(57)【要約】  データ・プロセッサは、モータのロータの第１回転速度範囲を、第１下限から第１上限までに決め（図３におけるＳ３００）、第２回転速度範囲を、第２下限から第２上限までに決める（Ｓ３０２）。第１範囲における動作中に、第１上限が調節されるように（例えば、第１量だけ第２下限よりも大きくなるように引き上げられる）ヒステリシス帯または回転速度範囲が決められる（Ｓ３０４）。センサが、モータのロータの回転速度を検出または測定する（Ｓ３０６）。データ・プロセッサは、測定された回転速度が、ヒステリシス帯によって調節された第１範囲または第２範囲内に入るか否か判定して、選択され速度範囲を特定する（Ｓ３０８）。パルス幅変調信号のスイッチング周波数が、選択された速度範囲にしたがって変更させられる。【選択図】      図３
2014513910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ制御方法であって、
前記モータのロータの第１回転速度範囲を第１下限から第１上限までに決めるステップと、
前記ロータの第２回転速度範囲を第２下限から第２上限までに決めるステップと、
前記第１範囲における動作中に、前記第１上限が前記第２下限よりも第１量だけ大きくなるように調節するまたは引き上げるように、ヒステリシス帯または回転速度範囲を決めるステップと、
前記モータのロータの回転速度を検出または測定するステップと、
選択される速度範囲を特定するために、前記測定した回転速度が、前記ヒステリシス帯によって調節された前記第１範囲または第２範囲に入るか否か判定するステップと、
前記選択された速度範囲にしたがって、パルス幅変調信号のスイッチング周波数を変化させるステップと、
を含むモータ制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、更に、
前記第２範囲における動作中に、前記第２下限が前記第１上限よりも第２量だけ少なくなるように、ヒステリシス帯または回転速度範囲を決めるステップを含む、方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、前記第１量が、前記第２量とは異なる、または前記第２量よりも少ない、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記第１量が、毎分約５０回転から毎分約１２０回転の範囲内である、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、更に、
前記第１上限を、前記ヒステリシス帯による調節を受ける、前記第２下限に設定するステップを含む、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、更に、前記モータ動作の全速度範囲に基づいて、第３速度範囲から第Ｎ速度範囲を作るステップであって、Ｎが４以上の正の整数である、ステップと、
前記Ｎ個の速度範囲内における前記モータの隣接する速度範囲間の各遷移に１つ以上のヒステリシス帯を適用するステップと、
を含む、方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、前記モータ動作の全速度範囲が、毎分約０回転から毎分約４，０００回転以上にわたる、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、前記スイッチング周波数を変化させるステップが、前記選択された速度範囲と前記ロータの以前の速度範囲とにしたがって参照表から選択される優先スイッチング周波数と調和して、前記スイッチング周波数を変化させるステップを含み、前記選択された速度範囲が、現在の速度間隔(speed interval)と関連し、前記以前の速度範囲が、前記現在の速度間隔よりも前における以前の速度間隔に関連する、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、対応する選択された速度範囲に対する前記スイッチング周波数が、位相電流不均衡係数または比率を、以下の式にしたがって最適化するように選択され、
【数７】
2014513910.tif 000009
ここで、ia_msは、測定した三相電流の位相ａの電流の二乗平均であり、ib_msは、測定した三相電流の位相ｂの電流の二乗平均であり、ic_msは測定した三相電流の位相ｃの二乗平均である、方法。
【請求項１０】
請求項１記載のシステムにおいて、対応する選択された速度範囲に対する前記スイッチング周波数が、軸トルク・リップルおよび電気装置効率要件にしたがって、電流リップル成分を更に最適化するように選択される、システム。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、対応する選択された速度範囲に対する前記スイッチング周波数が、以下の式にしたがって、前記モータに対して所望の周波数比を維持するために選択され、
【数８】
2014513910.tif 000010
ここで、前記ＰＷＭスイッチング周波数はパルス幅変調周波数であり、前記電気基本周波数は、前記モータの電気基本周波数である、方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法において、前記スイッチング周波数が、前記モータの基本電気周波数と前記モータの極対当たりのスロット数との積として定められるスロット高調波周波数から制限され、前記基本電気周波数が前記ロータの回転速度に比例する、方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法において、一連の連続間隔中において選択されたスイッチング周波数間の変化におけるジッタまたは急激な不連続を回避するために、前記第１範囲の第１上限が前記第２範囲の第２下限よりも高くなるように、ヒステリシス速度帯が２つの隣接する速度間隔の境界において設定される、方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法であって、更に、
以前のステップにおいて選択された速度範囲に対する上限および下限にアクセスするステップと、
前記現在の測定速度に基づいて現在の速度範囲を判定するステップであって、前記アクセスした上限に前記ヒステリシス帯を加え、前記アクセスした下限から前記ヒステリシス帯を差し引く、ステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１記載の方法であって、更に、
前記選択された速度範囲にしたがって、電流調整比例および積分利得を変化させるステップを含む、方法。
【請求項１６】
モータ制御システムであって、
第１下限から第１上限までの前記モータのロータの第１回転速度範囲を格納するデータ記憶デバイスであって、第２下限から第２上限までの前記ロータの第２回転速度範囲を格納するように構成されている、データ記憶デバイスと、
前記第１範囲における動作中に、前記第１上限が前記第２下限よりも第１量だけ大きくなるように調節するまたは引き上げるように、ヒステリシス帯または回転速度範囲を決めるデータ・プロセッサと、
前記モータのロータの回転速度を検出または測定するセンサと、
前記データ・プロセッサが、選択される速度範囲を特定するために、前記測定した回転速度が、前記ヒステリシス帯によって調節された前記第１範囲または第２範囲に入るか否か判定するように構成されており、
