JP2016524451A - ブラシレスｄｃモータにおける象限変化の制御 - Google Patents

ブラシレスｄｃモータにおける象限変化の制御 Download PDF

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Abstract

ブラシレス直流モータの動作の象限の変化を制御するための方法及び装置である。モータの動作における象限変化が特定される。象限変化を特定することに応じて、スイッチブリッジ内の複数のスイッチのうちの被選択スイッチが選択されて、巻線内の実際の電流の方向を変化させるために直流電源をモータの巻線に結合するように制御される。【選択図】図１２

Description

本開示は概して、ブラシレス直流（ＤＣ）モータのような電動モータ、及び、かかる電動モータの制御に関する。より具体的には、本開示は、動作の種々の象限間で変化させるために、ブラシレスＤＣモータを制御することに関する。
航空機は、航空機上で様々な機能を実施するために、様々な電子デバイス及びシステムを用いうる。限定するわけではないが例としては、航空機上の電動モータは、飛行操縦翼面を移動させ、着陸ギアを上下させ、かつ、航空機上で他の機能を実施するために、使用されうる。航空機上の電動モータ、並びに他の電子システム及び電子デバイスのための電力は、航空機の電源系統によって提供されうる。
航空機上で、及び他の多くの応用向けに使用される電動モータの一種の例は、ブラシレスＤＣ電動モータである。この種のモータは、電子整流モータとしても知られている。ブラシレスＤＣモータは、直流（ＤＣ）電力を動力とし、電子整流子を有する。
ブラシレスＤＣモータは、回転する永久磁石、及び、ステータ巻線を含む固定された電機子を有する。電子コントローラが、モータを回転させ続けるために、巻線に提供された電力の位相を連続的に切り換える。コントローラは、モータ巻線に時限的な配電を提供するために、固体回路を用いうる。
コントローラはロータの回転を方向付ける必要があることから、コントローラは、ステータ巻線に対するロータの配向を決定する何らかの手段を必要とする。一部のブラシレスＤＣモータは、ロータの位置を直接的に測定するために、ホール効果センサ又はロータリエンコーダを使用する。その他は、ロータの位置を推測するために、駆動されていない巻線における逆の起電力（ＥＭＦ）を測定する。この後者の種類のコントローラは、多くの場合、センサレスコントローラと呼ばれる。他のセンサレスコントローラは、ロータの位置を推測するために、磁石の位置によって引き起こされる巻線飽和を測定することが可能である。
ブラシレスＤＣモータのコントローラは、モータ巻線に向かうＤＣ電力の駆動を制御するために、二方向性の出力を提供しうる。出力は論理回路によって制御されうる。単純なコントローラは、いつ出力が進相されるべきかを決定するために、コンパレータを用いうる。より高度なコントローラは、加速、制御速度、及びモータ効率の微調整を管理するために、マイクロコントローラを用いうる。この種のモータコントローラは、電子速度コントローラと称されうる。
コントローラは、スイッチブリッジ内のスイッチを制御することによって、ＤＣモータの巻線に提供される電力を制御しうる。スイッチブリッジは、ＤＣ電源をＤＣモータの巻線に結合する。例えば、三相スイッチブリッジは、ＤＣ電源をＤＣモータの３つのモータ巻線に結合するための３つの並列の半Ｈブリッジを形成するよう配置された、６つのスイッチを有しうる。スイッチブリッジのスイッチは、モータ巻線の各々上でいずれかの方向に電流を駆動させるように、コントローラによって制御されうる。限定するわけではないが例としては、スイッチブリッジは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のような固体スイッチ素子を使用して実装されうる。
ブラシレスＤＣモータの巻線内の電流を変調するようにスイッチブリッジ内のスイッチを制御するために、様々な方法が使用されうる。しかし、ブラシレスＤＣモータのモータ巻線内の電流を変調させるための既存の方法には欠点がある。これらの欠点を克服する、ブラシレスＤＣモータの巻線内の電流を制御するための方法が求められている。
ブラシレスＤＣモータ内のロータは、時計回り又は反時計回りのいずれかの方向に回転するように制御されうる。モータの巻線内の電流は、時計回り又は反時計回りのいずれかの方向に、ロータへのトルクを生成するように制御されうる。巻線内の電流は、ある特定の時点において、ロータの回転の方向と同じ方向か、又はロータの回転の方向とは反対方向のいずれかである、ロータへのトルクを生成するように制御されうる。
ゆえに、ブラシレスＤＣモータの動作は、４つの象限を参照して説明されうる。例えば、動作の第１象限において、ロータは時計回り方向に回転していてよく、モータ巻線内の電流は、同じ時計回り方向にロータへのトルクを生成しうる。動作の第２象限において、ロータは反時計回り方向に回転していてよく、モータ巻線内の電流は、それとは反対の時計回り方向にロータへのトルクを生成しうる。動作の第３象限において、ロータは反時計回り方向に回転していてよく、モータ巻線内の電流は、同じ反時計回り方向にロータへのトルクを生成しうる。動作の第４象限において、ロータは時計回り方向に回転していてよく、モータ巻線内の電流は、それとは反対の反時計回り方向にロータへのトルクを生成しうる。
ブラシレスＤＣモータは動作の４つの象限全てにおいて動作するように制御されることから、滑らかかつ切れ目ない電流制御を提供することが望ましいかもしれない。特に、モータの動作は動作の１つの象限から動作の別の象限へと変化するように制御されることから、モータ内の望ましくない電流を低減又は排除することが望ましいかもしれない。
従って、一又は複数の上述の問題並びに起こりうる他の問題を勘案する、方法及び装置を有することが、望ましいだろう。
本開示の一実施形態は、巻線及びロータを含むモータと、スイッチブリッジと、フィードバックコントローラと、スイッチコントローラと、象限変化コントローラとを備える装置を提供する。スイッチブリッジは、複数のスイッチを介して直流電源を巻線に結合するよう構成される。フィードバックコントローラは、電流コマンドによって示された巻線内の所望の電流と、電流フィードバックによって特定された巻線内の実際の電流との間の相違に関する出力を発生させるよう構成される。スイッチコントローラは、巻線内の実際の電流を制御するように、フィードバックコントローラからの出力に応じて複数のスイッチを制御するよう構成される。象限変化コントローラは、モータの動作における第１の象限変化を特定するよう、かつ、第１の象限変化を特定することに応じて巻線内の実際の電流の方向を変化させるためにスイッチコントローラによって制御されるべき複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチを選択するよう、構成される。
本開示の一実施形態は、ブラシレス直流モータの動作の象限の変化を制御する方法も提供する。モータの動作における第１の象限変化が特定される。第１の象限変化を特定することに応じて、スイッチブリッジ内の複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチが選択されて、巻線内の実際の電流の方向を変化させるために直流電源をモータの巻線に結合するように制御される。
本開示の一実施形態は、ブラシレス直流モータの動作の象限の変化を制御する、別の方法を提供する。モータの動作における象限変化が特定される。象限変化を特定することに応じて、スイッチブリッジ内の複数のスイッチのうちの被選択スイッチが選択されて、巻線内の実際の電流の方向を変化させるために直流電源をモータの巻線に結合するように制御される。また、象限変化を特定することに応じて、複数のスイッチのうちの被選択スイッチは、スイッチブリッジを通じて巻線内の実際の電流を短絡させるように制御される。
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
条項１．
巻線及びロータを含むモータと、
複数のスイッチを介して直流電源を巻線に結合するよう構成されたスイッチブリッジと、
電流コマンドによって示された巻線内の所望の電流と、電流フィードバックによって特定された巻線内の実際の電流との間の相違に関する出力を発生させるよう構成されたフィードバックコントローラと、
巻線内の実際の電流を制御するように、フィードバックコントローラからの出力に応じて複数のスイッチを制御するよう構成されたスイッチコントローラと、
モータの動作における第１の象限変化を特定するよう、かつ、第１の象限変化を特定することに応じて巻線内の実際の電流の方向を変化させるためにスイッチコントローラによって制御されるべき複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチを選択するよう構成された、象限変化コントローラとを備える、装置。
条項２．象限変化コントローラは、
巻線内の所望の電流の方向の変化を示す電流コマンド、及び、
巻線内の実際の電流を再生して直流電源に戻すようスイッチブリッジを構成するように、スイッチコントローラを制御して複数のスイッチを制御する、フィードバックコントローラからの出力、に応じて第１の象限変化を特定するよう構成される、条項１に記載の装置。
条項３．
第１の象限変化は、ロータが第１回転方向に回転しており、かつ、第１回転方向にロータへのトルクを生成するために巻線内の実際の電流が第１電流方向である、動作の牽引象限から、ロータが第１回転方向に回転しており、かつ、第２回転方向にロータへのトルクを生成するために巻線内の実際の電流が第２電流方向である、動作の制動象限への変化を含み、第１回転方向は第２回転方向とは異なり、第１電流方向は第２電流方向とは異なり、
第１電流方向から第２電流方向へと巻線内の実際の電流の方向を変化させるために、スイッチコントローラによって制御されるべき複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチが選択される、条項１に記載の装置。
条項４．象限変化コントローラは更に、第１の象限変化を特定することに応じて、複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチを開くよう構成される、条項３に記載の装置。
条項５．
スイッチコントローラは、巻線内の実際の電流を制御するために、切換サイクル中に複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチを開閉させるよう構成され、
象限変化コントローラは更に、第１の象限変化を特定することに応じて、一切換サイクル中ずっと複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチを開いておくよう、スイッチコントローラを制御するように、フィードバックコントローラの出力を設定するよう構成される、条項４に記載の装置。
条項６．象限変化コントローラは更に、
動作の制動象限から動作の牽引象限への、モータの動作における第２の象限変化を特定し、
第２の象限変化を特定することに応じて、第２電流方向から第１電流方向へと巻線内の実際の電流の方向を変化させるために制御されるべき複数のスイッチのうちの第２の被選択スイッチを選択し、かつ、
第２の象限変化を特定することに応じて、スイッチブリッジを通じて巻線内の実際の電流を短絡させるように、複数のスイッチのうちの第２の被選択スイッチを制御するよう構成される、条項３に記載の装置。
条項７．
スイッチコントローラは、巻線内の実際の電流を制御するために、周期的な切換サイクル中に複数のスイッチのうちの第２の被選択スイッチを開閉させるよう構成され、
象限変化コントローラは更に、第２の象限変化を特定することに応じて、一切換サイクル中ずっとスイッチブリッジを通じて巻線内の実際の電流を短絡させるよう、スイッチコントローラを制御して複数のスイッチのうちの第２の被選択スイッチを制御するように、フィードバックコントローラの出力を設定するよう構成される、条項６に記載の装置。
条項８．象限変化コントローラは、動作の制動象限から、ロータが第２回転方向に回転しており、かつ、第２回転方向にロータへのトルクを生成するために巻線内の実際の電流が第２電流方向である動作の逆牽引象限への、第２の象限変化を特定するよう構成される、条項３に記載の装置。
条項９．フィードバックコントローラは比例積分コントローラである、条項１に記載の装置。
条項１０．複数のスイッチは、スイッチ素子であって、スイッチ素子が閉じており、かつ、スイッチ素子と並列のダイオードが、第１方向と反対の第２方向に導電させるよう構成されている時に、第１方向に導電させるよう構成されたスイッチ素子を備える、条項１に記載の装置。
条項１１．装置は航空機上にある、条項１に記載の装置。
条項１２．ブラシレス直流モータの動作の象限の変化を制御する方法であって、
モータの動作における第１の象限変化を特定することと、
第１の象限変化を特定することに応じて、巻線内の実際の電流の方向を変化させるために直流電源をモータの巻線に結合するように制御されるべき、スイッチブリッジ内の複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチを選択することとを含む、方法。
条項１３．第１の象限変化を特定することは、
巻線内の所望の電流の方向の変化を示す電流コマンドを特定することと、
巻線内の実際の電流を再生して直流電源に戻すようスイッチブリッジを構成するように複数のスイッチを制御する、フィードバックコントローラからの出力を特定することとを含む、条項１２に記載の方法。
条項１４．
第１の象限変化は、モータのロータが第１回転方向に回転しており、かつ、第１回転方向にロータへのトルクを生成するためにモータの巻線内の実際の電流が第１電流方向である、動作の牽引象限から、ロータが第１回転方向に回転しており、かつ、第２回転方向にロータへのトルクを生成するために巻線内の実際の電流が第２電流方向である、動作の制動象限への変化を含み、第１回転方向は第２回転方向とは異なり、第１電流方向は第２電流方向とは異なり、
第１の象限変化を特定することに応じて、複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチを開くことを含む、条項１２に記載の方法。
条項１５．更に、第１の象限変化を特定することに応じて、一切換サイクル中ずっと複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチを開いておくように、フィードバックコントローラの出力を設定することを含む、条項１４に記載の方法。
条項１６．更に、
