JP7303849B2 - 内部永久磁石同期モータ制御のためのロバストな始動システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば業務用ブロワ（blower）およびファン（fan）駆動の利用分野に関連して使用される、内部永久磁石モータシステムの制御に関する。一部の実施形態は、始動瞬時から起動を通り通常運転までの閉ループ制御を用いて、現場での作動条件の如何に関わらず永久磁石同期モータシステムを始動させるのに有効であるロバストな始動制御方法に関する。

過去１０年間にわたり新世代の電子モータ制御技術が開発されるにつれて、センサレスベースの永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）システムが、業務用ファンおよびブロワ駆動の利用分野において使用され始めた。これらのセンサレスモータは、定格作業速度で高いピーク効率のみならず、広い高効率動作速度範囲をも提供することができる。さらに、可変的速度での動作により、システムは夜間などのオフピーク期間中に低容量下で動作できることになり、こうしてＰＭＳＭシステムを使用するＨＶＡＣは高いエネルギ節約を達成することが可能になる。さらに、これらの電子的に制御されるＰＭＳＭシステムは同様に、クラウド計算などのさまざまな通信技術を通した遠隔制御および製品システムＡＩ制御のための広い検知および監視の機会をも提供し、運用上のエネルギ節約、安全性および信頼性を改善する。

センサベースのＰＭＳＭシステムの１つの欠点は、その速度および／または位置センサにある。すなわち、センサベースのＰＭＳＭシステムは、モータ外部の（例えばモータシャフトに組付けられた）速度および／または位置センサを使用し、このようなセンサは、スペースを取り、追加の電子機器の形でコストを増加させ、モータの信頼性を損なう付加的な故障点である。外部センサを内蔵する代りに、センサレスＰＭＳＭシステムは、制御のためにモータ自体の動作特性の検知に依存する。センサレスＰＭＳＭ制御には概して、センサベースのＰＭＳＭシステムにおいて外部センサを用いて直接測定される制御値に置換するため、推定位置角度および推定モータ速度などの推定値の利用が関与している。

従来の３相ＡＣ誘導モータと異なり、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）駆動型システムは、典型的に、特別な始動方法を使用する。モータが静止条件（例えばゼロ速度または低速）にある場合、ロータの位置および速度を推定するための典型的なセンサレス方法は、例えばこれらの方法が極めてロバストで信頼できるものである通常の動作速度で一般に使用される磁束ベースの速度推定などの信頼性が低いことを理由として、センサレスＰＭＳＭシステムにとっては永久磁石モータのロータを始動させることが大きな課題である。

公知のセンサレスＰＭＳＭ起動制御方法は、概して、２つの主要なタイプ、すなわち逆起電力（逆ＥＭＦ）に依存するものと信号注入に依存するものに分類することができる。逆ＥＭＦ起動方法は、位置および速度の推定のため基本励起下でのモータの回転によって生成される逆ＥＭＦを推定する。信号注入方法は、典型的に、基本励起とは別個の他の励起または高周波信号を利用して、ロータの空間的突極性画像を追跡し、位置情報を抽出する。これらのタイプの技術は両方共、一般に、モータの数学的モデルに基づいて開ループ推定器または閉ループオブザーバと組み合わせて、測定されたステータ電圧／電流からロータ速度情報を導出する。

逆ＥＭＦ電圧は概してモータ速度に正比例するものの、モータがゼロ速度または低速にあるとき、逆ＥＭＦはこれらのレベルにおいてノイズと区別できない可能性があるため、検出するのが困難であり得る。未知のロータ位置および速度からモータ制御を開始すると、始動障害または一時的モータ逆回転の原因となるかもしれない。したがって、従来のセンサレスモータは典型的には、起動時の単純な状況しか取扱わない。例えば、１つの短絡的な解決法には、公知の位置でモータを停止または一時停止させ、オブザーバが逆ＥＭＦフィードバックを読取ってロータ位置を検出しモータを閉ループ制御モードに切換えるまで増速するように開ループ制御モードでモータを動作させることが関与する。長年にわたりこの「キャッチアップ」スタイルの始動方法を改善するために、技術開発が行なわれてきた。これらの技術は、低出力の永久磁石モータにおいては有効であるものの、業務用ファンおよびブロワには好適ではない。業務用ファンおよびブロワについては、翼サイズが大きく、大きな慣性を結果としてもたらし、このことが通常、ロータの振動を導く、またはゼロ速度条件の達成を困難にする可能性がある。時として、翼に対する自然風走力が大き過ぎて制動によってロータを保持できず、このためにこれらの開放ループ始動方法が業務用ファン駆動機構の利用分野において役に立たなくなっている。

次世代の業務用ＨＶＡＣ製品はファンまたはブロワを駆動するために高度なＰＭＳＭシステムを使用するものの、これらのシステムには、起動中に低速度範囲で所望されるモータの速度制御を提供する能力、例えば安定した３０～５０Ｒｐｍを１０秒超にわたり提供する能力が欠如しており、公知のＰＭＳＭシステム内でこのタイプの制御を提供することには大きな課題がある。

いくつかの起動モータ制御システムは、内部ＰＭＳＭシステム内に存在する磁気的突極性に依存する高周波注入（「ＨＦＩ」）方法を用いる。しかしながら、これらの方法には、ＨＦＩに対するモータ応答の複雑な解析が関与し、この解析には、モータがゼロまたは非常に低い速度にあることが求められ、これは、多くの場合、上述のものと同じ問題をかかえる制動システムの使用などによって、開ループ制御により達成される。静止レベル（すなわちゼロから数ＲＰＭまで）より高い速度において、ＨＦＩは、モータ制御を通してカスケードし、制御システム出力信号の無欠性および応答に負の影響を与える可能性がある。

モータの動作特性の如何に関わらず起動から動作までの閉ループ制御を含む、センサレスモータ制御のためのよりロバストで高度な方法が、所望される。

本開示は、永久磁石同期モータ（「ＰＭＳＭ」）用のロバストな起動モータ制御を提供するためのさまざまな実施形態について記述する。本明細書中に記載の実施形態の多くは、ロバストなモータ起動制御が欠如している可能性のある業務用ファンおよびブロワ駆動機構の利用分野に好適である。本開示全体を通して多くの異なる実施形態に関連してより詳細に論述されるように、本開示のモータ制御システムおよび方法は、以下の特徴のうちの１つまたはその組合せを含むセンサレス永久磁石モータ制御を実装するための回路を含むことができる：
・ さまざまな始動モータ条件からのモータの完全な閉ループ起動制御；
・ モータの始動瞬時の間のロータの運動を検出するためのプログラミングされたロータの運動検出動作；
・ ロータ運動検出動作を実施し、起動中モータを制御し、通常の動作中モータを制御するための汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを提供するための、モータコントローラコンポーネントの選択的構成；および
・ 高周波注入（「ＨＦＩ」）信号およびロータ運動信号をステータ電流応答から減結合するためのシステムおよび方法を含めた、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）；および
・ 異なる制御モードを支配するさまざまなフラグの適用によって動作させられる広範なプログラミングされたモータ始動シーケンス。フラグおよび制御モードのステータスは、例えば、いくつかの要因に応じて異なる形で測定され得るロータの推定速度を含めたステータフィードバックおよびステータフィードバックから導出される他の情報に基づいて、変化する。究極的には、モータ速度が広い範囲内で可変的であり得る起動中に複数のモータ制御方法論間で遷移する能力は、閉ループ始動モータ制御のためのセキュアでロバストなプロセスを提供する。

