JP2023549847A - 同期モータ制御のための方法及びデバイス - Google Patents

Abstract

ステータと、ロータと、を有する同期モータを制御する方法は、モータの給電電圧の周波数、位相、及び値、並びに上記同期モータのステータ及びロータ磁場ベクトル間の角度の関数としてのモータの磁束の値を修正することを含み、上記角度の微分、角速度は、上記ベクトル間で一致しない。

Description

本発明は、同期モータの分野に関する。より具体的には、本発明は、ステータ巻線が、一定の周波数で回路網から給電されるか、又は自律的な可変周波数源－インバータ若しくはサイクロコンバータから給電される場合の、永久磁石ロータを有する同期モータ、又は励磁（界磁）巻線における電流からの励磁を伴う同期モータに関する。本発明は、具体的には、同期モータ始動、引き込み同期プロセス、並びに同期動作モードでの静的及び動的安定性に関する。別の態様では、本発明は、寸法、質量、生産のコスト、及び同期モータの電力単位当たりの電気損失の低減に関し、それにより、同期モータの効率が増加する。

同期モータの動作についての主要な要件は、信頼性の高い起動及び引き込み同期であって、これと共に比較的小さい始動電流を提供すること、並びにモータシャフトにおける速度及び負荷の変化を含む同期回転モードにおけるモータ動作の動的及び静的安定性である。

これらの要件を提供する主要な既知の方法は、以下の通りである。すなわち、ステータ巻線が、一定の周波数の定常回路網から給電される場合、ロータ上に励磁巻線及び始動短絡巻線を有する同期モータが使用される。引き込み同期は、２段階で生じる。第１の段階で、モータは、上記始動巻線を使用することによって、又は追加の補助モータを採用することによって、同期速度に近い速度まで加速され、その後、直流電流が励磁巻線に供給され、１回又は数回の振動の後、モータを同期に引き込む。同期モードで、特定の短絡巻線は、振動を低減し（減衰させて）、モータの動的安定性を維持するのに役立つ。

この方法の欠点は、モータが同期回転速度を達成できず、一部の場合、停止することである。これは、励磁（界磁）電流が励磁（界磁）巻線に印加されるときに生じる。このような場合、２つの反対方向のトルクのインパルス（すなわち、トルク生成及びその動作時間）が発生し、それは、ロータ場及びステータ間の角度が１８０°変化する毎に符号を変更する。２つの反対方向のトルクのインパルスは、等しくない、トルクの交番インパルスの反発成分及び吸引成分である。これは、それらの存在時間が、同じではなく且つ滑りの値に依存するためである。したがって、トルクのインパルスのこれらの成分も滑りに依存する（Ｚｖｉ Ｖａｉｎｅｒ、Ｂｏｒｉｓ Ｅｐｓｈｔｅｉｎ、Ｓａａｄ Ｔａｐｕｃｈｉ、Ｙｏｒａｍ Ｈｏｒｅｎ、Ｐａｖｅｌ Ｓｔｒａｚｈｎｉｋｏｖ、Ｍｏｓｈｅ Ａｖｅｒｂｕｋｈ、及びＡｌｏｎＫｕｐｅｒｍａｎ、「同期モータ引き込みプロセス分析」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ、Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．６（２０１５）、１５５００８８（１３ページ））。トルクの吸引インパルス及び反発インパルス間の差が大きくなるほど、モータの引き込み同期が成功する可能性が高くなる。

同期動作で、短絡巻線は、限定された減衰能力を有する。その上、それは、モータの重量、寸法、コスト、及び電気損失を増加させる。

モータのステータ巻線が周波数インバータから給電される場合、モータの始動及び更なる動作は、同期回転モードで生じる。しかしながら、速度制御中の動的電磁負荷又はモータシャフトにおける機械的な負荷はまた、同期の逸脱及び緊急制動につながり得る。

本発明の目的は、信頼性の高い始動及び引き込み同期モータの同期を提供することである。提案された発明の主要なアイデアは、モータの電磁トルクのインパルスの同期成分（吸引成分）を増加させ、その制動（又は反発）成分を低減することを可能にする方法の設計である。

