(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リラクタンス機械の回転子位置を検出する方法であって、
第１の時点における前記機械の少なくとも１つの位相に関連する鎖交磁束の値を、その位相への電圧の印加が開始された瞬間に、導出し、
次の時点における相電流と鎖交磁束との値を導出し、
導出されたそれぞれの鎖交磁束の値を加算して、次の時点における全鎖交磁束の値を与え、
回転子位置を相電流と全鎖交磁束の値とから導出することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記瞬間は、鎖交磁束の成長が開始される時点であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記瞬間における電流は非ゼロであることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記瞬間における電流はゼロであることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
正の電圧が位相に印加される瞬間における鎖交磁束の値は、前記瞬間における電流から導出されることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記瞬間における鎖交磁束は、電流とインダクタンスの記憶された値とから導出されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記次の時点における鎖交磁束は前記瞬間から次の時点までの相電圧を積分することによって導出されることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記瞬間は最小の鎖交磁束の時点であり、その瞬間において積分が開始されることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
回転子位置は、相電流と鎖交磁束との記憶された値から導出されることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
回転子位置は、多相機械の各位相に関連する値から導出されることを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
回転子位置は、多相機械の１つの位相に関連する値から導出されることを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
リラクタンス機械用回転子位置検出器であって、
第１の時点における前記機械の少なくとも１つの位相に関連する鎖交磁束に対する値を、その位相への電圧の印加が開始された瞬間に求める手段と、
次の時点における相電流と鎖交磁束とに対する値を導出する手段と、
導出されたそれぞれの鎖交磁束の値を加算して、次の時点における全鎖交磁束の値を与える手段と、
回転子位置を、相電流と全鎖交磁束の値とから導出する手段とを含むことを特徴とする回転子位置検出器。
【請求項１３】
相電流の値に対するインダクタンスの値を記憶する参照テーブルを含むことを特徴とする請求項１２記載の検出器。
【請求項１４】
次の時点における鎖交磁束に対する値を導出する前記手段は、前記瞬間から次の時点までの相電圧を積分する積分器を含むことを特徴とする請求項１２または１３記載の検出器。
【請求項１５】
前記瞬間の間、積分器をリセットするように動作可能なリセット手段を含むことを特徴とする請求項１４記載の検出器。
【請求項１６】
鎖交磁束の成長が開始されるときに、鎖交磁束に対する値を求めるように動作可能である処理手段を含むことを特徴とする請求項１２，１３，１４または１５記載の検出器。
【請求項１７】
前記処理手段は、前記瞬間における電流から鎖交磁束に対する値を導出するように動作可能であることを特徴とする請求項１６記載の検出器。
【請求項１８】
回転子位置を導出する前記手段は、相電流と鎖交磁束との値に対する回転子位置の値を記憶する記憶手段を含むことを特徴とする請求項１２〜１７のうちのいずれかに記載の検出器。
【請求項１９】
連続電流モードで動作可能なリラクタンス機械の回転子位置を検出する方法であって、
第１の時点における前記機械の少なくとも１つの位相に関連する鎖交磁束の値を、その位相への電圧の印加が開始された瞬間に、導出し、
次の時点における相電流と鎖交磁束との値を導出し、
導出されたそれぞれの鎖交磁束の値を加算して、次の時点における全鎖交磁束の値を与え、
回転子位置を相電流と全鎖交磁束の値とから導出することを特徴とする方法。
【請求項２０】
連続電流モードで動作可能なリラクタンス機械用回転子位置検出器であって、
第１の時点における前記機械の少なくとも１つの位相に関連する鎖交磁束に対する値を、その位相への電圧の印加が開始された瞬間に求める手段と、
次の時点における相電流と鎖交磁束とに対する値を導出する手段と、
導出されたそれぞれの鎖交磁束の値を加算して、次の時点における全鎖交磁束の値を与える手段と、
