(57)【要約】  多相のリラクタンス電気機械（３６）、特に自動車のモータを制御する方法において、当該機械（３６）の固定子の各コイルへと注入される電流が、当該機械の回転子と一緒に回転する基準座標系（ｄ、ｑ）において定められる励磁電流（Ｉｄ）と電機子電流（Ｉｑ）との組（Ｉｄ、Ｉｑ）の変換によって導き出され、励磁電流（Ｉｄ）は、基本波の正弦波信号で構成され、該基本波の正弦波信号に、当該機械のトルク設定点が高くなるにつれて、より高次の他の奇数次の高調波が順次加えられ、電機子電流（Ｉｑ）は、当該機械に推定または測定される起電力に比例した信号である。
2014505459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相のリラクタンス電気機械（３６、３７）、特に自動車のモータを制御するための方法であって、
当該機械（３６、３７）の固定子の各コイルへと注入される電流は、
−励磁電流（Ｉｄ）が基本波の正弦波信号で構成され、該基本波の正弦波信号に、当該機械のトルク設定点が高くなるにつれて、より高次の他の奇数次の高調波が順次加えられ、
−電機子電流（Ｉｑ）が、当該機械の推定または測定される起電力に比例した信号となる
ように、当該機械の回転子と一緒に回転する基準座標系（ｄ、ｑ）において定められる励磁電流（Ｉｄ）と電機子電流（Ｉｑ）との組（Ｉｄ、Ｉｑ）の変換によって導き出される、制御方法。
【請求項２】
当該機械のトルク設定点（Ｃ）が高くなるとき、励磁電流に実質的に存在する高調波のうちの最も高次の高調波の振幅が、励磁電流のより低次の高調波の振幅を一定に保ちながら、当該次数の高調波に関するしきい値振幅に達するまで増やされる、請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
トルク設定点（Ｃ）が高くなり、最も高次の高調波の振幅が当該次数の高調波に関するしきい値振幅に達するとき、さらに高次の高調波信号が励磁電流へと加えられる、請求項２に記載の制御方法。
【請求項４】
励磁電流（Ｉｄ）の信号の組成が、当該機械の回転速度および設定点トルクのトルク（Ｎ、Ｃ）と、励磁電流（Ｉｄ）を含む基本波および種々の奇数次高調波（ｈ１、ｈ３、ｈ５）に適用されるべき振幅（α１、ａ３、ｃｌ５）のリストとを関連付ける第１のマッピング（５）にもとづいて決定される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項５】
奇数次高調波（ｈ１、ｈ３、ｈ５）の振幅（α１、ａ３、（Ｘ５））が、トルクの設定点（Ｃ）が高くなるにつれて励磁電流（Ｉｄ）が矩形の信号に近づくように選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項６】
励磁信号の基本波の脈動（ω）が、当該機械の脈動（Ω）に当該機械の極の組の数を掛け算したものに等しく、励磁電流（Ｉｄ）および電機子電流（Ｉｑ）が計算される基準座標系（ｄ、ｑ）の回転速度が、当該機械の回転子の回転速度に等しい、請求項１〜５のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項７】
励磁信号（Ｉｄ）の位相が、当該機械（３６、３７）の回転子の最小リラクタンス（ｄ）の軸が当該機械の固定子の一つの軸に整列したときに該信号（Ｉｄ）が最大であるように選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項８】
電機子電流（Ｉｑ）の振幅が、電機子電流（Ｉｑ）の実効値が励磁電流の実効値（Ｉｄ）に等しいように選択される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項９】
電機子電流（Ｉｑ）の振幅が、当該機械（３６、３７）の設定点のトルク（Ｃ）および当該機械の回転速度（Ｎ）の関数である第２のマッピング（３３）によって決定される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１０】
ダイアメトラル巻線を有するリラクタンス電気機械（３６）の制御に適用され、
当該機械に推定される起電力が、固定子の各巻線によって自己誘導される起電力のみをカウントし、固定子の種々の巻線間の相互誘導による項を除くようにフィルタ処理される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１１】
歯巻線を有するリラクタンス電気機械（３７）の制御に適用され、
ギア−歯周波数の高調波が電機子電流信号（Ｉｑ）から除かれ、ギア−歯周波数は、巻線歯の数に当該機械（３７）の回転子の回転の周波数を掛け算したものに等しい、請求項１〜９のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１２】
リラクタンス電気機械であって、
当該機械の回転子の角度位置を推定する手段（１６）と、
当該機械の起電力を割り出す手段（３１、５０）と、
当該機械のトルク設定点および推定された回転子の回転速度の関数としてマッピングされる第１の励磁電流信号（Ｉｄ）と、前記割り出す手段（３１、５０）によって推定または測定された起電力に比例する第２の電機子電流信号（Ｉｑ）とにもとづく回転基準座標系の変更によって、当該機械の固定子の種々のコイルへと注入すべき電流を計算するように構成された制御ユニットと
を備える電気機械。