本発明の別の目的は、機械的な負荷が変更された場合の同期モータの同期回転の静的及び動的安定性を提供することである。

本発明の更なる目的は、同期モータの回転速度を制御しつつ、同期モータの同期回転の静的及び動的安定性を維持することである。

本発明の更なる目的は、予備起動の機能を実行し動的安定性を維持して、同期モータの多数の設計から追加の短絡ロータ巻線を排除できることである。巻線は、同じ機能を提供し、同時に、モータの動作の効率が増加する、モータの負荷角（又は出力角）δについてのフィードバックシステムに置き換えられ得る。

本発明の更なる目的は、同期モータの回生制動のための方法の開発である。モータモードから、モータが制動モードにあるときに生じるエネルギー生成モードへの同期機械の移行は、ステータ及びロータ場ベクトルの順序が変更され、いかなる追加の動作もなく自動的な（自然の）エネルギー回生を伴う、同期機械にとって自然なモードである。提案された方法は、ロータ及びステータの場の間の角度を測定することによってエネルギー移動の方向の変化を特定して、それに従って、必要とされるエネルギーの方向を調整することを可能にする。

本発明の更なる目的は、本発明の他の目的であるモータの同期回転のモードで負荷角（又は出力角）と呼ばれる、ステータ及びロータで形成される場の合計ベクトル間の角度を測定するデバイスを提供することである。

本発明の他の目的及び利点は、説明が進むにつれて明らかになるであろう。

ステータと、ロータと、を有する同期モータを制御する方法は、モータの給電電圧の周波数、位相、及び値、並びに上記同期モータのステータ及びロータ磁場ベクトル間の角度の関数としてのモータの磁束の値を修正することを含み、上記角度の微分、角速度は、上記ベクトル間で一致しない。

本発明の実施形態によると、同期モータの制御は、上記同期モータの同期回転及び回生制動のモードを始動することを含む。

本発明の実施形態によると、ステータ巻線における電流によって形成される場とのロータ及びロータの磁場の同期回転のモード（ここでは同期動作モード（synchronous mode of operation））への同期モータの引き込み、並びに同期動作モードでモータの静的及び動的安定性を維持することは、上記場の位相、周波数、及び振幅の修正によって提供され、したがって、上記場の間の角度及び角度の微分の測定は、修正の精度を保証するパラメータである。

本発明の実施形態によると、ロータにおける励磁（界磁）巻線、及び一定の周波数の電圧回路網からのステータ巻線の給電を伴う同期モータの始動は、ロータ及びステータ場の間の角度の測定値でのみ、直流励磁（界磁）電流を供給することによって、ロータ及びロータの場の角速度をステータ場の角速度に修正することを含み、当該測定値において、電磁トルクのインパルスは、ロータ回転の加速を、ステータ場とのロータ回転の同期の方向にもたらして、インパルスの動作が制動効果をもたらす場合には印加されない。

本発明の実施形態によると、ロータにおける励磁（界磁）巻線、及び一定の周波数の電圧回路網からのステータ巻線の給電を伴う同期モータの始動は、異なる極性の励磁（界磁）電流を励磁（界磁）巻線に供給することによって、ロータの角速度をステータ場の角速度に修正する一方、電磁（発生）トルクのインパルスが、ステータ場とのロータ回転の引き込み同期までのロータ回転の加速の方向に常に機能するように、励磁（界磁）電流の極性は、ロータ及びステータ場ベクトルの位置の間の角度に応じて滑り周波数で変更される。

本発明の実施形態によると、ロータにおける励磁（界磁）巻線、及び一定の周波数の電圧回路網からのステータ巻線の給電を伴う同期モータの始動は、ロータ速度が始動プロセス中に変化しつつ、ロータ速度の関数としての励磁（界磁）電流値を調節することを含む。

本発明の実施形態によると、ロータにおいて励磁（界磁）巻線又は永久磁石を有する同期モータの始動において、同期モータのステータ巻線が電力供給電圧によって給電され、ステータ及びロータの磁場ベクトルの間の角度の関数としての値によって電力供給電圧が変調され、上記角度の値は、滑り周波数で変更される。給電電圧は、ステータ場速度とのロータ速度の同期の方向のモーメント（moment）に対応する上記角度の値でステータ巻線に印加され、ロータ制動の方向のモーメントに対応する角度の値で印加されない。

本発明の実施形態によると、ロータにおける励磁（界磁）巻線、及び一定の周波数の電圧回路網からのステータ巻線の給電を伴う同期モータの同期回転の動作の静的及び動的安定性を増加させるために、励磁（界磁）電流の値は、ロータ及びステータの場の間の角度並びに角度の微分の関数として調節（制御）される。

