(57)【要約】      （修正有）【課題】モータの複数相の起電力を、直接的に、かつ位置センサを全く用いることなく、読み取ることを可能にする。【解決手段】交流電動モータ３と、モータ３の相または複数相を制御する制御インバータ５とを備える電源装置に関し、モータ３は、少なくとも１つの相ＰＡ，ＰＢ，ＰＣの少なくとも１つの巻線に、所定電位に対する電圧を測定するための点Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを有し、測定点Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃは、測定点で巻線を第１部分及び第２部分に分割して、これらの２つの部分に発生する起電力の位相が互いにずれるように選択し、かつモータ３は、測定点と所定電位との間の電圧を測定する手段１１Ａ；１１Ｂ；１１Ｃを含んでいる。【選択図】図１
2012050318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動モータ（３）と、前記モータ（３）の相、または複数相を制御する制御インバータ（５）とを備える電源装置（１）であって、
前記モータ（３）は、少なくとも１つの相（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）の少なくとも１つの巻線に、所定電位（Ｍ）に対する電圧を測定するための点（Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ）を有し、前記測定点（Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ）は、該測定点で前記巻線を第１部分（Ｚａ１；Ｚｂ１；Ｚｃ１）、及び第２部分（Ｚａ２；Ｚｂ２；Ｚｃ２）に分割して、これらの２つの部分に発生する起電力（ｅa1，ｅa2）の位相が互いにずれるように選択され、更に前記モータ（３）は、前記測定点と所定電位との間の電圧を測定する手段（１１Ａ；１１Ｂ；１１Ｃ）を含むことを特徴とする、電源装置（１）。
【請求項２】
前記測定点と所定電位との間の電圧を測定する手段（１１Ａ；１１Ｂ；１１Ｃ）は、前記インバータ（５）で、着目する前記複数相を惰性走行モードに切り替えている状態で、前記電圧を測定するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記モータ（３）の巻線は、中点（Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ）付き巻線であることを特徴とし、前記測定点は、前記巻線の中心点であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
１つの巻線の前記２つの各部分に発生する起電力の振幅は、ほぼ等しいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記インバータ（５）は、前記複数相の全てを惰性走行モードに同期切り替えて、前記モータ（３）の各相の電圧の同時測定を可能にするように構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記インバータ（５）は、標準三相インバータであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記インバータは、Ｈブリッジ構成の三相インバータ（５）であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記交流電動モータ（３）は、機械角の一部に対応する機械ステップ角単位で動作する多相電動モータであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記交流電動モータ（３）は、交流三相電動モータであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は、モータ制御ユニット（９）を備え、このモータ制御ユニット（９）は、前記測定手段（１１Ａ；１１Ｂ；１１Ｃ）に接続され、かつ各相の測定結果に基づいて、前記モータの複数相の各相の起電力を推定し、かつ前記インバータ（５）を前記測定起電力に応じて制御するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御ユニット（９）は、前記モータ（３）の角度位置を、各相の前記起電力のゼロクロスから推定するように構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
交流電動モータ（３）と、前記モータの相または複数相を制御する制御インバータ（５）とを備える電源装置（１）の起電力を測定する方法であって、
