(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石電動機駆動系を制御する方法及びシステムが提供される。【解決手段】この方法は、第１の調整された電流を作るために第１電圧誤差に応答して第１電流コマンドを調整するステップと、第２の調整された電流を作るために第２電圧誤差に応答して第２電流コマンドを調整するステップと、第１及び第２の調整された電流のそれぞれを最大電流未満に制限するステップと、第１の調整された電流を第１電位に変換するステップと、第２の調整された電流を第２電位に変換するステップと、第１及び第２の電位を永久磁石電動機に供給するステップとを含む。第１電圧誤差は第２電流コマンドから導出され、第２電圧誤差は第１電流コマンドから導出される。【選択図】図１
2008048593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石電動機を制御する方法であって、
第１の調整された電流を作るために電圧誤差に応答して第１電流コマンドを調整するステップであって、前記電圧誤差が前記永久磁石電動機の電圧飽和中に第２電流コマンドから導出されるステップと、
前記第１の調整された電流及び前記第２電流コマンドのそれぞれを最大電流未満に制限するステップと、
前記第１の調整された電流を第１電位に変換するステップと、
前記第２電流コマンドを第２電位に変換するステップと、
前記第１及び第２の電位を前記永久磁石電動機に供給するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
制限する前記ステップは、
前記第１の調整された電流を第１電流限度未満に制限するステップと、
前記第２電流コマンドを第２電流限度未満に制限するステップであって、前記第２電流限度が前記第１の調整された電流及び前記最大電流から導出されるステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
制限する前記ステップは、
第１の制限された電流を作るために、前記第１の調整された電流を第１の所定の最大電流までに制限するステップと、
前記第２電流コマンドを
【数１】
2008048593.tif 000043
と
【数２】
2008048593.tif 000044
の間に制限するステップであって、Ｉｓ＿ｍａｘは、最大固定子電流であり、
【数３】
2008048593.tif 000045
は前記第１の制限された電流であるステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記永久磁石電動機は電圧制限を有し、
前記第１電流コマンドを調整する前記ステップは、
訂正係数
【数４】
2008048593.tif 000046
を決定するステップと、
フィルタリングされた値を作るために前記訂正係数を低域フィルタリングするステップと、
電流調整を作るために前記フィルタリングされた値に所定の制御利得を適用するステップと、
前記第１の調整された電流を作るために前記第１電流コマンドから前記電流調整を減算するステップと、
を含み、
ωｒは前記永久磁石電動機の回転子速度であり、Ｌｓは相ごとの機械インダクタンスであり、
【数５】
2008048593.tif 000047
は、前記第２電流コマンドから導出されたｑ軸基準電圧コマンドであり、ｖｒｑｓは、
【数６】
2008048593.tif 000048
への前記電圧制限の適用から導出されたｑ軸基準電圧である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記永久磁石電動機は電圧制限を有し、
前記第１の調整された電流を変換する前記ステップは、
前記第１の調整された電流を第１電圧コマンドに変換するステップと、
前記第１電位を作るために前記第１電圧コマンドを最大電位未満に制限するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記永久磁石電動機は電圧制限を有し、
前記第２電流コマンドを変換する前記ステップは、
前記第２電流コマンドを第２電圧コマンドに変換するステップと、
前記第２電位を作るために前記第２電圧コマンドを最大電位未満に制限するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
調整する前記ステップは、前記第２電圧コマンドと前記第２電位との間の差から前記電圧誤差を決定するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
永久磁石電動機を制御する方法であって、
