(57)【要約】【課題】種々のモータ制御機構を有するクルーズコントロールシステムにおいて高効率の制御機構でのモータ動作の範囲を延長する高精度適応モータ制御を行う。【解決手段】可変運転条件のもとで希望の速度を維持するように電気乗物を適応制御するための新規なクルーズコントロールシステムが提供される。このシステムは、制御電流の種々の波形プロフィールを使用してモータを制御するために多数のモータ制御機構を使用し、そして運転条件の変化に応答して制御電流と逆ＥＭＦとの間の位相進み角度を適応制御して、希望の速度を達成するのに充分な制御電流を発生するために設けられた位相進み角度調整を含む。モータ制御機構選択回路は、クルーズコントロールシステムが現在の運転条件に適した電流波形プロフィールを選択できるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変運転条件のもとで希望の速度を維持するように電気乗物を適応制御するためのシステムにおいて、
乗物の電気モータを付勢するための制御信号を発生する制御信号発生回路であって、前記制御信号を、希望の速度を達成するのに必要な制御電流に基づいて形成するような制御信号発生回路と、
前記制御電流と逆ＥＭＦとの間の位相進み角度を適応制御して、前記希望の速度を達成するに充分な制御電流を発生するための位相進み角度調整回路と、
を備えたシステム。
【請求項２】
前記位相進み角度を伴う制御電流が前記希望の速度を達成するに充分でない場合には、前記制御電流の波形プロフィールを適応式に変更するための波形プロフィール選択回路を更に備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記モータは、複数の位相巻線をもつ固定子を有する多相永久磁石モータである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御信号は、前記モータの位相巻線を付勢するように発生される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記位相進み角度調整回路は、前記モータの各位相に対して位相進み角度をセットする、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記位相進み角度は、前記乗物の実際の速度に対して最大のトルク値を得るようにセットされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記位相進み角度は、前記乗物の実際の速度と、前記希望の速度を達成するのに必要なトルクとに対して、モータ位相電流を最小にするようにセットされる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記位相進み角度をもつ制御電流の波形プロフィールは、実質的に正弦波形状である、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記実質的に正弦波の波形プロフィールは、その実質的に正弦波の波形プロフィールをもつ制御電流が前記希望の速度を達成するのに充分でないときには、実質的に長方形の波形プロフィールに変更される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記位相進み角度調整回路は、前記乗物の実際の速度と、前記希望の速度を達成するのに必要なトルクとに応答して、位相角度が調整された制御電流を出力するためのルックアップテーブルを備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ルックアップテーブルは、位相角度が調整された電流が前記希望の速度を達成するのに充分でない場合には、波形プロフィールが変更された制御電流を出力するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記モータの固定子は、複数の強磁性自律電磁石を備え、各電磁石には前記位相巻線の１つが巻かれている、請求項３に記載のシステム。
【請求項１３】
前記制御信号発生回路は、前記モータの各位相巻線を次々に付勢するための制御電圧を発生する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
可変運転条件のもとで希望の速度を維持するように電気乗物を適応制御する方法において、
前記乗物の電気モータを付勢するための制御信号を発生するステップであって、前記制御信号を、希望の速度を達成するのに必要な制御電流に基づいて形成するようなステップと、
前記制御電流と逆ＥＭＦとの間の位相進み角度を適応制御して、前記希望の速度を達成するに充分な制御電流を発生するステップと、
を備えた方法。
【請求項１５】
