(57)【要約】  本発明は、ＰＷＭ制御方式（Ａ１）及びブロック制御方式（Ａ３）によって作動可能である電気機械の作動方法であって、ＰＷＭ制御方式（Ａ１）とブロック制御方式（Ａ３）との間の移行のために移行制御方式（Ａ２）が使用され、そこでは、電気機械のトルクの閉ループ制御の枠内で、位相電圧のｄ値が操作変数として設定され、位相電圧のｑ値が絶えず変更される、方法に関する。
2020537473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ制御方式（Ａ１）及びブロック制御方式（Ａ３）によって作動可能である電気機械（１００）の作動方法において、
前記ＰＷＭ制御方式（Ａ１）と前記ブロック制御方式（Ａ３）との間の移行のために移行制御方式（Ａ２）が使用され、そこでは、前記電気機械（１００）のトルク（Ｍ）の閉ループ制御の枠内で、位相電圧のｄ値（Ｕｄ）が操作変数として設定され、前記位相電圧のｑ値（Ｕｑ）が絶えず変更される、方法。
【請求項２】
前記ＰＷＭ制御方式（Ａ１）から前記ブロック制御方式（Ａ３）への移行時に、前記位相電圧の前記ｑ値（Ｕｑ）を上昇させる、及び／又は、
前記ブロック制御方式（Ａ３）から前記ＰＷＭ制御方式（Ａ１）への移行時に、前記位相電圧の前記ｑ値（Ｕｑ）を低下させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記位相電圧の前記ｑ値（Ｕｑ）を、予め定められた勾配（ΔＵ）で変化させる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記位相電圧のｑ値（Ｕｑ）が、先行する前記動作制御方式（Ａ１，Ａ３）において最後に使用された値を起点として変更される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ＰＭＷ制御方式（Ａ１）から前記ブロック制御方式（Ａ３）への前記移行が、前記移行の開始時に前記電気機械の同期発生電圧（ＵＰ）が、前記電気機械の直流リンク電圧（Ｕｄｃ）に係数２／πを乗じた値以上である場合には、直接、前記移行制御方式なしに実施され、及び／又は、前記ブロック制御方式（Ａ３）から前記ＰＭＷ制御方式（Ａ１）への前記移行が、前記移行の開始時に前記電気機械の同期発生電圧（ＵＰ）が、前記電気機械の直流リンク電圧（Ｕｄｃ）に係数２／πを乗じた値以下である場合には、直接、移行動作制御方式なしに実施され、好適にはそれぞれ、前記移行の方向に応じて正値又は負値をとる、予め設定可能なオフセット（Ｏ）を加算して実施される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記電気機械の回転数（ｎ）が、好適には予め設定可能なある一つの正値をとるオフセット（Ｏ）を加算した、予め設定可能な回転数閾値（ｎＧｒ）よりも大きい場合には、前記ＰＭＷ制御方式（Ａ１）から前記移行制御方式（Ａ３）への切替えが実施される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
ｄ−ｑ座標系における前記位相電圧（Ｕｄｑ）の絶対値が、前記直流リンク電圧（Ｕｄｃ）に係数２／πを乗じた値以上である場合には、前記移行制御方式（Ａ２）から前記ブロック制御方式（Ａ３）への切替えが実施される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記電気機械の回転数（ｎ）が、好適には予め設定可能なある一つの正値をとるオフセット（Ｏ）を減算した、予め設定可能な回転数閾値（ｎＧｒ）よりも小さい場合には、前記ブロック制御方式（Ａ３）から前記移行制御方式（Ａ２）への切替えが実施される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