動作の制動象限から動作の牽引象限への、モータの動作における第２の象限変化を特定することと、
第２の象限変化を特定することに応じて、第２電流方向から第１電流方向へと巻線内の実際の電流の方向を変化させるために制御されるべき複数のスイッチのうちの第２の被選択スイッチを選択することと、
第２の象限変化を特定することに応じて、スイッチブリッジを通じて巻線内の実際の電流を短絡させるように、複数のスイッチのうちの第２の被選択スイッチを制御することとを含む、条項１４に記載の方法。
条項１７．更に、第２の象限変化を特定することに応じて、前記切換サイクル中ずっとスイッチブリッジを通じて巻線内の実際の電流を短絡させるために、複数のスイッチのうちの第２の被選択スイッチを制御するように、フィードバックコントローラの出力を設定することを含む、条項１５に記載の方法。
条項１８．ブラシレス直流モータの動作の象限の変化を制御する方法であって、
モータの動作における象限変化を特定することと、
象限変化を特定することに応じて、巻線内の実際の電流の方向を変化させるために直流電源をモータの巻線に結合するように制御されるべき、スイッチブリッジ内の複数のスイッチのうちの被選択スイッチを選択することと、
象限変化を特定することに応じて、スイッチブリッジを通じて巻線内の実際の電流を短絡させるように、複数のスイッチのうちの被選択スイッチを制御することとを含む、方法。
条項１９．象限変化は、モータのロータが第１回転方向に回転しており、かつ、第２回転方向にロータへのトルクを生成するためにモータの巻線内の実際の電流が第２電流方向である、動作の制動象限から、ロータが第１回転方向に回転しており、かつ、第１回転方向にロータへのトルクを生成するために巻線内の実際の電流が第１電流方向である、動作の牽引象限への変化であり、第１回転方向は第２回転方向とは異なり、第１電流方向は第２電流方向とは異なる、条項１８に記載の方法。
条項２０．更に、象限変化を特定することに応じて、一切換サイクル中ずっとスイッチブリッジを通じて巻線内の実際の電流を短絡させるよう、複数のスイッチのうちの被選択スイッチを制御するように、フィードバックコントローラの出力を設定することを含む、条項１８に記載の方法。
これらの特性及び機能は、本開示の様々な実施形態で個別に実現可能であるか、又は、以下の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解されうる、更に別の実施形態において組み合わされうる。
例示的な実施形態の特徴と考えられる新規の特性は、付随する特許請求の範囲に明記される。しかし、例示的な実施形態並びに好ましい使用モード、更なる目的及びそれらの特性は、添付図面を参照して、本開示の例示的な実施形態についての以下の詳細な説明を読むことにより、最もよく理解されるだろう。
例示的な一実施形態による、モータ制御環境のブロック図を示す。 例示的な一実施形態による、モータコントローラのブロック図を示す。 例示的な一実施形態による、モータ内の電流を制御するためのスイッチブリッジの概略的な回路図を示す。 例示的な一実施形態による、駆動構成の、モータ内の電流を制御するためのスイッチブリッジの概略的な回路図を示す。 例示的な一実施形態による、第１惰行構成の、モータ内の電流を制御するためのスイッチブリッジの概略的な回路図を示す。 例示的な一実施形態による、第２惰行構成の、モータ内の電流を制御するためのスイッチブリッジの概略的な回路図を示す。 例示的な一実施形態による、再生構成の、モータ内の電流を制御するためのスイッチブリッジの概略的な回路図を示す。 例示的な一実施形態による、モータに駆動電流及び惰行電流を提供する切換サイクルの切換タイミングを示す。 例示的な一実施形態による、モータに惰行電流のみを提供する切換サイクルの切換タイミングを示す。 例示的な一実施形態による、モータに惰行電流及び再生電流を提供する切換サイクルの切換タイミングを示す。 例示的な一実施形態による、モータに再生電流のみを提供する切換サイクルの切換タイミングを示す。 例示的な一実施形態による、モータの動作の象限を示す。 例示的な一実施形態による、モータの動作の象限間の変化を示す状態図である。 例示的な一実施形態による、モータの動作の象限を変化させるようにブラシレスＤＣモータ内の電流を制御するための、プロセスのフロー図を示す。 例示的な一実施形態による、電流コマンド及びモータの巻線内の電流の波形図を示す。
種々の例示的な実施形態は、いくつかの異なる検討事項を認識し、かつ勘案している。本書でアイテムを参照する際に使用される「いくつかの」は、一又は複数のアイテムを意味する。例えば、「いくつかの異なる検討事項」は、一又は複数の異なる検討事項を意味する。
種々の例示的な実施形態は、モータ巻線における切換変調を介して電流を制御するために、複数の既存の方法が存在することを、認識し、かつ勘案している。しかし、これらの既存の方法は全て、欠点を有しうる。
種々の例示的な実施形態は、モータ巻線内の電流を制御するために、多くの場合、パルス幅変調（ＰＷＭ）が使用されることを、認識し、かつ勘案している。しかし、パルス幅変調を使用して制御されたモータ電流は、あらゆる動作中に、たとえ静止動作中であっても、脈動電流の害を受ける。パルス幅変調を用いると、ゼロ電流コマンドが脈動電流をもたらす。インダクタンス、電力供給、及びデューディサイクル周波数に依拠して、脈動電流は、大きくなることがあり、スイッチブリッジの不必要なスイッチ加熱、モータの渦電流加熱、及び、モータの騒音が継続的に聞こえる状態を引き起こしうる。モータ制御のためのパルス幅変調法の使用はまた、モータ設計上許容可能な最小インダクタンスに制約を課す。この制約は、ロータの高回転速度を増大させるためにインダクタンスを低減することが望ましいということと相容れない。
種々の例示的な実施形態はまた、他の方法は脈動電流を排除するためにモータ巻線の短絡を利用するが、それは、モータ内の過熱をもたらすことを、認識し、かつ勘案している。しかし、かかる方法は二象限コントローラのみである。二象限制御とは、巻線が正電流を有する時に、コントローラは電流の強制関数の正変化にしか作用することができないことを意味する。第２象限は、巻線が負電流を有する時に、電流の強制関数の負変化に作用している。モータ電流の二象限制御は、電流がある電流レベルであることを要するが、逆電磁力によって、同じ方向のより高い電流レベルになっている状況において、電流の制御を試みている時に、問題を引き起こしうる。この例では、二象限コントローラが、負方向に電流を駆動するために強制関数を提供することはない。
種々の例示的な実施形態はまた、ヒステリックチョッパーが、モータ巻線内の電流を制御する別の方法を提供することを、認識し、かつ勘案している。しかし、これらの方法は、高度に非線形であり、周波数を変えて予測不可能な熱条件を引き起こしうる。
例示的な実施形態は、インパルス幅変調（ＩＷＭ）を使用する、ＤＣモータの巻線内の電流の制御を提供する。ブラシレスＤＣモータのインパルス幅変調は、スイッチブリッジ切換構成を伴うモータ巻線の中の電流の四象限制御を提供する、デジタルアルゴリズム法である。各デューティサイクルにおいて、閉ループ作用が、電流の所望の正パルス又は負パルスを提供するために、スイッチブリッジの一スイッチがオン又はオフになる適切な時を決定する。
例示的な一実施形態により、電流は、各デューティサイクルの所望の方向にのみパルス化される。巻線は次いで、別のスイッチが開くか、又は閉じることによって短絡される。従って、デューティサイクル毎に一スイッチのみがオン及びオフにされる。これは、４つのスイッチをオン及びオフにすることによって各デューティサイクル中に正電流と負電流の強制関数間でサイクルする従来型のパルス幅変調モータ制御を凌駕する、望ましい切換方法を提供する。例示的な一実施形態により、インパルス幅変調は、パルス幅変調に関連付けられた脈動電流のない電流の正確な制御を提供するために、発生条件及び再生条件における適切なスイッチ選択を提供する。図１を見るに、例示的な一実施形態による、モータ制御環境のブロック図が描かれている。モータ制御環境１００は、プラットフォーム１０２上で動作するようモータ１０１を制御するために、実装されうる。プラットフォーム１０２は、その上でモータが動作しうる任意の固定された又は可動式の構造体でありうる。
モータ制御環境１００は、プラットフォーム１０２上で任意の適切な機能又は機能の組み合わせを実施するために、モータ１０１を動作させるよう構成されうる。限定するわけではないが例としては、プラットフォーム１０２は航空機１０４又は別のビークルでありうる。航空機１０４は、固定翼航空機、回転翼航空機、又は軽航空機でありうる。
いくつかの実施例では、航空機１０４はまた、有人又は無人でありうる。限定するわけではないが例としては、航空機１０４は、民間旅客機、貨物航空機、軍用航空機、政府専用機、私用航空機、或いは、任意の適切な課題又は任務、或いは課題又は任務の組み合わせを実施するよう構成された、他の任意の種類の航空機でありうる。更なる例としては、プラットフォーム１０２は、潜水艦、自動車、衛星、或いは、空気中、宇宙空間、地上、水面上、水中、又は、他の任意の媒体又は媒体の組み合わせの中を進行することが可能な他の任意のビークルでありうる。
モータ１０１は電動モータである。具体的には、モータ１０１はブラシレスＤＣモータ１０８を含みうる。限定するわけではないが例としては、モータ１０１は、ブラシレス永久磁石埋込型モータ、永久磁石型同期モータ、或いは、他の任意の適切な種類のブラシレスＤＣモータ１０８又は他の適切な電動モータを含みうる。
モータ１０１は、巻線１１０及びロータ１１２を備える。巻線１１０は、静止しており、かつ、モータステータを形成する。巻線１１０はコイルとも称されうる。ロータ１１２の回転を駆動するために、電力が巻線１１０に提供されうる。ゆえに、巻線１１０はモータ１０１の電機子を形成する。
ロータ１１２はロード１１４に結合されうる。ロード１１４は、ロータ１１２との任意の適切な直接接続又は間接接続を介して任意の様態で動きうる、任意の構造体でありうる。例えば、航空機１０４上では、ロード１１４は、飛行制御業務のための、着陸ギアのための、或いは、航空機１０４上で他の任意の適切な機能又は機能の組み合わせを実施するための、アクチュエータを含みうる。他の応用では、ロード１１４は、ポンプ、ビークル駆動トレイン、別の機能を実施するためのアクチュエータ、或いは、プラットフォーム１０２上の他の任意の適切なロード又はロードの組み合わせでありうる。
モータ１０１の電力は、ＤＣ電源１１６によって提供されうる。ＤＣ電源１１６は、任意の適切なＤＣ電力源を含みうる。限定するわけではないが例としては、航空機１０４上のＤＣ電源１１６は、交直電力変換器からＤＣ電力が提供される、ＤＣバスを含みうる。交直電力変換器の電力は、ＡＣバス上のＡＣ電力から提供されうる。ＡＣバス上のＡＣ電力は、航空機１０４上の発電機によって提供されうる。限定するわけではないが例としては、発電機は、航空機１０４のいくつかのエンジンによって駆動されうる。他の応用では、ＤＣ電源１１６は、電池、或いは他の任意の適切なＤＣ電力源又はＤＣ電力源の組み合わせといった、別の種類のＤＣ電源でありうる。
ＤＣ電源１１６は、スイッチブリッジ１１８を介して、モータ１０１の巻線１１０に結合される。スイッチブリッジ１１８は、多種多様な構成において開閉してＤＣ電源１１６を巻線１１０に接続するよう構成される、複数のスイッチを備える。スイッチブリッジ１１８内の複数のスイッチは、所望の様態でモータ１０１を動作させるために、巻線１１０に適切な構成の電力を提供するように制御されうる。スイッチブリッジ１１８内のスイッチの数及び配置は、モータ１０１内の巻線１１０の位相の数に依拠しうる。限定するわけではないが例としては、スイッチブリッジ１１８は、ＤＣ電源１１６を三相モータ内の三相巻線に結合するための、３つの並列の半Ｈブリッジを含む三相ブリッジでありうる。
モータコントローラ１２０は、所望の様態でモータ１０１の動作を制御するために、スイッチブリッジ１１８の切り換えを制御するよう構成されうる。特許請求の範囲を含む本出願では、スイッチブリッジの切り換えとは、スイッチブリッジ内の一又は複数のスイッチの切り換えを表す。例えば、モータコントローラ１２０は、モータ１０１内の望ましくない電流が低減又は排除されるよう、モータ１０１の動作の象限間の滑らかな変化を提供するように、スイッチブリッジ１１８の切り換えを制御するよう構成されうる。限定するわけではないが例としては、モータコントローラ１２０は、モータ１０１を制御するために、電流コマンド１２２、電流フィードバック１２４、及び回転フィードバック１２６を用いうる。
電流コマンド１２２は、モータ１０１の巻線１１０内の所望の電流を示しうる。限定するわけではないが例としては、電流コマンド１２２は、巻線１１０内の電流の所望の大きさ及び方向を示しうる。モータ１０１によって生成されたトルクは、モータ１０１の巻線１１０内の電流の関数である。従って、電流コマンド１２２は、トルクコマンド１２８と称されうる。
モータコントローラ１２０は、電流コマンド１２２を受信して、モータ１０１を始動させるか、モータ１０１を停止させるか、或いは、所望の方向に所望の速度でモータ１０１又はロード１１４を動作させうる。限定するわけではないが例としては、モータコントローラ１２０は、モータ１０１の動作の象限の変化を特定するために、電流コマンド１２２を使用するよう構成されうる。
電流コマンド１２２は、任意の適切なソースから、任意の適切な形態で、モータコントローラ１２０に提供されうる。限定するわけではないが例としては、電流コマンド１２２は、モータ１０１又はロード１１４を制御するための一又は複数のより高レベルのコントローラから、モータコントローラ１２０によって受信されうる。かかるより高レベルのコントローラは、全自動化されたコントローラ、作業人員、又は機械コントローラと組み合わされた作業人員を含みうる。
電流フィードバック１２４は、モータ１０１の巻線１１０内の電流を特定しうる。電流フィードバック１２４によって特定される、モータ１０１の巻線１１０内の電流は、巻線１１０内の実際の電流と称されうる。好ましくは、電流フィードバック１２４は、巻線１１０の電流の大きさと方向の両方を特定する情報を含む。
電流フィードバック１２４は、任意の適切な電流センサ１３０によって提供されうる。電流センサ１３０は、所望の電流フィードバック１２４を提供するよう構成されうる、任意の数の適切なセンサを含みうる。限定するわけではないが例としては、モータコントローラ１２０は、電流フィードバック１２４が特定したモータ１０１の巻線１１０内の電流を、電流コマンド１２２で特定された所望の電流に合致させるように、適切な様態でスイッチブリッジ１１８の切り換えを制御するよう構成されうる。
