(57)【要約】【課題】より広いトルク出力レンジを可能にする制御分解能を向上させる。【解決手段】個別に整流される多相ＤＣ電気モータ６０２は、それぞれの相がトルク定数を有する相巻線を含み、それぞれの相巻線に供給される駆動電流に応答してトルクを生成する。コントローラ６０４は、多相ＤＣモータによって生成される所望のトルクの大きさを表すトルク指令と、位相シフト指令とを受信する。コントローラ６０４は、トルク指令及び位相シフト指令に基づき、それぞれの巻線のトルクが比較的小さいときに、巻線それぞれの巻線電流のピーク振幅及び位相の制御を実行し、比較的大きいときに、巻線それぞれの電流のピーク振幅の制御のみを行う。これにより、より広い範囲のトルク出力制御が可能となる。トルク制御を実行する。【選択図】図１０
2009178023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの相がトルク定数を有する相巻線を含んだ多相ＤＣモータによって生成されるトルクを制御する方法であって、該方法は、
所望のトルクの大きさを生成するために各相巻線に供給される駆動電流であって、ピーク振幅と位相角とを有する駆動電流を決定するステップと、
それぞれの相巻線に駆動電流を供給するステップと、
それぞれの駆動電流の位相角を少なくとも選択的に変更して、所望の大きさのトルクを生成するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
モータ駆動制御システムであって、該システムは、
それぞれの相がトルク定数を有する相巻線を含み多相ＤＣモータであって、トルクを生成するためにそれぞれの相巻線に供給される駆動電流に応答して動作する多相ＤＣモータと、
多相ＤＣモータによって生成される所望のトルクの大きさを表すトルク指令を受信するコントローラであって、トルク指令に応答して、巻線電流指令であって、
（ｉ）所望の大きさのトルクを生成するためにそれぞれの相巻線に供給される、それぞれがピーク振幅と位相角とを含む駆動電流を表し、かつ
（ｉｉ）所望のトルクの大きさを生成するためにそれぞれの相巻線に供給される駆動電流の位相角を少なくとも選択的に変える
巻線電流指令を、相巻線ごとに決定するコントローラと
を備えることを特徴とするモータ駆動制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的には、アクチュエータ及び／又はモータの制御に関し、より詳細には、出力トルクの広ダイナミックレンジにわたってモータ駆動アクチュエータ及び／又はモータを制御するシステム及び方法に関する。
なお、本発明は、Orbital Sciences Corporationの運動エネルギー迎撃体（ＫＥＩ）プログラムに関する契約下で政府の支援を受けて行われた。政府は本発明において特定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
モータ及びアクチュエータは無数の用途において使用されている。これら用途の多くのシステム要件は、十分な分解能の維持と同時に、さらに広いダイナミック出力トルクレンジを必要としている。たとえば、１又は複数の多相電気モータ又はアクチュエータが、ミサイルの進行を制御するスラスタノズルを制御するために使用されるミサイル誘導システムの用途がある。より詳細には、モータは、出力トルクを供給して、ノズルを適所に保持し、それによってミサイルのコースを保持するか又はノズルの位置を変更し、それによってミサイルのコースを変更する。ミサイルが飛翔している期間にわたって、モータ又はアクチュエータは、比較的広いレンジにわたって動的に変化する出力トルクを生成する必要がある場合がある。
【０００３】
障害物を回避すると共に目標捕捉の最終調整を行う能力として定義されるミサイルの鋭敏性は、ミサイルのダイナミック高トルク能力によって制御される。高分解能トルク条件は、安定性、精密指向、及び天候に起因する外乱の補償に必要である。したがって、トルクレンジが広くなればなる程、ミサイルはより鋭敏になるが、安定性を制御するために分解能を維持する必要がある。
【０００４】
