JP2014507113A - 埋込永久磁石型機械を特性化するための方法および装置 - Google Patents

埋込永久磁石型機械を特性化するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

本方法の一実施形態は、テストアーキテクチャをセットアップするステップであって、テストアーキテクチャが、出力軸（３０２）を二次速度制御機械（４００）の出力軸（４０２）に結合したテストＩＰＭ（３００）機械を含む、ステップを含む。本方法は、二次速度制御機械（４００）を制御して第１の所望の速度でテストＩＰＭ機械（３００）の出力軸（３０２）を駆動するステップと、複数のピーク電流大きさの各々について一対の所望の直軸および横軸電流を決定するステップと、所望の直軸および横軸電流の各対に関連する特性化データを記録するステップとをさらに含む。第２から第ｎの所望の速度の各々について、制御する、決定する、および記録するステップが繰り返され得る。ＩＰＭ機械（たとえば、３００）の操作の制御参照テーブルは、前記特性化データから生成することができる。

Description

本願発明の一実施例は、例えば、埋込永久磁石型機械を特性化するための方法および装置に関する。
交流電流（ａｃ）機械（たとえば、ＩＰＭ機械）は、直流（ｄｃ）機械よりも高い効率性をもたらすため、ローダ、コンバインまたは他の重機機械車両電気駆動装置で広く使用される。ａｃ機械のうち、埋込永久磁石型（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）機械は、駆動効率が高く、定電力作動範囲がより広い。インバータとも呼ばれるＩＰＭ機械コントローラは、ＩＰＭ機械の動作を制御する。このコントローラは、ＩＰＭ機械の端子に適用されるａｃ制御信号を作り出す。通常、コントローラは、ＩＰＭ機械を特性化する情報または情報の一部に基づきＩＰＭ機械を制御する。特性化の少なくとも一部は、所望の動作出力への入力要求の変換を可能にするＩＰＭ機械の動作モデルを示す。たとえば、所望の出力トルクが要求可能であり、特性化の部分に基づき、コントローラはＩＰＭ機械を制御して所望のトルクを届ける。
本願発明の一実施例は、例えば、埋込永久磁石型機械を特性化するための方法および装置に関する。
諸実施形態は、ＩＰＭ機械を特性化するための方法および／または装置に関する。
本方法の一実施形態は、テストアーキテクチャをセットアップするステップを含み、テストアーキテクチャは、二次機械の出力軸に結合された出力軸を有するテストＩＰＭ機械を含む。本方法は、二次機械を制御して第１の所望の速度でテストＩＰＭ機械の出力軸を駆動するステップと、複数のピーク電流大きさの各々について一対の所望の直軸および横軸電流を決定するステップと、所望の直軸および横軸電流の各対に関連する特性化データを記録するステップとをさらに含む。第２から第ｎの所望の速度の各々について、制御する、決定する、および記録するステップが繰り返され得る。ＩＰＭ機械の動作の制御参照テーブルが、特性化データから生成され得る。
いくつかの実施形態では、各ピーク電流大きさについて、決定するステップは、テストＩＰＭ機械のコントローラにピーク電流大きさおよび一連の電流角度を適用するステップを含む。各電流角度は、直軸電流および横軸電流として現われるピーク電流大きさの量を示す。
いくつかの実施形態では、適用するステップは、所望のトルクが第１の出力軸によって作り出されるまで電流角度を調整するステップを含む。
いくつかの実施形態では、所望のトルクは、最大トルクである。
いくつかの実施形態では、所望のトルクは、テストＩＰＭ機械の端子間電圧の上限が超過されない最大トルクである。
いくつかの実施形態では、適用するステップは、テストＩＰＭ機械に適用される電流が電流制限より下にとどまるように、ピーク電流大きさおよび電流角度を適用する。
いくつかの実施形態では、適用するステップは、所望のトルクが取得される、出力軸によって生み出されるトルクが減少する、テストＩＰＭ機械に適用される電流が電流制限を超えることになる、かつテストＩＰＭ機械の端子間電圧が電圧制限を超えることになる、のうちの１つまで、連続してより高いピーク電流大きさを適用する。
いくつかの実施形態では、適用するステップは、第１の出力軸によって生み出されるトルクを測定するステップを含む。
いくつかの実施形態では、適用するステップは、テストＩＰＭ機械に供給される電力および二次速度制御機械から生成される電力のうちの少なくとも１つに基づき第１の出力軸によって生み出されるトルクを計算するステップを含む。
いくつかの実施形態では、適用するステップは、テストＩＰＭ機械に適用される電流が電流制限を超えず、テストＩＰＭ機械の端子間電圧が電圧制限を超えないように、ピーク電流大きさを適用する。
いくつかの実施形態では、特性化データは、所望の直軸および横軸電流の各対について第１の出力軸によって生み出されるトルクを含む。
いくつかの実施形態では、特性化データは、テストＩＰＭ機械の効率度およびテスト機械コントローラに関連するパワーエレクトロニクス損失度をさらに含む。
いくつかの実施形態では、特性化データは、所望の直軸および横軸電流の各対について、第１の出力軸によって生成されるトルク、テストアーキテクチャに供給される電力のｄｃバス電圧、第１の出力軸の軸速度のうちの少なくとも１つを含む。
いくつかの実施形態では、本方法は、特性化データに曲線の当てはめを実行するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、本方法は、実行するステップからの出力に基づき少なくとも１つの制御参照テーブルを生成するステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、制御参照テーブルは、ｄｃバス電圧を最大トルクに関連する軸速度で割った関連比率について第１の出力軸によって生成される最大トルクを提供する。
いくつかの実施形態では、制御参照テーブルは、関連トルクパーセンテージおよび関連比率について直軸電流を提供する。関連比率は、直軸電流に関連する軸速度でｄｃバス電圧を割ったものであり、関連トルクパーセンテージは、直軸電流について第１の出力軸によって生成されるトルク、および直軸電流に関連する軸速度で第１の出力軸によって生成される最大トルクに基づく。
いくつかの実施形態では、制御参照テーブルは、関連トルクパーセンテージおよび関連比率について横軸電流を提供する。関連比率は、横軸電流に関連する軸速度でｄｃバス電圧を割ったものであり、関連トルクパーセンテージは、横軸電流について第１の出力軸によって生成されるトルク、および横軸電流に関連する軸速度で第１の出力軸によって生成される最大トルクに基づく。
いくつかの実施形態では、制御するステップの前に、本方法は、第１から第ｎの所望の軸速度のうちの１つに基づき所望の動作状態にテストＩＰＭ機械を置くステップをさらに含む。
いくつかの実施形態では、置くステップは、第１から第ｎの所望の軸速度のうちの１つがテストＩＰＭ機械の危険速度と等しいまたはそれを下回る場合に、テスト機械コントローラに零ピーク電流大きさおよび零電流角度を適用し、電流角度は直軸電流および横軸電流として現われるピーク電流大きさの量を示す。
いくつかの実施形態では、置くステップは、第１から第ｎの所望の軸速度のうちの１つがテストＩＰＭ機械の危険速度を上回る場合に、テスト機械コントローラに所望のピーク電流大きさおよび９０度電流角度を適用する。
いくつかの実施形態では、テストＩＰＭ機械は、モータリングモードおよび生成モードのうちの１つにある。
少なくとも１つの実施形態は、実施形態のいずれかによる制御参照テーブルを有する機械コントローラを対象とする。
少なくとも１つの実施形態は、実施形態のいずれかによる制御参照テーブルを記憶するコンピュータ可読媒体を対象とする。
少なくとも１つの実施形態は、埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械を制御するためのコントローラを対象とする。たとえば、コントローラは、実施形態のいずれかによる制御参照テーブルを記憶するように構成されたメモリ、および参照テーブルに基づきＩＰＭ機械を制御するように構成されたプロセッサを含み得る。
例示的実施形態は、以下に記載の詳細な説明と、同様の要素が同様の参照番号によって表される、例示のみを目的として与えられ、したがって、例示的実施形態を限定しない、以下のような添付の図面からより十分に理解されよう。