第１の調整された電流を作るために第１電圧誤差に応答して第１電流コマンドを調整するステップであって、前記第１電圧誤差が前記永久磁石電動機の電圧飽和中に第２電流コマンドから導出されるステップと、
第２の調整された電流を作るために第２電圧誤差に応答して前記第２電流コマンドを調整するステップであって、前記第２電圧誤差が前記永久磁石電動機の前記電圧飽和中に前記第１電流コマンドから導出されるステップと、
前記第１の調整された電流及び前記第２の調整された電流のそれぞれを最大電流未満に制限するステップと、
前記第１の調整された電流を第１電位に変換するステップと、
前記第２の調整された電流を第２電位に変換するステップと、
前記第１及び第２の電位を前記永久磁石電動機に供給するステップと、
を含む方法。
【請求項９】
制限する前記ステップは、
前記第１の調整された電流を第１電流限度未満に制限するステップと、
前記第２の調整された電流を第２電流限度未満に制限するステップであって、前記第２電流限度が前記第１電流限度及び前記最大電流から導出される、ステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
制限する前記ステップは、
第１の制限された電流基準を作るために、前記第１の調整された電流を第１の所定の最大電流未満に制限するステップと、
前記第２の調整された電流を
【数７】
2008048593.tif 000049
と
【数８】
2008048593.tif 000050
の間に制限するステップであって、Ｉｓ＿ｍａｘは、前記最大電流であり、
【数９】
2008048593.tif 000051
は前記第１の制限された電流基準であるステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記永久磁石電動機は電圧制限を有し、更に、前記第１電流コマンドを調整する前記ステップの前に、
前記第２電流コマンドから第１電圧コマンドを作るステップと、
前記第１電圧コマンド及び前記最大電圧から前記第１電圧誤差を決定するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記永久磁石電動機は最大電圧を有し、
前記第１電流コマンドを調整する前記ステップは、
訂正係数
【数１０】
2008048593.tif 000052
を決定するステップと、
フィルタリングされた値を作るために前記訂正係数を低域フィルタリングするステップと、
電流調整を作るために前記フィルタリングされた値に所定の制御利得を適用するステップと、
前記第１の調整された電流を作るために前記第１電流コマンドから前記電流調整を減算するステップと
を含み、
ωｒは前記永久磁石電動機の回転子速度であり、Ｌｓは相ごとの機械インダクタンスであり、
【数１１】
2008048593.tif 000053
は前記第２電流コマンドから導出されたｑ軸基準電圧コマンドであり、ｖｒｑｓは、前記最大電圧及び
【数１２】
2008048593.tif 000054
から導出されたｑ軸基準電圧である、
請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記永久磁石電動機は最大電圧を有し、
前記第２電流コマンドを調整する前記ステップは、
前記第１電流コマンドから第２電圧コマンドを作るステップと、
前記第２電圧コマンド及び前記最大電圧から前記第２電圧誤差を決定するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記永久磁石電動機は最大電圧を有し、
前記第２電流コマンドを調整する前記ステップは、
訂正係数
【数１３】
2008048593.tif 000055
を決定するステップと、
フィルタリングされた値を作るために前記訂正係数を帯域フィルタリングするステップと、
電流調整を作るために前記フィルタリングされた値に所定の制御利得を適用するステップと、
前記第２の調整された電流を作るために前記第２電流コマンドから前記電流調整を減算するステップと、
を含み、
ωｒは前記永久磁石電動機の回転子速度であり、Ｌｓは相ごとの機械インダクタンスであり、
【数１４】
2008048593.tif 000056
は、前記第２電流コマンドから導出されたｄ軸基準電圧コマンドであり、ｖｒｄｓは、前記最大電圧及び
【数１５】
2008048593.tif 000057
から導出されたｄ軸基準電圧である、
請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記永久磁石電動機は電圧制限を有し、更に、
