(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、ステータと、複数の相巻線とを有しており、各相の磁気特性の周期的変化にしたがってロータがステータに関して移動可能な切換えリラクタンスマシンのロータ位置を決定する方法において、
磁気特性の各周期的変化におけるステータに関するロータの基準位置を規定し、
基準位置の１つに到達した時間の推定値におけるマシンの１以上の特性を抽出し、
抽出された特性からロータ位置を導出し、
低速度範囲および少なくとも第１の高速度範囲を含んでいる１組のロータの速度範囲を規定し、
ロータ速度の速度範囲がどの速度範囲にあるかを決定し、
ロータ速度が低速度範囲以外である場合には、次のロータ位置の導出のための時間を大きくするために、次の基準位置を越えてロータの回転を進めて前記１以上の特性を再び抽出するステップを含んでいるロータ位置の決定方法。
【請求項２】
回転を進めた値は基準位置の整数である請求項１記載の方法。
【請求項３】
次の基準位置を越えて進めた値は、１つの相インダクタンスサイクルの分数である請求項１記載の方法。
【請求項４】
分数はｍ／ｎであり、ｎは相の数であり、ｍはｎより小さい整数である請求項３記載の方法。
【請求項５】
１組の速度範囲は第２の高速度範囲を含んでおり、ロータ速度が第２の高速度範囲にある場合には次の基準位置を越えた回転を進める値は１以上の相インダクタンスサイクルである請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
抽出された特性は、相電流および対応した相巻線中の漏れ磁束を示す信号を供給するために使用される請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
抽出された特性は、相電流および対応した巻線の両端間に印加された電圧である請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
抽出された特性からロータ速度を検出する請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
複数の相巻線を有するステータと、
ステータに関して移動可能なロータと、
マシンの各相の磁気特性の各周期的変化におけるステータに関するロータの基準位置によりプログラムされた制御装置とを具備しており、
前記制御装置は、
マシンの１以上の抽出された特性からロータ位置を導出する手段と、
基準位置の１つに到達した時間の推定値におけるマシンの１以上の特性を抽出する手段と、低速度範囲と少なくとも第１の高速度範囲とのいずれにロータの速度範囲が位置しているかを決定する手段とを有しており、
前記制御装置はさらに、ロータ速度が低速度範囲以外の速度範囲にある場合には、ロータ位置の次の導出のための時間を大きくするために、後続する次の基準位置を越えてロータの回転を進めて、その後、前記抽出する手段が前記１以上の特性を再び抽出するように構成されている切換えリラクタンス駆動システム。
【請求項１０】
前記決定する手段は、決定されたロータ速度を第１の高速度範囲に割当てるように動作し、ロータ速度が第１の高速度範囲に割当てられた場合には制御装置は相インダクタンスサイクルの分数だけ次の基準位置を越えてロータの回転を進めるように動作する請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
分数はｍ／ｎであり、ｎは相の数であり、ｍはｎより小さい正の整数である請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記決定する手段は、決定されたロータ速度を第２の高速度範囲に割当てるように動作し、ロータ速度が第２の高速度範囲に割当てられた場合には制御装置は１以上の相インダクタンスサイクルだけ次の基準位置を越えてロータの回転を進めるように動作する請求項１１乃至１３のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１３】
抽出された特性からロータ速度を導出する手段を具備している請求項９乃至１２のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１４】