本開示のロバストな始動制御システムおよび方法のいくつかの実施形態の１つの利点は、（例えば風走に起因して）始動瞬時においてすでにロータが動いているにも関わらずモータを高い信頼性で始動させる能力を含めた、現場における始動瞬時モータ動作条件の如何に関わらずＩＰＭＳＭを始動させる能力にある。始動瞬時の間に得られるモータ運動情報は、モータの通常の動作全体を通したモータ起動制御起動プロセス全体にわたり有効な、ロバストで好適な閉ループモータ制御を提供し維持するための安定した基礎を提供することができる。この起動モータ制御は、業務用ファンおよびブロワの利用分野では問題を起こしがちである開ループ制御コマンドを通したロータの停止、減速または他の形での制御無く、提供可能である。

本開示の他の態様は、モータ制御システムの選択的に再構成可能な実装に関する。直接磁束制御と結び付けられたコンポーネントは、始動瞬時の間にロータの運動を検出するように選択的に構成されかつモータの起動中および通常の動作中にモータを制御するように選択的に構成され得る汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒとして選択的に構成され得る。

本開示の別の態様は、モータの起動中の速度推定方法の選択に関する。始動瞬時の間に検出されたロータの運動に基づいて、初期速度推定方法を選択することができる。さらに、アクティブである速度推定方法を、起動中に動的に変更することができる。いくつかの実施形態においては、モータ速度の変化に基づいて起動中に実時間で、好適な速度推定方法を選択することができる。いくつかの状況においては、信頼性の高い速度推定値の迅速かつ効率的な利用可能性を保証するため、一定の速度範囲の間、多数の速度推定方法を同時に維持することができ、これは、特定の方法が信頼性の高い速度推定値を提供できるようになる前にこの方法と結び付けられた整定時間が存在する場合に有益である。

本開示の１つの速度推定方法は、無視できない速度でロータが回転している間でさえ利用可能である動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）速度推定方法である。通常のＨＦＩ方法の場合とちょうど同じように、高周波信号は、モータ制御駆動コマンドによって生成される励起信号と共に、３相ステータ巻線構成内に注入される。しかしながら、高周波注入に対する応答は、ロータの運動と結び付けられた励起信号からの不当な影響を回避するために、ステータ電流応答信号から減結合される。さらに、ロータの運動と結び付けられた励起に対する応答も同様に、高周波注入からの不当な影響を回避するために、ステータ電流応答から減結合され得る。信号を効果的に減結合するために、好適なフィルタを使用することができる。ＤＨＦＩは、ＨＦＩが静止速度（例えばゼロまたは数ＲＰＭ）のみならず、減結合によって、他の速度推定方法が信頼できないものであり得る低い速度（例えばいずれかの方向で約５～２００ＲＰＭ）でも信頼性の高い速度推定値を提供できるようにする。

本発明のこれらのおよび他の目的、利点および特徴は、現実施形態の説明および図面を参照することにより、さらに完全に理解され認識されるものである。

本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、以下の説明中で明記されるか図面中に例示されているコンポーネントの動作の詳細または構造および配設の詳細に限定されるものではないということを理解すべきである。本発明は、さまざまな他の実施形態に実装され得、本明細書中に明示的に開示されていない代替的な形で実践または実施される能力を有し得る。同様に、本明細書中で使用されている表現法および用語法は、記述を目的としたものであり、限定的なものとしてみなされるべきではない。「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（～を含む、～を含めた）」および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（～を含む）」およびその変形形態の使用は、その後に記載される品目およびその等価物ならびに追加の品目およびその等価物を包含するように意図されている。さらに、さまざまな実施形態の説明の中で列挙が使用される場合がある。別段の明示的記述が無いかぎり、列挙の使用は、本発明をコンポーネントのいずれかの具体的順序または数に限定するものとしてみなされるべきではない。また、列挙の使用は、列挙されたステップまたはコンポーネントとまたはそれらの中に組合わされる可能性のあるいずれかの追加のステップまたはコンポーネントを本発明の範囲から除外するものとしてみなされるべきでもない。「Ｘ、ＹおよびＺのうちの少なくとも１つ」といったクレームの要素に対する何らかの言及は、個別にＸ、ＹまたはＺのうちのいずれか１つ、およびＸ、ＹおよびＺの任意の組合せ、例えばＸ、Ｙ、Ｚ；Ｘ、Ｙ；Ｘ、Ｚ；およびＹ、Ｚを含むように意図されている。

モータ始動瞬時およびモータ起動制御に先立つ回転するファン翼および空気流方向を示す、動作中の業務用ファンまたはブロワのダイアグラムを示す。

本開示の一実施形態に係るＩＰＭＳＭの分解組立図を示す。

図２のＩＰＭＳＭの組立て済みの前面および後面斜視図を示す。

本開示の一実施形態に係るブロックダイアグラムを示す。

業務用ファンの利用分野のためのＰＭＳＭのセンサレス制御の例示的始動モードを示す。

直接－直交ステータ基準フレーム、直接－直交ロータ基準フレーム、固定基準フレームおよび３軸基準フレームを示す。

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制御システムダイアグラムを示す。

入力、出力制御ベクトル変数および制御論理を伴う代表的な機能ブロックを示す直接磁束制御の例示的実装を示す。

ロータの運動、始動モータ制御および通常動作モータ制御を検出するための汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの一実施形態を示す。

動的高周波注入と結び付けられた機能ブロックの組み込みを含むセンサレス永久磁石モータ制御システムダイアグラムを示す。

センサレス永久磁石モータの起動モータ制御のための始動モードの一実施形態を示す。

動作ステータスを変更するための速度閾値を含むモータ起動制御方法の実施形態を示す論理流れ図を示す。

（ａ）基準または目標速度、実際の速度およびオブザーバ推定速度、（ｂ）一相電流および（ｃ）フラグ状態を示す、０Ｒｐｍの速度、１２０度のロータ位置角度における閉ループモータ制御起動プロセスの３つのグラフを示す。

（ａ）基準または目標速度、実際の速度およびオブザーバ推定速度、（ｂ）一相電流および（ｃ）フラグ状態を示す、－５Ｒｐｍの初期速度における閉ループモータ制御起動プロセスの３つのグラフを示す。

（ａ）基準または目標速度、実際の速度およびオブザーバ推定速度、（ｂ）一相電流および（ｃ）フラグ状態を示す、－２００Ｒｐｍの初期速度における閉ループ制御始動プロセスの３つのグラフを示す。

（ａ）基準または目標速度、実際の速度およびオブザーバ推定速度、（ｂ）一相電流および（ｃ）フラグ状態を示す、３００Ｒｐｍの初期速度における閉ループ制御始動プロセスの３つのグラフを示す。

本開示は、内部永久磁石同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）などのセンサレスモータのロバスト制御のためのシステムおよび方法を提供する。本開示の一態様は、あらゆる実際的な始動モータ条件からのモータの閉ループ起動制御のためのシステムおよび方法に関する。起動制御は、起動全体を通してモータ制御に対し提供されるフィードバックに基づき、信頼性が高くロバストなものである。現場における初期モータ動作条件の如何に関わらず、本開示のシステムおよび方法は、モータのロータが始動瞬時の間に動いていて静止状態（すなわちゼロ速度または数ＲＰＭなどの低い速度）にない場合でさえ、ロバストで信頼性の高いモータ起動を提供するように自動的に適応することができる。