前記第１の調整された電流を第１電圧基準コマンドに変換するステップと、
前記第２の調整された電流を第２電圧基準コマンドに変換するステップと、
前記第１及び第２の電圧基準コマンドのそれぞれを前記最大電圧までに制限するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
飽和電流を有する永久磁石電動機への入力電圧を調整する制御系であって、
第１の調整された電流を作るために第１電流コマンドから第１誤差を減算し、第１の制限された電流を作るために前記第１の調整された電流を第１最大電流までに制限するように構成された第１電流補償モジュールと、
第２の制限された電流を作るために第２電流コマンドを第２最大電流までに制限するように構成された第２電流補償モジュールであって、前記第２最大電流が前記第１最大電流及び前記飽和電流から導出される第２電流補償モジュールと、
前記第１及び第２の電流補償モジュールに結合され、前記第１の制限された電流を第１入力電圧に変換し、前記第２の制限された電流を第２入力電圧に変換する変換モジュールであって、前記第１誤差が、前記第２の制限された電流を前記第２入力電圧に変換している間に作られる変換モジュールと、
を含む制御系。
【請求項１７】
前記第１電流補償モジュールは、
前記第１誤差を受け取り、フィルタリングされた信号を作る低域フィルタと、
前記低域フィルタに結合され、前記フィルタリングされた信号に制御利得を適用する利得モジュールと、
前記利得モジュールに結合され、前記第１電流コマンドを前記制御利得を適用された前記フィルタリングされた信号と比較するアナログ加算器と、
を含む、請求項１６に記載の制御系。
【請求項１８】
前記第２電流補償モジュールは、前記第２の制限された電流に第２誤差を加算するアナログ加算器を含み、前記第２誤差が、前記第１の制限された電流を前記第１入力電圧に変換している間に作られる、請求項１６に記載の制御系。
【請求項１９】
前記第２電流補償モジュールは、更に、
前記第２誤差を受け取り、フィルタリングされた信号を作る帯域フィルタと、
前記帯域フィルタに結合され、前記フィルタリングされた信号に制御利得を適用する利得モジュールと、
を含む、請求項１８に記載の制御系。
【請求項２０】
前記変換モジュールは、
第１及び第２の電圧コマンドを受け取ることであって、前記第１電圧コマンドが、前記第１の制限された電流から導出され、前記第２電圧コマンドが、前記第２の制限された電流から導出されること、
前記第１入力電圧を作るために前記第１電圧コマンドを制限することであって、前記第２誤差は、前記第１電圧コマンドと前記第１入力電圧との間の差であること、及び
前記第２入力電圧を作るために前記第２電圧コマンドを制限することであって、前記第１誤差は、前記第２電圧コマンドと前記第２入力電圧との間の差であること、
を行うように構成された電圧制限モジュールを含む、請求項１６に記載の制御系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には交流（ＡＣ）電動機の制御に関し、より具体的には、永久磁石同期電動機を制御するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電動機は、車両応用を含む様々な応用例に使用され、交流誘導電動機は、単純で頑丈な構成、簡単な保守、コスト効率のよい価格設定を有するので望ましい。車両応用に使用される交流電動機は、通常、電動機相電流が正弦波になるように（例えば、電圧源インバータを介して）制御される。正弦波形状の入力電流を交流電動機に供給することによって、通常、交流電動機のトルク脈動の発生源になり得る追加の低周波高調波なしに、最大の平均トルクがもたらされる。
【０００３】
電気自動車（ＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）及びハイブリッド車（ＨＥＶ）推進応用例において、１つの設計考慮事項は、使用可能な直流バス電圧の利用度を最大にすることである。誘導機に基づく推進駆動系を使用する場合、６ステップ・スイッチング動作が、一般に、高速範囲動作期間に直流バス電圧を利用するために実施される。この６ステップ動作は、通常、滑り（すなわち、回転子周波数と固定子周波数との間の差）の存在に起因して、誘導機と共に実施するのが単純である。例えば、滑りは固定子電圧の位相を制御することによって制御することができる。
【０００４】