少なくとも１つの相（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）の１つの巻線の測定点（Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ）と所定電位（Ｍ）との間の電圧を測定し、前記測定点は、この測定点で前記巻線を第１部分（Ｚａ１；Ｚｂ１；Ｚｃ１）及び第２部分（Ｚａ２；Ｚｂ２；Ｚｃ２）に分割して、これらの２つの部分に発生する起電力の位相が互いにずれるように選択されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの相（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）の１つの巻線の測定点（Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ）と、所定電位（Ｍ）との間の電圧を、着目する前記複数相を前記インバータで惰性走行モードに切り替えている状態で測定することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記モータ（３）の巻線は、中点（Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ）付き巻線であることを特徴とし、前記測定点は、前記巻線の中心点であることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
１つの巻線の前記２つの部分の各部分に発生する前記起電力の振幅はほぼ等しいことを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数相の全てを、例えばパルス幅変調により、惰性走行モードに同期切り替えて、前記モータ（３）の各相の電圧の同時測定を可能にすることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記インバータ（５）は、標準三相インバータであることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記インバータ（５）は、Ｈブリッジ構成の三相インバータであることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記交流電動モータ（３）は、機械角の一部に対応する機械ステップ角単位で動作する多相電動モータであることを特徴とする、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記交流電動モータ（３）は、三相電動モータであることを特徴とする、請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記モータの複数相の各相の起電力を、前記複数相（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）の各相の電圧測定値から推定し、そして前記インバータを、前記測定起電力に応じて制御することを特徴とする、請求項１２〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記モータの角度位置を、各相（ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ）の起電力のゼロクロスから推定することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
診断結果を、前記モータの各相の前記起電力の測定値から推定することを特徴とし、そして警告信号を、前記複数相のうちの１つの相が故障した場合に発生させることを特徴とする、請求項１２〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電動モータ及び制御インバータを備える電源装置、及びこの装置の起電力を測定する関連方法に関するものであり、交流電動モータの分野に適用しうるものである。
【０００２】
本発明は、具体的には、トラクションインバータを備える電動モータ付き車両、及びこれらのインバータに関連する電動モータの分野に適用することができる。またエアコン用コンプレッサインバータ、及びこれらのインバータに関連する電動モータの分野に適用することもできる。
【０００３】
しかし本発明は、特にこのような用途に用いうるものではあるが、本装置及び関連する方法は、例えばパワーアシスト付き操舵装置のような他の分野において使用することができ、また電動ファンモータに使用することもできる。
【背景技術】
【０００４】
従来、電動車両には、高電圧バッテリが搭載され、この高電圧バッテリから、直流をインバータに供給し、インバータは、この直流を交流に変換して電動モータに給電し、この電動モータで、車両が移動するように駆動する。
【０００５】
モータを制御するために、具体的には、インバータのスイッチ群を制御するために、モータの角度位置を認識して、モータの各相に正しい時点で給電し、最適駆動トルクを発揮させることが必要である。
