(57)【要約】  複数のステータコイルに連続して通電してロータを回転させることを含む、電動機を動作させる装置および方法が提供される。各前記ステータコイルは、少なくとも第1の部分および第2の部分を含む繰返しパルスシーケンスを用いて通電され、前記第1および第2の部分は、交互に繰り返して前記繰返しパルスシーケンスを形成する。前記第1の部分はパルスの第1のパターンを含み、前記第1のパターンの各パルスは第1の極性または第2の極性のどちらかを有し、前記第1のパターンの少なくとも2つの連続パルスは同じ極性を有する。前記第2の部分はパルスの第2のパターンを含み、前記パルスの第2のパターンは前記パルスの第1のパターンと同じパターンを有するが、前記パルスの第1のパターンとは反転した極性を有する。
2019518409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のステータコイルに連続して通電してロータを回転させ、各前記ステータコイルが、少なくとも第1の部分および第2の部分を含む繰返しパルスシーケンスを用いて通電され、前記第1および第2の部分が、交互に繰り返して前記繰返しパルスシーケンスを形成する、ステップを含み、
前記第1の部分がパルスの第1のパターンを含み、前記第1のパターンの各パルスが第1の極性または第2の極性のどちらかを有し、前記第1のパターンの少なくとも2つの連続パルスが同じ極性を有し、
前記第2の部分がパルスの第2のパターンを含み、前記パルスの第2のパターンが前記パルスの第1のパターンと同じパターンを有するが、前記パルスの第1のパターンとは反転した極性を有する、電動機を動作させる方法。
【請求項２】
前記パルスの第1のパターンが同じ極性を有する所定数のパルスである、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
昇圧回路類を使用して前記第1の極性の各前記パルスを発生させるステップと、
降圧回路類を使用して前記第2の極性の各前記パルスを発生させるステップとを含む、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
前記第1の極性の所与の前記パルスを発生させるときに、エネルギーを蓄積コンデンサに蓄積するステップと、
前記第2の極性の対応する前記パルスを発生させるときに、エネルギーを前記蓄積コンデンサから放電するステップとを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第1または第2の部分のうち所与の一方の間にパルスを発生させるたびに、カウンタをインクリメントするステップを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記カウンタが所定の閾値に達したことに応じて、極性状態インジケータの値を修正するステップを含む、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
前記カウンタが前記所定の閾値に達したことに応じて、前記カウンタをリセットするステップを更に含む、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
所定の閾値が前記第1の部分におけるパルスの数を含む、請求項5または請求項6に記載の方法。
【請求項９】
1つまたは複数の更なるパルスが、前記繰返しパルスシーケンスの前記第1の部分と前記第2の部分との間に差し挟まれる、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第1の極性のパルスが北磁極に対応する磁界を発生させ、前記第2の極性のパルスが南磁極に対応する磁界を発生させる、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
複数のステータコイルそれぞれに通電するドライバ回路類と、
前記ドライバ回路類によって、少なくとも第1の部分および第2の部分を含む繰返しパルスシーケンスを用いて各前記ステータコイルに通電させ、前記第1および第2の部分が、交互に繰り返して前記繰返しパルスシーケンスを形成する、制御回路類とを備え、
前記第1の部分がパルスの第1のパターンを含み、前記第1のパターンの各パルスが第1の極性または第2の極性のどちらかを有し、前記第1のパターンの少なくとも2つの連続パルスが同じ極性を有し、
