(57)【要約】      （修正有）【課題】電気モータを動作させるために使用される電圧の調製を通して、デューティサイクルがほぼ１００パーセントであるときにも、可制御性を提供する。【解決手段】電気モータ１０４を制御するにあたり、電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度１１６を特定し、電気モータを所望の速度で回転させる電圧１２０を特定し、電気モータの動作中に電圧を電気モータに印加してアクティブに制御する。【選択図】図１
2014235739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータ（１０４）の動作中に前記電気モータ（１０４）に対する所望の速度を特定し、前記電気モータ（１０４）を前記所望の速度で回転させる電圧（１２０）を特定し、前記電気モータ（１０４）の動作中に前記電気モータ（１０４）に対して前記電圧（１２０）を印加するように構成されたコントローラ（１０８）
を備える装置。
【請求項２】
前記コントローラ（１０８）が、前記電気モータ（１０４）の動作中に前記電気モータ（１０４）に対する前記所望の速度を特定し、前記電気モータ（１０４）を前記所望の速度で回転させる前記電圧（１２０）を特定し、前記電気モータ（１０４）上の負荷の変化に応答して、前記電気モータ（１０４）の動作中に前記電気モータ（１０４）に対して前記電圧（１２０）を繰返し印加するようにさらに構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電気モータ（１０４）の動作中に前記電気モータ（１０４）に対する前記所望の速度を特定するように構成されていることにより、前記コントローラ（１０８）が、ユーザーインプットおよびデバイスのうちの１つから前記電気モータ（１０４）に対する前記所望の速度を受信するように構成されている、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記電気モータ（１０４）を前記所望の速度で回転させる前記電圧（１２０）を特定するように構成されていることにより、前記コントローラ（１０８）が、前記所望の速度に対するデューティサイクル（１１５）を特定し、かつ前記所望の速度に対して特定された前記デューティサイクル（１１５）に基づいて、前記電気モータ（１０４）を前記所望の速度で回転させる前記電圧（１２０）を特定するように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラ（１０８）が、一群の制御則（１１４）を使用して、前記電気モータ（１０４）を前記所望の速度で回転させる前記電圧（１２０）を特定するように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記一群の制御則（１１４）が、電流識別子（２０４）、デューティサイクルセレクタ（２０６）、電圧識別子（２０８）、およびレギュレータコントローラ（２１９）を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記一群の制御則（１１４）の中の制御則が、比例積分微分コントローラを含む、請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記コントローラ（１０８）が、４象限で前記電気モータ（１０４）の動作を制御するように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
一群の制御則（１１４）が、電流識別子（２０４）、デューティサイクルセレクタ（２０６）、電圧識別子（２０８）、およびレギュレータコントローラ（２１９）を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置を備える電気モータ（１０４）。
【請求項１０】
電気モータ（１０４）を制御する方法であって、
前記電気モータ（１０４）の動作中に前記電気モータ（１０４）に対する所望の速度を特定すること（８００）と、
前記電気モータ（１０４）を前記所望の速度で回転させる電圧（１２０）を特定すること（８０２）と、
前記電気モータ（１０４）の動作中に前記電気モータ（１０４）に対して前記電圧（１２０）を印加すること（８０４）と
を含む、方法。
【請求項１１】
前記電気モータ（１０４）上の負荷の変化に応答して、前記電気モータ（１０４）の現在の速度を前記所望の速度で維持するために特定ステップおよび印加ステップを繰り返すこと
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気モータ（１０４）の動作中に前記電気モータ（１０４）に対する前記所望の速度を特定することは、
ユーザーインプットおよびデバイスのうちの１つから前記電気モータ（１０４）に対する前記所望の速度を受信することを含む、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電気モータ（１０４）を前記所望の速度で回転させる前記電圧（１２０）を特定することは、
前記所望の速度に対するデューティサイクル（１１５）を特定することと、
前記所望の速度に対して特定された前記デューティサイクル（１１５）に基づいて、前記電気モータ（１０４）を前記所望の速度で回転させる前記電圧（１２０）を特定することと
を含む、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記電気モータ（１０４）を前記所望の速度で回転させる前記電圧（１２０）を特定することは、
一群の制御則（１１４）を使用して、前記電気モータ（１０４）を前記所望の速度で回転させる前記電圧（１２０）を特定することを含む、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
デューティサイクル（１１５）をほぼ１００パーセントで維持しながら、前記電気モータ（１０４）を前記所望の速度で回転させる前記電圧（１２０）が特定される、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して電気モータシステムに関するものであり、具体的には、電気モータシステムの制御に関するものである。より具体的には、本発明は、電気モータシステム内の電気モータの動作を制御する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気モータは、電力を機械動力に変換するデバイスである。電気モータは、様々な適用例に使用される。これらの適用例は、これらおよび他のタイプのプラットフォームで見ることができる、ファン、ポンプ、ツール、ディスクドライブ、ドリル、および他のタイプのデバイスを含む。
【０００３】
電気ブラシレスモータは、よく使われるタイプの電気モータである。電気ブラシレスモータにおいて、コントローラは、電気モータ内の巻線の電流を変化させるように構成されている。具体的には、電流は、モータを回転させるようにして段階的に巻線に印加される電流の振幅を変化させる周波数で切り替えられる。電流の切り替えは、トランジスタの形態のスイッチを使用して実行される。
【０００４】
トルクおよび速度などのパラメータは、電気モータ内で制御されうる。これらのパラメータは、デューティサイクルを変えることによって制御されうる。デューティサイクルとは、考慮されている合計時間のフラクションとして、オブジェクトがアクティブ状態で費やす時間の割合である。電気モータに関連するとき、デューティサイクルは、パルスと方形波期間との間の比率であると定義することができる。
【０００５】
例えば、０パーセントのデューティサイクルは、無トルクの可能性がある。１００パーセントのデューティサイクルは、電気モータによって生成することができる最大トルクでありうる。デューティサイクルが１００パーセントであるとき、モータの効率が最大となる。
【０００６】
しかしながら、デューティサイクルが１００パーセントであるとき、電気モータの可制御性が低減する。具体的には、特定の数の毎分回転数（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ：ＲＰＭ）においてモータの速度維持を制御することに限りがある可能性がある。例えば、電気モータの所望の動作が６０００ＲＰＭの速度である場合、この例における６０００ＲＰＭの速度で電気モータを動作させるために１００パーセントのデューティサイクルが使用されうる。
【０００７】
しかしながら、デューティサイクルが既に１００パーセントに達しているときに速度を６０００ＲＰＭ以上に増大させることは不可能である。さらに、モータに印加された負荷により速度が６０００ＲＰＭ未満に低減される場合、デューティサイクルが既に１００パーセントに達しているため、デューティサイクルを増加させることによって速度を６０００ＲＰＭに戻すことはできない。結果として、デューティサイクルが１００パーセントであるとき、電気モータの可制御性は所望するほど高くはない。
