(57)【要約】【課題】  それぞれがコア素子に形成された相巻線を備えている複数の固定子位相構成要素と、回転子とを有している多相電動機に対する制御システムを提供する。【解決手段】  複数の電動機制御スキームは、メモリに記憶されるかまたは電動機動作中に動的に計算される。ユーザまたはシステム選択を得ることを条件として、電動機制御スキームの一つが実施に対してコントローラによって選択される。コントローラは、選択された電動機制御スキームに従って特定の電流波形プロファイルで相巻線に電流を供給するための励磁回路に印加される制御信号を発生する。コントローラは、所望の電動機トルクを表しているユーザ開始型トルク・コマンド信号を受信するための入力端子を有する。各電動機制御スキームは、コントローラ入力端子で受信したトルク・コマンド信号に対応する電動機駆動電流を供給する。自動モードでは、コントローラは、システムのトルク追跡要件に適応すべく適切な制御スキームにアクセスする。
2005522178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相電動機の適応制御に対する方法であって、
それぞれ異なる動作プロファイルをもたらすための複数の電動機制御スキームを識別する段階と、
コマンドを入力する段階と、
電動機動作状態を感知する段階と、
前記入力されたコマンド及び前記感知された電動機動作状態に従って前記電動機制御スキームを選択する段階と、及び
前記選択された電動機制御スキームに対応する動作プロファイルに対して電源から電動機励磁電流を供給するために電動機制御信号を発生する段階とを具備することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記入力された信号は、ユーザ要求を表しかつ変動の対象であり、そして前記感知する段階、前記選択する段階及び前記発生する段階は、前記電動機の適応制御に対して電動機動作全体を通して繰返し実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記入力された信号は、トルク要求を表しかつ前記電動機動作状態は、電動機スピードであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記記憶された電動機制御スキームは、比較的最適な動作効率に対して電流波形プロファイルを供給する効率電動機制御スキームと、比較的高い動作トルク応答に対して電流波形プロファイルを供給する高トルク電動機制御スキームとを備えていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記比較的最適な動作効率電流波形プロファイルは、実質的に正弦波形状を有しかつ前記比較的最大のトルク応答電流波形プロファイルは、実質的に矩形波形状を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記選択する段階は、
しきい値前記トルク要求及び前記電動機スピードに基づき越えられるかどうかを決定すること、及び
記憶された電動機制御スキームへアクセスし、アクセスされた前記電動機制御スキームが前記決定する段階で行われた前記決定に依存すること
を具備することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記トルク電動機制御スキームは、前記しきい値を越えるときに選択されかつ前記効率電動機制御スキームは、前記しきい値を越えないときに選択されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記しきい値は、電源電圧レベルでありかつ前記決定する段階は、前記効率電動機制御スキームを用いて動作に必要な制御電圧を導き出すことを具備することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記決定する段階は、トルク要求及び電動機スピードに基づくエントリを有しているルックアップ・テーブルをアクセスすることを具備することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記電動機固定子は、それぞれが相巻線の一つをその上に巻き付けている、複数の強磁性的自律性電磁石を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
複数の相巻線を伴う固定子を有している多相永久磁石電動機用の電動機制御システムであって、
電源から前記電動機固定子巻線に励磁電流を供給する励磁回路と、