交流電動機の中には、正弦波形状の逆電磁界（ＥＭＦ）波形を有するように設計された永久磁石電動機がある。永久磁石同期電動機（ＳＰＭＭ）は、通常、高い出力密度及び高い効率特性を有し、したがって、ＥＶ、ＦＣＥＶ、ＨＥＶ推進応用によく適する。滑りの概念は、ＳＰＭＭには測定可能な滑りがないので、ＳＰＭＭ駆動系には妥当しない。更に、固定子電流の大きさは、回転子角度に関する絶対固定子電圧位相に敏感であり、したがって、ＳＰＭＭに関する６ステップ制御の実施は複雑である。６ステップ制御アルゴリズムは、通常、従来のベクトル制御アルゴリズムと６ステップ制御アルゴリズムとの間の複雑な遷移アルゴリズムを有する。これらの遷移アルゴリズムは、ＳＰＭＭに関する６ステップ制御の実施に更なる複雑さを加える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、永久磁石電動機駆動系を制御する方法を提供することが望ましい。より具体的には、固定子電流制御を維持しながら直流バス電圧を最適に利用する、ＳＰＭＭ駆動系を制御する方法を提供することが望ましい。更に、永久磁石電動機駆動系の制御系を提供することが望ましい。更に、本発明の他の望ましい特徴及び特性は、添付図面並びに前述の技術分野及び背景技術と共に解釈される後続の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲から明白になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
永久磁石電動機を制御する方法及びシステムを提供する。例示的な実施の形態では、永久磁石電動機を制御する方法であって、第１の調整された電流を作るために電圧誤差に応答して第１電流コマンドを調整するステップと、第１の調整された電流及び第２電流コマンドのそれぞれを最大電流未満に制限するステップと、第１の調整された電流を第１電位に変換するステップと、第２電流コマンドを第２電位に変換するステップと、第１及び第２の電位を永久磁石電動機に供給するステップとを含む方法が提供される。電圧誤差は、永久磁石電動機の電圧飽和中に第２電流コマンドから導出される。
【０００７】
もう１つの例示的な実施の形態では、永久磁石電動機を制御する方法であって、第１の調整された電流を作るために第１電圧誤差に応答して第１電流コマンドを調整するステップと、第２の調整された電流を作るために第２電圧誤差に応答して第２電流コマンドを調整するステップと、第１の調整された電流及び第２の調整された電流のそれぞれを最大電流未満に制限するステップと、第１の調整された電流を第１電位に変換するステップと、第２の調整された電流を第２電位に変換するステップと、第１及び第２の電位を永久磁石電動機に供給するステップとを含む方法が提供される。第１電圧誤差は、永久磁石電動機の電圧飽和中に第２電流コマンドから導出される。第２電圧誤差は、永久磁石電動機の電圧飽和中に第１電流コマンドから導出される。
【０００８】
飽和電流を有する永久磁石電動機への入力電圧を調整する制御系が提供される。このコントローラは、第１電流補償モジュール、第２電流補償モジュール、及び変換モジュールを含む。第１電流補償モジュールは、第１の調整された電流を作るために第１電流コマンドから第１誤差を減算し、第１の制限された電流を作るために第１の調整された電流を第１最大電流までに制限するように構成される。第２電流補償モジュールは、第２の制限された電流を作るために第２電流コマンドを第２最大電流までに制限するように構成される。第２最大電流は、第１最大電流及び飽和電流から導出される。変換モジュールは、第１の制限された電流を第１入力電圧に変換し、第２の制限された電流を第２入力電圧に変換するために、第１及び第２の電流補償モジュールに結合される。第１誤差は、第２の制限された電流を前記第２入力電圧に変換している間に作られる。
【０００９】
以下、本発明を添付図面に関して説明するが、添付図面では、同じ符号は同じ要素を指示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示であって、本発明又は本発明の応用及び使用を限定することを意図していない。更に、前述の技術分野、背景技術、発明の開示、又は次の詳細な説明で提示される、表現される又は暗黙の理論によって制限されることも意図していない。
【００１１】
本発明は、永久磁石電動機に基づく駆動系を制御する制御系及び方法である。一般に、この制御系は、ｄ軸電流補償モジュール、ｑ軸電流補償モジュール、及びこれらの電流補償モジュールの両方に結合された変換モジュールを含む。ｄ軸電流補償モジュールは、電圧飽和誤差を最小化するようにｄ軸電流基準を変更し、この変更は、ｑ軸基準フレーム電圧コマンドに適用される電圧制限に部分的に基づく。ｑ軸電流補償モジュールも、電圧飽和誤差を最小化するようにｑ軸電流基準を変更するように構成されることができ、この変更は、ｄ軸基準フレーム電圧コマンドに適用される電圧制限に部分的に基づく。更に、電流基準（例えば、ｄ軸及びｑ軸）は、電流基準の大きさが所定の最大電流大きさを超えないようにするように、それぞれの電流補償モジュールによって制限される。変換モジュールは、変更された電流基準を対応する電圧基準に変換し、この電圧基準が永久磁石電動機に供給される。
