(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は複数の永久磁石を有する同期モーター（１２）の動作を管理するための制御信号を生成する方法であって、前記同期モーターは、Ｐ個の相（２６、２８、３０）を備えるステーター（２２）と、前記永久磁石（複数の場合もある）（３４、３６）を備えるローター（３２）と、複数のスイッチ（Ｋ１，．．．，Ｋ６）を設けられたスイッチングモジュール（１４）と、前記永久磁石（複数の場合もある）によって生じる回転電磁場に対し感度を有する、２以上で厳密にＰ未満のＮ個のホール効果センサー（１８、２０）とを備え、該方法は、
前記センサー（１８、２０）によって送信されるステータス情報を取得するステップと、
前記センサー（１８、２０）によって送信されるステータス情報に基づいて少なくとも１つの補完情報を推定するステップであって、該補完情報は、少なくとも１つの仮想センサーの前記ステータスの変動を特徴付ける、ステップと、
を含み、該方法は、
以下の段階、すなわち、アイドル段階、起動段階、公称定格段階、緩停止段階及び緊急停止段階の中から、少なくとも２つの段階を含む１組の可能な段階における、前記モーター（１２）の動作段階を特定することからなるステップと、
前記ステータス情報と、前記少なくとも１つの補完情報と、前記モーターの動作段階とに基づいて、前記スイッチングモジュール（６）の前記スイッチ（Ｋ１，．．．，Ｋ６）に対し作用する制御信号を生成することからなるステップと、
を含み、
前記モーターの前記動作段階は、前記ホール効果センサーによって送信されるステータス情報に基づいて決定され、
前記可能な段階は、
前記制御信号が、前記ホール効果センサー（１８、２０）又は前記仮想センサーのうちの一方のステータスの変更によってマーキングされる時点に対し、ゼロ又は非ゼロの第１の所定の時間シフトで生成される第１の段階と、
前記制御信号が、前記ホール効果センサー（１８、２０）又は前記仮想センサーのうちの一方のステータスの変更によってマーキングされる時点に対し、前記第１の所定の時間シフトと異なる第２の所定の時間シフトで生成される第２の段階と、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記可能な段階は前記公称定格段階を含み、該公称定格段階中、前記少なくとも１つの補完情報を推定するステップは、
前記ホール効果センサー（１８、２０）のうちの１つのホール効果センサーの２つの連続するステータス変更間の時間間隔を測定するステップと、
これらの間隔の間の平均持続時間を計算するステップと、
前記計算された平均持続時間を用いて、少なくとも１つの補完情報を推定することからなるステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の制御信号を生成する方法。
【請求項３】
前記可能な段階は前記起動段階を含み、前記少なくとも１つの補完情報を推定するステップは、前記起動段階中に、
前記ホール効果センサーのうちの第１のホール効果センサー（１８）のステータス変更と、該ホール効果センサーのうちの該第１のホール効果センサー（１８）の該ステータス変更に続く、前記ホール効果センサーのうちの第２のホール効果センサー（２０）の反対の最初のステータス変更との間の時間間隔の持続時間、又は、前記ホール効果センサーのうちの前記第２のホール効果センサー（２０）のステータス変更と、該ホール効果センサーのうちの該第２のホール効果センサー（２０）の該ステータス変更に続く、前記ホール効果センサーのうちの前記第１のホール効果センサー（１８）の反対の最初のステータス変更との間の時間間隔の持続時間を測定するステップと、次に、
前記測定された持続時間を用いて少なくとも１つの補完情報を推定することからなるステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御信号を生成する方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの補完情報を推定するステップは、
少なくとも１つの試験を含むステータス情報を解析して、前記センサーによって送信される前記ステータス情報が所定の十分条件を満たしているか否かを判断することからなるステップと、次に、
前記十分条件が満たされている場合、前記解析から直接、前記少なくとも１つの補完情報を導出することからなるステップ、又は、
前記十分条件が満たされていない場合、前記少なくとも１つの補完情報を任意に選択し、次に、後に所定の持続時間を有する時間間隔中に受信されたステータス情報に基づいて、前記少なくとも１つの補完情報が変更されなくてはならないか否かを決定することからなるステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御信号を生成する方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの補完情報を推定するステップは、
少なくとも１つの試験を含むステータス情報を解析して、前記センサーによって送信される前記ステータス情報が所定の十分条件を満たしているか否かを判断することからなるステップと、次に、
前記十分条件が満たされている場合、前記解析から直接、前記少なくとも１つの補完情報を導出することからなるステップ、又は、
