(57)【要約】【課題】可変周波数に依存しない速度モーターを提供する。【解決手段】電気モーター装置は、回転子および固定子を含むことができる。本装置は、固定子に配置された一組の固定子電機子巻線と、回転子に配置された一組の主磁場巻線とを有する主磁場段であって、一組の固定子電機子巻線が、固定子に対して回転する第1の回転磁束を発生させる第1の電流を有する、交流電力バスからの主多相電力信号を受信するように構成されており、一組の主磁場巻線が、回転子に対して回転する第2の回転磁束を発生させる第2の電流を有する副多相電力信号を受信するように構成されており、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により、回転子が、所定の基準周波数で回転する主磁場段を含むことができる。【選択図】図1
2019201542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モーター装置であって、
回転子（102）と、
固定子（104）と、
励磁信号（370）を前記固定子から前記回転子に送信するための高周波変圧器段（106）であって、前記高周波変圧器段が、前記固定子に配置された第1の組の変圧器巻線（110）と、前記回転子に配置された第2の組の変圧器巻線（112）とを有する高周波変圧器段（106）と、
前記固定子に配置された一組の固定子電機子巻線（118）と、前記回転子に配置された一組の主磁場巻線（120）とを有する主磁場段（108）であって、前記一組の固定子電機子巻線が、前記固定子に対して回転する第1の回転磁束を発生させる第1の電流を有する、交流電力バス（140）からの主多相電力信号（242）を受信するように構成されており、前記一組の主磁場巻線が、前記回転子に対して回転する第2の回転磁束を発生させる第2の電流を有する副多相電力信号（280）を受信するように構成されており、前記第1の回転磁束と前記第2の回転磁束との合成により、前記回転子が、所定の基準周波数で回転する主磁場段（108）と
を備える電気モーター装置。
【請求項２】
前記回転子に結合され、かつ前記第2の組の変圧器巻線に電気的に接続された整流器（114）であって、前記整流器が、直流電力信号を生成するために前記励磁信号を整流する整流器（114）と、
前記回転子に結合され、かつ前記整流器に電気的に接続されたインバータ（116）であって、前記インバータが、前記副多相電力信号を生成するために前記直流電力信号を変調するように構成されているインバータ（116）と
をさらに備える、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
エンコーダ（126）と、
前記回転子に結合された組み込みコントローラー回路（122）であって、前記組み込みコントローラー回路が、
前記主多相電力信号に基づいて電気位相信号（246）を生成し、
前記エンコーダから回転子位相信号（240）を受信し、
前記電気位相信号と前記回転子位相信号との差に基づいて合成位相信号（250）を生成し、
前記第1の回転磁束と前記第2の回転磁束との合成により前記回転子が前記所定の基準周波数で回転することを可能にする、周波数、振幅、および位相を有する前記副多相電力信号を生成するように前記インバータを制御するために前記合成位相信号に基づいてパルス幅変調信号（222）を生成する
組み込みコントローラー回路（122）と
をさらに備える、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
前記固定子に配置された第1の部分と、前記回転子に配置された第2の部分とを有する制御信号結合器（124）であって、前記制御信号結合器が、非接触光結合器であり、前記組み込みコントローラー回路が、前記制御信号結合器を介してモーター制御部（130）のコントローラー回路（136）から1つ以上の制御信号を受信するように構成されている制御信号結合器（124）
をさらに備える、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
前記組み込みコントローラー回路が、
前記所定の基準周波数を表す基準周波数信号（202）をモーター制御部から受信し、
前記基準周波数信号および回転子周波数信号に基づいてQ軸電流信号（208）を生成し、
前記Q軸電流信号およびQ軸フィードバック電流信号に基づいてQ軸電圧信号（214）を生成し、
前記モーター制御部からD軸基準電流信号（230）を受信し、
前記D軸基準電流信号およびD軸フィードバック電流信号に基づいてD軸電流信号（236）を生成し、
前記Q軸電圧信号および前記D軸電流信号を逆パーク変換（216）への入力として使用して前記逆パーク変換で前記合成位相信号を印加することによって、アルファベータ電圧信号（218）であって、前記アルファベータ電圧信号から前記パルス幅変調信号がパルス幅変調発生器回路（220）で導出されるアルファベータ電圧信号（218）を生成する
ようにさらに構成されている、請求項3に記載の装置。
【請求項６】
前記組み込みコントローラー回路が、
前記一組の主磁場巻線から回転子フィードバック電流信号（260）を受信し、
前記回転子フィードバック電流信号をクラーク変換（262）への入力として使用して前記クラーク変換を適用することによってアルファベータ電流フィードバック信号（264）を生成し、
前記アルファベータ電流フィードバック信号をパーク変換（266）への入力として使用して前記パーク変換で前記合成位相信号を印加することによって前記D軸フィードバック電流信号および前記Q軸フィードバック電流信号を生成する
ようにさらに構成されている、請求項5に記載の装置。
【請求項７】
前記一組の主磁場巻線が、前記第2の組の変圧器巻線に直接結合されており、前記第2の組の変圧器巻線から前記副多相電力信号を受信するように構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記励磁信号が、高周波変調信号成分および副多相電力成分を含み、前記第2の組の変圧器巻線および前記一組の主磁場巻線におけるインダクタンスにより、前記高周波変調信号成分がフィルタリングされて前記副多相電力信号が形成される、請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記回転子の前記所定の基準周波数が、前記主多相電力信号の周波数から独立しており、
前記第1の組の変圧器巻線、前記第2の組の変圧器巻線、前記一組の主磁場巻線、および前記一組の固定子電機子巻線がそれぞれ、三相電力信号での動作のための3つの巻線を含み、ならびに／または
前記励磁信号の周波数が、約1kHz〜1MHzである、
請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
システムであって、
モーター制御部（130）と、
モーター（100）であって、
回転子（102）、
固定子（104）、
励磁信号（370）を前記固定子から前記回転子に送信するための高周波変圧器段（106）であって、前記高周波変圧器段が、前記固定子に配置された第1の組の変圧器巻線（110）と、前記回転子に配置された第2の組の変圧器巻線（112）とを有する高周波変圧器段（106）、および
前記固定子に配置された一組の固定子電機子巻線（118）と、前記回転子に配置された一組の主磁場巻線（120）とを有する主磁場段（108）であって、前記一組の固定子電機子巻線が、前記固定子に対して回転する第1の回転磁束を発生させる電流を有する、交流電力バス（140）からの主多相電力信号（242）を受信するように構成されており、前記一組の主磁場巻線が、前記回転子に対して回転する第2の回転磁束を発生させる電流を有する副多相電力信号を受信するように構成されており、前記第1の回転磁束と前記第2の回転磁束との合成により、前記回転子が、所定の基準周波数で回転する主磁場段（108）
を備えるモーター（100）と
を備えるシステム。
【請求項１１】
前記モーター制御部が、
直流電力信号を生成するために前記交流電力バスからの前記主多相電力信号を整流する整流器（132）と、
コントローラー回路（136）と、
インバータ（116）を含む周波数変換器（134）であって、前記コントローラー回路が、前記励磁信号を生成するために前記直流電力信号を変調するように前記周波数変換器を制御するよう構成されている周波数変換器（134）と
を備える、請求項10に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラー回路が、高周波変調信号成分および副多相電力成分を含む前記励磁信号を生成するように前記インバータをさらに制御するよう構成されており、前記第2の組の変圧器巻線と前記一組の主磁場巻線との間のインダクタンスにより、前記高周波変調信号成分がフィルタリングされて前記副多相電力信号が形成され、前記コントローラー回路が、前記第1の回転磁束と前記第2の回転磁束との合成により前記所定の周波数で前記回転子を回転させる、周波数、振幅、および位相を有する前記副多相電力信号を生成するように前記インバータを制御するよう構成されている、請求項11に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラー回路が、