モータ起動は、ロータ速度または他のロータ特性についてのフィードバックに基づいて閉ループの形で実行可能である。ロバストな起動制御システムおよび方法は、任意の初期速度から起動制御プロセスを通して任意の動作速度での通常の動作制御まで、モータの速度範囲全体を横断してモータの閉ループ制御を使用することができ、これによりロバストなモータ始動制御が達成される。

本開示のシステムおよび方法は、モータコントローラに対するフィードバックに基づいていないコマンドがモータに対して発出される開ループ制御無しで、動作可能である。本開示のシステムおよび方法は、モータが静止条件（または他の求められる状態）にあることを保証するためにブレーキ（または別の開ループ制御メカニズム）を適用する必要なくモータ始動制御を提供できることから、他の多くのＰＭＳＭシステムの場合そうであるように、制動システムまたは他の開ループ制御システムが要件とはならない。

本開示の一態様は、始動瞬時におけるまたは始動瞬時の間のプログラミングされたロータ速度検出動作の使用に焦点をあてている。いくつかの実施形態において、モータコントローラは、１）始動瞬時におけるまたは始動瞬時の間のロータの運動に基づいてロータ特性フィードバックを提供するため；および２）ロータ運動検出動作が完了した後にどのモータ起動速度検出推定（例えば、磁束オブザーバロータ速度推定または高周波注入ロータ速度推定）を使用すべきかを選択するために、プログラミングされたロータ速度検出動作を実行するように構成される。選択された初期モータ起動速度推定は、当初、起動モータ制御のために使用可能であり、モータ速度が変化するにつれて起動全体を通して動的に変化し得る。

本開示は完全な閉ループ制御に焦点をあてているものの、いくつかの実施形態は、開ループ制御または閉ループ制動をインテリジェントに組込むことができると考えられる、という点は指摘に値する。例えば、ロータの運動検出動作によりロータの僅かな運動が検出された場合であっても、起動ＤＦＣ内でロータの運動を考慮しようとする（またはそれをささいなものとして無視する）代りに、モータはブレーキを適用してモータを完全に停止させ、その後始動させることができると考えられる。このような制御は、モータが停止したというフィードバック無しでモータが始動する開ループ制御においてか、またはモータが運動を停止していることを保証するためにさらなるフィードバックが得られる閉ループにおいて提供可能であると考えられる。

本開示の別の態様は、ロータのあらゆる低速回転および対応するステータ応答電流を大幅に無視できるゼロ速度および非常に低い速度についてのみならず、ロータの回転に起因するステータ電流応答を無視できないそれより高い速度（例えば１０ＲＰＭ～２００ＲＰＭ）についての、高周波注入の適用に向けられている。回転するモータロータとの関連でのステータ電流応答の高周波注入および取扱いの適用は、本開示全体を通して、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）と呼ばれている。本質的に、第１の好適な形でステータ応答電流をフィルタリングすることによって、高周波信号注入に対する応答を、ロータの運動に結び付けられた応答から減結合することができる。すなわち、高周波応答を、ロータの回転と結び付けられたステータ電流の変化から隔離することができる。さらに、ステータ応答電流を第２の好適な形でフィルタリングすることによって、ステータ磁束オブザーバのための基本電流フィードバックから分離するように高周波信号をフィルタリングし、モータ制御の中断を回避することができる。すなわち、ロータが動いている間にＨＦＩが活動化され、信号が磁束オブザーバによって処理される前にＨＦＩがフィルタリングで除去されない場合、推定結果は、出力中に中断または変動を保有する可能性があり、システム応答そして究極的には出力されたモータ制御信号の無欠性に影響が及ぼされる可能性がある。以下でさらに詳細に論述するように、所望の信号を減結合するためには、さまざまな異なる減結合方法論を利用することができる。

本開示の別の態様は、多数の閉ループ速度推定を並行して実行することに向けられている。異なるタイプのロータ速度推定が、モータ起動プロセス中の異なる時点でより高い信頼性を有することができ、モータコントローラは、モータ速度の変化に応じて異なる速度推定方法間で切換えるように構成され得る。

異なる速度推定方法の始動および停止は、資源集約的でかつ／またはタイミングの問題をひき起こす可能性がある。例えば、高周波注入速度推定は概して、比較的低い始動速度についてより高い信頼性を示し、一方ステータ磁束オブザーバ速度推定は概して、比較的高い始動速度でより高い信頼性を示し、したがって、直接磁束制御などのモータ制御方法においてどの速度推定が使用されるかを動的に変更することには意味があるかもしれない。しかしながら、互いに排他的に１つの方法または別の方法によって速度を推定する代りに、多数の速度推定方法を並行して動作させることができ、制御方法により、どの速度推定方法の出力がアクティブであるかを動的に変更することができる。速度推定方法の変更が適切である場合に非アクティブの速度推定方法の出力が直ちに利用可能であるように、１つ以上の他の速度推定方法を並行して実施することができる。常に２つ以上の速度推定技術を並行して実行することに対する妥協案として、制御システムは、モータ速度が重複する値範囲内にある間多数の速度推定方法を並行して実行できるような形で構成され得る。例えば、これは、図１１に見れば分かり、ここでは、ＤＨＦＩは－□₂～□₂のモータ速度で活動状態にとどまるものの、－□_h～□_hのモータ速度の間だけアクティブである速度推定方法である。信頼性の高い高周波注入速度推定値を得るステップには、高周波信号を生成しモータステータ巻線内に注入し、ステータ電流応答を待つことが関与しており、これには整定に時間がかかる可能性がある。ＨＦＩ信号をロータの運動に対するステータ電流応答から減結合させるためにＤＨＦＩを利用することによって、ＨＦＩに対する応答を用いてモータの突極性に基づき速度推定を得ることに加えて、磁束オブザーバ速度推定を実施することができる。

本開示の別の態様は、多数の異なる制御方法論のうちの実時間での起動モータ制御遷移に向けられている。一実施形態においては、広範な始動制御方法が実時間で制御フラグを適用する。始動プロセスは、静止速度（例えば－１０～１０Ｒｐｍ）、低始動速度（例えば－１０～－２００Ｒｐｍおよび１０Ｒｐｍ～２００Ｒｐｍ）、中始動速度（例えば、－２００Ｒｐｍ～－２５０Ｒｐｍおよび２００Ｒｐｍ～２５０Ｒｐｍ）、そして高始動速度（例えば＞２５０Ｒｐｍおよび＜－２５０Ｒｐｍ）を含めた指定速度までのあらゆる初期速度について、閉ループ制御で動作する。これらの速度範囲は例示的なものであり、異なる利用分野および実施形態を異なる値および異なる範囲で実装することが可能である。いくつかの実施形態において、追加の、異なる、またはより少ない数のモータ速度カテゴリが存在し得る。いくつかの実施形態において、特定のモータ速度範囲およびそれらの間の遷移は、一部には、その特定の実施形態にて実装される特定のモータ速度推定方法によって決定付けられ得る。閉ループ制御は、利用分野に応じて変動し得る低動作速度、中動作速度および高動作速度を含めた通常の動作のために続行し得る。プロセスは同様に、いずれの双回転方向での回転も取り扱うことができる。広い範囲内でモータ速度が可変的であり得る起動の間のモータ制御方法論間での遷移能力は、動作速度までのモータ制御起動速度についてセキュアでロバストな始動プロセスを提供する。

