JP2007535289A

JP2007535289A - 電気モータのための励起電流波形プロフィールを最適化する適応システム

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Publication number: JP2007535289A
Application number: JP2007510722A
Authority: JP
Inventors: ボリスエイマスロフ; グオヒュイユーアン
Original assignee: ウェイブクレストラボラトリーズリミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2007-11-29
Also published as: CN101019304A; EP1743416A1; WO2005109623A1; US7312592B2; US20050237013A1

Abstract

電気モータのための適応制御システムは、モータの相巻線を付勢するためにそこに接続された付勢回路と、励起電流のプロフィールに対応する制御信号を発生するためのコントローラとを有する。制御信号は、相巻線の付勢を制御するために付勢回路に印加される。付勢回路は、電源から相巻線に励起電流を供給する。トルク及び速度の現在組み合せに対して、コントローラは、特定のモータ制御目標を達成するのに最適な励起電流のプロフィールを適応式に決定する。励起電流プロフィールは、最大効率、最大トルク、最小トルクリプル、最小コアロス、等を達成するのに最適なものとすることができる。

Description

本発明は、電気モータの制御に係り、より詳細には、モータの動作中に希望の目標を達成するための励起電流波形プロフィールの適応最適化に係る。

モータの用途及びユーザのニーズに基づいて、モータ制御戦略は、異なる目標をもつことができる。モータは、最大トルク、最大トルク／アンペア、最小コアロス、トルク及び速度の所与の組み合せに対する最大効率、トルク及び速度の所与の組み合せに対する最小トルクリプル、最大の一定電力速度比（ＣＰＳＲ）、又は他の目標を達成するように制御できる。

例えば、高エネルギーバッテリの近年の進歩は、電気乗物、ポータブル機器、及び電子装置のための小型で且つより強力なモータの開発と相まって、低い電力消費を達成してバッテリ寿命を延長し、より長い動作時間を与える高効率のモータ制御機構の必要性を強調している。しかしながら、乗物運転操作のようなある用途では、最も効率的なモータ制御機構から得られる以上のトルク能力が必要とされることがある。運転者は、高効率のモータ制御機構でシステムが受け容れできる以上のトルクを要求することがある。サーボ制御の用途では、又は低い速度で円滑な制御が要求されるときには、トルクリプルを最小にすることで、制御戦略が主として問題になる。速度調整可能な駆動モータのように、広範囲な一定電力動作を必要とするモータの制御については、ほぼ１０又はそれ以上の高い一定電力速度比を得ることが必要である。

希望の目標を達成するようにモータ制御パラメータを最適化することができる。しかしながら、種々のモータ動作条件や、変化するモータパラメータは、ある目標を達成するために最適化されるモータ制御パラメータの頻繁な再評価を必要とする。従って、モータの動作中にモータ制御パラメータを適応式に最適化することのできるモータ制御システムが要望される。

本発明は、モータの相巻線を付勢するためにその相巻線に接続された付勢回路と、励起電流のプロフィールに対応する制御信号を発生するコントローラとを備えた電気モータのための制御システムを提供することにより、この要望を満足する。制御信号は、相巻線の付勢を制御するために付勢回路に印加される。付勢回路は、電源から相巻線へ励起電流を与えるように構成できる。トルク及び速度の組み合せのようなモータの動作パラメータに応答して、コントローラは、特定モータの制御目標を達成するのに最適な励起電流のプロフィールを適応式に決定する。例えば、励起電流プロフィールは、最大効率、最大トルク、最小トルクリプル、最小コアロス、等を達成するように最適化することができる。

最適なプロフィールは、種々のトルク及び速度値における異なる形式の励起電流プロフィールの分析に基づいて決定することができる。更に、励起電流プロフィールを、それらのパラメータの種々の値において分析してもよい。

励起電流プロフィールは、正弦波の励起電流プロフィール、位相進みをもつ正弦波波形により表わされる励起電流プロフィール、奇数高調波を伴う正弦波波形により表わされる励起電流プロフィール、任意の波形により表わされる励起電流プロフィール、方形波波形により表わされる励起電流プロフィール、方形波パルスにより表わされる励起電流プロフィール、台形の波形又はデッドゾーンを伴う台形の波形により表わされる励起電流プロフィール、等を含むことができる。