前記選択された速度範囲にしたがって、パルス幅変調信号のスイッチング周波数を変化させるパルス幅変調生成モジュールと、
を含む、モータ制御システム。
【請求項１７】
請求項１６記載のシステムであって、更に、
前記データ・プロセッサが、前記第２範囲における動作中に、前記第２下限が前記第１上限よりも第２量だけ少なくなるように、ヒステリシス帯または回転速度範囲を設定または制御する、システム。
【請求項１８】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記第１量が、前記第２量よりも少ない、システム。
【請求項１９】
請求項１６記載のシステムにおいて、対応する選択された速度範囲に対する前記スイッチング周波数が、位相電流不均衡係数を、以下の式にしたがって最適化するように選択され、
【数９】
2014513910.tif 000011
ここで、ia_msは、測定した三相電流の位相ａの電流の二乗平均であり、ib_msは、測定した三相電流の位相ｂの電流の二乗平均であり、ic_msは測定した三相電流の位相ｃの二乗平均である、システム。
【請求項２０】
請求項１６記載のシステムにおいて、対応する選択された速度範囲に対する前記スイッチング周波数が、軸トルク・リップルおよび電気装置効率要件にしたがって、電流リップル成分を更に最適化するように選択される、システム。
【請求項２１】
請求項１６記載のシステムにおいて、対応する選択された速度範囲に対する前記スイッチング周波数が、以下の式にしたがって、前記モータに対して所望の周波数比を維持するために選択され、
【数１０】
2014513910.tif 000012
ここで、前記ＰＷＭスイッチング周波数はパルス幅変調周波数であり、前記電気基本周波数は、前記モータの電気基本周波数である、システム。
【請求項２２】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記スイッチング周波数が、前記モータの基本電気周波数と前記モータの極対当たりのスロット数との積として定められるスロット高調波周波数から制限され、前記基本電気周波数が前記ロータの回転速度に比例する、システム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本文書は、35.U.S.C 119(e)に基づいて、２０１１年２月２３日に出願されMETHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING AN ELECTRIC MOTOR WITH VARIABLE SWITCHING FREQUENCY AT VARIABLE OPERATING SPEEDS（可変動作速度において可変スイッチング周波数で電気モータを制御する方法およびシステム）と題する米国仮特許出願第６１／４４５，６３２号に基づく優先権を主張する。
発明の分野
本発明は、可変動作速度において可変スイッチング周波数（例えば、パルス幅変調周波数）で電気モータを制御する方法およびシステムに関する。
【従来技術】
【０００２】
電気モータは、内部永久磁石（ＩＰＭ）モータまたはＩＰＭ同期モータのように、永久磁石を有するロータおよびステータを特徴とすることができる。モータを車両牽引に応用するとき、広い速度範囲のモータ制御を必要とすることが多い。しかしながら、ある程度までは、モータ制御性能は、インバータによって供給されるパルス幅スイッチング周波数の増加によって高めることができるが、過度にスイッチング周波数を増加させると、インバータのスイッチング損失が増大し、熱衝撃によってインバータの寿命が短くなり、インバータ内部におけるデータ・プロセッサまたはディジタル信号プロセッサのデータ処理負担が増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このため、調和が取れたパルス幅変調周波数または最適なパルス幅変調周波数がインバータに選択されるように、幅広く変化する動作周波数で電気モータを制御する方法およびシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態によれば、電気モータを制御する方法およびシステムを紹介する。データ・プロセッサが、第１下限から第１上限まで、モータのロータの回転速度に第１範囲を定める。データ・プロセッサは、第２下限から第２上限まで、ロータの回転速度の第２範囲を定める。動作の間、第１範囲において第１上限が調節されるように（例えば、第２下限よりも大きくなるように、第１量だけ引き上げる）、ヒステリシス帯または回転速度範囲を定める。センサが、モータのロータの回転速度を検出または測定する。データ・プロセッサは、ヒステリシス帯によって調節された第１範囲または第２範囲内に、測定した回転速度が入るか否か判断し、選択する速度範囲を特定する。データ・プロセッサ、ＰＷＭモジュール、またはインバータ回路は、選択された速度範囲にしたがって、パルス幅変調信号のスイッチング周波数を変化させる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、可変速度制御によって電気モータを制御するシステムの一実施形態のブロック図である。
【図２】図２は、図１と密接に結びついた電子データ処理システムのブロック図である。
【図３】図３は、可変速度制御によって電気モータを制御する方法の第１例のフロー・チャートである。
【図４】図４は、可変速度制御によって電気モータを制御する方法の第２例のフロー・チャートである。
【図５】図５は、可変速度制御によって電気モータを制御する方法の第３例のフロー・チャートである。
【図６】図６は、可変速度制御によって電気モータを制御する方法の第４例のフロー・チャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
一実施形態によれば、図１は、モータ１１７（例えば、内部永久磁石（ＩＰＭ）モータ）または他の交流装置(alternating current machine)を制御するシステムを開示する。この文書において説明する方法およびシステムは、内部永久磁石モータ、誘導装置、または動作速度が広い表面実装永久磁石（ＰＭ）装置にも等しく応用することができる。一実施形態では、本システムは、モータ１１７の他に、インバータまたはモータ・コントローラと呼ぶこともできる。本システムまたはインバータは、１つ以上の異なる速度範囲において調和が取れたパルス幅変調周波数または最適なパルス幅変調周波数がインバータに選択されるように、広く変化するモータ軸の動作速度に非常に適している。
【０００７】
本システムは、電子モジュール、ソフトウェア・モジュール、または双方を含む。一実施形態では、モータ・コントローラは、１つ以上のソフトウェア・モジュールのソフトウェア命令の格納、処理、または実行をサポートするために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１では破線で示されており、図２において更に詳細に示されている。
【０００８】