Ｉ．例示的ＩＰＭＳＭおよびモータ制御システムの概観
ここで、さまざまなコンポーネントおよび機能ブロックとそれらのモータ制御システム内への統合について詳述する。図１Ａおよび１Ｂは、例示的業務用ファン構造１０の前面および側面線図を示している。これらの図は、ファンブレード１１、永久磁石同期モータ（「ＰＭＳＭ」）１２、および軸方向空気流の方向１３を含めた例示的コンポーネントを示す。ファンブレード１１が一定の速度および回転方向１４で進むようにＰＭＳＭによって駆動された場合、ブレードはファンを通して空気流１３を押すための圧力を生成する。ＰＭＳＭ１２によって駆動された場合、ファン１０は、典型的にモータ自体の内部に組込まれたモータ電子機器の構成またはプログラミングに基づいて空気流要件を満たすために、規定の空気流１３を生成することができる。ブレード１１は同様に、風走と呼ばれる自然の風の可動性に起因して電力無しで回転し得る。風走回転方向は時計回り方向または反時計回り方向であり得、多少の差こそあれ無作為である。

現開示のセンサレスＩＰＭＳＭの実施形態において使用するのに好適な多くのコンポーネントおよび制御要素が、参照により全体が本明細書に組込まれている、Ｂｏｊｏｉら、に対する２０２０年２月１９日出願の「ゼロ速度または低速度からの内部永久磁石同期モータ制御のためのシステムおよび方法」なる名称の米国特許出願第１６／７９５，０７４号の中に記載されている。

いくつかの実施形態において、ＰＭＳＭ１２は、共に統合されたモータ、コントローラおよびインタフェースを含む電気制御式モータ（「ＥＣＭ」）である。本開示全体を通して、ＥＣＭは、概して、モータまたはＰＭＳＭと呼ばれ得る。多くの業務用ファンの利用分野におけるスペース上の制約に起因して、ネオジム鉄ホウ素（ＮｄＦｅＢ）などの希土類磁石材料の永久磁石が通常、ロータ磁石として使用される。さらに、ＰＭＳＭは、永久磁石がロータの内部に設定された内部永久磁石同期モータ（「ＩＰＭＳＭ」）であり得る。

図２は、ＰＭＳＭ１２を含む業務用ファンのＥＣＭの一実施形態の分解組立図を示し、一方、図３ＡはＰＭＳＭ１２の後面図を示し、図３ＢはＰＭＳＭ１２の前面シャフト側斜視図を示す。モータ１２の描かれた実施形態は、後端部シールド２２３、前端部シールド２２９および中間シールド２２５を含むハウジングまたはエンクロージャ２３４を有する。３つのシールドは、モータ１２のエンクロージャ２３４を協働して形成するように接合可能である。後端部シールド２２３と中間シールド２２５は、モータ制御システム２２４を含めたＰＭＳＭ電子機器のための封止されたエンクロージャを形成する。潤滑剤またはオイルシール２３０が、モータエンクロージャ２３４から外に延在し前端部シールド２２９を封止する駆動シャフト２３２を包囲し得る。変形実施形態において、モータエンクロージャは、例えば駆動シャフトを回転させるため、モータ１２が電気エネルギを機械的エネルギに変換できるようにする本質的に任意の好適な方法でモータを収納するように協働する追加の、より少ない、または異なる構成コンポーネントから形成され得る。

現実施形態のモータ１２は、モータ制御システム２２４、ステータ２２６およびロータ２２８を含む。モータ制御システム２２４は、例えば封止された後端部シールド２２３および封止された中間シールド２２５の協働によって、モータ内の別個のキャビティの内部に組付けられ封止されてよい。モータ制御システム２２４は、線電流の振動に合わせて回転する磁場を創出するためにステータ２２６の多相ＡＣ電磁石を駆動する能力を有する。ひとたび定常状態になると、ロータは、例えばロータ内に埋込まれた永久磁石を介して、ステータ２２６と合致して回り、結果としてステータの駆動シャフト２３２を回転させる。モータは、ロータを支持し位置設定してステータ２２６とロータ２２８の間のギャップを小さくかつ一貫したものに保つ軸受２２７を含み得る。モータ制御システム２２４は、電子コンポーネントが生成する熱放散のため構造内の端部シールド２２３に結合されたプリント回路板上のコントローラを含み得る。

ワイヤカバー２２１を後端部シールド２２３としっかり固定するか、またはこれと一体として形成することができる。設置または供用中、コネクタ２２２にアクセスするためカバー２２１を開放することができる。現実施形態においては、ワイヤカバーは防水性であり、ゴムシールを含む。防水性電気コネクタ２２２は、モータ制御システム２２４およびステータ２２６への引回し、接続または他の形での結合を提供することができる。現実施形態では、３つのコネクタ２２２が、３相電力ケーブル、コマンドケーブルおよび検知－監視ケーブルのための接続インタフェースを提供する。

恐らく図６に最も良く示されているように、例示された実施形態において、モータは、内部永久磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。典型的な内部永久磁石モータのロータ構造、例えば現実施形態のものなどは、磁気的突極性の特性を有する。すなわちモータインダクタンス（Ｌ_d、Ｌ_q）は等しくない。永久磁石４０はロータ３７内に埋込まれ、ロータ３７，２２６とステータ３６，２２８の間には空隙３９が存在する。ステータ２２８は、空隙３９の周りに回転磁場を生成するためモータ制御システム２２４によって電力供給され得る巻線（ａ、ｂ、ｃ）３５を含む。本質的に、モータインダクタンスが等しくならないような形で磁石が配設されている任意のＩＰＭモータ構成を実装することができる。描かれた実施形態は２つの磁石を含んでいるものの、等しくないモータインダクタンス（Ｌ_d、Ｌ_q）を提供する、追加の磁石を伴う他の配設も好適である。

描かれた実施形態におけるＰＭＳＭコンポーネントの構成、配設および選択は、例示的なものである。変形実施形態は、追加の、異なる、またはより少ない数のコンポーネントを含むことができる。例えば、現実施形態は、描かれたＩＰＭＳＭモータとの関連で説明されているものの、別のタイプのセンサレスブラシレス永久磁石モータ（ＢＰＭ）、センサレス電気制御式モータ（ＥＣＭ）、センサレスベクトル制御式モータシステムまたは他のタイプのセンサレス可変速度モータの構造および構成を使用する他の実施形態を実装することが可能である。

図４を参照して、ここで本開示に係るモータ制御システム２２４の概要を説明する。概して、モータ制御システム２２４は、本明細書中で説明されている機能を実施するようにプログラミングされた１つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、および／または他のプログラミング可能な電子機器を含み得る。モータ制御システム２２４は、付加的または代替的に、本明細書中に記載の機能を実施するようにプログラミングされるかまたはマイクロコントローラ、マイクロプロセッサおよび／または他の電子機器を支援する他の電子コンポーネントを含むことができる。他の電子コンポーネントには、１つ以上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、揮発性または不揮発性メモリ、ディスクリート回路、集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／または他のハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェアが含まれるが、これらに限定されない。このようなコンポーネントは、例えばそれらを１つ以上の回路板に組付けることまたは、単一のユニットに組合されるかまたは多数のユニットを横断して分散されているかのいずれにせよ別の形でそれらの配設することによって、任意の好適な形で物理的に構成され得る。このようなコンポーネントは、モータ１２内で異なる位置に物理的に分散されていてよく、あるいは、後端部シールド２２３および中間シールド２２５によって形成された封止されたエンクロージャの内部など、モータ１２内部の共通の場所に存在してもよい。物理的に分散されている場合、コンポーネントは、例えば非限定的にＳＣＩ、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）、Ｉ２Ｃ、ＲＳ－２３２、ＲＳ－４８５およびユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などの任意の好適な直列または並列の通信プロトコルを用いて通信し得る。

