(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷エミュレータによる三相電動モータのシミュレーション方法を提供する。【解決手段】負荷エミュレータ（１）はスイッチ手段（１５）を含み、スイッチ手段（１５）によって、エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）を給電端子（３）から高抵抗で遮断可能であり、かつスイッチ手段（１５）によって、エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）を給電端子（３）に低抵抗で接続可能であり、給電端子（３）は、高抵抗の抵抗回路網（１６）を介して互いに接続されており、電動モータの選択された動作状態をシミュレートするために、エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）は、スイッチ手段（１５）によって給電端子（３）から高抵抗で分離され、または給電端子（３）からすでに高抵抗で分離されているエミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）は、スイッチ手段（１５）によって低抵抗で給電端子（３）に接続される。【選択図】図３
2018074902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷エミュレータ（１）による三相電動モータのシミュレーション方法であって、
前記負荷エミュレータ（１）は、該負荷エミュレータ（１）の負荷端子（２）を介して、モータ制御装置（４）の給電端子（３）と三相で接続されており、
前記負荷エミュレータ（１）は、エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）と、該エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）を制御するエミュレータ制御装置（６）とを有しており、
前記エミュレータ制御装置（６）は、前記モータ制御装置（４）により駆動されている給電端子（３）と駆動されていない給電端子（３）とを検出し、
前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）は、前記エミュレータ制御装置（６）によって以下のように駆動される、すなわち、
前記モータ制御装置（４）により駆動されている前記給電端子（３）には、前記エミュレータ制御装置（６）によりモータモデル（８）に基づき計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅが流れ、前記モータ制御装置（４）により駆動されていない前記給電端子（３）には、前記エミュレータ制御装置（６）によりモータモデル（８）に基づき計算された相電圧ｖｅｍｕｌａｔｅが送出される、
ように駆動される、
負荷エミュレータ（１）による三相電動モータのシミュレーション方法において、
前記負荷エミュレータ（１）はスイッチ手段（１５）を含み、該スイッチ手段（１５）によって、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）を前記給電端子（３）から高抵抗で遮断可能であり、かつ該スイッチ手段（１５）によって、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）を前記給電端子（３）に低抵抗で接続可能であり、前記給電端子（３）は、高抵抗の抵抗回路網（１６）を介して互いに接続されており、
前記電動モータの選択された動作状態をシミュレートするために、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）は、前記スイッチ手段（１５）によって前記給電端子（３）から高抵抗で分離され、または前記給電端子（３）からすでに高抵抗で分離されている前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）は、前記スイッチ手段（１５）によって低抵抗で前記給電端子（３）に接続される、
ことを特徴とする、
負荷エミュレータ（１）による三相電動モータのシミュレーション方法。
【請求項２】
高抵抗の抵抗回路網（１６）として、実質的にオーミックな３つの抵抗から成るスター結線が選択され、該スター結線の自由端各々は、前記モータ制御装置（４）のそれぞれ別の給電端子（３）と接続されている、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
初期状態として、前記モータ制御装置（４）はいかなる給電端子（３）も駆動せず、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）は前記スイッチ手段（１５）によって、前記給電端子（３）から高抵抗で分離されており、
前記モータ制御装置（４）の各給電端子（３，ｉ，ｊ）間で測定により求められた出力差分電圧ｖｉｎｖ，ｄｉｆｆ（ｉ，ｊ）のうちの少なくとも１つが、予め定められた電圧閾値ＴＨｉｍｐｅｄａｎｃｅよりも大きい場合に、前記モータ制御装置（４）により開始された前記給電端子（３）の駆動による電動機動作のモータ始動が識別される、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
初期状態として、前記モータ制御装置（４）はいかなる給電端子（３）も駆動せず、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）は前記スイッチ手段（１５）によって、前記給電端子（３）から高抵抗で分離されており、
前記モータモデル（８）のモータ回転数ωｍｏｔ，ｅｍｕの値が求められて、モータ回転数ωｍｏｔ，ｅｍｕがゼロと等しくない場合に、発電機動作のモータ始動が識別される、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
電動機動作または発電機動作のモータ始動が識別された場合、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）は前記スイッチ手段（１５）によって、前記給電端子（３）に低抵抗で接続され、
前記エミュレータ制御装置（６）は、前記負荷端子（２）に電圧が印加されるように、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）の前記負荷端子（２）を駆動する、
請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
前記エミュレータ制御装置（６）は、前記モータ制御装置（４）から前記給電端子（３）へ送出される可能性がないテスト電圧が前記給電端子（３）に印加されるように、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）の前記負荷端子（２）を駆動し、
特に前記テスト電圧は、前記モータ制御装置（４）の中間回路電圧ｖＤＣ＿Ｌｉｎｋの半分の値に、対応するモータ相におけるシミュレートされた逆誘起電圧を加算した電圧に相応する、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記給電端子（３）への前記テスト電圧の印加は、待ち時間ｔ３を経て行われ、
前記モータ制御装置（４）の１つの給電端子ｊにおいて測定された出力電圧ｖｉｎｖ（ｊ）と、前記待ち時間ｔ３後に前記負荷端子（２）を介して送出された前記テスト電圧との差分電圧ｖｄｉｆｆ（ｊ）の絶対値が、予め定められた電圧閾値ｖＴＨよりも大きい場合に、前記給電端子ｊの駆動状態ＳＰＨ（ｊ）＝０が識別される、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記待ち時間ｔ３は少なくとも、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）が前記テスト電圧の設定値を確実に調整するために必要とする長さに選定される、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記モータ制御装置（４）の前記給電端子ｊが駆動状態ＳＰＨ（ｊ）＝０にあることが識別された後、前記エミュレータ制御装置（６）は、いまや前記モータ制御装置（４）により駆動されている前記給電端子ｊを介して、前記エミュレータ制御装置（６）により計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ（ｊ）が流れるように、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）を駆動し、
特に、同時に２つの給電端子（３）が駆動されていることが識別された場合には、モータモデル（８）として矩形波転流によるモータのモデルが適用され、
同時に３つの給電端子（３）が駆動されていることが識別された場合には、モータモデル（８）として正弦波転流によるモータのモデルが適用される、
請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
前記エミュレータ制御装置（６）により、駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝０から非駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝１への前記モータ制御装置（４）の給電端子ｋの遷移が、以下のことにより識別される、すなわち、