位相電流のｄ値（Ｉｄ）が、前記ＰＷＭ制御方式における、好適には予め設定可能なある一つの正値をとるオフセット（Ｏ）を減算した、前記位相電流の前記ｄ値に関する基準値（Ｉｄ，ｒｅｆ）以下である場合には、前記移行制御方式（Ａ２）から前記ＰＷＭ制御方式（Ａ１）への切替えが実施される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法を実行するように設えられた計算ユニット（１４０）。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法が計算ユニット（１４０）上で遂行される場合には、前記計算ユニット（１４０）に指令して前記方法を実行させる、コンピュータ・プログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンピュータ・プログラムが記憶されている、コンピュータで読み取ることができる記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械の作動方法並びにこれを実行するための計算ユニット及びコンピュータ・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車内の機械的なエネルギを電気的なエネルギに転換するために、電気機械、特に発電機を使用できる。そのために通常はクローポール型発電機が使用され、大抵の場合これらには電気励起システムが備えられている。クローポール型発電機により発生するのは、大抵は三相である交流であることから、通常の自動車用の直流電圧を印加する車載バッテリ電源網には、整流が必要となる。そのためには、半導体ダイオード又は半導体スイッチをベースとした整流器を使用してもよい。
【０００３】
発電機は、内燃機関を始動させるためにも使用することができる。そのような発電機は、スタータ・ジェネレータとも呼ばれる。そのようなスタータ・ジェネレータがモータ・モードで作動されるのは、通常は回転数が非常に低い時だけに限定されるが、これは、発生可能なトルクが回転数の上昇に伴い急速に低下するからである。もっとも、より大型の電気機械も考えられ、その場合は、これらの電気機械をハイブリッド車両においては車両を駆動するためにも使用できるが、少なくとも内燃機関を支援するために使用できる。
【０００４】
そのようなスタータ・ジェネレータの動作制御のために、一方では位相電流の閉ループ制御が行われる、所謂ＰＷＭモードを、又はプレコミュテーション角（Ｖｏｒｋｏｍｍｕｔｉｅｒｕｎｇｓｗｉｎｋｅｌ）を変更できる、所謂ブロック制御方式を、使用することができる。両動作制御方式間の切替えは、回転数閾値に従属して実施できる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、独立クレームの特徴を具備した電気機械の作動方法並びにこれを実行するための計算ユニット及びコンピュータ・プログラムが提案される。有利な構成形態は、従属クレーム及び以下の説明の対象となっている。
【０００６】
本発明に従った方法は、電気機械を作動させるために、例えばＰＷＭ制御方式及びブロック制御方式によって作動可能なクローポール型回転機を作動させるために、利用される。ＰＷＭ制御方式即ちＰＷＭモードにおいては、所謂ベクトル制御が優先的に使用される。そこでは位相電流が測定され、換算されて、ｄ−ｑ座標系に、又は所謂ベクトル空間グラフにプロットされる。電気機械のパラメータは、飽和度の関係性（Ｓａｅｔｔｉｇｕｎｇｓａｂｈａｅｎｇｉｇｋｅｉｔ）をマッピングしているフィッティングされた多項式（ｇｅｆｉｔｔｅｔｅｓ  Ｐｏｌｙｎｏｍ）を用いて算出され、その後でこれらのパラメータと目標トルクとから基準電流が計算されてもよく、続いてこれらが、ベクトル制御を用いて、（ｄ−ｑ座標系の）電圧基準値に転換されてもよい。引き続いてこれらの基準値が、ＰＷＭコントロール・ユニットにおいてパルス・パターン（例えば所謂センタ・アラインされたパルス・パターン（Ｃｅｎｔｅｒ−Ａｌｉｇｎｅｄ−Ｐｕｌｓｍｕｓｔｅｒ））に転換されて、インバータ又はコンバータを介して電気機械の位相のところでセットされてもよい。
