照）と解釈されるが、反面、この増大した電流成分は、第２の同期モータＭ２において磁束を作る成分ｉｄ２として働くだけである。その結果、第１の同期モータＭ１は、牽引ストランド１の左移動を引き起こすべく第２の同期モータＭ２より大きい回転トルクを生じさせることになり、その大きさは、最大限、第２の同期モータＭ２の回転トルクの２倍であってよい。
【００３７】
運転ケースｃ）図１に照らして右方向への加速
モータトルク設定器７、８から相応に出力された負符号のモータトルク設定値ｍｒｅｆに基づき、正符号のバイアストルクデフォルトを加算した後、横電流目標値設定器１０において横電流目標値成分の相応の減少が生じる。その減少の程度は、図６ｃから分かる通り、横電流成分ｉｑ１を表すポインタの短くなった分に相当する。この電流成分は、第２の同期モータＭ２において磁束を作る縦電流成分ｉｄ２として働く。その横に引かれた点線は、一定に設定されたバイアストルクｂｉａｓ＿ｔｏｒｑｕｅに相当する電流ベクトル又は電流ポインタを表す。これは、縦電流目標値設定器１７に送られた上で、一定のまま留まった、回転トルクを作る第２の同期モータＭ２の横電流成分ｉｑ２の中に現れる（相応の電流分が第１の同期モータＭ１において単に磁束を作る電流成分として使用されるだけである）。この場合、第１の同期モータＭ１からもたらされる回転トルクは、第２の同期モータＭ２からもたらされる回転トルクの数分の一でしかなく、設定値固定のバイアストルク設定器１４に単独で戻っていくだけである。
【００３８】
図７によれば、第１の同期モータＭ１と第２の同期モータＭ２のうち、位置信号発生器Ｇ又は位置センサを備えていない第２の同期モータＭ２の巻線Ｗ２を短絡されている。これは、両同期モータＭ１、Ｍ２の間に配置されたスイッチ装置Ｓ２を作動させることによって行われる。その個々のスイッチング素子が巻線Ｗ２の端を互いに結合する。そこでインバータに接続されたまま留まるのは、信号発生器Ｇを付けたモータＭ１だけとなる。本発明の基本思想は、スタート位相において両モータの一方を短絡させ、さもなければコントローラ又は制御器からの結合を切り、それで、第１のストップ規準がモータコントローラにより認識されるまで、他方のモータが、短絡し又は結合を切ったモータに関係なく制御、運転できるようにすることにある。
【００３９】
スタート方法：短絡したモータＭ２は、ブレーキと同様の挙動を見せる。他方のモータ、つまり、今や位置信号発生器Ｇの相巻線端が星形接続で結合した第１のモータＭ１は、標準のサーボモータのように起動制御され、このモータによる電流束の増大が確認できるようになるまで（例えば電流制御器を介して）、特定の位置に向けて運転される。電流強度が一段と増大する時、これは、例えば短絡したモータＭ２がブレーキの働きをした結果、増大した対向トルクが負荷としてかかっていることを意味する（ストップ規準）。これは更に、テンショニング対象、例えば歯車機構又は牽引ストランド１にテンションがかかっていることを意味する。図８に点線で表された牽引ストランド１の端セクションＬ１、Ｌ２の部分的弛みが取り除かれているであろう。
【００４０】
代替のスタート方法：先ず、信号発生器Ｇを付けた第１のモータＭ１を、第２のモータＭ２が短絡した中でサーボモータのように所定の目的回転位置に至るまで運転する（第１のストップ規準）。今、テンショニング対象にテンションがかかっているか否かは、重要でない。第２の工程において、次に第２のモータＭ２をその短絡から解放し（例えば、両モータＭ１、Ｍ２の間に配置されたスイッチ装置Ｓ２を解除することによって）、増大した電流束が第１のモータＭ１により確認できるようになるまで運転する（第２のストップ規準）。これは、増大したトルクを克服されなければならず、テンショニング対象にテンションがかかっていることを意味する。
【００４１】