本発明の実施形態によると、ロータにおける永久磁石、及び可変周波数インバータ又はサイクロコンバータからのステータ巻線の給電を伴う同期モータの動作の静的及び動的安定性を増加させるために、周波数インバータ又はサイクロコンバータの電圧値は、ロータ及びステータの場の間の角度の関数として修正され、インバータ又はサイクロコンバータの周波数及び位相は、上記角度の微分の関数として修正される。

本発明の実施形態によると、ロータにおける励磁（界磁）巻線、及び周波数インバータ又はサイクロコンバータからのステータ巻線の給電を伴う同期モータの動作の静的及び動的安定性を増加させるために、励磁（界磁）電流の値は、ロータ及びステータの場の間の角度並びに角度の微分の関数として修正され、周波数インバータ又はサイクロコンバータの周波数及び電圧位相は、上記角度の微分の関数として修正される。

本発明の実施形態によると、同期モータの回生制動は、ロータ及びステータの場の間の角度の測定値に従って、電力供給源を通じた上記モータへのエネルギーフロー、及び逆のエネルギーフローの方向を切り換えることを含む。

別の態様では、本発明は、同期モータのロータの横軸とステータ磁場ベクトルとの間の角度を測定する角度測定デバイスに関し、当該デバイスは、ロータ位置センサと、ステータ給電電圧の基本高調波フィルタと、位相弁別器と、微分器と、を備えると同時に、ロータ位置センサは、モータのシャフト上に設置されており、ステータ給電電圧の基本高調波フィルタは、ステータ巻線電圧源の１相に接続されており、ロータ位置センサ及びフィルタの出力は、位相弁別器の２つの入力に接続されており、位相弁別器の出力のうちの１つは、微分器の入力に接続されており、位相弁別器及び微分器の出力は、角度測定デバイスのモータ制御システムの入力に印加される出力信号である。

本発明の実施形態によると、モータのステータ巻線は、一定の周波数の電圧源に接続されており、ロータ巻線のシャフト上にタコジェネレータが設置されており、上記測定デバイスは、コントローラに接続されており、測定デバイスの出力及びタコジェネレータの出力は、コントローラ入力に接続されており、コントローラの出力は、上記被制御整流器（controlled rectifier）の入力に接続されており、それによって、同期モータの制御を可能にする。

本発明の実施形態によると、ロータの横軸と、ステータ磁場のベクトルとの間の角度を測定するために、ステータ巻線は、可変周波数の電圧源に接続されており、ロータ磁場は、永久磁石によって形成され、周波数検出器は、上記測定デバイスの出力及び周波数検出器の出力の両方が上記可変周波数源の入力に接続されており、それによって、同期モータの制御を可能にすることを特徴とする。

本発明の実施形態によると、ステータ巻線は、可変周波数の発生源（source）に接続されており、ロータ巻線は、被制御整流器に接続されており、上記角度測定デバイスの出力は、被制御整流器の入力のうちの１つに接続されており、被制御整流器の第２の入力には、ロータ速度センサの出力が接続されており、被制御整流器の第３の入力は、速度測定デバイスの出力に接続されており、微分器の出力のうちの１つは、被制御整流器の第３の入力に接続されており、微分器の第２の出力は、ステータ巻線の可変周波数電力供給の入力のうちの１つに接続されており、可変周波数電力供給の第２の入力には、周波数検出器出力が接続されていることを特徴とする。

本発明の実施形態に係る、ロータにおける励磁巻線、及び一定の周波数の回路網から給電されるステータ巻線を有する同期モータの制御システムのブロック図を示す。 本発明の実施形態に係る、ロータにおける永久磁石、及びインバータから給電されるステータ巻線を有する同期モータの制御システムのブロック図を示す。 本発明の実施形態に係る、ロータにおける励磁巻線及びインバータから給電されるステータ巻線を有する同期モータの制御システムのブロック図を示す。 本発明の実施形態に係る、モータ回転の起動及び非同期モード中に内部の角度センサの出力で信号を生成するプロセスを示す。 本発明の実施形態に係る、モータ回転の起動及び非同期モード中に内部の角度センサの出力で信号を生成するプロセスを示す。 本発明の実施形態に係る、モータ回転の起動及び非同期モード中に内部の角度センサの出力で信号を生成するプロセスを示す。 本発明の実施形態に係る、同期モータ回転中に内部の角度センサの出力で信号を生成するプロセスを示す。