前記主多相電力信号に基づいて電気位相信号（246）を生成し、
エンコーダから回転子位相信号（240）を受信し、
前記電気位相信号と前記回転子位相信号との差に基づいて合成位相信号（250）を生成し、
前記第1の回転磁束と前記第2の回転磁束との合成により前記回転子が前記所定の基準周波数で回転することを可能にする、周波数、振幅、および位相を有する前記副多相電力信号を生成するように前記インバータを制御するために前記合成位相信号に基づいてパルス幅変調信号（222）を生成する
ように構成されている、請求項11に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コントローラー回路が、
前記所定の基準周波数を表す基準周波数信号（202）を受信し、
前記基準周波数信号および回転子周波数信号に基づいてQ軸電流信号（208）を生成し、
前記Q軸電流信号およびQ軸フィードバック電流信号に基づいてQ軸電圧信号（214）を生成し、
D軸基準電流信号（230）を受信し、
前記D軸基準電流信号およびD軸フィードバック電流信号に基づいてD軸電流信号（236）を生成し、
前記Q軸電圧信号および前記D軸電流信号を逆パーク変換（216）への入力として使用して前記逆パーク変換で前記合成位相信号を印加することによって、アルファベータ電圧信号（218）であって、前記アルファベータ電圧信号から前記パルス幅変調信号が導出されるアルファベータ電圧信号（218）を生成する
ようにさらに構成されている、請求項13に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラー回路が、
回転子フィードバック電流信号（260）を取り出すために前記励磁信号をフィルタリングし、
前記回転子フィードバック電流信号をクラーク変換（262）への入力として使用して前記クラーク変換を適用することによってアルファベータ電流フィードバック信号（264）を生成し、
前記アルファベータ電流フィードバック信号をパーク変換（266）への入力として使用して前記パーク変換で前記合成位相信号を印加することによって前記D軸フィードバック電流信号および前記Q軸フィードバック電流信号を生成する
ようにさらに構成されている、請求項14に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に多相モーターに関し、特に可変周波数に依存しない速度モーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な誘導モーターは、固定子に結合された一組の能動多相巻線と、回転子に結合された一組の非能動（または反応）多相巻線とを含む。多相電力信号が、一組の能動多相巻線に印加される。多相電力信号によって一組の能動巻線に発生する電流は、一組の非能動多相巻線に逆方向の電流をもたらす磁場を発生させる。逆方向の電流は、回転子を回転させる逆方向の磁場をもたらす。回転子が回転するとき、一組の非能動多相巻線内の逆方向の電流が減少し、磁場が減少する。モーターは、モーターに取り付けられた負荷と多相電力信号の周波数とに基づいて最終的に平衡速度に落ち着く。平衡速度は一般に、AC電力信号の周波数よりわずかに低い周波数である。AC電力信号の周波数と回転子の回転周波数との差は、スリップ周波数（またはスリップ角）として知られている。負荷が一定の典型的なシステムでは、回転子の回転周波数とスリップ角との両方が、AC電力信号の周波数に依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
独立した回転周波数を達成するために、典型的なモーターシステムは、全電力のACからDCへの電力変換を実行するために整流器回路に依拠し、次に、所望の周波数、振幅、および位相を有する新しいAC電力信号をもたらす、別の全電力のDCからACへの電力変換を実行するためにインバータに依拠することができる。次に、新しいAC電力信号を、対応する新しい周波数で誘導モーターを駆動するために使用することができる。この全面的な電力変換は、著しい電力損失をもたらし得る。さらに、電力変換を実行するために必要とされる構成要素により、かなりの重量が追加される可能性があり、これは、航空機内などの特定の用途では望ましくない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上で説明した欠点の少なくとも1つを克服する、可変周波数に依存しない速度モーターが開示される。一実施形態では、電気モーター装置は、励磁信号を固定子から回転子に送信するための高周波変圧器段を含む。励磁信号は、回転子に配置された一組の主磁場巻線に電力を供給するために使用することができる。さらに、AC電力信号は、固定子に配置された一組の主磁場巻線に直接結合することができる。両方の一組の主磁場巻線には、全面的な電力伝送を実行することなく、固定子に配置された一組の主磁場巻線に印加される有効電力の大部分を供給することができる。回転子に配置された一組の主磁場巻線内に電流を発生させることによって、モーターの平衡速度を、AC信号の周波数から独立した所定の速度に調整することができる。
【０００５】
一実施形態では、電気モーター装置は、回転子および固定子を含む。本装置は、励磁信号を固定子から回転子に送信するための高周波変圧器段であって、高周波変圧器段が、固定子に配置された第1の組の変圧器巻線と、回転子に配置された第2の組の変圧器巻線とを有する高周波変圧器段をさらに含む。本装置はまた、固定子に配置された一組の固定子電機子巻線と、回転子に配置された一組の主磁場巻線とを有する主磁場段であって、一組の固定子電機子巻線が、固定子に対して回転する第1の回転磁束を発生させる第1の電流を有する、交流電力バスからの主多相電力信号を受信するように構成されており、一組の主磁場巻線が、回転子に対して回転する第2の回転磁束を発生させる第2の電流を有する副多相電力信号を受信するように構成されており、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により、回転子が、所定の基準周波数で回転する主磁場段を含む。
【０００６】
一部の実施形態では、本装置は、回転子に結合され、かつ第2の組の変圧器巻線に電気的に接続された整流器であって、整流器が、直流電力信号を生成するために励磁信号を整流する整流器と、回転子に結合され、かつ整流器に電気的に接続されたインバータであって、インバータが、副多相電力信号を生成するために直流電力信号を変調するように構成されているインバータとを含む。一部の実施形態では、本装置は、エンコーダと、回転子に結合された組み込みコントローラー回路であって、組み込みコントローラー回路が、主多相電力信号に基づいて電気位相信号を生成し、エンコーダから回転子位相信号を受信し、電気位相信号と回転子位相信号との差に基づいて合成位相信号を生成し、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により回転子が所定の基準周波数で回転することを可能にする、周波数、振幅、および位相を有する副多相電力信号を生成するようにインバータを制御するために合成位相信号に基づいてパルス幅変調信号を生成する組み込みコントローラー回路とを含む。
【０００７】
一部の実施形態では、本装置は、固定子に配置された第1の部分と、回転子に配置された第2の部分とを有する制御信号結合器であって、制御信号結合器が、非接触光結合器であり、組み込みコントローラー回路が、制御信号結合器を介してモーター制御部のコントローラー回路から1つ以上の制御信号を受信するように構成されている制御信号結合器を含む。一部の実施形態では、組み込みコントローラー回路は、所定の基準周波数を表す基準周波数信号をモーター制御部から受信し、基準周波数信号および回転子周波数信号に基づいてQ軸電流信号を生成し、Q軸電流信号およびQ軸フィードバック電流信号に基づいてQ軸電圧信号を生成し、モーター制御部からD軸基準電流信号を受信し、D軸基準電流信号およびD軸フィードバック電流信号に基づいてD軸電流信号を生成し、Q軸電圧信号およびD軸電流信号を逆パーク変換への入力として使用して逆パーク変換で合成位相信号を印加することによって、アルファベータ電圧信号であって、アルファベータ電圧信号からパルス幅変調信号がパルス幅変調発生器回路で導出されるアルファベータ電圧信号を生成するようにさらに構成される。
【０００８】