回転フィードバック１２６は、モータ１０１のロータ１１２の回転を特定しうる。好ましくは、回転フィードバック１２６は、ロータ１１２の回転の方向と速度の両方を特定する情報を含む。回転フィードバック１２６は、任意の適切な回転センサ１３２によって提供されうる。回転センサ１３２は、所望の回転フィードバック１２６を提供するよう構成されうる、任意の数の適切なセンサを含みうる。限定するわけではないが例としては、回転フィードバック１２６は、モータ１０１の動作の象限の変化を特定するために、及び、モータ１０１の制御のための他の任意の適切な目的のために、モータコントローラ１２０によって使用されうる。
モータコントローラ１２０は、ハードウェア又はソフトウェアと組み合わされたハードウェアを使用して実装されうる。例えば、モータコントローラ１２０は、設定可能ハードウェア１３４、プログラマブルデバイス１３６、又はその両方を使用して実装されうる。設定可能ハードウェア１３４は、モータコントローラ１２０の一又は複数の機能を実施するよう設定可能なハードウェアを含みうる。プログラマブルデバイス１３６は、モータコントローラ１２０の一又は複数の機能を実装するようプログラミング可能な、任意のデバイスを含みうる。限定するわけではないが例としては、プログラマブルデバイス１３６は、プログラマブルマイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、又は他のプログラマブルデバイスを含みうる。
プログラマブルデバイス１３６は、モータコントローラ１２０の一又は複数の機能を実装するために、プログラム指令１３８の形態のソフトウェア又はファームウェアを実行するよう構成されうる。プログラム指令１３８は、プログラマブルデバイス１３６による使用、又は、プログラマブルデバイス１３６への送信のために、任意の適切なコンピュータ可読記憶媒体１４０に記憶されうる。限定するわけではないが例としては、コンピュータ可読記憶媒体１４０は、コンピュータ可読記憶デバイス、又は、プログラム指令１３８を記憶するための他の任意の物理媒体を含みうる。コンピュータ可読記憶媒体１４０に記憶されたプログラム指令１３８は、コンピュータプログラム製品１４２を含みうる。
図１は、種々の例示的な実施形態が実装されうる様態に対する物理的又は構造的な限定を暗示することを、意図するものではない。図示された構成要素に加えて、それらに代えて、又は、それらに加えかつ代えて、他の構成要素が使用されうる。いくつかの例示的な実施形態では、一部の構成要素は不要となりうる。またブロックは、いくつかの機能的な構成要素を示すために提示されている。種々の例示的な実施形態において実装される時、これらのブロックのうちの一又は複数は、異なるブロックと組み合わされるか、又は、異なるブロックに分割されうる。
例えば、モータ１０１は、一よりも多いロードを駆動するために接続されうる。例示的な実施形態は、任意の応用又は動作環境における使用のための任意のサイズのモータを制御するために、使用されうる。限定するわけではないが例としては、例示的な実施形態は、自動車、飛行機、ボート、宇宙船、及び他のビークル上で使用されるモータを制御するために、使用されうる。限定するわけではないが例としては、例示的な実施形態は、宇宙船の指向性アンテナ、暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）システム、航空機の翼及び胴体のリベット結合用のボーリング装置、及び他の応用向けのモータを制御するために、使用されうる。
図２を見るに、例示的な一実施形態による、モータコントローラのブロック図が描かれている。この例では、モータコントローラ２００は、図１のモータコントローラ１２０の一実行形態の例でありうる。モータコントローラ２００は、所望の様態でブラシレスＤＣモータの動作を制御するように、スイッチブリッジ２０２の切り換えを制御するよう構成されうる。
この例では、スイッチブリッジ２０２は、図１のモータ１０１のスイッチブリッジ１１８の一例である。特に、モータコントローラ２００は、モータ内の望ましくない電流を低減又は排除する様態でモータの動作の象限を変化させるように、スイッチブリッジ２０２の切り換えを制御するよう構成されうる。モータコントローラ２００は、フィードバックコントローラ２０４、スイッチコントローラ２０６、及び象限変化コントローラ２０８を備えうる。
フィードバックコントローラ２０４は、入力として電流コマンド２１０及び電流フィードバック２１２を受信するよう構成されうる。電流コマンド２１０は、モータの巻線内の所望の電流２１１を示しうる。例えば、電流コマンド２１０は、モータの巻線内の電流の所望の大きさ及び方向を示しうる。電流フィードバック２１２は、モータの巻線内の実際の電流２１３を特定しうる。フィードバックコントローラ２０４は、所望の電流２１１と実際の電流２１３との間の相違に関する出力２１４を発生させるために、任意の適切な様態で実装されうる。限定するわけではないが例としては、フィードバックコントローラ２０４は、比例積分コントローラ２１６、又は、所望の電流２１１と実際の電流２１３との間の相違に関する出力２１４を提供するための、他の任意の適切なコントローラを含みうる。フィードバックコントローラ２０４からの出力２１４は、スイッチコントローラ２０６に提供されうる。
スイッチコントローラ２０６は、所望の様態でスイッチブリッジ２０２内のスイッチを開閉させるための、適切な制御信号を発生させるよう構成されうる。任意の適切な回路が、スイッチコントローラ２０６に制御信号を発生させることを可能にしてスイッチブリッジ２０２内のスイッチを開閉させるために、スイッチコントローラ２０６とスイッチブリッジ２０２との間に提供されうる。
スイッチコントローラ２０６は、スイッチブリッジ２０２内のスイッチが、駆動２１８、惰行２２０、又は再生２２２向けに構成されるように、スイッチブリッジ２０２内のスイッチを開閉させるよう構成されうる。スイッチブリッジ２０２内のスイッチが駆動２１８向けに構成されている時、ＤＣ電源は、巻線内の電流の大きさを増すために、モータ巻線を超えて接続されうる。駆動２１８は、モータの巻線内の発生電流とも称されうる。スイッチブリッジ２０２内のスイッチは、惰行２２０向けにスイッチブリッジ２０２を構成するために、スイッチブリッジ２０２を通じてモータ巻線を短絡させるよう構成されうる。
惰行２２０において、モータ巻線内の電流は比較的一定に保たれうる。例えば、惰行２２０において、モータ巻線内の電流は、スイッチブリッジ２０２内及びモータ巻線内で、抵抗及び類似の減損によってのみ減少しうる。スイッチブリッジ２０２内のスイッチが再生２２２向けに構成されている時、ＤＣ電源は、モータ巻線内のエネルギーをＤＣ電源に戻すために、モータ巻線を超えて接続されうる。再生２２２において、モータ巻線内の電流の大きさは比較的迅速に低減する。
スイッチコントローラ２０６は、フィードバックコントローラ２０４からの出力２１４に基づいて、駆動２１８、惰行２２０、又は再生２２２向けにスイッチブリッジ２０２を構成しうる。例えば、スイッチコントローラ２０６は、各切換サイクル２２４でスイッチブリッジ２０２内のスイッチの切り換えを制御しうる。切換サイクル２２４の期間は、任意の適切な様態で選択されうる。スイッチコントローラ２０６は、各切換サイクル２２４の、スイッチブリッジ２０２がフィードバックコントローラ２０４からの出力２１４に基づいて駆動２１８、惰行２２０又は再生２２２向けに構成される部分を制御するように、各切換サイクル２２４でスイッチブリッジ２０２内のスイッチを制御しうる。
例えば、フィードバックコントローラ２０４からの出力２１４は、モータ巻線内の所望の電流がモータ巻線内の現在の電流よりも大きいことを示しうる。この場合、スイッチコントローラ２０６は、巻線内の電流を増大させるために、切換サイクル２２４の少なくとも一部分の間、駆動２１８向けにスイッチブリッジ２０２を構成するように、スイッチブリッジ２０２内のスイッチを制御しうる。
フィードバックコントローラ２０４からの出力２１４は、デューティサイクル２２６を含みうる。デューティサイクル２２６は、各切換サイクル２２４の、スイッチブリッジ２０２が駆動２１８、惰行２２０、又は再生２２２向けに構成されるべき部分を示しうる。スイッチコントローラ２０６は次いで、フィードバックコントローラ２０４からの出力２１４として提供されたデューティサイクル２２６を実装するように、各切換サイクル２２４でスイッチブリッジ２２６内のスイッチを制御するよう構成されうる。
限定するわけではないが例としては、デューティサイクル２２６は、モータ巻線内の所望の電流がモータ巻線内の現在の電流よりも大きい又は小さいか否かということ、並びに、モータ巻線内の所望の電流と現在の電流との間の大きさの相違、の両方を示す、フィードバックコントローラ２０４からの単一値出力２１４として提供されうる。例えば、デューティサイクル２２６の標示は、巻線内の所望の電流が現在の電流よりも大きい又は小さいか否かを示しうる。デューティサイクル２２６の絶対値は、所望の電流と現在の電流との間の大きさの相違を示しうる。例えばこの場合、モータ巻線内の所望の電流がモータ巻線内の現在の電流と合致している時に、デューティサイクル２２６の値はゼロになりうる。
象限変化コントローラ２０８は、モータの動作の象限の変化がいつ発生するかを特定するよう、かつ、モータ内の望ましくない電流を低減させる様態での、動作の一象限から動作の別の象限へのモータの動作の変化を制御するよう、構成されうる。例えば、象限変化コントローラ２０８は象限変化識別子２２８を含みうる。
象限変化識別子２２８は、モータの動作の象限の変化を特定するよう構成されうる。限定するわけではないが例としては、象限変化識別子２２８は、電流コマンド２１０と、モータ巻線内の電流の方向の所望の変化を示すフィードバックコントローラ２０４からの出力２１４の両方に応じて、モータの動作の象限の変化を特定しうる。例えば、象限変化識別子２２８は、モータ巻線内の電流の所望の方向の変化を示す電流コマンド２１０と、スイッチコントローラ２０６に切換サイクル２２４において再生２２２向けにスイッチブリッジ２０２を構成するように求める、フィードバックコントローラ２０４からの出力２１４の両方に応じて、モータの動作の象限の変化を特定するよう構成されうる。象限変化識別子２２８はまた、ロータの回転の方向の変化を示す回転フィードバック２３０に応じて、モータの動作の象限の変化を特定しうる。
駆動２１８、惰行２２０、又は再生２２２向けにスイッチブリッジ２０２を構成するように制御されるスイッチブリッジ２０２内のスイッチは、モータの巻線内の電流の所望の方向に依拠して異なりうる。換言すると、駆動２１８、惰行２２０、又は再生２２２向けにスイッチブリッジ２０２を構成するように制御されるスイッチブリッジ２０２内のスイッチは、モータの動作の象限に依拠して異なりうる。
象限変化コントローラ２０８は、モータの動作の特定の象限について駆動２１８、惰行２２０、及び再生２２２向けにスイッチブリッジ２０２を構成するように、スイッチコントローラ２０６によって制御されることになる、スイッチブリッジ２０２内の適切なスイッチを選択するための、スイッチセレクタ２３２を含みうる。限定するわけではないが例としては、スイッチセレクタ２３２は、象限変化識別子２２８によるモータの動作の象限の変化の特定に応じて、スイッチコントローラ２０６によって制御されるスイッチブリッジ２０２内のスイッチを適切に変化させるよう構成されうる。
象限変化コントローラ２０８はまた、フィードバックコントローラ出力２３４を設定するよう構成されうる。設定されたフィードバックコントローラ出力２３４は、象限変化識別子２２８によるモータの動作の象限の変化の特定に応じて、フィードバックコントローラ２０４の出力２１４を設定するよう構成されうる。特に、設定されたフィードバックコントローラ出力２３４は、モータの動作の象限の変化時にモータ内の望ましくない電流を低減するような様態での、モータの動作の象限の変化に応じて、フィードバックコントローラ２０４の出力２１４を設定するよう構成されうる。
モータの動作の象限の変化に応じて、設定されたフィードバックコントローラ出力２３４によってフィードバックコントローラ２０４の出力２１４が設定された後、フィードバックコントローラ２０４は次いで、モータ内の電流を調節するために通常の様態で動作することが可能になりうる。設定されたフィードバックコントローラ出力２３４によるフィードバックコントローラ２０４の出力２１４の設定により生じる、スイッチコントローラ２０６によるスイッチブリッジ２０２の切り換えの変化は、好ましくは、スイッチセレクタ２３２による、スイッチコントローラ２０６によって制御されているスイッチの任意の適切な変化の後に、実装される。
限定するわけではないが例としては、設定されたフィードバックコントローラ出力２３４は、象限１から象限４へのモータの動作の変化に応じて、一切換サイクル中ずっと、スイッチコントローラ２０６が、スイッチブリッジ２０２内のスイッチを開いたままに保ち、それによって、再生２２２向けにスイッチブリッジ２０２を構成することを求めるように、フィードバックコントローラ２０４の出力２１４を設定しうる。別の例としては、設定されたフィードバックコントローラ出力２３４は、象限４から象限１へと戻るモータの動作の象限の変化に応じて、一切換サイクル中ずっと、スイッチコントローラ２０６が惰行２２０向けにスイッチブリッジ２０２内のスイッチを構成することを求めるように、フィードバックコントローラ２０４の出力２１４を設定しうる。
図２は、種々の例示的な実施形態が実装されうる様態に対する物理的又は構造的な限定を暗示することを、意図するものではない。図示された構成要素に加えて、それらに代えて、又は、それらに加えかつ代えて、他の構成要素が使用されうる。いくつかの例示的な実施形態では、一部の構成要素は不要となりうる。またブロックは、いくつかの機能的な構成要素を示すために提示されている。種々の例示的な実施形態において実装される時、これらのブロックのうちの一又は複数は、異なるブロックと組み合わされるか、又は、異なるブロックに分割されうる。
図３を見るに、例示的な一実施形態による、モータ内の電流を制御するためのスイッチブリッジの概略的な回路図が描かれている。この例では、スイッチブリッジ３００は、図１のスイッチブリッジ１１８、及び図２のスイッチブリッジ２０２の一実行形態の例である。
スイッチブリッジ３００は、線３０２のＤＣ電力及び接地３０４に接続される。スイッチブリッジ３００は、線３０２のＤＣ電力をモータの巻線３０６、巻線３０８、及び巻線３１０に結合するよう構成されうる。