図４を参照すると、モータ制御システム２２４の１つの実施形態は、電源出力４５０を好適な電圧、電流および周波数に変換するための電源回路４４１、駆動コマンドに基づいてモータステータ巻線を駆動するための駆動回路４４２、１つ以上のモータ制御方法またはモータ速度推定方法の中で使用するための１つ以上のモータ特性を検知するための検知回路４４２、１つ以上のモータ速度推定方法論または１つ以上のモータ制御方法論を実装し、検知されたモータ特性に基づいて駆動回路に駆動コマンドを提供するためのコントローラ４４４、１つ以上のモータ制御方法論を含むモータ動作を監視するための監視用インタフェース４４５、およびさまざまなコマンド入力をコントローラ４４４に提供するためのコマンド入力インタフェース４４６を非限定的に含め、さまざまな異なる電子コンポーネントの組合せを含む。

本明細書中に記載のロバストなモータ始動方法のさまざまな実施形態を実装するために使用される駆動および検知回路４４２の各部分は、他の公知のモータ制御方法を実装するために利用されるものと同じ駆動および検知回路４４２であり得る。例えば、駆動および検知回路は、ステータ相電流およびステータ電圧などのさまざまなステータ特性を検出する能力を有する検知回路と共に、３相フルブリッジトポロジを含むことができる。一実施形態において、検知回路は、ステータ相電流、ステータ相電圧およびＤＣリンク電圧を検出する能力を有する。すなわち、駆動および検知回路４４２のハードウェア構成を利用して、本明細書中に記載の始動方法の実施形態を実装することが可能である。変形実施形態においては、検知回路４４２は、追加の、異なる、またはより少ない特性を検知するための回路を含み得る。コントローラ４４４は、メモリを含むかまたは、共用回路上に位置設定された、またはモータ内部の他の場所に位置設定されたメモリにアクセスすることができる。メモリは、さまざまな制御および速度推定方法に関連してさまざまな動作パラメータを格納することができる。

コントローラ４４４は、全体が参照により先に組込まれたＢｏｊｏｉら、による「ゼロ速度または低速度からの内部永久磁石同期モータ制御のためのシステムおよび方法」なる名称の、２０２０年２月１９日出願の米国特許出願第１６／７９５，０７４号に記載のロータ特性方法などのロータ特性検出方法を用いて構成され得る。ロータ位置検出方法を用いてロータの位置を検出することは、モータステータとの関係においてロータの位置を検出または推定することを意味する。位置を獲得し、本質的に任意の好適な座標系へと翻訳することが可能である。例えば、モータ制御システム２２４のいくつかの実施形態は、ステータ電流測定値（ｉ_abc）を固定またはｄｑ基準フレームへと翻訳するステップを含む。ロータ磁極は、ロータ極性検出方法を用いて検出可能である。

コントローラは、例えば始動瞬時中のロータの初期条件（例えば静止、正の風走または負の風走）を決定しその後、例えばロータ速度と制御方法論の間のマッピングに基づいて好適な制御方法論を相応して選択するため、極性検出を伴ってまたは伴わずに、ステータ磁束オブザーバおよび／または高周波注入方法を利用してロータの位置およびロータの速度を検出することができる。モータ制御システムは、検出された初期速度に基づいて、および起動中にロータ速度が変化するにつれて、使用される速度推定を変動させることができる。

多くの異なる制御およびロータ特性検出方法論が、本開示の実施形態と関連して使用するために好適である。いくつかの実施形態は、本質的にあらゆる実際的な始動モータ条件から閉ループ制御を利用して動作するＰＭＳＭのための包括的でロバストな始動方法を提供することができる。すなわち、いくつかの実施形態において、初期モータ条件の如何に関わらず、専ら閉ループ制御システムを用いてモータを動作させることができる。閉ループ制御システムの基本的なアルゴリズムは、検出されたロータ速度が起動の間中変動するにつれて変動し得るが、モータ制御システムは、システム内の擾乱または変化に対処するための装備が概して不充分である開ループ制御を用いる必要無く、始動させられ得る。

図５を参照すると、これは、例示的なファン始動条件およびモータ起動全体を通したファン速度を示す基準ダイアグラムを示している。従来の３相ＡＣ誘導モータとは異なり、同期永久磁石モータ駆動型システムは、始動方法を使用する。ＰＭＳＭのロータを始動させることは、例えばロータの始動条件、すなわちその位置および速度が起動時点で未知でありかつ通常の動作中信頼性が高いロータ特性検出方法が、起動時点で信頼性が低い可能性があるといった理由から、業務用および産業用利用分野においては、難易度の高いものであり得る。図５のグラフは、起動期間Ｔ_st、２４全体にわたる本開示の一実施形態の、いくつかの例示的ファン始動条件および例示的実行を示す上で有用である。水平軸は、時間ｔを示し、垂直軸はロータ速度ωを示す。

基準ダイアグラムは、３つの主要なモータ速度ゾーン、すなわち静止、風走および動作速度、を示している。これらの例示的モータ速度ゾーンに基づいて、モータ速度ゾーンのいくつかまたは全てを考慮する１つ以上の異なるモータ始動手順を定義することができる。モータコントローラは、集合的に始動モータ速度と呼ばれる閉ループモータ制御起動中に推定されるモータ速度値および初期モータ速度に応じて、動作ゾーン内の目標速度までモータ速度を増大させるように構成され得る。例えば、モータコントローラは、定義されたモータ速度の事例を検出する異なる方法でモータを制御し、その後相応してさまざまなモータ制御機能の間を遷移することができる。

３つの異なるシナリオ（Ｓ₁２１、Ｓ₂２２、Ｓ₃２３）における起動閉ループモータ制御中の推定速度が、図５に示されている。各シナリオについての推定速度が１つのロータ速度ゾーンから次のゾーンへ遷移するにつれて、閉ループ制御は、この推定速度と結び付けられた閉ループ制御に適応する。これには、異なる制御アルゴリズムの使用が関与する。制御アルゴリズムに対する変更には、（例えば推定されたロータ特性の精度を補なうための）追加のロータ特性推定、（より信頼性の高いロータ特性推定および付随する値を使用するための）制御アルゴリズム入力の変更、または異なる制御論理（例えば現推定ロータ特性にとってより好適な論理）の使用、のうちの１つ以上が関与し得る。初期起動モータ制御事例は、上述の主要な速度ゾーン、すなわち静止、正の風走および負の風走に対応する。

オブザーバ（例えば閉ループオブザーバ、例えば磁束ステータオブザーバおよび高周波角度オブザーバ）なる用語および本明細書中に記載の他のあらゆる機能モジュールは、コントローラ４４４および制御システム２２４の一部を表わす。これらの機能モジュールのアスペクトは、コントローラ４４４のメモリ内に記憶されてよく、かつ１つ以上の入力を動作させ、受信しかつ翻訳し１つ以上の出力を出力するように構成されているコントローラ４４４の一部となるように、コントローラ構成の一部を形成することもできる。すなわち、これらのさまざまなモジュールは、コントローラ４４４が、ロータ特性検出方法の一実施形態と併せて検知回路から１つ以上の入力を受信し、モータのための駆動回路に対しモータ制御方法と結び付けられた１つ以上の駆動コマンドを出力するように構成されるような形で、コントローラ４４４の構成の一部を形成することができる。