【００１２】
永久磁石同期電動機（ＳＰＭＭ）の電圧式は、次の通りである。
【００１３】
【数１】
2008048593.tif 000003
【００１４】
ここで、ＲｓはＳＰＭＭの相毎の抵抗であり、Ｌｄはｄ軸インダクタンスであり、ωｒはＳＰＭＭの回転子速度であり、Ｌｑはｑ軸インダクタンスであり、λｆは永久磁石の鎖交磁束であり、ｉは電流であり、ｖは電圧である。下付きの添字及び上付きの添字の意味は次の通りである。
【００１５】
−下付きの添字ａ、ｂ及びｃ：それぞれ相ａ、ｂ、ｃの量、
−下付きの添字ｄ及びｑ：それぞれｄフレーム及びｑフレームの量、
−下付きの添字ｓ：固定子巻線の量、
−上付きの添字ｓ：静止フレームでの量、
−上付きの添字ｒ：同期（回転する）基準フレームでの量、及び
−上付きの添字＊：コマンドである量。
【００１６】
実際のｄ軸電流及びｑ軸電流が、指令された値を追跡していると仮定すると、電圧飽和中に生じる電圧誤差（Δｖｄｓｒ、Δｖｑｓｒ）は、次のように表すことができる。
【００１７】
【数２】
2008048593.tif 000004
【００１８】
勾配降下法に対する誤差関数は、次のように定義される。
【００１９】
【数３】
2008048593.tif 000005
【００２０】
勾配降下法を使用すると、誤差関数を最小にするｄ軸電流及びｑ軸電流は、誤差関数の偏導関数から決定される。
【００２１】
【数４】
2008048593.tif 000006
【００２２】
ここで、αは、収束速度を決定する制御利得である。
オフセット誤差寄与を回避するために、積分器は低域フィルタ及び帯域フィルタに置換される。
【００２３】
【数５】
2008048593.tif 000007
【００２４】
ｄ軸基準及びｑ軸基準への制御入力は、次の通りである。
【００２５】
【数６】
2008048593.tif 000008
【００２６】
ｄ軸電流基準及びｑ軸電流基準は、次のように変更される。
【００２７】
【数７】
2008048593.tif 000009
【００２８】
このコントローラ・アルゴリズムに加えて、ｑ軸電流の電流大きさは、制御系又は制御アルゴリズムの動作期間に最大値以内に制限される。この機能は、インバータ及び電動機の定格を超えずに電流利用度を最大にする。
【００２９】
電流大きさが所定の最大電流大きさＩｓ＿ｍａｘを超えることを防ぐために、ｑ軸電流の限度値は次の通りである。
【００３０】
【数８】
2008048593.tif 000010
【００３１】
図１を参照すると、本発明の例示的な実施の形態による、永久磁石電動機（図示せず）のための制御系１０が示されている。制御系１０は、同期基準フレーム電流コマンド
【００３２】
【数９】
2008048593.tif 000011
【００３３】
を受け取るもので、第１アナログ加算器１２と、第１アナログ加算器１２に結合された第１電流制限器１４と、第２電流制限器１６と、第２電流制限器１６に結合された第２アナログ加算器１８と、第１電流制限器１４に結合された第３アナログ加算器２０と、アナログ加算器１８に結合された第４アナログ加算器２２と、それぞれ第３アナログ加算器２０及び第４アナログ加算器２２に結合された第１及び第２の同期フレーム比例積分（ＰＩ）電流調整器２４及び２６と、それぞれＰＩ電流調整器２４及び２６に結合された第５及び第６のアナログ加算器２８及び３０と、第５及び第６のアナログ加算器２８及び３０に結合された同期−静止基準フレーム変換ブロック３２と、変換ブロック３２に結合された電圧制限器３４と、電圧制限器３４に結合された静止−同期基準フレーム変換ブロック３６と、低域フィルタ４２と、入力を低域フィルタ４２に結合され、出力をアナログ加算器１２に結合された利得モジュール３８と、帯域フィルタ４４と、入力を帯域フィルタ４４に結合され、出力をアナログ加算器１８に結合された利得モジュール４６とを含む。
【００３４】
制御系１０の構成要素のうちの１つ以上の要素を、ソフトウェア若しくはファームウェア、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、１つ若しくは複数のソフトウェア・プログラム若しくはファームウェア・プログラム組合せ論理回路を実行するプロセッサ（共有、専用、又はグループ）及びメモリ、並びに／又は他の適切な構成要素などのハードウェア、或いはこれらの組合せで実施することができる。
