JP2011530272A - デュアルコントローラ、及び２相ブラシレスモータを利用するフェイルパッシブ電気機械アクチュエータ - Google Patents

デュアルコントローラ、及び２相ブラシレスモータを利用するフェイルパッシブ電気機械アクチュエータ Download PDF

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エル． フリデリック，ゲイリー
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ディー． ヒールケマ，ジェリー
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ビーブイアール テクノロジーズ カンパニー
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Abstract

デュアルコントローラ、及び２相ブラシレスモータを利用するフェイルパッシブ電気機械アクチュエータが提供される。本システムは、固定子と、回転子と、回転子に電磁的に結合する第１の巻線と、回転子に電磁的に結合する第２の巻線と、第１の巻線に結合され、第１の巻線に第１の電流を提供するように構成される第１の制御回路と、第２の巻線に結合され、第２の巻線に第２の電流を提供するように構成される第２の制御回路と、を具備し、第１の制御回路、及び第２の制御回路は、回転子の動きを同時に制御する。
【選択図】図１

Description

従来、フェイルセーフ自動操縦サーボアクチュエータは、デュアルレーンサーボ増幅器、及びタコメータとともに、ＤＣモータが使用されてきた。このようなシステムでは、レーンそれぞれは、１つのモータ端子の電圧を制御する。レーンそれぞれが閉ループ制御を実行するため、機能するレーンは、反対側のレーンの故障を直接的に検出することなく、反対側のレーンの故障を自動的に調整する。この高性能のサーボアーキテクチャは、ローカルの電子機器がサーボのループ閉を提供することが可能になる一方、モータのデュアルレーン制御の自己補償を提供する。インタフェース機器は、ＡＲＩＮＣ４２９デジタルデータインタフェースのような標準的な航空電子工学バスプロトコルを介して、サーボアクチュエータを制御し、かつ監視できる。２つのレーンのそれぞれが同等な制御を有するこれらのフェイルパッシブ特性を、より信頼性が高いブラシレスモータで再現することは、有益なことであるであろう。
本発明の態様は、デュアルコントローラ、及び２相ブラシレスモータを利用するフェイルパッシブ電気機械アクチュエータに関する。１つの実施形態において、本発明は、２相ブラシレスモータを制御するフェイルパッシブシステムに関する。システムは、固定子と、回転子と、回転子に電磁的に結合する第１の巻線と、回転子に電磁的に結合する第２の巻線と、第１の巻線に結合され、第１の巻線に第１の電流を提供するように構成される第１の制御回路と、第２の巻線に結合され、第２の巻線に第２の電流を提供するように構成される第２の制御回路と、を具備し、第１の制御回路は、外部制御回路から第１の指令値を受信するように構成され、第２の制御回路は、外部制御回路から第２の指令値を受信するように構成され、第１の制御回路は、ネゲート形式の第２の指令値を第２の回路から受信するように構成され、第２の制御回路は、ネゲート形式の第１の指令値を第１の回路から受信するように構成され、第１の制御回路、及び第２の制御回路は、回転子の動きを同時に制御するように構成される。
他の実施形態において、本発明は、回転子と、第１の巻線、及び第２の巻線を有する固定子と、第１の巻線に第１の電流を提供することによって回転子の動きを制御する第１の制御回路と、第２の巻線に第２の電流を提供することによって回転子の動きを制御する第２の制御回路とを具備する２相ブラシレスモータシステムを制御する方法に関する。本方法は、第１の回路において第１の指令値を受信し、第２の回路において第２の指令値を受信し、第１の回路においてネゲート形式の第２の指令値を受信し、第２の回路においてネゲート形式の第１の指令値を受信し、第１の回路において、第１の指令値、ネゲートした第２の指令値、及び第１のデフォルト値からなるグループから、先に選択された第１の基準に基づいて、第１の値を選択し、第２の回路において、ネゲートした第１の指令値、第２の指令値、及び第２のデフォルト値からなるグループから先に選択された第２の基準に基づいて、第２の値を選択し、第１の値に基づいて第１の巻線のための第１の電流を生成し、第２の値に基づいて第２の巻線のための第２の電流を生成する。
本発明に係る１つの実施形態に従う、２相ブラシレスモータと、デュアルレーン制御システムとを具備するモータ制御システムのブロックを概略的に示す図である。 本発明に係る１つの実施形態に従う２相ブラシレスモータの縦切りの断面を示す図である。 図２の２相ブラシレスモータの横断面を示し、本発明に係る１つの実施形態に従う回転子、固定子、及び固定子巻線の配置を示す図である。 本発明の１つの実施形態に従う１つの固定子巻線のコイルを概略的に示す図である。 本発明の１つの実施形態に従う２相ブラシレスモータシステムを制御する高レベル処理を説明するフローチャートを示す図である。 本発明の１つの実施形態に従う２相ブラシレスモータシステムを制御する処理を説明するフローチャートを示す図である。 本発明の１つの実施形態に従う２相ブラシレスモータシステムの典型的な動作のシーケンスを説明するフローチャートを示す図である。 図７の動作シーケンスに従うブラシレスモータ制御システムの定常状態条件を説明するフローチャートを示す図である。 図７の動作シーケンスに従うブラシレスモータ制御システムのために、ＡＲＩＮＣを介してパラメータを受信する処理を説明するフローチャートを示す図である。 図７の動作シーケンスに従うブラシレスモータ制御システムのために、クラッチを係合する処理を説明するフローチャートを示す図である。 図７の動作シーケンスに従うブラシレスモータ制御システムのために、ＰＷＭ値を決定する処理を説明するフローチャートを示す図である。 図１１において説明されるＰＷＭ値を決定する処理の中央値選択アルゴリズムの出力を決定するサブシステムを説明するフローチャートを示す図である。 図１１において説明されるＰＷＭ値を決定する処理と連動してトルクを決定するサブシステムを説明するフローチャートを示す図である。 図１１において説明されるＰＷＭ値を決定する処理と連動して加速度を決定するサブシステムを説明するフローチャートを示す図である。 図１１において説明されるＰＷＭ値を決定する処理と連動してＰＷＭ値を決定するサブシステムを説明するフローチャートを示す図である。 本発明の１つの実施形態に従う中央値選択システムのブロックを概略的に示す図である。 本発明の１つの実施形態に従う、モータの第１の巻線を制御する第１の回路、及びモータの第２の巻線を制御する第２の回路によって、２相ブラシレスモータを実質的に独立に制御する処理を説明するフローチャートを示す図である。
ブラシレスモータ制御システムの実施形態は、２相ブラシレスモータを制御する。多くの実施形態において、制御システムは、モータの第１の固定子巻線を制御する第１の制御回路と、モータの第２の固定子巻線を制御する第２の制御回路とを具備する。第１の回路、及び第２の回路は、互いに実質的に独立に動作する。しかしながら、これらの回路は、いずれかの制御回路で情報が誤使用されないように、ネゲート形式（negated form）で指令値情報を共有する。いくつかの実施形態において、第１の回路、及び第２の回路それぞれは、中央値選択（mid-value select）機能を使用して、ある入力信号に関連する過渡信号、故障、又は遅延を回避する。ブラシレスモータは、それぞれが反対方向に４つのコイル巻線を具備して指令されない動きを最小化し、かつ最大効率、及び最大のモータ制御を提供する４極固定子巻線、及び４極回転子巻線を具備できる。
