(57)【要約】【課題】  スイッチトリラクタンス駆動装置を物理的ロータ位置検出器を用いることなく制御する。【解決手段】  回転子が回転しているときに電流を１つの巻線に連続的に流し、電流波形のピークまたは回転子の位置に一意的に関連するいくつかの他の特徴のいずれかを見つけることによって位置を検出する。【選択図】  図６
2004328994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの相巻線を備える固定子を有する電気機械の移動ロータの位置を決定する方法であって、
前記ロータの移動周期とは無関係な周期を有する電圧波形の電圧であって、相巻線に前記ロータの移動に関して周期的である電流波形の電流を確立する電圧を、相巻線に印加し、
電流波形のサイクルに予め定める特徴を検出し、
該特徴の発生からロータ位置を導出することを特徴とする方法。
【請求項２】
電流が前記サイクルにおいて連続的であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
連続電流が複数のサイクルに対して確立されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
電気機械はスイッチトリラクタンス機械であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
電流は相巻線に印加される電圧パルスによって確立されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
電圧パルスは一方の極性を有し、パルス間における相巻線への電圧は０ではなく逆極性を有することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
電流は実質的に定常状態であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記波形のサイクルにおける前記特徴は、電流波形の勾配の変化と実質的に一致することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記電流波形のサイクルにおける前記特徴は、機械のインダクタンスプロフィールにおける立上がりインダクタンスの開始と一致することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記電流波形のサイクルにおける前記特徴は、機械の位相の最小インダクタンスの位置と一致することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記電流波形のサイクルにおける前記特徴は、機械の位相の最大インダクタンスの位置と一致することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ロータは、該方法が開始されるとき、惰性運転していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの相巻線を備える固定子を有する電気機械の移動ロータのための位置決定システムであって、
電圧を相巻線に印加するための手段であって、電圧波形がロータの移動周期とは無関係な周期を有し、相巻線にロータの移動に関して周期的である電流波形の電流を確立する電圧を相巻線に印加するための手段と、
前記電流波形のサイクルに予め定める特徴を検出するための手段と、
該特徴の発生からロータ位置を導出ための手段とを含むことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
確立するための手段が前記サイクルにおいて連続電流を確立するように動作可能であることを特徴とする請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
確立するための手段が複数のサイクルに対して電流を連続的に確立するように動作可能であることを特徴とする請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
電気機械はスイッチトリラクタンス機械であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
電圧を印加するための手段は、一方の極性を有する電圧パルスと、０ではなく逆極性を有するパルス間における相巻線への電圧を発生させるように動作可能であることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