【請求項１３】
前記起電力を割り出す手段（５０）が、当該機械の固定子のコイルのうちの１つと同じ磁束が横切るように巻かれた、電流が供給されない１回以上の導電巻きからなる巻線を備えており、該巻線に、該巻線の２つの端部（５２）の間に生じる電圧のセンサが取り付けられている、請求項１２に記載の電気機械。
【請求項１４】
当該機械の固定子のコイルのうちの１つと同じ磁束が横切るように巻かれた、電流が供給されない１回以上の導電巻き（５１）からなる巻線と、
前記巻線の２つの端部の間に生じる電圧を測定することができるセンサと、
当該機械のトルク設定点および推定された回転子の回転速度の関数としてマッピングされる第１の励磁電流信号（Ｉｄ）と、前記巻線の端部（５２）の間の電圧のフィルタ処理後の値に比例する第２の電機子電流信号（Ｉｑ）とにもとづく回転基準座標系の変更によって、当該機械の固定子の種々のコイルへと注入すべき電流を計算するように構成された制御ユニットと
を備える、請求項１２または１３に記載の電気機械。
【請求項１５】
前記巻線の端末における電圧のセンサが、前記制御ユニットの注入すべき電流を計算する部分からオフセットまたは電気的に絶縁されている、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のリラクタンス電気機械。
【請求項１６】
当該機械の固定子の巻線が歯巻線である、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のリラクタンス電気機械。
【請求項１７】
当該機械の固定子の巻線がダイアメトラル式の巻線である、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のリラクタンス電気機械。
【請求項１８】
歯巻線を有するリラクタンス電気機械であって、
当該機械の回転子の角度位置を推定する手段（１６）と、
当該機械の固定子のコイルのうちの１つと同じ磁束が横切るように巻かれた、電流が供給されない１回以上の導電巻きからなる巻線と、
前記巻線の２つの端部（５２）の間に生じる電圧を測定することができるセンサと、
当該機械のトルク設定点および回転子に推定される回転速度の関数としてマッピングされる第１の励磁電流信号（Ｉｄ）と、前記巻線の端部の間の電圧のフィルタ処理後の値に比例する第２の電機子電流信号（Ｉｑ）とにもとづく回転基準座標系の変更によって、当該機械の固定子の種々のコイルへと注入すべき電流を計算するように構成された制御ユニットと
を備えており、
前記制御ユニットが、電機子電流（Ｉｑ）からギア−歯周波数の倍数の周波数を除くように構成されており、前記ギア−歯周波数は巻線歯の数に当該機械の回転子の回転の周波数を掛け算したものに等しい、電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、同期リラクタンス機械と呼ばれる電気機械を制御するための方法、ならびにこの方法によって制御することができるように構成された電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期リラクタンス電気機械は、この機械の極を定める一連の固定子巻線と、強磁性体で作られた回転子とを備えており、回転子が、回転子の内部においていくつかの特定の方向に磁界を容易に確立できるように、例えば一連の切り欠きによって構造付けられている。
【０００３】
さらに、回転子を、回転子の内部における電流の流れを抑えるために、層状の構造で構成することができる。
【０００４】
そのような機械は、多くの場合、回転子に巻線または永久磁石を備えている機械と比べ、より低いコストで製造することができる。所与の電流の強度において得ることができる最大トルクは、特に制御の方法に依存する。
【０００５】
具体的には、電気モータが生み出す機械的な出力は、モータの固定子巻線へと注入される電流と、回転子の回転によってこれらの巻線に引き起こされる起電力との積に比例する。
【０００６】
しかしながら、電気機械の起電力は、常には正弦曲線状ではない。正弦波の電流が供給される機械の起電力は、多くの場合に方形である。
【０００７】
機械によってもたらされる力またはトルクを最適化するために、機械に起電力と同じ形状の電流を供給できることが、必要になると考えられる。正弦波の電流を注入すると、起電力の基本波だけしか使用されず、起電力の残りの高調波が使用されず、機械の力率が悪くなる。
【０００８】
リラクタンス機械の場合、起電力は、回転子の回転速度だけでなく、巻線へと注入される電流の形状にも依存する。
【０００９】
したがって、機械によってもたらされるトルクを高めるために、機械に矩形の電流信号を供給することに挑戦することができる。しかしながら、そのような制御の方法は、いくつかの問題を引き起こす。
−トルクの発生に貢献しない電流の出現に相当する「鉄損」として知られる損失が、矩形の電流信号の供給の場合に大である。
−矩形の電流信号の最適性が、回転子と固定子との間の空隙に沿った磁界が、正確には矩形になり得ないため、相対的である。
−矩形信号は、多数の高調波へと分割されるため、これらのさまざまな高調波の相互作用により、モータの動作時に振動および騒音が生じる可能性がある。
【００１０】