モータは、電流をモータの巻線を通じて送ることによって出力トルクを生成する。一般に知られているように、各モータ巻線によって任意の時点において生成されるトルクは、その時点における巻線位置の場合の、巻線に供給される電流と巻線のトルク定数との積である。個々の巻線トルクそれぞれの和がモータ出力トルクである。
【０００５】
モータ電流はアナログパラメータであるため、多くの伝統的なモータ駆動制御システムはアナログベースシステムであった。デジタル電子機器を、モータ電流のようなアナログパラメータを制御するために使用することができるが、デジタルモータ駆動制御システムの利用頻度は、少なくとも最近まではそれほど高くなかった。これの１つの理由は、プロセッサが、多数のモータ巻線電流ループを扱うには十分に高速な処理速度能力を有していなかったということである。また、既知のデジタルモータ駆動制御システムは、同じ機能を実行するアナログベースのシステムと比較して、電力及び／又は重量が比較的大きいという不利益があった。より最近のデジタルモータ駆動制御システムは、多数の電流ループを扱う速度及び処理能力を有する。これらのデジタルシステムは、多数の信号（加速度、速度、レート、及び位置）が単一の検出器から導出されることを可能にする処理能力も有し、それによって機械部品の数が減少する。この後者の要素は、重量の均衡を保つか、又は場合によっては重量を一方に傾けるのを助ける。
【０００６】
少なくとも幾つかの用途では、少なくとも十分な分解能を維持しながら、モータのトルクレンジを拡大することが望ましいことは、既に述べた。２つの方法がこの目標を達成するものとして実証されている。実証されている方法のうちの一方は、異なるトルクレンジにわたって動作するように基準化される（scaled）と共に、それらの動作が共に調和している２つのモータを使用することであり、他方の実証されている方法はグラウンドフロアノイズ（ground floor noise）を低減することである。２つのモータを用いる方法に関しては、特にミサイル及び他の発射体のような空挺環境において、システム内にさらなるモータを含むことは、重量及びコストに悪影響を与える場合がある。
【０００７】
グラウンドフロアノイズを低減する方法に関しては、著しい進歩が見られた。アナログモータ駆動制御システムでは、分解能は概して、グラウンドフロアノイズのレベルとして定義される。伝統的なアナログモータ駆動制御システムは、通常、±１２ＶＤＣ又は±１５ＶＤＣの２次電源で動作する。したがって、これらシステムの通常の動作範囲は、約＋１０Ｖ〜約−１０Ｖの範囲内である。＋１０Ｖ〜−１０Ｖの範囲及び５ｍａのグラウンドフロアノイズを有する典型的なシステムは、約１２ビットの分解能を有する。幾つかのアナログモータ駆動制御システムにおけるグラウンドフロアノイズは１ｍａにまで低下し、これは１４ビットの分解能に等しく、幾つかのアナログモータ駆動制御システムはグラウンドフロアノイズを０．３ｍａまで低下させ、これは１６ビットの分解能に等しい。
【０００８】
デジタルモータ駆動制御システムに関して、これらシステムのうちの最も単純なシステムは現在１６ビットの分解能を有するが、幾つかのシステムは３２ビットの分解能を有し、他のシステムは６４ビットの分解能すら有する。当然のことながら、これらのデジタルモータ駆動制御システムでは、デジタル信号がアナログ信号に変換されなければならず、アナログフィードバック信号はデジタル信号に変換されなければならない。しかし、大抵のデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器及びアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器は、１２〜１６ビットの範囲に制限される分解能を有する。したがって、１６ビットよりも高い分解能は、デジタルモータ駆動制御システムにおいてすら、達成できない可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、より広いトルク出力レンジを可能にする制御分解能を上昇させる単一の多相モータ又は多相モータ駆動アクチュエータを制御する方法及びシステムを提供することが望まれている。