予め定める特徴を検出するための手段は、電流波形の勾配の変化を検出するように動作可能であることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
検出するための手段は、機械のインダクタンスプロフィールにおける立上がりインダクタンスの開始の位置と一致する電流波形の点を検出するように動作可能であることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
予め定める特徴を検出するための手段は、機械の位相の最大インダクタンスの位置と一致する点を検出するように動作可能であることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２１】
予め定める特徴を検出するための手段は、機械の位相の最小インダクタンスの位置と一致する点を検出するように動作可能であることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２２】
プロセッサにロードされたときに、請求項１〜１２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るコンピュータプログラムプロダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リラクタンス機械、特に、これには限定されないが、スイッチトリラクタンス機械におけるセンサレスロータ位置決定に関する。
【背景技術】
【０００２】
概して、スイッチトリラクタンス機械の制御および動作は、非特許文献１に記載されている。この非特許文献１は、参照によって本明細書に組込まれる。非特許文献１において、低速および高速のそれぞれにおける動作のためのスイッチトリラクタンス機械の通電の「チョッピング」モードおよび「シングルパルス」モードが記載されている。
【０００３】
典型的な先行技術の駆動装置が図１に大略的に示される。これは、バッテリまたは整流濾波されたＡＣ主電源であってもよいＤＣ電源１１を含む。電源１１によって供給されたＤＣ電圧は、電子制御ユニット１４の制御の下、電力変換器１３によってモータ１２の相巻線１６間にわたって切換える。多くの公知の変換器トポロジの１つが図２に示される。図２において、機械の相巻線１６が母線２６，２７間にわたって２つのスイッチング素子２１，２２と直列に接続される。母線２６，２７は、総称して、変換器の「ＤＣリンク」と記載される。エネルギリカバリダイオード２３，２４は、巻線と接続されて、スイッチ２１，２２が開いているとき、巻線電流をＤＣリンクに戻すことができる。「ＤＣリンクコンデンサ」として知られるコンデンサ２５は、ＤＣリンク間にわたって接続されて、電源から引き出しまたは電源に戻すことができない、いかなるＤＣリンク電流の交番成分（すなわち、いわゆる「リップル電流」）をソースまたはシンクする。実際面で、コンデンサ２５は、直列および／または並列に接続された複数のコンデンサを含んでいてもよく、並列接続が用いられた場合、いくつかの要素は、変換器の全体にわたって分布されてもよい。抵抗２８は下側のスイッチ２２と直列に接続されて電流フィードバック信号を与える。多相システムは、並列に接続された図２の「位相レッグ」、すなわち図２に示される回路を典型的に複数用いて、電気機械の位相を通電する。
【０００４】
スイッチトリラクタンス機械の性能は、一つには、ロータ位置、たとえば回転子位置に対する位相通電の正確なタイミングに依存する。回転子位置の検出は、従来、ロータ、たとえば固定子に装着される光学または磁気センサと協働する、機械の回転子に装着される歯付き回転ディスクなどの図１に大略的に示されるトランスデューサ１５を用いることによって達成される。固定子に対する回転子位置を示すパルス列が発生して制御回路に供給され、正確な位相通電を可能にする。このシステムは単純であり、多くの用途でよく使われる。しかしながら、回転子位置トランスデューサは組み立ての総費用が高く、機械に余分な電気的接続を追加するので、信頼性の欠如の原因となる可能性がある。
【０００５】
回転子位置トランスデューサを不要にする様々な方法が提案されてきている。そのいくつかが非特許文献２において検討されている。この非特許文献２は参照によって本明細書に組込まれる。
【０００６】
