(57)【要約】本発明は、回転機械の連続動作の方法に関する。この方法は、内側固定子及び外側固定子を有する回転機械において実行される。方法は、回転機械全体についての回転機械基準動作値を設定すること（Ｓ１００）と、内側固定子についての及び外側固定子についての動作パラメータを取得することと（Ｓ１１０）と、ここにおいて、動作パラメータは、内側固定子と外側固定子との間の磁気クロスカップリングを含み、回転機械全体についての設定された回転機械基準動作値及び取得された動作パラメータに基づいて、内側固定子についての内側固定子基準動作値及び外側固定子についての外側固定子基準動作値を決定すること（Ｓ１２０）と、内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値に及び外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値に基づいて回転機械を駆動すること（Ｓ１３０）と、ここにおいて、内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値は、外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値とは異なる、を備える。【選択図】図６
2021516523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の連続動作のための方法であって、前記方法は、内側固定子及び外側固定子を有する回転機械において実行され、
前記回転機械全体についての回転機械基準動作値を設定することと、
前記内側固定子についての及び前記外側固定子についての動作パラメータを取得することと、ここにおいて、前記動作パラメータは、前記内側固定子と前記外側固定子との間の磁気クロスカップリングを含み、
前記回転機械全体についての前記設定された回転機械基準動作値及び前記取得された動作パラメータに基づいて、前記内側固定子についての内側固定子基準動作値及び前記外側固定子についての外側固定子基準動作値を決定することと、
前記内側固定子についての前記決定された内側固定子基準動作値に及び前記外側固定子についての前記決定された外側固定子基準動作値に基づいて前記回転機械を駆動することと、ここにおいて、前記内側固定子についての前記決定された内側固定子基準動作値は、前記外側固定子についての前記決定された外側固定子基準動作値とは異なる、
を備える、方法。
【請求項２】
前記内側固定子は、前記外側固定子についての電源ユニットから独立して、電源ユニットによって駆動される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記回転機械、内側固定子及び外側固定子基準動作値は、パワー、トルク及び速度のうちの１つについてのものである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記内側固定子及び前記外側固定子についての前記動作パラメータは、回転位置、インダクタンス、鎖交磁束、磁気結合、電流成分、電流位置、抵抗、損失変動、及び温度依存性のうちの１つ又は複数をさらに備える、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記動作パラメータは、測定及び／又はテーブルルックアップによって取得される、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記内側固定子についての前記内側固定子基準動作値は、直流のための及び無効電流のための個々に設定された値を備え、前記外側固定子についての前記外側固定子基準動作値は、直流及び無効電流のための個々に設定された値を備える、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
内側固定子及び外側固定子を有する回転機械のための制御及び駆動システムであって、
前記回転機械全体についての回転機械基準動作値を設定し、前記回転機械の内側固定子についての及び外側固定子についての動作パラメータを取得し、ここにおいて、前記動作パラメータは、前記内側固定子と前記外側固定子との間のクロスカップリングを含み、前記回転機械全体についての前記設定された回転機械基準動作値及び前記取得された動作パラメータに基づいて、前記内側固定子についての内側固定子基準動作値及び前記外側固定子についての外側固定子基準動作値を決定するように構成された、回転機械のためのコントローラ装置と、
前記内側固定子についての前記決定された内側固定子基準動作値に及び前記外側固定子についての前記決定された外側固定子基準動作値に基づいて前記回転機械を駆動するように構成された電源装置と、ここにおいて、前記内側固定子についての前記決定された内側固定子基準動作値は、前記外側固定子についての前記決定された外側固定子基準動作値とは異なる、
を備える、制御及び駆動システム。