前記十分条件が満たされていない場合、前記解析及び前記モーターの回転方向に基づいて、前記少なくとも１つの補完情報を決定することからなるステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御信号を生成する方法。
【請求項６】
永久磁石を有する同期モーター（１２）を制御するためのデバイス（１６）であって、少なくとも１つの補完情報を推定するためのモジュール（３８）と、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成された制御信号を生成するためのモジュール（４０）とを備えることを特徴とする、デバイス。
【請求項７】
永久磁石を有する同期モーター（１２）を備えるアクチュエーター（１０）であって、前記同期モーターは、２以上のＰ個の相（２６、２８、３０）を構成する複数の巻線（２４）を備えるステーター（２２）と、１以上のＡ個の永久磁石（３４、３６）を備えるローター（３２）と、複数のスイッチ（Ｋ１，．．．，Ｋ６）を設けられたスイッチングモジュール（１４）と、前記永久磁石によって生じる回転電磁場に対し感度を有する、１以上で厳密にＰ未満のＮ個のホール効果センサーとを備え、該アクチュエーターは、前記ホール効果センサー（１８、２０）及び前記スイッチングモジュール（６）に接続された、請求項６に記載の制御デバイス（１６）を備えることを特徴とする、アクチュエーター。
【請求項８】
前記ホール効果センサー（１８、２０）は、前記ステーター内に位置決めされた共有電子回路支持要素（４４）上に配置され、該共有支持要素（４４）は、ディスク、ディスクセグメント、リング又はリングセグメントの形状をとることを特徴とする、請求項７に記載のアクチュエーター。
【請求項９】
前記共有支持要素（４４）は、Ｐ個のハウジングを備え、該ハウジングの各々がホール効果センサー（１８、２０）を収容するのに適していることを特徴とする、請求項８に記載のアクチュエーター。
【請求項１０】
前記ホール効果センサー（１８、２０）は、バイナリ出力ホール効果センサーであることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載のアクチュエーター。
【請求項１１】
前記ホール効果センサー（１８、２０）は、バイナリ信号を送達する後処理段階に接続されたアナログ出力ホール効果センサーであることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載のアクチュエーター。
【請求項１２】
前記数Ａは２又は４に等しいことを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか１項に記載のアクチュエーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を有する同期モーターを装備したアクチュエーターの分野に関する。本発明は特に、そのようなアクチュエーターに装備する１つ又は幾つかの永久磁石を有する同期モーターの動作を管理するための制御信号を生成する方法に関する。また、本発明は、そのような方法を実行するのに適した制御デバイスと、１つ又は幾つかの永久磁石及び制御デバイスを有する同期モーターを備えるアクチュエーターとに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を有する同期モーターは、通常、相あたり１つ又は複数のコイル、及び磁気回路を成す金属板のスタックから構成された多相ステーターと、１つ又は幾つかの永久磁石を有するローターとを備える。さらに、コイルに対するローターの角度位置を求めるために、センサーは通常、ローターによって生じる回転磁場の変動を検出するようにステーター上に位置決めされる。実際には、これらのセンサーは多くの場合に、バルクに関する理由により、コイルに対し角度方向にオフセットされている。これらのセンサーは特に、モーターの動作を統制する制御信号を生成するのみでなく、ローターの位置（実行される回転数、進行終了位置、中間位置、ブロックされた位置検出）も決定することができるようになるのに必要な情報を送達する。
【０００３】
モーターの制御信号を生成するために、モーターのステーター内に、ステーターの相の数に厳密に等しい数のセンサーを位置決めすることが一般的である。例えば、三相ステーターの場合、ほとんどの場合に、３つのホール効果センサーがステーター内に配置される。一方、モーターの相の数に厳密に等しい数のセンサーの使用は、バルク及びコストの観点で制限的である。
【０００４】
永久磁石を有する同期モーターの動作を管理するのに用いられるセンサー数を低減する目的で、特許文献１は、センサー数を減少させることを可能にする制御信号を生成する方法を記載している。開示される原理は、結局、実際のセンサーのうちの１つを仮想センサーと置き換えること、すなわち、相の数よりも少ない数存在する現実のセンサーによって提供される信号に基づいて、計算により、架空のセンサーの出力信号を生成することを意味する。一方、開示されている制御方法は、モーターの動作が最適化されるための制御信号の生成を可能にしていないようである。この方法は特に、モーターの異なる可能な動作定格を考慮し、これらの動作定格の各々におけるモーターの動作を最適化するための柔軟性を一切提供していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，１６３，１１７号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、現行の技術水準の欠点の解決を目指す。したがって、本発明の１つの態様によれば、１つ又は複数の永久磁石を有する同期モーターの動作を管理するための制御信号を生成する方法であって、同期モーターは、Ｐ個の相を備えるステーターと、上記永久磁石（複数の場合もある）を備えるローターと、複数のスイッチを設けられたスイッチングモジュールと、上記永久磁石（複数の場合もある）によって生じる回転電磁場に対し感度を有する、２以上で厳密にＰ未満のＮ個のホール効果センサーとを備え、本方法は、