電気的に駆動される機械における通常の回転子位置推定のために提案されたこれらの方法の多くは、１以上の位相における位相磁束鎖交（phase flux-linkage）（すなわち、時間に対する印加電圧の積分値）および電流の測定を用いる。位置は、機械のインダクタンスの変化が角度と電流との関数であるという知識を用いて計算される。この特性は、磁束鎖交／角度／電流テーブルとして記憶されてもよく、図３に図的に示される。このデータの記憶は、大きなメモリアレイの使用および／または記憶された点間のデータの補間のための追加のシステム経費を必要とする。
【０００７】
「チョッピング」電流制御が発達したトルクを変化させるための支配的な制御方法である場合、いくつかの方法は低速におけるこのデータを用いる。チョッピング制御は、図４（ａ）に図的に示される。図４（ａ）において、電流・インダクタンス波形が位相インダクタンス期間にわたって示されている。なお、インダクタンスの変化は理想化された形で示されていることに注意されたい。これらの方法は、通常、トルクを生成しない位相（すなわち、特定の瞬間に電源から直接通電されない位相）に診断用通電パルスを必要とする。低速動作に適合した方法として、非特許文献３に提案されたものがある。この非特許文献３は、参照によって本明細書に組込まれる。診断用パルスによって取上げられる期間がインダクタンス期間の全サイクル時間と比較して小さい場合、これらの方法は相対的に低速において最もうまくいく。速度が上昇するにつれて、パルスはサイクルのより長い部分を占め、信頼性のある位置情報が利用できない位置にすぐに到達してしまう。
【０００８】
他の方法は、より高い速度における通電の「シングルパルス」モードで稼動する。このモードは図４（ｂ）に示される。図４（ｂ）において、電流・インダクタンス波形は、位相インダクタンス期間にわたって示されている。これらの方法は、正常な動作に支障をきたすことなく、動作中の位相の動作電圧および電流を監視する。典型的なより高い速度での方法は、特許文献１に記載されている。この特許文献１は、参照によって本明細書に組込まれる。
【０００９】
同時に両方のスイッチを開く代わりに、θｏｎよりも後の角度θｆで第２スイッチを開くことが都合がよい場合があり、電流を閉じたスイッチと相巻線とダイオードとによって形成されるループを循環させる。典型的な波形は図４（ｃ）に示される。この技術は「フリーホイーリング」として知られており、ピーク電流制限および音響ノイズ低減を含む様々な理由のために用いられる。
【００１０】
位置センサなしで動作するために機械データの二次元アレイを記憶しなければならないことは、自明な不利な点である。代替の方法が提案されており、該方法は、多数の角度に関して参照される情報の必要性を回避し、代わりに１つの角度におけるデータだけを記憶する。このような方法の１つが、特許文献２に記載されている。この特許文献２は、参照によって本明細書に組込まれる。この方法は、所望の位置からの計算された偏差に基づいて、診断位置を調整することによって、予め定められた角度における位相磁束鎖交および電流を求めることを目的としている。磁束鎖交は、位相に印加される電圧の大きさを（時間に関して）積分することによって推定される。２つの一次元テーブルが好ましい実施形態において記憶され、一方は基準回転子角度における磁束鎖交対電流であり、他方は回転子角度に対する磁束鎖交の微分対電流である。相電圧および相電流を監視することによって、予測される角度からの偏差が参照テーブルを用いて算定でき、したがって、システムの動作を調整できる。
【００１１】
磁束鎖交積分器ドリフト（システムにおける不所望なノイズおよび積分器における不完全性による）を回避するために、電流が０に降下し、相巻線がもはやいかなる磁束とも鎖交しない場合、各導通角の終わりにおいて０に設定される。この方法はpredictor・corrector法であり、該方法において、まず、いつ回転子が基準位置にあるであろうかを予測し、基準位置に到達したと確信するときに機械のパラメータを測定し、これらのパラメータの結果を用いて予測との誤差を検出し、その後次の基準位置に対する新たな予測を採用することによって修正処理をおこなう。
【００１２】
スイッチトリラクタンス機械の位相インダクタンスサイクルは、たとえば回転子極と関連する各固定子極が完全に整列するときの最大値間の各位相に対するインダクタンスの変化の周期である。図４（ａ）は、理想化された形状におけるインダクタンスプロフィールを示すが、実際には該プロフィールの角部は空気中における磁束のフリンジングおよび強磁性の磁路の飽和のために丸くなる。
【００１３】