一実施形態によるテストアーキテクチャを示す図である。 低速特性化手順の流れ図である。 高速特性化手順の流れ図である。 電気ＩＰＭ機械を制御するためのシステムの一実施形態のブロック図である。 図４と一致する電子データ処理システムのブロック図である。
詳細な例示的実施形態が、本明細書で開示される。しかし、本明細書で開示される具体的な構造的および機能的詳細は、単に、例示的実施形態を説明することを目的として示されるにすぎない。しかし、実施形態は、多数の代替形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態のみに限定されるものとして解釈されるべきではない。
第１の、第２のなどの用語が、様々な要素を説明するために本明細書で使用されることがあるが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、１つの要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。たとえば、例示的実施形態の範囲を逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と称することが可能であり、同様に、第２の要素は第１の要素と称することが可能である。本明細書では、「および／または」という用語は、関連する記載された項目のうちの１つもしくは複数のいずれかのまたはすべての組合せを含む。
要素が別の要素に「接続された」または「結合された」と言うとき、それは、その他の要素または介在要素に直接接続または結合され得る。一方、要素が別の要素に「直接接続された」または「直接結合された」と言うとき、介在要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の用語は、同様に解釈されるべきである（たとえば、「間」対「間を直接」、「隣接」対「直接隣接」など）。
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、例示的実施形態を限定するものではない。本明細書では、単数形「１つの」および「その」は、文脈で明確に別段の指示のない限り、複数形も同様に含むものとする。「備える」、「備えた」、「含む」および／または「含んだ」という用語は、本明細書では、定められた特徴、整数、ステップ、動作、要素および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素および／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されよう。
例示的実施形態は、適切なコンピューティング環境で実装されるものとして本明細書で論じされる。必須ではないが、例示的実施形態は、１つまたは複数のコンピュータプロセッサまたはＣＰＵによって実行される、セクション、プログラムモジュールまたは機能プロセスなどのコンピュータ実行可能命令との概括的文脈で説明される。概して、セクション、プログラムモジュールまたは機能プロセスは、特定のタスクを実行するまたは特定の抽象データタイプを実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造などを含む。本明細書で論じられる、セクション、プログラムモジュールおよび機能プロセスは、既存の通信ネットワーク内の既存のハードウェアを使用し、実装することができる。たとえば、本明細書で論じられる、セクション、プログラムモジュールおよび機能プロセスは、既存のネットワーク要素、サーバまたは制御ノードにある既存のハードウェアを使用し、実装することができる。そのような既存のハードウェアは、１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）コンピュータなどを含み得る。
以下の説明で、例示的実施形態は、別段の指示のない限り、１つまたは複数のプロセッサによって実行される動作の行動および象徴的表現を参照して説明される（たとえば、流れ図の形で）。そのようなものとして、コンピュータ実行されるものとして時に参照されるそのような行動および動作は、構造化された形でデータを表す電気信号のプロセッサによる操作を含む。この操作は、データを変換する、または、当業者により理解されている形でコンピュータの動作を再構成するまたは他の方法で変更する、コンピュータの記憶システム内の場所にそれを保持する。
いくつかの代替実装形態で、記載された機能／行動は、図に示す順番以外で生じ得ることにも留意されたい。たとえば、連続して示される２つの図は、関与する機能／行動に応じて、実際には実質的に同時に実行されることがあり、または、時には逆の順番で実行され得る。
図１は、一実施形態によるテストアーキテクチャを示す。図示するように、テストアーキテクチャは、テストＩＰＭ機械３００が制御信号に応答して回転する、第１の軸３０２を有するテストＩＰＭ機械３００を含む。たとえば、テストＩＰＭ機械３００は、埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械（たとえば、動作モードに応じたモータまたは発電機）、同期ＩＰＭ機械などでもよい。テストＩＰＭ機械３００は、各々がそれぞれの交流電流（ａｃ）制御信号を受信する３つの実際の端子Ａ１、Ｂ１およびＣ１を含む。テストアーキテクチャはまた、トルク変換器３５０によって第１の軸３０２に結合された第２の軸４０２を有する二次ＩＰＭ機械４００を含む。二次ＩＰＭ機械４００は、ＩＰＭ機械であることに限定されず、一定の速度で第１の軸３０２を維持することができる任意の機械でもよい。さらに、第２のＩＰＭ機械４００がＩＰＭ機械である場合、二次ＩＰＭ機械４００は、図１に示すようなテストＩＰＭ機械３００と同じでもよい。したがって、二次ＩＰＭ機械４００は、各々がそれぞれの交流電流（ａｃ）制御信号を受信する３つの実際の端子Ａ２、Ｂ２およびＣ２を含む。トルク変換器３５０がテストＩＰＭ機械３００および二次ＩＰＭ機械４００を接続する一方、任意選択で、第２の軸４０２は第１の軸３０２に直接結合することができ、または、２つの軸は、当技術分野で知られている他の方法で結合することができる。
時にインバータと称される、第１のコントローラ３２０は、テストＩＰＭ機械３００の操作を制御する。同様に、第２のコントローラ４２０は、二次ＩＰＭ機械４００の操作を制御する。第１のおよび第２のコントローラ３２０および４２０は、同一でもよく、ＩＰＭ機械のための任意のよく知られているまたは市販のコントローラでもよい。たとえば、第１のコントローラ３２０は、テストＩＰＭ機械３００の端子Ａ１、Ｂ１およびＣ１に制御信号を供給し、第２のコントローラ４２０は、二次ＩＰＭ機械４００の端子Ａ２、Ｂ２およびＣ２に制御信号を供給する。電源装置４５０は、第１のおよび第２のコントローラ３２０および４２０の両方に直流（ｄｃ）電力を供給する。電源装置４５０は、バッテリ、発電機などでもよい。
図示するように、指令が第１のおよび第２のコントローラ３２０および４２０に与えられて、テストおよび二次ＩＰＭ機械３００および４００の操作を順に制御することができる。図１は、ピーク電流大きさおよび電流角度指令を受信する第１のコントローラ３２０を示し、速度指令を受信する第２のコントローラ４２０を示す。これらの指令とコントローラ３２０および４２０の動作は、以下にさらに詳しく説明される。
テストアーキテクチャは、電力解析器３７５をさらに含む。図１は、６つのテスト要素を有する単一の電力解析器３７５を示す。しかし、単一の電力解析器の代わりに、各々６つ未満のテスト要素を有する、複数の電力解析器を代わりに使用することができる。図示するように、第１のテスト要素１は、端子Ａ１とＣ１の間の電圧Ｖａｃ１と端子Ａ１での電流ｉａ１を測定し、第２のテスト要素２は、端子Ｂ１とＣ１の間の電圧Ｖｂｃ１と端子Ｂ１での電流を測定し、第３のテスト要素３は、端子Ａ２とＣ２の間の電圧Ｖａｃ２と端子Ａ２での電流ｉａ２を測定し、第４のテスト要素４は、端子Ｂ２とＣ２の間の電圧Ｖｂｃ２と端子Ｂ２での電流を測定し、第５のテスト要素５は、第１のコントローラ３２０へのｄｃバス電圧Ｖｄｃ５およびｄｃ電流Ｉ５入力を測定し、第６のテスト要素６は、電源装置４５０から（たとえば、第２のコントローラ４２０へ）のｄｃバス電圧Ｖｄｃ６および電流Ｉ６出力を測定する。任意で、電力解析器３７５または追加の電力解析器はまた、電力解析器内のより多くのテスト要素が使用可能である場合、端子Ａ１とＢ１の間の電圧Ｖａｂ１と、端子Ｃ１で受信される電流ｉｃ１と、端子Ａ２とＢ２の間の電圧Ｖａｂ２と、端子Ｃ２で受信される電流ｉｃ２も測定することができる。