本発明の一実施形態によれば、制御システムは、トルク及び速度の所与の組み合せにおいて特定の目標を達成するのに最適な所定の励起電流プロフィールをコントローラに供給するための少なくとも１つの励起電流プロフィールルックアップテーブルを含むことができる。異なるモータ制御目標を達成するのに最適な励起電流プロフィールを記憶するために多数の励起電流プロフィールルックアップテーブルを設けることができる。特定のモータ制御目標を達成するために、これら励起電流プロフィールルックアップテーブルの各々を指定することができる。モータのパラメータをリアルタイムでコントローラに供給するためにデータ収集システムを設けることができる。

本発明の１つの態様によれば、最適な励起電流プロフィールを決定するための最適化手順は、
−励起電流プロフィールの第１の形式を選択し、
−トルク及び速度の組み合せのようなモータ動作パラメータの第１の値をセットし、
−前記第１のモータ動作パラメータ値において前記第１の形式の励起電流プロフィールに対してモータ制御の特定の目標を表わす値を決定し、
−前記モータ動作パラメータの次の値をセットし、
−前記モータ動作パラメータの次の値において前記第１の形式の励起電流プロフィールに対してモータ制御の特定の目標を表わす値を決定し、
−励起電流プロフィールの次の形式を選択し、
−前記モータ動作パラメータの第１及び次の値において前記次の形式の励起電流プロフィールに対する特定の目標を表わす値を決定し、特定の目標を表わすこの値は、前記第１及び次の形式の励起プロフィールの種々のパラメータに対して決定することができ、そして
−前記モータ動作パラメータの第１及び次の値において前記励起プロフィールの第１及び次の形式に対する特定の目標を表わす値に基づいて、モータ動作パラメータの所与の値において特定の目標を達成するのに最適な励起電流プロフィールを決定する、
というステップを含む。

本発明の別の態様によれば、回転子と、コア素子に形成された相巻線を各々含む複数の固定子相要素とを有する多相モータのための適応制御システムが提供される。この適応制御システムは、モータ制御の特定の目標を達成するのに最適な励起電流プロフィールに対応する制御信号をモータの各相に供給することを含む。

本発明の付加的な効果は、当業者であれば、本発明を実施するよう意図された最良の態様を単に例示することにより本発明の好ましい実施形態を図示して説明した以下の詳細な説明から容易に明らかとなろう。本発明は、他の及び異なる実施形態も実現でき、その多数の細部は、本発明から逸脱せずに種々の観点で変更を行い得る。従って、添付図面及び説明は、単なる例示に過ぎず、本発明をこれに限定するものではない。

上述したように、モータ制御戦略は、最大トルク、最大トルク／アンペア、最小コアロス、トルク及び速度の所与の組み合せに対する最大効率、トルク及び速度の所与の組み合せに対する最小トルクリプル、最大の一定電力速度比（ＣＰＳＲ）、等を達成するといった異なる目標をもつことができる。これら目標のいずれかを達成するようにモータ制御パラメータを最適化することができる。本発明によれば、モータの励起電流プロフィールは、モータ制御の特定の目標を達成するように最適化される。例えば、最大効率η_maxを得るように広範囲のトルク及び速度に対する励起電流プロフィールを最適化することができる。

図１は、電気モータの典型的なトルク−速度特性を示すグラフである。この図に示すように、低い速度において、トルクがその最大値の約１００％であるときには、モータ効率に影響するファクタの中で、銅及び磁気飽和、並びに消磁作用を含む電流関係ロスが優勢となる。これに対して、速度がその最大値のほぼ１００％に近い領域に達すると、摩擦、コアロス及び逆鉄ロスを含む速度関係ロスが優勢となる。モータの効率に影響するこれらロスの結果として、モータの最大効率η_maxは、トルク−速度特性の小さな輪郭に制限される。

図２に示すように、トルク及び速度の所与の組み合せにおいて考えられる最大の効率ηを得ることができるようにする励起電流プロフィール、例えば、プロフィールＡ又はプロフィールＢを選択することにより、最大効率輪郭を拡張することができる。従って、最大効率を達成するための最適な励起電流プロフィールは、トルク及び速度の特定の組み合せにおいて最大効率を与える形式の励起電流プロフィールでよい。