ステータ、ロータおよび複数の相巻線を備えている切換えリアクタンスマシンにおける単一パルスモードで動作されるときのロータ位置の決定方法において、
マシンの磁気特性の各周期的変化におけるステータに関するロータの基準位置を規定し、
ｎ番目ごとの基準地点に到達した時間の推定値においてマシンの１以上の特性を抽出し、ここでｎは２以上であり、
抽出された特性からロータ位置を導出するステップを含んでいるロータ位置の決定方法。
【請求項１５】
ｎは変数である請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
ｎの値は、ステータに関するロータの速度にしたがって決定される請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
抽出された特性は、相電流および対応した相巻線中の漏れ磁束を示す信号を供給するために使用される請求項１４乃至１６のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切換えリラクタンスマシンにおけるロータ位置検出に関し、とくに、ロータ位置を測定するためのセンサなしに動作されるマシンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、リラクタンスマシンは、磁気回路のリラクタンスが最小にされる、すなわち、励起巻線のインダクタンスが最大にされる位置にその可動部分が移動する傾向によってトルクが発生される電気マシンである。１つのタイプのリラクタンスマシンでは、ロータの角度位置を検出し、ロータ位置の関数として相巻線を付勢する回路が設けられる。このタイプのリラクタンスマシンは一般的に切換えリラクタンスマシンとしてよく知られている。それはモータまたは発電機として動作されてもよい。このような切換えリラクタンスマシンの特性はよく知られており、たとえば、ここにおいて参考文献とされている文献（“The characteristics,design and application of switched reluctance motors and drives ”by Stephenson and Blake ，PCIM'93 ，Nurnberg, 21-24 June 1993 ）に記載されている。この文献には、相巻線の特有の周期的に変化するインダクタンスを同時に生成する切換えリラクタンスマシンの特徴が記載されている。
【０００３】
図１は典型的な切換えリラクタンス駆動システムの主要な構成要素を示している。入力直流電源11は、電池または整流され濾波された交流電源であり、大きさが固定または可変であることができる。電源11により与えられる直流電圧は、電子制御装置14の制御下でパワー変換器13によりモータ12の相巻線16を横切って切換えられる。このスイッチングは、駆動装置を適切に動作するためにロータの回転角度に正確に同期されなければならない。代表的に、ロータの角度位置を示す信号を供給するためにロータ位置検出器15が使用される。このロータ位置検出器15の出力はまた速度フィードバック信号を発生するために使用されることができる。電流フィードバックは、１以上の相巻線中の電流を抽出する電流トランスデューサ18によって制御装置14中で行われる。
【０００４】
ロータ位置検出器15は多数の形態をとることができ、たとえば図１に概略的に示されているハードウェアの形態を取ってもよい。いくつかのシステムにおいて、ロータ位置検出器15は、パワー変換器13中における装置の異なるスイッチング配置が要求される位置にロータが回転するたびに状態を変化させる出力信号を与えるロータ位置トランスデューサを具備することができる。別のシステムでは、位置検出器は、駆動システムのその他の監視されたパラメータから位置を計算または評価するソフトウェアアルゴリズムであることができる。これらのシステムは、位置を測定するロータに関連した物理的トランスデューサを使用しないため、しばしば“無センサ位置検出器システム”と呼ばれる。技術的によく知られているように、信頼性のある無センサシステムを必要として多数の異なった方法が提案されている。
【０００５】