前述の入力測定データから、電力解析器３７５は、テストＩＰＭ機械３００の端子有効電力Ｐａ（たとえば、端子Ａ１およびＢ１での端子電圧および電流に基づく検出された有効電力）と、二次ＩＰＭ機械４００の端子有効電力Ｐｂ（たとえば、端子Ａ２およびＢ２での端子電圧および電流に基づく検出される有効電力）と、第１のコントローラ３２０へのｄｃ電力Ｐ５入力と、電源装置４５０からのｄｃ電力Ｐ６出力とを測定するように構成される。電力解析器３７５はまた、トルク変換器３５０からトルク示度数および軸速度測定値を受信する。
電力測定データから、電力解析器３７５は、以下の動作データを生み出すように構成される：
Ｐｍ＝（Ｐａ−Ｐｂ）／２、但し、Ｐｍは、テストＩＰＭ機械３００の軸３０２の機械電力であり、
Ｐｉｎｖ１＝Ｐ５−Ｐａ、但し、Ｐｉｎｖ１は、第１のコントローラ３２０内の電力エレクトロニクス損失度であり、
Ｐａｌｌｔｅｓｔ＝ＰＡ−Ｐｍ、但し、Ｐａｌｌｔｅｓｔは、銅、鉄、摩擦、ウィンデージなどを含む、すべてのテストＩＰＭ機械３００の損失度を表し、
Ｐｏ２＝Ｐ６−Ｐ５、但し、Ｐｏ２は、第２のコントローラ４２０から第１のコントローラ３２０に向けた電力出力であり、
Ｐｉｎｖ２＝Ｐｂ−（Ｐｏ２）、但し、Ｐｉｎｖ２は、第２のコントローラ４２０内の電力エレクトロニクス損失度であり、
Ｐａｌｌｓｅｃｏｎｄ＝Ｐｍ−Ｐｂ、但し、Ｐａｌｌｓｅｃｏｎｄは、銅、鉄、摩擦、ウィンデージなどを含む、すべての二次ＩＰＭ機械４００の損失度を表し、
Ｔｓｈａｆｔ＝Ｐｍ／ＳＳ、但し、ＴｓｈａｆｔはテストＩＰＭ機械３００の軸３０２の計算された軸トルクであり、ＳＳはトルク変換器３５０によって出力される軸３０２の軸速度である。
テストＩＰＭ機械３００の効率度は、テストＩＰＭ機械３００がモータリングモードで動作していると見なして、Ｔｔｅｓｔｅｆｆ＝Ｐｍ／Ｐａとして前述の測定値から決定され得る。同様に、二次ＩＰＭ機械４００の効率度は、第２の機械が生成モードで動作していると見なして、Ｔｓｅｃｏｎｄｅｆｆ＝Ｐｂ／ＰＭとして前述の測定値から決定され得る。入力データ（ｄｃバス電圧、ピーク電流大きさ、電流角度、所望の軸速度など）、測定データ（端子電圧、電流、電力など）および動作データ（機械電力、損失度、トルク、効率度など）は、集合的に、特性化データと称される。
次に、前述のテストアーキテクチャを使用してテストＩＰＭ機械を特性化するステップが、詳細に説明される。しかし、いくつかの設計制限／検討事項が、特性化のプロセスのより明確な理解を促すために、論じられる。
ＩＰＭ機械のトルク制御は、概して、要求されるトルクに基づきＩＰＭ機械を制御するための交流電流（ＡＣまたはａｃ）制御信号を生成するステップを伴う。通常は、ＡＣ制御信号は、ピーク電流大きさＩｓおよび電流角度Ｇを有する電流ベクトルによって表される。電流ベクトルは、しばしば、電流ベクトルの直軸電流ｉｄまたはＩｄ構成要素と横軸電流ｉｑまたはＩｑ構成要素によって表される：
Ｉｄ＝−Ｉｓ ｃｏｓＧ、および
Ｉｑ＝Ｉｓ ｓｉｎＧ
Ｉｄ構成要素はＩＰＭ機械制御において負であり、一方、Ｉｑ構成要素の符号は所望のトルクの符号に依存する。
ａｃ制御信号の生成は、ＩＰＭ機械に関連する動作制約によって制約される。たとえば、ＩＰＭ機械内の固定子巻線に電力を供給する、ａｃ制御信号は、過熱からなどのＩＰＭ機械への損傷を防ぐために、電流制限を有する。電流制限は、概して、対応するコントローラ内のＩＰＭ機械および／または電力スイッチ熱レーティングの設計に基づき、任意の特性化手順に先験的に知られている。
同様に、コントローラおよびＩＰＭ機械が有害な動作モードに入るのを防ぐために、ａｃ制御信号への電圧制限が存在する。よく知られているように、直線変調範囲内の理論的最大基本電圧（ピーク値）は、
Figure 2014507113
但し、Ｖｄｃは、ＩＰＭ機械コントローラへの電源装置（たとえば、電源装置４５０）によって供給される電圧である。
所与の電流レベルでより大きなトルク出力を生成することを目的として、できる限り多くの使用可能な電圧を使用することが望まれる。しかし、電圧制限をその理論的限界に設定することは、製造および使用の分散のため、非現実的であり得る。したがって、例示的実施形態では、特性化段階中に電圧制限を決定するとき、０．９０と０．９５の間の係数ηが、組み込まれる。ＩＰＭ機械端子相間基本構成要素二乗平均平方根（ｒｍｓ）電圧の制限は、以下のように設定される：
Figure 2014507113
ηの選択はアプリケーションに依存し、実証的研究をによって決定される。第１の試行として、η＝０．９３は、しばしば、良い選択である。特性化手順中、Ｖａｃ１およびＶｂｃ１の相間端子電圧基本ｒｍｓ値（または、別法として、電力解析器からの整流平均電圧測定値）が監視される。これは、Ｖａｂ１ならびに二次ＩＰＭ機械４００の同じそれぞれの電圧について監視され得ることが、理解されよう。テストＩＰＭ機械３００の最も高い監視された相間基本ｒｍｓ電圧は、電流角度を調整する間、前もって設定された電圧制限
Figure 2014507113
のぎりぎり下に保たれるべきである。
最後に、ＩＰＭ機械の設計に基づき、ＩＰＭ機械は、知られている基底速度および危険速度を有することになる。これらの速度は、ＩＰＭ機械の回転速度またはＩＰＭ機械の出力軸を指す。基底速度は、最大一定軸トルクが達成される最大出力軸速度である。危険速度は、逆起電力からの無制御生成（ＵＣＧ）電圧が供給ｄｃバス電圧Ｖｄｃを超え始める遷移速度である。
次に、低速および高速特性化手順が、説明される。低速は、基底速度のまたはそれより遅い軸速度を指し、高速は、基底速度より速い軸速度を指す。
図２は、低速特性化手順の流れ図である。図２の手順は、電源装置４５０からのｄｃ電圧出力の安定を保ちながら、実行される。図示するように、ステップＳ５１０で、テストＩＰＭ機械３００は、所望の初期動作状態に置かれる。たとえば、零ピーク電流大きさＩｓおよび零電流角度Ｇの指令が、ステップＳ５１０で、第１のコントローラ３２０に与えられ得る。考察を目的として、ステップＳ５１０などのステップは、人間のオペレータによって実行されるかのように説明される。しかし、この手動で与える代わりに、テストコンピュータが、各々の指令を与えるために使用可能であることが、理解されよう。零ピーク電流大きさおよび零電流角度を適用することによって、直流および直角電流ｉｄおよびｉｑは、同様にともに零になる。
次に、ステップＳ５１５で、二次ＩＰＭ機械４００は、第１の所望の速度でテストＩＰＭ機械３００の軸３０２を駆動するように制御される。たとえば、速度指令は、第２のコントローラ４２０に与えることができ、それに応答して、第２のコントローラ４２０が、指令された速度で軸４０２を駆動するように二次ＩＰＭ機械４００を制御する。返しとして、これは、軸３０２が第１の所望の速度で回転するように、トルク変換器３５０を介してテストＩＰＭ機械３００の軸３０２を駆動する。第１の所望の速度は、テストＩＰＭ機械３００の基底速度でもよい。想起されるように、基底速度は、概して、テストＩＰＭ機械３００の設計に基づいて知られる。或いは、基底速度は、経験的に決定することができる。
ステップＳ５２０で、第１のピーク電流大きさおよび９０度電流角度の指令は、第１のコントローラ３２０に与えることができる。第１のピーク電流大きさは、たとえば、３０Ａでもよい。次いで、ステップＳ５２５で、電流角度が、第１のテストＩＰＭ機械３００の第１の軸３０２で最大トルクを生み出す電流角度が決定されるまで、調整される。ピーク電流大きさに対して最大トルクを生み出す電流角度は、いくつかの方法で決定することができる。たとえば、トルク変換器３５０からのトルク示度数出力が監視されて、どの角度が最大示度数を生み出すかを決定することができる。別の例として、端子有効電力Ｐａが監視され得る。端子有効電力Ｐａは、端子有効電力Ｐａの最大値を生み出す電流角度が実質的に最大トルクを生み出す電流角度に一致するように、直接にトルクに関連する。
ステップＳ５３０で、前述の特性化データが、記録される。具体的には、ある一定の測定または動作データが、ある一定の入力データに関連して記録され得る。たとえば、最大トルクは、軸速度と、電源装置４５０からのｄｃ電圧出力と、ピーク電流大きさおよび最大トルクを生み出す電流角度によって表される直流および直角電流ｉｄおよびｉｑとに関連して記録することができる。最大トルクは、たとえば、トルク変換器からの出力または計算されたトルクＴｓｈａｆｔでもよい。
ピーク電流大きさを上昇させることを止めることを指示する条件が存在するかどうかは、ステップＳ５３５によって決定される。第１の条件は、上昇によりピーク電流大きさが電流制限（前述の）を超えることになるかどうかである。第２の条件は、最大の所望のトルクが達成されたかどうかでもよい。通常は、ＩＰＭ機械設計では、設計パラメータまたは検討事項のうちの１つは、様々な軸速度である一定のレベルのトルクを生み出すことができるＩＰＭ機械である。所望の最大トルクが達成された後は、より高いレベルのトルクを達成するためにピーク電流大きさを上昇させることは、必要はないが、実行してもよい。