前記エミュレータ制御装置（６）により計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ（ｋ）が、予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）から予め定められた第２の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，２（ｋ）まで減少する期間であるタイムインターバルＴＩＶｃａｌｃ，１中に、前記モータ制御装置（４）の前記給電端子ｋの対応する測定された出力電圧ｖｉｎｖ（ｋ）について時間積分ＶＩｎｔｅｇｒａｌ，１が計算され、該時間積分ＶＩｎｔｅｇｒａｌ，１が、予め定められた電圧時間閾値ＶＤｉｏｄｅＴＨ，１（ｋ）よりも大きい、
ということにより識別される、
請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）は、前記相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ，（ｋ）の計算された最大電流値の半分よりも小さく、特に前記相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ，（ｋ）の計算された最大電流値の４分の１よりも小さく、かつ／または、
前記予め定められた第２の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，２（ｋ）は、前記予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）の分数であり、好ましくは前記予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）の４分の３であり、かつ／または、
前記予め定められた電圧時間閾値ＶＤｉｏｄｅＴＨ，１（ｋ）は、前記モータ制御装置（４）に含まれる環流ダイオード（１８）の環流ダイオード電圧の半分の時間積分ＶＩｎｔｅｇｒａｌ，１に相応する、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記エミュレータ制御装置（６）により駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝０から非駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝１への前記モータ制御装置（４）のすべての給電端子の遷移が調べられ、
駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝０から非駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝１への前記モータ制御装置（４）の少なくとも２つの給電端子（３）の遷移が識別された場合には、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）が前記スイッチ手段（１５）によって、前記負荷端子（２）から高抵抗で分離される、
請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１３】
三相電動モータをシミュレートする負荷エミュレータ（１）であって、
当該負荷エミュレータ（１）は、該負荷エミュレータ（１）の負荷端子（２）を介して、モータ制御装置（４）の給電端子（３）と三相で接続可能であり、
当該負荷エミュレータ（１）は、エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）と、該エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）を制御するエミュレータ制御装置（６）とを有しており、
前記エミュレータ制御装置（６）は、前記モータ制御装置（４）により駆動されている給電端子（３）と駆動されていない給電端子（３）とを検出し、
前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）は、前記エミュレータ制御装置（６）によって駆動されて、前記モータ制御装置（４）により駆動されている前記給電端子（３）には、前記エミュレータ制御装置（６）によりモータモデル（８）に基づき計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅが流れ、前記モータ制御装置（４）により駆動されていない前記給電端子（３）には、前記エミュレータ制御装置（６）によりモータモデル（８）に基づき計算された相電圧ｖｅｍｕｌａｔｅが送出される、
三相電動モータをシミュレートする負荷エミュレータ（１）において、
当該負荷エミュレータ（１）はスイッチ手段（１５）を含み、該スイッチ手段（１５）によって、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）を前記給電端子（３）から高抵抗で遮断可能であり、かつ該スイッチ手段（１５）によって、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）を前記給電端子（３）に低抵抗で接続可能であり、前記給電端子（３）は、高抵抗の抵抗回路網（１６）を介して互いに接続されている、
ことを特徴とする、
三相電動モータをシミュレートする負荷エミュレータ（１）。
【請求項１４】
前記エミュレータ制御装置（６）は、前記電動モータの選択された動作状態をシミュレートするために、前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）と前記スイッチ手段（１５）とを以下のように駆動する、すなわち、
前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）が、前記スイッチ手段（１５）によって前記給電端子（３）から高抵抗で分離され、または前記給電端子（３）からすでに高抵抗で分離されている前記エミュレータパワーエレクトロニクス装置（５）が、前記スイッチ手段（１５）によって低抵抗で前記給電端子（３）に接続される、
ように駆動する、
請求項１３記載の負荷エミュレータ（１）。
【請求項１５】
前記高抵抗の抵抗回路網（１６）は、実質的にオーミックな３つの抵抗から成るスター結線であり、該スター結線の自由端各々は、前記モータ制御装置（４）のそれぞれ別の給電端子（３）と接続されている、
請求項１３または１４記載の負荷エミュレータ（１）。
【請求項１６】
前記エミュレータ制御装置（６）は、
規定どおりに使用した場合に、該エミュレータ制御装置（６）が請求項３から１２までの少なくとも１つの請求項の特徴部分に記載された方法を実施する、
ように構成されている、
請求項１３から１５までのいずれか１項記載の負荷エミュレータ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷エミュレータによる三相電動モータのシミュレーション方法に関する。この場合、負荷エミュレータはその負荷端子を介して、モータ制御装置の給電端子と三相で接続されており、負荷エミュレータは、エミュレータパワーエレクトロニクス装置と、このエミュレータパワーエレクトロニクス装置を制御するエミュレータ制御装置とを有しており、エミュレータ制御装置は、モータ制御装置により駆動されている給電端子と、駆動されていない給電端子とを検出する。その際、エミュレータパワーエレクトロニクス装置は、エミュレータ制御装置により駆動されて、モータ制御装置により駆動されている給電端子には、エミュレータ制御装置によりモータモデルに基づき計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅが流れ、モータ制御装置により駆動されていない給電端子には、エミュレータ制御装置によりモータモデルに基づき計算された相電圧ｖｅｍｕｌａｔｅが送出される。本発明はさらに、負荷エミュレータのエミュレータ制御装置にも関する。このエミュレータ制御装置は、上述の三相電動モータのシミュレーション方法を、エミュレータパワーエレクトロニクス装置と共働して実施することができるように構成されている。
【０００２】
負荷エミュレータを用いた電気負荷のシミュレーション方法は、「本物の」電気駆動装置を、本明細書では三相電動モータである電気駆動装置を、モータ制御装置に接続するようなことはせずに、実験室のコンディションのもとでその制御装置をテストするために用いられる。もっと正確にいえば、電気負荷つまり三相電動モータは、負荷エミュレータによってシミュレートされる。モータ制御装置の多くは、変換器の形態の電力出力段を備えた制御装置から成る。この制御装置は電流変換器制御データを生成し、それらのデータは、一般に半導体スイッチ素子（ＩＧＢＴ，ＩＧＣＴ等）によって実現されている変換器の電力スイッチを適切に駆動するために用いられる。本明細書で考察する適用事例の場合、モータ制御装置の変換器はインバータとして動作し、つまりこの変換器は、エネルギー源として直流電圧源を有し、交流電圧によって負荷を駆動する。モータ制御装置の変換器は通常、既述の電力スイッチにより実現されたハーフブリッジ回路を含んでおり、この場合、それらの電力スイッチには、逆並列接続された環流ダイオードが設けられており、電力スイッチが開かれているときにそれらの環流ダイオードを介して、モータのインダクタンスにより駆動される電流を徐々に低減して消滅させることができる。