一部の実施形態では、組み込みコントローラー回路は、一組の主磁場巻線から回転子フィードバック電流信号を受信し、回転子フィードバック電流信号をクラーク変換への入力として使用してクラーク変換を適用することによってアルファベータ電流フィードバック信号を生成し、アルファベータ電流フィードバック信号をパーク変換への入力として使用してパーク変換で合成位相信号を印加することによってD軸フィードバック電流信号およびQ軸フィードバック電流信号を生成するようにさらに構成される。
【０００９】
一部の実施形態では、一組の主磁場巻線は、第2の組の変圧器巻線に直接結合され、第2の組の変圧器巻線から副多相電力信号を受信するように構成される。一部の実施形態では、励磁信号は、高周波変調信号成分および副多相電力成分を含み、第2の組の変圧器巻線および一組の主磁場巻線におけるインダクタンスにより、高周波変調信号成分がフィルタリングされて副多相電力信号が形成される。一部の実施形態では、回転子の所定の基準周波数は、主多相電力信号の周波数から独立したものである。一部の実施形態では、第1の組の変圧器巻線、第2の組の変圧器巻線、一組の主磁場巻線、および一組の固定子電機子巻線はそれぞれ、三相電力信号での動作のための3つの巻線を含む。一部の実施形態では、励磁信号の周波数は、約1kHz〜1MHzである。
【００１０】
一実施形態では、システムは、モーター制御部およびモーターを含む。モーターは、回転子および固定子を含む。モーターは、励磁信号を固定子から回転子に送信するための高周波変圧器段であって、高周波変圧器段が、固定子に配置された第1の組の変圧器巻線と、回転子に配置された第2の組の変圧器巻線とを有する高周波変圧器段を含む。モーターは、固定子に配置された一組の固定子電機子巻線と、回転子に配置された一組の主磁場巻線とを有する主磁場段であって、一組の固定子電機子巻線が、固定子に対して回転する第1の回転磁束を発生させる電流を有する、交流電力バスからの主多相電力信号を受信するように構成されており、一組の主磁場巻線が、回転子に対して回転する第2の回転磁束を発生させる電流を有する副多相電力信号を受信するように構成されており、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により、回転子が、所定の基準周波数で回転する主磁場段をさらに含む。
【００１１】
一部の実施形態では、モーター制御部は、直流電力信号を生成するために交流電力バスからの主多相電力信号を整流するように構成された整流器と、コントローラー回路と、インバータを含む周波数変換器であって、コントローラー回路が、励磁信号を生成するために直流電力信号を変調するように周波数変換器を制御する周波数変換器とを含む。一部の実施形態では、コントローラー回路は、高周波変調信号成分および副多相電力成分を含む励磁信号を生成するようにインバータをさらに制御するよう構成されており、第2の組の変圧器巻線および一組の主磁場巻線におけるインダクタンスにより、高周波変調信号成分がフィルタリングされて副多相電力信号が形成され、コントローラー回路が、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により所定の周波数で回転子を回転させる、周波数、振幅、および位相を有する副多相電力信号を生成するようにインバータを制御するよう構成される。
【００１２】
一部の実施形態では、コントローラー回路は、主多相電力信号に基づいて電気位相信号を生成し、エンコーダから回転子位相信号を受信し、電気位相信号と回転子位相信号との差に基づいて合成位相信号を生成し、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により回転子が所定の基準周波数で回転することを可能にする、周波数、振幅、および位相を有する副多相電力信号を生成するようにインバータを制御するために合成位相信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するように構成される。
【００１３】
一部の実施形態では、コントローラー回路は、所定の基準周波数を表す基準周波数信号を受信し、基準周波数信号および回転子周波数信号に基づいてQ軸電流信号を生成し、Q軸電流信号およびQ軸フィードバック電流信号に基づいてQ軸電圧信号を生成し、D軸基準電流信号を受信し、D軸基準電流信号およびD軸フィードバック電流信号に基づいてD軸電流信号を生成し、Q軸電圧信号およびD軸電流信号を逆パーク変換への入力として使用して逆パーク変換で合成位相信号を印加することによって、アルファベータ電圧信号であって、アルファベータ電圧信号からパルス幅変調信号が導出されるアルファベータ電圧信号を生成するようにさらに構成される。
【００１４】
一部の実施形態では、コントローラー回路は、回転子フィードバック電流信号を取り出すために励磁信号をフィルタリングし、回転子フィードバック電流信号をクラーク変換への入力として使用してクラーク変換を適用することによってアルファベータ電流フィードバック信号を生成し、アルファベータ電流フィードバック信号をパーク変換への入力として使用してパーク変換で合成位相信号を印加することによってD軸フィードバック電流信号およびQ軸フィードバック電流信号を生成するように構成される。
【００１５】
一実施形態では、方法は、モーター装置の固定子に結合された一組の固定子電機子巻線で主多相電力信号を受信するステップであって、主多相電力信号が、固定子に対して回転する第1の回転磁束を発生させる電流を有するステップを含む。本方法は、モーター装置の回転子に結合された一組の主磁場巻線で副多相電力信号を受信するステップであって、副多相電力信号が、回転子に対して回転する第2の回転磁束を発生させる電流を有するステップをさらに含む。本方法はまた、主多相電力信号に基づいて電気位相信号を生成するステップを含む。本方法は、回転子の回転を監視するように構成されたエンコーダから回転子位相信号を受信するステップを含む。本方法は、電気位相信号と回転子位相信号との差に基づいて合成位相信号を生成するステップを含む。本方法は、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により回転子が所定の基準周波数で回転することを可能にする、周波数、振幅、および位相を有する副多相電力信号を生成するようにインバータを制御するために合成位相信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するステップをさらに含む。
【００１６】
一部の実施形態では、回転子の所定の基準周波数は、主多相電力信号の周波数から独立したものである。一部の実施形態では、本方法は、固定子に結合された第1の組の変圧器巻線および回転子に結合された第2の組の変圧器巻線を含む高周波変圧器段を使用して励磁信号を固定子から回転子に伝送するステップと、励磁信号を使用して副多相電力信号を供給するステップとをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】可変周波数に依存しない速度モーターシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】可変周波数に依存しない速度モーターシステム用の制御システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図３】可変周波数に依存しない速度モーターシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【図４】可変周波数に依存しない速度モーターシステム用の制御システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図５】変調成分および多相電力信号成分を有するパルス幅変調励磁信号の単一位相の一実施形態を示すチャートである。
【図６】ローパスフィルタリングされたパルス幅変調励磁信号の3つの位相の一実施形態を示すチャートである。
【図７】可変周波数に依存しない速度モーターの回転のための方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示は、様々な修正形態および代替形態を許容可能であるが、特定の実施形態が、例として図面に示されており、本明細書で詳細に説明される。しかしながら、本開示は開示されている特定の形態に限定されることを意図していないことを理解されたい。それどころか、その意図は、本開示の範囲内に含まれるあらゆる修正形態、等価形態、および代替形態を包含することである。
【００１９】
図1を参照すると、可変周波数に依存しない速度モーターシステム100の一実施形態が示されている。システム100は、回転子102および固定子104を含むことができる。このシステムは、高周波変圧器段106および主磁場段108をさらに含むことができる。
【００２０】