ステップＳ５３５での決定が否定的である場合、次いでステップＳ５４０で、次のピーク電流大きさの指令は、第１のコントローラ３２０に与えることができる。次のピーク電流大きさは、前のピーク電流大きさを一定の増分によって増やしたものでもよい。一定の増分は、たとえば、３０Ａでもよい。電流角度に関して、これは、現在の電流角度から変更されないままでもよい。手順は、次いで、ステップＳ５２５に戻る。
ステップＳ５３５での決定が肯定的である場合、そのとき、所望の速度の低速特性化手順のデータ収集部分が完了する。所望の速度が低速閾値より低いかどうかが、ステップＳ５４５で決定される。低速閾値は、所望の速度が所望の最低速度より低くされないように、設定することができる。ステップＳ５４５での決定が否定的である場合、次いでステップＳ５５０で、次の所望の速度の指令は、第２のコントローラ４２０に与えることができる。次の所望の速度は、現在の所望の速度より低い、一定の減分でもよい。たとえば、一定の減分は、５００ｒｐｍでもよい。また、ステップＳ５５０で、テストＩＰＭ機械３００は、ステップＳ５１０に関して前述したように所望の初期動作状態に置かれる。特性化手順は、次いで、ステップＳ５２０に戻って、この新たな所望の速度について特性化を生成する。新たな所望の速度でテストＩＰＭ機械の特性化を進める前に、テストＩＰＭ機械３００の動作は、テストＩＰＭ機械３００を所望の温度（たとえば、外気温度または事前に設定された冷却油温度）まで冷やせるようにするために、中断することができることが、理解されよう。
ステップＳ５４５の結果が肯定的である場合、次いでステップＳ５６０で、曲線の当てはめが実行され、様々な参照テーブルが生成され得る。曲線の当てはめは、前述の手順でテストされた回転速度の特性化データに実行することができる。各回転速度の記録された特性化データは、各ピーク電流大きさでの個別のピーク電流大きさおよび関連特性化データを提供することが、理解されよう。よく知られている曲線の当てはめ技法を使用することによって、ピーク電流大きさの連続的範囲の特性化データが、各回転速度について生成され得る。曲線の当てはめは、特性化データの任意の関連セットに適用されて、ｘ次元参照テーブルを作り出すことができ、ｘは特性化データの異なるタイプの数である。
いくつかの制御参照テーブルの生成が、明確にすることを目的として説明されるが、任意の数の参照テーブルが生成され得ることが理解されよう。
第１の例示的制御参照テーブルは、軸速度をピークまたは最大トルクに関係付ける。ここで、動作点のセットは、異なるテストされる軸速度および各軸速度で生み出される最大トルクを含む。曲線の当てはめは、最大トルク値に各々マップする軸速度の連続的セットを生み出す。このマップは、軸速度の入力が最大トルクの出力をもたらすように、参照テーブルとして記憶することができる。
第２の例示的参照テーブルは、軸速度が比率に置き換えられることを除いて、第１の例示的制御参照テーブルと同じである。各比率は、ｄｃバス電圧をテストされる軸速度のうちの１つで割ったものである。ｄｃバス電圧は、特性化中の電源装置４５０によるｄｃ電圧出力である。安定した電源装置が使用されるので、ｄｃバス電圧は、各速度について同じでなくてはならない。すなわち、第１の参照テーブルにおいて各軸速度でｄｃバス電圧を割ることで、第２の参照テーブルを生み出す。別法として、曲線の当てはめが比率値に実行されて第２の参照テーブルを生成することができる。均等係数が、第２の参照テーブル中の比率値の各々に適用され得ることが、理解されよう。
第３の例示的制御参照テーブルは、軸速度、トルクおよび直軸電流を関係付ける。想起されるように、特定の軸速度でテストされた各ピーク値電流について、最大トルク値が記録され、最大トルク値に関連する電流角度が記録された。したがって、各最大トルク値は、一対の直軸電流および横軸電流値と関連付けられる。各軸速度について、曲線の当てはめが、トルク値および関連直軸電流値を含む動作点のセットに実行され得る。この曲線の当てはめは、各軸速度のページとも呼ばれる副参照テーブルを作り出し、ページの収集は、総合的参照テーブルを形成する。この参照テーブルは、入力軸速度およびトルク値に応答して、直軸電流を生成するために、使用することができる。
第４の制御参照テーブルは、軸速度が比率に置き換えられることを除いて、第３の制御参照テーブルと同じである。各比率は、第２の制御参照テーブルに関して前述したように、ｄｃバス電圧を軸速度のうちの１つで割ったものである。均等係数が、各々の比率値に適用され得ることが理解されよう。
第５の制御参照テーブルは、トルクがトルクパーセンテージで置き換えられることを除いて、第３の制御参照テーブルと同じである。ここで、軸速度で生成される最大トルクは１００％トルクとして扱われ、各々のより低いトルク値は、最大トルクに基づきパーセンテージに変換される（たとえば、１００＊トルク／最大トルク）。この変換は、曲線の当てはめに先立って実行され得る。
第６の制御参照テーブルは、トルクがトルクパーセンテージで置き換えられていることを除いて、第４の制御参照テーブルと同じである。ここで、軸速度で生成される最大トルクは１００％トルクとして扱われ、各々のより低いトルク値は、最大トルクに基づきパーセンテージに変換される（たとえば、１００＊トルク／最大トルク）。この変換は、曲線の当てはめに先立って実行され得る。第３から第６の制御参照テーブルの各々は、適切な入力に応答して、直軸電流を生成することができる。
第７から第１０の制御参照テーブルは、これらの参照テーブルが直軸電流の代わりに横軸電流に基づくことを除いて、第３から第６の制御参照テーブルと同じである。
前述の特性化手順において非常に多くの変更が可能であることが、理解されよう。たとえば、基底速度からテストを実行し、この初期速度から減少させる代わりに、手順は、逆順に実行することができる。たとえば、テストは、所望の低い速度で開始することができ、次いで、その後の各テストは、基底速度に達するまで増加的により高速で実行される。さらに、テストＩＰＭ機械３００が特性化される速度は、無作為に選択することができる。
次に、高速特性化手順が説明される。
図３は、高速特性化手順の流れ図である。図３の手順は、ｄｃ電源装置４５０からのｄｃバス電圧出力の安定を維持しながら、実行される。図示するように、ステップＳ６００で、所望のテスト速度が危険速度を下回るかどうかに関して、決定が行われる。初期反復について、初期の所望のテスト速度は、基底速度を超える一定の増分（たとえば、２００ｒｐｍ）でもよい。また、危険速度は、ＩＰＭ機械の設計に基づき知られる、または経験的に決定することができる。
ステップＳ６００の結果が肯定的である場合、テストＩＰＭ機械３００は、ステップＳ６０５で第１の初期動作状態に置かれる。たとえば、零ピーク電流大きさおよび零度電流角度の指令は、ステップＳ６０５で、第１のコントローラ３２０に与えることができる。考察を目的として、ステップＳ６０５などのステップは、人間のオペレータによって実行されるかのように説明される。しかし、この手動で与える代わりに、テストコンピュータが、各々の指令を与えるために使用され得ることが、理解されよう。
次に、ステップＳ６１０で、二次ＩＰＭ機械４００が、第１の所望の速度でテストＩＰＭ機械３００の軸３０２を駆動するように制御される。たとえば、速度指令は、第２のコントローラ４２０に与えることができ、応答して、第２のコントローラ４２０は、二次ＩＰＭ機械４００を制御して、その指令された速度で軸２０２を駆動する。返しとして、これは、軸３０２が第１の所望の速度で回転するように、トルク変換器３５０を介してテストＩＰＭ機械３００の軸３０２を駆動する。前述のように、第１の所望の速度は、テストＩＰＭ機械３００の基底速度を超える２００ｒｐｍでもよい。
ステップＳ６１５で、第１のピーク電流大きさおよび９０度電流角度の指令は、第１のコントローラ３２０に与えることができる。第１のピーク電流大きさは、たとえば、３０Ａでもよい。次いで、ステップＳ６２０で、テストＩＰＭ機械３００の第１の軸３０２で最大トルクを生み出す電流角度が決定される、または、電圧制限が到達されるまで、電流角度が調整される。ピーク電流大きさに対して最大トルクを生み出す電流角度は、いくつかの方法で決定することができる。たとえば、トルク変換器３５０からのトルク示度数出力が、どの角度が最大示度数を生み出すかを決定するために、監視され得る。別の例として、端子有効電力Ｐａが、監視され得る。端子有効電力Ｐａは、端子有効電力Ｐａの最大値を生み出す電流角度が最大トルクを生み出す電流角度に実質的に一致するように、トルクに直接に関連付けられる。電力解析器３７５はまた、端子間電圧Ｖａｃ１およびＶｂｃ１を監視する。これらの電圧のいずれかが電圧制限に到達する場合、次いで、電流角度が、監視される電圧が電圧制限をぎりぎり下回る（たとえば、１００ｍＶ）ように、調整される。