この説明全体を通じて、「同期モータ」という用語は、定常状態で、シャフトの回転が供給電流の周波数と同期され、回転周期が、ちょうどＡＣサイクルの整数と等しい交流電流（ＡＣ）モータを指す。同期モータは、線電流の振動に合わせて回転する磁場を生成する、モータのステータ上の多相ＡＣ電磁石を含む。永久磁石又は電磁石を有するロータは、同じ速度でステータ場と同期して回転し、結果として、任意のＡＣモータの第２の同期回転磁石場を提供する。

ここで、本発明の例示的な実施形態に係る、同期モータ制御デバイス、角度測定デバイス、及び同期モータを制御する方法を添付の図面を参照して詳細に記載する。これらの実施形態は組み合わされてもよく、他の実施形態が利用されてもよく、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく構造的な変更が行われてもよい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で取られるべきではなく、添付の特許請求の範囲及びその均等物が、本発明の範囲を定める。したがって、以下の議論から、特許請求される発明の原理から逸脱することなく採用され得る実行可能な代替として、本明細書に開示される構造及び方法の代替的な実施形態が容易に認識されることに留意されたい。

本発明の実施形態によると、当該方法は、ステータ及びロータ場角の角速度及びベクトル間の電流状態を定めるパラメータを利用する。このパラメータは、モータの供給電圧、したがって、モータの動作モードに影響を与える。それは、ステータ及びロータ場のベクトル間の同期回転の調整を可能にする。このパラメータは、ステータ場ベクトルと、磁化ロータの横軸の空間位置との間の角度δ、すなわち、モータ負荷角である。

本発明の実施形態によると、同期モータにおいて、その動作の全てのモードで、ステータ及びロータで形成される場の間の角度δ及びその微分が測定される。角度δの測定された特定のパラメータは、位相フィードバック信号として使用される。当該相フィードバック信号は、示された場のうちの一方又は両方の周波数、位相、及び値に影響を与え、それらを調整して、当該場の間での許容される位相不一致内での当該場の同期回転を保証し、モータによって発生する電磁（発生）トルクと、そのシャフトにおける機械的な負荷のトルクとの間の均衡を維持する。

この方法、すなわち、ステータ及びロータ場を形成する源（source）が異なる同期モータの設計のバラエティの全てにおける当該方法の統一された基礎は、ロータ及びステータの回転場のベクトルの位相、周波数、及び振幅の自動調整のアイデアであり、０°～９０°の当該回転場間の角度内で当該回転場の位相不一致を提供し、そこで、安定したモータの動作が保証される。

本発明によって提供される更なる利点は、同期モータで任意の電気駆動の機械的特性を形成できることである。本発明の実施形態によると、システムは、任意の形態、すなわち、ハード、ソフト、又はその組合せの電気駆動の必要とされる任意の機械的特性を取得することができる。必要とされる任意の機械的特性を形成できるのは、ステータのベクトルとシステムのロータ磁場との間の角度からのフィードバックが存在するためである。この角度は、モータシャフトにおける負荷の関数である。ある特定のセクションを含むフィードバックの深度を変更することによって、必要とされる任意の機械的特性を形成することが可能である。

一定の周波数の回路網から給電され励磁（界磁）巻線を有する同期モータ
当該技術分野で既知の同期モータの始動システムは、２段階を含む。起動プロセスの第１の段階で、励磁巻線を有するロータは、抵抗器に短絡し、ロータ上に配置された追加の短絡巻線を利用して、非同期モードでサブ同期回転速度まで加速される。第２の段階で、直流電流が界磁巻線に印加される。交番トルクは、滑り周波数で発生する。プラスの成分、すなわち、このトルクのうち同期の方向に機能する成分は、好条件下で、同期速度へのロータ速度の調整を完了させる。悪条件下で、モータは、制動モード又は振動が制御されていないモードに入る。

モータの同期回転のモードでは、示された短絡巻線は、減衰の振動防止効果を有し、それは、モータの動的安定性に寄与する。減衰効果は、構造及び特定の巻線の配置可能性によって限定される。

提案された方法及びデバイスは、励磁電流δ角度関数及びその微分を供給する閉ループ制御システムを構築することによって、モータの同期回転の動的及び静的安定性を始動し維持する問題を解決する。