前記第2の部分がパルスの第2のパターンを含み、前記パルスの第2のパターンが前記パルスの第1のパターンと同じパターンを有するが、前記パルスの第1のパターンとは反転した極性を有する、電動機の制御回路類。
【請求項１２】
複数のステータコイルが装着されたステータと、
前記ステータ内で回転するように配置されたロータと、
前記複数のステータコイルに連続して通電して前記ロータを回転させ、少なくとも第1の部分および第2の部分を含む繰返しパルスシーケンスを用いて各前記ステータコイルに通電するように構成され、前記第1および第2の部分が、交互に繰り返して前記繰返しパルスシーケンスを形成する、制御回路類とを備え、
前記第1の部分がパルスの第1のパターンを含み、前記第1のパターンの各パルスが第1の極性または第2の極性のどちらかを有し、前記第1のパターンの少なくとも2つの連続パルスが同じ極性を有し、
前記第2の部分がパルスの第2のパターンを含み、前記パルスの第2のパターンが前記パルスの第1のパターンと同じパターンを有するが、前記パルスの第1のパターンとは反転した極性を有する、電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、一般に電動機に関する。詳細には、本技術は、電動機を制御する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチトリラクタンス電動機システムは、ロータ材料のヒステリシスによる定期的なエネルギー損失、または高価で低ヒステリシスなスチールの使用など、特定の望ましくない特性を有することが知られている。本開示は、改善された電動機システムに関する技術を提供しようとするものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
第1の技術によれば、電動機を動作させる方法が提供され、方法は、
複数のステータコイルに連続して通電してロータを回転させ、各前記ステータコイルが、少なくとも第1の部分および第2の部分を含む繰返しパルスシーケンスを用いて通電され、前記第1および第2の部分が、交互に繰り返して前記繰返しパルスシーケンスを形成する、ステップを含み、
前記第1の部分がパルスの第1のパターンを含み、前記第1のパターンの各パルスが第1の極性または第2の極性のどちらかを有し、前記第1のパターンの少なくとも2つの連続パルスが同じ極性を有し、
前記第2の部分がパルスの第2のパターンを含み、前記パルスの第2のパターンが前記パルスの第1のパターンと同じパターンを有するが、前記パルスの第1のパターンとは反転した極性を有する。
【０００４】
第2の技術によれば、電動機の制御回路類が提供され、制御回路類は、
複数のステータコイルそれぞれに通電するドライバ回路類と、
前記ドライバ回路類によって、少なくとも第1の部分および第2の部分を含む繰返しパルスシーケンスを用いて各前記ステータコイルに通電させ、前記第1および第2の部分が、交互に繰り返して前記繰返しパルスシーケンスを形成する、制御回路類とを備え、
前記第1の部分がパルスの第1のパターンを含み、前記第1のパターンの各パルスが第1の極性または第2の極性のどちらかを有し、前記第1のパターンの少なくとも2つの連続パルスが同じ極性を有し、
前記第2の部分がパルスの第2のパターンを含み、前記パルスの第2のパターンが前記パルスの第1のパターンと同じパターンを有するが、前記パルスの第1のパターンとは反転した極性を有する。
【０００５】
第3の技術によれば、電動機が提供され、電動機は、
複数のステータコイルが装着されたステータと、
前記ステータ内で回転するように配置されたロータと、
前記複数のステータコイルに連続して通電して前記ロータを回転させ、少なくとも第1の部分および第2の部分を含む繰返しパルスシーケンスを用いて各前記ステータコイルに通電するように構成され、前記第1および第2の部分が、交互に繰り返して前記繰返しパルスシーケンスを形成する、制御回路類とを備え、
前記第1の部分がパルスの第1のパターンを含み、前記第1のパターンの各パルスが第1の極性または第2の極性のどちらかを有し、前記第1のパターンの少なくとも2つの連続パルスが同じ極性を有し、
前記第2の部分がパルスの第2のパターンを含み、前記パルスの第2のパターンが前記パルスの第1のパターンと同じパターンを有するが、前記パルスの第1のパターンとは反転した極性を有する。
【０００６】
