JP2014515245A - Ipm機械のための初期コントローラ・ルックアップテーブルを生成するデバイスおよび方法 - Google Patents
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Abstract
本発明の実施形態は、埋込永久磁石型(IPM)機械を制御するための初期動作点を生成するデバイスおよび方法を提供する。この方法は、インダクタンス・ルックアップテーブルを読み込むステップ(S110)と、IPM機械の機械パラメータに基づいて、第1の閾値速度についてアンペア毎最大トルク(MTPA)軌跡を計算する第1の計算するステップ(S120)と、第1の速度が第1の閾値速度より高い場合、機械パラメータに基づいて、第1の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する第2の計算するステップと(S130)、計算したMTPA軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも1つに基づいて、第1の速度での動作軌跡を決定するステップ(S140)と、決定した動作軌跡に基づいて、第1の速度について、Id値およびIq値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするId、Iqマップを生成するステップ(S150)とを含む。
Description
例示の実施形態は、埋込永久磁石型(IPM:interior permanent
magnet)機械を制御するための初期コントローラ・ルックアップテーブルを生成するデバイスおよび方法に関する。
magnet)機械を制御するための初期コントローラ・ルックアップテーブルを生成するデバイスおよび方法に関する。
交流機は、直流機より高い効率をもたらすので、ローダまたは他の重機に広範に使用される。交流機のうちIPM機械は、一定の電力領域について高い駆動効率、幅広い動作速度範囲を有する。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。コントローラは制御信号を発生させ、この信号はIPM機械の端子に加えられる。通常、コントローラは、IPM機械の特性を評価する情報または情報の一部に基づいてIPM機械を制御する。特性評価の少なくとも一部は、入力要求の所望の動作出力への変換を可能にするIPM機械の動作モデルを指す。例えば、所望の出力トルクが、要求され得、特性評価の一部に基づいて、コントローラはIPM機械を制御して、所望のトルクを送達する。所望の出力トルクを与えるために、IPMコントローラは、所望のトルクに応答して動作点をIPM機械へ出力する。
1つの従来の方法は、理論方程式を使用して機械動作点を見つけるが、これは正確でない場合もある。別の従来の方法は、有限要素解析を利用して正確な動作点を見つけるが、これは非常に時間がかかる。加えて、これらの従来の方法は、速度およびトルクレベルの観点でフル動作レンジをカバーすることができない。
本発明の実施形態は、埋込永久磁石型(IPM)機械を制御するための初期動作点を生成する方法を提供する。
この方法はまた、直軸インダクタンス(Ld)値および横軸インダクタンス(Lq)値のセットを含むインダクタンス・ルックアップテーブルを読み込むステップを含み、各セットが、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応する。電流制御角は、電流ピークの大きさの直軸電流(Id)および横軸電流(Iq)として現れる量を示すことができる。
この方法は、IPM機械の機械パラメータに基づいて、第1の閾値速度についてアンペア毎最大トルク(MTPA)軌跡を計算する第1の計算するステップと、第1の速度が第1の閾値速度より高い場合、機械パラメータに基づいて、第1の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する第2の計算するステップと、計算したMTPA軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも1つに基づいて、第1の速度での動作軌跡を決定するステップと、決定した動作軌跡に基づいて、第1の速度について、Id値およびIq値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするId、Iqマップを生成するステップとを含む。
いくつかの実施形態では、第1の閾値速度がベース速度であり、ベース速度が、IPM機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度である。
決定するステップは、第1の速度が、第2の閾値速度より低くかつ第1の閾値速度より
高い場合、計算したMTPA軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて動作軌跡を決定するステップ、第1の速度が、第2の閾値速度以上である場合、トルクが単調増加する計算した切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて動作軌跡を決定するステップ、ならびに/または第1の速度が、第1の閾値速度以下である場合、計算したMTPA軌跡に基づいて動作軌跡を決定するステップをさらに含んでもよい。
高い場合、計算したMTPA軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて動作軌跡を決定するステップ、第1の速度が、第2の閾値速度以上である場合、トルクが単調増加する計算した切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて動作軌跡を決定するステップ、ならびに/または第1の速度が、第1の閾値速度以下である場合、計算したMTPA軌跡に基づいて動作軌跡を決定するステップをさらに含んでもよい。
いくつかの実施形態では、第2の閾値速度が臨界速度であり、臨界速度が、IPM機械の逆起電力(backemf)からの無制御生成(UCG)電圧が直流(DC)バス電圧に等しい速度である。
第1の速度が、第2の閾値速度より低くかつ第1の閾値速度より高い場合、決定するステップが、Id値ごとに、計算したMTPA軌跡のIq値および計算した切り取られた電圧制限の楕円のIq値のうちのより小さい方を選択するステップを含み、動作軌跡が、選択したIq値を含む。
第1の計算するステップが、予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するId、Iqの組合せを含む初期テーブルを決定するステップ、初期テーブルのId、Iqの組合せごとに電流ピークの大きさ、電流制御角、およびLdとLq値を計算するステップ、機械パラメータに基づいて初期テーブルのId、Iqの組合せごとにトルクを計算するステップ、複数のトルクコマンドごとにトルクの範囲を設定するステップ、計算したトルクおよび設定したトルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにId、Iqの組合せのサブセットを決定するステップ、サブセットの他のId、Iqの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有するId、Iqの組合せを各サブセットから選択するステップ、ならびに/またはId、Iqの組合せの選択したセットに基づいてMTPA軌跡を計算するステップをさらに含んでもよい。
いくつかの実施形態では、決定したサブセットにおけるId、Iqの組合せごとに計算したトルクは、それぞれのトルクコマンドを包含する設定したトルク範囲内である。
第2の計算するステップが、機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、電圧制限の楕円の右頂点についてId頂点値を決定するステップ、Id値の範囲が、決定したId頂点値から予め設定された最小Id制限までである、Id値の範囲に対応する最大許容Iq値を計算するステップ、および/または計算した最大許容Iq値に基づいて、第1の速度について電圧制限の楕円を計算するステップをさらに含んでもよい。また、決定したId頂点値がゼロより大きい場合、Id頂点値が、ゼロにさせられてもよい。
第2の計算するステップが、第1の速度での計算した電圧制限の楕円の各点に沿ってトルクを計算するステップ、および/または単調減少するトルクを無視することによって計算した電圧制限の楕円を切り取るステップをさらに含んでもよい。
いくつかの実施形態では、この方法は、有限要素解析に基づくシミュレーションを用いてLd値およびLq値を得るステップと、得たインダクタンスパラメータに基づいてインダクタンス・ルックアップテーブルを生成するステップとをさらに含んでもよい。
いくつかの実施形態では、この方法は、速度ごとに、第2の計算するステップ、決定するステップ、および生成するステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のId、Iqマップを生成するステップと、複数のId、Iqマップに基づいて統合されたId、Iqマップを構築するステップとをさらに含んでもよい。
いくつかの実施形態では、IPM機械は、上記の通りにId、Iqマップを有する機械
コントローラを含む。
コントローラを含む。
別の実施形態では、この方法は、IPM機械の機械パラメータに基づいて、第1の閾値速度についてアンペア毎最大トルク(MTPA)軌跡を計算する第1の計算するステップと、第1の速度が第1の閾値速度より高い場合、機械パラメータに基づいて、第1の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する第2の計算するステップと、計算したMTPA軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも1つに基づいて、第1の速度での動作軌跡を決定するステップと、決定した動作軌跡に基づいて、第1の速度について、直軸電流(Id)値および横軸電流(Iq)値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするId、Iqマップを生成するステップとを含む。この決定するステップは、第1の速度が、第2の閾値速度より低くかつ第1の閾値速度より高い場合、計算したMTPA軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて動作軌跡を決定するステップを含む。
いくつかの実施形態では、第1の閾値速度がベース速度であり、ベース速度が、IPM機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度であり、第2の閾値速度が臨界速度であり、臨界速度が、IPM機械の逆起電力(backemf)からの無制御生成(UCG)電圧が直流(DC)バス電圧に等しい速度である。
いくつかの実施形態では、機械パラメータは、インダクタンス・ルックアップテーブルを含む。インダクタンス・ルックアップテーブルは、直軸インダクタンス(Ld)値および横軸インダクタンス(Lq)値のセットを含み、各セットが、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応し、電流制御角が、電流ピークの大きさのIdおよびIqとして現れる量を示すことができる。
決定するステップは、第1の速度が、第2の閾値速度以上である場合、トルクが単調増加する計算した切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて動作軌跡を決定するステップ、および/または第1の速度が、第1の閾値速度以下である場合、計算したMTPA軌跡に基づいて動作軌跡を決定するステップをさらに含んでもよい。決定するステップは、Id値ごとに、計算したMTPA軌跡のIq値および計算した切り取られた電圧制限の楕円のIq値のうちのより小さい方を選択するステップをさらに含んでもよく、動作軌跡が、選択したIq値を含む。