【請求項８】
前記電源装置は、前記内側固定子についての第１の電源ユニットと、前記外側固定子についての別個の第２の電源ユニットとを備え、前記内側固定子は、前記外側固定子から独立して駆動される、請求項７に記載の制御及び駆動システム。
【請求項９】
前記コントローラ装置は、前記内側固定子についての第１の制御ユニットと、前記外側固定子についての別個の第２の制御ユニットとを備え、前記内側固定子は、前記外側固定子とは別個に駆動される、請求項７又は８に記載の制御及び駆動システム。
【請求項１０】
前記回転機械、内側固定子及び外側固定子基準動作値は、パワー、トルク及び速度のうちの１つについてのものである、請求項７〜９のうちのいずれか一項に記載の制御及び駆動システム。
【請求項１１】
前記内側固定子及び前記外側固定子についての前記動作パラメータは、回転位置、インダクタンス、鎖交磁束、磁気結合、電流成分、電流位置、抵抗、損失変動、及び温度依存性のうちの１つ又は複数をさらに備える、請求項７〜１０のうちのいずれか一項に記載の制御及び駆動システム。
【請求項１２】
前記動作パラメータは、測定及び／又はテーブルルックアップによって取得される、請求項７〜１１のうちのいずれか一項に記載の制御及び駆動システム。
【請求項１３】
前記内側固定子についての前記内側固定子基準動作値は、直流のための及び無効電流のための個々に設定された値を備え、前記外側固定子についての前記外側固定子基準動作値は、直流及び無効電流のための個々に設定された値を備える、請求項７〜１２のうちのいずれか一項に記載の制御及び駆動システム。
【請求項１４】
内側固定子及び外側固定子を有する回転機械の連続動作のためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムは、コントローラ上で実行されると、前記コントローラに、
回転機械全体についての回転機械基準動作値を設定することと、
前記回転機械の内側固定子についての及び外側固定子についての動作パラメータを取得することと、ここにおいて、前記動作パラメータは、前記内側固定子と前記外側固定子との間のクロスカップリングを含み、
前記回転機械全体についての前記設定された回転機械基準動作値及び前記取得された動作パラメータに基づいて、前記内側固定子についての内側固定子基準動作値及び前記外側固定子についての外側固定子基準動作値を決定することと、
前記内側固定子についての前記決定された内側固定子基準動作値に及び前記外側固定子についての前記決定された外側固定子基準動作値に基づいて前記回転機械を駆動することと、ここにおいて、前記内側固定子についての前記決定された内側固定子基準動作値は、前記外側固定子についての前記決定された外側固定子基準動作値とは異なる、
を行わせるコンピュータプログラムコードを備える、コンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータプログラム、及び前記コンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶手段を備える、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内側固定子及び外側固定子を有する回転機械の連続動作のための方法並びに制御及び駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電機及び電気推進／牽引機械についての１つの主要な課題は、空間及び重量を節約するために、パワー及びトルク密度を増加させることである。今日使用される典型的な電気機械は、単一の回転子及び単一の固定子を有する。回転子は、単一の外側固定子に封入されてその内側で回転するか、又はインホイールモータなどの単一の内側固定子を封入してその外側で回転することができる。
【０００３】
二重固定子機械の概念は、互いの内部に配置された（１つではなく）２つの半径方向磁束固定子コア（radial flux stator cores）、すなわち外側及び内側のもの、を有する電気機械に基づく。これらの２つの固定子の間では、ダブルエアギャップで生成されるトルクにより回転子が回転し、これにより、標準的なシングルエアギャップ機械と比較して、トルク及びパワー密度が大幅に増加する。二重固定子機械は、同期又は非同期であり得、これは、回転子が、場合によっては、永久磁石、バー、励磁巻線（１つ又は複数）、及び／又は磁気異方性（例えば、ある種の磁気抵抗回転子）を備えることができることを暗示する。文献で見られる二重固定子機械の大部分は、永久磁石機械である。
【０００４】