回転子位置を、相電流と全鎖交磁束の値とから導出する手段とを含むことを特徴とする回転子位置検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リラクタンス機械、特にスイッチトリラクタンス機械におけるセンサレス回転子位置検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、１９９３年６月２１日〜２４日に独国ニュルンベルグにおいて開催されたＰＣＩＭ’９３会議・展示会において発表されたジェイ・エム・スティーブンソン（J M Stephenson）およびアール・ジェイ・ブレーク（R J Blake）による論文「スイッチトリラクタンスモータおよび駆動装置の特性、設計および用途（The Characteristics, Design and Application of Switched Reluctance Motors and Drives）」（非特許文献１参照。）に記載され、該論文は本願明細書に参照によって組込まれる。この論文には、スイッチトリラクタンス機械の励磁の「チョッピング」モードおよび「単一パルス」モードが、低速度および高速度における該機械の動作のためにそれぞれ記載されている。
【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交流商用電源であり得る直流電源１１を含む。電源１１によって供給される直流電圧は、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間で切換えられる。多くの周知の変換器トポロジのうちの１つが図２に示され、ここで電源１１は、供給レール２６，２７に供給され、該供給レールは電流のあらゆる交番成分に応じるために該レール間に接続されるコンデンサ２５を有する。相巻線１６は、上部スイッチ２１および下部スイッチ２２によって、供給レールに接続される。エネルギリターンダイオード２３，２４は、従来の方法で接続される。抵抗２８は、下部スイッチ２２に直列に接続されて、電流フィードバック信号を供給する。多相システムは、典型的には、並列に接続された図２の「位相レッグ（phase legs）」を複数用いて、電気機械の各位相を励磁する。
【０００４】
スイッチトリラクタンス機械の性能は、一つには、回転子位置に対する位相の励磁の正確なタイミングに依存する。回転子位置の検出は、従来から、図１に大略的に示される、前記機械の回転子に装着される歯付き回転板などのトランスデューサ１５を用いることによって達成され、該トランスデューサは固定子に装着される光学的、磁気的または他のセンサと協働する。信号、たとえば固定子に対する回転子位置を示すパルス列は、センサによって生成されて制御回路に供給され、正確な位相の励磁を可能にする。このシステムは単純であり、多くの用途でうまく動作する。しかしながら、回転子位置トランスデューサは、全体の組立コストを増加させる。また回転子位置トランスデューサは、前記機械への余分な電気的接続を増やし、したがって信頼性を欠く原因となる。
【０００５】
回転子位置トランスデューサを不要にするための様々な方法が提案されてきた。その方法のいくつかが、欧州パワーエレクトロニクス会議会報、英国、ブライトン、１９９３年９月１３日〜１６日、Ｖｏｌ．６，ｐｐ７−１３において公開されたダブリュー・エフ・レイ（W F Ray）およびアイ・エイチ・アルバハドリー（I H Al-Bahadly）による「スイッチトリラクタンスモータの回転子位置を求めるためのセンサレス法（Sensorless Methods for Determining the Rotor Position of Switched Reluctance Motors）」（非特許文献２参照。）において示され、本明細書に参照によって組込まれる。
【０００６】
回転子位置の予測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相鎖交磁束（すなわち時間に関する印加電圧の積分）および電流の測定を用いる。位置は、前記機械のインダクタンス変化が角度と電流との関数であるという知識を利用して、計算される。この特性は鎖交磁束／角度／電流テーブルとして記憶することが可能であり、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／または記憶された時点間のデータの補間のための追加システムの諸経費を必要とするので、不利である。
【０００７】
「チョッピング」電流制御が生成されたトルクを変化させるための主要な制御方法である場合、いくつかの方法は低速におけるデータを用いる。チョッピング制御は、図４（ａ）に図的に示され、電流波形およびインダクタンス波形が相インダクタンス期間にわたって示される（なおインダクタンス変化は理想的な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において診断用パルスを用いる。低速運転に適した方法は、欧州パワーエレクトロニクス会議会報、フィレンツェ、伊国、１９９１年、Ｖｏｌ．１，ｐｐ３９０−３９３において公開されたエヌ・エム・ムビュンギ（N M Mvungi）およびジェイ・エム・スティーブンソン（J M Stephenson）による「ＳＲモータにおける正確なセンサレス回転子位置検出（Accurate Sensorless Rotor Position Detection in an S R Motor）」（非特許文献３参照。）によって提案された方法であり、本明細書に参照によって組込まれる。