図３Ａ−３Ｈは、モータ制御の希望の目標を達成するために選択できる種々の形式の励起電流プロフィールを例示する波形図である。特に、図３Ａは、正弦波状の励起電流プロフィールを示し、図３Ｂは、位相進みをもつ正弦波波形で表わされた励起電流プロフィールを示し、図３Ｃは、奇数高調波をもつ正弦波波形で表わされた励起電流プロフィールを示し、図３Ｄは、任意の波形で表わされた励起電流プロフィールを示し、図３Ｅは、方形波の波形で表わされた励起電流プロフィールを示し、図３Ｆは、方形波パルスで表わされた励起電流プロフィールを示し、図３Ｇは、台形の波形で表わされた励起電流プロフィールを示し、そして図３Ｈは、デッドゾーンを伴う台形の波形で表わされた励起電流プロフィールを示す。

本発明は、自律的セグメント化電磁コアを有する多相永久磁石電気モータ１０（図４）に適用できるが、種々の他の電気モータにも使用できる。このモータ１０は、永久磁石２１が円筒状のバックプレート２５に沿って実質的に均一に分布された環状リング構造をもつ回転子部材２０を備えている。永久磁石は、環状リングの内周に沿って磁極が交番する回転子極である。回転子は、固定子部材３０を取り巻き、回転子及び固定子部材は、環状のラジアルエアギャップにより分離される。固定子３０は、エアギャップに沿って均一に分布された均一構造の複数の電磁コアセグメントを備えている。各コアセグメントは、エアギャップに面した表面３２を有する２つの極を形成する一般的にＵ字型の磁気構造体３６を備えている。極対の脚には巻線３８が巻かれるが、コアセグメントは、極対を結ぶ部分に形成された単一の巻線を受け入れるように構成されてもよい。各固定子電磁石コア構造体は、隣接する固定子コア素子とは個別で且つ磁気的に分離される。固定子素子３６は、非透磁性支持構造体に固定されて、環状リング構成となる。この構成は、隣接する固定子極グループから漂遊変圧器磁束作用が発生するのを防止する。従って、固定子電磁石は、各固定子相を含む自律的ユニットである。以下に詳細に説明する本発明の概念は、全ての相巻線を支持する一体的固定子コアを含む他の永久磁石モータ構造にも適用できる。

図５は、本発明によるモータ制御システムを示す。多相モータ１０の複数の固定子相巻線３８（図４）は、ＤＣ電源５２から電気回路５４を経て供給される駆動電流によりスイッチ可能に付勢され、電気回路５４は、パルス巾変調コンバータ及びゲートドライバを経てコントローラ５６に結合される電子スイッチセットでよい。各相巻線は、コントローラ５６からパルス変調出力電圧を受け取るように接続された制御端子を有するスイッチングブリッジに接続される。或いは又、スイッチングブリッジ及びゲートドライバ要素は、コントローラの出力電圧にリンクされた増幅器と置き換えられてもよい。

コントローラ５６に回転子位置及び速度信号を与えるための回転子位置及び速度センサにリアルタイムデータ収集システム（ＤＡＱ）５８を接続することができる。センサは、良く知られたリゾルバ、エンコーダ又はその等効物、及び位置信号を良く知られたように速度信号に変換する速度近似装置を含む。温度センサは、ＤＡＱ５８にモータの温度を与えることができる。又、ＤＡＱ５８は、モータ１０により与えられるトルク及びそのトルクリプルに関する情報を受け取ることができる。

コントローラ５６は、マイクロプロセッサ又は同等のマイクロコントローラ、例えば、テキサスインスツルーメントのデジタル信号プロセッサＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ＡＰＧで構成することができる。コントローラには、コントローラのオペレーションに使用されるプログラム及びデータを記憶するＲＡＭ及びＲＯＭメモリを接続することができる。本発明の概念を例示するために励起電流プロフィールメモリ６０が個別に図示されている。このプロファイルメモリ６０は、運転条件に基づいて選択可能な所定の最適な励起電流プロフィールを記憶するためのルックアップテーブルで構成されてもよい。以下に詳細に述べるように、プロフィールメモリ６０に記憶される最適な励起電流プロフィールは、ユーザインターフェイス６２を経て与えられるユーザトルクコマンドτ_d、位置／速度センサにより決定できる回転子位置θ及び速度ωに基づいて選択される。データログシステム６４は、モータ制御の選択された目標を達成するための最適なプロフィールを決定するように行われる後分析のための情報を収集することができる。