モータを矩形の電流によって励磁するという希望に関して、特許文献１などのいくつかの文献が、所与の電圧においてより大きな力を生み出すために、正弦波の基本電流信号に加えて電流の高調波信号を注入することを提案している。したがって、特許文献２が、第１の信号の３次の高調波が重ねられた正弦波信号によって、同期機械を励磁することを提案している。
【００１１】
特許文献３が、基本波と一連の高調波とで構成され、高調波の振幅は機械の設計時に微調整によって決定される複合信号を、注入することを提案している。
【００１２】
上記提案の技術的解決策は、先験的な注入電流の形状を提案しているが、起電力の信号の実際の形状を考慮に入れることは提案していない。さらに、注入される電流信号の形状が、低トルクの場合と高トルクの場合とで類似しており、したがって低トルクにおいて不必要な鉄損を生じる可能性があり、より大きな電流の振幅において、機械がもたらすことができるトルクが抑えられる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭第６１−１２９４号公報
【特許文献２】米国特許第５１８９３５７号明細書
【特許文献３】米国特許第６６７４２６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、低トルクにおける鉄損の抑制を可能にすると同時に、供給用の電気回路が可能にする電流の１つの同じ最大振幅において、機械からより大きなトルクまたは機械力を得ることも可能にするように、電気機械（とりわけ、リラクタンス電気機械）の制御を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
したがって、多相のリラクタンス電気機械、とりわけ自動車のモータを制御するための方法において、当該機械の固定子の各コイルへと注入される電流が、
−励磁電流（Ｉｄ）が基本波の正弦波信号で構成され、該基本波の正弦波信号に、当該機械のトルク設定点が高くなるにつれて、より高次の他の奇数次の高調波が順次加えられ、
−電機子電流（Ｉｑ）が、当該機械の推定または測定される起電力に比例した信号である
ように、当該機械の回転子と一緒に回転する基準座標系（ｄ、ｑ）において定められる励磁電流Ｉｄと電機子電流Ｉｑとの組（Ｉｄ、Ｉｑ）のコンコーディア−パーク（Ｃｏｎｃｏｒｄｉａ−Ｐａｒｋ）式の変換に原理において類似した変換によって導き出される。
【００１６】
好ましい実施形態によれば、当該機械のトルク設定点が高くなるとき、励磁電流に実質的に存在する高調波のうちの最も高次の高調波の振幅が、励磁電流のより低次の高調波の振幅を一定に保ちながら、当該次数の高調波に関するしきい値振幅に達するまで増やされる。
【００１７】
トルク設定点がさらに高くなり、最も高次の高調波の振幅が、当該次数の高調波に関するしきい値振幅に達するとき、さらに高次の高調波信号が、励磁電流へと加えられる。
【００１８】
好都合には、励磁電流（Ｉｄ）の信号の組成が、当該機械の回転速度および設定点トルクのトルク（Ｎ、Ｃ）と、励磁電流（Ｉｄ）を構成する基本波および種々の奇数次高調波に適用されるべき振幅のリストとを関連付ける第１のマッピングにもとづいて決定される。
【００１９】
好ましくは、奇数次高調波の振幅が、トルクの設定点（Ｃ）が高くなるにつれて励磁電流Ｉｄが矩形の信号にますます近づくように選択される。
【００２０】
好ましい実施形態によれば、励磁信号の基本波の脈動（ω）が、当該機械の脈動（Ω）に当該機械の極の組の数を掛け算したものに等しく、励磁電流（Ｉｄ）および電機子電流（Ｉｑ）が計算される基準座標系（ｄ、ｑ）の回転速度が、当該機械の回転子の回転速度に等しい。
【００２１】
励磁信号（Ｉｄ）の位相は、好ましくは、当該機械の回転子の最小リラクタンス（ｄ）の軸が当該機械の固定子の１つのコイルの軸に整列したときに該信号（Ｉｄ）が最大であるように選択される。「最小リラクタンスの軸」は、回転子の径方向のうちの１つで、所与の励磁場において隣接する方向と比べて誘導磁界が局所的に最大である方向を意味する。
【００２２】
考えられる１つの実施形態によれば、電機子電流（Ｉｑ）の振幅が、電機子電流（Ｉｑ）の実効値が励磁電流の実効値（Ｉｄ）に等しいように選択される。
【００２３】
別の実施形態によれば、電機子電流（Ｉｑ）の振幅が、当該機械の設定点のトルク（Ｃ）および当該機械の回転速度（Ｎ）の関数である第２のマッピングによって決定される。
【００２４】
本方法は、ダイアメトラル巻線（ｄｉａｍｅｔｒａｌ  ｗｉｎｄｉｎｇ）を有するリラクタンス電気機械の制御に適用可能である。その場合、当該機械に推定される起電力が、好ましくは、固定子の各巻線によって自己誘導される起電力のみをカウントし、種々の巻線間の相互誘導による項を除くようにフィルタ処理される。
【００２５】
本方法は、歯巻線（ｔｏｏｔｈ  ｗｉｎｄｉｎｇ）を有するリラクタンス電気機械の制御にも適用可能である。この用途においては、ギア−歯周波数の高調波が、電機子電流信号（Ｉｑ）から除かれ、ギア−歯周波数は、巻線歯の数に当該機械の回転子の回転の周波数を掛け算したものに等しい。
【００２６】
別の態様によれば、本発明の主題は、リラクタンス電気機械である。本発明の主題であるリラクタンス電気機械は、当該機械の回転子の角度位置を推定する手段と、当該機械の起電力を割り出す手段と、制御ユニットとを備える。制御ユニットは、当該機械のトルク設定点および推定された回転子の回転速度の関数としてマッピングされる第１の励磁電流信号と、前記割り出す手段によって推定または測定された起電力に比例する第２の電機子電流信号とにもとづく回転基準座標系の変更によって、当該機械の固定子の種々のコイルへと注入すべき電流を計算するように構成されている。