加えて、トルクリップルを最小化しながら制御分解能を上昇させるモータ又はアクチュエータを制御する方法及びシステムを提供することが望まれている。さらに、本発明の他の望ましい機能及び特徴は、本発明の以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を、添付の図面及びこの本発明の背景技術と共に考慮した場合に、当該詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
多相電気モータ又はアクチュエータを制御するシステム及び方法が提供される。一実施形態において且つ例としてのみ、多相ＤＣモータによって生成されるトルクを制御する方法であって、多相ＤＣモータの各相はトルク定数を有する相巻線を含み、該方法は、所望のトルクの大きさを生成するために各相巻線に供給される、ピーク振幅と位相各とを有する駆動電流を求めるステップを含む。駆動電流は各相巻線に供給され、各駆動電流の位相角は少なくとも選択的に変えられ、所望のトルクの大きさが生成される。
【００１１】
別の実施形態では、モータ駆動制御システムは、多相ＤＣモータ及びコントローラを備える。多相ＤＣモータの各相は、トルク定数を有する相巻線を含み、多相ＤＣモータは、トルクを生成するために各相巻線に供給される駆動電流に応じて動作する。コントローラは、多相ＤＣモータによって生成される所望のトルクの大きさを表すトルク指令を受信するよう構成されている。コントローラは、トルク指令に応答して、所望のトルクの大きさを生成するために各相巻線に供給される駆動電流を表す巻線電流指令を相巻線ごとに求める。各駆動電流は、ピーク振幅と位相角とを含む。相巻線ごとの巻線電流指令はまた、所望のトルクの大きさを生成するために、各相巻線に供給される駆動電流の位相角を少なくとも選択的に変える。
本発明を、同じ符号が同じ要素を示す以下の図面と共に以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】２つの巻線の絶えず整流されるＤＣモータの電気的位置の関数として巻線トルク定数を示す図である。
【図２】最大正出力トルク及び半分の最大正出力トルクの両方における、電流を計算するために既知のアルゴリズムを使用する、２つの巻線の絶えず整流されるＤＣモータの巻線電流を示す図である。
【図３】最大正出力トルク及び半分の最大正出力トルクの両方における、電流を計算するために既知のアルゴリズムを使用する、２つの巻線の絶えず整流されるＤＣモータの、結果的に得られる各巻線の出力トルク及び全モータ出力トルクを示す図である。
【図４】モータ位置が一定のレートで変化し且つ全モータトルクが変化する、２つの巻線の絶えず整流されるＤＣモータの巻線電流を示す図である。
【図５】伝統的なアナログモータ駆動システムを示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態を実施するように構成することもできる伝統的なデジタルモータ駆動システムを示すブロック図である。
【図７】半分の最大正出力トルクにおける、電流を計算するために本発明の位相シフトアルゴリズム及び既知のアルゴリズムの両方を使用する、２つの巻線の絶えず整流されるＤＣモータの巻線電流を示す図である。
【図８】半分の最大正出力トルクにおける、電流を計算するために本発明の位相シフトアルゴリズム及び既知のアルゴリズムの両方を使用する、２つの巻線の絶えず整流されるＤＣモータの、結果的に得られる各巻線の出力トルク及び全モータ出力トルクを示す図である。
【図９】図４と同じトルク／位置プロファイルであり、電流を計算するために本発明の位相シフトアルゴリズムを使用する、２つの巻線の絶えず整流されるＤＣモータの巻線電流を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による例示的なデジタルモータ駆動システムの機能ブロック図である。