第1の計算するステップは、予め設定された電流制限の可能性のあるすべての値をカバーする値を有するId、Iqの組合せを含む初期テーブルを決定するステップと、初期テーブルのId、Iqの組合せごとに電流ピークの大きさ、電流制御角、ならびにLdおよびLq値を計算するステップと、機械パラメータに基づいて初期テーブルId、Iqの組合せごとにトルクを計算するステップと、複数のトルクコマンドごとにトルクの範囲を設定するステップと、計算したトルクおよび設定したトルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにId、Iqの組合せのサブセットを決定するステップと、サブセットの他のId、Iqの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有するId、Iqの組合せを各サブセットから選択するステップと、Id、Iqの組合せの選択したセットに基づいてMTPA軌跡を計算するステップとを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、決定したサブセットにおけるId、Iqの組合せごとに計算したトルクが、それぞれのトルクコマンドを包含する設定したトルク範囲内である。
第2の計算するステップが、機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、電圧制限の楕円の右頂点の箇所でId頂点値を決定するステップ、Id値の範囲が、決定したId頂点値から予め設定された最小Id制限までである、Id値の範囲に対応する最大許容
Iq値を計算するステップ、および/または計算した最大許容Iq値に基づいて、第1の速度について電圧制限の楕円を計算するステップを含んでもよい。決定したId頂点値がゼロより大きい場合、Id頂点値が、ゼロにさせられてもよい。
Iq値を計算するステップ、および/または計算した最大許容Iq値に基づいて、第1の速度について電圧制限の楕円を計算するステップを含んでもよい。決定したId頂点値がゼロより大きい場合、Id頂点値が、ゼロにさせられてもよい。
第2の計算するステップが、第1の速度での計算した電圧制限の楕円の各点に沿ってトルクを計算するステップと、単調減少するトルクを無視することによって計算した電圧制限の楕円を切り取るステップとをさらに含んでもよい。
この方法は、速度ごとに、第2の計算するステップ、決定するステップ、および生成するステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のId、Iqマップを生成するステップと、複数のId、Iqマップに基づいて統合されたId、Iqマップを構築するステップとをさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、IPM機械が、上記の通りにId、Iqマップを有する機械コントローラを含む。
本発明の実施形態は、埋込永久磁石型(IPM)機械を制御するための初期動作点を生成するコンピュータ処理ユニットを提供する。
コンピュータ処理ユニットは、機械パラメータを記憶するように構成されているメモリを含む。機械パラメータは、インダクタンス・ルックアップテーブルを含み、インダクタンス・ルックアップテーブルは、直軸インダクタンス(Ld)値および横軸インダクタンス(Lq)値のセットを含む。各セットは、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応してもよい。電流制御角は、電流ピークの大きさの直軸電流(Id)および横軸電流(Iq)として現れる量を示すことができる。
コンピュータ処理ユニットは、機械パラメータに基づいて、第1の閾値速度についてアンペア毎最大トルク(MTPA)軌跡を計算する、第1の計算を行うように構成されているプロセッサを備えることもできる。プロセッサは、第1の速度が第1の閾値速度より高い場合、機械パラメータに基づいて、第1の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する、第2の計算を行うように構成されている。プロセッサは、計算したMTPA軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも1つに基づいて、第1の速度での動作軌跡を決定するように構成されている。プロセッサは、決定した動作軌跡に基づいて、第1の速度について、Id値およびIq値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするId、Iqマップを生成するように構成されている。
いくつかの実施形態では、第1の閾値速度がベース速度であり、ベース速度が、IPM機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度である。
いくつかの実施形態では、第1の速度が、第2の閾値速度より低くかつ第1の閾値速度より高い場合、プロセッサは、計算したMTPA軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて動作軌跡を決定するように構成され、第1の速度が、第2の閾値速度以上である場合、プロセッサは、トルクが単調増加する計算した切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて動作軌跡を決定するように構成され、および/または第1の速度が、第1の閾値速度以下である場合、プロセッサは、計算したMTPA軌跡に基づいて動作軌跡を決定するように構成されている。
いくつかの実施形態では、第2の閾値速度が臨界速度であり、臨界速度が、IPM機械の逆起電力(backemf)からの無制御生成(UCG)電圧が直流(DCバス電圧に等しい速度である。
第1の速度が、第2の閾値速度より低くかつ第1の閾値速度より高い場合、プロセッサが、Id値ごとに、計算したMTPA軌跡のIq値および計算した切り取られた電圧制限の楕円のIq値のうちのより小さい方を選択するように構成され、動作軌跡が、選択したIq値を含む。
また、プロセッサは、予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するId、Iqの組合せを含む初期テーブルを決定するように構成され、初期テーブルのId、Iqの組合せごとに電流ピークの大きさ、電流制御角、ならびにLdおよびLq値を計算するように構成され、機械パラメータに基づいて初期テーブルのId、Iqの組合せごとにトルクを計算するように構成され、複数のトルクコマンドごとにトルクの範囲を設定するように構成され、計算したトルクおよび設定したトルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにId、Iqの組合せのサブセットを決定するように構成され、サブセットの他のId、Iqの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有するId、Iqの組合せを各サブセットから選択するように構成され、Id、Iqの組合せの選択したセットに基づいてMTPA軌跡を計算するように構成されてもよい。決定したサブセットにおけるId、Iqの組合せごとに計算したトルクは、それぞれのトルクコマンドを包含する設定したトルク範囲内に含むことができる。
また、プロセッサは、機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、電圧制限の楕円の右頂点についてId頂点値を決定するように構成され、Id値の範囲が、決定したId頂点値から予め設定された最小Id制限までである、Id値の範囲に対応する最大許容Iq値を計算するように構成され、計算した最大許容Iq値に基づいて、第1の速度について電圧制限の楕円を計算するように構成されてもよい。また、決定したId頂点値がゼロより大きい場合、Id頂点値が、ゼロにさせられてもよい。
また、プロセッサは、第1の速度での計算した電圧制限の楕円の各点に沿ってトルクを計算するように構成され、単調減少するトルクを無視することによって計算した電圧制限の楕円を切り取るように構成されてもよい。プロセッサは、速度ごとに、第2の計算するステップ、決定するステップ、および生成するステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のId、Iqマップを生成するように構成され、複数のId、Iqマップに基づいて統合されたId、Iqマップを構築するように構成されている。
例示の実施形態は、以下、本明細書中に与えられた詳細な説明および添付図面からより十分に理解されよう。同じ要素は、同じ参照番号によって表され、それらは例示によって与えられるものにすぎず、したがって限定ではない。
次に様々な例示の実施形態を、いくつかの例示の実施形態が示されている添付図面を参照してより十分に説明する。同じ番号は、図面の記載の全体にわたって同じ要素を指す。
第1、第2などの用語が様々な要素を説明するために本明細書に使用され得るが、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を理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用されるのにすぎない。例えば、例示の実施形態の範囲から逸脱することなく、第1の要素は第2の要素と呼ぶことができ、同様に、第2の要素は第1の要素と呼ぶことができる。本明細書に用いられるとき、用語「および/または」は、関連して列挙した項目の1つまたは複数のいずれかおよびすべての組合せを包含する。
本明細書に用いられる専門用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、例示の実施形態を限定するものではない。本明細書に用いられるとき、単数形「a」、「an」および「the」は、分脈上他の意味を明らかに示さない限り、複数形も含むものとする。「含む」および/または「備える」(「comprises」、「comprising」、「include」および/または「including」)」という用語は、本明細書に用いられるとき、示した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を特定するものではあるが、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/またはそれらの群の存在または追加を除外しないことがさらに理解されよう。
いくつかの代替の実施では、記載した機能/作用は、図面に記載した順序ではなく行われてもよいことも留意されたい。例えば、連続して示される2つの図は、実際には、同時に実行されてもよく、または場合によっては伴う機能/作用に応じて逆の順序で実行されてもよい。
他に定めがない限り、本明細書に使用される(科学技術用語を含む)すべての用語は、例示の実施形態が属する技術分野における通常の技術を有する人によって通常理解されるのと同じ意味を有する。用語、例えば、一般的に使用される辞書に定義される用語は、従来の技術の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書中に明示的にそう定められない限り、理想的または過度に形式的な感覚で解釈されないことがさらに理解されよう。
以下の説明では、実行時に特定のタスクを行う、または特定の抽象的データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含むプログラムモジュールまたは機能プロセスとして実施され得る、および既存のネットワーク要素で既存のハードウェアを使用して実施され得る例示的な実施形態を、動作の作用および動作の記号表現を参照して(例えば、流れ図の形式で)説明する。そのような既存のハードウェアには、1つまたは複数の中央処理装置(CPU)、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ム可能ゲートアレイ(FPGA)コンピュータ、またはプログラムされると特定の機械になる同様の機械が含まれ得る。
しかし、これらおよび類似の用語のすべては、適切な物理量に関連付けられるべきであ
り、これらの量に付与される便利なラベルにすぎないことに留意すべきである。特に他に記載のない限り、または議論から明らかなように、「得る(obtaining)」、「決定する(determining)」、「計算する(calculating)」、「選択する(selecting)」、「設定する(setting)」、「切り取る(truncating)」、「生成する(generating)」等などの用語は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ内で物理電子量として示されるデータを操作して、コンピュータシステムメモリまたはレジスタ、あるいは他のそのような情報記憶、伝送または表示デバイス内で物理量として同様に示される他のデータに変換するコンピュータシステムまたは類似の電子コンピューティングデバイスの動作およびプロセスを指す。