【０００３】
負荷エミュレータの多くは、ハードウェア・イン・ザ・ループ・シミュレータとして実現され、つまりシミュレーションコンピュータによって実現される。シミュレーションコンピュータは、シミュレートすべき環境の数学的モデルを、本明細書では三相電動モータである負荷の数学的モデルを、数値的手法を用いて計算し、このコンピュータの側にはパワーエレクトロニクス出力段（エミュレータパワーエレクトロニクス装置）が設けられていて、負荷エミュレータの負荷端子を介してこの出力段を、モータ制御装置の対応する給電端子と接続することができる。このようにすることで、負荷エミュレータに実装された三相電動モータのシミュレーション方法により、モータ制御装置があたかも本物の駆動装置と接続されているかのように、モータ制御装置に対しその給電端子を介して電気的に負荷が印加される、という結果がもたらされる。
【０００４】
既述の三相電動モータのシミュレーション方法は、たとえば欧州特許出願公開第２９４０８５７号明細書（EP 2940857 A1）から公知である。この文献によれば、三相電動モータとして、もっぱらブラシレス直流モータが扱われている。この文献は内容的に本願と類似していることから、この出願の開示内容を参照されたい。ブラシレス直流モータは、ブラシレス構造ゆえに、低摩耗でメンテナンスの手間がかからない。
【０００５】
ブロック転流もしくは矩形波転流により駆動されるブラシレス直流モータの場合、モータ制御装置により、３つのモータ相のうち常に２つのモータ相が駆動され、つまりこの場合、モータ制御装置の３つの給電端子のうち２つの給電端子が駆動され、三相巻線のうち３つめの相は、モータ制御装置によって駆動されず、したがってモータ制御装置の対応する給電端子も駆動されない。モータ制御装置により三相巻線を周期的に切り替えることによって、回転磁界が生成される。モータ制御装置により駆動されないブラシレス直流モータの相では、相電流が低下していき、まもなく完全に流れなくなる。ブラシレス直流モータの非駆動相は、しばしば非通電相とも呼ばれるが、上述のように、非駆動状態と非通電状態とが時間的にばらばらになる可能性がある。ブラシレス直流モータの１つの相が、モータ制御装置によってもはや駆動されなくなると、その結果、もはや駆動されていない相における相電流が、必ずしも転流直後ではないけれども、最終的には流れなくなり、したがってこの相が実際に非通電状態となる。
【０００６】
ただし、ブラシレス直流モータの非駆動相には逆電圧が誘起され、この逆電圧の検出は、ブラシレス直流モータを駆動するために極めて重要である。その理由は、この逆電圧から回転子の位置角度を特定できるからであり、したがってモータ制御装置は、別個に角度エンコーダを用いなくても、次の転流時点を求めることができ、つまり非駆動給電端子から駆動給電端子への、およびその逆への切替時点を求めることができるからである。よって、矩形波転流によるブラシレス直流モータのエミュレーションにおいても、モータ制御装置が角度エンコーダを用いなくても次の転流時点を特定できるようにする目的で、非駆動相に誘起される逆電圧のシミュレーションが重要である。とはいえ、角度エンコーダを装備したブラシレス直流モータの場合であっても、エミュレーションを行うにあたって逆電圧の計算が重要である。なぜならば、そのようにすることによってのみ、エミュレートされるモータの物理特性つまりは接続負荷を適正に計算してシミュレートできるからである。
【０００７】
エミュレータパワーエレクトロニクス装置には、モータ制御装置の給電端子に相応の電気的接続負荷を印加するために、電圧源と電流源とが含まれており、これらはたいていはデカップリングインダクタを介して、エミュレータパワーエレクトロニクス装置の負荷端子と接続可能である。したがって、電圧源および電流源をエミュレータパワーエレクトロニクス装置の負荷端子と相応に接続することによって、モータ制御装置により駆動されていないケースであれば、逆誘起電圧だけが負荷端子に印加されるのか、またはモータ制御装置により駆動されているケースであれば、負荷端子に電流が流れているのか、に応動することができる。負荷端子と電圧源もしくは電流源との間に設けられたデカップリングインダクタによって、接続された電圧源もしくは電流源により予め定められた電気的接続負荷の作用が負荷端子に即座に及ぼされてしまうことが阻止される。
【０００８】
欧州特許出願公開第２９４０８５７号明細書（EP 2940857 A1）に記載されている方法によれば、負荷エミュレータを用いることにより、動作条件が変動しても転流時点が確実に識別されるようにして、三相ブラシレス直流モータの高品質のシミュレーションが実現される。このことは、三相直流モータの通常動作について当てはまる。
【０００９】
つまり従来技術から公知の方法によれば、三相直流モータの電動機動作プロセスをシミュレートし、モータ制御装置による直流モータの種々の相の駆動切替を識別して、それに対し相応に応動することができる。
【００１０】
従来技術から公知の方法を拡張して、実質的に任意の三相電動モータを、つまりたとえば永久磁石により励磁される同期機、または正弦波転流による、または同等に駆動される非同期モータも、負荷エミュレータを用いてシミュレートできるようにすることに、多大な関心が集まっている。正弦波転流による駆動と矩形波転流による駆動との本質的な相違点は、正弦波転流による駆動の場合には、すべてのモータ相が途切れることなく駆動される、ということであり、すなわち動作中、モータ相のいずれも非駆動状態つまりは非通電状態にはならない、ということである。この場合、持続的に規定された電圧が、モータ制御装置のパワーエレクトロニクス装置から、モータ制御装置の給電端子に出力される。
【００１１】
しかも、負荷エミュレータを用いて三相電動モータをシミュレートするための従来技術から公知の方法によれば、電動モータの動作時の特別な状態に対し適切に応動することができず、または著しい制約を伴ってしか応動できない。上述の特別な状況とはたとえば、モータ制御装置の初期化ルーチンの取り扱いである。この初期化ルーチンの役割は特に、制御装置への電動モータの接続および電動モータの基本特性（たとえば短絡、断線の存在など）をチェックすることであり、その際、モータ制御装置の出力段によってたとえば任意の電圧が１つのモータ相に送出され、他の相においてフィードバック測定される。これとは別のこの種のルーチンは、たとえばモータ診断のために用いられる。
【００１２】
したがって本発明の課題は、冒頭で述べた負荷エミュレータによる三相電動モータのシミュレーション方法を、ブラシレス三相直流モータの動作に限定されないようにすると共に、通常の電動機動作または発電機動作以外の三相電動モータの特別動作状態も考慮されるように、さらに発展させることにある。
【００１３】
これまでの記述から導き出された上述の課題は、三相電動モータをシミュレートするための冒頭で述べた形式の方法において、以下のように構成することによって解決される。すなわち、負荷エミュレータはスイッチ手段を含み、スイッチ手段によって、エミュレータパワーエレクトロニクス装置を給電端子から高抵抗で遮断可能であり、かつスイッチ手段によって、エミュレータパワーエレクトロニクス装置を給電端子に低抵抗で接続可能であり、給電端子は、高抵抗の抵抗回路網を介して互いに接続されている。さらに、電動モータの選択された動作状態をシミュレートするために、エミュレータパワーエレクトロニクス装置は、スイッチ手段によって給電端子から高抵抗で分離され、または給電端子からすでに高抵抗で分離されているエミュレータパワーエレクトロニクス装置は、スイッチ手段によって低抵抗で給電端子に接続される。
【００１４】
本発明による方法を実施するために、負荷エミュレータは回路技術的に、スイッチ手段と高抵抗の抵抗回路網とによって補われる。スイッチ手段によって、エミュレータパワーエレクトロニクス装置を給電端子から高抵抗で遮断することができ、当然ながらその逆に、エミュレータパワーエレクトロニクス装置を再び給電端子に低抵抗で接続することもできる。このような措置によってまずは基本的に可能となるのは、エミュレータパワーエレクトロニクス装置をモータ制御装置から有効に電気的に分離することである。この「分離」を、様々な回路技術的措置によって実現することができる。その際、完全な直流分離が必ずしも生じていなくてもよく、たとえば完璧な直流分離を成すものではない半導体スイッチなどを介して、エミュレータパワーエレクトロニクス装置を給電端子から、著しく高抵抗で電気的に分離できれば、それでも十分である。つまりここで意図されているスイッチ手段によれば、モータ制御装置とエミュレータパワーエレクトロニクス装置との間の相互作用を阻止することができ、あとでさらに説明するように、このことは多くの状況において有利である。
【００１５】
これに加えて給電端子は、高抵抗の抵抗回路網を介して互いに接続されている。その際、高抵抗の抵抗回路網を介した給電端子のこのような接続は、スイッチ手段の影響を受けず、つまり高抵抗の抵抗回路網は、スイッチ手段によってエミュレータパワーエレクトロニクス装置が給電端子から高抵抗で遮断されているときでも、給電端子とは接続されている。負荷エミュレータの通常動作中、つまりエミュレータパワーエレクトロニクス装置と給電端子との間で低抵抗の接続が機能しているときには、抵抗回路網によってもモータ制御装置にほとんど負荷が印加されないように、抵抗回路網を介した給電端子の高抵抗の接続が厳密に選定されている。抵抗回路網を設けた意義は、エミュレータパワーエレクトロニクス装置がスイッチ手段により負荷端子もしくは給電端子から高抵抗で遮断された状態のときにも、モータ制御装置の各給電端子が結線されており、つまりそれらの給電端子は負荷エミュレータの負荷端子と接続されている、という点にある。したがってモータ制御装置の給電端子は電気的に開放された状態ではなく、高抵抗の抵抗回路網を介して互いに接続されている。