本技術について、ほんの一例として、添付図面に示されるような実施形態を参照して更に記載する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態におけるスイッチトリラクタンス電動機システムを示す図である。
【図２】実施形態によるドライバ回路類の部分の一例を示す概略図である。
【図３】実施形態によるドライバ回路類部分の動作の一例を示す図である。
【図４】実施形態による、2つのドライバ回路部分が対にして配置された配置の一例を示す図である。
【図５】実施形態による、ロータおよびステータのラジアル図である。
【図６ａ】例示の電動機システムの動作中における一群のステータ歯および隣接するロータ歯を示す拡大ラジアル図である。
【図６ｂ】例示の電動機システムの動作中における一群のステータ歯および隣接するロータ歯を示す拡大ラジアル図である。
【図６ｃ】例示の電動機システムの動作中における一群のステータ歯および隣接するロータ歯を示す拡大ラジアル図である。
【図７】ステータコイルの通電シーケンスを示す表である。
【図８】ステータコイルの代替の通電シーケンスを示す表である。
【図９】実施形態によるステータコイルの通電シーケンスを示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図1は、実施形態におけるスイッチトリラクタンス電動機システム100を示している。電動機は、ロータ102とステータ104とを備える。ロータ102はステータ104内で回転するように配置される。ロータ102は複数のロータ歯106を備える。ロータ歯106は、ロータ102から径方向外向きに延在する突出部を備える。図1に示される実施形態では、各ロータ歯106はロータ102の長さに沿って延在する。図1に示される実施形態では、ロータ102は16本のロータ歯106を有する。代替実施形態では、ロータは16本よりも多数または少数のロータ歯を有してもよい。
【０００９】
ステータ104は複数のステータ歯108を備える。ステータ歯108は、ステータ104から径方向内向きに延在する突出部を備える。図1に示される実施形態では、各ステータ歯はステータ104の長さに沿って延在する。図1に示される実施形態では、ステータ104は24本のステータ歯108を有する。代替実施形態では、ステータは24本よりも多数または少数のステータ歯を有してもよい。各ステータ歯に、ステータコイル110が装着されるように構成される。例えば、各ステータコイル110はそれぞれのステータ歯108に巻き付けられていてもよい。各ステータコイルは、一般的に、多数の、例えば200の巻回を含んでもよい。
【００１０】
図1に示される実施形態では、明瞭にするため、単一のステータ歯のみにステータコイル110が装着されて示されている。しかしながら、実際は、多数または全てのステータ歯に、かかるステータコイルが装着されていてもよい。図1に示される実施形態では、ロータ歯106に装着されたコイルは示されていない。代替実施形態(図示しない)では、ロータコイルが、同様の方法でロータ歯106それぞれに装着されてもよい。
【００１１】
電動機システム100は、それぞれのステータコイル110に通電するドライバ回路類112と、ドライバ回路類112を制御することによって、ステータコイル110に供給される電力を制御する制御回路類114とを更に備える。いくつかの実施形態では、制御回路類114がドライバ回路類112を備えるものとみなされてもよい。
【００１２】
図2は、実施形態による、所与のステータコイル110に電力を供給するドライバ回路類112の部分200の一例を概略的に示している。所与のステータコイルは、図2ではインダクタンス202として概略的に表されている。ドライバ回路類200は、昇圧部分と降圧部分とを備えるハイブリッド型のスイッチトインダクタンス電圧変換器とみなされることができる。ドライバ回路類200の昇圧部分は昇圧ダイオード204と昇圧スイッチ206とを備える。ドライバ回路類200の降圧部分は降圧スイッチ208と降圧ダイオード210とを備える。ドライバ回路類200の昇圧部分および降圧部分は両方とも蓄積コンデンサ212を利用する。
【００１３】