データ処理システム１２０は、インバータ回路１８８に結合されている。インバータ回路１８８は、半導体駆動回路を含む。この半導体駆動回路は、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）または他のパワー・トランジスタ）を駆動または制御して、モータ１１７の制御信号を出力する。一方、インバータ回路１８８はモータ１１７に結合されている。モータ１１７は、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）と関連付けられている。センサ１１５は、モータ軸１２６またはロータと関連付けられている。センサ１１５およびモータ１１７は、データ処理システム１２０に結合されており、可能なフィードバック・データまたは信号の中でもとりわけ、例えば、フィードバック・データ（例えば、ｉａ、ｉｂ、ｉｃのような電流フィードバック・データ）、生の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、巻線温度読み取り値、インバータ回路１８８の半導体温度読み取り値、三相電圧データ、あるいはモータ１１７についての他の熱情報または性能情報が含まれるが、これらに限定されるのではない。
【０００９】
一実施形態では、トルク・コマンド生成モジュール１０５がｄ−ｑ軸電流生成モジュール１０９（例えば、ｄ−ｑ軸電流生成参照表）に結合されている。ｄ−ｑ軸電流とは、モータ１１７のような、ベクトル制御交流装置のコンテキストにおいて該当する、直接軸電流(direct axis current)および直角軸電流を指す。ｄ−ｑ軸電流生成マネージャ１０９の出力、および電流調節モジュール１０７（例えば、ｄ−ｑ軸電流調節モジュール１０７）の出力は、加算器１１９に供給される。一方、加算器１１９の１つ以上の出力（例えば、直接軸電流データ（ｉｄ＊）および直角軸電流データ（ｉｑ＊））は、電流調整コントローラ１１１に供給または結合される。
【００１０】
電流調整コントローラ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ＰＷＭ生成モジュール）と通信することができる。電流調整コントローラ１１１は、ｄ−ｑ軸電流コマンド（例えば、ｉｄ＊およびｉｑ＊）および実際のｄ−ｑ軸電流（例えば、ｉｄおよびｉｑ）を受け、対応するｄ−ｑ軸電圧コマンド（例えば、ｖｄ＊およびｖｑ＊コマンド）を、ＰＷＭ生成モジュール１１２に入力するために出力する。
【００１１】
一実施形態では、ＰＷＭ生成モジュール１１２は、直接軸電圧および直角軸電圧データを、２つの位相データ表現から三相表現（例えば、ｖａ＊、ｖｂ＊、ｖｃ＊のような三相電圧表現）に、例えば、モータ１１７の制御のために変換する。ＰＷＭ生成モジュール１１２の出力は、インバータ１８８に結合されている。
【００１２】
インバータ回路１８８は、パルス幅変調信号またはモータ１１７に印加される他の交流信号（例えば、パルス、方形波、正弦波、または他の波形）を生成、変更、および制御するために、スイッチング半導体のような電力電子部品を含む。ＰＷＭ生成モジュール１１２は、入力をインバータ回路１８８内部の駆動段に供給する。インバータ回路１８８の出力段は、パルス幅変調信号、交流信号、パルス幅変調電圧波形、または他の電圧信号を、モータの制御のために供給する。一実施形態では、インバータ１８８は、直流（ＤＣ）電圧バスによって給電される。
【００１３】
モータ１１７は、センサ１１５（例えば、リゾルバ、エンコーダ、速度センサ、あるいは他の位置センサまたは速度センサ）と関連付けられている。このセンサ１１５は、モータ軸１２６の角度位置、モータ軸１２６の速度(speed or velocity)、およびモータ軸１２６の回転方向の内少なくとも１つを推定する。センサ１１５は、モータ軸１２６上に取り付けても、これと一体化してもよい。センサ１１５の出力は、１次処理モジュール１１４（例えば、位置および速度処理モジュール）と通信することができる。一実施形態では、センサ１１５をアナログ／ディジタル変換器（図示せず）に結合することができ、このアナログ／ディジタル変換器が、アナログの位置データまたは速度データを、それぞれ、ディジタルの位置または速度データに変換する。他の実施形態では、センサ１１５（例えば、ディジタル位置エンコーダ）は、モータ軸１２６またはロータについての位置データまたは速度データのディジタル・データ出力を供給することができる。
【００１４】
１次処理モジュール１１４の第１出力（例えば、モータ１１７の位置データおよび速度データ）は、位相変換器１１３（例えば、三相／二相電流パーク変換モジュール）に伝えられる。位相変換器１１３は、測定された電流のそれぞれの三相ディジタル表現を、測定された電流の対応する二相ディジタル表現に変換する。１次処理モジュール１１４の第２出力（例えば、速度データ）は、計算モジュール１１０（例えば、調節電圧／速度比モジュール(adjusted voltage over speed ratio module)に伝えられる。
【００１５】
検知回路１２４の入力は、直流（ＤＣ）バス（例えば、ＤＣ電力をインバータ回路１８８に供給することができる高電圧ＤＣバス）の少なくとも測定された三相電流および電圧レベルを検知するために、モータ１１７の出力に結合されている。検知回路１２４の出力は、検知回路１２４の出力をディジタル化するために、アナログ／ディジタル変換器１２２に結合されている。一方、アナログ／ディジタル変換器１２２のディジタル出力は、２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）に結合されている。例えば、検知回路１２４は、三相電流（例えば、モータ１１７の巻線に印加される電流、巻線に誘導される逆ＥＭＦ、または双方）を測定するために、モータ１１７と関連付けられている。
【００１６】
１次処理モジュール１１４および２次処理モジュール１１６の一定の出力は、位相変換器１１３に繋がっている。例えば、位相変換器１１３はパーク変換または他の変換式（例えば、ある種の適した変換式は、当業者には周知である）を適用して、測定された電流の三相表現を、２次処理モジュール１１６からのディジタル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、電流の二相表現に変換することができる。位相変換器１１３モジュールの出力は、電流調整コントローラ１１１に結合されている。
【００１７】
１次処理モジュール１１４および２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、調節電圧／速度比計算モジュール）の入力に結合することができる。例えば、１次処理モジュール１１４は速度データ（例えば、モータ軸１２６の１分当たりの回転数）を供給することができ、一方２次処理モジュール１１６は、測定した直流電圧レベル（例えば、車両の直流（ＤＣ）バスにおける直流電圧レベル）を供給することができる。インバータ回路１８８に電気エネルギを供給するＤＣバスにおける直流電圧レベルは、種々の要因のために、変動する即ちばらつく可能性がある。この要因には、周囲の温度、バッテリの状態、バッテリの充電状態、バッテリ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）、モータ負荷状態、それぞれのモータ・トルクおよび対応する動作速度、ならびに車両の電気負荷（例えば、電気的に駆動される空調用コンプレッサ）が含まれるが、これらに限定されるのでない。計算モジュール１１０は、仲介物として、２次処理モジュール１１６とｄｑ−軸電流生成マネージャ１０９との間に接続されている。計算モジュール１１０の出力は、ｄ−ｑ軸電流生成マネージャ１０９によって生成される電流コマンドを調節するまたはこれに作用し(impact)、とりわけ、直流バス電圧の変動即ちばらつきを補償する。
【００１８】