【０００６】
このことは普通、位置センサ群、例えば特許文献１に記載されているような電動モータの回転軸に配置されるホール効果エンコーダ群／センサ群により行なわれる。
【０００７】
しかしながら、この位置検出器がシステムのウィークポイントとなり、この位置検出器によって、車両は、センサが万が一、故障した場合に停車すると考えられる。更に、これらのセンサは高価である。
【０００８】
特許文献２には、モータの各相の起電力を直接測定するようにした補助巻線が提案されている。
【０００９】
しかしながら、この解決策には、電動モータに対する複雑な変更が必要となる。
【００１０】
更に、位置センサに関して、例えば測定信号が生成されない現象が、この補助構成要素の故障が原因であるかどうか、またはモータ自体の故障が原因であるかどうかが判明していない。
【００１１】
特許文献３には、交流モータと、モータの複数相の起電力を直接測定する制御インバータとを備える電源システムが記載されている。このためには、インバータはモータを特定の方法で制御して、ＥＭＦ（起電力）が測定されることになるときの対象となる相が、測定中に給電されることがないようにする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６，３０７，３３６号
【特許文献２】ヨーロッパ特許第１５６４８８２号
【特許文献３】米国特許第７，４８９，０９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
これらの相を台形制御することにより、２つの相に給電し、かつ１つの相に給電しないようにすることができる。この場合、電流は、ＥＭＦを測定し、このＥＭＦのゼロクロスを検出するために、十分長い期間に亘ってゼロである。
【００１４】
しかしながら、この方法は、例えばモータを正弦波制御するためには適していない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、モータの複数相の起電力を、直接的に、かつ位置センサを全く用いることなく、読み取ることを可能にする装置及び方法を提供することにある。
【００１６】
この目的を達成するために、本発明の主題は、交流電動モータと、前記モータの相または複数相を制御する制御インバータとを備える電源装置であって、前記モータは、少なくとも１つの相の少なくとも１つの巻線に、所定電位に対する電圧を測定するための点を含み、前記測定点は、該測定点で前記巻線を第１部分及び第２部分に分割して、これらの２つの部分に発生する起電力の位相が互いにずれるように選択し、さらに前記モータは、前記測定点と所定電位との間の電圧を測定する手段を含むことを特徴としている。
【００１７】
測定点を、複数相の巻線の位置で直接選択して、この測定点で、巻線を第１部分及び第２部分に分割し、これらの２つの部分に発生する起電力の位相が、互いにずれるようにすることにより、モータ制御の方式が重要ではなくなる。
【００１８】
１つの態様によれば、前記測定点と所定電位との間の電圧を測定する手段は、前記インバータで、着目する前記複数相を惰性走行モードに切り替えている状態で、電圧を測定するように構成される。
【００１９】
別の態様によれば、前記モータの巻線は、中点付き巻線であり、前記測定点は、巻線の中心点である。
【００２０】
更に、１つの巻線の２つの部分に発生する起電力の振幅が、ほぼ等しくなるようにすることができる。
【００２１】
次に、前記インバータは、前記複数相の全てを惰性走行モードに同期切り替えて、前記モータの各相の電圧の同時測定を可能にするように構成することができる。
【００２２】
１つの態様によれば、前記インバータは、標準三相インバータである。
【００２３】
１つの変形例によれば、前記インバータは、Ｈブリッジ構成の三相インバータである。
【００２４】
前記交流電動モータは、例えば機械角の一部に対応する機械ステップ角単位で動作する多相電動モータである。
【００２５】
前記交流電動モータは、交流三相電動モータとすることができる。
【００２６】
前記装置は、モータ制御ユニットを備えることができ、このモータ制御ユニットは、前記測定手段に接続され、かつ各相の測定結果に基づいて、前記モータの複数相の各相の起電力を推定し、かつ前記インバータを、前記測定起電力に応じて制御するように構成される。
【００２７】
前記制御ユニットは、例えば前記モータの角度位置を、各相の前記起電力のゼロクロスから推定するように構成される。
【００２８】
本発明の別の主題は、交流電動モータと、前記モータの相または複数相を制御する制御インバータとを備える電源装置の起電力を測定する方法を提供するものであり、この方法は、
−少なくとも１つの相の１つの巻線の測定点と所定電位との間の電圧を測定し、前記測定点は、該測定点で前記巻線を第１部分及び第２部分に分割して、これらの２つの部分に発生する起電力の位相が互いにずれるように選択されることを特徴とする。
【００２９】