【００２７】
好都合には、前記起電力を割り出す手段が、当該機械の固定子のコイルのうちの１つと同じ磁束が横切るように巻かれた、電流が供給されない１回以上の導電巻きからなる巻線を備えており、該巻線に、該巻線の２つの端部の間に生じる電圧のセンサが取り付けられている。
【００２８】
したがって、本発明による電気機械は、当該機械の固定子のコイルのうちの１つと同じ磁束が横切るように巻かれた、電流が供給されない１回以上の導電巻きからなる巻線を備えることができる。次いで、前記巻線の２つの端部の間に生じる電圧を測定することができるセンサと、当該機械のトルク設定点および推定された回転子の回転速度の関数としてマッピングされる第１の励磁電流信号と、前記巻線の端部の間の電圧のフィルタ処理後の値に比例する第２の電機子電流信号とにもとづく回転基準座標系の変更によって、当該機械の固定子の種々のコイルへと注入すべき電流を計算するように構成された制御ユニットと、を備えることができる。
【００２９】
好ましくは、前記巻線の端末における電圧のセンサが、前記制御ユニットの注入すべき電流を計算する部分からオフセットまたは電気的に絶縁される。
【００３０】
このように作られる電気機械は、固定子の巻線が歯巻線であるリラクタンス電気機械であってよい。
【００３１】
別の変形例の実施形態においては、このように作られる電気機械が、固定子の巻線がダイアメトラル式の巻線であるリラクタンス電気機械であってよい。
【００３２】
歯巻線を有するリラクタンス電気機械が、当該機械の回転子の角度位置を推定する手段と、当該機械の固定子のコイルのうちの１つと同じ磁束が横切るように巻かれた、電流が供給されない１回以上の導電巻きからなる巻線と、前記巻線の２つの端部の間に生じる電圧を測定することができるセンサと、制御ユニットとを備えることができる。制御ユニットを、当該機械のトルク設定点および推定された回転子の回転速度の関数としてマッピングされる第１の励磁電流信号と、前記巻線の端部の間の電圧のフィルタ処理後の値に比例する第２の電機子電流信号とにもとづく回転基準座標系の変更によって、当該機械の固定子の種々のコイルへと注入すべき電流を計算するように構成することができる。さらに、前記制御ユニットは、ギア−歯周波数の倍数の周波数を電機子電流から除くように構成されており、前記ギア−歯周波数は、巻線歯の数に当該機械の回転子の回転の周波数を掛け算したものに等しい。
【００３３】
本発明の他の目的、特徴、および利点が、あくまでも限定するものではない例として与えられ、添付の図面を参照して行なわれる以下の説明を検討することによって、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】正弦同期リラクタンス機械の回転子の形状を概略的に示している。
【図２】本発明による制御方法に使用されるマッピングの例である。
【図３】リラクタンスモータを制御するように設計された本発明による装置を概略的に示している。
【図４】歯巻線を有するリラクタンスモータを制御するように設計された本発明による装置を概略的に示している。
【図５】本発明による制御方法の文脈において使用されるセンサを示している。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１が、「正弦同期リラクタンス機械」と呼ばれるリラクタンス機械の回転子の典型的な形状を示している。
【００３６】
この場合には、回転子が、回転子の軸対称の軸Ｚに対して垂直な平面について示されている。
【００３７】
強磁性体で作られた回転子１の塊が、軸ｚに平行な母線の曲面の一部分によって定められる切り欠き２によって切り欠かれている。図示の例では、切り欠き２の輪郭が、回転子１の外周の外側に位置する軸を中心とする円筒の一部分によって定められている。
【００３８】
切り欠き２の端部は、回転子１の外周に近づくが、回転子１の外周につながってはいない。切り欠き２が、低リラクタンスの方向を定め、回転子１の内部に生じる磁界は、これらの方向に沿った向きをとる傾向にある。そのような最小リラクタンスの軸は、例えば図１の軸３または軸ｄによって特定される。正規直交の基準座標系ｄ、ｑ、ｚを得るために、軸ｄおよび回転軸ｚの両方に垂直な参照番号４の軸ｑも、図１に示されている。基準座標系ｄ、ｑは、回転子の回転軸に中心を有する。
【００３９】
回転子１を形成している強磁性体の内部に生じる磁界と、電気機械（図示されていない）の回転子１と固定子コイル（図示されていない）との間に空隙に生じる磁界との相互作用が、機械の回転トルクの発生を可能にする。
【００４０】
本発明による制御方法においては、固定子電流（Ｉｄ、Ｉｑ）が、基準座標系に変更があるという条件で、２よりも大きい任意の数の相を有する実際の機械を表わす等価な２相機械のコイルへと注入されるように定められる。さらに、等価な機械の電流を計算するために、実際の機械の回転子と同じ速度で回転している基準座標系という状況が採用される（基準座標系の変更は、一般に「パーク変換（Ｐａｒｋ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）」と称される）。言葉の誤用により、回転基準座標系は、電流の空間において、回転子に結び付けられた幾何学的な基準座標系（ｄ、ｑ）と同様である。なぜならば、２つの基準座標系は同じ速度で回転するからである。