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、および終端電圧フィードバック・モジュール１０８は、ｄｑ−軸電流調節モジュール１０７に結合されているか、またはこれと通信することができる。一方、ｄ−ｐ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。
【００１９】
ロータ磁石温度モジュール１０４は、ロータの１つまたは複数の永久磁石の温度を推定または判定する。一実施形態では、ロータ磁石温度推定モジュール１０４は、内部制御変数の計算、ステータ上に配置されステータと熱連通する１つ以上のセンサ、またはモータ１１７の筐体に固定されている１つ以上のセンサから、ロータ磁石の温度を推定することができる。
【００２０】
一代替実施形態では、ロータ磁石温度推定モジュール１０４は、ステータ上に配置されステータと熱連通する１つ以上のセンサ、またはモータ１１７の筐体に固定されている１つ以上のセンサと置き換えることができ、またはこれからロータ磁石の温度を推定することができる。
【００２１】
他の代替実施形態では、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、ワイヤレス送信器に結合されているサーミスタまたは赤外線熱センサ）と置き換えることもでき、この検出器は、１つまたは複数の磁石の温度を示す信号（例えば、ワイヤレス信号）を供給する。
【００２２】
一実施形態では、本方法またはシステムは、以下のように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・メッセージというような入力制御データ・メッセージを、車両データ・バス１１８を介して受ける。トルク・コマンド生成モジュール１０５は、受け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。
【００２３】
ｄ−ｑ軸電流生成マネージャ１０９は、それぞれのトルク・コマンド・データおよびそれぞれの検出したモータ軸１２６速度データと関連する直接軸電流コマンド・データおよび直角軸電流コマンド・データを選択または決定する。例えば、ｄ−ｑ軸電流生成マネージャ１０９は、直接軸電流コマンド・データ、直角軸電流コマンド・データを、以下の内１つ以上にアクセスすることによって選択または決定する。（１）それぞれのトルク・コマンドを対応する直接軸電流および直角軸電流に関係付ける参照表、データベース、または他のデータ構造、（２）それぞれのトルク・コマンドを対応する直接軸電流および直角軸電流に関係付ける１組の連立方程式または線形方程式、あるいは（３）それぞれのトルク・コマンドを対応する直接軸電流および直角軸電流に関係付ける１組の規則（例えば、ｉｆ−ｔｈｅｎ規則）。モータ１１７上におけるセンサ１１５は、モータ軸１２６について検出した速度データの供給を容易にし、１次処理モジュール１１４は、センサ１１５によって供給された位置データを速度データに変換することができる。
【００２４】
電流調節モジュール１０７（例えば、ｄ−ｑ軸電流調節モジュール）は、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、直接軸電流コマンド・データおよび直角軸電流コマンド・データを調節するための電流調節データを供給する。
【００２５】
電流整形モジュール１０６は、以下の要因の内１つ以上に基づいて、直角軸（ｑ−軸）電流コマンドおよび直接軸（ｄ−軸）電流コマンドの補正または暫定調節を決定する。例えば、モータ１１７にかかるトルク負荷およびモータ１１７の速度。ロータ磁石温度推定モジュール１０４は、推定したロータ温度変化、および、例えば、既知の動作状態の下での既知の周囲温度において特徴付けられたロータ温度または磁場強度に対する、推定ロータ温度変化または推定磁場強度変化に基づいて、ｑ−軸電流コマンドおよびｄ−軸電流コマンドの２次調節値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の関係に基づいて、ｄ−軸およびｑ−軸に対する第３調節値を供給することができる。電流調節モジュール１０７は、以下の調節値の内１つ以上を考慮した総合電流調節値を供給することができる。暫定調節値、２次調節値、および第３調節値。
【００２６】
センサ１１５（例えば、軸またはロータ速度検出器）は、以下の内１つ以上を含むことができる。直流モータ、光エンコーダ、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、ブラッシュレス・リゾルバ）。１つの構成では、センサ１１５は、位置センサを含み、この場合、位置データおよび関連する時間データを処理して、モータ軸１２６について速度(speed or velocity)データを判定する。他の構成では、センサ１１５は速度センサ、または速度センサおよび積分器の組み合わせを含み、モータ軸の位置を判定する。
【００２７】
更に他の構成では、センサ１１５は、補助の小型直流電流ジェネレータを含む。この電流ジェネレータは、機械的にモータ１１７のモータ軸１２６に結合され、モータ軸１２６の速度を判定する。直流電流ジェネレータは、モータ軸１２６の回転速度に比例する出力電圧を生成する。更に他の構成では、センサ１１５は光源を有する光エンコーダを含み、この光エンコーダは、軸１２６に結合された回転物体に向けて信号を送り、光検出器において反射または回折信号を受信する。受信した信号パルス（例えば、方形波）の周波数は、モータ軸１２６の速度に比例することができる。追加の構成では、センサ１１５は、第１巻線および第２巻線を有するリゾルバを含み、第１巻線には交流電流が供給され、第２巻線に誘発される電圧が、ロータの回転周波数と共に変化する。
【００２８】
図２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つ以上のデータ・ポート（２６８、２７０、２７２、２７４、および２７６）を含む。データ・プロセッサ２６４、データ記憶デバイス２６０、および１つ以上のデータ・ポートは、データ・バス２６２に結合され、データ・プロセッサ２６４、データ記憶デバイス２５０、および１つ以上のデータ・ポート間におけるデータの通信をサポートする。
【００２９】
一実施形態では、データ・プロセッサ２６４は、以下の電子コンポーネントの内１つ以上を含むことができる。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、プログラマブル・ロジック・アレイ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、論理回路、算術論理ユニット、特定用途集積回路、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラ、または他のデータ処理デバイス。１つの構成では、データ・プロセッサ２６４の以上の電子コンポーネントは、１つ以上のデータ・バス、物理通信経路、または仮想通信経路によって相互接続することができる。
【００３０】
データ記憶デバイス２６０は、データを格納する任意の磁気デバイス、電子デバイス、または光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つ以上の電子データ・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・ドライブ等を含むことができる。
【００３１】