１つの態様によれば、少なくとも１つの相の１つの巻線の測定点と所定電位との間の電圧を、着目する前記複数相を前記インバータで、惰性走行モードに切り替えている状態で測定する。
【００３０】
別の態様によれば、前記モータの巻線は、中点付き巻線であり、前記測定点は、前記巻線の中心点である。
【００３１】
例えば、１つの巻線の２つの部分に発生する前記起電力の振幅が、ほぼ等しくなるようにすることができる。
【００３２】
前記複数相の全てを、例えばパルス幅変調により、惰性走行モードに同期切り替えして、前記モータの各相の電圧の同時測定を可能にすることができる。
【００３３】
前記インバータは、例えば標準三相インバータ、またはＨブリッジ構成の三相インバータである。
【００３４】
前記交流電動モータは、例えば電気角の一部に対応する機械ステップ角単位で動作する多相電動モータである。
【００３５】
前記交流電動モータは、交流三相電動モータとすることができる。
【００３６】
１つの態様によれば、前記モータの複数相の各相の起電力を、複数相の各相の電圧測定値から推定し、前記インバータを測定起電力に応じて制御する。
【００３７】
別の態様によれば、前記モータの角度位置を、各相の起電力のゼロクロスから推定する。
【００３８】
診断結果は、前記モータの各相の起電力の測定値から推定することができ、警告信号は、前記複数相のうちの１つの相が故障した場合に発することができる。
【００３９】
本発明の詳細な例示的な実施形態を、添付の図面を参照しながら一読することにより、本発明を一層深く理解しうると思う。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】装置の第１の例示的な実施形態を模式的に示す。
【図２】図１の装置の詳細を模式的に示す。
【図３】図１による装置に関するＰＷＭ制御のグラフを示す。
【図４】三相モータの起電力の測定結果をベクトル図で示す。
【図５】装置の第２の例示的な実施形態を模式的に示す。
【図６】インバータを切り替えて中心点電圧の測定を可能にする図５の回路を模式的に示す。
【図７】ステップ角単位で回転する交流電動モータの簡易図である。
【図８】図７のモータの第１結線例を示す。
【図９】図７のモータの第２結線例を示す。
【図１０】起電力の測定値を、本発明による装置を備える自動車両の速度の関数として表わす代表例を示すグラフである。
【図１１】ゼロクロスを検出するための三相モータの複数相の起電力の時間変化を示すグラフである。
【図１２】測定されるＥＭＦの２つのゼロクロス点間の遅延を、速度の関数として示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
これらの図の全てにおいて、同じ構成要素には、同じ符号が付してある。
【００４２】
図１は、本発明による装置１を示しており、この装置１は、交流電動モータ３を備え、かつ、モータ３の相または複数相ＰＡ，ＰＢ，及びＰＣを制御する制御インバータ５を備えている。
【００４３】
「電動モータ」という語は、電気機械に電流が供給されると、電気エネルギーを機械運動に変換し、かつ機械運動を電気エネルギーに変換する（電流発電機）こともできる電気機械を指している。
【００４４】
本例では、電動モータ３は、中性点を持たない三相モータであり、この三相モータの三相ＰＡ，ＰＢ，及びＰＣは,
それぞれ、中点Ｍａ，Ｍｂ，及びＭｃ付き巻線から構成されている。従って、モータは、図１では、インダクタンスとして機能するモータの巻線によってのみ、部分的にしか示していない。
【００４５】
モータの複数相を制御する制御インバータ５は、この例では、Ｈブリッジ構成の三相インバータである。
【００４６】
この実施形態では、インバータは、３つのＨブリッジＨａ，Ｈｂ，及びＨｃを含んでいる。
【００４７】
各Ｈブリッジは、４個のスイッチＳｉ，ｊ（ｉ＝１，２；ｊ＝Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’，Ｃ，Ｃ’）を含み、添え字ｉ＝１は、ブリッジの脚部とも表記されるブリッジの下辺を表わし、そして添え字ｉ＝２は、ブリッジの上辺を表わす。プライム記号付きの、またはプライム記号なしの添え字ｊは、スイッチが属する相を表わす。
【００４８】
スイッチＳｉ，ｊ（ｉ＝１，２；ｊ＝Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’，Ｃ，Ｃ’）は、例えば入力側の金属―酸化物半導体電界トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、及び出力側のバイポーラトランジスタを組み合わせたハイブリッドトランジスタに対応するＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）パワースイッチである。
【００４９】
「Ｈブリッジ構造」または「Ｈブリッジ」という語は、それ自体が公知の電気回路または電子回路に対応している。
【００５０】