位相進み角度をもつ制御電流が前記希望の速度を達成するに充分でない場合には、前記制御電流の波形プロフィールを適応式に変更するステップを更に備えた、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記モータは、複数の位相巻線をもつ固定子を有する多相永久磁石モータである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記制御信号は、前記モータの各位相巻線を付勢するように発生される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記位相進み角度は、前記モータの各位相に対して調整される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記位相進み角度は、前記乗物の実際の速度に対して最大のトルク値を得るように調整される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記位相進み角度は、乗物の実際の速度と、前記希望の速度を達成するのに必要なトルクとに対して、位相電流を最小にするように調整される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記位相進み角度をもつ制御電流の波形プロフィールは、実質的に正弦波形状である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記実質的に正弦波の波形プロフィールは、その実質的に正弦波の波形プロフィールをもつ制御電流が前記希望の速度を達成するのに充分でないときには、実質的に長方形の波形プロフィールに変更される、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気乗物に係り、より詳細には、乗物の電気モータを適応制御するために制御電流波形プロフィールの位相進み角度調整及び選択を使用する適応クルーズコントロールシステムに係る。
【０００２】
関連出願：本出願は、全て本出願と共通に譲渡された２００１年４月５日に出願されたマスロフ氏等の出願中の米国特許出願第０９／８２６，４２３号、２００１年４月５日に出願されたマスロフ氏等の出願中の米国特許出願第０９／８２６，４２２号、２００１年１０月１日に出願されたマスロフ氏等の米国特許出願第０９／９６６，１０２号、２００１年１１月２７日に出願されたピンチコフ氏等の米国特許出願第０９／９９３，５９６号、２００２年６月１９日に出願されたマスロフ氏等の米国特許出願第１０／１７３，６１０号、２００３年１月２９日に出願されたマスロフ氏等の米国特許出願第１０／３５３，０６７号、及び２００３年３月１３日に出願されたマスロフ氏等の米国特許出願第１０／３８６，５９９号に関連した要旨を包含する。これらの出願の開示は、参考としてここに援用する。
【背景技術】
【０００３】
乗物のクルーズコントロールシステムは、乗物が運転者の介在なしに可変の運転条件の下で一定の速度を維持できるようにする自動速度制御を与える。電気乗物の従来のクルーズコントロールシステムは、希望の速度を達成するのに必要なトルク値を要求するように乗物の電気モータを制御する。
【０００４】
典型的な運転条件のもとでは、希望の速度を達成するのに必要なトルク値は、巾広い変動を受け、長期間予想能力はもしあっても僅かである。更に、急峻なアップヒル勾配や重たい乗物荷重等の運転条件は、得られる速度及び加速度に制限を課することがある。
【０００５】
使用可能なモータ電源により限定された最大トルクにおいてシステムが受け容れできる以上の加速度や高い速度が要求されることがある。より詳細には、希望の速度を得るのに必要なトルクを要求するためにモータ制御で発生する必要がある電圧信号が、供給電圧より大きくなることがある。それ故、モータは、必要なトルクを発生できなくなる。
【０００６】
更に、電力の利用が搭載電源に制限される乗物運転環境では、高いトルク出力能力を最小の電力消費で達成することが強く要望される。出願中の特許出願に説明されたモータの構造構成がこれらの目的に貢献する。これら特許出願に説明されたように、電磁石コアセグメントは、高い磁束密度を与えるために環状リングにおける分離された磁気透過構造体として構成することができる。電磁石コアセグメントを分離すると、磁気コアに個々の磁束密度を許し、他の電磁石部材との相互作用から生じる磁束ロス又は有害な変成器干渉作用が最小になる。
【０００７】
上述した出願中の特許出願第１０／１７３，６１０号は、個々の位相回路素子における変動を補償する多相モータ用の制御システムを説明している。各位相制御ループがそれに対応する巻線及び構造体と厳密に一致した状態で高度に精密な制御性が得られる。各位相巻線を次々に切り換えて付勢することは、各固定子の位相成分に関連したパラメータに基づいて信号を発生するコントローラにより支配される。位相巻線は、効率の高い動作のために正弦波形の電流で付勢される。制御システムは、トルクコマンド入力に応答し、且つ正確にそれを追跡するように出力電流を変化させる。
【０００８】
このコミュテーション戦略で得られる正弦波電流波形プロフィールは、効率的な動作を介してバッテリ寿命を延長することができる。しかしながら、乗物の運転操作においては、ほとんどの効率的な制御機構から得られる以上のトルク能力が必要とされる。通常、電源は、最大放電率、例えば、１０．０アンペアに対して定格付けされる。クルーズコントロールシステムが、この最大電流引き出しに相関したトルクコマンドを要求する場合には、正弦波電流波形プロフィールに対するモータトルク出力が、例えば、上述したような構成のモータにおいて約５４．０Ｎｍに制限される。
【０００９】