【０００７】
ブロック制御方式即ちブロック・モードでは、所謂プレコミュテーション角の閉ループ制御又は事前設定を行うことができる。ここでプレコミュテーション角は、位相における誘導同期発生電圧のゼロ交差を基準として、位相に接続されている半導体スイッチが、いつ導電状態に切り替えられているかを表示する。ここでは、電流の閉ループ制御を行う代わりに、電気機械のパラメータと実電流とから、実トルクが計算されてもよい。その後でこの実トルクが目標トルクと比較され、その偏差に基づいて、（例えばＰＩコントローラを用いて）プレコミュテーション角の閉ループ制御が行われてもよい。続いて、最大位相電圧が常に印加されることによって、結果として生じたプレコミュテーション角が、ブロック・パターンに直接転換されてもよい。このプレコミュテーション角は、ｄ−ｑ座標系においては、位相電圧のｑ値とｄ値との間の角度であると解釈することができる。
【０００８】
ＰＷＭ制御方式からブロック制御方式への切替えは、従来は、電気機械の回転数が予め定められた回転数閾値を上回る場合に、又は同期発生電圧が直流リンク電圧を上回る場合に、行われる。それとは逆のブロック制御方式からＰＷＭ制御方式への切替えは、これに対応した形で行われ、場合によっては、動作制御方式の切替えがひっきりなしで行われることを防止するために、ヒステリシスを設ける。そこでは、（これに達するまでは、使用中の閉ループ制御が通例は安定裡に推移する）回転数閾値を、どのようなプロセッサが使用されるのかに応じて、又はその速度に応じて、決めることができる。同期発生電圧は、そこではロータ又は回転子の回転によって、相巻線又は位相における誘導に基づいて、引き起こされる。
【０００９】
ところで、ブロック制御方式において、直流リンク電圧が常に１００％印加される場合には、同期発生電圧対直流リンク電圧比に基づく切替えの際に、位相電圧の設定基準値に電圧ジャンプは起きないのに対して、回転数閾値に基づく切替えの際には、例えば閉ループ制御の安定性を保証するために、同期発生電圧が直流リンク電圧よりも低くなるという事態を来すことがある。そのような電圧ジャンプにより、位相電圧にジャンプを来し、ひいては電気機械のトルクジャンプを来してしまう。
【００１０】
そこで、ＰＷＭ制御方式とブロック制御方式との間の移行のために、提案される方法によれば移行制御方式が使用され、この移行制御方式では、電気機械のトルクの閉ループ制御の枠内で、位相電圧のｄ値（即ちここではこの位相電圧がｄ−ｑ座標系で使用される）が操作変数として設定されると共に、この位相電圧のｑ値が、絶えず、即ち特に（略）連続的に、変更される。ＰＷＭ制御方式からブロック制御方式への移行時には、この位相電圧のｑ値を上昇させると好適であり、ブロック制御方式からＰＷＭ制御方式への移行時には、この位相電圧のｑ値を低下させると好適である。その際にこのｑ値は、予め設定された勾配で変化させてもよい。その際には、この位相電圧のｑ値を変更するための起点として検討されるのが、先行した動作制御方式（即ちＰＷＭ制御方式又はブロック制御方式）において最後に使用された値であると、好都合である。
【００１１】
電圧ジャンプを誘発させる代わりに、そのような移行制御方式によって、位相電圧のｑ値は徐々にしか変化しないことになり、その際にｄ値は実質的に定常に留まる。このｄ値は、位相電流のｑ値に決定的な影響を与えるために、これは実質的に不変のままとなる。この位相電流のｑ値もまた、電気機械のトルクに決定的な影響を与えるために、これも実質的に定常に留まる。
【００１２】