り、これらの量に付与される便利なラベルにすぎないことに留意すべきである。特に他に記載のない限り、または議論から明らかなように、「得る(obtaining)」、「決定する(determining)」、「計算する(calculating)」、「選択する(selecting)」、「設定する(setting)」、「切り取る(truncating)」、「生成する(generating)」等などの用語は、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ内で物理電子量として示されるデータを操作して、コンピュータシステムメモリまたはレジスタ、あるいは他のそのような情報記憶、伝送または表示デバイス内で物理量として同様に示される他のデータに変換するコンピュータシステムまたは類似の電子コンピューティングデバイスの動作およびプロセスを指す。
本発明の実施形態は、埋込永久磁石型(IPM)機械のための初期動作点を生成するデバイスおよび方法を提供する。IPM機械は、当業者によく知られている任意のタイプのIPM機械であり得る。例えば、IPM機械は、スロットを有するステータ、および永久磁石の極を有するロータ、ならびにIPM機械を制御するように構成されているコントローラを含むことができる。初期動作点は、IPM機械の動作に使用される少なくとも1つのルックアップテーブルに記憶することができる。
各動作点は、直軸電流(Id)値および横軸電流(Iq)値を含み、これらは、それぞれフラックス電流コマンド(flux current command)およびトルク電流コマンド(torque current command)とも呼ばれ得る。電流コマンドIdおよびIqは、電流ピークの大きさ(Is)および電流制御角(γ)の成分である。電流制御角(γ)は、Isのdq平面内でIdおよびIqとして現れる量を示す。一実施形態では、電流制御角(γ)は、dq平面の正のq軸に対する電流ピークの大きさ(Is)の角度である。電流ピークの大きさIsと、電流制御角(γ)、IdおよびIqとの間の関係は、以下の通りである。
式(1):Is=√(Id 2+Iq 2)
式(2):Id=−IssinγおよびIq=Iscosγ
電流コマンドIqは、トルクコマンドの符号に応じて正または負の符号(+/−)を有することができる。電流コマンドは、トルクコマンド(例えば、50Nm)および動作速度に応じてIPM機械に加えられる適切な量の電流を示す。一実施形態によれば、動作点は、IPM機械のフルレンジを包含する複数の速度についての各トルクコマンドにマッピングされる。トルクコマンドは、フルレンジに関するトルクのパーセント値(例えば、0%、5%、10%、15%)の観点で表すことができる。動作点および対応するトルクコマンドは、Id、Iqマップを有する少なくとも1つのルックアップテーブルに記憶される。したがって、特定のトルクコマンドおよび動作速度に応じて、IPM機械は、少なくとも1つのルックアップテーブル内の適切なId、Iqマップに基づいて、対応する動作点(例えば、Id値、Iq値)を選択する。
式(2):Id=−IssinγおよびIq=Iscosγ
電流コマンドIqは、トルクコマンドの符号に応じて正または負の符号(+/−)を有することができる。電流コマンドは、トルクコマンド(例えば、50Nm)および動作速度に応じてIPM機械に加えられる適切な量の電流を示す。一実施形態によれば、動作点は、IPM機械のフルレンジを包含する複数の速度についての各トルクコマンドにマッピングされる。トルクコマンドは、フルレンジに関するトルクのパーセント値(例えば、0%、5%、10%、15%)の観点で表すことができる。動作点および対応するトルクコマンドは、Id、Iqマップを有する少なくとも1つのルックアップテーブルに記憶される。したがって、特定のトルクコマンドおよび動作速度に応じて、IPM機械は、少なくとも1つのルックアップテーブル内の適切なId、Iqマップに基づいて、対応する動作点(例えば、Id値、Iq値)を選択する。
初期動作点は、IPM機械の性能を試験するために使用することができる。例えば、初期動作点に基づいて、使用者は、例えば、(a)IPM機械に対する基本的なトルク制御、速度制御、および電圧制御を試験する、(b)機械の電流ループ、速度ループ、電圧ループに比例する積分(PI)ゲインを調整する、(c)機械の熱的な性能および限界を試験する、(d)パワーエレクトロニクスの損失を評価し、最適なパルス幅変調(PWM)スイッチング周波数を選択する、(e)位置較正およびモータ特性評価のための基礎を構築することができる。
いくつかの実施形態によれば、生成した初期動作点は、規定の電流および電圧の制限を満たしつつ、IPM機械のフル動作レンジ(例えば、フルトルクおよびフル速度レンジ)についての動作点を与えることができる。加えて、初期動作点の使用は、一定であると仮
定されない、dq軸間に厳重に結合される実際のインダクタンス値などのIPM機械の所与の機械パラメータを用いる。結果として、生成した初期動作点は、例えば、IPM機械が、(a)IPM機械がトルク生成能力に関してサイズが大き過ぎるまたは不足しているか、(b)低速フルトルク動作に必要な電流が大き過ぎないか、(c)高速動作に十分な電圧が存在するか、対応する角度が大き過ぎないか、および(d)トルク対位置の感度が大き過ぎるかなど、どれだけ良く特定の用途の目的のために設計されているのかを理解するのに有益であり得る。
定されない、dq軸間に厳重に結合される実際のインダクタンス値などのIPM機械の所与の機械パラメータを用いる。結果として、生成した初期動作点は、例えば、IPM機械が、(a)IPM機械がトルク生成能力に関してサイズが大き過ぎるまたは不足しているか、(b)低速フルトルク動作に必要な電流が大き過ぎないか、(c)高速動作に十分な電圧が存在するか、対応する角度が大き過ぎないか、および(d)トルク対位置の感度が大き過ぎるかなど、どれだけ良く特定の用途の目的のために設計されているのかを理解するのに有益であり得る。
図1は、本発明の一実施形態による複数の速度についてのId、Iqマップを構築する方法を示す。図2を参照して以下に説明するように、この方法は、メモリおよびプロセッサを有する任意のタイプのコンピュータ処理ユニットによって実施することができる。
図2は、本発明の一実施形態による複数の速度についてのId、Iqマップを構築するデバイス200を示す。デバイス200は、プロセッサ205および少なくとも1つのメモリ210を含む。デバイス200は、当業者によく知られている他の構成要素を含み得る。プロセッサ205は、少なくとも1つのメモリ210に記憶されるプログラムコードを実行するように構成されている任意のタイプのプロセッサであり得る。メモリ210は、例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)およびリードオンリメモリ(ROM)などの任意のタイプのメモリであり得る。以下にさらに説明するように、デバイス200は、本出願の図1および図4〜図6中の動作のいずれかを実行することができる。
図1に戻って参照すると、ステップS110では、プロセッサ205は、少なくとも1つのメモリ210からIPM機械の機械パラメータを読み込む。機械パラメータには、例えば、逆起電力(backemf)定数(λf)、電流制限、IPM機械のいくつかの極のペア、直流(DC)バス電圧レベル、インダクタンス・ルックアップテーブル、ステータ抵抗、および/または温度に対しての永久磁石強度係数が含まれ得る。さらに、機械パラメータには、当業者によく知られている任意の他のタイプのパラメータが含まれ得る。
インダクタンス・ルックアップテーブルは、直軸インダクタンス(Ld)値および横軸インダクタンス(Lq)値のセットを含むことができる。各セットは、電流ピークの大きさ(Is)および電流制御角(γ)に対応する。以下に示す表1および表2は、インダクタンス・ルックアップテーブルの一実施形態を示す。
表1は、Ldにインダクタンス値を与え、一方、表2は、Lqにインダクタンス値を与える。しかし、本発明の実施形態は、ピーク電流の大きさおよび電流制御角をインダクタンス値LdおよびLqへマッピングする任意のタイプの構成を包含する。例えば、別の実施形態では、表1および表2は、1つのテーブルに具体化されてもよい。
各行は、特定のピーク電流の大きさ(Is)(例えば、0A、25A、50Aなど)に対応する。表1および表2中の最高のピーク電流の大きさレベルは、機械巻線熱制限またはハードウェアスイッチング構成要素電流制限によって決定されるIPM機械についての最大電流制限を超過すべきである。表1および表2は、400Aを最高のピーク電流の大きさとして示すが、本発明の実施形態は、任意の値を包含し得る。
各列は、特定の電流制御角(γ)(例えば、0°、5°、10°、…、85°、90°)に対応する。IPM機械の動作は、dq平面の第2の象限および第3の象限において対
称的であると仮定されるので、90から180までの電流制御角についてのLdおよびLqの値を与えることは必要とされない。
称的であると仮定されるので、90から180までの電流制御角についてのLdおよびLqの値を与えることは必要とされない。
特定のピーク電流の大きさ(Is)および電流制御角(γ)に対応する各LdおよびLq値は、例えば、SPEED、JMAG、Ansys、またはAnsoftなどの有限要素解析(FEA)に基づくシミュレーションツールを用いて得ることができる。FEAに基づくシミュレーションは、IPM機械を電磁気的に解析して、ルックアップ・インダクタンス・テーブルについてのLdおよびLq値を生成する。言い換えると、機械設計者は、IPM機械についての反復のFEAに基づくシミュレーションを実行することによってインダクタンス・ルックアップテーブルを埋めることができる。
backemf定数(λf)は、以下の通りに定義することができる:
式(3):Vline_line_rms=(√3/√2)・ωelec・λf
パラメータλfは、backemf定数であり、電気角/秒当たりのボルトの単位を有し、パラメータωelecは電気周波数であり、パラメータVline_line_rmsは、機械の端子のライン間の電圧の基本的な二乗平均平方根(rms)である。機械の端子のライン間の電圧は、IPM機械に印加される電圧である。
式(3):Vline_line_rms=(√3/√2)・ωelec・λf
パラメータλfは、backemf定数であり、電気角/秒当たりのボルトの単位を有し、パラメータωelecは電気周波数であり、パラメータVline_line_rmsは、機械の端子のライン間の電圧の基本的な二乗平均平方根(rms)である。機械の端子のライン間の電圧は、IPM機械に印加される電圧である。
特定の用途のためのDCバス電圧レベルが使用されてもよい。DCバス電圧は、電源からIPM機械のコントローラへの電圧供給である。例えば、IPM機械が媒体中で高速領域へ動作するとき、DCバス電圧レベルによって、より高い速度で出力トルクをさらに制限する電圧制限境界を直接決定する。
また、機械サイズおよびDCバス電圧レベルに応じて、ステータ抵抗は、初期動作点にとって重要である場合もない場合もある。基本的に、高DCバス電圧レベルを有する高電力機械(例えば、大型オフロード車用の巻上機)の場合、相抵抗間の電圧降下は通常無視してよい。しかし、低電力低電圧機械(例えば、芝刈り機)の場合、相抵抗間の電圧降下は、電圧制限評価と考えられ得る。
より先進の/正確なIPMモータ制御評価の場合、例えば1℃当たり−0.11%の温度に対しての永久磁石強度係数が必要とされ得る。永久磁石強度係数は、磁石の温度変化による出力トルク変動を適切に補償するのに役立ち得る。
ステップS120では、プロセッサ205は、インダクタンス・ルックアップテーブルが含まれるIPM機械の機械パラメータに基づいて、第1の閾値速度についてのアンペア毎最大トルク(MTPA)軌跡を計算する。第1の閾値速度は、IPM機械の一定の最大出力トルクを実現する最大シャフト速度であるベース速度であり得る。ベース速度以下の動作速度の場合、動作点(Id、Iq)は、MTPA軌跡のみに基づいて決定される。しかし、いくつかの例では、ベース速度を上回る動作速度の場合、ベース速度についての計算したMTPAは、現在の速度についての動作軌跡の決定に使用される。ステップS120の説明は、本発明の図4を参照してさらに説明される。