【００４１】
したがって、実際の機械の固定子コイルの各々へと注入される電流の強度は、ｎ個の相（例えば、３つの相）を有する電流システムから２相（Ｉｄ、Ｉｑ）の電流システムへの変更、またはその反対を可能にする基準座標系の変更によって推定される。したがって、固定子のコイルの各々へと注入されるべき電流の値は、等価な２極のシステムの２つの信号ＩｄおよびＩｑが決定されるとすぐに定められる。
【００４２】
電流ＩｄおよびＩｑの値は、以下のやり方で定められる。電流Ｉｄ、すなわち励磁電流は、回転子１に初期の磁界を生じさせるように、電気機械の動作領域（トルク、回転速度）の関数として先験的に定められる。あまり高くないトルクの設定点については、この励磁電流が、回転子の回転の脈動に電気機械の極の数を掛け算したものに等しい脈動を有する単純な正弦波信号である。そのような正弦波信号の矩形の信号に対する利点は、回転子に生じる消散的な電流に関係する「鉄損」と呼ばれる損失が抑えられることである。
【００４３】
トルクの設定点が高くなるにつれ、信号Ｉｄが矩形の信号に近づくように、奇数次の高調波が第１の基本波信号に重ねられる。したがって、電気配線を通過する強度の１つの同じ最大値において、機械によってもたらされるトルクを、正弦波のみと比べてより大きくすることができる。
【００４４】
具体的には、高いランクの高調波は、より低いランクの高調波と比べ、渦電流によってより大きな損失を生じるが、それらの振幅に比例して、より低いランクの高調波と比べ、電気エネルギのトルクへの変換により大きく貢献する。
【００４５】
励磁信号Ｉｄの組成を、図２に示されるように、マッピングにもとづいて定めることができる。図２は、（回転速度の軸および機械のトルクの軸からなる）２次元の領域をいくつかの種類の励磁信号へと関連付けるマッピング５を、簡略化した様相で示している。マッピング５は、電気機械の回転速度（すなわち、電気機械の回転子の固定子に対する回転速度）を表わしているｘ軸と、機械のトルクの設定点を表わしているｙ軸とを示している。
【００４６】
ｘ軸、ｙ軸、および機械の動作の境界を表わしている境界線６との間に、異なる励磁信号Ｉｄの組成にそれぞれ対応する動作領域７、８、９、１０、１１、１２が定められている。
【００４７】
動作領域７、８、９、１０、１１、１２は、境界線６によって限定された動作領域の内側に定められており、或る領域から最高の数の領域への切り換わりは、設定点のトルクの増大または機械の回転速度の増加のいずれかによって実行される。これらの領域の各々が、上部においては、境界線６によって画定された動作領域の一番上の限界の水平域１２ａに平行なそれぞれの水平域７ａ、８ａ、９ａ、１０ａ、１１ａ、および１２ａによって限定されている。
【００４８】
領域７の内側においては、簡略化された様相でｈｉと記されている励磁信号が、正弦波信号である。
【００４９】
例えば、Ｉｄ＝ｈｉ＝αｉｓｉｎｒｏｔ
であり、
ここでωは、回転子の回転の脈動に機械の極の数を掛けたものである。
【００５０】
信号ｈｉの振幅αｉは、ｘ軸に隣接する低トルクの領域と領域７の上側境界との間で、トルクの関数として増加する。上部において、領域７は、控え目な速度の値においては、振幅ａｉが最大値ａ１ｍに到達する水平域７ａによって限定されている。
【００５１】
領域７の境界の右方においては、振幅ａｉは、おそらくはａ１ｍを下回る値を達成できる。
【００５２】
この場合には簡略化された様相で示されているマッピング５が、領域７の座標（速度、トルク）によって定められる各点に、値ａｉを割り当てる。
【００５３】
領域８は、注入される信号Ｉｄが、正弦波信号ｈｉ（例えば、領域７の上部境界に位置する同じ速度の点に相当する信号ｈｉ）と、信号ｈ１の３次の高調波信号である振幅ａ３の信号ｈ３（すなわち、ｈ３＝ａ３ｓｉｎ３ωｔ））とからなる機械の動作領域を示している。
【００５４】
マッピング５が、領域８の各点（速度、トルク）に、信号Ｉｄを構成する基本波信号および３次の高調波信号の振幅を表わす値（ａｉ、ａ３）のトルクを割り当てる。
【００５５】
好ましい実施形態によれば、振幅ａｉは領域８の内側の各鉛直線において一定であり、振幅ａ３は設定点のトルクにつれて大きくなる。振幅ａｉは、領域７および８の間の上部境界を定めている水平域７ａに沿って一定の値ａ１ｍを有することができる。
【００５６】
同様に、マッピング５は、領域９の各点（速度、トルク）について、信号Ｉｄ＝ｈ１＋ｈ３＋ｈ５＝ａｉｓｉｎｃｕｔ＋ａ３ｓｉｎ３ｃｕｔ＋ａ５ｓｉｎ５ｃｕｔを定めることを可能にする３つの振幅値（ａ１、ａ２、α３）を定める。
【００５７】
領域１０の内部では、振幅ａ７の７次の高調波ｈ７が、それまでの高調波に追加される。信号Ｉｄが９次の高調波ｈ９を含む領域１１、および信号Ｉｄが１１次の高調波ｈ１１を含む領域１２を、定めることができる。当然ながら、実施形態に応じて、Ｉｄの組成を、３次まで、５次まで、７次まで、または９次までの高調波に限定することも可能である。
【００５８】
変形例の実施形態によれば、簡略化されたマッピング５を、以下のやり方で定めることができる。
【００５９】
