(57)【要約】  本発明の実施形態は、埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械を制御するための初期動作点を生成するデバイスおよび方法を提供する。この方法は、インダクタンス・ルックアップテーブルを読み込むステップ（Ｓ１１０）と、ＩＰＭ機械の機械パラメータに基づいて、第１の閾値速度についてアンペア毎最大トルク（ＭＴＰＡ）軌跡を計算する第１の計算するステップ（Ｓ１２０）と、第１の速度が第１の閾値速度より高い場合、機械パラメータに基づいて、第１の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する第２の計算するステップと（Ｓ１３０）、計算したＭＴＰＡ軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも１つに基づいて、第１の速度での動作軌跡を決定するステップ（Ｓ１４０）と、決定した動作軌跡に基づいて、第１の速度について、Ｉｄ値およびＩｑ値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするＩｄ、Ｉｑマップを生成するステップ（Ｓ１５０）とを含む。
2014515245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械を制御するための初期動作点を生成する方法であって、
直軸インダクタンス（Ｌｄ）値および横軸インダクタンス（Ｌｑ）値のセットを含むインダクタンス・ルックアップテーブルを読み込むステップであって、各セットが、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応し、前記電流制御角が、前記電流ピークの大きさの直軸電流（Ｉｄ）および横軸電流（Ｉｑ）として現れる量を示す、読み込むステップと、
前記インダクタンス・ルックアップテーブルを含む、前記ＩＰＭ機械の機械パラメータに基づいて、第１の閾値速度についてアンペア毎最大トルク（ＭＴＰＡ）軌跡を計算する第１の計算するステップと、
第１の速度が前記第１の閾値速度より高い場合、前記機械パラメータに基づいて、前記第１の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する第２の計算するステップと、
計算した前記ＭＴＰＡ軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも１つに基づいて、前記第１の速度での動作軌跡を求めるステップと、
求めた前記動作軌跡に基づいて、前記第１の速度について、Ｉｄ値およびＩｑ値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするＩｄ、Ｉｑマップを生成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の閾値速度がベース速度であり、前記ベース速度が、前記ＩＰＭ機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度である、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、求める前記ステップは、
前記第１の速度が、第２の閾値速度より低くかつ前記第１の閾値速度より高い場合、計算した前記ＭＴＰＡ軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて前記動作軌跡を求めるステップと、
前記第１の速度が、前記第２の閾値速度以上である場合、トルクが単調増加する計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて前記動作軌跡を求めるステップと、
前記第１の速度が、前記第１の閾値速度以下である場合、計算した前記ＭＴＰＡ軌跡に基づいて前記動作軌跡を求めるステップと
を含む、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記第２の閾値速度が臨界速度であり、前記臨界速度が、前記ＩＰＭ機械の逆起電力（ｂａｃｋｅｍｆ）からの無制御生成（ＵＣＧ）電圧が直流（ＤＣ）バス電圧に等しい速度である、方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、前記第１の速度が、前記第２の閾値速度より低くかつ前記第１の閾値速度より高い場合、求める前記ステップが、
Ｉｄ値ごとに、計算した前記ＭＴＰＡ軌跡のＩｑ値および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のＩｑ値のうちのより小さい方を選択するステップを含み、前記動作軌跡が、選択した前記Ｉｑ値を含む、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記第１の計算するステップが、
予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するＩｄ、Ｉｑの組合せを含む初期テーブルを求めるステップと、
前記初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとに前記電流ピークの大きさ、前記電流制御角、ならびに前記ＬｄおよびＬｑ値を計算するステップと、
前記機械パラメータに基づいて前記初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとにトルクを
計算するステップと、
前記複数のトルクコマンドの各々ごとにトルクの範囲を設定するステップと、
計算した前記トルクおよび設定した前記トルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにＩｄ、Ｉｑの組合せのサブセットを求めるステップと、
前記サブセットのうちの他のＩｄ、Ｉｑの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有するＩｄ、Ｉｑの組合せを各サブセットから選択するステップと、
Ｉｄ、Ｉｑの組合せの選択した前記セットに基づいて前記ＭＴＰＡ軌跡を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、求めた前記サブセットにおける前記Ｉｄ、Ｉｑの組合せごとに計算した前記トルクが、それぞれのトルクコマンドを包含する設定した前記トルク範囲内である、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記第２の計算するステップが、
前記機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、前記電圧制限の楕円の右頂点についてＩｄ頂点値を求めるステップと、
求めた前記Ｉｄ頂点値から予め設定された最小Ｉｄ制限までであるＩｄ値の範囲に対応する最大許容Ｉｑ値を計算するステップと、
計算した前記最大許容Ｉｑ値に基づいて、前記第１の速度について前記電圧制限の楕円を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、求めた前記Ｉｄ頂点値がゼロより大きい場合、前記Ｉｄ頂点値が、ゼロになる、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、前記第２の計算するステップが、
前記第１の速度での計算した前記電圧制限の楕円の点に沿ってトルクを計算するステップと、
単調減少するトルクを無視することによって計算した前記電圧制限の楕円を切り取るステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、有限要素解析に基づくシミュレーションを用いて前記Ｌｄ値および前記Ｌｑ値を得るステップと、
得た前記のインダクタンスパラメータに基づいて前記インダクタンス・ルックアップテーブルを生成するステップと
をさらに含む方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、速度ごとに、前記第２の計算するステップ、求める前記ステップ、および生成する前記ステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のＩｄ、Ｉｑマップを生成するステップと、
複数の前記Ｉｄ、Ｉｑマップに基づいて統合されたＩｄ、Ｉｑマップを構築するステップと
をさらに含む方法。
【請求項１３】
請求項１において生成されたＩｄ、Ｉｑマップを有する機械コントローラを含むＩＰＭ機械。
【請求項１４】
埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械を制御するための初期動作点を生成する方法であって、
前記ＩＰＭ機械の機械パラメータに基づいて、第１の閾値速度についてアンペア毎最大トルク（ＭＴＰＡ）軌跡を計算する第１の計算するステップと、
第１の速度が前記第１の閾値速度より高い場合、前記機械パラメータに基づいて、前記第１の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する第２の計算するステップと、
計算した前記ＭＴＰＡ軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも１つに基づいて、前記第１の速度での動作軌跡を求めるステップであって、
前記第１の速度が、第２の閾値速度より低くかつ前記第１の閾値速度より高い場合、計算した前記ＭＴＰＡ軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて前記動作軌跡を求めるステップ
を含む求めるステップと、
求めた前記動作軌跡に基づいて、前記第１の速度について、直軸電流（Ｉｄ）値および横軸電流（Ｉｑ）値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするＩｄ、Ｉｑマップを生成するステップと
を含む方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記第１の閾値速度がベース速度であり、前記ベース速度が、前記ＩＰＭ機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度であり、
前記第２の閾値速度が臨界速度であり、前記臨界速度が、前記ＩＰＭ機械の逆起電力（ｂａｃｋｅｍｆ）からの無制御生成（ＵＣＧ）電圧が直流（ＤＣ）バス電圧に等しい速度である、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、前記機械パラメータが、直軸インダクタンス（Ｌｄ）値および横軸インダクタンス（Ｌｑ）値のセットを含むインダクタンス・ルックアップテーブルを含み、各セットが、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応し、前記電流制御角が、前記電流ピークの大きさのＩｄおよびＩｑとして現れる量を示す、方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、求める前記ステップは、
前記第１の速度が、前記第２の閾値速度以上である場合、トルクが単調増加する計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて前記動作軌跡を求めるステップと、
前記第１の速度が、前記第１の閾値速度以下である場合、計算した前記ＭＴＰＡ軌跡に基づいて前記動作軌跡を求めるステップと
をさらに含む、方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法であって、求める前記ステップが、
Ｉｄ値ごとに、計算した前記ＭＴＰＡ軌跡のＩｑ値および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のＩｑ値のうちのより小さい方を選択するステップをさらに含み、前記動作軌跡が、選択した前記Ｉｑ値を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の方法であって、前記第１の計算するステップが、
予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するＩｄ、Ｉｑの組合せを含む初期テーブルを求めるステップと、
前記初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとに前記電流ピークの大きさ、前記電流制御角、ならびに前記ＬｄおよびＬｑ値を計算するステップと、