切換えリラクタンスマシンの相巻線の付勢は、ロータの角度位置の検出に依存する。これは、モータとして動作しているリラクタンスマシンのスイッチングを示した図２および３を参照して説明される。図２は、矢印22にしたがってステータ25のステータ磁極21に接近しているロータ磁極20を有するロータ24を示している。図２に示されているように、完全な相巻線16の一部分23は、ステータ磁極21の周囲に巻かれている。ステータ磁極21に巻かれた相巻線16の一部分23が付勢されたとき、ロータに力が加えられ、ロータ磁極20を引張ってステータ磁極21と整列させるように作用する。図３は、ステータ磁極21に巻かれた部分23を含んでいる相巻線16の付勢を制御するパワー変換器13における典型的なスイッチング回路を全体的に示す。スイッチ31および32が閉じられたとき、相巻線は直流電源に結合され付勢される。積層形状、巻線トポロジおよびスイッチング回路のその他多数の構造が技術的に知られている。これらのうちのいくつかは、上述したStephenson＆Blake 氏による文献に記載されている。切換えリラクタンスマシンの相巻線が上述のように付勢されたとき、磁気回路中の磁束によって設定された磁界が円周方向の力を生成し、それによって、説明したように、ロータ磁極が引っ張られ、ステータ磁極と一線に整列する。
【０００６】
一般に、相巻線は、以下のようにロータの回転を行うように付勢される。ロータの第１の角度位置（“ターンオン角度”、θONと呼ぶ）において、制御装置14がスイッチング装置31および32の両者をオンに切換えるためにスイッチング信号を供給する。スイッチング装置31および32がオンのとき、相巻線16は直流バスに結合され、マシン中に生成された磁束を増加させる。この磁束はエアギャップ中に磁界を発生し、この磁界がロータ磁極に作用してモータトルクを生じさせる。マシン中の磁束は、スイッチ31および32と相巻線16とを通って直流電源から流れる電流により与えられる起磁力（ｍｍｆ）により支持される。一般に、電流フィードバックが使用され、相電流の大きさは、スイッチング装置31および32の一方または双方をオンおよびオフに急速に切換えることによる電流のチョッピングによって制御される。図４の（ａ）はチョッピング動作モードの典型的な電流波形を示し、ここでは電流は２つの固定したレベル間でチョッピングされている。モータ動作において、ターンオン角度θONは、しばしばロータ上の磁極間の空間の中心線がステータ磁極の中心線と整列するロータ位置であるように選択されるが、それ以外の角度であってもよい。
【０００７】
多数のシステムにおいて、ロータが“フリーホイール角度”θFWと呼ばれる角度に到達するように回転するまで、相巻線は直流バスに接続されたままである  （あるいは、チョッピングが使用された場合は断続的に接続されたままである）。ロータがフリーホイール角度に対応した角度位置（たとえば図２で示されている位置）に到達したとき、たとえば31のようなスイッチの一方がオフに切換えられる。その結果、相巻線を流れる電流は流れ続けるが、スイッチの一方だけ（この例では32）、およびダイオード33／34の一方だけ（この例では34）を通って流れることになる。フリーホイール期間中は、相巻線を横切る電圧降下は小さく、磁束は実質的に一定のままである。“ターンオフ角度”θOFF として知られている角度位置にロータが回転するまで（たとえば、ロータ磁極の中心線がステータ磁極の中心線と整列されたとき）、回路はこのフリーホイール状態である。ロータがターンオフ角度に到達したとき、スイッチ31および32の両者はオフに切換えられ、相巻線23中の電流はダイオード33および34を通って流れ始める。ダイオード33および34は直流バスから逆方向に直流電圧を供給し、マシン中の磁束（それ故、相電流）を減少させる。その他のスイッチング角度およびその他の電流制御レジメの使用は技術的に知られている。
【０００８】
マシンの速度が増加すると、電流がチョッピングレベルに上昇する時間は少なくなり、駆動装置は通常“単一パルス”動作モードで動作する。このモードでは、ターンオン、フリーホイール、ターンオフ角度が、たとえば速度および負荷トルクの関数として選択される。いくつかのシステムはフリーホイールの角度期間を使用せず、すなわち、スイッチ31および32は同時にオンおよびオフに切換えられる。図４の（ｂ）は、フリーホイール角度がゼロである代表的なこのような単一パルス電流波形を示す。ターンオン、フリーホイール、ターンオフ角度の値は予め定められ、必要とされるとき制御システムによって検索されるようにある適切なフォーマットで記憶されることが可能であり、あるいはそれらは実時間で計算されるか演繹されることができることはよく知られている。