二重固定子の概念は、主に自動車及び風力発電産業における様々な用途について既に研究されている。しかしながら、そのような機械の駆動システム及び／又は制御はあまり考慮されていない。２つの異なる構成が図１及び図２に示されている。図１では、単一のコンバータが、２つの固定子が直列接続された２固定子機械を駆動及び制御する。コンバータは、２固定子機械のための基準パワー又は基準トルクを受け取り、２固定子機械のための電源ユニットへの基準電圧を生成する制御ユニットを備える。図２では、２つの別個のコンバータが、それぞれ外側固定子及び内側固定子を駆動及び制御する。通信リンクは、外側固定子コンバータから内側固定子コンバータに至る。外側固定子コンバータは、外側固定子についての基準パワー又はトルクを受け取り、外側固定子についての電源ユニットのための基準電圧を生成する制御ユニットを備える。内側固定子コンバータは、内側固定子についての基準パワー又はトルクを受け取り、内側固定子についての電源ユニットのための基準電圧を生成する制御ユニットを備える。
【０００５】
米国特許出願公開第２００４／００２１４３７号明細書は、電気モータ、発電機、及び他の電気機械のための適応アーキテクチャを開示している。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、外側固定子及び内側固定子を有する電気機械を制御する際に利用可能な複数の自由度を可能にすることである。
【０００７】
第１の態様によれば、回転機械の連続動作のための方法が提示される。この方法は、内側固定子及び外側固定子を有する回転機械において実行される。方法は、回転機械全体についての回転機械基準動作値を設定することと、内側固定子についての及び外側固定子についての動作パラメータを取得することと、ここにおいて、動作パラメータは、内側固定子と外側固定子との間の磁気クロスカップリングを含み、回転機械全体についての設定された回転機械基準動作値及び取得された動作パラメータに基づいて、内側固定子についての内側固定子基準動作値及び外側固定子についての外側固定子基準動作値を決定することと、内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値に及び外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値に基づいて、回転機械を駆動することと、ここにおいて、内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値は、外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値とは異なる、を備える。
【０００８】
内側固定子は、外側固定子用の電源ユニットとは別個に、電源ユニットによって駆動されてもよい。
【０００９】
回転機械、内側固定子及び外側固定子基準動作値は、パワー、トルク及び速度のうちの１つであってもよい。
【００１０】
内側固定子及び外側固定子についての動作パラメータは、回転位置、インダクタンス、鎖交磁束、磁気結合、電流成分、電流位置、抵抗、損失変動、及び温度依存性のうちの１つ又は複数をさらに備え得る。
【００１１】
動作パラメータは、測定及び／又はテーブルルックアップによって取得され得る。
【００１２】
内側固定子についての内側固定子基準動作値は、直流のための及び無効電流のための個々に設定された値を備えることができ、外側固定子についての外側固定子基準動作値は、直流及び無効電流のための個々に設定された値を備えることができる。
【００１３】
第２の態様によれば、内側固定子及び外側固定子を有する回転機械のための制御及び駆動システムが提示される。制御及び駆動システムは、回転機械全体についての回転機械基準動作値を設定することと、回転機械の内側固定子についての及び外側固定子についての動作パラメータを取得することと、ここにおいて、動作パラメータは、内側固定子と外側固定子との間のクロスカップリングを含み、回転機械全体についての設定された回転機械基準動作値及び取得された動作パラメータに基づいて、内側固定子についての内側固定子基準動作値及び外側固定子についての外側固定子基準動作値を決定することと、を行うように構成された回転機械のためのコントローラ装置と、内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値に及び外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値に基づいて回転機械を駆動するように構成された電源装置と、ここにおいて、内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値は、外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値とは異なる、を備える。
【００１４】
電源装置は、内側固定子用の第１の電源ユニットと、外側固定子用の別個の第２の電源ユニットとを備えることができ、内側固定子は、外側固定子とは別個に駆動される。
【００１５】
コントローラ装置は、内側固定子についての第１の制御ユニットと、外側固定子についての別個の第２の制御ユニットとを備えることができ、内側固定子は、外側固定子とは別個に駆動される。