昇圧スイッチ206および降圧スイッチ208は、それぞれ昇圧制御信号216および降圧制御信号218により、制御回路類114によって電気的に制御可能である。実施形態では、昇圧スイッチ206および降圧スイッチ208はそれぞれ、トランジスタをベースとするスイッチング素子を備えてもよい。動作の際、昇圧制御信号216および降圧制御信号218は、排他制御でアサートされて、インダクタンス202に二極式で電力供給させるものであり、電流は最初に、一方向にステータコイルに流され(即ち、昇圧動作の間)、次に反対方向にステータコイルに流される(即ち、降圧動作の間)。
【００１４】
昇圧動作の間、ドライバ回路類200の昇圧部分が使用される。昇圧制御信号216がアサートされると、昇圧スイッチ206が導電され(即ち、閉じられ)、インダクタンス202によって表されるステータコイルに供給電圧が印加される。これによって、電流が電源からステータコイルを通って流れ、それによってステータコイルに磁界が発生する。昇圧制御信号216がオフに切り替えられる(即ち、アサートされない)と、昇圧スイッチ206が導電を止める(即ち、開く)。しかしながら、ステータコイルのインダクタンス202により、ある期間にわたって電流はステータコイルを流れ続ける。この期間の間ステータコイルを流れる電流は、昇圧ダイオード204を介して蓄積コンデンサ212へと流れる。したがって、この期間の間にステータコイルから散逸したエネルギーは、蓄積コンデンサ212によって回収される。これによって、蓄積コンデンサ212が、ステータコイルの電流を停止する電圧レベルまで昇圧する。その後、蓄積コンデンサ212に蓄積された電荷は、ドライバ回路200の降圧動作の間、ステータコイルを反対方向に通電するのに利用可能である。
【００１５】
降圧動作の間、ドライバ回路類200の降圧部分が使用される。降圧制御信号218がアサートされると、降圧スイッチ208が導電され(即ち、閉じられ)、蓄積コンデンサ212の電圧がステータコイルに印加される。これによって、電流が蓄積コンデンサ212からステータコイルを通って反対方向に流れ、それによってステータコイルに反対極性の磁界が発生する。降圧制御信号218がオフに切り替えられる(即ち、アサートされない)と、降圧スイッチ208が導電を止める(即ち、開く)。更に、ステータコイルのインダクタンス202により、ある期間にわたって電流はステータコイルを流れ続ける。この期間の間ステータコイルを流れる電流は、降圧ダイオード210を介して電源へと流れる。
【００１６】
図3は、ドライバ回路類部分200の動作の一例と、それぞれのステータコイル110を通って発生する派生電流とを示している。グラフ300は、時間に伴う昇圧制御信号216の電圧を示している(VBOOSTと表記)。グラフ301は、時間に伴う降圧制御信号218の電圧を示している(VBUCKと表記)。グラフ304は、同じ期間にわたって対応するステータコイル110で発生する派生電流を示している(ICOILと表記)。前述したように、昇圧制御信号216および降圧制御信号218は、制御回路類114によって排他制御でアサートされる。実施形態では、制御回路類114は、ステータコイルの電流がゼロに(またはゼロ付近に)戻ったときのみ、昇圧制御信号216および降圧制御信号218をアサートするように構成される。このように、電流が低いときのみドライバ回路部分200の電圧が切り換えられ、電圧が低いときのみステータコイルの電流が切り換えられる。これには、昇圧スイッチ206および降圧スイッチ208の電力散逸要件が少ないことを担保するという効果があり、(例えば、より高価な高出力IGBTの代わりに)比較的低コストのスイッチング素子(例えば、MOSFET)を使用することができるということを意味する。
【００１７】
この期間の間のドライバ回路類の動作は、図3に示されるように、4つのフェーズに概念的に分割することができる。フェーズ1の間、昇圧制御信号216がアサートされて、電流が第1の方向にステータコイルを流れる(グラフ304に正電流として示される)。フェーズ2の間、昇圧制御信号216が除去される。しかしながら、ステータコイルのインダクタンスにより、電流が、ある期間の間、第1の方向にコイルを流れ続けて、蓄積コンデンサ212を充電する。フェーズ3の間、降圧制御信号218がアサートされて、電流が第2の(反対)方向にステータコイルを流れて(グラフ304に負電流として示される)、蓄積コンデンサ212を放電する。フェーズ4の間、降圧制御信号218が除去される。しかしながら、ステータコイルのインダクタンスにより、電流が、ある期間の間、第2の方向にコイルを通って電源へと流れ続ける。
【００１８】