ＰＷＭ制御方式からブロック制御方式への移行は、移行の開始時に、電気機械の同期発生電圧が、電気機械の直流リンク電圧に係数２／πを乗じた値以上である場合は、直接、移行制御方式なしに実施されると有利である。ブロック制御方式からＰＷＭ制御方式への移行は、移行の開始時に、電気機械の同期発生電圧が、電気機械の直流リンク電圧に係数２／πを乗じた値以下である場合は、直接、移行制御方式なしに実施されると好適である。その際にはそれぞれ、移行の方向に応じて正値又は負値をとる、予め設定可能なオフセットに配慮できるようにすると好適である。これらのケースでは、直接移行する場合にも、電圧ジャンプは発生しないために、移行制御方式は不要である。もっとも、例えば最大で０．５Ｖの、ある程度の電圧ジャンプが生じたとしても、これは甘受することができる。この係数２／πを用いることにより、ブロック制御方式において最大限セット可能な正弦波形の基本振動へ換算することが可能になる。
【００１３】
電気機械の回転数が、好適には予め設定可能な正値をとるオフセットを加算した、予め設定可能な回転数閾値よりも大きい場合には、ＰＷＭ制御方式から移行制御方式への切替えが実施されると有利である。即ちこのケースにおいては、同期発生電圧が直流リンク電圧以上となることを想定するのは不可能であるために、移行制御方式を用いることによって電圧ジャンプを防止することができる。
【００１４】
位相電圧の絶対値、ここでは特にｄ−ｑ座標系の内部基準位相電圧の絶対値が、直流リンク電圧に係数２／πを乗じた値以上である場合には、移行制御方式からブロック制御方式への切替えが実施されると有利である。この場合は移行制御方式によって、電圧ジャンプが発生しなくなり、それに伴いトルクジャンプも最早発生しなくなるところまで、電圧は既に上昇している。
【００１５】
電気機械の回転数が、好適には予め設定可能な正値をとるオフセットを減算した、予め設定可能な回転数閾値よりも小さい場合には、ブロック制御方式から移行制御方式への切替えが実施されると好ましい。即ちこのケースにおいては、同期発生電圧が尚も直流リンク電圧以上であると想定することは不可能であるために、移行制御方式を用いることによって電圧ジャンプを防止することができる。
【００１６】
位相電流のｄ値が、ＰＷＭ制御方式におけるこの位相電流のｄ値に関する、好適には予め設定可能な正値をとるオフセットを減算した、基準値以下である場合には、移行制御方式からＰＷＭ制御方式への切替えが実施されると有利である。ここでは電圧について前もって知られている値がないために、電流に関する前述の条件によって、電圧又はトルクにジャンプが起こらないことを達成できる。
【００１７】
上述のケースにおいては、−ヒステリシスの意味で−オフセットを使用することによって、動作制御方式間の切替えが端境でひっきりなしで行われてしまうことを防止できる。
【００１８】
本発明に従った計算ユニット、例えば自動車の制御装置は、特にプログラム技術上、本発明に従った方法を実行するように設えられている。
【００１９】
本方法は、コンピュータ・プログラムの形態でインプリメントされても有利である、というのも、特にこのプログラムを遂行するのが、更にそれ以外のタスクのためにも利用され、それ故にいずれにせよ存在している制御装置である場合には、それに起因して発生するコストが特に僅かであるからである。このコンピュータ・プログラムを提供するために適しているデータ・キャリアは、例えばハードディスク、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、ＤＶＤその他多数の、特に磁気的、光学的、及び電気的な記憶装置である。他にもコンピュータ・ネットワーク（インターネット、イントラネット等）からプログラムをダウンロードすることも可能である。
【００２０】
本発明のその他の長所及び構成形態は、明細書及び添付の図面から明らかにされる。
【００２１】
本発明は実施例に基づいて図面に概略的に描かれており、以下では図面を参照しながら本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に従った方法を実行できる電気機械の模式図である。
【図２】電気機械の動作制御の可能性の概略的なグラフである。
【図３】電気機械における電流特性の概略的なグラフである。
【図４】ＰＷＭ制御方式とブロック制御方式との間の移行に関して、位相の位相電圧を示すグラフである。