領域７、８、９、１０（随意により、領域１１および１２）を、境界線６によって画定される動作領域の内側において、それぞれの上部の水平域７ａ、８ａ、９ａ、１０ａ、１１ａ、１２ａによってのみ限定することができる。水平域７ａの高さは、注入される電流について許される最大の振幅によって与えられる。この最大振幅が、基本波信号の値ａ１ｍを定める。この振幅ａ１ｍに、振幅ａ３ｍ、α５ｍ、・・・が、高次の高調波が追加されるにつれて信号ａ１ｍｓｉｎｃｕｔ＋ａ３ｍｓｉｎ３ｃｕｔ＋ａ５ｍｓｉｎ５ｃｕｔ＋・・・が矩形の信号へと徐々に収束するように組み合わせられる。ひとたび領域の上側境界７ａに達すると、３次の高調波の追加が、境界７ａのレベルにおける０から境界８ａのレベルにおける最大値ａ３ｍまで増加する振幅にて開始される。
【００６０】
水平域８ａの高さは、信号Ｉｄ＝ａ１ｍｓｉｎｃｏｔ＋ａ３ｍｓｉｎ３ｃｏｔの助けによって得ることができるトルクによって定められる。
【００６１】
トルクの設定点が水平域８ａの値から増加する場合、５次の高調波成分が信号Ｉｄへと追加され、この５次の高調波成分の振幅が、設定点のトルクの値が水平域９ａに達するまで増やされる。水平域８ａの高さは、信号Ｉｄ＝ａ１ｍｓｉｎｃｕｔ＋ａ３ｍｓｉｎ３ｃｕｔ＋ａ５ｍｓｉｎ５ｃｕｔの助けによって得ることができるトルクによって定められる。
【００６２】
ひとたび信号Ｉｄの形状がマッピング５の助けによって定められると、電気機械の各々のコイルの相電流への変換によって再変換された励磁電流Ｉｄの注入が、起電力（ＦＥＭ）を生じさせる。この起電力が、この起電の形状に第１近似において比例する電流の第２の成分Ｉｑまたは電機子電流を注入するために推定される。電機子電流Ｉｑは、等価な２相機械の第２の相に注入される電流である。Ｉｑは、変換の回転基準座標系の第２の軸に沿ったこの等価な機械の電流である。
【００６３】
この電機子電流Ｉｑは、調節系の不安定を引き起こす可能性がある周波数を必要に応じて除くことによって、機械の起電力に類似または比例した形状を有するように構成される。
【００６４】
図３が、本発明によるリラクタンス電気機械３６を制御するための装置１５を概略的に示している。リラクタンス機械３６は、回転子の位置のセンサ１６を備えている。位置センサ１６は、誘導式または光学式のセンサであってよく、変形例の実施形態に応じて、回転子の位置を種々のコイルの端子における電流および電圧の関数として再計算することができる位置推定器で置き換えられてもよい。位置センサ１６は、２πχＮ（Ｎは回転子の毎秒の回転数である）に等しい脈動Ωを定めるために使用される。
【００６５】
脈動Ωが、電気パルス推定器１７において、電気パルスωへと変換され、ここでωは、Ωに電気機械３６の極の組の数を掛け算したものに等しい。次いで、電気脈動ωが、正弦波発生器１８および１つ以上の高調波発生器１９へと送信される。正弦波発生器１８が、ｓｉｎ（ｃｏｔ）の形の信号を生成し、１つまたは複数の高調波発生器１９の各々が、正弦波発生器１８によって生成される信号の高調波を生成する。したがって、第１の高調波発生器１９が、信号ｓｉｎ（３ｃｏｔ）をもたらすことができ、第２の高調波発生器１９が、信号ｓｉｎ（５ｃｏｔ）をもたらすことができ、第３の高調波発生器が、信号ｓｉｎ（５ｃｏｔ）をもたらすことができる。
【００６６】
図を簡単にするために、高調波発生器は、１つだけ図示されている。
【００６７】
正弦波発生器１８および１つまたは複数の高調波発生器１９からの信号が、それぞれ乗算器２２および２３へと送られる。励磁スペクトル選択器２０が、回転子の位置センサ１６によって送信される機械の回転速度を表わす値を入力として受け取るとともに、機械３６によって駆動される駆動輪を持つ車両の運転者の指令および走行を最適化するための種々の方法を考慮に入れるトルク設定点生成器２１によって送信されるトルク設定点の値Ｃも受け取る。
【００６８】
励磁スペクトル選択器２０は、図２に示したマッピング５へと接続され、機械３６の回転速度の値およびトルク設定点（Ｎ、Ｃ）の値の関数として、振幅α１、ａ３、ａ５、・・・の値をもたらし、乗算器２２および１つまたは複数の乗算器２３へとそれぞれ送信する。乗算器２２および１つまたは複数の乗算器２３の出力が、加算器２４へと送信され、加算器２４の出力が、励磁電流Ｉｄである。励磁電流Ｉｄが、減算器２５の正の入力へと送信され、減算器２５の出力が、ＰＩＤ調節器２７へと送信される。ＰＩＤ調節器２７の出力および第２のＰＩＤ調節器２８の出力が、変換器２９へと送信される。変換器２９が、等価な２相の機械の回転基準座標系（ｄ、ｑ）における電流の座標になると考えられる調節器２７および２８からもたらされる２つの値を、実際の機械３６の各コイルに供給される電流を実際のコイルの３つの相に組み合わせられた基準座標系ａｂｃにおいて表わす３つの値へと変換する。したがって、変換器２９は、機械３６の巻線ａ、ｂ、またはｃごとに１つの設定点の値をもたらし、設定点は、インバータ３５によって供給用の電流信号へと変換される。第２の変換器３０が、機械３６の相のうちの１つへと進入する電流値を入力として受け取り、そこからの変換によって、実際の機械の固定の３相電流基準座標系における３つの相の電流の座標を推定し、これらの値を等価な２相の機械へと軸ｄおよび軸ｑに沿ってそれぞれ注入される電流に相当する電流値の組（ｉｄ、ｉｑ）へと変換する。等価な機械の相電流のこれらの「測定」値が、減算器２５および２６において、これら２つの減算器の正の入力に到着する２つの設定点の値ＩｄおよびＩｑから、ＰＩＤ調節器２７および２８への送信に先立ってそれぞれ引き算される。励磁電流Ｉｄの設定点信号の生成を、上述した。電機子電流Ｉｑの設定点信号の生成は、以下のように実行される。