【００１６】
回転機械、内側固定子及び外側固定子基準動作値は、パワー、トルク及び速度のうちの１つであってもよい。
【００１７】
内側固定子及び外側固定子についての動作パラメータは、回転位置、インダクタンス、鎖交磁束、磁気結合、電流成分、電流位置、抵抗、損失変動、及び温度依存性のうちの１つ又は複数をさらに備え得る。
【００１８】
動作パラメータは、測定及び／又はテーブルルックアップによって取得されることができる。
【００１９】
内側固定子についての内側固定子基準動作値は、直流のための及び無効電流のための個々に設定された値を備えることができ、外側固定子についての外側固定子基準動作値は、直流及び無効電流のための個々に設定された値を備えることができる。
【００２０】
第３の態様によれば、内側固定子及び外側固定子を有する回転機械の連続動作のためのコンピュータプログラムが提示される。コンピュータプログラムは、コントローラ上で実行されると、コントローラに、回転機械全体についての回転機械基準動作値を設定することと、回転機械の内側固定子についての及び外側固定子についての動作パラメータを取得することと、ここにおいて、動作パラメータは、内側固定子と外側固定子との間のクロスカップリングを含み、回転機械全体についての設定された回転機械基準動作値及び取得された動作パラメータに基づいて、内側固定子についての内側固定子基準動作値及び外側固定子についての外側固定子基準動作値を決定することと、内側固定子についての内側固定子決定基準動作値に及び外側固定子についての外側固定子決定基準動作値に基づいて回転機械を駆動することと、ここにおいて、内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値は、外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値とは異なる、を行わせるコンピュータプログラムコードを備える。
【００２１】
コンピュータプログラムと、コンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶手段とを備えるコンピュータプログラム製品も提示される。
【００２２】
一般に、特許請求の範囲で使用される全ての用語は、本明細書で別段に明示的に定義されない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「（ａ／ａｎ／ｔｈｅ）要素、装置、コンポーネント、手段、ステップ等」への全ての言及は、別段の明記がない限り、要素、装置、コンポーネント、手段、ステップ等の少なくとも１つのインスタンスを指すものとしてオープンに解釈されるべきである。本明細書に開示される任意の方法のステップは、明示的に述べられない限り、開示される正確な順序で行われる必要はない。
【００２３】
次に、本発明を、添付の図面を参照して、例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、固定子巻線の直列接続を有する二重固定子機械駆動システムを概略的に示す。
【図２】図２は、分離された固定子制御構成を有する二重固定子機械駆動システムを概略的に示す。
【図３】図３は、表面実装永久磁石回転子型の直列磁束概念を有する二重固定子機械トポロジを概略的に示す。
【図４】図４は、表面実装永久磁石回転子型のための並列磁束概念を有する二重固定子機械トポロジを概略的に示す。
【図５】図５は、マスタ／スレーブ型制御を有する独立した電源ユニットを含む二重固定子駆動構成を概略的に示す。
【図６】図６は、共通のコントローラを有する独立した電源ユニットを含む二重固定子駆動構成を概略的に示す。
【図７】図７は、マスタ／スレーブ制御のためのトルク／パワー分割を有する二重固定子駆動システム基本制御ブロックを概略的に示す。
【図８】図８は、集中コントローラ詳細機能を有する二重固定子駆動システム基本制御ブロックを概略的に示す。
【図９】図９は、入力信号でトルク分割を実施する集中コントローラメインブロックを有する二重固定子駆動システム基本制御ブロックを概略的に示す。
【図１０】図１０は、単一のコンバータへの並列固定子接続を有する二重固定子機械駆動システムトポロジーを概略的に示す。
【図１１】図１１は、図１０の等価インピーダンスモデルを概略的に示す。
【図１２】図１２は、図１１に示される簡略化された等価インピーダンスモデルを概略的に示す。
【図１３】図１３は、本明細書で提示される方法を概略的に示すフローチャートである。
【詳細な説明】
【００２５】
以下、本発明のある特定の実施形態が示される添付図面を参照して、本発明をより十分に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されることができ、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように、例として提供される。説明全体を通して、同様の番号は同様の要素を指す。