【０００８】
したがって、少なくとも上述の問題点の幾つかと、起こりうる他の問題点を考慮する方法および装置を有することが望ましい。
【発明の概要】
【０００９】
１つの例示的な実施形態では、装置は、電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度を特定するように構成されたコントローラを備える。コントローラは、電気モータを所望の速度で回転させる電圧を特定するようにさらに構成されている。コントローラは、電気モータの動作中に、電気モータに対して電圧を印加するようにさらに構成されている。別の例示的な実施形態では、電気モータシステムは、電気モータおよびコントローラを備える。コントローラは、電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度を特定するように構成されている。コントローラは、一群の制御則を使用して、約１００パーセントのデューティサイクルとともに所望の速度で電気モータを回転させる電圧を特定するようにさらに構成されている。コントローラは、電圧レギュレータ回路を通して、所望のデューティサイクルで、電気モータの動作中に、電気モータに対して電圧を印加するようにさらに構成されている。
【００１０】
また別の例示的な実施形態では、電気モータを制御する方法が提供される。電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度が特定される。電気モータを所望の速度で回転させる電圧が特定される。電気モータの動作中に、電気モータに対して該電圧が印加される。
【００１１】
さらに、本開示は、下記の条項による実施形態を含む。
【００１２】
条項１  電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度を特定し、電気モータを所望の速度で回転させる電圧を特定し、電気モータの動作中に、電気モータに対して電圧を印加するように構成されたコントローラ
を備える装置。
【００１３】
条項２  コントローラが、電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度を特定し、電気モータを所望の速度で回転させる電圧を特定し、電気モータ上の負荷の変化に応答して、電気モータの動作中に、電気モータに対して電圧を繰返し印加するようにさらに構成されている、条項１に記載の装置。
【００１４】
条項３  電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度を特定するように構成されていることにより、コントローラが、ユーザーインプットおよびデバイスのうちの１つから電気モータに対する所望の速度を受信するように構成されている、条項１に記載の装置。
【００１５】
条項４  電気モータを所望の速度で回転させる電圧を特定するように構成されていることにより、コントローラが、所望の速度に対するデューティサイクルを特定し、かつ所望の速度に対して特定されたデューティサイクルに基づいて、電気モータを所望の速度で回転させる電圧を特定するように構成されている、条項１に記載の装置。
【００１６】
条項５  コントローラが、一群の制御則を使用して、電気モータを所望の速度で回転させる電圧を特定するように構成されている、条項１に記載の装置。
【００１７】
条項６  一群の制御則が、電流識別子、デューティサイクルセレクタ、電圧識別子、およびレギュレータコントローラを含む、条項５に記載の装置。
【００１８】
条項７  一群の制御則の中の１つの制御則が、比例積分微分コントローラを含む、条項６に記載の装置。
【００１９】
条項８  コントローラが、４象限で電気モータの動作を制御するように構成されている、条項１に記載の装置。
【００２０】
条項９  デューティサイクルをほぼ１００パーセントで維持しながら、電気モータを所望の速度で回転させる電圧が特定される、条項１に記載の装置。
【００２１】
条項１０  電気モータと、
電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度を特定し、一群の制御則を使用して、約１００パーセントのデューティサイクルとともに所望の速度で電気モータを回転させる電圧を特定し、電圧レギュレータ回路を通して、所望のデューティサイクルで、電気モータの動作中に、電気モータに対して電圧を印加するように構成されたコントローラと
を備える電気モータシステム。
【００２２】
条項１１  一群の制御則が、電流識別子、デューティサイクルセレクタ、電圧識別子、およびレギュレータコントローラを含む、条項１０に記載の電気モータ。
【００２３】
条項１２  電気モータを制御する方法であって、
電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度を特定することと、
所望の速度で電気モータを回転させる電圧を特定することと、
電気モータの動作中に、電気モータに対して電圧を印加することと
を含む、方法。
【００２４】
条項１３  電気モータ上の負荷の変化に応答して、電気モータの現在の速度を所望の速度で維持するために、特定ステップおよび印加ステップを繰り返すこと
をさらに含む、条項１２に記載の方法。
【００２５】
条項１４  電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度を特定することは、
ユーザーインプットおよびデバイスのうちの１つから電気モータに対する所望の速度を受信することを含む、条項１２に記載の方法。
【００２６】
条項１５  電気モータを所望の速度で回転させる電圧を特定することは、
所望の速度に対するデューティサイクルを特定し、かつ所望の速度に対して特定されたデューティサイクルに基づいて、所望の速度で電気モータを回転させる電圧を特定することを含む、条項１２に記載の方法。
【００２７】
条項１６  電気モータを所望の速度で回転させる電圧を特定することは、
一群の制御則を使用して、電気モータを所望の速度で回転させる電圧を特定することを含む、条項１２に記載の方法。
【００２８】
条項１７  一群の制御則が、電流識別子、デューティサイクルセレクタ、電圧識別子、およびレギュレータコントローラを含む、条項１６に記載の方法。
【００２９】
条項１８  一群の制御則の中の１つの制御則が、比例積分微分コントローラを含む、条項１７に記載の方法。
【００３０】
条項１９  コントローラが、４象限で電気モータの動作を制御するように構成されている、条項１２に記載の方法。
【００３１】
条項２０  デューティサイクルをほぼ１００パーセントで維持しながら、電気モータを所望の速度で回転させる電圧が特定される、条項１２に記載の方法。
【００３２】
特性および機能は、本発明の種々の実施形態において単独で達成することができ、または他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態のさらなる詳細は、後述の説明および図面を参照して理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
例示的な実施形態の特徴と考えられる新規の機能は、添付の特許請求の範囲に明記される。しかしながら、例示的な実施形態と、好ましい使用モードと、さらにはその目的および特徴とは、添付図面を参照して、本開示の例示的な実施形態の後述の詳細な説明を読むことにより最もよく理解されるであろう。
【００３４】
【図１】図１は、例示的一実施形態による、電気モータ環境をブロック図形式で示す。
【図２】図２は、例示的一実施形態による、電気モータシステム用コントローラの一実装態様をブロック図形式で示す。
【図３】図３は、例示的一実施形態による、電流識別子を示す。
【図４】図４は、例示的一実施形態による、デューティサイクルセレクタを示す。
【図５】図５は、例示的一実施形態による、電圧識別子を示す。
【図６】図６は、例示的一実施形態による、レギュレータコントローラを示す。
【図７】図７は、例示的一実施形態による、レギュレータ電圧回路および三相Ｈブリッジを示す。
【図８】図８は、例示的一実施形態による、電気モータを制御するプロセスのフロー図を示す。
【図９】図９は、例示的一実施形態による、４象限制御を示す。
【図１０】図１０は、例示的一実施形態による、４象限で動作する電気モータのグラフを示す。
【図１１】図１１は、例示的一実施形態による、航空機の製造および保守方法をブロック図形式で示す。