【００３５】
アナログ加算器１２、２０、利得モジュール３８、低域フィルタ４２及び電流制限器１４がｄ軸電流補償モジュールを形成する。本明細書で使用される用語「モジュール」は、所望の機能性を実現する、ＡＳＩＣ、電子回路、１つ若しくは複数のソフトウェア・プログラム若しくはファームウェア・プログラムを実行するプロセッサ（共有、専用、又はグループ）及びメモリ、組合せ論理回路、並びに／又は他の適切な構成要素を指す。低域フィルタ４２は、信号
【００３６】
【数１０】
2008048593.tif 000012
【００３７】
をフィルタリングする。ここで、ｑ軸同期基準フレーム電圧コマンド
【００３８】
【数１１】
2008048593.tif 000013
【００３９】
はアナログ加算器３０からサンプリングされ、測定されたｑ軸同期基準フレーム電圧（ｖｒｑｓ）は変換ブロック３６からサンプリングされる。制御利得（α）は、その後、利得モジュール３８で、フィルタリングされた信号に適用されて補償電流を生成し、アナログ加算器１２は、この補償電流だけｄ軸電流基準
【００４０】
【数１２】
2008048593.tif 000014
【００４１】
を変更する。電流制限器１４は、その結果の電流の大きさを、ｄ軸電流
【００４２】
【数１３】
2008048593.tif 000015
【００４３】
と０との間に制限して、変更されたｄ軸電流基準
【００４４】
【数１４】
2008048593.tif 000016
【００４５】
を作る。アナログ加算器２０は、変更されたｄ軸電流基準
【００４６】
【数１５】
2008048593.tif 000017
【００４７】
を測定されたｄ軸電流（ｉｒｄｓ）と比較して誤差信号を作り、この誤差信号が同期フレームＰＩ電流調整器２４に供給される。
電流制限器１６、アナログ加算器１８及び２２、利得モジュール４６及び帯域フィルタ４４はｑ軸電流補償モジュールを形成する。帯域フィルタ４４は、信号
【００４８】
【数１６】
2008048593.tif 000018
【００４９】
をフィルタリングする。ここで、ｄ軸同期回転基準フレーム電圧コマンド
【００５０】
【数１７】
2008048593.tif 000019
【００５１】
はアナログ加算器ブロック２８からサンプリングされ、測定されたｄ軸同期回転基準フレーム電圧（ｖｒｄｓ）は変換ブロック３６からサンプリングされる。制御利得（α）が、その後、利得モジュール４６で、フィルタリングされた信号に適用されて、補償電流が生成され、アナログ加算器１８は、この補償電流だけ、ｑ軸電流基準
【００５２】
【数１８】
2008048593.tif 000020
【００５３】
を変更する。電流制限器１６は、その結果の電流の大きさを、最大ｑ軸電流基準
【００５４】
【数１９】
2008048593.tif 000021
【００５５】
以内に制限して、変更されたｄ軸電流基準
【００５６】
【数２０】
2008048593.tif 000022
【００５７】
を作る。アナログ加算器２２は、変更されたｄ軸電流基準
【００５８】
【数２１】
2008048593.tif 000023
【００５９】
を測定されたｑ軸電流（ｉｒｑｓ）と比較して、誤差信号を作る。
ＰＩ電流調整器２４、２６、アナログ加算器２８、３０、変換ブロック３２、３６及び電圧制限器３４は変換モジュールを形成する。アナログ加算器２０及び２２からの誤差信号は、それぞれＰＩ電流調整器２４及び２６に供給され、アナログ加算器２８及び３０は、フィードフォワード電圧基準（ｖｒｄｓ＿ｆｆ、ｖｒｑｓ＿ｆｆ）を加算して、それぞれｄ軸及びｑ軸の同期回転基準フレーム電圧コマンド
【００６０】
【数２２】
2008048593.tif 000024
【００６１】
を作る。変換ブロック３２は、同期回転基準フレーム電圧コマンド
【００６２】
【数２３】
2008048593.tif 000025
【００６３】
を、静止基準フレーム電圧コマンドに変換し、この静止基準フレーム電圧コマンドが電圧制限器３４に供給される。電圧制限器３４は、静止基準フレーム電圧コマンド
【００６４】
【数２４】
2008048593.tif 000026
【００６５】