ステップＳ６３０で、前述の特性化データが記録される。具体的には、ある一定の測定または動作データが、ある一定の入力データに関連して記録され得る。たとえば、最大取得トルクが、軸速度と、電源装置４５０からのｄｃバス電圧出力と、ステップＳ６２０で確立されたピーク電流大きさおよび電流角度によって表される直軸および横軸電流ｉｄおよびｉｑと関連して記録され得る。最大取得トルクは、たとえば、トルク変換器からの出力または計算されたトルクＴｓｈａｆｔでもよい。
ピーク電流大きさを上昇させることを止めることを指示する条件が存在するかどうかが、ステップＳ６３５で決定される。第１の条件は、上昇によりピーク電流大きさが電流制限（前述の）を超えることになるかどうかである。第２の条件は、最大の所望のトルクが達成されたかどうかでもよい。通常は、ＩＰＭ機械設計では、設計パラメータまたは検討事項のうちの１つは、様々な軸速度である一定のレベルのトルクを生み出すことができるＩＰＭ機械である。所望の最大トルクが達成された後は、より高いレベルのトルクを達成するためにピーク電流大きさを上昇させることは、必要はないが、実行してもよい。第３の条件は、軸トルクが、前の、より低いピーク電流大きさと比べて、下がったということである。
ステップＳ６３５での決定が否定的である場合、次いでステップＳ６４０で、次のピーク電流大きさの指令は、第１のコントローラ３２０に与えることができる。次のピーク電流大きさは、一定の増分によって増やされた前のピーク電流大きさでもよい。一定の増分は、たとえば、３０Ａでもよい。次の電流角度に関して、これは、次のピーク電流大きさの第１の置換えについて電圧制限を超えることを防ぐために、現在の電流角度から数度（たとえば、２から５度）増やされ得る。次の電流角度は、次のピーク電流大きさの前にまたはそれと同時に適用することができる。手順は、次いで、ステップＳ６２０に戻る。
ステップＳ６３５での決定が肯定的である場合、そのとき、所望の速度の特性化手順のデータ収集部分は完了する。所望の速度が高速閾値よりも速いかどうかが、ステップＳ６５０で決定される。高速閾値は、所望の速度が所望の最大軸速度よりも速くされないように、設定することができる。ステップＳ６５０での決定が否定的である場合、次いでステップＳ６５５で、所望の回転速度が一定の増分増やされる。たとえば、一定の増分は、２００ｒｐｍでもよい。
特性化手順は、次いで、ステップＳ６００に戻り、この新たな所望の速度について特性化を生成する。新たな所望の速度でテストＩＰＭ機械３００の特性化を進める前に、テストＩＰＭ機械３００の動作は、テストＩＰＭ機械３００を所望の温度（たとえば、外気温度または事前に設定された冷却油温度）まで冷やせるようにするために、中断することができることが理解されよう。
ステップＳ６５０での決定が肯定的である場合、次いで、特性化手順は、ステップＳ６６０からＳ６９０の以下の考察の後に以下で詳しく論じられるステップＳ７００に進む。
ステップＳ６００に戻り、このステップでの決定が否定的である場合、そのとき、テストＩＰＭ機械３００は、危険速度以上で動作していることになる。ステップＳ６６０で、テストＩＰＭ機械３００は、第２の初期動作状態に置かれる。たとえば、高いピーク電流大きさ（たとえば、１００Ａ）および９０度電流角度の指令は、ステップＳ６６０で、第１のコントローラ３２０に与えることができる。
次に、ステップＳ６６５で、二次ＩＰＭ機械４００が制御されて、所望の速度でテストＩＰＭ機械３００の軸３０２を駆動する。たとえば、速度指令は、第２のコントローラ４２０に与えることができ、それに応答して、第２のコントローラ４２０が、二次ＩＰＭ機械４００を制御して、指令された速度で軸４０２を駆動する。返しとして、これは、軸３０２が所望の速度で回転するように、トルク変換器３５０を介してテストＩＰＭ機械３００の軸３０２を駆動する。
ステップＳ６７０で、電圧制限が満たされるまで、ピーク電流大きさが調整される。これは、そこから現在の所望の速度でテストＩＰＭ機械３００の特性化を完了させる基本動作点を作り出す。ステップＳ６７５で、特性化データが、この動作点について記録される。具体的には、ある一定の測定または動作データが、ある一定の入力データに関連して記録され得る。たとえば、現在のトルクが、軸速度と、電源装置４５０からのｄｃバス電圧出力と、トルクを生み出すピーク電流大きさおよび電流角度によって表される直軸および横軸電流ｉｄおよびｉｑと関連して記録され得る。トルクは、たとえば、トルク変換器からの出力または計算されたトルクＴｓｈａｆｔでもよい。
ピーク電流大きさを上昇させることを止めることを指示する条件が存在するかどうかが、ステップＳ６８０で、決定される。第１の条件は、上昇によりピーク電流大きさが電流制限（前述の）を超えることになるかどうかである。より高い軸速度での電流制限は、第１のコントローラ３２０における損失度を制限するために使用されるＰＷＭスイッチング周波数に依存し得ることが理解されよう。第２の条件は、最大の所望のトルクが達成されたかどうかでもよい。通常は、ＩＰＭ機械設計では、設計パラメータまたは検討事項のうちの１つは、様々な軸速度である一定のレベルのトルクを生み出すことができるＩＰＭ機械である。所望の最大トルクが達成された後は、より高いレベルのトルクを達成するためにピーク電流大きさを上昇させることは、必要はないが、実行してもよい。第３の条件は、軸トルクが、前の、より低いピーク電流大きさと比べて、下がったということである。これらは、ステップＳ６３５に関して前述したのと同じ条件である。
ステップＳ６８０での決定が否定的である場合、次いでステップＳ６８５で、次のピーク電流大きさの指令は、第１のコントローラ３２０に与えることができる。次のピーク電流大きさは、一定の増分によって増やされた前のピーク電流大きさでもよい。一定の増分は、たとえば、３０Ａでもよい。電流角度に関して、これは、次のピーク電流大きさの第１の置換えについて電圧制限を超えることを防ぐために、現在の電流角度から数度（たとえば、２から５度）変更してもよい。次の電流角度は、次のピーク電流大きさの前にまたはそれと同時に適用することができる。次いで、電圧制限がステップＳ６９０での電圧制限をぎりぎり下回る（たとえば１００ｍＶ）まで、電流角度が調節される。この時点で、手順はステップＳ６７５に戻る。
ステップＳ６８０での決定が肯定的である場合、そのとき、所望の速度の特性化手順のデータ収集部分は完了し、次いで、ステップＳ６５０に進む。
ステップＳ６５０の結果が肯定的である場合、次いでステップＳ７００で、曲線の当てはめが実行され、様々な参照テーブルが生成され得る。曲線の当てはめおよび生成される参照テーブルは、ステップＳ５６０に関して前述したものと同じでもよく、したがって、簡潔にするために、繰り返されない。
ステップＳ５６０およびＳ７００からの制御参照テーブルは結合することができることが理解されよう。さらに、曲線の当てはめおよび制御参照テーブル生成を別個のステップとして実行する代わりに、図２および３の手順の特性化データが結合可能であり、曲線の当てはめおよび制御参照テーブル生成が、結合された特性化データについて行われる。前述の特性化手順における他の多数の変更が可能であることが、理解されよう。
次に、特性化の適用、具体的には、前述の手順にしたがって生成される参照テーブルが、図４に関して以下に説明される。
一実施形態によれば、図４は、ＩＰＭ機械１１７（たとえば、埋込永久磁石型（ＩＰＭ）ＩＰＭ機械）または別の交流電流機械を制御するためのシステムを開示する。一実施形態では、本システムは、ＩＰＭ機械１１７は別として、インバータまたはＩＰＭ機械コントローラと称され得る。
本システムは、電子モジュール、ソフトウェアモジュール、または両方を備える。一実施形態では、ＩＰＭ機械コントローラは、１つまたは複数のソフトウェアモジュールのソフトウェア命令の記憶、処理または実行をサポートするために、電子データ処理システム１２０を備える。電子データ処理システム１２０は、図４に破線で示され、図５にさらに詳しく示される。