前記励磁回路に接続され、複数の入力を有するコントローラと、
前記コントローラに接続され、異なる固定子電流波形プロファイルをそれぞれもたらすための複数の異なる電動機制御スキームを記憶する記憶手段と、及び
前記コントローラの一つの入力に接続された電動機状態感知手段とを備え、
前記コントローラは、前記感知された電動機状態に関連付けられた基準に従って対応する電流波形プロファイルで前記電動機を励磁すべく前記記憶手段から前記電動機制御スキームをアクセスするために前記電動機状態感知手段に動的に応答することを特徴とする電動機制御システム。
【請求項１２】
前記記憶された電動機制御スキームは、比較的最適な動作効率に対する電流波形プロファイルを供給する効率電動機制御スキームと、比較的高い動作トルク応答に対する電流波形プロファイルを供給する高トルク電動機制御スキームとを備えていることを特徴とする請求項１１に記載の電動機制御システム。
【請求項１３】
前記比較的最適な動作効率電流波形プロファイルは、実質的に正弦波形状を有し、かつ比較的最大なトルク応答電流波形プロファイルは、実質的に矩形波形状を有することを特徴とする請求項１２に記載の電動機制御システム。
【請求項１４】
前記コントローラへの別の入力は、ユーザ信号を受信するためのトルク要求入力であり、かつ
電動機制御スキームは、前記トルク要求入力で受信した信号及び前記電動機状態感知手段から受信した信号に依存してしきい値に従って前記コントローラによってアクセスされることを特徴とする請求項１３に記載の電動機制御システム。
【請求項１５】
前記高トルク電動機制御スキームは、しきい値を越えるときにアクセスされ、かつ前記効率電動機制御スキームは、しきい値を越えないときにアクセスされることを特徴とする請求項１４に記載の電動機制御システム。
【請求項１６】
前記電動機状態感知手段は、電動機スピード・センサを備えていることを特徴とする請求項１４に記載の電動機制御システム。
【請求項１７】
前記記憶手段は、トルク要求及び電動機スピードに基づくエントリを有しているルックアップ・テーブルを備え、各エントリは、前記電動機制御スキームの一つを指定することを特徴とする請求項１６に記載の電動機制御システム。
【請求項１８】
前記電動機固定子は、それぞれが相巻線の一つをその上に巻き付けている、複数の強磁性的自律性電磁石を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の電動機制御システム。
【請求項１９】
前記コントローラ入力の一つは、前記記憶された電動機制御スキームの一つを指定している信号を受信するためのユーザ選択入力であり、かつ
前記ユーザ選択入力における信号の受信に応答して、電動機制御スキームは、前記電動機状態感知手段に係わらず実施のためにアクセスされることを特徴とする請求項１１に記載の電動機制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の制御に関し、特に、関連固定子電流波形プロファイルをもたらすための複数の電動機制御スキームの個別の実施に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明は、本出願に全て共通に割り当てられた、同時係属中の２００１年４月５日に出願されたＭａｓｌｏｖ等による米国特許出願第０９/８２６，４２３号、同時係属中の２００１年４月５日に出願されたＭａｓｌｏｖ等による米国特許出願第０９/８２６，４２２号、２００１年１０月１日に出願されたＭａｓｌｏｖ等による米国特許出願第０９/９６６，１０２号、２００１年１１月２７日に出願されたＰｙｎｔｉｋｏｖ等による米国特許出願第０９/９９３，５９６号、２００２年６月１９日に出願されたＭａｓｌｏｖ等による米国特許出願第１０/１７３，６１０号、２００２年１１月８日に出願されたＭａｓｌｏｖ等による米国特許出願第１０/２９０，５３７号に関する対象事項を含む。
【０００３】
上記同時係属中の特許出願は、開発途上の効率的電動機駆動の挑戦を記述する。電動機巻線の電子的に制御されるパルス状励磁は、電動機特性のより柔軟な管理の将来性を提供する。パルス幅、デューティ・サイクル、及び適当な固定子巻線へのエネルギー源の切替られたアプリケーションの制御により、より大きな機能的多様性を達成することができる。そのような巻線と共に、永久磁石の使用は、電流消費を制限することにおいて有利である。
【０００４】