【図１２】図１２は、例示的一実施形態が実装されうる航空機をブロック図形式で示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
例示的な実施形態により、１００パーセントのデューティサイクルであっても、電気モータの可制御性が維持されうることが認識され、かつ考慮される。例示的な実施形態により、電気モータに印加された電圧を変えることは、速度およびトルクなどのパラメータを制御するために使用されうることが認識され、かつ考慮される。
【００３６】
例示的な実施形態により、デューティサイクルは、約１００パーセントまたは何らか他のレベルで維持されうることが認識され、かつ考慮される。電気モータは、電気モータに対して印加される電圧を変えることを通して、所望の速度で維持されうる。例示的な実施形態により、コントローラは、電気モータの動作中に、所望の速度が維持されるように、電圧を変えるために使用されうることが認識され、かつ考慮される。
【００３７】
１つの例示的な実施形態では、電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度が特定されうる。電気モータを所望の速度で回転させる電圧が特定されうる。電気モータの動作中に、電気モータに対して該電圧が印加されうる。
【００３８】
ここで図面を参照すると、特に図１では、例示的一実施形態による、電気モータ環境がブロック図形式で示される。電気モータ環境１００は、例示的な実施形態が実装されうる環境の一例である。
【００３９】
電気モータ環境１００内の電気モータシステム１０２は、任意の数の種々の構成要素を含む。図示されているように、電気モータシステム１０２は、電気モータ１０４、電源１０６、およびコントローラ１０８を含む。
【００４０】
電気モータ１０４は、回転トルク、線形トルク、回転力、または直線的な力を生成するために構成されている。これらの例示的な実施例では、電気モータ１０４は、ブラシレス電気モータ１１０の形態をとる。
【００４１】
電源１０６は、コントローラ１０８を通して、電気モータ１０４に電流を供給する。電源１０６は、様々な形態をとりうる。例えば、電源１０６は、バッテリー、交流を直流に変換する電源ユニット、発電機、または何らか他の適切な構成要素のうちの少なくとも１つから選択されうる。
【００４２】
本明細書で使用されているように、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一または複数の様々な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、またはアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、限定しないが、「アイテムＡ」、「アイテムＡおよびアイテムＢ」、または「アイテムＢ」を含みうる。この例は、「アイテムＡ、アイテムＢ、およびアイテムＣ」、または「アイテムＢおよびアイテムＣ」をさらに含みうる。当然ながら、これらのアイテムの任意の組み合わせが存在しうる。他の例では、「〜のうちの少なくとも１つ」は、例えば、限定しないが、「２個のアイテムＡ、１個のアイテムＢ、および１０個のアイテムＣ」、「４個のアイテムＢおよび７個のアイテムＣ」、さらに他の適切な組み合わせであってもよい。アイテムは、特定の対象物、物、またはカテゴリであってもよい。すなわち、「〜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、および列挙された中から使用できる任意の数のアイテムを意味するが、列挙されたアイテムのすべてが必要となるわけではない。
【００４３】
コントローラ１０８は、これらの例示的な実施例では、ハードウェアデバイスである。コントローラ１０８は、ソフトウェアを含みうる。該ハードウェアは、コントローラ１０８内の作業を実行するよう動作する回路を含みうる。この例示的な実施形態では、コントローラ１０８は、電気モータ１０４に送られる電流１１３を制御するトランジスタの形態のスイッチを駆動するために使用されるスイッチング周波数を変調する、インパルス幅変調コントローラ（ｉｍｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＩＷＭＣ）の形態をとりうる。
【００４４】
これらの例示的な実施例では、ハードウェアは、回路システム、集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス、または任意の数の動作を実行するよう構成された何らか他の適切なタイプのハードウェアの形態をとることができる。プログラマブル論理デバイスにおいて、デバイスは、任意の数の動作を実行するように構成されている。該デバイスは、任意の数の動作を実行するために、後で再構成することも、または恒久的に構成することもできる。プログラマブル論理デバイスの実施例としては、例えば、プログラマブル論理アレイ、プログラマブルアレイ論理、フィールドプログラマブル論理アレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、および他の適切なハードウェアデバイスが含まれる。加えて、これらのプロセスは、無機的構成要素と統合された有機的構成要素内で実装されてもよく、および／または人間を除く有機的構成要素で全体が構成されてもよい。例えば、これらのプロセスは、有機半導体で回路として実装することができる。
【００４５】
この例示的な実施例では、制御則１１４は、コントローラ１０８内に存在する。制御則１１４は、電気モータ１０４の動作を制御するように構成された、プロセス、機能、または何らかの他の機構である。図示されているように、制御則１１４は、ハードウェア、ソフトウェア、またはその２つの何らかの組み合わせにおいて実装されうる。
【００４６】
一群の制御則１１４は、所望の方法で電気モータ１０４の動作を制御するために使用することができる。本明細書でアイテムを参照する際に使用している「一群の」は、一または複数のアイテムを意味する。例えば、一群の制御則１１４とは、制御則１１４内の一または複数の制御則である。
【００４７】
この例示的な実施例では、一群の制御則１１４は、電気モータ１０４のためのデューティサイクル１１５を、実装に応じて、約１００パーセントまたは１００パーセント以外の何らかの所望のデューティサイクルで維持するために使用することができる。
【００４８】
例えば、速度１１６は、一群の制御則１１４によって、約１００パーセントのデューティサイクル１１５で設定または維持することができる。速度１１６は、環境的変化１１８が速度１１６を変化させうるときにも維持することができる。
【００４９】
例えば、環境的変化１１８は、電気モータ１０４上の負荷の変化でありうる。例えば、電気モータ１０４は、自動車などの対象物に電力供給するために使用しうる。この例では、自動車が一定した速度で走行する間、自動車に対する風力が増大した場合、電気モータ１０４は、速度１１６を同じレベルで維持するために動力を増大させる。この負荷の変化は、速度１１６を増大させることができるし、または低減させることができる。速度１１６の低減が生じるとき、デューティサイクル１１５が約１００パーセントであっても、一群の制御則１１４が速度１１６を所望のレベルまで戻しうる。
【００５０】
これらの例示的な実施例では、電気モータ１０４に対して印加される電圧１２０を変えることを通して、速度１１６を所望のレベルで維持することができる。このように、デューティサイクル１１５は、約１００パーセントなどの所望のレベルで維持することができる。
【００５１】
このように、一群の制御則１１４は、電気モータ１０４のために所望のレベルの可制御性をもたらすことができる。これらの実施例では、効率は、電力効率に関して言及されうる。すなわち、電気モータ１０４に入力される電力は、電気モータ１０４によって生成される機械動力に比較される。
【００５２】
これらの例示的な実施例では、効率は以下のように説明することができる。
2014235739.tif 000003
Ｐｉｎ＝入力電力、Ｐｏｕｔ＝出力電力、ω＝速度、τ＝トルク、Ｉ＝電流、およびＶ＝電圧である。
【００５３】
次に図２を参照すると、例示的一実施形態による、電気モータシステム用コントローラの一実装態様がブロック図形式で示される。この例示的な実施例では、図１に示されるように、デューティサイクル１１５の所望のレベルおよび速度１１６の所望のレベルで電気モータ１０４を制御するように構成された一群の制御則１１４の例が示される。
【００５４】
図示されているように、一群の制御則１１４は、電流制御２００および電圧制御２０２を含む。電流制御２００は、電気モータ１０４の所望のデューティサイクルを計算するために使用される電流指令を特定および生成するように構成されている。電圧制御２０２は、電気モータ１０４に対して印加される電圧を特定および生成するように構成されている。この電圧は、所望のレベルのデューティサイクル１１５とともに所望のレベルの速度１１６で電気モータを動作させるものである。