【００２６】
米国特許出願公開第２００４／００２１４３７号明細書のアーキテクチャは、固定子を同軸上に配置された絶縁された電磁回路に分けることに基づいており、各独立した回路制御に対する個別の制御を可能にする。その意味で、独立したセグメントが制御されるとき、残りのセグメントはそのコントローラによって考慮されない。巻線は、いかなる結合も、したがっていかなるクロスインダクタンスも排除するように、完全に絶縁されている。本発明は、固定子の電磁結合を考慮し、２つの固定子に対して共通又は階層制御を用いる制御方法を提示する。
【００２７】
二重固定子駆動システムのための既知の解決策は、典型的には、２つの固定子の分離された制御又は直列接続のいずれかに基づき、したがって、４つの電流成分（各固定子についてＩｄｑ）の制御を自然に可能にするシステムから本来の自由度を除去する。２つの固定子に対して共通又は階層制御を導入することによって、追加の自由度を可能にする構成が提示される。提示された解決策は、直列及び並列の磁束機械トポロジの両方に適用される。さらに、提示された制御は、任意のタイプの同期、非同期、又は磁気抵抗回転子タイプの二重固定子機械（例えば、磁束バリアを有する表面実装、内部又はスポークタイプの永久磁石など）に適用される。
【００２８】
直列磁束概念を有する二重固定子機械トポロジが図３に示され、並列磁束概念を有する二重固定子機械トポロジが図４に示される。第２の代替形態の場合、図４に示すように、平行磁束構成を使用して、外側固定子と内側固定子の磁気的分離を保証することができる。このようにして、各固定子が独立して制御されることができ、システム全体は、２つの機械が共通のシャフトに取り付けられて機械的に結合されたシステムと同等である。両方の固定子における実際の鎖交磁束の知識、したがって両方の固定子におけるインダクタンスの知識が異なる調整動作をもたらすので、駆動部が各固定子における磁気動作点について互いに通信することができる限り、磁気的に結合された直列磁束構成も使用されることができる。
【００２９】
固定子巻線の相の直列接続は、直列又は並列の両方の磁束誘導の選択肢に対して機能することができるが、いずれの場合も、等価な機械に対して異なるインダクタンス行列が生じる。内側固定子の相Ｓは、例えば、外側固定子の相Ｓ等と直列に接続されてもよい。
【００３０】
回転機械の２つの固定子の調整問題を一度に組み込んだグローバル制御解決策が提示される。このような解決策は、４つの電流成分（各固定子についてＩｄｑ）が入力であり４つの鎖交磁束が出力（各固定子についてλｄｑ）であるとき計算又は測定された４次元鎖交磁束マップを利用するか、又は、回転位置も別の入力としてマップに追加されるとき５次元鎖交磁束マップを利用して、固定子の間のクロスカップリングと、それぞれの鎖交磁束、トルク／パワー成分、及び／又は損失（銅、鉄、存在する場合は永久磁石、及び／又はメカニカル）に対するその影響とを考慮に入れることができる４自由度のシステムを可能にする。
【００３１】
２つの別個の電源ユニットを備える駆動システムの２つの代替的な実現が、図５及び図６に示されている。従来のコンバータからの独立した電源ユニットが、各固定子に１つずつ使用される。電源ユニットは、２、３、又はそれ以上のレベルのコンバータ、及び低、中、又は高電圧コンバータであってもよい。一例は、例えば１ｋＶまでの電圧を有する３レベル低電圧コンバータである。
【００３２】
図５は、制御及び駆動システムのマスタ／スレーブ構成として実装される第１のグローバル制御解決策を示す。マスタコントローラは、所定のトルク又はパワー分割戦略に基づいて、各固定子についての基準トルク／パワー信号の生成を担う。この分割戦略は、マスタ制御ユニットにおいて定義される。回転機械全体についての回転機械基準値Ｐ＊又はτ＊に基づいて、制御ユニット１０ｏｕｔｅｒは、それぞれ内側及び外側固定子についての動作パラメータを取得し、各それぞれの固定子についての基準動作値、すなわち、内側固定子及び外側固定子基準動作値、例えば、
【数１】
2021516523.tif 000003
及び
【数２】
2021516523.tif 000004
をそれぞれ決定する。マスタ制御ユニット内の回転機械基準動作値の分割は、一点鎖線で示されており、ここで外側固定子についての外側固定子基準動作値は、マスタ制御ユニット内で処理され、内側固定子についての内側固定子基準動作値は、スレーブ制御ユニットに転送される。図５では、マスタ制御ユニット１０ｏｕｔｅｒは、外側固定子３についてのコントローラでもあり、一方スレーブ制御ユニット１０ｉｎｎｅｒは、内側固定子２を担当する。しかし、マスタが内側固定子を担当し、スレーブが外側固定子を担当する構成も可能である。マスタは、トルク又は電流調整を実行するために必要な情報、例えば、内側固定子パワー基準
【数３】
2021516523.tif 000005
又は内側固定子トルク基準
【数４】