ブラシレスモータシステムの実施形態は、最小の極で滑らかな動作につながることが多い簡明なベクトル制御のために２相構造を提供し、正弦トルクの生成を提供し、駆動回路故障による暴走を除去するために実質的に分離した制御駆動電子機器を有する２巻線モータを提供できる。
ブラシレスモータシステム、すなわちスマートサーボアクチュエータの実施形態をデジタル自動操作システムの一部として使用して、パート２５民間航空機（Part 25 commercial aircraft）において使用できる。スマートサーボアクチュエータは、信号故障が、キャプスタンにおける１．５度（1.5 degrees at the capstan）よりも大きい指令外の動きがもたらさないように、フェイルパッシブにできる。これにより、以下に説明するように、優れた２相ブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）モータと、関連する冗長センサ、モニタ、及び以下に説明されるソフトウェアを有する独立なデュアルレーンＤＳＰコントローラを使用して、実施できる。また、アクチュエータの安全特性は、いずれかのコントローラにより独立に解放でき、またクラッチ電源入力を遠方で除去できる電磁係合クラッチを具備する。
図１は、本発明に係る１つの実施形態に従う、デュアルレーン制御システム１２と、２相ブラシレスモータ１４とを具備するモータ制御システム１０のブロックを概略的に示す図である。モータ制御システム１０は、モータ／シャフト一センサ１６と、クラッチ、及び歯車列（a clutch and gear train）１８と、電源２０とを具備する。
デュアルレーン制御システム１２は、第１のレーン回路２２と、第２のレーン回路２４とを具備する。デュアル制御回路（２２、及び２４）は、実質的に互いに独立に操作でき、それぞれのレーンは、２相モータ１４について別個の制御を有する。第１のレーン２２は、フライトコンピュータ（図示せず）からの指令などの情報を受信するＡＲＩＮＣ４２９汎用非同期送受信回路（ＵＡＲＴ）２６を具備する。ＵＡＲＴ２６は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）、すなわちレーン１の制御回路２８に結合される。ＵＡＲＴ２６は、レーン１の制御回路２８により生成される論理信号により制御される特定のＵＡＲＴモードのためのレジスタを具備してもよい。ＵＡＲＴ２６は、オーバラン誤差を防止するＦＩＦＯバッファを一般に具備してもよい。レーン１のＤＳＰ２８は、ＤＳＰ２８のパルス幅変調（ＰＷＭ）出力を増幅するＨブリッジドライバ２９に結合される。Ｈブリッジドライバ２９は、第１の巻線３２に提供される電流の双方向制御を提供するＨブリッジ回路３０に結合される。第１の巻線３２は、モータの回転子４３と電磁気的にコミュニケーションする多くのコイルを具備してもよい。多くの実施形態において、第１の巻線３２は、モータの固定子４３の構成要素である。
第２のレーン２４は、フライトコンピュータ（図示せず）からの指令などの情報を受信するＡＲＩＮＣ４２９汎用非同期送受信回路（ＵＡＲＴ）３４を具備する。ＵＡＲＴ３４は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）、すなわちレーン２の制御回路３６に結合される。ＵＡＲＴ３４は、レーン２のＤＳＰ３６により生成される論理信号により制御される特定のＵＡＲＴモードのためのレジスタを具備してもよい。ＵＡＲＴ３４は、オーバラン誤差を防止するＦＩＦＯバッファを一般に具備してもよい。レーン２のＤＳＰ３６は、ＤＳＰ３６のパルス幅変調（ＰＷＭ）出力を増幅するＨブリッジドライバ３７に接続される。Ｈブリッジドライバ３７は、第２の巻線４０に提供される電流の双方向制御を提供するＨブリッジ回路３８に接続される。第２の巻線４０は、モータの回転子４２と電磁気的に通信する多くのコイルを具備してもよい。多くの実施形態において、第２の巻線４０は、モータの固定子４３の構成要素である。
４つの位置センサ（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、及び４４ｄ）は、回転子／モータシャフトを取り囲む位置に位置される。回転子／モータシャフトの端部において、モータシステムは、出力ピニオン４８に続く惑星歯車列４６を具備する。惑星歯車列４６の係合は、クラッチ５０によって制御されてもよい。クラッチ５０は、レーン１のＤＳＰ２８、及びレーン２のＤＳＰ３６によって独立に制御されてもよい。
いくつかの実施形態において、ブラシレスモータシステムは、スマートサーボアクチュエータと称される。スマートサーボアクチュエータは、モータ制御ループを完成し、サーボの完全性（servo integrity）を監視するのに必要な構成要素、及びソフトウェアの全てを包含してもよい。サーボ指令、及びサーボ命令（Servo commands and instructions）は、ＡＲＩＮＣ４２９高速フォーマットを使用するサーボのレーンそれぞれに提供される。位置指令、速度指令、又はトルク指令は、サーボに提供される命令によってコントローラに受け取られてもよい。メッセージ構造は、レーンそれぞれにより受信されるデータの完全性を保証するために、自動操縦システムに統合されてもよい。また、スマートサーボの位置データ、速度データ、及びトルクデータ、並びに位置状態、速度状態、及びトルク状態は、ＡＲＩＮＣ４２９高速フォーマットのインタフェース機器に送信されてもよい。コントローラへのハードウェアインタフェースは、レーンそれぞれにおいてＡＲＩＮＣ４２９ＵＡＲＴを使用して実施される。スマートサーボのレーンそれぞれの呼び掛けは、設定の間に配線接続されるディスクリート（５２、及び５４）を使用して、獲得されてもよい。他の実施形態において、スマートサーボへの呼び掛けの他の手段を使用できる。
モータ１４は、フェイルパッシブ自動操作の応用に特に設計される２相４極ＢＬＤＣモータである。回転子の組立部品は、回転子、出力歯車、及びセンサ磁石組立部品に付着される多くの希土類元素磁石を具備する。モータの固定子は、独立の２つの巻線（３２、及び４０）を具備する。巻線それぞれの電流は、いずれかのコントローラによって独立に制御される。モータのトルクは、２つの巻線の電流のベクトル和により提供される。電流ベクトルの振幅は、出力トルクに比例する。電流ベクトルは、所望のトルク、すなわち所望の回転の方向に９０度ずれて回転子の極の位置を導く。巻線それぞれは、固定子巻線の端部それぞれに提供させる２つの電流センサ（３３、及び４１）を有してもよい。一方の電流センサは、独立の制御に使用でき、他方は、反対のレーンのコントローラによって、独立に監視する。
回転子の角度位置は、モータシャフトに直接取り付けられる４極センサ磁石に半径方向の周りに配置される一対の線形レシオメトリックホール効果センサ（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、及び４４ｄ）を使用して感知される。センサ出力電圧の対は、ＤＳＰコントローラのアナログ‐デジタル変換機に提供され、固定子の角度は、電圧比のアークタンジェントとして計算される。レーンそれぞれは、専用の位置センサを有し、センサの入力から回転子の位置を独立に計算する。回転子の位置を使用して、特定のレーンのモータコイルの電流の正確なレベルを決定し、デルタ位置（delta position）を計算し、回転のシャフト角速度を算定する。