センサーによって送信されるステータス情報を取得するステップと、
センサーによって送信されるステータス情報に基づいて少なくとも１つの補完情報を推定するステップであって、補完情報は、少なくとも１つの仮想センサーのステータスの変動を特徴付ける、ステップと、
モーターの動作段階を特定することからなるステップと、
ステータス情報と、少なくとも１つの補完情報と、モーターの動作段階とに基づいて、スイッチングモジュールのスイッチに対し作用する制御信号を生成することからなるステップと、
を含む、方法が提案される。
【０００７】
モーターの動作段階を考慮に入れて制御信号を生成するために、例えば、現実のセンサーの数がモーターの相の数よりも少ないときを含めて、利用可能なトルクの観点から、又は熱性能若しくは出力の観点から、モーターの動作が最適化される。
【０００８】
以下の段階、すなわち、アイドル段階、起動段階、公称定格段階、緩停止段階及び緊急停止段階の中から、少なくとも２つの段階を含む１組の可能な段階に動作段階が属することが好ましい。
【０００９】
１つの特に有利な実施形態によれば、モーターの動作段階は、ホール効果センサーによって送信されるステータス情報に基づいて決定される。ホール効果センサーによって送信されるステータス情報は、特に、第１の回転率から、モーターの方向、速度及び加速を推定することを可能にする。
【００１０】
１つの特に単純な実施形態によれば、可能な段階は、
制御信号が、ホール効果センサー又は仮想センサーのうちの一方のステータスの変更によってマーキングされる時点に対し、ゼロ又は非ゼロの第１の所定の時間シフトで生成される第１の段階と、
制御信号が、ホール効果センサー又は仮想センサーのうちの一方のステータスの変更によってマーキングされる時点に対し、第１の所定の時間シフトと異なる第２の所定の時間シフトで生成される第２の段階と、
を含む。
【００１１】
この実施形態は、特に、バイナリ出力ホール効果センサーを用いて実施することができる。第１の段階は、例えば、起動段階とすることができ、第２の段階は公称定格段階とすることができる。
【００１２】
実際に、制御信号は、ステーターの相の巻線の端部間で循環する電流が、回転電磁場によって巻線の端部間に生じる逆起電力に対し、ゼロ又は非ゼロの第１の所定の電気移相を有するように第１の段階中に生成される。
【００１３】
第２の段階中、制御信号は、ステーターの相の巻線の端部間を循環する電流が、回転電磁場によって巻線の端部間に生じる逆起電力に対し、第１の所定の電気移相と異なる第２の所定の電気移相を有するように生成される。
【００１４】
本発明の１つの代替形態によれば、可能な段階は公称定格段階を含み、公称定格段階中、少なくとも１つの補完情報を推定するステップは、
ホール効果センサーのうちの１つのホール効果センサーの２つの連続するステータス変更間の時間間隔を測定するステップと、
これらの間隔の間の平均持続時間を計算するステップと、
計算された平均持続時間を用いて、少なくとも１つの補完情報を推定することからなるステップと、
を含む。
【００１５】
公称定格段階中、制御信号は、スターターの相の巻線の端部間で循環する電流が、巻線の端子間の回転電磁場によって引き起こされる逆起電力に対し、ゼロ又は厳密に１５度未満の第１の所定の電気移相を有するように生成されることが好ましい。公称定格において、この制御戦略は、トルク及び出力を最適化し、熱損失を最小にすることを可能にする。
【００１６】
本発明の別の特徴によれば、可能な段階は起動段階を含み、少なくとも１つの補完情報を推定するステップは、起動段階中に、
ホール効果センサーのうちの第１のホール効果センサーのステータス変更と、ホール効果センサーのうちの第１のホール効果センサーのステータス変更に続く、ホール効果センサーのうちの第２のホール効果センサーの反対の最初のステータス変更との間の時間間隔の持続時間、又は、ホール効果センサーのうちの第２のホール効果センサーのステータス変更と、ホール効果センサーのうちの第２のホール効果センサーのステータス変更に続く、ホール効果センサーのうちの第１のホール効果センサーの反対の最初のステータス変更との間の時間間隔の持続時間を測定するステップと、次に、
測定された持続時間を用いて少なくとも１つの補完情報を推定することからなるステップと、
を含む。
【００１７】
この特徴は、モーターの加速又は減速中の更なる反応性を可能にする。
【００１８】
実際に、制御信号は、ステーターの相の巻線の端部間で循環する電流が、回転電磁場によって巻線の端部にわたって生じる逆起電力に対して、少なくとも１５度、好ましくは少なくとも３０度の所定の電気移相を有する起動段階中に生成される。この動作モードは、モーターのステーターの磁気回路における大きな流れを得ることを可能にし、これによって、良好な起動を保証することが可能になる。
【００１９】