に対して様々な電圧制御技法（例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ））を実施することができ、測定された静止基準フレーム電圧（ｖｓｄｓ、ｖｓｑｓ）をそれぞれ出力する。変換ブロック３６は、測定された静止基準フレーム電圧（ｖｓｄｓ、ｖｓｑｓ）を、それぞれ測定された同期基準フレーム電圧（ｖｒｄｓ、ｖｒｑｓ）に変換する。２対３変換ブロック（図示せず）を使用して、二相電圧成分（例えば、ｖｓｄｓ、ｖｓｑｓ）を三相電圧成分に変換することができる。
【００６６】
図２は、本発明のもう１つの例示的な実施の形態による永久磁石電動機の制御系５０のブロック図である。この例示的な実施の形態では、ｄ軸電流補償モジュールは、アナログ加算器１２及び２０と、電流制限器１４と、アナログ加算器５６と、アナログ加算器５６に結合された回転子速度モジュール５２と、回転子速度モジュール５２に結合された低域フィルタ５４と、利得モジュール３８とを含む。ｑ軸電流は、最大ｑ軸電流
【００６７】
【数２５】
2008048593.tif 000027
【００６８】
以内に制限されるが、ｑ軸電流補償モジュールによって（例えば、信号
【００６９】
【数２６】
2008048593.tif 000028
【００７０】
によって）変更はされない。
図１に示された制御系１０に関して前に述べたように、ｑ軸同期回転基準フレーム電圧コマンド
【００７１】
【数２７】
2008048593.tif 000029
【００７２】
は、アナログ加算器ブロック３０からサンプリングされ、測定されたｑ軸同期回転基準フレーム電圧（ｖｒｑｓ）は変換３６からサンプリングされる。アナログ加算器５６は、ｑ軸同期回転基準フレーム電圧コマンド
【００７３】
【数２８】
2008048593.tif 000030
【００７４】
を、測定されたｑ軸同期回転基準フレーム電圧（ｖｒｑｓ）と比較して、電圧誤差を作る。回転子速度モジュール５２は回転子速度（ωｒ）をこの電圧誤差に適用し、低域フィルタ５４は電圧誤差をフィルタリングし、利得モジュール３８は、フィルタリングされた信号に制御利得（α）を適用して補償電流を作る。
【００７５】
図３は、それぞれ図１及び２に示された制御系１０及び５０の動作を説明するのに有用なピーク・トルク曲線を示すグラフである。図４は、それぞれ図１及び２に示された制御系１０及び５０の動作を説明するのに有用なピーク出力曲線を示すグラフである。図５は、それぞれ図１及び２に示された制御系１０及び５０の動作を説明するのに有用なシステム効率曲線を示すグラフである。本発明の制御系（「提案された方法」）は、２５ｋＷ軸方向磁束ＳＰＭＭホイール・ハブ電動機を使用して試験され、次の制御方法、つまり、「方法１」すなわち直線領域限度までの電流制御、「方法２」すなわち６ステップ電圧限度の約９７％までの電流制御、及び６ステップ動作（「６ステップ」）と比較された。方法１及び２は、アンチ・ワインドアップを有する従来の同期電流調整器を使用する。方法１及び２の場合に、弱め界磁制御が、電流基準を変更して、電圧の大きさをそれぞれ６ステップ電圧限度の約９０％及び約９７％に制限する。図３に示されているように、本発明及び６ステップ制御法の制御系によって生成されるピーク・トルクは、試験された速度事例のすべてについて、ほぼ類似する。図４に示されているように、本発明の制御系によって生成されるピーク出力は、方法１及び２を使用して生成されるピーク出力より大きい。更に、本発明の制御系によって生成されるピーク出力は、６ステップ制御法を用いて生成されるピーク出力に実質的に類似する。図５に示されているように、本発明の制御系のシステム効率は、６ステップ制御法にほぼ類似する。高速では、本発明の制御系から生じるシステム効率は、本発明の制御系による低い高調波損失を示す６ステップ制御法と比較したとき、わずかに高い。したがって、本発明の制御系は、６ステップ制御法に類似するレベルの性能をもたらすと同時に、高いシステム効率、動作状態の下での電流制御の保持、遷移アルゴリズムの欠如、高速過渡性能、より低い空間高調波の生成、より低い可聴雑音、単純な実施など、ベクトル型制御法の利益を有する。
【００７６】
図６は、本発明の例示的な実施の形態による永久磁石電動機を制御する方法１００の流れ図である。ステップ１０５で、第１電流コマンド（例えば
【００７７】
【数２９】
2008048593.tif 000031
【００７８】
）を、第１電圧誤差（例えば
【００７９】
【数３０】
2008048593.tif 000032
【００８０】
）に応答して調整して、第１の調整された電流を作る。第１電圧誤差は、永久磁石電動機の電圧飽和中に第２電流コマンド（例えば
【００８１】
【数３１】
2008048593.tif 000033
【００８２】