データ処理システム１２０は、インバータ回路１８８に結合される。インバータ回路１８８は、ＩＰＭ機械１１７の制御信号を出力するようにスイッチング半導体（たとえば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または他のパワートランジスタ）を駆動または制御する半導体駆動回路を備える。順に、インバータ回路１８８は、ＩＰＭ機械１１７に結合される。ＩＰＭ機械１１７は、ＩＰＭ機械軸１２６またはロータと関連付けられたセンサ１１５（たとえば、位置センサ、レゾルバまたはエンコーダ位置センサ）と関連付けられる。センサ１１５およびＩＰＭ機械１１７は、たとえば、データ処理システム１２０に結合されて、数あるフィードバックデータまたは信号の中でも、フィードバックデータ（たとえば、ｉａ、ｉｂ、ｉｃなどの電流フィードバックデータ）、未加工位置信号を提供する。他の起こり得るフィードバックデータは、巻線温度示度数、インバータ回路１８８の半導体温度示度数、三相電圧データ、または、ＩＰＭ機械１１７の他の熱もしくは性能情報を含むがこれらに限定されない。
一実施形態では、トルク指令生成モジュール１０５は、以下に詳述する計算モジュール１１０からの調整された電圧／速度比率とともにｄｑ軸電流生成マネージャ１０９（たとえば、ｄｑ軸電流生成参照テーブル）に結合される。ｄｑ軸電流生成マネージャ１０９は、前述の組み合わされた（すなわち、図２および３）第３から第６の制御参照テーブルのうちのいずれか１つ、および組み合わされた第７から第１０の制御参照テーブルのうちの対応する１つを記憶することができる。ｄｑ軸電流生成マネージャ１０９の出力および電流調整モジュール１０７（たとえば、ｄｑ軸電流調整モジュール１０７）の出力は、加算器１１９に送り込まれる。順に、加算器１１９の１つまたは複数の出力（たとえば、直軸電流データ（ｉｄ ＊）および横軸電流データ（ｉｑ ＊））は、電流調整コントローラ１１１に提供または結合される。
電流調整コントローラ１１１は、パルス幅変調（ＰＷＭ）生成モジュール１１２（たとえば、空間ベクトルＰＷＭ生成モジュール）と通信する能力を有する。電流調整コントローラ１１１は、それぞれのｄｑ軸電流指令（たとえば、ｉｄ ＊およびｉｑ ＊）と、実際のｄｑ軸電流（たとえば、ｉｄおよびｉｑ）を受信し、ＰＷＭ生成モジュール１１２への入力として対応するｄｑ軸電圧指令（たとえば、ｖｄ ＊およびｖｑ ＊指令）を出力する。
一実施形態では、ＰＷＭ生成モジュール１１２は、たとえば、ＩＰＭ機械１１７の制御のために、直軸電圧および横軸電圧データを二相データ表現から三相表現（たとえば、ｖａ ＊、ｖｂ ＊およびｖｃ ＊などの三相電圧表現）に変換する。ＰＷＭ生成モジュール１１２の出力は、インバータ１８８に結合される。
インバータ回路１８８は、パルス幅変調された信号、または、ＩＰＭ機械１１７に印加される他の交流電流信号（たとえば、パルス、方形波、正弦曲線、または他の波形）を生成、修正および制御するために、スイッチング半導体などのパワーエレクトロニクスを備える。ＰＷＭ生成モジュール１１２は、インバータ回路１８８内のドライバ段に入力を提供する。インバータ回路１８８の出力段は、パルス幅変調された電圧波形、または、ＩＰＭ機械の制御のための他の電圧信号を提供する。一実施形態では、インバータ１８８は、直流（ＤＣ）電圧バスによって電力を供給される。
ＩＰＭ機械１１７は、ＩＰＭ機械軸１２６の角度位置、ＩＰＭ機械軸１２６の速度または相対速度、およびＩＰＭ機械軸１２６の回転の方向のうちの少なくとも１つを推定するセンサ１１５（たとえば、レゾルバ、エンコーダ、速度センサ、または別の位置センサまたは速度センサ）と関連付けられる。センサ１１５は、ＩＰＭ機械軸１２６に実装されるまたはそれと一体でもよい。センサ１１５の出力は、一次処理モジュール１１４（たとえば、位置および速度処理モジュール）と通信する能力を有する。一実施形態では、センサ１１５は、それぞれアナログ位置データまたは相対速度データをデジタル位置または相対速度データに変換するアナログ／デジタル変換器（図示せず）に結合され得る。他の実施形態で、センサ１１５（たとえば、デジタル位置エンコーダ）は、ＩＰＭ機械軸１２６またはロータのための位置データまたは相対速度データのデジタルデータ出力を提供することができる。
一次処理モジュール１１４の第１の出力（たとえば、ＩＰＭ機械１１７の位置データおよび速度データ）は、測定された電流のそれぞれの三相デジタル表現を測定された電流の対応する二相デジタル表現に変換する位相変換器１１３（たとえば、三相／二相の電流パーク変形モジュール）に通信される。一次処理モジュール１１４の第２の出力（たとえば、速度データ）は、計算モジュール１１０（たとえば、調整された電圧／速度比率モジュール）に通信される。
センシング回路１２４の入力は、直流（ＤＣ）バス（たとえば、インバータ回路１８８にＤＣ電力を提供することができる高電圧ＤＣバス）の測定された三相電流および電圧レベルを少なくとも感知するためのＩＰＭ機械１１７の端子に結合される。センシング回路１２４の出力は、センシング回路１２４の出力をデジタル化するためのアナログ／デジタル変換器１２２に結合される。順に、アナログ／デジタル変換器１２２の出力は、二次処理モジュール１１６（たとえば、直流（ＤＣ）バスおよび三相電流処理モジュール）に結合される。たとえば、センシング回路１２４は、三相電流（たとえば、ＩＰＭ機械１１７の巻線に印加される電流、巻線に誘導される逆起電力、または両方）を測定するためにＩＰＭ機械１１７と関連付けられる。
一次処理モジュール１１４および二次処理モジュール１１６のある種の出力は、位相変換器１１３に送り込まれる。たとえば、位相変換器１１３は、パーク変形または他の変換方程式（たとえば、適切なある種の変換方程式が当業者に知られている）を適用して、二次処理モジュール１１６からのデジタル三相電流データおよびセンサ１１５からの位置データに基づき電流の測定された三相表現を電流の二相表現に変換することができる。位相変換器１１３モジュールの出力は、電流調整コントローラ１１１に結合される。
一次処理モジュール１１４および二次処理モジュール１１６の他の出力が、計算モジュール１１０（たとえば、調整された電圧／速度比率計算モジュール）の入力に結合され得る。たとえば、一次処理モジュール１１４は、速度データ（たとえば、ＩＰＭ機械軸１２６の毎分回転数）を提供することができ、一方、二次処理モジュール１１６は、直流電圧の測定されたレベル（たとえば、車両の直流（ＤＣ）バスでの）を提供することができる。インバータ回路１８８に電力エネルギーを供給するＤＣバスの直流電圧レベルは、大気温度、バッテリ状態、バッテリ充電状態、バッテリ抵抗またはリアクタンス、燃料タンクの状態（該当する場合）、ＩＰＭ機械負荷状態、それぞれのＩＰＭ機械トルクおよび対応する操作速度、および車両電気負荷（たとえば、電気駆動のエアコン用コンプレッサ）を含むが、これらに限定されない様々な要因のため、変動または変化することがある。計算モジュール１１０は、二次処理モジュール１１６とｄｑ軸電流生成マネージャ１０９の間の媒介として接続される。計算モジュール１１０の出力は、特に、ｄｑ軸電流生成マネージャ１０９によって生成される電流指令を調整するまたはそれに影響を及ぼして直流バス電圧の変動または変更を補正することができる。計算モジュール１１０の構造および動作は、以下の米国特許出願、すなわち、号数不明、本願の発明者によって２０１１年２月２８日に出願された、「ＩＮＴＥＲＩＯＲ ＰＥＲＭＥＮＥＮＴ ＭＡＧＮＥＴ ＭＡＣＨＩＮＥ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＩＮＴＥＲＩＯＲ ＰＥＲＭＥＮＥＮＴ ＭＡＧＮＥＴ ＭＡＣＨＩＮＥＳ（埋込永久磁石型機械システムおよび埋込永久磁石型機械を制御するための方法）」で詳細に説明され、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
ロータ磁石温度推定モジュール１０４、電流成形モジュール１０６、および端子電圧フィードバックモジュール１０８は、ｄｑ軸電流調整モジュール１０７に結合される、またはそれと通信する能力を有する。順に、ｄｑ軸電流モジュール１０７は、ｄｑ軸電流生成マネージャまたは加算器１１９と通信することができる。
ロータ磁石温度モジュール１０４は、１つまたは複数のロータ永久磁石の温度を推定または決定する。一実施形態では、ロータ磁石温度推定モジュール１０４は、固定子との熱伝達で、固定子上に置かれた、またはＩＰＭ機械１１７のハウジングに固定された、１つまたは複数のセンサから、ローラ磁石の温度を推定することができる。
