(57)【要約】【課題】ロータの停止角度位置を決定する簡単に使用できる方法を提供する。【解決手段】ロータの停止角度位置を決定する方法であって、以下のステップ（５４、５６、５８）、すなわち、ａ）連続する複数の電圧ベクトルから成るシーケンスをステータの巻線の端子に加えるステップであって、前記シーケンスは、巻線の電気的な特性を修正するようになっている第１および第２の電圧ベクトルと、これら第１および第２の電圧ベクトルを印加することによって形成されるトルクを除去するようになっている第３の電圧ベクトルとを有するステップと、ｂ）第１および第２の電圧ベクトルの印加に対する全ての巻線からの応答信号を測定するステップと、ｃ）前記ステップｂ）で測定された応答信号から±９０°の不確実性をもってロータの停止角度位置を定めるステップと、を備えている方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相同期回転電気機械（４）のステータ内でのロータの停止角度位置を決定する方法であって、前記ステータは、前記ロータを回転させる磁場を形成するようになっている複数の巻線（１０、１１、１２）を有し、前記各巻線（１０、１１、１２）が供給電圧を印加するための１または複数の端子（１４、１５、１６）を有している方法であって、
以下のステップ（５４、５６、５８；１００、１０２、６８）、すなわち、
ａ）連続する複数の電圧ベクトルから成る第１のシーケンスを前記巻線（１０、１１、１２）の前記端子に加えるステップであって、前記各電圧ベクトルは、前記各巻線の前記供給端子に同時に印加される０でない電圧の値を規定し、前記第１のシーケンスは、前記巻線（１０、１１、１２）によって形成される駆動磁場が前記ロータの磁場に足し合わされる時に前記巻線（１０、１１、１２）の電気的な特性を修正するようになっている第１および第２の電圧ベクトルと、これら第１および第２の電圧ベクトルを印加することによって形成されるトルクを除去するようになっている第３の電圧ベクトルとを有するステップと、
ｂ）前記第１の電圧ベクトルの印加に対する全ての巻線（１０、１１、１２）からの応答信号を測定し、その後、前記第２の電圧ベクトルの印加に対する応答信号を測定するステップであって、前記応答信号は前記ロータの前記停止角度位置に関連付けられる、ステップと、
ｃ）前記ステップｂ）で測定された前記応答信号から±９０°の不確実性をもって前記ロータの前記停止角度位置を定めるステップと、を備えていることを特徴とする、方法。
【請求項２】
以下のステップ（７０、７２、７４、７６；７０、１０４、１０６、７６）、すなわち、
ｄ）前記ステップａ）をｎ回繰り返すステップであって、各繰り返しにおいては、先のシーケンスの電圧ベクトルに対して角度がオフセットされた電圧ベクトルを含む複数の電圧ベクトルから成る新たなシーケンスを用いて繰り返すステップと、
ｅ）前記ステップｄ）での各繰り返しにおいて、少なくとも角度がオフセットされた前記電圧ベクトルに関し、前記電圧ベクトルの印加に対する前記各巻線から得られる、前記ロータの前記停止角度位置に関連付けられる応答信号を測定するステップと、
ｆ）前記ステップｅ）の結果を使用して、前記ステップｃ）中に定められた前記停止角度位置に関する不確実性を低減するステップと、を更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
印加される複数の電圧ベクトルから成る前記新たなシーケンスはそれぞれ、巻線（１０、１１、１２）によって形成される駆動磁場が前記ロータの磁場に足し合わされる時に前記巻線（１０、１１、１２）の電気的な特性を修正するようになっている第１および第２の電圧ベクトルと、これら第１および第２の電圧ベクトルを印加することによって形成されるトルクを除去するようになっている第３の電圧ベクトルとを更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
オフセットが任意である前記新たなシーケンスのそれぞれの少なくとも１つの前記オフセットされた電圧ベクトルのオフセット角度を自動的に選択するステップ（７０）を含むことを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記オフセット角度の選択は、前記停止角度位置に関する不確実性を半分にするように自動的に行なわれることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の電圧ベクトルおよび前記第２の電圧ベクトルが逆向きであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第３の電圧ベクトルは、前記第１の電圧ベクトルと共線関係にあることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記各シーケンスの前記第１および第２の電圧ベクトルは、振幅が同じであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記各シーケンスの全ての電圧ベクトルの振幅が同じであることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記各電圧ベクトルは、コンコルディア変換によって得られることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