【００１６】
これにより回路技術的には、たとえエミュレータパワーエレクトロニクス装置がモータ制御装置から高抵抗で分離されていても、モータ制御装置の特定の動作態様に対して基本的に応動可能である、という前提条件がもたらされる。このことが望まれるのはたとえば、モータ制御装置が初期化フェーズ中、給電端子に所定の電圧を送出し、またはそれぞれ異なる給電端子に所定の電圧パターンを送出し、見かけ上は接続されているように見えるモータに関して情報を取得する目的で、別の給電端子を介して電圧をフィードバック測定しようという場合などである。このケースではかかるフィードバック通報を、高抵抗の抵抗回路網を介してそのまま行うことができる。つまり高抵抗の抵抗回路網は、エミュレータパワーエレクトロニクス装置が給電端子から高抵抗で遮断された状態にあるときにも、モータ制御装置にとっては接続されたモータを成すものである。
【００１７】
したがってモータ制御装置と電動モータの初期化という選択された動作状態を扱うために、スイッチ手段によってエミュレータパワーエレクトロニクス装置が給電端子から高抵抗で分離される。これとは逆に有利になり得るのは、電動モータの始動という動作状態が選択された場合に、まずはスイッチ手段によってエミュレータパワーエレクトロニクス装置を給電端子から分離し、モータ制御装置から給電端子に送出される信号パターンを観察し、次いで負荷エミュレータの適切な調整および同期合わせを行ってから、エミュレータパワーエレクトロニクス装置を再び給電端子に低抵抗で接続することであり、したがってこの場合には、高抵抗で分離された状態から低抵抗で接続された状態に遷移させられる。
【００１８】
好ましくは、負荷エミュレータによる三相電動モータのシミュレーション方法は、以下のように構成されている。すなわち、高抵抗の抵抗回路網として、実質的にオーミックな３つの抵抗から成るスター結線が選択され、このスター結線の自由端各々は、モータ制御装置のそれぞれ別の給電端子と接続されている。対称的なスター結線によって、シミュレートすべき三相電動モータの、通常は同様に対称的に構成された相がシミュレートされる。スター結線の中性点は電位的に自由な状態にあり、つまりそこには、モータ制御装置の給電端子によりスター結線の自由端が相応に電圧駆動されることによって生じる電位が発生し、エミュレータパワーエレクトロニクス装置が給電端子から高抵抗で分離されているときには、いずれにせよこれは決定的な影響を及ぼすものである。
【００１９】
本発明による方法の１つの実施形態によれば、以下のように構成されている。すなわち、初期状態として、モータ制御装置はいかなる給電端子も駆動せず、エミュレータパワーエレクトロニクス装置はスイッチ手段によって、負荷端子から高抵抗で分離されており、モータ制御装置の各給電端子ｉ，ｊ間で測定により求められた出力差分電圧ｖｉｎｖ，ｄｉｆｆ（ｉ，ｊ）のうちの少なくとも１つが、予め定められた電圧閾値ＴＨｉｍｐｅｄａｎｃｅよりも大きい場合に、モータ制御装置により開始された給電端子の駆動による電動機動作のモータ始動が識別される。
【００２０】
これはたとえば、高抵抗状態から脱した状態遷移に関する一例であり、その際に給電端子によりフィードバック測定された電圧が考慮され、つまりは算出可能または直接測定可能な出力差分電圧も考慮される。これによればモータは、静止状態から脱して電動機動作で駆動され、したがって給電端子を介して三相電動モータを通電するための電圧が、モータ制御装置の出力段から送出される。次いでそれらの出力電圧ｖｉｎｖは、中間回路電圧ｖＤＣ＿Ｌｉｎｋまたはアース電位に引き寄せられる。任意に低い出力差分電圧ｖｉｎｖ，ｄｉｆｆのときに、即座に高抵抗状態から脱して遷移しないようにする目的で、所定の電圧閾値ＴＨｉｍｐｅｄａｎｃｅが予め定められる。
【００２１】
これとは逆に、発電機動作のケースを識別することもでき、つまりこれはシミュレートされる三相電動モータが負荷を介して駆動される場合である。このケースでは、以下のように構成されている。すなわち初期状態として、モータ制御装置はいかなる給電端子も駆動せず、エミュレータパワーエレクトロニクス装置はスイッチ手段によって、負荷端子から高抵抗で分離されており、モータモデルのモータ回転数の値が求められて、モータ回転数がゼロと等しくなければ、発電機動作のモータ始動が識別される。
【００２２】
このケースでは、モータ制御装置のすべてのハーフブリッジスイッチが開放されている。三相電動モータが所定の回転数で駆動されると、固定子巻線に逆電圧が誘起される。２つのモータ相間で測定可能なすべての逆誘起電圧が、モータ制御装置の給電端子に加わる中間回路電圧よりも小さいかぎり、固定子巻線には電流が流れないので、逆誘起電圧をモータ制御装置の任意の２つの相の間で測定することができる。この状態は、非駆動状態にされたモータが静止状態に向かっているときにも発生し、つまりモータに外部からトルクが印加されず、それまで生じていた回転数が回転部材の慣性モーメントゆえに徐々に減少して消滅する場合にも発生する。高抵抗で分離された状態から、エミュレータパワーエレクトロニクス装置が再び負荷端子と低抵抗で接続される駆動状態への遷移に対する条件として、シミュレートされた回転数の値が求められる。ここではエミュレータ制御装置において三相電動モータがシミュレートされているにすぎないので、当然ながら実際の回転数は存在しない。シミュレートされる電動モータが回転すると、たとえば負荷端子に電圧が送出されることによって（電圧モード）、すべての相と共に駆動状態へと遷移させられる。
【００２３】
あるときは電動機動作のケースにおいて、あるときは発電機動作のケースにおいて、高抵抗で分離された状態から脱して遷移させる本発明による方法の既述の２つの実施形態によれば、好ましくは以下のように構成されている。すなわち、電動機動作または発電機動作のモータ始動が識別されたならば、エミュレータパワーエレクトロニクス装置はスイッチ手段によって、給電端子に低抵抗で接続され、エミュレータ制御装置は、給電端子に電圧が印加されるように、エミュレータパワーエレクトロニクス装置の負荷端子を駆動する。冒頭で説明したように、エミュレータパワーエレクトロニクス装置は、モータ制御装置の給電端子に相応の電気的接続負荷を印加するために、電圧源と電流源とを有している。つまりこのケースでは、エミュレータパワーエレクトロニクス装置と給電端子との間において再び低抵抗の接続が形成された後、給電端子に特定の電圧を送出する電圧源が用いられ、通常、これはエミュレータパワーエレクトロニクス装置の負荷端子を介して行われる。
【００２４】
既述の方法の１つの実施形態によれば、さらに以下のように構成されている。すなわちエミュレータ制御装置は、モータ制御装置から給電端子へ送出される可能性がないテスト電圧が給電端子に印加されるように、エミュレータパワーエレクトロニクス装置の負荷端子を駆動し、特にこの場合、テスト電圧は、モータ制御装置の中間回路電圧ｖＤＣ＿Ｌｉｎｋの半分の値に相応する。このような措置によって、給電端子のいずれがモータ制御装置によって駆動されるのか、または正弦波転流のケースのようにすべての給電端子が持続的に駆動されるのか、または矩形波転流のケースのように３つの給電端子のうち２つだけが交互に駆動されるのか、を見出すことができる。
【００２５】
すべての相が電圧モードにある場合、本発明による方法の１つの好ましい実施形態によれば、それぞれテスト電圧（ｖＤＣ＿Ｌｉｎｋ／２）に、対応するモータ相におけるシミュレートされた逆誘起電圧を加算した電圧が、電圧目標値として用いられるように構成されている。この場合にはテスト電圧は、エミュレートされた誘起相電圧に対するオフセットだけである。初期状態としてモータが静止している場合、逆誘起電圧はゼロに等しい。ただしブリッジスイッチが開放されているときに、モータが発電機動作で駆動される場合には、またはブリッジスイッチが開放されているときにモータが静止状態に向かっている場合には、逆誘起電圧が発生し、この電圧はやはり目標値によって同様に考慮される。この動作中（ブリッジスイッチ開放、電流なし、ただし２つの任意のモータ相間に誘起電圧）、測定可能な誘起電圧は何らかの電位（たとえばアース）に関連づけられない。なぜならば給電端子へ、または給電端子から電流は流れず、モータ巻線も同様に無電位（スター結線の中性点は無電位）だからである。このため、任意の２つのモータ相間でエミュレートされた電圧を測定することは、制御装置の側にとって意義があり、したがって任意の２つの相の間において、測定された電圧がｖＤＣ＿Ｌｉｎｋにダイオード電圧の２倍の電圧を加算した電圧よりも大きくならないかぎり、対応する電圧形成に対する具体的なオフセットは、最終的には重要ではない。
【００２６】
モータ制御装置によっても発生し得ないテスト電圧の選択は、フィードバック測定される電圧の電位を区別できるようにする役割を果たす。モータ制御装置は、その内部で動作するハーフブリッジスイッチによって、給電端子に対し中間回路電圧またはアース電位だけを印加することができ、つまり中間回路電圧の半分の値がモータ制御装置から到来する可能性はなく、したがってある相においてそのような電圧が測定されたならば、それはモータ制御装置によって駆動されていない相に係わるものであり、その相は、開放されたハーフブリッジスイッチを介して電位的に開放状態に切り替えられている。