シングルパルスモードにおけるスイッチトリラクタンス機械の相電流波形の形状が相巻線のインダクタンスプロフィールに関連しているということが知られている。特に、インダクタンスプロフィールの立上がり部の初期（固定子と回転子との間での重なり初め）は、相電流が位相インダクタンスサイクルの立ち上がりから立下りまで変化するときのロールオーバーに対応する。特許文献３は、この現象を議論しており、回転子位置検出法の基礎として、シングルパルスモードにおける電流の自然ピーク（natural peak）を用いている。この特許文献３は、参照によって本明細書に組込まれる。
【００１４】
しかしながら、巻線の励磁がない場合、たとえば機械が惰性運転されている、またはノイズあるいは機械的外乱によって以前の励磁の履歴が破損したという理由で励磁が失われる場合、位置を推定し、駆動装置を停止させる必要なしに励磁への継ぎ目のない移行を与えるであろう位置検出法が必要とされる。本願発明者らは、駆動装置の励磁履歴の事前の知識なしで広い速度範囲にわたって動作することができるセンサレス制御方法の必要性があることを理解している。
【００１５】
【特許文献１】国際公開第９１／０２４０１号パンフレット
【特許文献２】欧州特許出願公開第５７３１９８号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１１０９３０９号明細書
【非特許文献１】J M Stephenson and R J Blake, “The Characteristics, Design and Applications of Switched Reluctance Motors and Drives”, Paper of the PCIM'93 Conference and Exhibition, Nurnberg, Germany, June 21-24, 1993
【非特許文献２】W F Ray and I H Al-Bahadly, “Sensorless Methods for Determining the Rotor Position of Switched Reluctance Motors”, the Proceedings of The European Power Electronics Conference, Brighton, UK, September 13-16, 1993, Vol.6, pp 7-13
【非特許文献３】N M Mvungi and J M Stephenson, “Accurate Sensorless Rotor Position Detection in an S R Motor”, Proceedings of the European Power Electronics Conference, Firenze, Italy, 1991, Vol.1, pp 390-393
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、回転子位置トランスデューサを用いることなく回転子位置を決定する堅牢でかつ費用効率の高い方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、少なくとも１つの相巻線を備える固定子を有する電気機械の移動ロータの位置を決定する方法であって、
前記ロータの移動周期とは無関係な周期を有する電圧波形の電圧であって、相巻線に前記ロータの移動に関して周期的である電流波形の電流を確立する電圧を、相巻線に印加し、
電流波形のサイクルに予め定める特徴を検出し、
該特徴の発生からロータ位置を導出することを特徴とする方法である。
【００１８】
本発明において、電流が前記サイクルにおいて連続的であることを特徴とする。
本発明において、連続電流が複数のサイクルに対して確立されることを特徴とする。
【００１９】
本発明において、電気機械はスイッチトリラクタンス機械であることを特徴とする。
本発明において、電流は相巻線に印加される電圧パルスによって確立されることを特徴とする。
【００２０】
本発明において、電圧パルスは一方の極性を有し、パルス間における相巻線への電圧は０ではなく逆極性を有することを特徴とする。
本発明において、電流は実質的に定常状態であることを特徴とする。
【００２１】
本発明において、前記波形のサイクルにおける前記特徴は、電流波形の勾配の変化と実質的に一致することを特徴とする。
【００２２】
本発明において、前記電流波形のサイクルにおける前記特徴は、機械のインダクタンスプロフィールにおける立上がりインダクタンスの開始と一致することを特徴とする。