2021516523.tif 000006
をスレーブに送る。分割情報が計算され送られた後、電流調整が両方の制御ユニット１０で行われ、例えば、内側及び外側固定子についてのＰＷＭ電圧Ｖａｂｃ＊，ｉｎ及びＶａｂｃ＊，ｏｕｔが生成され、外側固定子についての電源ユニット２０ｏｕｔｅｒ及び内側固定子についての電源ユニット２０ｉｎｎｅｒが、それぞれ、基準として送信された電圧を生成する。
【００３３】
図６は、２つの別個の電源ユニット２０ｉｎｎｅｒ及び２０ｏｕｔｅｒに対して１つの制御ユニット１０のみを有する集中共通制御駆動システムとして実施される第２のグローバル制御解決策を示す。トルク又はパワー分割、電流調整などを含む全ての制御動作は、共通の制御ユニット１０で実行される。回転機械全体についての回転機械基準値Ｐ＊又はτ＊に基づいて、制御ユニット１０は、内側固定子及び外側固定子についての動作パラメータをそれぞれ取得し、各それぞれの固定子についての基準動作値、すなわち内側固定子及び外側固定子基準動作値、例えば、
【数５】
2021516523.tif 000007
及び
【数６】
2021516523.tif 000008
をそれぞれ決定する。制御ユニット１０は、電源ユニット２０ｏｕｔｅｒ及び電源ユニット２０ｉｎｎｅｒについて決定された基準動作値をそれぞれ使用し、例えば、内側及び外側固定子についてＰＷＭ電圧Ｖａｂｃ＊，ｉｎ及びＶａｂｃ＊，ｏｕｔをそれぞれ生成する。
【００３４】
このようなグローバル制御解決策によって、様々な制御及び最適なトルク又はパワー分割戦略の実施が可能になる。可能な戦略の例は、周知の最大トルク／アンペア（ＭＴＰＡ）、最大トルク／電圧（ＭＴＰＶ）、さらに、最大効率制御（ＭＥＣ）、又は同等に、最大トルク／損失（ＭＴＰＬ）、公称パワー分割（ＮＰＳ）、公称トルク分割（ＮＴＳ）である。より広義には、ある特定の基準を最適化しながら、２つの固定子の４つの電流成分Ｉｄｑ ｉｎｎｅｒ及びＩｄｑ ｏｕｔｅｒの、又はトルク、パワーの最適な選択を含む任意の制御戦略が実施されることができる。
【００３５】
別個のエンティティとしての２つの固定子についての同じ制御戦略の適用に関する主な違いは、機械全体が一度に考慮されることである。ここでは、銅損の最小化を可能にするＭＴＰＡ戦略を参照して簡単な例を説明する。このような方策が、例えば単に内側固定子に適用される場合、ある特定のトルク又はパワーが内側固定子によって生成される一方で、その銅損の最小化が達成される。しかしながら、これは、機械全体の銅損の最小化が達成されたことを必ずしも意味しない。外側固定子によって生成される同じトルク及びパワーが、外側固定子自体におけるより低い銅損をもたらすことが可能であり得る。したがって、グローバル制御の使用は、内側及び外側固定子の銅損の合計を最小限に抑えるために、２つの別個の固定子によって生成されるべきトルク又はパワーの割合を分析及び決定することである。同様の考察が他の制御戦略にも当てはまる。
【００３６】
機械損失（銅、鉄、永久磁石など）は、解析式によって、又は計算／測定されたルックアップテーブルによって計算されることができる。いくつかの電気的パラメータ成分（例えば、固定子抵抗）の潜在的な温度依存性は、巻線温度測定が利用可能であれば、追加の制御入力として温度を導入することによって考慮することができる。さらに、損失計算又は損失推定ベースの制御を実施するとき、回転速度に対するある特定の損失成分の依存性が同様に考慮されることができる。
【００３７】
図７は、マスタ／スレーブ制御解決策のためのトルク／パワー分割手順の簡略化された概略図を示す。マスタ制御ユニットは、グローバル回転機械基準トルク値を受け取る。マスタ制御ユニットは、グローバル回転機械基準トルク値を、外側固定子についての制御ユニット及び電源ユニットによって使用するための外側固定子基準トルク値へと、及び内側固定子についての制御ユニット及び電源ユニットによって使用するための内側固定子基準トルク値へと分割する。図８及び図９は、グローバル又は集中コントローラの場合のそれぞれの手順を示す。図８は、入力速度、パワー又はトルク基準がある場合の代替オプションを示す。図９は、いくつかの可能な制御戦略を示し、可能な制御入力を強調する基本制御ブロックを示す。特に、固定子抵抗値、並びに電流成分及び位置に関する４次元又は５次元の鎖交磁束及びトルク又はパワー表現は、少なくともＭＴＰＡ及びＭＴＰＶ制御のために提供される必要がある。損失変動及び温度依存性などの追加の情報を、より高度な制御方式に使用することができる。可能な制御入力は、前述のものに限定されず、実施される制御戦略に依存する。必要な磁束、トルク、パワー又は他のパラメータマッピングを取得するために、通常、計算、推定又は測定された量に基づいてルックアップテーブルが使用される。加えて、必要とされるマッピングの正確な表現を提供することができる代替のサロゲートモデル、例えば、多項式もしくは他のタイプの近似、又はニューラルネットワークが利用され得る。