前記出願中の特許出願第１０／３８６，５９９号は、乗物の電気モータを制御するための制御信号を発生する制御回路を備えたクルーズコントロールシステムを説明している。制御信号は、希望の速度を達成するのに必要な制御電流に基づいて形成される。このシステムは、得られる運転条件に適した波形プロフィールの制御電流を与えるモータ制御機構を決定する。より詳細には、このシステムは、モータの動作効率を得るために実質的に正弦波形プロフィールの制御電流を与える高効率のモータ制御機構と、高いトルクを得るために実質的に長方形波形プロフィールの制御電流を与える高トルクモータ制御機構との間の切り換えを行う。高効率の制御機構を高トルクの制御機構と交換すると、高効率の制御機構で得られるトルクが、クルーズコントロールシステムで希望の速度を維持するのに充分でないときに必要となる高いトルクが生じる。しかしながら、高トルクの制御機構で動作するモータは、正弦波形プロフィールで得られる効率をある程度犠牲にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、高効率の制御機構を使用して必要なトルクが達成される限り実質的に正弦波形のプロフィールでの動作を維持することが望まれる。
そこで、種々のモータ制御機構を有するクルーズコントロールシステムにおいて高効率の制御機構でのモータ動作の範囲を延長する高精度適応モータ制御が要望される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、可変運転条件のもとで希望の速度を維持するように電気乗物を適応制御するための新規なクルーズコントロールシステムを提供することによりこの要望を満足する。このシステムは、希望の速度を達成するのに必要な制御電流に基づいて乗物の電気モータを付勢するための制御信号を発生する制御信号発生回路を備えている。運転条件の変化に応答して制御電流と逆ＥＭＦとの間の位相進み角度を適応制御して、希望の速度を達成するのに充分な制御電流を発生するために、位相進み角度調整回路が設けられる。
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、クルーズコントロールシステムは、種々の波形プロフィールの制御信号を使用してモータを制御するために多数のモータ制御機構を使用する。モータ制御機構選択回路は、クルーズコントロールシステムが、現在の運転条件に適した電流波形プロフィールを選択できるようにする。モータ制御機構は、調整された位相進み角度をもつ制御電流が希望の速度を達成するのに充分でない場合には、現在電流波形プロフィールを適応式に変更することができる。
【００１３】
例えば、クルーズコントロールシステムは、効率的なモータ動作を与えるために実質的に正弦波の電流波形プロフィールをもつ高効率のモータ制御機構と、希望の速度を維持するのに必要な高いトルクを与えるために実質的に長方形の波形プロフィールをもつ高トルクのモータ制御機構とを使用することができる。位相進み角度調整回路は、希望の速度を維持するのに充分なトルクを与えるために位相進み角度を調整できる限り、クルーズコントロール回路が高効率のモータ制御機構を維持できるようにする。
【００１４】
運転条件の変化で、位相進み角度を調整しても高効率のモータ制御機構において希望の速度を維持することが不可能であることをクルーズコントロールシステムが決定した場合には、モータ制御機構選択回路は、高トルクのモータ制御機構を選択して、実質的に正弦波の電流波形プロフィールを実質的に長方形の電流波形プロフィールへと変更し、トルクを増加させる。
【００１５】
従って、位相進み角度調整は、システムが高効率のモータ制御機構において希望の速度を維持することを運転条件が許す限り、効率的なモータ動作を維持するための高精度の適応モータ制御をクルーズコントロールシステムが提供できるようにする。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、モータは、複数の位相巻線をもつ固定子を有する多相永久磁石モータでよい。モータの各位相巻線を付勢するために制御信号が与えられる。位相進み角度調整回路は、モータの各相に対して位相進み角度をセットすることができる。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、位相進み角度は、乗物の実際の速度と、希望の速度を達成するのに必要なトルクとに対して、トルク値を最大にし且つモータ位相電流を最小にするように最適化することができる。
【００１８】
位相進み角度調整回路は、乗物の実際の速度と、希望の速度を達成するのに必要なトルクとに応答して、位相角度が調整された制御電流を出力するためにルックアップテーブルを備えてもよい。このルックアップテーブルは、位相進み角度を調整した電流では、希望の速度を達成するのに充分でない場合に、波形プロフィールを変更した制御電流を出力するように構成されてもよい。
【００１９】
本発明の方法によれば、可変運転条件のもとで希望の速度を維持するように電気乗物を適応制御するために次のステップが実行される。
−希望の速度を達成するのに必要な制御電流に基づいて乗物の電気モータを付勢するための制御信号を発生し、そして
−制御電流と逆ＥＭＦとの間の位相進み角度を適応制御して、希望の速度を達成するのに充分な制御電流を発生する。
【００２０】
この方法は、更に、位相進み角度が調整された制御電流が、希望の速度を達成するに充分でない場合には、制御電流の波形プロフィールを適応式に変更するステップも含むことができる。
【００２１】
本発明の付加的な効果は、本発明の好ましい実施形態を、本発明を実施する最良の態様を単に例示するものとして図示して説明した以下の詳細な説明から、当業者に容易に明らかであろう。本発明は、他の異なる実施形態を含むこともでき、その多数の細部は、本発明から逸脱せずに、種々の明らかな観点において変更できることが明らかであろう。従って、添付図面及びその説明は、例示的なもので、これに限定されるものでない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に使用できる構成において回転子及び固定子素子を例示する図である。
