JP7078809B1 - 埋込磁石形同期モータ制御のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータパラメータの変動を引き起こす過酷な動作条件においてセンサレス埋込磁石形同期モータをロバスト制御する。【解決手段】マルチモデル磁束オブザーバと動的直接磁束モータ制御器が協調して機能して、駆動コマンドを生成する。磁束オブザーバは、異なるモータモデルに基づく磁束ベースの回転子特性推定値の提供の間で遷移する。モータパラメータ変動の影響を受けないモータ磁気モデルを用いて、ＤＨＦＩフィルタ処理された電流を利用することで磁束ベースの特性値推定値を得ることができる。マルチモデル磁束オブザーバは、複数の適切な推定方法の間を遷移して、モータパラメータの変動の影響を低下させる、最小化する、あるいは除去するよう構成することができる。【選択図】図１Ａ－１Ｂ

Description

本発明は、概して永久磁石同期モータ（「ＰＭＳＭ」）のロバスト制御に関する。様々な実施形態は、動的直接磁束制御（ＤＤＦＣ）、マルチモデル磁束オブザーバ、及びトルク線形制御に関する。

センサレスＰＭＳＭシステムは、暖房・換気・冷房（「ＨＶＡＣ」）用システムなどの特定のファンや送風機の駆動用途、並びに商業用及び工業用のモータにより駆動される様々な他の製品に配備され始めている。センサレスＰＭＳＭ（センサレスＰＭＳＭシステムとも呼ばれる）は、先進的な電子制御式モータ（「ＥＣＭ」）又はＥＣＭシステムの一種である。センサレスＰＭＳＭシステムは、概して定格動作速度で高い最大効率を提供することができるだけでなく、比較的広い高効率動作速度範囲も提供出来る。加えて、センサレスＰＭＳＭシステムの可変速度により、夜間などのオフピーク時には低稼働にすることができて、有意義な省エネの要因となりうる。加えて、これらの電子制御式ＰＭＳＭシステムはクラウド通信などの様々な通信技術を用いて、人工知能制御及び遠隔制御により運転エネルギーの節約、アクセスしやすさ、監視、安全性、及び信頼性を向上させる機会を提供することもできる。

センサベースのＰＭＳＭシステムの一つの欠点は、その速度センサ及び／又は位置センサである。つまり、センサベースのＰＭＳＭシステムは、モータの外側に（例えばモータの軸に取り付けられる）速度センサ及び／又は位置センサを使用し、これらのセンサはスペースを占有し、追加の電子部品という形のコストをもたらし、モータの信頼性を損ねる追加の故障点となる。外部センサを組み込む代わりに、センサレスＰＭＳＭシステムは、制御を行うのにモータ自体の動作特性の検出に依存する。センサレスＰＭＳＭ制御は、概して、推定される回転子位置角や推定されるモータ速度などの１つ又は複数の推定値を利用してセンサベースのＰＭＳＭシステムにおける外部センサで直接測定される制御値を置き換えることを含む。

暖房・換気・空調（「ＨＶＡＣ」）用制御システム又は空気の動きの制御システムなどの、商業用及び工業用のＥＣＭ駆動用途に関して、センサレスＥＣＭが次第に選択されており、これは、部分的にはそれらのシステムは対応するセンサベースのシステムよりも少ない故障点を有するからであり、そのためそれらのシステムは屋上や他の風雨にさらされる環境などの過酷な環境でより適したものとなる。それでも、そのような環境にさらされることはセンサレスＥＣＭの動作に悪影響を与えうる。例えば、過酷な環境は、逆起電力、モータ抵抗、モータインダクタンスなどのモータパラメータを許容範囲外で変化させることがあり、これは非効率な動作と、場合によってはモータ故障を引き起こしうる。

多くのセンサレスＥＣＭは、経験的調査に基づく補償値のルックアップテーブルに依存する磁界方向制御（「ＦＯＣ」）を実装している。磁界方向制御とは概して可変周波数駆動制御方式のことを指し、この制御方式では、三相ＡＣ電気モータのモータ固定子電流が測定されて、２つの直交する電流ベクトル成分（一方の電流成分ベクトル（ｉ_d）はモータの鎖交磁束に関連し、他方（ｉ_q）はトルクに関連する）として識別される。磁界方向制御システムは、駆動部の速度制御により与えられる基準磁束及び基準トルクから対応する基準電流成分（すなわち目標値）を算出する。典型的には、測定された電流成分をその基準値に保つのに比例積分（「ＰＩ」）制御器が使用される。可変周波数駆動のパルス幅変調は、ＰＩ電流制御器から出力される基準固定子電圧に応じてトランジスタのスイッチングを規定する。

一般的に、ＦＯＣは、過酷な環境において許容範囲外で変化しうるモータパラメータに依存するために、一部の状況で苦労することがある。これは、ＦＯＣが、特定のモータ又は特定の種類のモータ用のルックアップテーブルに格納された一次元又は二次元の経験的補償値のルックアップテーブルに依存するためである。補償値は、モータパラメータが固定されている、又は小さい許容範囲内にあると仮定しており、経験的補償値を得る際に使用された前提値からモータパラメータを外れさせて性能低下をもたらす環境をＦＯＣシステムは考慮していない。さらに、大規模な補償値の経験的データベースを開発及び維持することは、大量生産されたＥＣＭを管理してサービスを提供するうえで、重荷となりうる。ＦＯＣ制御のロバスト性を向上させるための限られた試みは、あまりに複雑で、実際の用途ではあまりに簡単に性能低下をもたらしてきた。

ＦＯＣ制御がモータパラメータの変動のために苦労しうる状況の一例は、高速時のインバータの飽和状態を識別する場合である。インバータの飽和は、概して、更なる電流を作り出して更なるトルクを生成するためにモータへの電圧入力をさらに増加させることができない状況を指す。ＦＯＣシステムは、モータがインバータ飽和状態にあるかどうかを識別するために、しばしば逆起電力を推定する。簡潔に言えば、ＦＯＣシステムは、典型的には逆起電力を推定しながらモータ速度を上昇させ、（典型的にはルックアップテーブルに格納された）経験的に得られたモータのインバータ飽和点と一致する特定の逆起電力推定値に達したら、モータ速度を上昇させるのを中止する。しかし、経験的飽和点は正常なモータパラメータ値に基づいているので、モータパラメータが異常な場合は、飽和点は正確ではないことがあり、これはインバータ飽和の誤った識別につながりかねず、非効率なＥＣＭ動作又は他の問題をもたらしうる。

直接トルク制御（ＤＴＣ）は、別の種類のモータ制御方法である。ＤＴＣは、固定子電圧を積分することで固定子磁束を推定し、推定固定子磁束と測定されたモータ電流ベクトルの外積を用いてトルクを推定する。磁束又はトルクのいずれかが目標値からあまりに大きく外れている場合は、ＤＴＣはモータ固定子電圧を少しずつ変化させて、典型的にはヒステリシス制御装置を用いて、これらの値を目標値に近づける。ＤＴＣは固定子抵抗の変動を無視するが、これは穏やかな環境では妥当でありうる。しかし、過酷な環境及び／又はより低速においては、固定子抵抗は無視できないことがあり、無視することで性能、安定性、又は他の問題をもたらしかねない。結果として、ＤＴＣは、限られた工業用途及び商業用途で特有の特別な課題と問題を有している。

その結果、より多くの商業用並びに工業用のファン及び送風機が過酷な環境条件に設置されて許容範囲外のモータパラメータ変動に直面するにつれて、モータパラメータ変動に耐えることができて、過酷な環境条件にもかかわらず商業用並びに工業用のファン及び送風機の駆動用途でロバストな速度制御を実現することのできる、新しいモータ制御のシステム及び方法が必要とされている。

本開示は、センサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）のロバスト制御のためのシステム及び方法に関する。本明細書に記載される様々な実施形態は、様々なセンサレスＩＰＭＳＭと共に使用するのに適しており、このようなセンサレスＩＰＭＳＭには、１つ又は複数の過酷な動作条件、例えば極端な、若しくは変動する温度若しくは電圧、又は、モータの磁気的出力やモータ抵抗、モータインダクタンスに大きな変化などのモータパラメータ変動を引き起こす基本的に任意の他の過酷な動作条件において動作するものが含まれる。本開示のＩＰＭＳＭは、概して固定子と、回転子と、マルチモデル磁束オブザーバ及び動的直接磁束モータ制御器を含むモータ制御システムとを含む。

１つ又は複数の過酷な動作条件におけるＩＰＭＳＭのロバスト制御の一つの方法は、センサレスＩＰＭＳＭのマルチモデル固定子磁束オブザーバの電圧モータモデルを用いて過酷な動作条件において電圧モータモデルベースで推定される固定子と回転子の間の鎖交磁束を推定することと、センサレスＩＰＭＳＭのマルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される固定子と回転子の間の鎖交磁束を推定することと、モータ制御システムを用いて過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭの回転子過渡特性を推定すること、とを含む。

複数の推定されるモータ特性は、過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭを制御するマルチモデル固定子磁束オブザーバからの出力である。出力は、固定子磁束オブザーバの出力がモータパラメータ変動の影響を受ける推定値に大きく依存する時間を低下させる、最小化する、あるいは除去するように遷移させることができる。一部の実施形態では、固定子磁束オブザーバの出力は、回転子速度により決まる複数の磁束推定方法の間で遷移され、いくつかの磁束推定方法は特定の回転子速度におけるモータパラメータ変動に対してより寛容である、又はまったく無関係である。マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力の遷移は、メモリに記憶される遷移閾値で自動的に行うことができる。出力の遷移は、回転子の速度や周波数などの推定される回転子過渡特性に基づくことができる。遷移は、センサレスＩＰＭＳＭを制御するための、モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定されるモータ特性と、電圧モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定されるモータ特性の間とすることができる。負荷角や速度、位置などの複数の推定されるモータ特性の形の出力を、固定子磁束オブザーバから動的直接磁束制御器などのモータ制御システムの１つ又は複数の他の構成要素へ送信することができる。それらの構成要素は、固定子磁束オブザーバが例えばリアルタイムで推定されるモータ特性を更新したら、推定されるモータ特性を受信して、推定されるモータ特性に応答するよう構成することができる。また、この方法は、受信したモータ特性の推定値に基づいて、過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭを制御することも含むことができる。

本開示のシステム及び方法は以下の特徴の１つ又は複数を単独で、又は組み合わせることによりさらに規定することができる。過酷な動作条件においてマルチモデル固定子磁束オブザーバから出力される推定されるモータ特性のそれぞれの精度は、対応する実際の回転子特性に対して所定の許容範囲内に入る。

推定される回転子過渡特性は推定回転子速度でありえて、出力することには、推定回転子速度が遷移閾値を下回っている間にマルチモデル固定子磁束オブザーバから過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭを制御するための複数の推定されるモータ特性をモータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力することと、推定回転子速度が遷移閾値を上回っている間にマルチモデル固定子磁束オブザーバから過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭを制御するための複数の推定されるモータ特性を電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力することと、を含むことができる。

本開示の一態様は、固定子磁束オブザーバと、利得関数を利用して異なる速度範囲におけるモータパラメータ変動に対してより回復力がある、又は基本的に影響を受けないためにそうした異なる速度範囲でより確実に動作する２つのモータモデルの間で切り替えを行う固定子磁束オブザーバを動作させる方法とに関する。一部の実施形態では、電圧モータモデルは１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、動作条件の範囲で有効である。遷移閾値を下回る推定回転子速度において、過酷な動作条件は電圧モータモデルが有効な動作条件の範囲外となり、遷移閾値を上回る推定回転子速度において、過酷な動作条件は電圧モータモデルが有効な動作条件の範囲内に入る。その結果、電圧モータモデルは、特定の回転子速度に対するモータパラメータ変動にかかわらず、信頼することができる。一部の実施形態では、モータ磁気モータモデル又は電流モデルは１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、動作条件の範囲で有効である。遷移閾値を上回る推定回転子速度において、過酷な動作条件は磁気モータモデルが有効な動作条件の範囲外となり、遷移閾値を下回る推定回転子速度において、過酷な動作条件は磁気モータモデルが有効な動作条件の範囲内に入る。その結果、電圧モータモデルは、特定の回転子速度に対するモータパラメータ変動にかかわらず、信頼することができる。

一部の固定子磁束オブザーバ推定においてモータパラメータ変動を引き起こしうる過酷な動作条件には、センサレスＩＰＭＳＭに関連付けられた定格周囲温度範囲外の周囲温度が含まれる。

一部の実施形態は、高周波注入及び動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタ処理に対して確認されている。一実施形態は、高周波信号をＩＰＭＳＭの固定子へ注入することと、基本周波数部分及び高周波注入部分を含む固定子電流を検出することと、検出された固定子電流を、ＤＨＦＩフィルタを用いてフィルタ処理して高周波のＤＨＦＩフィルタ処理された電流と基本周波数のＤＨＦＩフィルタ処理された電流にすることと、センサレスＩＰＭＳＭの回転子位置を高周波のＤＨＦＩフィルタ処理された電流に基づいて高周波オブザーバを用いて推定することと、を含み、モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定は、基本周波数のＤＨＦＩフィルタ処理された電流に基づいており、推定回転子位置は高周波のＤＨＦＩフィルタ処理された電流とモータ磁気モデルから得られる。

また、本開示は、過酷な動作条件において動作するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）システムも対象とする。ＩＰＭＳＭシステムは、モータハウジングと、モータハウジング内に取り付けられて空間を画定する固定子であって三相固定子巻線構成を有する固定子と、磁気的突極性を示すように円周方向に分散された複数の埋込磁石を含む回転子であって、固定子の三相固定子巻線構成の励磁により空間内で速度範囲を超えて回転可能な回転子と、モータハウジング内に取り付けられたモータ制御システムと、を含む。

モータ制御システムは様々な構成要素を含むことができる。一部の実施形態は、電源と、固定子の１つ又は複数の電気特性を検出するよう構成されている検出回路と、複数のモータ特性値を記憶するメモリと、マルチモデル磁束オブザーバと、を含む。

マルチモデル磁束オブザーバは様々な推定を行うよう構成することができる。推定は、固定子と回転子の間のモータ鎖交磁束の電圧モータモデル又はモータ磁気モデルを用いた推定を含むことができる。推定は、極端な温度又は変動する温度や変動する電圧などの過酷な動作条件において、若しくはインバータの飽和時に、又は基本的に任意の他の過酷な動作条件において行うことができる。また、磁束オブザーバはモータ鎖交磁束に基づいて回転子速度を推定することもできる。推定された磁束を使って、モータ制御システム全体にわたって使用してセンサレスＩＰＭＳＭを制御することができる様々な推定されるモータ特性値を導き出すことができる。推定方法は、基礎となるモータモデルが特定のモータ速度においてどれだけ信頼できるかに応じて変わりうる。究極的には、本開示の動的直接磁束制御器のような制御器は、駆動コマンドを生成するよう構成することができる。駆動コマンドは、過酷な動作条件においても推定されるモータ特性に基づいてモータを駆動することができる。システムは、制御器により与えられる駆動コマンドに従って固定子の三相固定子巻線構成に対する励磁信号を生成する駆動回路を含むことができる。

本開示のセンサレスＩＰＭＳＭの実施形態は、ＤＨＦＩと共に動作することができる。システムは、高周波信号をＩＰＭＳＭの固定子へ注入するよう構成されている高周波注入回路を含むことができる。検出回路は、基本周波数部分及び高周波注入部分を含む固定子電流を検出するよう構成することができて、ＤＨＦＩフィルタは検出された固定子電流をフィルタして高周波部分と低周波部分にするよう構成することができる。高周波のＤＨＦＩフィルタ処理された電流を利用して、ＩＰＭＳＭの埋込磁石による磁気的突極性に基づいて、回転子位置、ひいては回転子速度を得ることができる。また、回転子の位置及び速度は、例えば経験的な固定子抵抗及びインダクタンスの値に基づいて算出された逆起電力電圧を利用して、基本周波数のＤＨＦＩフィルタ処理された電流を用いて得ることもできる。

本開示の別の態様は、マルチモデル固定子磁束オブザーバを用いて過酷な動作条件においてセンサレス埋込磁石形同期モータの回転子特性値を推定するシステム及び方法を対象とする。マルチモデル固定子磁束オブザーバは、固定子及び回転子を有するＩＰＭＳＭ制御システム内での使用のために構成することができる。

固定子磁束オブザーバシステム及び方法は、まず、再構成された固定子電圧と、逆起電力電圧と、不感時間電圧と、フィードバックとに基づいて、電圧モータモデルベースで推定される固定子と回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することを含むことができる。また、システム及び方法は、次に、モータ磁気モデルベースで推定される固定子と回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することも含むことができる。様々な回転子特性値を、モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束と電圧モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束に基づいて推定して、マルチモデル固定子磁束オブザーバから出力することができる。固定子磁束オブザーバは、その出力を一方と他方の間で遷移するよう構成することができる。遷移は、メモリに記憶される遷移閾値により引き起こすことができる。遷移は、推定されるセンサレスＩＰＭＳＭ回転子特性出力の精度が過酷な動作条件においてＩＰＭＳＭ制御の全動作範囲にわたって実際の回転子特性値の所定の許容範囲内に入るように構成することができる。一部の実施形態では、遷移は回転子の速度値により制御される。他の実施形態では、遷移はカットオフ周波数、回転子の周波数値、又は他の値により制御される。遷移点は、想定されるＩＰＭＳＭ動作速度範囲、想定されるＩＰＭＳＭ始動トルク、想定されるＩＰＭＳＭ最大動作速度、又はそれらの任意の組み合わせの少なくとも一つに基づいて選択することができる。

本開示の別の態様は、動的直接磁束制御システム構成に関する。一部の実施形態では、モータパラメータの非線形変動が、温度の変動、極端な周囲温度、電圧の変動、インバータの飽和の少なくとも一つにより起こる。特定の動的直接磁束制御ストラテジにより、モータパラメータ変動を鑑みて効率及びロバスト性を向上させることができる。一実施形態では、動的直接磁束制御システムは、最大トルク／電流（「ＭＴＰＡ」）のルックアップテーブルからＭＴＰＡ磁束目標値を取得し、回転子速度推定値から得られる弱め磁束限界に基づき、回転子速度推定値がインバータ飽和回転子速度を下回るのに応答してＭＴＰＡ磁束目標値を制限し、制限されたＭＴＰＡ磁束目標値及び固定子磁束オブザーバ磁束推定値に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成され、インバータ飽和回転子速度に対応するＭＴＰＡ磁束目標値はセンサレスＩＰＭＳＭの過酷な動作条件のために想定よりも低くなり、動的直接磁束制御システムは最大ＩＰＭＳＭトルクを提供するためにＭＴＰＡ磁束目標値を調整する。別の実施形態では、モータ特性値のうちの一つは固定子磁束オブザーバ負荷角であり、動的直接磁束制御システムは、最大トルク／電圧（「ＭＴＰＶ」）制御器を用いて固定子磁束オブザーバ負荷角に基づいてトルクベースの固定子電流目標値を制限し、基本周波数のＤＨＦＩフィルタ処理された固定子電流と固定子電流の少なくとも一つと制限されたトルクベースの固定子電流目標値の間の誤差に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成される。

本発明のこれらの、及び他の目的、利点、特徴は、本実施形態の説明及び図面を参照することでより完全に理解及び認識されるであろう。

本発明の実施形態が詳細に説明される前に、本発明は以下の説明に記載される、あるいは図面に示される動作の詳細、又は構成要素の構造の詳細及び配置に限定されないことを理解されたい。本発明は様々な他の実施形態で実現可能であり、本明細書で明示的に開示されない他の方法で実践又は実行することが可能である。また、本明細書で使用される言葉遣い及び用語は説明の目的で使用されており、制限的であるとみなされるべきではないことを理解されたい。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む／備える（ｃｏｍｐｉｓｉｎｇ）」、及びその変形は、その後に列挙されている項目及びその均等物、並びに追加の項目及びその均等物を包含することを意図している。さらに、様々な実施形態の説明において列挙が使用されることがある。別途明示的に記載されていない限り、列挙を用いることは、本発明を特定の順序や構成要素の個数に制限すると解釈されるべきではない。また、列挙を用いることは、本発明の範囲から列挙されたステップや構成要素と結合されうる、又は一体化されうる追加のステップ又は構成要素を除外すると解釈されるべきでもない。「Ｘ、Ｙ、及びＺの少なくとも一つ」などの請求項中の要素への言及は、Ｘ、Ｙ、及びＺのいずれか一つを単独で、並びに、例えばＸ、Ｙ、及びＺやＸ及びＹ、Ｘ及びＺ、Ｙ及びＺなどのＸ、Ｙ、及びＺの任意の組み合わせを含むことを意図している。