図１において説明される実施形態において、コントローラは、モータ制御のために特に設計される異なるＤＳＰマイクロコンピュータ（２８、及び３６）である。第１レーンのＤＳＰは、テキサスインスツルメンツ（登録商標、ＴＩ）のＴＭＳ３２０Ｆ２８００シリーズのＤＳＰであり、第２レーンは、フリースケールの５６Ｆ８３００シリーズのＤＳＰである（Texas Instruments（登録商標）、及びFreescale（登録商標）は、これらの会社の商標である）。他の実施形態において、他のコントローラモデルを使用できる。１つの実施形態において、コントローラは、同一である。プロセッサそれぞれは、対応するレーンのＡＲＩＮＣ４２９データバスを介して独立の指令を受信する。スマートサーボの呼び掛けは、設定時に配線接続される入力ディスクリート（５２、及び５４）を読み出して決定されてもよい。ＤＳＰ（２８、及び３６）は、配線接続される呼び掛けに適合するメッセージに応答することになるであろう。
指令メッセージの構造、妥当性、及び新鮮さは、完全性を保証するために、試験される。妥当性は、着信したメッセージが、サーボに到着する前に損傷していないかを確かめ、かつメッセージのデータフィールドが先に選択された範囲内であるかを確かめるために、参照してチェックしてもよい。これは、メッセージ全体の巡回冗長検査（ＣＲＣ）を実行することによって達成される。新鮮さは、メッセージを受信するサーボを特定の速度（１００Ｈｚなど）で参照してもよい。メッセージが、この時間フレーム内で受信されない場合、これによって、クラッチを強制的に解放する故障条件を示すフラグを始動してもよい。モータコイル電流指令を作り出す指令入力、及びセンサ入力の処理は、ＤＳＰに不可欠なパルス幅変調（ＰＷＭ）を利用して達成される電流変調により、高速度で実行される。コントローラそれぞれは、コントローラの巻線における電流、他方のコントローラにおける巻線の電流、クラッチ電流、供給電圧、内部電力供給電圧、及び回転子の位置の入力を含む多くのセンサ入力を具備する。ＰＷＭ信号を使用して、従来のＨブリッジ（３０、及び３８）のＭＯＳＦＥＴ対をスイッチングする。
所望のトルク、及び所望の速度を作り出すためのモータの動作は、レーンの指令信号、センサ入力、及び算定される電流によって独立に決定される固定子巻線（３３、及び４０）それぞれの固有の電流を必要とする。
短絡、又は開路された固定子コイル、短絡、又は開路されたパワーＭＯＳＦＥＴ、若しくは誤スイッチング指令によって、レーンいずれかが故障することにより、９０度のモータの回転子の最大動作が一般的にもたらされることになるであろう。ＢＬＤＣモータは、連続運動のために能動的に制御しなければならない範囲で本質的に安全である。一般的には、このようなモータは、コイルの１つを通る電流が一定の場合、９０度よりも大きく移動できない。
モータ１８の出力は、サーボマウントの５．８５−１平歯車減速機を介してさらに駆動する２段２０−１惑星歯車減速機を駆動する。この惑星歯車減速機は、必要な出力トルク、及び速度を提供できる。モータ１４と連結して使用できる惑星歯車の説明は、参照することにより本明細書に内容が明確に組み込まれる名称を「高速歯車減速機（HIGH RATIO GEAR REDUCER）」という２００８年１２月１日に出願された米国特許出願第１２／３２６０７４号に含まれる。モータの回転子の位置において最悪９０度のハードオーバ（hardover）の場合では、キャプスタンのアップセットは、１．５度より小さく限定できる。
惑星歯車システム１８のリングギアは、サーボアクチュエータクラッチが解放されるときに、フリーホイールが可能になる。一般的に、リングギアは、クラッチが係合されるときに半径方向の位置でロックされる。これは、クラッチのポールの外側の直径上の対応する平歯車に結合されるリングギアの外側に機械加工される平歯車とともに達成される。クラッチのコイルに電圧が印加されるとき、磁極面上の環状フェイスギアは、ともにリングギアに接地され、サーボアクチュエータに機械的に係合される。クラッチへの電流信号は、自動操作を制御するコンピュータから提供される信号とは別の信号である。クラッチのコイルの端部それぞれのＭＯＳＦＥＴのスイッチは、モニタを介してコントローラが故障を検出するときに、アクチュエータのレーンそれぞれが、クラッチを独立に解放することを可能にする。また、独立のクラッチ電流センサは、コイルの端部それぞれに提供される。これらの電流信号は、ＤＳＰコントローラにより監視され、個々のレーンによりクラッチ電流のＰＷＭ閉ループ制御に使用でき、反対のレーンによる監視にも使用できる。これらの機能は、クラッチを内部的に解放できる構成要素における潜在的な故障を検出するために、周期的に交互に行われる。
デュアル電流センサ、及びデュアル位置センサに加えて、レーンそれぞれはまた、ＤＳＰの性能を監視するために、監視回路を含む。双方のＤＳＰは、電力供給電圧を独立に監視する。ＤＳＰそれぞれに内在するシリアル・ペリフェラル・インタフェース（ＳＰＩ）バス５６を使用して、入力指令、センサデータ、監視入力、アクチュエータ出力性能、及び内蔵テストの間にチェックされる他の機能をクロスチェックする。クロスチェック処理における不一致は、ＡＲＩＮＣ４２９バスを介して故障状態のレポートをもたらす。また、このような不一致、又は他の故障によって、逆方向の側のＤＳＰによるクラッチの解放が起動される。
コントローラ（２８、及び３６）は、ＳＰＩバスを使用して互いに通信する。いくつかの実施形態では、コントローラそれぞれは、位置のような他のコントローラのネゲート形式の指令値（クロスサイド指令値など）を受信する。例えば、レーン１のコントローラ２８が１０度の位置の指令値を受信し、レーン２のコントローラ３６が１５度の位置の指令値を受信している場合、レーン１のコントローラ２８は、−１５度の値を受信し、レーン２のコントローラ３６は、−１０度の値を受信することになるであろう。このように情報を共有することによって、デュアルレーン制御システムは、いずれかのコントローラからの真の制御情報を使用することを避ける。これによって、いずれかのコントローラが他のコントローラの情報を自身のものとして受け取ることを防止する。このような考慮は、飛行機の応用において重要なことである可能性がある。
ブラシレスモータは、スロットレスのブラシレス型のモータにしてもよい。最も存在するスロットレスブラシレスモータは、３巻線の３相である（６つのコイル）。多くの実施形態において、本発明のモータは、４極回転子と、それぞれが互いから４５度に位置する４コイルの２固定子巻線との組み合わせである。他の実施形態では、２極回転子を使用できる。他の実施形態では、固定子は、互いから９０度に位置する２コイル２相（１相当たり１コイル）を含む。
特定の応用のための設計要求により、固定子のコイルと回転子の極とのいずれの組み合わせにすることが可能である。固定子のコイル数、及び回転子の極数が増加すると、製造コストが増加する一方、出力トルクのリップルが減少する。
図２は、本発明に係る１つの実施形態に従う２相ブラシレスモータの縦切りの断面を示す図である。固定子構造は、回転子から巻線６４を分離するフェノール性の耐熱性スリーブ６２と、磁気的な帰還路を提供し、かつ渦電流損を低減する円盤状の積層６６と、モータを取り囲むステンレス鋼の筐体６８と、を含む。回転子構造は、適当な位置に熱収縮されるマイラーチューブにより囲まれるステンレス鋼のシャフト７２に接合される４つの希土類磁石７０から構成される。シャフト７２の端部において、ホール効果磁石７４は、ホール効果センサ７６と併せて使用される。