前記機械パラメータに基づいて前記初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとにトルクを計算するステップと、
前記複数のトルクコマンドの各々ごとにトルクの範囲を設定するステップと、
計算した前記トルクおよび設定した前記トルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにＩｄ、Ｉｑの組合せのサブセットを求めるステップと、
前記サブセットの他のＩｄ、Ｉｑの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有
するＩｄ、Ｉｑの組合せを各サブセットから選択するステップと、
Ｉｄ、Ｉｑの組合せの選択した前記セットに基づいて前記ＭＴＰＡ軌跡を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、求めた前記サブセットにおける前記Ｉｄ、Ｉｑの組合せごとに計算した前記トルクが、それぞれのトルクコマンドを包含する設定した前記トルク範囲内である、方法。
【請求項２１】
請求項１４に記載の方法であって、前記第２の計算するステップが、
前記機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、前記電圧制限の楕円の右頂点でのＩｄ頂点値を求めるステップと、
求めた前記Ｉｄ頂点値から予め設定された最小Ｉｄ制限までであるＩｄ値の範囲に対応する最大許容Ｉｑ値を計算するステップと、
計算した前記最大許容Ｉｑ値に基づいて、前記第１の速度について前記電圧制限の楕円を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、求めた前記Ｉｄ頂点値がゼロより大きい場合、前記Ｉｄ頂点値が、ゼロになる、方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法であって、前記第２の計算するステップが、
前記第１の速度での計算した前記電圧制限の楕円の点に沿ってトルクを計算するステップと、
単調減少するトルクを無視することによって計算した前記電圧制限の楕円を切り取るステップと
をさらに含む、方法。
【請求項２４】
請求項１４に記載の方法であって、速度ごとに、前記第２の計算するステップ、求める前記ステップ、および生成する前記ステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のＩｄ、Ｉｑマップを生成するステップと、
複数の前記Ｉｄ、Ｉｑマップに基づいて統合されたＩｄ、Ｉｑマップを構築するステップと
をさらに含む方法。
【請求項２５】
請求項１４において生成されたＩｄ、Ｉｑマップを有する機械コントローラを含むＩＰＭ機械。
【請求項２６】
埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械を制御するための初期動作点を生成するコンピュータ処理ユニットであって、
インダクタンス・ルックアップテーブルを含む機械パラメータを記憶するように構成されたメモリであって、前記インダクタンス・ルックアップテーブルが、直軸インダクタンス（Ｌｄ）値および横軸インダクタンス（Ｌｑ）値のセットを含み、各セットが、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応し、前記電流制御角が、前記電流ピークの大きさの直軸電流（Ｉｄ）および横軸電流（Ｉｑ）として現れる量を示す、メモリと、
前記機械パラメータに基づいて、第１の閾値速度についてアンペア毎最大トルク（ＭＴＰＡ）軌跡を計算する第１の計算を行うように構成されたプロセッサと
を備え、
前記プロセッサが、第１の速度が前記第１の閾値速度より高い場合、前記機械パラメータに基づいて、前記第１の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の
楕円を計算する第２の計算を行うように構成され、
前記プロセッサが、計算した前記ＭＴＰＡ軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも１つに基づいて、前記第１の速度での動作軌跡を求めるように構成され、
前記プロセッサが、求めた前記動作軌跡に基づいて、前記第１の速度について、Ｉｄ値およびＩｑ値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするＩｄ、Ｉｑマップを生成するように構成された、コンピュータ処理ユニット。
【請求項２７】
請求項２６に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記第１の閾値速度がベース速度であり、前記ベース速度が、前記ＩＰＭ機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度である、コンピュータ処理ユニット。
【請求項２８】
請求項２６に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記第１の速度が、第２の閾値速度より低くかつ前記第１の閾値速度より高い場合、前記プロセッサが、計算した前記ＭＴＰＡ軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて前記動作軌跡を求めるように構成され、
前記第１の速度が、前記第２の閾値速度以上である場合、前記プロセッサが、トルクが単調増加する計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて前記動作軌跡を求めるように構成され、
前記第１の速度が、前記第１の閾値速度以下である場合、前記プロセッサが、計算した前記ＭＴＰＡ軌跡に基づいて前記動作軌跡を求めるように構成された、コンピュータ処理ユニット。
【請求項２９】
請求項２８に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記第２の閾値速度が臨界速度であり、前記臨界速度が、前記ＩＰＭ機械の逆起電力（ｂａｃｋｅｍｆ）からの無制御生成（ＵＣＧ）電圧が直流（ＤＣ）バス電圧に等しい速度である、コンピュータ処理ユニット。
【請求項３０】
請求項２８に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記第１の速度が、前記第２の閾値速度より低くかつ前記第１の閾値速度より高い場合、前記プロセッサが、Ｉｄ値ごとに、計算した前記ＭＴＰＡ軌跡のＩｑ値および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のＩｑ値のうちのより小さい方を選択するように構成され、前記動作軌跡が、選択した前記Ｉｑ値を含む、コンピュータ処理ユニット。
【請求項３１】
請求項２６に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記プロセッサが、予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するＩｄ、Ｉｑの組合せを含む初期テーブルを求めるように構成され、
前記プロセッサが、前記初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとに前記電流ピークの大きさ、前記電流制御角、ならびに前記ＬｄおよびＬｑ値を計算するように構成され、
前記プロセッサが、前記機械パラメータに基づいて前記初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとにトルクを計算するように構成され、
前記プロセッサが、前記複数のトルクコマンドの各々ごとにトルクの範囲を設定するように構成され、
前記プロセッサが、計算した前記トルクおよび設定した前記トルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにＩｄ、Ｉｑの組合せのサブセットを求めるように構成され、
前記プロセッサが、前記サブセットの他のＩｄ、Ｉｑの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有するＩｄ、Ｉｑの組合せを各サブセットから選択するように構成され、
前記プロセッサが、Ｉｄ、Ｉｑの組合せの選択した前記セットに基づいて前記ＭＴＰＡ軌跡を計算するように構成された、コンピュータ処理ユニット。
【請求項３２】
請求項３１に記載のコンピュータ処理ユニットであって、求めた前記サブセットにおける前記Ｉｄ、Ｉｑの組合せごとに計算した前記トルクが、それぞれのトルクコマンドを包含する設定した前記トルク範囲内である、コンピュータ処理ユニット。
【請求項３３】
請求項２６に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記プロセッサが、前記機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、前記電圧制限の楕円の右頂点についてＩｄ頂点値を求めるように構成され、
前記プロセッサが、求めた前記Ｉｄ頂点値から予め設定された最小Ｉｄ制限までであるＩｄ値の範囲に対応する最大許容Ｉｑ値を計算するように構成され、
前記プロセッサが、計算した前記最大許容Ｉｑ値に基づいて、前記第１の速度について前記電圧制限の楕円を計算するように構成された、コンピュータ処理ユニット。
【請求項３４】
請求項３３に記載のコンピュータ処理ユニットであって、求めた前記Ｉｄ頂点値がゼロより大きい場合、前記Ｉｄ頂点値が、ゼロになる、コンピュータ処理ユニット。
【請求項３５】
請求項３３に記載のコンピュータ処理ユニットであって、
前記プロセッサが、前記第１の速度での計算した前記電圧制限の楕円の点に沿ってトルクを計算するように構成され、
前記プロセッサが、単調減少するトルクを無視することによって計算した前記電圧制限の楕円を切り取るように構成された、コンピュータ処理ユニット。
【請求項３６】
請求項２６に記載のコンピュータ処理ユニットであって、
前記プロセッサが、速度ごとに、前記第２の計算するステップ、求める前記ステップ、および生成する前記ステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のＩｄ、Ｉｑマップを生成するように構成され、
前記プロセッサが、前記複数のＩｄ、Ｉｑマップに基づいて統合されたＩｄ、Ｉｑマップを構築するように構成された、コンピュータ処理ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例示の実施形態は、埋込永久磁石型（ＩＰＭ：ｉｎｔｅｒｉｏｒ  ｐｅｒｍａｎｅｎｔ
ｍａｇｎｅｔ）機械を制御するための初期コントローラ・ルックアップテーブルを生成するデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流機は、直流機より高い効率をもたらすので、ローダまたは他の重機に広範に使用される。交流機のうちＩＰＭ機械は、一定の電力領域について高い駆動効率、幅広い動作速度範囲を有する。インバータとも呼ばれるＩＰＭ機械コントローラは、ＩＰＭ機械の動作を制御する。コントローラは制御信号を発生させ、この信号はＩＰＭ機械の端子に加えられる。通常、コントローラは、ＩＰＭ機械の特性を評価する情報または情報の一部に基づいてＩＰＭ機械を制御する。特性評価の少なくとも一部は、入力要求の所望の動作出力への変換を可能にするＩＰＭ機械の動作モデルを指す。例えば、所望の出力トルクが、要求され得、特性評価の一部に基づいて、コントローラはＩＰＭ機械を制御して、所望のトルクを送達する。所望の出力トルクを与えるために、ＩＰＭコントローラは、所望のトルクに応答して動作点をＩＰＭ機械へ出力する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
１つの従来の方法は、理論方程式を使用して機械動作点を見つけるが、これは正確でない場合もある。別の従来の方法は、有限要素解析を利用して正確な動作点を見つけるが、これは非常に時間がかかる。加えて、これらの従来の方法は、速度およびトルクレベルの観点でフル動作レンジをカバーすることができない。
【０００４】
本発明の実施形態は、埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械を制御するための初期動作点を生成する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この方法はまた、直軸インダクタンス（Ｌｄ）値および横軸インダクタンス（Ｌｑ）値のセットを含むインダクタンス・ルックアップテーブルを読み込むステップを含み、各セットが、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応する。電流制御角は、電流ピークの大きさの直軸電流（Ｉｄ）および横軸電流（Ｉｑ）として現れる量を示すことができる。