【図１１】自律的に、トルクの大きさが閾値を超える場合に電流を計算するために既知のアルゴリズムを使用し、トルクの大きさが閾値未満の場合に本発明の位相シフトアルゴリズムを使用するシステムにおける、２つの巻線の絶えず整流されるＤＣモータの巻線電流を示す図である。
【図１２】入力指令に応じて、電流を計算するために既知のアルゴリズム又は本発明の位相シフトアルゴリズムのいずれかを使用するシステムにおける、２つの巻線の絶えず整流されるＤＣモータの巻線電流を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書において提供される本発明の詳細な説明は、単に例示的な性質を有し、本発明又は本発明の用途及び使用を限定することを意図するものではない。さらに、先行する背景技術又は以下の詳細な説明において提示されるいかなる理論によっても制限されることを意図するものではない。
【００１４】
多相電気モータ（たとえば、個別に整流されるＤＣモータ）を制御するシステム及び方法が提供される。概して、電気モータの機能は、比較的高い分解能と共に、比較的広いダイナミックレンジにわたって比較的正確な出力トルクを生成することである。正確な出力トルクを使用して、モータに自身の位置を維持させて外部の力に対抗させること、新たな位置に迅速且つ円滑に移動すること、一定の回転速度を保持すること、円滑に加速若しくは減速すること、又はこれらの多数の組み合わせのうちの任意の組み合わせが可能である。
【００１５】
本明細書に記載される個別に整流されるＤＣモータでは、このＤＣモータのモータ巻線は各巻線のトルク定数がモータ位置の関数であるように巻かれる。典型的には、トルク定数は、モータの機械的回転ごとに幾つかのサイクルで正弦波状に変化する。正弦波状に変化するトルク定数の１つのサイクルは電気サイクルと呼ぶことができる。多相モータでは、トルク定数における唯一の差異は、各相のトルク定数が互いに対して位相シフトされるということである。たとえば、２相モータでは、各相のトルク定数は９０度の電気角度だけシフトされる。同様に、３相モータでは、各相のトルク定数は１２０度の電気角度だけ位相シフトされる。
本発明の例示的な実施形態を説明する前に、既知のモータ駆動制御システム（以下では伝統的なモータ駆動制御システムと呼ばれる）、及びこれらの伝統的なモータ駆動制御システムによって実行される制御アルゴリズムを、簡単に説明する。
【００１６】
正確で低リプルのモータ駆動を実施する伝統的なモータ駆動制御システムは、多相モータ巻線をモータ位置の関数として計算及び提供する。全ての巻線は、等しいピークの電流の振幅（大きさ）で、且つ巻線電流位相が、関連付けられている巻線トルク定数に合わせられた状態で駆動される。この結果、ピークの巻線電流の振幅（Ｉ）と巻線トルク定数（Ｋ）との積に比例する出力トルク（Ｔ）が生じる。さらに、正確なモータトルクを必要とする伝統的なモータ駆動制御システムは２相の正弦波状に巻かれているモータを使用し、したがって、正弦巻線及び余弦巻線を備える。正弦巻線トルク定数及び余弦巻線トルク定数はそれぞれ、式（１）及び式（２）によって数学的に記述される。
Ｋ（正弦）＝Ｋ×ｓｉｎ（ＡＸ）            （１）
Ｋ（余弦）＝Ｋ×ｃｏｓ（ＡＸ）            （２）
なお、上記の式中、Ｋは巻線トルク定数であり、Ａは機械的回転ごとの電気サイクルの数であり、Ｘはモータの回転子と固定子との間の機械的角度である。巻線トルク定数の変化をより明確に示すために、図１は、正弦巻線トルク定数１０２及び余弦巻線トルク定数１０４を、電気的位置の関数として示している。図１では、トルク定数は正規化され（たとえばＫ＝１）、機械的サイクルに対する電気サイクルの数は１に設定されている（たとえばＡ＝１）。
【００１７】
正確なモータトルクを実施する伝統的なモータ駆動制御システムは、正弦波状の巻線電流を供給してモータ巻線のそれぞれを駆動する。各相巻線に供給される巻線電流（Ｉ）は所望の出力トルクに比例する。したがって、正弦巻線電流Ｉ（正弦）及び余弦巻線電流Ｉ（余弦）はそれぞれ、式（３）及び式（４）によって数学的に表すことができる。
Ｉ（正弦）＝Ｉ×ｓｉｎ（ＡＸ）            （３）