例えば、ＨブリッジＨａに関して、ブリッジＨａは、図１に示すように、普通、Ｈ形に模式的に配置される４個のスイッチング素子Ｓ１Ａ，Ｓ２Ａ，Ｓ１Ａ’，及びＳ２Ａ’を含み、２つの垂直分岐は、一方の側のスイッチング素子Ｓ１Ａ，Ｓ２Ａ、及び他方の側のスイッチング素子Ｓ１Ａ’，Ｓ２Ａ’によりそれぞれ形成され、かつブリッジの負荷に対応する、すなわち電動モータ１の相ＰＡの巻線に対応するＨ字状の接続線の水平分岐の両側に配置されている。
【００５１】
各スイッチＳｉ，ｊは、制御ユニット９に接続され、この制御ユニット９は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御を加えて、例えばモータを、一方の方向または他方の方向に回転させて、自動車両を推進する機能のような種々の機能を実行することができる。
【００５２】
当該回路は、ｄｃ電圧源Ｅに接続されている。この回路を自動車両に適用する場合、電圧源は、例えばパワーバッテリのような蓄電手段である。
【００５３】
モータ３は、少なくとも１つの相の少なくとも１つの巻線に、所定電位に対する電圧を測定するための１つの点を有し、この測定点は、当該測定点で巻線を第１部分及び第２部分に分割して、これらの２つの部分に発生する起電力の位相が互いにずれるように選択される。
【００５４】
本例では、これらの測定点は、相ＰＡ，ＰＢ，及びＰＣの巻線の中点Ｍａ，Ｍｂ，及びＭｃと同じになるように設定されるので有利である。
【００５５】
本発明による装置は、更に、インバータが、例えば着目相ＰＡ，ＰＢ，ＰＣを惰性走行モードに切り替えている状態で、測定点Ｍａ，Ｍｂ，及びＭｃと所定電位、例えば回路のグランドＭとの間の電圧を測定する手段１１Ａ，１１Ｂ，及び１１Ｃを備えている。
【００５６】
相ＰＡ，ＰＢ，及びＰＣを、惰性走行モードに切り替えるのは任意であるが、切り替えることにより、ずれを無くすことができるという利点がもたらされる。
【００５７】
更なる詳細に関しては、スイッチ群により模式的に表わされるスイッチング素子群を有するブリッジＨａを、一例として詳細に示している図２を参照されたい。
【００５８】
図から分かるように、ブリッジの脚部のスイッチ群、すなわちスイッチＳ１Ａ及びＳ１Ａ’は閉じている。すなわち、相Ａをインバータ５で惰性走行モードに切り替えている。
【００５９】
巻線の第１部分を当該巻線のインピーダンスＺａ１で示し、第２部分を当該巻線のＺａ２で示している。
【００６０】
この場合、次の方程式を推測することができる。
【数１】
2012050318.tif 000003
上の方程式では：
−ＶOMは、１つの相の巻線の中点と回路のグランドとの間で測定される電圧、
−ｅa1は、インピーダンスＺａ１の第１部分に発生する部分起電力、
−ｅa2は、インピーダンスＺａ２の第２部分に発生する部分起電力、
−ｉａは、Ｈブリッジを図２に示すように、惰性走行モードに切り替えるときに発生する電流である。
簡単のために、Ｚａ１＝Ｚａ２＝Ｚ（Ｚａ１をＺａ２とは異ならせることができることに留意されたい）が成り立つと仮定した場合、次の方程式が得られる：
【数２】
2012050318.tif 000004
【００６１】
上に説明したように、測定点は、部分起電力ｅa1及びｅa2の位相が互いにずれるように選択されている。これは、種々の方法で、具体的には、電気角の一部に対応する機械ステップ角単位で動作する多相交流電動モータ（この説明では、このタイプのモータは、「ステップ角単位で回転する電動モータ」と表記する）を使用することにより得ることができる。これについては後で更に詳細に説明する。
【００６２】
計算を簡単にするために、１つの相の各半コイルのｅa1及びｅa2の振幅が等しく（同じ誘導性を示し、同じ巻回数である）、かつｅa1及びｅa2の位相が互いにずれていると仮定する。
【００６３】
この仮定は、ｅa1及びｅa2が高調波を含み、これらの高調波の位相ずれが、測定されることになる高調波の全てに関して同じとなる場合でも、依然として成り立つ。
【００６４】
従って、ｅa1及びｅa2は、次の等式で表わすことができる。
【数３】
2012050318.tif 000005
上の等式では、Ｅkは、高調波ｋ（ｋは自然数）の振幅であり、ｗkは、高調波のパルス波形の周波数、または高調波の角周波数である。
【００６５】
従って、ブリッジの脚部の２個のスイッチＳ１Ａ及びＳ１Ａ’が閉じるときの、従って相ＰＡが「惰性走行」状態になっているときの測定点としての中点の電圧を計算することにより、次の等式を得る。
【数４】
2012050318.tif 000006
上の等式では、次の関係が成り立つ。
【数５】
2012050318.tif 000007
【００６６】
１つの相の合計起電力を以下の等式のように表わすことができるものとする。
【数６】
2012050318.tif 000008
上の等式では、次の関係が成り立つ。
【数７】
2012050318.tif 000009
【００６７】