【０００６】
この方法は、ＩＰＭ機械の機械パラメータに基づいて、第１の閾値速度についてアンペア毎最大トルク（ＭＴＰＡ）軌跡を計算する第１の計算するステップと、第１の速度が第１の閾値速度より高い場合、機械パラメータに基づいて、第１の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する第２の計算するステップと、計算したＭＴＰＡ軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも１つに基づいて、第１の速度での動作軌跡を決定するステップと、決定した動作軌跡に基づいて、第１の速度について、Ｉｄ値およびＩｑ値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするＩｄ、Ｉｑマップを生成するステップとを含む。
【０００７】
いくつかの実施形態では、第１の閾値速度がベース速度であり、ベース速度が、ＩＰＭ機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度である。
【０００８】
決定するステップは、第１の速度が、第２の閾値速度より低くかつ第１の閾値速度より
高い場合、計算したＭＴＰＡ軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて動作軌跡を決定するステップ、第１の速度が、第２の閾値速度以上である場合、トルクが単調増加する計算した切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて動作軌跡を決定するステップ、ならびに／または第１の速度が、第１の閾値速度以下である場合、計算したＭＴＰＡ軌跡に基づいて動作軌跡を決定するステップをさらに含んでもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態では、第２の閾値速度が臨界速度であり、臨界速度が、ＩＰＭ機械の逆起電力（ｂａｃｋｅｍｆ）からの無制御生成（ＵＣＧ）電圧が直流（ＤＣ）バス電圧に等しい速度である。
【００１０】
第１の速度が、第２の閾値速度より低くかつ第１の閾値速度より高い場合、決定するステップが、Ｉｄ値ごとに、計算したＭＴＰＡ軌跡のＩｑ値および計算した切り取られた電圧制限の楕円のＩｑ値のうちのより小さい方を選択するステップを含み、動作軌跡が、選択したＩｑ値を含む。
【００１１】
第１の計算するステップが、予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するＩｄ、Ｉｑの組合せを含む初期テーブルを決定するステップ、初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとに電流ピークの大きさ、電流制御角、およびＬｄとＬｑ値を計算するステップ、機械パラメータに基づいて初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとにトルクを計算するステップ、複数のトルクコマンドごとにトルクの範囲を設定するステップ、計算したトルクおよび設定したトルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにＩｄ、Ｉｑの組合せのサブセットを決定するステップ、サブセットの他のＩｄ、Ｉｑの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有するＩｄ、Ｉｑの組合せを各サブセットから選択するステップ、ならびに／またはＩｄ、Ｉｑの組合せの選択したセットに基づいてＭＴＰＡ軌跡を計算するステップをさらに含んでもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態では、決定したサブセットにおけるＩｄ、Ｉｑの組合せごとに計算したトルクは、それぞれのトルクコマンドを包含する設定したトルク範囲内である。
【００１３】
第２の計算するステップが、機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、電圧制限の楕円の右頂点についてＩｄ頂点値を決定するステップ、Ｉｄ値の範囲が、決定したＩｄ頂点値から予め設定された最小Ｉｄ制限までである、Ｉｄ値の範囲に対応する最大許容Ｉｑ値を計算するステップ、および／または計算した最大許容Ｉｑ値に基づいて、第１の速度について電圧制限の楕円を計算するステップをさらに含んでもよい。また、決定したＩｄ頂点値がゼロより大きい場合、Ｉｄ頂点値が、ゼロにさせられてもよい。
【００１４】
第２の計算するステップが、第１の速度での計算した電圧制限の楕円の各点に沿ってトルクを計算するステップ、および／または単調減少するトルクを無視することによって計算した電圧制限の楕円を切り取るステップをさらに含んでもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、この方法は、有限要素解析に基づくシミュレーションを用いてＬｄ値およびＬｑ値を得るステップと、得たインダクタンスパラメータに基づいてインダクタンス・ルックアップテーブルを生成するステップとをさらに含んでもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、この方法は、速度ごとに、第２の計算するステップ、決定するステップ、および生成するステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のＩｄ、Ｉｑマップを生成するステップと、複数のＩｄ、Ｉｑマップに基づいて統合されたＩｄ、Ｉｑマップを構築するステップとをさらに含んでもよい。
【００１７】
いくつかの実施形態では、ＩＰＭ機械は、上記の通りにＩｄ、Ｉｑマップを有する機械
コントローラを含む。
【００１８】
別の実施形態では、この方法は、ＩＰＭ機械の機械パラメータに基づいて、第１の閾値速度についてアンペア毎最大トルク（ＭＴＰＡ）軌跡を計算する第１の計算するステップと、第１の速度が第１の閾値速度より高い場合、機械パラメータに基づいて、第１の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する第２の計算するステップと、計算したＭＴＰＡ軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも１つに基づいて、第１の速度での動作軌跡を決定するステップと、決定した動作軌跡に基づいて、第１の速度について、直軸電流（Ｉｄ）値および横軸電流（Ｉｑ）値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするＩｄ、Ｉｑマップを生成するステップとを含む。この決定するステップは、第１の速度が、第２の閾値速度より低くかつ第１の閾値速度より高い場合、計算したＭＴＰＡ軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて動作軌跡を決定するステップを含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、第１の閾値速度がベース速度であり、ベース速度が、ＩＰＭ機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度であり、第２の閾値速度が臨界速度であり、臨界速度が、ＩＰＭ機械の逆起電力（ｂａｃｋｅｍｆ）からの無制御生成（ＵＣＧ）電圧が直流（ＤＣ）バス電圧に等しい速度である。
【００２０】
いくつかの実施形態では、機械パラメータは、インダクタンス・ルックアップテーブルを含む。インダクタンス・ルックアップテーブルは、直軸インダクタンス（Ｌｄ）値および横軸インダクタンス（Ｌｑ）値のセットを含み、各セットが、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応し、電流制御角が、電流ピークの大きさのＩｄおよびＩｑとして現れる量を示すことができる。
【００２１】
決定するステップは、第１の速度が、第２の閾値速度以上である場合、トルクが単調増加する計算した切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて動作軌跡を決定するステップ、および／または第１の速度が、第１の閾値速度以下である場合、計算したＭＴＰＡ軌跡に基づいて動作軌跡を決定するステップをさらに含んでもよい。決定するステップは、Ｉｄ値ごとに、計算したＭＴＰＡ軌跡のＩｑ値および計算した切り取られた電圧制限の楕円のＩｑ値のうちのより小さい方を選択するステップをさらに含んでもよく、動作軌跡が、選択したＩｑ値を含む。
【００２２】
第１の計算するステップは、予め設定された電流制限の可能性のあるすべての値をカバーする値を有するＩｄ、Ｉｑの組合せを含む初期テーブルを決定するステップと、初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとに電流ピークの大きさ、電流制御角、ならびにＬｄおよびＬｑ値を計算するステップと、機械パラメータに基づいて初期テーブルＩｄ、Ｉｑの組合せごとにトルクを計算するステップと、複数のトルクコマンドごとにトルクの範囲を設定するステップと、計算したトルクおよび設定したトルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにＩｄ、Ｉｑの組合せのサブセットを決定するステップと、サブセットの他のＩｄ、Ｉｑの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有するＩｄ、Ｉｑの組合せを各サブセットから選択するステップと、Ｉｄ、Ｉｑの組合せの選択したセットに基づいてＭＴＰＡ軌跡を計算するステップとを含んでもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態では、決定したサブセットにおけるＩｄ、Ｉｑの組合せごとに計算したトルクが、それぞれのトルクコマンドを包含する設定したトルク範囲内である。
【００２４】
第２の計算するステップが、機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、電圧制限の楕円の右頂点の箇所でＩｄ頂点値を決定するステップ、Ｉｄ値の範囲が、決定したＩｄ頂点値から予め設定された最小Ｉｄ制限までである、Ｉｄ値の範囲に対応する最大許容
Ｉｑ値を計算するステップ、および／または計算した最大許容Ｉｑ値に基づいて、第１の速度について電圧制限の楕円を計算するステップを含んでもよい。決定したＩｄ頂点値がゼロより大きい場合、Ｉｄ頂点値が、ゼロにさせられてもよい。
【００２５】
第２の計算するステップが、第１の速度での計算した電圧制限の楕円の各点に沿ってトルクを計算するステップと、単調減少するトルクを無視することによって計算した電圧制限の楕円を切り取るステップとをさらに含んでもよい。
【００２６】
この方法は、速度ごとに、第２の計算するステップ、決定するステップ、および生成するステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のＩｄ、Ｉｑマップを生成するステップと、複数のＩｄ、Ｉｑマップに基づいて統合されたＩｄ、Ｉｑマップを構築するステップとをさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＩＰＭ機械が、上記の通りにＩｄ、Ｉｑマップを有する機械コントローラを含む。
【００２７】
本発明の実施形態は、埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械を制御するための初期動作点を生成するコンピュータ処理ユニットを提供する。
【００２８】
コンピュータ処理ユニットは、機械パラメータを記憶するように構成されているメモリを含む。機械パラメータは、インダクタンス・ルックアップテーブルを含み、インダクタンス・ルックアップテーブルは、直軸インダクタンス（Ｌｄ）値および横軸インダクタンス（Ｌｑ）値のセットを含む。各セットは、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応してもよい。電流制御角は、電流ピークの大きさの直軸電流（Ｉｄ）および横軸電流（Ｉｑ）として現れる量を示すことができる。
【００２９】