【図５ａ】制御域を動作制御方式別に示すグラフである。
【図５ｂ】制御域を動作制御方式別に示すグラフである。
【図６】本発明に従った方法を使用しない場合の、電気機械の様々な変数を示すグラフである。
【図７】好ましい一実施形態において本発明に従った方法で使用可能な三通りの動作制御方式の内の一例を示すブロック図である。
【図８】好ましい一実施形態において本発明に従った方法で使用可能な三通りの動作制御方式の内の一例を示すブロック図である。
【図９】好ましい一実施形態において本発明に従った方法で使用可能な三通りの動作制御方式の内の一例を示すブロック図である。
【図１０】もう一つの好ましい実施形態において方法のプロセスを示す図である。
【図１１】もう一つの好ましい実施形態において本発明に従った方法を使用した場合の電気機械の様々な変数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１には、本発明に従った方法を実行できる電気機械が、模式的に配線図として描かれている。この電気機械１００は、ここでは例示的に他励式の五相電気機械として構成されている。当然ながら位相数については、それ以外の数、例えば三つが使用されてもかまわない。それに加えて電気機械１００は、例えばクローポール型回転機として構成されたものであってもよい。
【００２４】
電気機械１００は、ここでは五つのステータ・コイル１２０と、励磁コイル又はロータ・コイル１１０とを有している。動作制御ユニット１４０として構成された計算ユニットを介して、励磁コイル１１０には励磁電流Ｉｅｘを設定できる。更に、それらの内の一つだけにしか符号は付されていないが、スイッチ１３１を、ここでは例示的に電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を有するスイッチング配列１３０が備えられており、これらを利用して、電気機械がモータ・モードで作動されるのか、又はジェネレータ・モードで作動されるのかに応じて、ステータ・コイル１２０に電圧Ｕを印加するか、又は取り出すことができる。
【００２５】
スイッチング配列１３０及び制御ユニット１４０はいずれも、電気機械用の共通の制御ユニット又はインバータの部材であってもかまわない。
【００２６】
図２には、例えば図１に示されているような電気機械の動作制御の可能性が概略的に描かれている。上のグラフには電圧Ｕが時間ｔを横軸にとり描かれ、下のグラフにはデューティ比Ｔが時間ｔを横軸にとり描かれている。
【００２７】
これは、所謂三角波−正弦波変調（Ｄｒｅｉｅｃｋ−Ｓｉｎｕｓ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）による標準的な方法に基づく動作制御パターンである。上のグラフの所望の目標電圧、詳しく言うと正弦波特性には、ここでは（通例は１０ｋＨｚ超の）電気基本波のそれよりも格段と高い周波数を有している、（同じく上のグラフに示される）三角波信号がオーバーレイしている。交点はいずれも、ＰＷＭ信号のスイッチング・タイミングを表している。
【００２８】
ところで下のグラフの動作制御パターンは、ＰＷＭコントロール・ユニットを用いて発生させることができる。対象がクローポール型回転機である場合は、このＰＷＭ制御方式が通例は既述の電圧限界値まで使用される。この電圧限界値から、又はこの電圧限界値よりも高くなると、電気機械は続いてブロック・モードにおいてブロック・パターンを用いて、即ち所謂ブロック制御方式を用いて、動作制御される。
【００２９】
このブロック制御方式は、位相電圧が最大限可能な振幅を有しており、且つこの振幅の変更が不可能であることを特色とする（もっとも、これは、１８０°未満のブロック幅を用いた動作制御により理論上は可能であるが、これは通例は使用されない）。
【００３０】
ところで、電気機械の所望の目標トルクのための操作変数としては、励磁電流と並び、電圧ベクトルの位相位置である、所謂プレコミュテーション角が利用される。