図７によれば、スタートに向けて、信号発生器を持たないモータＭ２を短絡させる。次に、増大した電流束が確認できるまでモータＭ１を運転する（ストップ規準）。この増大した電流束が表面化するのは、モータＭ１が、例えば短絡ブレーキとして働くモータＭ２に対抗して強く牽引しなければならない時である。図７に示した実施例は、確かにすでに本発明の基本原理を再現しているが、なお若干の欠点、例えば、図８に描かれたような可撓性牽引ストランド１に関連しての欠点が存在する。
【００４２】
図８に描かれた牽引ストランド１においてマークされている中間セクションＡは、動かしたりずらしたりしてはならない部分である。このセクションＡの両側にある端セクションＬ１、Ｌ２は、スタート位相において最初ルーズに弛んでいることが多い。スタートの最初の工程において、信号発生器を付けた第１のモータＭ１をサーボモータのように相応に特定の位置（例えば、先刻のスイッチオフ時のエンド位置）に向けて運転する（第１のストップ規準）。ゆるく垂れている牽引ストランド端セクションＬ１、Ｌ２（図８に点線で描かれている）は、テンションをかけることはできるが、未だテンションをかけるには及ばない。
【００４３】
本発明におけるスタート方法を更に洗練させる：モータＭ１では、その位置信号発生器Ｇにより、先刻モータＭ１をスイッチオフした時にこのモータが占めたエンド位置を記憶することができる。改めてスイッチオンすると、先刻のエンド位置が今度は出発点になる（第１のストップ規準）。ここで、当初弛んでいた第１の端セクションＬ１にテンションがかかってもよい。他方の弛んでいる端セクションＬ２は、ここでまだ弛んだままであってよい。こちらはモータＭ２（信号発生器なし）と結合している。
【００４４】
図８に示したテンショニングメカニズムでは、中間セクションＡが縦方向にあちこち動かされるのでなく、ぴんと張ったままであることが要求される。このストランドは、両側の弛んだセクションＬ１とＬ２で終わっている。本発明に基づいた洗練の手順を以下に説明する（図９も付記テキストと共に参照）。
【００４５】
先ず、図９に示したスイッチ装置Ｓ１を閉にする。結果として、モータＭ２ａ（信号発生器なし）の巻線Ｗ２が橋絡させられる。そのために、相巻線の各々に第１のスイッチ装置Ｓ１のスイッチング素子が割り当てられている。いよいよ、信号発生器Ｇを付けたモータＭ１を制御することができる。先ず、このモータＭ１がサーボモータとして先刻離れたエンド位置まで戻されるように起動制御する（第１のストップ規準）。ここで、一方の弛んでいる端セクションＬ１はテンションをかけられる。中間セクションＡを動かしたりずらしたりしてはならない。第２の弛んでいる端セクションＬ２はまだ弛んだままである。次の工程において、第１のスイッチ装置Ｓ１を開にし、両モータＭ１、Ｍ２ａの間に配置された第２のスイッチ装置Ｓ２又はそのスイッチング素子を位相Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の間で閉にする。すると、第１のサーボモータＭ１は短絡させられ、ダイナミックブレーキとして働く。このことは、一方の端セクションＬ１がテンションをかけられたままであるという利点を持つ。第２の“特殊モータ”Ｍ２ａにとっても、特別なセンサを使用する形であれ、インジェクション方式及び／又はモータモデル（いわゆる“センサなし方式”）を駆使したソフトウェア展開の形であれ、何らかの形で位置認識を行うことが合目的的である。特殊モータＭ２ａ（“スレーブ”とも呼ばれる）は、今、負荷トルク上昇の結果として増大した電流束が電流制御器を介して認識できるまで運転される、それも、位置認識を越えて正しい方向へと運転される（第２のストップ規準）。これで、テンショニングメカニズムはフルに働いたことになり、スタート手順は正常運転に移行できる。
【００４６】