）から導出される。１つの例示的な実施の形態では、永久磁石電動機は、その永久磁石電動機と共に動作するインバータの直流リンク電圧に起因する電圧制限を有する。ステップ１０５の前に、第１電圧コマンドが第２電流コマンドから作られ、第１電圧誤差が第１電圧コマンド及び最大電圧から決定される。もう１つの例示的な実施の形態では、訂正係数
【００８３】
【数３２】
2008048593.tif 000034
【００８４】
が決定され、この訂正係数が、フィルタリングされた値を作るために低域フィルタリングされ、所定の制御利得が、電流調整を作るために、フィルタリングされた値に適用され、この電流調整が第１電流コマンドから減算されて、第１の調整された電流が作られる。ステップ１１０で、第２電流コマンドを、第２電圧誤差（例えば
【００８５】
【数３３】
2008048593.tif 000035
【００８６】
）に応答して調整して、第２の調整された電流を作る。第２電圧誤差は、永久磁石電動機の電圧飽和中に第１電流コマンドから導出される。１つの例示的な実施の形態では、訂正係数
【００８７】
【数３４】
2008048593.tif 000036
【００８８】
が決定され、この訂正係数が、フィルタリングされた値を作るために帯域フィルタリングされ、所定の制御利得が、電流調整を作るために、フィルタリングされた値に適用され、この電流調整が第２電流コマンドから減算されて、第２の調整された電流が作られる。もう１つの例示的な実施の形態では、ステップ１１０が省略される。第１の調整された電流及び第２の調整された電流のそれぞれは、ステップ１１５で、最大電流未満に制限される。例えば、第１の調整された電流は、第１の所定の最小電流（例えば
【００８９】
【数３５】
2008048593.tif 000037
【００９０】
）と０との間に制限されて、第１の制限された電流基準
【００９１】
【数３６】
2008048593.tif 000038
【００９２】
が作られ、第２の調整された電流は、
【００９３】
【数３７】
2008048593.tif 000039
【００９４】
と
【００９５】
【数３８】
2008048593.tif 000040
【００９６】
との間に制限される。ここで、Ｉｓ＿ｍａｘは最大電流である。第１の調整された電流は、ステップ１２０で第１電位（例えば、ｖｓｄｓ）に変換される。第２の調整された電流は、ステップ１２５で第２電位（例えば、ｖｓｑｓ）に変換される。第１及び第２の電位は、ステップ１３０で永久磁石電動機に供給される。この方法に、更に、第１の調整された電流を第１電圧基準コマンド（例えば
【００９７】
【数３９】
2008048593.tif 000041
【００９８】
）に変換すること、第２の調整された電流を第２電圧基準コマンド（例えば
【００９９】
【数４０】
2008048593.tif 000042
【０１００】
）に変換すること、及び、第１及び第２の電圧基準コマンドのそれぞれを永久磁石電動機の最大電圧までに制限することを含むことができる。
少なくとも１つの例示的な実施の形態を前述の詳細な説明で提示したが、膨大な数の変形形態が存在することを了解されたい。また、１つ又は複数の例示的な実施の形態は例示にすぎず、いかなる形でも本発明の範囲、応用可能性又は構成を限定することを意図していないことをも了解されたい。そうではなく、前述の詳細な説明は、１つ又は複数の例示的な実施の形態を実施するための便利な道路地図を当業者に与えるものである。添付の特許請求の範囲に示された本発明及びその合法的均等物の範囲から逸脱せずに、要素の機能及び配置において様々な変更を行えることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の例示的な実施の形態による永久磁石電動機の制御系を示すブロック図である。
【図２】本発明のもう１つの例示的な実施の形態による永久磁石電動機の制御系を示すブロック図である。
【図３】本発明の制御系の動作を説明するのに有用なピーク・トルクを示すグラフである。
【図４】本発明の制御系の動作を説明するのに有用なピーク出力を示すグラフである。
【図５】本発明の制御系の動作を説明するのに有用なシステム効率を示すグラフである。
【図６】本発明の例示的な実施の形態による永久磁石電動機を制御する方法を示す流れ図である。
【図１】
2008048593.tif 000058
【図２】
2008048593.tif 000059
【図３】
2008048593.tif 000060
【図４】
2008048593.tif 000061
【図５】
2008048593.tif 000062
【図６】
2008048593.tif 000063
【外国語明細書】
2008048593000001.pdf