【００３８】
別の駆動システムの可能性は、図１０に示すように、１つのコンバータによって駆動される２つの固定子巻線の並列接続である。この場合、各固定子に供給される電流は、図１１に示すように、各固定子の等価インピーダンスによってのみ規定され、これは、電流分割が各固定子の巻線構成及び磁気回路形状によって規定されることを意味する。巻線構成（ワイヤ直径及び長さ、並列分岐の数など）は、電機子抵抗を定義し、磁気回路設計は、インダクタンス（及びインダクタンス変動）を定義する。この場合、機械設計は駆動システムと強く接続される。制御ユニット１０は依然として内側固定子及び外側固定子についての動作値をそれぞれ分割する必要があるが、内側固定子及び外側固定子への電流が互いに結合されるので、選択肢はより少ない。
【００３９】
図１２は、コンバータから見た図１１の簡略化した等価インピーダンスを示す。
【００４０】
電気機械の両方の固定子に同時にグローバル制御システムを使用することにより、４自由度又は５自由度の制御システムが可能になる。このようにして、特定の客観的基準を最小にする最適な電流成分を、電気機械の別個の内側固定子及び外側固定子だけでなく、電気機械全体に対して特定することができる。
【００４１】
二重固定子システムの増加したパワー及びトルク密度は、体積当たりのパワーが重要なパラメータである用途に有益である。
【００４２】
例えば、風力用途では、より高いパワー密度は、所与のパワー定格に対してより小さいナセルサイズをもたらし、それは、機械的タワー及びナセル構造を単純化する。例えば、船舶推進の場合、体積の減少は、水中の抗力を減少させる。
【００４３】
したがって、提示される解決策は、例えば風力発電機及び船舶推進における大型機械に有利に使用され得るが、自動車牽引用途及び産業用途におけるようなより小型の電気機械にも使用され得る。
【００４４】
二重固定子の概念の別の利点は、インバータの故障又は１つの固定子巻線の故障に対してより良好な耐故障性を有することである。これらの条件下では、サービスが利用可能になるまで、低減されたパワーで動作を継続することが可能である。これは、連続運転が非常に重要であり、迅速なサービス応答が常に可能であるとは限らない沖合の風力又は船舶推進にとって特に重要である。
【００４５】
加えて、二重固定子概念の部分負荷動作は、両方の固定子コアによってパワー生成を共有し、したがって、各固定子に対してより良好な効率動作点を達成する可能性に起因して、単一の固定子機械についての部分負荷条件と比較して優れている。これは、実際に、最適な部分負荷動作、効率及び耐故障性を達成するのにより適したグローバル制御戦略を使用することによって可能になる。
【００４６】
最後に、グローバル制御戦略は、両方の固定子を同時に考慮することによって、機械システムレベルでの制御固有の基準の最小化を達成することに留意されたい。これは、単一の最適化問題における状態変数として４つの電流成分全てを考慮することによって実現され、それぞれのグローバルな最適条件を識別する唯一の方法である。
【００４７】
内側固定子及び外側固定子を有する回転機械の連続動作のための方法が、図１３を参照して提示される。この方法は、内側固定子と外側固定子とを有する回転機械において実行され、
−回転機械の第１の基準動作値を設定することＳ１００と、
−内側固定子についての及び外側固定子についての動作パラメータを取得することＳ１１０と、ここにおいて、動作パラメータは、内側固定子と外側固定子との間の磁気クロスカップリングを含み、
−回転機械全体についての設定された回転機械基準動作値及び取得された動作パラメータに基づいて、内側固定子についての内側固定子基準動作値及び外側固定子についての外側固定子基準動作値を決定することＳ１２０と、
−内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値に及び外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値に基づいて回転機械を駆動することＳ１３０と、ここにおいて、内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値は、外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値とは異なる、
を備える。
【００４８】
内側固定子は、外側固定子と別個に駆動されてもよい。
【００４９】
回転機械、内側固定子及び外側固定子基準動作値は、パワー、トルク及び速度のうちの１つであってもよい。
【００５０】
内側固定子及び外側固定子についての動作パラメータは、回転位置、インダクタンス、鎖交磁束、磁気結合、電流成分、電流位置、抵抗、損失変動、及び温度依存性のうちの１つ又は複数をさらに備え得る。
【００５１】
動作パラメータは、測定及び／又はテーブルルックアップによって取得され得る。ルックアップテーブルは、例えば、シミュレーションツール又は解析モデルを使用して推定又は計算され得る。