採用されるベクトル基準フレームは、本開示の一実施形態に係るラジアル内部ＰＭＳＭモータ３０について、図６に定義されている。モータ３０は、ステータ３６、ロータ３７およびその間の空隙３９を含む。ステータ３６は、パワーオンとなった場合に３相電流（ｉ_a、ｉ_b、ｉ_c）をそれぞれ搬送する３相巻線（ａ－ｂ－ｃ）３５を含み；これらの電流値は、固定座標系（α－β軸）３１へと変換され得る。同期速度で回転するロータ３７は、突極性構造にあり得、結果として、共に同期ロータフレーム（ｄ－ｑ軸）３３として言及される極中心線ｄ－軸と直交線ｑ－軸との間に異なる透磁率およびインダクタンスをもたらす。例えば、ロータ３７のロータ構造は、説明を容易にするため２極（例えば永久磁石３８）ロータ設計である。しかしながら、さまざまな実施形態は、２極を有するロータに限定されず、例えば１０、１２またはそれ以上の数の極といった追加の極を有するロータについても同等に良好に機能する。

ステータ３相巻線（ｉ_a、ｉ_b、ｉ_c）は、ステータ磁束ｄ_s－軸対トルクｑ_s－軸（ｄ_s－ｑ_s軸）３２の基準フレーム上に回転磁場またはステータ磁束ベクトルλを生成する。ｄ－ｑ軸３３は、同期速度におけるロータ磁束位置を表わし、一方ｄ_s－ｑ_s軸は同期速度におけるステータ磁束位置を表わす。トルク角度δは、ロータ磁束軸ｄとステータ磁束軸ｄ_sの間のラジアン単位の角度を表わす。ロータ３７の位置は、固定基準フレーム（α－β軸）３１との関係においてα－軸からのラジアン単位の角度θによって表わすことができ、固定基準フレーム（α－β軸）３１との関係におけるステータの位置は、α－軸からのラジアン単位の角度θ_sによって表わすことができる。

図６に描かれたさまざまな特性および基準フレームの相対的位置は、概して、動作速度ゾーン内の同期速度で３相巻線が回転磁場を生成する状況を基準にしている。しかしながら、３相巻線が同期速度に達する前に起動中に回転磁場を生成する場合に、同じ基準フレームおよび特性を基準にすることができる。すなわち、センサレス同期永久磁石モータ制御システムが、モータの始動動作を容易にするために起動モータ制御方法を実装する。起動モータ制御は、ロータの位置およびロータの速度を含めた特定のロータ特性など、さまざまな条件を扱うための異なる戦略を利用することができる。例えば、起動モータ制御は当初、初期ロータ速度に基づいて構成され、起動中にロータ速度が変化するにつれて、ロータ速度に基づいて再構成され得る。いくつかの実施形態において、起動モータ制御は、推定ロータ速度と上述の異なる速度ゾーンを定義する速度範囲との間の比較に基づいて構成可能である。

ＩＩ．直接磁束制御を伴うモータ制御システムの概要
ここで、直接磁束制御サブシステムと方法の統合を含めたモータ制御システムのための制御要素について、本開示のさまざまな特徴および態様についての背景を提供する目的で説明する。

時としてＰＭＳＭシステムの場配向制御（「ＦＯＣ」）または直接トルク制御（「ＤＴＣ」）とも呼ばれるセンサレス直接磁束制御（「ＤＦＣ」）は、周知のものであり、フレーム変換理論に根差している。モータ電圧、電流および磁束ステータベクトルは、それぞれｖ、ｉおよびλで表わされている。採用されたベクトル基準フレームは、ラジアル内部永久磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）３０を示す図６中で定義されている。具体的には、図６のＩＰＭＳＭは、以下の基準フレームを含む：固定フレーム（α－β）、３１、ロータフレーム（ｄ－ｑ）３３、ステータ磁束フレーム（ｄ_s－ｑ_s）３２および３相巻線基準フレーム（ａｂｃ）。

ＤＦＣ方法は典型的に、ステータ磁束ベクトル座標（ｄ_s－ｑ_s）３２を用いて実装される。ステータ磁束の大きさは、ｄ_s－軸電圧成分の制御によって直接調節される。したがって、ｄ_s軸は、図６に示されているように、磁束軸λとなる。トルクは、ｑ_s－軸電流成分の制御により調節される。したがって、ｑ_s－軸は、図６に示されているようにトルク軸ｉ_qsとなる。

図７は、ＤＦＣシステムを組込んだモータ制御機能ブロック基準ダイアグラム６０を示す。詳細には、制御スキームは、インバータに対するパルス幅変調信号を介してモータのステータ巻線に対し翻訳され適用され得るステータ電流についての調整を生成する目的で、閉ループ直接磁束制御（「ＤＦＣ」）６２を利用する。ステータ巻線に対する電圧の変化は、モータ７１の速度を変更する。機能ブロック基準ダイアグラム６０は、ＤＦＣ６２ならびに関与する機能制御要素のいくつかのさまざまな入力および出力を強調している。

基準ダイアグラム６０の上部に沿って次の４つの主要な機能制御ブロックが配設されている：速度コントローラ６１、ＤＦＣ６２、フレーム変換６３およびパルス幅変調（ＰＷＭ）発生器６４。これらのブロックの各々について以下で簡単に説明する。

速度コントローラ６１は、ロータ速度誤差（すなわちロータ速度基準またはコマンドω^*と推定電気ロータ速度ωとの比較）の入力ならびに最大トルクＴ_max限界に基づいて、時としてトルク基準と呼ばれるトルクコマンドＴ^*を出力する比例積分（「ＰＩ」）制御として実装可能である。速度制御は、別個のコントローラに実装されるかまたは別のコントローラと統合され得る。現開示ではＰＩアルゴリズムが使用されているものの、本質的に、比例積分微分（「ＰＩＤ」）制御アルゴリズム、モデル予測制御（「ＭＰＣ」）アルゴリズムまたは別のタイプの速度制御など、あらゆる速度制御アルゴリズムを実装することができる。

直接磁束制御６２を参照すると、速度コントローラ６１により提供されるトルクコマンドＴ^*は、それに向かって制御するためのＤＦＣ６２についての目標トルク値を表わす。ＤＦＣ６２は、そのさまざまな入力に基づいて、モータ内にそのトルク量を提供しようとする出力信号を生成する。具体的には、ＤＦＣ６２は、適切に翻訳され６３、処理され６４、インバータ６５を介してモータのステータに適用された場合に、トルクコマンドＴ^*が標示する目標トルク値に向かってモータ７１を駆動する電圧信号を創出する固定フレームｖ_αβ内のコマンド電圧ベクトルを出力する。言い換えると、ＤＦＣは、基準トルクを受信し、究極的にはインバータ６５を基準トルク向かって駆動するために使用される制御信号を出力する。

現実施形態のフレーム変換６３は、ＤＦＣからの出力を、固定フレーム（α－β）３１から実時間３相フレーム（ａｂｃ）３５へと変換する。描かれた実施形態において、ＤＦＣからの出力は、固定フレーム内の電圧ベクトルであり、フレーム変換６３はこの電圧ベクトルを、究極的にモータを駆動して所望のトルクを提供するために使用され得る実時間３相フレーム電圧へと変換する。

４つの主要な機能制御ブロック６１、６２、６３、６４に加えて、モータ制御機能ブロック基準ダイアグラム６０は、インバータ６５、モータ７１、ならびに、機能制御ブロックに対するフィードバックの提供に関係する多くの機能フィードバックブロック６６、６７、６８、６９、７０を含む。インバータ６５は、電気制御式モータ（「ＥＣＭ」）の３相巻線に結合され、モータを駆動する信号を生成することができる。インバータ６５に対するＤＣ電圧入力は、所望される３相電流（ｉ_abc）セットを生成するため、ＰＷＭ発生器６４から出力されるパルス幅変調信号にしたがって制御され得る。詳細には、ＰＷＭ発生器６４は、変換６３から３相電圧を受取り、３相巻線に適切な電圧を印加することによって所望されるトルク角度をインバータ６５が生成するように適切な制御信号を準備する。