【０００８】
他の方法は、高速度における励磁の「単一パルス」モードで動作する。このモードは、図４（ｂ）に示され、電流波形およびインダクタンス波形が相インダクタンス期間にわたって示される。これらの方法は、正常な運転を妨げることなく、活性状態の位相の動作電圧および電流を監視する。典型的な高速運転方法は、国際特許出願第９１／０２４０１号パンフレット（特許文献１参照。）に記載され、本明細書に参照によって組込まれる。
【０００９】
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、明らかな不都合である。別の方法が提案されてきており、該方法は角度基準情報の大部分を必要とすることを回避し、代わりにただ１つの角度におけるデータを記憶する。１つのこのような方法が、欧州特許出願公開第０５７３１９８号明細書（Ｒａｙ）（特許文献２参照。）に記載され、本明細書に参照によって組込まれる。この方法は、所定の角度における相鎖交磁束および電流を、所望の時点からの計算された偏差に従って診断時点を調整することによって検知ことを目的としている。鎖交磁束は、位相に印加される電圧の測定を（時間に関して）積分することによって計算される。好適な実施形態においては、２つの一次元テーブル、すなわち一方の基準回転子角度における鎖交磁束対電流と他方の回転子角度対電流に対する鎖交磁束の差とが記憶される。相電圧および相電流を監視することによって、予測された角度からの偏差が参照テーブルを用いて計算され、したがってシステム動作を調整することができる。位置検出アルゴリズムによって必要とされるときはいつでも、鎖交磁束が充分な精度で求められる場合には、この方法は信頼性があるように思われる。鎖交磁束積分器ドリフト（該システムにおける不所望なノイズおよび積分器の不完全性に起因する）を回避するために、電流がゼロにまで低下し、相巻線がもはやいずれの磁束とも鎖交しないときには、積分器は各導通サイクルの終わりにおいてゼロに設定される。この方法は、「プレディクタ−コレクタ（predictor/corrector）」法であり、該方法において、回転子が基準位置にあるとき、最初に予測し、基準位置に達したと確信されるときに、機械のパラメータを測定し、これらの測定結果を用いて予測との誤差を検出し、その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行う。
【００１０】
スイッチトリラクタンス機械の特別な動作モードは、米国特許第５４６９０３９号明細書（Ｒａｙ）（特許文献３参照。）に記載されるように、連続電流モードであり、該明細書は本明細書に参照によって組込まれる。このモードにおいて、磁束および電流がエネルギリターン期間の終わりにおいてゼロに戻る前に、相巻線は電源に再び接続される。したがって、相巻線は、そこを連続的に流れる電流で動作し、磁束によって常に鎖交される。これは、高いレベルの過負荷出力をその運転サイクルのいくつかの時点において生成する必要があるシステムにとって重要なモードである。このモードでは駆動装置の効率は低下してしまうが、より大きな機械でなければできないような仕様を達成することができる。しかしながら、このモードでは、位相サイクルにおいて、磁束および電流がゼロになるいくつかの周知の時点において、積分器をリセットする機会がなかったので、これまでセンサレス回転子位置検出のための先行技術の方法のいずれかを用いることができなかった。なぜならこのような時点が存在しないからである。
【００１１】
【特許文献１】
国際特許出願第９１／０２４０１号パンフレット
【特許文献２】
欧州特許出願公開第０５７３１９８号明細書
【特許文献３】
米国特許第５４６９０３９号明細書
【非特許文献１】
ジェイ・エム・スティーブンソン（J M Stephenson），アール・ジェイ・ブレーク（R J Blake），「スイッチトリラクタンスモータおよび駆動装置の特性、設計および用途（The Characteristics, Design and Application of Switched Reluctance Motors and Drives）」，ＰＣＩＭ’９３会議・展示会論文，独国，１９９３年６月
【非特許文献２】
ダブリュー・エフ・レイ（W F Ray），アイ・エイチ・アルバハドリー（I H Al-Bahadly），「スイッチトリラクタンスモータの回転子位置を求めるためのセンサレス法（Sensorless Methods for Determining the Rotor Position of Switched Reluctance Motors）」，欧州パワーエレクトロニクス会議会報，英国，１９９３年９月，第６巻，ｐ．７−１３