Ｉ（余弦）＝Ｉ×ｃｏｓ（ＡＸ）            （４）
図２には、２つの異なるトルク指令の場合の正弦電流２０２−１、２０２−２、及び余弦電流２０４−１、２０４−２が示されている。２つのトルク指令は、全トルク指令及び半トルク指令である。巻線電流は、常に位置と共に変化しているが、連続的であり、急激な階段状変化がないことに留意されたい。また、各巻線電流の位相は、巻線電流の振幅が変化するときに変化しない。
【００１８】
上述した２相モータの出力トルクＴ（モータ）は、以下の式（５）において示されているように、個別の巻線トルクＴ（正弦）、Ｔ（余弦）の和に等しい。
Ｔ（モータ）＝Ｔ（正弦）＋Ｔ（余弦）            （５）
正弦巻線トルク及び余弦巻線トルクはそれぞれ、自身に関連付けられている巻線トルク定数と巻線電流との積に等しい。したがって、正弦巻線トルク及び余弦巻線トルクはそれぞれ、式（６）及び式（７）によって数学的に表すことができる。
Ｔ（正弦）＝Ｋ×ｓｉｎ（ＡＸ）×Ｉ×ｓｉｎ（ＡＸ）      （６）
Ｔ（余弦）＝Ｋ×ｃｏｓ（ＡＸ）×Ｉ×ｃｏｓ（ＡＸ）      （７）
【００１９】
式（５）において、以下の式（８）の三角関数恒等式を使用することによって、モータ出力トルクＴ（モータ）は、式（９）において表されているように、ピークの巻線電流の振幅（Ｉ）とトルク定数（Ｋ）との積に比例することに留意されたい：
ｓｉｎ（ＡＸ）×ｓｉｎ（ＡＸ）＋ｃｏｓ（ＡＸ）×ｃｏｓ（ＡＸ）＝１      （８）
Ｔ＝Ｉ×Ｋ            （式９）
図３は、図示及び説明を明確且つ完全にするために、全トルク指令及び半トルク指令の場合の、正弦巻線トルクＴ（正弦）３０２−１、３０２−２、余弦巻線トルクＴ（余弦）３０４−１、３０４−２、及び全モータトルクＴ（モータ）３０６−１、３０６−２を示している。図４は、モータ位置が一定のレートで変化しており全モータトルクＴ（モータ）４０６が変化しているシステムの、正弦巻線電流Ｉ×ｓｉｎ（Ｘ）４０２及び余弦巻線電流Ｉ×ｃｏｓ（Ｘ）４０４を示している。
【００２０】
ここで図５を参照する。図５は、汎用のアナログ駆動システム５００のブロック図を示している。図示の駆動システム５００は、モータ５０２と、コントローラ５０４と、リゾルバ５０６と、複数の電流調整器５０８（たとえば、５０８−１、５０８−２、５０８−３、…５０８−Ｎ）とを備える。モータ５０２は、多相（たとえばＮ相）の個別に整流されるＤＣモータである。コントローラ５０４は、トルク指令を受信し、トルク指令に応じて、リゾルバ５０６を駆動するためにアナログ駆動信号を供給する。リゾルバ５０６は、モータ５０２に機械的に結合され、コントローラ５０４から供給されるアナログ駆動信号に応じて、各巻線に電流指令を与える。特に、リゾルバ５０６は、アナログ駆動信号とモータ位置とを乗算して、巻線ごとに電流指令を生成する。各電流指令は、電流調整器５０８のうちの１つに与えられる。各電流調整器５０８は、モータ巻線のそれぞれに関連付けられており、受信する電流指令に応じて、指令電流を自身の関連付けられているモータ巻線に供給し、このモータ巻線は所望の出力トルクを生成する。この構成では、コントローラ５０４は、巻線電流（Ｉ）を巻線トルク（Ｔ）に基準化する、上記で説明した電流アルゴリズムの一部を実施し、リゾルバ５０６は、電流とｓｉｎ（ＡＸ）又はｃｏｓ（ＡＸ）とを乗算する。これにより、上記で説明した電流アルゴリズムのうちの一部が実施される。
【００２１】
図６には、汎用のデジタル駆動システム６００のブロック図が示されており、このブロック図をこれより説明する。駆動システム６００は、多相の個別に整流されるＤＣモータ６０２と、コントローラ６０４と、位置検出器６０６と、複数の電流調整器６０８（たとえば６０８−１、６０８−２、６０８−３、…６０８−Ｎ）とを備える。コントローラ６０４は、図５に示されていると共に上記で説明したシステムと同様に、トルク指令を受信する。しかし、上述したシステム５００とは異なり、コントローラ６０４はリゾルバを駆動しない。その代わりに、コントローラ６０４は電流調整器６０８のそれぞれを直接駆動し、したがって、各電流調整器６０８に関連付けられている出力を含む。より詳細には、コントローラ６０４は、トルク指令を受信し、それに加えて、位置検出器６０６から位置信号を受信する。位置信号は、モータの固定子に対するモータの回転子の機械的位置を表す。コントローラ６０４は、各巻線の機械的位置を電気的位置に変換するように構成される。コントローラ６０４はさらに、各巻線の電気的位置と受信されたトルク指令とを乗算して、巻線ごとの巻線電流指令を求めるように構成される。求められた巻線電流指令自体は、適切な電流調整器６０８に与えられる。