コンピュータ処理ユニットは、機械パラメータに基づいて、第１の閾値速度についてアンペア毎最大トルク（ＭＴＰＡ）軌跡を計算する、第１の計算を行うように構成されているプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、第１の速度が第１の閾値速度より高い場合、機械パラメータに基づいて、第１の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する、第２の計算を行うように構成されている。プロセッサは、計算したＭＴＰＡ軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも１つに基づいて、第１の速度での動作軌跡を決定するように構成されている。プロセッサは、決定した動作軌跡に基づいて、第１の速度について、Ｉｄ値およびＩｑ値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするＩｄ、Ｉｑマップを生成するように構成されている。
【００３０】
いくつかの実施形態では、第１の閾値速度がベース速度であり、ベース速度が、ＩＰＭ機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度である。
【００３１】
いくつかの実施形態では、第１の速度が、第２の閾値速度より低くかつ第１の閾値速度より高い場合、プロセッサは、計算したＭＴＰＡ軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて動作軌跡を決定するように構成され、第１の速度が、第２の閾値速度以上である場合、プロセッサは、トルクが単調増加する計算した切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて動作軌跡を決定するように構成され、および／または第１の速度が、第１の閾値速度以下である場合、プロセッサは、計算したＭＴＰＡ軌跡に基づいて動作軌跡を決定するように構成されている。
【００３２】
いくつかの実施形態では、第２の閾値速度が臨界速度であり、臨界速度が、ＩＰＭ機械の逆起電力（ｂａｃｋｅｍｆ）からの無制御生成（ＵＣＧ）電圧が直流（ＤＣバス電圧に等しい速度である。
【００３３】
第１の速度が、第２の閾値速度より低くかつ第１の閾値速度より高い場合、プロセッサが、Ｉｄ値ごとに、計算したＭＴＰＡ軌跡のＩｑ値および計算した切り取られた電圧制限の楕円のＩｑ値のうちのより小さい方を選択するように構成され、動作軌跡が、選択したＩｑ値を含む。
【００３４】
また、プロセッサは、予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するＩｄ、Ｉｑの組合せを含む初期テーブルを決定するように構成され、初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとに電流ピークの大きさ、電流制御角、ならびにＬｄおよびＬｑ値を計算するように構成され、機械パラメータに基づいて初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとにトルクを計算するように構成され、複数のトルクコマンドごとにトルクの範囲を設定するように構成され、計算したトルクおよび設定したトルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにＩｄ、Ｉｑの組合せのサブセットを決定するように構成され、サブセットの他のＩｄ、Ｉｑの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有するＩｄ、Ｉｑの組合せを各サブセットから選択するように構成され、Ｉｄ、Ｉｑの組合せの選択したセットに基づいてＭＴＰＡ軌跡を計算するように構成されてもよい。決定したサブセットにおけるＩｄ、Ｉｑの組合せごとに計算したトルクは、それぞれのトルクコマンドを包含する設定したトルク範囲内に含むことができる。
【００３５】
また、プロセッサは、機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、電圧制限の楕円の右頂点についてＩｄ頂点値を決定するように構成され、Ｉｄ値の範囲が、決定したＩｄ頂点値から予め設定された最小Ｉｄ制限までである、Ｉｄ値の範囲に対応する最大許容Ｉｑ値を計算するように構成され、計算した最大許容Ｉｑ値に基づいて、第１の速度について電圧制限の楕円を計算するように構成されてもよい。また、決定したＩｄ頂点値がゼロより大きい場合、Ｉｄ頂点値が、ゼロにさせられてもよい。
【００３６】
また、プロセッサは、第１の速度での計算した電圧制限の楕円の各点に沿ってトルクを計算するように構成され、単調減少するトルクを無視することによって計算した電圧制限の楕円を切り取るように構成されてもよい。プロセッサは、速度ごとに、第２の計算するステップ、決定するステップ、および生成するステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のＩｄ、Ｉｑマップを生成するように構成され、複数のＩｄ、Ｉｑマップに基づいて統合されたＩｄ、Ｉｑマップを構築するように構成されている。
【００３７】
例示の実施形態は、以下、本明細書中に与えられた詳細な説明および添付図面からより十分に理解されよう。同じ要素は、同じ参照番号によって表され、それらは例示によって与えられるものにすぎず、したがって限定ではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態による複数の速度についてのＩｄ、Ｉｑマップを構築する方法を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による複数の速度についてのＩｄ、Ｉｑマップを構築するデバイス２００を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態によるｄｑ平面内の複数の曲線および複数の電圧制限の楕円を示すグラフである。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態によるｄｑ平面内の複数の電圧制限の楕円および複数の曲線を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による第１の閾値速度または第１の閾値速度未満の速度についてのＭＴＰＡ軌跡を計算する方法を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、第１の閾値速度を上回る動作速度について、電圧制限の楕円、またはＭＴＰＡ軌跡と電圧制限の楕円の組合せを用いてＩｄ、Ｉｑマップを生成する方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、複数の速度についての動作軌跡を計算し、動作軌跡に基づいて複数の統合されたＩｄ、Ｉｑマップを生成する方法を示す図である。
【図７】電気ＩＰＭ機械を制御するためのシステムの一実施形態のブロック図である。
【図８】図７と一致する電子データ処理システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
次に様々な例示の実施形態を、いくつかの例示の実施形態が示されている添付図面を参照してより十分に説明する。同じ番号は、図面の記載の全体にわたって同じ要素を指す。
【００４０】
第１、第２などの用語が様々な要素を説明するために本明細書に使用され得るが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用されるのにすぎない。例えば、例示の実施形態の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素は第１の要素と呼ぶことができる。本明細書に用いられるとき、用語「および／または」は、関連して列挙した項目の１つまたは複数のいずれかおよびすべての組合せを包含する。
【００４１】
本明細書に用いられる専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、例示の実施形態を限定するものではない。本明細書に用いられるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、分脈上他の意味を明らかに示さない限り、複数形も含むものとする。「含む」および／または「備える」（「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」および／または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」）」という用語は、本明細書に用いられるとき、示した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を特定するものではあるが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を除外しないことがさらに理解されよう。
【００４２】
いくつかの代替の実施では、記載した機能／作用は、図面に記載した順序ではなく行われてもよいことも留意されたい。例えば、連続して示される２つの図は、実際には、同時に実行されてもよく、または場合によっては伴う機能／作用に応じて逆の順序で実行されてもよい。
【００４３】
他に定めがない限り、本明細書に使用される（科学技術用語を含む）すべての用語は、例示の実施形態が属する技術分野における通常の技術を有する人によって通常理解されるのと同じ意味を有する。用語、例えば、一般的に使用される辞書に定義される用語は、従来の技術の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書中に明示的にそう定められない限り、理想的または過度に形式的な感覚で解釈されないことがさらに理解されよう。
【００４４】
以下の説明では、実行時に特定のタスクを行う、または特定の抽象的データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含むプログラムモジュールまたは機能プロセスとして実施され得る、および既存のネットワーク要素で既存のハードウェアを使用して実施され得る例示的な実施形態を、動作の作用および動作の記号表現を参照して（例えば、流れ図の形式で）説明する。そのような既存のハードウェアには、１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）コンピュータ、またはプログラムされると特定の機械になる同様の機械が含まれ得る。
【００４５】
しかし、これらおよび類似の用語のすべては、適切な物理量に関連付けられるべきであ
り、これらの量に付与される便利なラベルにすぎないことに留意すべきである。特に他に記載のない限り、または議論から明らかなように、「得る（ｏｂｔａｉｎｉｎｇ）」、「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」、「計算する（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」、「選択する（ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ）」、「設定する（ｓｅｔｔｉｎｇ）」、「切り取る（ｔｒｕｎｃａｔｉｎｇ）」、「生成する（ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ）」等などの用語は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ内で物理電子量として示されるデータを操作して、コンピュータシステムメモリまたはレジスタ、あるいは他のそのような情報記憶、伝送または表示デバイス内で物理量として同様に示される他のデータに変換するコンピュータシステムまたは類似の電子コンピューティングデバイスの動作およびプロセスを指す。
【００４６】
本発明の実施形態は、埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械のための初期動作点を生成するデバイスおよび方法を提供する。ＩＰＭ機械は、当業者によく知られている任意のタイプのＩＰＭ機械であり得る。例えば、ＩＰＭ機械は、スロットを有するステータ、および永久磁石の極を有するロータ、ならびにＩＰＭ機械を制御するように構成されているコントローラを含むことができる。初期動作点は、ＩＰＭ機械の動作に使用される少なくとも１つのルックアップテーブルに記憶することができる。
【００４７】