【０００９】
ここにおいて参考文献とされている文献（"Sensorless methods for determining the rotor position of switched reluctance motors",Ray et al,Proc EPE'93 Conference,Brighton ,UK,13-16 Sep.93,Vol 6,pp7-13 ）には、多数の無センサシステムが概説され、類別されている。結論としては、動作範囲全体に対する動作について、いずれの方法も満足できるものではなかった。ロータ位置が予測されることとなる磁束および電流測定方法が開示されている欧州特許出願第EP-A-0573198号明細書(Ray) （ここにおいて、やはり参考文献とされている）には、高速（すなわち、単一パルス）モードでの既知の動作方法の１つが記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ほとんどの無センサ位置検出器方法に共通する問題は、ロータ位置を予測するために必要な計算に有限量の時間を要することである。市販のマイクロプロセッサおよびデジタル信号プロセッサを使用した場合、この時間は、マシンがチョッピングモードにある相期間と比較して一般に短い。しかしながら、マシンの速度が上昇するにしたがって、動作モードは単一パルスモードに変化し、相期間は短くなり、結局、マシンの正しい動作を続行するためにもはや計算が間に合うように行われることのできない速度となる。この問題は、たとえば、文献（"A self-tuning controller for switched reluctance machines" by Russa et al,PESC98,29th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference,Fukuoka Japan,17-22 May 1998,Vol.2,pp1269-1275）において研究者により広く報告されている。
【００１１】
本発明の目的は、高速で動作可能な切換えリラクタンス駆動装置のための信頼性が高く、経済的な無センサ位置検出方法を提供することである。本発明は、一般にモータまたは発電機として動作する切換えリラクタンスマシンに適用可能である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、ロータと、ステータと、複数の相巻線と、ロータ速度を検出する手段とを有しており、各相の磁気特性の周期的変化にしたがってロータがステータに関して移動可能な切換えリラクタンスマシンのロータ位置を決定する方法が提供され、この方法は磁気特性の各周期的変化におけるステータに関するロータの基準位置を規定し、基準位置の１つに到達した時間の推定値においてマシンの１以上の特性を抽出し、抽出された特性からロータ位置を導出し、次の基準位置を越えてロータの回転を進め、ロータ位置の次の導出のための時間を大きくするために前記１以上の特性を再び抽出するステップを含んでいる。
【００１３】
切換えリラクタンスマシンは、マシンの磁気特性がロータ磁極ピッチに関して周期的であるという原理に基づいて動作する。磁気特性は、相巻線のインダクタンスあるいは巻線によって発生された漏れ磁束を参照して規定されることができる。
【００１４】
本発明は、１以上の基準位置にスキップし、それによってロータ位置が導出されなければならない時機を延ばすオプションを提供する。マシンの速度が増加するにしたがって、所定の処理能力の範囲もまた拡張されることができる。これは、高速処理に利用できる時間が増加し、補償をするためである。本発明は、必ずしも速度依存性ではない。基準位置は、速度を参照せずにモータの制御方式の一部分としてスキップされることができる。しかしながら、好ましい実施形態は、低速度範囲および少なくとも１つの高速度範囲を含んでいるロータに対する１組の速度範囲を規定し、ロータ速度の速度範囲を決定し、ロータ速度が高速度範囲である場合、後続する基準位置を越えてロータの回転を進めることを含んでいる。
進行は、基準位置の整数であることが好ましい。
【００１５】