【図２】本発明による適応クルーズコントロールシステムのブロック図である。
【図３】本発明による適応クルーズコントロールシステムの動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明によりトルク及び速度の範囲に対するモータ制御機構選択を表す曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、同様の要素が同じ参照番号で示された添付図面を参照して、以下に一例として説明するが、これに限定されない。
本発明は、出願中の特許出願第０９／８２６，４２２号に開示された電気モータにより駆動される乗物に適用することができるが、本発明は、種々の他の永久磁石モータにも使用できる。従って、図１は、ここに開示を援用する前記出願に説明されたモータ１０の回転子及び固定子素子を例示する図である。回転子部材２０は、永久磁石２１が円筒状バックプレート２５に沿って実質的に均一に分布された環状リング構造である。
【００２４】
永久磁石は、環状リングの内周に沿って磁極が交番する回転子磁極である。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、環状のラジアルエアギャップにより分離される。固定子３０は、エアギャップに沿って均一に分布さ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、エアギャップを向いた表面３２を有する２つの磁極を形成する一般的にＵ字型の磁気構造体３６を備えている。磁極対の脚には、巻線３８が巻かれるが、コアセグメントは、磁極対をリンクする部分に形成された単一の巻線を受け容れるように構成されてもよい。
【００２５】
各固定子電磁石コア構造体は、個別のもので、隣接する固定子コア素子から磁気的に分離されている。固定子素子３６は、非磁気透過の支持構造体に固定され、従って、環状リング構成体を形成する。この構成体は、隣接する固定子磁極グループからの漂遊変成器磁極作用の発生を排除する。従って、固定子電磁石は、各固定子位相を含む自律的ユニットである。
【００２６】
以下に詳細に述べる本発明の概念は、全ての位相巻線を支持する一体的固定子コアを含む他の永久磁石モータ構造にも適用できる。
【００２７】
図２は、本発明による適応クルーズコントロールシステムのブロック図である。多相モータ１０（図１に示す）の複数の固定子位相巻線３８は、電力ブロック４２を経てＤＣ電源４０から供給される駆動電流により交換可能に付勢される。電力ブロック４２は、電子スイッチセットで構成され、これは、パルス巾変調コンバータ及びゲートドライバを経てコントローラ４４に結合される。各位相巻線は、コントローラからパルス変調された出力電圧を受け取るように接続された制御端子を有するスイッチングブリッジに接続される。或いは又、スイッチングブリッジ及びゲートドライバコンポーネントを、コントローラの出力電圧にリンクされた増幅器に置き換えてもよい。回転子位置及び速度センサ４６は、回転子位置及び速度フィードバック信号をコントローラ４４へ供給する。センサ４６は、良く知られたやり方で位置信号を速度信号に変換する既知のリゾルバ、エンコーダ又はその等効物、及び速度近似装置でよい。
【００２８】
コントローラ４４は、テキサスインスツルーメントのデジタル信号プロセッサＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ＡＰＧのようなマイクロプロセッサ又は同等のマイクロコントローラでよい。このコントローラには、コントローラのオペレーションに使用されるプログラム及びデータを記憶するためのＲＡＭ及びＲＯＭメモリを結合することができる。
【００２９】
本発明の概念を例示する目的で、位相進み及びプロフィールメモリ４８が個別に示されている。この位相進み及びプロフィールメモリ４８は、運転条件に基づいて選択可能な位相進み角度及びモータ電流波形プロフィールを決定する位相進み及びモータ制御機構データを記憶するためのルックアップテーブルを含むことができる。
【００３０】
プロフィールメモリ４８に記憶された位相進み角度及びモータ制御機構は、トルクコマンドτdと、位置／速度センサ４６により決定できる乗物の実際の速度ω及び回転子位置θとに基づいて選択される。トルクコマンドτdは、クルーズコントロールシステムにより維持される希望の速度ωdを達成するのに必要なトルクを決定する。
【００３１】
良く知られたように、希望の速度は、セット／再開スイッチ５０により定義され、このスイッチは、クルーズコントロールシステムに希望の速度をセットするか、又は以前にセットされた希望の速度を再開するようにシステムに指令する。希望の速度値がラッチ５２に供給され、これは、クルーズコントロールスイッチ５４を監視して、クルーズコントロールモードがセットされたかどうか決定すると共に、ブレーキペダル５６を監視して、クルーズコントロールモードが解除されたかどうか決定する。減算ユニット５８は、実際の速度と希望の速度との間の差Δωを決定する。この差に基づいて、加速／減速特性ユニット６０は、希望の速度を達成するのに必要なトルクコマンドτdを決定する。加速／減速特性ユニット６０は、特定の加速及び減速特性に対するトルクを決定するための良く知られたアルゴリズムを使用してトルクを計算する。
【００３２】