記各電圧ベクトルを印加することにより、前記ステータの前記各巻線（１０、１１、１２）に同時に流れる全ての電流の値に基づいて規定される電流ベクトルが現われ、前記ロータの前記停止角度位置に応じた前記応答信号は、前記電流ベクトルの振幅が０になる瞬間と、前記電流ベクトルの振幅が所定の閾値を横切る瞬間との間の経過時間であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記所定の閾値は、前記巻線（１０、１１、１２）を損傷させることなく前記巻線を流れることができる最大電流に対応していることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記各電圧ベクトルを印加することにより、前記ステータの前記各巻線に同時に流れる全ての電流の値に基づいて規定される電流ベクトルが現われ、前記ロータの前記停止角度位置に応じた前記応答信号は、前記電流ベクトルの振幅が０になる瞬間から所定時間が経過した時の前記電流ベクトルの振幅の値であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記各電圧ベクトルは、前記各巻線の１つの電圧印加端子（１４、１５、１６）だけに印加される電圧を規定することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記応答信号は、前記電圧ベクトルが印加される前記端子（１４、１５、１６）で測定されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
多相同期回転電気機械（４）のステータ内でのロータの停止角度位置を決定するようになっているコンピュータ（２２）であって、前記ステータは、前記ロータを回転させる磁場を形成するようになっている複数の巻線（１０、１１、１２）を有し、前記各巻線（１０、１１、１２）が１または複数の供給電圧印加端子（１４、１５、１６）を有しており、
ａ）連続する複数の電圧ベクトルから成る第１のシーケンスを前記巻線（１０、１１、１２）の前記端子に加えることを命令するようになっており、前記各電圧ベクトルは、前記各巻線の前記供給端子に同時に印加される０でない電圧の値を規定し、前記第１のシーケンスは、前記巻線（１０、１１、１２）によって形成される駆動磁場が前記ロータの磁場に足し合わされる時に前記巻線（１０、１１、１２）の電気的な特性を修正するようになっている第１および第２の電圧ベクトルと、これら第１および第２の電圧ベクトルを印加することによって形成されるトルクを相殺するようになっている第３の電圧ベクトルとを有し、
ｂ）前記第１の電圧ベクトルの印加に対する全ての巻線（１０、１１、１２）からの応答信号を測定し、その後、前記第２の電圧ベクトルの印加に対する応答信号を測定し、前記応答信号が前記ロータの前記停止角度位置に関連付けられており、
ｃ）前記ステップｂ）で測定された前記応答信号から±９０°の不確実性をもって前記ロータの前記停止角度位置を定めることを特徴とする、コンピュータ。
【請求項１７】
ｄ）前記ステップａ）をｎ回繰り返し、各繰り返しにおいては、先のシーケンスの電圧ベクトルに対して角度がオフセットされた電圧ベクトルを含む複数の電圧ベクトルから成る新たなシーケンスを用い、
ｅ）前記ステップｄ）での各繰り返しにおいて、少なくとも角度がオフセットされた前記電圧ベクトルに関し、前記電圧ベクトルの印加に対する前記各巻線から得られる、前記ロータの前記停止角度位置に関連付けられる応答信号を測定し、
ｆ）前記ステップｅ）の結果を使用して、前記ステップｃ）中に定められた前記停止角度位置に関する不確実性を低減することを特徴とする、請求項１６に記載のコンピュータ（２２）。
【請求項１８】
オフセットが任意である前記新たなシーケンスのそれぞれの少なくとも１つの前記オフセットされた電圧ベクトルのオフセット角度を自動的に選択することができる、請求項１６または１７に記載のコンピュータ。
【請求項１９】
前記停止角度位置に関する不確実性を半分にするようにオフセット角度を自動的に選択することができることを特徴とする、請求項１８に記載のコンピュータ。
【請求項２０】
同期回転電気機械（４）のための制御ユニットであって、
同期回転電気機械に電圧を印加するための電圧印加回路（２０）と、
前記電圧印加回路を制御するようになっているコンピュータ（２２）と、を備え、
前記コンピュータ（２２）が、請求項１６から１９のいずれか一項に記載のコンピュータであることを特徴とする、制御ユニット。
【請求項２１】
ロータを回転させるためのシステムであって、
前記ロータを回転させるようになっている同期回転電気機械（４）と、
前記同期回転電気機械（４）のための制御ユニット（８）と、を備え、
前記制御ユニットが、請求項２０に記載の制御ユニットであることを特徴とする、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期回転電気機械のステータ内でロータが停止する時のロータの角度位置を決定するための方法およびシステムであって、ステータは、上記ロータを回転させる磁場を形成するようになっている巻線を有し、各巻線が供給電圧を印加するための１または複数の端子を有している方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特に同期回転電気機械の始動時直ぐに最も適切な制御信号を加えることができるように、ロータの停止位置を決定できることは特に重要である。