図９によれば、駆動系は駆動用モータとテンショニング用モータを包含し、両モータのうちの一方であるＭ１が好ましくは信号発生器Ｇを付けた標準同期モータである。他方のモータは、例えば、巻線Ｗ２の巻線端が例えば端子板位置まで引き出された形の特殊モータＭ２ａである。この特殊モータＭ２ａの巻線Ｗ２は、第１のスイッチ装置（Ｓ１）を介して短絡又は橋絡させることができる。更に、両モータ間の結合の全極短絡を可能にする第２のスイッチ装置（Ｓ２）が設けられている。この短絡は、特殊モータＭ２ａに内蔵されたスイッチング素子を介して実現させることが好ましい。そうすれば、両モータＭ１、Ｍ２ａの直列接続の場合、その短絡回路によりモータＭ１かモータＭ２ａかどちらかが別個に起動制御できることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】牽引ロープのテンショニングとポジショニングを本発明において適用する実施形態のデバイス技術上の原理図である。
【図２】歯車機構を本発明において適用する実施形態のデバイス技術上の原理図である。
【図３】テンショニング駆動装置の電気的配置である。
【図４】発明機能的に適合した制御構造のブロック図である。
【図５】発明機能的に適合した制御構造のブロック図である。
【図６】相異なる運転ケースに関する電流／磁束ベクトル図である。
【図７】本発明に係る運転方法を実行する電動モータ装置である。
【図８】本発明に係る運転方法の工程に関するデバイス回路図である。
【図９】本発明に係る運転方法を実行する代替の電動モータ装置である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｍ１、Ｍ２  第１の同期モータ、第２の同期モータ
１  牽引ストランド
ｂ１、ｂ２  加速度
Ψｍ１、Ψｍ２  第１の同期モータと第２の同期モータのそれぞれの磁束鎖交
２  位置信号発生器
３  歯車
４  電流変換器
ＷＵ１、２  モータ三相電流巻線
ＷＶ１、２  モータ三相電流巻線
ＷＷ１、２  モータ三相電流巻線
Ｕ、Ｖ、Ｗ  電流変換器相結線
【００４９】
５  制御装置
６  速度目標値／実際値比較場所
７  回転数制御器
８  リミッタ
９  電流制御器
ｕｓｑ＿ｒｅｆ  横電圧成分
ｕｓｄ＿ｒｅｆ  縦電圧成分
ＰＷＭ  パルス幅変調器
ｍ＿ｒｅｆ  モータトルク設定値
ｉｓｑ＿ｒｅｆ  横電流目標値成分
【００５０】
１０  横電流目標値設定器
１１  横電流目標値／実際値比較器
１２  乗算素子
Ψ  磁束鎖交
１３  プラスリミッタ
７、８  モータトルク設定器
１４  バイアストルク設定器
１５  第１の加算点
１６  正負符号反転素子
１７  縦電流目標値設定器
１８  縦電流目標値／実際値比較器
ｉｓｄ＿ｒｅｆ  縦電流目標値成分
【００５１】
１９  マイナスリミッタ
ｂｉａｓ＿ｔｏｒｑｕｅ  バイアストルク
２０  第２の加算点
ｉｑ１、ｉｑ２  第１の同期モータＭ１と第２の同期モータＭ２のそれぞれの横電流成分
ｉｄ１、ｉｄ２  縦電流成分
Ｖ  角度差
Ｇ  信号発生器
Ｍ２ａ  特殊モータ
Ｗ１、Ｗ２  モータ巻線
Ｌ１、Ｌ２  牽引ストランド１の端セクション
Ｕ、Ｖ、Ｗ  位相
【図１】
0005420218.tif 000002
【図２】
0005420218.tif 000003
【図３】
0005420218.tif 000004
【図４】
0005420218.tif 000005
【図５】
0005420218.tif 000006
【図６】
0005420218.tif 000007
【図７】
0005420218.tif 000008
【図８】
0005420218.tif 000009
【図９】
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