図１Ａ～１Ｂは、商業用のファン又は送風機の図を示す。 図２は、本開示の一実施形態に係るＩＰＭＳＭの分解組立図を示す。 図３Ａ～３Ｂは、図２のＩＰＭＳＭの組立後の正面斜視図を示す。 図４は、本開示の一実施形態に係るブロック図を示す。 図５は、商業用ファンの負荷に対するモータ出力電力－速度曲線を示す。 図６は、固定子直接直交基準座標系、回転子直接直交基準座標系、静止基準座標系、及び３軸基準座標系を含むいくつかの基準座標系を示す。 図７は、代表的な機能ブロックを示す、センサレス永久磁石モータ動的直接磁束制御（「ＤＤＦＣ」）システム図を示す。 図８は、入力及び出力の制御ベクトル変数、並びに制御論理を有する代表的な機能ブロックを示す、直接磁束制御を実装した制御器の好ましい実施形態を示す。 図９は、ユニバーサルｄｑ制御器を示し、電流制御と磁束制御の切替状態を示す。 図１０は、電流制限機能ブロック図を示す。 図１１は、好ましいマルチモデル固定子磁束オブザーバ機能ブロック図を示す。 図１２は、ＤＤＦＣブロック及び動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）固定子磁束オブザーバを含むセンサレスＰＭＳＭ機能ブロック図を示す。 図１３は、別の好ましいマルチモデル固定子磁束オブザーバ機能ブロック図を示す。 図１４は、モータ速度値及び対応する周波数値の特定の範囲におけるオブザーバモード、ＨＦＩフラグの状態、磁束オブザーバモデルの状態、及びフィルタ状態を示す好ましいグラフを示す。 図１５Ａは、トルク制御線形性機能ブロック図によるシステム制御の一部を正常動作時のＭＴＰＡ制御軌跡及び制限された条件下でのＭＴＰＡ制御軌跡のグラフと共に示す。 図１５Ｂ～１５Ｃは、トルク制御線形性機能ブロック図によるシステム制御の一部を正常動作時のＭＴＰＡ制御軌跡及び制限された条件下でのＭＴＰＡ制御軌跡のグラフと共に示す。 図１６は、ＭＴＰＡ制御の一実施形態に対するＴＣＬフローチャートを示す。 図１７は、トルク制御線形性を含む、ロバストなセンサレスＩＰＭＳＭ制御の一実施形態に対するＤＦＣフローチャートを示す。 図１８Ａ～１８Ｄは、１０５０ＲＰＭ、５５０Ｗの出力電力、２５℃で補償なしで動作中の好ましいＤＦＣロバスト制御のシミュレーション結果のグラフを示す。 図１８Ｅ～１８Ｆは、１０５０ＲＰＭ、５５０Ｗの出力電力、２５℃で補償なしで動作中の好ましいＤＦＣロバスト制御のシミュレーション結果のグラフを示す。 図１９Ａ～１９Ｄは、１０５０ＲＰＭ、５５０Ｗの出力電力、８０℃で、－１１％の磁束変動、＋２１％の抵抗変動で補償なしで動作中の好ましいＤＦＣロバスト制御のシミュレーション結果のグラフを示す。 図１９Ｅ～１９Ｆは、１０５０ＲＰＭ、５５０Ｗの出力電力、８０℃で、－１１％の磁束変動、＋２１％の抵抗変動で補償なしで動作中の好ましいＤＦＣロバスト制御のシミュレーション結果のグラフを示す。 図２０Ａ～２０Ｄは、１０５０ＲＰＭ、５５０Ｗの出力電力、－３０℃で、－１１％の磁束変動、＋２１％の抵抗変動で補償なしで動作中の好ましいＤＦＣロバスト制御のシミュレーション結果のグラフを示す。 図２０Ｅ～２０Ｆは、１０５０ＲＰＭ、５５０Ｗの出力電力、－３０℃で、－１１％の磁束変動、＋２１％の抵抗変動で補償なしで動作中の好ましいＤＦＣロバスト制御のシミュレーション結果のグラフを示す。 図２１Ａ～２１Ｃは、６００ＲＰＭから３０ＲＰＭへ減速中でフラグ状態が変更される間のＤＦＣロバスト制御のシミュレーション結果のグラフを示す。 図２２Ａ～２２Ｃは、２００ＲＰＭの付近において減速中でフラグ状態が変更される間のＤＦＣロバスト制御のシミュレーション結果のグラフを示す。 図２３Ａ～２３Ｃは、３０ＲＰＭから６００ＲＰＭへ加速中でフラグ状態が変更される間のＤＦＣロバスト制御のシミュレーション結果のグラフを示す。

本開示は、概してモータパラメータ変動を克服可能でロバスト制御を実現できる、永久磁石同期モータ（「ＰＭＳＭ」）の制御のためのシステム及び方法に関する。本開示の一態様は、概して動的直接磁束制御（「ＤＤＦＣ」）方式、ＤＤＦＣ方式を実装したモータ制御器、及びＤＤＦＣ方式を実装したＥＣＭシステムを対象とする。ＤＤＦＣは、概して過酷な動作環境に存在する過酷な動作条件などの外力による引き起こされるモータパラメータ変動に対するロバスト性を有するＰＭＳＭ制御のためのシステム及び方法のことを指す。本開示の別の態様は、概してマルチモデル固定子磁束オブザーバを対象とする。本開示の一態様は、マルチモデル磁束オブザーバモデルの、マルチモデル固定子磁束オブザーバの支配的なモデルの遷移を開始させる１つ又は複数の特定の速度若しくは周波数などの遷移トリガー又はトリガー一式の選択に関する。これらのトリガーは、１つ又は複数の回転子過渡特性とも呼ばれることがある。本開示の別の態様はトルク制御線形性（ＴＣＬ）トリガーに関する。一部の実施形態は様々な異なる態様を結合し、他の実施形態は態様の一部を含むが、他の態様は含まない。本開示の実施形態は、ＨＶＡＣシステムなどの多種多様なファン及び送風機システム、並びに様々な他の商業用途及び工業用途で使用するのに適している。

図１Ａ～１Ｂはそれぞれ、好ましい商業用又は工業用のファン１０の前面図及び側面図を示す。これらの図は、ファン羽根１１、ＥＣＭ１２、及び設置用構造物１３を含む好ましい構成要素を示す。ファン羽根１１はＥＣＭ１２により駆動されるにつれて、特定の速度及び特定の回転方向に回転して気流を生成する。ファンは、典型的にはモータ自体の中に組み込まれているモータの電子部品の構成又はプログラムに基づいて気流の要件を満足するように指定された気流を作り出すことができる。

本開示のセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）の実施形態で使用するのに適している数多くの構成要素及び制御要素は、２０２０年２月１９日に出願されたＢｏｊｏｉなどによる「速度ゼロ又は低速から埋込磁石形同期モータを制御するためのシステム及び方法（ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＩＮＴＥＲＩＯＲ ＰＥＲＭＡＮＥＮＴ ＭＡＧＮＥＴ ＳＹＮＣＨＲＯＮＯＵＳ ＭＯＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＦＲＯＭ ＺＥＲＯ ＯＲ ＬＯＷ ＳＰＥＥＤ）」と題された米国特許出願第１６／７９５，０７４号明細書、及び２０２０年８月４日に出願されたＢｏｊｏｉなどによる「埋込磁石形同期モータを制御するためのロバストな始動システム及び方法（ＲＯＢＵＳＴ ＳＴＡＲＴＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＩＮＴＥＲＩＯＲ ＰＥＲＭＡＮＥＮＴ ＭＡＧＮＥＴ ＳＹＮＣＨＲＯＮＯＵＳ ＭＯＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ）」と題された米国特許出願第１６／９８４，２６７号明細書に記載されており、これらはいずれも参照によりその全体が本明細書に援用される。

図２及び図３Ａ～３Ｂはそれぞれ、本開示の実施形態に係る、ＥＣＭの好ましい実施形態の分解組立図、正面斜視図、及び後面斜視図を示す。描かれているＥＣＭは、一体化されてモータ全体となるモータ、制御器、及びインタフェースを含み、これらは以下でより詳細に説明される。

描かれているモータは、Ｎｅｄ－Ｆｅ－Ｂなどの希土類磁性材料を備える埋込磁石形（「ＩＰＭ」）同期モータである。モータは後端遮蔽体２２３、前端遮蔽体２２９、及び中央部遮蔽体２２５を含むハウジング又は筐体２３４を有する。３つの遮蔽体は、モータの筐体２３４を共同で形成するよう結合可能である。後端遮蔽体２２３及び中央部遮蔽体２２５は、モータ制御システム２２４を含むＩＰＭＳＭ電子部品用の密封された筐体を形成する。潤滑剤又はオイルシールがモータ筐体２３４から外へ延びて前端遮蔽体２２９を密封する駆動軸２３２を取り囲むことができる。別の実施形態では、モータ筐体は、共同で基本的に任意の適切な方法でモータを収納して、例えば駆動軸を回転させるためにモータが電気エネルギーを力学的エネルギーに変換できるようにする、追加の、より少ない、又は異なる構成要素から形成することができる。

好ましいモータは、モータ制御システム２２４、固定子２２６、及び回転子２２８を含む。モータ制御システム２２４は、例えば密封された後端遮蔽体２２３及び密封された中央部遮蔽体２２５が協調することにより、独立した空洞部の内部に取り付けて密封することができる。モータ制御システム２２４は、固定子２２６の多相ＡＣ電磁気学を駆動して線電流の振動に合わせて回転する磁場を作ることができる。定常状態になると、回転子は、例えば回転子に埋め込まれている永久磁石により、固定子２２６と調和して向きを変え、その結果、固定子の駆動軸２３２を回転させる。モータは、回転子を支持し、固定子２２６と回転子２２８の間の空隙が小さく一定に保たれるように回転子を位置づけるベアリング２２７を含むことができる。モータ制御システム２２４は、電子部品により生成された熱を放散させるための後端遮蔽体２２３に結合されたプリント基板上に制御器を含むことができる。

据付中、又は点検中に、カバー２２１を開けてコネクタ２２２にアクセスすることができる。本実施形態では電線用カバーは防水性であり、ゴムパッキンを含む。防水電気コネクタ２２２は、モータ制御システム２２４及び固定子２２６への経路設定、接続、あるいはそうでなければ結合を提供することができる。一実施形態では、防水電気コネクタ２２２は三相電源ケーブル、指令ケーブル、及び検出／監視ケーブルである。本実施形態では、３つのコネクタ２２２は三相電源ケーブル、指令ケーブル、及び検出／監視ケーブルに接続インタフェースを提供する。

ここで、図４を参照しながら本開示に係るモータ制御システム２２４の概要について説明する。概して、モータ制御システム２２４は、１つ又は複数の、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、及び／又は本明細書に記載される機能を実行するようプログラムされた他のプログラム可能な電子部品を含むことができる。モータ制御システム２２４はさらに、あるいは、本明細書に記載される機能を実行するようプログラムされた、又はマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、及び／又は他の電子部品をサポートする他の電子部品を含むことができる。他の電子部品には、限定されないが、１つ若しくは複数の、フィールドプログラマブルゲートアレイ、システムオンチップ、揮発性若しくは不揮発性メモリ、ディスクリート回路、集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、並びに／又は他のハードウェア、ソフトウェア、若しくはファームウェアを含むことができる。そのような構成要素は、適切な方法で、例えばそれらの構成要素を１つ又は複数の回路基板へ実装したり、一つの装置に統合される、又は複数の装置に分散されるかに関わらずそれらの構成要素を別の方法で配置するなどにより、物理的に構成することができる。そのような構成要素は、モータ１２内の異なる位置に物理的に分散することができる、あるいは後端遮蔽体２２３及び中央部遮蔽体２２５により形成される密封された筐体内などのモータ１２内の一般的な場所に存在することができる。物理的に分散される場合、構成要素は、任意の適切なシリアル又はパラレル通信プロトコル、例えば、限定されないが、ＳＣＩ、ＷｉＦｉ、ブルートゥース（登録商標）、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）、Ｉ２Ｃ、ＲＳ－２３２、ＲＳ－４８５、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などを用いて通信を行うことができる。

図４を参照すると、モータ制御システム２２４の一実施形態は、限定されないが、三相の電力源４５０を適切な電圧、電流、及び周波数へ変換する電源回路４４１と、モータ固定子巻線を駆動コマンドに基づいて駆動する駆動回路４４２と、１つ又は複数のモータ制御方法若しくはモータ速度推定方法で使用するために１つ又は複数のモータ特性を検出する検出回路４４２と、１つ若しくは複数のモータ速度推定方法又は１つ若しくは複数のモータ制御方法を実装して検出されたモータ特性に基づいて駆動コマンドを駆動回路へ与える制御器４４４と、１つ又は複数のモータ制御方法を含むモータ動作を監視する監視インタフェース４４５と、様々な指令入力を制御器４４４へ与える指令入力インタフェース４４６とを含む、様々な異なる電子部品の組み合わせを含む。指令入力インタフェース４４６は、製品システムコントローラや別の上位レベルの制御盤などの外部デバイスからの指令を受信するよう構成することができる。また、監視インタフェース４４５は受信した検出・監視情報を上位レベルの制御盤などの外部デバイスへ伝えることもできる。例えば、指令入力インタフェース４４６及び監視インタフェース４４５は、ブルートゥース（登録商標）やＷＩＦＩなどの無線通信プロトコルなどの基本的に任意の通信プロトコルを利用する送受信機又は他の通信装置を介して外部デバイスと通信を行うことができる。

本明細書に記載される制御方法の様々な実施形態を実現するのに使用される駆動検出回路４４２の一部は、他の既知のモータ制御方法を実現するのに利用される駆動検出回路４４２と同じとすることができる。例えば、駆動検出回路は、固定子相電流や固定子電圧などの様々な固定子特性を検出することができる検出回路と共に三相フルブリッジトポロジを含むことができる。一実施形態では、検出回路は固定子相電流、固定子相電圧、及びＤＣリンク電圧を検出することができる。つまり、駆動検出回路４４２のハードウェア構成を利用して、本明細書に記載される制御方法の実施形態を実現することができる。別の実施形態では、検出回路４４２は、追加の、異なる、又はより少ない特性を検出する回路を含むことができる。制御器４４４はメモリを含む、あるいは共有回路基板上にある、又はモータ内のどこかにあるメモリへアクセスすることができる。メモリは、様々な制御方法及び速度推定方法に関連して様々な動作パラメータを含むことができる。また、制御器４４４は、マイクロコントローラユニット（「ＭＣＵ」）も含むことができる。駆動検出回路４４２は、リアルタイム処理のためにＭＣＵへフィードバックを提供するためにハードウェア検出回路を含むことができる。制御器４４４は、駆動検出回路４４２により供給されるフィードバックへアクセスして、駆動回路４４２及びインバータ４４１を介して制御指令をＥＣＭ４４３へ送信するためにソフトウェアアルゴリズム及びハードウェアを含むことができる。

制御器４４４は、回転子特性検出方法、例えば、上で参照によりその全体が援用された、２０２０年２月１９日に出願されたＢｏｊｏｉなどによる「速度ゼロ又は低速から埋込磁石形同期モータを制御するためのシステム及び方法」と題された米国特許出願第１６／７９５，０７４号明細書に記載される回転子特性方法などを用いて構成することができる。回転子位置検出方法を用いた回転子位置の検出とは、モータ固定子に対する回転子の位置を検出する、又は推定することを指す。位置は、基本的に任意の適切な座標系で取得する、又は変換することができる。例えば、モータ制御システム２２４の一部の実施形態は、固定子電流測定値（ａｂｃ）を静止基準座標系又はｄｑ基準座標系へ変換することを含む。回転子磁気極性は、回転子極性検出方法を利用して検出することができる。

図５は、商業用ファンの駆動に対する固定子出力（例えば固定子電圧又は固定子電流）－回転子速度の特性曲線の一例を示す。この曲線は、様々な固定子出力値（Ｙ軸）に対する回転子速度（Ｘ軸）を図で示している。

低速時は、ファン羽根１１は大きな圧力を作り出して空気を動かすことはなく、したがってＰＭＳＭ１２からの少量の出力によって速度に比較的大きな変化が生じる。モータ速度が上昇するにつれて、ファン羽根１１を駆動するためのＰＭＳＭ１２への出力要求が特定の目標速度に達する、あるいは限界値に達するまで、ほぼ指数関数的な関係で上昇する。描かれている実施形態では、出力電力は作用点Ｗ２（Ｓ２、Ｐ２）２２において制限される。

低速とは、概して作用点Ｗ１（Ｓ１、Ｐ１）２１の速度を下回る速度を指す。一実施形態では、作用点Ｗ１は約２００～３００ＲＰＭ（Ｓ１）であり、これはシステムの摩擦、ドラッグトルク、及び他の関連する力に対抗する定格出力の約３～５％である。作用点Ｗ１での速度を上回る速度から作用点Ｗ２までは、概して動作速度と呼ばれることがある。一実施形態では、作用点Ｗ２は約２０００ＲＰＭ（Ｓ２）であり、これは定格出力又はモータが到達しうる最大出力、又はその近くにある。Ｗ２の速度は絶対的な最大速度ではない可能性があるが、許容されるモータ動作に対する最大速度及び最大動作出力と呼ばれることがある。また、Ｗ２は出力の限界点と呼ぶこともできる。

本開示の実施形態に基づいて、異なる制御速度制御論理を出力－速度の特性曲線の異なる部分で利用することができる。例えば、異なる制御方法は、異なる速度レベルにおいて優れたシステム保護、監視、及び効率を提供することができる。一実施形態では、作用点Ｗ３（Ｓ３、Ｐ３）は作用点Ｗ１より下の点に対応する。作用点Ｗ３の速度より上でモータが作用点Ｗ１の速度付近に到達するまでは、逆起電力値がなおも極めて小さいことがあるが、こうした逆起電力値は正確な速度推定値を生成するのに充分信頼はできない。一実施形態では、作用点Ｗ３の速度は２０～４０ＲＰＭ（Ｓ３）、又はその間にある。

作用点Ｗ３より下、又はその近くでは逆起電力に依存する制御論理に基づいてモータを制御できないことで、センサレスＩＰＭＳＭを非常に低速で、すなわち作用点Ｗ３に関連付けられた速度未満で正確に動作させることは困難になりうる。

さらに、グラフの他の端部において、パワーインバータの飽和が高速でのモータ制御に影響を与えうる。特定の電力出力において、モータの永久磁石の制御システムインバータは飽和する。つまり、モータ速度が上昇するにつれて、モータ出力電力が増加し、これにより、それに応じて逆起電力が上昇する。ある時点で、モータは、インバータが飽和するために出力電力をさらに上昇させられない点に到達する。これは逆起電力が利用可能な電圧に対して基本的に充分高い点であり、モータ制御インバータ４４１がさらに電流を作り出して更なるトルクを生成することができないために飽和する。

モータ制御器は、高速においても（例えばＷ２の速度、又はそれより上において）目標トルクを維持するために弱め磁束制御ストラテジを用いてプログラムすることができる。この制御は、現場で不安定となりうる電源のために制限された電圧供給状態を考慮することができる。商業用のファン及び送風機の駆動では、典型的なスピンドル駆動のような一定した出力－速度の特性曲線を持たない。しかし、商業用のファン及び送風機の駆動は、以下でより詳細に説明されるように、不安定な定格電圧供給状態でも特定の弱め磁束制御ストラテジを利用することで、高速時に満足のいくモータ制御を実現することができる。

以下の節では、例えば商業用並びに工業用のファン及び送風機の駆動において実装し、現場での過酷な作動条件においても全動作速度範囲でロバストなモータ制御を実現することができる制御方式の実施形態についての更なる詳細が提供される。

Ｉ．センサレス動的直接磁束制御
本開示の一態様は、動的直接磁束制御（「ＤＤＦＣ」）と呼ぶことができて、概して、推定固定子磁束と目標固定子磁束又は基準固定子磁束との比較に基づいてｄ軸成分指令電圧が算出され、一方で推定されるｑ軸固定子電流とｑ軸目標電流又はｑ軸基準電流との比較に基づいてｑ軸成分指令電圧が算出されるシステム及び方法を対象としている。