図３は、図２の２相ブラシレスモータの横断面を示し、本発明に係る１つの実施形態に従う回転子４２´、固定子４３、及び固定子巻線（Ｌ１、及びＬ２）の配置を示す図である。
図４は、本発明の１つの実施形態に従う１つの固定子巻線のコイルを概略的に示す図である。いくつかの実施形態において、固定子巻線Ｌ１は、図２、及び３の２相ブラシレスモータとともに使用できる。相／巻線それぞれは、特定の巻数の４つの一連のコイルからなり、巻線列のコイルそれぞれは、隣接するコイルから反対の方向に巻かれる。例えば、Ｌ１固定子巻線は、コイルＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、及びＬ１ｄを具備し、Ｌ１ｂは、Ｌ１ａ、及びＬ１ｃの反対の方向に巻かれる。コイルＬ１ｄは、コイルＬ１ｂと同一の方向に巻かれる。Ｌ２固定子巻線（図３参照）は同様に、Ｌ２ｂは、Ｌ２ａ、及びＬ２ｃの反対の方向に巻かれる。コイルＬ２ｄは、コイルＬ２ｂと同一の方向に巻かれる。
したがって、コイルそれぞれの回転の寄与は、４極固定子４２´を制御する他の全てのコイルの寄与に付加する。他の実施形態において、異なる数の極を有する固定子を使用してもよい。コイルの固有の幾何学的配置は、リップルが小さい正弦波出力トルクを提供する。
図４の隣接するコイルの互いの相関方法を理解するために、電流（Ｉ）を作り出すために巻線に印加される電圧を考慮する。矢印は、電流（Ｉ）が流れる方向を示す。電流の流れ方向の規定された方向と、右手の法則とを使用して、磁界の方向は、決定できる。例えば、コイルＬ１ａ、及びコイルＬ１ｃに関して、磁界は、頁の方に伸びる。コイルＬ１ａ、及びコイルＬ１ｃに関して、磁界は、頁から伸びる。そこで、電流が単一の固定子巻線を流れているときに、交番磁界が作られ、巻線列において隣接するコイルの磁界は、互いに反対する。
ここで図３に戻ると、横断面図は、回転子４２´との関係で固定子４３の固定子コイルのレイアウトを説明する。固定子４３は、それぞれが同一の固定子巻線の他のコイルに隣接する固定子巻線（Ｌ１、又はＬ２）を有する８つの８分の１部分に分割される。例えば、０度から４５度まで、第１の８分の１部分は、第２の巻線Ｌ２ｃのコイルの巻線と、第２の牧瀬Ｌ２ｂの他のコイルの巻線とを具備する。第１の８分の１のＬ２ｂ、及びＬ２ｃの巻線は、ドットで示されるように、頁の方に向く。４５度から９０度までの第２の８分の１部分は、第１の巻線Ｌ１ａのコイルの巻線と、第１の巻線Ｌ１ｄの他のコイルの巻線とを具備する。第２の８分の１のコイルＬ１ａ、及びＬ１ｄの巻線は、Ｘに丸印が描かれるように、頁から向く。巻線の残りのコイルは、環状の固定子４３に沿う他の８分の１部分に同様に配列される。
図４に戻ると、巻線列Ｌ１の隣接するコイルの巻線における電流は、コイル巻線が結合される位置（Ｃａｂ、Ｃｂｃ、Ｃｃｄ、及びＣｄａ）、又はごく近接する位置において同一の方向に流れる。また、結合部分（Ｃａｂ、Ｃｂｃ、Ｃｃｄ、及びＣｄａ）は、図３において説明される。第２の巻線Ｌ２は、第１の巻線Ｌ１と類似するコイル、及び結合部分を具備する。
図３に示すように、２つの固定子巻線がともに組み立てられるとき、完全な固定子組立品が形成される。固定子コイルの全てを考慮するとき、巻線それぞれ、及び対応するＤＳＰ制御回路は、４つの４分の１のいずれかの制御を有する。モータのトルクは、２つの巻線における電流のベクトル和により提供される。２つの固定子巻線の間の合力電流ベクトルの増幅は、出力トルクに比例する。
個々のＤＳＰコントローラにより制御されるレーンの一方の構成要素のいずれかにおける故障の場合には、結果は、モータにおけるハードオーバ効果を有する。しかしながら、上述の制御システムは、このような故障を積極的に監視し、かつ応答することによって、ハードオーバ効果を最小限にするように配置される。さらに、固定子巻線、及び４極回転子物理的な配置は、システムの故障の最悪の効果を限定する。例えば、モータの回転子位置において最悪９０度のハードオーバの場合には、キャプスタンのアップセットは、１．５度より小さく限定できる。短絡、又は開路された固定子コイル、短絡、又は開路されたパワーＭＯＳＦＥＴ、又は誤スイッチング指令のためにいずれかのレーンが故障することにより、９０度のモータの回転子の最大動作を一般的にもたらすことになるであろう。ＢＬＤＣモータは、連続運動のために能動的に制御しなければならない範囲で本質的に安全である。一般的には、このようなモータは、コイルの１つを通る電流が一定の場合、９０度よりも大きく移動できない。
図５は、本発明の１つの実施形態に従う２相ブラシレスモータシステムを制御する高レベル処理を説明するフローチャートを示す図である。高レベル処理８０において概して４つのメイン実行経路がある。電源投入８２、高級ループ８４、電源故障インタラプト８６、及びＰＷＭインタラプト８８である。図５、及び６は、本発明のいくつかの実施形態に従う実行の構造、及びフローを示す。
電源投入８２において（ブラシレスモータシステムに電源を印加するときなど）、プロセッサは、ＲＡＭ、及びＡＲＩＮＣ受信ＵＡＲＴをテストすることによって、動作のチェックをすることができる。一般的には、これらのテストは、電源投入内蔵テスト（ＰＢＩＴ）の間のみに実行される。さもなければ、通常の処理を干渉するからである。機能性の自己検証テストの後に、プロセッサは、多くの初期化タスクを実行し、次いで高級ループ（executive Loop）に入る。これらのタスクは、監視タイマ、ＡＲＩＮＣ ＵＡＲＴ、ＳＰＩバス、制御ループ、及びＰＷＭサブシステムを含む必要な変数、及びハードウェアの全ての初期化を含んでもよい。
概して高級ループ８４は、規則的で一貫した速度で実行されるであろうタスクを実行suるが、これは、モータ制御機能に欠かせないものでない。これらは、ＡＲＩＮＣ４２９、及びＳＰＩバスを介して受信される有効なメッセージブロックの検証と、固有の指令モード、及び固有の指令値の調整、及び設定と、ＡＲＩＮＣラベルの送信と、持続的な内蔵テスト（ＢＩＴ）とを具備する。ループは、０．２５ミリ秒に１度、すなわち４ｋＨｚの速度で実行できる。いくつかの実施形態において、ＡＲＩＮＣ４２９ラベルは、１秒当たり１００回送信されることになるので、概して特定のラベルは、高級ループの４０回の実行ごとに処理される必要がある。高級ループの論理スイッチ状態は、４０のケースを有することができる。これは、伝送されるデータが可能な限り短い待機時間を有することを保証する。それぞれのケースが実行されたのち、監視タイマが利用可能になる。次いで、０．２５ミリ秒タイマが満了するまでの利用可能時間の残りのために、フラッシュにおけるプログラムの妥当性は、巡回冗長検査（ＣＲＣ）を生成し、チェックすることによりチェックされる。
第３の主要な実行経路である電源故障インタラプト８６は、アクチュエータから電源が除去されたときに始動できる。入力される電源の喪失を検出ためのインタラプトは、高級ループ８４、及びＰＷＭインタラプト８８の実行を停止し、次いでクラッチを解放できる。最後に、関連する機器に電源の喪失を通知するために、ＡＲＩＮＣ４２９メンテナンスラベルが電源故障表示とともに送信される。この時点から、プログラムの実行は、概して停止することになるだろう。電源インタラプトが一時的である場合、監視タイマは、プロセッサをリセットし、電源投入シーケンスを再度進めることになるであろう。