この例示的な実施例では、電流制御２００は、電流識別子２０４およびデューティサイクルセレクタ２０６を含む。電流識別子２０４は、速度指令２０９を受信する制御則である。速度指令２０９は、毎分回転数（ＲＰＭ）で速度を指定しうる。速度指令２０９は、人間のオペレータ、別のコントローラ、または何らか他の適切なデバイスからのユーザーインプットにより生成されうる。
【００５５】
電流識別子２０４は、速度指令２０９を使用して電流指令２１０を特定するように構成されている。加えて、電流識別子２０４は、さらに、電気モータ１０４からのフィードバックとして測定速度２１２を使用する。測定速度２１２は、電気モータ１０４に対して測定された速度１１６である。図示されているように、測定速度２１２は、電気モータ１０４からのフィードバックである。電流指令２１０は、速度指令２０９で示された速度で電気モータ１０４を動作させるために、電気モータ１０４内の巻線を通流すべき電流を示す。
【００５６】
図示されているように、電流指令２１０は、デューティサイクルセレクタ２０６に入力される。デューティサイクルセレクタ２０６は、電気モータ１０４に対する測定電流２１４を使用して電気モータ１０４に対するデューティサイクルを特定するように構成されている制御則である。測定電流２１４は、電気モータ１０４に対してなされた測定からのフィードバックである。測定電流２１４は、電気モータ１０４の速度１１６を特定するために使用することができる。
【００５７】
この例示的な実施例では、デューティサイクルセレクタ２０６は、電流指令２１０を使用する出力としてデューティサイクル指令２１６を特定および生成する。加えて、デューティサイクルセレクタ２０６は、さらに、電気モータ１０４からのフィードバックとして測定電流２１４を受信する。測定電流２１４は、電気モータ１０４内の巻線内を流れる電流である。
【００５８】
図示されているように、デューティサイクル指令２１６は、三相Ｈブリッジ２１８においてスイッチが閉じられる時間量を制御する指令である。この指令は、電気モータ１０４内のモータ巻線内の電流の大きさを変える。この電流制御が達成されるのは、デューティサイクルが、電気モータ１０４内の巻線全体にわたって電圧がどのくらいの時間印加されるかを決定するためである。
【００５９】
デューティサイクル指令２１６は、電気モータ１０４のための三相Ｈブリッジ２１８に対して印加される。すなわち、この指令は、三相Ｈブリッジ２１８においてスイッチが閉じられる時間量を制御し、かつ所望のレベルでデューティサイクル１１５を提供するように構成されている。デューティサイクル指令２１６は、デューティサイクル１１５が約１００パーセントまたは何らかのより低いパーセンテージであるように電気モータ１０４のデューティサイクル１１５を制御するように選択することができる。例えば、図１の環境的変化１１８は、電気モータ１０４の負荷を低減し、速度１１６は、速度１１６に対して所望のレベルより大きいレベルにまで増大しうる。結果として、デューティサイクル１１５は、所望のレベルで速度１１６を維持するために低減されうる。場合によっては、デューティサイクルは、速度１１６に対する所望のレベルを維持するために１００パーセントより大きいことが必要とされうる。この場合、デューティサイクル指令２１６は、デューティサイクルが約１００パーセントで留まるように選択される。しかしながら、所望のレベルで速度１１６を維持するために他の変化を適用することができる。
【００６０】
図示されているように、電圧制御２０２は、電圧識別子２０８およびレギュレータコントローラ２１９を含む。この例示的な実施例では、電圧識別子２０８は、デューティサイクル１１５がすでに約１００パーセントに達しているとき、または速度１１６を所望のレベルに維持または変化させるために所望の量によってデューティサイクル１１５を増大することができないときに、速度１１６を所望のレベルで維持するために電気モータ１０４全体にわたって電圧を調整するように構成されている。
【００６１】
要約すると、デューティサイクル指令２１６は、デューティサイクルの設定を最大１００パーセントの大きさまでに制限されている。すなわち、この例示的な実施例では、デューティサイクル指令２１６は、１を上回らない大きさを有し、＋１がデューティサイクル１１５を＋１００パーセントに設定し、かつ−１がデューティサイクル１１５を−１００パーセントに設定する。
【００６２】
それに対して、インジケータ２２０は、１を上回る大きさを有しうる。例示的な実施例では、インジケータ２２０は、デューティサイクル１１５が１を上回る大きさを有するべきであると示しうる値であるが、このような状況は物理的に可能ではない。結果として、インジケータ２２０は、電気モータ１０４に印加される電圧１２０を変えるために使用される。この変化は、デューティサイクル１１５を１００パーセントで維持している間に起こりうる。
【００６３】
さらに、インジケータ２２０がある選択された量よりも低いとき、インジケータ２２０は、電圧１２０を低減させるトリガーとして使用されうる。例えば、デューティサイクルセレクタ２０６が、デューティサイクル１１５が９０パーセントにあるべきだと特定した場合、デューティサイクル１１５を９０パーセントまたは何らか他の閾値レベルで維持するために、電圧１２０が代わりに低減されうる。このように、デューティサイクル１１５は、１００パーセントのある閾値範囲においてまたはその範囲内で維持することができる。
図示されているように、電圧識別子２０８は、制御則であり、インジケータ２２０を入力として受信するように構成されている。インジケータ２２０は、電圧の変化が必要であるかどうかを示す。すなわち、デューティサイクルセレクタ２０６によって特定されたデューティサイクル１１５が電気モータ１０４に対して１００パーセントを上回る場合、インジケータ２２０はこの状況の存在を示す。例えば、インジケータ２２０は、デューティサイクル１１５がほぼ１００パーセントであるとき、値１を有しうる。別の実施例として、インジケータ２２０は、デューティサイクル１１５がほぼ１１０パーセントであると特定されるとき、値１．１を有しうる。
【００６４】
この例示的な実施例では、インジケータ２２０は、電圧指令２２２を特定するために電圧識別子２０８によって使用される。電圧指令２２２は、電気モータ１０４に対して印加されるべき電圧である。この電圧は、電気モータ１０４に対するデューティサイクル指令２１６を使用して設定されたデューティサイクルとともに使用される電圧である。電圧指令２２２は、これらの例示的な実施例におけるほぼ１００パーセントのデューティサイクルを維持しながら、所望のレベルの速度１１６を維持するために、電気モータ１０４に対して印加される電圧を変えることができる。このように、電気モータ１０４を動作させるにあたって、所望のレベルの効率が維持されうる。
【００６５】
レギュレータコントローラ２１９は、電圧識別子２０８から電圧指令２２２を受信する。この例示的な実施例では、レギュレータコントローラ２１９は、さらに、電圧レギュレータ回路２２６からのフィードバックとして測定レギュレータ電圧２２３を使用する。
【００６６】
レギュレータコントローラ２１９は、電圧レギュレータ回路２２６の動作を制御する制御則である。電圧レギュレータ回路２２６は、これらの例示的な実施例では、直流（ＤＣ）電圧−直流（ＤＣ）電圧コンバータである。図示されているように、レギュレータコントローラ２１９は、電圧１２０が電気モータ１０４に対して印加されるように、電圧レギュレータ回路２２６に対してレギュレータ電圧２２４を印加する。電圧１２０は、速度１１６の所望のレベルに到達またはそれを維持するために、電気モータ１０４に対して所望される電圧である。所望のレベルの速度１１６に到達することは、速度１１６を増大または低減させることを含みうる。
【００６７】
このように、コントローラ１０８は、所望のレベルの効率で電気モータ１０４の動作を制御することができる。上述のように、制御則１１４とともにコントローラ１０８は、電気モータ１０４に対するデューティサイクル１１５および電圧１２０のうちの少なくとも１つを制御するように構成されている。
【００６８】
図１および図２の電気モータ環境１００ならびに種々の構成要素の例示は、例示的な実施形態が実装されうる方法に対して物理的または構造的な限定を示唆することを意図していない。図示された構成要素に加えて、またはそれに代えて、他の構成要素を使用することができる。いくつかの構成要素は不要になることがある。さらに、幾つかの機能的構成要素を例示するためにブロックが提示される。例示的な実施形態に実装される際、一または複数のこれらのブロックを結合、分割したり、あるいは一または複数のこれらのブロックを別のブロックに結合および分割したりすることができる。