【００２７】
好ましくは、給電端子へのテスト電圧の印加は、待ち時間ｔ３を経て行われ、モータ制御装置の給電端子ｊにおいて測定された出力電圧ｖｉｎｖ（ｊ）と、待ち時間ｔ３後に負荷端子を介して送出されたテスト電圧との差分電圧ｖｄｉｆｆ（ｊ）の絶対値が、予め定められた電圧閾値ｖＴＨよりも大きい場合に、給電端子ｊの駆動状態ＳＰＨ（ｊ）＝０が識別されるように構成されている。このような措置は、負荷エミュレータ特にエミュレータパワーエレクトロニクス装置における過渡的な過程を減衰させて、電圧の値を求めるときには安定した信頼性のある値が得られるようにする役割を果たす。好ましくは、待ち時間ｔ３は少なくとも、エミュレータパワーエレクトロニクス装置がテスト電圧の設定値を確実に調整するのに必要とする長さに選定される。
【００２８】
駆動されている相もしくは駆動されている給電端子を既述のように識別することによって、ひいては矩形波転流による駆動または正弦波転流による駆動をモータ制御装置により識別することによって、高い信頼性を伴い適正な態様で三相電動モータを負荷エミュレータによりシミュレートすることができる。これは以下のようにして行われる。すなわち、モータ制御装置の給電端子ｊが駆動状態ＳＰＨ（ｊ）＝０にあることが識別された後、エミュレータ制御装置は、いまやモータ制御装置により駆動されている給電端子ｊを介して、エミュレータ制御装置により計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ（ｊ）が流れるように、エミュレータパワーエレクトロニクス装置を駆動し、特に、同時に２つの給電端子が駆動されていることが識別された場合には、モータモデルとして矩形波転流によるモータのモデルが適用され、同時に３つの給電端子が駆動されていることが識別された場合には、モータモデルとして正弦波転流によるモータのモデルが適用される。その際、電動モータの２つの異なるモデルが扱われるのか否かは重要ではなく、もちろん１つのモデルであっても同様によく、これには個々の状況を適切に扱うための相応のサブモデルも含まれる。
【００２９】
ここで呈示した三相電動モータのシミュレーション方法は、矩形波転流される電動モータだけに限定されるものではなく、むしろすべての相が途切れることなく駆動される電動モータも、つまりすべての相に対し途切れることなくエミュレータパワーエレクトロニクス装置により計算された電流が供給される電動モータも、当然ながらシミュレート可能である。よって、本発明による方法の１つの実施形態によれば、モータの１つの任意の相について、つまりはモータ制御装置の１つの任意の給電端子について、その相もしくはその給電端子がモータ制御装置により引き続き駆動されるか否か、が確実に識別されるように構成されている。この問い合わせは、１つの相の電流のゼロクロスのたびに行われる。正弦波転流による駆動の場合には、電流のゼロクロスのときにも、いずれの相も駆動状態のまま維持されるのに対し、矩形波転流による駆動の場合には、電流のゼロクロスの際に、それまで駆動されていた相のうち１つの相が必ず非駆動状態に遷移する。
【００３０】
したがって、エミュレータ制御装置により、駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝０から非駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝１へのモータ制御装置の給電端子ｋの遷移が、以下のことによって識別されるように構成されている。すなわち、エミュレータ制御装置により計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ（ｋ）が、予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）から予め定められた第２の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，２（ｋ）まで減少する期間であるタイムインターバルＴＩＶｃａｌｃ，１中に、モータ制御装置の給電端子ｋの対応する測定された出力電圧ｖｉｎｖ（ｋ）について時間積分ＶＩｎｔｅｇｒａｌ，１が計算される、ことによって識別されるように構成されている。時間積分ＶＩｎｔｅｇｒａｌ，１が予め定められた電圧時間閾値ＶＤｉｏｄｅＴＨ，１（ｋ）よりも大きければ、観察されている相は非駆動状態へ遷移している。その結果、非駆動状態であると識別された相もしくは対応する負荷端子は、エミュレータパワーエレクトロニクス装置によって電流モードから電圧モードへ遷移させられることになり、もはや計算された電流ではなく、計算された誘起電圧が印加される。なぜならば、その相はモータ制御装置の側で開放状態に切り替えられ、つまり浮動状態にあるからである。
【００３１】
この着想は、以下の状況を利用することに基づいている。すなわち、駆動されていない給電端子を介して、非駆動状態であっても当初は電流が流れるが、この電流はモータ制御装置に必ず含まれるモータ制御装置インバータの環流ダイオードを介して徐々に減少して消滅するのである。この場合、環流ダイオードのところで、一般に約０．７Ｖの電圧が降下する。この電圧を、モータ制御装置の給電端子を介して測定することができ、このことは本発明において該当する。電流のゼロクロスを伴って、モータ制御装置の相が駆動されているとするならば、もしくはモータ制御装置の給電端子が駆動されているとするならば、モータ制御装置の該当する給電端子において測定可能な電圧は、実質的にゼロであるか、またはｖＤＣ＿Ｌｉｎｋに相応する。この相違が、これまで説明した方法によって評価される。
【００３２】
このことに基づき構築された本発明による方法の１つの実施形態の特徴によれば、予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）は、相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ，（ｋ）の計算される最大電流値の半分よりも小さく、特に、相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ，（ｋ）の計算される最大電流値の４分の１よりも小さい。このことによって、電流が実際にゼロクロスに向かって動くことが保証される。たとえば１００Ａのシステムであれば、ｉｅｍｕｌａｔｅ，（ｋ）は２５Ａよりも小さくなる。実際の運用において１００Ａのシステムの場合には、有効な閾値を１Ａ〜２Ａの間に選定することさえ可能であった。小電力領域の用途（たとえばハードディスクモータなど）では、この閾値をさらに著しく小さくすることもできる。ここで重要であるのは、規定された電流導体において、電流が完全に消滅してしまう前に環流ダイオードを介して電圧を依然として測定できる、ということである。
【００３３】
さらに、予め定められた第２の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，２（ｋ）が、予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）の分数であるように、好ましくは予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）の４分の３となるように、構成されている。いずれにせよ、予め定められた第２の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，２（ｋ）を、環流ダイオードを介した電圧が完全には落ち込むことがない大きさに選定するのが望ましい。
【００３４】
さらに有用であると判明したのは、予め定められた電圧時間閾値ＶＤｉｏｄｅＴＨ，１（ｋ）が、モータ制御装置に含まれる環流ダイオードにおける環流ダイオード電圧の半分の時間積分に相応することである。この場合も積分期間として、タイムインターバルＴＩＶｃａｌｃ，１が用いられ、このタイムインターバルＴＩＶｃａｌｃ，１内で、エミュレータ制御装置により計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ（ｋ）が、予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）から予め定められた第２の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，２（ｋ）まで減少する。これにより生じる閾値は、給電端子がモータ制御装置のインバータの出力スイッチを介してアース電位または高電位に引き寄せられても、駆動状態の給電端子に場合によってはまだ加わっている積分されていく電圧と区別するのに十分な大きさである。
【００３５】