モータが始動するが、制御システムは、角度δのその値でのみ一定の励磁（界磁）電流を供給する。電磁（発生）トルクは、ロータの回転をその同期の方向に加速させる。このような調整により、トルクは、一方向性であり、モータ同期の方向に機能するので、励磁電流の供給は、既知の方法とは対照的に、ゼロのモータ回転速度において制限内で大きい滑り値で始動され得る。

引き込み同期プロセスの強度及び滑らかさを増加させる始動の別の方法は、起動段階でバイポーラ電圧を励磁巻線に印加することである。更に、０°～９０°の角度δの場合、供給される励磁（界磁）電流の極性はプラスである。９０°～１８０°の角度で、励磁（界磁）電流の極性はマイナスである。したがって、同期に引き込む連続的な電磁（発生）トルクを生じさせる。

モータを同期動作モードに引き込んだ後、角度δによるフィードバック信号の比例成分は、モータによって発生する最大電磁トルクの振幅に影響を与える。機械的な負荷の増加により、最大トルクが増加し、それによって、モータ動作の静的安定性の余裕が増加する。

上記フィードバック信号の微分成分は、モータの減衰巻線と同様に機能して、結果として生じる振動を低減する。しかしながら、ダンパ巻線とは対照的に、上記フィードバックの深度は、広い制限内で調整され得、ダンパ巻線が提供し得るものよりも優れた動的安定性の達成を可能にする。追加のダンパ巻線の完全な排除は、同じモータ電力でその寸法、重量、及び電気損失を低減することが可能である。

ステータ巻線が周波数インバータによって給電される永久磁石同期モータ
ステータ及びロータの場の形成にこのような源（source）を用いた同期モータについての最も一般的な制御システムは、ロータの角位置の関数としての周波数インバータのスイッチングデバイスの整流のスレーブ制御システムである。概して、それは、「永久磁石ブラシレスＤＣモータ」と呼ばれる。このようなシステムでは、ステータ及びロータ場の同期に伴う問題がない。

このようなシステムの欠点は、比較的高い構造複雑性、比較的高い電気損失による低効率、高い始動電流、及び非線形制御特性である。自律的なインバータからステータ巻線に電力供給される場合、同期モータは、起動時及び動作モード時の両方で同期回転モードになっている必要がある。モータシャフトにおける負荷又はインバータの周波数の急速な変化に関連付けられた動的な力は、緊急制動又はモータの同期の逸脱につながり得る。

提案された方法の枠組内において問題を解決する解決策は、インバータの周波数に影響を与える測定角δの微分によるフィードバックである。このフィードバックはまた、一定の周波数源（電源）の電力供給からの給電と同様に、振動を減衰し動的安定性を増加させる。

ロータにおいて励磁（界磁）巻線を有しサイクロコンバータ又は周波数インバータから給電される同期モータ
起動モード及び動作モード時の両方で、同期モータのロータは、ステータ場と同期して回転する必要がある。永久磁石同期モータの場合と同様に、ロータにおいて界磁巻線を有する同期モータは、様々な理由で生じる動的な力又は電力供給デバイスの周波数の変化に関わらず同期動作モードを維持する必要がある。ロータにおいて励磁（界磁）巻線を有するモータの場合、静的安定性は、励磁（界磁）電流の大きさに影響を与える角度δによるフィードバックによって提供され、動的安定性は、インバータ（サイクロコンバータ）の励磁（界磁）電流及び周波数、又は特定のパラメータのうちの１つに影響を与える角度δの微分によるフィードバックによって提供される。

ステータ及びロータ場の間の角度を測定するデバイス
本発明の実施形態によると、デバイスは、ロータ位置センサと、ステータ巻線供給電圧の基本高調波フィルタと、位相弁別器と、微分デバイスと、を備える。

ここで、図面を参照する。ロータにおいて励磁（界磁）巻線を有する同期モータのステータが、一定の周波数及び電圧で標準的な電源電圧から給電されると、安定した始動及び同期回転が、図１に示される図に従って実装される。この図では、同期モータＩのステータＩＩは、一定の電圧及び周波数で標準的な電源供給電圧１から給電され、ロータＩＩＩは、安定化電力供給２から給電される。ロータ位置センサ３及び速度測定デバイス（タコジェネレータ）７は、ロータのシャフト上に設置されている。ロータ位置センサ３の出力信号は、ロータの電流角位置、したがって、電源２からの励磁（界磁）電流によって形成されるその磁場のベクトルを特定する。その基本高調波をフィルタ４によってフィルタリング及び分離した後、供給電源１の複数相のうちの１つの電圧は、モータ負荷５の内部角δの弁別器の入力のうちの１つに印加され、その第２の入力に対して、ロータ位置センサ３の出力信号が供給される。弁別器５の出力で２つの信号が生成され、そのうちの１つ５－１は、角度δの値に比例し、第２の信号５－２は、この角度の微分に比例する。弁別器の最初の調整は、無負荷のモータの同期回転下で実行される。この場合、ロータ位置センサ３は、弁別器の出力での電圧がゼロに等しい位置に設定される。