本発明の別の代替形態によれば、少なくとも１つの補完情報を推定するステップは、
少なくとも１つの試験を含むステータス情報を解析して、センサーによって送信されるステータス情報が所定の十分条件を満たしているか否かを判断することからなるステップと、次に、
十分条件が満たされている場合、解析から直接、少なくとも１つの補完情報を導出することからなるステップ、又は、
十分条件が満たされていない場合、少なくとも１つの補完情報を任意に選択し、次に、後に所定の持続時間を有する時間間隔中に受信されたステータス情報に基づいて、少なくとも１つの補完情報が変更されなくてはならないか否かを決定することからなるステップと、
を含む。
【００２０】
代替的には、少なくとも１つの補完情報を推定するステップは、
少なくとも１つの試験を含むステータス情報を解析して、センサーによって送信されるステータス情報が所定の十分条件を満たしているか否かを判断することからなるステップと、次に、
十分条件が満たされている場合、解析から直接、少なくとも１つの補完情報を導出することからなるステップ、又は、
十分条件が満たされていない場合、解析及びモーターの回転方向に基づいて、少なくとも１つの補完情報を決定することからなるステップと、
を含む。
【００２１】
１つの好ましい実施形態によれば、Ｐ＝３及びＮ＝２である。したがって、本発明による制御信号を生成する方法は、有利には、三相ステーターを備えるモーターに適用される。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、本発明は、永久磁石を有する同期モーターを制御するためのデバイスであって、少なくとも１つの補完情報を推定するためのモジュールと、上記の方法を実行するように構成された制御信号を生成するためのモジュールとを備える、デバイスに関する。
【００２３】
本発明の更に別の態様によれば、本発明は、永久磁石を有する同期モーターを備えるアクチュエーターであって、同期モーターは、２以上のＰ個の相を構成する複数の巻線を備えるステーターと、１以上のＡ個の永久磁石を備えるローターと、複数のスイッチを設けられたスイッチングモジュールと、永久磁石によって生じる回転電磁場に対し感度を有する、１以上で厳密にＰ未満のＮ個のホール効果センサーとを備え、アクチュエーターは、ホール効果センサー及びスイッチングモジュール６に接続された、上記の制御デバイスを備える、アクチュエーターに関する。
【００２４】
ホール効果センサーは、ステーター内に位置決めされた共有電子回路支持要素上に配置され、共有支持要素は、ディスク、ディスクセグメント、リング又はリングセグメントの形状をとることが好ましいことが有利である。そのような構成は、例えばホームオートメーションの分野において広く用いられている管状モーターに特に適している。
【００２５】
モーター内のセンサーの位置決めを選択する際の一定の度合いの柔軟性をもたらすために、共有支持要素が複数のハウジング、好ましくはＰ個のハウジングを備え、ハウジングの各々がホール効果センサーを受けるのに適しているようにすることが可能である。共有支持要素は、３つのハウジング及び２つのホール効果センサーを備えることが好ましい。１つの実施形態によれば、ハウジングは、ローターの回転軸の周りに６０度又は１２０度の角度間隔で配置される。
【００２６】
１つの好ましい実施形態によれば、ホール効果センサーは、バイナリ出力ホール効果センサーである。代替的には、ホール効果センサーは、バイナリ信号を送達する後処理段階に接続されたアナログ出力ホール効果センサーである。
【００２７】
１つの好ましい実施形態によれば、数Ａは２又は４に等しい。
【００２８】
別の態様によれば、本発明は、１つ又は複数の永久磁石を備える同期モーターの動作を管理するための制御信号を生成する方法であって、同期モーターは、Ｐ個の相を備えるステーターと、上記永久磁石（複数の場合もある）を備えるローターと、複数のスイッチを設けられたスイッチングモジュールと、上記永久磁石（複数の場合もある）によって生じる回転電磁場に対し感度を有する、２以上で厳密にＰ未満のＮ個のホール効果センサーとを備え、本方法は、
センサーによって送信されるステータス情報を取得するステップと、
モーターの動作段階を決定することからなるステップと、
ステータス情報と、モーターの動作段階と、少なくとも１つの補完情報とに基づいてスイッチングモジュールのスイッチに対し作用する制御信号を生成することからなるステップであって、この補完情報は、少なくとも１つの仮想センサーのステータスの展開を特徴付け、推定ステップ中にセンサーによって送信されるステータス情報に基づいて得られる、ステップと、
を含み、上記推定ステップは、
少なくとも１つの試験を含むステータス情報を解析して、センサーによって送信されるステータス情報が所定の十分条件を満たしているか否かを判断することからなるステップと、次に、
十分条件が満たされている場合、解析から直接、少なくとも１つの補完情報を導出することからなるステップ、又は、
十分条件が満たされていない場合、少なくとも１つの補完情報を任意に選択し、次に、後に所定の持続時間を有する時間間隔中に受信されたステータス情報に基づいて、少なくとも１つの補完情報が変更されなくてはならないか否かを決定することからなるステップと、
を含む、方法に関する。
【００２９】
当然ながら、本発明の様々な態様又は実施形態を互いに組み合わせて他の実施形態を定義することも可能である。