【００６９】
起電力の推定器３１が、機械３６の１つのコイルの端子へと接続される。このコイルの端子における電圧および／または電流の測定値にもとづき、起電力の推定器３１が、機械３６において生じる起電力を推定する。変形例の実施形態によれば、起電力の推定器を、コイルを通る磁束を直接測定するように１つのコイルに並列に配置される起電力のセンサによって置き換えることができる。推定器３１によって推定された起電力信号が、位置センサ１６およびトルク設定点生成器２１へと接続された増幅器３４へと送信される。
【００７０】
増幅器３４は、位置センサ１６によって送信される機械の回転速度とトルク設定点生成器２１によって送信されるトルクの設定点Ｃとにもとづいて、電機子電流Ｉｑについて所望される振幅Ａ（Ｎ、Ｃ）を定めることを可能にするマッピング３３へと接続されている。
【００７１】
増幅器３４が、マッピング３３からもたらされる値Ａ（Ｎ、Ｃ）に等しい振幅を有する信号Ｉｑを得るために、推定器３１の起電力信号に適切な係数を掛け算する。「信号の振幅」を、例えば、信号の実効値、すなわち信号の或る期間における信号の絶対値の平均と理解することができる。実施形態に応じ、例えば或る期間についての信号の平方の平均値など、振幅を定める他のやり方も可能である。
【００７２】
１つの好都合な変形例の実施形態によれば、増幅器３４を、位置センサ１６またはトルク設定点生成器２１に接続せず、加算器２４の出力にもたらされる信号Ｉｄを入力として受け取ることができる。次いで、増幅器３４を、この信号Ｉｄの振幅、推定器３１からもたらされる起電力の振幅を計算し、推定器３１からもたらされる起電力の信号を乗算して、起電力に比例し、励磁電流の信号Ｉｄの所定の倍数に等しい振幅の信号Ｉｑを得るように構成することができる。所定の倍数は、例えば値１をとることができる。増幅器３４からもたらされる信号Ｉｑが、減算器２６の正の入力へと送信される。
【００７３】
励磁電流の信号Ｉｄが、マッピング５にもとづいて開ループとして構成され、電機子電流の信号Ｉｑが、機械において測定される起電力の推定にもとづいて閉ループとして構成されることに、注意すべきである。信号の組（Ｉｄ、Ｉｑ）が、調節器２７および２８による調節の存在を条件に、インバータ３５によって機械３６の各相へと供給される電流の決定を可能にする結果としての信号を構成する。
【００７４】
調節システムの不安定を防止するために、起電力の推定器３１を、機械３６の種々のコイルの間の相互インダクタンスの任意の項を信号Ｉｑから除去するように設計することができる。これらの項は、各々のコイルが固定子の直径を囲み、各々のコイルがいわば隣のコイルの延長として巻かれているダイアメトラル巻線を有する機械の場合に特に重要となり得る。
【００７５】
機械３６が、ダイアメトラル巻線を有する機械である場合、起電力の推定器３１は、好ましくは、コイル間の相互インダクタンスに関する項が推定された起電力の値を増幅器３４へと送信するように設計される。例えば、推定器３１は、コイルａの端子における電流および電圧を測定し、コイルａに関する起電力ｅａを推定し、そこから相互インダクタンスの項
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を引き算することができ、
ここで、ＬａｂおよびＬａｃは、コイルａおよびｂならびにコイルａおよびｃの間の相互インダクタンスであり、
ｉｂは、コイルｂの電流であり、ｉｃは、コイルｃの電流である。
【００７６】
図４が、本発明による別の制御装置を概略的に示している。図４は、図３と共通の構成要素を含んでおり、したがって同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。図４は、歯巻線を有するリラクタンス機械３７に合わせて特別に構成された装置を示している。歯巻線を有する機械の場合には、「ギア−歯周波数」と呼ばれる周波数ｆｄに比例した周波数の電流信号が、調節システムの不安定を引き起こす恐れがある。したがって、目的は、電機子電流として注入される信号Ｉｑからこれらの周波数を取り除くことにある。
【００７７】
ギア−歯周波数は、装置３７の巻線歯の数に機械の回転子の回転の速度Ｎを掛けたものに等しい。これらの周波数だけを拒絶するために、図４の装置は、以下のような進行を提案する。推定器３１によってもたらされる起電力に比例した増幅器３４からの正規化された信号が、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）変換器３８へと送信され、ＦＦＴ変換器３８が、増幅器３４からの信号の離散スペクトルを抽出する。
【００７８】
位置センサ１６によってもたらされる回転速度を入力として受け取るギア−歯周波数発生器４０が、高調波を回避すべきギア−歯周波数を周波数フィルタ４１へと送信する。周波数フィルタ４１が、ＦＦＴ変換器３８によってもたらされるスペクトルを入力として受け取り、そこから発生器４０によってもたらされる周波数およびその高調波を排除し、残りのスペクトルを波形発生器３９へと送信し、したがって波形発生器３９が、増幅器３４によってもたらされ、ギア−歯周波数およびその高調波が取り除かれた信号に対応する信号を再建する。この再建信号が、電機子設定点電流Ｉｑの値として加算器２６の正の入力へと送信される。