【００６９】
例えば、コントローラ１０８は、電気モータ１０４に加えて、一または複数の電気モータを制御するように構成されうる。さらに、コントローラ１０８は、インパルス幅変調コントローラ以外の形態をとりうる。例えば、コントローラ１０８は、幾つかの例示的な実施例では、パルス幅変調コントローラでもありうる。別の実施例として、三相Ｈブリッジ２１８が、電気モータ１０４内でデューティサイクル１１５のために切り替えを提供するように示されているが、他のタイプの回路も使用しうる。例えば、３以外の数字を含む多相モータが含まれる。
【００７０】
図２の一群の制御則１１４の例示は、一群の制御則１１４が実装されうる一つの方法としてのみ提供される。種々の制御則において例示されている種々の機能は、特定の実装に応じて、より少ない数の機能ブロックに組み合わせることができるし、またはより多い数の機能ブロックに分割することができる。
【００７１】
さらに、電気モータ１０４は、図２の例示から異なるように構成されうる。例えば、特定の実装に応じて、他の数の段階が存在することができ、かつ電気モータ１０４内の三相Ｈブリッジ２１８の代わりに他のタイプの回路が使用されうる。
【００７２】
これらの例示的な実施例では、生成された種々の指令は、一群の制御則１１４の実装に応じて、種々の形態をとりうる。例えば、一群の制御則１１４がソフトウェアにおいて実装された場合、これらの指令は値などのデータでありうる。一群の制御則１１４がハードウェアを使用して実装された場合、これらの指令は、電気信号の電圧が異なる値を特定するその電気信号でありうる。
【００７３】
別の例示的な実施例では、レギュレータコントローラ２１９および電圧レギュレータ回路２２６は除外されてもよい。この実施例では、電圧指令２２２ではなく、電圧識別子２０８が電圧１２０を生成しうる。
【００７４】
さらに、図示されていないが、測定速度２１２、測定電流２１４、および測定レギュレータ電圧２２３などの種々の測定パラメータ、ならびに他のパラメータは、電気モータシステム１０２で図示されていないセンサを使用して測定されうる。センサは、電流センサ、電圧センサ、エンコーダ、または他の適切なデバイスのうちの少なくとも１つから選択されうる。場合によっては、これらのパラメータは、間接的に推測されうる。例えば、測定速度２１２は、測定電流２１４から特定されることができる。
【００７５】
図３〜６は、図２に示される制御則の実装の実施例である。最初に図３を参照すると、例示的一実施形態による、電流識別子が示されている。この例示的な実施例では、図２の電流識別子２０４の一実装態様が示されている。図示されているように、電流識別子２０４は、速度指令２０９を入力として受信し、電流指令２１０を出力として生成する。電流指令２１０は、速度指令２０９で特定された速度に対して、電気モータ１０４内の巻線を通流するために必要な電流を特定する。
【００７６】
図示したように、電流識別子２０４は、任意の数の異なる構成要素を含む。この例示的な実施例では、電流識別子２０４は、サミングブロック３００、サミングブロック３０２、サミングブロック３０４、サミングブロック３０６、サミングブロック３０８、微分ブロック３１０、微分ブロック３１２、積分ブロック３１４、ゲイン定数３１６、ゲイン定数３１８、ゲイン定数３１９、およびリミッタ３２０を含む。
【００７７】
電流識別子２０４内の構成要素のこの構成は、速度指令２０９からの電流指令２１０を特定する。この例示的な実施例では、これらの構成要素が比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを形成する。換言すると、構成要素は、誤差値を電気モータ１０４の測定速度と速度指令２０９内の所望の速度との間の差異として計算する。この誤差値は、次に、ゲインによって乗算され、一緒に合計されて積分され、結果として出力がもたらされる。
【００７８】
プロセスの一部として、測定速度２１２は、電流指令２１０を特定するために使用される。測定速度２１２は、電気モータ１０４の測定速度を表すフィードバック信号である。サミングブロック３００において、速度指令２０９内の所望の速度から測定速度２１２が減算される。これらの異なる速度は、サミングブロック３００において減算される電圧および信号として表されうる。
【００７９】
したがって、電気モータ１０４の測定速度２１２が速度指令２０９内の所望の速度と同一であれば、サミングブロック３００の出力はゼロとなり、電流指令２１０において変化は適用されない。誤差がゼロ、またはゼロに極めて近い場合、ゲインによって乗算されたとき、積分された結果はシステムに対して小さな修正をもたらす。換言すると、電流識別子２０４の出力である電流指令２１０は、同様に、比例的にゼロに近くなる。
【００８０】
この具体的な実施例では、リミッタ３２０が約−０．５と約０．５との間で電流指令２１０を制限するように構成されている。図示されているように、リミッタ３２０は、電気モータ１０４の巻線内の電流が最小値または最大値を超えることを防ぐ。この値は、回路内の構成要素の制約に依存し、値に制約されない。１つの例示的な実施例では、約＋０．５および約−０．５の値は、約１００アンペアに関連して正規化される。この数値は、任意に選択されうる。最大制限電流は、以下のように表現することができる。１００Ａ＊０．５＝５０Ａ
【００８１】
次に図４を参照すると、例示的一実施形態による、デューティサイクルセレクタが示されている。この例示的な実施例では、図２のデューティサイクルセレクタ２０６の一実装態様が示されている。図示されているように、デューティサイクルセレクタ２０６は、電流指令２１０を入力として受信し、デューティサイクル指令２１６およびインジケータ２２０を出力として生成する。
【００８２】
図示されているように、デューティサイクルセレクタ２０６は、任意の数の異なる構成要素を含む。この例示的な実施例では、デューティサイクルセレクタ２０６は、サミングブロック４００、サミングブロック４０２、サミングブロック４０４、サミングブロック４０６、微分ブロック４０８、積分ブロック４１０、ゲイン定数４１２、ゲイン定数４１４、リミッタ４１６、およびリミッタ４１８を含む。この例示的な実施例では、これらの構成要素は、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを形成する。
【００８３】
図示されているように、リミッタ４１６は、サミングブロック４０６の出力を制限するために使用される。サミングブロック４０６から出てくる信号は、結果として生じた、電気モータのためのデューティサイクルである。第１のリミッタブロックであるリミッタ４１６は、１よりも大きい可能性のある値に特定されたデューティサイクルを制限する。これらの値は対照的でありうる。さらに、リミッタ４１６は、１よりも大きい値を有する。リミッタ４１６の出力は、インジケータ２２０であるように構成され、かつ電圧指令を上向きに駆動させるために使用される信号である。
【００８４】
このサミングブロック４０６からの値は、出力が所望よりも大きくならないことを確実にするために、リミッタ４１６を使用して制限される。この例示的な実施例では、所望の制限として＋５０パーセントのデューティサイクル指令が選択されたため、値１．５が上限値として選択された。この値は、１よりも大きい任意の値でありうる。例えば、値は１．２５、２、２．４、または任意の他の所望の値の大きさを有しうる。
【００８５】
この制御則は、速度指令２０９で示された所望の速度において電気モータ１０４を駆動するのに必要なデューティサイクルを計算するために電流指令２１０を使用する。この具体的な実施例では、リミッタ４１８によって最終的な制限が適用される前にインジケータ２２０が生成される。
【００８６】
リミッタ４１８は、デューティサイクル指令２１６を約−１から約１までの値に制限する。この例示的な実施例では、−１は、約−１００パーセントのデューティサイクルを表す一方で、１は、約１００パーセントのデューティサイクルを表す。リミッタ４１８は、モータのデューティサイクルを最大１００パーセントに抑制する。例示的な実施例では、１００パーセントよりも大きいデューティサイクル１１５で電気モータ１０４を駆動させることは、物理的に意味がない。
【００８７】
一方で、インジケータ２２０の値は、約−１から約１までの値に制限されない。結果として、インジケータ２２０は、１００パーセントまたはマイナス１００パーセントを超えるデューティサイクルが必要であるかどうかを指示しうる。この指示は、電圧調整の量を特定するのに使用されうる。上述のように、この電圧調整は、電圧識別子２０８によって特定される。
【００８８】