【００３１】
ブロック・モードにおいては振幅の変更が不可能である（又は少なくとも変更されない）ために、この動作制御方式が使用されるのは、電圧限界値よりも高い時（即ち、同期発生電圧が印加されている直流リンク電圧よりも大きい時）だけであり、このケースにおいては、典型的には回転数が３，０００ｒｐｍよりも高い場合に使用される。
【００３２】
図３には、電気機械が回転しており、事前に設定されている位相電圧が正弦波形である場合に発生する電流特性、ここでは位相電流が示されている。そのために電流Ｉが時間ｔを横軸にとりプロットされている。
【００３３】
対称に配分されている場合は、個々の位相電流ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、ＩＤ、及びＩＥをベクトル空間にまとめることができる。そのために、公知であるクラーク変換及びパーク変換が使用される。最初にクラーク変換を用いて、次式に従って電流Ｉα及びＩβが求められる。
【００３４】
【数１】
2020537473.tif 000003
【００３５】
これからパーク変換を用いて、次に次式に従って電流Ｉｄ及びＩｑが求められる。
Ｉｄ＝Ｉαcosθ＋Ｉβsinθ及びＩｑ＝−Ｉαsinθ＋Ｉβcosθ
式中、θにより、ここでは電気機械の回転子又はロータの角度が表示される。これと同様にして電圧もｄ−ｑ座標系に変換することができる。
【００３６】
図４には、ＰＷＭ制御方式とブロック制御方式即ちブロック・モードとの間の移行に関して、ある位相の位相電圧が描かれている。そのために電圧Ｕ及び電流Ｉが時間ｔを横軸にとりプロットされている。そこでは電流の特性から、ここでは位相電流の閉ループ制御が最早行われていないことを確認することができる。
【００３７】
図５ａ及び図５ｂには、制御域が動作制御方式別に示されており、これらに基づいて本方法における閉ループ制御戦略を解説するものとする。そのためにそれぞれのトルクＭが、電気機械の回転数ｎを横軸にとりプロットされている。
【００３８】
制御域Ｉは、そこでは同期発生電圧が直流リンク電圧より尚も小さくなっている領域を示している。制御域ＩＩＩは、回転数ｎが回転数閾値ｎＧｒよりも大きくなっている領域を示している。
【００３９】
他励式電気機械である場合は、より高いトルクのために、より高い励磁電流がセットされるのが通例であり、その結果、限界回転数ｎＧｒよりも低い回転数で既に、同期発生電圧は直流リンク電圧を上回る。励磁電流が定常である場合は、同期発生電圧が比例的に増大する。
【００４０】
この限界回転数ｎＧｒは、そこでは、そこまでは位相電流の閉ループ制御が安定的に進行する回転数閾値を表している。この回転数は、コントローラのサンプリング周波数に応じて決定される。その際には、状況とＰＷＭモードにおいて所望されるコントローラの精度とに応じて、サンプリング周波数が回転数閾値に対応している周波数の少なくとも２倍から最大で２０倍に相当するように、回転数閾値が定められてもよい。そこまではコントローラが安定的に作動する回転数閾値もまた、使用されるプロセッサの速度に応じて決定される。
【００４１】
同期発生電圧が直流リンク電圧よりも小さくなっている限界値まで（制御域Ｉ）、又は（制御域ＩＩＩの左側の）回転数閾値ｎＧｒまでは、位相電流の閉ループ制御が行われ、ＰＷＭを利用してパルス・パターンが発生する。回転数閾値に到達して、同期発生電圧が直流リンク電圧よりも大きくなると直ちに、位相電流の閉ループ制御は最早行われなくなり、その代わりにブロック・パターンの最大位相電圧がセットされ、プレコミュテーション角の閉ループ制御が行われる。
【００４２】
ところで、図５ａに描かれているケースでは、回転数閾値が、回転数閾値ｎＧｒを上回る前に、−実トルクに関係なく−常に制御域ＩＩに到達するような大きさとなっている。これは、常にＰＷＭ−ブロック移行を電圧ジャンプなしで行うことができることを意味している。制御域ＩＩにおいては、ブロック・モードを使用することも可能である。