速度範囲は、第１の高速度範囲を含んでいてもよく、第１の高速度範囲にしたがって後続する基準位置の進行の値は、１つの相インダクタンスサイクルの分数であることができる。たとえば、分数はｌ／ｎであり、ここでｎは相の数であることができる。
【００１６】
速度範囲はまた、第２の高速度範囲を含んでいてもよく、第２の高速度範囲にしたがって後続する基準位置の進行の値は、１以上の相インダクタンスサイクルであることができる。
【００１７】
ロータ速度は、抽出された特性を参照することによって、あるいは独立的にそれから導出されることができる。
【００１８】
本発明はまた、複数の相巻線を有するステータと、ステータに関して移動可能なロータと、ロータ速度を決定する手段と、マシンの各相の磁気特性の各周期的変化におけるステータに関するロータの基準位置によりプログラムされた制御装置とを具備しており、制御装置がマシンの１以上の抽出された特性からロータ位置を導出する手段と、基準位置の１つに到達した時間の推定値におけるマシンの１以上の特性を抽出する手段とを有しており、さらにこの制御装置が、後続する基準位置を越えてロータの回転を進め、その後抽出する手段がロータ位置を続いて導出するための次の時間を与えることを可能にするように動作する切換えリラクタンス駆動システムに関する。
【００１９】
本発明によると、ステータ、ロータおよび複数の相巻線を備えている切換えリアクタンスマシンにおけるロータ位置の決定方法もまた提供され、この方法は、単一パルスモードで動作されるとき、磁気特性の各周期的変化におけるステータに関するロータの基準位置を規定し、ｎ番目ごとの基準地点に到達した時間の推定値におけるマシンの１以上の特性を抽出し、ここでｎは２以上であり、抽出された特性からロータ位置を導出する。
【００２０】
ｎは変数であることが好ましい。基準位置がロータの速度にしたがってデータの処理時間を与えるように選択されるように、ｎの値はロータの速度にしたがって変化することが望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明はいくつかの方法で実行することができ、そのうちのいくつかを添付図面を参照して例示により説明する。
図６は、本発明を含んでいる切換えリラクタンス駆動システムの概略回路図を示している。この回路は、図１に示されているものに基づいており、同じ参照符号が適宜使用されている。ここでは、共通の構成要素を繰り返し説明しないが、この回路には図１のロータ位置トランスデューサ15がないので、ロータ位置検出は無センタタイプのものであることを意味している。
【００２２】
制御装置14' は、検索表（Ｌ／Ｕ）42およびＡ／Ｄ変換器44に結合されて動作するマイクロプロセッサを含むアプリケーション特定集積回路（ＡＳＩＣ）40を備えている。Ａ／Ｄ変換器は、電流トランスデューサ18から受信された信号、および相巻線16の１つを横切る電圧を監視するように構成された電圧感知駆動装置46から受信された信号を多重化する。分離したＡ／Ｄ変換器がこれらの入力を処理するために各相に対して使用可能であることは理解されるであろう。
【００２３】
この実施形態において、本発明の方法は、たとえばRay 氏によるEP-A-0573198に記載されている単一パルスモード等の、切換えリラクタンスマシンの無センサ動作の技術を使用している。この開示された文献に示されている漏れ磁束および電流に対して使用される測定方法は、適切である。もっとも、任意の他の適切な方法が代りに使用されることができ、たとえば、電流は、廉価な駆動システムに対して通常使用される非分離手段によって測定可能であり、あるいは漏れ磁束測定は他の解析または計算技術によって行われることができる。本発明は、Ray 氏によって記載されたもの以外の無センサ技術に対して同様に適用可能であることは明らかであろう。他の場合では速度に対する限界が制御装置におけるデータ処理速度によって定められるが、本発明により、さらに高い速度が所定の無センサ技術により制御可能になる。
【００２４】