機能ブロック基準ダイアグラム６０内の１つのフィードバック源は、ステータ巻線内の電流を検知する３相電流センサ７０である。ステータ巻線内の電流とロータ巻線内の電流または磁束の間には一定の関係があるということが周知である。したがって、３相巻線の検知された電流に基づいてロータの位置およびロータの速度などのモータのロータについての特性を推定するためのさまざまな異なる方法が存在する。実験的または試験ベースのルックアップテーブル（ＬＵＴ）により、インバータのための無駄時間補償テーブル６９を用いて、実時間３相ステータ電流ｉ_abcを固定フレームｖ_dt,αβ内の電圧ベクトルへと変換することができる。実時間３相ステータ電流は同様に、固定フレームへと翻訳され、ステータ磁束オブザーバ６７およびＤＦＣ６２の両方に提供され得る。

機能ブロック基準ダイアグラム６０内の他のフィードバック源としては、固定フレーム電圧ベクトルを入力されたＤＣ電圧ｖ_dcおよびトルク角電圧δ_abcから固定フレームｖ_αβ内の電圧ベクトルへと再構築する電圧フィードバック再構築６６が含まれる。

制御システムは同様に、ステータ磁束オブザーバ６７も含むことができ、これについては、３相ステータ電流（ｉ_abc）を固定フレームｉ_αβ内のステータ電流ベクトルへと変換するためのフレーム変換６８と共に、以下でさらに詳細に論述される。

図７に示された機能ブロックについての詳細は、当業者であれば理解するものである。さらに、基準ダイアグラム６０の機能ブロックのいくつかは、全体が先に参照により組込まれてた、Ｂｏｊｏｉら、に対する２０２０年２月１９日出願の「ゼロ速度および低速度からの内部永久磁石同期モータ制御のためのシステムおよび方法」なる名称の米国特許出願第１６／７９５，０７４号中に記載されている。

ＩＩＩ．ＤＦＣの導入
ここで、１つのＤＦＣ実装を描いている図８の機能ブロック基準ダイアグラム８０を参照しながら、図７からの直接磁束制御または直接場制御（「ＤＦＣ」）ブロック６２の例示的バージョンについて、より詳細に説明する。トルク基準Ｔ^*入力は、上述のように、ＰＩ速度コントローラ６１によって実装されている外側速度調節ループによって生成される。ＤＦＣブロックの出力には、固定基準フレームへと変換９２によって変換されたコマンド電圧ベクトルｖ_αβおよび、電流制限および利用可能な電圧を所与として現在の条件下でモータが生成できる最大のトルク量を表わす速度コントローラ６１に対するフィードバックとして極限関数８７によって提供される最大トルクＴ_max、が含まれる。最大トルクＴ_maxは、速度コントローラ６１のアンチワインドアップメカニズムによって使用され得る。

図７～８に示されているように、ＤＦＣ６２の現実施形態では、以下の入力またはフィードバックパラメータが使用される：
・ トルクコマンドまたは基準トルク、Ｔ^*；
・ 推定されたステータ磁束の大きさλ、磁束オブザーバによるステータ磁束リンケージベクトル；
・ 磁束オブザーバによって提供される推定された電気的ロータの速度ω；
・ 固定（α－β）基準フレーム内の測定されたステータ電流ベクトルｉ_αβ；
・ 磁束オブザーバによって提供される推定された電気的ロータの位置θ_s；
・ 測定されたインバータＤＣリンク電圧ｖ_dc

数多くのこれらの入力が、ステータ磁束オブザーバ６７によって直接的または間接的に提供され得る（例えば、推定されたステータ磁束の大きさ、推定された電気的ロータの速度、推定された電気的ロータの位置）。固定フレーム内のステータ電流ベクトルは、電流センサ７０からの検知された３相電流の固定フレーム変換６８に基づいて提供され得る。推定された大きさおよび推定された位置は、磁束オブザーバ６７によって、固定基準フレーム内のステータ磁束リンケージベクトルの大きさおよびベクトルの形で提供される。上述のように、制御システムがそれに向けて制御しようとしているトルクコマンドまたはトルク基準は、別個の制御ループ上で動作する別個の速度コントローラ６１によって提供され得る。インバータＤＣリンク電圧は、インバータ６５からのＤＣバス電圧フィードバックによって提供され得る。

図８は、ＤＦＣ６２ブロックの例示的機能結線図を示す。概して、ＤＦＣブロック基準ダイアグラム８０は、ＤＦＣ入力、出力、およびベクトル変数を含めたさまざまな内部パラメータ、ならびに制御論理を示す。描かれたＤＦＣ８０は、２つの別個のコントローラ８９、９０によって実装された２つの比例積分（「ＰＩ」）制御ループを有する。別個の機能ブロックとして示されているものの、これらを、別個の物理的コントローラ、単一の統合コントローラとして実装するか、または２つ以上のコントローラおよび／または他のコンポーネントを横断して分散させることも可能である。１つのコントローラは、ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒと呼ばれる磁束コントローラ８９であり、１つのコントローラはｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒと呼ばれる電流コントローラ９０である。ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ８９は、入力として磁束誤差８８を取る。磁束誤差８８は、基準磁束λ^*と実際のステータ磁束λの組合せである。ｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９０は、入力として電流誤差９１を取る。現実施形態において、電流誤差９１は、基準ステータ直交電流ｉ^* _qsおよび直交ステータ電流ｉ_qsの組合せである。

図８に描かれたＤＦＣスキーム８０は、２つの制御ループ、電圧ベクトルの直接軸成分を決定するための磁束ベースの制御ループ８９、および電圧ベクトルの直交成分を決定するための電流ベースの制御ループ９０を有する。制御ループ８９は、描かれた入力を組合せてロータの運動のｄ成分を決定するコンポーネントと結び付けられこれらのコンポーネントと併せて構成されており、一方制御ループ９０は、さまざまなコンポーネントと結び付けられ、直接成分に対して直角をなすロータの運動のｑ成分を決定するために機能する。全体として、モータに有効に適用された場合、ｄｑ電圧ベクトルは、速度コントローラ６１によって指令されたコマンドトルクＴ^*を達成または実質的に達成することになる。

ＤＦＣダイアグラムは、最大電圧ブロック８１、磁束弱化制御ブロック８２、アンペアあたりの最大トルク（「ＭＴＰＡ」）制御ブロック８３、電流限界ブロック８４などの数個の追加機能ブロックを含む。図８に描かれているこれらのおよび他の機能ブロックは概して、一般的なモータ制御の分野における特別な機能性に関係し、本開示の特徴および態様に直接関係せず、したがって、詳細に説明または論述することはしない。

ＩＶ．汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
本開示の一態様において、モータコントローラは、業務用ファンおよびブロワの利用分野のためのＰＭＳＭを始動させるように構成されており、モータは始動瞬時の間に初期回転速度を検出するように構成されている汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを含み、始動制御システムは、始動瞬時中あらゆる初期ロータ速度からのモータ起動を取り扱うように構成されている。