【０００３】
したがって、最新の従来技術のシステムにおいて、同期回転電気機械には、ロータの角度位置に応答するセンサが設けられている。最近の研究は、位置センサを使用することなくロータの停止角度位置を測定するための方法を開発してきた。例えば、欧州特許出願公開第１１６０９６６号明細書は、相毎に励磁巻線を有するステータと永久磁石ロータとを備えた回転電気機械に適用されるこの種の方法を開示している。この回転電気機械の巻線同士は、星形の形態を成して接続されている。
【０００４】
欧州特許出願公開第１１６０９６６号明細書に開示された方法は、等しく逆の所定の値を有する連続する電圧パルス対を、それぞれ第１の巻線の端子に加え、その後、第２の巻線の端子に加えるステップと、各パルス毎に、所定時間後、星形の中立点とグランドとの間に接続された測定レジスタの端子で電圧を測定するステップと、各パルス対毎に、第１の巻線に関して、その後、第２の巻線に関して、レジスタの端子で測定された２つの電圧間の差をそれぞれ測定するステップと、既に測定された電圧間の差と角度位置との間の相関関係を示す予め記憶されたデータから、ロータの起こり得る角度位置を定めるステップと、既に定められた起こり得る角度位置から、最も起こり得る角度位置を選択するステップと、を備えている。
【０００５】
この方法は、満足なものだが、多くの不都合を有している。特に、回転電気機械の構造及びその制御ユニットを修正しなければならない。回転電気機械の巻線の端子に三相電圧を印加するようになっているインバータの他、制御ユニットには、巻線の端子に加えられるパルス対を発生する別個のジェネレータを設けなければならない。星形の中立点とグランドとの間に電圧センサを接続するためにモータを修正しなければならない。
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１１６０９６６号明細書
【非特許文献１】１９５１年のニューヨークのＪｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ（ジェネラル・エレクトリック・シリーズ）による「同期機：理論および性能」（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ：Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ロータの停止角度位置を決定する簡単に使用できる方法を提供することにより、上述の不都合を是正することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明は、前述した方法であって、ａ）連続する複数の電圧ベクトルから成る第１のシーケンスを巻線の端子に加えるステップであって、各電圧ベクトルは、各巻線の供給端子に同時に印加される電圧の値を規定し、第１のシーケンスは、巻線によって形成される駆動磁場がロータの磁場に足し合わされる時に巻線の電気的な特性を修正するようになっている第１および第２の電圧ベクトルと、これら第１および第２の電圧ベクトルを印加することによって形成されるトルクを除去するようになっている第３の電圧ベクトルとを有するステップと、ｂ）第１の電圧ベクトルの印加に対する全ての巻線からの応答信号であってロータの停止角度位置に関連付けられる応答信号を測定し、その後、第２の電圧ベクトルの印加に対する応答信号であってロータの停止角度位置に関連付けられる応答信号を測定するステップと、ｃ）ステップｂ）で測定された応答信号から±９０°の不確実性をもってロータの停止角度位置を定めるステップと、を備えていることを特徴とする、方法を提供する。
【０００９】
上記の方法は、ベクトル制御方法を使用して回転電気機械を制御する際に回転電気機械を始動して制御するためにインバータによって加えられる電圧ベクトルと同様の電圧ベクトルを、ステータの巻線の端子に加える。したがって、この種の電圧ベクトルを加えるのに、制御ユニットの適合は不要となる。特に、欧州特許出願公開第１１６０９６６号明細書に開示された方法と比較して、補助的なパルス発生器が必要とされる。また、個々の巻線の応答ではなく、ステータの全ての巻線に関して応答信号を形成する必要があるため、ニュートラルにアクセスする必要がない。
【００１０】
本発明に係る方法の他の特徴において、方法は、ｄ）ステップａ）をｎ回繰り返すステップであって、各繰り返しにおいては、先のシーケンスの電圧ベクトルに対して角度がオフセットされた電圧ベクトルを含む複数の電圧ベクトルから成る新たなシーケンスを用いるステップと、ｅ）ステップｄ）での各繰り返しにおいて、少なくとも角度がオフセットされた電圧ベクトルに関し、電圧ベクトルの印加に対する各巻線からの応答信号であってロータの停止角度位置に関連付けられる応答信号を測定するステップと、ｆ）ステップｅ）の結果を使用して、ステップｃ）中に定められた停止角度位置に関する不確実性を低減するステップと、を更に備え、印加される複数の電圧ベクトルから成る新たなシーケンスはそれぞれ、巻線によって形成される駆動磁場がロータの磁場に足し合わされる時に巻線の電気的な特性を修正するようになっている第１および第２の電圧ベクトルと、これら第１および第２の電圧ベクトルを印加することによって形成されるトルクを除去するようになっている第３の電圧ベクトルとを更に備え、また方法は、停止角度位置に関する不確実性を