希望の相電流を発生するために、次の相当たりの制御電圧がコントローラ５６により電気回路５４に印加される。
Ｖ_i(ｔ)＝Ｌ_iｄＩ_di／ｄｔ＋Ｒ_iＩ_i＋Ｅ_i＋ｋ_siｅ_i
但し、
ｉ＝１、２、・・・Ｎ_sであり、
Ｎ_sは、固定子相巻線の数であり、
Ｖ_i(ｔ)は、相巻線にまたがる電圧であり、
Ｉ_di(ｔ)は、希望の励起相電流であり、
Ｉ_i(ｔ)は、測定された励起相電流であり、
Ｒ_iは、巻線の抵抗であり、
Ｅ_i(ｔ)は、逆ＥＭＦであり、
Ｌ_iは、巻線の自己インダクタンスであり、
ｋ_siは、電流ループのフィードバック信号であり、そして
ｅ_iは、相電流エラーである。

以下に詳細に述べるように、モータ制御の特定の目標を達成するのに最適な希望の励起相電流Ｉ_di(ｔ)は、プロフィールメモリ６０により与えられる。希望の励起相電流Ｉ_di(ｔ)は、モータ制御システムがユーザからのトルクコマンドに応答する仕方を定義する。本発明の意義のある態様は、上述した多数の形式のプロフィールの中で、最大効率、最小トルクリプル、等の特定のモータ制御目標を達成するのに最適な励起相電流プロフィールを適応選択することである。

励起電流プロフィールの各形式は、他のプロフィールに比して、特定のモータ制御目標の達成に対して独特の特性を有する。例えば、正弦波状の励起電流プロフィールは、低い速度において、他の形式の励起電流プロフィールよりも高いモータ効率を発揮し、実際上、逆ＥＭＦが正弦波であるときにはリプルのないトルク出力を与える。方形波の励起電流プロフィールは、正弦波プロフィールよりも高いトルクを与えるが、効率は低い。位相進みを伴う正弦波波形により表わされる電流プロフィールは、方形波プロフィールに比して効率の高い正弦波プロフィールに比して、高い速度で高いトルクを得ることができるようにする。立上り及び立下り時間制御を可能にすることにより、台形の励起電流プロフィールは、方形波プロフィールに比してトルクリプルを減少し、他の形式の電流プロフィールよりも高い効率を与えることができる。従って、トルク及び速度の所与の組み合せに対して選択されたモータ制御目標を表わす最大パラメータを与える励起相電流Ｉ_di(ｔ)のプロフィールを決定することにより、本発明のモータ制御システムは、選択されたモータ制御目標に対してモータ性能を適応式に最適化することができる。

図６は、プロフィールメモリ６０に記憶されるべき最適な励起電流プロフィールを決定するための最適化手順１００を示すフローチャートである。この最適化手順は、モータの動作に基づいて実行されてもよいし、或いはモータ１０の動作条件をモデリングすることにより実行されてもよい。この最適化手順は、初期の励起電流プロフィールを選択することにより開始される（ステップ１０２）。初期の励起電流プロフィールは、励起相電流Ｉ_di(ｔ)の任意の考えられるプロフィール、例えば、図３Ａ−３Ｈに示す任意のプロフィールでよい。