主電動機に対する電力利用可能性が搭載された電源に限定される、自動車運転環境では、主電動機動作の全ての状態において高効率を維持すると同時に最小電力消費で高トルク出力ケーパビリティを獲得することがかなり望ましい。同時係属中の出願に記載された電動機構造は、これらの目的に寄与する。これらの出願に記述されたように、電磁石コア・セグメントは、増大した磁束濃度を供給するために環状リングの分離された磁気的に透過性のある構造として構成することができる。電磁石コア・セグメントの分離は、その他の電磁石部材との相互作用から発生する最小のフラックス損失または有害な変圧器干渉効果により、磁気コアにおけるフラックスの個別の濃度を許容する。
【０００５】
上記同時係属中の出願第１０/１７３，６１０号は、個々の位相回路素子における変動を補正する多相電動機用の制御システムを記述する。高度の精度制御性は、その対応する巻線及び構造と密に一致する各位相制御ループにより得られる。各相巻線の連続的切替え励磁は、それぞれの固定子位相構成要素及び選択された駆動アルゴリズムに関連付けられたパラメータに従って信号を発生するコントローラによって制御される。相巻線は、高い効率動作に対して正弦波形の電流により励磁される。制御システムは、ユーザのトルク・コマンド入力に応答し、かつそれを正確に追尾するために出力電流を変化させる。
【０００６】
この交換戦略により取得した正弦電流波形プロファイルは、効率的動作を通してバッテリーの寿命を延ばすことができる。しかしながら、自動車運転動作において、最も効率的な制御スキームから利用可能なものより多いトルク・ケーパビリティに対する必要性が存在しうる。一般的に、電源は、最大電流放電速度、例えば、１０．０ａｍｐｓに対して定格される。システムのユーザがこの最大電流引き出しに相関するトルク・コマンドを要求する場合には、正弦電流波形プロファイルに対する電動機トルク出力は、例えば、上述したような構成を有する電動機で概ね５４．０Ｎｍに制限される。自動車運転アプリケーションでは、トルク入力コマンドは、スピードの変化に対するコマンドにユーザによって関連付けられる。一般的な運転動作では、ユーザ・トルク要求は、長期予測可能性が（もしあれば）ほとんどない広い可変性の対象となる。運転者は、正弦電流波形により最大トルクでシステムが適応することができるよりも高い加速度または大きなスピードを要求しうる。例えば、急な上り坂勾配または重い自動車負荷、等の運転状態は、その他の制限を利用可能なスピード及び加速度に負わせうる。その他の自動車以外のアプリケーションは、同様な高いトルク要求事項を有しうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、高い効率で実行することができ、更にユーザによって供給されたときに増大するトルク出力を引渡しすることができる電動機制御システムに対する必要性が存在する。上記出願１０/２９０，５３７は、それぞれが独自の電流波形プロファイルを供給することができる、電動機駆動に対して複数の電動機制御スキームを利用可能にすることによってこの必要性に取り組む。電動機制御スキームの一つは、動作目的を達成するために最大のケーパビリティを有する電流波形プロファイルを得るためにユーザによって選択されうる。少ない動作効率にもかかわらず、より高いトルクを供給する別の制御スキームを選択しうると同時に、例えば、正弦波形のような、高い効率動作をもたらす制御スキームを選択しうる。電動機制御スキーム間の選択は、トルク及び効率、またはその他の要因、例えば、特定の時間における低トルク・リップル及びノイズ、等に関するユーザの必要性または目的に従って行われうる。選択された電動機制御スキームは、関連波形プロファイルを有する電動機励磁電流を生成するために制御信号を発生すべく実施される。
【０００８】
自動車トラクション・アプリケーションにおいて、例えば、ユーザ・プロファイル選択は、目的を達成するために動作を調整するための柔軟性を自動車の運転者に供給する。例えば、最小時間で運転者が目的地に到達しようとする場合には、最大スピード及び加速度ケーパビリティを供給するために旅行全体を通して高トルク・プロファイルを選択しかつ維持することができる。しかしながら、より大きな問題が、比較的長い旅行に対して搭載エネルギー源を保存することである場合には、限定されたベースで様々な地点における高トルク・プロファイルのユーザの選択により、多分、全体を通して高効率プロファイルを選択することができる。例示された波形、特に高効率の、正弦波形、及びトルク、矩形波形状波形のより詳細な説明に対して(［識別］)アプリケーションが参照される。
【０００９】