図1で説明したように、電動機システム100のステータ104は複数のステータ歯108を備え、各ステータ歯108にはステータコイル110が装着されている。実施形態では、電動機システム100のドライバ回路類112は、ステータコイル110の異なる1つまたはステータコイル110のサブセットを駆動するようにそれぞれ配置された、複数のドライバ回路部分200を備える。
【００１９】
図4は、ステータコイル110aおよび110bをそれぞれ駆動するように、2つのドライバ回路部分200a、200bが対になって共有電源302と共に配置されている、配置の一例を示している。ドライバ回路部分200a、200bをこのように対で配置することによって、ドライバ回路部分200a、200bの一方によって共有電源302から引き出される電力が、対のうち他方のドライバ回路部分200a、200bによって電源に戻される電力によってオフセットされるようにして、昇圧制御信号216および降圧制御信号218が各ドライバ回路200に供給されるようにスケジューリングするように、制御回路類114を構成することができる。例えば、制御回路類114は、対のうち一方のドライバ回路部分200a、200bに対して昇圧制御信号をアサートし、それと同時に、対のうち他方のドライバ回路部分200a、200bに対して降圧制御信号をアサートしてもよい。このように、動作中に2つのドライバ回路によって電源から引き出される総電力が、大幅に低減される。
【００２０】
例えば、ドライバ回路部分200aが昇圧動作状態のとき、電流は共有電源302からステータコイル110aへと流され、最終的にドライバ回路部分200aの蓄積コンデンサを充電する。同時に、ドライバ回路部分200bは降圧動作状態であり、電流はドライバ回路部分200bの蓄積コンデンサから放電され、ステータコイル110bを介して反対方向に共有電源302に戻される。同様に、ドライバ回路部分200bが昇圧動作状態のとき、電流は共有電源302からステータコイル110bへと流され、最終的にドライバ回路部分200bの蓄積コンデンサを充電する。同時に、ドライバ回路部分200aは降圧動作状態であり、電流はドライバ回路部分200aの蓄積コンデンサから放電され、ステータコイル110aを介して反対方向に共有電源302に戻される。ドライバ回路部分200a、200bの対におけるこの平衡動作の正味の効果として、共有電源302に対する供給電流負荷が大幅に低減される。
【００２１】
図5は、例示の電動機システム100におけるロータ102およびステータ104のラジアル図を示している。ロータ歯106の数とステータ歯108の数との比が、この例では2:3である結果として、ステータ歯が3つおきにロータ歯と同時に位置合わせされてもよく、それに対し、ロータ歯が2つおきにステータ歯と位置合わせされていることが分かる。ロータ102の運動を誘導するために、電動機のステータ歯108に装着された様々なステータコイル110が連続して通電されて、隣接したまたは近くのロータ歯106をそのステータ歯の位置に向かって引き付ける。
【００２２】
図5に示される電動機システム100の例は回転対称なので、3つおきのステータ歯108がそれに最も近いロータ歯106に対して同じ位置にあることが分かる。換言すれば、図3に「A」と表記されている全てのステータ歯108が、それに最も近いロータ歯106に対して同じ位置にある。同様に、「B」と表記されている全てのステータ歯108が、それに最も近いロータ歯106に対して同じ位置にあり、「C」と表記されている全てのステータ歯108が、それに最も近いロータ歯106に対して同じ位置にある。したがって、ロータ102の回転を促すために、3つおきのステータ歯108のステータコイル110が、電動機システム100の通常動作中にほぼ同時に通電されるべきであることが分かる。
【００２３】
上述のように対で配置するために、3本の歯の倍数で離れている(即ち、図5に同じ文字で表記されている)ステータ歯108に装着される、ステータコイル110の対が選択される。ロータ歯106の数とステータ歯108の数の比が2:3以外である電動機システムの場合、異なる歯を選択した配置が必要とされる。ステータコイル110の対は、例えば、ステータ歯108が近接しているように選択されてもよい。あるいは、ステータ歯108が対向している、または他の何らかの配置である、ステータコイル110の対が選択されてもよい。
【００２４】