モータ１０の速度及びトルクは、希望の初期値にセットされる（ステップ１０４）。モータのトルクは、直接セットできないので、トルク値に代わって、モータが希望の初期トルク値を与えることができるようにする相電流の値をセットすることができる。モータ速度及び相電流の値は、最大速度及び相電流値の希望のパーセンテージとしてセットされてもよい。励起電流プロフィールのパラメータは、そのプロフィールを表わす波形の特定の特徴を定義する。例えば、位相進み値は、位相進みを伴う正弦波波形により表わされる励起電流プロフィールのパラメータである。位相進み値は、奇数高調波の大きさ及び位相と共に、奇数高調波を伴う正弦波波形により表わされる励起電流プロフィールのパラメータである。選択される位相角に対する希望の電流値は、任意の波形により表わされる励起電流プロフィールのパラメータである。位相進み及びデューティサイクルは、方形波パルスにより表わされた励起電流プロフィールのパラメータである。位相進み、立上り時間及び立下り時間は、台形波形により表わされる励起電流プロフィールのパラメータである。これらのパラメータは、デッドゾーンの時間巾と共に、デッドゾーンを伴う台形波形により表わされる励起電流プロフィールのパラメータである。

最適化手順の間に、選択された励起電流プロフィールのパラメータは、最初、それらの最小の有効値にセットされてもよい。特に、ステップ１０６において、選択されたプロフィールの第１パラメータは、その最小有効値にセットされる。選択されたプロフィールが１つ以上の付加的なパラメータを有する場合には（ステップ１０８）、これらのパラメータも、その最小有効値にセットされる（ステップ１１０）。正弦波プロフィール又は方形波プロフィールのような幾つかの励起電流プロフィールについては、プロフィールの特定パラメータをセットせずに最適化手順を遂行してもよい。パラメータをそれらの最小有効値にセットした後に、モータ１０が付勢され、そして所定時間中、例えば、数秒間、安定することが許される（ステップ１１２）。モータ１０が、定常動作状態に達した後に、モータの効率のような選択されたモータ制御目標が測定されて記録される（ステップ１１４）。

最適化手順は、各パラメータの最大有効値に達するまで、選択された励起電流プロフィールの各パラメータを予め定義された増分で増加することを含んでもよい。従って、各プロフィールが最大有効値にセットされない場合には（ステップ１１６）、予め定められた増分で増加される（ステップ１１８）。各プロフィールパラメータの各新たな値に対してステップ１１２及び１１４が繰り返される。

選択された励起電流プロフィールの各パラメータがその最大有効値に達すると（ステップ１１６）、初期トルク値が予め定義された増分で増加される。上述したように、トルクは、モータ１０が対応トルクを発生できるようにする相電流の値により表わされてもよい。それ故、相電流の値は、希望のトルク増分を得るように増加されてもよい。トルクの増加が必要なときには（ステップ１２０）、最適化手順１００がステップ１２２へ進み、予め定義されたトルク増分を得るために相電流値を増加させる。新たなトルク値については、ステップ１０６−１１８を繰り返し、選択されたプロフィールの全てのパラメータ値において選択されたモータ制御目標を測定して記録する。

次いで、次の速度値において測定を続けるために、モータ速度の初期値を予め定義された増分で増加する。速度の増加が必要なときには（ステップ１２４）、最適化手順１００は、ステップ１２６へ進み、モータ速度を予め定義された値で増加する。新たな速度値については、ステップ１０６−１１８を繰り返し、選択されたプロフィールの多数のパラメータ値において選択されたモータ制御目標を測定して記録する。その後、モータトルク及び速度がそれらの最大値に達するまでトルク及び速度の多数の値についてこれらのステップを繰り返す。

最初に選択された励起電流プロフィールに対して選択されたモータ制御目標を測定して登録した後に、図３Ａ−３Ｈに示すような使用可能なプロフィールの中から選択できる次の励起電流プロフィールについて最適化手順１００を実行することができる。従って、次のプロフィールが選択されると（ステップ１２８）、最適化手順１００は、ステップ１３０へ進み、別の励起電流プロフィールをセットする。その後、その励起電流プロフィールに対してステップ１０４−１２６を実行し、モータ速度及びトルクの多数の値に対して励起電流プロフィールの多数のパラメータ値において選択されたモータ制御目標を測定して記録する。

全ての選択された励起電流プロフィールに対してステップ１０４−１２６が完了すると、最適化手順１００はステップ１３２へ進み、後分析を実行する。第１に、選択されたモータ制御目標の測定に含まれる各励起電流プロフィール及び各モータ速度値に対し、後分析手順は、種々のトルク値において選択されたモータ制御目標の最も望ましい値を決定する。例えば、図７は、トルクの関数として特定の励起電流プロフィールに対する最大効率を定義する包絡線を示す。この最大効率包絡線は、効率測定に含まれる各モータ速度値に対し、トルク値ごとにステップ１１４で登録される最大効率値を定義する曲線の各々に正接する曲線として決定される。これらの最大効率値は、各トルク値に対する各励起電流プロフィールの種々のパラメータについて登録された効率値の中から選択される。