半分にするように、新たなシーケンスのそれぞれの少なくとも１つのオフセットされた電圧ベクトルのオフセット角度を自動的に選択するステップを有し、第１および第２の電圧ベクトルが逆向きであり、第３の電圧ベクトルは、第１の電圧ベクトルと同一直線上にあって向きが同じであり、各シーケンスの第１および第２の電圧ベクトルは、振幅が同じであり、各シーケンスの全ての電圧ベクトルの振幅が同じであり、各電圧ベクトルは、コンコルディア変換によって得られ、各電圧ベクトルを印加することにより、ステータの各巻線に同時に流れる全ての電流の値に基づいて規定される電流ベクトルが現われ、ロータの停止角度位置に応じた応答信号は、電流ベクトルの振幅が０になる瞬間と、電流ベクトルの振幅が所定の閾値を横切る瞬間との間の経過時間であり、所定の閾値は、巻線を損傷させることなく巻線を流れることができる最大電流に対応し、各電圧ベクトルを印加することにより、ステータの各巻線に同時に流れる全ての電流の値に基づいて規定される電流ベクトルが現われ、ロータの停止角度位置に応じた応答信号は、電流ベクトルの振幅が０になる瞬間から所定時間が経過した時の電流ベクトルの振幅の値であり、各電圧ベクトルは、各巻線の１つの電圧印加端子だけに印加される電圧を規定し、応答信号は、電圧ベクトルが印加される端子で測定される。
【００１１】
また、本発明は、多相同期回転電気機械のステータ内でのロータの停止角度位置を決定するようになっているコンピュータであって、ステータは、ロータを回転させる磁場を形成するようになっている複数の巻線を有し、各巻線が１または複数の供給電圧印加端子を有しており、ａ）連続する複数の電圧ベクトルから成る第１のシーケンスを巻線の端子に加えることを命令するようになっており、各電圧ベクトルは、各巻線の供給端子に同時に印加される電圧の値を規定し、第１のシーケンスは、巻線によって形成される駆動磁場がロータの磁場に足し合わされる時に巻線の電気的な特性を修正するようになっている第１および第２の電圧ベクトルと、これら第１および第２の電圧ベクトルを印加することによって形成されるトルクを除去するようになっている第３の電圧ベクトルとを有し、ｂ）第１の電圧ベクトルの印加に対する全ての巻線からの応答信号を測定し、その後、第２の電圧ベクトルの印加に対する応答信号を測定し、応答信号がロータの停止角度位置に関連付けられ、ｃ）ステップｂ）で測定された応答信号から±９０°の不確実性をもってロータの停止角度位置を定めることを特徴とする、コンピュータを提供する。
【００１２】
本発明に係るコンピュータの他の特徴において、コンピュータは、ｄ）ステップａ）をｎ回繰り返し、各繰り返しにおいては、先のシーケンスの電圧ベクトルに対して角度がオフセットされた電圧ベクトルを含む複数の電圧ベクトルから成る新たなシーケンスを用い、ｅ）ステップｄ）での各繰り返しにおいて、少なくとも角度がオフセットされた電圧ベクトルに関し、電圧ベクトルの印加に対する各巻線からの応答信号を測定し、応答信号がロータの停止角度位置に関連付けられ、ｆ）ステップｅ）の結果を使用して、ステップｃ）中に定められた停止角度位置に関する不確実性を低減するようになっており、印加される複数の電圧ベクトルから成る新たなシーケンスはそれぞれ、巻線によって形成される駆動磁場がロータの磁場に足し合わされる時に巻線の電気的な特性を修正するようになっている第１および第２の電圧ベクトルと、これら第１および第２の電圧ベクトルを印加することによって形成されるトルクを除去するようになっている第３の電圧ベクトルとを更に備えている。
【００１３】
また、本発明は、同期回転電気機械のための制御ユニットであって、同期回転電気機械に電圧を印加するための電圧印加回路と、電圧印加回路を制御するようになっている本発明に係るコンピュータとを備えている制御ユニットを提供する。
【００１４】
さらに、本発明は、ロータを回転させるためのシステムであって、ロータを回転させるようになっている同期回転電気機械と、同期回転電気機械のための制御ユニットと、を備え、制御ユニットが本発明に係る制御ユニットであることを特徴とする、システムを提供する。
【００１５】
本発明は、単なる一例として与えられた以下の説明を読むとともに添付図面を参照することによって更に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は同期回転電気機械４を示している。この同期回転電気機械４は、機械４のための制御ユニット８に接続されている。例えば、機械４は、ステータ内に収容されたロータを有する同期三相回転電動機である。ロータは、例えば、永久磁石、または、２つ以上の対向する磁極を有する巻線を備えている。この実施例において、ロータは、滑らかなロータ、すなわち、突出極が無いロータである。
【００１７】
上記のステータは、星形に接続された３つの相と、軟磁性材料電機子とを有している。ステータの各相はそれぞれの励磁巻線１０、１１、１２を有しており、これらの励磁巻線は、それが励磁されると、ロータの極を引き付け或は反発するようになっている。巻線１０は、星形の中立点と１つの電圧印加端子１４との間に接続されている。同様に、巻線１１、１２は、星形の中立点とそれぞれの電圧印加端子１５、１６との間に接続されている。
【００１８】
端子１４、１５、１６にはそれぞれ電圧ＶＡ、ＶＢ、ＶＣが印加される。巻線１０、１１、１２にはそれぞれ電流ＩＡ、ＩＢ、ＩＣが流れる。意図的に、各巻線の電流は最大電流を超えてはならず、この最大電流を超えると、機械４が破損する。このことは技術的に知られている。ＩＡｍａｘ、ＩＢｍａｘ、ＩＣｍａｘはそれぞれ、巻線１０、１１、１２における最大電流である。