各動作点は、直軸電流（Ｉｄ）値および横軸電流（Ｉｑ）値を含み、これらは、それぞれフラックス電流コマンド（ｆｌｕｘ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｍｍａｎｄ）およびトルク電流コマンド（ｔｏｒｑｕｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｍｍａｎｄ）とも呼ばれ得る。電流コマンドＩｄおよびＩｑは、電流ピークの大きさ（Ｉｓ）および電流制御角（γ）の成分である。電流制御角（γ）は、Ｉｓのｄｑ平面内でＩｄおよびＩｑとして現れる量を示す。一実施形態では、電流制御角（γ）は、ｄｑ平面の正のｑ軸に対する電流ピークの大きさ（Ｉｓ）の角度である。電流ピークの大きさＩｓと、電流制御角（γ）、ＩｄおよびＩｑとの間の関係は、以下の通りである。
【００４８】
式（１）：Ｉｓ＝√（Ｉｄ２＋Ｉｑ２）
式（２）：Ｉｄ＝−ＩｓｓｉｎγおよびＩｑ＝Ｉｓｃｏｓγ
電流コマンドＩｑは、トルクコマンドの符号に応じて正または負の符号（＋／−）を有することができる。電流コマンドは、トルクコマンド（例えば、５０Ｎｍ）および動作速度に応じてＩＰＭ機械に加えられる適切な量の電流を示す。一実施形態によれば、動作点は、ＩＰＭ機械のフルレンジを包含する複数の速度についての各トルクコマンドにマッピングされる。トルクコマンドは、フルレンジに関するトルクのパーセント値（例えば、０％、５％、１０％、１５％）の観点で表すことができる。動作点および対応するトルクコマンドは、Ｉｄ、Ｉｑマップを有する少なくとも１つのルックアップテーブルに記憶される。したがって、特定のトルクコマンドおよび動作速度に応じて、ＩＰＭ機械は、少なくとも１つのルックアップテーブル内の適切なＩｄ、Ｉｑマップに基づいて、対応する動作点（例えば、Ｉｄ値、Ｉｑ値）を選択する。
【００４９】
初期動作点は、ＩＰＭ機械の性能を試験するために使用することができる。例えば、初期動作点に基づいて、使用者は、例えば、（ａ）ＩＰＭ機械に対する基本的なトルク制御、速度制御、および電圧制御を試験する、（ｂ）機械の電流ループ、速度ループ、電圧ループに比例する積分（ＰＩ）ゲインを調整する、（ｃ）機械の熱的な性能および限界を試験する、（ｄ）パワーエレクトロニクスの損失を評価し、最適なパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチング周波数を選択する、（ｅ）位置較正およびモータ特性評価のための基礎を構築することができる。
【００５０】
いくつかの実施形態によれば、生成した初期動作点は、規定の電流および電圧の制限を満たしつつ、ＩＰＭ機械のフル動作レンジ（例えば、フルトルクおよびフル速度レンジ）についての動作点を与えることができる。加えて、初期動作点の使用は、一定であると仮
定されない、ｄｑ軸間に厳重に結合される実際のインダクタンス値などのＩＰＭ機械の所与の機械パラメータを用いる。結果として、生成した初期動作点は、例えば、ＩＰＭ機械が、（ａ）ＩＰＭ機械がトルク生成能力に関してサイズが大き過ぎるまたは不足しているか、（ｂ）低速フルトルク動作に必要な電流が大き過ぎないか、（ｃ）高速動作に十分な電圧が存在するか、対応する角度が大き過ぎないか、および（ｄ）トルク対位置の感度が大き過ぎるかなど、どれだけ良く特定の用途の目的のために設計されているのかを理解するのに有益であり得る。
【００５１】
図１は、本発明の一実施形態による複数の速度についてのＩｄ、Ｉｑマップを構築する方法を示す。図２を参照して以下に説明するように、この方法は、メモリおよびプロセッサを有する任意のタイプのコンピュータ処理ユニットによって実施することができる。
【００５２】
図２は、本発明の一実施形態による複数の速度についてのＩｄ、Ｉｑマップを構築するデバイス２００を示す。デバイス２００は、プロセッサ２０５および少なくとも１つのメモリ２１０を含む。デバイス２００は、当業者によく知られている他の構成要素を含み得る。プロセッサ２０５は、少なくとも１つのメモリ２１０に記憶されるプログラムコードを実行するように構成されている任意のタイプのプロセッサであり得る。メモリ２１０は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）およびリードオンリメモリ（ＲＯＭ）などの任意のタイプのメモリであり得る。以下にさらに説明するように、デバイス２００は、本出願の図１および図４〜図６中の動作のいずれかを実行することができる。
【００５３】
図１に戻って参照すると、ステップＳ１１０では、プロセッサ２０５は、少なくとも１つのメモリ２１０からＩＰＭ機械の機械パラメータを読み込む。機械パラメータには、例えば、逆起電力（ｂａｃｋｅｍｆ）定数（λｆ）、電流制限、ＩＰＭ機械のいくつかの極のペア、直流（ＤＣ）バス電圧レベル、インダクタンス・ルックアップテーブル、ステータ抵抗、および／または温度に対しての永久磁石強度係数が含まれ得る。さらに、機械パラメータには、当業者によく知られている任意の他のタイプのパラメータが含まれ得る。
【００５４】
インダクタンス・ルックアップテーブルは、直軸インダクタンス（Ｌｄ）値および横軸インダクタンス（Ｌｑ）値のセットを含むことができる。各セットは、電流ピークの大きさ（Ｉｓ）および電流制御角（γ）に対応する。以下に示す表１および表２は、インダクタンス・ルックアップテーブルの一実施形態を示す。
【００５５】
【表１】
2014515245.tif 000003
【００５６】
【表２】
2014515245.tif 000004
【００５７】
表１は、Ｌｄにインダクタンス値を与え、一方、表２は、Ｌｑにインダクタンス値を与える。しかし、本発明の実施形態は、ピーク電流の大きさおよび電流制御角をインダクタンス値ＬｄおよびＬｑへマッピングする任意のタイプの構成を包含する。例えば、別の実施形態では、表１および表２は、１つのテーブルに具体化されてもよい。
【００５８】
各行は、特定のピーク電流の大きさ（Ｉｓ）（例えば、０Ａ、２５Ａ、５０Ａなど）に対応する。表１および表２中の最高のピーク電流の大きさレベルは、機械巻線熱制限またはハードウェアスイッチング構成要素電流制限によって決定されるＩＰＭ機械についての最大電流制限を超過すべきである。表１および表２は、４００Ａを最高のピーク電流の大きさとして示すが、本発明の実施形態は、任意の値を包含し得る。
【００５９】
各列は、特定の電流制御角（γ）（例えば、０°、５°、１０°、…、８５°、９０°）に対応する。ＩＰＭ機械の動作は、ｄｑ平面の第２の象限および第３の象限において対
称的であると仮定されるので、９０から１８０までの電流制御角についてのＬｄおよびＬｑの値を与えることは必要とされない。
【００６０】
特定のピーク電流の大きさ（Ｉｓ）および電流制御角（γ）に対応する各ＬｄおよびＬｑ値は、例えば、ＳＰＥＥＤ、ＪＭＡＧ、Ａｎｓｙｓ、またはＡｎｓｏｆｔなどの有限要素解析（ＦＥＡ）に基づくシミュレーションツールを用いて得ることができる。ＦＥＡに基づくシミュレーションは、ＩＰＭ機械を電磁気的に解析して、ルックアップ・インダクタンス・テーブルについてのＬｄおよびＬｑ値を生成する。言い換えると、機械設計者は、ＩＰＭ機械についての反復のＦＥＡに基づくシミュレーションを実行することによってインダクタンス・ルックアップテーブルを埋めることができる。
【００６１】
ｂａｃｋｅｍｆ定数（λｆ）は、以下の通りに定義することができる：
式（３）：Ｖｌｉｎｅ＿ｌｉｎｅ＿ｒｍｓ＝（√３／√２）・ωｅｌｅｃ・λｆ
パラメータλｆは、ｂａｃｋｅｍｆ定数であり、電気角／秒当たりのボルトの単位を有し、パラメータωｅｌｅｃは電気周波数であり、パラメータＶｌｉｎｅ＿ｌｉｎｅ＿ｒｍｓは、機械の端子のライン間の電圧の基本的な二乗平均平方根（ｒｍｓ）である。機械の端子のライン間の電圧は、ＩＰＭ機械に印加される電圧である。
【００６２】
特定の用途のためのＤＣバス電圧レベルが使用されてもよい。ＤＣバス電圧は、電源からＩＰＭ機械のコントローラへの電圧供給である。例えば、ＩＰＭ機械が媒体中で高速領域へ動作するとき、ＤＣバス電圧レベルによって、より高い速度で出力トルクをさらに制限する電圧制限境界を直接決定する。
【００６３】
また、機械サイズおよびＤＣバス電圧レベルに応じて、ステータ抵抗は、初期動作点にとって重要である場合もない場合もある。基本的に、高ＤＣバス電圧レベルを有する高電力機械（例えば、大型オフロード車用の巻上機）の場合、相抵抗間の電圧降下は通常無視してよい。しかし、低電力低電圧機械（例えば、芝刈り機）の場合、相抵抗間の電圧降下は、電圧制限評価と考えられ得る。
【００６４】
より先進の／正確なＩＰＭモータ制御評価の場合、例えば１℃当たり−０．１１％の温度に対しての永久磁石強度係数が必要とされ得る。永久磁石強度係数は、磁石の温度変化による出力トルク変動を適切に補償するのに役立ち得る。
【００６５】
ステップＳ１２０では、プロセッサ２０５は、インダクタンス・ルックアップテーブルが含まれるＩＰＭ機械の機械パラメータに基づいて、第１の閾値速度についてのアンペア毎最大トルク（ＭＴＰＡ）軌跡を計算する。第１の閾値速度は、ＩＰＭ機械の一定の最大出力トルクを実現する最大シャフト速度であるベース速度であり得る。ベース速度以下の動作速度の場合、動作点（Ｉｄ、Ｉｑ）は、ＭＴＰＡ軌跡のみに基づいて決定される。しかし、いくつかの例では、ベース速度を上回る動作速度の場合、ベース速度についての計算したＭＴＰＡは、現在の速度についての動作軌跡の決定に使用される。ステップＳ１２０の説明は、本発明の図４を参照してさらに説明される。
【００６６】
ステップＳ１３０では、プロセッサ２０５は、第１の速度が第１の閾値速度より高い場合、機械パラメータに基づいて、第１の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する。例えば、第１の閾値速度より高い動作速度の場合、ＩＰＭ機械の動作は、電圧制限の楕円によって制限され得る。第１の速度は、ＩＰＭ機械のフル動作レンジを包含する複数の速度範囲内の任意の速度であってもよい。第１の速度が第１の閾値速度より高い場合、プロセッサ２０５は、切り取られた電圧制限の楕円を計算する。ステップＳ１３０の詳細は、本発明の図５を参照してさらに説明される。
【００６７】
ステップＳ１４０では、プロセッサ２０５は、計算したＭＴＰＡ軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも１つに基づいて動作軌跡を決定する。例えば、第１の速度が、第２の閾値速度より低くかつ第１の閾値速度より高い場合、ステップＳ１４０は、計算したＭＴＰＡ軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて動作軌跡を決定する。第２の閾値速度は、ＩＰＭ機械のｂａｃｋｅｍｆからの無制御生成（ＵＣＧ）電圧がＤＣバス電圧に等しい速度である臨界速度であり得る。第１の速度が、第２の閾値速度以上である場合、ステップＳ１４０は、トルクが単調増加する計算した切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて動作軌跡を決定する。第１の速度が第１の閾値速度以下である場合、ステップＳ１４０は、計算したＭＴＰＡ軌跡のみに基づいて動作軌跡を決定する。ステップＳ１４０の詳細は、本発明の図５を参照してさらに説明される。
【００６８】
Ｓ１５０では、プロセッサ２０５は、所定の動作軌跡に基づいて第１の速度についてのＩｄ、Ｉｑマップを生成する。Ｉｄ、Ｉｑマップは、トルクコマンド（Ｔｃｍｄ）対直軸電流コマンド（ｉｄ＿ｃｍｄ）、およびトルクコマンド（Ｔｃｍｄ）対横軸電流コマンド（ｉｑ＿ｃｍｄ）を含むルックアップテーブルである得る。上述のように、トルクコマンドは、トルクのパーセント値で表すことができる。例えば、５０Ｎｍなどのトルク値は、５％などのトルクのパーセント値に変換することができ、トルクのパーセント値は、電流コマンドに関連して記憶することができる。ステップＳ１５０の詳細は、本発明の図５〜図６を参照してさらに説明される。
【００６９】
ステップ１３０、１４０および１５０は、複数の速度についての速度ごとに繰り返される。結果として、プロセッサ２０５は、複数の速度について異なるＩｄ、Ｉｑマップを生成する。ステップＳ１６０では、プロセッサは、複数のＩｄ、Ｉｑマップに基づいて統合されたＩｄ、Ｉｑマップを構築する。例えば、統合されたＩｄ、Ｉｑマップは、複数のルックアップテーブルを含むことができ、そこでは、各ルックアップテーブルが、対応する速度についてのトルクコマンド（Ｔｃｍｄ）対直軸電流コマンド（ｉｄ＿ｃｍｄ）、およびトルクコマンド（Ｔｃｍｄ）対横軸電流コマンド（ｉｑ＿ｃｍｄ）を与える。ステップＳ１６０の詳細は、本発明の図５〜図６を参照してさらに説明される。