【非特許文献３】
エヌ・エム・ムビュンギ（N M Mvungi），ジェイ・エム・スティーブンソン（J M Stephenson），「ＳＲモータにおける正確なセンサレス回転子位置検出（Accurate Sensorless Rotor Position Detection in an S R Motor）」，欧州パワーエレクトロニクス会議会報、伊国、１９９１年、第１巻，ｐ．３９０−３９３
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この問題に対する解決手段を見つける試みは、制御システムが位置を再計算することが不可欠であると判断し、このとき連続電流モードが終了され、位置が計算され、駆動装置が連続電流モードに復帰する場合を除いて、駆動装置を連続電流モードで動作させる方法を含んでいた。特に、これは、連続電流が支配的ではあるが、予め定める時間間隔で不連続電流に戻して位置情報を取得させるモードで、前記機械を運転することによってなされ得る。この技術は、速度が実質的に一定であることに依存するが、このことは、より高い速度（この速度においては、通常、連続電流が用いられる）においては、ほぼ正しいであろう。それにもかかわらず、トルクの損失は、連続電流でなくなることに関連する。別の方法は、所定の数、たとえば１０のサイクルの間、連続電流で各位相を動作させ、次いで電流が完全にゼロになるように、その次のサイクルで短期間位相を励磁することであり、この方法は積分器をリセットさせて鎖交磁束の正確な計算を行わせる。この「短い」サイクルを連続電流で動作する他の位相間に差し挟むことによって、トルクの損失の悪影響は緩和される。
【００１３】
しかしながら、これらの方法のすべてに関して、トルクの損失は機械の動作を不安定にすることがあり、電流が連続電流の状態で所定の期間にわたって増加されなければならないので、再び安定にする前にいくつかのサイクルを必要とする。
【００１４】
本発明の目的は、物理的な回転子位置検出器を用いることなくスイッチトリラクタンス駆動装置を制御するための、リラクタンス機械の回転子位置を検出する方法およびその方法を用いた回転子位置検出器を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、添付の独立請求項に定義される。いくつかの好適な特徴が、従属請求項に記載される。
【００１６】
本発明の実施形態に従えば、リラクタンス機械における回転子位置を検出する方法であって、第１の時点における前記機械の少なくとも１つの位相に関連する鎖交磁束に対する値を、その位相への電圧の印加が開始される瞬間に導出し、次の時点における相電流と鎖交磁束の値とを導出し、導出された鎖交磁束の値を組合せて次の時点における全鎖交磁束の値を与え、回転子位置を、相電流と全鎖交磁束の値とから導出することを特徴とする方法を提供する。
【００１７】
好ましくは、位相に電圧が印加される瞬間は、鎖交磁束の成長が開始される時点である。前記瞬間における電流は、実質的にゼロであってもよく、または非ゼロであってもよい。
【００１８】
好ましくは、位相に電圧が印加される瞬間における鎖交磁束の値は、前記瞬間における電流から導出される。たとえば前記瞬間における鎖交磁束は、該電流と、電流値に対するインダクタンスの記憶された値とから導出される。
【００１９】
したがって、本発明の実施形態は、スイッチトリラクタンス機械の単一パルスモードでの運転に特に都合がよい。本発明は、第１の時点における電流の値を用いて鎖交磁束の値を導出することができる。電流が不連続であるとき、ゼロの電流値はゼロの鎖交磁束を引起こす。電流が連続的であるとき、電流の値が使用されて、非ゼロの鎖交磁束を導出することができる。
【００２０】
好ましくは、第１の時点からの鎖交磁束は、前記瞬間から次の時点までの相電圧を積分することによって導出される。次の時点における前記鎖交磁束は、前記瞬間から次の時点までの相電圧を積分することによって導出されてもよい。回転子位置は、相電流と鎖交磁束との組合せを有する記憶されたパラメータから導出されてもよい。
【００２１】
１つの特定の実施形態に従う本発明の方法は、磁束の成長が開始されたときに相巻線のターンオン時における電流を測定し、この電流値を用いてインダクタンスのテーブルに索引を付ける。次いで、このテーブルによって与えられるインダクタンスの値に電流が乗算され、該位相において持続している鎖交磁束の概算値を与える。また、ターンオン時には、磁束測定積分器は、ゼロに設定されており、積分モードに入る。予め定める次の時点において、積分器によって与えられる鎖交磁束の値が持続している鎖交磁束に加算され、その合計が回転子位置を求めるために用いられる。
【００２２】
インダクタンスがスイッチのターンオン時に、すなわち相インダクタンスサイクルにおける磁束成長開始時に求められるので、この方法は、大量の記憶データを必要としない。またこの方法は、位置を推測する波形上のノイズに強い。
【００２３】