しかしながら、自動車動作の可変状態及び変化する要求事項は、運転者がペースを維持できるかまたは望みうるよりもさらに頻繁にまたは急速にプロファイルにおける変化を呼び出しうる。ドライバのトルク要求は、追い越し状況、上り坂勾配、等のような比較的瞬時のインスタンス以外の高効率プロファイル・モードの選択と適切に一致しうる。これらのインスタンスでは、運転者は、高効率プロファイルから高トルク・プロファイルへの選択における変化の最適な利点を得るために変化する状態に対して十分に応答しえない。高トルク要求事項状態が減少するときに、高効率プロファイルへのリターンは、ユーザが高トルク・プロファイルがもはや必要ではないということを認識するまで遅らされうるし、それゆえに、バッテリーから不必要な電流を引き出す。それゆえに、高効率モードから利用可能なものよりも大きいトルクが要求されるときにだけ高トルク・モードを用いることが望ましい。
【００１０】
適切な励磁電流波形プロファイルを供給するために電動機制御スキームがダイナミック・ベースで自動的に選択されるシステムに対する必要性が解決されないままである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、それぞれが独自の電動機励磁電流波形プロファイルを生成することができる、電動機駆動に対する複数の電動機制御スキーム（方法）を提供することによってこの必要性を実現する。電動機動作全体を通して一つ以上の状態が連続的に監視される。電動機制御スキームの一つは、監視される状態に関連付けられた基準に従って動き（ダイナミック）に基づき自動的に選択される。電動機は、適切な電流波形プロファイルを有する選択された電動機制御スキームに従って励磁される。本発明は、強磁性的自律性固定子電磁石を有している電動機に更なる利点を提供する。
【００１２】
電動機制御スキームは、比較的最適な動作効率に対する電流波形プロファイルを供給する高効率電動機制御スキームと、比較的高い動作トルク応答に対する電流波形プロファイルを供給する高トルク電動機制御スキームとを備えうる。システムは、トルク要求を表すユーザ入力信号に応答する。ユーザ入力信号は、感知され、かつトルク要求を満たすためのシステムの機能は、それゆえに適切な電動機制御スキームを選択するために監視される。トルク要求を満たすためのシステムの機能は、電動機スピードの関数であり、それは、トルク要求監視機能を容易にするために連続的に感知される。高効率電動機制御スキームは、対応する電流波形プロファイルがトルク要求を満たすことができない限り実施される；さもなければ、高トルク電動機制御スキームが実施される。
【００１３】
本発明の更なる利点は、手動選択を入力することによって自動プロファイル選択機能を切り離すためのオプションをユーザが与えられうるということである。例えば、最大利用トルクで時折の犠牲がなされたとしても、より長い期間可能な限り電源を保存するために動作全体を通して高効率モードを採用することをユーザが選択しうる。
【００１４】
本発明は、それぞれがコア素子に形成された相巻線を備えている複数の固定子位相構成要素と、永久磁石回転子とを有している多相電動機用の制御システムで表されうる。好適には、固定子コア素子のそれぞれは、その他のコア素子との直接接触から分離された強磁性材を備え、それにより各固定子位相構成要素は、自律性電磁石装置を形成する。固定子励磁電流は、コントローラに接続された回路を通して直流電源によって供給される。コントローラは、対応する波形プロファイルを有している固定子励磁電流を実現するために複数の記憶された電動機制御スキームのいずれかにアクセスできる。コントローラは、電動機制御スキームの選択を実行するために一つ以上の監視された状態にダイナミックに応答する。記憶された電動機制御スキームは、電流波形プロファイルにより決定され、かつアクセスされたときには、コントローラ動作に組み込まれる。電動機制御スキームは、例えば、実質的に正弦波形状のような、比較的最適な動作効率に対する電流波形プロファイルを供給する効率電動機制御スキームと、実質的に矩形波形状のような、比較的高い動作トルク応答に対する電流波形プロファイルを供給する高トルク電動機制御スキームとを備えうる。
【００１５】
ユーザ入力は、トルク要求信号が（それから）受信されるコントローラに接続される。コントローラへの別の入力は、回転子位置の連続感知から導き出される、電動機スピードを表している信号を受信する。これらの信号に基づき、コントローラは、リアルタイムに基づきトルク・デマンドを満たすために必要な電動機トルク・デマンド及び制御電圧を導き出すことができる。正弦波形プロファイル・モデルを持続するために必要な電圧が電源電圧を越える場合には、コントローラは、高トルク・プロファイル・モード動作を選択し、プロファイル・メモリからそのためのデータにアクセスする。プロファイル選択に対する繰返しリアルタイム計算の代替として、プロファイル選択をトルク要求入力及び監視されたスピードと相関させるルックアップ・テーブルは、メモリに記憶されうる。