【００７０】
図３Ａおよび図３Ｂは、（臨界速度およびベース速度を含む）複数の速度についての電圧制限の楕円、およびベース速度についてのＭＴＰＡ軌跡の図解を与える。
【００７１】
図３Ａは、本発明の一実施形態によるｄｑ平面内の複数の曲線および複数の電圧制限の楕円を含む。複数の曲線は、ＭＴＰＡ軌跡（ＯＢ）、トルク毎最小電圧（ＭＶＰＴ）軌跡（ＭＪ）、およびステータ電流制限（ＳＣＬ）軌跡（ＡＢＪＤ）を含む。複数の電圧制限の楕円は、ベース速度（ωｂ）、移行速度（ωｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）、および臨界速度（ωｃｒｉｔｉｃａｌ）を含む。
【００７２】
ＭＶＰＴ軌跡は、電圧制限の観点から速度ごとにピーク出力トルクを決定する。ＳＣＬ軌跡は、ＩＰＭ機械のステータ巻線を通じて流れるピーク許容電流を決定する。点Ｂは、ＭＴＰＡ軌跡とＳＣＬ軌跡の交点であり、点Ｊは、ＳＣＬ軌跡とＭＶＰＴ軌跡の交点である。
【００７３】
ベース速度（ωｂ）は、電圧制限の楕円が点Ｂを横切ったときとして定義される。電圧制限の楕円が点Ｊを横切るとき、対応する速度は、移行速度ωｔｒａｎｓｉｔｉｏｎとして定義される。最後に、電圧制限の楕円が点Ｏを横切るとき、対応するモータ速度は、臨界速度ωｃｒｉｔｉｃａｌとして定義される。
【００７４】
ＩＰＭ機械は、電圧の制約なしでＭＴＰＡ軌跡に沿って動作するか、または磁束を弱め
ることが必要とされるときに電圧制限の楕円に沿って動作する。
【００７５】
図３Ｂは、本発明の一実施形態によるｄｑ平面内の複数の電圧制限の楕円および複数の曲線を示す。複数の曲線は、図３Ａを参照して上述したのと同じ軌跡を含む。複数の電圧制限の楕円は、第１、第２、第３および第４の動作速度に対応し、さらに後述するように、これらはそれぞれ、４つの主動作領域に含まれる。
【００７６】
第１に、動作速度が、ベース速度未満であるとき（例えば、ω１など、＜ωｂａｓｅ）、ＩＰＭ機械は、電圧制限の制限なしでＭＴＰＡ軌跡（ＯＥＧＢ）に沿って動作している。この場合は、磁束を弱めない領域に属する。図１を参照して説明するように、動作速度がベース速度以下である場合、動作軌跡は、ＭＴＰＡに基づいて決定される。この場合には、動作軌跡はＯＥＧＢである。
【００７７】
第２に、ＩＰＭ機械の動作速度が、ベース速度より大きくかつ移行速度未満であるとき（例えば、ω２など、ωｂａｓｅ＜ω＜ωｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）、ＩＰＭ機械は、電圧制限境界点Ｇに到達するまでＭＴＰＡ軌跡に沿って動作している。その後、ＩＰＭ機械は、ＳＣＬ境界点Ｃに到達するまで電圧制限の楕円の軌跡に切り換わる。速度ω２での動作軌跡は曲線ＯＥＧＣであり、出力トルクはこの動作曲線に沿って単調増加している。この速度でのピークトルクは、ステータ電流制限境界によって決定される。この場合は、部分的な磁束を弱める領域に属する。図１を参照して説明するように、動作速度がベース速度より大きくかつ臨界速度未満であるとき、動作軌跡は、電圧制限の楕円およびＭＴＰＡ軌跡の比較に基づくことができる。これらの特徴は、図５を参照してさらに説明される。しかし、電流制限値および機械設計パラメータに応じて、移行速度は、存在する場合もしない場合もある。例えば、電流制限値が比較的実質的に大きい場合、図３Ｂ中の移行速度は、考慮に入れられる必要がない場合がある。この場合には、ベース速度を上回るピークトルクは、ＭＶＰＴ曲線によって常に制限され、ステータ電流制限曲線によっては制限されない。
【００７８】
第３に、ＩＰＭ機械の動作速度、移行速度より大きくかつ臨界速度未満であるとき（例えば、ω３などの、ωｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ＜ω＜ωｃｒｉｔｉｃａｌ）、ＩＰＭ機械は、電圧制限境界点Ｅに到達するまでＭＴＰＡ軌跡に沿って動作している。その後、ＩＰＭ機械は、ＭＶＰＴ境界点Ｋに到達するまで電圧制限の楕円に沿ってさらに動作する。速度ω３での動作軌跡は曲線ＯＥＫであり、出力トルクはこの動作曲線に沿って単調増加している。この速度でのピークトルクは、ＭＶＰＴ境界によって決定される。この場合は、部分的な磁束を弱める領域にも属する。図１を参照して説明するように、動作速度がベース速度より大きくかつ臨界速度未満であるとき、動作軌跡は、電圧制限の楕円およびＭＴＰＡ軌跡の比較に基づくことができる。これらの特徴は、図５を参照してさらに説明される。
【００７９】
第４に、ＩＰＭ機械の動作速度が、臨界速度より大きいとき（例えば、ω４など、ω＞ωｃｒｉｔｉｃａｌ）、ＩＰＭ機械は、ＭＶＰＴ境界点Ｌに到達するまで電圧制限の楕円に沿って常に動作している。速度ω４での動作軌跡は、曲線ＮＬであり、出力トルクはこの動作曲線に沿って単調増加している。この場合は、完全な磁束を弱める領域に属する。図１を参照して説明するように、動作速度が臨界速度を上回る場合、動作軌跡は、トルクが単調増加する電圧制限の楕円のみに基づいて決定される。
【００８０】
図４〜図６は、本発明の実施形態による、動作軌跡を決定し、上記の特定された領域のいずれか１つの内に含まれ得る複数の速度についての動作点を生成する方法を示す。
【００８１】
図４は、本発明の一実施形態による、第１の閾値速度または第１の閾値速度未満の速度
についてのＭＴＰＡ軌跡を計算する方法を示す（例えば、図１中のステップＳ１２０）。
【００８２】
ステップ４１０では、プロセッサ２０５は、例えば、インダクタンス・ルックアップテーブル、ｂａｃｋｅｍｆ定数、および／または電流制限を含むＩＰＭ機械パラメータを読み込む。プロセッサ２０５は、当業者によく知られている他のＩＰＭ機械パラメータを読み込むように構成されてもよい。
【００８３】
ステップ４１５では、プロセッサ２０５は、初期テーブルを決定する。初期テーブルは、予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するＩｄ、Ｉｑの組合せを含む。例えば、予め設定された電流制限が５００Ａであるとき、（Ｉｄ、Ｉｑ）の５０１×５０１の組合せがある。したがって、初期テーブルは、（ＯＡ、１Ａ；ＯＡ、２Ａ；…５００Ａ、５００Ａ）などの可能性のある組合せの各々を含む。
【００８４】
ステップＳ４２０では、プロセッサ２０５は、初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとに電流ピークの大きさ（Ｉｓ）、電流制御角（γ）、ＬｄおよびＬｑ値を計算する。例えば、プロセッサ２０５は、式１および式２に基づいてＩｄ、Ｉｑの組合せごとに電流ピークの大きさ（Ｉｓ）および電流制御角（γ）を計算する。次いで、プロセッサ２０５は、インダクタンス・ルックアップテーブルならびに計算した電流ピークの大きさおよび電流制御角を用いて、Ｉｄ、Ｉｑの組合せごとにＬｄおよびＬｑ値を得る。例えば、計算した電流ピークの大きさ（Ｉｓ）および電流制御角（γ）を入力として用いて、プロセッサ２０５は、インダクタンス・ルックアップテーブル内の対応するＬｄおよびＬｑ値を探す。また、テップＳ４２０では、例えば、プロセッサは、以下の式に基づいて初期テーブルのＩｄ、Ｉｑの組合せごとにトルクを計算する。
【００８５】
式（４）：トルク＝１．５・ｐ・（λｆ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉｄ）・Ｉｑ
パラメータｐは極のペアの個数であり、λｆはｂａｃｋｅｍｆ定数であり、パラメータＬｄおよびＬｑはインダクタンス・ルックアップテーブルから得られるインダクタンス値であり、パラメータＩｄおよびＩｑは初期テーブルから得られる。
【００８６】
ステップＳ４２５では、プロセッサ２０５は、それぞれのトルクコマンドについての範囲を設定する。例えば、特定のトルクコマンド、例えば１００Ｎｍの場合、プロセッサは、例えば、９９．５Ｎｍから１００．５Ｎｍまでにトルクの範囲を設定する。以下にさらに説明するように、プロセッサ２０５は、複数のトルクコマンドの中の各トルクコマンドについて最適な動作点を得るためにこのステップを繰り返す。
【００８７】
ステップＳ４３０では、プロセッサ２０５は、設定範囲内でトルクを生成することができると共に電流制限を超えないトルクコマンドについて初期テーブルからＩｄ、Ｉｑの組合せのサブセットを決定する。例えば、ステップＳ４２０の結果を用いて、プロセッサ２０５は、トルク範囲内のトルクを生成することができるすべてのＩｄ、Ｉｑの組合せを検索する。決定したサブセットにおけるＩｄ、Ｉｑの組合せごとに計算したトルクは、それぞれのトルクコマンドを包含する設定したトルク範囲内である。
【００８８】
ステップＳ４３５では、ステップＳ４３０による結果を用いて、プロセッサ２０５は、最小電流ピークの大きさ（Ｉｓ）を伴うＩｄ、Ｉｑの組合せを選択する。選択したＩｄ、Ｉｑの組合せは、このサブセットの中で銅損が最小である動作点を表すことができる。したがって、選択したＩｄ、Ｉｑの組合せは、それぞれのトルクコマンドレベルについて最適な動作点であり得る。
【００８９】
ステップＳ４４０では、プロセッサ２０５は、このトルクコマンドがフルトルク範囲を表す複数のトルクコメント内の最後のトルクコマンドであるのか判定する。プロセッサ２
０５が、トルクコマンドが最後のトルクコマンドでない（ＮＯ）と判定する場合、プロセスは、ステップＳ４２５に戻る。言い換えると、ステップＳ４２５、Ｓ４３０およびＳ４３５は、最大出力トルクが最適な動作点に割り当てられるまで、トルクコマンドのフルレンジ、例えば、５Ｎｍ、１０Ｎｍ、１５Ｎｍ…について繰り返される。
【００９０】
ステップＳ４５０では、プロセッサ２０５は、複数のトルクコマンドに対応する選択したＩｄ、Ｉｑの組合せを少なくとも１つのメモリ２１０に記憶する。
【００９１】
ステップＳ４５５では、プロセッサ２０５は、多項式曲線フィッティング演算を用いて選択したＩｄ、Ｉｑの組合せを含むＭＴＰＡ軌跡を計算する。多項式曲線フッティング演算は、多数の点に基づいた曲線を生成する任意のタイプの演算であり得る。図３Ｂに戻って参照すると、ＭＴＰＡ軌跡は、ＯＥＧＢ曲線であり得る。
【００９２】
ステップＳ４６０では、プロセッサ２０５は、計算したＭＴＰＡ軌跡係数を少なくとも１つのメモリ２１０に記憶する。
【００９３】
第１の閾値速度以下の速度の場合、プロセッサ２０５は、計算したＭＴＰＡ軌跡をその速度についての動作軌跡として決定する。選択したＩｄ、Ｉｑの組合せを含む動作軌跡に基づいて、プロセッサ２０５は、選択したＩｄ、Ｉｑの組合せを複数のトルクコマンドの各トルクコマンドへマッピングする第１の閾値速度以下についてのＩｄ、Ｉｑマップを生成する。例えば、Ｉｄ、Ｉｑマップは、フルトルク動作レンジについての各トルクのパーセント値（例えば、５％、１０％など）に対応する選択したＩｄ、Ｉｑの組合せを含む。
【００９４】
図５は、本発明の一実施形態による、第１の閾値速度を上回る動作速度について、電圧制限の楕円、またはＭＴＰＡ軌跡と電圧制限の楕円の組合せを用いてＩｄ、Ｉｑマップを生成する方法を示す。図５は、ある動作速度についてＩｄ、Ｉｑマップを生成する方法を示す。しかし、図６は、複数の速度についての図５の動作の拡張によって図５の方法をさらに詳しく説明する。
【００９５】
Ｓ５１０では、プロセッサ２０５は、少なくとも１つのメモリ２１０から図４において決定された機械パラメータおよびＭＴＰＡ係数を読み込む。
【００９６】
Ｓ５１５では、プロセッサ２０５は、第１の閾値速度より上からＩＰＭ機械の最高速度までの複数の速度の中の１つの速度を選択する。プロセッサ２０５は、以下の式に基づいて対応する電気周波数を計算する。
【００９７】
式（５）：ωｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ＝ｎ／６０・ｐ・２・（ｐｉ）
パラメータｎはｒｐｍの単位のロータの速度であり、ｐは極のペアの個数である。
【００９８】
ステップＳ５２０では、プロセッサ２０５は、以下の式に基づいて、ＤＣバス電圧レベルに基づいて相端子電圧制限を計算する。
【００９９】
式（６）：Ｖｌｉｍｉｔ＝（Ｖｄｃ／√３）・η
Ｖｌｉｍｉｔは相端子電圧制限であり、ＶｄｃはＤＣバス電圧であり、パラメータηは動作条件を説明するための係数である。例えば、係数ηは、９２％などのパーセント値であってもうよい。係数ηの値は、レンジまたは電圧マージンを示す任意のパーセント値であり得る。例えば、係数ηは、９０％から９５％の間の任意の値であり得る。ある特定の実施形態では、例えば環境温度による磁石の強さの変化、過渡現象中の高速トルクコマンドダイナミクスが要求する追加の電圧、および／または不完全なＤＣバス電圧測定などの事象の範囲を考慮に入れることができるように、係数ηは、電圧マージンに８％の余地を