【００５２】
内側固定子についての内側固定子基準動作値は、直流のための及び無効電流のための個々に設定された値を備えることができ、外側固定子についての外側固定子基準動作値は、直流及び無効電流のための個々に設定された値を備えることができる。
【００５３】
内側固定子２及び外側固定子３を有する回転機械のための制御及び駆動システムが、図５、図６又は図１０を参照して提示される。制御及び駆動システムは、
−回転機械全体についての回転機械基準動作値を設定することと、回転機械の内側固定子についての及び外側固定子についての動作パラメータを取得することと、ここにおいて、動作パラメータは、内側固定子と外側固定子との間の磁気クロスカップリングを含み、回転機械全体についての設定された回転機械基準動作値及び取得された動作パラメータに基づいて、内側固定子についての内側固定子基準動作値及び外側固定子についての外側固定子基準動作値を決定することと、を行うように構成された、回転機械のためのコントローラ装置１０と、
−内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値に及び外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値に基づいて回転機械を駆動するように構成され、ここにおいて、内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値は、外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値とは異なる、電源装置２０と、
を備える。
【００５４】
電源装置は、内側固定子についての第１の電源ユニット２０ｉｎｎｅｒと、外側固定子についての別個の第２の電源ユニット２０ｏｕｔｅｒとを備えることができ、ここで内側固定子は、外側固定子とは別個に駆動される。
【００５５】
コントローラ装置は、内側固定子についての第１の制御ユニット１０ｉｎｎｅｒと、外側固定子についての別個の第２の制御ユニット１０ｏｕｔｅｒとを備えることができ、内側固定子は、外側固定子とは別個に制御される。
【００５６】
回転機械、内側固定子及び外側固定子基準動作値は、パワー、トルク及び速度のうちの１つであってもよい。
【００５７】
内側固定子及び外側固定子についての動作パラメータは、回転位置、インダクタンス、鎖交磁束、磁気結合、電流成分、電流位置、抵抗、損失変動、及び温度依存性のうちの１つ又は複数をさらに備え得る。
【００５８】
動作パラメータは、測定及び／又はテーブルルックアップによって取得され得る。
【００５９】
内側固定子についての内側固定子基準動作値は、直流のための及び無効電流のための個々に設定された値を備えることができ、外側固定子についての外側固定子基準動作値は、直流及び無効電流のための個々に設定された値を備える。
【００６０】
内側固定子及び外側固定子を有する回転機械の連続動作のためのコンピュータプログラムが、図１３を参照して提示される。コンピュータプログラムは、コントローラ上で実行されると、コントローラに、
−回転機械全体についての回転機械基準動作値を設定することＳ１００と、
−回転機械の内側固定子についての及び外側固定子についての動作パラメータを取得することＳ１１０と、ここにおいて、動作パラメータは、内側固定子と外側固定子との間のクロスカップリングを含み、
−回転機械全体についての設定された回転機械基準動作値及び取得された動作パラメータに基づいて、内側固定子についての内側固定子基準動作値及び外側固定子についての外側固定子基準動作値を決定することＳ１２０と、
−内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値に及び外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値に基づいて回転機械を駆動することＳ１３０と、ここにおいて、内側固定子についての決定された内側固定子基準動作値は、外側固定子についての決定された外側固定子基準動作値とは異なる、
を行わせるコンピュータプログラムコードを備える。
【００６１】
コンピュータプログラムと、コンピュータプログラムが記憶されるコンピュータ可読記憶手段とを備えるコンピュータプログラム製品も提示される。
【００６２】
本発明は、主にいくつかの実施形態を参照して上述された。しかしながら、当業者には容易に理解されるように、上記で開示されたもの以外の他の実施形態も、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内で同様に可能である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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