もう１つの実施形態で、ロータ磁石温度推定モジュール１０４は、ロータまたは磁石に取り付けられた温度検出器（たとえば、サーミスタおよび赤外線熱センサなどのワイヤレス送信機）に置き換えることができ、検出器は、１つまたは複数の磁石の温度を示す信号（たとえば、ワイヤレス信号）を提供する。
一実施形態で、本方法またはシステムは、以下の方式で動作することができる。トルク指令生成モジュール１０５が、車両データバス１１８を介し、速度制御データメッセージ、電圧制御データメッセージまたはトルク制御データメッセージなどの入力制御データメッセージを受信する。トルク指令生成モジュール１０５は、受信された入力制御メッセージをトルク制御指令データ３１６に変換する。
ｄｑ軸電流生成マネージャ１０９は、それぞれのトルク制御指令データおよびそれぞれの検出されたＩＰＭ機械軸１２６速度データに関連する直軸電流指令データおよび横軸電流指令データを選択または決定する。たとえば、ｄｑ軸電流生成マネージャ１０９は、前述の組み合わされた第３から第１０の制御参照テーブルなどの制御参照テーブルにアクセスすることによって、直軸電流指令、横軸電流指令を選択または決定する。ＩＰＭ機械１１７のセンサ１１５は、ＩＰＭ機械軸１２６の検出される速度データの提供を容易にし、一次処理モジュール１１４は、センサ１１５によって提供される位置データを速度データに変換することができる。
電流調整モジュール１０７（たとえば、ｄｑ軸電流調整モジュール）は、電流調整データを提供して、ロータ磁石温度推定モジュール１０４、電流成形モジュール１０６、および端子電圧フィードバックモジュール１０８からの入力データに基づき直軸電流指令データおよび横軸電流指令データを調整する。
電流成形モジュール１０６は、以下の要因のうちの１つまたは複数に基づき横軸（ｑ軸）電流指令および直軸（ｄ軸）電流指令の訂正または予備調整を決定することができる：たとえば、ＩＰＭ機械１１７のトルク負荷およびＩＰＭ機械１１７の速度。ロータ磁石温度推定モジュール１０４は、たとえば、ロータ温度の推定された変化に基づきｑ軸電流指令およびｄ軸電流指令の二次調整を生成することができる。端子電圧フィードバックモジュール１０８は、コントローラ電圧指令対電圧制限に基づきｄ軸およびｑ軸電流に第３の調整を提供することができる。電流調整モジュール１０７は、以下の調整のうちの１つまたは複数を考慮する総電流調整を提供することができる：予備調整、二次調整、および３次調整。
一実施形態で、ＩＰＭ機械１１７は、埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械または同期ＩＰＭ機械（ＩＰＭＳＭ）を備えることができる。ＩＰＭＳＭは、たとえば、高い効率度、高い電力密度、広い定電力動作領域、保守不要など、従来の誘導機または表面実装ＰＭ機械（ＳＭＰＭ）と比べて、多数の好ましい利点を有する。
センサ１１５（たとえば、軸またはロータ速度検出器）は、以下のうちの１つまたは複数を備え得る：直流ＩＰＭ機械、光学エンコーダ、磁気フィールドセンサ（たとえば、ホール効果センサ）、磁気抵抗センサ、およびレゾルバ（たとえば、ブラシレスレゾルバ）。一構成で、センサ１１５は、位置データおよび関連時間データが処理されてＩＰＭ機械軸１２６の速度または相対速度データを決定する位置センサを備える。もう１つの構成では、センサ１１５は、速度センサ、または、速度センサおよび積分器の組合せを備えて、ＩＰＭ機械軸の位置を決定する。
さらに別の構成で、センサ１１５は、ＩＰＭ機械１１７のＩＰＭ機械軸１２６に機械的に結合された小型直流発電機を備えて、ＩＰＭ機械軸１２６の速度を決定し、直流発電機はＩＰＭ機械軸１２６の回転速度に比例して出力電圧を生み出す。さらに別の構成で、センサ１１５は、軸１２６に結合された回転する物体に向けて信号を送信し、光学検出器で、反射されたまたは回折された信号を受信する、光源を有する光学エンコーダを備え、受信される信号パルス（たとえば、方形波）の周波数は、ＩＰＭ機械軸１２６の速度に比例し得る。追加の一構成で、センサ１１５は、第１の巻線および第２の巻線を有するレゾルバを備え、第１の巻線は交流電流を送り込まれ、第２の巻線内で誘導される電圧はロータの回転の周波数により変化する。
図５で、電子データ処理システム１２０は、電子データプロセッサ２６４、データバス２６２、データ記憶装置２６０、および１つまたは複数のデータポート（２６８、２７０、２７２、２７４および２７６）を備える。データプロセッサ２６４、データ記憶装置２６０および１つまたは複数のデータポートは、データバス２６２に結合されて、データプロセッサ２６４、データ記憶装置２６０および１つまたは複数のデータポートの間のデータの通信をサポートする。
一実施形態で、データプロセッサ２６４は、電子データプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブル論理アレイ、論理回路、算術論理演算装置、特定用途向け集積回路、デジタル信号プロセッサ、比例・積分・微分（ＰＩＤ）コントローラ、または別のデータ処理デバイスを備え得る。
データ記憶装置２６０は、データを記憶するための任意の磁気、電子、または光学デバイスを備え得る。たとえば、データ記憶装置２６０は、電子データ記憶装置、電子メモリ、不揮発性電子ランダムアクセスメモリ、１つまたは複数の電子データレジスタ、データラッチ、磁気ディスクドライブ、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブなどを備え得る。
図５に示すように、データポートは、第１のデータポート２６８、第２のデータポート２７０、第３のデータポート２７２、第４のデータポート２７４および第５のデータポート２７６を備えるが、任意の適切な数のデータポートが使用され得る。各データポートは、たとえば、送受信機およびバッファメモリを備え得る。一実施形態で、各データポートは、任意の直列または並列入力／出力ポートを備え得る。
一実施形態で、図５に示すように、第１のデータポート２６８は、車両データバス１１８に結合される。順に、車両データバス１１８は、コントローラ２６６に結合される。一構成で、第２のデータポート２７０はインバータ回路１８８に結合させることができ、第３のデータポート２７２はセンサ１１５に結合させることができ、第４のデータポート２７４はアナログ／デジタル変換器１２２に結合させることができ、第５のデータポート２７６は端子電圧フィードバックモジュール１０８に結合させることができる。アナログ／デジタル変換器１２２は、センシング回路１２４に結合される。
データ処理システム１２０の一実施形態で、トルク指令生成モジュール１０５は、電子データ処理システム１２０の第１のデータポート２６８と関連付けられる、または、それによってサポートされる。第１のデータポート２６８は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データバスなどの車両データバス１１８に結合され得る。車両データバス１１８は、第１のデータポート２６８を介してトルク指令生成モジュール１０５にトルク指令を有するデータバスメッセージを提供することができる。車両のオペレータは、スロットル、ペダル、コントローラ２６６、または他の制御デバイスなどのユーザインターフェースを介して、トルク指令を生成することができる。
ある種の実施形態で、センサ１１５および一次処理モジュール１１４は、データ処理システム１２０の第３のデータポート２７２と関連付けられ得る、または、それによってサポートされ得る。
前述の実施形態のうちの少なくともいくつかは、テスト機械およびコントローラ内の最低銅損失度を有する全動作速度範囲およびトルクレベルを通して一連の動作軌道を確立する。前述の実施形態のうちの少なくともいくつかは、適切な電流および電圧制限内の安全および堅固なＩＰＭ機械制御を保証する。さらに、少なくともいくつかの実施形態は、トルク指令パーセンテージおよび比率に関してｄｑ軸電流コントローラ参照テーブルを提供する。これは、調整された比率（ブロック１１０）、電流調整モジュール（ブロック１０７および１１９）などを使用して、変化するｄｃバス電圧を有するＩＰＭ機械を操作することなど、コントローラに追加の高度な制御機能を組み込むための堅固な基礎を提供する。本発明について前述したように、同じものが多数の方法で変更され得ることが明らかとなろう。たとえば、例示的特性化がモータリングモード（出力軸を駆動するために電力を消費する）で動作するテストＩＰＭ機械に関して説明されたが、特性化はまた、生成モード（駆動された出力軸に基づき電力を生成する）でのテストモータ動作に実行され得る。そのような変更形態は、本発明からの逸脱として見なされるものではなく、すべてのそのような修正形態は本発明の範囲内に含まれるものとする。