この例では、スイッチブリッジ３００に接続されたモータは、Ａ相向けの巻線３０６、Ｂ相向けの巻線３０８、及びＣ相向けの巻線３１０を備える三相モータである。本明細書では、矢印３０７、矢印３０９、及び矢印３１１によってそれぞれ示される方向の、巻線３０６、巻線３０８、及び巻線３１０内の電流は、正電流又は正方向の電流と称されうる。矢印３０７、矢印３０９、及び矢印３１１と反対の方向の、巻線３０６、巻線３０８、及び巻線３１０内の電流は、負電流又は負方向の電流と称されうる。
スイッチブリッジ３００は、３つの並列の半Ｈブリッジを形成するよう配置されたスイッチユニット３１２、３１４、３１６、３１８、３２０、及び３２２を備える。スイッチユニット３１２、３１４、３１６、３１８、３２０、及び３２２は、固体回路素子を使用して実装されうる。限定するわけではないが例としては、スイッチユニット３１２、３１４、３１６、３１８、３２０、及び３２２は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、或いは、他のトランジスタ又はトランジスタの組み合わせを使用して、実装されうる。スイッチユニット３１２、３１４、３１６、３１８、３２０、及び３２２は、スイッチ素子であって、スイッチ素子が閉じており、かつ、ダイオードがスイッチ素子に並列に接続され、第１方向と反対の第２方向に導電させるよう構成されている時に、第１方向に導電させるよう構成された、スイッチ素子を備えうる。
スイッチユニット３１２は、線３０２とＡ相向けの巻線３０６との間に接続される。スイッチユニット３１２は、スイッチＡＨ３２４とダイオード３２６とを備える。スイッチＡＨ３２４は、閉じている時には、線３０２から巻線３０６に向かう方向に電流を導通させる。ダイオード３２６は、スイッチＡＨ３２４と並列であり、かつ、スイッチＡＨ３２４の反対方向に電流を導通させる。
スイッチユニット３１４は、線３０２とＢ相向けの巻線３０８との間に接続される。スイッチユニット３１４は、スイッチＢＨ３２８とダイオード３３０とを備える。スイッチＢＨ３２８は、閉じている時には、線３０２から巻線３０８に向かう方向に電流を導通させる。ダイオード３３０は、スイッチＢＨ３２８と並列であり、かつ、スイッチＢＨ３２８の反対方向に電流を導通させる。
スイッチユニット３１６は、線３０２とＣ相向けの巻線３１０との間に接続される。スイッチユニット３１６は、スイッチＣＨ３３２とダイオード３３４とを備える。スイッチＣＨ３３２は、閉じている時には、線３０２から巻線３１０に向かう方向に電流を導通させる。ダイオード３３４は、スイッチＣＨ３３２と並列であり、かつ、スイッチＣＨ３３２の反対方向に電流を導通させる。
スイッチユニット３１８は、Ａ相向けの巻線３０６と接地３０４との間に接続される。スイッチユニット３１８は、スイッチＡＬ３３６とダイオード３３８とを備える。スイッチＡＬ３３６は、閉じている時には、巻線３０６から接地３０４に向かう方向に電流を導通させる。ダイオード３３８は、スイッチＡＬ３３６と並列であり、かつ、スイッチＡＬ３３６の反対方向に電流を導通させる。
スイッチユニット３２０は、Ｂ相向けの巻線３０８と接地３０４との間に接続される。スイッチユニット３２０は、スイッチＢＬ３４０とダイオード３４２とを備える。スイッチＢＬ３４０は、閉じている時には、巻線３０８から接地３０４に向かう方向に電流を導通させる。ダイオード３４２は、スイッチＢＬ３４０と並列であり、かつ、スイッチＢＬ３４０の反対方向に電流を導通させる。
スイッチユニット３２２は、Ｃ相向けの巻線３１０と接地３０４との間に接続される。スイッチユニット３２２は、スイッチＣＬ３４４とダイオード３４６とを備える。スイッチＣＬ３４４は、閉じている時には、巻線３１０から接地３０４に向かう方向に電流を導通させる。ダイオード３４６は、スイッチＣＬ３４４と並列であり、かつ、スイッチＣＬ３４４の反対方向に電流を導通させる。
例示的な一実施形態により、スイッチブリッジ３００内のスイッチは、巻線３０６、巻線３０８、及び巻線３１０内の電流を制御するように、インパルス幅変調を使用して制御されうる。巻線３０６、巻線３０８、又は巻線３１０のうちの１つの中の、正方向又は負方向のいずれかの既存電流について、スイッチブリッジ３００は、線３０２のＤＣ電力から既存電流を駆動するか、スイッチブリッジ３００内の既存電流を惰行させるか、又は、既存電流を再生して線３０２に戻すよう、構成されうる。スイッチブリッジ３００はまた、モータの動作の象限を変化させるために、巻線３０６、巻線３０８、及び巻線３１０内の電流を反転させるように制御されうる。
スイッチブリッジ３００は、様々な例示的実施形態の動作をより明白に説明するために提示されている、一般的なスイッチブリッジ構造体の一例である。図３は、スイッチブリッジが種々の例示的な実施形態により実装されうる様態に対する物理的又は構造的な限定を暗示することを、意図するものではない。スイッチブリッジは、種々の例示的な実施形態により、図３の例に示されている部品とは異なる部品の組み合わせを用いて実装されうる。
例えば、ＩＧＢＴを使用して実装されたスイッチブリッジについては、ＩＧＢＴはボディダイオードを有しないことから、スイッチブリッジのスイッチユニット内のダイオードは別々の素子として提供される必要がありうる。ＭＯＳＦＥＴを使用して実装されたスイッチブリッジについては、ＭＯＳＦＥＴの内蔵ボディダイオードが使用されうる。ＭＯＳＦＥＴがスイッチに使用されれば、別々の環流ダイオードは必要なくなる。ＭＯＳＦＥＴスイッチと直列の別々のダイオードも、必要ではないが、一部の応用においては使用されうる。
図４から図７を見るに、例示的な一実施形態による、モータの巻線内の電流を駆動し、惰行させ、かつ再生するための、図３のスイッチブリッジ３００の様々な構成が描かれている。図４から図７の例示的な構成は、動作の第１象限で動作しているモータの一連の巻線内で電流を駆動し、惰行させ、かつ再生するためのものである。動作の他の象限について、モータの他の巻線内の電流を駆動し、惰行させ、かつ再生するためのスイッチブリッジの切換構成は、本書に提示される詳細な説明及び例示的な実施形態の例に基づいて、当業者には既知となろう。
図４を見るに、例示的な一実施形態による、駆動構成の、モータ内の電流を制御するためのスイッチブリッジの概略的な回路図が描かれている。この例では、スイッチブリッジ４００は、図３のスイッチブリッジ３００の例示的な一構成である。
この例では、スイッチブリッジ４００の駆動構成は、スイッチＡＨ３２４とスイッチＢＬ３４０とを閉じることを含む。スイッチＡＨ３２４とスイッチＢＬ３４０を閉じることにより、電流４０２が、線３０２から、閉じたスイッチＡＨ３２４を通り、矢印３０７の正方向にＡ相向けの巻線３０６を通り、閉じたスイッチＢＬ３４０を通り、接地３０４へと流れることになる。矢印３０７の方向の巻線３０６内の既存の正電流を想定すると、電流４０２は、巻線３０６内の既存電流を駆動し、それによって、巻線３０６内の電流を増大させることになる。限定するわけではないが例としては、スイッチブリッジ４００の駆動構成は、巻線３０６内の矢印３０７の正方向の電流を増大させるべきであるというモータコントローラからの指示に応じて、使用されうる。
ここで図５を見るに、例示的な一実施形態による、第１惰行構成の、モータ内の電流を制御するためのスイッチブリッジの概略的な回路図が描かれている。この例では、スイッチブリッジ５００は、図３のスイッチブリッジ３００の別の例示的な構成である。
この例では、スイッチＡＨ３２４は、スイッチブリッジ５００の惰行構成を提供するために閉じている。矢印３０７の方向の巻線３０６内の既存の正電流を想定すると、閉じたスイッチＡＨ３２４は、巻線３０６内の既存電流のために、スイッチブリッジ５００を通じて短絡を創出する。結果としてもたらされるスイッチブリッジ５００内の電流５０２は、巻線３０６から、スイッチユニット３１４内のダイオード３３０を通り、閉じたスイッチＡＨ３２４を通って、矢印３０７の正方向で巻線３０６に戻るように流れる。巻線３０６内の既存電流は、スイッチブリッジ５００が惰行構成である場合、比較的一定に保たれうる。
スイッチブリッジ５００が惰行構成である場合、巻線３０６内の既存電流の減少は、スイッチブリッジ５００、及び、巻線３０６と巻線３０８の中の抵抗及び類似の減損により、比較的少量でありうる。限定するわけではないが例としては、スイッチブリッジ５００の惰行構成は、巻線３０６内の矢印３０７の正方向の電流を現在のレベルに維持すべきであるというモータコントローラからの指示に応じて、使用されうる。
図６を見るに、例示的な一実施形態による、第２惰行構成の、モータ内の電流を制御するためのスイッチブリッジの概略的な回路図が描かれている。この例では、スイッチブリッジ６００は、図３のスイッチブリッジ３００の別の例示的な構成である。
この例では、スイッチＢＬ３４０は、スイッチブリッジ６００の惰行構成を提供するために閉じている。矢印３０７の方向の巻線３０６内の既存の正電流を想定すると、閉じたスイッチＢＬ３４０は、巻線３０６内の既存電流のために、スイッチブリッジ６００を通じて短絡を創出する。結果としてもたらされるスイッチブリッジ６００内の電流６０２は、巻線３０６から、閉じたスイッチＢＬ３４０を通り、スイッチユニット３１８内のダイオード３３８を通って、矢印３０７の正方向で巻線３０６に戻るように流れる。巻線３０６内の既存電流は、スイッチブリッジ６００が惰行構成である場合、比較的一定に保たれうる。
スイッチブリッジ６００が惰行構成である場合、巻線３０６内の既存電流の減少は、スイッチブリッジ６００、及び、巻線３０６と巻線３０８の中の抵抗及び類似の減損により、比較的少量でありうる。限定するわけではないが例としては、スイッチブリッジ６００の惰行構成は、巻線３０６内の矢印３０７の正方向の電流を現在のレベルに維持すべきであるというモータコントローラからの指示に応じて、使用されうる。
図５のスイッチブリッジ５００、及び図６のスイッチブリッジ６００の惰行構成は、巻線３０６内で矢印３０７の正方向に電流を惰行させるための、代替的な構成である。例示的な一実施形態により、両方の代替的な構成は、巻線３０６内で矢印３０７の方向に正電流を惰行させることが求められる切換サイクル中に、使用されうる。例えば、巻線３０６内の正電流を惰行させることが求められる切換サイクル中に、切換サイクルの一部分について、図５のスイッチブリッジ５００の惰行構成を実装するためにスイッチＡＨ３２４は閉じ、かつ、スイッチＢＬ３４０は開きうる。切換サイクルの別の部分において、図６のスイッチブリッジ６００の惰行構成を実装するために、次いでスイッチＡＨ３２４は開き、かつ、スイッチＢＬ３４０は閉じうる。
この様態での異なる惰行構成間の切り換えにより、惰行電流を伝導する負担が、各切換サイクルで、スイッチブリッジの種々の構成要素間で分担される。従って、この様態での異なる惰行構成間の切り換えは、惰行電流の伝導から生じる、スイッチブリッジ内の構成要素の望ましくない加熱を低減しうる。
図７を見るに、例示的な一実施形態による、再生構成の、モータ内の電流を制御するためのスイッチブリッジの概略的な回路図が描かれている。この例では、スイッチブリッジ７００は、図３のスイッチブリッジ３００の別の例示的な構成である。
この例では、スイッチブリッジ７００の再生構成は、スイッチブリッジ７００内のスイッチ全てを開くことを含む。矢印３０７の方向の巻線３０６内の既存の正電流を想定すると、スイッチブリッジ７００内のスイッチ全てを開くことで、再生電流７０２をもたらすことになる。
再生電流７０２は、接地３０４から、ダイオード３３８を通り、矢印３０７の正方向に巻線３０６を通り、ダイオード３３０を通って、線３０２に向かう方向に流れる。再生電流７０２は、巻線３０６内のエネルギーを、線３０２を介してＤＣ電源へと戻し、それによって、巻線３０６内の電流を低減させる。限定するわけではないが例としては、スイッチブリッジ７００の再生構成は、巻線３０６内の矢印３０７の正方向の電流を減少させるべきであるというモータコントローラからの指示に応じて、使用されうる。
図８から図１０を見るに、例示的な一実施形態による、モータの巻線内の電流を駆動し、惰行させ、かつ再生するように、スイッチブリッジ内のスイッチを制御するための、様々な切換サイクルにおける切換タイミングが図示されている。図８から図１０の例示的な切換サイクルは、動作の第１象限で動作しているモータの一連の巻線内の電流を駆動し、惰行させ、かつ再生するためのものである。動作の他の象限について、モータの他の巻線内の電流を駆動し、惰行させ、かつ再生するように、スイッチブリッジ内のスイッチを制御するための切換サイクルは、本書に提示される詳細な説明及び例示的な実施形態の例に基づいて、当業者には既知となろう。図８から図１０の特定のスイッチに対する言及は、図３のスイッチブリッジ３００内の対応するスイッチに対する言及となる。
図８を見るに、例示的な一実施形態による、モータに駆動電流及び惰行電流を提供する切換サイクルの切換タイミングを図示している。この例では、切換サイクル８００は、図２のスイッチブリッジ２０２内、又は図３のスイッチブリッジ３００内のスイッチを制御するためのスイッチコントローラ２０６に実装された、切換サイクル２２４の一実行形態の例でありうる。
切換サイクル８００は、三角波８０２を参照して規定されうる。三角波８０２の周波数が、切換サイクル８００の周波数を規定しうる。例示的な一実施形態により、スイッチブリッジ内のスイッチは、モータコントローラによって規定される所望の駆動電流、惰行電流、及び再生電流をモータの巻線に提供するために、各切換サイクル中に開閉しうる。従って、三角波８０２の周波数はまた、スイッチブリッジ内のスイッチの切換周波数を規定しうる。三角波８０２の周波数、従って切換サイクル８００の周波数は、任意の適切な様態で選択されうる。
この例では、三角波８０２に対する線８０４の位置が、切換サイクル８００中の、スイッチブリッジ内のスイッチＡＨの切り換えのタイミングを規定しうる。例えば、スイッチＡＨは、三角波８０２が下降し、線８０４と交わる点８０８において閉じうる。スイッチＡＨは、三角波８０２が上昇し、線８０４と交わる点８１０において開きうる。同様に、三角波８０２に対する線８０６の位置が、切換サイクル８００中の、スイッチブリッジ内のスイッチＢＬの切り換えのタイミングを規定しうる。例えば、スイッチＢＬは、三角波８０２が下降し、線８０６と交わる点８１２において開きうる。スイッチＢＬは、三角波８０２が上昇し、線８０６と交わる点８１４において閉じうる。
理解されるように、三角波８０２に対する線８０４及び線８０６の位置は、各切換サイクル中にどれだけの時間、スイッチブリッジが、モータの巻線内の電流を駆動し、惰行させ、又は再生するよう構成されるかを、規定しうる。従って、三角波８０２に対する線８０４及び線８０６の位置は、モータ巻線内の所望の電流を実現するように、モータコントローラによって適切に調整されうる。限定するわけではないが例としては、三角波８０２に対する線８０４及び線８０６の位置は、図２のフィードバックコントローラ２０４からの出力２１４のようなフィードバックコントローラからの出力に応じて、調整されうる。