単一パルスモードにおいて、データは通常各相のインダクタンスサイクルに一度収集される。これは、多相マシンでは、相インダクタンスサイクルが重なるためである。したがって、所定のインダクタンスサイクルに対して、各相が順次質問されることとなる。角度基準点が予め決定され、ロータがこの位置にあると予想されたとき、電流および漏れ磁束が測定される。測定された漏れ磁束と予測される漏れ磁束との間のエラーは、位置的なエラーおよび、したがって訂正された位置の推定値を導出するために使用される。位置の推定値は、速度および加速度の少なくとも一方の計算のベースとして使用されることができる。図５には、この構造が概略的に示されており、ＬＡ，ＬＢおよびＬＣは、３相マシンの理想化されたインダクタンスプロフィールを示し、ＲｅｆＡ，ＲｅｆＢおよびＲｅｆＣは、モータ動作のための３つの相に対する基準角度を示す。モータおよび発電機械動作は、インダクタンスプロフィールの半分に対応したデータの記憶しか要求されないように、マシンの磁気特性の対称性を利用することによって提供されることができる。代りに、データは両モードに対して明示的に記憶されることができる。
【００２５】
以下、図７を参照して単一パルス方法を詳細に説明する。図７には、この方法のマイクロプロセッサベースの実施形態において使用されるステップのフローチャートが示されている。この特定の実施形態は、廉価なマイクロプロセッサを使用するが、当業者は、同じ効果を得るためにすこし異なったステップでこの方法を実施することが可能であり、あるいはテジタル信号プロセッサ等の別の制御装置でこの方法を実施することができることを認識するであろう。さらに、この方法を実施する等価なアナログ回路もまた使用されることができる。ステップ51は、ロータが予め定められた基準角度にあると予測されることを示す中断が受信されるまで待機する制御システムを示す。ステップ52は、ロータが基準角度であると考えられる時機に漏れ磁束および電流を抽出し、以下の計算において使用するためにこれらの値を記憶する。漏れ磁束Ψm は、相巻線に与えられたｅｍｆを積分することによって都合よく評価されてもよい：
Ψm ＝∫（Ｖ−ｉＲ）        （１）
ここで、Ｖは任意の装置の電圧降下より小さい供給電圧であり、ｉは瞬間的な相電流であり、Ｒは相抵抗である。その代り、それは直流リンク電圧を積分し、積分装置を制御するためにスイッチ状態の情報を使用することによって評価されることができる。電流は、既知のタイプの分離された電流トランスデューサによって、あるいは回路中の構成要素（たとえば、抵抗、スイッチング装置等）における電圧降下の測定によって測定されることができる。この値は、Ａ／Ｄ変換器44によってデジタルワードに変換され、レジスタ中に記憶される。
【００２６】
ステップ53は、予測される漏れ磁束の値Ψref と、基準角度における漏れ磁束に関する角度の勾配ｄθ／ｄΨとを検索するために電流の測定された値を使用する。適切な値が１以上の検索表中に保持され、通常の方法で読出される。ステップ54は、読出しが行なわれた時機の角度と基準位置との間の角度エラーΔθを計算する：
Δθ＝ｄθ／ｄΨ（Ψm −Ψref ）      （２）
その後、ステップ55においてこの角度エラーを使用して、ロータ角度の真の値を計算することができる：
θ＝θref ±Δθ                    （３）
ここで、モータ動作に対して正の符号がとられ、発電動作に対して負の符号がとられる。
【００２７】
一般に、無センサ位置検出システムは、電力切換え装置に近接した電気的に雑音の多い環境において動作しなければならず、これは漏れ磁束および電流の測定に悪影響を及ぼし、その結果スプリアス位置データが計算されることが多い。システムの頑強さを改善するために、計算された位置データの有効性をチェックする方法が開発されている。この技術は、ステップ56で行われる。新しい位置が計算されるたびに、位置、時間および速度の値が記憶されることができる。最後のｎ個の記憶された値を使用して、新しく計算された値と比較するために、予測された位置が外挿等で推定されることができる。新しく計算された値と予測された値が予め定められた量内で一致しない場合、エラーカウントが増分（インクレメント）され、計算された値の代りに、予測された値が使用される。それらが一致した場合には、任意の既存のエラーカウントが減分（デクレメント）され、計算された値が使用される。したがって、連続した測定のサイクルにわたって、位置データの信頼できるものから画像が構成される。エラーカウントが、たとえば、一致しない連続した５つの計算を表すある値を越えた場合、制御システムは、それがロータの実際の位置との同期を失ったものと判断し、もっと深刻な何等かの故障が発生する前にマシンの励起を停止することができる。値の記憶および外挿等による推定は任意の都合のよい手段によって行われることが可能であるが、典型的にはメモリ位置においてデジタル記憶することにより行われる。ｎ＝８を使用すると、システム安定性と記憶要求との間において良好な妥協が得られることが認められた。別の実施形態では、位置に対して８個の記憶された値が使用され、速度に対しては６４個の値が使用される。