この操作の結果は、ＶOMを測定することにより、ＥＭＦが高調波を含まない場合に、交流モータ３の各相の起電力（ＥＭＦ）を直接測定することができ、かつ忠実に測定することができるということである。
【００６８】
従って、ＥＭＦの表示が得られるが、この場合、各高調波成分は、係数
【数８】
2012050318.tif 000010
で減衰し、角度φk−φk’だけ位相ずれしている。これらの係数及び角度は,
次の等式で表わされる。
【数９】
2012050318.tif 000011
【００６９】
一例として、この技術分野の当業者により、１２巻線溝１０極コイル（例えば、図１０参照）と呼ばれる、５個の磁極ペア、及び１２個のティースを有する機械によって、
【数１０】
2012050318.tif 000012
の位相ずれを、２つの半コイルの間で実現することができる。
【００７０】
従って、次の等式で表わされる減衰係数及び位相が得られる。
【数１１】
2012050318.tif 000013
【００７１】
減衰係数及び位相ずれは、モータ３の構造にのみ依存する一定の既知パラメータ群である。従って、ＥＭＦは、モータの複数相の各相に関して、かつセンサの追加、または複雑な推定または計算のいずれも必要とすることなく、容易に測定することができる。
【００７２】
従って、この計算は、これらのＥＭＦの比、またはこれらのインピーダンスの比が既知である限り、困難を伴うことなく、同様の方法で、インピーダンス群の値が等しくない状態、および／またはＥＭＦ群の振幅が等しくない状態で行なうことができる。
【００７３】
従って、モータ３の起電力は、遅延を伴うことなく、外乱を生じることなく、そして特定のフィルタリング処理を全く必要とすることなく、読み取ることができる。
【００７４】
従って、この機構により、起電力を測定する方法を実行することができる。この方法では、電圧は、着目相をインバータで惰性走行モードに切り替えている状態で、少なくとも１つの相の巻線の測定点と所定電位との間で測定され、測定点は、当該測定点で巻線を第１部分及び第２部分に分割して、これらの２つの部分に発生する起電力の位相が互いにずれるように選択される。
【００７５】
従って、モータの複数相の各相の起電力は、複数相の各相の電圧測定値から推定され、インバータを測定起電力に応じて制御することができる。
【００７６】
１つの例示的な実施形態によれば、インバータ５は、複数相の全てを惰性走行モードに同期切り替えて、モータの各相の電圧の同時測定を可能にするように構成される。
【００７７】
この様子の一例を、パルスエネルギーの中心がＰＷＭ期間のほぼ中央になるようにするＰＷＭ（パルス幅変調）制御を示す図３に示す。
【００７８】
この図では、ＰＷＭ  Ｓ１ＡがスイッチＳ１Ａに対するＰＷＭ制御を表わし、ＰＷＭ  Ｓ１Ａ’ がスイッチＳ１Ａ’に対するＰＷＭ制御を表わし、ＰＷＭ  Ｓ１ＢがスイッチＳ１Ｂに対するＰＷＭ制御を表わし、ＰＷＭ  Ｓ１Ｂ’ がスイッチＳ１Ｂ’に対するＰＷＭ制御を表わし、ＰＷＭ  Ｓ１ＣがスイッチＳ１Ｃに対するＰＷＭ制御を表わし、そしてＰＷＭ  Ｓ１Ｃ’ がスイッチＳ１Ｃ’に対するＰＷＭ制御を表わしている。
【００７９】
図４は、各相のＥＭＦとモータの各相の巻線の中点での電圧測定値との関係を説明する図である。この関係がベクトル関係であることを理解しうると思う（このベクトル関係から、位相ずれの発生、及びゲインの発生を説明することができる）。
【００８０】
本発明は、上に説明した例と同様の方法で、図５に示すように、標準的なインバータ５、及び中性点を有し、かつ中点付き巻線を含む三相モータ３に適用することもできる。
【００８１】
この例のインバータ５は、３本の分岐線Ａ，Ｂ，及びＣを含み、これらの分岐線には、それぞれ、分岐線当たり２個のスイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂ，及びＳ１ｃ，Ｓ２ｃが配置されている。
【００８２】
モータ３は、少なくとも１つの相の少なくとも１つの巻線に、所定電位に対する電圧を測定する点を含み、この測定点は、当該測定点で巻線を第１部分及び第２部分（この場合、相ＡのＺａ１及びＺａ２、相ＢのＺｂ１及びＺｂ２、及び相ＣのＺｃ１及びＺｃ２）に分割して、１つの相の巻線のこれらの２つの部分に発生する起電力の位相が互いにずれるように選択される。
【００８３】
本例では、これらの測定点は、相ＰＡ，ＰＢ，及びＰＣの巻線の中点Ｍａ，Ｍｂ，及びＭｃと同じになるように設定されるので有利である。
【００８４】
インバータで着目相Ａ，Ｂ，Ｃを惰性走行モードに切り替えている状態で、測定点Ｍａ，Ｍｂ，及びＭｃと所定電位、例えば回路のグランドＭとの間の電圧を測定する手段１１Ａ，１１Ｂ，及び１１Ｃを設け、制御ユニット９に接続する。
【００８５】
更なる詳細に関しては、図５と同じ回路を表わす図６を参照されたい。図６では、スイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂ，及びＳ１ｃ，Ｓ２ｃを、スイッチ群により模式的に表わしている。