作るために９２％であってもよい。
【０１００】
Ｓ５２５では、プロセッサ２０５は、選択した動作速度についての電圧制限の楕円の右頂点のＩｄ頂点値を決定する。例えば、右頂点の点は、（０，０）として初期化されてもよい。次に、初期化した点についての端子電圧は、以下の式に基づいて計算される。
【０１０１】
式（７）：ｖｄ＝ｒｓｉｄ−ωｅＬｑｉｑ
式（８）：ｖｑ＝ｒｓｉｑ＋ωｅＬｄｉｄ＋ωｅλｆ
式（９）：ｖｔｅｒｍ＝√（ｖｄ２＋ｖｑ２）
パラメータｖｄはｄ軸電圧、ｖｑはｑ軸電圧、ｒｓはステータ抵抗、ｉｄはｄ軸電流、ｉｑはｑ軸電流、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、ωｅはＩＰＭの電気周波数、λｆはＩＰＭのロータにある永久磁石の強さである。ＬｄおよびＬｑは、ルックアップテーブルから得られる。
【０１０２】
式（７）〜（９）から結果として得られる端子電圧Ｖｔｅｒｍが、式（６）からの相端子電圧制限Ｖｌｉｍｉｔより低い場合、Ｉｄ頂点値は、ゼロより大きい。さもなければ、Ｉｑ＝０を維持しつつ、プロセッサ２０５は、結果として得られる端子電圧Ｖｔｅｒｍが相端子電圧制限Ｖｌｉｍｉｔに等しくまたはほぼ等しくなるまで、負のｄ軸に沿ってＩｄ値の大きさを徐々に増大させる（例えば、０から−１、−２など）。次いで、プロセッサ２０５は、この条件を負の数であるＩｄ頂点値として実現するように最も近い整数値を設定する。
【０１０３】
Ｓ５２５では、プロセッサ２０５は、決定したＩｄ頂点値がゼロより大きいか決定する。プロセッサ２０５が、決定したＩｄ頂点値がゼロより大きい（ＹＥＳ）と決定する場合、プロセッサ２０５はＩｄ頂点値をゼロに強制し、プロセスはステップＳ５４０に進む。プロセッサ２０５は、決定したＩｄ頂点値がゼロ以下である（ＮＯ）と決定する場合、このプロセスは、ステップＳ５４０において決定したＩｄ頂点値を見る。
【０１０４】
Ｓ５４０では、プロセッサ２０５は、Ｉｄ値の範囲が決定したＩｄ頂点値から予め設定された最小Ｉｄ制限までであるＩｄ値の範囲に対応する最大許容Ｉｑ値を計算する。予め設定された最小Ｉｄ制限は、そのＩｄ制限における生成された最大トルクが、選択した速度における特定のピークトルク以上となるように選択されるべきである。例えば、Ｉｄが−５０Ａである場合、Ｉｑ値は０から１まで増加し、プロセッサは、以下の少なくとも２つの条件、すなわち、（１）対応する端子電圧Ｖｔｅｒｍが相端子電圧制限Ｖｌｉｍｉｔ未満であるか、（２）ピーク電流の大きさが電流制限未満であるかを評価する。両方に条件について結果がはいである場合、プロセッサ２０５は、上記の条件のうちの少なくとも１つからの結果がいいえになるまで、Ｉｑの大きさを（例えば、２、３、４などまで）増大させる。結果として、プロセッサ２０５は、範囲内のすべてのＩｄ値について最大許容Ｉｑ値を計算する。上記の手続きは、図３（ｂ）を参照して上述するように、以下の２つの場合、ωｂａｓｅ＜ω＜ωｔｒａｎｓｉｔｉｏｎおよびωｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ＜ω＜ωｃｒｉｔｉｃａｌに、適用されることに留意されたい。
【０１０５】
ステップＳ５４５では、プロセッサ２０５は、電圧制限の楕円の異なる点でトルクを計算する。上述のように、設定したＩｄの範囲では、プロセッサ２０５は、対応するＩｄ値ごとに最大の可能制のあるＩｑ値を計算する。次いで、すべての（Ｉｄ、Ｉｄ）の組合せについて、プロセッサ２０５は、対応する電流ピークの大きさＩｓ、電流制御角、インダクタンス値Ｌｄ、Ｌｑを得て、次いでそれぞれの見つけた点で、式（１）〜（４）に基づいて電圧制限の楕円に沿ってトルクを計算する。
【０１０６】
ステップＳ５５０では、プロセッサ２０５は、電圧制限の楕円の単調増加するトルクを
見つけ、続いて単調減少するトルクを捨てることによって、計算した電圧制限の楕円を切り取る。例えば、電圧制限の楕円に沿ったあらゆる点におけるトルク値はステップＳ５４５から知られるので、プロセッサ２０５は、計算したトルクが増加を止めるときに電圧制限の楕円を切り取る。
【０１０７】
ステップＳ５５５では、プロセッサ２０５は、Ｉｄ頂点値がゼロ未満であるか判定する。プロセッサ２０５が、Ｉｄ頂点値がゼロ未満である（ＹＥＳ）と判定する場合、これは、選択した速度が第２の閾値速度（例えば、臨界速度）以上であることを示す。したがって、ステップＳ５６０では、プロセッサ２０５は、切り取られた電圧制限の楕円を動作軌跡として選択し、切り取られた電圧制限の楕円に基づいてＩｄ、Ｉｑマップを生成する。プロセッサ２０５が、Ｉｄ頂点値がゼロ以上である（ＮＯ）と判定する場合、これは、選択した速度が第２の閾値速度（例えば、臨界速度）より低くかつ第１の閾値速度（例えば、ベース速度）より高いことを示す。したがって、プロセッサ２０５は、以下にさらに説明するように、ＭＴＰＡ軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいた動作軌跡を決定する。
【０１０８】
ステップＳ５６５では、プロセッサ２０５は、同じｄ軸電流範囲内の図４からのＭＴＰＡ軌跡を計算する。次に、ステップＳ５７０では、プロセッサ２０５は、計算したＭＴＰＡ軌跡を計算した切り取られた電圧制限の楕円と比較する。ステップＳ５７５では、プロセッサ２０５は、Ｉｄ値ごとに、計算したＭＴＰＡ軌跡のＩｑ値および計算した切り取られた電圧制限の楕円のＩｑ値のうちのより小さい方を選択する。したがって、選択した速度についての動作軌跡は、選択したＩｑ値を含む。
【０１０９】
図６は、本発明の一実施形態による、複数の速度についての動作軌跡を計算し、動作軌跡に基づいて複数の統合されたＩｄ、Ｉｑマップを生成する方法を示す。
【０１１０】
ステップ６１０では、プロセッサ２０５は、少なくとも１つのメモリ２１０から機械パラメータを読み込む。ステップ６１５では、プロセッサ２１０は、図４において計算された第１の閾値速度についてのＭＴＰＡ軌跡を読み込む。ステップ６２０では、プロセッサ２０５は、最高速度ベクトルから第１の閾値速度へ速度ベクトルを構築する。ステップ６２５では、プロセッサ２０５は、速度ベクトルのうちの１つを選択し、図５に記載の方法を用いてその速度についての動作軌跡を計算する。ステップＳ６３０では、プロセッサは、計算した動作軌跡に基づいてＩｄ、Ｉｑマップを生成する。
【０１１１】
ステップＳ６３５では、プロセッサ２０５は、選択した速度ベクトルが最後のベクトルであるか判定する。プロセッサ２０５が、選択した速度ベクトルが最後のベクトルでない（ＮＯ）と判定する場合、プロセッサは、ステップＳ６２５に戻る。したがって、プロセッサ２０５は、ベクトル中の複数の速度の各速度についてステップＳ６２５およびＳ６３０を繰り返す。結果として、プロセッサ２０５は、複数の速度について複数のＩｄ、Ｉｑマップを生成する。プロセッサ２０５が、選択した速度ベクトルが最後のベクトルである（ＹＥＳ）と判定する場合、プロセスは、ステップ６４５へ続いて、速度ベクトル中のすべての評価した速度で統合されたＩｄ、Ｉｑマップを構築する。
【０１１２】
適宜、ステップ６５０において、プロセッサ２０５は、同じｄｑ平面内のすべての速度でＩｑ対Ｉｄの軌跡をプロットして、得られたデータの信頼性を確認してもよい。
【０１１３】
次に、特性評価の適用、および特に上記の手続きにより生成される初期ルックアップテーブルを、図７を参照して以下説明する。
【０１１４】
一実施形態によれば、図７は、ＩＰＭ機械１１７（例えば、埋込永久磁石型（ＩＰＭ）
のＩＰＭ機械）または別の交流機を制御するシステムを開示する。一実施形態では、このシステムは、ＩＰＭ機械１１７は別として、インバータまたはＩＰＭ機械コントローラと呼ばれ得る。
【０１１５】
このシステムは、電子モジュール、ソフトウェアモジュール、または両方を含む。一実施形態では、ＩＰＭ機械コントローラは、１つまたは複数のソフトウェアモジュールのソフトウェア命令を記憶、処理または実行するのを支援するための電子データ処理システム１２０を含む。電子データ処理システム１２０は、図７中の破線によって示され、図８中により詳細に示される。
【０１１６】
データ処理システム１２０は、インバータ回路１８８に結合される。インバータ回路１８８は、スイッチング半導体（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または他の電力トランジスタ）を駆動または制御してＩＰＭ機械１１７の制御信号を出力する半導体駆動回路を含む。今度は、インバータ回路１８８は、ＩＰＭ機械１１７に結合される。ＩＰＭ機械１１７は、ＩＰＭメカニカルシャフト１２６またはロータに関連するセンサ１１５（例えば、位置センサ、リゾルバ、またはエンコーダ位置センサ）に関連する。センサ１１５およびＩＰＭ機械１１７は、データ処理システム１２０に結合されて、例えば、他の可能なフィードバックデータまたは信号の中でも、フィードバックデータ（例えば、ｉａ、ｉｂ、ｉｃなどの電流フィードバックデータ）、生位置信号を供給する。他の可能なフィードバックデータには、巻線温度測定値、インバータ回路１８８の半導体温度測定値、三相電圧データ、またはＩＰＭ機械１１７についての他の熱または性能の情報が含まれるが、それらに限定されない。
【０１１７】
一実施形態では、トルクコマンド生成モジュール１０５は、計算モジュール１１０からの調整した電圧／速度比と共に、ｄｑ軸電流生成マネージャ１０９（例えば、ｄｑ軸電流生成ルックアップテーブル）に結合される。ｄｑ軸電流生成マネージャ１０９は、上記のルックアップテーブルのいずれか１つを記憶することができる。ｄｑ軸電流生成マネージャ１０９の出力、および電流調整モジュール１０７の出力（例えば、ｄｑ軸電流調節モジュール１０７）は、加算器１１９へ供給される。今度は、１つまたは複数の出力（例えば、加算器１１９の直軸電流データ（ｉｄ＊）および横軸電流データ（ｉｑ＊））は、電流調節コントローラ１１１に与えられまたは結合される。
【０１１８】
電流調節コントローラ１１１は、パルス幅変調（ＰＷＭ）生成モジュール１１２（例えば、空間ベクトルのＰＷＭ生成モジュール）と通信することができる。電流調節コントローラ１１１は、ＰＷＭ生成モジュール１１２に入力するために、それぞれのｄｑ軸電流コマンド（例えば、ｉｄ＊およびｉｑ＊）実際のｄｑ軸電流（例えば、ＩｄおよびＩｑ）を受信し、対応するｄｑ軸電圧コマンド（例えば、ｖｄ＊コマンドおよびｖｑ＊コマンド）を出力する。
【０１１９】
一実施形態では、ＰＷＭ生成モジュール１１２は、二相データの表現から三相表現（例えば、例えば、ＩＰＭ機械１１７の制御のために、ｖａ＊、ｖｂ＊およびｖｃ＊などの三相電圧表現）に直軸電圧および横軸電圧データを変換する。ＰＷＭ生成モジュール１１２の出力は、インバータ１８８に結合される。
【０１２０】
インバータ回路１８８は、ＩＰＭ機械１１７に印加されるパルス幅変調信号または他の交流電流信号（例えば、パルス、方形波、正弦波、または他の波形）を生成、修正および制御するためのスイッチング半導体などのパワーエレクトロニクスを含む。ＰＷＭ生成モジュール１１２は、インバータ回路１８８内のドライバ段への入力を与える。インバータ回路１８８の出力段は、ＩＰＭ機械を制御するためのパルス幅変調電圧波形または他の電圧信号を与える。一実施形態では、インバータ１８８は、直流（ＤＣ）電圧バスによって
電力が供給される。
【０１２１】
ＩＰＭ機械１１７は、ＩＰＭメカニカルシャフト１２６の角度位置、ＩＰＭメカニカルシャフト１２６の速度または速さ、およびＩＰＭメカニカルシャフト１２６の回転方向のうちの少なくとも１つを評価するセンサ１１５（例えば、リゾルバ、エンコーダ、速度センサ、または別の位置センサもしくは速度センサ）に関係付けられる。センサ１１５は、ＩＰＭメカニカルシャフト１２６に取り付けられてもよく、またはＩＰＭメカニカルシャフト１２６と一体であってもよい。センサ１１５の出力は、一次処理モジュール１１４（例えば、位置および速度の処理モジュール）と通信することができる。一実施形態では、センサ１１５は、アナログ／デジタル変換器（図示せず）に結合されてもよく、アナログ／デジタル変換器は、アナログの位置データまたは速さデータをそれぞれデジタルの位置または速さデータに変換する。他の実施形態では、センサ１１５（例えば、デジタル位置エンコーダ）は、位置データまたは速さデータのデジタルデータ出力をＩＰＭメカニカルシャフト１２６またはロータに与えることができる。
【０１２２】