ステップS130では、プロセッサ205は、第1の速度が第1の閾値速度より高い場合、機械パラメータに基づいて、第1の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する。例えば、第1の閾値速度より高い動作速度の場合、IPM機械の動作は、電圧制限の楕円によって制限され得る。第1の速度は、IPM機械のフル動作レンジを包含する複数の速度範囲内の任意の速度であってもよい。第1の速度が第1の閾値速度より高い場合、プロセッサ205は、切り取られた電圧制限の楕円を計算する。ステップS130の詳細は、本発明の図5を参照してさらに説明される。
ステップS140では、プロセッサ205は、計算したMTPA軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも1つに基づいて動作軌跡を決定する。例えば、第1の速度が、第2の閾値速度より低くかつ第1の閾値速度より高い場合、ステップS140は、計算したMTPA軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて動作軌跡を決定する。第2の閾値速度は、IPM機械のbackemfからの無制御生成(UCG)電圧がDCバス電圧に等しい速度である臨界速度であり得る。第1の速度が、第2の閾値速度以上である場合、ステップS140は、トルクが単調増加する計算した切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて動作軌跡を決定する。第1の速度が第1の閾値速度以下である場合、ステップS140は、計算したMTPA軌跡のみに基づいて動作軌跡を決定する。ステップS140の詳細は、本発明の図5を参照してさらに説明される。
S150では、プロセッサ205は、所定の動作軌跡に基づいて第1の速度についてのId、Iqマップを生成する。Id、Iqマップは、トルクコマンド(Tcmd)対直軸電流コマンド(id_cmd)、およびトルクコマンド(Tcmd)対横軸電流コマンド(iq_cmd)を含むルックアップテーブルである得る。上述のように、トルクコマンドは、トルクのパーセント値で表すことができる。例えば、50Nmなどのトルク値は、5%などのトルクのパーセント値に変換することができ、トルクのパーセント値は、電流コマンドに関連して記憶することができる。ステップS150の詳細は、本発明の図5〜図6を参照してさらに説明される。
ステップ130、140および150は、複数の速度についての速度ごとに繰り返される。結果として、プロセッサ205は、複数の速度について異なるId、Iqマップを生成する。ステップS160では、プロセッサは、複数のId、Iqマップに基づいて統合されたId、Iqマップを構築する。例えば、統合されたId、Iqマップは、複数のルックアップテーブルを含むことができ、そこでは、各ルックアップテーブルが、対応する速度についてのトルクコマンド(Tcmd)対直軸電流コマンド(id_cmd)、およびトルクコマンド(Tcmd)対横軸電流コマンド(iq_cmd)を与える。ステップS160の詳細は、本発明の図5〜図6を参照してさらに説明される。
図3Aおよび図3Bは、(臨界速度およびベース速度を含む)複数の速度についての電圧制限の楕円、およびベース速度についてのMTPA軌跡の図解を与える。
図3Aは、本発明の一実施形態によるdq平面内の複数の曲線および複数の電圧制限の楕円を含む。複数の曲線は、MTPA軌跡(OB)、トルク毎最小電圧(MVPT)軌跡(MJ)、およびステータ電流制限(SCL)軌跡(ABJD)を含む。複数の電圧制限の楕円は、ベース速度(ωb)、移行速度(ωtransition)、および臨界速度(ωcritical)を含む。
MVPT軌跡は、電圧制限の観点から速度ごとにピーク出力トルクを決定する。SCL軌跡は、IPM機械のステータ巻線を通じて流れるピーク許容電流を決定する。点Bは、MTPA軌跡とSCL軌跡の交点であり、点Jは、SCL軌跡とMVPT軌跡の交点である。
ベース速度(ωb)は、電圧制限の楕円が点Bを横切ったときとして定義される。電圧制限の楕円が点Jを横切るとき、対応する速度は、移行速度ωtransitionとして定義される。最後に、電圧制限の楕円が点Oを横切るとき、対応するモータ速度は、臨界速度ωcriticalとして定義される。
IPM機械は、電圧の制約なしでMTPA軌跡に沿って動作するか、または磁束を弱め
ることが必要とされるときに電圧制限の楕円に沿って動作する。
ることが必要とされるときに電圧制限の楕円に沿って動作する。
図3Bは、本発明の一実施形態によるdq平面内の複数の電圧制限の楕円および複数の曲線を示す。複数の曲線は、図3Aを参照して上述したのと同じ軌跡を含む。複数の電圧制限の楕円は、第1、第2、第3および第4の動作速度に対応し、さらに後述するように、これらはそれぞれ、4つの主動作領域に含まれる。
第1に、動作速度が、ベース速度未満であるとき(例えば、ω1など、<ωbase)、IPM機械は、電圧制限の制限なしでMTPA軌跡(OEGB)に沿って動作している。この場合は、磁束を弱めない領域に属する。図1を参照して説明するように、動作速度がベース速度以下である場合、動作軌跡は、MTPAに基づいて決定される。この場合には、動作軌跡はOEGBである。
第2に、IPM機械の動作速度が、ベース速度より大きくかつ移行速度未満であるとき(例えば、ω2など、ωbase<ω<ωtransition)、IPM機械は、電圧制限境界点Gに到達するまでMTPA軌跡に沿って動作している。その後、IPM機械は、SCL境界点Cに到達するまで電圧制限の楕円の軌跡に切り換わる。速度ω2での動作軌跡は曲線OEGCであり、出力トルクはこの動作曲線に沿って単調増加している。この速度でのピークトルクは、ステータ電流制限境界によって決定される。この場合は、部分的な磁束を弱める領域に属する。図1を参照して説明するように、動作速度がベース速度より大きくかつ臨界速度未満であるとき、動作軌跡は、電圧制限の楕円およびMTPA軌跡の比較に基づくことができる。これらの特徴は、図5を参照してさらに説明される。しかし、電流制限値および機械設計パラメータに応じて、移行速度は、存在する場合もしない場合もある。例えば、電流制限値が比較的実質的に大きい場合、図3B中の移行速度は、考慮に入れられる必要がない場合がある。この場合には、ベース速度を上回るピークトルクは、MVPT曲線によって常に制限され、ステータ電流制限曲線によっては制限されない。
第3に、IPM機械の動作速度、移行速度より大きくかつ臨界速度未満であるとき(例えば、ω3などの、ωtransition<ω<ωcritical)、IPM機械は、電圧制限境界点Eに到達するまでMTPA軌跡に沿って動作している。その後、IPM機械は、MVPT境界点Kに到達するまで電圧制限の楕円に沿ってさらに動作する。速度ω3での動作軌跡は曲線OEKであり、出力トルクはこの動作曲線に沿って単調増加している。この速度でのピークトルクは、MVPT境界によって決定される。この場合は、部分的な磁束を弱める領域にも属する。図1を参照して説明するように、動作速度がベース速度より大きくかつ臨界速度未満であるとき、動作軌跡は、電圧制限の楕円およびMTPA軌跡の比較に基づくことができる。これらの特徴は、図5を参照してさらに説明される。
第4に、IPM機械の動作速度が、臨界速度より大きいとき(例えば、ω4など、ω>ωcritical)、IPM機械は、MVPT境界点Lに到達するまで電圧制限の楕円に沿って常に動作している。速度ω4での動作軌跡は、曲線NLであり、出力トルクはこの動作曲線に沿って単調増加している。この場合は、完全な磁束を弱める領域に属する。図1を参照して説明するように、動作速度が臨界速度を上回る場合、動作軌跡は、トルクが単調増加する電圧制限の楕円のみに基づいて決定される。
図4〜図6は、本発明の実施形態による、動作軌跡を決定し、上記の特定された領域のいずれか1つの内に含まれ得る複数の速度についての動作点を生成する方法を示す。
図4は、本発明の一実施形態による、第1の閾値速度または第1の閾値速度未満の速度
についてのMTPA軌跡を計算する方法を示す(例えば、図1中のステップS120)。
についてのMTPA軌跡を計算する方法を示す(例えば、図1中のステップS120)。
ステップ410では、プロセッサ205は、例えば、インダクタンス・ルックアップテーブル、backemf定数、および/または電流制限を含むIPM機械パラメータを読み込む。プロセッサ205は、当業者によく知られている他のIPM機械パラメータを読み込むように構成されてもよい。
ステップ415では、プロセッサ205は、初期テーブルを決定する。初期テーブルは、予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するId、Iqの組合せを含む。例えば、予め設定された電流制限が500Aであるとき、(Id、Iq)の501×501の組合せがある。したがって、初期テーブルは、(OA、1A;OA、2A;…500A、500A)などの可能性のある組合せの各々を含む。
ステップS420では、プロセッサ205は、初期テーブルのId、Iqの組合せごとに電流ピークの大きさ(Is)、電流制御角(γ)、LdおよびLq値を計算する。例えば、プロセッサ205は、式1および式2に基づいてId、Iqの組合せごとに電流ピークの大きさ(Is)および電流制御角(γ)を計算する。次いで、プロセッサ205は、インダクタンス・ルックアップテーブルならびに計算した電流ピークの大きさおよび電流制御角を用いて、Id、Iqの組合せごとにLdおよびLq値を得る。例えば、計算した電流ピークの大きさ(Is)および電流制御角(γ)を入力として用いて、プロセッサ205は、インダクタンス・ルックアップテーブル内の対応するLdおよびLq値を探す。また、テップS420では、例えば、プロセッサは、以下の式に基づいて初期テーブルのId、Iqの組合せごとにトルクを計算する。
式(4):トルク=1.5・p・(λf+(Ld−Lq)・Id)・Iq
パラメータpは極のペアの個数であり、λfはbackemf定数であり、パラメータLdおよびLqはインダクタンス・ルックアップテーブルから得られるインダクタンス値であり、パラメータIdおよびIqは初期テーブルから得られる。
パラメータpは極のペアの個数であり、λfはbackemf定数であり、パラメータLdおよびLqはインダクタンス・ルックアップテーブルから得られるインダクタンス値であり、パラメータIdおよびIqは初期テーブルから得られる。
ステップS425では、プロセッサ205は、それぞれのトルクコマンドについての範囲を設定する。例えば、特定のトルクコマンド、例えば100Nmの場合、プロセッサは、例えば、99.5Nmから100.5Nmまでにトルクの範囲を設定する。以下にさらに説明するように、プロセッサ205は、複数のトルクコマンドの中の各トルクコマンドについて最適な動作点を得るためにこのステップを繰り返す。
ステップS430では、プロセッサ205は、設定範囲内でトルクを生成することができると共に電流制限を超えないトルクコマンドについて初期テーブルからId、Iqの組合せのサブセットを決定する。例えば、ステップS420の結果を用いて、プロセッサ205は、トルク範囲内のトルクを生成することができるすべてのId、Iqの組合せを検索する。決定したサブセットにおけるId、Iqの組合せごとに計算したトルクは、それぞれのトルクコマンドを包含する設定したトルク範囲内である。
ステップS435では、ステップS430による結果を用いて、プロセッサ205は、最小電流ピークの大きさ(Is)を伴うId、Iqの組合せを選択する。選択したId、Iqの組合せは、このサブセットの中で銅損が最小である動作点を表すことができる。したがって、選択したId、Iqの組合せは、それぞれのトルクコマンドレベルについて最適な動作点であり得る。
ステップS440では、プロセッサ205は、このトルクコマンドがフルトルク範囲を表す複数のトルクコメント内の最後のトルクコマンドであるのか判定する。プロセッサ2
05が、トルクコマンドが最後のトルクコマンドでない(NO)と判定する場合、プロセスは、ステップS425に戻る。言い換えると、ステップS425、S430およびS435は、最大出力トルクが最適な動作点に割り当てられるまで、トルクコマンドのフルレンジ、例えば、5Nm、10Nm、15Nm…について繰り返される。