希望の位相電流を発生するために、クルーズコントロールシステムのコントローラ４４は、次の制御電圧を発生する。
Ｖi(ｔ)＝ＬiｄＩdi／ｄｔ＋ＲiＩi＋Ｅi＋ｋsiｅi
但し、
Ｖi(ｔ)は、位相巻線にまたがる電圧であり、
Ｉdi(ｔ)は、希望の速度ωdを達成するのに必要なトルクを得るために発生すべき希望の位相電流であり、
Ｉi(ｔ)は、位相電流であり、
Ｒiは、巻線抵抗であり、
Ｅi(ｔ)は、逆ＥＭＦであり、
Ｌiは、巻線の自己インダクタンスであり、
ｋsiは、電流ループフィードバック利得であり、そして
ｅiは、位相電流エラーである。
【００３３】
コントローラ４４がこの電圧制御式の成分を導出する方法は、参考としてここに援用する「ELECTRIC VEHICLE WITH ADAPTIVE CRUISE CONTROL SYSTEM」と題する出願中の特許出願第１０／３８６，５９９号、及び「PHASE ADVANCE ANGLE OPTIMIZATION FOR BRUSHLESS MOTOR CONTROL」と題する出願中の特許出願第１０／３５３，０６７号に詳細に説明されている。希望の速度を達成するに必要なトルクを得るために要求される希望の位相電流Ｉdiは、クルーズコントロールシステムにより選択された位相進み角度及びモータ制御機構に基づいて位相進み及びプロフィールメモリ４８により与えられる。
【００３４】
希望の位相電流Ｉdi(ｔ)は、クルーズコントロールシステムが、システムにより要求されたトルクコマンドに応答して、希望の速度を達成するところの仕方を決定する制御機構を定義する。各制御機構は、他の制御機構に比して、効率、トルク容量、応答容量、電力ロス等に関して独特の特性を有する特定モータ電流波形プロフィールに作用する。特に、希望の位相電流Ｉdi(ｔ)の実質的に正弦波形のプロフィールは、モータが高い動作効率を達成できるようにする高効率の制御機構を定義する。
【００３５】
本発明の重要な態様は、希望の応答を得るように適応式に選択される複数の使用可能なモータ制御機構を有するクルーズコントロールシステムにおいて位相進み角度の最適化を与えることである。例えば、位相進み角度の調整が導入されると、モータは、実質的に正弦波形プロフィールの希望の位相電流Ｉdiを使用して高効率の制御機構において高いトルクを得ることができる。その結果、高効率の制御機構におけるモータ動作の範囲を拡張することができる。
【００３６】
図３は、本発明の適応クルーズコントロールシステムの動作を示すフローチャートである。クルーズコントロールループが開始するまで待機するための適当な遅延の後に（ステップ８２）、クルーズコントロールシステムは、クルーズコントロール動作に参加するためのスイッチがオン状態であるかどうかチェックする（ステップ８４）。もしそうであれば、クルーズコントロールシステムは、クルーズコントロール動作に参加した後にブレーキペダル５６が押されたかどうかチェックする（ステップ８６）。もしそうであれば、クルーズコントロール動作は終了となる。しかしながら、ブレーキペダルが押されない場合には、システムは、希望の速度ωdを維持すべきであると決定する（ステップ８８）。希望の速度は、クルーズコントロールシステムに希望の速度をセットするか、又は以前にセットされた希望の速度を再開するようにシステムに指令するセット／再開スイッチ５０により、良く知られたように定義される。
【００３７】
良く知られたやり方で測定された（ステップ９０）実際の速度ωは、希望の速度ωdと比較され、実際の速度と希望の速度との間の差として速度エラーΔωを計算する（ステップ９２）。希望の速度ωdを達成するのに必要なトルクを定義するトルクコマンドτdは、速度エラー及び希望の加速／減速特性に基づいて決定される（ステップ９４）。例えば、トルクコマンドは、良く知られたアルゴリズムに基づいて直線的又はＳ曲線の加速／減速特性に対して決定することができる。
【００３８】
ステップ９６において、トルクコマンド、実際の速度及び回転子位置は、位相進み及びプロフィールメモリ４８に位相進み及びモータ制御機構データを含む予め計算された２Ｄルックアップテーブルに入力される。このルックアップテーブルは、異なる動作態様を示す種々の動作モードをサポートするためのモータ制御機構データを記憶する。例えば、クルーズコントロールシステムは、高効率動作のために正弦波形軌跡Ｉsin(ｔ)の電流で位相巻線を付勢するのに使用される高効率のモータ制御機構を用いて動作できる。このモータ制御機構で得られる正弦波電流波形プラットホームは、バッテリ寿命を延長することができる。
【００３９】
他の制御機構を使用して、クルーズコントロールシステムの特定の動作態様を表わすこともできる。例えば、高トルク動作については、高トルクのモータ制御機構を使用して、コントローラ４４へ供給される希望の位相電流Ｉdi(ｔ)の方形波電流波形軌跡Ｉsq(ｔ)を得ることができる。
【００４０】
高効率のモータ制御機構を高トルクのモータ制御機構に置き換えると、高効率の制御機構で得られるトルクでは、クルーズコントロールシステムが希望の速度を維持するのに充分でないときに必要とされる高いトルクが生じる。しかしながら、高トルクの制御機構で動作するモータは、正弦波形プロフィールで達成できる効率をある程度犠牲にする。
【００４１】
従って、高効率の制御機構を使用して必要なトルクが達成できる限り、実質的に正弦波形プロフィールの位相電流Ｉdiで動作を維持することが望まれる。本発明のクルーズコントロールシステムは、位相進み技術を使用して、正弦波形軌跡Ｉsin(ｔ)の電流で動作範囲の拡張を達成し、高い効率を得る。この拡張範囲は、電流ベクトルと逆ＥＭＦベクトルとの間の位相進み角度αを制御することにより与えられる。