多数の励起電流プロフィールに対して選択されたモータ制御目標の決定された値に基づいて、後分析は、全ての分析された励起電流プロフィールに対するモータ速度及びトルク範囲に沿って最適なモータ制御目標の三次元分布を決定する。例えば、図８は、カルテシアン座標系ＸＹＺにおける最大効率の三次元（３−Ｄ）分布を示し、ここで、Ｘ軸は、モータ速度を表わし、Ｙ軸は、トルクに対応し、そしてＺ軸は、最大効率を表わす。例示のために、図８の最大効率分布は、３つの励起電流プロフィールＡ、Ｂ及びＣに対する最大効率包絡線に基づく。しかしながら、当業者であれば、選択されたモータ制御目標の分布は、選択された数の分析された励起電流プロフィールに基づいて発生されてもよいことが明らかであろう。

モータ速度及びトルク軸により定義される平面上の所与のポイントに対して最大効率値を与える励起電流プロフィールは、トルク及び速度のその組み合せに対して最大効率を達成するのに最適なプロフィールであると考えられる。同様に、モータが上述した目標、例えば、最大トルク、最小トルクリプル、等を達成できるようにする励起プロフィールは、その特定の目標に対する最適なプロフィールであると考えられる。

図８に示すように、プロフィールＡ、Ｂ及びＣの各々は、モータ速度及びトルク軸により定義された表面のある領域における最大効率を与える。従って、各プロフィールは、最大効率が達成される領域に対応する速度−トルク組み合せに対して最適なプロフィールである。図８のポイントＳ₁及びＳ₂は、最適なプロフィールがある特定のプロフィールから別のものへと変化するポイントを示す。例えば、ポイントＳ₁に対応する速度−トルク組み合せに対して、プロフィールＡではなく、プロフィールＢが、最大効率を達成するのに最適なものとなり、又、ポイントＳ₂に対応する速度−トルク組み合せに対して、プロフィールＢではなく、プロフィールＣが、最大効率を達成するのに最適なものとなる。

所与の速度−トルク組み合せにおけるモータ制御の特定の目標を達成するのに最適なプロフィールを有する励起相電流Ｉ_di(ｔ)をコントローラ５６に与えるために、速度及びトルクの多数の組み合せに対して決定された最適なプロフィールがプロフィールメモリ６０のルックアップテーブルへロードされる。プロフィールメモリ６０は、種々のモータ制御目標の各々に対して指定されたルックアップテーブルを有してもよい。例えば、プロフィールメモリ６０は、最大効率ルックアップテーブル、最大トルクルックアップテーブル、最小トルクリプルルックアップテーブル、及び／又は最小コアロスルックアップテーブル、等を、各モータ制御目標を達成するのに最適な励起電流プロフィールと共に有してもよい。モータ制御戦略に基づいて、ユーザは、希望の目標を達成するために指定されるルックアップテーブルを選択することができる。

トルクコマンドτ_d及び実際の速度ωの各組み合せに対して、プロフィールメモリ６０におけるルックアップテーブルの各々は、各モータ制御目標を達成するのに最適な励起相電流Ｉ_di(ｔ)の値を記憶する。更に、プロフィールメモリ６０における各ルックアップテーブルは、項Ｌ_iｄＩ_di／ｄｔと、電圧Ｖ_i(ｔ)の計算に使用される逆ＥＭＦ値Ｅ_iとを記憶することができる。この値Ｅ_iは、速度及び回転子位置の組み合せに基づいてルックアップテーブルから選択することができる。コントローラ５６は、プロフィールメモリと対話して、現在のトルク−速度組み合せに対する必要なデータを読み取り、そして選択されたモータ制御目標を達成するのに最適な励起電流プロフィールに対して読み取ったデータに基づいて制御信号Ｖ_i(ｔ)を計算する。次いで、コントローラ５６は、相ごとに計算された制御信号Ｖ_i(ｔ)を電気回路５４へ次々に出力し、コントローラ５６で確立されたシーケンスで各相巻線を個々に付勢する。各次々の制御信号Ｖ_i(ｔ)は、対応する相巻線において感知された特定の電流、並びに直ちに感知された回転子位置及び速度に関係している。