【００３０】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して以下の説明を読むことから明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるアクチュエーターの図である。
【図２】本発明によるアクチュエーターの永久磁石を有する同期モーターの共有回路支持要素の図である。
【図３】現行の技術水準の三相ステーターを有する同期モーターのホール効果センサーからのステータス信号の図である。
【図４】本発明による制御信号を生成する方法の実施中のセンサーのステータス信号の第１の図である。
【図５】本発明による制御信号を生成する方法の実施中のセンサーのステータス信号の第２の図である。
【図６Ａ】本発明による制御信号を生成する方法の実施中のセンサーのステータス信号の第３の図である。
【図６Ｂ】本発明による制御信号を生成する方法の実施中のセンサーのステータス信号の第４の図である。
【図７】本発明による制御信号を生成する方法の実施中のセンサーのステータス信号の第５の図である。
【図８】起動フェーズ及び加速フェーズにおける、三相ステーターを有する同期モーターの動作信号の図である。
【図９】公称定格において一定の回転速度を有する三相ステーターを有する同期モーターの動作信号の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
更に明確にするために、同一の要素は、全ての図面において、同一の参照符号を用いて識別される。
【００３３】
図１は、本発明によるアクチュエーター１０を図式的に示す。ホームオートメーション機器、例えば、保護スクリーン又は遮蔽スクリーンを駆動することを意図されるアクチュエーター１０は、永久磁石を有する同期モーター１２と、モーターのスイッチングモジュール１４と、センサー１８、２０及びスイッチングモジュール１４に接続された制御デバイス１６とを備える。
【００３４】
モーター１２は、磁気回路を形成する金属板のスタック（図示せず）と、互いから１２０度に配置された３つの相２６、２８、３０を形成する巻線２４と、２つの永久磁石３４、３６を有するローター３２とを備えるステーター２２から構成される。
【００３５】
既知の方式において、スイッチングモジュール１４は、複数の電源スイッチ（Ｋ１〜Ｋ６）を備え、これらの電源スイッチは、受信した制御信号に基づいて、モーターの相２６、２８、３０に順次電力供給し、それによって回転磁場を生成する。制御シーケンスは、ステーター２２の巻線２４に対するローター３２の相対位置に基づいて生成される。このため、所与の時点におけるスイッチ（Ｋ１〜Ｋ６）の位置は、モーター１２の相２６、２８、３０を介して、その動作を決定する制御を構成する。
【００３６】
スイッチングモジュール１４は、仮想センサーの出力信号を推定するためのモジュール３８と、制御信号４２を生成するためのモジュール４０とを備える制御デバイス１６によって制御される。これらのモジュールの各々が、以下で説明するように、モーターの動作を管理するための制御信号を生成する方法を制御デバイス１６が実施するように配置及び構成されたハードウェア及びソフトウェア手段を備える。
【００３７】
仮想センサーの出力信号を推定するためのモジュール３８は、ステーター２２に対して固定して、好ましくはステーター２２に一体化されて位置決めされた２つのホール効果センサー１８、２０に接続される。これらのセンサー１８、２０は、バイナリ出力ホール効果センサーであることが好ましい。これらのセンサーは、ステーター２２内で互いから１２０度又は６０度に位置決めされることが好ましい。
【００３８】
以下で説明されるように、推定モジュールは、２つの現実のセンサー１８及び２０のステータス信号Ｓ１、Ｓ２から、現実のセンサー１８及び２０に対し角度方向にオフセットされた第３のセンサーによって送達される信号Ｓ３を推定することを可能にする。このため、推定モジュール１１によって生成されるこの信号は、現実のセンサー１８、２０と異なり、本出願において仮想センサーとみなされる、架空のセンサーのステータスの展開を特徴付ける。
【００３９】
このため、三相ステーターを設けられたモーターについて制御信号４２及びローター３２の位置を完全に決定するには、通常、３つのセンサーが必要とされるが、本発明によるアクチュエーター１０のモーター１２は、２つのみのいわゆる現実のセンサー１８、２０を備える。したがって、以下で詳細に説明される方法は、２つのみの現実のセンサー１８及び２０によって提供される信号Ｓ１、Ｓ２から開始し、信号Ｓ１及びＳ２から仮想センサーの信号Ｓ３を構築するための中間ステップを経て、モーターのスイッチングモジュール１４のスイッチＫ１〜Ｋ６に対し作用するように制御信号４２を生成することを可能にする。
【００４０】
図２は、モーター１２のステーター２２内に配置され、その上にセンサー１８、２０が位置決めされる共有支持要素４４を図式的に示す。図２に示すように、共有支持要素４４は、実質的に平坦であり、リングセグメントの形状をとることが好ましい。この形状は、特に、管状モーターの場合に、バルクの観点から特に有利である。代替的には、共有支持要素４４は、リング、ディスク又はディスクセグメントの形態を仮定することができる。共有支持要素４４は、全てがセンサーを受けるのに適した３つのハウジング４６、４８、５０を備える。第１のセンサー１８は第１のハウジング４６内に配置され、第２のセンサー２０は第２のハウジング４８内に配置される一方、第３のハウジング５０は、設計フェーズにおいて第３の現実のセンサーを収容し、制御信号を生成する方法を有効にし、動作フェーズにおいて２つのセンサー１８、２０のためのコネクタ技術を収容するために用いられる。