【００２３】
本発明において、前記電流波形のサイクルにおける前記特徴は、機械の位相の最小インダクタンスの位置と一致することを特徴とする。
【００２４】
本発明において、前記電流波形のサイクルにおける前記特徴は、機械の位相の最大インダクタンスの位置と一致することを特徴とする。
【００２５】
本発明において、前記ロータは、該方法が開始されるとき、惰性運転していることを特徴とする。
【００２６】
本発明は、少なくとも１つの相巻線を備える固定子を有する電気機械の移動ロータのための位置決定システムであって、
電圧を相巻線に印加するための手段であって、電圧波形がロータの移動周期とは無関係な周期を有し、相巻線にロータの移動に関して周期的である電流波形の電流を確立する電圧を相巻線に印加するための手段と、
前記電流波形のサイクルに予め定める特徴を検出するための手段と、
該特徴の発生からロータ位置を導出ための手段とを含むことを特徴とするシステムである。
【００２７】
本発明において、確立するための手段が前記サイクルにおいて連続電流を確立するように動作可能であることを特徴とする。
【００２８】
本発明において、確立するための手段が複数のサイクルに対して電流を連続的に確立するように動作可能であることを特徴とする。
本発明において、電気機械はスイッチトリラクタンス機械であることを特徴とする。
【００２９】
本発明において、電圧を印加するための手段は、一方の極性を有する電圧パルスと、０ではなく逆極性を有するパルス間における相巻線への電圧を発生させるように動作可能であることを特徴とする。
【００３０】
本発明において、予め定める特徴を検出するための手段は、電流波形の勾配の変化を検出するように動作可能であることを特徴とする。
【００３１】
本発明において、検出するための手段は、機械のインダクタンスプロフィールにおける立上がりインダクタンスの開始の位置と一致する電流波形の点を検出するように動作可能であることを特徴とする。
【００３２】
本発明において、予め定める特徴を検出するための手段は、機械の位相の最大インダクタンスの位置と一致する点を検出するように動作可能であることを特徴とする。
【００３３】
本発明において、予め定める特徴を検出するための手段は、機械の位相の最小インダクタンスの位置と一致する点を検出するように動作可能であることを特徴とする。
【００３４】
本発明は、プロセッサにロードされたときに、上述の方法を実行するように構成されるコンピュータプログラムプロダクトである。
【発明の効果】
【００３５】
１つの形態において、本発明は、機械の位相インダクタンスサイクルにおける様々な重要なイベントに関連する基本時間情報を含む波形を有する１つの相巻線において作成される連続電流を用いて移動ロータの位置を決定する方法およびシステムを提供する。これらの特徴の１つから、ロータ位置情報を導出することができる。
【００３６】
本発明の１つの利点は、たとえば図３に示されるような機械の磁気プロフィールのどのような事前の知識をも必要としないことである。こうして、該方法は、大量の記憶されたデータを必要とせず、位置を推定する波形上にノイズが存在している場合でも堅牢にすることができる。これは、上述の先行技術とは大きく異なっている。
【００３７】
本発明の実施形態は、少なくとも１つの相巻線を備える固定子とロータとを含む電気機械に対するロータ位置を決定するための方法であって、ロータが移動している間、相巻線の連続電流であって、ロータ位置に対して周期的である機械のインダクタンスプロフィールに関連する波形を有する電流を定め、波形のサイクルで予め定める特徴を検出し、前記特徴の発生からロータ位置情報を導出することを特徴とする方法を提供する。
好ましくは、電気機械はスイッチトリラクタンス機械である。
【００３８】
好ましくは、連続電流は、たとえば相巻線間に印加される電圧パルスによって定められる。電圧パルスが連続電流を定めるためだけに用いられるので、電圧パルスの発生は非同期であってもよい。このため、これらのことは位相インダクタンスサイクルのいかなる局面に対して言及される必要はない。位相に印加される電圧プロフィールは、好ましくは、電圧パルスおよびパルス間の逆極性の低振幅電圧である。
【００３９】
ロータ位置の基礎算定に対する好適な特徴は、位相インダクタンスプロフィールにおけるインダクタンスの立上がりの開始と一致する電流のロールオーバーである。
【００４０】