また本発明に従えば、回転子位置が多相機械の各位相に関連する値から導出される方法が提供される。
【００２４】
本発明の実施の一形態は、連続電流の有無にかかわらず、単一パルスモードにおいて回転子位置トランスデューサなしで動作可能な、回転子位置を監視する強固で費用効率の高い方法および回転子位置検出器を提供する。
【００２５】
さらに詳しくは、本発明は、リラクタンス機械の回転子位置を検出する方法であって、
第１の時点における前記機械の少なくとも１つの位相に関連する鎖交磁束の値を、その位相への電圧の印加が開始された瞬間に、導出し、
次の時点における相電流と鎖交磁束との値を導出し、
導出されたそれぞれの鎖交磁束の値を加算して、次の時点における全鎖交磁束の値を与え、
回転子位置を相電流と全鎖交磁束の値とから導出することを特徴とする方法である。
【００２６】
本発明において、前記瞬間は、鎖交磁束の成長が開始される時点であることを特徴とする。
【００２７】
本発明において、前記瞬間における電流は非ゼロであることを特徴とする。
本発明において、前記瞬間における電流はゼロであることを特徴とする。
【００２８】
本発明において、正の電圧が位相に印加される瞬間における鎖交磁束の値は、前記瞬間における電流から導出されることを特徴とする。
【００２９】
本発明において、前記瞬間における鎖交磁束は、電流とインダクタンスの記憶された値とから導出されることを特徴とする。
【００３０】
本発明において、前記次の時点における鎖交磁束は前記瞬間から次の時点までの相電圧を積分することによって導出されることを特徴とする。
【００３１】
本発明において、前記瞬間は最小の鎖交磁束の時点であり、その瞬間において積分が開始されることを特徴とする。
【００３２】
本発明において、回転子位置は、相電流と鎖交磁束との記憶された値から導出されることを特徴とする。
【００３３】
本発明において、回転子位置は、多相機械の各位相に関連する値から導出されることを特徴とする。
【００３４】
本発明において、回転子位置は、多相機械の１つの位相に関連する値から導出されることを特徴とする。
【００３５】
本発明は、リラクタンス機械用回転子位置検出器であって、
第１の時点における前記機械の少なくとも１つの位相に関連する鎖交磁束に対する値を、その位相への電圧の印加が開始された瞬間に求める手段と、
次の時点における相電流と鎖交磁束とに対する値を導出する手段と、
導出されたそれぞれの鎖交磁束の値を加算して、次の時点における全鎖交磁束の値を与える手段と、
回転子位置を、相電流と全鎖交磁束の値とから導出する手段とを含むことを特徴とする回転子位置検出器である。
【００３６】
本発明は、相電流の値に対するインダクタンスの値を記憶する参照テーブルを含むことを特徴とする。
【００３７】
本発明において、次の時点における鎖交磁束に対する値を導出する前記手段は、前記瞬間から次の時点までの相電圧を積分する積分器を含むことを特徴とする。
【００３８】
本発明は、前記瞬間の間、積分器をリセットするように動作可能なリセット手段を含むことを特徴とする。
【００３９】
本発明は、鎖交磁束の成長が開始されるときに、鎖交磁束に対する値を求めるように動作可能である処理手段を含むことを特徴とする。
【００４０】
本発明において、前記処理手段は、前記瞬間における電流から鎖交磁束に対する値を導出するように動作可能であることを特徴とする。
【００４１】
本発明において、回転子位置を導出する前記手段は、相電流と鎖交磁束との値に対する回転子位置の値を記憶する記憶手段を含むことを特徴とする。
本発明は、連続電流モードで動作可能なリラクタンス機械の回転子位置を検出する方法であって、
第１の時点における前記機械の少なくとも１つの位相に関連する鎖交磁束の値を、その位相への電圧の印加が開始された瞬間に、導出し、
次の時点における相電流と鎖交磁束との値を導出し、
導出されたそれぞれの鎖交磁束の値を加算して、次の時点における全鎖交磁束の値を与え、
回転子位置を相電流と全鎖交磁束の値とから導出することを特徴とする方法である。
本発明は、連続電流モードで動作可能なリラクタンス機械用回転子位置検出器であって、
第１の時点における前記機械の少なくとも１つの位相に関連する鎖交磁束に対する値を、その位相への電圧の印加が開始された瞬間に求める手段と、
次の時点における相電流と鎖交磁束とに対する値を導出する手段と、
導出されたそれぞれの鎖交磁束の値を加算して、次の時点における全鎖交磁束の値を与える手段と、
回転子位置を、相電流と全鎖交磁束の値とから導出する手段とを含むことを特徴とする回転子位置検出器である。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明は、様々な手法で実現可能であり、そのいくつかが一例として、添付の図面を参照して記載される。
【００４３】
スイッチトリラクタンス機械の相インダクタンスサイクルは、たとえば固定子極と、その関連する各回転子極とが完全に一直線上に並ぶときの最大値間の、各位相毎のインダクタンス変化の周期である。記載されるべき説明するための実施形態は電動モードにおける２相スイッチトリラクタンス駆動装置を用いているが、電動モードまたは発電モードのいずれかにおける駆動装置を用いて、１以上の位相数が使用可能である。