この構成により、多数の従来の制御方式、例えば磁界方向制御（「ＦＯＣ」）や直接トルク制御（「ＤＴＣ」）の特徴を活用することで、それらの方式の不利益の多くを克服する。ＤＤＦＣの例の詳細な検討がこの後に続く。

良く知られた座標変換理論によれば、モータの電圧、電流、及び固定子磁束ベクトルは、それぞれ

で表される。採用されるベクトル基準座標系は、半径方向埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）３０を示している図６で定義されている。具体的には、図６のＩＰＭＳＭは以下の基準座標系を含む：静止座標系（α－β）３１、回転子座標系（ｄ－ｑ）３３、固定子磁束座標系（ｄ_s－ｑ_s）３２、三相巻線基準座標系（ａｂｃ）。

典型的な磁界方向制御（「ＦＯＣ」）方式は、図６に示される同期回転子座標系３３に基づくｄ－ｑ軸電流制御を用いたモータトルク制御又はモータ速度制御を含む。ＦＯＣは巧妙に開発された経験的補償を用いて低い速度範囲で充分うまく動作するが、より高い速度範囲においてはモータパラメータ変動のために概してうまく機能しない。

モータパラメータがその正常値から変化する主な理由の一つは、モータが設置される環境のためである。例えば、巻線の逆起電力、抵抗、及びインダクタンスは温度により大きく変化することがある。モータパラメータに対する経験的補償は、概して理想的な環境、又は少なくとも固定された、若しくは特定の環境で開発されている。しかし、現実世界の動作環境は、特に商業用又は工業用のファン及び送風機（これらは屋根に設置されているかもしれず、そうでなければ風雨にさらされているかもしれない）では、必ずしも理想的なものや、固定されているもの、特定のものではない。例えば、変化する、及び／又は過酷な環境、例えば変動する温度や極端な温度は、モータパラメータ（又は、モータパラメータに基づく他の項）をメモリに記憶されている値から変化させる。

ソフトウェア内にプログラムされた制御アルゴリズムが、現実世界の値とは一致しない、メモリに記憶される経験的値に依存している場合、制御アルゴリズムは効率的又は効果的に動作しないことがあり、むしろ制御変数の不正確な計算につながりかねない。さらに、実際のモータパラメータとメモリに記憶されるモータパラメータの間の差異に起因する問題は、特定のモータ速度において非線形な影響により悪化しうる。例えば、速度が上昇するにつれて負荷及び電流はより大きくなり、モータインダクタンスＬ_d、Ｌ_q（又はそれらの値に基づく他のパラメータ）などのモータパラメータは非線形性のために不正確となる。

一部のモータパラメータ変動は、それ自体では制御ループに影響を与えないことがある。例えば、電圧は、一部のモータ制御方法ではしばしば電流制御ループの中に入らない。しかし、モータパラメータ変動による固定子電圧の変化は、電圧（又は、モータパラメータ変動により影響を受ける別の特性）がモータパラメータに依存する電圧制限方程式に基づく限界値となりうるために、なおも制御へ影響を与えうる。例えば、ＦＯＣにおいては、モータパラメータ方程式を設定する際に固定子電圧に関して仮定がなされる。その結果、そうした仮定が正しくない場合、ＦＯＣは機能しない、又は不安定になることがあり、ＦＯＣは過酷な作動条件がより一般的である商業用のファン及び送風機の駆動用途で更なる課題及び困難に直面する。

直接トルク制御（ＤＴＣ）は、モータのトルク創出を用いて電圧を直接制御する。これは、モータが高速域で動作している間にモータパラメータへの依存が小さくなることにつながる。しかし、ＤＴＣには、代替として機能するのを不可能にする重大な不利益がある。例えば、ＤＴＣは低速ではうまく動作せず、商業的及び工業的な状況で適用するのに特有の取り扱いが必要となるシステム安定性問題を有することがある。

ＤＤＦＣの実施形態はこうした欠点に対処して、両方の制御方式の利点を活用しながらそれらの方式の欠点を克服する。モータトルク創出制御が望まれる場合、固定子磁束は、リアルタイムでトルク創出量、固定子電圧、及び固定子電流に直接関係しているので、有用な制御変数である。また、トルク制御はトルク及び速度の制御でも同様に有用になりうる。ＤＤＦＣは、固定子電圧制御を用いた磁束制御と固定子電流制御を用いたトルク制御の両方を包含する。

Ａ．固定子磁束基準座標系に基づくＩＰＭ磁気モータモデル
本開示の本実施形態は、部分的には図６に示される静止基準座標系（α－β）３１でのモータの電流モデル（一般的には磁気モデル又は磁気モータモデルとも呼ばれる）に依存する。埋込磁石形（「ＩＰＭ」）モータでは、静止基準座標系（α－β）３１における電圧方程式及び電磁トルクの式は、

であり、Ｒ_sは固定子抵抗で、ｐは対となる極の数である。

磁気モータモデルは電流を回転子磁束の影響と結合することができて、これにより回転子が感じる磁束を固定子電流を用いて表すことができる。ＩＰＭモータでは、磁気モデルは回転子座標系（ｄ－ｑ）３３（図１１の回転子電流モデル１６７を参照）における磁気モデルを定義するのに好都合である。

ここでλ_mは鎖交磁束、すなわち、磁石により作り出された鎖交磁束である。

交差飽和効果を無視することで、磁気モデルの式（３）は、簡略化した形式で書くことができる。

ここで、Ｌ_dはモータのｄ軸インダクタンスであり、Ｌ_qはモータのｑ軸インダクタンスである。

回転子位置が図６のθである場合、静止基準座標系（α－β）３１における磁気モデルは以下で得られる。

ここで、

固定子磁束基準座標系（ｄ_s－ｑ_s）３２において、電圧モデル及び電磁トルクは以下のように表すことができる。

ここで、ωは回転子速度であり、δは図６の回転子ｄ軸に対する固定子磁束のｄ_s軸位置として定義される負荷角である。

式（６）から、固定子磁束ベクトルの大きさλはｄ_s軸電圧により直接調整することができて、負荷角δと、その結果としてトルクを、ｑ_s軸電圧を用いて制御することができる。しかし、式（７）は、ｑ_s軸電流の制御はトルク制御に直接関係していることを示している。トルク係数ｋ_Tは、式（８）に示されるように固定子磁束ベクトルの大きさλにより、ひいてはｄ_s軸電圧により直接調整することができる。

電圧ベクトル、電流ベクトル、及び磁束ベクトルを含むモータ固定子ベクトルは、それぞれ

で表される。採用されるベクトル基準座標系は、図６で一般的な半径方向ＩＰＭに対して定義されており、以下の通りである：静止座標系（α－β）３１、回転子座標系（ｄ－ｑ）３３、固定子磁束座標系（ｄ_s－ｑ_s）３２。ベクトルに対して使用されている添え字「ｓ」は、固定子磁束基準座標系を指している。加えて、リアルタイム座標系（ａｂｃ）３４も基準座標系に加えられる。

ＤＤＦＣ方式は、概して、図６に示される固定子磁束ベクトル座標系（ｄ_s－ｑ_s）を参照して実装することができる。特に、ＤＤＦＣ方式は、２つの電圧ベクトル成分、すなわち、ｄ_s軸目標電圧ｖ^* _dと、ｑ_s軸目標電圧ｖ^* _qを算出する。特に、ＤＤＦＣのこの実装では、以下が提供される：
・固定子磁束の大きさはｄ_s軸電圧成分により直接調整される。つまり、ＤＤＦＣ方式で作り出される目標電圧ｖ^* _dのｄ_s軸成分（目標電圧ｖ^* _qのｑ_s軸成分と共に固定子への電力供給を制御するために使用される）を固定子磁束の大きさの誤差に基づいて算出することができる。ｄ_s軸３２は、図６で示される磁束軸

になる。
・トルクはｑ_s軸電流成分により調整される。つまり、ＤＤＦＣ方式で作り出される目標電圧ｖ^* _dのｑ_s軸成分（目標電圧ｖ^* _qのｄ_s軸成分と共に固定子への電力供給を制御するために使用される）をトルク誤差（例えば、ｑ軸目標固定子電流ｉ^* _qsと実際のｑ軸固定子電流成分の推定値（回転子電流センサにより供給されるリアルタイム電流

から変換される）の間の差分）に基づいて算出することができる。ｑ_s軸３２は、図６で示されるトルク軸

になる。

図７は、代表的な機能ブロック８０を示す、好ましいセンサレス永久磁石モータ制御システムの図８０を示す。比例積分（ＰＩ）制御器８１は速度制御器として機能し、目標速度ω^*と推定回転子速度

の間の差分として定義される速度誤差と、限界値としての最大トルクＴ_maxの入力を有し、基準出力トルクＴ^*を有する。ＤＤＦＣ制御ブロック８２は以下でより詳細に紹介される。座標変換８３は、電圧を静止座標系（α－β）３１からリアルタイム三相座標系（ａｂｃ）３４へ変換する。パルス幅変調（「ＰＷＭ」）発生器８４は電源８５を制御する。電圧フィードバック再構成回路８６は、電圧をリアルタイム三相座標系（ａｂｃ）３４から静止座標系（α－β）３１へ、すなわち、

へ変換する。固定子磁束オブザーバ１６０は以下でより詳細に紹介される。座標変換８９は、電流をリアルタイム三相座標系（ａｂｃ）３４から静止座標系（α－β）３１へ変換する。三相電流センサ８７は、磁束オブザーバ１６０に対するフィードバックを提供する。不感時間補償テーブル９０はインバータ８５用の補償テーブルであり、一実施形態では、経験的値を有するルックアップテーブル（ＬＵＴ）である。ＥＣＭモータ９１は、三相電流センサ８７及びインバータ８５に電気的に接続される。

Ｂ．ＤＤＦＣ制御ブロック８２
ＤＤＦＣ制御ブロック８２は、トルク及び磁束を調整する内部モータ制御方式を表す。基準トルクＴ^*は、比例積分（ＰＩ）制御器８１を用いて実装される外部又は外側の速度調整ループにより生成され、ＤＤＦＣ制御ブロック８２への入力である。ＤＤＦＣ制御ブロック８２の出力は、図６の静止基準座標系３１における指令電圧ベクトル

と、電流制限と利用可能な電圧の制約の下でモータが生成することのできる最大トルクＴ_maxである。最大トルクＴ_maxはＰＩ制御器８１へフィードバックすることができて、ＰＩ制御器８１のアンチワインドアップ機構により使用される。

図７～８に示されるように、ＤＤＦＣ制御ブロック８２は、以下の入力又はフィードバックパラメータを利用する：
・推定される大きさ
固定子磁束オブザーバ１６０により与えられる固定子鎖交磁束ベクトル

・固定子磁束オブザーバ１６０により与えられる電気回転子の推定速度

・推定位置
固定子磁束オブザーバ１６０により与えられる、静止基準座標系（α－β）３１における固定子鎖交磁束の大きさ

・静止基準座標系（α－β）３１において測定される電流ベクトル

・インバータ８５からのＤＣバス電圧フィードバックにより与えられる、測定されたインバータＤＣリンク電圧ｖ_dc

図８は、入力及び出力の制御ベクトル変数、並びに制御論理を有する代表的な機能ブロックを用いた、ＤＤＦＣシステム及び方法８２の好ましい実装を示す。ＤＤＦＣシステム８２は、２つのＰＩ制御ループを含み、第１ＰＩ制御ループは磁束制御ループ１０８であり、第２ＰＩ制御ループはトルク制御ループ１０９である。ＤＤＦＣシステム８２は、デュアルループ制御手法を使用する。磁束制御器１０８は、固定子鎖交磁束の目標大きさ

（所望のトルクＴ^*、推定速度

、及び利用可能な電圧ｖ_dcから得られる）を固定子磁束オブザーバにより与えられる固定子鎖交磁束の推定される大きさと比較することで、補正電圧のｄ軸成分を出力する。トルク制御器１０９は、所望のトルクＴ^*から得られるｑ軸目標固定子電流と、三相固定子の利用可能な電流（ａｂｃ）から得られる固定子電流の実際のｑ軸成分を比較することで、補正電圧のｑ軸成分を出力する。電流制御器及び磁束制御器は、それぞれｑ制御器及びｄ制御器と呼ばれることがある。これらは、まとめてユニバーサルｄｑ制御器と呼ぶこともできる。簡単に言うと、ＤＤＦＣ方式はｑ制御器とｄ制御器を利用してトルク制御及び固定子磁束制御を実行し、それらの結果を統合して、モータが目標トルク及び目標固定子鎖交磁束に向けてモータ動作を調整するための一つの電圧指令とする。

固定子鎖交磁束は、磁場システム及び電気回路システムの両方と直接関係している。磁場側からは、鎖交磁束λはｑ軸電流ｉ_qsと直接相互に作用して、式（７）のトルクが生成される。電気回路側では、磁束は電圧方程式（６）の電圧の変数である。トルク創出量はここで書き換えられる。

ここで、ｐは対となる極の数であり、λは固定子磁束の大きさであり、ｉ_qsはｑ_s軸電流成分である。ｋ_Tはトルク係数又は磁束鎖交数である。電圧方程式は、

であり、ωは回転子速度、δは図６の回転子ｄ軸に対する固定子磁束のｄ_s軸位置として定義される負荷角である。つまり、負荷角は、同期モータの固定子の軸と回転子の極軸の間の角度差分を指す。

その結果、ＤＤＦＣ方式は、以下でより詳細に説明されるように、直接磁束制御と電圧制御の両方を可能とする。

ＤＤＦＣトルク制御
ＤＤＦＣでは、トルクは２つの変数、すなわち、固定子磁束の大きさλとｑ_s軸電流成分ｉ_qsを制御することで制御される（式（９）を参照）。いずれも、ハードウェア検出回路のリアルタイムフィードバックに基づいて算出された計数器変数である。したがって、磁束計算の精度は、非線形性が存在するものの、磁気モデル又は実際の電圧の積分のいずれかから得ることができる。高いトルク制御性能を、全速度範囲で精度と動的応答の両方に関して実現することができる。それゆえ、ＤＤＦＣはトルク及び速度を直接制御する。

これは、トルク制御がｄｑ軸電流成分のｉ_dとｉ_qの両方を制御することで間接的に実現されるＦＯＣとは全く対照的である。両方の電流成分が適切に制御されるにも関わらず、トルクは適切に制御されない。これは、ＦＯＣのトルク計算は、モータパラメータ変動及び非線形性の影響下にある電流と固定子インダクタンスに依存するからである。上述したように、ＦＯＣのトルク計算は、パラメータの非線形性に起因する補償を必要とする。また、電流制御は間接的なトルク制御のためにトルク応答を遅延させるので、動的性能も影響を受ける。

ＤＤＦＣ－電圧制御
磁束オブザーバの電圧モデル部分における電圧積分は、電圧検出ハードウェア回路（例えば電圧再構成器８６）に基づいているため、基本的に直接磁束の計算である。それゆえ、変数としての電圧は、高速時にはリアルタイム制御の制御ループ内にある。これにより、ＤＤＦＣはＭＴＰＶ制御を含む制限された電圧動作条件下でも利用可能な電圧を充分に利用することができる。このため制限された電圧でも優れたトルク創出能力が提供される。ＦＯＣとは対照的に、ＦＯＣ電流制御は、高速時にはインバータ飽和に対処するために電圧限界を調整することができない。

ＤＤＦＣ ＭＴＰＡ、弱め磁束、及びＭＴＰＶ

始動時及び低速域では、モータパラメータ、飽和、磁束変動やその他の多くの要因がモータのトルク創出に影響を与えることがあり、それゆえ性能に影響を与えることがある。しかし、適切な、恐らく最適な制御基準を実現する制御軌跡が存在する。それは最大トルク／電流（「ＭＴＰＡ」）１０３と呼ばれる。実際には、ＭＴＰＡ１０３はルックアップテーブル（「ＬＵＴ」）として実装することができる。テーブルの値は、永久磁石モータが設計・開発されている間、製造時に取得及び記憶することができる。基本的に、ＭＴＰＡは基準トルクＴ^*を基準磁束へと変換してＭＴＰＡ動作を実現する。ＭＴＰＡは、特定の作動条件下でパラメータの非線形性を調整することができる。

ＭＴＰＡ磁束は、インバータが飽和している、又は飽和に近い高速時においては適切ではないことがある。具体的には、磁束は、高速時の制御の問題のためにさらに制限する必要がありうる。弱め磁束ブロック１０２は、推定モータ速度及び最大電圧ブロック１０１の出力とに基づいて磁束限界を算出することができる。モータ速度が上昇するにつれて、モータの逆起電力は、さらに上昇させるのに利用可能な電圧がない点に到達するまで上昇する。この場合、電源又はインバータは追加のトルクを生成するために追加の電流を作り出すことができない。これは、インバータ飽和と呼ばれる。モータのトルクは、ｄ_s軸の基準電流成分での固定子電流がモータの磁束を消磁して回転子永久磁石の磁束が弱められる、又は制限される（１０２）と、再び創出される。

低速域に対するトルク制御から検討を始めると、（ｄ_s、ｑ_s）固定子磁束ベクトル座標におけるモータトルクの式（７）は、

であり、ｐは対となる極の数であり、λは固定子磁束の大きさであり、ｉ_qsはｑ_s軸電流成分である。

最大電圧ブロック１０１の出力は、利用可能な最大電圧Ｖ_maxである。そして、弱め磁束ブロック１０２では、磁束限界値λ_limは利用可能な電圧に応じて次のように計算される。

ここで、

は、インバータにより供給される利用可能な最大電圧である。

は推定速度である。

（１１）で算出される値に対する磁束制限は、弱め磁束制御と呼ばれる。最終的な基準磁束が得られたら、ｑ_s軸の基準電流成分が（８）から算出される。

ブロック１０４の出力であるトルク電流成分ｉ_qs,maxの限界値は、２つの異なる限界値を考慮して計算される。図１０は詳細な制御図である。

最大インバータ電流Ｉ_max１３１。

最大インバータ電流はＩ_max１３１であり、電流ｉ_dsは磁束の調整により決まるｄ_s軸電流成分である。Ｉ_maxは、インバータが対処しうる最大電流である。

最大トルク／電圧（「ＭＴＰＶ」）の限界値を、電流制限ブロック１０４を用いた電圧制御中に印加することができる。永久磁石同期モータ用のトルクは、以下で表すことができる。

ここで、λ_mは鎖交磁束であり、δは負荷角である、つまりｄ_s軸固定子磁束ベクトルとｄ軸鎖交磁束ベクトルの間の角度である（図６参照）。Ｌ_sは固定子の漏れインダクタンスである。

ＭＴＰＶ動作は負荷角が最大値又は閾値に到達する場所又はその近く、典型的には９０°の電気角で始動することができる。鎖交磁束をλ_mとすると、ＭＴＰＶトルクは、基本的に動作電圧によりかけられる固定子磁束により決まる。

（１６）から、図１０の電流制限ブロック内に示されるように、ＭＴＰＶ動作１３２に対する最大電流は以下のように得ることができる。

ＭＴＰＶ電流制限は、磁束オブザーバにより与えられる負荷角を確認する追加のＰＩ制御器１３３を用いてさらに制限することができる。負荷角が閾値又は最大値を超える場合、ＭＴＰＶ電流制限は、図１０に示されるようにさらに減少する。典型的には、最大負荷角はモータ製造工程で既知の所定の値である。そうでなければ、最大負荷角は試行錯誤により実験的に得ることができる。ブロック１３４は上昇制限制御器であり、ブロック１３５は双方向制限制御器である。

すべてのモータがＭＴＰＶ電流制限を含むわけではないことは注目に値する。場合によっては、電流制限は簡略化することができて、式（１４）を用いて計算される、図１０のブロック１３１内に示される限界値のみを利用可能である。異なるモータ実施形態は、特定の用途に適したものに応じて、ＭＴＰＶ制限を異なる方法で実装する、又はまったく実装しないこともできる。