本発明は、特に惰性運転機械に適用可能である。なぜなら１つの相巻線に誘導される相対的に小さな電流は、機械が動作されるときに、さもなければ等価な電流波形に見つけられるロータ位置を決定するために必要とされる全ての情報を含む波形を有するからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明は、多くの方法で実行することができるが、そのいくつかが一例として、添付図面を参照して説明されるであろう。
【００４２】
記載されている説明するための実施形態は、電動機モードでの２相スイッチトリラクタンス駆動装置を用いているが、いずれの相数が、電動機モードまたは発電機モードでの駆動装置で用いられてもよい。
【００４３】
図５は、本発明の実施の一形態の方法を実施するためのシステムを示す。これにおいて、典型的に図１のものと同一である電力変換器１３が、スイッチトリラクタンス機械を制御するために設けられる。前記変換器１３はコントローラ４２によって制御され、コントローラ４２には、本実施形態において、プロセッサ、特にデジタル信号プロセッサ、たとえばＡｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ２１８１ファミリのうちの１つと、関連するプログラムと、データメモリ４６とが組込まれる。実施の他の形態では、当該技術において周知なように、マイクロプロセッサまたは他の形態のプログラマブルデバイスが組込まれる。プロセッサは、メモリ４６に記憶されたプログラムコードに従って従来の方法で動作し、本発明の方法を実行する。図示された２相機械は、固定子３０とロータ、たとえば回転子３２とを有する。固定子は、４つの極５０を有し、該極には相巻線３４，３６が巻回される。固定子は、固定子極５２を有し、機械の始動を支援するために、段付き空隙５４を有する。段付き空隙は不可欠なものではない。すなわち各回転子極の面は、従来の弓状輪郭を有していてもよい。当業者は、異なる相数または極の組合わせを備える機械が使用可能であることを理解するであろう。なぜなら本発明は、いずれの特定の機械トポロジに特有なものではないからである。
【００４４】
本発明の実施形態に従えば、データの流れは、巻線間に典型的に印加される励磁電圧と比較して小さい電圧を１つの相巻線に積極的に印加し、次いで該電圧によって誘導された電流を完全な位相サイクルの残余の部分の間フリーホイールさせることによって回転機械から導出される。電圧プロフィール、特に電圧パルスは、連続電流が相巻線に維持されるように選ばれる。パルスとして小さな電圧を注入することによって、固定子に対する回転子位置を決定するために必要とされる情報は、図６のトレースにに示される、結果として生じる周期的な相電流に作成される。本発明の方法は、移動している（たとえば回転している）が、相巻線の励磁によって電気的に駆動されている必要がない機械に関して用いられる。これは「惰性運転（coasting）」として知られている。この状況は、その動的性質のために回転子位置を定めるという特に異なる状況を予め考慮してきた。しかしながら、図６から分かるように、注入電圧は、回転子位置が決定される特徴を示す周期的な相電流波形を作成する。
【００４５】
注入電圧の大きさは、特定の駆動装置が考慮されるために注意深く選ばれなければならないが、典型的には、機械を駆動するために印加される定格励磁電圧の１０％よりも低い平均値を有している。電圧は、好ましくは１つの位相の主スイッチにＰＷＭを適用することによってメインバスから供給される。あるいは、別個の低電圧源（パルス状または時間に関して不変のいずれか）が指定された位相に接続されてもよい。いずれにしても、正の電圧の印加が相巻線の磁束鎖交を生じさせて、電圧の大きさによって決定される速度が増大する。電圧が取除かれたとき、巻線抵抗、ダイオードおよびスイッチ間の電圧降下の合計から結果として生じる負の電圧降下が磁束を生じさせ、より低い速度に低下する。電流は、以下により詳細に考慮される図６のトレースによって示されるように、常に正となり、巻線のインダクタンスプロフィールに対して周期的な安定したパターンに落ち着く。
【００４６】
機械の正常な動作とは異なり、電圧バスの完全に負の電圧が巻線に印加されたとき、周期的な部分は存在しないことに注目すべきである。電圧は、図７に示されるように、短いバーストの高い正の電圧と長い期間の非常に低い負のフリーホイリング電圧との間で交番する。巻線には非常に小さな連続磁束が存在し、生成された電流は正常動作における電流と比べて小さく、回転子の正味トルクは０である。このために、理論は、正味トルクが０である限り電圧パルスの大きさまたは持続期間には上限がないということを示唆している。しかしながら、注入電圧パルスの断続的性質は、パルスが高いレベルまで上昇した場合、邪魔になる。このことは、たとえばトルクリップルまたはある用途において受け入れることができない可能性の高いノイズを引起こし得るであろう。電圧の下限は、位相の連続電流を維持させるものである。