【００１９】
三相電圧を端子１４、１５、１６に印加すると、巻線が回転磁場を形成する。この磁場は磁化方向を有している。
【００２０】
各磁化方向は、値がわかっている一組の電圧値ＶＡ、ＶＢ、ＶＣに対応している。巻線１０、１１、１２の３つの端子１４、１５、１６に同時に印加されるこの一組の電圧は、電圧ベクトルと呼ばれる。この電圧ベクトルの３次元空間内における座標は、同時電圧ＶＡ、ＶＢ、ＶＣによって表わされる。
【００２１】
従来、これらの電圧ベクトルの測定を容易にするため、３次元空間が、ステータに対して固定される二相座標系と称される２次元空間に換算される。ステータに対して固定されるこの二相座標系は、フランスを含む幾つかの国では、「α、β座標系」としても知られ、米国を含む他の国では、「Ｄ、Ｑ座標系」としても知られている。３次元空間から２次元空間への変換は、コンコルディア変換として技術的に知られた変換によって行なわれる。この変換に関する詳細については、１９５１年のニューヨークのＪｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ（ジェネラル・エレクトリック・シリーズ）による「同期機：理論および性能」（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ：Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を参照のこと。
【００２２】
α、β座標系において、電圧ベクトルは、コンコルディア変換により座標ＶＡ、ＶＢ、ＶＣに対して１対１もしくは全単射形態で関連付けられる２つの極座標Ｖｃｏｓθ、Ｖｓｉｎθによって規定される。
【００２３】
図２はα、β座標系の一例を示している。このα、β座標系において、ベクトルＶＴは電圧ベクトルを表わしており、また、ベクトルＶＲはロータの磁化方向を表わしている。ここで、ベクトルＶＲは、方向αに対して角度γを成しており、ベクトルＶＴは、方向αに対して角度θを成している。α、β座標系において、ベクトルＶＴは、巻線によって形成される磁場の磁化方向に向けられている。
【００２４】
特定の座標系における電圧ベクトルのこのような表示は、従来、回転電気機械を制御する技術、特に、そのような回転電気機械の出力またはトルクを制御する技術において使用されている。電圧ベクトルによる制御は、ベクトル制御として知られている。
【００２５】
また、電流ＩＡ、ＩＢ、ＩＣの瞬時且つ同時の値は、電流ベクトルＶＩの座標を形成する一組の値を規定する。電圧に関して説明した方法と同様の方法で、この電流ベクトルは、α、β座標系において２つの極座標Ｉｃｏｓω、Ｉｓｉｎωにより規定される。これらの座標は、同じコンコルディア変換により座標ＩＡ、ＩＢ、ＩＣに対して１対１もしくは全単射形態で関連付けられる。
【００２６】
明細書本文の残りの部分において、電圧ベクトルＶＴの振幅がＶで示され、電流ベクトルＶＩの振幅がＩで示され、巻線１０、１１、１２において超えられない最大電流に対応する電流ベクトルの振幅がＩｍａｘで示される。
【００２７】
制御ユニット８は、ベクトル制御法を使用して、機械４によって生み出される出力を制御する。
【００２８】
この目的のため、制御ユニット８は、三相インバータ２０と、インバータ２０を制御するためのプログラム可能なコンピュータ２２と、コンピュータ２２に制御命令を送るようになっているコントロールユニット２４とを備えている。
【００２９】
三相インバータ２０すなわち電圧変換器は、機械４の各相に電圧を印加するようになっている。この目的のため、三相インバータ２０は、第１に、ＤＣ電源２６に接続されるとともに、第２に、各端子１４、１５、１６に接続される。従来のインバータ２０は、例えば６つの絶縁ゲートバイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）を基本としている。その構造については、ここでは説明しない。
【００３０】
コンピュータ２２は、インバータ２０の各ＩＧＢＴをＯＮおよびＯＦＦするようになっている。これにより、上記のインバータは、所定の電圧ベクトルに対応する電圧を、機械４の端子１４、１５、１６に印加する。特に、コンピュータ２２は、機械４のロータの回転開始を命令するとともに、ロータ回転速度および機械４によって生み出されるトルクや出力等の機械４の様々な動作パラメータを与えるようになっている。
【００３１】
この目的のため、コンピュータ２２は、機械４のために従来のベクトル制御アルゴリズムを実行するようになっている。このアルゴリズムは、ユニット２４によって送られた制御命令を、端子１４、１５、１６に加えられる一連の電圧ベクトルに変換するようになっている。
【００３２】
制御ユニット２４は、機械４を始動、加速、減速させるようにコンピュータ２２に命令を送るようになっている。制御ユニットは、自動で作動され、あるいは、オペレータにより手動で作動される。
【００３３】
ここで説明される実施形態において、プログラム可能なコンピュータ２２は、図３に関して説明するロータの停止角度位置を決定する方法を実行するようになっている。特に、プログラム可能なコンピュータ２２は、タイムカウンタ３０を実行する。
【００３４】