【００８６】
図から分かるように、各分岐線の脚部のスイッチ群、すなわちスイッチＳ２ａ，Ｓ２ｂ，及びＳ２ｃを閉じている。すなわち、相Ａ，Ｂ，及びＣをインバータ５で惰性走行モードに切り替えている。更に、スイッチＳ２Ａ，Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ｃを閉じる場合、中性点の電圧は０であるので、図２と等価な図が適用される。
【００８７】
従って、図１〜図４の例と同様の方法で、各相の起電力ＥＭＦを個々に、または全て一括同期して求めることができる。
【００８８】
上に説明してきたように、本発明では、測定点を選択して、１つの相の巻線を第１部分及び第２部分に分割することにより、これらの２つの部分に発生する起電力の位相が互いにずれるようにすることになる。
【００８９】
これは、例えばステップ角単位で回転する電動モータ（ステップ角単位で回転する多相モータ）、すなわち電気角の一部に対応する機械ステップを角単位で動作する機械を使用することにより、実現することができる。
【００９０】
機械ステップ角単位で動作する機械は、同じ相に属する巻線群を有し、かつこれらの巻線の位相が電気的にずれているという特徴を有する。
【００９１】
図７は、広く１２巻線溝１０極と呼ばれている電気機械（モータ）の例、または巻線＋ＵＡ，−ＵＡ，＋ＶＡ，−ＶＡ，＋ＷＡ，−ＷＢ，＋ＵＢ，−ＵＢ，＋ＶＢ，−ＶＢ，＋ＷＢ，−ＷＢを溝に通した状態の１２個の巻線溝、及び１０個の磁極（５個の磁極ペアＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５）の例を示している。
【００９２】
これらの磁極ペアは、間隔２π／５だけずらされているのに対し、これらの巻線は、２π／１２だけずらされている。
【００９３】
使用する命名法によれば、同じ文字で示され、かつ逆符号を有する巻線は、反対方向に巻回される。従って、＋ＵＡは−ＵＡとは反対方向に巻回される。
【００９４】
このモータでは、３つの相は、Ｕ，Ｖ，及びＷで示され、各相は、４つの巻線を有し、これらの巻線の１番目の文字は、当該巻線が属する相を指している、すなわち相Ｕは、巻線＋ＵＡ，−ＵＡ，＋ＵＢ，及び−ＵＢを有する。
【００９５】
モータの所望の特性によって変わるが、本発明を実施して各相の起電力を直接測定する２つの結線方法を想到することができる。
【００９６】
図８に示す第１の方法によれば、１つの同じ相の４つの巻線を直列に配置し、１つの相の起電力に対応する電圧を測定するための測定点（Ｍｕ，Ｍｖ，及びＭｗ）は、一方における１つの同じ相の２つの隣接する直列巻線、例えば＋ＵＡ及び−ＵＡと、他方における一方の巻線群に対向配置される同じ相の他方の２つの隣接する直列巻線、すなわち＋ＵＢ及び−ＵＢとの中点である。
【００９７】
このように、一例として、従って、相Ｕの測定点Ｍｕで、この同じ相の巻線（相Ｕの巻線は、巻線＋ＵＡ，−ＵＡ，＋ＵＢ，−ＵＢにより形成される）を、＋ＵＡ及び−ＵＡにより形成される第１部分、及び＋ＵＢ及び−ＵＢにより形成される第２部分に分割して、これらの２つの部分に発生する起電力の位相が互いにずれるように選択されることが分かる。
【００９８】
図９に示す第２の方法によれば、１つの同じ相の順巻線部及び逆巻線部（例えば＋ＵＡ及び−ＵＡ）は並列配置され、１つの相の起電力に対応する電圧を測定するための測定点（Ｍｕ，Ｍｖ，及びＭｗ）は、一方における１つの同じ相の２つの隣接する並列巻線、例えば＋ＵＡ及び−ＵＡと、他方における一方の巻線群に対向配置される同じ相の他方の２つの隣接する並列巻線、すなわち＋ＵＢ及び−ＵＢとの中点である。
【００９９】
図１０は、一例として、電動車両の場合に、速度の関数として、曲線５０に沿った実線で表わされる電圧測定値ＶOMの絶対値、及び曲線５２に沿った破線で表わされる推定起電力の絶対値を示している。
【０１００】
図１及び図５に示すように、モータを制御するユニット９は、前記測定手段１１Ａ，１１Ｂ，及び１１Ｃに接続され、かつ各相に関する測定結果に基づいて、モータの複数相の各相の起電力を推定し、そしてインバータを測定起電力に応じて制御するように構成されている。
【０１０１】
次に、位置物理量を直接測定する位置センサを用いていないので、「センサレス」制御という語を使用する。
【０１０２】
ＥＭＦの直接測定値を使用することにより得られる、機械を制御する際の簡易性の他に、センサレス位置制御を想到することができる。
【０１０３】
勿論、停車すると、位置は判明しないが、必要なのは、ステータを十分大きい電流で励磁して、ロータの回転を始動するだけでよく、発生するＥＭＦが十分大きい場合には、制御ユニット９は、ＥＭＦ測定値によって位置を推定することもできる。従って、ユニット９は、各相に印加される電圧をＰＷＭ制御により正しく計算して、要求モータトルク及び回転方向を取得することができる。
【０１０４】
このような始動フェーズは、短い場合には、運転者が知覚することができない。
【０１０５】