デューティサイクルセレクタ２０６では、測定電流４２０は、モータの巻線内で測定された電流である。測定電流４２０は、デューティサイクルセレクタ２０６へのフィードバックとして使用される。電流指令２１０によって指令された電流の値から測定電流４２０が減算される。例示的な実施例では、フィードバックと指令された信号の差異は、「デルタ」信号の「誤差」を生成する。この誤差は、次に、ゲインによって乗算され、デューティサイクル指令２１６の形態で修正出力を提供するために合計される。
【００８９】
デューティサイクルセレクタ２０６内の種々の構成要素は、電気モータ１０４のための現在の電圧設定が現在の条件で電気モータ１０４を駆動させるのに不適切であるかを検知するように構成されている。これらの条件は、所望の速度、モータ上の負荷、および他の適切な条件を含む。この指示は、インジケータ２２０によって提供される。換言すると、インジケータ２２０が１より大きい場合、必要なデューティサイクルは、電気モータ１０４にとって現実的に可能な値よりも高い値となる。
【００９０】
デューティサイクルセレクタ２０６内の種々の構成要素は、さらに、電流指令２１０における突然のサージから電気モータ１０４を保護するように構成されている。突然のサージは、電気モータ１０４が休止状態から加速するときに生じうる。換言すると、デューティサイクルセレクタ２０６は、電気モータ１０４が停止した状態からスタートすることを可能にすることができる。
【００９１】
ここで図５を参照すると、例示的一実施形態による、電圧識別子が示されている。この例示的な実施例では、図２の電圧識別子２０８の一実装態様が示されている。図示されているように、電圧識別子２０８は、インジケータ２２０を入力として受信し、電圧指令２２２を出力として生成する。図示されているように、電圧識別子２０８は、任意の数の異なる構成要素を含む。この例示的な実施例では、電圧識別子２０８は、サミングブロック５００、サミングブロック５０２、サミングブロック５０４、サミングブロック５０６、微分ブロック５０８、積分ブロック５１０、ゲイン定数５１２、ゲイン定数５１４、およびリミッタ５１６を含む。この例示的な実施例では、これらの構成要素は、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを形成する。
【００９２】
電圧識別子２０８は、電気モータ１０４を、デューティサイクルセレクタ２０６によって選択されたレベルのデューティサイクル１１５とともに、所望のレベルの速度１１６で動作させるために使用される電圧指令２２２を特定するように構成されている。電圧識別子２０８は、さらに、デューティサイクル指令２１６の形態でフィードバックを受信する。サミングブロック５００において、インジケータ２２０からデューティサイクル指令２１６が減算される。この結果は、電圧指令２２２を生成するために電圧識別子２０８内で使用される誤差値を提供する。デューティサイクル指令２１６が１より少ないとき、電圧識別子内のインジケータ２２０内の、フィードバックを合計した直後の誤差値はゼロになる。しかしながら、この例示的な実施例では、インジケータ２２０が１よりも大きい値を有する場合、サミングブロック５００で生成された誤差は、インジケータ２２０とデューティサイクル指令２１６との差異である。この「フィードバック」値は、まさに前のステップで電気モータ１０４に送られたデューティサイクル指令であるため、異なる。非ゼロの誤差値が存在するとき、電圧指令２２２で、電圧は変化するようにとの指令を受ける。
【００９３】
この例示的な実施例では、インジケータ２２０によって示される非限定デューティサイクルは、電圧指令２２２を決定するために使用される。上述のように、インジケータ２２０は、１より大きいか、または−１より少ない可能性がある。
【００９４】
インジケータ２２０が１より大きいか、または−１より少ない場合、インジケータ２２０は、電気モータ１０４を駆動させるために現在使用されている電圧１２０のレベルが不適切であることを示す。
【００９５】
インジケータ２２０が１より大きいか、または−１より少ない場合、この差異は、電気モータ１０４に対して印加される電圧１２０の変化を生成するために使用され、電気モータ１０４に所望のレベルの速度１１６を提供するように、デューティサイクル１１５に対する制限が考慮される。
【００９６】
ここで図６を参照すると、例示的一実施形態による、レギュレータコントローラが示されている。この例示的な実施例では、図２のレギュレータコントローラ２１９の一実装態様が示されている。図示されているように、レギュレータコントローラ２１９は、電圧指令２２２を入力として受信し、電圧１２０を出力として生成する。電圧指令２２２は、電圧レギュレータ回路２２６を制御するように構成されている。この電圧レギュレータ回路２２６を制御することにより、デューティサイクル指令２１６を通して制御されているデューティサイクル１１５の現在のレベルの視点で、電気モータ１０４の速度１１６が所望のレベルを有するように、電圧１２０が電気モータ１０４全体にわたって印加される。
【００９７】
図示されているように、レギュレータコントローラ２１９は、任意の数の異なる構成要素を含む。この例示的な実施例では、レギュレータコントローラ２１９は、サミングブロック６００、サミングブロック６０２、サミングブロック６０４、サミングブロック６０６、微分ブロック６０８、積分ブロック６１０、レートリミッタ６１２、リミッタ６１４、ゲイン定数６１５、およびゲイン定数６１７を含む。この例示的な実施例では、これらの構成要素は、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを形成する。
【００９８】
レギュレータコントローラ２１９は、電気モータ１０４の三相Ｈブリッジ２１８全体にわたって電圧１２０を印加するために電圧レギュレータ回路２２６を制御するようレギュレータ電圧２２４を生成するように構成され、それにより、電気モータ１０４全体にわたって電圧１２０の所望のレベルが達成される。この例示的な実施例では、レギュレータ電圧２２４は、電圧レギュレータ回路２２６内のスイッチを制御し、所望のレベルで電圧１２０を生成する。
【００９９】
図示されているように、サミングブロック６００は電圧指令２２２を受信する。サミングブロック６００は、さらに、測定レギュレータ電圧２２３を受信し、電圧指令２２２からこの値を減算する。
【０１００】
この例示的な実施例では、次いで、レートリミッタ６１２が、三相Ｈブリッジ全体にわたる電圧が所望しているより速く増大することを防止するように構成されている。リミッタ６１４が出力の値である電圧１２０を制限する一方で、レートリミッタ６１２は変化のレートを制限する。この場合、電圧１２０が所望しているより速く増大しないことを確実にするためにレートリミッタ６１２が実装される。
【０１０１】
具体的には、レギュレータ電圧２２４は、所望のレベルの電圧１２０を生成するデューティサイクルで、電圧レギュレータ回路２２６を駆動するように構成されている。このデューティサイクルは、電気モータ１０４のためのデューティサイクル１１５とは異なる。
【０１０２】
図３〜６の種々の制御則の図は、図１および図２の制御則１１４の実装の一例であり、これらの制御則が実装されうる方法を制限することを意図していない。図示されている種々の論理ブロックは、ソフトウェア、ハードウェア、またはこれらの組み合わせに実装可能である。
【０１０３】
次に図７を参照すると、例示的一実施形態による、レギュレータ電圧回路および三相Ｈブリッジが示されている。この例示的な実施例では、電圧レギュレータ回路７００は、図２のブロック図の形式で示される電圧レギュレータ回路２２６の一実装例である。この実施例では、電圧レギュレータ回路７００はＨブリッジ回路である。図示されているように、三相Ｈブリッジ７０２は、図２のブロック図の形式で示された三相Ｈブリッジ２１８の実装例である。モータ巻線７０４は、電気モータ１０４のモータ巻線の例である。
【０１０４】
この例示的な実施例では、電圧レギュレータ回路７００は、スイッチ７０６、スイッチ７０８、スイッチ７１０、スイッチ７１２、ダイオード７１４、ダイオード７１６、ダイオード７１８、ダイオード７２０、インダクタ７２２、およびコンデンサ７２４を含む。三相Ｈブリッジ７０２は、スイッチ７２５、スイッチ７２６、スイッチ７２７、スイッチ７２８、スイッチ７３０、スイッチ７３２、ダイオード７３４、ダイオード７３６、ダイオード７３８、ダイオード７４０、ダイオード７４２、ダイオード７４４、ダイオード７４６、ダイオード７４８、ダイオード７５０、ダイオード７５２、ダイオード７５４およびダイオード７５６を含む。これらの種々の構成要素は、例示的な実施例では半導体を使用して実装されうる。
【０１０５】