最後に、コンピュータ２２は、３つの電流センサ３２、３３、３４に接続されている。センサ３２、３３、３４は、電流ＩＡ、ＩＢ、ＩＣを同時に測定するために、巻線１０、１１、１２に接続されている。
【００３５】
前述した種類の機械において、ステータによって形成される磁場は、ロータによって形成される磁場と干渉する。ステータの磁化方向がロータの磁化方向に近い場合、磁場同士が足され、ステータの磁性材料中に形成される磁場は強い。一方、ステータによって形成される磁化方向がロータの磁化方向と逆である場合、磁場同士が打ち消し合い、ステータの磁性材料中に形成される磁場は弱い。
【００３６】
これらの条件下で、ステータによって形成される磁場の強さを適切に選択するため、ステータの磁場およびロータの磁場が足し合うと、磁性材料が飽和するに至る。これに対し、ステータの磁場およびロータの磁場が互いに打ち消し合うと、ステータの磁性材料は飽和しないままとなる。磁性材料が飽和すると、巻線１０、１１、１２のインダクタンスが減少し、電圧に印加に伴って巻線の電流が速く増大する。したがって、巻線の電流特性の変化は、ロータの位置に関連付けられ或は結び付けられる。すなわち、これらの変化は、α、β座標系におけるベクトルＶＴとベクトルＶＲとの間の角度差に反比例する。一方、ベクトルＶＴの方向がベクトルＶＲの方向から離れている場合、磁性材料は飽和せず、強さがゆっくりと変化する。
【００３７】
図３の方法は、この原理を使用して、ロータの停止角度位置を決定する。
【００３８】
機械４のロータが一対の極だけを有している簡略化された状況において、図３の方法を説明する。
【００３９】
図３の方法は、ロータの停止角度位置を＋または−９０°内に決める第１の段階５０を有し、その後、第２の段階５２によって不確定な範囲が絞られる。
【００４０】
第１の段階５０において、コンピュータ２２は、一連の電圧ベクトルを加えるステップ５４と、ロータの角度位置に関連付けられた信号を測定するステップ５６とを同時に実行する。
【００４１】
ステップ５４において、コンピュータは、例えば、３つの連続する電圧ベクトルＶ１、Ｖ２、Ｖ’１’だけから成る一連の電圧ベクトル（シーケンス）を加えるように命令する。ここで説明される実施形態において、これらの電圧ベクトルは、等しい振幅Ｖ０からなる。選択された振幅Ｖ０が十分に大きいため、その振幅がＩｍａｘに等しい電流ベクトルの出現、および、Ｉｍａｘに達するまでにかかる十分に小さい時間間隔を、精度良く測定できる。
【００４２】
Ｖ１およびＶ２は互いに反対方向であり、Ｖ’１は、Ｖ１と同じ方向であり、Ｖ１上に重ね合わされる。ベクトルＶ１、Ｖ２は、ロータの磁化方向ＶＲと共に、図４のα、β座標系中に表わされる。ベクトルＶ１とα、β座標系のα軸との間の最初の角度は、任意に選択することができる。例示の目的で、ここでは、最初の角度が０°と等しくされている。
【００４３】
ここで、電圧ベクトルは、例えば三相電圧ベクトルである。したがって、各電圧ベクトルの座標を形成する電圧の値ＶＡ、ＶＢ、ＶＣは、角度２π／Ｎだけ互いに対して位相シフトされている。ここで、Ｎは、ステータの相の数であり、この実施例では３に等しい。
【００４４】
このステップ５４において実行される工程について、図５を参照しながら説明する。図５は、端子１４、１５、１６に加えられる電圧ベクトルＶＴの振幅の経時的な変化、および、対応する電流ベクトルＶＩの振幅の経時的な変化を示している。
【００４５】
ステップ５４は、電流ベクトルの振幅が最大電流Ｉｍａｘに達しない限り端子１４、１５、１６に電圧ベクトルＶ１を加える第１の工程６０で始まる。電流ベクトルの振幅Ｉは最初は０である。電圧ベクトルＶ１が加えられるに伴って、電流ベクトルの振幅Ｉは、時間Ｔ１にわたって電流Ｉｍａｘまで次第に増大する。
【００４６】
この時間Ｔ１において、コンピュータ２２は、端子１４、１５、１６に電圧ベクトルＶ２を加える工程６２を実行する。
【００４７】
その後、電流ベクトルの振幅Ｉは、減少して０の値を横切り、その値が−Ｉｍａｘに達するまで減少し続ける。電流ベクトルの振幅Ｉが０になる瞬間と、電流ベクトルの振幅ＩがＩｍａｘになる瞬間との間の時間間隔がＴ２で示されている。
【００４８】
電流ベクトルの振幅Ｉが値Ｉｍａｘに達すると、コンピュータは、電圧ベクトルＶ’１を加える工程６４を直ちに実行する。この電圧ベクトルＶ’１の印加に伴って、電流ベクトルの振幅が減少する。振幅Ｉが０値に達すると、コンピュータは、電圧ベクトルＶ’１の印加を中断する。
【００４９】
曲線Ｉの下側の面積は、モータのトルクに比例する。工程６０によって形成される面積は、工程６２によって形成される面積と完全に一致しない。したがって、電圧ベクトルＶ１、Ｖ２は反対方向であるが、工程６０中または工程６２中において、ステータの磁性材料の飽和に起因して、残留トルクが存在する。その結果、第１の電圧ベクトルの一方向での印加、および、その後の第２の電圧ベクトルの反対方向での印加は、ロータを動かないようにするために十分ではない。したがって、この問題を解決するため、図３の方法では、残留トルクを除去するべく第３の電圧ベクトルＶ’１が加えられる。工程６４中における曲線Ｉの下側の面積が残留トルクを完全に除去しているのが分かる。
【００５０】
コンピュータ２２は、ステップ５４と同時にステップ５６を実行する。ステップ５６は、時間間隔Ｔ１、Ｔ２を測定する又は決定することから成る。
【００５１】