【００２８】
ステップ57は、次の基準位置、すなわち、次の測定のセットが行われる相における位置を決定する。従来技術によると、ステップ58はロータの角度位置を許容可能な正確度に決定して、時間、位置および速度の履歴から、次の相における次の基準位置に到達する時機を計算する。この時機は記憶され、制御装置はループしてステップ51に戻り、記憶された時間が過ぎて次の基準位置で測定が行われるまで待機する。
【００２９】
従来技術の手順に従うことによって、隣接する基準点において連続的な測定が行われたことが認められるであろう。たとえば、図５を参照すると、ロータ角度ＲｅｆＡにおける相Ａ上で測定が完了した場合、図７におけるステップ57では、次の基準位置としてＲｅｆＢが設定される。漏れ磁束および電流の測定は、位置エラーの小さい基準角度に十分に近接して行われなければならず、さもないとシステムは不安定になり、制御不能になることが認識されるであろう。
【００３０】
計算に有限時間を要するため、この方法を使用する動作速度には明らかに限界がある。たとえば、１２個のステータ磁極および８個のロータ磁極を備えた３相マシンでは、ロータの１回転に８つの相インダクタンス期間が存在する。たとえば家電または自動車用に適した典型的な低コストマイクロプロセッサを使用すると、計算のサイクル時間はほぼ０．３ｍ秒であり、０．９ｍ秒の相当たりのサイクル時間に対応する。４０００回転／分の速度では、相インダクタンス期間は、１．８８ｍ秒でトラバースされる。安定した動作を確実にするために、これら２つのサイクル時間の間に十分な差が求められる。一般に、故障を阻止するために３０００乃至３５００回転／分の速度限界が課せられることになる。従来は、これは、このような無センサ位置検出システムの動作の限界と考えられてきた。ロータ磁極の少ない（したがって、長い相インダクタンス期間を有する）マシンの速度限界を上げることは可能であるが、この解決方法では、マシンの他の部分にもっと多数の磁極が必要になるため利用できない。別の解決方法は、高速プロセッサを使用することであるが、これは制御装置の費用を高くする。
【００３１】
本発明は、ロータ上の磁極の個数と無関係に高速での動作を可能にする。ステップ57が完了した後、ステップ59で速度が試験され、いくつかの予め定められた範囲のいずれに入るかを見出だす。これは、ステップ56で決定された速度値を種々の適切な速度範囲と比較することによりプロセッサ中で行われる。この例において、マシンは３相を有し、ロータは８個の磁極を有し、３つの速度範囲が選択されている。これらの範囲は、＜３５００回転／分、３５００乃至７０００回転／分、および＞７０００回転／分であることができる。異なった個数の相数および磁極を有する別のマシンに対して、異なった範囲が選択できる。採用できる異なった範囲の数に理論上の制限はない。ステップ59に含まれるヒステリシス効果を組み入れて、速度範囲間の境界付近の速度変動に対処するように範囲を実際に重複させることが適切であることも分かっている。
【００３２】
ステップ59において速度が範囲１に入ると決定された場合、制御は前のように直接ステップ58に移行し、ＲｅｆＡ後の次の基準位置はＲｅｆＢとなり、以下同様となる。速度が次に高い範囲に入ると決定された場合、基準位置に１／３サイクルを加算するステップ60に制御が移行する。図５から、新しい基準位置は、これによって相Ｃ上の基準位置ＲｅｆＣに移動されることが認められる。これは、新しい位置の計算に利用できる時間を実効的に２倍にし、また所定の処理速度に対する速度制限を２倍にする。各基準位置に加えられた付加的な１／３の相角度により、基準位置は、連続したサイクルで相Ａ、相Ｃ、相Ｂ、相Ａ・・・上にある、すなわち１相置きにあり、一方マシン速度は範囲２のままであることが認められる。相は全て質問のために使用されるが、質問の順序および頻度は、相の励起の順序および頻度とは異なっている。
【００３３】