【００４２】
位相進み技術を使用して高いトルクを得るために、位相ごとの希望の電流軌跡が次の式で選択される。
Ｉdi(ｔ)＝Ｉoptiｓｉｎ（Ｎrθi＋αopti）
但し、Ｉdiは、位相ごとの希望電流軌跡を示し、Ｉoptiは、位相ごとの最適な電流振幅であり、Ｎrは、永久磁石の磁極対の数であり、θiは、ｉ番目の位相巻線と回転子基準点との間の相対的な位置変位を表し、そしてαoptiは、位相ごとの最適な位相進み角度である。
【００４３】
「PHASE ADVANCE ANGLE OPTIMIZATION FOR BRUSHLESS MOTOR CONTROL」と題する出願中の特許出願第１０／３５３，０６７号に説明された最適化機構を使用して、位相ごとの最適な位相進み角度αopti及び位相ごとの最適な位相電流振幅Ｉoptiを決定することができ、これらは、希望の速度を維持するのに必要なトルクをモータが発生できるために要求される位相ごとの電流Ｉdi(ｔ)を決定するのに使用される。位相ごとの最適な位相進み角度αopti及び位相ごとの最適な位相電流振幅Ｉoptiは、乗物の実際の速度に対して最大トルク値を得ると共に、乗物の実際の速度と、希望の速度を達成するに必要なトルクとに対してモータ位相電流を最小にするようにセットされる。
【００４４】
モータ速度及びユーザ要求トルクコマンド入力に応答する位相進み及びプロフィールメモリ４８の２Ｄルックアップテーブルは、トルクコマンドτd及び実際の速度ωの種々の組み合せに対する位相電流振幅及び位相進み角度の最適値を与える。位相電流振幅及び位相進み角度の最適値は、位相巻線のリアクタンス、トルク係数及び逆ＥＭＦのような位相依存パラメータに基づいて決定されるので、各位相巻線に対する制御信号Ｖi(ｔ)を決定するための最適化プロセスが各位相に対して実行される。その結果、本発明の位相進み角度最適化プロセスは、個別の位相巻線及び固定子位相コンポーネント構造体におけるパラメータ変化を考慮する。
【００４５】
更に、位相進み及びプロフィールメモリ４８のルックアップテーブルは、トルクコマンドτd及び実際の速度ωの種々の組み合せに対し異なるモータ制御機構間で選択を可能とするように形成されたモータ制御機構データを記憶する。モータ制御機構の選択は、リアルタイムベースでトルク容量スレッシュホールドの計算を繰り返すことにより実行できるが、トルク要求及びモータ速度の種々の組み合せに対する電圧の計算は、これを前もって行って、ルックアップテーブルにおける適当なモータ制御機構とリンクすることができる。
【００４６】
例えば、図４は、このようなルックアップテーブルにおいて高効率のモータ制御機構の選択及び高トルクのモータ制御機構の選択に対する範囲間の境界を表す曲線を示している。図４のグラフの横座標は、実際の速度を表わし、そして縦座標は、必要なトルクを表わし、曲線は、両軸に対して漸近線的であり、この曲線より上の速度／トルクの組み合せは、高効率プロフィールの動作モードでトルクを得るシステムの能力を越えるものである。
【００４７】
正弦波形軌跡の電流を伴う高効率モータ制御機構に対応するトルクコマンドτd及び実際の速度ωの各組み合せに対して、位相進み及びプロフィールメモリ４８におけるルックアップテーブルは、乗物の実際の速度に対するトルク値を最大にすると共に、乗物の実際の速度と、希望の速度を達成するのに必要なトルクとに対してモータ位相電流を最小にするように決定された位相ごとの最適な位相進み角度αopti及び位相ごとの最適な位相電流振幅Ｉoptiを記憶する。
【００４８】
従って、コントローラ４４は、ステップ９６において、位相進み及びプロフィールメモリ４８のルックアップテーブルと対話して、現在運転条件に適した制御戦略を決定する。例えば、コントローラ４４は、トルクコマンドτdと実際の速度ωとの特定の組み合せに対してルックアップテーブルに記憶された位相進み角度αoptiが有効であるかどうか、即ち位相進み角度がゼロ以上であるかどうか決定することができる（ステップ９８）。トルクコマンドτdと実際の速度ωとの現在の組み合せに対してルックアップテーブルが有効な位相進み角度αoptiを記憶することをコントローラ４４が決定する場合は、各位相進み角度αoptiをもつ高効率のモータ制御機構が選択される（ステップ１００）。
【００４９】
高効率のモータ制御機構を選択すると、高効率動作のために正弦波形の電流で位相巻線が付勢されることになる。
コントローラ４４に供給される希望の位相電流Ｉdi(ｔ)の正弦波電流軌跡Ｉsin(ｔ)は、次の式から発生される。
Ｉsin(ｔ)＝Ｉoptiｓｉｎ（Ｎrθi＋αopti）
【００５０】
希望の速度を達成するのに必要なトルクを最大にするように最適化された位相進み角度を適用すると、本発明のクルーズコントロールシステムは、高効率の制御機構における動作の範囲を、位相進み角度の調整なしに得られる範囲を越えて拡張することができる。その結果、本発明のクルーズコントロールシステムは、希望の速度を維持するのに必要なトルクを達成しながら、電力消費を最小にするようにモータの精密な制御を提供する。
【００５１】
トルクコマンドτdと実際の速度ωとの現在の組み合せに対してルックアップテーブルに有効な位相進み角度が見つからない場合には、コントローラ４４は、高トルクのモータ制御機構を選択して、コントローラ４４へ供給される希望の位相電流Ｉdi(ｔ)の方形波電流波形軌跡Ｉsq(ｔ)を得る（ステップ１０２）。この方形波電流波形軌跡Ｉsq(ｔ)は、次の式を使用して得ることができる。