05が、トルクコマンドが最後のトルクコマンドでない(NO)と判定する場合、プロセスは、ステップS425に戻る。言い換えると、ステップS425、S430およびS435は、最大出力トルクが最適な動作点に割り当てられるまで、トルクコマンドのフルレンジ、例えば、5Nm、10Nm、15Nm…について繰り返される。
ステップS450では、プロセッサ205は、複数のトルクコマンドに対応する選択したId、Iqの組合せを少なくとも1つのメモリ210に記憶する。
ステップS455では、プロセッサ205は、多項式曲線フィッティング演算を用いて選択したId、Iqの組合せを含むMTPA軌跡を計算する。多項式曲線フッティング演算は、多数の点に基づいた曲線を生成する任意のタイプの演算であり得る。図3Bに戻って参照すると、MTPA軌跡は、OEGB曲線であり得る。
ステップS460では、プロセッサ205は、計算したMTPA軌跡係数を少なくとも1つのメモリ210に記憶する。
第1の閾値速度以下の速度の場合、プロセッサ205は、計算したMTPA軌跡をその速度についての動作軌跡として決定する。選択したId、Iqの組合せを含む動作軌跡に基づいて、プロセッサ205は、選択したId、Iqの組合せを複数のトルクコマンドの各トルクコマンドへマッピングする第1の閾値速度以下についてのId、Iqマップを生成する。例えば、Id、Iqマップは、フルトルク動作レンジについての各トルクのパーセント値(例えば、5%、10%など)に対応する選択したId、Iqの組合せを含む。
図5は、本発明の一実施形態による、第1の閾値速度を上回る動作速度について、電圧制限の楕円、またはMTPA軌跡と電圧制限の楕円の組合せを用いてId、Iqマップを生成する方法を示す。図5は、ある動作速度についてId、Iqマップを生成する方法を示す。しかし、図6は、複数の速度についての図5の動作の拡張によって図5の方法をさらに詳しく説明する。
S510では、プロセッサ205は、少なくとも1つのメモリ210から図4において決定された機械パラメータおよびMTPA係数を読み込む。
S515では、プロセッサ205は、第1の閾値速度より上からIPM機械の最高速度までの複数の速度の中の1つの速度を選択する。プロセッサ205は、以下の式に基づいて対応する電気周波数を計算する。
式(5):ωelectrical=n/60・p・2・(pi)
パラメータnはrpmの単位のロータの速度であり、pは極のペアの個数である。
パラメータnはrpmの単位のロータの速度であり、pは極のペアの個数である。
ステップS520では、プロセッサ205は、以下の式に基づいて、DCバス電圧レベルに基づいて相端子電圧制限を計算する。
式(6):Vlimit=(Vdc/√3)・η
Vlimitは相端子電圧制限であり、VdcはDCバス電圧であり、パラメータηは動作条件を説明するための係数である。例えば、係数ηは、92%などのパーセント値であってもうよい。係数ηの値は、レンジまたは電圧マージンを示す任意のパーセント値であり得る。例えば、係数ηは、90%から95%の間の任意の値であり得る。ある特定の実施形態では、例えば環境温度による磁石の強さの変化、過渡現象中の高速トルクコマンドダイナミクスが要求する追加の電圧、および/または不完全なDCバス電圧測定などの事象の範囲を考慮に入れることができるように、係数ηは、電圧マージンに8%の余地を
作るために92%であってもよい。
Vlimitは相端子電圧制限であり、VdcはDCバス電圧であり、パラメータηは動作条件を説明するための係数である。例えば、係数ηは、92%などのパーセント値であってもうよい。係数ηの値は、レンジまたは電圧マージンを示す任意のパーセント値であり得る。例えば、係数ηは、90%から95%の間の任意の値であり得る。ある特定の実施形態では、例えば環境温度による磁石の強さの変化、過渡現象中の高速トルクコマンドダイナミクスが要求する追加の電圧、および/または不完全なDCバス電圧測定などの事象の範囲を考慮に入れることができるように、係数ηは、電圧マージンに8%の余地を
作るために92%であってもよい。
S525では、プロセッサ205は、選択した動作速度についての電圧制限の楕円の右頂点のId頂点値を決定する。例えば、右頂点の点は、(0,0)として初期化されてもよい。次に、初期化した点についての端子電圧は、以下の式に基づいて計算される。
式(7):vd=rsid−ωeLqiq
式(8):vq=rsiq+ωeLdid+ωeλf
式(9):vterm=√(vd 2+vq 2)
パラメータvdはd軸電圧、vqはq軸電圧、rsはステータ抵抗、idはd軸電流、iqはq軸電流、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンス、ωeはIPMの電気周波数、λfはIPMのロータにある永久磁石の強さである。LdおよびLqは、ルックアップテーブルから得られる。
式(8):vq=rsiq+ωeLdid+ωeλf
式(9):vterm=√(vd 2+vq 2)
パラメータvdはd軸電圧、vqはq軸電圧、rsはステータ抵抗、idはd軸電流、iqはq軸電流、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンス、ωeはIPMの電気周波数、λfはIPMのロータにある永久磁石の強さである。LdおよびLqは、ルックアップテーブルから得られる。
式(7)〜(9)から結果として得られる端子電圧Vtermが、式(6)からの相端子電圧制限Vlimitより低い場合、Id頂点値は、ゼロより大きい。さもなければ、Iq=0を維持しつつ、プロセッサ205は、結果として得られる端子電圧Vtermが相端子電圧制限Vlimitに等しくまたはほぼ等しくなるまで、負のd軸に沿ってId値の大きさを徐々に増大させる(例えば、0から−1、−2など)。次いで、プロセッサ205は、この条件を負の数であるId頂点値として実現するように最も近い整数値を設定する。
S525では、プロセッサ205は、決定したId頂点値がゼロより大きいか決定する。プロセッサ205が、決定したId頂点値がゼロより大きい(YES)と決定する場合、プロセッサ205はId頂点値をゼロに強制し、プロセスはステップS540に進む。プロセッサ205は、決定したId頂点値がゼロ以下である(NO)と決定する場合、このプロセスは、ステップS540において決定したId頂点値を見る。
S540では、プロセッサ205は、Id値の範囲が決定したId頂点値から予め設定された最小Id制限までであるId値の範囲に対応する最大許容Iq値を計算する。予め設定された最小Id制限は、そのId制限における生成された最大トルクが、選択した速度における特定のピークトルク以上となるように選択されるべきである。例えば、Idが−50Aである場合、Iq値は0から1まで増加し、プロセッサは、以下の少なくとも2つの条件、すなわち、(1)対応する端子電圧Vtermが相端子電圧制限Vlimit未満であるか、(2)ピーク電流の大きさが電流制限未満であるかを評価する。両方に条件について結果がはいである場合、プロセッサ205は、上記の条件のうちの少なくとも1つからの結果がいいえになるまで、Iqの大きさを(例えば、2、3、4などまで)増大させる。結果として、プロセッサ205は、範囲内のすべてのId値について最大許容Iq値を計算する。上記の手続きは、図3(b)を参照して上述するように、以下の2つの場合、ωbase<ω<ωtransitionおよびωtransition<ω<ωcriticalに、適用されることに留意されたい。
ステップS545では、プロセッサ205は、電圧制限の楕円の異なる点でトルクを計算する。上述のように、設定したIdの範囲では、プロセッサ205は、対応するId値ごとに最大の可能制のあるIq値を計算する。次いで、すべての(Id、Id)の組合せについて、プロセッサ205は、対応する電流ピークの大きさIs、電流制御角、インダクタンス値Ld、Lqを得て、次いでそれぞれの見つけた点で、式(1)〜(4)に基づいて電圧制限の楕円に沿ってトルクを計算する。
ステップS550では、プロセッサ205は、電圧制限の楕円の単調増加するトルクを
見つけ、続いて単調減少するトルクを捨てることによって、計算した電圧制限の楕円を切り取る。例えば、電圧制限の楕円に沿ったあらゆる点におけるトルク値はステップS545から知られるので、プロセッサ205は、計算したトルクが増加を止めるときに電圧制限の楕円を切り取る。
見つけ、続いて単調減少するトルクを捨てることによって、計算した電圧制限の楕円を切り取る。例えば、電圧制限の楕円に沿ったあらゆる点におけるトルク値はステップS545から知られるので、プロセッサ205は、計算したトルクが増加を止めるときに電圧制限の楕円を切り取る。
ステップS555では、プロセッサ205は、Id頂点値がゼロ未満であるか判定する。プロセッサ205が、Id頂点値がゼロ未満である(YES)と判定する場合、これは、選択した速度が第2の閾値速度(例えば、臨界速度)以上であることを示す。したがって、ステップS560では、プロセッサ205は、切り取られた電圧制限の楕円を動作軌跡として選択し、切り取られた電圧制限の楕円に基づいてId、Iqマップを生成する。プロセッサ205が、Id頂点値がゼロ以上である(NO)と判定する場合、これは、選択した速度が第2の閾値速度(例えば、臨界速度)より低くかつ第1の閾値速度(例えば、ベース速度)より高いことを示す。したがって、プロセッサ205は、以下にさらに説明するように、MTPA軌跡および計算した切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいた動作軌跡を決定する。
ステップS565では、プロセッサ205は、同じd軸電流範囲内の図4からのMTPA軌跡を計算する。次に、ステップS570では、プロセッサ205は、計算したMTPA軌跡を計算した切り取られた電圧制限の楕円と比較する。ステップS575では、プロセッサ205は、Id値ごとに、計算したMTPA軌跡のIq値および計算した切り取られた電圧制限の楕円のIq値のうちのより小さい方を選択する。したがって、選択した速度についての動作軌跡は、選択したIq値を含む。
図6は、本発明の一実施形態による、複数の速度についての動作軌跡を計算し、動作軌跡に基づいて複数の統合されたId、Iqマップを生成する方法を示す。
ステップ610では、プロセッサ205は、少なくとも1つのメモリ210から機械パラメータを読み込む。ステップ615では、プロセッサ210は、図4において計算された第1の閾値速度についてのMTPA軌跡を読み込む。ステップ620では、プロセッサ205は、最高速度ベクトルから第1の閾値速度へ速度ベクトルを構築する。ステップ625では、プロセッサ205は、速度ベクトルのうちの1つを選択し、図5に記載の方法を用いてその速度についての動作軌跡を計算する。ステップS630では、プロセッサは、計算した動作軌跡に基づいてId、Iqマップを生成する。
ステップS635では、プロセッサ205は、選択した速度ベクトルが最後のベクトルであるか判定する。プロセッサ205が、選択した速度ベクトルが最後のベクトルでない(NO)と判定する場合、プロセッサは、ステップS625に戻る。したがって、プロセッサ205は、ベクトル中の複数の速度の各速度についてステップS625およびS630を繰り返す。結果として、プロセッサ205は、複数の速度について複数のId、Iqマップを生成する。プロセッサ205が、選択した速度ベクトルが最後のベクトルである(YES)と判定する場合、プロセスは、ステップ645へ続いて、速度ベクトル中のすべての評価した速度で統合されたId、Iqマップを構築する。
適宜、ステップ650において、プロセッサ205は、同じdq平面内のすべての速度でIq対Idの軌跡をプロットして、得られたデータの信頼性を確認してもよい。
次に、特性評価の適用、および特に上記の手続きにより生成される初期ルックアップテーブルを、図7を参照して以下説明する。
一実施形態によれば、図7は、IPM機械117(例えば、埋込永久磁石型(IPM)
のIPM機械)または別の交流機を制御するシステムを開示する。一実施形態では、このシステムは、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呼ばれ得る。
のIPM機械)または別の交流機を制御するシステムを開示する。一実施形態では、このシステムは、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呼ばれ得る。