ロータＩＩＩに接続された電源１を用いてモータＩを始動するが、２つの主要な選択肢、すなわち穏やかなモータの始動及び引き込み同期が存在する。

第１の選択肢では、レギュレータ６は、電磁（発生）トルクがステータ場により同期の方向にロータの回転を加速させるような角度δの値でのみ一定の励磁電流を供給することを可能にし、電磁（発生）トルクがその回転を制動する角度δで直流励磁電流をオフにする。

第２の選択肢では、励磁（界磁）電流は、第１の選択肢では制動効果によりそれがオフにされるようなδ角度でも供給されるが、励磁電流の極性は変化する。それは、起動プロセス全体の間に一方向の電磁（発生）トルクが生成されるということをもたらし、それは、ステータ場により同期の方向にロータを加速させる。

モータが回転すると、負荷角δによるフィードバックは、最大電磁（発生）トルクを調節し、機械的な負荷の増加と共にそれを増加させ、それによって、モータの静的安定性を増加させる。フィードバックの微分成分は、回転モータの機械的又は電磁（発生）トルクの様々な外乱から生じる振動を減衰し、それによって、その動的安定性を増加させる。

ロータにおいて永久磁石を有する同期モータのステータが、可変周波数インバータ又はサイクロコンバータの独立した源（source）から給電される場合、起動プロセス及び動作モードでの回転の両方が、ロータ及びステータの場の同期回転により生じる。この場合、モータの安定した動作の保証は、図２に示されるブロック図に従って実現される。この場合、負荷角δの微分によるフィードバックが使用され、電力供給１の周波数に影響を与える。このフィードバックは、結果として生じる振動の減衰、したがって、モータの動的安定性の増加につながる。

ロータにおける励磁（界磁）巻線、及びステータ巻線に給電する自律的な可変周波数インバータ又はサイクロコンバータによりモータが動作している場合、提案された制御システムの接続は、図３に示される。この場合、負荷角δによるフィードバックは、励磁（界磁）電流レギュレータ２にのみ接続されており、角度微分フィードバックは、ステータ巻線に給電する自律的な可変周波数インバータ若しくはサイクロコンバータの入力、及び励磁（界磁）電流レギュレータの両方に、又はそのうちの一方に接続されている。速度測定デバイス（タコジェネレータ）７は、励磁（界磁）電流レギュレータ２の第３の入力に接続されており、上記速度測定デバイス（タコジェネレータ）７の第２の出力は、速度差弁別器９の入力のうちの１つに接続されている。速度差弁別器９の第２の入力は、周波数対電圧コンバータ８の出力に接続されている。速度差弁別器９の出力は、自律的な可変周波数インバータ若しくはサイクロコンバータ１の入力のうちの１つに接続されている。

本方法は、図１～図３に示すように別々の動作へ分割され、各々が、異なるブロックによって表され、利便性及び明確性のためにのみ選択されていると理解されるべきである。同等の結果を伴う、図示された方法の複数の動作への代替的な分割が可能である。方法の複数の動作への当該代替的な分割は、本発明の実施形態の範囲内に含まれるとみなされるべきである。

特に示さない限り、図のブロックによって表されるような動作の図示された順序も、利便性及び明確性のためにのみ選択されていると理解されるべきである。同等の結果を伴って、図示された動作の実行の順序が修正され得るか、又は図示された方法の動作が同時に実行され得る。フローチャートのブロックによって示される動作のこのような並べ替えは、本発明の実施形態の範囲内に含まれるとみなされるべきである。