【００１６】
本発明の更なる利点は、単に、本発明を実行することを意図した最良のモードの説明のために、本発明の好適な実施形態が示されかつ説明される、以下の詳細な説明から当業者にとって容易に明らかになるであろう。認識されるように、本発明は、その他及び異なる実施形態が可能であり、かつその多くの詳細は、その全てが本発明から逸脱することなく、様々な自明の態様における変更が可能である。それゆえに、図面及び説明は、その特質において本発明を説明するためであり、限定するものではない。
【実施例】
【００１７】
本発明は、米国の同時係属出願０９/８２６，４２２号に開示されたような電動機に適用することができるが、永久磁石電動機を含んでいる様々なその他の電動機で用いることもできる。それゆえに、図１は、その開示がここに採り入れられる、上記出願に記述されたような回転子（ローター）及び固定子（ステーター）素子を示している例示的な図である。回転子部材２０は、円筒状背板（バックプレート）２５に沿って実質的に均等に分配された永久磁石２１を有している環状リング構造である。永久磁石は、環状リングの内側周縁に沿って磁気極性が交番する回転子極（ローターポール）である。回転子は、固定子部材３０を取り巻き、回転子及び固定子部材は、環状放射状空隙（エアー・ギャップ）によって分離される。固定子３０は、エアー・ギャップに沿って均等に分配れた均一構造の複数の電磁石コア・セグメントを備えている。各コア・セグメントは、エアー・ギャップに対面する面３２を有している二つのポール（極）を形成する一般的にＵ形状型の磁気構造３６を備えている。コア・セグメントは、ポール・ペア（極対）をリンクしている部分に形成された一つの巻線を収容するように構成されうるが、ポール・ペアのレッグ（鉄心脚）は、巻線３８で巻かれている。各固定子電磁石コア構成は、分離し、かつ隣接する固定子コア素子から磁気的に隔離される。固定子素子３６は、非透磁性支持構造に固定され、それにより環状リング構成を形成する。この構成は、隣接する固定子極グループからの漂遊変圧器磁束効果の発散を削除する。それゆえに、固定子電磁石は、各々の固定子位相を備えている自律性装置である。以下により詳細に説明される、本発明の概念は、相巻線の全てを支持する単体固定子コアを含んでいる、その他の電動機構造にも適用することができる。
【００１８】
図２は、本発明による電動機制御システムのブロック図である。複数の多相電動機固定子相巻線３８は、ハイブリッド・パワー・ブロック４２を介してｄ-ｃ電源４０から供給された電流を駆動することによって切り替え可能に励磁される。パワー・ブロックは、パルス幅変調変換器及びゲート・ドライバを介してコントローラ４４に接続される電子スイッチ・セットを備えうる。各相巻線は、コントローラからパルス変調された出力電圧を受信すべく接続された制御端子を有している切り替えブリッジに接続される。代替的に、切り替えブリッジ及びゲート・ドライバ構成要素は、コントローラ出力電圧にリンクされた増幅器によって置き換えられうる。巻線パワー回路のより詳細な説明については、上記米国出願１０/２９０，５３７号を参照されたい。
【００１９】
各相巻線の電流は、その出力がコントローラ４４に供給される複数の電流センサ４５の各々によって感知される。コントローラは、この目的で複数の入力を有しうるか、または、代替では、電流センサからの信号は、多重化されかつ単一のコントローラ入力に接続されうる。回転子位置及びスピード・センサ４６は、回転子位置及びスピード・フィードバック信号をコントローラに供給する。センサは、よく知られたリゾルバ、デコーダまたはそれらの同等物、及びよく知られた方法で位置信号をスピード信号に変換するスピード・アプロキシメータ(speed approximator)を備えうる。コントローラは、主電源バスによって電源４０に接続される。また、コントローラは、トルク要求入力４７及びプロファイル選択入力４８を含んでいる、ユーザ入力を備えている。
【００２０】