この開示において、本発明の好ましい実施形態を図示して説明したが、その多様性については若干の例だけであった。本発明は、種々の他の組み合せ及び環境において使用することもできるし、本発明の範囲内で変更や修正がなされ得る。例えば、種々のモータ制御目標を達成するための最適な励起電流プロフィールは、モータ動作の前に予め決定されてもよい。或いは又、リアルタイム最適化は、モータ動作中にオンザフライで実施されてもよいし、或いは人為的な神経ネットワークのような最適化システムを使用して、最適な励起電流プロフィールを得てもよい。

本発明のモータは、乗物の駆動装置や、広範囲な他の用途に使用できることが明らかであろう。乗物の駆動装置の実施形態では、回転子が固定子を取り巻くのが好ましいが、固定子が回転子を取り巻く他の応用も好都合に利用できることが分かっている。従って、本発明では、内側及び外側の各環状部材が、固定子又は回転子のいずれを含んでもよく、又、電磁石のグループ又は永久磁石のグループのいずれを含んでもよいことが意図される。

本発明は、モータの各電気相に対して磁路を分離した例で開示したが、モータが共通の磁路を含むような他のモータ構成にも適用できる。従って、本発明の範囲内で変更や修正がなされ得ることを理解されたい。

トルク−速度特性の種々の領域において効率に影響する種々のファクタを示すグラフである。本発明により最適な励起電流プロフィールを選択することにより最大効率輪郭を拡張することを示すグラフである。本発明により選択される励起電流プロフィールを表わす波形図である。本発明により選択される励起電流プロフィールを表わす波形図である。本発明により選択される励起電流プロフィールを表わす波形図である。本発明により選択される励起電流プロフィールを表わす波形図である。本発明により選択される励起電流プロフィールを表わす波形図である。本発明により選択される励起電流プロフィールを表わす波形図である。本発明により選択される励起電流プロフィールを表わす波形図である。本発明により選択される励起電流プロフィールを表わす波形図である。本発明のモータ制御機構により制御できる多相永久磁石電気モータを示す図である。本発明のモータ制御システムのブロック図である。本発明の励起電流プロフィール最適化手順のフローチャートである。選択された励起電流プロフィールに対する最大効率包絡線のグラフである。多数の励起電流プロフィールに対する多数の効率包絡線のグラフである。