上記の全ては、以下の例示的且つ非制限的なグラフ例を通じて、より十分に理解されるであろう。

図４Ａ～図４Ｃは、起動及び非同期のモータ回転中に内部の角度センサの出力で信号を生成するプロセスを示す。図４Ａは、位相検出器に接続された回路網源信号（すなわち、主要回路網信号）を示す。図４Ｂは、位相検出器の別の入力に接続された、位置ロータセンサによって生成された信号（すなわち、ロータ位置センサ出力信号）を示す。図４Ｃは、位相検出器出力信号を示す。

図５は、同期モータ回転中に内部の角度センサの出力で信号を生成するプロセスを示す。

当業者によって理解されるように、提案された方法及び図に記載された配置は、ロータに界磁巻線を有し一定の周波数及び電圧の回路網からステータに給電される同期モータの信頼性の高い始動及び引き込み同期を保証する。更に当該方法は、動的負荷又は供給電圧の変化の大きさの下で、ロータに界磁巻線を有し一定の周波数及び電圧の回路網からステータに給電されるモータの静的及び動的安定性を維持することを可能する。当該方法はまた、調整可能な周波数インバータによって給電される同期モータの信頼性の高い始動及び安定した定常状態の動作を可能にし、モータ速度が調節及び制御されるときに動的負荷の変更のプロセスを含む。この場合、短絡の減衰始動巻線をモータ設計から排除することが可能である。それは、モータの質量、その寸法、及び生産のコストの低減、並びに起動及び同期動作中の特定の巻線における電流に関連付けられたモータのエネルギー損失の低減を可能にする。

上記の説明及び例の全ては、例示の目的で与えられており、いかなる方法でも本発明を限定することを意図したものではない。多数の様々な機構、測定方法、電子要素、及び論理要素が、全て本発明の範囲を超えることなく採用され得る。

Claims (15)