更に、各相対位置のステータ歯108に装着されたステータコイルの対(即ち、「A」と表記された対、「B」と表記された対、および「C」と表記された対)を含む、ステータコイル110群が配置されてもよい。例えば、図5では、4つの群のステータコイル110(グループ1〜4と表記)が配置されており、各群は、各相対位置のステータ歯108に対応する一対のステータコイルを含む。各群のステータコイルは、共有回路基板上に設けられた、ならびに/あるいは共有電源を使用する、制御回路類および/またはドライバ回路類によって制御されてもよい。この配置を使用して、各群によって引き出される電流が効率的に釣り合わされてもよい。この配置はまた、各群に対する制御シーケンスを他の群にわたって繰り返すことを可能にする。図5に示される実施形態では、グループ1〜4は、隣接するステータ歯108に装着されたステータコイル110を含む。代替実施形態では、ステータコイルの異なる選択が使用されてもよい。可能な代替の選択としては、ステータコイルの対がステータ104上で互いに反対側に位置するステータ歯に装着される上述の配置、または各群のステータコイル110がステータ104の周りで更に均等に分配されている群を選択することが含まれる。
【００２５】
図6a、図6b、および図6cは、例示の電動機システム100の動作中におけるグループ1のステータ歯108および隣接するロータ歯106の拡大ラジアル図を示している。以下の説明における参照を容易にするため、グループ1の6本のステータ歯108は番号1〜6で表記されている。ロータ102を回転させるために、電動機のステータ歯108に装着された様々なステータコイル110の昇圧および降圧動作のタイミングは、更に後述するように、互いにオフセットされる。
【００２６】
図6aに示される初期位置では、ロータ歯106は、1および4と表記されているグループ1のステータ歯と位置合わせされている。ロータの反時計回転を誘発するため、3および6と表記されているステータ歯108に装着されたステータコイル110の対が、制御回路類114および対応するドライバ回路類112によって通電される。これによって、図6aに示されるように、それぞれのステータコイル110に磁界が設定される。3と表記されているステータ歯で誘発された磁界は、北(N)が径方向内側に向いて配向され、一方、6と表記されているステータ歯で誘発された磁界は、南(S)が径方向内側に向いて配向されている。これは、対の一方のコイルが昇圧モードで駆動されており、それに対し、対の他方のコイルが降圧モードで駆動されているためである。3および6と表記されているステータ歯108で誘発される磁界の結果として、図6aの矢印によって示されるように、磁力が、最も近くにあるロータ歯106をそれら2つのステータ歯それぞれに引き付ける。
【００２７】
それらの力の結果として、図6bに示されるように、ロータ歯が引き付けられて、3および6と表記されているステータ歯108と位置合わせされる。ロータを更に回転させるため、2および5と表記されているステータ歯108に装着されたステータコイル110の対が、次に通電される。これによって、図6bに示されるように、それぞれのステータコイル110に磁界が設定される。2および5と表記されているステータ歯108で誘発される磁界の結果として、図6bの矢印によって示されるように、磁力が、最も近くにあるロータ歯106をそれら2つのステータ歯それぞれに引き付ける。
【００２８】
それらの力の結果として、図6cに示されるように、ロータ歯が引き付けられて、2および5と表記されているステータ歯108と位置合わせされる。ロータを更に回転させるため、1および4と表記されているステータ歯108に装着されたステータコイル110の対が、次に通電される。これによって、図6cに示されるように、それぞれのステータコイル110に磁界が設定される。1および4と表記されているステータ歯108で誘発される磁界の結果として、図6cの矢印によって示されるように、磁力が、最も近くにあるロータ歯106をそれら2つのステータ歯それぞれに引き付ける。それらの力の結果として、ロータ歯が引き付けられて、1および4と表記されているステータ歯108と位置合わせされる。
【００２９】
これによって、ロータ歯106がそれぞれ1つの位置分反時計方向にシフトされるのにかかわらず、ロータ102が図6aに示されるのと同等の位置へと移動する。したがって、ステータコイル110のこの通電パターンを繰り返して、ロータ102を連続回転させることができる。同様に、電動機システムのステータコイル110の他の群にわたって、同じ通電パターンを繰り返すことができる。