一次処理モジュール１１４の第１の出力（例えば、ＩＰＭ機械１１７についての位置データおよび速度データ）は、相コンバータ１１３（例えば、三相から二相の電流パーク変換モジュール）に通信され、相コンバータ１１３は、それぞれの測定した電流の三相デジタル表現を、測定した電流の対応する二相デジタル表現変換する。一次処理モジュール１１４の第２の出力（例えば、速度データ）は、計算モジュール１１０（例えば、調整した電圧／速度比のモジュール）に通信される。
【０１２３】
検知回路１２４の入力は、測定した三相電流および直流（ＤＣ）バス（例えば、ＤＣ電力をインバータ回路１８８に供給できる高電圧ＤＣバス）の電圧レベルを少なくとも感知するためにＩＰＭ機械１１７の端子に結合される。検知回路１２４の出力は、検知回路１２４の出力をデジタル化するためにアナログ／デジタル変換器１２２に結合される。今度は、アナログ／デジタル変換器１２２のデジタル出力は、二次処理モジュール１１６（例えば、直流（ＤＣ）バス、および三相電流処理モジュール）に結合される。例えば、検知回路１２４は、三相電流（例えば、ＩＰＭ機械１１７の巻線に印加される電流、巻線に含まれるｂａｃｋ  ＥＭＦ、または両方）を測定するためにＩＰＭ機械１１７に関連付けられる。
【０１２４】
一次処理モジュール１１４および二次処理モジュール１１６のある程度の出力は、相コンバータ１１３に供給される。例えば、相コンバータ１１３は、パーク変換または他の変換式（例えば、当業者に知られている適切なある種の変換式）を適用して、二次処理モジュール１１６からの三相電流データ、およびセンサ１１５からの位置データに基づいて測定した電流の三相表現を電流の二相表現に変換することができる。相コンバータ１１３のモジュールの出力は、電流調節コントローラ１１１に結合される。
【０１２５】
一次処理モジュール１１４および二次処理モジュール１１６の他の出力は、計算モジュール１１０（例えば、調整した電圧／速度比の計算モジュール）の入力に結合することができる。例えば、一次処理モジュール１１４は、速度データ（例えば、ＩＰＭメカニカルシャフト１２６の１分間当たりの回転数）を与えることができる一方、二次処理モジュール１１６は、（例えば、車両の直流（ＤＣ）バスで）直流電圧の測定レベルを与えることができる。インバータ回路１８８に電気エネルギーを供給するＤＣバスに関する直流電圧レベルは、限定するものではないが、環境温度、バッテリ条件、バッテリの充電状態、電地の抵抗またはリアクタンス、燃料電池の状態（該当する場合）、ＩＰＭ機械の負荷状態、それぞれのＩＰＭ機械のトルクおよび対応する動作速度、および車両の電気負荷（例えば、電動の空調用コンプレッサ）などの様々な要因のために変動または変化し得る。計算モジュール１１０は、二次処理モジュール１１６とｄｑ軸電流生成マネージャ１０９の間
に中間段階として接続される。計算モジュール１１０の出力は、ｄｑ軸電流生成マネージャ１０９によって生成された電流コマンドを調整しまたはそれに影響を与えて、特に直流バス電圧の変動または変化を補償することができる。計算モジュール１１０の構造および動作は、本出願の発明者による２０１１年２月２８日に出願した題名「」の願番不明の米国出願に詳細に説明されており、その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１２６】
ロータ磁石温度推定モジュール１０４、電流整形モジュール１０６、および端子電圧フィードバックモジュール１０８は、ｄｑ軸電流調整モジュール１０７に結合またはこれと通信可能にされる。今後は、ｄｑ軸電流モジュール１０７は、ｄｑ軸電流生成マネージャまたは加算器１１９と通信することができる。
【０１２７】
ロータ磁石温度モジュール１０４は、（１つまたは複数の）ロータ永久磁石の温度を推定または決定する。一実施形態では、ロータ磁石温度推定モジュール１０４は、ステータと熱的に連通してステータ上に位置するまたはＩＰＭ機械１１７のハウジングに固定された１つまたは複数のセンサからロータ磁石の温度を推定することができる。
【０１２８】
別の実施形態では、ロータ磁石温度推定モジュール１０４は、ロータまたは磁石に取り付けられた温度検出器（例えば、赤外線熱センサのようなサーミスタおよび無線送信機）に置き換えられてもよく、そこで検出器は、（１つまたは複数の）磁石の温度を示す信号（例えば、無線信号）を提供する。
【０１２９】
一実施形態では、本方法または本システムは、以下のやり方で動作することができる。トルクコマンド生成モジュール１０５は、速度制御データメッセージ、電圧制御データメッセージ、またはトルク制御データメッセージなどの入力制御データメッセージを車両データバス１１８を通じて受信する。トルクコマンド生成モジュール１０５は、受信した入力制御メッセージをトルク制御コマンドデータ３１６に変換する。
【０１３０】
ｄｑ軸電流生成マネージャ１０９は、それぞれのトルク制御コマンドデータおよびそれぞれの検出したＩＰＭメカニカルシャフト１２６の速度データに関連する直軸電流コマンドデータおよび横軸電流コマンドデータを選択または決定する。例えば、ｄｑ軸電流生成マネージャ１０９は、上記のルックアップテーブルなどの制御ルックアップテーブルにアクセスすることによって、直軸電流コマンド、横軸電流コマンドを選択または決定する。ＩＰＭ機械１１７上のセンサ１１５は、ＩＰＭメカニカルシャフト１２６についての検出した速度データの提供を容易にし、一次処理モジュール１１４は、センサ１１５によって与えられた位置データを速度データに変換することができる。
【０１３１】
電流調整モジュール１０７（例えば、ｄｑ軸電流調節モジュール）は、現在の調節データを与えて、ロータ磁石温度推定モジュール１０４、電流整形モジュール１０６、および端子電圧フィードバックモジュール１０８からの入力データに基づいて直軸電流コマンドデータおよび横軸電流コマンドデータを調整する。
【０１３２】
電流整形モジュール１０６は、例えば、以下の要因、すなわち、ＩＰＭ機械１１７に関するトルク負荷、およびＩＰＭ機械１１７の速度の１つまたは複数に基づいて、横軸（ｑ軸）電流コマンドおよび直軸（ｄ軸）電流コマンドの補正または予備調整を決定することができる。ロータ磁石温度推定モジュール１０４は、例えば、推定されたロータの温度の変化に基づいてｑ軸電流コマンドおよびｄ軸電流コマンドの二次調節を生成することができる。端子電圧フィードバックモジュール１０８は、コントローラ電圧コマンド対電圧制限に基づいてｄ軸およびｑ軸の電流に対して第３の調整を与えることができる。電流調整モジュール１０７は、以下の調整、すなわち、予備調整、二次調節、および第３の調整の１つまたは複数を考慮する全体的な電流調整を与えることができる。
【０１３３】
一実施形態では、ＩＰＭ機械１１７は、埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械またはＩＰＭ同期機械（ＩＰＭＳＭ）を含み得る。ＩＰＭＳＭは、従来の誘導機または表面実装ＰＭ機械（ＳＭＰＭ）に比べて、例えば、効率、高出力密度、幅広い一定の電力動作領域、保守不要などの多くの好ましい利点を有する。
【０１３４】
センサ１１５（例えば、軸またはロータの速度検出器）は、以下のもの、すなわち、直流ＩＰＭ機械、光学式エンコーダ、磁場センサ（例えば、ホール効果センサ）、磁気抵抗センサ、およびリゾルバ（例えば、ブラシレスリゾルバ）の１つまたは複数を含むことができる。一実施形態では、センサ１１５は、位置センサを備え、位置データおよび関連した時間データを処理してＩＰＭメカニカルシャフト１２６についての速度または速さデータを決定する。別の構成では、センサ１１５は、速度センサ、または速度センサと積分器の組合せを備えて、ＩＰＭメカニカルシャフトの位置を決定する。
【０１３５】
さらに別の構造では、センサ１１５は、ＩＰＭ機械１１７のＩＰＭメカニカルシャフト１２６に機械的に結合される補助のコンパクトな直流発電機を備え、ＩＰＭメカニカルシャフト１２６の速度を決定し、直流発電機がＩＰＭメカニカルシャフト１２６の回転速度に比例した出力電圧を発生させる。さらに別の構成では、センサ１１５は、軸１２６に結合された回転体に向かって信号を伝達する光源を有する光学式エンコーダを備え、光学検出器で反射信号または回折信号を受信するものであり、受信した信号パルス（例えば、方形波）の周波数は、ＩＰＭメカニカルシャフト１２６の速度に比例し得る。追加の構成では、センサ１１５は、第１の巻線および第２の巻線を有するリゾルバを備えており、第１の巻線は、交流電流が供給され、第２の巻線に誘導された電圧は、ロータの回転の周波数と共に変化する。
【０１３６】
図８では、電子データ処理システム１２０は、電子データプロセッサ２６４、データバス２６２、データ記憶デバイス２６０、および１つまたは複数のータポート（２６８、２７０、２７２、２７４および２７６）を備える。データプロセッサ２６４、データ記憶デバイス２６０、および１つまたは複数のデータポートは、データバス２６２に結合されて、データプロセッサ２６４、データ記憶デバイス２６０、および１つまたは複数のデータポートの間または中のデータの通信を支援する。
【０１３７】
一実施形態では、データプロセッサ２６４は、電子データプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラム可能アレイ、論理回路、算術論理演算ユニット、特定用途向け集積回路、デジタル信号プロセッサ、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ、または別のデータ処理デバイスを含み得る。
【０１３８】
データ記憶デバイス２６０は、データを記憶するための任意の磁気デバイス、電子デバイス、または光学デバイスを含むことができる。例えば、データ記憶デバイス２６０は、電子データ記憶デバイス、電子メモリ、不揮発性電子ランダムアクセスメモリ、１つまたは複数の電子データレジスタ、データラッチ、磁気ディスクドライブ、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブなど含み得る。
【０１３９】
図８に示すように、データポートは、第１のデータポート２６８、第２のデータポート２７０、第３のデータポート２７２、第４のデータポート２７４、第５のデータポート２７６を備えるが、任意の適切な個数のデータポートが使用されてもよい。各データポートは、例えば、送受信機およびバッファメモリを含んでもよい。一実施形態では、各データポートは、任意のシリアルまたはパラレルの入力／出力ポートを備えてもよい。
【０１４０】
一実施形態では、図８に示すように、第１のデータポート２６８は、車両データバス１
１８に結合される。今後は、車両データバス１１８は、コントローラ２６６に結合される。一次実施形態では、第２のデータポート２７０は、インバータ回路１８８に結合されてもよく、第３のデータポート２７２は、センサ１１５に結合されてもよく、第４のデータポート２７４は、アナログ／デジタル変換器１２２に結合されてもよく、第５のデータポート２７６は、端子電圧フィードバックモジュール１０８に結合されてもよい。アナログ／デジタル・コンバータ１２２は、検知回路１２４に結合される。
【０１４１】
データ処理システム１２０の一実施形態では、トルクコマンド生成モジュール１０５は、電子データ処理システム１２０の第１のデータポート２６８に関連しまたはそれによって支えられる。第１のデータポート２６８は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データバスなどの車両データバス１１８に結合されてもよい。車両データバス１１８は、第１のデータポート２６８を介してデータバスメッセージにトルクコマンド生成モジュール１０５へのトルクコマンドを与えることができる。車両の操作者は、トロットル、ペダル、コントローラ２６６、または他の制御デバイスなどのユーザインタフェースを介してトルクコマンドを生成してもよい。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、センサ１１５および一次処理モジュール１１４は、データ処理システム１２０の第３のデータポート２７２に関連しまたはそれによって支えられ得る。
【０１４３】
かくして本発明が説明されたが、本発明は、多くのやり方で変更されてもよいことが明らかである。そのような変更は、本発明から逸脱するとみなされるべきではなく、そのような修正形態のすべては、本発明の範囲内に包含されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図８】
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【国際調査報告】
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