1. ステータと、ロータと、を有する同期モータを制御する方法であって、前記モータの給電電圧の周波数、位相、及び値、並びに前記同期モータのステータ及びロータ磁場ベクトル間の角度の関数としての前記モータの磁束の値を修正することを含み、前記角度の微分、角速度は、前記ベクトル間で一致しない、方法。
2. 前記同期モータの前記制御は、前記同期モータの同期回転及び回生制動のモードを始動することを含む、請求項１に記載の方法。
3. ステータ巻線における電流によって形成される場と前記ロータ及び前記ロータの磁場との同期回転のモード（ここでは同期動作モード）への前記同期モータの引き込み、並びに前記同期動作モードで前記モータの静的及び動的安定性を維持することは、前記場の前記位相、周波数、及び振幅の修正によって提供され、したがって、前記場の間の前記角度及び前記角度の微分の測定は、修正の精度を保証するパラメータである、請求項２に記載の方法。
4. 前記ロータにおける励磁（界磁）巻線、及び一定の周波数の電圧回路網からのステータ巻線の給電を伴う前記同期モータの前記始動は、前記ロータ及びステータ場の間の前記角度の測定値でのみ、直流励磁（界磁）電流を供給することによって、前記ロータ及び前記ロータの場の角速度を前記ステータ場の前記角速度に修正することを含み、前記測定値において、電磁トルクのインパルスは、ロータ回転の加速を、前記ステータ場との前記ロータ回転の同期の方向にもたらして、前記インパルスの動作が制動効果をもたらす場合には印加されない、請求項２に記載の方法。
5. 前記ロータにおける励磁（界磁）巻線、及び一定の周波数の電圧回路網からの前記ステータ巻線の給電を伴う前記同期モータの前記始動は、異なる極性の励磁（界磁）電流を前記励磁（界磁）巻線に供給することによって、前記ロータの前記角速度をステータ場の前記角速度に修正する一方、電磁（発生）トルクのインパルスが、前記ステータ場とのロータ回転の引き込み同期までの前記ロータ回転の加速の方向に常に機能するように、前記励磁（界磁）電流の極性は、前記ロータ及び前記ステータ場ベクトルの位置の間の前記角度に応じて滑り周波数で変更される、請求項３に記載の方法。
6. 前記ロータにおける励磁（界磁）巻線、及び一定の周波数の電圧回路網からの前記ステータ巻線の給電を伴う前記同期モータの前記始動は、ロータ速度が始動プロセス中に変化しつつ、前記ロータ速度の関数としての励磁（界磁）電流値を調節することを含む、請求項３に記載の方法。
7. 前記ロータにおいて励磁（界磁）巻線又は永久磁石を有する同期モータの前記始動において、前記同期モータのステータ巻線が電力供給電圧によって給電され、ステータ及びロータの前記磁場ベクトルの間の前記角度の関数としての値によって前記電力供給電圧が変調され、前記角度の値は、滑り周波数で変更され、前記給電電圧は、ステータ場速度とのロータ速度の同期の方向のモーメントに対応する前記角度の前記値でステータ巻線に印加され、ロータ制動の方向のモーメントに対応する前記角度の前記値で印加されない、請求項２に記載の方法。
8. 前記ロータにおける励磁（界磁）巻線、及び一定の周波数の電圧回路網からのステータ巻線の給電を伴う前記同期モータの同期回転の動作の静的及び動的安定性を増加させるために、励磁（界磁）電流の値は、前記ロータ及びステータの前記場の間の前記角度並びに前記角度の微分の関数として調節（制御）される、請求項２に記載の方法。
9. 前記ロータにおける永久磁石、及び可変周波数インバータ又はサイクロコンバータからのステータ巻線の給電を伴う前記同期モータの動作の静的及び動的安定性を増加させるために、前記周波数インバータ又はサイクロコンバータの電圧値は、前記ロータ及びステータの前記場の間の前記角度の関数として修正され、前記インバータ又はサイクロコンバータの前記周波数及び位相は、前記角度の前記微分の関数として修正される、請求項２に記載の方法。
10. 前記ロータにおける励磁（界磁）巻線、及び周波数インバータ又はサイクロコンバータからのステータ巻線の給電を伴う前記同期モータの動作の静的及び動的安定性を増加させるために、励磁（界磁）電流の値は、前記ロータ及びステータの前記場の間の前記角度並びに前記角度の微分の関数として修正され、前記周波数インバータ又はサイクロコンバータの前記周波数及び電圧位相は、前記角度の前記微分の関数として修正される、請求項２に記載の方法。
11. 前記同期モータの前記回生制動は、前記ロータ及びステータの前記場の間の前記角度の測定値に従って、電力供給源を通じた前記モータへのエネルギーフロー、及び逆のエネルギーフローの方向を切り換えることを含む、請求項２に記載の方法。
12. 同期モータのロータの横軸とステータ磁場ベクトルとの間の角度を測定する角度測定デバイスであって、ロータ位置センサと、ステータ給電電圧の基本高調波フィルタと、位相弁別器と、微分器と、を備えると同時に、前記ロータ位置センサは、前記モータのシャフト上に設置されており、前記ステータ給電電圧の前記基本高調波フィルタは、ステータ巻線電圧源の１相に接続されており、前記ロータ位置センサ及び前記フィルタの出力は、前記位相弁別器の２つの入力に接続されており、前記位相弁別器の出力のうちの１つは、前記微分器の入力に接続されており、前記位相弁別器及び前記微分器の出力は、前記角度測定デバイスのモータ制御システムの入力に印加される出力信号である、デバイス。
13. 前記モータの前記ステータ巻線は、一定の周波数の電圧源に接続されており、ロータ巻線の前記シャフト上にタコジェネレータが設置されており、前記測定デバイスは、コントローラに接続されており、前記測定デバイスの出力及び前記タコジェネレータの出力は、コントローラ入力に接続されており、前記コントローラの出力は、前記被制御整流器の入力に接続されており、それによって、前記同期モータの制御を可能にする、請求項１２に記載のデバイス。
14. 前記ロータの前記横軸と、前記ステータ磁場の前記ベクトルとの間の前記角度を測定するために、前記ステータ巻線は、可変周波数の電圧源に接続されており、ロータ磁場は、永久磁石によって形成され、周波数検出器は、前記測定デバイスの出力及び前記周波数検出器の出力の両方が前記可変周波数源の入力に接続されており、それによって、前記同期モータの制御を可能にすることを特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。
15. 前記ステータ巻線は、可変周波数の発生源に接続されており、ロータ巻線は、被制御整流器に接続されており、前記角度測定デバイスの出力は、前記被制御整流器の入力のうちの１つに接続されており、前記被制御整流器の第２の入力には、ロータ速度センサの出力が接続されており、前記被制御整流器の第３の入力は、速度測定デバイスの出力に接続されており、前記微分器の前記出力のうちの１つは、前記被制御整流器の前記第３の入力に接続されており、前記微分器の第２の出力は、前記ステータ巻線の可変周波数電力供給の入力のうちの１つに接続されており、前記可変周波数電力供給の第２の入力には、周波数検出器出力が接続されていることを特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。

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