図２に示すように、データ・ポートは、第１データ・ポート２６８、第２データ・ポート２７０、第３データ・ポート２７２、第４データ・ポート２７４、および第５データ・ポート２７６を含むが、任意の適した数のデータ・ポートを使用することができる。各データ・ポートは、例えば、トランシーバおよびバッファ・メモリを含むことができる。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入力／出力ポートを含むことができる。
【００３２】
図２に示すような一実施形態では、第１データ・ポート２６８は車両データ・バス１１８に結合されている。一方、車両データ・バス１１８はコントローラ２６６に結合されている。１つの構成では、第２データ・ポート２７０をインバータ回路１８８に結合することができ、第３データ・ポート２７２をセンサ１１５に結合することができ、第４データ・ポートをアナログ／ディジタル変換器２２に結合することができ、第５データ・ポート２７６を端子電圧フィードバック・モジュール１０８に結合することができる。アナログ／ディジタル変換器１２２は、検知回路１２４に結合されている。
【００３３】
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データ・ポート２６８と関連付けられるか、またはこれによってサポートされている。第１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・バスのような、車両データ・バス１１８に結合することができる。車両データ・バス１１８は、第１データ・ポート２６８を介して、トルク・コマンド生成モジュール１０５にデータ・バス・メッセージをトルク・コマンドと共に供給することができる。車両の運転手は、スロットル、ペダル、コントローラ２６６、または他の制御デバイスというようなユーザ・インターフェースを介して、トルク・コマンドを生成することができる。
【００３４】
ある種の実施形態では、センサ１１５および１次処理モジュール１１４は、データ処理システム１２０の第３データ・ポート２７２と関連付けられる、またはこれによってサポートされるのでもよい。
【００３５】
図３は、可変速度制御によってモータ（例えば、１１７）を制御する方法の第１代表例を開示する。図３の方法は、ステップＳ３００において開始する。
【００３６】
ステップＳ３００において、データ・プロセッサ２６４は、モータ（例えば、１１７）のロータの回転速度に、第１下限から第１上限までの第１範囲を決める。
【００３７】
ステップＳ３０２において、データ・プロセッサ２６４は、ロータの回転速度に、第２下限から第２上限までの第２範囲を決める。第２回転速度範囲は、通常、第１回転速度範囲と連続していてもよい。代替実施形態では、第２回転速度範囲は、例えば、第１回転速度範囲と重複してもよい。
【００３８】
ステップＳ３０４において、データ・プロセッサ２６４は、第１範囲における動作中に、第１上限が第２下限よりも第１量だけ大きくなるように調節されるまたは引き上げられるように、ヒステリシス帯または回転速度範囲を決める。ステップＳ３０４は、種々の技法にしたがって実行することができ、これらの技法は交互にまたは累加的に適用してもよい。第１技法の下では、データ・プロセッサ２６４は、第２範囲における動作中、第２下限が第１上限よりも第２量だけ小さくなるように、ヒステリシス帯または回転速度範囲を決める。第２技法の下では、第１量は、第２量とは異なるか、またはこれよりも小さい。第３技法の下では、第１量は、毎分約５０回転から毎分約１２０回転までの範囲内である。
【００３９】
ステップＳ３０６において、センサ１１５はモータ（例えば、１１７）のロータの回転速度を検出または測定する。例えば、センサ１１５は、測定されたロータの回転位置または角度位置を検出することができ、これから、１次処理モジュール１１４はロータの回転速度を判定する。
【００４０】
ステップＳ３０８において、データ・プロセッサ２６４または１次処理モジュールは、選択された速度範囲を特定するために、測定した回転速度が、ヒステリシス帯によって調節された第１範囲または第２範囲に該当するか否か判定を行う。
【００４１】
ステップＳ３１０において、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサ２６４は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号のスイッチング周波数を、選択した速度範囲にしたがって変化させる。これに応じて、パルス幅変調生成モジュール１１２およびインバータ・スイッチング回路１８８は、モータ（例えば、１１７）軸１２６の速度の重要な変化に応答して、モータ（例えば、１１７）に出力されるスイッチング周波数またはＰＷＭ周波数を動的に調節する。モータ軸１２６の速度の重要な変化が発生するのは、モータ（例えば、１１７）が１つの速度範囲または１つの段階から他の段階（例えば、隣接する高いまたは低い方の範囲）に変化するときである。実際には、ＰＷＭスイッチング周波数は、例えば、４ＫＨｚから３ＭＨｚに変化させたり、または他の適した周波数スペクトルにわたって変化させたり、モータ（例えば、１１７）の全動作速度範囲にわたって変化させる場合もある。
【００４２】
ステップＳ３１０は、様々な技法にしたがって実行することができ、これらの技法は、別個にまたは累加的に適用してもよい。第１技法の下では、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサ２６４は、ロータの選択した速度範囲および以前の速度範囲にしたがって参照表から選択した優先スイッチング周波数と調和して、スイッチング周波数を変化させる。選択した速度範囲は、現在の速度間隔と関連があり、以前の速度範囲は、現在の速度間隔よりも前の以前の速度間隔と関連がある。
【００４３】
第２技法の下では、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサ２６４は、対応する選択した速度範囲に対してスイッチング周波数を選択し、以下の相電流不均衡係数または比率を、以下の式にしたがって最適化する。
【００４４】
【数１】
2014513910.tif 000003
【００４５】
ここで、ia_msは、測定した三相電流の位相ａの電流の二乗平均であり、ib_msは、測定した三相電流の位相ａの電流の二乗平均であり、ic_msは測定した三相電流の位相ａの二乗平均である。以上の三相電流の二乗平均は、例えば、２次処理モジュール１１６の出力から得られるとよい。以上の相電流不均衡係数または比率は、例えば、それがある種の目標範囲内に入るとき、または一定の最大比よりも小さいときに最適化することができる。
【００４６】
第３の技法の下では、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサは、以下の式にしたがってモータ（例えば、１１７）に対して所望の周波数比を維持するために、対応する選択した速度範囲に対してスイッチング周波数を選択する。
【００４７】
【数２】
2014513910.tif 000004
【００４８】