Claims (26)

  1. 埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械を特性化する(characterizing)方法であって、
    第１の出力軸(shaft)を二次速度(secondary speed)制御機械の第２の出力軸に結合したテストＩＰＭ機械含むテストアーキテクチャをセットアップするステップと、
    第１の所望の速度で前記テストＩＰＭ機械の前記第１の出力軸を駆動するように前記二次速度制御機械を制御するステップと、
    複数のピーク電流大きさの各々について一対の所望の直軸(direct axis)および横軸(quadrature axis)電流を決定するステップと、
    所望の直軸および横軸電流の各対に関連する特性化データを記録するステップと、
    第２から第ｎの所望の速度の各々について、前記制御する、決定する、および記録するステップを繰り返すステップと
    を含む、方法。
  2. 各ピーク電流大きさについて、前記決定するステップが、
    前記テストＩＰＭ機械のコントローラに前記ピーク電流大きさおよび一連の電流角度(current angle)を適用するステップであって、各電流角度が前記直軸電流および前記横軸電流として現われる前記ピーク電流大きさの量を示す、ステップ
    を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記適用するステップが、
    所望のトルクが前記第１の出力軸によって作り出されるまで、前記電流角度を調整するステップ
    を含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記所望のトルクが最大トルクである、請求項３に記載の方法。
  5. 前記所望のトルクが、前記テストＩＰＭ機械の端子間電圧の制限が超過されない最大トルクである、請求項３に記載の方法。
  6. 前記適用するステップが、前記テストＩＰＭ機械に適用される電流が電流制限より下にとどまるように、前記ピーク電流大きさおよび前記電流角度を適用する、請求項５に記載の方法。
  7. 前記適用するステップが、所望のトルクが取得される、前記出力軸によって生み出されるトルクが減少する、前記テストＩＰＭ機械に適用される電流が電流制限を超えることになる、かつ前記テストＩＰＭ機械の端子間電圧が電圧制限を超えることになる、のうちの１つまで、連続してより高いピーク電流大きさを適用する、請求項３に記載の方法。
  8. 前記適用するステップが、前記第１の出力軸によって生み出される前記トルクを測定するステップを含む、請求項３に記載の方法。
  9. 前記適用するステップが、前記テストＩＰＭ機械に供給される電力と前記二次速度制御機械から生成される電力のうちの少なくとも１つに基づき前記第１の出力軸によって生み出される前記トルクを計算するステップを含む、請求項３に記載の方法。
  10. 前記適用するステップが、前記テストＩＰＭ機械に適用される電流が電流制限を超過せず、前記テストＩＰＭ機械の端子間電圧が電圧制限を超過しないように、前記ピーク電流大きさを適用する、請求項１に記載の方法。
  11. 前記特性化データが、所望の直軸および横軸電流の各対について前記第１の出力軸によって生み出されるトルクを含む、請求項１に記載の方法。
  12. 前記特性化データが、前記テストＩＰＭ機械の効率度と前記テスト機械コントローラに関連するパワーエレクトロニクス損失度をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記特性化データが、所望の直軸および横軸電流の各対について、前記第１の出力軸によって生成されるトルク、前記テストアーキテクチャに供給される電力のｄｃバス電圧、前記第１の出力軸の軸速度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
  14. 前記特性化データに曲線の当てはめを実行するステップ
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記実行するステップからの出力に基づき少なくとも１つの制御参照テーブルを生成するステップ
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記制御参照テーブルが、関連比率について前記第１の出力軸によって生成される最大トルクを提供し、前記関連比率が、前記ｄｃバス電圧を前記最大トルクに関連する前記軸速度で割ったものである、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記制御参照テーブルが、関連トルクパーセンテージおよび関連(associated)比率に対して前記直軸電流を提供し、前記関連比率が前記直軸電流に関連する前記軸速度で前記ｄｃバス電圧を割ったものであり、前記関連トルクパーセンテージが、前記直軸電流に対して前記第１の出力軸によって生成される前記トルク、および前記直軸電流に関連する前記軸速度で前記第１の出力軸によって生成される最大トルクに基づく、請求項１５に記載の方法。
  18. 前記制御参照テーブルが、関連トルクパーセンテージおよび関連比率に対して前記横軸電流を提供し、前記関連比率が前記横軸電流に関連する前記軸速度で前記ｄｃバス電圧を割ったものであり、前記関連トルクパーセンテージが、前記横軸電流に対して前記第１の出力軸によって生成される前記トルク、および前記横軸電流に関連する前記軸速度で前記第１の出力軸によって生成される最大トルクに基づく、請求項１５に記載の方法。
  19. 第１の制御参照テーブルが、関連比率に対して前記第１の出力軸によって生成される最大トルクを提供し、前記関連比率が前記ｄｃバス電圧を前記最大トルクに関連する前記軸速度で割ったものであり、
    第２の制御参照テーブルが、関連トルクパーセンテージおよび関連比率に対して前記直軸電流を提供し、前記関連比率が前記直軸電流に関連する前記軸速度で前記ｄｃバス電圧を割ったものであり、前記関連トルクパーセンテージが、前記直軸電流に対して前記第１の出力軸によって生成される前記トルクおよび前記直軸電流に関連する前記軸速度で前記第１の出力軸によって生成される最大トルクに基づき、
    第３の制御参照テーブルが、関連トルクパーセンテージおよび関連比率に対して前記横軸電流を提供し、前記関連比率が前記横軸電流に関連する前記軸速度で前記ｄｃバス電圧を割ったものであり、前記関連トルクパーセンテージが、前記横軸電流に対して前記第１の出力軸によって生成されるトルク、および前記横軸電流に関連する前記軸速度で前記第１の出力軸によって生成される最大トルクに基づく、
    請求項１５に記載の方法。
  20. 前記制御するステップに先立って、
    前記第１から第ｎの所望の軸速度のうちの１つに基づき所望の動作状態にテストＩＰＭ機械を置くステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  21. 前記置くステップが、前記第１から第ｎの所望の軸速度のうちの前記１つが前記テストＩＰＭ機械の危険速度と等しいまたはそれを下回る場合に、前記テスト機械コントローラに零ピーク電流大きさおよび零電流角度を適用し、前記電流角度が、前記直軸電流および前記横軸電流として現われる前記ピーク電流大きさの量を示す、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記置くステップが、前記第１から第ｎの所望の軸速度のうちの前記１つが前記テストＩＰＭ機械の危険速度を上回る場合に、前記テスト機械コントローラに所望のピーク電流大きさおよび９０度電流角度を適用する、請求項２０に記載の方法。
  23. 前記テストＩＰＭ機械が、モータリングモードおよび生成モードのうちの１つにある、請求項１に記載の方法。
  24. 請求項１９に記載の制御参照テーブルを有する、機械コントローラ。
  25. 請求項１９に記載の制御参照テーブルを記憶する、コンピュータ可読媒体。
  26. 埋込永久磁石型（ＩＰＭ）機械を制御するためのコントローラであって、
    請求項１９に記載の制御参照テーブルを記憶するように構成されたメモリと、
    前記参照テーブルに基づき前記ＩＰＭ機械を制御するように構成されたプロセッサと
    を備える、コントローラ。
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