ここで、ＭＴＰＡ及びＭＴＰＶのＤＤＦＣへの適用について、詳細に論じる。

図８に示されるように、ＤＤＦＣは最大トルク／電流軌跡（「ＭＴＰＡ」）制限を調整することができる。つまり、ＤＤＦＣは、推定モータ速度に基づいて目標磁束又は基準磁束を調整することができる。その結果、ＤＤＦＣは、電圧閾値又は電圧限界に到達する前に固定子磁束を制御することができる。ＭＴＰＡ磁束値は、メモリに記憶されるルックアップテーブルから取得することができる。値は、製造時にメモリに記憶する、及び、モータの設計、検査／検証、又は他の段階で取得することができる。

速度が電圧限界に到達した場合、又は電圧限界近くにある場合、ＤＤＦＣは図８に描かれている最大トルク／電圧（「ＭＴＰＶ」）電流制限１０４を作動させることができる。電流制限ブロック１０４は、図１０でより詳細に示される。最大電流限界値（１７）以内の最大電圧が電流制限ブロック１０４により与えられる。最大電流ｉ_qs,max１３２は、最大電圧が使用可能な状況で、高速域での最小電流によるトルク制御に対する限界を規定する。

一般的には、電流制限ブロック１０４はｄ軸電流及びＭＴＰＶ定数に基づいてｑ軸固定子電流を制限する。

それゆえ、ＭＴＰＡ制御ストラテジ及びＭＴＰＶ制御ストラテジの両方により、システムが想定される動作条件下で適切な性能を提供出来るように、全動作速度範囲で適切な制御を提供する。

ここで、ＤＤＦＣ制御のいくつかの他の特徴について詳細に論じる。これらの追加の特徴は、システムがモータの始動から動作速度範囲全体の任意の速度までロバスト制御を実現するのを助ける。

モータ始動制御－ＤＤＦＣに基づくユニバーサルｄｑ制御器

様々な異なるモータ始動制御方法をＤＤＦＣに関連して実装することができる。例えば、基本的に任意の人気のあるモータ始動制御方法を含めることができる。人気のあるモータ始動制御方法のいくつかは、オープンループ制御を用いて回転子を速度ゼロから始動させて、閾値速度に到達したら閉ループ制御に適応させることを含む。

さらに、閉ループ始動方法のいくつかの実施形態及び態様は、２０２０年２月１９日に出願されたＢｏｊｏｉなどによる「速度ゼロ又は低速から埋込磁石形同期モータを制御するためのシステム及び方法」と題された米国特許出願第１６／７９５，０７４号明細書、及び２０２０年８月４日に出願されたＢｏｊｏｉなどによる「埋込磁石形同期モータを制御するためのロバストな始動システム及び方法」と題された米国特許出願第１６／９８４，２６７号明細書に記載されており、これらはいずれもすでに参照によりその全体が本明細書に援用された。基本的に任意の様々な実施形態、態様、又は特徴が本開示に係るＤＤＦＣシステムに組み込まれる。これらの一部は、全速度範囲で閉ループ制御を行って任意の取り得る初期状態から動作速度へのロバストな始動へ到達するための体系的な方法を提供することができる。さらに、’２６７号出願は、制御を始動モードから動作モードへと遷移させることのできるユニバーサルｄｑ制御器について論じている。これらの出願に記載される他の特徴は、いくつかの好ましい特徴を挙げると、ゼロ又は静止状態での始動プロセスや動的高周波注入方式を含むＤＤＦＣに関連して実現することができる。

図９は、主にモータ始動制御に重点を置いた、モータ制御の説明を助けるためにＤＤＦＣの簡略化されたバージョン１２０を示す。基準回転子位置／速度の状態が１２６で示されている。オブザーバモードフラグ１２９が電流制御と磁束制御の間で切り替えを行うためにスイッチを動作させる。基本的に、ｄｑ制御器は、以下のように動作する２つの比例積分制御器を含む。
（１）オブザーバが停止された始動の場合（ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝０）
ｄ制御器は電流制御器として構成され、ｑ制御器は電流制御器として構成され、それぞれの入力は、（ｄ，ｑ）基準電流と実際の電流との比較から得られる誤差値１２７及び１２８である。制御器の利得は、ｋ_p,crt及びｋ_i,crt（１２２）である。すべての回転変換に使用される位置θ_eは、次の２つの異なる値１２６となりうる：
（ａ）ゼロ－電流制御は，ｉ_d＝ｉ_α及びｉ_q＝ｉ_βであるため、静止（α，β）電流制御方式となる。
（ｂ）基準電気速度の積分から得られる基準位置θ^*。
（２）オブザーバが使用された始動の場合（ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝１）
ｄ制御器は利得ｋ_p,flux及びｋ_i,flux（１２１）を用いた磁束制御器として構成され、入力は基準固定子磁束と実際の固定子磁束（例えば、固定子磁束オブザーバにより与えられる推定固定子磁束）の間の誤差値へと変更される。すべての回転変換で使用される位置は、磁束オブザーバにより与えられる推定固定子磁束位置である。

それゆえ、ｄｑ制御器の概念は、２つの側面に関してユニバーサルｄｑ制御器を表現する。まず速度が低い、速度ゼロ、又は数Ｒｐｍである場合、ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝０であり、電流制御は基準電気速度の積分から得られる基準位置に関わる。次に、その一方で、速度が特定の速度に到達したらすぐにＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝１となり、磁束オブザーバにおいて高速動作での回転子の位置と速度を推定するために磁束制御が始動される。

ｄｑ制御器１０８及び１０９から出力される電圧指令は、リミッタ１１４及び１１５を用いて制限することができて、図９の好ましいＤＤＦＣブロック図８２で示される、回転子基準座標系（ｄ－ｑ）から静止座標系（α－β）への座標変換１１０へ与えられる。変換には、図７及び図１１で示されるマルチモデル固定子磁束オブザーバ１６０や図１２及び図１３で示されるＤＨＦＩマルチモデル固定子磁束オブザーバ８８０などの固定子磁束オブザーバにより与えられる活性磁束回転子位置角

を利用することができる。また、回転子位置角を、固定子電流に対して回転子基準座標系から静止座標系への変換１１７で利用することもできる。

Ｃ．マルチモデル固定子磁束オブザーバ

概して、センサレス永久磁石同期モータ制御は、磁束オブザーバ技術に基づいて回転子の速度と位置の情報を取得する。磁束オブザーバは、モータ方程式及びモータモデルから作成されたリアルタイム計算の結果である磁束推定値を提供する。本開示の一態様は、概してマルチモデル固定子磁束オブザーバを対象とする。一つの好ましいマルチモデル固定子磁束オブザーバ１６０が図７及び図１１に示されている。別の好ましいマルチモデル固定子磁束オブザーバ８８０が図９及び図１３に示されている。磁束オブザーバは、回転子位置や回転子速度などの様々な回転子特性を本開示の動的直接磁束制御システム８２及び８２０などのモータ制御システムへ提供することができる。本開示のマルチモデル磁束オブザーバの様々な実施形態は、低いモータ速度範囲及び高いモータ速度範囲の両方を含む全動作速度範囲で高い性能を提供する。

ここで、図１１に示されるマルチモデル固定子磁束オブザーバ１６０について詳細に説明する。描かれている固定子磁束オブザーバ１６０は、多数の磁束観測方法を動的に組み合わせて、固定子磁束オブザーバ出力（モータ又は回転子の特性又は特性値とも呼ばれる）の組を速度制御器や本開示の動的直接磁束制御器などのモータ制御システムへ提供する。別の実施形態では、マルチモデル固定子磁束オブザーバは別の種類のモータ制御システムに関連して利用することができる。マルチモデル磁束オブザーバは、回転子速度などの多数の異なる要因に基づいて（そしてＤＨＦＩマルチモデル固定子磁束オブザーバに関連して後述されるように、高周波注入が有効にされているかどうか、及び高周波角度オブザーバ回転子位置又は固定子磁束オブザーバ回転子位置が固定子磁束観測の基礎として使用されているかどうかに基づいて）、回転子の特性値がどのように推定されるかを動的に変化させることで、全モータ速度範囲で正確な出力を提供することができる。低速時は、固定子電圧は小さすぎて、正確な磁束又は回転子位置の推定値をセンサレス逆起電力ベースの技術を用いて得られないことがある。さらに、低速時は、磁束・位置オブザーバは、特に機械パラメータの変動に敏感である傾向がある。例えば、固定子抵抗及び固定子インダクタンスは、温度と共に大きく変化することがある。固定子磁束オブザーバが回転子速度に基づいてどのように動作するかを動的に変化させることで、機械パラメータの変動に対する感度を大きく低下させることができる。例えば、固定子抵抗は温度と共に大きく変化することがある。

回転子速度（又は、対応するカットオフ周波数若しくは他の対応する閾値）を利用して、適切なモータモデルの利得値１６６を選択することができる。モデルの利得値は、異なる複数のモデルのうちのどれの間の遷移がマルチモデル磁束オブザーバの出力に影響を与えるかを制御する。例えば、固定子磁束オブザーバ１６０は電圧モデル及び電流モデルを含み、選択される利得値１６６は、どの磁束推定値が固定子磁束推定値に対するフィードバックを決定づけるかに影響を与える。

図１１に示されるように、描かれている固定子磁束オブザーバ１６０は、モータ電圧モデル１６２、１６３、１６４を用いて、固定子逆起電力電圧の積分から得られる固定子磁束推定値

を、固定子の電流と磁束の間の関係を規定する磁気モータモデル（電流モデルとも呼ばれる）１６５、１６７、１６８から得られる固定子磁束推定値

と組み合わせる。

２つの磁束推定値の組み合わせは、オブザーバ利得ｇ（ｒａｄ／ｓ）により以下のように与えられうる。
・電流モデル：ｇ（ｒａｄ／ｓ）に等しい周波数より下では、磁束推定値は磁気モデル手法１６５、１６７、１６８により決定づけられる。
・電圧モデル：ｇ（ｒａｄ／ｓ）に等しい周波数より上では、磁束推定値は電圧積分手法１６２、１６３、１６４により決定づけられる。

磁気モデルは、推定される（ｄ－ｑ）回転子座標系３３（図６を参照）において、

を用いて計算され、推定されるｄ軸鎖交磁束は

により表され、推定されるｑ軸鎖交磁束は

により表される。

その一方で、電圧積分手法に関しては、推定される回転子位置は、一例として実装される「活性磁束」概念を用いて、固定子磁束及び固定子電流から算出される。

磁束オブザーバは、以下の量をモータ制御へ提供する：

固定子磁束ベクトルの大きさ：

固定子磁束ベクトルの位置：

負荷角：

回転子速度は、推定される回転子位置（１９）で位相同期ループ（「ＰＬＬ」）１７１を用いて得ることができる。

固定子磁束速度は、以下で推定することができる：

（２３）において、固定子逆起電力電圧成分ｅ_αβは次のように計算される。

ｖ_αβは、インバータのデューティ比、及び電圧再構成ブロックの電圧センサ８６により検出される、機械へ印加されたＤＣリンク電圧から再構成された（α－β）電圧成分である。ｖ_dt,αβは、インバータによって導入された不感時間の影響による（α－β）電圧誤差であり、固定子電流センサ８７により検出される固定子電流に基づいて算出することができる。

ＤＤＦＣ固定子磁束オブザーバの実施形態１６０は、異なる複数の種類の値を用いて算出された多数の磁束推定値を活用しており、したがって、概してハイブリッド又はマルチモデル固定子磁束オブザーバと呼ばれることがある。低いモータ速度では、小さい逆起電力電圧のために、電圧モデルベースの磁束推定は、低速時の逆起電力値はあまり信頼できないため、概して精度が低くなる。その結果、低いモータ速度では、固定子磁束オブザーバは異なる磁束推定方法に依存するよう構成されることがあり、例えば、固定子磁束オブザーバはモータ磁気モデルに基づく磁束推定値に依存するよう構成されることがある。モータ磁気モデル（すなわち電流モデル）は、固定子と回転子の間の鎖交磁束を推定するのに、検出された固定子電圧（すなわち逆起電力の計算）には依存しない。上の式（１８）で定義されたように、モータ磁気モデルも同様に、回転子と固定子の間の鎖交磁束を求めるのに、検出された電流、モータインダクタンス、及び永久磁石磁束又は無負荷鎖交磁束に依存する。

利得関数１６６を利用して、活性磁束の積分時にフィードバックとして利用するために適切な磁束推定値をフィルタする、又は選択することができる。つまり、利得関数１６６（例えばローパスフィルタやハイパスフィルタ）は、電流モデル磁束推定１６５、１６７、１６８が出力を決定づけるように構成することができて、図１１に示されるように低速時にかなり良好な磁束推定値を提供できる。速度が低速域から（例えば、判定される、設定される、あるいはそうでなければ電圧モデル又は電流モデルがフィードバックを決定づける遷移点を規定する利得関数１６６の利得値により引き起こされる）高速までの場合、電圧積分１６４から出力される磁束推定値が電流モデルの磁束推定値よりも優勢になる。つまり、電圧積分１６４から出力される磁束推定値が、利得値及びフィルタ構成のために利得関数１６６からの出力を決定づける。

磁気モデル又は電流モデル１６７からのモータパラメータである固定子抵抗

１６２、電圧フィードバックｖ_αβ、及び電圧誤差ｖ_dt,αβ１７４が、式（２４）に対応する積分１６４を用いて固定子磁束

を算出するために適用される。この式から、電圧フィードバック及び電圧誤差フィードバックは、すべて電圧検出回路８６及び電流検出８７からであることがわかる。さらに、固定子抵抗の電圧降下は比較的小さいので、電流モデルの不正確さを考慮したとしても、速度が充分に高い場合、推定値は変動を許容できるほど充分に正確となりうる。それゆえ、利得関数１６６に対する遷移値が本開示の実施形態に従って選択される場合、そのような構成ではモータ速度が磁束推定においてモータパラメータ変動が重要ではない高速域にある場合は、電圧モデル磁束推定値のみが支配的となるので、固定子磁束推定値は過酷な作動条件で発生するモータパラメータの変動に対してロバストで正確となりうる。

同様に、利得関数１６６に対する遷移値が本開示の実施形態に従って選択される場合、固定子磁束推定値は、より低速時に同様に、過酷な作動条件で発生するモータパラメータの変動に対してロバストで正確となりうる。これは、モータ磁気モデルは過酷な動作条件に起因するモータパラメータ変動により大きく影響されないためである。磁気モータモデルは磁束推定値を得るために、磁気モデル又は電流モデルからのモータパラメータ固定子インダクタンス

電流フィードバック

推定固定子磁束

の３つの値を利用する。活性磁束

は、電流とｑインダクタンスの積を推定固定子磁束と比較することで、ノード１７２で算出することができる。そして、活性磁束回転子位置角

は、式（１９）の計算を実行する回路を実装する、又は構成することで、ノード１７３で得ることができる。式（１９）によれば、速度が高い場合、磁束位置角は正確でロバストである。前述したように、固定子磁束推定値及び活性磁束推定値の両方はモータパラメータ変動に対してロバストである。したがって、電流検出回路からの電流フィードバックは、固定子インダクタンス

の変動による影響は速度が中速度及び高速である場合は軽減されるので、より高い速度ではロバストで正確である。

結果として、積分は図１１の固定子磁束オブザーバ１６０内の逆起電力のリアルタイムフィードバック１６２、１６３、１６４、１７２、１７３、１７４、及び、電圧検出ハードウェア回路から直接図７の８６、８７に基づいて算出されるので、ロバストな推定結果を提供する。したがって、システムパラメータの変動によるシステム制御への影響は、高速時の電圧モデルの動作においては大幅に低下する。

図１１の機能ブロック図１６０に戻ると、この図は本開示の本実施形態に関連して使用するのに好ましい磁束オブザーバを示す。磁束オブザーバは、２つの異なる方法で磁束推定値を生成する２つの異なるモデルを統合している。電圧モデルは基本的にモータへの電圧入力を損失（とりわけ逆起電力及び不感時間）と比較し、一方で電流モデルは基本的に検出された電流及び回転子位置、並びに経験的モデルを利用して磁束を推定する。磁束推定値を利用して、様々なモータ特性、例えば推定回転子位置、推定負荷角、推定回転子速度、推定回転子磁束、第２推定速度などを算出及び出力することができる。２つのモデルは、異なる状況でこれらのモデルをより信頼出来て、かつ正確にする差異を有する。

一例では、電圧モデルと呼ばれることのある、実際の電圧の積分１６４を利用する第１の磁束観測方法により回転子特性を算出し、他方の磁束観測方法はやはり電流モデルと呼ばれることのある磁気モデル１６７を利用することができる。言い換えると、一実施形態では、２つの磁束オブザーバモデルは、１）磁気モデル又は電流モデル、２）実際の電圧積分又は電圧モデル、である。モータ始動期間（すなわち、モータが比較的低速（例えば５０ＲＰＭ未満）である間）には、磁束オブザーバは、電流モデルに基づく推定値が図１１の出力１６５、１６７、１６８を決定づけるように構成される。速度推定値が特定の低速域を上回る場合、磁束オブザーバは、電圧モデルの推定値が磁束オブザーバの出力、すなわち速度及び位置の推定値を決定づけるように構成される。

磁束オブザーバの出力は、作り出された推定値も磁束オブザーバ自身へとフィードバックされて、磁束オブザーバの構成に組み入れられるので、自己を反映している。つまり、速度が変化するにつれて、磁束オブザーバにおける１つのモデルの他のモデルに対する優位性は変化する。変化は決定的なことがあり、カットオフ周波数で発生しうる、あるいは、複数の出力の間の変化は、特定の速度範囲内において２つの異なる速度モデルの平均又は重み付けが使用されるようにクロスフェードされることがある。一部の実施形態では、磁束オブザーバ回路は、１つの出力が利得係数ｇ１６６に基づいて他の出力よりも優勢になるように、アナログ的に構成することができる。

それゆえ、電圧積分は図１１の１６０の逆起電力のリアルタイムフィードバック１６２、１６３、１６４次第で算出することができて、電圧モデルベースのオブザーバは低速から最大速度までロバストな推定結果を提供することができる。電流モデルから電圧モデルへの遷移は、図１１の利得ｇ１６６である。この利得は、様々な要因に基づいて電圧モデルと電流モデルを適切にバランスよく使用するように、製造時に決定することができる。

動的高周波注入（ＤＨＦＩ）システム統合及びＤＨＦＩ固定子磁束オブザーバ

従来の磁束オブザーバは概して、一部のモータ用途で１０ＲＰＭから１５０ＲＰＭなどの低速又は非常に低速での動作時には、満足のいく推定値を提供しないことがよくわかっている。センサレス制御システムにおける、この難しく長年にわたり歴史的に困難な工業的な問題に対処するため、動的高周波注入（ＤＨＦＩ）を、モータ始動時に利用される任意のＤＨＦＩに加えて、低速動作時に有効化することができる。

ＤＨＦＩのいくつかの実施形態は、２０２０年８月４日に出願されたＢｏｊｏｉなどによる「埋込磁石形同期モータを制御するためのロバストな始動システム及び方法」と題された米国特許出願第１６／９８４，２６７号明細書で開示されており、すでに参照によりその全体が援用された。例えば、モータ始動制御の一実施形態は、ＤＨＦＩを閉ループ始動方法に組み込んでいる。始動ＤＨＦＩは、２００ＲＰＭや１２Ｈｚなどの特定の速度を下回る基本的に任意の速度において、電流モデル磁束オブザーバ出力を利用することなしに回転子位置と回転子速度の推定値を提供する。始動速度ω_h以上においては、電圧モデルベースの磁束オブザーバがＤＨＦＩの役割を引き受けて、回転子位置と回転子速度の推定値を提供する。

図１１に記載されるオブザーバ１６０の技術によれば、始動期間又は低速時では、小さい逆起電力のために、電圧積分は比較的不正確となりえて、それゆえ、代わりにマルチモデル磁束オブザーバがモータ磁気モデルに基づいて速度を推定し、その結果が出力を決定づけて、低速時にかなり良好な磁束推定値を提供する。速度が低速域を上回る場合、積分は逆起電力のリアルタイムフィードバックに従って算出されるので、電圧積分の推定値が推定値を決定づけて、ロバストな推定結果を提供する。

結果として、ＤＤＦＣの固定子磁束オブザーバの低速での性能に関して、最初は磁気モデルに基づく電流モデルは低速域でのパラメータにより決まる。そして、電圧積分方法が推定動作に関与するとすぐに、システムは、低速から高速までＤＤＦＣに対して正確な測定値を得る。