ここで、ＰＷＭスイッチング周波数は、パルス幅変調生成モジュール１１２またはインバータ・スイッチング回路１８８によって供給されるパルス幅変調周波数または最大パルス幅変調周波数であり、電気基本周波数は、特定のモータ（例えば、１１７）または装置設計の電気基本周波数であり、極対の数またはモータ（例えば、１１７）のインダクタンスに依存すると考えられる。モータ（例えば、１１７）がＩＰＭモータを含む場合、風波数比は、例えば、約１０と約１２との間になるように選択するとよい。あるいは、モータ（例えば、１１７）がＩＰＭモータ（例えば、１１７）を含む場合、周波数比は、低いモータ（例えば、１１７）速度範囲では１０よりも大きくなり、高い速度範囲では１２よりも小さくなるように選択するとよい。モータ（例えば、１１７）がコアレス永久磁石装置または軸方向磁束パンケーキ・モータ(axial flux pancake motor)（例えば、１１７）である場合、周波数比は１５以上であるとよい。
【００４９】
第４技法の下では、データ・プロセッサ２６４またはパルス幅変調生成モジュール１１２は、スイッチング周波数を、モータ（例えば、１１７）の基本電気周波数とモータ（例えば、１１７）の極対当たりのスロット数との積として定められるスロット高調波周波数から、スイッチング周波数を制限する。基本電気周波数は、ロータの回転速度に比例する。
【００５０】
第５技法の下では、データ・プロセッサ２６４またはパルス幅変調生成モジュール１１２は、軸トルク・リップルおよび電気装置効率要件にしたがって、電流リップル成分を更に最適化するために、対応する選択した速度範囲に対してスイッチング周波数を選択する。例えば、データ・プロセッサ２６４またはパルス幅変調生成モジュール１１２は、軸トルク・リップルを最少に抑えるまたは軸トルク・リップルを最大限度（例えば、１つ以上の動作トルクおよび対応するモータ速度に関する百分率の限度）に制限することにしたがって、平均トルク・リップルからの最大標準偏差にしたがって、あるいはそれ以外で、電流リップル成分を最適化するために、対応する選択された速度範囲に対してスイッチング周波数を選択する。
【００５１】
図４は、可変速度制御によってモータ（例えば、１１７）を制御する方法の第２の代表例を開示する。図４の方法は、ステップＳ３００において開始する。
【００５２】
ステップＳ３００において、データ・プロセッサ２６４は、モータ（例えば、１１７）のロータの回転速度に、第１下限から第１上限までの第１範囲を決める。
【００５３】
ステップＳ３０２において、データ・プロセッサ２６４は、ロータの回転速度に、第２下限から第２上限までの第２範囲を決める。第２回転速度範囲は、通常、第１回転速度範囲と連続していてもよい。代替実施形態では、第２回転速度範囲は、例えば、第１回転速度範囲と重複してもよい。
【００５４】
ステップＳ４０４において、データ・プロセッサ２６４は、第２範囲における動作中に、第２下限が第１上限よりも第２量だけ小さくなるように調節されるまたは引き下げられるように、ヒステリシス帯または回転速度範囲を決める。一実施形態では、データ・プロセッサ２６４は、第１上限を、このステップＳ４０４またはその他においてヒステリシス帯による調節を受ける第２下限に等しく設定する、または設定することができる。
【００５５】
ステップＳ３０６において、センサ１１５はモータ（例えば、１１７）のロータの回転速度を検出または測定する。例えば、センサ１１５は、測定されたロータの回転位置または角度位置を検出することができ、これから、１次処理モジュール１１４はロータの回転速度を判定する。
【００５６】
ステップＳ３０８において、データ・プロセッサ２６４または１次処理モジュールは、選択された速度範囲を特定するために、測定した回転速度が、ヒステリシス帯によって調節された第１範囲または第２範囲に該当するか否か判定を行う。
【００５７】
ステップＳ３１０において、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサ２６４は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号のスイッチング周波数を、選択した速度範囲にしたがって変化させる。これに応じて、パルス幅変調生成モジュール１１２およびインバータ・スイッチング回路１８８は、モータ（例えば、１１７）軸１２６の速度の重要な変化に応答して、モータ（例えば、１１７）に出力されるスイッチング周波数またはＰＷＭ周波数を動的に調節する。モータ軸１２６の速度の重要な変化が発生するのは、モータ（例えば、１１７）が１つの速度範囲または１つの段階から他の段階（例えば、隣接する高いまたは低い方の範囲）に変化するときである。実際には、ＰＷＭスイッチング周波数は、例えば、４ＫＨｚから３ＭＨｚに変化させたり、または他の適した周波数スペクトルにわたって変化させたり、モータ（例えば、１１７）の全動作速度範囲にわたって変化させる場合もある。
【００５８】
ステップＳ３１０は、様々な技法にしたがって実行することができ、これらの技法は、別個にまたは累加的に適用してもよい。第１技法の下では、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサ２６４は、ロータの選択した速度範囲および以前の速度範囲にしたがって参照表から選択した優先スイッチング周波数と調和して、スイッチング周波数を変化させる。選択した速度範囲は、現在の速度間隔と関連があり、以前の速度範囲は、現在の速度間隔よりも前の以前の速度間隔と関連がある。
【００５９】
第２技法の下では、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサ２６４は、対応する選択した速度範囲に対してスイッチング周波数を選択し、相電流不均衡係数または比率を、以下の式にしたがって最適化する。
【００６０】
【数３】
2014513910.tif 000005
【００６１】
ここで、ia_msは、測定した三相電流の位相ａの電流の二乗平均であり、ib_msは、測定した三相電流の位相ａの電流の二乗平均であり、ic_msは測定した三相電流の位相ａの二乗平均である。以上の三相電流の二乗平均は、例えば、２次処理モジュール１１６の出力から得られるとよい。以上の相電流不均衡係数または比率は、例えば、それがある種の目標範囲内に入るとき、または一定の最大比よりも小さいときに最適化することができる。
【００６２】
第３の技法の下では、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサは、以下の式にしたがってモータ（例えば、１１７）に対して所望の周波数を維持するために、対応する選択した速度範囲に対してスイッチング周波数を選択する。
【００６３】
【数４】
2014513910.tif 000006
【００６４】
ここで、ＰＷＭスイッチング周波数は、パルス幅変調生成モジュール１１２またはインバータ・スイッチング回路１８８によって供給されるパルス幅変調周波数または最大パルス幅変調周波数であり、電気基本周波数は、特定のモータ（例えば、１１７）または装置設計の電気基本周波数であり、極対の数またはモータ（例えば、１１７）のインダクタンスに依存すると考えられる。モータ（例えば、１１７）がＩＰＭモータを含む場合、風波数比は、例えば、約１０と約１２との間になるように選択するとよい。あるいは、モータ（例えば、１１７）がIPMモータ（例えば、１１７）を含む場合、周波数比は、低いモータ（例えば、１１７）速度範囲では１０よりも大きくなり、高い速度範囲では１２よりも小さくなるように選択するとよい。モータ（例えば、１１７）がコアレス永久磁石装置または軸方向磁束パンケーキ・モータ（例えば、１１７）である場合、周波数比は１５以上であるとよい。
【００６５】