【００４４】
図５は、本発明で実施される方法を実現するためのシステムを示す。図７は、図５のシステムに対する連続電流波形を図的に示す。このシステムにおいて、電力変換器１３は、図１に示される電力変換器と典型的に同一であり、適切な場合には、同様の参照符が用いられる。変換器１３は、上述と同様に、スイッチトリラクタンス機械を制御する。変換器１３は、それ自体制御装置４２によって制御され、該制御装置４２は、本実施形態において、デジタル信号プロセッサ４４、たとえばＡｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ２１８１ファミリの中の１つを組込む。他の実施形態は、当該技術分野において周知であるような、マイクロプロセッサまたは他の形式のプログラマブル装置を組込むことができる。図示される２相機械は、固定子３０と回転子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。回転子は、回転子極５２を有し、機械を始動しやすくするために、固定子極の表面と階段状の空隙を規定する極面５４を有する。本発明は特定の機械トポロジをなんら特定していないので、異なる位相数または極の組合せを有する機械が使用可能であることを、当業者は理解するであろう。同様に、本発明は、特定のタイプの制御技術に限定されず、適切にプログラム可能である限り、任意の制御装置または変換器が使用可能である。
【００４５】
相電流は、各相巻線に関連して設けられた電流トランスデューサ３８によって検知される。各位相における電流を示す出力信号は、制御装置４２に供給される。また回転子角度に対する相インダクタンスを記憶する参照テーブル４６は、制御装置４２と接続される。各位相毎の電流トランスデューサが示されているが、１つのまたは選択された位相を、本発明に従って相電流に対して監視可能である。
【００４６】
制御装置４２内に示される積分器４０は、電圧トランスデューサ４３によって与えられる巻線間の相電圧Ｖを積分することによって磁束の大きさを導くために用いられる。より高い精度のために、巻線間の電圧降下（ＩＲ）を積分値から取出すことが可能である。供給電圧が各位相に共通しているので、ただ１つの電圧トランスデューサ４３が図５に示されている。当然のことながら、各位相がそれぞれの電圧トランスデューサを有していてもよい。積分器は個別素子として示されているが、プロセッサ４４で動作するソフトウェアで実施されることが好ましい。
【００４７】
本発明の実施形態に従う方法は、以下のように行う。機械は連続電流モードで動作しており、回転子位置は巻線を励磁させるために充分に既知であると仮定する。ターンオンの時点において、正の電圧が位相にわたって印加されるとき、電流の値がトランスデューサ３８によって測定され、制御装置４２によって保持される。ターンオン角度が分かると、角度に対する相インダクタンスに関する参照テーブル４６が問合されて、その回転子角度に対応する相インダクタンスを返す。インダクタンスの値には記憶された電流値が乗算され、ターンオンの時点における位相の鎖交磁束を与える。この値は記憶される。回転子が回転すると、積分器４０が動作して、相巻線間の電圧を積分する。次の予め定める位置が予測されてその位置に到達したと制御システムが判断すると、活性状態の位相に対するトランスデューサ３８を用いて電流が測定され、積分器４０からの鎖交磁束の概算値がテーブル４６からの記憶された値に加算されて、その位置における位相の鎖交磁束の合計値を与える。次いで、この合計値が前記電流とともに用いられて、必要であれば、前の概算値を修正して用いて、真の位置を求める。
【００４８】
予測される回転子位置θｍと基準回転子位置θｒとの角度差Δθは次式のようにプロセッサ４２によって計算可能である。
【数１】
0004480326.tif 000002
【００４９】
予測される位置（磁束および電流の測定がなされる位置）と基準位置との角度差を求めるために、相電流ｉの値の組に対する偏導関数∂θ／∂Ψ（またはその逆偏導関数∂Ψ／∂θ）の値を、基準位置のためのプロセッサに記憶することもまた本実施形態の特徴である。
【００５０】
基準回転子位置θｒは既知であるので、その予測される瞬間における真の回転子位置は、次式としてΔθから計算され得る。
θｍ＝θｒ＋Δθ                                            （２）
【００５１】
次いで、次の回転子位置までの期待時間が、電動機速度の既知の値を用いて計算される。加速条件または減速条件の下では、電動機速度に修正を行う必要があってもよい。
【００５２】
すべての位相が測定のために用いられた場合、次の回転子基準位置は位相２（またはその順序で次の位相であるものすべて）に対する回転子基準位置である。ｐ個の回転子極を有するｎ相電動機に対して、この位置に対する回転角度は（３６０／ｎｐ）°−Δθであり、この角度を速度で除算することによって、この次の位置に到達するために要する時間が計算可能である。