処理により概して実行される１次モータ制御タスク、又はインタラプト８８は、一貫性のあるタイミングを有し、かつ他のタスクよりも優先される。制御タスクは、４０ｋＨｚＰＷＭインタラプトにおいて動作するように構成できる。制御ループは、それぞれの期間が終了する前に、ＰＷＭデューティサイクルをリロードするための計算を終了する。ＰＷＭ期間それぞれの間、位置を算出してもよい。電流制御ループは、通信状態、及びデューティサイクルを設定するように処理されてもよい。またアクチュエータの出力モード（トルク、位置、又は速度など）は、制御ループで調整されるが、概して１０ｋＨｚの速度で実行される。他の２つのタスクは、概してＰＷＭ４０ｋＨｚインタラプト内で実行されて、特定のタイミングマージンを維持する。これらのタスクは、高級ループのために４０ｋＨｚタイマをインクリメントすること、及びＳＰＩレジスタのロード、及びアンロードをチェックすることを具備してもよい。
図６は、本発明の１つの実施形態に従うブラシレスモータシステムを制御する処理（高級ループ）８４を説明するフローチャートを示す図である。高級ループ処理８４の動作は、初期始動から説明できる。フライトコンピュータ（図示せず）は、ＡＲＩＮＣ４２９メッセージをブラシレスモータ制御システムに送信する。ＤＳＰそれぞれは、ＡＲＩＮＣメッセージへのアクセスを有する。ブロック１０２において、処理は、ＡＲＩＮＣ４２９ＵＡＲＴデータバッファレジスタから４バイトのデータを読み出す。処理は、受信したラベルの妥当性をチェックし、データをテンポラリの指令ブロックに置き、ＣＲＣをチェックし、指令ブロックの状態を設定できる。伝送キューが空でない場合、処理は、ＡＲＩＮＣ４２９ＵＡＲＴ送信バッファレジスタに、メッセージ送信キューから４ビットのデータをテールエンドで書き込むことができる。処理は、受信器のキューを取り出して、指令データ、及び監視データの正当性を立証できる。指令データが正当である場合、処理は、指令モードのタイプと、指令値とを抽出する。次いで、処理は、指令モードに基づいて、指令値しきい値と、指令値範囲とを設定できる。監視データが正当である場合、処理は、トルクの制限を更新できる。
ブロック１０４において、処理は、ＳＰＩメッセージブロックを組み立てる。またＳＰＩスレーブのために、処理は、送信ＦＩＦＯにメッセージを置き、送信器ＦＩＦＯ、及び受信器ＦＩＦＯをリセットする。ブロック１０６において、処理は、受信した指令モード、フィルタリングされたオンサイド指令値（filtered onside commanded value）、クロスサイド指令値、及び補償された位置に基づいて、中央値選択を実行する。
いくつかの実施形態では、ブロック１０２、１０４、及び１０６は、連続的に実行してもよい。例えば、高級ループケース０を介する第１回、すなわちブロック１０８が実行される。高級ループケース１を介する次回、ブロック１１０が実行される。高級ループを介する第１０回、「処理ＣＢＩＴ」が実行される。高級処理を介する第１１回において、ブロック１０８を繰り返してもよく、サイクルは、ブロックそれぞれが合計４回実行されるまで続けてもよい。
ケースブロックのそれぞれが実行された後に、処理は、ブロック１１６を実行し、監視タイマを使用可能にする。ブロック１１８において、処理は、ＣＲＣを計算し、チェックする。ブロック１２０において、処理は、経過した合計の高級ループの時間が０．２５ミリ秒（ｍｓ）以上であるかを判定する。０．２５ｍｓよりも短い場合、０．２５ｍｓに到達するまで待機ループが実行される。０．２５ｍｓの時間を経過すると、処理ループは、高級ループの開始に戻る。
いくつかの実施形態において、処理に記載される全ての活動が実行されるのではない。他の実施形態において、活動は、フローチャートで説明される順番と異なる順番で実行される。いくつかの実施形態において、いくつかの活動は、同時に実行される。いくつかの実施形態において、処理は、他の機能を提供する付加的な活動を実行する。
図７は、本発明の１つの実施形態に従うブラシレスモータシステムの典型的な動作のシーケンスを説明するフローチャートを示す図である。シーケンス、又は処理は、定常状態条件を獲得することにより開始する（Ａ）。次いで、処理は、ＡＲＩＮＣ４２９を介してパラメータを受信する（Ｂ）。次いで、処理は、クラッチを係合する（Ｃ）。次いで、処理は、ＡＲＩＮＣ４２９を介してフライトコンピュータにより提供されるか、又はフライトコンピュータから提供されるパラメータから抽出されるかのいずれかである所望のクラッチ電圧に基づいてＰＷＭ値を決定する（Ｄ）。次いで、処理は、ＰＷＭ値によりＨブリッジを駆動する（Ｅ）。係合されると、コントローラそれぞれは、対応するＨブリッジをイネーブルにし、かつＰＷＭ値を個々のＨブリッジに出力するレジスタに、ＰＷＭ値をロードする（図１参照）。
いくつかの実施形態において、処理に記載される全ての活動が実行されるのではない。他の実施形態において、活動は、フローチャートで説明される順番と異なる順番で実行される。いくつかの実施形態において、いくつかの活動は、同時に実行される。いくつかの実施形態において、処理は、他の機能を提供する付加的な活動を実行する。
図８は、図７の動作シーケンスに従うブラシレスモータ制御システムの定常状態条件（Ａ）を説明するフローチャートを示す図である。入力のシーケンス、及び条件をチェックして、定常状態における動作を確認する。いくつかの実施形態において、これらの入力、及び条件は、クラッチを係合するために必要である。シーケンスは、係合可能ディスクリート（Engage Enable Discrete）をチェックし（Ａ１）、フライト制御システムを介してサーボに供給されるクラッチ電圧入力をチェックする（Ａ２）。概してクラッチ電圧は、先に選択された低許容値より高くすべきであり、係合可能ディスクリートは、固有の動作に対して高くできる。安全状態の他の条件は、再係合の前に２つの実行期間のためにクラッチを解放すること（Ａ３）と、クラッチ解放故障がレポートされていないこと（Ａ４）と、サーボがＡＲＩＮＣ４２９を介して解放を指令されないこと（Ａ５）とを含む。クラッチ解放チェック（Ａ３）により、再係合が実行される前に、クラッチが機械的に十分に解放されることを保障する。クラッチ解放故障がないことのチェック（Ａ４）は、故障条件が存在するときの係合を防止する。故障条件の一例は、オンサイドのコントローラのＳＰＩデータブロックのチェックサムが、送信するコントローラのチェックサムと適合しないことを表示するＳＰＩデータ故障であろう。このような場合、無効メッセージが受信されて、廃棄される。解放が指令されてないことのチェック（Ａ５）は、概して解放指令が係合指令より優先されることを確認する。
いくつかの実施形態において、処理に記載される全ての活動が実行されるのではない。他の実施形態において、活動は、フローチャートで説明される順番と異なる順番で実行される。いくつかの実施形態において、いくつかの活動は、同時に実行される。いくつかの実施形態において、処理は、他の機能を提供する付加的な活動を実行する。
図９は、図７の動作シーケンスに従うブラシレスモータ制御システムのために、ＡＲＩＮＣを介してパラメータを受信する処理（Ｂ）を説明するフローチャートを示す図である。処理は、クラッチモード指令を受信すること（Ｂ１）によって開始する。例えば、クラッチモード指令によって、クラッチを係合することを指令できる。処理は、指令モードをトルクに設定するなどのような指令モードを受信してもよい（Ｂ２）。処理は、トルク制限を１００％に設定するなどのような指令モードトルク制限を受信してもよい。（Ｂ３）。また、処理は、指令値を１００％に設定するなどのような指令値を受信してもよい。（Ｂ４）。