コントローラは、マイクロプロセッサまたはテキサス・インストルメント・デジタル信号プロセッサＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ＡＰＧのような同等なマイクロコントローラを備えうる。コントローラに接続されるのは、プログラムＲＡＭメモリ５０、プログラムＲＯＭ５２、ＤＡＴＡ ＲＡＭ５４及びプロファイル・メモリ５６である。これら図示した装置は、コントローラが記憶されたランダム・データ及びプログラム・データにアクセスしうるよく知られた記憶装置を単に表すだけである。プロファイル・メモリ５６は、発明の概念の説明の目的で図において別々に示されている。プロファイル・メモリは、関連制御スキームの実施で得られた電動機電流波形プロファイルをディクテート（口述・命令）する電動機制御スキーム・プログラムの一部が記憶されるＲＯＭを備えうる。プロファイル・メモリ・データは、プロファイル関数ライブラリ及び/またはルックアップ・テーブルの形で記憶されうる。プロファイル・メモリ・データ構造は、リアルタイム計算及び最適ルーチンの形でありうる。代替として、または更に、ＲＯＭに対して、リアルタイム電動機動作中に値を計算する装置を備えうる。
【００２１】
自動車運転応用例では、トルク要求入力４７は、ユーザのスロットルによって要求されたトルクを表す。スロットルの増大は、トルクの増大によって実現することができる、スピードを増大すべきコマンドを表す。代替的に、それは、例えば上り坂運転のような、重い負荷状態下で自動車の同じスピードを維持するためにトルクを増大すべきコマンドを表しうる。動作において、制御システム・トルク追跡機能性は、例えば、運転状態、負荷勾配、地形、等における変化のような、変化する外部状態を通して入力された所与のトルク要求に対して定常状態トルク動作を維持すべきであり、かつ運転者のスロットル命令に適応すべく入力されたトルク要求における変化に応答すべきである。制御システムがトルク入力要求に応答する方法は、実施される特定の電動機制御スキームに依存する。適当な応答を得るために複数の電動機制御スキームが利用可能である。各制御スキームは、効率、トルク・キャパシティ、レスポンス・キャパシティ、パワー損失、等に関して独自の特性を有している特定の電動機電流波形プロファイルをもたらす。
【００２２】
図３は、ここに参考文献として採用されかつ上記した米国同時係属出願１０/１７３，６１０号で用いられる電動機制御スキームを示すブロック図である。動作の詳細な説明についてその出願が参照される。所望の位相電流を発生させるために、以下の位相毎(per-phase)の電圧制御式が相巻線用駆動装置に適用される：
【００２３】
【数１】
2005522178.tif 000003
【００２４】
図３は、位相電流センサ、位置センサ及びスピード検出装置から受信した信号及び入力されたトルク要求を用いて、コントローラがリアルタイムでこの電圧式の構成要素を導き出す、参照番号６０で示される方法を表す。関数ブロック７０は、リアルタイムで制御電圧を得るための上記式の構成要素の公式化及び追加を表す。ブロック７０への入力として示された機能ブロック６２、６４、６６、６８、７２、７４及び７６のそれぞれは、コントローラまたはパラメータ定数によって受信したリアルタイム入力から得られた構成要素の様々な要素の発生を表す。ブロック６２は、位相毎の所望電流軌道が以下の式に従って選択される、精密トルク追跡機能性を表す：
【００２５】
【数２】
2005522178.tif 000004
ここで、Ｉdiは、位相毎の所望電流軌道を表し、τdは、ユーザの要求したトルク・コマンドを表し、Ｎsは、相巻線の総数を表し、Ｋτiは、位相毎のトルク伝達係数を表し、かつθiはｉ番目位相に対する回転子位置信号を表す。位相毎の電流の大きさは、トルク伝達係数Ｋτiの位相毎の値に依存する。
【００２６】
動作において、コントローラ４４は、コントローラにおいて設定されたシーケンスで各々の相巻線の個別の励磁に対してハイブリッド・パワー・ブロックに制御信号Ｖi（ｔ）を逐次的に出力する。各逐次的制御信号Ｖi（ｔ）は、対応している相巻線で感知された特定の電流、直ぐに感知された回転子位置及びスピードに関連し、かつ各々の位相に対して特に予め定めされたモデル・パラメータＫei及びＫτiにも関連する。図３に示した計算は、リアルタイムで逐次的に実行される。この電動機制御スキームのブロック６２に示した式は、正弦波形プロファイルを有する追跡トルク出力制御信号Ｖi（ｔ）に対する所望の電流構成要素を供給する。正弦波電流軌道Ｉsin（ｔ）は、以下の式から生成される
【００２７】
【数３】
2005522178.tif 000005
ここでＩmは相電流の大きさを表し、Ｎrは永久磁石対（ペア）の数を表しかつ、θiは測定した位相毎回転子位置信号を表す。上記米国係属出願１０/２９０，５３７号に記述したように、この正弦電流波形プロファイルは、効率的電動機動作を提供する。
【００２８】