この例では、切換サイクル８００の全期間は、時点ｔ１から時点ｔ６までにわたりうる。時点ｔ１から時点ｔ２までの時間間隔８１６において、スイッチブリッジ内のスイッチＢＬは閉じており、スイッチブリッジ内のスイッチＡＨは開いている。従って、時間間隔８１６において、スイッチブリッジは、図６に示すように、電流を惰行させるように構成されうる。スイッチＡＨは時点ｔ２に閉じる。時点ｔ２から時点ｔ３までの時間間隔８１８において、スイッチＢＬとスイッチＡＨの両方が閉じている。従って、時間間隔８１８において、スイッチブリッジは、図４に示すように、電流を駆動するように構成されうる。
スイッチＢＬは時点ｔ３に開く。時点ｔ３から時点ｔ４までの時間間隔８２０において、スイッチＢＬは開いており、スイッチＡＨは閉じている。従って、時間間隔８２０において、スイッチブリッジは、図５に示すように、電流を惰行させるように構成されうる。時点ｔ４に、スイッチＢＬは再び閉じる。時点ｔ４から時点ｔ５までの時間間隔８２２において、スイッチＢＬとスイッチＡＨの両方が閉じており、スイッチブリッジは再び、時間間隔８１８においてと同様に、駆動向けに構成される。時点ｔ５に、スイッチＡＨが開く。時点ｔ５から時点ｔ６までの時間間隔８２４において、スイッチＢＬは閉じ、スイッチＡＨは開いており、スイッチブリッジは再び、時間間隔８１６においてと同様に、惰行向けに構成される。
この例では、スイッチブリッジは、切換サイクル８００中のおよそ半分の時間にわたり、電流を駆動するように構成される。切換サイクル８００中の残りの半分の時間中、スイッチブリッジは惰行向けに構成される。従って、限定するわけではないが例としては、切換サイクル８００のデューティサイクルは、５０％デューティサイクル又は＋５０％デューティサイクルと称されうる。
フィードバックコントローラからの出力は、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチブリッジ内のスイッチを切り換えるための所望のデューティサイクルを規定しうる。この場合、限定するわけではないが例としては、スイッチブリッジ内のスイッチは、フィードバックコントローラからの０．５という出力値に応じて、切換サイクル８００について説明したように制御されうる。
図９を見るに、例示的な一実施形態による、モータに惰行電流のみを提供する切換サイクルの切換タイミングを図示している。この例では、切換サイクル９００は、図２のスイッチブリッジ２０２内、又は図３のスイッチブリッジ３００内のスイッチを制御するためのスイッチコントローラ２０６に実装された、切換サイクル２２４の一実行形態の例でありうる。
この例では、スイッチブリッジ内のスイッチＡＨの切り換えのタイミングを規定する線８０４と、スイッチブリッジ内のスイッチＢＬの切り換えのタイミングを規定する線８０６の両方が、三角波８０２の頂点までの中間に位置付けられている。この場合、切換サイクル９００中に、スイッチＢＬが開くのと同時にスイッチＡＨは閉じ、かつ、スイッチＡＨが開くのと同時にスイッチＢＬは閉じる。スイッチＡＨ及びＢＬの各々は、切換サイクル９００の期間中、一回開閉する。
従って、この例では、切換サイクル９００中のおよそ半分の時間にわたり、スイッチＢＬは閉じ、スイッチＡＬは開いている。この時間中、スイッチブリッジは、図６に示すように、電流を惰行させるように構成されうる。切換サイクル９００中の残りの半分の時間にわたり、スイッチＢＬは開き、スイッチＡＬは閉じている。この時間中、スイッチブリッジは、図５に示すように、電流を惰行させるように構成されうる。
スイッチブリッジはゆえに、切換サイクル９００におけるほぼ全ての時間にわたり、電流を惰行させるように構成される。従って、限定するわけではないが例としては、切換サイクル９００のデューティサイクルは、０％デューティサイクルと称されうる。フィードバックコントローラからの出力は、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチブリッジの切り換えのための所望のデューティサイクルを規定しうる。この場合、限定するわけではないが例としては、スイッチブリッジ内のスイッチは、フィードバックコントローラからの０という出力値に応じて、切換サイクル９００について説明したように制御されうる。
図１０を見るに、例示的な一実施形態による、モータに惰行電流及び再生電流を提供する切換サイクルの切換タイミングを図示している。この例では、切換サイクル１０００は、図２のスイッチブリッジ２０２内、又は図３のスイッチブリッジ３００内のスイッチを制御するためのスイッチコントローラ２０６に実装された、切換サイクル２２４の一実行形態の別の例でありうる。前述の例においてと同様に、三角波８０２に対する線８０４及び線８０６の位置が、切換サイクル１０００における、スイッチブリッジ内のスイッチＡＨ及びＢＬの切り換えのタイミングをそれぞれ規定しうる。
この例では、切換サイクル１０００の全期間は、時点ｔ１から時点ｔ５までにわたりうる。時点ｔ１から時点ｔ２までの時間間隔１００２において、スイッチブリッジ内のスイッチＢＬは閉じており、スイッチブリッジ内のスイッチＡＨは開いている。従って、時間間隔１００２において、スイッチブリッジは、図６に示すように、電流を惰行させるように構成されうる。スイッチＢＬは、三角波８０２が下降し、線８０６と交わる時点ｔ２において開く。
時点ｔ２から時点ｔ３までの時間間隔１００４において、スイッチＢＬとスイッチＡＨの両方が開いている。従って、時間間隔１００４において、スイッチブリッジは、図７に示すように、電流を再生するよう構成されうる。スイッチＡＨは、三角波８０２が下降し、線８０４と交わる時点ｔ３において閉じる。時点ｔ３から時点ｔ４までの時間間隔１００６において、スイッチＢＬは開いており、スイッチＡＨは閉じている。従って、時間間隔１００６において、スイッチブリッジは、図５に示すように、電流を惰行させるように構成されうる。三角波８０２が上昇し、線８０４と交わる時に、時点にｔ４おいて、スイッチＡＨは開く。時点ｔ４から時点ｔ５までの時間間隔１００８において、スイッチＢＬとスイッチＡＨの両方が開いており、スイッチブリッジは再び、時間間隔１００４においてと同様に、再生向けに構成される。
この例では、スイッチブリッジは、切換サイクル１０００におけるおよそ半分の時間にわたり、電流を再生するよう構成される。切換サイクル１０００における残りの半分の時間中、スイッチブリッジは惰行向けに構成される。再生電流は、モータ内の駆動電流と反対方向である。従って、限定するわけではないが例としては、切換サイクル１０００のデューティサイクルは、−５０％デューティサイクルと称されうる。
フィードバックコントローラからの出力は、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチブリッジの切り換えのための所望のデューティサイクルを規定しうる。この場合、限定するわけではないが例としては、スイッチブリッジ内のスイッチは、フィードバックコントローラからの−０．５という出力値に応じて、切換サイクル１０００に関して説明したように制御されうる。
図１１を見るに、例示的な一実施形態による、モータに再生電流のみを提供する切換サイクルの切換タイミングを図示している。この例では、切換サイクル１１００は、図２のスイッチブリッジ２０２、又は図３のスイッチブリッジ３００内のスイッチを制御するためのスイッチコントローラ２０６に実装された、切換サイクル２２４の一実行形態の別の例でありうる。
図８から図１０の例示的な切換サイクルは、動作の第１象限で動作しているモータの一連の巻線内の電流を制御するためのものである。対照的に、切換サイクル１１００は、モータが動作の第４象限で動作している時に、モータの同じ一連の巻線内の電流を制御するための切換サイクルの一例である。
動作の第４象限における駆動、惰行、及び生成向けの巻線内の電流の方向は、動作の第１象限における駆動、惰行、及び生成向けの巻線内の電流の方向と反対になりうる。従って、動作の第４象限において切換サイクル中に制御されるスイッチブリッジ内のスイッチは、第１象限におけるモータ動作のための電流と反対方向である、第４象限におけるモータ動作のための所望の駆動電流、惰行電流及び再生電流を提供するために、動作の第１象限において切換サイクル中に制御されるスイッチブリッジ内のスイッチとは異なりうる。
例えば、図８から図１０では、スイッチブリッジ内のスイッチＡＨ及びＢＬは、第１象限で動作しているモータ向けにモータ巻線内の電流を制御するために、切換サイクル中に制御される。対照的に、スイッチブリッジ内のスイッチＡＨ及びＢＬは、第４象限で動作しているモータ向けに同じ巻線内の電流を制御するために、切換サイクル１１００中に制御される。
この例では、三角波８０２に対する線１１０４の位置が、切換サイクル１１００中の、スイッチブリッジ内のスイッチＡＬの切り換えのタイミングを規定しうる。例えば、スイッチＡＬは、三角波８０２が下降し、線１１０４と交わる時に閉じてよく、三角波８０２が上昇し、線１１０４と交わる時に開きうる。同様に、三角波８０２に対する線１１０６の位置が、切換サイクル１１００中の、スイッチブリッジ内のスイッチＢＨの切り換えのタイミングを規定しうる。例えば、スイッチＢＨは、三角波８０２が上り、線１１０６と交わる時に閉じてよく、三角波８０２が下降し、線１１０６と交わる時に開きうる。
ゆえに、三角波８０２に対する線１１０４及び線１１０６の位置は、スイッチブリッジが、各切換サイクル中のどれだけの時間、モータの巻線内の電流を駆動し、惰行させ、又は再生するよう構成されるかを、規定しうる。従って、三角波８０２に対する線１１０４及び線１１０６の位置は、モータ巻線内の所望の電流を実現するように、モータコントローラによって適切に調整されうる。限定するわけではないが例としては、三角波８０２に対する線１１０４及び線１１０６の位置は、図２のフィードバックコントローラ２０４からの出力２１４のようなフィードバックコントローラからの出力に応じて、調整されうる。
この例では、線１１０４及び線１１０６は、三角波８０２が線１１０４及び１１０６と決して超えないように、三角波８０２の対向する頂点に位置付けられる。この場合、スイッチＡＬ及びＢＨは、両方とも、切換サイクル１１００全体を通じて開いたままに保たれうる。従って、スイッチブリッジは、切換サイクル１１００全体にわたり、モータ巻線内に再生電流のみを提供するように構成されうる。
動作の第４象限におけるモータの動作中のモータ巻線内の電流は、動作の第１象限におけるモータの動作中のモータ巻線内の電流と反対方向である。従って、動作の第４象限におけるモータの動作中の巻線内の再生電流は、動作の第１象限におけるモータの動作中の巻線内の駆動電流と、同じ方向である。従って、限定するわけではないが例としては、スイッチブリッジが切換サイクル１１００のほぼ全ての時間にわたりモータ巻線内の電流を再生するよう構成される、切り換えサイクル１１００のデューティサイクルは、１００％デューティサイクルと称されうる。
フィードバックコントローラからの出力は、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチブリッジ内のスイッチを切り換えるための所望のデューティサイクルを規定しうる。この場合、限定するわけではないが例としては、スイッチブリッジ内のスイッチは、フィードバックコントローラからの１という出力値に応じて、動作の第４象限におけるモータの動作中に、切換サイクル１１００について説明したように制御されうる。
図１２を見るに、例示的な一実施形態による、モータの動作の象限が図示されている。この例では、モータの動作の象限１２００は、図１のモータ１０１の動作の象限の例でありうる。動作の象限１２００は、モータの回転速度、及びモータ巻線内の電流を参照して規定されうる。
この例では、モータの回転速度は、水平軸１２０２を参照して特定される。限定するわけではないが例としては、モータの回転速度は、分毎の回転数（ＲＰＭ）で、又は、いかに速くロータが回転しているかを示すための他の任意の適切な単位を使用して、表されるロータの速度でありうる。
水平軸１２０２上の点１２０６におけるモータの回転速度はゼロである。従って、水平軸１２０２上の点１２０６は、モータがいずれの方向にも回転していない状態に対応する。
水平軸１２０２上の点１２０６よりも右側の点は、第１回転方向のモータの回転に対応する。水平軸１２０２上の点１２０６よりも更に右側の点は、第１回転方向のより速いモータの回転に対応する。限定するわけではないが例としては、水平軸１２０２上の点１２０６よりも右側の点は、時計回り方向のモータの回転に対応しうる。水平軸１２０２上の点１２０６よりも右側の点は、正の数によって特定されうる。従って、第１回転方向のモータの回転は、正回転と称されうる。
水平軸１２０２上の点１２０６よりも左側の点は、第２回転方向のモータの回転に対応する。水平軸１２０２上の点１２０６よりも更に左側の点は、第２回転方向のより速いモータの回転に対応する。第２回転方向は、第１回転方向に対して反対の回転の方向と称されうる。
同様に、第１回転方向は、第２回転方向に対して反対の回転の方向と称されうる。限定するわけではないが例としては、水平軸１２０２上の点１２０６よりも左側の点は、反時計回り方向のモータの回転に対応しうる。水平軸１２０２上の点１２０６よりも左側の点は、負の数によって特定されうる。従って、第２回転方向のモータの回転は、負回転と称されうる。
この例では、モータの巻線内の電流は、垂直軸１２０７を参照して特定される。限定するわけではないが例としては、モータ巻線内の電流は、任意の適切な電流の単位を使用して特定されうる。モータによって生成されたトルクの方向及び大きさは、モータ巻線内の電流の方向及び大きさによって、直接的に変動しうる。方向及び大きさによって、直接的に変動しうる。従って、モータ巻線内の電流はまた、任意の適切なトルクの単位を使用して特定されうる。この場合、モータによって生成されたトルクは、垂直軸１２０７を参照して特定されてよく、動作の象限１２００は、モータの回転速度及びモータによって生成されたトルクを参照して規定されうる。
垂直軸１２０７上の点１２０６における、モータ巻線内の電流、及びモータによって生成されたトルクは、ゼロである。従って、垂直軸１２０７上の点１２０６は、モータ巻線内のいずれの方向の電流にも、及び、モータにより生成されたいずれの方向のトルクにも、対応しない。