Claims

モータの相巻線を付勢するためにその相巻線に接続された付勢回路と、
励起電流のプロフィールに対応する制御信号を発生するためのコントローラであって、前記制御信号を前記付勢回路に印加して前記相巻線の付勢を制御するようなコントローラと、
を備え、前記コントローラは、モータの動作パラメータに応答して、そのモータの動作パラメータに対するモータ制御の特定目標を達成するのに最適な励起電流のプロフィールを適応式に決定する、電気モータのための制御システム。
前記コントローラは、異なる形式の励起電流プロフィールの分析に基づいて最適なプロフィールを決定するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
前記コントローラは、変化するトルク及び速度値において特定目標を達成するための最適なプロフィールを決定するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
前記最適な励起電流プロフィールは、励起電流プロフィールパラメータの変化値に基づいて決定される、請求項１に記載の制御システム。
所与のトルク及び速度において特定目標を達成するのに最適な所定の励起電流プロフィールを前記コントローラに供給するための少なくとも１つの励起電流プロフィールルックアップテーブルを更に備えた、請求項１に記載の制御システム。
異なるモータ制御目標に最適な励起電流プロフィールを含む多数の励起電流プロフィールルックアップテーブルを更に備えた、請求項１に記載の制御システム。
前記多数の励起電流プロフィールルックアップテーブルの各々は、特定のモータ制御目標を達成するのに最適な励起電流プロフィールを記憶するために指定される、請求項６に記載の制御システム。
前記コントローラは、正弦波の励起電流プロフィールに対応する制御信号を発生するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
前記コントローラは、位相進みをもつ正弦波波形で表わされた励起電流プロフィールに対応する制御信号を発生するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
前記コントローラは、奇数高調波をもつ正弦波波形で表わされた励起電流プロフィールに対応する制御信号を発生するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
前記コントローラは、任意の波形で表わされた励起電流プロフィールに対応する制御信号を発生するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
前記コントローラは、方形波波形で表わされた励起電流プロフィールに対応する制御信号を発生するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
前記コントローラは、方形波パルスで表わされた励起電流プロフィールに対応する制御信号を発生するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
前記コントローラは、台形波形で表わされた励起電流プロフィールに対応する制御信号を発生するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
前記コントローラは、デッドゾーンをもつ台形波形で表わされた励起電流プロフィールに対応する制御信号を発生するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
モータのパラメータをリアルタイムで前記コントローラに供給するためのデータ収集システムを更に備えた、請求項１に記載の制御システム。
前記付勢回路は、電源から前記相巻線へ励起電流を与えるように構成される、請求項１に記載の制御システム。
モータを制御する方法において、
励起電流プロフィールの第１の形式を選択するステップと、
モータ動作パラメータの第１の値をセットするステップと、
前記第１のモータ動作パラメータ値において前記第１の形式の励起電流プロフィールに対してモータ制御の特定目標を表わす値を決定するステップと、
前記モータ動作パラメータの次の値をセットするステップと、
前記モータ動作パラメータの次の値において前記第１の形式の励起電流プロフィールに対してモータ制御の特定目標を表わす値を決定するステップと、
励起電流プロフィールの次の形式を選択するステップと、
前記モータ動作パラメータの第１の値及び次の値において前記次の形式の励起電流プロフィールに対する特定目標を表わす値を決定するステップと、
前記モータ動作パラメータの第１の値及び次の値において前記励起プロフィールの第１の形式及び次の形式に対する特定目標を表わす値に基づいて、前記モータ動作パラメータの所与の値において特定目標を達成するのに最適な励起電流プロフィールを決定するステップと、
を備えた方法。
所与のモータ動作パラメータに対する特定目標を達成するのに最適な励起電流プロフィールを選択することによりモータ動作中にモータを適応制御するステップを更に備えた、請求項１８に記載の方法。
前記最適な励起電流プロフィールは、異なるモータ制御目標に対して選択される、請求項１８に記載の方法。
前記特定目標を表わす値は、トルク及び速度の種々の組み合せに対して決定される、請求項１８に記載の方法。
前記特定目標を表わす値は、前記第１の形式及び次の形式の励起プロフィールの種々のパラメータに対して決定される、請求項１８に記載の方法。
ある範囲の速度及びトルクにわたって動作できる多相モータのための適応制御システムであって、前記モータは、複数の固定子相要素及び回転子を有し、各固定子相要素はコア素子に形成された相巻線を含むような適応制御システムにおいて、
前記固定子相巻線に接続された付勢回路であって、各相巻線を付勢するためにそれを電源に選択的に接続するための付勢回路と、
モータ制御の特定目標を達成するのに最適な励起電流のプロフィールに対応する制御信号を発生するためのコントローラであって、前記制御信号を、前記相巻線を付勢する前記付勢回路に印加するようなコントローラと、
トルク及び速度の種々の組み合せにおいて特定目標を達成するのに最適な複数の選択可能な励起電流プロフィールが記憶された励起電流プロフィールメモリであって、速度及びトルクの現在組み合せに適した前記最適な電流プロフィールの１つを選択するために前記コントローラによりアクセスできるメモリと、
を備えた適応制御システム。
前記励起電流プロフィールメモリは、トルク及び速度の種々の組み合せにおいて異なるモータ制御目標を達成するのに最適な励起電流プロフィールを含むルックアップテーブルを備えた、請求項２３に記載のシステム。
前記モータ制御目標は、モータの最大効率を含む、請求項２４に記載のシステム。
前記モータ制御目標は、モータの最大トルクを含む、請求項２４に記載のシステム。
前記モータ制御目標は、モータの最小トルクリプルを含む、請求項２４に記載のシステム。
前記モータ制御目標は、モータの最小コアロスを含む、請求項２４に記載のシステム。