速度が依然として高く、範囲３に入ると決定された場合、ステップ61が実行され、基準位置が完全な１サイクルだけ増加され、すなわちＲｅｆＢではなく図５中のＲｅｆＢ2 に増加される。これは、４倍の掃引ロータ角度を可能にし、したがって４倍の計算時間を可能にする基準位置に移動させるという効果がある。これによって速度限界が４倍上昇する。この動作モードにおいて、基準点の順序は相Ａ、相Ｂ、相Ｃ・・・であるが、頻度は元の１／４である。しかしながら、全ての相が質問に対して相励起の順序で使用される。
【００３４】
ステップ60および61により別の量が基準点に付加されることができることが認められる。この量は、以下に説明するように当該マシンの特性データに依存することとなる。
【００３５】
検索表42中に記憶された特性データが、このマシンにおいて予想される平均値を示した場合には、各相に順次質問することが適している。たとえば、２つの完全なサイクルを付加することによって７の係数を速度限界に適用できるようになる。しかしながら、好ましい実施形態は、ｎ相マシン（ここでｎはゼロでない正の整数である）に対する１／ｎサイクルか、または全サイクルのいずれかを付加するものである。それは、これらが、全ての相を順次質問のために使用し、それによって相間のパラメータ変化の影響を平均して信頼性の高い位置指標を与えるという加算であるためである。
【００３６】
記憶された特性データがマシンの特定の相だけに関係している場合、その相だけに質問することが適している。この場合、全サイクルだけが基準点に付加されることとなる。
【００３７】
一般的な関係において、スキップされた基準点の個数Ｐの式は：
Ｐ＝Ｃn ＋ｍ
ここで、ｎは、マシンにおける相の数であり、
ｍはｎより小さい正の整数であり、
Ｃはインダクタンスの全サイクルを表す０以上の整数である。
【００３８】
たとえば、
ｍ＝１    Ｃ＝０    ｎ＝３    スキップ１位置、たとえばＡからＣ
ｍ＝２    Ｃ＝０    ｎ＝３    スキップ２位置、たとえばＡからＡ
ｍ＝０    Ｃ＝１    ｎ＝３    スキップ３位置、たとえばＡからＢ2 
したがって、本発明は一般に広範囲の制御レジメおよび相数に対して適用可能なことが明かである。
【００３９】
本発明の上記の実施形態は、必ずしも隣接した相においてではないが、同じ角度基準を参照してロータ位置の決定が実施されるように各相誘導（導電）サイクル中の固定した基準位置を使用する。しかしながら、ロータ位置を決定すべき基準位置のさらに細かくグレード化された選択が可能であるように、同じ相中に１以上の基準位置を設定することもできる。
【００４０】
上記の例は３相マシンに関して説明されているが、本発明は任意の個数の磁極を備えた任意の多相切換えリラクタンスマシンに適用可能なことが認められるであろう。同様に、本発明は、可動部分（しばしば、“ロータ”と呼ばれる）が直線的に移動する線形マシンに適用されることができる。したがって、当業者は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、開示された構造の変形が可能であることを理解するであろう。それ故、いくつかの実施形態の上記の説明は単なる例示であり、何等制限を課すものではない、本発明は、添付された特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】切換えリラクタンス駆動システムの主要な構成要素の概略図。
【図２】ステータ磁極に接近するロータ磁極の概略図。
【図３】図１のマシンの位相巻線の付勢を制御するパワー変換器の典型的なスイッチング回路図。
【図４】チョッピングモードおよび単一パルスモードでそれぞれ動作する切換えリラクタンス駆動装置の典型的な電流波形図。
【図５】単一パルスモードで本発明にしたがって動作されるマシンの理想化されたインダクタンスプロフィールおよび可能な基準角度位置の概略図。
【図６】本発明を使用する切換えリラクタンス駆動装置の概略ブロック図。
【図７】本発明にしたがった単一パルスモードで広い速度範囲にわたって動作されるマシンの制御を示すフローチャート。
【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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