【００３０】
図6a、図6b、および図6cでは、ステータ歯108で誘発される磁界が特定の極性(即ち、南北の方向)で示されているが、これは異なるように配置することができる。例えば、どのステータコイル110を昇圧または降圧動作で電力供給するかの選択によって、図6a、図6b、または図6cのいずれかに示される配置から反転させてもよい。いくつかの実施形態では、ステータコイル110のうちいくつかの巻回方向を反転させてもよく、それによって、同じ磁気極性を対のコイル両方によって発生させることができ、一つは降圧動作を使用して発生させ、一つは昇圧動作を使用して発生させる。いくつかの実施形態では、各磁界の極性は更に、通電シーケンスの反復のたびに変化してもよい。例えば、各シーケンス後、磁界それぞれの極性を次のシーケンスでは反転させてもよい。
【００３１】
図7は、表700によって、図6において前述したステータコイルの通電シーケンスを示している。表700の横軸は、C1〜C6と表記されている、群の6本のステータ歯108それぞれのステータコイル110を示している。時間は、表700の縦軸の下方に向かって増加するように示されている。表700の各列を下に見ていくと分かるように、コイルはそれぞれ交互の極性で通電されている。換言すれば、各ステータコイルは完全な二極動作で通電されている。各ロータ歯106を引き付ける極性のシーケンスは、例えばボックス702によって示されるように、表の対角スライスを見ることによって分かる。図7に示される通電シーケンスによって、各ロータ歯も交互の極性によって引き付けられることが分かる。即ち、最初のステータコイルが観念上のN極性でロータ歯を引き付け、次のステータコイルが同じロータ歯をSで引き付ける、などである。したがって、これは最初にステータ歯に観念上のS極性を、続いてNを誘発するなどである。
【００３２】
鉄の磁気ヒステリシスにより、この二極の挙動は、磁界の極性を反転させるときにエネルギーが無駄になる、いわゆるヒステリシス損失を定期的に起こす。損失量は、特定の材料、ならびにスイッチング周波数に依存する。従来の電動機では、低ヒステリシスのスチールおよび低スイッチング周波数を利用することによって、ヒステリシス損失の影響を軽減することがある。しかしながら、本明細書に記載する電動機システムの歯の数は、従来の電動機システムと比べて比較的多数なので、比較的高いスイッチング周波数が必要とされる。更に、低ヒステリシスのスチールは高価であり、したがってそれに頼るのは望ましくない。
【００３３】
図8は、表800によって、ステータコイル110の代替の通電シーケンスを示している。図8に示される通電シーケンスでは、各ロータ歯106に見える極性変化の頻度を低減するように、シーケンスが調節されている。スライス802によって示されるように、ロータ歯106は、第1の極性を使用して3回引き付けられ、次に逆極性を使用して3回引き付けられる。この方法によってロータにおけるヒステリシス損失が低減されるが、大幅な損失が依然としてステータに起こる。
【００３４】
実施形態によれば、ステータコイルが通電されるシーケンスは、極性が反転する頻度が少なくなるように構成される。これは、各二極スイッチの前に一連の単極スイッチングを実施することによって達成される。
【００３５】
図9は、表900によって、実施形態によるステータコイル110の通電シーケンスを示している。図9に示される通電シーケンスでは、各ステータコイル110は、第1の極性で2回、次に逆極性で2回通電される。この繰返しパルスシーケンスは、複数のステータコイル110それぞれに適用される。このようにステータコイルに通電することによって、各ステータコイル110の二方向スイッチング周波数の低減が二倍になる。更に、スライス902から、この通電シーケンスによって各ロータ歯106が受ける極性の変化が更に低減されることが分かる。しかしながら、このスキームは、2回の連続する昇圧動作とそれに続く2回の連続する降圧動作の結果として、蓄積コンデンサ212に蓄積されるピーク電荷を増加させる。
【００３６】