高周波変圧器段106は、第1の組の変圧器巻線110および第2の組の変圧器巻線112を含むことができる。第1の組の変圧器巻線110は、固定子104に結合して配置することができ、第2の組の変圧器巻線112は、回転子102に結合して配置することができる。第1の組の変圧器巻線110および第2の組の変圧器巻線112は、固定子104から回転子102に励磁信号を送信するための三相巻線を含むことができる。
【００２１】
本明細書で使用されるとき、高周波は、信号の周波数が回転子102の回転周波数より大きいことを意味する。例えば、第1の組の変圧器巻線110から第2の組の変圧器巻線112に送信される励磁信号の周波数が増加するにつれて、回転子102の回転の影響はそれほど甚大ではなくなる。これは、回転子102の回転によって生じる著しい干渉または電力損失なしに励磁信号が送信されることを可能にし得る。さらに、高周波変圧器段106は、固定子104と回転子102との間の接触電力伝送機構を省略することができる。例えば、典型的な電力伝送機構はスリップリングまたは同様の接触電力伝送機構を含むことができるが、システム100は、これらの接触機構を省略することができる。固定子104と回転子102との間の接触電力伝送機構をなくすことによって、アーク放電、磨耗、および接触抵抗などの性能問題を回避することができる。これにより、信頼性を高め、メンテナンスコストを削減し、ダウンタイムを減少させ、電力損失を低減することができる。他の利点も存在し得る。
【００２２】
主磁場段108は、回転子102に結合されて配置された整流器114およびインバータ116を含むことができる。整流器114は、DC電力信号を生成するために高周波励磁信号を整流するように構成することができる。例えば、整流器114は、三相ダイオード型整流器であってもよい。インバータ116は、本明細書で説明されているようにDC電力信号を変調するための複数のスイッチを含むことができる。
【００２３】
主磁場段108は、固定子104に結合されて配置された一組の固定子電機子巻線118と、回転子102に結合されて配置された一組の主磁場巻線120とをさらに含むことができる。一組の固定子電機子巻線118は、AC電力バス140に結合することができ、AC電力バス140から多相電力信号242を受信するように構成することができる。多相電力信号242は、三相電力信号であってもよい。一組の主磁場巻線120は、インバータ116の出力に結合することができ、インバータ116から副多相電力信号280を受信するように構成することができる。
【００２４】
主磁場段108は、回転子102に結合されて少なくとも部分的に配置された組み込みコントローラー回路122を含むことができる。組み込みコントローラー回路122は、所定の周波数、振幅、および位相を有するように副多相電力信号280を生成するために、本明細書で説明されているようにインバータ116を制御する目的で論理回路を含むことができる。代替的にまたは追加的に、組み込みコントローラー回路122は、本明細書で説明されているようにインバータ116を制御するために構成されたプロセッサおよび対応するメモリを含むことができる。
【００２５】
システム100は、物理的に接触することなく固定子104から回転子102に、本明細書でさらに説明される基準周波数信号202などの制御信号を伝えるために信号結合器124をさらに含むことができる。信号結合器124は、固定子104に配置された第1の部分と、回転子102に配置された第2の部分とを有することができ、光リンクを含むことができる。このようにして、信号結合器124は、接触信号結合器と比較して摩擦を少なくするために非接触結合器とすることができる。
【００２６】
回転子102は、機械的動力を外部システムに伝達するために回転子102に結合されたシャフト128を含むことができる。例えば、シャフト128は、航空機または他のビークルの推進システムに回転動力を供給することができる。エンコーダ126は、シャフト128の回転を監視し、シャフト128の位置を示す回転子位相信号240を生成することができる。
【００２７】
システム100は、モーター制御部130を含むことができる。モーター制御部130は、回転子102および固定子104の外部にあってもよい。さらに、モーター制御部130は、システム100の他の部分から遠隔に配置されてもよい。モーター制御部130は、整流器132、周波数変換器134、およびコントローラー回路136を含むことができる。
【００２８】
整流器132は、ACバス140に結合することができ、励磁信号を生成する際に周波数変換器134によって使用されるDC電力信号を生成するように、またコントローラー回路136に電力を供給するように構成することができる。コントローラー回路136は、励磁信号を生成するために周波数変換器134内の複数のスイッチを制御するように構成することができる。例えば、周波数変換器134は、電力変調器回路（図示せず）を含むことができる。
【００２９】
コントローラー回路136は、周波数変換器134を制御するために論理回路として実施することができる。代替的にまたは追加的に、コントローラー回路136は、周波数変換器134を制御するように構成されたプロセッサおよび対応するメモリを含むことができる。例えば、一部の実施形態では、コントローラー回路136は、中央処理装置（CPU）、グラフィック処理装置（GPU）、デジタル信号プロセッサ（DSP）、周辺インタフェースコントローラー（PIC）、別のタイプのマイクロプロセッサ、および／またはこれらの組み合わせを含むことができる。コントローラー回路136は、集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、特定用途向け集積回路（ASIC）、論理ゲート回路の組み合わせ、他のタイプのデジタルもしくはアナログ電気設計構成要素、またはこれらの組み合わせとして実施することができる。
【００３０】
動作中、ACバス140は、主多相電力信号242を一組の固定子電機子巻線118に供給することができる。ACバス140は、同時に、主多相電力信号242をモーター制御部130の整流器132に供給することができる。
【００３１】
整流器132は、周波数変換器134およびコントローラー回路136に電力を供給するためのDC電力信号を生成するために主多相電力信号242を整流することができる。コントローラー回路136は、第1の組の変圧器巻線110に送信することができる高周波励磁信号を生成するためにDC電力信号を使用するように周波数変換器134を制御するために信号150を周波数変換器134に送信することができる。励磁信号の周波数は、約1kHz〜1MHzであり得る。
【００３２】
第1の組の変圧器巻線110は、第2の組の変圧器巻線112に高周波励磁信号を送信することができ、整流器114は、この高周波励磁信号をDC電力信号に変換することができ、このDC電力信号は、インバータ116によって使用され得る。コントローラー回路136は、ACバス140の主AC電力信号242の位相242aを監視することができる。コントローラー回路136は、主AC電力信号242の電気位相を示す信号を含む、基準周波数信号202などの制御信号を、信号結合器124を介して組み込みコントローラー回路122にさらに送信することができる。組み込みコントローラー回路122は、エンコーダ126からの回転子位相信号240と、インバータ116の出力に基づく副多相電力信号280に関連する電流を示す信号とをさらに受信することができる。
【００３３】
制御信号およびフィードバック信号に基づいて、組み込みコントローラー回路122は、一組の主磁場巻線120に印加することができる副多相電力信号280を生成するために、パルス幅変調信号222を使用することによってインバータ116を制御することができる。
【００３４】
全電力変換を実行することなくACバス140から一組の固定子電機子巻線118にAC電力信号を印加することによって、システム100は、電力バスと主段の入力との間での整流および変調に依拠する典型的な誘導モーターより効率的になり得る。さらに、副多相電力信号280を一組の主磁場巻線120に能動的に印加することによって、回転子を、ACバス140の多相電力信号の周波数とは無関係の所定の周波数で回転するように設定することができる。このようにして、システム100は、ACバス140の電力信号の有効電力の大部分（例えば90％）を一組の固定子電機子巻線118に直接印加することによって、より効率的に回転子102の独立した速度を達成することができる。ACバス140の多相電力信号の周波数から独立した回転周波数を達成するために、有効電力の残り（例えば10％）は、回転子102に伝送し、独立して変換し、一組の主磁場巻線120に印加することができる。システム100の他の利点も存在し得る。
【００３５】