ＤＨＦＩシステム統合

ここでは１５０Ｒｐｍを下回るなどの低速時に任意の磁束オブザーバ手法を直接適用する際の課題を示す。幸いにも、すでに参照によりその全体が援用された、２０２０年８月４日に出願されたＢｏｊｏｉなどによる「埋込磁石形同期モータを制御するためのロバストな始動システム及び方法」と題された米国特許出願第１６／９８４，２６７号明細書が動的高周波注入（ＤＨＦＩ）方式について記載している。このＤＨＦＩ方式は、低速動作に対するモータパラメータ変動の独立性のために、速度及び位置を推定するためのロバストなソリューションを提供する。本実施形態は、この手法と本明細書に記載されるマルチモデル磁束オブザーバを組み合わせて、固定子磁束オブザーバ出力を置き換えるＤＨＦＩ推定値を適用することができる。これらのＤＨＦＩのロバストな推定値は、始動時だけでなく低速域で得ることができる。このようにして、任意の低速時の動作をＤＨＦＩ方式を用いて、そのような推定値に基づいて制御することができる。推定値の磁気モデル又は電流モデルの磁束オブザーバ出力は、もはや低速域ではＤＤＦＣ磁束オブザーバ入力に適用されない。総合的な推定性能は、精度及びロバスト性に関して大きく改善することができる。

ＤＨＦＩ方式は、低速動作を大幅に改善するための強力なツールである。具体的には、高周波注入（「ＨＦＩ」）は、有用ではあるが、いくらかの複雑性をもたらし、システム制御に負の影響を与える。ＤＨＦＩ方式はＨＦＩの利点を活用することを可能にし、高周波注入であるため非常に低速において位置を観察する能力を提供し、その後、ＨＦＩ処理により生成されたシステムへの負の影響を防ぐために高周波信号を除去する。ＤＨＦＩは、すでに参照によりその全体が援用された２０２０年８月４日に出願されたＢｏｊｏｉなどによる「埋込磁石形同期モータを制御するためのロバストな始動システム及び方法」と題された米国特許出願第１６／９８４，２６７号明細書においていくつかの実施形態で詳細に記載されている。ＤＨＦＩはその開示においては始動時に利用された。本開示はＤＨＦＩシステム統合に関連する詳細な説明及び例を提供し、特にシステム制御、すなわちＤＤＦＣに関して本明細書で提示される。

図７に示されるシステム制御図と比較すると、ＤＨＦＩをシステムへ統合するために、いくつかの機能要素を、図１２に示されるＤＨＦＩが統合された制御システム１２００を実現するために加えることができる。好ましい高周波注入（「ＨＦＩ」）機能ブロック１２１０は、ノード１２５０でモータ制御システムへ注入するＨＦＩ電圧をＤＤＦＣ電圧指令と共に生成する。制御フラグ「ＥｎａｂｌｅＨＦ」１２４０は、システムへ注入するためにＨＦＩをオンにするかどうかを決定する。２つの移動平均フィルタ（「ＭＡＦ」）１３００はＤＨＦＩ実装においてＨＦＩ信号を除去する。具体的には、一実施形態では、１つのＭＡＦ１３００が電圧波形から基本波形を取り去って、推定される回転子位置角

を固定子磁束オブザーバ８８０へ出力するＨＦ角度オブザーバ１２９０へＨＦＩ信号を提供する。ＨＦＩが有効化されている場合、オブザーバがうまく動作するように歪みや妨害を作り出すＨＦ信号のないきれいな形式で電流フィードバック信号も与えることができる。つまり、他方のＭＡＦはＨＦＩが有効化されている場合に、フィードバック電流

からのＨＦ波形の除去を担当して、電流

１３１０のきれいな基本波形を得ることができる。描かれているように、

及び

はいずれも、マルチモデル固定子磁束オブザーバ８８０へ、またマルチモデル固定子磁束オブザーバを迂回して直接ＤＤＦＣへ送ることができる。加えて、２つの電圧フィードバック信号１３２０に関しては、ＨＦＩが有効化されている場合、フィードバック電圧

を使用する代わりに高周波注入前電圧指令

を固定子磁束オブザーバへの入力信号として使用することができる。

ＥｎａｂｌｅＨＦフラグは、本実施形態では２つの状態を有する。
（１）ＥｎａｂｌｅＨＦ=０：ＨＦＩ動作は無効化される
この状態では、ＨＦＩ機能は無効化される。システムは基本的に、ＨＦＩのない、図７に示される簡略化されたシステム図のように振る舞う。典型的な動作環境は低い速度ω₂より上、あるいはゼロ又は静止状態での始動動作における極性検出の開始時である。
（２）ＥｎａｂｌｅＨＦ=１：ＨＦＩ動作は有効化される
この状態では、ＨＦＩ機能は有効化される。ＨＦＩ電圧がモータ制御ループへ注入されて、推定される回転子位置角

を固定子磁束オブザーバ８８０へ出力するＨＦ角度オブザーバ１２９０に対してＨＦ信号を伴う電流フィードバックが生成される。ＨＦＩにより、制御システムは回転子位置及び回転子速度を推定する際に更なる精度を有することが可能となる。

ＤＨＦＩシステム統合に関して、ＤＤＦＣ８２は、例えば図８に示されるように、ＥｎａｂｌｅＨＦフラグの状態１１６に応じて、実際の電流フィードバック又はＤＨＦＩフィルタ処理された電流フィードバックのいずれかを使用するよう構成することができる。

結果として、ＤＤＦＣ８２は、ＥｎａｂｌｅＨＦフラグの状態、ひいては動的ＤＦＣシステム（ＤＤＦＣ）と呼ばれるものに応じて通常の動作とＤＨＦＩ統合動作の両方を扱うことが可能な新しい制御システムを提供する。

ＤＨＦＩ固定子磁束オブザーバ

図１２は、動的直接磁束制御（「ＤＤＦＣ」）ブロック８２０がＤＨＦＩ方式に統合された方式図１２００を示す。本開示の別の態様は、概して、全モータ動作速度範囲でロバスト制御を実現するためにＤＨＦＩベースの磁束オブザーバと電圧モデルベースの磁束オブザーバをまとめて一つのハイブリッド磁束オブザーバへ統合するマルチモデル磁束オブザーバ８８０を対象とする。簡単に言えば、図１２は、マルチモデル固定子磁束オブザーバを含む、動的高周波注入が可能なモータ制御システムの代表的なブロック図を示す。特に、ＤＨＦＩモデル及び電圧モデルを含み、ＤＨＦＩ／電圧固定子磁束オブザーバ８８０と呼ぶこともできるマルチモデル固定子磁束オブザーバ８８０が図１２に示されている。

ＤＨＦＩがシステムへ統合された実施形態では、図１１のマルチモデル固定子磁束オブザーバ１６０は、例えばＥｎａｂｌｅＨＦフラグが１に設定される、ＨＦＩが有効化されている場合にＨＦＩ入力を扱うよう構成することができる。図１３は、図７のマルチモデル固定子磁束オブザーバ１６０と比べてアップグレードされたＤＨＦＩマルチモデル固定子磁束オブザーバ８８０の詳細を示す。２組のスイッチがＤＨＦＩ固定子磁束オブザーバのシステム図１６００に加えられていることがわかる。一方は、前述したフラグＥｎａｂｌｅＨＦに基づくスイッチである。他方のスイッチは、ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅフラグにより制御される。これらのフラグは、図１２の８２０、８８０、１２４０などの対応する制御機能において、異なる役割を果たす。

Ａ．ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅフラグの機能

本実施形態では、ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅフラグは２つの状態、すなわち、ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝０及びＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝１を有する。ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅフラグを利用して、前述したユニバーサルｄｑ制御器でのオブザーバモードを変化させることができて、またＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅフラグを利用して、磁束オブザーバの特定の機能を提供することもできる。例えば、マルチモデル磁束オブザーバ１６００において、オブザーバモードスイッチ１７５は、オブザーバモード０でＨＦＩにおいてＨＦ角度オブザーバから得られる回転子位置を提供することと、オブザーバモード１で電圧モデルの回転子位置を提供することとを切り替えることができる。

（１）ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ=０：ＨＦ角度オブザーバを使用する

このモードでは、固定子磁束オブザーバは、概して、図１２のＨＦＩ角度オブザーバ１２９０からの出力を利用して、回転子磁気モデルにより回転子速度と回転子位置を求めるよう構成される。つまり、高周波注入に対する固定子電流応答をＨＦＩ角度オブザーバ１２９０へ供給することができて、ＨＦＩ角度オブザーバ１２９０が回転子位置

を求めることができる。そして、この位置を図１３で示される電流モデルオブザーバ論理ブロック１６５、１６７、１６８の入力角度として使用することができる。電流モデル及び電圧モデル１６２、１６３、１６４の両方を含む磁束オブザーバ１６００全体では、図１３のマルチモデル磁束オブザーバの出力１６９、１７０、１７１を生成する。

（２）ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ=１：電圧モデルオブザーバを使用する

このモードでは、電流モデルオブザーバはＨＦＩで観測された位置角をもはや使用しない。代わりに、電流モデルオブザーバは、オブザーバモードスイッチ１７５を通過した、電圧モデルオブザーバ１６２、１６３、１６４により推定された回転子位置

を使用する。このモードでは、マルチモデル磁束オブザーバ１６００から出力される回転子の位置及び速度は、電圧モデル論理ブロック１６２、１６３、１６４により推定される値である。ＨＦＩがなおも有効化されている場合（すなわち、ＥｎａｂｌｅＨＦ＝１）、回転子速度推定値が磁束オブザーバ閾値ω₂を超えるまで、電圧モデルオブザーバ論理ブロック１６２、１６３、１６４への入力１７２、１７３は、電圧指令

及び電流

となる。回転子速度推定値が磁束オブザーバ閾値を超えた後は、（１）制御システムは磁束オブザーバが安定化するのに充分なリードタイムを与えているため、及び（２）回転子速度は充分に高く、初期磁束オブザーバ推定値が信頼できない可能性があってＨＦＩベースの速度推定値がより適切である可能性がある回転子速度よりも下がる可能性が低いため、ＨＦＩはオフにされる。

Ｂ．ＥｎａｂｌｅＨＦフラグの機能

本実施形態では、ＥｎａｂｌｅＨＦフラグは２つの状態、すなわち、ＥｎａｂｌｅＨＦ＝０及びＥｎａｂｌｅＨＦ＝１を有する。２０２０年８月４日に出願されたＢｏｊｏｉなどによる「埋込磁石形同期モータを制御するためのロバストな始動システム及び方法」と題された米国特許出願第１６／９８４，２６７号明細書に記載されている実施形態で述べられているように、システム制御に関連する機能をＤＨＦＩ固定子磁束オブザーバに関して説明する。

始動プロセスが終了した後、システムは、モータが全速度範囲で動作するよう速度指令に基づいて駆動することができる。速度が高い速度又は低い速度より上から速度閾値ω₂を下回る低い速度に到達したらすぐに、このＥｎａｂｌｅＨＦフラグはアクティブ状態に変えられて、ＨＦＩを始動させる。図１３の１７２、１７３、１７４は、ＤＨＦＩオブザーバ内の信号の流れに対処するためにスイッチがどのように使用されて、停止されるかを示す。

（１）ＥｎａｂｌｅＨＦ＝０：ＨＦＩは無効化される
この状態では、ＨＦＩ動作は、速度が速度閾値ω₂より高いために無効化される。ＤＨＦＩ固定子磁束オブザーバ内で、システムは磁束オブザーバの出力を速度及び位置の推定値として扱い、実際の電圧

及び電流

は、図１３の入力信号１７２、１７４として電圧モデルオブザーバへ接続される。

（２）ＥｎａｂｌｅＨＦ＝１：ＨＦＩは有効化される

この状態では、ＨＦＩ動作は有効化される。高周波信号が図１２のＨＦＩ１２１０から電圧供給回路へ注入される。電圧モデルオブザーバは電圧指令

及びフィルタ処理された電流

を、図１３の１７２、１７４で見られるようにその入力信号として扱う。このように、システム信号処理はＨＦＩ動作による影響を受けない。

Ｃ．フラグ及び速度の選択

図１４は、本開示の好ましいモータ制御遷移ストラテジを示す上で有用なグラフ１８０を示す。モータ制御ストラテジは、速度が変化するにつれてＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅフラグ及びＥｎａｂｌｅＨＦフラグが一つの状態から別の状態へ遷移するのに対処する。さらに、モータ制御遷移ストラテジは、動的直接磁束制御方法の一つの方法から別の方法への遷移、及び、マルチモデル磁束オブザーバの一つの方法から別の方法への遷移に対処する。これらのストラテジは、重複はするが、完全に一致はしない。特に、モータ制御遷移ストラテジは、リアルタイムのシーケンスの状態と速度１８４及び周波数領域１８５での対応する周波数との関係に対処し、これらを考慮する。この図では、速度及び周波数領域は、様々な要素（すなわち、フラグの状態、磁束オブザーバのフィルタ、磁束オブザーバの遷移点、ＤＦＣモードの遷移）の間の関係を明示するために、互いの上に積み重ねて示されている。遷移周波数又は（利得１６６により定められる）利得１８８、及び、時間領域における対応する速度ω_gは互いに相関し、オブザーバ電流モデル１８３と電圧モデル１９２を分離する。つまり、オブザーバ利得１８８（又は対応する速度ω_g）を選択して、磁束オブザーバの複数の速度推定モデルの間で遷移させることができる。遷移は、フィルタ１８６、１８９がどのように実装されるかに応じて、段階的、又は即時とすることができる。描かれている実施形態では、周波数領域に示されるように、ローパスフィルタ（「ＬＰＦ」）１８６及びハイパスフィルタ（「ＨＰＦ」）１８９の両方を周波数ｇ１８８で使用することができる。一般的に、オブザーバモデルのカットオフ速度ω_gは、磁束オブザーバ関与速度ω_h１９０に近く、より低いべきである。
ω_g＜ω_h （２５）

図１４を参照すると、ＤＨＦＩが有効化されている低速時（１８２）は、電流モデル１８３が磁束オブザーバの出力を決定付ける。回転子速度がω_g１８８に到達すると、磁束オブザーバは電圧モデル１９２へと遷移する。そして、ω_h１９０において、例えば２００Ｒｐｍで、ＤＨＦＩはＯｂｅｒｖｅｒＭｏｄｅの状態を１から０へ変更し、ＨＦ角度オブザーバを用いて信号を停止し、図１４の１８１、１８７、１９０で見られるように電圧モデル磁束オブザーバ－ＤＦＣの使用を開始して制御を処理する。ＥｎａｂｌｅＨＦの状態は、速度が速度ω₂に達するまで、ω_h１９０の速度、例えば２００Ｒｐｍでは変化しないことに注目されたい。

ＤＨＦＩ方式は、２００～２５０Ｒｐｍなどのω_hの後でもアクティブ状態を維持しうる。この５０Ｒｐｍの速度範囲内で、ＤＨＦＩも利用可能であるが、電圧モデルはＤＦＣ制御に対する推定値を提供することができる。速度が２５０Ｒｐｍなどの閾値に到達すると、ＤＨＦＩをオフにすることができるが、電圧モデルはＤＦＣブロックに推定値を供給し続ける。ＥｎａｂｌｅＨＦ＝０で、このフラグは２５０Ｒｐｍの速度ω₂でオフにされる（１９１）。

磁束オブザーバ利得周波数、図１１のｇ１６６又は図１４のｇ１８８は、２００Ｒｐｍ以上や約１２Ｈｚなどのω_hであるＤＨＦＩ速度範囲と合わせた値として選択することができる。そして、ＤＤＦＣが２００Ｒｐｍのω_hで磁束オブザーバ出力を加え始めると、例えばオブザーバのすべての出力はＤＤＦＣにより安定して加えられる。２５０Ｒｐｍの速度ω₂で、ＤＨＦＩはＨＦＩ動作をオフにし、２００Ｒｐｍで磁束オブザーバ内の両方のモデルは動作をし続けるが、ただ一つ、この場合、電圧モデルはハイパスフィルタの適用による出力によって決定づけられる。

本実施形態では、電圧モデルが速度ω_g以上で磁束オブザーバ出力を決定づけるが、別の実施形態では、遷移速度を、より高い又はより低い、異なる速度及び対応する周波数に設定することができる。具体的な値は、具体的な用途に応じて変化しうる。

ＤＨＦＩ方式をＤＤＦＣシステム制御へ実装することで、利得ｇ又は速度ω_gの選択基準はＤＨＦＩを適用しない場合とはまったく異なることがある。その結果、利得値を選択する際に考慮すべきことの一つは、システムがＤＨＦＩを採用しているかどうかである。ω_gとω_hの間の速度間隔は、電圧モデル磁束オブザーバが安定動作に達するタイミングを考慮することで決定することができる。ＤＨＦＩが無効化する速度ω₂を考慮すると、結果として、式（２５）は以下のように表すことができる。
ω_g＜ω_h＜ω₂ （２６）

ここで、ω_gは磁束オブザーバモデルが電流モデルから電圧モデルへ遷移する速度であり、ω_hはＤＤＦＣオブザーバモードがＨＦＩから電圧モデルオブザーバへ遷移する速度であり、ω₂はＤＨＦＩがＨＦＩ動作をオフにする速度であってＤＤＦＣは固定子磁束オブザーバの下で動作する。

これに基づいて、図１４はマルチモデル磁束オブザーバとフラグの状態をＤＨＦＩと組み合わせた一例を示す。組み合わせは速度制御及びトルク制御を全般的に大きく改善する。

トルク制御線形性（ＴＣＬ）

トルク制御線形性（ＴＣＬ）とは、モータ軸上の実トルクとモータ制御システムによりモータへ与えられるトルク指令の間の線形応答（関係）のことを指す。トルク制御の精度は、ＴＣＬのレベルにより測定することができる。ここで、本開示の一態様に係る、大きな速度範囲にわたって適切なレベルのＴＣＬを実現するシステム及び方法について、詳細に説明する。

図５を再び参照すると、好ましい工業用又は商業用のＩＰＭＳＭモータに関連する、好ましい出力－速度の特性曲線が示されている。低速時は回転子速度を上昇させる出力量は小さい。回転子速度が低速域を超えて上昇するにつれて、例えば作用点Ｗ１ ２１などにおいて、より多くの出力又はトルクが高い速度へと加速するのに必要となる。適切な制御を実現するため、システムはＭＴＰＡ又は他の制限を利用することができる。作用点Ｗ２ ２２は、インバータが、より多くのトルクを作り出してＩＰＭＳＭの速度を大幅に上昇させるためにより多くの電流を供給することができない、飽和レベルに対応する。

ＭＴＰＡを用いてのＴＣＬ

図１５Ａは、図８に描かれている、好ましいＤＤＦＣ方式の部分を示す。特に、ＤＤＦＣに関連して上述された磁束制御及び（電流制御により実現される）トルク制御の部分を示す。図５で、作用点Ｗ１ ２１と作用点Ｗ２ ２２の間の範囲は、トルク制御速度範囲又はＴＣＬ速度区域と呼ぶことができる。別の実施形態では、トルク制御速度範囲はより大きい、又はより小さいことがある。

図１５Ａは、それぞれ磁束制御器１０８及び電流制御器１０９で終わる２つの経路を示す。（図８の機能ブロック１０７により算出される）最大トルクＴ_max及びトルク指令Ｔ^*は、両方向制限制御器１１３への入力である。一旦制限されると、トルク指令Ｔ^*はＭＴＰＡルックアップテーブル１０３へ送られて、対応する推定ＭＴＰＡ磁束

が特定される。推定ＭＴＰＡ磁束及び制限磁束λ_lim１０２は、磁束リミッタ１１１への入力である。磁束リミッタ１１１の出力は、図８に示される磁束制御器１０８の入力のうちの一つである。

また、トルク指令Ｔ^*は並行して電流制御器にも送られる。特に、トルク指令Ｔ^*は、（磁束オブザーバからの推定される磁束の大きさ

の関数として算出された）トルク定数ｋ_t１０５で割られて、ｑ軸の基準又は目標固定子電流成分ｉ^* _qsが提供される。そして、ｑ軸固定子電流成分は電流リミッタ１１２を介してｑ軸最大固定子電流i_qs,maxにより制限される。電流リミッタ１１２の出力ｉ^* _qsは、図８の電流制御器１０９の入力である。