【００２２】
電流調整器６０８はそれぞれ、適切な巻線電流指令をコントローラ６０４から受信する。各電流調整器６０８は、受信する巻線電流指令に応じて、指令トルクを生成するために、自身の関連付けられているモータ巻線を駆動する。この構成では、コントローラ６０４は、巻線電流（Ｉ）を巻線トルク（Ｔ）を基準化すると共に、電流とｓｉｎ（ＡＸ）又はｃｏｓ（ＡＸ）とを乗算する、上述した電流アルゴリズムのうちの幾つかを実施する。
【００２３】
位置検出器６０６は、モータの固定子に対するモータの回転子の機械的位置を検出する多数の既知の装置のうちの任意の装置とすることができる。たとえば、位置検出器６０６は、上述したアナログシステム５００におけるようにリゾルバとすることができ、又は、例を挙げると、多数の光センサ、ホール効果センサ、様々な他の磁石ベースセンサ、若しくは様々な抵抗ベースセンサのうちの任意のものとすることができる。
【００２４】
モータ駆動制御システムにおいて、分解能を維持しながらレンジを拡大する２つの異なる方法が実証されていることは背景技術の節において述べた。これらの２つの方法は、（１）グラウンドフロアノイズを十分に低減すること、（２）低い方のトルクレンジにわたって動作するように基準化された第２のモータを並列で追加すると共に、２つのモータの性能を共に調和させることのいずれかであった。第１の方法、すなわちグラウンドフロアノイズの低減は、長年検討されてきており、大幅な改善を容易に実現することはできない。本発明は、第２の方法を使用し、第２のモータを並列で追加するが、物理的にさらなる第２のモータを追加することはない。
【００２５】
多相モータ（多数の巻線を有するモータ）は、巻線のそれぞれを別個のモータとしてみなすことによって、幾つかのモータとみなすことができる。したがって、２相モータは２つのモータとしてみなすことができる。しかし、それぞれの相が自身の電流において１２ビットの分解能を有する２相モータは、モータ位置に応じて２４ビットもの分解能を有することになる。したがって、可能な電流の組み合わせのうちの全て又は少なくとも多数の組み合わせを利用するアルゴリズムが必要である。本発明の発明者は、十分に高い分解能を提供するアルゴリズムは位相シフトアルゴリズムである、と判断した。
【００２６】
位相シフトアルゴリズムでは、出力トルクを変えるために、モータ巻線電流の全てが同じ量（Ｙ）だけ位相シフトされる。したがって、２相モータの場合、正弦巻線電流及び余弦巻線電流はそれぞれ、式（１０）及び式（１１）によって数学的に表すことができる。
Ｉ（正弦）＝Ｉ×ｓｉｎ（ＡＸ−Ｙ）            （１０）
Ｉ（余弦）＝Ｉ×ｃｏｓ（ＡＸ−Ｙ）            （１１）
【００２７】
図７は、位相シフトアルゴリズムを使用する半トルク指令の場合の正弦巻線電流７０２及び余弦巻線電流７０４を示している。比較の目的のために、上述した伝統的なアルゴリズムを使用する半トルク指令の場合の正弦巻線電流７０６及び余弦巻線電流７０８も、図７に示されている。伝統的なアルゴリズムを使用する正弦巻線電流７０６及び余弦巻線電流７０８は半分の振幅の電流であり、位相シフトアルゴリズムを使用する正弦巻線電流７０２及び余弦巻線電流７０４は、６０度の電気角度だけ位相シフトされただけで、振幅がそのままの電流であることがわかる。
【００２８】
モータの出力トルクは、上述したように個別の巻線トルクの和に等しく、したがって、式（１２）によって以下のように数学的に記述される。
Ｔ（モータ）
＝Ｋ×ｓｉｎ（ＡＸ）×Ｉ×ｓｉｎ（ＡＸ−Ｙ）