【００５３】
１つの相だけが測定のために用いられる場合、次の回転子基準位置は（３６０／ｐ）°−Δθの回転後にあり、この角度を速度で除算することによって、この位置に到達するために要する時間が計算可能である。
【００５４】
次いで、次の基準位置までの予測される時間は、周知の手段による高周波クロック（図示せず）を用いて計数され、このような時間が経過した瞬間において、磁束Ψｍおよび電流Ｉｍのさらなる測定が対応する位相に対してなされる。速度の変化と、記憶されるデータおよび計算の許容誤差とによって、予測される位置θｍは、基準位置θｒと一致しないであろう。角度差θｒ−θｍは、式（１）および式（２）を用いて上述に説明された手順で、再び計算可能である。
【００５５】
位相毎に回転子位置を予測し、各測定時において真の回転子位置を測定する方法は繰返されて、既存の光学式または電磁式回転子位置センサの直接の代替物として、回転子位置の増分表示を提供する。
【００５６】
発電状態の下での単一パルス動作の場合に対する手順は、図６に示される∂θ／∂Ψの値が、対応する典型的な基準回転子位置に対して（正よりもむしろ）負であることを除いて、上述の手順と同様である。
【００５７】
様々な構成が、磁束の測定に対して用いられてもよい。任意の周知の形式の磁束トランスジューサが使用可能である。しかしながら、測定は、相巻線における抵抗電圧降下を補償する手段とともに、リセット可能なアナログまたはデジタル電子式積分器（時間ｔに関して相電圧を積分する）を用いることが好ましい。
【００５８】
積分器は次式を実行する。
【数２】
0004480326.tif 000003
ここで、ｖは相電圧であり、ｉは相電流であり、Ｒは相抵抗であり、ｔｍは測定の瞬間である。
【００５９】
積分器開始時間ｔ０は、位相が（より高い速度モードに対して）励磁される度に、電圧の位相への印加の瞬間であるように設けられる。デジタルプロセッサは、制御インターフェース（図示せず）を用いる電子制御装置によって、電圧の位相への印加の瞬間の通知を受ける。各磁束の読取りがなされた後、積分器はデジタルプロセッサによってリセットされる。
【００６０】
直流電源電圧Ｖが電力変換器における半導体スイッチ間の電圧降下と比べて相対的に大きい場合において、個々の相電圧の代わりに、直流電源電圧が測定され、積分されてもよい。このことは、ただ１つの電圧しか測定する必要がないという利点がある。
【００６１】
次いで、磁束は、次式のように測定される。
【数３】
0004480326.tif 000004
【００６２】
別個の電子式積分器を用いることに代えて、直流供給（または相）電圧に時間を、ステップバイステップ法で乗算することによって、デジタルプロセッサが用いられてもよい。このことは、デジタルプロセッサが実質的に使用中となるという点で不都合であり、別のユニットであることを必要としてもよい。
【００６３】
しかしながら、供給電圧が実質的に一定であり、抵抗電圧ｉＲと比べて大きい場合、様々な近似がなされてもよい。たとえば、
Ψｍ＝（Ｖ−ｋｉｍＲ）（ｔｍ−ｔ０）                        （５）
ここで、ｋは定数であり、典型的にはｋ＝０．５であり、
【数４】
0004480326.tif 000005
である。
【００６４】
さらなる実施形態として、供給電圧Ｖが抵抗電圧ｉＲと比べて相対的に大きい場合、抵抗電圧降下を補償する必要性は、記憶されたデータにおける磁束の修正値を用いて、またはｉＲ全体を無視することによって回避することができる。
【００６５】
この場合、デジタルプロセッサに記憶される特定の電流Ｉに対する相鎖交磁束Ψの値と特定の回転子位置θの値とは、回転子位置θに対する相電流Ｉを生成するために必要な、次式によって与えられる電圧−秒積分Ψ’の値に置換される。Ψ’＝∫ｖｄｔ
【００６６】
Ψ’の値と∂θ／∂Ψ’の値とのテーブルを確立するために機械を試験するとき、ｖは便宜上一定に保持されてもよく（ｖが相対的に大きい場合）、供給電圧に等しいことが好ましい。回転子位置の測定手順は、測定磁束Ψｍと期待磁束Ψｅと導関数（∂θ／∂Ψ）とが、Ψｍ’とΨｅ’と（∂θ／∂Ψ’）とにそれぞれ置換されることを除いて、本願において既に記載された手順と同様である。ここで、Ψｅ’と（∂θ／∂Ψ’）とは図４および図６に示される記憶されたデータから記載されるように得られ、磁束Ψｍ’は次式のように測定される。
Ψｍ’＝Ｖ（ｔｍ−ｔ０）                                    （６）
【００６７】
式（３）、式（４）、式（５）および式（６）は、回転子位置を特定する目的で、相鎖交磁束を求める異なる方法を示し、これらは該技術の異なる実施を示す。
【００６８】
上述の様々な実施形態は、すべて、予測される回転子位置における磁束Ψｍおよび電流Ｉｍの測定と、基準回転子位置に対応する測定された電流ｉｍに対する期待磁束Ψｅの参照と、次式に従う基準回転子位置および予測される回転子位置間の差Δθとに基づく。
【数５】
0004480326.tif 000006
【００６９】