第４技法の下では、データ・プロセッサ２６４またはパルス幅変調生成モジュール１１２は、スイッチング周波数を、モータ（例えば、１１７）の基本電気周波数とモータ（例えば、１１７）の極対当たりのスロット数との積として定められるスロット高調波周波数から、スイッチング周波数を制限する。基本電気周波数は、ロータの回転速度に比例する。
【００６６】
図５は、可変速度制御でモータ（例えば、１１７）を制御する方法の第３の代表例を開示する。図５の方法は、ステップＳ５００において開始する。
【００６７】
ステップＳ５００において、データ・プロセッサ２６４は、モータ（例えば、１１７）のロータの回転速度に、第１下限から第１上限までの第１速度範囲を決める。
【００６８】
ステップＳ５０２において、データ・プロセッサ２６４は、ロータの回転速度に、第２下限から第２上限までの第２速度範囲を決める。
【００６９】
ステップＳ５０４において、データ・プロセッサ２６４は、モータ（例えば、１１７）動作の全速度範囲に基づいて、モータ（例えば、１１７）に第３速度範囲から第Ｎ速度範囲を決めるまたは作る。ここで、Ｎは、４以上の正の整数であり、それぞれの速度範囲は、各々、下限および上限を有する。１つの構成では、モータ（例えば、１１７）動作の全速度範囲は、毎分約０回転から、毎分約４，０００回転までの範囲を取る。
【００７０】
例示的な一例では、Ｎが６に等しい場合、次のように、それぞれの速度段階（または公称速度範囲）および対応する速度範囲の対が適用される。
【００７１】
速度段階０は、第１公称速度範囲０ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍに対応する。
【００７２】
速度段階１は、第２公称速度範囲１０００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍに対応する。
【００７３】
速度段階２は、第３公称速度範囲２０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍに対応する。
【００７４】
速度段階３は、第４公称速度範囲３０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍに対応する。
【００７５】
速度段階４は、第５公称速度範囲４０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍに対応する。
【００７６】
速度段階５は、第６公称速度範囲５０００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍに対応する。
ここで、ｒｐｍは１分当たりのモータ（例えば、１１７）軸１２６の回転数を意味する。
【００７７】
ステップＳ５０６において、データ・プロセッサ２６４は、モータ（例えば、１１７の動作の現在の速度範囲に基づいて以上の制限の内１つ以上が調節されるように、対応する速度範囲毎に、それぞれのヒステリシス帯または回転速度範囲を決める。ステップＳ５０６は、種々の手順にしたがって実行することができ、これらの技法は交互にまたは累加的に適用してもよい。第１技法の下では、第１範囲の第１上限が第２範囲の第２下限よりも高くなって、一連の連続間隔において選択されるスイッチング周波数間の変化にジッタまたは急激な不連続が生ずるのを回避するように、ヒステリシス速度帯が２つの隣接する速度感覚の境界に設定される。
【００７８】
第２手順の下では、データ／プロセッサ２６４は、以前のステップで選択した速度範囲の上限および下限にアクセスする。データ・プロセッサ２６４は、現在の測定速度に基づいて現在の速度範囲を判定することもでき、アクセスした上限にはヒステリシス帯が加算され、アクセスした下限からはヒステリシス帯が減算される。
【００７９】
第３手順の下では、隣接する速度段階（例えば、段階０から段階５までを含む）または隣接する速度範囲間の各境界において、データ・プロセッサ２６４は、以上の速度範囲または速度段階の境界を調節することができる固定ヒステリシス速度帯（例えば、１００ｒｐｍ）を決めるまたは定める。ヒステリシス速度帯毎に、値または量は、高い方の速度範囲の下端点および低い方の速度範囲の上端点に対して異なっていても同じでもよい。先の速度範囲が使用されるが、装置の用途に調和するのであれば、任意の適した速度範囲境界、または範囲の数を使用することができる。
【００８０】
モータ（例えば、１１７）の動作の間、例示的な一例では、以前の制御反復における段階番号が段階３であると判定された場合、コントローラは段階３のその対応する公称下端点および上端点、即ち、３０００ｒｐｍおよび４０００ｒｐｍを探す。次いで、現在の制御反復において、ヒステリシス量が１００ｒｐｍである場合、下端点を３０００−１００＝２９００ｒｐｍと計算し、上端点を４０００＋１００＝４１００ｒｐｍと計算する。段階３の公称終点、３０００ｒｐｍおよび４０００ｒｐｍは、ヒステリシス帯だけ変更または調節され、例えば、段階３に対して新たに計算された終点２９００ｒｐｍおよび４１００ｒｐｍを決定する。
【００８１】
ステップＳ５０８において、データ・プロセッサ２６４は、それぞれのヒステリシス帯を、Ｎ個の速度範囲内におけるモータ（例えば、１１７）の隣接する速度範囲間における各遷移に適用する。ステップＳ５０８は、モータ（例えば、１１７）およびデータ処理システムが段階３で動作している以上の例を参照して説明することができる。現在の制御反復において検出された速度が２９００ｒｐｍおよび４１００ｒｐｍの間である場合、段階番号は、現在の制御反復では４であり、段階３の速度範囲の公称終点（例えば、３，０００ｒｐｍから４，０００ｒｐｍ）にヒステリシス帯を適用することによる、１００ｒｐｍの調節を考慮する。しかしながら、現在の制御反復において検出された速度が２９００ｒｐｍ未満である場合、段階番号は現在の制御反復では段階２になる。現在の制御反復において検出された速度が４１００ｒｐｍよりも高い場合、段階番号は現在の制御反復では段階４になる。
【００８２】
ステップＳ５１０において、センサ１１５はモータ（例えば、１１７）のロータの回転速度を検出または測定する。
【００８３】
ステップＳ５１２において、データ・プロセッサ２６４は、測定した回転速度が、第１範囲または第２範囲、あるいはヒステリシス帯によって調節された他の速度範囲に入るか否か判定を行い、選択する速度範囲を特定する。一実施形態では、測定されたモータ（例えば、１１７）軸１２６の速度が、以前の動作段階番号に対応する上限速度（ヒステリシス帯に対して調節された）よりも高い場合、現在の動作段階番号は、以前の動作段階番号に１を足した値になる。しかしながら、測定されたモータ（例えば、１１７）軸１２６の速度が、以前の動作段階に対応する下限速度（ヒステリシス帯によって調節された）よりも低い場合、現在の動作段階番号は、以前の段階番号から１を引いた値になる。測定された速度が、現在の動作段階に対してヒステリシスによって調節された、以上の２つの境界（例えば、上限速度および下限速度）以内にある場合、現在の動作段階番号は、以前の動作段階番号と同じになる。
【００８４】
ステップＳ５１４において、データ・プロセッサ２６４は、選択した速度範囲にしたがって、パルス幅変調信号のスイッチング周波数を変化させる。例えば、各制御反復において決定された段階番号に基づいて、適正なＰＷＭスイッチング周波数、および電流調整ループＰＩ利得が、その特定の段階に対して選択される。
【００８５】
図６は、可変速度制御によってモータ（例えば、１１７）を制御する方法の第１代表例を開示する。図６の方法はステップＳ３００において開始する。