垂直軸１２０７上の点１２０６よりも上方の点は、モータ巻線内の第１電流方向の電流、及び、モータによって生成された第１回転方向のトルクに対応する。垂直軸１２０７上の点１２０６よりも更に上方の点は、第１電流方向のより大きな電流、及び、第１回転方向のより大きなトルクに対応する。限定するわけではないが例としては、垂直軸１２０７上の点１２０６よりも上方の点は、時計回り方向のトルクに対応しうる。垂直軸１２０７上の点１２０６よりも上方の点は、正の数によって特定されうる。従って、第１電流方向の電流は正電流又は正方向の電流と称されてよく、第１回転方向のトルクは正トルクと称されうる。
垂直軸１２０７上の点１２０６よりも下方の点は、モータ巻線内の第２電流方向の電流、及び、モータにより生成された第２回転方向のトルクに対応する。垂直軸１２０７上の点１２０６よりも更に下方の点は、第２電流方向のより大きな電流、及び、第２回転方向のより大きなトルクに対応する。第２電流方向は、第１電流方向に対して反対の電流の方向と称されうる。
同様に、第１電流方向は、第２電流方向に対して反対の電流の方向と称されうる。限定するわけではないが例としては、垂直軸１２０７上の点１２０６よりも下方の点は、反時計回り方向のトルクに対応しうる。垂直軸１２０７上の点１２０６よりも下方の点は、負の数によって特定されうる。従って、第２電流方向の電流は負電流又は負方向の電流と称されてよく、第２回転方向のトルクは負トルクと称されうる。
モータが第１回転方向に回転しており、かつ、第１回転方向のトルクを生成するためにモータの巻線内の電流が第１電流方向である時に、モータは象限１（１２０８）において動作していてよい。従って、この例では、象限１（１２０８）におけるモータの動作は、正回転、正電流及び正トルクを特徴としうる。
モータが第２回転方向に回転しており、かつ、第１回転方向のトルクを生成するためにモータの巻線内の電流が第１電流方向である時に、モータは象限２（１２１０）において動作していてよい。従って、この例では、象限２（１２１０）におけるモータの動作は、負回転、正電流及び正トルクを特徴としうる。
モータが第２回転方向に回転しており、かつ、第２回転方向のトルクを生成するためにモータの巻線内の電流が第２電流方向である時に、モータは象限３（１２１２）において動作していてよい。従って、この例では、象限３（１２１２）におけるモータの動作は、負回転、負電流及び負トルクを特徴としうる。
モータが第１回転方向に回転しており、かつ、第２回転方向のトルクを生成するためにモータの巻線内の電流が第２電流方向である時に、モータは象限４（１２１４）において動作していてよい。従って、この例では、象限４（１２１４）におけるモータの動作は、正回転、負電流及び負トルクを特徴としうる。
象限１（１２０８）及び象限３（１２１２）において、モータ巻線内の電流は、モータの回転の方向と同じ方向のトルクを生成する。従って、象限１（１２０８）及び象限３（１２１２）において、モータによって生成されたトルクは、モータの回転を支援する。象限１（１２０８）及び象限３（１２１２）におけるモータの動作は、牽引と称されうる。象限１（１２０８）と象限３（１２１２）において動作しているモータの回転の方向は逆である。従って、象限３（１２１２）は、象限１（１２０８）に対する動作の逆牽引象限と称されうる。象限１（１２０８）は、象限３（１２１２）に対する動作の逆牽引象限と称されうる。
象限２（１２１０）及び象限４（１２１４）において、モータ巻線内の電流は、モータの回転の方向と反対の方向のトルクを生成する。従って、象限２（１２１０）及び象限４（１２１４）において、モータによって生成されたトルクは、モータの回転を妨害する。象限２（１２１０）及び象限４（１２１４）におけるモータの動作は、制動と称されうる。
一例において、線１２１６は、複数の動作の象限１２００においてモータが動作する際の回転の速度、巻線電流、及びモータのトルクの変化を示す。モータの動作は、象限１（１２０８）において始まりうる。線分１２１８は、正方向のモータ巻線内の電流の、比較的大幅な初期増大を示している。電流のこの比較的大幅な増大は、それに対応する、第１回転方向のトルクの大幅な増大を生成し、モータに第１回転方向の回転を開始させる。
線分１２２０は、巻線内の正電流、ひいては第１回転方向のトルクが、維持されて、第１回転方向のモータの回転速度を、所望の惰行速度まで加速させうることを示している。線分１２２０は、モータの回転が開始した後の、モータの回転速度が所望の惰行速度まで加速されるにつれて、正電流の大きさ、ひいては第１回転方向に生成されるトルクが漸減しうることを示している。線分１２２２は、モータの回転速度が所望の惰行速度で維持されている際に、モータ巻線内の正電流の大きさ、ひいては第１回転方向に生成されるトルクが、更に減少しうることを示している。
点１２２４において、モータの動作は、象限１（１２０８）から象限４（１２１４）へと変化する。線分１２２６は、負方向のモータ巻線内の電流の、比較的大幅な増大を示している。負電流のこの比較的大幅な増大は、それに対応する、第２回転方向のトルクの大幅な増大を生成する。モータによって生成されたトルクは、ここで、モータの回転を妨害し、モータに制動を開始させる。
線分１２２８は、巻線内の負電流、ひいては第２回転方向のトルクが、維持されて、第１回転方向のモータの回転速度を低減させることを示している。線分１２２８は、制動中にモータの回転速度が減少するについて、負電流の大きさ、ひいては第２回転方向に生成されるトルクが漸減しうることを示している。
点１２３０において、モータの動作は、象限４（１２１４）から象限３（１２１２）へと変化する。点１２３０において、モータの回転の方向は、第１回転方向から第２回転方向へと反転する。線分１２３２は、巻線内の負電流、ひいては第２回転方向に生成されるトルクが、維持されて、第２回転方向のモータの回転速度を加速させうることを示している。
図１３を見るに、例示的な一実施形態による、モータの動作の象限間の変化の状態図が描かれている。この例では、状態図１３００は、図１２のモータの動作の象限１２００間の変化についての条件の一実行形態の例を示しうる。限定するわけではないが例としては、象限１（１３０２）、象限２（１３０４）、象限３（１３０６）、及び象限４（１３０８）は、図１２の象限１（１２０８）、象限２（１２１０）、象限３（１２１２）、及び象限４（１２１４）にそれぞれ対応しうる。
この実施例では、限定するわけではないが、状態図１３００に示すモータの動作の象限間の変化についての条件は、モータの動作の象限の変化を特定するために、図２の象限変化識別子２２８方向の生成によって使用されうる。
象限１（１３０２）において、モータは第１回転方向に回転していてよく、かつ、モータ巻線内の電流の方向は、モータに、同じく第１回転方向のトルクを生成させうる。象限１（１３０２）で動作しているモータの回転速度は、正回転速度と称されうる。象限１（１３０２）におけるモータ巻線内の電流の方向は、正電流と称されうる。
モータの動作は、電流コマンドが負になり、かつ、フィードバックコントローラ出力が再生を示す時１３１０に、象限１（１３０２）から象限４（１３０８）へと変化しうる。負になりつつある電流コマンドは、モータ巻線内の電流の方向を正電流から負電流へと反転させることに対する要求を示す。
フィードバックコントローラ出力が再生を示す時、スイッチブリッジ内のスイッチ素子は、モータ巻線内のいかなる残留正電流もゼロまで低減するために、再生向けにスイッチブリッジを構成するように制御されうる。フィードバックコントローラからの出力が、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチブリッジの切り換えのための所望のデューティサイクルを規定する上述の例では、この場合に再生を示すフィードバックコントローラ出力が、負の値になりつつあるフィードバックコントローラ出力によって示されうる。
象限４（１３０８）において、モータは第１回転方向に回転していてよいが、モータ巻線内の電流の方向は、ここで、モータに、第１回転方向と反対の第２回転方向の制動トルクを生成させる。象限４（１３０８）で動作しているモータの回転速度は、象限１（１３０２）においてと同様に、正回転速度と称されうる。象限４（１３０８）におけるモータ巻線内の電流の方向は、象限１（１３０２）における電流とは反対方向であり、ゆえに、負電流と称されうる。
モータの動作は、電流コマンドが正になり、かつ、フィードバックコントローラ出力が運転を示す時１３１２に、象限４（１３０８）から象限１（１３０２）へと戻るよう変化しうる。正になりつつある電流コマンドは、モータ巻線内の電流の方向を負電流から正電流へと戻すよう反転させることに対する要求を示す。
フィードバックコントローラ出力が再生を示す時、スイッチブリッジ内のスイッチ素子は、モータ巻線内のいかなる残留負電流もゼロまで低減するために、再生向けにスイッチブリッジを構成するように制御されうる。フィードバックコントローラからの出力が、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチブリッジの切り換えのための所望のデューティサイクルを規定する上述の例では、この場合に再生を示すフィードバックコントローラ出力が、正の値になりつつあるフィードバックコントローラ出力によって示されうる。
モータの動作は、回転速度が負になる時１３１４に、象限４（１３０８）から象限３（１３０６）へと変化しうる。負になりつつある回転速度は、第１回転方向から、第１回転方向と反対の第２回転方向への、モータの回転の方向の変化を示す。
象限３（１３０６）において、モータは第２回転方向に回転していてよく、モータ巻線内の電流の方向は、モータに、同じく第２回転方向のトルクを生成させうる。象限３（１３０６）で動作しているモータの回転速度は、負回転速度と称されうる。象限３（１３０６）におけるモータ巻線内の電流の方向は、負電流と称されうる。
モータの動作は、電流コマンドが正になり、かつ、フィードバックコントローラ出力が再生を示す時１３１６に、象限３（１３０６）から象限２（１３０４）へと変化しうる。正になりつつある電流コマンドは、モータ巻線内の電流の方向を負電流から正電流へと反転させることに対する要求を示す。
フィードバックコントローラ出力が再生を示す時、スイッチブリッジ内のスイッチ素子は、モータ巻線内のいかなる残留負電流もゼロまで低減するために、再生向けにスイッチブリッジを構成するように制御されうる。フィードバックコントローラからの出力が、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチブリッジの切り換えのための所望のデューティサイクルを規定する上述の例では、この場合に再生を示すフィードバックコントローラ出力が、正の値になりつつあるフィードバックコントローラ出力によって示されうる。
象限２（１３０４）において、モータは第２回転方向に回転していてよいが、モータ巻線内の電流の方向は、ここで、モータに、第２回転方向と反対の第１回転方向の制動トルクを生成させる。象限２（１３０４）で動作しているモータの回転速度は、象限３（１３０６）においてと同様に、負回転速度と称されうる。象限２（１３０４）におけるモータ巻線内の電流の方向は、象限３（１３０６）における電流とは反対方向であり、ゆえに、正電流と称されうる。
モータの動作は、電流コマンドが負になり、かつ、フィードバックコントローラ出力が運転を示す時１３１８に、象限２（１３０４）から象限３（１３０６）へと戻るよう変化しうる。負になりつつある電流コマンドは、モータ巻線内の電流の方向を正電流から負電流へと戻すよう反転させることに対する要求を示す。
フィードバックコントローラ出力が再生を示す時、スイッチブリッジ内のスイッチ素子は、モータ巻線内のいかなる残留正電流もゼロまで低減するために、再生向けにスイッチブリッジを構成するように制御されうる。フィードバックコントローラからの出力が、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチの切り換えのための所望のデューティサイクルを規定する上述の例では、この場合に再生を示すフィードバックコントローラ出力が、負の値になりつつあるフィードバックコントローラ出力によって示されうる。
モータの動作は、回転速度が正になる時１３２０に、象限２（１３０４）から象限１（１３０２）へと変化しうる。正になりつつある回転速度は、第２回転方向から、第２回転方向と反対の第１回転方向へと戻る、モータの回転の方向の変化を示す。
この例では、モータの回転の方向が変化しない限り、隣接する動作の牽引象限と動作の制動象限との間を進んだり戻ったりする変化が可能である。かかる変化においては、象限変化間で、モータ巻線内の電流の方向は変更されるが、モータの回転の方向は変化しない。しかしこの例では、現在の動作の象限におけるモータの回転の方向が、直前の動作の象限におけるモータの回転の方向とは逆である場合に、動作の直前の象限に直接的に戻るよう変化することは、可能でないことがある。この場合、モータの回転の方向を再び反転させるために、モータの動作は、他の動作の象限を通じて変更されうる。
換言すると、状態図１３００の例では、モータの動作の象限間の変化は概して時計回り方向である。場合によっては、動作の象限間の変化は、反時計回り方向でありうる。例えば、象限１（１３０２）における第１回転方向の牽引から、象限４（１３０８）における第１回転方向の制動への変化には、象限１（１３０２）における第１回転方向の牽引へと戻る変化が続きうる。同様に、象限３（１３０６）における第２回転方向の牽引から、象限２（１３０４）における第２回転方向の制動への変化には、象限３（１３０６）における第１回転方向の牽引へと戻る変化が続きうる。
しかし、モータの動作が、象限４（１３０８）における第１回転方向の回転から、象限３（１３０６）における第２回転方向の回転へと一旦変更されると、象限１（１３０２）における第１回転方向の回転に戻る唯一の経路は、象限２（１３０４）への変化を経由するものとなる。同様に、モータの動作が、象限２（１３０４）における第２回転方向の回転から、象限１（１３０２）における第１回転方向の回転へと一旦変更されると、象限３（１３０６）における第２回転方向の回転に戻る唯一の経路は、象限４（１３０８）への変化を経由するものとなる。
状態図１３００における象限１（１３０２）と、象限４（１３０８）と、象限３（１３０６）との間の変化は、状態図１３００における象限３（１３０６）と、象限２（１３０４）と、象限１（１３０２）との間の変化の相反であることに、留意しうる。換言すると、状態図１３００における象限１（１３０２）と、象限４（１３０８）と、象限３（１３０６）との間の変化と、状態図１３００における象限３（１３０６）と、象限２（１３０４）と、象限１（１３０２）との間の変化は、動作の象限間のこれら２組の変化では電流の方向及び回転の方向が逆であることを除き、実質的に同じである。