動作の前にフライト制御システムから必要とされる入力を受信でき、又は算出できる。これらの入力は、ＡＲＩＮＣ４２９メッセージを介してサーボに通信される指令モード、指令値、トルク制限、係合指令を含むことができる。指令値は、中央値選択機能に入力されるオンサイド入力である。中央値選択出力、及び所望の指令値は、誤差（エラー、error）計算への入力になり、所望の指令値と実際のモータ状態との間の差異を決定するために使用される。例えば、コマンドモードが位置であり、所望の指令値が１００度であり、モータの電流状態が０度である場合、位置誤差の絶対値は、１００度になる。モータは、位置誤差０を達成するように駆動される。トルク制限は、所望の指令値と併せて使用されて、Ｈブリッジを制御するために使用されるＰＷＭデューティサイクルを決定する。トルク制限は制御ループにおいて使用されて、所望の指令値を達成するために必要なトルク量を制限する。
いくつかの実施形態において、処理に記載される全ての活動が実行されるのではない。他の実施形態において、活動は、フローチャートで説明される順番と異なる順番で実行される。いくつかの実施形態において、いくつかの活動は、同時に実行される。いくつかの実施形態において、処理は、他の機能を提供する付加的な活動を実行する。
図１０は、図７の動作シーケンスに従うブラシレスモータ制御システムのために、クラッチを係合する処理（Ｃ）を説明するフローチャートを示す図である。処理は最初に、係合指令は、受信されたか否かを判定して（Ｃ１）クラッチが先に解放されたことを保障する。条件が満たされていない場合、条件が満たされるまで処理は待機する。条件が満たされる場合、レーン１の制御回路は、クラッチ制御回路のレーン１の部分を起動する（Ｃ２）。次いで、処理は、故障チェックを実行して（Ｃ３）、クラッチ回路に電流がないことを保障する。故障チェックを実行して、レーン２が入っておらず、完全な電気路がないために、クラッチ回路に電流が流れないことを保障する。コントローラが電流の流れを感知する場合、故障条件がフラグされ、コントローラは、クラッチを解放するよう指令する。
先に選択された期間の後に、レーン２の制御回路は、レーン２のクラッチ制御回路の部分をアクティブにする。これにより、クラッチコイルを介して電流が流れることができ、クラッチアーマチャのスプリング力を超える磁界を作り出す。このようにして、クラッチアーマチャが引き込まれて、クラッチをモータに機械的に係合させる。アーマチャを引き入れるために、規定の時間量を要し、この時間の間に電流が定常状態値を超えることができる。電流のこの引き入れは、アーマチャの移動を生じさせるためにスプリング力とその慣性を超えなければならないという事実のために、より大きくなる。
次いで、処理は、所望のクラッチ電流と実際のクラッチ電流との間の差に応じてクラッチ電流誤差を決定する（Ｃ５）。次いで、処理は、クラッチ電流誤差に応じて所望のクラッチ電圧を決定する（Ｃ６）。所望の電圧を使用して、クラッチが係合し続けるために必要な新たなＰＷＭ値を決定する。クラッチのＰＷＭ制御は、レーン１の制御回路により実行される。このＰＷＭ値は、コントローラのＰＷＭレジスタにロードされる。
図１１は、図７の動作シーケンスに従うブラシレスモータ制御システムのＰＷＭ値を決定するための主要処理（Ｄ）のフローを示す図である。処理は、中央値選択（ＭＶＳ）機能／アルゴリズムの出力を決定する（Ｄ１）ことで開始する。次いで、処理は、ＭＶＳの出力に基づいてトルクを決定し（Ｄ２）、決定されたトルクとトルクリミットとを比較する。これは、ＡＲＩＮＣメッセージにおいて受信できる。また、処理は、加速度を決定し（Ｄ３）、Ｄ２で決定された所望のトルクに基づいて、決定された加速度とリミットとを比較する。次いで、処理は、Ｈブリッジドライバ、及びＨブリッジを駆動するために必要な適当なＰＷＭ値を決定する（Ｄ４）。
図１２は、図１１で説明されるＰＷＭ値を決定する処理における中央値選択（ＭＶＳ）アルゴリズムの出力を決定するサブ処理（Ｄ１）を説明するフローチャートである。サブ処理は、オンサイド指令値（ＯＣＶ）、クロスサイド指令値（ＣＣＶ）、及びデフォルト値（ＤＶ）を受信すること（Ｄ１１）により開始する。特定のＤＳＰコントローラについて、オンサイド指令値は、フライトコンピュータからＤＳＰコントローラに送信される値であり、クロスサイド指令値は、他方のＤＳＰコントローラに送信されるネゲート形式の指令値である。オンサイド指令値、及びクロスサイド指令値が同一の値であり、符号が異なる場合（Ｄ１２）、中央値選択出力は、オンサイド指令値（ＯＣＶ）に設定される。
オンサイド指令値、及びクロスサイド指令値が異なる値であり、かつ符号が異なり、これらの値の間の差が、故障状態の信号を出すのに十分に大きくなく、オンサイド指令値の絶対値が、クロスサイド指令値よりも大きい場合（Ｄ１３）、ＭＶＳの出力は、クロスサイド指令値（ＣＣＶ）に設定される。オンサイド指令値と、クロスサイド指令値との符号が同一である場合（Ｄ１４）、ＭＶＳの出力は、デフォルト値に設定される。クロスサイド指令値は、他方のコントローラに送信される前はネゲートであるので、クロスサイド指令値がオンサイド指令値と同一の符号である場合、レーン１は、レーン２の反対の方向に移動するように指令される。コントローラ間のいずれの競合も防止するため、所望の指令値は、双方のコントローラでデフォルト値（コマンドモードがトルクである場合、ゼロなど）に設定される。この例では、オンサイド指令値と、オフサイド指令値とは、等しく、かつ符号が異なるので、これらの値の合計はゼロである。したがって、このような場合、ＭＶＳの出力は、オンサイド指令値に設定される。
図１３は、図１１で説明されるＰＷＭ値を決定する処理とともにトルクを決定するサブ処理（Ｄ２）を説明するフローチャートである。第１に、サブ処理は、指令モードがトルクであるかを判定する（Ｄ２１）。そして、指令モードがトルクである場合、ＭＶＳ出力は、ＭＶＳ出力に基づいて最大モータ速度を決定するために、第１の変換係数によって拡大、又は縮小される。次いで、サブ処理は、モータの現在の速度、及び第２の変換係数を使用して、速度ベースのトルクを決定する（Ｄ２２）。速度ベースのトルクは、最大モータ速度により制限される。次いで、サブ処理は、ＭＶＳ出力と、速度ベースのトルクとの間の差異に基づいて速度誤差を決定する（Ｄ２３）。この誤差信号は、ローパスフィルタを介して、拡大、又は縮小し、かつ送信できる。サブ処理は、結果として生じる所望のトルクを決定できる（Ｄ２４）。サブ処理は、結果として生じる所望のトルクが制限内であることを確認するために、トルク制限と、結果として生じる所望のトルクとをチェックできる（Ｄ２５）。
図１４は、図１１で説明されるＰＷＭ値を決定する処理とともに加速度を決定するサブ処理（Ｄ３）を説明するフローチャートである。サブサブ処理は、第３の変換係数で拡大、又は縮小されて（サブ処理Ｄ２から）結果として生じる所望のトルクに基づいてモータの期待される加速度、及びモータ電流を決定できる（Ｄ３１）。次いで、サブ処理は、期待される加速度と予測される速度との比較に基づいて、加速度誤差を決定する（Ｄ３２）。次いで、サブ処理は、加速度誤差値をフィルタリングする（Ｄ３３）。サブ処理は、第４の変換係数により拡大、又は縮小され、かつフィルタリングされた加速度誤差に基づいて、加速度積分器（acceleration integrator）を決定する（Ｄ３４）。加速度積分器を使用して、モータの所望の速度を決定する。