非駆動状態の給電端子を確実に識別することによって、たとえば遮断されているモータ制御装置に応動することのできる、本発明による方法の１つの興味深い実施形態が実現される。本発明による方法のこの実施形態によれば、エミュレータ制御装置によって既述のように、モータ制御装置のすべての給電端子における駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝０から非駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝１への遷移が調べられる。駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝０から非駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝１へのモータ制御装置の少なくとも２つの給電端子の遷移が識別されると、エミュレータパワーエレクトロニクス装置はスイッチ手段によって、給電端子から高抵抗で分離される。その後はモータ制御装置の給電端子は、高抵抗の抵抗回路網と依然として相互に接続されただけの状態となる。さらにこの場合、モータ制御装置によって、診断ルーチンおよび初期化ルーチンを実施させることができる。当然ながらこれには、モータ制御装置の３つの給電端子すべてが非駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝１へ遷移して、モータが静止状態に向かうケースも含まれる。このとき、必然的に誘起電圧が形成されるので、すべての相は電圧モードにある。モータが静止状態に向かい、その後、モータ回転数がゼロになると、エミュレータパワーエレクトロニクス装置はスイッチ手段によって給電端子から高抵抗で分離される。
【００３６】
冒頭で説明して導き出した上述の課題は、本発明が前提とする負荷エミュレータにおいて、相応に以下のように構成することによって解決される。すなわち、負荷エミュレータはその負荷端子を介して、モータ制御装置の給電端子と三相で接続可能であり、負荷エミュレータは、エミュレータパワーエレクトロニクス装置と、このエミュレータパワーエレクトロニクス装置を制御するエミュレータ制御装置とを有しており、エミュレータ制御装置は、モータ制御装置により駆動されている給電端子と駆動されていない給電端子とを検出し、エミュレータパワーエレクトロニクス装置は、エミュレータ制御装置により駆動されて、モータ制御装置により駆動されている給電端子には、エミュレータ制御装置によりモータモデルに基づき計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅが流れ、モータ制御装置により駆動されていない給電端子には、エミュレータ制御装置によりモータモデルに基づき計算された相電圧ｖｅｍｕｌａｔｅが送出される。さらに負荷エミュレータはスイッチ手段を含み、このスイッチ手段によって、エミュレータパワーエレクトロニクス装置を給電端子から高抵抗で遮断可能であり、かつこのスイッチ手段によって、エミュレータパワーエレクトロニクス装置を給電端子に低抵抗で接続可能であり、給電端子は、高抵抗の抵抗回路網を介して互いに接続されている。
【００３７】
負荷エミュレータは、既述の方法に依拠して、電動モータの選択された動作状態をシミュレートするために、エミュレータ制御装置がエミュレータパワーエレクトロニクス装置とスイッチ手段とを以下のように駆動することを特徴とする。すなわち、エミュレータパワーエレクトロニクス装置が、スイッチ手段によって給電端子から高抵抗で分離され、または給電端子からすでに高抵抗で分離されているエミュレータパワーエレクトロニクス装置が、スイッチ手段によって低抵抗で給電端子に接続されるように駆動する。
【００３８】
好ましくは、高抵抗の抵抗回路網は、実質的にオーミックな３つの抵抗から成るスター結線であり、この場合、スター結線の自由端各々はモータ制御装置のそれぞれ別の給電端子と接続されている。
【００３９】
よって、エミュレータ制御装置は、規定どおりに使用すれば負荷エミュレータによる三相電動モータの前述のシミュレーション方法を実施する、ように構成されている。
【００４０】
詳細には、本発明による方法および本発明によるエミュレータ制御装置を構築し発展させる多数の可能性がある。それらについて、一方では独立請求項に従属する各請求項を、他方では以下の実施例の説明を図面と共に参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】モータ制御装置と、三相電動モータのシミュレーション方法を実施する負荷エミュレータとから成る、従来技術から公知の装置を示す図である。
【図２】モータ制御装置の各給電端子における１回の電気的回転中に生じる転流遷移を示す図である。
【図３】本発明による方法を実施する装置を示す詳細図である。
【図４】モータ制御装置の給電端子における高抵抗状態から電圧モードへの遷移の捕捉について説明するための状態図である。
【図５】駆動状態から非駆動状態への１つの相の遷移を識別する目的で、測定された相電圧と計算された相電流の曲線推移を示す図である。
【図６】図５に示した手順について説明するための状態図である。
【図７】高抵抗状態への遷移について説明するための状態図である。
【００４２】
最初に図１に示したのは、三相電動モータのシミュレーション方法を実施する装置であり、この装置自体は従来技術から公知であるが、従来技術においては三相電動モータはブラシレス直流モータに限定されている。この装置はまずは負荷エミュレータ１を有しており、負荷エミュレータ１は、その負荷端子２を介して三相で、モータ制御装置４の給電端子３と接続されている。負荷エミュレータ１は、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５と、このエミュレータパワーエレクトロニクス装置５を制御するエミュレータ制御装置６とを有している。このケース自体によればモータ制御装置４には、三相であるとして表されたインバータ７の形態のパワーエレクトロニクス装置も含まれており、このインバータ７は、直流電圧源ＶＤＣを介して給電され、インバータ７に含まれる半導体スイッチの適切な切り替えによって、その給電端子３を介して三相の交番負荷を駆動する。
【００４３】
この方法によれば、エミュレータ制御装置６が、モータ制御装置４により駆動されている給電端子３と駆動されていない給電端子３とを検出するように構成されている。この場合、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５がエミュレータ制御装置６によって、以下のように駆動される。すなわち、モータ制御装置４によって駆動されている給電端子３には、エミュレータ制御装置６によりモータモデル８に基づき計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅが流れ、モータ制御装置４によって駆動されていない給電端子３には、エミュレータ制御装置６によりモータモデル８に基づき計算された相電圧ｖｅｍｕｌａｔｅが送出される。この図からわかるように、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５は、これらのタスクを達成するために、電流源Ｉｓおよび電圧源Ｕｓを備えており、それらをエミュレータパワーエレクトロニクス装置５の負荷端子２に相応に接続することができる。このケースではこのことは、デカップリングインダクタＬｄを介して間接的に各相ごとに行われる。
【００４４】
図２には、ブロック転流もしくは矩形波転流による三相ブラシレス直流モータにおいて１回の電気的回転中に発生する６つの転流遷移が示されており、この場合、各転流はそれぞれ６０°の電気的角度インターバルで行われる。この図からわかるように、非駆動給電端子は１つの相における１つの転流インターバルにおいてのみ保持され、その後ただちに再び駆動状態へと遷移する。本実施例では、各相が参照符号ｉ１，ｉ２，ｉ３によって表されている。「非駆動状態」とはここでは、モータ制御装置の個々の給電端子が電位的に開放状態にある、ということを意味しており、つまりインバータ７の電力スイッチを介してアースへも正の駆動電圧ＶＤＣへも引き寄せられない、ということを意味している。１つの相もしくは対応する給電端子３が「駆動状態」にあるのは、給電端子がモータ制御装置により規定の電位におかれて、電位的に開放状態ではないとき、つまり浮動状態ではないとき、である。モータ制御装置４の駆動されている２つの給電端子３のうち、１つの給電端子が非駆動状態に切り替わる一方、駆動されている他方の給電端子は駆動状態のまま維持される。このようにして矩形波転流による駆動によって、相応の回転磁界がブラシレス直流モータに生成され、それによって相応のトルクをもたらすことができる。
【００４５】
欧州特許出願公開第２９４０８５７号明細書（EP 2940857 A1）において呈示される方法および装置によれば、矩形波転流により駆動されるこの種のモータをシミュレートすることができる。そこで本発明の目的は、この方法をさらに発展させて、三相電動モータのシミュレーションが全般的に可能となるようにし、つまり各相が一貫してモータ制御装置により駆動された状態にある電動モータも、すなわちいかなる相も浮動状態ではなく非通電状態ではない電動モータも、シミュレートできるようにすることである。当然ながらそれらのモータにも、矩形波転流によるモータの場合と同様に、電流のゼロクロスがあるけれども、それらの相はモータ制御装置４によって、途切れることなく電位的に切り替えられる。
【００４６】