このシステムは、電子モジュール、ソフトウェアモジュール、または両方を含む。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を記憶、処理または実行するのを支援するための電子データ処理システム120を含む。電子データ処理システム120は、図7中の破線によって示され、図8中により詳細に示される。
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、スイッチング半導体(例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)または他の電力トランジスタ)を駆動または制御してIPM機械117の制御信号を出力する半導体駆動回路を含む。今度は、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メカニカルシャフト126またはロータに関連するセンサ115(例えば、位置センサ、リゾルバ、またはエンコーダ位置センサ)に関連する。センサ115およびIPM機械117は、データ処理システム120に結合されて、例えば、他の可能な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(例えば、ia、ib、icなどの電流フィードバックデータ)、生位置信号を供給する。他の可能なフィードバックデータには、巻線温度測定値、インバータ回路188の半導体温度測定値、三相電圧データ、またはIPM機械117についての他の熱または性能の情報が含まれるが、それらに限定されない。
一実施形態では、トルクコマンド生成モジュール105は、計算モジュール110からの調整した電圧/速度比と共に、dq軸電流生成マネージャ109(例えば、dq軸電流生成ルックアップテーブル)に結合される。dq軸電流生成マネージャ109は、上記のルックアップテーブルのいずれか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の出力(例えば、dq軸電流調節モジュール107)は、加算器119へ供給される。今度は、1つまたは複数の出力(例えば、加算器119の直軸電流データ(id *)および横軸電流データ(iq *))は、電流調節コントローラ111に与えられまたは結合される。
電流調節コントローラ111は、パルス幅変調(PWM)生成モジュール112(例えば、空間ベクトルのPWM生成モジュール)と通信することができる。電流調節コントローラ111は、PWM生成モジュール112に入力するために、それぞれのdq軸電流コマンド(例えば、id *およびiq *)実際のdq軸電流(例えば、IdおよびIq)を受信し、対応するdq軸電圧コマンド(例えば、vd *コマンドおよびvq *コマンド)を出力する。
一実施形態では、PWM生成モジュール112は、二相データの表現から三相表現(例えば、例えば、IPM機械117の制御のために、va *、vb *およびvc *などの三相電圧表現)に直軸電圧および横軸電圧データを変換する。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、IPM機械117に印加されるパルス幅変調信号または他の交流電流信号(例えば、パルス、方形波、正弦波、または他の波形)を生成、修正および制御するためのスイッチング半導体などのパワーエレクトロニクスを含む。PWM生成モジュール112は、インバータ回路188内のドライバ段への入力を与える。インバータ回路188の出力段は、IPM機械を制御するためのパルス幅変調電圧波形または他の電圧信号を与える。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
電力が供給される。
電力が供給される。
IPM機械117は、IPMメカニカルシャフト126の角度位置、IPMメカニカルシャフト126の速度または速さ、およびIPMメカニカルシャフト126の回転方向のうちの少なくとも1つを評価するセンサ115(例えば、リゾルバ、エンコーダ、速度センサ、または別の位置センサもしくは速度センサ)に関係付けられる。センサ115は、IPMメカニカルシャフト126に取り付けられてもよく、またはIPMメカニカルシャフト126と一体であってもよい。センサ115の出力は、一次処理モジュール114(例えば、位置および速度の処理モジュール)と通信することができる。一実施形態では、センサ115は、アナログ/デジタル変換器(図示せず)に結合されてもよく、アナログ/デジタル変換器は、アナログの位置データまたは速さデータをそれぞれデジタルの位置または速さデータに変換する。他の実施形態では、センサ115(例えば、デジタル位置エンコーダ)は、位置データまたは速さデータのデジタルデータ出力をIPMメカニカルシャフト126またはロータに与えることができる。
一次処理モジュール114の第1の出力(例えば、IPM機械117についての位置データおよび速度データ)は、相コンバータ113(例えば、三相から二相の電流パーク変換モジュール)に通信され、相コンバータ113は、それぞれの測定した電流の三相デジタル表現を、測定した電流の対応する二相デジタル表現変換する。一次処理モジュール114の第2の出力(例えば、速度データ)は、計算モジュール110(例えば、調整した電圧/速度比のモジュール)に通信される。
検知回路124の入力は、測定した三相電流および直流(DC)バス(例えば、DC電力をインバータ回路188に供給できる高電圧DCバス)の電圧レベルを少なくとも感知するためにIPM機械117の端子に結合される。検知回路124の出力は、検知回路124の出力をデジタル化するためにアナログ/デジタル変換器122に結合される。今度は、アナログ/デジタル変換器122のデジタル出力は、二次処理モジュール116(例えば、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。例えば、検知回路124は、三相電流(例えば、IPM機械117の巻線に印加される電流、巻線に含まれるback EMF、または両方)を測定するためにIPM機械117に関連付けられる。
一次処理モジュール114および二次処理モジュール116のある程度の出力は、相コンバータ113に供給される。例えば、相コンバータ113は、パーク変換または他の変換式(例えば、当業者に知られている適切なある種の変換式)を適用して、二次処理モジュール116からの三相電流データ、およびセンサ115からの位置データに基づいて測定した電流の三相表現を電流の二相表現に変換することができる。相コンバータ113のモジュールの出力は、電流調節コントローラ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の他の出力は、計算モジュール110(例えば、調整した電圧/速度比の計算モジュール)の入力に結合することができる。例えば、一次処理モジュール114は、速度データ(例えば、IPMメカニカルシャフト126の1分間当たりの回転数)を与えることができる一方、二次処理モジュール116は、(例えば、車両の直流(DC)バスで)直流電圧の測定レベルを与えることができる。インバータ回路188に電気エネルギーを供給するDCバスに関する直流電圧レベルは、限定するものではないが、環境温度、バッテリ条件、バッテリの充電状態、電地の抵抗またはリアクタンス、燃料電池の状態(該当する場合)、IPM機械の負荷状態、それぞれのIPM機械のトルクおよび対応する動作速度、および車両の電気負荷(例えば、電動の空調用コンプレッサ)などの様々な要因のために変動または変化し得る。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
に中間段階として接続される。計算モジュール110の出力は、dq軸電流生成マネージャ109によって生成された電流コマンドを調整しまたはそれに影響を与えて、特に直流バス電圧の変動または変化を補償することができる。計算モジュール110の構造および動作は、本出願の発明者による2011年2月28日に出願した題名「」の願番不明の米国出願に詳細に説明されており、その内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
に中間段階として接続される。計算モジュール110の出力は、dq軸電流生成マネージャ109によって生成された電流コマンドを調整しまたはそれに影響を与えて、特に直流バス電圧の変動または変化を補償することができる。計算モジュール110の構造および動作は、本出願の発明者による2011年2月28日に出願した題名「」の願番不明の米国出願に詳細に説明されており、その内容全体は、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、電流整形モジュール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に結合またはこれと通信可能にされる。今後は、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、ステータと熱的に連通してステータ上に位置するまたは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タ磁石の温度を推定することができる。
別の実施形態では、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(例えば、赤外線熱センサのようなサーミスタおよび無線送信機)に置き換えられてもよく、そこで検出器は、(1つまたは複数の)磁石の温度を示す信号(例えば、無線信号)を提供する。
一実施形態では、本方法または本システムは、以下のやり方で動作することができる。トルクコマンド生成モジュール105は、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車両データバス118を通じて受信する。トルクコマンド生成モジュール105は、受信した入力制御メッセージをトルク制御コマンドデータ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コマンドデータおよびそれぞれの検出したIPMメカニカルシャフト126の速度データに関連する直軸電流コマンドデータおよび横軸電流コマンドデータを選択または決定する。例えば、dq軸電流生成マネージャ109は、上記のルックアップテーブルなどの制御ルックアップテーブルにアクセスすることによって、直軸電流コマンド、横軸電流コマンドを選択または決定する。IPM機械117上のセンサ115は、IPMメカニカルシャフト126についての検出した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によって与えられた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(例えば、dq軸電流調節モジュール)は、現在の調節データを与えて、ロータ磁石温度推定モジュール104、電流整形モジュール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いて直軸電流コマンドデータおよび横軸電流コマンドデータを調整する。
電流整形モジュール106は、例えば、以下の要因、すなわち、IPM機械117に関するトルク負荷、およびIPM機械117の速度の1つまたは複数に基づいて、横軸(q軸)電流コマンドおよび直軸(d軸)電流コマンドの補正または予備調整を決定することができる。ロータ磁石温度推定モジュール104は、例えば、推定されたロータの温度の変化に基づいてq軸電流コマンドおよびd軸電流コマンドの二次調節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、コントローラ電圧コマンド対電圧制限に基づいてd軸およびq軸の電流に対して第3の調整を与えることができる。電流調整モジュール107は、以下の調整、すなわち、予備調整、二次調節、および第3の調整の1つまたは複数を考慮する全体的な電流調整を与えることができる。
一実施形態では、IPM機械117は、埋込永久磁石型(IPM)機械またはIPM同期機械(IPMSM)を含み得る。IPMSMは、従来の誘導機または表面実装PM機械(SMPM)に比べて、例えば、効率、高出力密度、幅広い一定の電力動作領域、保守不要などの多くの好ましい利点を有する。