＋Ｋ×ｃｏｓ（ＡＸ）×Ｉ×ｃｏｓ（ＡＸ−Ｙ）            （１２）
再び、既知の三角関数恒等式を使用して、式（１２）を変形させると、
Ｔ（モータ）＝Ｋ×Ｉ×ｃｏｓ（−Ｙ）            （１３）
が得られる。
【００２９】
図８は、位相シフトアルゴリズムを使用する半トルク指令８１０の場合の正弦巻線トルクＴ（正弦）８０２、余弦巻線トルクＴ（余弦）８０４、及び全モータトルクＴ（モータ）８０６を示している。同様に比較の目的のために、伝統的なアルゴリズムを使用する半トルク指令の場合の正弦巻線トルク８０６及び余弦巻線トルク８０８も、図８に図示されている。
【００３０】
ここで図９を参照すると、図９には、位相シフトアルゴリズムを使用する、図４に示されている同じトルク／位置プロファイルの、正弦巻線電流９０２と余弦巻線電流９０４との対位置の一例が示されている。同じトルク９０６を達成するために、正弦巻線電流９０２及び余弦巻線電流９０４のピーク振幅は一定（たとえばＭ）に維持されるが、位相シフト９０８は変化する。なお、図９では、描かれている位相シフト９０８は、１００で除算された実際の位相シフトである。
【００３１】
位相シフトアルゴリズムを、２相モータの出力トルクの制御の文脈で上記で説明した。しかし、位相シフトアルゴリズムは３相モータ、４相モータ、及び様々な他の多相モータに拡張することができることが理解されるであろう。これを示すために、３相モータ及び４相モータの出力トルクはそれぞれ、式（１４）及び式（１５）によって表すことができる。
Ｔ＝１．５×Ｉ×Ｋ×ｃｏｓ（Ｙ）            （１４）
Ｔ＝２×Ｉ×Ｋ×ｃｏｓ（Ｙ）                （１５）
相の数が増加すると、位相シフトアルゴリズムが利用するための潜在的なトルクレベルの数が付随して増加することが理解されるであろう。
【００３２】
上記の説明から、位相シフトアルゴリズムがトルク制御に使用される場合、巻線電流の振幅（Ｉ）は最大値において一定であり続けることがわかる。したがって、電力損失は、位相シフトアルゴリズムを使用する場合、比較的高い可能性がある。この潜在的な欠点に対処するために、本発明の発明者は追加の動作制御方式を開発した。この追加の動作制御方式では、巻線電流の振幅（Ｉ）のみがトルクを制御するために調整されるか、又は、位相シフトアルゴリズムが実施されて、巻線電流の振幅（Ｉ）及び位相シフト（Ｙ）の両方がトルクを制御するために調整される。この制御方式を実施する駆動システムは、好ましくは、位相シフトアルゴリズムを選択的に実施するか否かを判断するように構成される。位相シフトアルゴリズムを実施するか否かの判断は、外部指令に応じて又は自律的に実現することができる。
【００３３】
図１０は、入力指令に応じて位相シフトアルゴリズムを選択的に実施するように構成された駆動システムのブロック図を示している。図１０の駆動システム１０００は、図６に示されていると共に上記で説明したシステム６００と概ね同一である。したがって、図６において同様の参照符号を使用して表されている機能ブロックのそれぞれを詳細に説明しない。しかし、１つの違いは、駆動システム１０００が位相シフトアルゴリズムを選択的に実施することである。詳細には、駆動システム１０００は、位相シフト指令に応じて、位相シフトアルゴリズムを選択的に実施する。
【００３４】
図１１は、上記で説明したシステム１０００における正弦巻線電流１１０２、余弦巻線電流１１０４、位相シフト１１０６、及びトルク１１０８を示している。容易に理解することができるように、システム１０００は、入力指令１１１０に応じて、既知のアルゴリズム（すなわち巻線電流１１０２、１１０４のピークの振幅１１１２を調整すること）又は位相シフトアルゴリズム（すなわち巻線電流１１０２、１１０４の位相を調整すること）のいずれかを実施することによって、トルク１１０８を調整する。示されているプロット１１００では、システム１０００は、入力指令１１１０が論理「１」にある場合、巻線電流１１０２、１１０４の位相１１１２を調整することによって、トルク１１０８を調整し、入力指令１１１０が論理「０」にある場合、巻線電流１１０２、１１０４の振幅を調整することによってトルク１１０８を調整する。図４及び図９に示されている同じトルク／位置プロファイルがここで使用されていることに留意されたい。システム１０００は、論理「１」の入力指令１１１０で開始する。次いで、入力指令１１１０は、比較的大規模なトルク操作に関して、論理「０」に変えられ、その後、トルク１１０８が比較的低いとき、プロット１１００の最後の近くで論理「１」に戻る。システム１０００は、好ましくは、入力指令１１１０が状態を切り替えるとき、平滑化機能を実施して、ピークの巻線電流の振幅の変化率を制限する。