【００４３】
これとは逆に図５ｂに描かれているケースでは、トルクが小さい時には、回転数閾値ｎＧｒがブロック・モードにとり理想的な移行点よりも小さくなっていることを、詳しく言うと、制御域ＩとＩＩＩとが互いに境を接しているところを、確認することができる。このケースにおいては、この回転数閾値ゆえに、位相電流の閉ループ制御の安定性のためには、ブロック・モードにジャンプする必要がある。
【００４４】
したがって、この回転数のところでＰＷＭ制御方式からブロック制御方式への移行が実施される場合は、電圧がジャンプし、トルクジャンプを生じる。
【００４５】
図６にはそのような挙動が描かれている。そのためにトルクＭ、回転数ｎ、電流Ｉ及び電圧Ｕが時間ｔを横軸にとりプロットされている。時点ｔ０に、ここでは回転数が約３，８００ｒｐｍである時に、ＰＷＭ制御方式からブロック制御方式への移行が実施される。
【００４６】
この移行点においては、位相電圧Ｕｄ及びＵｑのジャンプを認めることができる。トルクは、ここでは約−１．７Ｎｍから＋４Ｎｍへとジャンプしており、位相電流Ｉｄ及びＩｑは振動し始めている。位相電圧のこのジャンプが完全に静定されるまで、約１５ｍｓが経過している。この問題は本方法により解決されるが、以下ではこれについてより詳しく解説するものとする。
【００４７】
図７、図８及び図９には、好ましい一実施形態での本発明に従った方法において使用可能な三通りの動作制御方式が説明される。そこではこれらの個々の動作制御方式を、コントローラとして又は閉ループ制御の枠内で、実行できる。
【００４８】
図７には、ベクトル制御を用いたＰＷＭ制御方式即ちＰＷＭモードが示されている。ここでは符号ＩＡ．．．Ｅが付された位相電流が測定され、Ｉｑ及びＩｄに換算されてベクトル空間グラフにプロットされる。他にも励磁コイル内の励磁電流Ｉｅｘが検出される。例えばインダクタンス及びインダクタンスの全磁束のような電気機械のパラメータＰは、多項式を利用して飽和特性に配慮しながら電流Ｉｑ、Ｉｄ、Ｉｅｘを使用して算出される。これらのパラメータＰと目標トルクＭｓｏｌｌとから、基準電流Ｉｑ,ref及びＩｄ,refが計算され、ベクトル制御を利用して電圧基準値Ｕｄ及びＵｑに転換される。これらの基準電流を計算するために、温度Ｔ及びこの温度の関数であるステータの抵抗ＲＳが配慮されてもよい。
【００４９】
これらの基準値は、引き続いてＰＷＭコントロール・ユニットにおいて、パルス・パターン１８０、例えばセンタ・アラインされたパルス・パターンに転換され、インバータ又はコンバータを介して電気機械１００の位相のところでセットされる。その際にはセンサ１７０を介して、他にもロータ位置角
【００５０】
【数２】
2020537473.tif 000004
【００５１】
及び電気角周波数ωｅｌが算定され、次に配慮されてもよい。
【００５２】
図８には、プレコミュテーション角の閉ループ制御を含むブロック制御方式即ちブロック・モードが示されている。電流を閉ループ制御する代わりに、ここでは電気機械のパラメータＰと実電流Ｉｑ、Ｉｄとから、実トルクＭｉｓｔが計算される。これが目標トルクＭｓｏｌｌと比較され、その偏差に基づいてプレコミュテーション角の閉ループ制御が行われる（好適にはＰＩコントローラ）。その結果として生じる、ここではαが付されているプレコミュテーション角は、ブロック・パターン１８１に直接転換されるが、そこでは常に最大位相電圧が印加される。その他については、図７に関する説明を参照されたい。但し電気角周波数ωｅｌは、ここでは不要である。
【００５３】
図９には、位相電圧のｑ値の閉ループ制御を含む移行制御方式が示されている。これは、上記で解説した二つの動作制御方式を混ぜ合わせたものである。再び実トルクＭｉｓｔが目標トルクＭｓｏｌｌと比較されるが、閉ループ制御が行われる、又はセットされるのは、位相電圧のｄ値Ｕｄだけである。位相電圧のｑ値Ｕｑは、初期値Ｕｑ，ｉｎｉｔから始まり一定の勾配ΔＵで上昇する。電圧リミット値ＵＧｒに配慮することが考えられ得る。この初期値は、ブロック制御方式又はＰＷＭ制御方式の最終値である。次にＰＷＭユニットを用いて、ここではパルス・パターン１８２がセットされる。