図１５は、図１１で説明されるＰＷＭ値を決定する処理とともにＰＷＭ値を決定するサブ処理（Ｄ４）を説明するフローチャートである。サブサブ処理は、期待されるモータ電流と、実際のモータ電流との比較に基づいて、モータ電流誤差を決定する（Ｄ４１）。次いで、サブ処理は、第５の変換係数により拡大、又は縮小されたモータ電流誤差に基づいて、所望の電圧を決定する（Ｄ４２）。次いで、サブ処理は、第６の変換係数により拡大、又は縮小された所望の電圧に基づいて、モータに印加するためのＰＷＭ値、すなわちデューティサイクルを決定する（Ｄ４３）。ＰＷＭ値は、Ｈブリッジ、及びＨブリッジドライバを介して固定子巻線に出力できる。
図１６は、本発明に係る１つの実施形態に従う中央値選択システムのブロックを概略的に説明する図である。より強固なシステムを達成するために、ＭＶＳシステムを実施して、入力値の過渡信号、不良、又は遅延を上回る所望の指令値（ＭＶＳ出力）を計算できる。一般にレーンそれぞれのコントローラは、異なる製造業者から提供されるので、制御処理は、コントローラそれぞれと、それぞれのレーンとの間の処理タイミング差を占めるように配置される。さらに、概して不良チェックを実施する必要がある。不良チェック処理は、それぞれのレーンの指令値を比較して、それぞれのレーンの指令値が許容範囲の外であるか否かをチェックする。それぞれのレーンの指令値が許容範囲の外である場合、ソフトウェアのフラグが設定されることになるであろう。いくつかの実施形態において、先に選択された数の比較フラグが、先に選択された時間内に生じた場合、クラッチは、問題を検出するレーンにより解放せざるを得ない。この場合、指令されない動作は、防止される。図１６のＭＶＳシステムは、多くのこれらの機能を実行するために役に立つ。
ＭＶＳシステム２００は、少なくとも３つの入力値を含む。デフォルト値２０１、オンサイド指令値２０２、及びクロスサイド指令値２０２である。デフォルト値２０１は、スマートサーボの動作の指令モードに基づいて決定される。例えば、指令モードがトルクモードの場合、デフォルト値は０である。オンサイド指令値２０２は、オンサイドのコントローラのＡＲＩＮＣ４２９バスを介してサーボに送信され、オンサイドのコントローラにより受信される指令値である。クロスサイド指令値２０３は、クロスサイドのコントローラのＡＲＩＮＣ４２９バスを介してサーボに送信され、クロスレーンのコントローラにより受信される指令値である。クロスサイド指令値は、反対のレーンのコントローラにＳＰＩバスを介してネゲート形式で通信される。この機能性は、それぞれのコントローラで共通である。
ここで、図１６を参照すると、オンサイド指令値２０２、及びクロスサイド指令値２０３の双方は、ローパスフィルタを通ることによって、期間全体の値が平均化される。次いで、値は、互いに加算されて、値の間の差を見出される。これは、クロスサイド指令値２０３がＳＰＩを介して送信される前にネゲートされるため、可能である。このときに、値の間の差が許容範囲を超える場合にソフトウェアフラグが設定される（２０５）。中央値選択のこの出力は、双方のレーンの所望の指令値になる。クロスサイドコントローラ２０８の指令値は、ＳＰＩバスによって、他方のコントローラに送信できる。
図１７は、本発明に係る実施形態に従うモータの第１の巻線を制御する第１の回路と、モータの第２の巻線を制御する第２の電子回路とを有する２相ブラシレスモータの実質的に独立に制御する処理を説明するフローチャートを示す図である。多くの実施形態において、処理３００を使用して、回転子と、第１の巻線、及び第２の巻線を有する固定子と、第１の巻線に第１の電流を提供することにより回転子の動きを制御する第１の制御回路と、第２の巻線に第２の電流を提供することにより回転子の動きを制御する第２の制御回路と、を具備する。
処理は、第１の回路において、第１の指令値を受信する（３０１）。１つの実施形態において、第１の回路は、レーン１の制御回路に相当する。処理は、第２の回路において、第２の指令値を受信する（３０２）。１つの実施形態において、第２の回路は、レーン２の制御回路に相当する。処理は、第１の回路において、ネゲート形式の第２の指令値を受信する（３０３）。処理は、第２の回路において、ネゲート形式の第１の指令値を受信する（３０４）。処理は、第１の指令値、ネゲートした第２の指令値、及び第１のデフォルト値からなる群から、先に選択された第１の基準に基づいて、第１の回路において、第１の値を選択する（３０５）。処理は、ネゲートした第１の指令値、第２の指令値、及び第２のデフォルト値からなる群から先に選択された第２の基準に基づいて、第２の回路において、第２の値を選択する（３０６）。処理は、第１の巻線について第１の値に基づいて第１の電流を生成する（３０７）。処理は、第２の巻線について第２の値に基づいて第２の電流を生成する（３０８）。
いくつかの実施形態において、処理で説明される動作の全てが実行されるわけではない。他の実施形態において、フローチャートで説明される順序と異なる順序で実行される。いくつかの実施形態において、いくつかの動作は同時に実行される。いくつかの実施形態において、処理は、付加的な動作を実行して他の機能を提供する。
本発明の実施形態は、多くの利点を有する。例えば、３相モータ配置に対して本発明の２相モータ配置は著しい利点がある。２相モータは、デュアルレーン制御に非常に適し、コギングを取り除くスロットレス構造を提供し、かつ３相スロットモータに匹敵するトルクを提供する。また、２相モータは、それ自体が３相モータよりもデュアル制御により容易に役に立ち、冗長制御、及びフェイルパッシブを可能にする。
これまでの説明は、本発明の多くの具体的な実施形態が含まれるが、本発明の範囲を限定するように解釈すべきでなく、むしろ本発明の具体的な実施形態の励磁として解釈すべきである。したがって、本発明の範囲は、説明される実施形態により決定されるべきでなく、添付されるクレーム、及びクレームの均等により決定されるべきである。

Claims (23)

  1. ２相ブラシレスモータを制御するフェイルパッシブシステムであって、
    固定子と、
    回転子と、
    前記回転子に電磁的に結合する第１の巻線と、
    前記回転子に電磁的に結合する第２の巻線と、
    前記第１の巻線に結合され、前記第１の巻線に第１の電流を提供するように構成される第１の制御回路と、
    前記第２の巻線に結合され、前記第２の巻線に第２の電流を提供するように構成される第２の制御回路と、
    を具備する２相ブラシレスモータを有し、
    前記第１の制御回路は、外部制御回路から第１の指令値を受信するように構成され、
    前記第２の制御回路は、前記外部制御回路から第２の指令値を受信するように構成され、
    前記第１の制御回路は、ネゲート形式の前記第２の指令値を前記第２の回路から受信するように構成され、
    前記第２の制御回路は、ネゲート形式の前記第１の指令値を前記第１の回路から受信するように構成され、
    前記第１の制御回路、及び前記第２の制御回路は、前記回転子の動きを同時に制御するように構成されることを特徴とするシステム。
  2. 前記第１の制御回路は、前記第２の制御回路における故障を補償するように構成され、
    前記第２の制御回路は、前記第１の制御回路における故障を補償するように構成される請求項１に記載のシステム。
  3. 前記回転子の位置を検出するように構成される第１の位置センサと、
    前記回転子の位置を検出するように構成される第２の位置センサと、
    をさらに具備し、前記第１の位置センサは、前記第１の制御回路に結合され、
    前記第２の位置センサは、前記第２の制御回路に結合される請求項１に記載のシステム。
  4. 前記第１の制御回路は、第１の形式のデジタルシグナルプロセッサを具備し、
    前記第２の制御回路は、第２の形式のデジタルシグナルプロセッサを具備し、