【００４７】
図６は、これらの条件下での相電流波形の実際のオシロスコープトレースを示す。いくつかの特徴がこのトレース上で指摘される。第一に、信号上に存在する顕著なノイズがある。このいくつかは巻線の電流を実際に示しているものであるが、いくつかは、たとえば近くでのスイッチング動作に起因する電流測定に及ぼす影響によって生じる測定誤差である。それにもかかわらず、本発明の位置検出はこれらの現象に対して堅牢であり、特別なフィルタリングが通常必要とされない。第二に、電流ピークが一様ではない。これは、電圧供給バスのリップルを含む要因の変化に起因し得る。再び、本方法はこれらの変化に対して堅牢である。なぜなら絶対電流レベルに対する比較がないからである。
【００４８】
本発明の実施形態に従えば、連続的な回転子位置情報は、動的に注入される電圧パルスによって作成される相電流のピークの発生を検出することによって利用可能である。電流波形のピークを検出する様々な方法が可能である。好適な実施形態に従えば、最も簡単な形態は、センサ３８から電流のサンプルの連続な流れを取得し、最も新しいサンプルと以前のサンプルとを比較するようにプログラムされたプロセッサ４４に対してである。両方のサンプルが等しい場合、電流波形の大きさに変化はない。したがって、時間に対する相電流の変化（ｄｉ／ｄｔ）が０の点に到達し、そこは、特許文献３に示されるように、極が重なる点であるとみなされる。しかしながら、０のｄｉ／ｄｔの検出がセンサレス問題への理想的な解決手段であるように思われるが、特にそれには限界があり、主として測定された電流波形上のノイズのために信頼できない。
【００４９】
より堅牢なアプローチは、ピーク電流到達後の下方傾斜の始まりを検出する傾斜検出方法を用いることである。これは極が重なる点の検出に遅延を必然的に挿入するけれども、該遅延は、実際には一定であり、これはコントローラに対して補償を行うことができる。したがって、コントローラは、極が重なる次の点にいつ遭遇するかを正確に予測することができる。
【００５０】
本実施形態において、傾斜検出を行うために、マイクロプロセッサ４４は、先に記載した実施におけるのと同様に、サンプルと以前のサンプルとを比較するアルゴリズムを含む。しかしながら、２つの等しいサンプルを探さないで、以前のサンプルよりも大きいか等しい全てのサンプルを無視する（すなわち波形が増加しているか平坦である場合）。一旦現在のサンプルが以前のサンプルよりも小さい点に到達すると、ピーク（ｄｉ／ｄｔが０）点を過ぎ、電流が負の傾斜で降下すると仮定することができる。この技術は、通常真のピーク後の２つのサンプルから、一定の既知量のサンプリング時間で、センサレス検出パルスを発生させる。２つのサンプリング期間のこの既知の時間は、角度制御ソフトウェアにおいて補償可能である。
【００５１】
向上した性能が、プロセッサにプログラムされたアルゴリズムを変更して、計算された第１の負の傾斜が電流波形のピーク後の真に最初のサンプルであると仮定しないで、複数のサンプルにわたる連続した負の傾斜を検出することによって達成され得る。たとえばサンプルから２以上の負の傾斜の結果を探し、いかなる０変化の結果（たとえば低速における遅い変化率と乏しいＡ／Ｄ解像度とに起因）を無視することによって、傾斜が明確に下がっていると仮定することを確実にする。検出パルスは３つのサンプルの最小値だけｄｉ／ｄｔが０の点からさらに遅延するが、それは既知量の時間であるので、これはコントローラ４２において補償可能である。
【００５２】
本発明を実施するために回転子位置の大まかな知識を有する必要が無いので、電圧のＰＷＭパルスはインダクタンスサイクルにおけるいずれの位置に印加されてもよく、すなわち電圧のＰＷＭパルスは電流波形に非同期であってよく、回転子速度の知識なしで本方法を実施することができる。図６を詳細に検討すると、ＰＷＭパルスの非同期印加がトレース上にＡ，ＢおよびＣを付した点で生じたことがわかる。点Ｃが傾斜検出が実行されている領域にあるので、電圧パルスの印加は傾斜検出において偽りの結果を生じさせるであろう。このことは、パルスの印加を、電流がたとえばピークの５０％よりも小さい電流波形の領域に限定することによって回避できる。この値は重要ではないが、傾斜検出アルゴリズムのためのクリーナ波形を提供する粗ろ過器として単に機能する。