かかる実施形態にしたがって各ステータコイル110に通電する繰返しパルスシーケンスは、交互に繰り返して繰返しパルスシーケンスを形成する、第1の部分および第2の部分を有することによって特徴付けられてもよい。図9に示される実施形態では、第1の部分は第1の極性の2つのパルスを含み、第2の部分は反対極性の2つのパルスを含む。更なる実施形態では、第1および第2の部分はより長い、またはより複雑なパルスシーケンスを有してもよい。実施形態によれば、二極スイッチング周波数における提示した低減を達成するため、第1の部分は、同じ極性の少なくとも2つの連続パルスを含むパルスのパターンを有する。更に、実施形態によれば、システムを平衡させるため、第2の部分は、第1の部分における等価のパルスに対して反転された極性を有するパルスのパターンを有する。
【００３７】
いくつかの実施形態によれば、繰返しパルスシーケンスの第1の部分は、同じ極性を有する所定数のパルスのパターンを含む。いくつかのかかる実施形態では、繰返しパルスシーケンスの第2の部分は、反対極性を有する同じ所定数のパルスのパターンを含む。図9に示される実施形態では、この所定数は2である。代替実施形態では、所定数は2を超えていてもよい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、この通電シーケンスは、カウンタを使用して各パルスの求められる極性を決定するように実行されてもよい。例えば、カウンタは、パルスが発生するたびにインクリメントされてもよい。カウンタが所定の閾値に達すると、極性状態インジケータの値を修正することができる。この極性状態インジケータはレジスタなどに格納されてもよい。カウンタはまた、所定の閾値に達するとリセットされてもよい。したがって、所与のパルスが発生すると、極性状態インジケータを読み取って、発生させるべきパルスの極性が決定されてもよい。これによって、所定数のパルスが1つの極性で発生し、続いて所定数のパルスが反対極性で発生することが確保される。いくつかの実施形態では、所定の閾値数は第1の部分におけるパルスの数である。同様の実施形態では、カウンタは代わりに、パルスが発生するたびにデクリメントされてもよく、カウンタがゼロに達すると極性状態インジケータが修正され、カウンタが所定数にリセットされる。
【００３９】
第1の部分の全てのパルスが1つの極性であり、第2の部分の全てのパルスが反対極性である、比較的単純なパルスパターンについて上述してきたが、より複雑なパルスパターンも想定される。例えば、第1の部分がN-S-N-N-S-Nのパターンを含み、第2の部分が反転されたパターンすなわちS-N-S-S-N-Sを含んでいるパターンが、有効であることが見出されている。更に、パターンに応じて、1つまたは複数の平衡パルスが、繰返しパルスシーケンスの第1の部分と第2の部分との間に差し挟まれてもよい。
【００４０】
上記に、実際に、ロータ102およびステータ104の回転対称(前述)による、単一のステータコイル110またはステータコイル110群に関連した通電シーケンスについて記載してきたが、これらのシーケンスは並列のステータコイル110群の全てに適用されてもよい。これによって、制御回路類114をある程度単純にすることができる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、上述の方法にしたがって制御回路類によって電動機を制御させるように構成された、コンピュータソフトウェアが提供されてもよい。かかるコンピュータソフトウェアは、非一時的な記憶媒体を含む、コンピュータプログラム製品の形態で提供されてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
100  電動機システム
102  ロータ
104  ステータ
106  ロータ歯
108  ステータ歯
110  ステータコイル
110a  ステータコイル
110b  ステータコイル
112  ドライバ回路類
114  制御回路類
200  ドライバ回路
200a  ドライバ回路部分
200b  ドライバ回路部分
202  インダクタンス
204  昇圧ダイオード
206  昇圧スイッチ
208  降圧スイッチ
210  降圧ダイオード
212  蓄積コンデンサ
216  昇圧制御信号
218  降圧制御信号
300  グラフ
301  グラフ
302  共有電源
304  グラフ
700  表
702  ボックス
800  表
802  スライス
900  表
902  スライス
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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