    前記第１の形式と、前記第２の形式とは、相違する請求項１に記載のシステム。
  5. 前記第１の巻線は、４つのコイルを直列に具備し、
    前記第２の巻線は、４つのコイルを直列に具備し、
    前記第１の巻線の前記コイルのそれぞれは、前記第１の巻線の隣接するコイルの方向と反対の方向に巻回され、
    前記第２の巻線の前記コイルのそれぞれは、前記第２の巻線の隣接するコイルの方向と反対の方向に巻回される請求項１に記載のシステム。
  6. 前記第１の巻線、及び前記第２の巻線の前記コイルの第１のコイルの磁界の方向は、前記第１の巻線、及び前記第２の巻線の前記コイルの第２のコイルの磁界の方向に直交し、
    前記第１のコイルは、前記第２のコイルに隣接する請求項５に記載のシステム。
  7. 前記回転子は、実質的に方形の断面部を有する４極回転子である請求項５に記載のシステム。
  8. 前記固定子は、８つの部分を有するリング形状の断面部を有し、
    前記８つの部分の第１の部分は、前記第１の巻線の前記コイルの２つの巻線を含み、前記第１の部分に隣接する第２の部分は、前記第２の巻線の前記コイルの２つの巻線を含む請求項５に記載のシステム。
  9. 前記固定子の前記リング形状の断面部は、前記回転子の前記方形の断面部を包囲する請求項８に記載のシステム。
  10. 前記第１の制御回路は、前記第１の指令値、前記ネゲート形式の前記第２の指令値、及び第１のデフォルト値からなる群から、先に選択された第１の基準に基づいて、第１の値を選択するように構成され、
    前記第１の制御回路は、前記第１の値を使用して、前記第１の巻線の前記第１の電流を生成するように構成され、
    前記第２の制御回路は、前記ネゲート形式の前記第１の指令値、前記第２の指令値、及び第２のデフォルト値からなる群から、先に選択された第２の基準に基づいて、第２の値を選択するように構成され、
    前記第２の制御回路は、前記第２の値を使用して、前記第２の巻線に提供される電流を生成するように構成される請求項１に記載のシステム。
  11. 前記第１の制御回路は、前記第１の値に基づいて、所望のトルクを算出するように構成され、
    前記第１の制御回路は、前記第１の値に基づく前記所望のトルクと、第１のトルク制限とを比較するように構成され、
    前記第２の制御回路は、前記第２の値に基づいて、所望のトルクを算出するように構成され、
    前記第２の制御回路は、前記第２の値に基づく前記所望のトルクと、第２のトルク制限とを比較するように構成される請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記第１の制御回路は、前記第１の値に基づいて、期待される加速度を算出するように構成され、
    前記第１の制御回路は、前記第１の値に基づく前記期待される加速度と、第１の加速度制限とを比較するように構成され、
    前記第２の制御回路は、前記第２の値に基づいて、期待される加速度を算出するように構成され、
    前記第２の制御回路は、前記第２の値に基づく前記期待される加速度と、第２の加速度制限とを比較するように構成される請求項１０に記載のシステム。
  13. 回転子と、第１の巻線、及び第２の巻線を有する固定子と、前記第１の巻線に第１の電流を提供することによって前記回転子の動きを制御する第１の制御回路と、前記第２の巻線に第２の電流を提供することによって前記回転子の動きを制御する第２の制御回路とを具備する２相ブラシレスモータシステムを制御する方法であって、
    前記第１の回路において第１の指令値を受信し、
    前記第２の回路において第２の指令値を受信し、
    前記第１の回路においてネゲート形式の前記第２の指令値を受信し、
    前記第２の回路においてネゲート形式の前記第１の指令値を受信し、
    前記第１の回路において、前記第１の指令値、前記ネゲートした前記第２の指令値、及び第１のデフォルト値からなるグループから、先に選択された第１の基準に基づいて、第１の値を選択し、
    第２の回路において、前記ネゲートした前記第１の指令値、前記第２の指令値、及び第２のデフォルト値からなるグループから、先に選択された第２の基準に基づいて、第２の値を選択し、
    前記第１の値に基づいて前記第１の巻線のための前記第１の電流を生成し、
    前記第２の値に基づいて前記第２の巻線のための前記第２の電流を生成することを特徴とする方法。
  14. 前記第１の回路において前記第２の回路における故障を補償し、
    前記第２の回路において前記第１の回路における故障を補償することをさらに有する請求項１３に記載の方法。
  15. 前記回転子の位置を第１の位置センサで検出し、
    前記回転子の位置を第２の位置センサで検出し、
    前記第１の位置センサからの位置情報を前記第１の回路で受信し、
    前記第２の位置センサからの位置情報を前記第２の回路で受信することをさらに有する請求項１３に記載の方法。
  16. 前記第１の制御回路は、第１の形式のデジタルシグナルプロセッサを具備し、
    前記第２の制御回路は、第２の形式のデジタルシグナルプロセッサを具備し、
    前記第１の形式と、前記第２の形式とは、相違する請求項１３に記載の方法。
  17. 前記第１の巻線は、４つのコイルを直列に具備し、
    前記第２の巻線は、４つのコイルを直列に具備し、
    前記第１の巻線の前記コイルのそれぞれは、前記第１の巻線の隣接するコイルの方向と反対の方向に巻回され、
    前記第２の巻線の前記コイルのそれぞれは、前記第２の巻線の隣接するコイルの方向と反対の方向に巻回される請求項１３に記載の方法。
  18. 前記第１の巻線、及び前記第２の巻線の前記コイルの第１のコイルの磁界の方向は、前記第１の巻線、及び前記第２の巻線の前記コイルの第２のコイルの磁界の方向に直交し、
    前記第１のコイルは、前記第２のコイルに隣接する請求項１７に記載の方法。
  19. 前記回転子は、実質的に方形の断面部を有する４極回転子である請求項１７に記載の方法。
  20. 前記固定子は、８つの部分を有するリング形状の断面部を有し、
    前記８つの部分の第１の部分は、前記第１の巻線の前記コイルの２つの巻線を含み、前記第１の部分に隣接する第２の部分は、前記第２の巻線の前記コイルの２つの巻線を含む請求項１７に記載の方法。
  21. 前記固定子の前記リング形状の断面部は、前記回転子の前記方形の断面部を包囲する請求項２０に記載の方法。
  22. 前記第１の制御回路において前記第１の値に基づいて、所望のトルクを算出し、
    前記第１の制御回路において前記第１の値に基づく前記所望のトルクと、第１のトルク制限とを比較し、
    前記第２の制御回路において前記第２の値に基づいて、所望のトルクを算出し、
    前記第２の制御回路において前記第２の値に基づく前記所望のトルクと、第２のトルク制限とを比較することをさらに有する請求項１３に記載の方法。
  23. 前記第１の制御回路において前記第１の値に基づいて、期待される加速度を算出し、
    前記第１の制御回路において前記第１の値に基づく前記期待される加速度と、第１の加速度制限とを比較し、
    前記第２の制御回路において前記第２の値に基づいて、期待される加速度を算出し、
    前記第２の制御回路において前記第２の値に基づく前記期待される加速度と、第２の加速度制限とを比較することをさらに有する請求項１３に記載の方法。
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