Ｉsq＝Ｉmｓｇｎ(ｓｉｎ(Ｎrθi))
但し、ｓｇｎ（ｘ）は、標準シグナム(signum)関数であり、ｘ＞０の場合は１、ｘ＝０の場合は０、及びｘ＜０の場合は−１と定義される。方形波電流波形Ｉsq(ｔ)は、構成可能な立上り縁及び立下り縁をもつ台形である。
【００５２】
希望の位相電流Ｉdi(ｔ)の各波形プロフィールをもつ選択されたモータ制御機構に基づき、クルーズコントロールシステムのコントローラ４４は、トルクコマンド値と、位相電流センサ、位置センサ及び速度検出器から受け取った信号とを使用して、次の制御電圧を発生する（ステップ１０４）。
Ｖi(ｔ)＝ＬiｄＩdi／ｄｔ＋ＲiＩi＋Ｅi＋ｋsiｅi
Ｖi(ｔ)の計算は、各位相に対してリアルタイムで次々と実行することができる。
【００５３】
位相進み及びプロフィールメモリ４８のルックアップテーブルは、電圧Ｖi(ｔ)の計算に使用される項ＬiｄＩdi／ｄｔ、及び逆ＥＭＦ値Ｅiを記憶することができる。値Ｅiは、速度及び回転子位置の組み合せに基づいてルックアップテーブルから選択することができる。
【００５４】
次いで、コントローラ４４は、各位相に対して計算された制御信号Ｖi(ｔ)を電力ブロック４２へ次々に出力し、コントローラ４４において確立されたシーケンスで各位相巻線を個々に付勢する（ステップ１０６）。各次々の制御信号Ｖi(ｔ)は、対応する位相巻線で感知された特定の電流、直ちに感知される回転子位置及び速度と、各位相に対して特に決定されたモデルパラメータＫei及びＫτiとに関連付けられる。
【００５５】
この開示において、本発明の好ましい実施形態及びその多様性の幾つかの例のみ図示して説明した。本発明は、種々の他の組み合せ及び環境に使用できると共に、ここに述べる本発明の概念の範囲内で変更や修正がなされ得ることが理解されよう。本発明の高精度モータ制御を伴うクルーズコントロールシステムは、乗物に加えて広範囲のアプリケーションに利用できることが明らかであろう。
【００５６】
更に、異なる電流波形プロフィールを定義する種々の他のモータ制御機構を使用することができる。従って、プロフィールメモリは、特定のモータ制御機構選択コマンドの受信に応答してコントローラによりアクセス可能な複数のモータ制御機構データセットを記憶することができる。コントローラにより適切にプロフィールモード選択するために複雑さの異なる種々のルックアップテーブルを形成することができる。
【図１】
2011177020.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年5月20日(2011.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相電気機械を制御するためのシステムにおいて、
希望の速度を表す希望機械速度信号を発生する機械速度装置と、
実際の機械速度を測定して機械速度信号を発生する手段と、
１つ若しくはそれ以上の動作条件を測定して機械動作条件信号を発生する手段と、
前記電気機械を付勢するための制御信号を発生する制御信号発生回路であって、前記制御信号を、前記希望の速度を達成するのに必要な制御電流に基づいて形成するような制御信号発生回路と、
前記制御電流と逆ＥＭＦとの間の位相進み角度を制御して、前記希望の速度を達成するに充分な制御電流を発生するための位相進み角度調整回路と、
を備えたシステム。
【請求項２】
前記位相進み角度を伴う制御電流が前記希望の速度を達成するに充分でない場合には、前記制御電流の波形プロフィールを適応式に変更するための波形プロフィール選択回路を更に備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記機械は、複数の位相巻線をもつ固定子を有する多相永久磁石モータである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御信号は、前記モータの位相巻線を付勢するように発生される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記位相進み角度調整回路は、前記モータの各位相に対して位相進み角度をセットする、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記位相進み角度は、前記乗物の実際の速度に対して最大のトルク値を得るようにセットされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記位相進み角度は、前記乗物の実際の速度と、前記希望の速度を達成するのに必要なトルクとに対して、モータ位相電流を最小にするようにセットされる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記位相進み角度をもつ制御電流の波形プロフィールは、実質的に正弦波形状である、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記実質的に正弦波の波形プロフィールは、その実質的に正弦波の波形プロフィールをもつ制御電流が前記希望の速度を達成するのに充分でないときには、実質的に長方形の波形プロフィールに変更される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記位相進み角度調整回路は、前記乗物の実際の速度と、前記希望の速度を達成するのに必要なトルクとに応答して、位相角度が調整された制御電流を出力するためのルックアップテーブルを備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ルックアップテーブルは、位相角度が調整された電流が前記希望の速度を達成するのに充分でない場合には、波形プロフィールが変更された制御電流を出力するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記モータの固定子は、複数の強磁性自律電磁石を備え、各電磁石には前記位相巻線の１つが巻かれている、請求項３に記載のシステム。