【００５４】
さて図１０には、もう一つの好ましい実施形態での本発明に従った方法における個々の動作制御方式間の移行が描かれている。
【００５５】
同期発生電圧ＵＰが、直流リンク電圧Ｕｄｃに係数２／πを乗じた値よりも大きい場合には、ＰＷＭ制御方式Ａ１とブロック制御方式Ａ３との間の直接移行条件が与えられており、移行制御方式Ａ２は不要である。この係数２／πは、ブロック・モードにおいて最大限セット可能な正弦波形の基本振動への換算を許容する。
【００５６】
移行が回転数閾値ｎＧｒに基づいて行われることになるのであれば、移行制御方式Ａ２が使用される。状態の切替えがひっきりなしで行われることを回避するために、個々の条件において、それぞれのヒステリシス又はオフセットＯが使用されてもよい。
【００５７】
ＰＷＭ制御方式Ａ１から出発して移行制御方式Ａ２が使用され、且つ条件「回転数ｎが回転数閾値ｎＧｒよりも大きい（ｎ＞ｎＧｒ）」が満たされたままである場合には、位相電圧Ｕｄｑの絶対値が、直流リンク電圧Ｕｄｃに係数２／πを乗じた値と等しい又は少なくとも略等しいという条件が満たされるまで、位相電圧のｑ値を一定の勾配で上昇させる。位相電圧のｄ値は、その都度必要なトルクへと閉ループ制御される。物理的にはＵｑの上昇によってｄ電流の増大が引き起こされるために、磁場が強まり、同期発生電圧が大きくなり、摩擦のない移行が可能になる。
【００５８】
移行時に条件「ｎ＞ｎＧｒ」が損なわれる場合は、この条件が無効である、又は損なわれている限り、位相電圧のｑ値は最早増分されることなく、減分され、再びＰＷＭモードに切り戻される。
【００５９】
ブロック・モードから出発して移行制御方式Ａ２が使用される場合には、Ｕｑがこのブロック・モードからの最終値を用いて初期化されて減分される。ＰＷＭ制御方式Ａ１では、前もって知られている移行電圧がないために、ここではセットされたｄ電流がＰＷＭモードにおける基準Ｉｄ，ｒｅｆよりも小さくなることが条件となる。これは、磁場がその時々の運転点において最適であるような磁場よりも一層弱まることを示し、このため有利な移行条件であると言える。
【００６０】
図１１には、図６からの変数が再び描かれているが、ここでは、移行制御方式を使用している。Ｕｄ及びＵｑに電圧ジャンプを誘発させる代わりに、ここではＵｑを表す電圧が徐々に増分される（勾配は例えば４００Ｖ／ｓ）。Ｕｄは概ね定常に留まっているが、これは、Ｕｄがこのケースにおいては電流Ｉｑに影響を与え、Ｉｑが、セットされるモーメントに決定的に作用すると共に、（ここでは定常出力への閉ループ制御時に）要求されるトルクが、図示の制御域においては殆ど定常であるからである。ｄ電流は、約−３１Ａから０Ａをぎりぎり超えたところへと増大している。図６と比較して、今では移行時に定常のトルクを生じている。
【図１】
2020537473.tif 000005
【図２】
2020537473.tif 000006
【図３】
2020537473.tif 000007
【図４】
2020537473.tif 000008
【図５（ａ）】
2020537473.tif 000009
【図５（ｂ）】
2020537473.tif 000010
【図６】
2020537473.tif 000011
【図７】
2020537473.tif 000012
【図８】
2020537473.tif 000013
【図９】
2020537473.tif 000014
【図１０】
2020537473.tif 000015
【図１１】
2020537473.tif 000016
【国際調査報告】
2020537473.tif 000017
2020537473.tif 000018
2020537473.tif 000019
2020537473.tif 000020