本実施形態では、磁束制御はリアルタイムで固定子磁束オブザーバへ供給される三相固定子電圧フィードバックから得られる固定子磁束推定値に基づいて完了し、電流制御はリアルタイムの三相固定子電流フィードバックから得られる固定子電流推定値に基づいて完了することに留意されたい。磁束制御と電流制御はいずれもリアルタイムフィードバックに依存するため、正確なトルク制御を実現可能である。

図１６は、ＴＣＬを実現するための好ましいＭＴＰＡ制御方式の論理フローチャート２２０を示す。ＴＣＬ制御ストラテジを用いて構成されたシステムは、ステップ２２１でトルク指令Ｔ^*を受信する。トルク指令Ｔ^*に基づいて、ＴＣＬ制御ストラテジは、ステップ２２２でＭＴＰＡ ＬＵＴへアクセスすることで推定ＭＴＰＡ磁束λ_MTPAを特定する。ＴＣＬ制御ストラテジは、ステップ２２３で磁束制御器１０８に対する入力磁束指令を設定する。入力磁束指令に基づいて、ＴＣＬはステップ２２４で対応する電流指令ｉ^* _qsを算出して、トルク指令ごとにトルクＴ^*を供給する。ＴＣＬはｑ軸電流成分ｉ^* _qsを電流制御器１０９への入力として使用して、ステップ２２５でＴＣＬを実現する。

図１５Ｂは、図５のトルク制御速度範囲に対する鎖交磁束－トルクを示す。最大トルクＴ_max２０３及び最大磁束λ_MTPA,max２０１は、ＭＴＰＡ制御で実現可能な動作範囲を規定する。磁束λ_MTPAで必要となるＭＴＰＡはＬＵＴに格納され、作用点Ｗ１ ２１から作用点Ｗ２ ２２への最適な動作軌跡を規定する。トルク制御速度範囲内の任意のトルク指令Ｔ^*に対して、ＴＣＬ制御ストラテジは、規定された最適な動作軌跡磁束λ_MTPA２０２上の作業点である、ＭＴＰＡで必要となる磁束を印加する。それゆえ、ＴＣＬ制御ストラテジは、電流制御により正確なトルク制御を実現する。

さらに、定格作動条件（定格電圧、定格負荷条件など）の下で作用点Ｗ２ ２２において、ＤＤＦＣシステムは、最大磁束λ_MTPA,max２０１を印加することで、及び最小電流ｉ_qsを用いることで、最大トルクＴ_maxを供給する。最大トルクＴ_maxにおいて、ＤＦＣシステムは、ＤＦＣシステムが負荷を駆動するのに供給可能な出力電力の限界値に到達する。例えば、負荷はファン又は送風機でありえる。定格作動条件下では、ＤＦＣシステムは全速度範囲でＭＴＰＡ最適制御を動作させる。ＩＰＭモータ及び制御システムは、ＭＴＰＡ最適制御が全速度範囲で動作するように特別に設計されることがある。

ＭＴＰＡトルク制御速度範囲外でのＴＣＬ性能

工業用及び商業用のファン及び送風機は、工業用又は商業用の建物の屋上などの過酷な動作環境で動作することが要求されうる。これらの荒れた環境は、モータパラメータ及び電力供給に大きな変動を引き起こしうる。例えば、モータパラメータは、異なる季節における周囲温度の相違により、又は何らかの理由での電圧降下により変化しうる。そのような過酷な作動条件は一般的であり、ＤＤＦＣシステムは、正確なＴＣＬ性能を提供して、過酷な作動条件下でもロバスト制御を実現するよう構成することができる。

ＤＤＦＣ電圧モデル固定子磁束オブザーバは、低速域より上でロバストであり、したがって正確なトルク推定値を提供する。通常の定格作動条件下では、図１５Ｂに示されるように、ＤＤＦＣ電圧モデル固定子磁束オブザーバは、ＭＴＰＡ制御方式を用いて作用点Ｗ１ ２１の速度から作用点Ｗ２ ２２の最大速度まで適切な性能を提供する。しかし、特定の状況では（例えば、モータパラメータに影響を与える過酷な環境のために）、システムは通常の定格作動条件下で動作しないことがある。

図１５Ｃは、システムが通常の定格作動条件下で動作していない場合の図５のトルク制御速度範囲での鎖交磁束－トルクを示す。そのような状況では、システムは低下した量の出力電力で動作している。最大磁束は、モータの逆起電力の減少又は電圧降下のいずれかのためにλ_MTPA,max２０１からλ₂まで低下しうる。ＭＴＰＡ制御方式が使用されている場合、システムは、作用点Ｗ２１ ２４において、作用点Ｗ２ ２２でのトルク及び速度より少ないトルク及び速度を供給し、作用点Ｗ２１ ２４は既定のＭＴＰＡ軌跡２０２の上にある。これは、過酷な作動条件下でのトルク制御速度範囲は通常の定格作動条件下でのトルク制御速度範囲より小さいことを意味する。

あるいは、システムが出力トルク指令を満足するよう制御されている場合は、トルク制御速度範囲は制限された範囲まで拡張されることがあり、出力トルク指令を維持できる可能性がある。拡張された出力トルクＴ_maxは、

と表すことができて、λ_limは、作用点Ｗ２ ２２の速度又はそれに近い速度で到達可能な最大磁束に基づく、図８の弱め磁束ブロック１０２からの出力であり、ｉ_qs,maxは利用可能な最大電流であって電流制限ブロック１０４の出力である。電流制限ブロック１０４は、図１０に対してより詳細に上述されている。規定のＭＴＰＡ軌跡２０２上の作用点Ｗ２１ ２４を狙うよりも、ＤＤＦＣシステムは、出力トルクを最大化するために規定のＭＴＰＡ軌跡２０２から作用点Ｗ２２ ２５の方へ移動する。電流が充分に大きい場合、システムはより多くの電流を印加して磁束不足を補償し、トルク指令に一致するトルクを生成することができるので、作用点Ｗ２２ ２５に達することができて、最大トルクＴ_maxを実現することができる。しかし、拡張されたトルク創出能力は制限されるので、いつでも作用点Ｗ２２ ２５に到達できるわけではないことに留意されたい。こうした状況では、システムの実際の作用点は、磁束限界値又は低下した磁束λ_limと許容される電流又はｑ軸最大固定子電流成分ｉ_qs,maxとに応じた、作用点Ｗ２１ ２４と作用点Ｗ２２ ２５の間のどこかである。

通常の定格作動条件下で、ＤＤＦＣ制御ストラテジは正確なＴＣＬ性能を提供して、トルク制御速度範囲内でモータの適切な、又は最適な制御を実現して、ロバスト制御を行うことができる。作動条件が過酷な場合、ＴＣＬ範囲は概して狭められて、最大磁束、最大トルク、及び最大出力電力は低下する。しかし、一部の過酷な作動条件では、ＴＣＬ及び出力トルクの性能は、許容される電流において利用可能な最大出力トルクまで拡張することができる。

ＤＤＦＣシステムの動作制御

図１７は、動的直接磁束制御（「ＤＤＦＣ」）方式の好ましい実施形態を示す機能ブロック図である。この方法は、オフセット計算、ブートストラップコンデンサの充電、及び他のサブ準備ステップを含むことができるシステム準備ステップ（２４２）で始まる。方法は回転子の動きの検出（２４３）で続き、Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓフラグを設定して始動プロセスを開始する。始動プロセスにおいて、システムは動き検出により検出された初期速度に基づいて、前述したＤＨＦＩ始動速度や位置推定などの始動制御ストラテジを適用して、任意の始動速度から閉ループ速度制御を行う。

次に、システムはモータ速度を確認する（２４４）。システムが閾値速度ω_hを下回る場合、システムはＤＨＦＩ方式から推定値が出力されている状態で次にＭＴＰＡを行うことにより最適制御を行う（２４６）。一方、電流モデルベースの磁束オブザーバはオブザーバ出力を引き続き決定づける。速度ω_gにおいて、システムはＭＴＰＡの最適制御下にあり、磁束オブザーバ出力を電流モデルから電圧モデルへと遷移させる（２４７）。電圧モデルがうまく機能した後に、システムは、速度ω_hでＤＨＦＩストラテジをＨＦＩ動作モードから電圧モデルベースの磁束オブザーバモードへと切り替える（２４８）。ＤＨＦＩ方式は磁束オブザーバに正確な推定値を提供し、低速域全域での性能を改善する。

システムが閾値速度以上にある場合、あるいは速度が自然に上昇した後に、ＤＤＦＣシステムは、インバータが電圧限界のために飽和した場合（２４９）、及び異常な動作状況になった場合（２５０）に、トルク制御線形性（ＴＣＬ）の領域へ入り、ＭＴＰＡ最適制御での正確なトルク及び速度の制御、並びに拡張されたＴＣＬ範囲を提供する。

例として、図１８Ａ～１８Ｆ、図１９Ａ～１９Ｆ、図２０Ａ～２０Ｆは好ましい結果を示す。図１８Ａ～１８Ｆは、補償なしに低性能化する場合の、１０５０ＲＰＭ、５５０Ｗで２５℃の負荷条件でのＤＤＦＣロバスト制御の特性を示す。図１９Ａ～１９Ｆは、磁束λ_mの大きさが－１１％、固定子抵抗Ｒ_sが＋２１％というモータパラメータの変化がある、８０℃で同じ負荷での制御特性を示す。図２０Ａ～２０Ｆは、磁束λ_mの大きさが１１％、固定子抵抗Ｒ_sが－２１％というモータパラメータの変化がある、－３０℃で同じ負荷での制御特性を示す。

図１８Ａ、図１９Ａ、及び図２０Ａは、実トルク及び固定子磁束オブザーバによる推定トルクを示す。図１８Ｂ、図１９Ｂ、及び図２０Ｂは、三相電流及びピーク値を示す。図１８Ｃ、図１９Ｃ、及び図２０Ｃは、それぞれのトルク定数ｋ_T（Ｎｍ／Ａ）を示す。図１８Ｄ、図１９Ｄ、及び図２０Ｄは、モータ出力電力及び計算結果を示す。図１８Ｅ、図１９Ｅ、及び図２０Ｅは固定子磁束位置及び推定固定子磁束位置を示し、図１８Ｆ、図１９Ｆ、及び図２０Ｆは固定子磁束推定値の誤差を示す。

図１８Ａ～１８Ｆを参照すると、トルク指令及び推定トルクの時間に対する曲線が示されている（４０１）。トルク定数ｋ_T（Ｎｍ／Ａ）４０２は図１８Ｃで算出される。リアルタイムのモータ出力電力が図１８Ｄに示されている。固定子磁束位置及び推定固定子磁束位置は図１８Ｅでほぼ完全に重なっている（４０４）。誤差は、図１８Ｆに示される電気角２度より小さい（４０５、４０６）。

ＤＤＦＣシステムは、環境によらず、通常は指令された回転数から１ＲＰＭ以内のロバストで正確な速度制御を提供する。表１で明らかなように、周囲温度が、２５℃、８０℃、－３０℃と大きく変化する際に、ＤＤＦＣシステム制御は、速度１０５０ＲＰＭにおいて０．３％未満の誤差でロバストな出力電力を供給する。また、推定される磁束位置の誤差も全般的に２度以内と小さく、基本的に肉眼では観測できない。磁束オブザーバは、トルク定数が磁石内の磁束から変化する場合のトルク定数を推定することができる。

その結果、補償値を適用することなく、ＤＤＦＣシステムはロバスト制御を実現することができる。磁束オブザーバは、過酷な、又は荒れた作動条件で正確な推定値を提供する。総合的な性能は、大きなパラメータ変動のある中で経験的補償を行うことなく、速度制御、トルク制御、及び出力制御の点で満足のいくものである。

図２１Ａ～２１Ｃ、図２２Ａ～２２Ｃ、図２３Ａ～２３Ｃは、例として、まずまず高速の６００Ｒｐｍから低速の３０Ｒｐｍへ減速させて、その後また高速へ上昇させた結果を示す。図２１Ａ、２２Ａ、及び２３Ａは、それぞれ速度指令、実際の速度、観測された速度を示す（５１１、５２１、５３１）。図２１Ｂ、２２Ｂ、及び２３Ｂは、それぞれＡ相の電流波形５１２を示す。図２１Ｃ、２２Ｃ、及び２３Ｃは、制御フラグの状態変化を示す。図２１Ｃは、ｅｎａｂｌｅＨＦフラグ５１４が７秒～８秒の間に０から１へ切り替わるのを示す。図２２Ｃは、ｅｎａｂｌｅＨＦフラグ５３４が０から１へ切り替わるのを示す。図２３Ｃは、ｅｎａｂｌｅＨＦフラグ５２４が１３秒～１３．５秒の間に１から０へ切り替わるのを示す。

６００Ｒｐｍで始まり、モータは減速し始める。恐らく図２２Ａ～２２Ｃで最もよく示されるように、速度２５０ＲｐｍにおいてＤＨＦＩ方式が有効化され、ＥｎａｂｌｅＨＦフラグ５３４は０から１へと変えられ、これは図２２Ｂの相電流波形５３２で確認できる高周波注入電流により明らかである。そして、２００Ｒｐｍにおいて、オブザーバは、推定の精度を改善するために、電圧積分ベースの磁束オブザーバを用いる代わりにＤＨＦＩ出力を信号として印加するように変更する。ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅは１から０に変わる。オブザーバフラグの状態は、対応する速度でオブザーバの状態を切り替える。

図２３Ａ～２３Ｃを参照すると、低速域内の３０Ｒｐｍにおいて、ＤＤＦＣシステムは満足のいく速度制御性能を提供する。実際には、システムは、従来のセンサレスオブザーバ技術では適切に制御できないことがある、速度ゼロより上の任意の低い速度において、正確な速度制御と共に動作することができる。図２３Ａ～２３Ｃにおいて、モータは安定した低速の３０Ｒｐｍから６００Ｒｐｍ、又は任意の高い速度へと加速し始める。

２００Ｒｐｍと２５０Ｒｐｍの間の５０Ｒｐｍの速度間隔があり、これがＤＨＦＩ固定子磁束オブザーバ制御ストラテジにＨＦＩ動作をオン又はオフする速度バッファを提供していることに注目されたい。これは、Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓフラグ５２５を参照して観測することができて、様々なフラグ、例えば図２３Ａ及び図２３Ｃに示されるｅｎａｂｌｅＨＦフラグやＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅフラグなどの経時的な変化を反映している。加えて、すべての動作は、２０２０年８月４日に出願されたＢｏｊｏｉなどによる「埋込磁石形同期モータを制御するためのロバストな始動システム及び方法」と題された米国特許出願第１６／９８４，２６７号明細書に記載されている、Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓフラグを用いた双方向動作のためのものである。

全体的に、ＤＤＦＣにより実現されるＤＨＦＩ制御ストラテジをプラットフォームとして適用することは、永久磁石同期モータシステムの非常に低速時のセンサレス制御における長年の弱点を改善し、商業用の送風機及びファンの駆動に理想的なソリューションを提供し、スマートな検出及び人工知能システム制御の機会を提供する。ＤＨＦＩ－ＤＤＦＣは、新世代のロバストなシステム制御を象徴し、荒れた過酷な作動条件となりうる、商業用及び工業用のファン、ポンプ、電化製品、他の駆動用途などの任意の用途に適用することができる。

それゆえ、補償なしに、ＤＨＦＩ－ＤＤＦＣシステム制御は満足の行く結果を提供して、ロバスト制御を実現する。磁束オブザーバは、どんな荒れた作動条件下でも常に、正確な推定値を提供する。システム制御の総合的な性能は、大きなパラメータ変動のある中で経験的補償を行うことなく、速度、トルク、及び出力の点で非常に満足のいくものであり、これは間違いなく製品開発にとって有益である。

加えて、ロバストなＤＨＦＩ－ＤＤＦＣシステム制御は、磁石の助けを借りて同期リラクタンスモータへ直接適用することができて、時には同期リラクタンス磁石モータと呼ばれ、しばしば、高い突極性のある埋込磁石モータの一つの種類として分類される。

ＤＦＣは新世代のロバストなシステム制御を象徴し、荒れた過酷な作動条件となりうる、商業用のファン、ポンプ、電化製品、他の駆動などの任意の用途に適用することができる。

方向を示す用語、例えば「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「上部（ｔｏｐ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上の（ｕｐｐｅｒ）」、「下の（ｌｏｗｅｒ）」、「内側の（ｉｎｎｅｒ）」、「内部へ（ｉｎｗａｒｄｌｙ）」、「外側の（ｏｕｔｅｒ）」、「外側へ（ｏｕｔｗａｒｄｌｙ）」は、図で示される実施形態の向きに基づいて本発明を説明するのを助けるために使用されている。方向を示す用語の使用は、本発明を特定の向きへ制限すると解釈されるべきではない。