【００７９】
歯巻線を有するリラクタンス機械を制御するために本発明による調節方法を使用することが、きわめて好都合である。この方法によれば、製造に関してはるかにコストが高いダイアメトラル巻線を有する機械において可能な性能と同等の最大トルクにおける性能を得ることができる。この方法は、低いトルクにおいて、鉄損による効率の損失を抑えることを可能にする。
【００８０】
図５が、本発明に特に適しており、図３および４の推定器３１の代わりに使用することができる起電力のセンサを示している。一般的に使用されている起電力の推定器は、通常は機械の１つ以上のコイルの端子における電流および電圧の測定値にもとづく。そのような推定器は、機械の信頼できるモデルを有することを必要とし、特定の演算能力を起電力の推定に専念させることを必要とする。
【００８１】
代案の技術的解決策は、コイルを通る磁束を直接測定することによってコイルに関する起電力を推定することである。これについて、磁界センサをコイルの内部に配置することが考えられる。通常はホール効果センサである現場の磁界センサは、高コストであり、コイルの内部の磁界および／または磁束についてきわめて局所的な像をもたらすにすぎない。
【００８２】
本発明による装置の好ましい変形例は、図５に示されるように、固定子のコイルのうちの１つに並列に固定子の製造時に巻き付けられるが、後に電流が供給されることはない１回以上の導電巻き５１を、導入することを提案する。したがって、図５において、巻き５１は、歯巻線を有するリラクタンス機械の回転子部分に属する巻線歯の周囲に巻き付けられる。したがって、この１回以上の巻き５１を、コイルを通る磁束の全体が横切り、これらの巻き５１を含む巻線の端部５２が、増幅器５３へと接続され、増幅器５３は、電圧センサ（図示されていない）に接続され、この電圧センサが、コイルに関する起電力に直接比例した電圧をもたらす。
【００８３】
端部５２の間の電圧と起電力との間の比例の係数は、巻線５１の巻きの数とコイルの巻きの数との比に等しい。巻きが１つだけの巻線でも充分であるが、細い線で形成された数回の巻きを有する巻線が、低トルクにおける起電力の推定の精緻化を可能にできる。巻線の端子における電圧を測定するために使用される電圧センサは、好ましくはコンピュータの電子機器を乱す恐れをなくすために、インバータ３５を駆動する演算ユニットから絶縁される。
【００８４】
増幅器５３は、測定対象の磁界を乱しかねない巻線へと流れる電流をできるだけ抑えるために、きわめて高い入力インピーダンスを有さなければならない。このような起電力のセンサを使用することによって、システムに必要な演算能力が抑えられ、起電力の推定の精度が高められる。
【００８５】
本発明の主題は、上述の典型的な実施形態に限られず、多数の変形例の形態をとることができる。上述の制御方法を、例えば巻線形回転子を有する同期機またはスイッチドリラクタンス機など、ダイアメトラル巻線または歯巻線を有するリラクタンス電気機械以外の電気機械へと適用することが可能である。
【００８６】
励磁信号Ｉｄを構成するやり方は、上述のやり方と違ってもよい。マッピング５が、より高次の高調波信号が導入されるときに、より低次の高調波信号の振幅を固定してもよい。また、種々の高調波の相対の振幅を空間領域（速度、トルク）の関数として加減することによってこの規則から外れてもよい。
【００８７】
起電力の推定器またはセンサ３１は、１つのコイルの端子またはコイルに組み合わせられた１つのセンサの端子において得られる測定値にもとづくことができる。別の変形例によれば、推定器またはセンサ３１が、機械の各々のコイルの端子において得られる測定値を考慮に入れることができる。
【００８８】
ダイアメトラル巻線を有する機械の場合には、相互インダクタンスの項の除去を、他の２相（３相の機械の場合）に流入する電流に比例した交差インダクタンス（ｃｒｏｓｓｅｄ  ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）の項を線形なやり方で引き算することによって実行することができる。別の変形例の実施形態によれば、相互インダクタンスに対応する項の除去を、種々の相の電流の相関の方法によって実行することができる。すなわち、２つの相の間の相関の項を除去することによって、調節システムの安定性を乱す恐れがある相互インダクタンスに関する項を除去することができる。
【００８９】
本発明による制御方法は、起電力の信号の形状をリアルタイムで考慮に入れることで、機械の低トルク時の鉄損を抑えること、および機械について認められる電流の最大振幅に対して得ることができる最大トルクを最適化することの両方を可能にする。入手可能な最大トルクの増加は、歯巻線を有する機械の場合においてきわめて高い。ダイアメトラル巻線を有する機械の場合には、相対的なトルクの増加はより小さいが、依然として価値がある。結論として、歯巻線を有する機械は、通常は、機械の起電力の信号の形状をリアルタイムで考慮に入れることがない制御方法の場合には、あまり効率的でないことが明らかになっているが、本発明による制御方法によれば、歯巻線およびダイアメトラル巻線を有する機械の性能が同等になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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