図３には、本発明に従って構成されたエミュレータ制御装置６を用いて本発明による方法を実施するための図１に示した装置が、さらに詳しく描かれている。エミュレータパワーエレクトロニクス装置５内部にレギュレータ９が示されており、このレギュレータ９は、予め定められた相電流がエミュレータ制御装置６による事前設定に従って実際に負荷端子２に生じるようにする。この目的で、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５内部において、そのつど着目している相電流がフィードバック測定され、調整偏差を形成する目的で調整アルゴリズム装置１０へ供給される。変調器１１を介してそれぞれ適正な位相に、予め定められた電圧値または予め定められた電流値が割り当てられる。
【００４７】
エミュレータ制御装置６は、図示の実施例によればＦＰＧＡ基板において実現されており、この基板上で「ハードワイヤード」回路構造によって、以下で説明する方法の極めて高速な実施可能性が保証される。モータ制御装置４の給電端子３において測定される出力電圧ｖｉｎｖ（ｊ）が、読み込みインタフェース１２を介してエミュレータ制御装置６に読み込まれ、そこにおいて使用できるようになり、つまりこれが実際の測定量となる。出力インタフェース１３を介して、計算された相電圧ｖｅｍｕｌａｔｅ（ｊ）および計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ（ｊ）のために計算された目標設定値が、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５へ送出される。
【００４８】
さらにエミュレータ制御装置６内部にステートマシン１４が実現されており、これにより転流に起因してモータ制御装置４の給電端子３に生じる状態遷移が識別される。給電端子ｊの状態は以下では基本的にＳＰＨ（ｊ）として表され、この場合、値１は給電端子ｊの非駆動状態を表し、値０は該当する給電端子の駆動状態を表す。非駆動状態の給電端子であっても電流が流れる可能性があり、つまり環流ダイオードを介してその電流が途絶えるまで流れる可能性がある。このケースでは、状態は０である。ここでは、エミュレータ制御装置６のさらに詳細な構造および内容には立ち入らない。これらについての情報は、欧州特許出願公開第２９４０８５７号明細書（EP 2940857 A1）に含まれている。
【００４９】
図３に示した負荷エミュレータ１にはさらにスイッチ手段１５が含まれており、このスイッチ手段１５によって、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５を給電端子３から高抵抗で遮断可能である。このことは同様に、スイッチ手段１５によってエミュレータパワーエレクトロニクス装置を負荷端子２から高抵抗で遮断可能である、と表現してもよく、最終的にはこのことによっても、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５が給電端子３から遮断されることになる。ここで重要であるのは、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５がもはやモータ制御装置４と有効には接続されておらず、モータ制御装置４に対し電気的に作用を及ぼす可能性がない、ということである。スイッチ手段１５は、本実施例では合わせて３つの半導体スイッチを含んでおり、それらによって各相を別個に負荷端子２から、ひいてはモータ制御装置４の給電端子３から、高抵抗で分離することができる。スイッチ手段１５によって達成可能な給電端子ｊの「高抵抗状態」において、ＳＰＨ（ｊ）は以下では値２をとる。
【００５０】
当然ながらこれとは逆に、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５を、スイッチ手段１５によってモータ制御装置４の給電端子３と再び低抵抗で接続することもできる。この場合、モータ制御装置４の給電端子３へ低抵抗で接続するということは、モータ制御装置４へのエミュレータパワーエレクトロニクス装置５の有効な電気的結合に係わるものであることから、決定的に重要である。さらに各負荷端子２は、高抵抗の抵抗回路網１６を介して互いに接続されている。つまりこのことは、モータ制御装置の給電端子３が高抵抗の抵抗回路網１６を介して互いに接続されている、ということと同じ意味をもつ。あとで説明するように、モータ制御装置４の各給電端子３が抵抗回路網１６を介して電気的に接続されている、ということが本質的に重要であり、しかもこのことは、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５がスイッチ手段１５によって高抵抗で分離されていて、モータ制御装置４とエミュレータパワーエレクトロニクス装置５との間に電気的に有効な接続が存在しない場合であっても、本質的に重要である。
【００５１】
電動モータの選択された動作状態をシミュレートするために、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５は、スイッチ手段１５によって負荷端子２から高抵抗で分離され、または負荷端子２からすでに分離されているエミュレータパワーエレクトロニクス装置５が、スイッチ手段１５によって低抵抗で負荷端子２に接続される。このことは同様に、電動モータの選択された動作状態をシミュレートするために、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５は、スイッチ手段１５によって給電端子３から高抵抗で分離され、または給電端子３からすでに高抵抗で分離されているエミュレータパワーエレクトロニクス装置が、スイッチ手段１５によって低抵抗で給電端子３に接続される、と表現してもよい。結果として、いずれにせよスイッチ手段１５は、高抵抗の抵抗回路網１６を介した各給電端子３の高抵抗の接続に作用を及ぼさない。
【００５２】
モータ制御装置４の給電端子３と常に有効に接続されている抵抗回路網によって、通常の電動機動作以外の状態にある、または通常の発電機動作以外の状態にもあるモータ制御装置の動作態様にも応動することができ、つまりエミュレータパワーエレクトロニクス装置５がモータ制御装置４から高抵抗で分離されている場合であっても、モータ制御装置のかかる動作態様に応動することができる。モータ制御装置４が、動作フェーズの初期化のために所定の電圧または電圧パターンを給電端子３に送出するときに、送出されたそれらの電圧を、抵抗回路網１６を介してたとえば他の給電端子３を経由してフィードバック測定することができる。所定のテストパターンを給電端子にこのように印加することは、モータ制御装置４により給電端子３の外部結線を識別するためにしばしば用いられる。
【００５３】
本実施例の場合には高抵抗の抵抗回路網１６は、実質的にオーミックな３つの抵抗から成るスター結線であり、その際にスター結線の自由端各々は、モータ制御装置４のそれぞれ別の給電端子３と接続されている。「抵抗が実質的にオーミックである」という表現が用いられる場合、これによって意図されるのは、ここでは抵抗回路網１６の素子が当業技術分野において通常の実用的な電気技術的理解における抵抗である、ということであり、その際、理想的なオーミック抵抗など存在せず、つまりは電気的な各構成要素が当然ながら寄生的な誘導特性および容量特性も有する可能性がある、ということは承知の上である。
【００５４】
図４に示されている実施例によれば、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５は当初、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５の負荷端子２から高抵抗で分離されており、つまりはモータ制御装置４の給電端子３からも高抵抗で分離されている。つまりすべての相について、ＳＰＨ（ｉ）＝２が成り立つ。モータ制御装置４により開始された給電端子３の駆動による電動機動作のモータ始動が識別されるのは、モータ制御装置４の各給電端子ｉ，ｊ間で測定により求められた出力差分電圧ｖｉｎｖ，ｄｉｆｆ（ｉ，ｊ）のうちの少なくとも１つが、予め定められた電圧閾値ＴＨｉｍｐｅｄａｎｃｅよりも大きい場合である。自明のとおり、モータ制御装置４の各給電端子３の間で測定技術的に捕捉可能な差分電圧ｖｉｎｖ，ｄｉｆｆ（ｉ，ｊ）によって、モータの駆動開始を示唆することができる。発電機動作のモータのモータ始動も、同様に識別することができる。この場合も初期状態はやはり、モータ制御装置４はいかなる給電端子３も駆動しておらず、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５はスイッチ手段１５によって、モータ制御装置の給電端子３から、もしくはエミュレータパワーエレクトロニクス装置５の負荷端子２から分離されている状態である。発電機動作のモータ始動が識別されるのは、モータモデル８のモータ回転数ωｍｏｔ，ｅｍｕの値が求められて、モータ回転数ωｍｏｔ，ｅｍｕがゼロではない場合である。図４には、このことも同様に示されている。
【００５５】