【００５３】
電流を位置の検出のために１つの位相に流すことを単に必要とすることが上述の記載から分かる。本方法は、いかなる理由でも、他の位相における電流の有無に無関係である。しかしながら、本方法を同時に２以上の位相に適用することは有利であるかもしれず、こうして回転子位置が検出される速度を上昇させる。このことは、回転子の速度が急激に上下に変化している場合に、特に有利である。
【００５４】
図７の電圧パルスを用いて、たとえば図６の連続電流を確立するために有限の時間が必要であるということは理解されるであろう。電流がより急速に確立される必要がある場合、電圧パルスのデューティサイクルを、初めは増加させ、次いで電流の必要とされるレベルに達すると、充分なボルト−秒を与えて必要とされるレベルにおける電流を維持する幅まで減少させることができる。
【００５５】
上述の実施形態は、極の重なりの開始を検出し、したがって回転子位置を推定する。本発明の他の実施形態は、インダクタンスプロフィール上の他の点を検出する。たとえば最大インダクタンス（Ｌｍａｘ）の位置、すなわち回転子極が固定子極と完全に整列する点は、電流波形における谷部の中点を検出することによって検出することができる。インダクタンスプロフィールに対して関係を有する電流波形上の他の点は同様にして検出されてもよい。この特徴が波形の単一サイクルにおいて生じることも理解されるであろう。こうして、検出が行われるために、単一サイクルに対する電流を確立することだけが必要である。同様に、サイクル自体が連続的である必要はなく、たとえば前記特徴が検出されるためにコントローラによって観察される複数の分離した部分からなっていてもよいことは理解されるであろう。
【００５６】
本方法は、電動機または発電機として動作する機械に対して同等な利点を与えるであろう。
【００５７】
当業者は、開示された構成の変形が、特にコントローラのアルゴリズムの実施に関して、本発明から逸脱することなく可能であることを理解するであろう。該技術はスイッチトリラクタンス機械に関して記載されているが、周期的なインダクタンスプロフィールを有するいずれの機械に関して使用可能であることは明らかであろう。機械に存在していてもよいいずれかの他の位相に印加される励磁があろうとなかろうと、本方法は位相に適用可能である。また、本発明は回転機械に関して記載されているが、本発明は軌道とその上を移動する可動部との形態における固定子を有するリニア機械にも同様に適用可能である。用語「ロータ」は回転機械およびリニア機械の両方の可動部を意味するように当該技術において使用され、このように解釈できる。したがって、上述に記載のいくつかの実施形態は一例であり、限定の目的ではない。軽微な変更が、上述の動作に対する有意な変更なしに、駆動回路に対して行うことができることは当業者にとって明らかである。本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定されるように意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】典型的な先行技術のスイッチトリラクタンス駆動装置を示す。
【図２】図１の変換器の１つの位相の公知のトポロジを示す。
【図３】パラメータとして回転子位置を伴う、典型的な磁束鎖交−電流曲線を示す。
【図４】図４（ａ）はチョッピング制御における典型的な電動電流波形を示し、図４（ｂ）はシングルパルス制御における典型的な電動電流波形を示し、図４（ｃ）はフリーホイーリングを用いるシングルパルス制御における典型的な電動電流波形を示す。
【図５】本発明の実施形態であるスイッチトリラクタンス駆動装置を大略的に示す。
【図６】本発明の実施形態に係る電流波形を示す。
【図７】本発明の実施形態に係る相電圧波形を示す。
【符号の説明】
【００５９】
１１  電源
１３  電力変換器
３０  固定子
３２  回転子
３４，３６  相巻線
３８  センサ
４２  コントローラ
４４  プロセッサ
４６  メモリ
５０  固定子極
５２  回転子極
【図１】
2004328994.tif 000003
【図２】
2004328994.tif 000004
【図３】
2004328994.tif 000005
【図４】
2004328994.tif 000006
【図５】
2004328994.tif 000007
【図６】
2004328994.tif 000008
【図７】
2004328994.tif 000009