象限１（１３０２）から象限４（１３０８）へのモータの動作の象限の変化は、第１の象限変化と称されうる。この場合、象限４（１３０８）から象限１（１３０２）へと戻る、モータの動作の象限の変化は、第２の象限変化と称されうる。代替的には、象限４（１３０８）から象限３（１３０６）への、モータの動作の象限の変化が、第２の象限変化と称されうる。同様に、象限３（１３０６）から象限２（１３０４）へのモータの動作の象限の変化が、第１の象限変化と称されうる。この場合、象限２（１３０４）から象限３（１３０６）へと戻る、モータの動作の象限の変化は、第２の象限変化と称されうる。代替的には、象限２（１３０４）から象限１（１３０２）への、モータの動作の象限の変化が、第２の象限変化と称されうる。
図１４を見るに、例示的な一実施形態による、モータの動作の象限を変化させるためにブラシレスＤＣモータ内の電流を制御するための、プロセスのフロー図が描かれている。図示するように、プロセス１４００は、図２の象限変化コントローラ２０８に実装されたプロセスの一例でありうる。
プロセス１４００は、モータは第１回転方向に回転しており、かつ、同じく第１回転方向であるモータ内のトルクを生成するためにモータ巻線内の電流は第１電流方向である動作の牽引象限において、モータが動作することによって開始しうる。限定するわけではないが例としては、プロセス１４００は、図１２の象限１（１２０８）において、又は図１３の象限１（１３０２）において、モータが動作することによって開始しうる。
モータの動作の象限が、動作の牽引象限から動作の制動象限へと変化するか否かが、決定されうる（ステップ１４０２）。例えば、動作の牽引象限から動作の制動象限への変化は、モータ巻線内の電流の方向が反転されるべきであると示す電流コマンド、及び、モータのスイッチブリッジ内のスイッチ素子がモータ巻線内の現在の電流を再生するようスイッチブリッジを構成するように制御されうることを示す、モータのフィードバックコントローラからの出力に応じて、特定されうる。
限定するわけではないが例としては、モータ巻線内の電流の方向は反転されるべきであると示す電流コマンドは、モータ巻線内の正電流に対する要求から、モータ巻線内の負電流に対する要求へと変化する、電流コマンドによって示されうる。フィードバックコントローラからの出力が、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチブリッジの切り換えのための所望のデューティサイクルを規定する上述の例では、この場合にスイッチブリッジが再生向けに構成されていることを示すフィードバックコントローラ出力が、負の値になりつつあるフィードバックコントローラ出力によって示されうる。ステップ１４０２は、モータの動作の象限が、動作のトラッキング象限から動作の制動象限へと変化することはないという決定に応じて、反復されうる。
モータの動作の象限が、動作の牽引象限から動作の制動象限へと変化するという決定に応じて、モータ巻線内の電流の方向を反転させるために、モータの巻線内の電流を制御するように制御されることになる、スイッチブリッジ内のスイッチが選択されうる（ステップ１４０４）。スイッチブリッジ内のスイッチは次いで、再生向けにスイッチブリッジを構成するために開きうる（ステップ１４０６）。フィードバックコントローラの出力は、一切換サイクル中ずっと、再生向けにスイッチブリッジを構成するためにスイッチブリッジ内のスイッチを開いたままに保つように、設定されうる（ステップ１４０８）。
ステップ１４０６及び１４０８は、同じ工程の部分として、又は別の工程として、実施されうる。フィードバックコントローラからの出力が、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチブリッジの切り換えのための所望のデューティサイクルを規定する上述の例では、この場合に一デューティサイクル中ずっと再生向けにスイッチブリッジを構成するためのフィードバックコントローラ出力は、１に設定されうる。例えば、図１１の切換サイクル１１００は、ステップ１４０８におけるフィードバックコントローラの出力の設定の結果としての、スイッチブリッジ内のスイッチの切換タイミングの一例でありうる。ステップ１４０８においてフィードバックコントローラの出力が設定された後、フィードバックコントローラは、フィードバックコントローラの出力を調整して、通常の様態でモータの巻線内の電流を制御するように、動作することが可能になりうる。
ステップ１４０８に応じて、モータが第１回転方向に回転しているが、モータ巻線内の電流は第１電流方向と反対の第２電流方向である動作の制動象限において、モータは動作していてよい。第２電流方向のモータ巻線内の電流は、第１回転方向と反対の第２回転方向に、モータ内のトルクを生成する。限定するわけではないが例としては、ステップ１４０８に応じて、図１２の象限４（１２１４）において、又は図１３の象限４（１３０８）において、モータは動作していてよい。
次いで、モータの動作の象限が、動作の制動象限から動作の牽引象限へと戻るよう変化するか否かが決定されうる（ステップ１４１０）。例えば、モータが第１回転方向に回転している状態で、動作の制動象限から動作の牽引象限に戻る変化は、モータ巻線内の電流の方向は反転されるべきであると示す電流コマンド、及び、モータのスイッチブリッジ内のスイッチ素子がモータ巻線内の現在の電流を再生するようスイッチブリッジを構成するように制御されうることを示す、モータのフィードバックコントローラからの出力に応じて、特定されうる。
限定するわけではないが例としては、モータ巻線内の電流の方向は反転されるべきであると示す電流コマンドは、モータ巻線内の負電流に対する要求から、モータ巻線内の正電流に対する要求へと変化する、電流コマンドによって示されうる。フィードバックコントローラからの出力が、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチブリッジの切り換えのための所望のデューティサイクルを規定する上述の例では、この場合にスイッチブリッジが再生向けに構成されていることを示すフィードバックコントローラ出力が、正の値になりつつあるフィードバックコントローラ出力によって示されうる。
モータの動作の象限が、動作の制動象限から動作の牽引象限へと戻るよう変化するという決定に応じて、モータの巻線内の電流を制御するように制御されることになるスイッチブリッジ内のスイッチは、モータが、動作の牽引象限から動作の制動象限への変化以前、動作の牽引象限において動作していた時に制御されていたスイッチに、戻るよう変更されうる（ステップ１４１２）。モータ巻線内の電流を制御するように制御されることになるスイッチブリッジ内のスイッチを、動作の制動象限への変化以前に制御されたスイッチになるように選択することにより、結果として、スイッチブリッジ内のスイッチは、第２電流方向から第１電流方向へと戻るよう巻線内の電流を反転させるように制御されることになる。
スイッチブリッジ内のスイッチは次いで、惰行向けにスイッチブリッジを構成するために、スイッチブリッジを通じてモータ巻線内の電流を短絡させるように制御されうる。（ステップ１４１４）フィードバックコントローラの出力は、一切換サイクル中ずっとスイッチブリッジを通じてモータ巻線内の電流を惰行させるための構成にスイッチブリッジ内のスイッチを保つように、設定されうる（ステップ１４１６）。
ステップ１４１２及び１４１４は、同じ工程の部分として、又は別の工程として、実施されうる。フィードバックコントローラからの出力が、１から−１までの範囲内の単一の符号付きの値として、スイッチブリッジの切り換えのための所望のデューティサイクルを規定する上述の例では、この場合に一デューティサイクル中ずっと惰行向けにスイッチブリッジを構成するためのフィードバックコントローラ出力は、０に設定されうる。例えば、図９の切換サイクル９００は、ステップ１４１６におけるフィードバックコントローラの出力の設定の結果としての、スイッチブリッジ内のスイッチの切換タイミングの一例でありうる。ステップ１４１６においてフィードバックコントローラの出力が設定された後、フィードバックコントローラは、フィードバックコントローラの出力を調整して、通常の様態でモータの巻線内の電流を制御するように、動作することが可能になりうる。
ステップ１４１６に応じて、モータは、モータは第１回転方向に回転しており、かつ、第１回転方向であるモータ内のトルクを生成するためにモータ巻線内の電流は第１電流方向である動作の牽引象限において、再度動作していてよい。プロセスでは次いで、ステップ１４０２に続きうる。
ステップ１４１０において、動作の象限が、モータが第１回転方向に回転している動作の制動象限から、モータが第１回転方向に回転している動作の牽引象限へと戻るよう変化することはないと決定された場合、動作の象限が、モータが第１回転方向に回転している動作の制動象限から、モータが第１回転方向と反対の第２回転方向に回転している牽引象限へと、変化するか否かが決定されうる（ステップ１４１８）。例えば、ステップ１４１８は、第１回転方向から第２回転方向へのモータの回転の方向の変化を特定することに応じて、逆の回転の方向の制動から牽引へのモータの動作の象限の変化を特定することを含みうる。
ステップ１４１８において逆の回転の方向の制動から牽引へのモータの動作の象限の変化を特定することに応じて、モータは、モータが第１回転方向と反対の第２回転方向に回転しており、かつ、同様に第２回転方向であるモータ内のトルクを生成するためにモータ巻線内の電流が第２電流方向である、動作の牽引象限において動作していてよい。限定するわけではないが例としては、ステップ１４１８において逆の回転の方向の制動から牽引へのモータの動作の象限の変化を特定することに応じて即座に、モータは、図１２の象限３（１２１２）において、又は、図１３の象限３（１３０６）において動作していてよい。
プロセス１４００は、ステップ１４１８においてモータの動作の象限の変化を特定することに応じて、終了しうる。プロセス１４００は、モータの動作の象限は変更されないというステップ１４１８における決定に応じて、ステップ１４１０に戻りうる。
ステップ１４００は、図１２の象限１（１２０８）と象限４（１２１４）との間で、及び象限３（１２１２）へと、モータの動作を変化させるための、又は、図１３の象限１（１３０２）と象限４（１３０８）との間で、及び象限３（１３０６）へとモータの動作を変化させるためのプロセスの、一実行形態の例でありうる。図１２の象限３（１２１２）と象限２（１２１０）との間で、及び象限１（１２０８）へとモータの動作を変化させるために、又は、図１３の象限３（１３０６）と象限２（１３０４）との間で、及び象限１（１３０２）へとモータの動作を変化させるために、相反的なプロセスが使用されうる。相反的なプロセスにおける回転の方向、電流、及びトルクは、プロセス１４００で言及された回転の方向、電流、及びトルクから反転されることになる。
図１５を見るに、例示的な一実施形態による、電流コマンド及びモータの巻線内の電流の波形図が描かれている。この例では、波形図１５００における波形は、ブラシレスＤＣモータの動作のコンピュータ実装シミュレーションによって生成される。波形図１５００の水平軸１５０２は、時間（秒）を示している。波形図１５００の垂直軸１５０４は、電流（ａｍｐ）を示している。
波形１５０６は、モータの動作の第１シミュレーションにおける、１つの位相向けの巻線内の所望の電流を示している。従って、波形１５０６は、第１シミュレーションにおけるモータ巻線内の電流のための電流コマンドに対応する。波形１５０８は、モータ巻線内の電流を制御して、波形１５０６で示されている命令電流を追跡するために、従来型のパルス幅変調を使用してモータのスイッチブリッジ内のスイッチが制御されるモータの１つの位相向けの、モータ巻線内のシミュレーションされた実際の電流を示す。従来型のパルス幅変調を使用する、モータの巻線内の電流の制御は、ピークツーピークでおよそ４ａｍｐのモータ巻線内の脈動電流をもたらすことを、波形１５０８は示している。
波形１５１０は、同じモータの動作の第２シミュレーションにおける、１つの位相向けの巻線内の所望の電流を示している。従って、波形１５１０は、第２シミュレーションにおけるモータ巻線内の電流のための電流コマンドに対応する。波形１５１２は、モータ巻線内の電流を制御して、波形１５１０で示されている命令電流を追跡するために、モータのスイッチブリッジ内のスイッチが例示的な一実施形態によるインパルス幅変調を使用して制御されるモータの１つの位相向けの、モータ巻線内のシミュレーションされた実際の電流を示す。例示的な一実施形態によるインパルス幅変調を使用する、モータの巻線内の電流の制御は、ピークツーピークでおよそ０．４ａｍｐのモータ巻線内の脈動電流をもたらすことを、波形１５１２は示している。
波形１５０８と波形１５１２との比較は、例示的な一実施形態によるインパルス幅変調を使用するモータ内の電流の制御が、従来型のパルス幅変調を使用するモータ内の電流の制御と比較して、モータ巻線内の望ましくない脈動電流を著しく減少させうることを示している。
波形１５１０は、およそ２．５秒間での、電流コマンドによるモータ巻線内の電流の方向の所望の変化を示している。モータ巻線内の電流の方向のこの変化は、モータの動作の象限の変化に対応しうる。本書で説明するように、象限変化が例示的な一実施形態により制御されている時には、動作の象限の変化に応じてのモータ巻線内のシミュレーションされた実際の電流の方向の変化は、比較的滑らかであり、かつ、モータ巻線内の許容不可能な電流をもたらさないことを、波形１５１２は示している。
種々の例示的な実施形態は、全面的にハードウェアの実施形態、全面的にソフトウェアの実施形態、又は、ハードウェアエレメントとソフトウェアエレメントの両方を包含する実施形態という形態をとりうる。いくつかの実施形態は、限定するわけではないが例としては、ファームウェア、常駐ソフトウェア、及びマイクロコードといった形態を含むが、それらに限定されるわけではない、ソフトウェアで実装される。
また更に、種々の実施形態は、指令を実行するコンピュータ或いは任意のデバイス又はシステムにより使用される、若しくはそれらと通信可能な、プログラムコードを提供する、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体からアクセス可能な、コンピュータプログラム製品の形態をとりうる。この開示の目的のために、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読記憶媒体は概して、指令を実行するシステム、装置、又はデバイスにより使用されるか、若しくは、それらと通信可能なプログラムを、包含するか、記憶するか、通信するか、伝播するか、又は伝送することが可能な、任意の有形装置でありうる。
コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、限定するわけではないが例としては、電子的は、磁気的な、光学的な、電磁的な、赤外的な、又は半導体のシステムであるか、或いは伝播媒体でありうる。コンピュータ可読媒体の非限定的な例は、半導体メモリ又は固体メモリ、磁気テープ、取外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク、及び光ディスクを含む。光ディスクは、コンパクトディスク−読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−読出し／書込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、及びＤＶＤを含みうる。
更に、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードがコンピュータ上で実行される時に、このコンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードの実行により、コンピュータが、通信リンクを通じて別のコンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードを伝送するように、コンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードを包含又は記憶しうる。この通信リンクは、限定するわけではないが例としては、物理的又は無線の媒体を使用しうる。
コンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードを記憶及び／又は実行するのに好適なデータ処理システムは、システムバスのような通信ファブリックを通じて直接的又は間接的にメモリ素子に結合された、一又は複数のプロセッサを含むことになる。メモリ素子は、プログラムコード、大容量記憶装置、及び、コードの実行中に大容量記憶装置からコードが読み出されうる回数を低減するために、少なくともいくつかのコンピュータ可読プログラムコード又はコンピュータ使用可能プログラムコードの一時的記憶を提供するキャッシュメモリの、実際の実行中に用いられる、ローカルメモリを含みうる。
入出力デバイスすなわちＩ／Ｏデバイスは、直接的にか、又は間にあるＩ／Ｏコントローラを通すかのいずれかで、システムに結合されうる。これらのデバイスは、限定するわけではないが例としては、キーボード、タッチスクリーンディスプレイ、及びポインティングデバイスを含みうる。データ処理システムが、間にある私的又は公的なネットワークを通じて他のデータ処理システム、或いは遠隔のプリンタ又は記憶デバイスに結合されるようになることを可能にするために、種々の通信アダプタもシステムに結合されうる。モデム及びネットワークアダプタといった非限定的な例は、現在利用可能な種類の通信アダプタのうちのいくつかにすぎない。
種々の例示的な実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提示されており、完全な説明であること、又は開示された形態の実施形態に限定することを、意図しているわけではない。当業者には、多くの修正例及び変形例が明白となろう。更に、種々の例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態と比較して、異なる特性を提供しうる。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の適用を最もよく説明するため、及び、他の当業者が、想定される特定の用途に適する様々な修正例を伴う様々な実施形態の開示内容を理解することを可能にするために、選ばれ、かつ説明されている。

Claims (15)

  1. 巻線（１１０）及びロータ（１１２）を備えるモータ（１０１）と、
    複数のスイッチを介して直流電源（１１６）を前記巻線（１１０）に結合するよう構成されたスイッチブリッジ（１１８）と、
    電流コマンド（２１０）によって示された前記巻線（１１０）内の所望の電流（２１１）と、電流フィードバック（２１２）によって特定された前記巻線（１１０）内の実際の電流（２１３）との間の相違に関する出力（２１４）を発生させるよう構成された、フィードバックコントローラ（２０４）と、
    前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）を制御するように、前記フィードバックコントローラ（２０４）からの前記出力（２１４）に応じて前記複数のスイッチを制御するよう構成された、スイッチコントローラ（２０６）と、
    前記モータ（１０１）の動作における第１の象限変化を特定するよう、かつ、前記第１の象限変化を特定することに応じて、前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）の方向を変化させるために、前記スイッチコントローラ（２０６）によって制御されるべき前記複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチを選択するよう、構成された、象限変化コントローラ（２０８）とを備える、装置。
  2. 前記象限変化コントローラ（２０８）は、
    前記巻線（１１０）内の前記所望の電流（２１１）の方向の変化を示す、前記電流コマンド（２１０）、及び、
    前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）を再生して前記直流電源（１１６）に戻すよう前記スイッチブリッジ（１１８）を構成するように、前記スイッチコントローラ（２０６）を制御して前記複数のスイッチを制御する、前記フィードバックコントローラ（２０４）からの前記出力（２１４）、に応じて、前記第１の象限変化を特定するよう構成される、請求項１に記載の装置。
  3. 前記第１の象限変化は、前記ロータ（１１２）が第１回転方向に回転しており、かつ、前記第１回転方向に前記ロータ（１１２）へのトルクを生成するために前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）が第１電流方向である、動作の牽引象限から、前記ロータ（１１２）が前記第１回転方向に回転しており、かつ、第２回転方向に前記ロータ（１１２）へのトルクを生成するために前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）が第２電流方向である、動作の制動象限への変化を含み、前記第１回転方向は前記第２回転方向とは異なり、前記第１電流方向は前記第２電流方向とは異なり、
    前記第１電流方向から前記第２電流方向へと前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）の方向を変化させるために、前記スイッチコントローラ（２０６）によって制御されるべき前記複数のスイッチのうちの前記第１の被選択スイッチが選択される、請求項１又は２に記載の装置。
  4. 前記象限変化コントローラ（２０８）は更に、前記第１の象限変化を特定することに応じて、前記複数のスイッチのうちの前記第１の被選択スイッチを開くよう構成され、
    前記スイッチコントローラ（２０８）は、前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）を制御するために、切換サイクル中に前記複数のスイッチのうちの前記第１の被選択スイッチを開閉させるよう構成され、
    前記象限変化コントローラ（２０８）は更に、前記第１の象限変化を特定することに応じて、一切換サイクル中ずっと前記複数のスイッチのうちの前記第１の被選択スイッチを開いておくよう、前記スイッチコントローラ（２０６）を制御するように、前記フィードバックコントローラ（２０４）の前記出力（２１４）を設定するよう構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
  5. 前記象限変化コントローラ（２０８）は更に、
    前記動作の制動象限から前記動作の牽引象限への、前記モータ（１０１）の動作における第２の象限変化を特定するよう、
    前記第２の象限変化を特定することに応じて、前記第２電流方向から前記第１電流方向へと前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）の方向を変化させるために制御されるべき、前記複数のスイッチのうちの第２の被選択スイッチを選択するよう、かつ、
    前記第２の象限変化を特定することに応じて、前記スイッチブリッジ（１１８）を通じて前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）を短絡させるように、前記複数のスイッチのうちの前記第２の被選択スイッチを制御するよう、構成される、請求項３に記載の装置。
  6. 前記スイッチコントローラ（２０６）は、前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）を制御するために、周期的な切換サイクル中に前記複数のスイッチのうちの前記第２の被選択スイッチを開閉させるよう構成され、
    前記象限変化コントローラ（２０８）は更に、前記第２の象限変化を特定することに応じて、一切換サイクル中ずっと前記スイッチブリッジ（１１８）を通じて前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）を短絡させるよう、前記スイッチコントローラ（２０６）を制御して前記複数のスイッチのうちの前記第２の被選択スイッチを制御するように、前記フィードバックコントローラ（２０４）の前記出力（２１４）を設定するよう構成される、請求項５に記載の装置。
  7. 前記象限変化コントローラ（２０８）は、前記動作の制動象限から、前記ロータ（１１２）が前記第２回転方向に回転しており、かつ、前記第２回転方向に前記ロータ（１１２）へのトルクを生成するために前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）が前記第２電流方向である、動作の逆牽引象限への、第２の象限変化を特定するよう構成される、請求項３に記載の装置。
  8. 前記複数のスイッチは、スイッチ素子であって、スイッチ素子が閉じており、かつ、スイッチ素子と並列のダイオードが第１方向と反対の第２方向に導電させるよう構成されている時に、前記第１方向に導電させるよう構成されたスイッチ素子を備える、請求項１に記載の装置。
  9. 前記装置は航空機（１０４）上にある、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
  10. ブラシレス直流モータ（１０８）の動作の象限の変化を制御する方法であって、
    モータ（１０１）の動作における第１の象限変化を特定することと、
    前記第１の象限変化を特定することに応じて、巻線（１１０）内の実際の電流（２１３）の方向を変化させるために直流電源（１１６）を前記モータ（１０１）の前記巻線（１１０）に結合するように制御されるべき、スイッチブリッジ（１１８）内の複数のスイッチのうちの第１の被選択スイッチを選択することとを含む、方法。
  11. 前記第１の象限変化を特定することは、
    前記巻線（１１０）内の所望の電流（２１１）の方向の変化を示す電流コマンド（２１０）を特定することと、
    前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）を再生して前記直流電源（１１６）に戻すよう前記スイッチブリッジを構成するように、前記複数のスイッチを制御する、フィードバックコントローラ（２０４）からの出力（２１４）を特定することとを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第１の象限変化は、前記モータ（１０１）のロータ（１１２）が第１回転方向に回転しており、かつ、前記第１回転方向に前記ロータ（１１２）へのトルクを生成するために前記モータ（１０１）の前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）が第１電流方向である、動作の牽引象限から、前記ロータ（１１２）が前記第１回転方向に回転しており、かつ、第２回転方向に前記ロータ（１１２）へのトルクを生成するために前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）が第２電流方向である、動作の制動象限への変化を含み、前記第１回転方向は前記第２回転方向とは異なり、前記第１電流方向は前記第２電流方向とは異なり、前記第１の象限変化を特定することに応じて、前記複数のスイッチのうちの前記第１の被選択スイッチを開くことを含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 更に、前記第１の象限変化を特定することに応じて、一切換サイクル中ずっと前記複数のスイッチのうちの前記第１の被選択スイッチを開いておくように、フィードバックコントローラ（２０４）の出力（２１４）を設定することを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 更に、
    前記動作の制動象限から前記動作の牽引象限への、前記モータ（１０１）の動作における第２の象限変化を特定することと、
    前記第２の象限変化を特定することに応じて、前記第２電流方向から前記第１電流方向へと前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）の方向を変化させるために制御されるべき、前記複数のスイッチのうちの第２の被選択スイッチを選択することと、
    前記第２の象限変化を特定することに応じて、前記スイッチブリッジ（１１８）を通じて前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）を短絡させるように、前記複数のスイッチのうちの前記第２の被選択スイッチを制御することとを含む、請求項１２に記載の方法。
  15. 更に、第２の象限変化を特定することに応じて、前記切換サイクル中ずっと前記スイッチブリッジ（１１８）を通じて前記巻線（１１０）内の前記実際の電流（２１３）を短絡させるよう、前記複数のスイッチのうちの第２の被選択スイッチを制御するように、前記フィードバックコントローラ（２０４）の前記出力（２１４）を設定することを含む、請求項１３に記載の方法。
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