上の説明は、本発明の本実施形態の説明である。様々な修正及び変更を、添付の請求の範囲で規定される本発明の趣旨及び広範な側面から逸脱することなく行うことが可能であり、均等論を含む特許法の原則に従って解釈されるべきである。本開示は例示を目的として提示されており、本発明のすべての実施形態の網羅的な説明と解釈されるべきではなく、あるいは、請求の範囲をこれらの実施形態に関連して示される、又は記載される特定の要素に制限するものと解釈されるべきではない。例えば、限定しないが、記載された発明の任意の個々の要素は、略類似した機能を提供する、あるいはそうでなければ適切な動作を提供する別の要素で交換可能である。これには、例えば、現在既知の別の要素、例えば現在当業者に知られている可能性のあるものや、将来開発される可能性のある別の要素、例えば当業者が開発時に代替物であると認識する可能性のあるものが含まれる。さらに、開示される実施形態は、同時に記載されて、協働して利益の集まりを提供する可能性のある複数の特徴を含む。本発明は、別途発行されている請求の範囲で明示的に記載されている範囲を除き、これらの特徴のすべてを含む、あるいは記載された利益のすべてを提供するそれらの実施形態のみに制限されない。例えば冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」又は「前記（ｓａｉｄ）」を用いた単数での請求項中の要素への言及は、要素を単数に限定するものと解釈されるべきではない。「Ｘ、Ｙ、及びＺの少なくとも一つ」などの請求項中の要素への言及は、Ｘ、Ｙ、及びＺのいずれか一つを単独で、並びに、例えばＸ、Ｙ、及びＺやＸ及びＹ、Ｘ及びＺ、Ｙ及びＺなどのＸ、Ｙ、及びＺの任意の組み合わせを含むことを意図している。
上述の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
［付記１］
固定子、回転子、及びマルチモデル磁束オブザーバを含むモータ制御システムを有するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）を過酷な動作条件においてロバスト制御する方法であって、
前記センサレスＩＰＭＳＭの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの電圧モータモデルを用いて、前記過酷な動作条件において電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記センサレスＩＰＭＳＭの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記モータ制御システムを用いて、前記過酷な動作条件において前記センサレスＩＰＭＳＭの回転子過渡特性を推定することと、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記過酷な動作条件において前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するために複数の推定されるモータ特性を出力することと、
メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を前記推定される回転子過渡特性に基づいて遷移させることであって、前記遷移は、前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するための、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性と、前記電圧モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性の間で行われる、遷移させることと、
前記モータ制御システムで前記複数の推定されるモータ特性を受信することと、
前記モータ制御システムで動的直接磁束制御を用いて、前記過酷な動作条件において前記複数の推定されるモータ特性に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭを制御することと、
を含む、方法。
［付記２］
モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束から得られる前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束は、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタ処理された電流から得られ、
前記推定される回転子過渡特性がメモリに記憶されるオブザーバモード閾値に到達するのに応答して、高周波で観測される回転子位置から得られる前記磁気モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束から前記動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタ処理された電流に基づいて前記電圧モータモデルの回転子位置から得られる前記磁気モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
前記推定される回転子過渡特性が高周波モード無効化閾値に到達するのに応答して、前記動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタ処理された高周波注入された電流から得られる前記電圧モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束から高周波注入の影響を受けていない電流から得られる前記電圧モータモデルで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
を含む、付記１に記載の過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
［付記３］
前記遷移閾値は前記オブザーバモード閾値より小さく、かつ前記高周波モード無効化閾値より小さく、前記オブザーバモード閾値は前記高周波モード無効化閾値より小さい、付記２に記載の過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
［付記４］
前記推定される回転子過渡特性は推定回転子速度であり、
前記モータ電圧モデルは、１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記モータ電圧モデルは動作条件の範囲で有効であり、
前記モータ磁気モデルは、１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記モータ磁気モデルは動作条件の範囲で有効であり、
前記過酷な動作条件は、前記モータ電圧モデルと前記モータ電流モデルの少なくとも一つが有効な動作条件の範囲内に入る、
付記１に記載の過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
［付記５］
前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の少なくとも一つを含む、付記４に記載の過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
［付記６］
高周波電流を前記ＩＰＭＳＭの前記固定子へ注入することと、
基本周波数部分及び高周波注入部分を含む固定子電流を検出することと、
前記検出された固定子電流を、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタを用いてフィルタ処理して、ＤＨＦＩフィルタ処理された電流にすることと、
前記センサレスＩＰＭＳＭの回転子位置を前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流に基づいて高周波オブザーバを用いて推定することと、
を含み、
前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定は、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流と、前記推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、
前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定は、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流に基づいて前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、
前記センサレスＩＰＭＳＭの回転子位置を前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束に基づいて推定することと、
を含む、付記１に記載の過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
［付記７］
前記遷移閾値はフィルタのカットオフ周波数に対応する過渡回転子速度であり、前記過渡回転子速度はメモリに記憶されるオブザーバモードスイッチ回転子速度より小さく、かつメモリに記憶される高周波モード無効化回転子速度より小さく、前記オブザーバモードスイッチ回転子速度は前記高周波モード無効化回転子速度より小さく、前記推定される回転子過渡特性は推定回転子速度であり、前記過渡回転子速度を下回る推定回転子速度において、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束は前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流から得られ、前記方法はさらに、
前記推定回転子速度が前記オブザーバモードスイッチ回転子速度を超えるのに応答して、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流に基づいて前記高周波オブザーバから得られる、前記回転子位置から得られる前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束から、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束に基づいて前記回転子位置から得られる、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
前記ＤＨＦＩフィルタ処理された高周波注入された固定子電流から得られる、前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束が前記高周波注入なしに前記固定子電流から得られるように、前記推定回転子速度が前記高周波モード無効化回転子速度を超えるのに応答して、前記ＩＰＭＳＭの前記固定子への前記高周波電流の前記注入を無効化することと、
を含む、付記６に記載の過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
［付記８］
過酷な動作条件において動作するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）システムであって、
モータハウジングと、
前記モータハウジング内に取り付けられて空間を画定する固定子であって三相固定子巻線構成を有する固定子と、
磁気的突極性を示すように円周方向に分散された複数の埋込磁石を含む回転子であって、前記固定子の前記三相固定子巻線構成の励磁により前記空間内で速度範囲を超えて回転可能な回転子と、
前記モータハウジング内に取り付けられたモータ制御システムであって、
電源と、
前記固定子の１つ又は複数の電気特性を検出するよう構成されている検出回路と、
複数のモータ特性値を記憶するメモリと、
マルチモデル磁束オブザーバであって、
モータ電圧モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ電圧モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
モータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つに基づいて回転子速度を推定し、
前記過酷な動作条件において、前記推定回転子速度に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するために、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束と前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つの関数として推定される前記複数のモータ特性値を出力する、
よう構成されているマルチモデル磁束オブザーバと、
前記過酷な動作条件において、推定される前記複数のモータ特性に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成されている動的直接磁束制御器と、
前記制御器により与えられた前記駆動コマンドに従って前記固定子の前記三相固定子巻線構成に対する励磁信号を生成する駆動回路と、
を含むモータ制御システムと、
を備える、過酷な動作条件において動作するセンサレスＩＰＭＳＭシステム。
［付記９］
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度がモータ磁気モデル閾値を下回る間は推定される前記複数のモータ特性値を前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、前記推定回転子速度が電圧モデル閾値を上回る間は推定される前記複数のモータ特性値を前記電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成される、付記８に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
［付記１０］
前記電圧モデルは１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記電圧モデルは動作条件の範囲で有効であり、前記電圧モデル閾値を下回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記電圧モデルが有効な動作条件の範囲外となり、前記電圧モデル閾値を上回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記電圧モデルが有効な動作条件の範囲内に入り、
前記モータ磁気モデルは１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記磁気モデルは動作条件の範囲で有効であり、前記電流モデル閾値を上回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記磁気モデルが有効な動作条件の範囲外となり、前記電流モデル閾値を下回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記磁気モデルが有効な動作条件の範囲内に入る、
付記８に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
［付記１１］
前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の少なくとも一つを含む、付記８に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
［付記１２］
高周波信号を前記ＩＰＭＳＭの前記固定子へ注入するよう構成されている高周波注入回路、
を含み、
前記検出回路は、基本周波数部分及び高周波注入部分を含む固定子電流を検出するよう構成されており、
動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタであって、前記検出された固定子電流をフィルタしてＤＨＦＩフィルタ処理された電流にするよう構成されているＤＨＦＩフィルタと、
前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭの回転子位置を推定するよう構成されている高周波角度オブザーバと、
を含み、
前記マルチモデル磁束オブザーバは、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流と、前記推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定するよう構成される、
付記８に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
［付記１３］
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電流モデル閾値を下回る間は、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流と前記高周波角度オブザーバで推定される回転子位置とに基づいて、前記推定される複数のモータ特性を前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電圧モデル閾値を上回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、
前記モータ電圧モデル及び前記モータ磁気モータモデルは、それぞれ１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記電圧モデル及び前記モータ磁気モデルは、それぞれ対応する動作条件の範囲で有効である、
ことを含む、付記１２に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
［付記１４］
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電圧モデル閾値を上回り、かつ高周波オブザーバ無効化閾値を下回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モデルで推定される回転子位置及び前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流の関数として出力するよう構成され、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記高周波注入無効化閾値を上回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モータモデルで推定される回転子位置及び前記固定子電流の前記基本周波数部分の関数として出力するよう構成される、
ことを含む、付記１３に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
［付記１５］
固定子及び回転子を有するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）の回転子特性値を、ＩＰＭＳＭ制御システムのマルチモデル固定子磁束オブザーバを用いて、過酷な動作条件において推定する方法であって、
前記ＩＰＭＳＭ制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ電圧モデルを用いて、逆起電力電圧及び不感時間電圧に基づいてモータ電圧モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記ＩＰＭＳＭ制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、固定子電流及び回転子位置に基づいてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値と、前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を出力することの間で遷移させることと、
を含み、
前記過酷な動作条件における前記マルチモデル固定子磁束オブザーバからの前記センサレスＩＰＭＳＭの前記推定される回転子特性の出力の精度が、前記ＩＰＭＳＭ制御の全動作範囲で前記過酷な動作条件における実際の回転子特性値のあらかじめ規定された許容範囲内に入る、
方法。
［付記１６］
回転子速度値を推定することと、
前記推定回転子速度値を前記遷移閾値と比較することと、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記推定回転子速度値が前記遷移閾値を下回ることに応答して、前記モータ磁気モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を出力することと、
前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記推定回転子速度値が前記遷移閾値を上回ることに応答して、前記モータ電圧モデルで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を出力することと、
を含む、付記１５に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
［付記１７］
高周波信号を前記ＩＰＭＳＭの前記固定子へ注入することと、
基本周波数部分及び高周波注入部分を含む、注入されたＨＦＩ固定子電流を検出することと、
前記検出されたＨＦＩ固定子電流を、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタを用いてフィルタ処理してＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流とＤＨＦＩフィルタ処理された高周波電流にすることと、
高周波角度オブザーバを用いて、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された高周波電流に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭの高周波オブザーバベースの回転子位置を推定することであって、前記推定は、前記高周波信号を前記ＩＰＭＳＭの前記固定子へ注入するのに応答して前記ＩＰＭＳＭの磁気的突極性に基づく、推定することと、
を含み、
前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流と、前記高周波オブザーバベースで推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは前記遷移閾値を下回る回転子速度においてモータパラメータ変動の影響を受けず、
前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流と、注入前目標電圧と、ＤＨＦＩフィルタ処理された電流から得られる逆起電力電圧と、不感時間電圧とに基づいて前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含む、
付記１５に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
［付記１８］
前記固定子磁束オブザーバを用いて、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流と、前記モータ電圧モデルとに基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭの固定子磁束オブザーバベースの回転子位置を推定することと、
オブザーバモード回転子速度以上において、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の前記推定を、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流と、前記固定子磁束オブザーバベースの回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに変更することと、
を含む、付記１７に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
［付記１９］
高周波注入（「ＨＦＩ」）停止回転子速度以上において、前記ＩＰＭＳＭの前記固定子への前記高周波信号の前記注入を停止することと、
前記ＨＦＩ停止回転子速度以上において、前記固定子磁束オブザーバ回転子位置の前記推定を、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と、前記固定子電流と、前記モータ電圧モデルとに基づいて前記固定子磁束オブザーバ回転子位置を推定することに自動的に変更することと、
前記ＨＦＩ停止回転子速度以上において、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の前記推定を、前記固定子電流と、前記固定子磁束オブザーバベースで推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに自動的に変更することと、
前記ＨＦＩ停止回転子速度以上において、前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定を、再構成された固定子電圧と、前記固定子電流から得られる逆起電力電圧と、不感時間電圧と、前記モータ電圧モデルとに基づいて前記モータ電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに自動的に変更することと、
を含む、付記１８に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
［付記２０］
前記遷移閾値を上回り、かつ前記ＨＦＩ停止回転子速度を下回る速度において、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流に基づいて基本ＤＨＦＩ回転子位置を推定すること、
を含み、
前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値の前記推定は、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバにおいて、前記基本ＤＨＦＩ回転子位置と、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流と、前記モータ磁気モデルとに基づいて推定することを含む、
付記１９に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
［付記２１］
前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値は、
前記遷移閾値を下回る回転子速度において、前記高周波オブザーバで推定される回転子位置の関数として推定され、
前記遷移閾値を上回り、かつオブザーバモード閾値を下回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置の関数として推定され、
前記オブザーバモード閾値を上回り、かつ高周波注入無効化閾値を下回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置とフィルタ処理された高周波注入電流の関数として推定され、
前記高周波注入無効化閾値を上回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置と高周波注入の影響を受けない固定子電流の関数として推定される、
付記１５に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
［付記２２］
前記遷移閾値を、前記オブザーバモード閾値、前記高周波注入無効化閾値、及び前記遷移閾値と前記オブザーバモード閾値と前記高周波注入無効化閾値の相対値の少なくとも一つの関数として調整することを含む、付記２１に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
［付記２３］
前記遷移閾値を、想定されるＩＰＭＳＭ動作速度範囲、想定されるＩＰＭＳＭ始動トルク、想定されるＩＰＭＳＭ最大動作速度、又はそれらの任意の組み合わせの少なくとも一つに基づいて選択することを含む、付記１５に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
［付記２４］
前記モータ磁気モデルベースの磁束推定値又は前記モータ電圧モデルの推定値がフィードバックを決定づけるかを示す利得関数に対する遷移閾値を選択することを含み、前記選択することは、少なくとも部分的には、オブザーバモードの変更に対応する回転子速度値と高周波注入無効化に対応する回転子速度値に基づいており、
前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の１つ又は複数を含む、
付記１５に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
［付記２５］
モータハウジングと、
前記モータハウジング内に取り付けられて円筒空間を画定する固定子であって三相固定子巻線構成を有する固定子と、
磁気的突極性を示すように円周方向に分散された複数の埋込磁石を含む回転子であって、前記固定子の前記三相固定子巻線構成の励磁により前記円筒空間内で速度範囲を超えて回転可能な回転子と
前記モータハウジング内に取り付けられたモータ制御システムであって、
電源と、
固定子電流を検出するよう構成されている検出回路と、
動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタ回路であって、前記固定子電流をＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数固定子電流とＤＨＦＩフィルタ処理された高周波固定子電流へフィルタ処理するよう構成されているＤＨＦＩフィルタ回路と、
回転子位置情報、モータ電圧モデルの情報、モータ電流モデルの情報、及び複数のモータ特性値を記憶するメモリと、
１つ又は複数の制御器を含む磁束オブザーバシステムであって、
前記固定子電流と、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された高周波固定子電流と、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数固定子電流の少なくとも一つに基づいて回転子位置推定値を求め、
前記電圧モータモデルの情報に基づいて電圧モデルベースの前記固定子と前記回転子の間の鎖交磁束を推定し、
前記電流モータモデルの情報に基づいて電流モデルベースの前記固定子と前記回転子の間の鎖交磁束を推定し、
前記電圧モデルベースの鎖交磁束と前記電流モデルベースの鎖交磁束の少なくとも一つに基づいてメモリ内の前記複数のモータ特性値を更新する、
よう構成されている、磁束オブザーバシステムと、
閉ループ制御を用いて、更新された前記複数のモータ特性値を含むフィードバックに基づいて駆動コマンドを生成するよう構成されている動的直接磁束制御器と、
前記駆動コマンドに従って前記固定子の前記三相固定子巻線構成に対する励磁信号を生成する駆動回路と、
を含み、
モータパラメータの非線形変動にも関わらず全速度範囲でロバストな速度制御が提供される、モータ制御システムと、
を備える、センサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）。
［付記２６］
前記磁束オブザーバシステムは、カットオフ周波数に対応する回転子速度推定値に基づいて、前記電圧モデルベースの鎖交磁束及び前記電流モデルベースの鎖交磁束をフィルタ処理するフィルタアルゴリズムを含み、前記磁束オブザーバシステムは、モータモデル閾値を下回る推定回転子速度では前記電流モデルベースの鎖交磁束が優勢となり、モータモデル閾値を上回る推定回転子速度では前記電圧モデルベースの鎖交磁束が優勢となるよう構成されるローパスフィルタ及びハイパスフィルタを含む、付記２５に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
［付記２７］
オブザーバモード閾値を下回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束は、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された高周波固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められ、
前記オブザーバモード閾値を上回り、かつ高周波注入無効化閾値を下回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束は、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められ、
高周波注入無効化閾値を上回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束及び前記電圧モデルベースの鎖交磁束は、高周波注入の影響を受けていない前記固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められる、
ことを含む、付記２６に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
［付記２８］
前記複数のモータ特性値の一つは固定子磁束オブザーバ磁束推定値であり、前記動的直接磁束制御システムは、最大トルク／電流（「ＭＴＰＡ」）ルックアップテーブルからＭＴＰＡ磁束目標値を取得し、前記回転子速度推定値から得られる弱め磁束限界に基づき、前記回転子速度推定値がインバータ飽和回転子速度を下回るのに応答して前記ＭＴＰＡ磁束目標値を制限し、制限された前記ＭＴＰＡ磁束目標値及び前記固定子磁束オブザーバ磁束推定値に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成され、前記固定子磁束オブザーバ磁束推定値が前記ＭＴＰＡ磁束目標値を下回るのに応答して、電流駆動回路指令を増やして過酷な作動条件での磁束不足を補償することでトルク創出能力が高められる、付記２６に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
［付記２９］
前記複数のモータ特性値のうちの一つは固定子磁束オブザーバ負荷角であり、前記動的直接磁束制御システムは、最大トルク／電圧（「ＭＴＰＶ」）制御器を用いて前記固定子磁束オブザーバ負荷角に基づいてトルクベースの固定子電流目標値を制限し、制限された前記トルクベースの固定子電流目標値と前記固定子電流の間の誤差に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成される、付記２６に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
［付記３０］
前記モータパラメータの非線形変動は、温度の変動、電圧の変動、極端な周囲温度、インバータの飽和の少なくとも一つにより起こる、付記２５に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。

Claims (27)