【請求項１３】
前記制御信号発生回路は、前記モータの各位相巻線を次々に付勢するための制御電圧を発生する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
多相電気機械を制御するための方法において、
前記機械を付勢するための制御信号を発生するステップであって、前記制御信号を、希望の速度を達成するのに必要な制御電流に基づいて形成するようなステップと、
前記制御電流と逆ＥＭＦとの間の位相進み角度を制御して、前記希望の速度を達成するに充分な制御電流を発生するステップと、
を備えた方法。
【請求項１５】
位相進み角度をもつ制御電流が前記希望の速度を達成するに充分でない場合には、前記制御電流の波形プロフィールを適応式に変更するステップを更に備えた、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記モータは、複数の位相巻線をもつ固定子を有する多相永久磁石モータである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記制御信号は、前記モータの各位相巻線を付勢するように発生される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記位相進み角度は、前記モータの各位相に対して調整される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記位相進み角度は、前記乗物の実際の速度に対して最大のトルク値を得るように調整される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記位相進み角度は、乗物の実際の速度と、前記希望の速度を達成するのに必要なトルクとに対して、位相電流を最小にするように調整される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記位相進み角度をもつ制御電流の波形プロフィールは、実質的に正弦波形状である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記実質的に正弦波の波形プロフィールは、その実質的に正弦波の波形プロフィールをもつ制御電流が前記希望の速度を達成するのに充分でないときには、実質的に長方形の波形プロフィールに変更される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
電気機械のための制御システムにおいて、
多相電気機械と、
希望機械速度信号を発生する機械速度装置と、
実際の機械速度を測定して機械速度信号を発生する手段と、
１つ若しくはそれ以上の機械動作条件を測定して機械動作条件信号を発生する手段と、
希望の機械速度及び機械動作条件について１つ若しくはそれ以上の電流形状及び電流パラメータ形式を記憶又は計算する手段と、
を備え、
前記制御システムが、要求される機械速度信号と実際の機械速度信号と機械動作条件信号とを受け取り、前記制御システムが、前記機械の各電気位相に対して制御信号を発生して、各電気位相への電流量、電流形状及び電流パラメータを決定することを特徴とする制御システム。
【請求項２４】
前記制御信号は、電流位相進み角度調整信号である、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記位相進み角度調整信号は、前記実際の機械速度に対して最大の機械トルク値を得るように計算される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
多相電気機械を制御する方法において、
希望機械速度信号を発生する機械速度入力装置を有する多相電気機械制御システムを提供するステップを備え、
前記制御システムが、実際の機械速度を測定して機械速度信号を発生する手段を有し、
前記制御システムが、１つ若しくはそれ以上の機械動作条件を測定して機械動作条件信号を発生する手段を有し、
前記制御システムが、機械動作条件について１つ若しくはそれ以上の電流形状及び電流パラメータ形式を記憶又は計算する手段を有し、
前記制御システムが、要求される機械速度信号と実際の機械速度信号と機械動作条件信号とを受け取り、前記制御システムが、電流量、電流形状及び電流パラメータを制御するために制御信号を発生する、ことを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記制御信号は、電機機械の各電気位相について調整される電流位相進み角度調整信号である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記位相進み角度は、前記実際の機械速度に対して最大の機械トルク値を得るように調整される、請求項２７に記載の方法。