図2を参照すると、可変周波数に依存しない速度モーターシステム用の制御システム200が示されている。制御システム200の一部分は、固定子104に配置することができ、他の部分は、回転子102に配置することができる。さらに、図2は、組み込みコントローラー回路122の機能を説明するものである。説明されている機能は、論理回路によって、プロセッサにこの機能を実行させる命令を有するメモリと結合されたプロセッサによって、またはこれらの任意の組み合わせによって実行されてもよい。本明細書で説明されている信号の各々に関して、別々の信号が、多相電力システムの各位相に対して生成されてもよいことに留意されたい。
【００３６】
制御システム200は、信号結合器124を介して基準周波数信号202を受信することができる。一部の実施形態では、基準周波数信号202は、図1のコントローラー回路136から受信されてもよい。代替的に、基準周波数信号202は、ユーザによって設定されてもよく、またはコントローラー回路136にハードコードされてもよい。
【００３７】
制御システム200は、速度比例積分微分（PID）204を含むことができる。速度PID204は、基準周波数信号202と、本明細書でさらに説明される回転子周波数信号206とを受信することができる。基準周波数信号202および回転子周波数信号206に基づいて、速度PID204は、横軸（Q軸）電流信号208を生成することができる。
【００３８】
制御システム200は、トルクPID210をさらに含むことができる。トルクPID210は、Q軸電流信号208と、本明細書でさらに説明されるQ軸フィードバック電流信号212とを受信することができる。Q軸電流信号208およびQ軸フィードバック電流信号212に基づいて、トルクPID210は、Q軸電圧信号214を生成することができる。
【００３９】
制御システム200は、逆パーク回路216をさらに含むことができる。逆パーク回路216は、Q軸電圧信号ならびに直軸（D軸）電流信号236および合成位相信号250（これらは本明細書でさらに説明される）を受信することができる。合成位相信号250は、Q軸電圧信号214およびD軸電流信号236をアルファベータ電圧信号218に変換するために逆パーク変換で印加することができる。
【００４０】
システム200は、パルス幅変調発生器220であって、アルファベータ電圧信号218を受信し、インバータ116を駆動するパルス幅変調信号222を導出するためにアルファベータ電圧信号218を使用することができるパルス幅変調発生器220を含むことができる。次に、インバータは、一組の主磁場巻線120を駆動する副多相電力信号280を生成することができる。
【００４１】
一組の固定子電機子巻線118は、ACバス140によって駆動され、第1の回転磁場を発生させることができる。一組の主磁場巻線120は、インバータ116で生成された副多相電力信号280によって駆動され、第2の回転磁場を発生させることができる。第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により、回転子は、基準周波数信号202によって示される所定の基準周波数で回転することができる。所定の基準周波数は、ACバス140の多相電力信号の周波数から独立したものとすることができる。
【００４２】
回転子周波数信号206に関して、エンコーダ126は、回転子102の機械的回転を監視し、回転子位相信号240を生成することができる。システム200は、速度変換器252であって、回転子位相信号240を受信し、これを回転子周波数信号206に変換する速度変換器252を含むことができる。例えば、速度変換器252は、回転子位相信号240によって示される回転子位相が一回転を完了するのに要する時間（すなわち、回転子102に関連する期間）を決定し、一回転にかかる時間を使用して回転子周波数信号206の周波数を決定することができる。
【００４３】
合成位相信号250に関して、システム200は、電気位相角変換器244を含むことができる。電気位相角変換器244は、ACバス140の多相電力信号242の位相242aを監視することができ、多相電力信号の位相に関連する期間を決定することによって、電気位相角変換器244は、電気位相信号246を生成することができる。
【００４４】
システム200は、合成回路248を含むことができる。例えば、合成回路248は、位相加減算回路であってもよい。同様に、本明細書で説明されるように、合成回路248は、加算および減算機能を実行するためにプログラムされたプロセッサおよびメモリであってもよい。合成回路248は、回転子位相信号240と電気位相信号246との差を決定することによって合成位相信号250を生成することができる。
【００４５】
D軸電流信号236に関して、システム200は、信号結合器124を介してD軸基準電流信号230を受信することができる。D軸基準電流信号230は、図1のコントローラー回路136から受信されてもよく、また、ユーザによって設定されてもよく、コントローラー回路136にハードコードされてもよく、または回転子102の所望の電力出力に基づいて計算されてもよい。
【００４６】
システム200は、磁束PID232を含むことができる。磁束PID232は、D軸基準電流信号230と、本明細書でさらに説明されるD軸フィードバック電流信号234とを受信することができる。磁束PID232は、D軸基準電流信号230およびD軸フィードバック電流信号234を使用してD軸電流信号236を生成することができる。
【００４７】
D軸フィードバック電流信号234およびQ軸フィードバック電流信号212に関して、システム200は、クラーク変換回路262を含むことができる。一組の主磁場巻線120の各位相に関する電流信号260は、アルファベータ電流信号264を生成するために変換することができる。
【００４８】
システム200は、アルファベータ電流信号264および合成位相信号250を受信するパーク変換回路266を含むことができる。D軸フィードバック電流信号234およびQ軸フィードバック電流信号212は、入力としてアルファベータ電流信号264と共に合成位相信号250をパーク変換回路266に印加することによって生成することができる。
【００４９】
システム200の回路および／またはモジュールのいずれも、組み合わせることができ、論理回路を共有することができる。さらに、システム200の回路および／またはモジュールのいずれも、各回路および／または各モジュールに関して説明されている機能を実行するために、プロセッサを含むことができ、またはプロセッサを共有することができる。
【００５０】
制御システム200の利点は、制御システム200が、一組の固定子電機子巻線118によって生成された第1の回転磁場と合成されたときに、基準周波数信号202によって示される所定の基準周波数で回転子102を回転させる第2の回転磁場を、一組の主磁場巻線120に印加されたときに生成する副多相電力信号を生成するようにインバータ116を制御する変調制御信号を有するパルスが生成されることを可能にし得ることである。所定の基準周波数は、ACバス140の多相電力信号の周波数から独立したものとすることができる。他の利点も存在し得る。
【００５１】
図3を参照すると、可変周波数に依存しない速度モーターシステム300の一実施形態が示されている。図1と同様に、システム300は、高周波変圧器段106および主磁場段108と共に回転子102および固定子104を含むことができる。高周波変圧器段106は、第1の組の変圧器巻線110および第2の組の変圧器巻線112を含むことができる。主磁場段108は、一組の固定子電機子巻線118および一組の主磁場巻線120を含むことができる。回転子102は、回転子シャフト128と結合することができ、エンコーダ126は、モーターシャフト128の回転を監視するように構成することができる。AC電力バス140は、システム300に電力を供給するために多相電力信号を供給することができる。
【００５２】
システム300は、第2の組の変圧器巻線112を一組の主磁場巻線120に直接結合することができる点でシステム100と異なり得る。本明細書で使用されるとき、用語「直接結合」は、第2の組の変圧器巻線112と一組の主磁場巻線120との間に介在する整流器回路またはインバータ回路がないことを意味する。
【００５３】
システム300は、モーター制御部130をさらに含むことができる。モーター制御部130は、整流器132、周波数変換器134、およびコントローラー回路136を含むことができる。コントローラー回路136は、制御信号150によって周波数変換器134を制御するための機能を実行するコントローラーモジュール322を含むことができる。コントローラーモジュール322は、論理回路として、または本明細書で説明されている機能を実行するためにプログラムされたプロセッサおよびメモリとして実施することができる。
【００５４】
動作中、ACバス140は、主多相電力信号242を一組の固定子電機子巻線118に供給することができる。ACバス140は、同時に、主多相電力信号242をモーター制御部130の整流器132に供給することができる。整流器132は、周波数変換器134およびコントローラー回路136に電力を供給するためのDC電力信号を生成するために主多相電力信号を整流することができる。コントローラー回路136は、第1の組の変圧器巻線110に送信することができる高周波励磁信号を生成するためにDC電力信号を使用するように周波数変換器134を制御することができる。