【００４１】
本発明による方法の説明をより良好に理解するために、図３は、三相ステーターを備える、永久磁石を有する従来の同期モーター内に配置される３つのセンサーによって送達される信号を示す。これらのバイナリ信号は、互いに移相されている。対応する真理値表が以下に確立される。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
センサーのうちの１つを除去するために、本発明による方法は、図４〜図７によって示され、推定モジュール３８によって実行される推定アルゴリズムを含む。この推定アルゴリズムは、現実のセンサー１８及び２０によって送信されるステータス信号Ｓ１及びＳ２に基づいて、仮想センサーのステータスの展開を特徴付ける信号Ｓ３を推定することを可能にする。現実のセンサーからの信号Ｓ１、Ｓ２、及び推定アルゴリズムから結果として得られる信号Ｓ３は、次に、図８及び図９に関連して説明されるようなモジュール４０によって実行される、制御信号を生成するためのアルゴリズムを供給する。このアルゴリズムは、制御信号がスイッチングモジュール１４に送信される時点を決定することを可能にする。
【００４４】
信号Ｓ３を推定するためのアルゴリズムは、３つの連続したフェーズ、すなわち、起動時にモーターがアイドル段階を出るときに実施される初期化フェーズ、その後に続く、モーターの速度が一定でない加速フェーズ、最後に続く、公称定格に対応する一定速度のフェーズに分割することができる。適用可能な場合、後の減速フェーズにおける信号Ｓ３の推定は、一定速度のフェーズにおけるものと同じアルゴリズムに従うことができる。
【００４５】
初期化フェーズ中、目標は、非常に少ない利用可能なデータを用いて、仮想センサーからの信号Ｓ３の初期値を決定することである。このフェーズにおいて、上記の真理値表に対し行われる観測が用いられる。この表を読むとき、双方のセンサー１８及び２０が同じステータスを有するとき（例えば、センサー１８及びセンサー２０が同じステータス「００」又は「１１」を有する）、第３のセンサーは、反対のステータスを有する必要があることがわかる。この第１の観測は、２つの現実のセンサー１８及び２０のステータス信号Ｓ１、Ｓ２が同一であるとき、第３のセンサー、ここでは仮想センサーのステータス信号Ｓ３を決定することを可能にする。
【００４６】
この初期化フェーズのためのアルゴリズムの第１の実施形態が図４及び図５に示される。ここで、時間の関数としての展開が、現実のセンサー１８及び２０の信号Ｓ１及びＳ２、並びに仮想センサーから再構成された信号Ｓ３について示される。
【００４７】
図４は、信号Ｓ１及びＳ２の初期ステータスが、信号Ｓ３の値に関する選択を一切残さない場合を示す。信号Ｓ１及びＳ２は、最初に、モーターが停止しているとき（時点Ｉ０）、０であり、信号Ｓ３は、１（真理値表によれば唯一の両立する値）に位置決めされている。モーターが起動すると、モーターの回転は、まず、時点Ｉ１において信号Ｓ１のステータス変更を駆動する。信号Ｓ１及びＳ２の新たなステータス、すなわち、「１」及び「０」は、Ｓ３の先行する値（「１」）と両立するため、この値が保持される。次に、時点Ｉ２において、今度は信号Ｓ２がステータスを変更し、信号Ｓ３の先行する値は、信号Ｓ１及びＳ２の新たなステータスと両立しなくなる。次に、仮想センサーの出力信号を推定するためのモジュール３８が、値Ｓ３を変更し、これによって、この初期化フェーズが完了する。
【００４８】
図５は、信号Ｓ１及びＳ２の初期値が、同じ時点において信号Ｓ３を明確に決定することを可能にしない状況を示す。仮想センサーのステータスは、まず、（例えば、図５におけるモーメントＩ３において）現実のセンサー１８及び２０のステータスと両立するステータスの中から任意に決定され、そして、この任意のステータスは次に、所定の持続時間を有する時間間隔にわたって維持される。この時間間隔中に、現実のセンサーによって送信されるステータス信号Ｓ１及びＳ２が変動を一切示さない場合、（ここでは、図５における時点Ｉ４において）仮想センサーのステータスＳ３が変更される。このプロセスは、一定の長さの時間にわたってループで実行される。有利には、所望の起動方向、温度又は初期条件に基づいて、時間間隔の持続時間を変動させることを検討することが可能である。第１の実施形態と同様に、初期化フェーズは、信号Ｓ１及びＳ２のうちの１つの最初のステータス変更時に終了し、このステータス変更は、現在の信号Ｓ３と両立しないことにより、ここでは図５において特定される時点Ｉ５において、信号Ｓ３のステータスの変更を引き起こす。
【００４９】