ステップ５４、５６の後、コンピュータは、ロータの角度位置を±９０°に定めるステップ６８に進む。このステップ６８の間、コンピュータは、所要時間Ｔ１と所要時間Ｔ２とを比較する。持続時間Ｔ１が所要時間Ｔ２よりも短い場合、ベクトルＶＲの角度γは−９０°から＋９０°である。持続時間Ｔ１が所要時間Ｔ２よりも短くない場合、ベクトルＶＲの角度γは＋９０°から−９０°である。Ｔ１がＴ２と等しい場合、ベクトルＶＲの角度γは＋９０°または−９０°に等しい。
【００５２】
考えられる１つの最初の角度位置の範囲をこのように決定した後、コンピュータは段階５２に進む。段階５２の間、コンピュータは、新たな一連の電圧ベクトル（新たなシーケンス）を加えて、先に定めた角度位置の範囲を絞り込むように命令する。この目的のため、段階５２は、段階５０中に加えられた一連の電圧ベクトル（シーケンス）に対する新たな一連の電圧ベクトル（新たなシーケンス）の角度オフセットを自動的に選択する工程７０で始まる。ステップ７０の最初の繰り返し中、角度オフセットは、意図的に９０°と等しくされる。そのため、新たなシーケンスは、最初のシーケンスに対して角度が９０°オフセットされている点を除き、段階５０におけるそれと同じである。ここで、新たなシーケンスは、α、β座標系の軸αに対して９０°の角度を成すベクトルＶ３と、α、β座標系の軸αに対して２７０°の角度を成すベクトルＶ４と、ベクトルＶ３と同じ方向の電圧ベクトルＶ’３とを備えている。新たなシーケンスの角度オフセットは、ロータの考えられる角度位置の範囲または先に定められたロータの角度位置に関する不確実性を２つの等しい部分に分割するために選択される。
【００５３】
図４はベクトルＶ３およびベクトルＶ４を示している。
【００５４】
その後、コンピュータは、複数の電圧ベクトルから成るこの新たなシーケンスを加えるステップ７２と、ロータの角度位置に関連付けられた応答信号を測定するステップ７４とを同時に実行する。
【００５５】
ステップ７２、７４はそれぞれ、ステップ７０中に定められた新たなシーケンスを使用する点を除き、ステップ５４、５６と同じである。
【００５６】
ベクトルＶ３、Ｖ４の印加中に測定された所要時間がそれぞれＴ３、Ｔ４で示されている。
【００５７】
ステップ７２、７４が実行されると、コンピュータは、新たな結果を使用して先に定めた範囲を絞り込むステップ７６を実行する。
【００５８】
このステップ中、コンピュータは、ステップ５６、７４中に測定された各所要時間ＴＩを比較して、最も短い２つの所要時間がどれであるかを判断する工程を実行する。ここで説明する実施例においては、ロータの角度位置を示す角度γがほぼ５０°であるため、２つの最も短い所要時間はＴ１およびＴ３である。
【００５９】
図４に示されるように、所要時間Ｔ１が所要時間Ｔ３よりも短い場合、ベクトルＶＲは０から４５°の角度範囲である。
【００６０】
所要時間Ｔ１が所要時間Ｔ３よりも長い場合、角度γは４５°から９０°であり、所要時間Ｔ１が所要時間Ｔ３と同じである場合、角度γは４５°である。したがって、このステップ７６の後、ロータの角度位置が＋または−２２．５°の範囲内にあることが分かる。
【００６１】
ロータの角度位置に関する不確実性がかなり大きいと考えられる限り、ステップ７０から７６が繰り返される。
【００６２】
ステップ７０の次の繰り返し中、新たなシーケンスの角度オフセットが４５°に等しくされ、これによって、４５°から９０°の範囲が２つの等しい部分に分けられる。
【００６３】
したがって、ステップ７０から７６のこの２回目の実行後、ロータの角度位置が＋または−１１．２５°の範囲内にあることが分かる。
【００６４】
二分法原理にしたがって不確実性を半分にする角度オフセットを選択すると、ロータの角度位置に関する不確実性が急速に減少する。
【００６５】
ここで説明した実施例においては、ロータの角度位置に関する不確実性が＋または−１°を下回るまで、ステップ７０から７６が繰り返される。
【００６６】
各繰り返し時に角度位置に関する不確実性が２分割され且つ最終的な不確実性が＋または−２２．５°を下回らなければならない特定の場合、ステップ６８およびステップ７０の最初の繰り返しは実行されない。この特定の場合、ステップ７０の最初の繰り返し中に選択された角度オフセットは、ステップ６８中に定められた結果に関係無く、同じである。その結果、ステップ５４、５６中に使用された一連の電圧ベクトルに対して角度が９０°オフセットされた一連の電圧ベクトルを使用して、ステップ７２、７４の最初の繰り返しを行なうことにより、ステップ５４、５６からステップ７２、７４へと直接に進むことができる。
【００６７】
図３の方法は、ロータが複数の極対を有する状況に容易に適合できる。複数の極対を有するロータの位置は、常に、α、β座標系における１つの電圧ベクトルＶＲによって表わされる。その結果、図３の方法を全く同じ方法で適用できる。図３の方法の最後に、ロータの１つの極対の位置だけが分かるが、これだけで十分に電動機を制御できる。
【００６８】
図６は、ロータの停止角度位置を決定する方法の第２の実施形態を示している。この方法は、図３の方法のステップ５４、５６、７２、７４をステップ１００、１０２、１０４、１０６にそれぞれ取って代えた点を除き、図３の方法と同じである。
【００６９】
この方法においては、もはや、電流閾値に達するまでにかかる時間Ｔｉが電圧ベクトルの各印加中に測定されないが、所定の所要時間Ｄ１において電圧ベクトルの各印加中に達する電流が測定される。
【００７０】