【００５５】
励磁信号は、高周波変調成分および副多相電力信号成分を含むことができる。副多相電力信号成分は、コントローラー回路136のコントローラーモジュール322に供給される、多相電力信号242の位相242a、回転子位相信号240、およびフィードバック高周波励磁信号370などのフィードバック信号に基づいて生成することができる。例えば、モーター制御部130は、ローパスフィルタ302を含むことができる。ローパスフィルタ302は、フィードバック電流信号を供給するために励磁信号の各位相をフィルタリングする目的で使用することができる。フィードバック電流信号は、第1の組の変圧器巻線110に印加される電流を表すことができる。コントローラーモジュール322は、エンコーダ126からの回転子位相信号と、ACバス140からの主AC電力信号の電気位相を示す信号とをさらに受信することができる。これらのフィードバック信号に基づいて、高周波励磁信号を生成するように周波数変換器134を、コントローラー回路136によって制御することができる。
【００５６】
第1の組の変圧器巻線110は、高周波励磁信号を第2の組の変圧器巻線112に送信することができる。第2の組の変圧器巻線112と一組の主磁場巻線120との間のインダクタンスにより、高周波励磁信号から高周波変調成分をフィルタリングすることができ、この結果、一組の主磁場巻線120を能動的に駆動することができる残りの副多相電力信号280がもたらされる。
【００５７】
ACバス140からの主多相電力信号が一組の固定子電機子巻線118に印加されると、一組の固定子電機子巻線118に第1の回転磁束が発生し得る。副多相電力信号280が一組の主磁場巻線120に印加されると、第1の回転磁束と合成されたときに所定の基準周波数で回転子102を回転させる第2の回転磁束が発生し得る。回転子102の回転周波数は第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成に基づくため、回転子102の周波数は、ACバス140の主多相電力信号の周波数から独立したものとすることができる。
【００５８】
システム300の利点は、ACバス140から一組の固定子電機子巻線118への直接電力伝送を可能にしながらも、回転子102が独立した周波数で回転することができることである。これにより、典型的なACモーターであって、主段巻線とACバスとの間での全面的な電力変換に依拠し得る、これに電力を供給するAC電力バスから独立した周波数で動作するように構成された典型的なACモーターと比較してシステム300をより効率的にすることが可能となり得る。さらに、システム300は、モーター制御部130内で副多相電力信号を生成し、その後、この副多相電力信号を、周波数変換器134によって生成された高周波励磁信号の成分として回転子102に送信することによって、回転子102の複雑な回路を省略することができる。
【００５９】
図4を参照すると、可変周波数に依存しない速度モーターシステム用の制御システム400が示されている。制御システム400の大部分は、回転子102および固定子104の外部に配置することができる。例えば、制御システム400の一部分は、コントローラー回路136内のコントローラーモジュール322内に配置することができる。さらに、説明されている機能は、論理回路によって、プロセッサにこの機能を実行させる命令を有するメモリと結合されたプロセッサによって、またはこれらの任意の組み合わせによって実行されてもよい。本明細書で説明されている信号の各々に関して、別々の信号が、多相電力システムの各位相に対して生成されてもよいことに留意されたい。
【００６０】
制御システム400は、基準周波数信号202を受信することができる。基準周波数信号202は、ユーザによって設定されてもよく、コントローラー回路136によって生成されてもよく、またはコントローラー回路136にハードコードされてもよい。
【００６１】
制御システム400は、速度PID204を含むことができる。速度PIDは、基準周波数信号202と、本明細書でさらに説明される回転子周波数信号206とを受信することができる。基準周波数信号202および回転子周波数信号206に基づいて、速度PID204は、Q軸電流信号208を生成することができる。
【００６２】
制御システム400は、トルクPID210をさらに含むことができる。トルクPID210は、Q軸電流信号208と、本明細書でさらに説明されるQ軸フィードバック電流信号212とを受信することができる。Q軸電流信号208およびQ軸フィードバック電流信号212に基づいて、トルクPID210は、Q軸電圧信号214を生成することができる。
【００６３】
制御システム400はまた、逆パーク回路216を含むことができる。逆パーク回路216は、Q軸電圧信号ならびにD軸電流信号236および合成位相信号250（これらは本明細書でさらに説明される）を受信することができる。合成位相信号250は、Q軸電圧信号214およびD軸電流信号236をアルファベータ電圧信号218に変換するために逆パーク変換で印加することができる。
【００６４】
システム400は、パルス幅変調発生器220であって、アルファベータ電圧信号218を受信し、インバータ116を駆動するパルス幅変調信号222を導出するためにアルファベータ電圧信号218を使用することができるパルス幅変調発生器220を含むことができる。次に、インバータ116は、高周波変圧器巻線110、112を介して固定子104から回転子102に伝送され得る副多相電力信号成分を含む励磁信号を生成することができる。次に、抽出された副多相電力信号280は、一組の主磁場巻線120を駆動することができる。
【００６５】
一組の固定子電機子巻線118は、ACバス140によって駆動され、第1の回転磁場を発生させることができる。一組の主磁場巻線120は、副多相電力信号280によって駆動され、第2の回転磁場を発生させることができる。第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により、回転子102は、基準周波数信号202によって示される所定の基準周波数で回転することができる。所定の基準周波数は、ACバス140の多相電力信号の周波数から独立したものとすることができる。
【００６６】
回転子周波数信号206に関して、エンコーダ126は、回転子102の機械的回転を監視し、回転子位相信号240を生成することができる。システム200は、速度変換器252であって、回転子位相信号240を受信し、これを回転子周波数信号206に変換する速度変換器252を含むことができる。例えば、速度変換器252は、回転子位相信号240によって示される回転子位相が一回転を完了するのに要する時間（すなわち、回転子102に関連する期間）を決定し、一回転にかかる時間を使用して回転子周波数信号206の周波数を決定することができる。
【００６７】
合成位相信号250に関して、システム200は、電気位相角変換器244を含むことができる。電気位相角変換器244は、ACバス140の多相電力信号を監視することができ、多相電力信号242の単一位相242aに関連する期間を決定することによって、電気位相角変換器244は、電気位相信号246を生成することができる。
【００６８】
システム400は、合成回路248を含むことができる。例えば、合成回路248は、位相加減算回路であってもよい。同様に、本明細書で説明されるように、合成回路248は、加算および減算機能を実行するためにプログラムされたプロセッサおよびメモリであってもよい。合成回路248は、回転子位相信号240と電気位相信号246との差を決定することによって合成位相信号250を生成することができる。
【００６９】
D軸電流信号236に関して、システム200は、D軸基準電流信号230を受信することができる。D軸基準電流信号230は、図1のコントローラー回路136から受信されてもよく、また、ユーザによって設定されてもよく、コントローラー回路136にハードコードされてもよく、または回転子102の所望の電力出力に基づいて計算されてもよい。
【００７０】
システム400は、磁束PID232を含むことができる。磁束PID232は、D軸基準電流信号230と、本明細書でさらに説明されるD軸フィードバック電流信号234とを受信することができる。磁束PID232は、D軸基準電流信号230およびD軸フィードバック電流信号234を使用してD軸電流信号236を生成することができる。
【００７１】