図６Ａ及び図６Ｂに示される初期化フェーズにおいて実施されるアルゴリズムの第２の実施形態によれば、現実のセンサーの値及び既知の所定の回転方向に基づく計算によって仮想センサーのステータスが決定される。この実施形態を実施するために、モーターは、回転方向に対応する現実のセンサーからの信号Ｓ１、Ｓ２の値の以前に保存されたシーケンスを有するべきである。これらのシーケンスは、設置ステップ中に予め定義されるか又は学習される。図６Ａに示す事例では、モーターは、反時計回りの方向に回転するように電力供給される。初期停止時点において値「０」を想定する信号Ｓ１及び値「０」を想定する信号Ｓ２の存在下で、アルゴリズムは、最初に値「１」をＳ３に与え（真理値表に従って唯一両立する値）、次に、第１の観測されるステータス変更（ここでは、信号Ｓ２の値「１」への遷移）後に、信号Ｓ３の展開が、信号Ｓ３に割り当てられた値、及び信号が割り当てられた値を実際に想定する遷移時点によって推定される。この割り当てられた値は、回転方向に依拠し、したがって、信号Ｓ１、Ｓ２の値のための次のシーケンスに依拠する。示される例では、信号Ｓ１、Ｓ２のシーケンス（０，１）の後に、シーケンス（１，１）が続く。したがって、Ｓ３に割り当てられる値は０である。アルゴリズムは、信号Ｓ２の遷移と同時に（図示せず）、又は（図６Ａによって示されるように）時間遅延ΔＴの後に、信号Ｓ３の値「０」への遷移を生成する。信号Ｓ１、Ｓ２のシーケンス変更中にＳ３に割り当てられる値、及び信号Ｓ２の遷移に対する信号Ｓ３の遷移の潜在的な遅延ΔＴは、以前の学習の結果得られる。図６Ｂは、時計回りの方向でモーターが電力供給される事例を示す。最初に、信号Ｓ１及びＳ２は状態「１」にあり、これはＳ３において状態「０」を課す。信号Ｓ１の第１の遷移の結果として、信号Ｓ１、Ｓ２のシーケンスは（０，１）になる。図１に示される例と対照的に、検討される回転方向における信号Ｓ１、Ｓ２のための後続のシーケンスは（０，０）である。したがって、Ｓ３に割り当てられる値は１であり、遷移は、信号Ｓ１の遷移と同時に、又は時間遅延ΔＴの後にトリガーされる。現実のセンサーから到来する信号Ｓ１、Ｓ２の値のシーケンス、及び時間遅延の持続時間は、回転方向ごとの以前の学習の影響下になくてはならない。
【００５０】
図４及び図７に示すように、初期フェーズの後に加速フェーズが続き、加速フェーズ中、現実のセンサーからの信号の最後の遷移からの経過時間も考慮に入れて、所与の回転方向について、仮想センサーのステータスが決定される。推定モジュール３８は、まず、センサーＡ及びＢのうちの第１のセンサーの立ち上がりエッジ（低状態すなわち「０」から高状態すなわち「１」への遷移）と、センサーＡ及びＢのうちの他方のセンサーの立ち下がりエッジ（高状態すなわち「１」から低状態すなわち「０」への遷移）との間の持続時間ＴＭを測定し、他方の現実のセンサーの立ち下がりエッジからのＴＭに等しい長さの時間の後に、仮想センサーの信号の立ち上がりエッジを生成する。このため、図４における時点Ｉ２’において、信号Ｓ１の遷移が観測される。時点Ｉ２及びＩ２’間の持続時間ＴＭは、時間遅延値として記憶され、Ｉ２’からＴＭに等しい時間後の時点Ｉ２’’において、Ｓ３の新たなステータス変更を生成する。同様の遷移は図７に示される。次に、第２に、推定モジュール１１は、センサーＡ及びＢのうちの第１のセンサーの後続の立ち下がりエッジと、センサーＡ及びＢのうちの他方のセンサーの立ち上がりエッジとの間の持続時間ＴＤ（図７）を測定し、他方の現実のセンサーの立ち上がりエッジからＴＤに等しい長さの時間の後に、仮想センサーの信号の立ち下がりエッジを生成する。このため、推定モジュール３８による仮想信号の構築は、より近づくように継続する。加速フェーズは、回転速度が単調に変動する限り継続し、したがって、例えば、信号Ｓ１の２つの連続するステータス変更間の時間間隔が減少する限り継続する。仮想センサーのステータスを特徴付ける信号を決定するこの方法の利点は、加速フェーズ中に高い反応性を可能にすることである。
【００５１】
加速フェーズの後に公称定格フェーズが続き、公称定格フェーズの間、仮想センサーのステータスを特徴付ける信号が、現実のセンサーのうちの一方又は他方の２つの連続したステータス変更間の時間間隔の持続時間を考慮に入れて決定される。特に、これらの間隔の平均持続時間を計算することによって、類推により、仮想センサーのステータス変化が、平均持続時間に実質的に同一の持続時間を有する定期的な時間間隔において次から次へと生じなくてはならないと予測することが可能である。
【００５２】
上記の要素によって示されるように、信号Ｓ３を生成するためのアルゴリズムは、現実のセンサーによって提供される情報から仮想センサーのステータスを特徴付ける信号を再構成することを可能にする。
【００５３】
現実のセンサーからのステータス信号、及び仮想センサーからの再構成された信号に基づいて、図８及び図９に示される第２のアルゴリズムは、制御信号が送信される時点を決定するように意図され、より一般的には、スイッチングモジュール１４のスイッチに作用する制御信号の確立を可能にするように意図される。これらの時点は、特に、モーターの動作状態（アイドル、起動、加速、公称定格、減速、緊急停止等）を考慮に入れて決定される。起動から、緩停止又は緊急停止段階への推移は、ユーザーからの命令又は異常の検出時に行われる。一方、起動段階から公称定格段階への推移は、ローターの位置の展開判断規準に基づいて行われる。
【００５４】
図８は、起動時点における加速フェーズにおける、三相ステーターを備える、永久磁石を有する同期モーターの動作信号を示し、図９は、現実のセンサー１８及び２０の信号Ｓ１及びＳ２と、推定モジュール３８によって計算される信号Ｓ３とに基づいて、一定の速度の公称定格における対応する信号を示す。図８及び図９の各々の上部は、ステータス信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を示す。以下の６つの曲線は、センサーのステータス信号によって生じるスイッチ（Ｋ１〜Ｋ６）の各々のステータスの展開を時間の関数として示す。各図の下部は最後に、対応する相電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３（階段関数）、及び相の各々の端部間で生じる起電力ＦＥＭ１、ＦＥＭ２、ＦＥＭ３（平滑化関数）を示す。相電流は、相電圧と実質的に同相であることに留意するべきである。