この目的のため、ステップ１００は、３つのベクトルＶｉ１、Ｖｉ２、Ｖｉ３によって形成される電圧ベクトルから成る第１のシーケンスを印加することから成る。これらのベクトルＶｉ１、Ｖｉ２、Ｖｉ３の方向および振幅はそれぞれ、図５に関して説明したベクトルＶ１、Ｖ２、Ｖ３のそれと同じである。
【００７１】
このステップ１００中に実行される工程について、図７を参照しながら説明する。図７は、端子１４、１５、１６に加えられる電圧ベクトルの振幅の経時的な変化、および、それに伴って得られた電流ベクトルＶｉの振幅の経時的な変化を示している。
【００７２】
ステップ１００中、コンピュータは、最初、所定の一定の所要時間Ｄ１中にだけベクトルＶｉ１を加えるように命令する。
【００７３】
その後、コンピュータは、電流ベクトルの振幅Ｉが相殺されるのを待つ。振幅Ｉが初めて除去されたら、その後、コンピュータは、所要時間Ｄ１と等しい所要時間Ｄ２の間、ベクトルＶｉ２を加えるように命令する。そして、ベクトルＶｉ２の印加を停止した直後、コンピュータは、電圧ベクトルＶｉ１、Ｖｉ２の印加によって形成されるロータの残留トルクを除去し且つ電流ベクトルの振幅Ｉを０まで減少させるようにその振幅が計算された電圧ベクトルＶｉ３を印加する。
【００７４】
ベクトルＶｉ１の印加後およびベクトルＶｉ２の印加後のＩの値がそれぞれ、Ｉ１およびＩ２で示されている。
【００７５】
ステップ１０２は、値Ｉ１、Ｉ２を決定することから成る。したがって、この実施形態においては、値Ｉ１、Ｉ２が図３の方法で使用されたＴ１、Ｔ２に取って代わる。
【００７６】
ステップ１０４、１０６は、これらがステップ７０中に選択された電圧ベクトルから成る新たなシーケンスに適用される点を除き、それぞれステップ１００、１０２と同じである。
【００７７】
図６の方法においては、ロータおよびステータの磁場が足し合わされて軟磁性材料が飽和する時であっても、値Ｉ１またはＩ２が最大電流Ｉｍａｘを超えないように、所要時間Ｄ１が選択される。
【００７８】
三相同期回転電気機械の特定の場合において図３および図６の方法を説明してきたが、説明したこれらの方法は、多相同期回転電気機械にも好適である。上記の方法は、加えられる電圧ベクトルが機械のステータが有する相数と同じ数の座標を有している点を除き、図３および図６の方法と同じである。
【００７９】
最後に、注目すべき興味深い点は、欧州特許出願公開第１１６０９６６号明細書に開示されているような従来の方法とは対照的に、図３および図６の方法は、測定された信号とロータの考えられる各角度位置との間の関係を定めるデータを、制御ユニットのメモリ内に記憶する必要がないという点である。したがって、各タイプの電動機のために予めこのデータを定める必要無く、ここで説明した制御ユニット８を任意のタイプの電動機に接続することができる。
【００８０】
１つの変形例においては、電流センサ３４が除去される。三相モータが平衡する場合、電流ＩＡ、ＩＢ、ＩＣの合計は０であり、電流センサ３２、３３によって測定された電流ＩＡ、ＩＢの値から電流ＩＣの値を簡単に計算できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係るシステムの構造を示す図である。
【図２】ステータに対して固定された二相座標系において電圧ベクトルを表わすグラフである。
【図３】本発明に係る第１の方法のフローチャートである。
【図４】ステータに対して固定された二相座標系における２つの一連の電圧ベクトルを示す。
【図５】一連の電圧ベクトルを加えた際の電圧および電流の経時的な変化を示す。
【図６】本発明に係る第２の方法のフローチャートである。
【図７】図６の方法の場合において、一連の電圧ベクトルを加えた際の電圧および電流の経時的な変化を示す。
【符号の説明】
【００８２】
４  多相同期回転電気機械
８  制御ユニット
１０、１１、１２  巻線
１４、１５、１６  電圧印加端子
２０  電圧印加回路
２２  コンピュータ
２４  コントロールユニット
２６  ＤＣ電源
３０  タイムカウンタ
３２、３３、３４  電流センサ
５０、５２、６０  段階
５４、５６、６８、７０、７２、７４、７６、１００、１０２、１０４、１０６  ステップ
６０、６２、６４、７０  工程
Ｉ、Ｉ１、Ｉ２、Ｉｍａｘ、ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＡｍａｘ、ＩＢｍａｘ、ＩＣｍａｘ  電流
ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ  電圧
Ｖ０  振幅
Ｖｃｏｓθ、Ｖｓｉｎθ  極座標
ＶＲ、ＶＩ、ＶＴ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ’１、Ｖ’３、Ｖｉ１、Ｖｉ２、Ｖｉ３  ベクトル
α  方向
γ、θ  角度
Ｉｃｏｓω、Ｉｓｉｎω  極座標
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔｉ  時間
Ｄ１  所要時間
【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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【外国語明細書】
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