D軸フィードバック電流信号234およびQ軸フィードバック電流信号212に関して、システム200は、クラーク変換回路262を含むことができる。一組の主磁場巻線120の各位相に関する電流信号260は、アルファベータ電流信号264を生成するために変換することができる。電流信号260を生成するために、システム400は、励磁信号370から副多相電力信号280を抽出するためのローパスフィルタ302を含むことができる。これは、副多相電力信号280が一組の主磁場巻線120に印加されるときに副多相電力信号280を直接測定するシステム200とは異なる。
【００７２】
システム400は、アルファベータ電流信号264および合成位相信号250を受信するパーク変換回路266を含むことができる。D軸フィードバック電流信号234およびQ軸フィードバック電流信号212は、入力としてアルファベータ電流信号264と共に合成位相信号250をパーク変換回路266に印加することによって生成することができる。
【００７３】
システム200の回路および／またはモジュールのいずれも、組み合わせることができ、論理回路を共有することができる。さらに、システム200の回路および／またはモジュールのいずれも、各回路および／または各モジュールに関して説明されている機能を実行するために、プロセッサを含むことができ、またはプロセッサを共有することができる。
【００７４】
制御システム400の利点は、制御システム400が、一組の固定子電機子巻線118によって生成される第1の回転磁場と合成されたときに、基準周波数信号202によって示される所定の基準周波数で回転子102を回転させる第2の回転磁場を、一組の主磁場巻線120に印加されたときに生成する副多相電力信号280を生成するようにインバータ116を制御する変調制御信号を有するパルスが生成されることを可能にし得ることである。所定の基準周波数は、ACバス140の多相電力信号の周波数から独立したものとすることができる。他の利点も存在し得る。
【００７５】
図5を参照すると、高周波励磁信号の単一位相の一実施形態が示されている。図示のように、高周波励磁信号は、矩形パルスからなる高周波変調成分を含み得る。高周波励磁信号は、矩形パルスの各々の持続時間または幅に基づいて符号化された副変調電力信号をさらに含み得る。矩形波パルスの変動するパルス幅は、ローパスフィルタの使用を通じてあるいは回路内のインダクタンスに基づいて、高周波励磁信号がフィルタリングされるときに正弦波信号を形成する平均電力を供給することができる。インダクタンスは、第2の組の変圧器巻線112および一組の主磁場巻線120からの漏れインダクタンスであってもよく、または巻線112、120間に別に挿入される専用のインダクタンスであってもよい。励磁信号内に保持されるエネルギーは、図5に示されている正弦波線によって表されている。
【００７６】
図6を参照すると、ローパスフィルタを介してフィルタリングされた後のパルス幅変調励磁信号（例えば、図5に示されている信号）の3つの位相が示されている。図示のように、図5に示されている励磁信号がフィルタリングされると、高周波矩形パルスは、正弦波電力位相に平滑化される。図6に示す多相信号は、回転子102に第2の回転磁束を発生させるために一組の主磁場巻線120を駆動する目的で使用することができる。
【００７７】
図7を参照すると、方法700が示されている。方法700は、702において、モーター装置の固定子に結合された一組の固定子電機子巻線で主多相電力信号を受信するステップであって、主多相電力信号が、固定子に対して回転する第1の回転磁束を発生させる電流を有するステップを含むことができる。
【００７８】
方法700は、704において、モーター装置の回転子に結合された一組の主磁場巻線で副多相電力信号を受信するステップであって、副多相電力信号が、回転子に対して回転する第2の回転磁束を発生させる電流を有するステップをさらに含むことができる。
【００７９】
方法700はまた、706において、主多相電力信号に基づいて電気位相信号を生成するステップを含むことができる。
【００８０】
方法700は、708において、回転子の回転を監視するように構成されたエンコーダから回転子位相信号を受信するステップを含むことができる。
【００８１】
方法700は、710において、電気位相信号と回転子位相信号との差に基づいて合成位相信号を生成するステップをさらに含むことができる。
【００８２】
方法700はまた、712において、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により回転子が所定の基準周波数で回転することを可能にする、周波数、振幅、および位相を有する副多相電力信号を生成するようにインバータを制御するために合成位相信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するステップを含むことができる。
【００８３】
方法700の利点は、モーターを駆動するために使用されるACバスの周波数とは無関係の速度でモーターが回転することができることである。さらに、方法700は、電力バスと主段の入力との間での整流および変調に依拠する典型的な誘導モーター方法より効率的であり得る。方法700の他の利点も存在し得る。
【００８４】
さらに、本開示は、以下の項による例を含む。
【００８５】
項1．電気モーター装置であって、回転子と、固定子と、励磁信号を固定子から回転子に送信するための高周波変圧器段であって、高周波変圧器段が、固定子に配置された第1の組の変圧器巻線および回転子に配置された第2の組の変圧器巻線を有する高周波変圧器段と、固定子に配置された一組の固定子電機子巻線および回転子に配置された一組の主磁場巻線を有する主磁場段であって、一組の固定子電機子巻線が、固定子に対して回転する第1の回転磁束を発生させる第1の電流を有する、交流電力バスからの主多相電力信号を受信するように構成されており、一組の主磁場巻線が、回転子に対して回転する第2の回転磁束を発生させる第2の電流を有する副多相電力信号を受信するように構成されており、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により、回転子が、所定の基準周波数で回転する主磁場段とを備える電気モーター装置。
【００８６】
項2．回転子に結合され、かつ第2の組の変圧器巻線に電気的に接続された整流器であって、整流器が、直流電力信号を生成するために励磁信号を整流する整流器と、回転子に結合され、かつ整流器に電気的に接続されたインバータであって、インバータが、副多相電力信号を生成するために直流電力信号を変調するように構成されているインバータとをさらに備える、項1に記載の電気モーター装置。
【００８７】
項3．エンコーダと、回転子に結合された組み込みコントローラー回路であって、組み込みコントローラー回路が、主多相電力信号に基づいて電気位相信号を生成し、エンコーダから回転子位相信号を受信し、電気位相信号と回転子位相信号との差に基づいて合成位相信号を生成し、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により回転子が所定の基準周波数で回転することを可能にする、周波数、振幅、および位相を有する副多相電力信号を生成するようにインバータを制御するために合成位相信号に基づいてパルス幅変調信号を生成する組み込みコントローラー回路とをさらに備える、項2に記載の電気モーター装置。
【００８８】
項4．固定子に配置された第1の部分と、回転子に配置された第2の部分とを有する制御信号結合器であって、制御信号結合器が、非接触光結合器であり、組み込みコントローラー回路が、制御信号結合器を介してモーター制御部のコントローラー回路から1つ以上の制御信号を受信するように構成されている制御信号結合器をさらに備える、項3に記載の電気モーター装置。
【００８９】
項5．組み込みコントローラー回路が、所定の基準周波数を表す基準周波数信号をモーター制御部から受信し、基準周波数信号および回転子周波数信号に基づいてQ軸電流信号を生成し、Q軸電流信号およびQ軸フィードバック電流信号に基づいてQ軸電圧信号を生成し、モーター制御部からD軸基準電流信号を受信し、D軸基準電流信号およびD軸フィードバック電流信号に基づいてD軸電流信号を生成し、Q軸電圧信号およびD軸電流信号を逆パーク変換への入力として使用して逆パーク変換で合成位相信号を印加することによって、アルファベータ電圧信号であって、アルファベータ電圧信号からパルス幅変調信号がパルス幅変調発生器回路で導出されるアルファベータ電圧信号を生成するようにさらに構成されている、項3に記載の電気モーター装置。
【００９０】
項6．組み込みコントローラー回路が、一組の主磁場巻線から回転子フィードバック電流信号を受信し、回転子フィードバック電流信号をクラーク変換への入力として使用してクラーク変換を適用することによってアルファベータ電流フィードバック信号を生成し、アルファベータ電流フィードバック信号をパーク変換への入力として使用してパーク変換で合成位相信号を印加することによってD軸フィードバック電流信号およびQ軸フィードバック電流信号を生成するようにさらに構成されている、項5に記載の電気モーター装置。