モータ巻線７０４は、巻線７６０、巻線７６２、および巻線７６４を含む。もちろん、この実施例では、３つの段階に対して３つの巻線が示されているが、特定の実施例に応じて、他の任意の数の段階内の巻線が実装されうる。例えば、２つの巻線、４つの巻線、また他の任意の数の巻線が、２つの段階、４つの段階、または他の任意の数の段階で使用されうる。
【０１０６】
図示されているように、電圧Ｖｐｓは上位電圧であり、かつ電圧ＲＴＮは下位電圧であり、互いに相対する。電圧Ｖｐｓは、電圧レギュレータ回路７００内のレギュレータ電圧２２４を使用して設定されうる。
【０１０７】
コンデンサ７２４全体にわたる電圧がこの例示的な実施例の電圧１２０と同一であるように、電圧Ｖｐｓが印加される。ポイント７７０およびポイント７７２における三相Ｈブリッジ７０２への接続は、コンデンサ７２４全体にわたる電圧１２０がさらに三相Ｈブリッジ７０２に対して印加される結果となる。
【０１０８】
これらの例示的な実施例では、デューティサイクル指令２１６は、三相Ｈブリッジ７０２内の種々のスイッチがこれらの例示的な実施例におけるパルス幅変調の合計時間に対してどのくらいの時間閉じられるかを制御するために使用されうる。デューティサイクルを変えることにより、巻線７６０、巻線７６２、および巻線７６４内で電流の大きさが制御されうる。
【０１０９】
これらの例示的な実施例では、電圧レギュレータ回路７００は、システム内で生じうる電圧および電流スパイクを低減するために使用されうる。さらに、この例示的な実施例における電圧レギュレータ回路７００は、三相Ｈブリッジ７０２を使用しない電気モータシステムの構成に比較して、より円滑な制御ならびにより少ない電流および電圧リップルを達成するために使用されうる。
【０１１０】
ここで図８を参照すると、例示的一実施形態による、電気モータを制御するプロセスのフロー図が示されている。図８に示す種々の作業は、図１の電気モータ環境１００内で実装されうる。具体的には、一群の作業は、図１の電気モータシステム１０２内のコントローラ１０８を使用して実装されうる。
【０１１１】
プロセスは、電気モータの動作中に、電気モータに対する所望の速度を特定することにより開始する（作業８００）。プロセスは、次いで、電気モータを所望の速度で回転させる電圧を特定する（作業８０２）。プロセスは、次いで、電気モータの動作中に、電気モータに対して電圧を印加し（作業８０４）、その後、プロセスは終了する。これらの作業は、電気モータ上の負荷の変化に応答して、電気モータの現在の速度を所望の速度で維持するために繰り返されうる。
【０１１２】
図８に示す種々の作業は、電気モータの動作中に、電気モータの速度を所望のレベルで維持するために実装されうる。図１のコントローラ１０８では、入力に応答して電気モータの速度が変化する、プログラムされた速度を有する電気モータは、約１００パーセントなどの所望のレベルでデューティサイクルを維持しながら、それらの種々の所望される速度に達するために制御されうる。
【０１１３】
例えば、環境システム内でエアーを移動させるように使用される電気モータは、種々の速度を有するように制御されうる。環境システム内で所望されるエアーフローに応じて、種々の速度が望ましい可能性がある。コントローラ１０８では、これらの速度は、電気モータ上の負荷を変えうる環境変化の視点で、所望のレベルの可制御性で維持されうる。もちろん、コントローラ１０８は、電気モータが一定の速度を維持するときに加えて、プログラムまたは入力に起因して電気モータの動作中に電気モータの速度が変化しうる、多くの他のタイプの用途に適用することができる。
【０１１４】
図示した異なる実施形態でのフロー図およびブロック図は、例示的な実施形態における装置および方法の幾つかの可能な実装形態の構造、機能、および作業を示している。これに関し、フロー図またはブロック図の各ブロックは、作業またはステップのモジュール、セグメント、機能および／または部分を表しうる。例えば、ブロックの一または複数は、ハードウェア内のプログラムコードとして、またはプログラムコードとハードウェアの組合せとして実装しうる。ハードウェアにおいて実装されるとき、ハードウェアは、例えば、フロー図またはブロック図の一または複数の作業を実施するように製造または構成された集積回路の形態をとりうる。プログラムコードとハードウェアとの組み合わせとして実装されるとき、この実装はファームウェアの形態をとりうる。例示的な一実施形態の幾つかの代替的な実装態様では、ブロックに記載された一または複数の機能は、図中に記載の順序を逸脱して現れることがある。例えば、場合によっては、連続して示される２つのブロックがほぼ同時に実行されることがあり、または関係する機能によっては、ブロックが時として逆順に実施されることもある。さらに、フロー図またはブロック図に図示されるブロックに加えて、他のブロックが追加されうる。
【０１１５】
ここで図９を参照すると、例示的一実施形態による、４象限制御が示している。この例示的な実施例では、図１の電気モータシステム１０２が複数の実例で使用されうる。具体的には、コントローラ１０８は、グラフ９００に示されるように、４象限で動作するように電気モータ１０４を制御するために使用されうる。コントローラ１０８は、グラフ９００に示される４象限の一または複数で電気モータ１０４の動作を制御するように構成されている。
【０１１６】
図示されているように、グラフ９００は、トルク対速度を例示している。Ｘ軸９０２は速度を表す。Ｙ軸９０４はトルクを表す。この例示的な実施例では、第１象限９０６、第２象限９０８、第３象限９１０、および第４象限９１２が示されている。第１象限９０６は、モータの加速を表し、トルクが第１方向にあるとともに速度が第１方向にある。第２象限９０８は、モータの制動を表し、速度が順方向である一方で、トルクが逆方向である。第３象限９１０は、モータの加速を表し、トルクが第２方向にあり、速度が第２方向にある。第４象限９１２は、逆方向に走行するモータの制動を表す。この象限では、トルクが順方向である一方で、速度が逆方向である。
【０１１７】
例示的一実施例では、４象限の動作の間に、電圧のアクティブ制御がモータの巻線に適用される。巻線内のモータ電流は、約１００パーセントのデューティサイクルを収容するために制御されている印加電圧を用いてさらに制御されうる。
【０１１８】
ここで図１０を参照すると、例示的一実施形態による、４象限で動作する電気モータのグラフが示されている。グラフ１０００は、電気モータの動作中に、図９に示される第４象限を通った電気モータの軌跡の例を示している。この例示的な実施例では、グラフ１０００は、速度および電流に関連して電気モータの動作を示している。この例では、Ｘ軸１００２は、毎分回転数（ＲＰＭ）で速度を表す。Ｙ軸１００４は電流を表す。電流は、トルクなどのパラメータの表現でありうる。
【０１１９】
この例示的な実施例では、グラフ１０００は４象限を含む。これらの象限は、第１象限１００６、第２象限１００８、第３象限１０１０、および第４象限１０１２である。第１象限１００６では、電気モータの速度は正であり、電気モータに対する電流指令は正であり、電気モータのための逆起電力は負である。逆起電力は、電気モータの巻線内で流れる電流の逆方向に生成される電圧のものである。第２象限１００８では、速度は負であり、電流指令は正であり、逆起電力は正である。第３象限１０１０では、速度は負であり、電流指令は負であり、逆起電力は正である。第４象限１０１２では、速度は正であり、電流指令は負であり、逆起電力は負である。
【０１２０】
電気モータの動作は、電気モータが休止した状態で原点１０１３から開始する。この例示的な実施例では、ライン１０１４は、第１象限１００６で順方向に移動する電気モータの動作を表す。ライン１０１６は、電気モータの動作の変化を表す。ライン１０１６において、第４象限１０１２で電気モータは加速から制動へと変化する。第４象限１０１２では、速度が正方向である一方で、トルクが負方向である。ライン１０１８は、第４象限１０１２で電気モータの制動を表す。ライン１０２０は、モータの停止および逆方向での加速、次いで第３象限１０１０で惰行を表す。
【０１２１】
これらの例示的な実施例では、グラフ１０００で示される作業のタイプは、電気モータが動作しうる４つすべての象限において約１００パーセントのデューティサイクルで実行されうる。このように、電気モータの動作は、現在使用されている電気モータシステムに比べて、より円滑に、より効率良く、およびより簡単に制御可能になりうる。
【０１２２】
本発明の例示の実施形態は、図１１の航空機の製造および点検方法１１００と図１２の航空機１２００に関連して記載されている。最初に図１１を参照すると、例示的一実施形態による、航空機の製造および保守方法がブロック図形式で示される。製造前の段階では、航空機の製造および保守方法１１００は、図１２の航空機１２００の仕様および設計１１０２、ならびに材料の調達１１０４を含む。