変速比１０、及び直径７０ｃｍの車輪の例を採ると、４０ｋｍ／ｈでは、機械は３０００ｒｐｍ-1で回転する。１ｋｍ／ｈでは、機械は、１秒当たりの車輪の０．１２５回転に対応する１．２５ｒｐｍ-1で回転する。実際に必要なのは、ロータの回転角を容易に特定するための１つの回転電気角だけである。従って、上に説明した１２巻線溝１０極の機械の例では、必要なのは、１／５回転または２００ｍｓ（車輪の０．０２５回転）だけである。この変位は、当該変位が５．５ｃｍの変位に対応するので運転者は知覚することができない。
【０１０６】
測定ＥＭＦは６．８Ｖとなる（図１０参照）。測定分解能が十分である場合、コンピュータで計算して、位置を見つけ出すことができる。
【０１０７】
更に、制御ユニット９は、モータの角度位置を、各相の起電力のゼロクロスから推定するように構成されている。
【０１０８】
実際、ゼロクロスを検出する操作は、電子回路を介して、またはソフトウェアにより簡単に行なわれる操作である。
【０１０９】
図１１に示すように、三相モータの場合、１周期当たり、かつ１相当たり、２つのゼロクロスがカウントされる。複数相の間に位相ずれがあるとすると、１相当たり合計で、６個のゼロクロスがカウントされる。ＥＭＦ測定値のゼロクロスに基づいて、モータ３の角度位置に関する情報を、直接、かつ計算を行なうことなく入手することができる。従って、６個の位置取得値が、各電気周期に対応して得られ、この電気周期は、ロータの角度位置をどのような時点においても正確に判明させる必要がない多くの用途において、十分過ぎるほど長い。
【０１１０】
図１２は、変速比が１０であり、かつ車輪直径が７０ｃｍである場合に、１２個の巻線溝、及び５個の磁極ペアを有する機械に関する用途における測定ＥＭＦの２つのゼロクロス点間の遅延を、電動自動車両の速度の関数として示している。
【０１１１】
別の態様によれば、制御ユニット９は、診断結果を、モータの各相の起電力の測定に基づいて推定するように構成されている。
【０１１２】
実際、これらの測定によって、例えばモータの１つの相の故障を検出し、警告信号を発する非破壊方法が提供される。
【０１１３】
故障フェーズに入る場合でも、車両で移動することが依然として可能であり、ユーザは給油所に行くことができ、更にＰＷＭ制御を故障フェーズを考慮に入れるように適合させることができる。
【０１１４】
従って、本発明によると、モータの各相の起電力を容易かつ直接的に測定することが可能であることが理解できる。特定のセンサが必要ではなくなる。従って、モータの制御回路は簡易化され、かつコストをさほどかけずに済む。
【０１１５】
明らかなことであるが、本発明は、相数に関係なく、いずれの交流電動モータにも適用することができる。
【０１１６】
また、「電動モータ」という表現は、広義の電気機械を指している。すなわち、機械が電力供給を受ける場合の推進モータを指す、またはインバータを充電モードに切り替えて、発生する電気エネルギーをモータにより回生する場合の電流発電機を指すこともある。
【符号の説明】
【０１１７】
１  電源装置
３  交流電動モータ
５  制御インバータ
９  制御ユニット
５０，５２  曲線
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ  測定手段
Ａ，Ｂ，Ｃ  分岐線
Ｅ  ｄｃ  電圧源
Ｅk  高調波ｋの振幅
ＥＭＦ  起電力
ｅa1，ｅa2  部分起電力
Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ  Ｈ  ブリッジ
ｉａ  モード切り替え電流
Ｍ  グランド
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ  巻線中点、測定点
Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗ  測定点
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５  磁極ペア
ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ  モータ相
Ｓ１Ａ，Ｓ２Ａ，Ｓ１Ａ’，Ｓ２Ａ’，Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ１ｃ，Ｓ２ｃ，Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ｃ  スイッチング素子
Ｓｉ，ｊ  スイッチ
＋ＵＡ，−ＵＡ，＋ＶＡ，−ＶＡ，＋ＷＡ，−ＷＢ，＋ＵＢ，−ＵＢ，＋ＶＢ，−ＶＢ，＋ＷＢ，−ＷＢ  巻線
ＶOM  巻線中点とグランドとの間の電圧
ｗk  高調波周波数
Ｚａ１，Ｚａ２，Ｚｂ１，Ｚｂ２，Ｚｃ１，Ｚｃ２  巻線インピーダンス
φk，φk’  角度
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
2012050318000001.pdf