【００８６】
ステップＳ３００において、データ・プロセッサ２６４は、ロータの回転速度に、第１下限から第１上限まで、モータ（例えば、１１７）の第１範囲を決める。
【００８７】
ステップＳ３０２において、データ・プロセッサ２６４は、ロータの回転速度に、第２下限から第２上限までの第２範囲を決める。
【００８８】
ステップＳ３０４において、データ・プロセッサ２６４は、第１範囲における動作中に、第１上限が第２下限よりも第１量だけ大きくなるように調節されるまたは引き上げられるように、ヒステリシス帯または回転速度範囲を決める。
【００８９】
ステップＳ３０６において、センサ１１５はモータ（例えば、１１７）のロータの回転速度を検出または測定する。例えば、センサ１１５は、測定されたロータの回転位置または角度位置を検出することができ、これから、１次処理モジュール１１４はロータの回転速度を判定する。
【００９０】
ステップＳ３０８において、データ・プロセッサ２６４または１次処理モジュールは、選択する速度範囲を特定するために、測定した回転速度が、ヒステリシス帯によって調節された第１範囲または第２範囲に該当するか否か判定を行う。
【００９１】
ステップＳ３１０において、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサ２６４は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号のスイッチング周波数を、選択した速度範囲にしたがって変化させる。これに応じて、パルス幅変調生成モジュール１１２およびインバータ・スイッチング回路１８８は、モータ（例えば、１１７）軸１２６の速度の重要な変化に応答して、モータ（例えば、１１７）に出力されるスイッチング周波数またはＰＷＭ周波数を動的に調節する。モータ軸１２６の速度の重要な変化が発生するのは、モータ（例えば、１１７）が１つの速度範囲または１つの段階から他の段階（例えば、隣接する高いまたは低い方の範囲）に変化するときである。実際には、ＰＷＭスイッチング周波数は、例えば、４ＫＨｚから３ＭＨｚに変化させたり、または他の適した周波数スペクトルにわたって変化させたり、モータ（例えば、１１７）の全動作速度範囲にわたって変化させる場合もある。
【００９２】
ステップＳ３１０は、様々な技法にしたがって実行することができ、これらの技法は、別個にまたは累加的に適用してもよい。第１技法の下では、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサ２６４は、ロータの選択した速度範囲および以前の速度範囲にしたがって参照表から選択した優先スイッチング周波数と調和して、スイッチング周波数を変化させる。選択した速度範囲は、現在の速度間隔と関連があり、以前の速度範囲は、現在の速度間隔よりも前の以前の速度間隔と関連がある。
【００９３】
第２技法の下では、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサ２６４は、対応する選択した速度範囲に対してスイッチング周波数を選択し、以下の相電流不均衡係数または比率を、以下の式にしたがって最適化する。
【００９４】
【数５】
2014513910.tif 000007
【００９５】
ここで、ia_msは、測定した三相電流の位相ａの電流の二乗平均であり、ib_msは、測定した三相電流の位相ａの電流の二乗平均であり、ic_msは測定した三相電流の位相ａの二乗平均である。以上の三相電流の二乗平均は、例えば、２次処理モジュール１１６の出力から得られるとよい。以上の相電流不均衡係数または比率は、例えば、それがある種の目標範囲内に入るとき、または一定の最大比よりも小さいときに最適化することができる。
【００９６】
第３の技法の下では、パルス幅変調生成モジュール１１２またはデータ・プロセッサは、以下の式にしたがってモータ（例えば、１１７）に対して所望の周波数を維持するために、対応する選択した速度範囲に対してスイッチング周波数を選択する。
【００９７】
【数６】
2014513910.tif 000008
【００９８】
ここで、ＰＷＭスイッチング周波数は、パルス幅変調生成モジュール１１２またはインバータ・スイッチング回路１８８によって供給されるパルス幅変調周波数または最大パルス幅変調周波数であり、電気基本周波数は、特定のモータ（例えば、１１７）または装置設計の電気基本周波数であり、極対の数またはモータ（例えば、１１７）のインダクタンスに依存すると考えられる。モータ（例えば、１１７）がＩＰＭモータを含む場合、周波数比は、例えば、約１０と約１２との間になるように選択するとよい。あるいは、モータ（例えば、１１７）がＩＰＭモータ（例えば、１１７）を含む場合、周波数比は、低いモータ（例えば、１１７）速度範囲では１０よりも大きくなり、高い速度範囲では１２よりも小さくなるように選択するとよい。モータ（例えば、１１７）がコアレス永久磁石装置または軸方向磁束パンケーキ・モータ（例えば、１１７）である場合、周波数比は１５以上であるとよい。
【００９９】
第４技法の下では、データ・プロセッサ２６４またはパルス幅変調生成モジュール１１２は、スイッチング周波数を、モータ（例えば、１１７）の基本電気周波数とモータ（例えば、１１７）の極対当たりのスロット数との積として定められるスロット高調波周波数から、スイッチング周波数を制限する。基本電気周波数は、ロータの回転速度に比例する。
【０１００】
ステップＳ３２１において、パルス幅変調生成モジュール１１２、電流調整コントローラ１１１、またはデータ・プロセッサ２６４は、選択した速度範囲にしたがって、モータ（例えば、１１７）の制御のために、電流調整比例積分利得を変化させる。
【０１０１】
本明細書において開示した方法およびシステムは、パルス幅変調スイッチング周波数に対して適したピーク周波数即ち最大周波数を用いることによってモータを制御するのに非常に適しており、インバータのスイッチング損失を低減し、熱衝撃によるインバータの短寿命を回避し、インバータ内部におけるデータ・プロセッサまたはディジタル信号プロセッサ２６４のデータ処理負担を低減または管理する。つまり、速度制御によって電気モータを制御する本方法およびシステムは、インバータに対して調和が取れたパルス幅変調周波数または最適なパルス幅変調周波数の選択をし易くする。モータ軸速度範囲によってモータのスイッチング周波数を調節することによって、低速範囲において効率を維持しつつ、インバータ・スイッチング損失を減少させることができる。更に、本明細書において開示した方法およびシステムのインバータは、インバータの固定スイッチング周波数に対して他の方法で可能なよりも、広い範囲のモータ軸速度にわたって、総合的に高い電流レベルを供給することができる。
【０１０２】
以上、好ましい実施形態について説明したが、添付する請求項に定められている本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能であることは明白であろう。
【図１】
2014513910.tif 000013
【図２】
2014513910.tif 000014
【図３】
2014513910.tif 000015
【図４】
2014513910.tif 000016
【図５】
2014513910.tif 000017
【図６】
2014513910.tif 000018
【国際調査報告】
2014513910.tif 000019