正弦波形プロファイルで達成された効率のあるものを犠牲にするけれども、ブロック６２に対する異なる式は、その他の動作形態を明らかにするための異なる電流波形プロファイルを得るために図３のトルク追跡機能性に対して用いることができる。より高いトルク動作に対して、図３に示すブロック６２の式は、
【００２９】
【数４】
2005522178.tif 000006
のような、方形波電流波形軌道Ｉsq（ｔ）をもたらす式で置き換えることができる。ここで、ｓｇｎ（ｘ）は標準signum関数を表しかつｘ＞０ならば１、ｘ＝０なら０、そしてｘ＜０ならば-１として定義される。上述した電動機制御スキームから得られた二つの異なる電流波形プロファイルの効率及びトルク特徴を比較するより詳細な説明について上記米国係属出願１０/２９０，５３７号を再び参照する。
【００３０】
プロファイル・メモリ５６は、上記に例示した式を満足する電流値を得るためにコントローラによって用いられるデータを記憶する。方形波プロファイルに対して、式ＬiｄＩdi/ｄｔは、予め記憶されうる。データは、各電動機制御スキームが対応するルックアップ・テーブルを有している、プロファイル関数ライブラリのルックアップ・テーブルとして記憶されうる。ルックアップ・テーブルの各エントリは、対応している電動機制御スキームに対するトルク要求値及び回転子位置の特定の組合せについて、図３のブロック６２の出力として示される、電流の値を表す。正弦波形を生成するための制御スキームが選択されたならば、対応しているプロファイル・メモリ・データがアクセスされる。対応する制御性制御スキームが選択されたならば方形波プロファイル・メモリ・データがアクセスされる。代替的に、プロファイル・メモリは、所望の電流値Ｉdiがリアルタイムでコントローラによって繰り返し計算される各プロファイルに対するデータを記憶しうる。正弦波及び方形波波形に対する式が説明の目的で上記に示されたが、異なる動作目的に対して鋸波、等のようなその他の波形プロファイルを用いうる。
【００３１】
プロファイル・データの選択は、電動機動作中に適切に自動的にコントローラによって行うことができる。代替的に、ユーザは、コントローラ入力４８にプロファイル選択信号を入力することによってプロファイルの一つに対応している動作モードを選択することができる。プロファイル選択動作を、図４に示したフローチャートを参照して説明する。説明は、プロファイル・メモリが、例えば正弦波電動機電流波形を生成する制御スキームのような、高効率プロファイル電動機制御スキームを実現するための、及び、例えば方形波電動機電流波形を生成する制御スキームのような、高トルク・プロファイルを実現するためのデータを含む特定の例に関する。この例は、単に説明のためであり、その他のプロファイルに対するデータがプロファイル・メモリに記憶されかつ異なる電流波形が適切である動作状態（状態）下でアクセスされうる。
【００３２】
コントローラによって検出されたプロファイル選択信号の欠如において、自動プロファイル選択モードが呼出される。ステップ１００において、コントローラは、自動モードが呼出されるべきかどうかを決定するために入力４８でユーザ・プロファイル選択信号が受信されたかどうかを検出する。ステップ１００における決定が否定であるならば、コントローラは、受信したプロファイル選択信号が高トルク・プロファイル選択であるかどうかをステップ１０２で決定する。受信したプロファイル選択信号が高トルク・プロファイル選択ではない場合には、コントローラは、適切な遅延の後、ステップ１０４で高効率プロファイル・ルックアップ・テーブルからデータを検索するためにプロファイル・メモリにアクセスする。検索したデータは、トルク要求及び感知された回転子位置レベルの瞬時値に対する所望の電流値Ｉdiをもたらす。ステップ１０２において決定されるように、代わりに、高トルク・プロファイルが選択されたならば、対応しているルックアップ・テーブルがステップ１０６でアクセスされかつこのテーブルに対するＩdiの適切な値が得られる。ステップ１０４及び１０６の両方からの処理フローは、受信したユーザ・プロファイル選択及び上述した方法で継続するためのそのような選択の本質がまだ存在するかどうかの決定のためにステップ１００に戻る。ステップ１０４及び１０６における動作は、プロファイル・チェンジオーバーにおける過渡効果を克服するために十分に長い期間に対してステップ１０２における選択の後で発生する。そこで、ステップ１００への処理フローの戻りに対する適切な遅延は、多数の逐次的フィードバック・サンプリングに対して拡張しうる。
【００３３】