センサ115(例えば、軸またはロータの速度検出器)は、以下のもの、すなわち、直流IPM機械、光学式エンコーダ、磁場センサ(例えば、ホール効果センサ)、磁気抵抗センサ、およびリゾルバ(例えば、ブラシレスリゾルバ)の1つまたは複数を含むことができる。一実施形態では、センサ115は、位置センサを備え、位置データおよび関連した時間データを処理してIPMメカニカルシャフト126についての速度または速さデータを決定する。別の構成では、センサ115は、速度センサ、または速度センサと積分器の組合せを備えて、IPMメカニカルシャフトの位置を決定する。
さらに別の構造では、センサ115は、IPM機械117のIPMメカニカルシャフト126に機械的に結合される補助のコンパクトな直流発電機を備え、IPMメカニカルシャフト126の速度を決定し、直流発電機がIPMメカニカルシャフト126の回転速度に比例した出力電圧を発生させる。さらに別の構成では、センサ115は、軸126に結合された回転体に向かって信号を伝達する光源を有する光学式エンコーダを備え、光学検出器で反射信号または回折信号を受信するものであり、受信した信号パルス(例えば、方形波)の周波数は、IPMメカニカルシャフト126の速度に比例し得る。追加の構成では、センサ115は、第1の巻線および第2の巻線を有するリゾルバを備えており、第1の巻線は、交流電流が供給され、第2の巻線に誘導された電圧は、ロータの回転の周波数と共に変化する。
図8では、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、データ記憶デバイス260、および1つまたは複数のータポート(268、270、272、274および276)を備える。データプロセッサ264、データ記憶デバイス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、データ記憶デバイス260、および1つまたは複数のデータポートの間または中のデータの通信を支援する。
一実施形態では、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、プログラム可能アレイ、論理回路、算術論理演算ユニット、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含み得る。
データ記憶デバイス260は、データを記憶するための任意の磁気デバイス、電子デバイス、または光学デバイスを含むことができる。例えば、データ記憶デバイス260は、電子データ記憶デバイス、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含み得る。
図8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、第5のデータポート276を備えるが、任意の適切な個数のデータポートが使用されてもよい。各データポートは、例えば、送受信機およびバッファメモリを含んでもよい。一実施形態では、各データポートは、任意のシリアルまたはパラレルの入力/出力ポートを備えてもよい。
一実施形態では、図8に示すように、第1のデータポート268は、車両データバス1
18に結合される。今後は、車両データバス118は、コントローラ266に結合される。一次実施形態では、第2のデータポート270は、インバータ回路188に結合されてもよく、第3のデータポート272は、センサ115に結合されてもよく、第4のデータポート274は、アナログ/デジタル変換器122に結合されてもよく、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に結合されてもよい。アナログ/デジタル・コンバータ122は、検知回路124に結合される。
18に結合される。今後は、車両データバス118は、コントローラ266に結合される。一次実施形態では、第2のデータポート270は、インバータ回路188に結合されてもよく、第3のデータポート272は、センサ115に結合されてもよく、第4のデータポート274は、アナログ/デジタル変換器122に結合されてもよく、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に結合されてもよい。アナログ/デジタル・コンバータ122は、検知回路124に結合される。
データ処理システム120の一実施形態では、トルクコマンド生成モジュール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に関連しまたはそれによって支えられる。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に結合されてもよい。車両データバス118は、第1のデータポート268を介してデータバスメッセージにトルクコマンド生成モジュール105へのトルクコマンドを与えることができる。車両の操作者は、トロットル、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フェースを介してトルクコマンドを生成してもよい。
いくつかの実施形態では、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に関連しまたはそれによって支えられ得る。
かくして本発明が説明されたが、本発明は、多くのやり方で変更されてもよいことが明らかである。そのような変更は、本発明から逸脱するとみなされるべきではなく、そのような修正形態のすべては、本発明の範囲内に包含されるものである。
Claims (36)
- 埋込永久磁石型(IPM)機械を制御するための初期動作点を生成する方法であって、
直軸インダクタンス(Ld)値および横軸インダクタンス(Lq)値のセットを含むインダクタンス・ルックアップテーブルを読み込むステップであって、各セットが、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応し、前記電流制御角が、前記電流ピークの大きさの直軸電流(Id)および横軸電流(Iq)として現れる量を示す、読み込むステップと、
前記インダクタンス・ルックアップテーブルを含む、前記IPM機械の機械パラメータに基づいて、第1の閾値速度についてアンペア毎最大トルク(MTPA)軌跡を計算する第1の計算するステップと、
第1の速度が前記第1の閾値速度より高い場合、前記機械パラメータに基づいて、前記第1の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する第2の計算するステップと、
計算した前記MTPA軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも1つに基づいて、前記第1の速度での動作軌跡を求めるステップと、
求めた前記動作軌跡に基づいて、前記第1の速度について、Id値およびIq値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするId、Iqマップを生成するステップと
を含む方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記第1の閾値速度がベース速度であり、前記ベース速度が、前記IPM機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度である、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、求める前記ステップは、
前記第1の速度が、第2の閾値速度より低くかつ前記第1の閾値速度より高い場合、計算した前記MTPA軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて前記動作軌跡を求めるステップと、
前記第1の速度が、前記第2の閾値速度以上である場合、トルクが単調増加する計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて前記動作軌跡を求めるステップと、
前記第1の速度が、前記第1の閾値速度以下である場合、計算した前記MTPA軌跡に基づいて前記動作軌跡を求めるステップと
を含む、方法。 - 請求項3に記載の方法であって、前記第2の閾値速度が臨界速度であり、前記臨界速度が、前記IPM機械の逆起電力(backemf)からの無制御生成(UCG)電圧が直流(DC)バス電圧に等しい速度である、方法。
- 請求項3に記載の方法であって、前記第1の速度が、前記第2の閾値速度より低くかつ前記第1の閾値速度より高い場合、求める前記ステップが、
Id値ごとに、計算した前記MTPA軌跡のIq値および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のIq値のうちのより小さい方を選択するステップを含み、前記動作軌跡が、選択した前記Iq値を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記第1の計算するステップが、
予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するId、Iqの組合せを含む初期テーブルを求めるステップと、
前記初期テーブルのId、Iqの組合せごとに前記電流ピークの大きさ、前記電流制御角、ならびに前記LdおよびLq値を計算するステップと、
前記機械パラメータに基づいて前記初期テーブルのId、Iqの組合せごとにトルクを
計算するステップと、
前記複数のトルクコマンドの各々ごとにトルクの範囲を設定するステップと、
計算した前記トルクおよび設定した前記トルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにId、Iqの組合せのサブセットを求めるステップと、
前記サブセットのうちの他のId、Iqの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有するId、Iqの組合せを各サブセットから選択するステップと、
Id、Iqの組合せの選択した前記セットに基づいて前記MTPA軌跡を計算するステップと
を含む、方法。 - 請求項6に記載の方法であって、求めた前記サブセットにおける前記Id、Iqの組合せごとに計算した前記トルクが、それぞれのトルクコマンドを包含する設定した前記トルク範囲内である、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記第2の計算するステップが、
前記機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、前記電圧制限の楕円の右頂点についてId頂点値を求めるステップと、
求めた前記Id頂点値から予め設定された最小Id制限までであるId値の範囲に対応する最大許容Iq値を計算するステップと、
計算した前記最大許容Iq値に基づいて、前記第1の速度について前記電圧制限の楕円を計算するステップと
を含む、方法。 - 請求項8に記載の方法であって、求めた前記Id頂点値がゼロより大きい場合、前記Id頂点値が、ゼロになる、方法。
- 請求項8に記載の方法であって、前記第2の計算するステップが、
前記第1の速度での計算した前記電圧制限の楕円の点に沿ってトルクを計算するステップと、
単調減少するトルクを無視することによって計算した前記電圧制限の楕円を切り取るステップと
を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、有限要素解析に基づくシミュレーションを用いて前記Ld値および前記Lq値を得るステップと、
得た前記のインダクタンスパラメータに基づいて前記インダクタンス・ルックアップテーブルを生成するステップと
をさらに含む方法。 - 請求項1に記載の方法であって、速度ごとに、前記第2の計算するステップ、求める前記ステップ、および生成する前記ステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のId、Iqマップを生成するステップと、
複数の前記Id、Iqマップに基づいて統合されたId、Iqマップを構築するステップと
をさらに含む方法。 - 請求項1において生成されたId、Iqマップを有する機械コントローラを含むIPM機械。
- 埋込永久磁石型(IPM)機械を制御するための初期動作点を生成する方法であって、
前記IPM機械の機械パラメータに基づいて、第1の閾値速度についてアンペア毎最大トルク(MTPA)軌跡を計算する第1の計算するステップと、