1. 固定子、回転子、及びマルチモデル固定子磁束オブザーバを含むモータ制御システムを有するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）を過酷な動作条件においてロバスト制御する方法であって、
   前記センサレスＩＰＭＳＭの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの電圧モータモデルを用いて、前記過酷な動作条件において電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
   前記センサレスＩＰＭＳＭの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
   前記モータ制御システムを用いて、前記過酷な動作条件において前記センサレスＩＰＭＳＭの回転子過渡特性を推定することと、
   前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記過酷な動作条件において前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するために複数の推定されるモータ特性を出力することと、
   メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を前記推定される回転子過渡特性に基づいて遷移させることであって、前記遷移は、前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するための、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性と、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性の間で行われる、遷移させることと、
   前記モータ制御システムで前記複数の推定されるモータ特性を受信することと、
   前記モータ制御システムで動的直接磁束制御を用いて、前記過酷な動作条件において前記複数の推定されるモータ特性に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭを制御することと、
   を含み、
   モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束から得られる前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束は、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタ処理された電流から得られ、
   前記推定される回転子過渡特性がメモリに記憶されるオブザーバモード閾値に到達するのに応答して、高周波で観測される回転子位置から得られる前記磁気モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束から前記動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタ処理された電流に基づいて前記電圧モータモデルの回転子位置から得られる前記磁気モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
   前記推定される回転子過渡特性が高周波モード無効化閾値に到達するのに応答して、前記動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタ処理された高周波注入された電流から得られる前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束から高周波注入の影響を受けていない電流から得られる前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
   を含む、過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
2. 前記遷移閾値は前記オブザーバモード閾値より小さく、かつ前記高周波モード無効化閾値より小さく、前記オブザーバモード閾値は前記高周波モード無効化閾値より小さい、請求項１に記載の過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
3. 固定子、回転子、及びマルチモデル固定子磁束オブザーバを含むモータ制御システムを有するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）を過酷な動作条件においてロバスト制御する方法であって、
   前記センサレスＩＰＭＳＭの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの電圧モータモデルを用いて、前記過酷な動作条件において電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
   前記センサレスＩＰＭＳＭの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
   前記モータ制御システムを用いて、前記過酷な動作条件において前記センサレスＩＰＭＳＭの回転子過渡特性を推定することと、
   前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記過酷な動作条件において前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するために複数の推定されるモータ特性を出力することと、
   メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を前記推定される回転子過渡特性に基づいて遷移させることであって、前記遷移は、前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するための、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性と、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性の間で行われる、遷移させることと、
   前記モータ制御システムで前記複数の推定されるモータ特性を受信することと、
   前記モータ制御システムで動的直接磁束制御を用いて、前記過酷な動作条件において前記複数の推定されるモータ特性に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭを制御することと、
   を含み、
   前記推定される回転子過渡特性は推定回転子速度であり、
   前記電圧モータモデルは、１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記電圧モータモデルは動作条件の範囲で有効であり、
   前記モータ磁気モデルは、１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記モータ磁気モデルは動作条件の範囲で有効であり、
   前記過酷な動作条件は、前記電圧モータモデルと前記モータ電流モデルの少なくとも一つが有効な動作条件の範囲内に入る、
   過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
4. 前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の少なくとも一つを含む、請求項３に記載の過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
5. 固定子、回転子、及びマルチモデル固定子磁束オブザーバを含むモータ制御システムを有するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）を過酷な動作条件においてロバスト制御する方法であって、
   前記センサレスＩＰＭＳＭの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの電圧モータモデルを用いて、前記過酷な動作条件において電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
   前記センサレスＩＰＭＳＭの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
   前記モータ制御システムを用いて、前記過酷な動作条件において前記センサレスＩＰＭＳＭの回転子過渡特性を推定することと、
   前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記過酷な動作条件において前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するために複数の推定されるモータ特性を出力することと、
   メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を前記推定される回転子過渡特性に基づいて遷移させることであって、前記遷移は、前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するための、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性と、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記複数の推定されるモータ特性の間で行われる、遷移させることと、
   前記モータ制御システムで前記複数の推定されるモータ特性を受信することと、
   前記モータ制御システムで動的直接磁束制御を用いて、前記過酷な動作条件において前記複数の推定されるモータ特性に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭを制御することと、
   を含み、
   高周波電流を前記ＩＰＭＳＭの前記固定子へ注入することと、
   基本周波数部分及び高周波注入部分を含む固定子電流を検出することと、
   前記検出された固定子電流を、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタを用いてフィルタ処理して、ＤＨＦＩフィルタ処理された電流にすることと、
   前記センサレスＩＰＭＳＭの回転子位置を前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流に基づいて高周波オブザーバを用いて推定することと、
   を含み、
   前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定は、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流と、前記推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、
   前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定は、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流に基づいて前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、
   前記センサレスＩＰＭＳＭの回転子位置を前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束に基づいて推定することと、
   を含む、過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
6. 前記遷移閾値はフィルタのカットオフ周波数に対応する過渡回転子速度であり、前記過渡回転子速度はメモリに記憶されるオブザーバモードスイッチ回転子速度より小さく、かつメモリに記憶される高周波モード無効化回転子速度より小さく、前記オブザーバモードスイッチ回転子速度は前記高周波モード無効化回転子速度より小さく、前記推定される回転子過渡特性は推定回転子速度であり、前記過渡回転子速度を下回る推定回転子速度において、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束は前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流から得られ、前記方法はさらに、
   前記推定回転子速度が前記オブザーバモードスイッチ回転子速度を超えるのに応答して、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流に基づいて前記高周波オブザーバから得られる、前記回転子位置から得られる前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束から、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束に基づいて前記回転子位置から得られる、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束へ切り替えることと、
   前記ＤＨＦＩフィルタ処理された高周波注入された固定子電流から得られる、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束が前記高周波注入なしに前記固定子電流から得られるように、前記推定回転子速度が前記高周波モード無効化回転子速度を超えるのに応答して、前記ＩＰＭＳＭの前記固定子への前記高周波電流の前記注入を無効化することと、
   を含む、請求項５に記載の過酷な動作条件においてセンサレスＩＰＭＳＭをロバスト制御する方法。
7. 過酷な動作条件において動作するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）システムであって、
   モータハウジングと、
   前記モータハウジング内に取り付けられて空間を画定する固定子であって三相固定子巻線構成を有する固定子と、
   磁気的突極性を示すように円周方向に分散された複数の埋込磁石を含む回転子であって、前記固定子の前記三相固定子巻線構成の励磁により前記空間内で速度範囲を超えて回転可能な回転子と、
   前記モータハウジング内に取り付けられたモータ制御システムであって、
   電源と、
   前記固定子の１つ又は複数の電気特性を検出するよう構成されている検出回路と、
   複数のモータ特性値を記憶するメモリと、
   マルチモデル固定子磁束オブザーバであって、
   電圧モータモデルを用いて、前記過酷な動作条件において電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
   モータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
   前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つに基づいて回転子速度を推定し、
   前記過酷な動作条件において、前記推定回転子速度に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するために、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つの関数として推定される前記複数のモータ特性値を出力する、
   よう構成されているマルチモデル固定子磁束オブザーバと、
   前記過酷な動作条件において、推定される前記複数のモータ特性に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成されている動的直接磁束制御器と、
   前記制御器により与えられた前記駆動コマンドに従って前記固定子の前記三相固定子巻線構成に対する励磁信号を生成する駆動回路と、
   を含むモータ制御システムと、
   を備え、
   前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度がモータ磁気モデル閾値を下回る間は推定される前記複数のモータ特性値を前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、前記推定回転子速度が電圧モデル閾値を上回る間は推定される前記複数のモータ特性値を前記電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成される、
   過酷な動作条件において動作するセンサレスＩＰＭＳＭシステム。
8. 過酷な動作条件において動作するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）システムであって、
   モータハウジングと、
   前記モータハウジング内に取り付けられて空間を画定する固定子であって三相固定子巻線構成を有する固定子と、
   磁気的突極性を示すように円周方向に分散された複数の埋込磁石を含む回転子であって、前記固定子の前記三相固定子巻線構成の励磁により前記空間内で速度範囲を超えて回転可能な回転子と、
   前記モータハウジング内に取り付けられたモータ制御システムであって、
   電源と、
   前記固定子の１つ又は複数の電気特性を検出するよう構成されている検出回路と、
   複数のモータ特性値を記憶するメモリと、
   マルチモデル固定子磁束オブザーバであって、
   電圧モータモデルを用いて、前記過酷な動作条件において電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
   モータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
   前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つに基づいて回転子速度を推定し、
   前記過酷な動作条件において、前記推定回転子速度に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するために、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つの関数として推定される前記複数のモータ特性値を出力する、
   よう構成されているマルチモデル固定子磁束オブザーバと、
   前記過酷な動作条件において、推定される前記複数のモータ特性に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成されている動的直接磁束制御器と、
   前記制御器により与えられた前記駆動コマンドに従って前記固定子の前記三相固定子巻線構成に対する励磁信号を生成する駆動回路と、
   を含むモータ制御システムと、
   を備え、
   前記電圧モデルは１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記電圧モデルは動作条件の範囲で有効であり、前記電圧モデル閾値を下回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記電圧モデルが有効な動作条件の範囲外となり、前記電圧モデル閾値を上回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記電圧モデルが有効な動作条件の範囲内に入り、
   前記モータ磁気モデルは１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記磁気モデルは動作条件の範囲で有効であり、前記電流モデル閾値を上回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記磁気モデルが有効な動作条件の範囲外となり、前記電流モデル閾値を下回る推定回転子速度において、前記過酷な動作条件は前記磁気モデルが有効な動作条件の範囲内に入る、
   過酷な動作条件において動作するセンサレスＩＰＭＳＭシステム。
9. 前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の少なくとも一つを含む、請求項７に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
10. 過酷な動作条件において動作するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）システムであって、
    モータハウジングと、
    前記モータハウジング内に取り付けられて空間を画定する固定子であって三相固定子巻線構成を有する固定子と、
    磁気的突極性を示すように円周方向に分散された複数の埋込磁石を含む回転子であって、前記固定子の前記三相固定子巻線構成の励磁により前記空間内で速度範囲を超えて回転可能な回転子と、
    前記モータハウジング内に取り付けられたモータ制御システムであって、
    電源と、
    前記固定子の１つ又は複数の電気特性を検出するよう構成されている検出回路と、
    複数のモータ特性値を記憶するメモリと、
    マルチモデル固定子磁束オブザーバであって、
    電圧モータモデルを用いて、前記過酷な動作条件において電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
    モータ磁気モデルを用いて、前記過酷な動作条件においてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定し、
    前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つに基づいて回転子速度を推定し、
    前記過酷な動作条件において、前記推定回転子速度に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭを制御するために、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の少なくとも一つの関数として推定される前記複数のモータ特性値を出力する、
    よう構成されているマルチモデル固定子磁束オブザーバと、
    前記過酷な動作条件において、推定される前記複数のモータ特性に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成されている動的直接磁束制御器と、
    前記制御器により与えられた前記駆動コマンドに従って前記固定子の前記三相固定子巻線構成に対する励磁信号を生成する駆動回路と、
    を含むモータ制御システムと、
    を備え、
    高周波信号を前記ＩＰＭＳＭの前記固定子へ注入するよう構成されている高周波注入回路、
    を含み、
    前記検出回路は、基本周波数部分及び高周波注入部分を含む固定子電流を検出するよう構成されており、
    動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタであって、前記検出された固定子電流をフィルタしてＤＨＦＩフィルタ処理された電流にするよう構成されているＤＨＦＩフィルタと、
    前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭの回転子位置を推定するよう構成されている高周波角度オブザーバと、
    を含み、
    前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流と、前記推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定するよう構成される、
    過酷な動作条件において動作するセンサレスＩＰＭＳＭシステム。
11. 前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電流モデル閾値を下回る間は、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流と前記高周波角度オブザーバで推定される回転子位置とに基づいて、前記推定される複数のモータ特性を前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、
    前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電圧モデル閾値を上回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として出力するよう構成され、
    前記電圧モータモデル及び前記モータ磁気モータモデルは、それぞれ１つ又は複数の経験的に求められるモータパラメータに基づいており、前記電圧モデル及び前記モータ磁気モデルは、それぞれ対応する動作条件の範囲で有効である、
    ことを含む、請求項１０に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
12. 前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記電圧モデル閾値を上回り、かつ高周波オブザーバ無効化閾値を下回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モデルベースで推定される回転子位置及び前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流の関数として出力するよう構成され、
    前記マルチモデル固定子磁束オブザーバは、前記推定回転子速度が前記高周波注入無効化閾値を上回る間は、前記推定される複数のモータ特性を前記電圧モータモデルベースで推定される回転子位置及び前記固定子電流の前記基本周波数部分の関数として出力するよう構成される、
    ことを含む、請求項１１に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
13. 固定子及び回転子を有するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）の回転子特性値を、ＩＰＭＳＭ制御システムのマルチモデル固定子磁束オブザーバを用いて、過酷な動作条件において推定する方法であって、
    前記ＩＰＭＳＭ制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの電圧モータモデルを用いて、逆起電力電圧及び不感時間電圧に基づいて電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
    前記ＩＰＭＳＭ制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、固定子電流及び回転子位置に基づいてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
    前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
    前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
    メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値と、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を出力することの間で遷移させることと、
    を含み、
    前記過酷な動作条件における前記マルチモデル固定子磁束オブザーバからの前記センサレスＩＰＭＳＭの前記推定される回転子特性の出力の精度が、前記ＩＰＭＳＭ制御の全動作範囲で前記過酷な動作条件における実際の回転子特性値のあらかじめ規定された許容範囲内に入り、
    高周波信号を前記ＩＰＭＳＭの前記固定子へ注入することと、
    基本周波数部分及び高周波注入部分を含む、注入されたＨＦＩ固定子電流を検出することと、
    前記検出されたＨＦＩ固定子電流を、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタを用いてフィルタ処理してＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流とＤＨＦＩフィルタ処理された高周波電流にすることと、
    高周波角度オブザーバを用いて、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された高周波電流に基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭの高周波オブザーバベースの回転子位置を推定することであって、前記推定は、前記高周波信号を前記ＩＰＭＳＭの前記固定子へ注入するのに応答して前記ＩＰＭＳＭの磁気的突極性に基づく、推定することと、
    を含み、
    前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流と、前記高周波オブザーバベースで推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含み、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは前記遷移閾値を下回る回転子速度においてモータパラメータ変動の影響を受けず、
    前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することは、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流と、注入前目標電圧と、ＤＨＦＩフィルタ処理された電流から得られる逆起電力電圧と、不感時間電圧とに基づいて前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することを含む、
    センサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
14. 回転子速度値を推定することと、
    前記推定回転子速度値を前記遷移閾値と比較することと、
    前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記推定回転子速度値が前記遷移閾値を下回ることに応答して、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を出力することと、
    前記マルチモデル固定子磁束オブザーバから、前記推定回転子速度値が前記遷移閾値を上回ることに応答して、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を出力することと、
    を含む、請求項１３に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
15. 前記固定子磁束オブザーバを用いて、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流と、前記電圧モータモデルとに基づいて前記センサレスＩＰＭＳＭの固定子磁束オブザーバベースの回転子位置を推定することと、
    オブザーバモード回転子速度以上において、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の前記推定を、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された電流と、前記固定子磁束オブザーバベースの回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに変更することと、
    を含む、請求項１３に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
16. 高周波注入（「ＨＦＩ」）停止回転子速度以上において、前記ＩＰＭＳＭの前記固定子への前記高周波信号の前記注入を停止することと、
    前記ＨＦＩ停止回転子速度以上において、前記固定子磁束オブザーバ回転子位置の前記推定を、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束と、前記固定子電流と、前記電圧モータモデルとに基づいて前記固定子磁束オブザーバ回転子位置を推定することに自動的に変更することと、
    前記ＨＦＩ停止回転子速度以上において、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の前記推定を、前記固定子電流と、前記固定子磁束オブザーバベースで推定される回転子位置と、前記モータ磁気モデルとに基づいて前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに自動的に変更することと、
    前記ＨＦＩ停止回転子速度以上において、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の推定を、再構成された固定子電圧と、前記固定子電流から得られる逆起電力電圧と、不感時間電圧と、前記電圧モータモデルとに基づいて前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束を推定することに自動的に変更することと、
    を含む、請求項１５に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
17. 前記遷移閾値を上回り、かつ前記ＨＦＩ停止回転子速度を下回る速度において、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流に基づいて基本ＤＨＦＩ回転子位置を推定すること、
    を含み、
    前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値の前記推定は、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバにおいて、前記基本ＤＨＦＩ回転子位置と、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数電流と、前記モータ磁気モデルとに基づいて推定することを含む、
    請求項１６に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
18. 固定子及び回転子を有するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）の回転子特性値を、ＩＰＭＳＭ制御システムのマルチモデル固定子磁束オブザーバを用いて、過酷な動作条件において推定する方法であって、
    前記ＩＰＭＳＭ制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの電圧モータモデルを用いて、逆起電力電圧及び不感時間電圧に基づいて電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
    前記ＩＰＭＳＭ制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、固定子電流及び回転子位置に基づいてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
    前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
    前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
    メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値と、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を出力することの間で遷移させることと、
    を含み、
    前記過酷な動作条件における前記マルチモデル固定子磁束オブザーバからの前記センサレスＩＰＭＳＭの前記推定される回転子特性の出力の精度が、前記ＩＰＭＳＭ制御の全動作範囲で前記過酷な動作条件における実際の回転子特性値のあらかじめ規定された許容範囲内に入り、
    前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値は、
    前記遷移閾値を下回る回転子速度において、前記高周波オブザーバで推定される回転子位置の関数として推定され、
    前記遷移閾値を上回り、かつオブザーバモード閾値を下回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置の関数として推定され、
    前記オブザーバモード閾値を上回り、かつ高周波注入無効化閾値を下回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置とフィルタ処理された高周波注入電流の関数として推定され、
    前記高周波注入無効化閾値を上回る回転子速度において、前記固定子磁束オブザーバで推定される回転子位置と高周波注入の影響を受けない固定子電流の関数として推定される、
    センサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
19. 前記遷移閾値を、前記オブザーバモード閾値、前記高周波注入無効化閾値、及び前記遷移閾値と前記オブザーバモード閾値と前記高周波注入無効化閾値の相対値の少なくとも一つの関数として調整することを含む、請求項１８に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
20. 前記遷移閾値を、想定されるＩＰＭＳＭ動作速度範囲、想定されるＩＰＭＳＭ始動トルク、想定されるＩＰＭＳＭ最大動作速度、又はそれらの任意の組み合わせの少なくとも一つに基づいて選択することを含む、請求項１３に記載のセンサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
21. 固定子及び回転子を有するセンサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）の回転子特性値を、ＩＰＭＳＭ制御システムのマルチモデル固定子磁束オブザーバを用いて、過酷な動作条件において推定する方法であって、
    前記ＩＰＭＳＭ制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの電圧モータモデルを用いて、逆起電力電圧及び不感時間電圧に基づいて電圧モータモデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
    前記ＩＰＭＳＭ制御システムの前記マルチモデル固定子磁束オブザーバのモータ磁気モデルを用いて、固定子電流及び回転子位置に基づいてモータ磁気モデルベースで推定される前記固定子と前記回転子の間のモータ鎖交磁束を推定することと、
    前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
    前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定することと、
    メモリに記憶される遷移閾値で、前記マルチモデル固定子磁束オブザーバの出力を、前記モータ磁気モデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値と、前記電圧モータモデルベースで推定されるモータ鎖交磁束の関数として推定される前記センサレスＩＰＭＳＭの前記回転子特性値を出力することの間で遷移させることと、
    を含み、
    前記過酷な動作条件における前記マルチモデル固定子磁束オブザーバからの前記センサレスＩＰＭＳＭの前記推定される回転子特性の出力の精度が、前記ＩＰＭＳＭ制御の全動作範囲で前記過酷な動作条件における実際の回転子特性値のあらかじめ規定された許容範囲内に入り、
    前記モータ磁気モデルベースの磁束推定値又は前記電圧モータモデルの推定値がフィードバックを決定づけるかを示す利得関数に対する遷移閾値を選択することを含み、前記選択することは、少なくとも部分的には、オブザーバモードの変更に対応する回転子速度値と高周波注入無効化に対応する回転子速度値に基づいており、
    前記過酷な動作条件は、極端な周囲温度、温度の変動、電圧の変動、インバータの飽和の１つ又は複数を含む、
    センサレスＩＰＭＳＭの回転子特性を推定する方法。
22. モータハウジングと、
    前記モータハウジング内に取り付けられて円筒空間を画定する固定子であって三相固定子巻線構成を有する固定子と、
    磁気的突極性を示すように円周方向に分散された複数の埋込磁石を含む回転子であって、前記固定子の前記三相固定子巻線構成の励磁により前記円筒空間内で速度範囲を超えて回転可能な回転子と
    前記モータハウジング内に取り付けられたモータ制御システムであって、
    電源と、
    固定子電流を検出するよう構成されている検出回路と、
    動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）フィルタ回路であって、前記固定子電流をＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数固定子電流とＤＨＦＩフィルタ処理された高周波固定子電流へフィルタ処理するよう構成されているＤＨＦＩフィルタ回路と、
    回転子位置情報、電圧モータモデルの情報、モータ電流モデルの情報、及び複数のモータ特性値を記憶するメモリと、
    １つ又は複数の制御器を含む磁束オブザーバシステムであって、
    前記固定子電流と、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された高周波固定子電流と、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数固定子電流の少なくとも一つに基づいて回転子位置推定値を求め、
    前記電圧モータモデルの情報に基づいて電圧モデルベースの前記固定子と前記回転子の間の鎖交磁束を推定し、
    前記電流モータモデルの情報に基づいて電流モデルベースの前記固定子と前記回転子の間の鎖交磁束を推定し、
    前記電圧モデルベースの鎖交磁束と前記電流モデルベースの鎖交磁束の少なくとも一つに基づいてメモリ内の前記複数のモータ特性値を更新する、
    よう構成されている、磁束オブザーバシステムと、
    閉ループ制御を用いて、更新された前記複数のモータ特性値を含むフィードバックに基づいて駆動コマンドを生成するよう構成されている動的直接磁束制御器と、
    前記駆動コマンドに従って前記固定子の前記三相固定子巻線構成に対する励磁信号を生成する駆動回路と、
    を含み、
    モータパラメータの非線形変動にも関わらず全速度範囲でロバストな速度制御が提供される、モータ制御システムと、
    を備える、センサレス埋込磁石形同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）。
23. 前記磁束オブザーバシステムは、カットオフ周波数に対応する回転子速度推定値に基づいて、前記電圧モデルベースの鎖交磁束及び前記電流モデルベースの鎖交磁束をフィルタ処理するフィルタアルゴリズムを含み、前記磁束オブザーバシステムは、モータモデル閾値を下回る推定回転子速度では前記電流モデルベースの鎖交磁束が優勢となり、モータモデル閾値を上回る推定回転子速度では前記電圧モデルベースの鎖交磁束が優勢となるよう構成されるローパスフィルタ及びハイパスフィルタを含む、請求項２２に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
24. オブザーバモード閾値を下回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束は、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された高周波固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められ、
    前記オブザーバモード閾値を上回り、かつ高周波注入無効化閾値を下回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束は、前記ＤＨＦＩフィルタ処理された基本周波数固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められ、
    高周波注入無効化閾値を上回る回転子速度において、前記電流モデルベースの鎖交磁束及び前記電圧モデルベースの鎖交磁束は、高周波注入の影響を受けていない前記固定子電流に基づいて前記回転子位置推定値の関数として求められる、
    ことを含む、請求項２３に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
25. 前記複数のモータ特性値の一つは固定子磁束オブザーバ磁束推定値であり、前記動的直接磁束制御システムは、最大トルク／電流（「ＭＴＰＡ」）ルックアップテーブルからＭＴＰＡ磁束目標値を取得し、前記回転子速度推定値から得られる弱め磁束限界に基づき、前記回転子速度推定値がインバータ飽和回転子速度を下回るのに応答して前記ＭＴＰＡ磁束目標値を制限し、制限された前記ＭＴＰＡ磁束目標値及び前記固定子磁束オブザーバ磁束推定値に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成され、前記固定子磁束オブザーバ磁束推定値が前記ＭＴＰＡ磁束目標値を下回るのに応答して、電流駆動回路指令を増やして過酷な作動条件での磁束不足を補償することでトルク創出能力が高められる、請求項２３に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
26. 前記複数のモータ特性値のうちの一つは固定子磁束オブザーバ負荷角であり、前記動的直接磁束制御システムは、最大トルク／電圧（「ＭＴＰＶ」）制御器を用いて前記固定子磁束オブザーバ負荷角に基づいてトルクベースの固定子電流目標値を制限し、制限された前記トルクベースの固定子電流目標値と前記固定子電流の間の誤差に基づいて駆動コマンドを生成するよう構成される、請求項２３に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。
27. 前記モータパラメータの非線形変動は、温度の変動、電圧の変動、極端な周囲温度、インバータの飽和の少なくとも一つにより起こる、請求項２２に記載のセンサレスＩＰＭＳＭ。

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