【００９１】
項7．一組の主磁場巻線が、第2の組の変圧器巻線に直接結合されており、第2の組の変圧器巻線から副多相電力信号を受信するように構成されている、項1に記載の電気モーター装置。
【００９２】
項8．励磁信号が、高周波変調信号成分および副多相電力成分を含み、第2の組の変圧器巻線および一組の主磁場巻線におけるインダクタンスにより、高周波変調信号成分がフィルタリングされて副多相電力信号が形成される、項7に記載の電気モーター装置。
【００９３】
項9．回転子の所定の基準周波数が、主多相電力信号の周波数から独立している、項1に記載の電気モーター装置。
【００９４】
項10．第1の組の変圧器巻線、第2の組の変圧器巻線、一組の主磁場巻線、および一組の固定子電機子巻線がそれぞれ、三相電力信号での動作のための3つの巻線を含む、項1に記載の電気モーター装置。
【００９５】
項11．励磁信号の周波数が、約1kHz〜1MHzである、項1に記載の電気モーター装置。
【００９６】
項12．システムであって、モーター制御部と、モーターであって、回転子、固定子、励磁信号を固定子から回転子に送信するための高周波変圧器段であって、高周波変圧器段が、固定子に配置された第1の組の変圧器巻線および回転子に配置された第2の組の変圧器巻線を有する高周波変圧器段、ならびに固定子に配置された一組の固定子電機子巻線および回転子に配置された一組の主磁場巻線を有する主磁場段であって、一組の固定子電機子巻線が、固定子に対して回転する第1の回転磁束を発生させる電流を有する、交流電力バスからの主多相電力信号を受信するように構成されており、一組の主磁場巻線が、回転子に対して回転する第2の回転磁束を発生させる電流を有する副多相電力信号を受信するように構成されており、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により、回転子が、所定の基準周波数で回転する主磁場段を備えるモーターとを備えるシステム。
【００９７】
項13．モーター制御部が、直流電力信号を生成するために交流電力バスからの主多相電力信号を整流する整流器と、コントローラー回路と、インバータを含む周波数変換器であって、コントローラー回路が、励磁信号を生成するために直流電力信号を変調するように周波数変換器を制御するよう構成されている周波数変換器とを備える、項12に記載のシステム。
【００９８】
項14．コントローラー回路が、高周波変調信号成分および副多相電力成分を含む励磁信号を生成するようにインバータをさらに制御するよう構成されており、第2の組の変圧器巻線と一組の主磁場巻線との間のインダクタンスにより、高周波変調信号成分がフィルタリングされて副多相電力信号が形成され、コントローラー回路が、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により所定の周波数で回転子を回転させる、周波数、振幅、および位相を有する副多相電力信号を生成するようにインバータを制御するよう構成されている、項13に記載のシステム。
【００９９】
項15．コントローラー回路が、主多相電力信号に基づいて電気位相信号を生成し、エンコーダから回転子位相信号を受信し、電気位相信号と回転子位相信号との差に基づいて合成位相信号を生成し、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により回転子が所定の基準周波数で回転することを可能にする、周波数、振幅、および位相を有する副多相電力信号を生成するようにインバータを制御するために合成位相信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するように構成されている、項13に記載のシステム。
【０１００】
項16．コントローラー回路が、所定の基準周波数を表す基準周波数信号を受信し、基準周波数信号および回転子周波数信号に基づいてQ軸電流信号を生成し、Q軸電流信号およびQ軸フィードバック電流信号に基づいてQ軸電圧信号を生成し、D軸基準電流信号を受信し、D軸基準電流信号およびD軸フィードバック電流信号に基づいてD軸電流信号を生成し、Q軸電圧信号およびD軸電流信号を逆パーク変換への入力として使用して逆パーク変換で合成位相信号を印加することによって、アルファベータ電圧信号であって、アルファベータ電圧信号からパルス幅変調信号が導出されるアルファベータ電圧信号を生成するようにさらに構成されている、項15に記載のシステム。
【０１０１】
項17．コントローラー回路が、回転子フィードバック電流信号を取り出すために励磁信号をフィルタリングし、回転子フィードバック電流信号をクラーク変換への入力として使用してクラーク変換を適用することによってアルファベータ電流フィードバック信号を生成し、アルファベータ電流フィードバック信号をパーク変換への入力として使用してパーク変換で合成位相信号を印加することによってD軸フィードバック電流信号およびQ軸フィードバック電流信号を生成するようにさらに構成されている、項16に記載のシステム。
【０１０２】
項18．方法であって、モーター装置の固定子に結合された一組の固定子電機子巻線で主多相電力信号を受信するステップであって、主多相電力信号が、固定子に対して回転する第1の回転磁束を発生させる電流を有するステップと、モーター装置の回転子に結合された一組の主磁場巻線で副多相電力信号を受信するステップであって、副多相電力信号が、回転子に対して回転する第2の回転磁束を発生させる電流を有するステップと、主多相電力信号に基づいて電気位相信号を生成するステップと、回転子の回転を監視するように構成されたエンコーダから回転子位相信号を受信するステップと、電気位相信号と回転子位相信号との差に基づいて合成位相信号を生成するステップと、第1の回転磁束と第2の回転磁束との合成により回転子が所定の基準周波数で回転することを可能にする、周波数、振幅、および位相を有する副多相電力信号を生成するようにインバータを制御するために合成位相信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するステップとを含む方法。
【０１０３】
項19．回転子の所定の基準周波数が、主多相電力信号の周波数から独立している、項18に記載の方法。
【０１０４】
項20．固定子に結合された第1の組の変圧器巻線および回転子に結合された第2の組の変圧器巻線を含む高周波変圧器段を使用して励磁信号を固定子から回転子に伝送するステップと、励磁信号を使用して副多相電力信号を供給するステップとをさらに含む、項18に記載の方法。
【０１０５】
様々な実施形態を示し説明してきたが、本開示は、そのように限定されず、当業者には明らかであるようにあらゆるそのような修正形態および変形形態を含むと理解される。
【符号の説明】
【０１０６】
100、300  速度モーターシステム
102  回転子
104  固定子
106  高周波変圧器段
108  主磁場段
110  第1の組の変圧器巻線、高周波変圧器巻線
112  第2の組の変圧器巻線、高周波変圧器巻線
114、132  整流器
116  インバータ
118  固定子電機子巻線
120  主磁場巻線
122  組み込みコントローラー回路
124  信号結合器
126  エンコーダ
128  回転子シャフト、モーターシャフト
130  モーター制御部
134  周波数変換器
136  コントローラー回路
140  ACバス、AC電力バス
150  制御信号
200、400  制御システム
202  基準周波数信号
204  速度PID
206  回転子周波数信号
208  Q軸電流信号
210  トルクPID
212  Q軸フィードバック電流信号
214  Q軸電圧信号
216  逆パーク回路
218  アルファベータ電圧信号
220  パルス幅変調発生器
222  パルス幅変調信号
230  D軸基準電流信号
232  磁束PID
234  D軸フィードバック電流信号
236  D軸電流信号
240  回転子位相信号
242  多相電力信号、主AC電力信号、多相電力信号
242a  多相電力信号の単一位相
244  電気位相角変換器
246  電気位相信号
248  合成回路
250  合成位相信号
252  速度変換器
260  回転子フィードバック電流信号
262  クラーク変換回路
264  アルファベータ電流信号
266  パーク変換回路
280  副多相電力信号
302  ローパスフィルタ
322  コントローラーモジュール
370  フィードバック高周波励磁信号
【図１】
2019201542.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019201542.tif 000007
【図６】
2019201542.tif 000008
【図７】
2019201542.tif 000009
【外国語明細書】
2019201542000001.pdf