第1の速度が前記第1の閾値速度より高い場合、前記機械パラメータに基づいて、前記第1の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の楕円を計算する第2の計算するステップと、
計算した前記MTPA軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも1つに基づいて、前記第1の速度での動作軌跡を求めるステップであって、
前記第1の速度が、第2の閾値速度より低くかつ前記第1の閾値速度より高い場合、計算した前記MTPA軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて前記動作軌跡を求めるステップ
を含む求めるステップと、
求めた前記動作軌跡に基づいて、前記第1の速度について、直軸電流(Id)値および横軸電流(Iq)値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするId、Iqマップを生成するステップと
を含む方法。 - 請求項14に記載の方法であって、前記第1の閾値速度がベース速度であり、前記ベース速度が、前記IPM機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度であり、
前記第2の閾値速度が臨界速度であり、前記臨界速度が、前記IPM機械の逆起電力(backemf)からの無制御生成(UCG)電圧が直流(DC)バス電圧に等しい速度である、方法。 - 請求項14に記載の方法であって、前記機械パラメータが、直軸インダクタンス(Ld)値および横軸インダクタンス(Lq)値のセットを含むインダクタンス・ルックアップテーブルを含み、各セットが、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応し、前記電流制御角が、前記電流ピークの大きさのIdおよびIqとして現れる量を示す、方法。
- 請求項14に記載の方法であって、求める前記ステップは、
前記第1の速度が、前記第2の閾値速度以上である場合、トルクが単調増加する計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて前記動作軌跡を求めるステップと、
前記第1の速度が、前記第1の閾値速度以下である場合、計算した前記MTPA軌跡に基づいて前記動作軌跡を求めるステップと
をさらに含む、方法。 - 請求項14に記載の方法であって、求める前記ステップが、
Id値ごとに、計算した前記MTPA軌跡のIq値および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のIq値のうちのより小さい方を選択するステップをさらに含み、前記動作軌跡が、選択した前記Iq値を含む、方法。 - 請求項14に記載の方法であって、前記第1の計算するステップが、
予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するId、Iqの組合せを含む初期テーブルを求めるステップと、
前記初期テーブルのId、Iqの組合せごとに前記電流ピークの大きさ、前記電流制御角、ならびに前記LdおよびLq値を計算するステップと、
前記機械パラメータに基づいて前記初期テーブルのId、Iqの組合せごとにトルクを計算するステップと、
前記複数のトルクコマンドの各々ごとにトルクの範囲を設定するステップと、
計算した前記トルクおよび設定した前記トルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにId、Iqの組合せのサブセットを求めるステップと、
前記サブセットの他のId、Iqの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有
するId、Iqの組合せを各サブセットから選択するステップと、
Id、Iqの組合せの選択した前記セットに基づいて前記MTPA軌跡を計算するステップと
を含む、方法。 - 請求項19に記載の方法であって、求めた前記サブセットにおける前記Id、Iqの組合せごとに計算した前記トルクが、それぞれのトルクコマンドを包含する設定した前記トルク範囲内である、方法。
- 請求項14に記載の方法であって、前記第2の計算するステップが、
前記機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、前記電圧制限の楕円の右頂点でのId頂点値を求めるステップと、
求めた前記Id頂点値から予め設定された最小Id制限までであるId値の範囲に対応する最大許容Iq値を計算するステップと、
計算した前記最大許容Iq値に基づいて、前記第1の速度について前記電圧制限の楕円を計算するステップと
を含む、方法。 - 請求項21に記載の方法であって、求めた前記Id頂点値がゼロより大きい場合、前記Id頂点値が、ゼロになる、方法。
- 請求項21に記載の方法であって、前記第2の計算するステップが、
前記第1の速度での計算した前記電圧制限の楕円の点に沿ってトルクを計算するステップと、
単調減少するトルクを無視することによって計算した前記電圧制限の楕円を切り取るステップと
をさらに含む、方法。 - 請求項14に記載の方法であって、速度ごとに、前記第2の計算するステップ、求める前記ステップ、および生成する前記ステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のId、Iqマップを生成するステップと、
複数の前記Id、Iqマップに基づいて統合されたId、Iqマップを構築するステップと
をさらに含む方法。 - 請求項14において生成されたId、Iqマップを有する機械コントローラを含むIPM機械。
- 埋込永久磁石型(IPM)機械を制御するための初期動作点を生成するコンピュータ処理ユニットであって、
インダクタンス・ルックアップテーブルを含む機械パラメータを記憶するように構成されたメモリであって、前記インダクタンス・ルックアップテーブルが、直軸インダクタンス(Ld)値および横軸インダクタンス(Lq)値のセットを含み、各セットが、電流ピークの大きさおよび電流制御角に対応し、前記電流制御角が、前記電流ピークの大きさの直軸電流(Id)および横軸電流(Iq)として現れる量を示す、メモリと、
前記機械パラメータに基づいて、第1の閾値速度についてアンペア毎最大トルク(MTPA)軌跡を計算する第1の計算を行うように構成されたプロセッサと
を備え、
前記プロセッサが、第1の速度が前記第1の閾値速度より高い場合、前記機械パラメータに基づいて、前記第1の速度について、トルクが単調増加する切り取られた電圧制限の
楕円を計算する第2の計算を行うように構成され、
前記プロセッサが、計算した前記MTPA軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のうちの少なくとも1つに基づいて、前記第1の速度での動作軌跡を求めるように構成され、
前記プロセッサが、求めた前記動作軌跡に基づいて、前記第1の速度について、Id値およびIq値を複数のトルクコマンドの各トルクコマンドにマッピングするId、Iqマップを生成するように構成された、コンピュータ処理ユニット。 - 請求項26に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記第1の閾値速度がベース速度であり、前記ベース速度が、前記IPM機械の最大一定出力トルクを実現する最大シャフト速度である、コンピュータ処理ユニット。
- 請求項26に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記第1の速度が、第2の閾値速度より低くかつ前記第1の閾値速度より高い場合、前記プロセッサが、計算した前記MTPA軌跡および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円の比較に基づいて前記動作軌跡を求めるように構成され、
前記第1の速度が、前記第2の閾値速度以上である場合、前記プロセッサが、トルクが単調増加する計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のみに基づいて前記動作軌跡を求めるように構成され、
前記第1の速度が、前記第1の閾値速度以下である場合、前記プロセッサが、計算した前記MTPA軌跡に基づいて前記動作軌跡を求めるように構成された、コンピュータ処理ユニット。 - 請求項28に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記第2の閾値速度が臨界速度であり、前記臨界速度が、前記IPM機械の逆起電力(backemf)からの無制御生成(UCG)電圧が直流(DC)バス電圧に等しい速度である、コンピュータ処理ユニット。
- 請求項28に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記第1の速度が、前記第2の閾値速度より低くかつ前記第1の閾値速度より高い場合、前記プロセッサが、Id値ごとに、計算した前記MTPA軌跡のIq値および計算した前記切り取られた電圧制限の楕円のIq値のうちのより小さい方を選択するように構成され、前記動作軌跡が、選択した前記Iq値を含む、コンピュータ処理ユニット。
- 請求項26に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記プロセッサが、予め設定された電流制限について可能性のあるすべての値をカバーする値を有するId、Iqの組合せを含む初期テーブルを求めるように構成され、
前記プロセッサが、前記初期テーブルのId、Iqの組合せごとに前記電流ピークの大きさ、前記電流制御角、ならびに前記LdおよびLq値を計算するように構成され、
前記プロセッサが、前記機械パラメータに基づいて前記初期テーブルのId、Iqの組合せごとにトルクを計算するように構成され、
前記プロセッサが、前記複数のトルクコマンドの各々ごとにトルクの範囲を設定するように構成され、
前記プロセッサが、計算した前記トルクおよび設定した前記トルク範囲に基づいてトルクコマンドごとにId、Iqの組合せのサブセットを求めるように構成され、
前記プロセッサが、前記サブセットの他のId、Iqの組合せより小さい計算した電流ピークの大きさを有するId、Iqの組合せを各サブセットから選択するように構成され、
前記プロセッサが、Id、Iqの組合せの選択した前記セットに基づいて前記MTPA軌跡を計算するように構成された、コンピュータ処理ユニット。 - 請求項31に記載のコンピュータ処理ユニットであって、求めた前記サブセットにおける前記Id、Iqの組合せごとに計算した前記トルクが、それぞれのトルクコマンドを包含する設定した前記トルク範囲内である、コンピュータ処理ユニット。
- 請求項26に記載のコンピュータ処理ユニットであって、前記プロセッサが、前記機械パラメータに基づいて、設定シャフト速度で、前記電圧制限の楕円の右頂点についてId頂点値を求めるように構成され、
前記プロセッサが、求めた前記Id頂点値から予め設定された最小Id制限までであるId値の範囲に対応する最大許容Iq値を計算するように構成され、
前記プロセッサが、計算した前記最大許容Iq値に基づいて、前記第1の速度について前記電圧制限の楕円を計算するように構成された、コンピュータ処理ユニット。 - 請求項33に記載のコンピュータ処理ユニットであって、求めた前記Id頂点値がゼロより大きい場合、前記Id頂点値が、ゼロになる、コンピュータ処理ユニット。
- 請求項33に記載のコンピュータ処理ユニットであって、
前記プロセッサが、前記第1の速度での計算した前記電圧制限の楕円の点に沿ってトルクを計算するように構成され、
前記プロセッサが、単調減少するトルクを無視することによって計算した前記電圧制限の楕円を切り取るように構成された、コンピュータ処理ユニット。 - 請求項26に記載のコンピュータ処理ユニットであって、
前記プロセッサが、速度ごとに、前記第2の計算するステップ、求める前記ステップ、および生成する前記ステップを繰り返すことによって、複数の速度について別のId、Iqマップを生成するように構成され、
前記プロセッサが、前記複数のId、Iqマップに基づいて統合されたId、Iqマップを構築するように構成された、コンピュータ処理ユニット。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150202 |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20150224 |