【０１２３】
製造段階では、図１２の航空機１２００のコンポーネントおよびサブアセンブリの製造１１０６ならびにシステムインテグレーション１１０８が行われる。その後、図１２の航空機１２００は認可および納品１１１０を経て運航１１１２に供される。顧客による運航１１１２中、図１２の航空機１２００は、定期的な整備および点検１１１４（改造、再構成、改修、およびその他の整備または点検を含みうる）がスケジューリングされる。
【０１２４】
航空機の製造および保守方法１１００の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、および／またはオペレータによって実施または実行されうる。これらの実施例では、オペレータは顧客でありうる。本明細書の目的では、システムインテグレーターは、限定されないが、任意の数の航空機製造業者、および主要システムの下請業者を含み、第三者は、限定されないが、任意の数のベンダー、下請業者、および供給業者を含み、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などを含みうる。
【０１２５】
次に図１２を参照すると、例示的一実施形態が実装されうる航空機がブロック図形式で示される。この実施例では、航空機１２００は、図１１の航空機の製造および保守方法１１００によって製造されたものであり、複数のシステム１２０４および内装１２０６を有する機体１２０２を含みうる。システム１２０４の例には、推進システム１２０８、電気システム１２１０、油圧システム１２１２、および環境システム１２１４の一または複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、自動車産業などの他の産業に種々の例示的な実施形態を適用することができる。
【０１２６】
本明細書で具現化される装置および方法は、図１１の航空機の製造および点検方法１１００のうちの少なくとも１つの段階で採用可能である。
【０１２７】
１つの例示的な実施例では、図１１のコンポーネントおよびサブアセンブリの製造１１０６で製造されるコンポーネントまたはサブアセンブリは、図１１で航空機１２００の運航１１１２中に製造されるコンポーネントまたはサブアセンブリと同様の方法で作製または製造されうる。さらに別の実施例では、一または複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、図１１のコンポーネントおよびサブアセンブリの製造１１０６ならびにシステムインテグレーション１１０８などの製造段階で利用することができる。一または複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、航空機１２００が図１１における運航１１１２、および／または整備および保守１１１４の間に、利用することができる。任意の数の種々の例示的な実施形態の利用により、航空機１２００の組立てを大幅に効率化すること、および／またはコストを削減することができる。
【０１２８】
１つの例示的な実施例では、図１１のコンポーネントおよびサブアセンブリの製造１１０６で製造されるコンポーネントまたはサブアセンブリは、図１１で航空機１２００の運航１１１２中に製造されるコンポーネントまたはサブアセンブリと同様の方法で作製または製造されうる。例えば、電気モータシステムは、一または複数のこれらの種々の段階の間に、航空機で使用されるために製造されうる。
【０１２９】
さらに別の実施例では、一または複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、図１１のコンポーネントおよびサブアセンブリの製造１１０６ならびにシステムインテグレーション１１０８などの製造段階で利用することができる。別の実施例として、運航１１１２の間、一または複数の例示的な実施形態が、電気モータの効率を増大させるようにして電気モータの動作を制御するように実装されうる。一または複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、航空機１２００が図１１における運航１１１２、および／または整備および保守１１１４の間に、利用することができる。任意の数の種々の例示的な実施形態の利用により、航空機１２００の組立てを大幅に効率化すること、および／またはコストを削減することができる。
【０１３０】
したがって、この例示的な実施例では、コントローラ１０８とともに電気モータシステム１０２は、ほぼ１００パーセントのデューティサイクルなどのスイートスポットで動作する能力を提供しうる。さらに、コントローラ１０８は、ほぼ１００パーセントなどの所望のレベルのデューティサイクル１１５を維持する電圧１２０の調整を通して、電気モータ１０４の所望の可制御性を提供するように構成されている。この所望のレベルでのデューティサイクル１１５は、所望のデューティサイクルと呼ばれることがある。このように、電気モータ１０４への電力入力および回転運動の形態の機械動力に関連する充足度のレベルは、現在使用される電気モータよりも高いレベルで維持されうる。
【０１３１】
上述のように、電気モータ１０４を動作させるために使用される電圧の調製を通して、デューティサイクルがほぼ１００パーセントであるときにも、可制御性が提供される。
【０１３２】
種々の例示的な実施形態の説明は、例示および説明を目的とするものであり、完全な説明であること、または開示された形態の実施形態に限定することを意図していない。当業者には、多くの修正例および変形例が自明である。さらに、種々の例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態と比べて異なる特徴を提供しうる。航空機において電気モータを使用することに関連して種々の実施例が説明されたが、例示的な実施形態は、他の用途で使用される電気モータに対して実装されうる。例えば、例示的一実施形態による電気モータは、製造用ツール、自動車、宇宙探査機、衛星、列車、電気器具、および他の適切な対象物に実装されうる。選択された一または複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、および他の当業者に対し、様々な実施形態の開示内容と、考慮される特定の用途に適した様々な修正との理解を促すために選択および記述されている。
【符号の説明】
【０１３３】
３００  サミングブロック
３０２  サミングブロック
３０４  サミングブロック
３０６  サミングブロック
３０８  サミングブロック
３１０  微分ブロック
３１２  微分ブロック
３１４  積分ブロック
３１６  ゲイン定数
３１８  ゲイン定数
３１９  ゲイン定数
３２０  リミッタ
４００  サミングブロック
４０２  サミングブロック
４０４  サミングブロック
４０６  サミングブロック
４０８  微分ブロック
４１０  積分ブロック
４１２  ゲイン定数
４１４  ゲイン定数
４１６  リミッタ
４１８  リミッタ
４２０  測定電流
５００  サミングブロック
５０２  サミングブロック
５０４  サミングブロック
５０６  サミングブロック
５０８  微分ブロック
５１０  積分ブロック
５１２  ゲイン定数
５１４  ゲイン定数
５１６  リミッタ
６００  サミングブロック
６０２  サミングブロック
６０４  サミングブロック
６０６  サミングブロック
６０８  微分ブロック
６１０  積分ブロック
６１４  リミッタ
６１５  ゲイン定数
６１７  ゲイン定数
７００  電圧レギュレータ回路
７０２  三相Ｈブリッジ
７０４  モータ巻線
７０６  スイッチ
７０８  スイッチ
７１０  スイッチ
７１２  スイッチ
７１４  ダイオード
７１６  ダイオード
７１８  ダイオード
７２０  ダイオード
７２２  インダクタ
７２４  コンデンサ
７２５  スイッチ
７２６  スイッチ
７２７  スイッチ
７２８  スイッチ
７３０  スイッチ
７３２  スイッチ
７３４  ダイオード
７３６  ダイオード
７３８  ダイオード
７４０  ダイオード
７４２  ダイオード
７４４  ダイオード
７４６  ダイオード
７４８  ダイオード
７５０  ダイオード
７５２  ダイオード
７５４  ダイオード
７５６  ダイオード
７６０  巻線
７６２  巻線
７６４  巻線
７７０  ポイント
７７２  ポイント
１０００  グラフ
１１００  航空機の製造および点検方法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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