電動機動作または発電機動作として、モータ始動が識別された結果、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５がスイッチ手段１５によって、負荷端子２に、つまりは給電端子３にも、低抵抗で接続され、エミュレータ制御装置６はエミュレータパワーエレクトロニクス装置５の負荷端子２を駆動して、それらの負荷端子２ひいては給電端子３に電圧が印加されるようにし、したがってパワーエレクトロニクス装置５のすべての相が電圧モードで動作するようになる。エミュレータパワーエレクトロニクス装置５により負荷端子２に印加される電圧に対し、モータ制御装置４から給電端子３を介して負荷端子２へ供給される可能性のないテスト電圧が適用され、本実施例ではこのテスト電圧は、モータ制御装置４の中間回路電圧ｖＤＣ＿Ｌｉｎｋの半分の値に相応する。かかるテスト電圧の選択によって、給電端子３のうちのいずれがモータ制御装置４によって駆動されるのか、を見つけ出すことができる。モータ制御装置４によって１つの給電端子３が電位的に開放状態すなわち浮動状態のままであれば、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５の側から送出されるテスト電圧を、エミュレータ制御装置６によってフィードバック測定することができる。そうでないとしたならば、モータ制御装置４から送出される電圧が、複数の給電端子３を介してエミュレータ制御装置６によりフィードバック測定される重要な電圧となるであろう。
【００５６】
負荷端子２へのテスト電圧の印加は、待ち時間ｔ３を経て行われる。ある給電端子ｊの駆動状態ＳＰＨ（ｊ）＝０が識別されるのは、モータ制御装置４の給電端子ｊにおいて測定された出力電圧ｖｉｎｖ（ｊ）と、待ち時間ｔ３後に負荷端子２を介して送出されたテスト電圧との差分電圧ｖｄｉｆｆ（ｊ）の絶対値が、予め定められた電圧閾値ｖＴＨよりも大きい場合である。待ち時間ｔ３は少なくとも、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５がテスト電圧の設定値を確実に調整するのに必要とする長さに選定されている。
【００５７】
モータ制御装置４の給電端子ｊが駆動状態ＳＰＨ（ｊ）＝０にあると識別された後、エミュレータ制御装置６はエミュレータパワーエレクトロニクス装置５を駆動し、いまやモータ制御装置４によって駆動されている給電端子ｊを介して、エミュレータ制御装置６により計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ（ｊ）が流れるようにする。２つの給電端子３が同時に駆動されていることが識別されたならば、モータ制御装置４による駆動が矩形波転流により行われているものとすることができ、３つの給電端子３が同時に駆動されていることが識別されたならば、モータ制御装置４により正弦波転流による駆動が行われているものとすることができる。
【００５８】
図５および図６は、駆動状態ＳＰＨ（ｊ）＝０から非駆動状態ＳＰＨ（ｊ）＝１への１つの相の遷移の識別について説明する図である。この場合、適切な状態量の確実かつ一義的な評価を可能にする基準を見つける必要がある。たとえば、個々の相において単に電流のゼロクロスを観察するだけでは不十分であり、その理由は、そのような電流ゼロクロスは、すべての相において連続的に駆動状態にある正弦波転流によるモータの場合にも生じるからである。
【００５９】
図５には、まずは２つの相電圧と２つの相電流の推移が描かれており、その際、３つめの相電圧の推移および３つめの相電流の推移は、見やすくする理由で省いてしまっている。図５のグラフの下側には、２つの相電圧ｖｉｎｖの測定された推移が単位ボルトで書き込まれており、このグラフの上側には、対応する計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅが単位アンペアで書き込まれている。これら両方の推移についてエミュレータ制御装置６は、ｉｅｍｕｌａｔｅはエミュレータ制御装置６自体によって計算されたものであり、相電圧ｖｉｎｖの推移は測定量として得られたものである（図３参照）、という情報を有する。
【００６０】
エミュレータ制御装置６によって、モータ制御装置４の１つの給電端子ｋにおける駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝０から非駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝１への遷移が、相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ（ｋ）の観察により識別される。この場合、タイムインターバルＴＩＶｃａｌｃ，１が観察される。このタイムインターバルＴＩＶｃａｌｃ，１内で、エミュレータ制御装置６により計算された相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ（ｋ）が、予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）から予め定められた第２の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，２（ｋ）まで減少する。つまりこれらの限界値の経過によって、タイムインターバルＴＩＶｃａｌｃ，１が規定される。次いでこのタイムインターバル中に、モータ制御装置４の給電端子ｋにおいて測定された対応する出力電圧ｖｉｎｖ（ｋ）について、時間積分ＶＩｎｔｅｇｒａｌ，１が計算される。時間積分ＶＩｎｔｅｇｒａｌ，１が予め定められた電圧時間閾値ＶＤｉｏｄｅＴＨ，１（ｋ）よりも大きければ、非駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝１への相遷移が識別される。
【００６１】
この方法によれば、モータ制御装置４のインバータ７が、動作電流方向に対し逆並列に接続された環流ダイオード１８を備えた半導体スイッチ１７を有する（図３）、という点が活用される。モータ制御装置の給電端子３，ｋがもはや駆動されなければ、該当する電流経路は電位的に自由な状態となり、その際、モータのインダクタンスに起因する電流経路ｋ中の電流は減少し続けることしかできず、環流ダイオード１８を介して徐々に消滅していく。このプロセス中、該当する環流ダイオードのところで約０．７Ｖの順方向電圧が降下し、この電圧は該当する給電端子に発生し、そこにおいて測定される。これに対し、給電端子３，ｋが駆動されているとしたならば、電流ゼロクロスによって０Ｖの規定の電圧が該当する給電端子に発生することになる。なぜならば、ローサイドのハーフブリッジスイッチ１７がアース電位との電気的な接続を形成するからである。最初のケースでは、タイムインターバルＴＩＶｃａｌｃ，１中の電圧の時間積分はゼロとは等しくなく、２つめのケースでは、電圧の時間積分は実質的にゼロと等しい。この場合、電圧時間閾値ＶＤｉｏｄｅＴＨ，１（ｋ）は、０．３５Ｖという環流ダイオード電圧の半分の値に基づき、タイムインターバルＴＩＶｃａｌｃ，１にわたり積分によって計算されたものである。
【００６２】
図５に示した実施例によれば、予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）は２Ａであり、したがってこれは相電流ｉｅｍｕｌａｔｅ，（ｋ）の計算された最大電流値のほぼ４分の１に相応する。予め定められた第２の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，２（ｋ）は、この実施例では１．７５Ａであり、したがってこれは予め定められた第１の電流値ｉｅｍｕｌａｔｅ，１（ｋ）のほぼ４分の３に相応する。
【００６３】
図６には、駆動状態ＳＰＨ（ｊ）＝０から非駆動状態ＳＰＨ（ｊ）＝１への状態遷移の識別が、状態図の形態で形式化して表現されており、これはステートマシン１４の枠組みで実現されている。相電流がゼロになり、電圧の時間積分に基づき前提条件が充足されると、状態遷移が生じる。
【００６４】
最後に図７には、高抵抗状態へのすべての相の遷移について示されており、このために、ある１つの給電端子３もしくはある１つの相の非駆動状態の既述の識別が用いられる。エミュレータ制御装置６によって、モータ制御装置４のすべての給電端子の遷移が監視され、このようにして駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝０から非駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝１への状態遷移も識別される。駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝０から非駆動状態ＳＰＨ（ｋ）＝１へのモータ制御装置４の少なくとも２つの給電端子３の遷移が識別されると、エミュレータパワーエレクトロニクス装置５はスイッチ手段１５によって、給電端子３から高抵抗で分離される。本実施例ではこれは、給電端子３と常に接続されている負荷端子２からの分離によって行われる。このような状態遷移の背景となる認識は、２つの給電端子３が駆動されていない場合には、３つめの相においても電流が流れる可能性がなく、したがってこの場合には意味のある動作状態が生じない、ということである。
【符号の説明】
【００６５】
１  負荷エミュレータ
２  負荷端子
３  給電端子
４  モータ制御装置
５  エミュレータパワーエレクトロニクス装置
６  エミュレータ制御装置
７  インバータ
８  モータモデル
９  レギュレータ
１０  調整アルゴリズム
１１  変調器
１２  読み込みインタフェース
１３  出力インタフェース
１４  ステートマシン
１５  スイッチ手段
１６  抵抗回路網
１７  半導体スイッチ
１８  環流ダイオード
【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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【外国語明細書】
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