【００３５】
好ましくは図１０に示されているシステムを使用して実施されるが、位相シフト指令入力を伴わない自律システムは、好ましくは、指令トルクが所定の大きさ未満でない限り、位相（Ｙ）をゼロに保つように構成される。その後、システムは、追加の位相シフト制御を実施することによって、低レベルトルクを提供する。好ましくは、自律システムは、各巻線電流指令に関連付けられている２つのパラメータ、すなわち巻線電流（Ｉ（Ｘ））及び巻線電流角度（Ｙ）を計算するように構成される。システムは、好ましくは、所与のピークの巻線電流の振幅（Ｍ）未満の巻線電流のために、追加の位相シフト制御を自律的に実施するように構成される。したがって、トルク指令が結果的にＩ（Ｘ）＞Ｍの巻線電流を生じた場合、巻線ごとの巻線電流は、Ｉ（Ｘ）の関連付けられている値になるように指令を受け、位相シフト（Ｙ）はゼロである。同様に、トルク指令により結果的にＩ（Ｘ）＜Ｍの巻線電流を生じた場合、巻線ごとの巻線電流は計算されたＩ（Ｘ）の負数になるように指令を受け、位相シフト（Ｙ）は１８０度に設定される。しかし、トルク指令が結果的にＭ〜−Ｍ（Ｍ≧Ｉ（Ｘ）≧−Ｍ）の巻線電流を生じた場合、巻線ごとの巻線電流がＭになるように指令を受け、位相シフト（Ｙ）は、Ｉ（Ｘ）をＭで除算してこの商の逆余弦をとることによって計算される値に設定される。
【００３６】
図１２は、上記で説明した自律システムにおける正弦巻線電流１２０２、余弦巻線電流１２０４、位相シフト１２０６、及びトルク１２０８を示している。容易に見てとれるように、システムは、トルクの大きさ１２０８が全トルクの５０％を超える場合、既知のアルゴリズムを使用して巻線電流１２０２、１２０４を計算し、ひいては利得（巻線電流１２０２、１２０４のピークの振幅１２１２）を調整する。しかし、トルクの大きさ１２０８が全トルクの５０％未満の場合、システムは位相シフトアルゴリズムを使用して巻線電流１２０２、１２０４を計算する。
【００３７】
幾つかの実施形態では、上記で説明された指令パラダイム及び自律パラダイムを単一のシステムに組み合わせることができることが容易に理解されるであろう。このようなシステムでは、たとえば、比較的低い電流指令レベルにおいてのみ位相シフトアルゴリズムを使用することができ、一方、入力指令を使用して、使用されている電流の値の上昇を可能にすることができる。
【００３８】
本明細書に記載されるシステム及び方法を使用して、多相モータ又は多相モータ駆動アクチュエータを制御することができる。これらのシステム及び方法は、多相モータ又は多相モータ駆動アクチュエータの制御分解能を上昇させ、より広いトルク出力レンジを可能にする。
【００３９】
少なくとも１つの例示的な実施形態が本発明の上記の詳細な説明において提示されたが、非常に多数の変形形態が存在する。また、例示的な１又は複数の実施形態は単なる例に過ぎず、本発明の範囲、適用性、又は構成を限定するようには決して意図されていない。むしろ、上記の詳細な説明は、当業者に、本発明の例示的な実施形態を実施するための都合のよい手引きを提供するものである。添付の特許請求の範囲において記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態において記載される機能及び要素の構成において様々な変更を行うことができる。
【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】
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