ユーザ・プロファイル選択入力信号が存在せずかつシステムがオフに切り替わっていないならば、コントローラは、波形プロファイルが自動的に選択されるべきであるということをステップ１００で決定する。この自動モードでは、システムが、高効率プロファイル電動機制御スキームで、ユーザ要求トルク入力に対するトルク追尾要件を満たすケーパビリティを有するかどうかの決定は、ステップ１０８でコントローラによって行われる。そのような決定は、ユーザ要求トルク入力及び電動機スピードの値から導き出される図３のブロック７０の出力からのコントローラの値Ｖi（ｔ）を参照して行うことができる。トルク要求は、導き出された制御電圧が電源の電圧レベルを越えないならば満たすことができる。この出力の導き出されたレベルがステップ１０８で決定された電源電圧を越えないならば、コントローラは、トルク追跡に対して高効率電動機制御スキームによって要求される電圧を供給することができる。コントローラは、適切な遅延の後、ステップ１１０で高効率プロファイル・ルックアップ・テーブルからデータを検索するためにプロファイル・メモリにアクセスする。その代わりに、導き出された電圧レベルが電源電圧よりも高いならば、電源キャパシティを越えるという決定がステップ１０８で行われる。コントローラは、適切な遅延の後、ステップ１１２で高トルク・プロファイル・ルックアップ・テーブルからデータを検索するためにプロファイル・メモリにアクセスする。ステップ１１０及び１１２の両方からの処理フローは、上述した方法で継続すべくステップ１００に戻る。動作が一つの動作プロファイル・モードから別の動作プロファイル・モードに変更することであるならば、上述した遅延は適切である。
【００３４】
ステップ１０８によって表された自動モード・プロファイル選択は、リアルタイムに基づくトルク・キャパシティしきい値の繰返し計算によって実行することができ、トルク要求及び電動機スピードの様々な組合せに対する電圧の計算は、予め行うことができかつプロファイル・メモリのルックアップ・テーブルの適切なプロファイルにリンクすることができる。図５は、説明した例に従うトルク及びスピードの値に対する高効率プロファイル・モード選択及び高トルク・プロファイル・モード選択に対する範囲間のルックアップ・テーブルの境界を表す曲線である。ルックアップ・テーブルは、多数のスピード/要求されたトルクの組合せに対して上述したコントローラ電圧/電源電圧比較を行うことによって形成される。スピードを表しているグラフの横座標及び要求されたトルクを表している縦座標を伴って、曲線は、高効率プロファイル動作モードにおけるトルクを追尾するためにシステムのキャパシティを越えている曲線の上のスピード/トルク組合せを有する両方の軸に漸近的である。このルックアップ・テーブルにアクセスすることによりコントローラは、曲線の下の点で表されるスピード/トルク組合せに対して高効率プロファイル・モードを選択しかつ残りの点に対して高トルク・プロファイル・モードを選択する。
【００３５】
この開示において、本発明の好適な実施形態及びその多様性のいくつかの例だけが示されかつ記述されている。本発明は、様々なその他の組合せ及び環境で使用可能に構成されかつここに示された発明概念の適用範囲内で変化または変更可能に構成されているということが理解されるべきである。例えば、様々なその他の電流波形プロファイルを用いうる。そこで、プロファイル・メモリは、特定のプロファイル選択コマンドの受信に応じてコントローラによってアクセス可能な複数のプロファイルを記憶しうる。複雑性が変化する様々なルックアップ・テーブルは、コントローラによって適切なプロファイル・モード選択に対して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明に採用されうる構成における回転子及び固定子素子を示している例示的な図である。
【図２】図２は、本発明による電動機制御システムのブロック図である。
【図３】図２の制御システムで使用するトルク・コントローラ技法を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明によるプロファイル選択機能性の動作に対するフローチャートである。
【図５】図５は、本発明によるトルク及びスピードの範囲に対するプロファイル・モード選択を表す曲線である。
【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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【国際調査報告】
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