【００５５】
図８における起動及び加速段階において、回転速度が停止から公称値に増大するとき、制御デバイス１６に統合された生成モジュール４０による、切換え、すなわち、スイッチングモジュール１４のスイッチＫ１〜Ｋ６の切換えを制御する制御信号の送信は、ステーター巻線をトラバースする電流（又は実質的に同相にある相電圧、電流及び電圧）と、逆起電力ＦＥＭ１、ＦＥＭ２、ＦＥＭ３、すなわち、移動する磁石によってこの同じ巻線の端部間で生じる電圧との間の十分な所定の移相を確保するために同期をとられる。より詳細には、図８の例において、各相について、相の巻線の端部間の電圧（周期性又は準周期性階段関数）が、永久磁石によって生じる起電力に対し移相される（目下の事例では、電圧の期間の約１２分の１の相遅延）。
【００５６】
このフェーズの間の目標は、たとえ速度を一時的に損なうことになる場合であっても、起動を保証し、トルクを最大にし、これにより電流の強度及び散逸熱を増大させることである。実際に、固定センサー１８及び２０と巻線２４との間に存在する物理的な角度シフトを考慮に入れて、この結果は、この実施形態において、現実のセンサー１８及び２０並びに仮想センサーの信号の出力エッジにおけるスイッチの切換えの同期をとることによって得られる。換言すれば、制御信号は、現実のセンサー又は仮想センサーのうちの１つのステータス変更によってマーキングされる時点において送信される。一方、この完全な同期性は、巻線２４に対する固定センサー１８及び２０の角度の位置決めが注意深く選択された場合にのみ生じることを補足しておく。より一般的には、任意の角度位置決めについて、起動及び加速フェーズにおける、相の巻線の端部間の電圧と、これらの同じ巻線における永久磁石によって生じる電磁力との間の所望の移相が、スイッチＫ１〜Ｋ６の切換えと、センサーのステータス変更との間のゼロ又は非ゼロの所定の移相Ｄ１に対応することに留意されたい。
【００５７】
所与の回転方向における対応する真理値表が以下に確立される。
【００５８】
【表２】
0006648103.tif 000003
【００５９】
図９における公称定格では、回転速度が一定でありかつ公称速度に等しいとき、同期は、巻線２４における電圧が逆起電力と同相であるように行われ、これによって磁気回路におけるフローが制限され、したがって加熱及び損失が制限される。
【００６０】
実際に、図９に示す例において、この動作モードは、起動及び加速フェーズにおいて受ける移相Ｄ１と異なる、現実のセンサー及び仮想センサーのステータス信号Ｓ１、Ｓ２及びＳ３に対するスイッチＫ１〜Ｋ６の移相Ｄ２によって得られる。より詳細には、例示として、図８は、電圧信号の期間の１２分の１の相遅延を示す。対応するアクティベーションテーブルが以下に確立される。
【００６１】
【表３】
0006648103.tif 000004
【００６２】
まとめると、センサー１８又は２０（信号Ｓ１及びＳ２）又は仮想センサー（信号Ｓ３）のうちの１つのステータス変更によってマーキングされる時点に対するゼロ又は非ゼロの時間シフトにより制御信号が生成される。これは、（起動時の）システムの反応性又は（公称定格における）出力を最大にすることを望むか否かに応じて、少なくとも、起動及び／又は加速フェーズにおける第１の値Ｄ１、及び公称定格における第２の値Ｄ２を想定する。
【００６３】
実際には、制御信号を送信するために適用される時間シフトが、起動段階及び公称定格において、永久磁石３４、３６の数と、第１のセンサー１８の位置及び第１のセンサーに隣接する第２のセンサー２０の位置によって定義される角度と、第１のセンサー１８の位置及び第１のセンサーが関連付けられた相３０、すなわち巻線の位置によって定義される角度とに基づいて決定される。
【００６４】
当然ながら、様々な代替形態が可能である。特に、回転速度が増大するときに、相電圧と、センサーのスイッチとの間の移相の連続的な変動をもたらすことが可能であり、それによって、速度が増大するときに、相電圧と、引き起こされた逆起電力との間の移相が連続的に減少する。また、段階的な変動（variation by plateaus）を用いることも可能である。回転速度は、単に、同じセンサー１８又は２０の２つのステータス変更を分離する時間によって推定することができる。この展開は、信号Ｓ１、Ｓ２及びＳ３のステータス変更と、切換え命令Ｋ１〜Ｋ６との間の時間シフトの連続変動による第２のプロセスにおいて反映される。
【００６５】
明確性の理由により、上記の説明は、三角形に構成された３つの相を備えるステーターと、２つの磁石を備えるローターとの事例に限定していたが、本発明による制御信号を生成する方法は、任意のタイプのステーター−ローター構成について、特にスター型構成について実施することができる。換言すれば、本発明による方法は、任意のタイプの多相ステーターに適用され、ローターによって支持される永久磁石の数とは無関係である。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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