図６は、本発明の方法を図的に示す。鋸刃波形Ψａは、機械が連続電流モードの状態にある間の位相に関連する実際の鎖交磁束を示す。鎖交磁束の値Ψｓは、最小、またはサイクル中に「持続している」値である。鋸刃波形Ψｉは、積分器の出力によって示される鎖交磁束である。位相は角度θｏｎにおいて切換えられ、それに先立って積分器は、プロセッサ４４からの信号によって、期間Ｒの間リセット状態に保持される。この期間Ｒは、積分器の出力をゼロに戻すために充分に長い。θｏｎにおいて、電流が測定され（図７参照）、インダクタンスの参照テーブル４６が問合されてその回転子角度に対する位相のインダクタンスを求める。電流とインダクタンスとの積がプロセッサ４４によって計算される。これはΨｓの概算値を与え、これは次いで制御装置４２によって記憶される。θｏｎ後、その位相における実際の鎖交磁束が、印加電圧によって決定される割合で増加し、積分器の出力によって、Ψｓのオフセット量を伴って追従する。いくつかの時点（この議論においては重要ではない）において、位相がオフに切換えられ、鎖交磁束が減少し始める。回転子が予め定める位置θｒｅｆにあると制御システムが判断すると、積分器からの出力と相電流の値とがサンプリングされ、保持される。記憶されたΨｓの概算値がΨｉの値に加算されてΨａの概算値を与える。次いで、電流およびΨａが、上述され、欧州特許出願公開０５７３１９８号明細書におけるＲａｙによって教示された手法で、実際の回転子角度を求めるために用いることができる。
【００７０】
本発明の実施形態は、相電流が不連続である、すなわち従来の単一パルスモードにあるときに、同様にうまく動作するという点で特に有利である。このことは、図８に図的に示される。電流はθｏｎの直前でゼロであるので、インダクタンスとの乗算は、ゼロの持続している鎖交磁束の修正結果を与える。こうして、同一のプログラムコードが不連続電流および連続電流の両方に対して制御装置４２において使用可能である。
【００７１】
上述の方法は、連続電流運転とセンサレス位置検出とを組合せた、機械性能の不所望な低下のない、簡単で、有効な方法を提供する。
【００７２】
開示された構成の変形例が、本発明から逸脱することなく、特に制御装置のアルゴリズムの実施の詳細においてなしうることを当業者は理解するであろう。また、回転子位置検出の基礎となる診断は、多相機械のただ１つの位相において実行可能である。したがって、上述の記載の複数の実施形態は、一例としてなされ、限定を目的とするものではない。上述の動作への重大な変更なく軽微な変更が駆動装置になされ得ることは、当業者にとって明らかであろう。本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定されることを意図している。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の時点におけるリラクタンス機械の少なくとも１つの位相に関連する鎖交磁束に対する値を、その位相に電圧が印加される瞬間に導出し、回転子の次の時点における相電流と相鎖交磁束の値とを導出し、導出された鎖交磁束の値を組合せて次の時点における全鎖交磁束の値を与え、回転子位置を、相電流と全鎖交磁束の値とから導出するので、スイッチトリラクタンス機械の単一パルスモードでの運転に特に都合がよく、連続電流の有無にかかわらず、単一パルスモードにおいて物理的な回転子位置検出器なしでリラクタンス機械を安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【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１つの位相の変換器の周知の技術を示す。
【図３】パラメータとして回転子位置を用いた、典型的な鎖交磁束−相電流曲線を示す。
【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）は単一パスルモードにおける電動電流波形を示す。
【図５】本発明で実施されるスイッチトリラクタンス駆動装置を図式的に示す。
【図６】連続電流モードにおける図５の駆動装置の鎖交磁束波形を示す。
【図７】図５の駆動装置に対する連続電流波形を示す。
【図８】不連続電流モードにおける図５の駆動装置の鎖交磁束波形を示す。
【符号の説明】
１１  直流電源
１３  電力変換器
３０  固定子
３２  回転子
３４，３６  相巻線
３８  電流トランスデューサ
４０  積分器
４２  制御装置
４３  電圧トランスデューサ
４４  プロセッサ
４６  参照テーブル
５０  固定子極
５２  回転子極
【図１】
0004480326.tif 000007
【図２】
0004480326.tif 000008
【図３】
0004480326.tif 000009
【図４】
0004480326.tif 000010
【図５】
0004480326.tif 000011
【図６】
0004480326.tif 000012
【図７】
0004480326.tif 000013
【図８】
0004480326.tif 000014