それぞれ図７および８中に示されているモータ制御機能ダイアグラム６０および直接磁束制御機能ダイアグラム８０はそれぞれに、モータ制御およびＤＦＣそれぞれのための例示的な論理的基礎を提示している。図９は、モータの始動瞬時の間にモータ運動検出動作を実装できる汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１００を描いている。汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１００は、ＤＦＣスキームの一部としてｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒとして作用するように、または始動瞬時の間のロータ運動検出動作の実行を補佐するように選択的に適応されるかまたは選択的に別用途で使用され得る。すなわち、本開示のいくつかの実施形態において、ＤＦＣブロック６２は、図８のｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ８９およびｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９０が、始動モータ制御が始まる前の初期速度推定のためにモータの始動瞬時の間に磁束オブザーバ６７に対して例えば逆ＥＭＦ情報などのフィードバックを提供する図９に描かれた汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１、１０２として作用できるような形で、ＤＦＣ機能ブロックダイアグラム１００中に明記されているように修正され得る。

汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１、１０２は、始動瞬時中に速度推定値を得るのを補佐し、その後モータ速度を増大させるための起動制御の機能性および動作速度での通常動作を維持するための通常動作制御の機能性を提供するように自動的に再構成する。本開示の１つの態様は、始動瞬時中モータの走行速度ステータスを識別するためモータの運動情報（例えば、推定されたモータロータ位置および推定されたモータロータ速度などの推定されたモータロータ特性）を提供することに関する。以下では、この特徴における汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの役割について論述する。

ＤＦＣスキーム８０は、図８に描かれている２つの制御ループ８８および８９を有する。ＤＦＣスキーム８０の適応において示されている通り、汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１、１０２を、電流／電流制御ループ構成または磁束／電流制御ループ構成のいずれかで動作させることができる。図９は、この選択的機能性を提供するために異なる入力間でスイッチ１０４を用いてｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１、１０２への入力をどのように選択的に変更できるかを示している。比例積分（ＰＩ）コントローラは２つ存在しており、第１のものは、電流制御（ｉ_d、ｉ_d ^*、ｋ_p,crt、ｋ_i,crt）と磁束制御状態（ラムダ、ラムダ^*、ｋ_p,fluxおよびｋ_i,flux）の間の切換えが可能な制御ループであるｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１である。第２のものは、単なる電流制御ループにすぎないｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０２である。磁束と電流の間のスイッチ１０４は、図９に１００で示されているようにｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１に接続されている。考えられる異なる基準速度状態も同様に、図示されているように、スイッチ１０４を介して接続されている。ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１のステータスに基づいてスイッチを動作させることができる。スイッチ１０４のステータスは、運動検出オン／オフフラグに応答してかまたは、基準電流（ｉ^* _d、ｉ^* _q）および基準角度θ^*がゼロに設定されていることに応答して、または別の好適なトリガに応答して、設定可能である。図９は、運動検出動作がオンであるかオフであるかに基づいてｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒステータスが変化することを示している。運動検出フラグがオンである場合、ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１は、基準電流（ｉ^* _d、ｉ^* _q）および基準角度θ^*をゼロに設定することによって電流コントローラとして構成される。

モータ運動検出動作の間、フレーム変換９２は、モータロータの回転に結び付けられた電圧を出力する。フレーム変換８６の出力は、まず固定フレーム（α－β）にそして次に基準（ｄ－ｑ）フレームに変換された後、ステータ電流（ｉ_abc）によって標示される始動瞬時の間のロータ運動を表わす。ゼロ基準電流に対しステータ電流を比較することによって、出力ｄｑ電圧は、ロータの風走運動と結び付けられた逆ＥＭＦ値を表わす。変換９２は、逆ＥＭＦベクトルを固定フレームに変換し、ステータ磁束オブザーバはこの固定フレームを用いて、ステータ磁束、ひいてはさまざまなロータ特性、例えばモータ速度、モータ角度およびモータ位置を推定することができる。変形実施形態においては、逆ＥＭＦ、つまり逆起電力が異なる形で検出または測定され、初期速度推定または初期速度分類のために磁束オブザーバに提供される。例えば、逆ＥＭＦ値は、モータ速度を正確に推定するのに充分でないかもしれないが、例えば図１１に関連して示されているカテゴリ１４１～１４７にしたがって初期モータ速度を分類することなどにより、モータ速度を分類し初期始動速度推定方法を選択するためには充分である可能性がある。ＨＦＩベースのカテゴリについては、速度推定値は、どのＨＦＩカテゴリ内にモータ速度が入るかを区別するのに充分なほど正確でない可能性があるが、逆ＥＭＦを用いて初期速度推定に応答してより精度の高い速度推定値および分類を得るためにＨＦＩを実施することができる。

従来のＤＦＣ構成を、汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ構成に適応させることができる。汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１、１０２を含めた適応済みＤＦＣ１００は、磁束オブザーバをアクティブにし、一定のＤＦＣ１００コンポーネントを特定の形で構成し、一定の制御機能をオンにしない特別なステータスに設定可能である。概して、ロータ運動検出動作の間、ｄおよびｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１、１０２は、ロータの速度およびロータの位置を計算するために磁束オブザーバ６７に対してフィードバックまたは変数を提供するように構成されている。ＤＦＣは、ロータ運動検出プログラムが実行されている時間中、制御アクションを行なわない。その代り、ＤＦＣ回路は、磁束オブザーバ６７がフィードバック変数を受信しロータの速度を計算するような条件および基準をセットアップするように、別の目的で使用されるか、プログラミングされるか、または他の形で構成される。汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒのいくつかの追加の実施形態について以下で詳細に説明する。

一実施形態においては、始動瞬時ロータ速度を導出するために、逆ＥＭＦ電圧情報が使用される。逆ＥＭＦ電圧情報は、モータ起動ルーチン全体を通してロータ速度を推定するために使用するには充分なロバスト性を有していないかもしれないが、逆ＥＭＦ電圧は、モータ起動プロセス中に使用するための初期起動速度推定モードの選択にとっては充分なロバスト性および信頼性を有する始動瞬時中の初期ロータ速度を提供することができる。ロータが、例えば風走に起因して始動瞬時の間充分な速度で動いている場合には、逆ＥＭＦ電圧は好適なロータ速度推定値を提供することができ、モード選択は逆ＥＭＦで導出された速度に基づくものであり得る（例えば、逆ＥＭＦ導出速度を使用し続けるため、または磁束ベースの速度推定値を使用するため）。代わって、ロータが静止状態（すなわちゼロ速度または数ＲＰＭ）にあるかまたは低速で動いている（数ＲＰＭ超、ただし逆ＥＭＦ電圧でロータ速度を正確に導出するには低すぎる）場合、逆ＥＭＦ電圧は正確なロータ速度推定値を提供するのに充分なロバスト性および信頼性を有していないかもしれないが、ロータが低速でまたは静止状態で動いていることの標示であるためには充分であり、このことは、始動瞬時の間にプログラミングされたロータ運動検出動作がひとたび完了した時点で、モータ起動制御中の適切な初期速度推定モードまたは技術の使用を選択するためには充分である。

モータ速度検出動作が、初期起動モータ制御のための高周波注入ベースの速度推定値の選択を結果としてもたらす速度値を検出した場合、高周波注入は、起動高周波注入からのフィードバックが安定するまで起動モータ制御への遷移が始まらないように、ロータ運動検知動作中に高周波注入を可能にすることができる。さらに、高周波注入からの情報はさらに、全体が参照により本明細書に組込まれている、Ｂｏｊｏｉら、に対する２０２０年２月１９日出願の「ゼロ速度および低速度からの内部永久磁石同期モータ制御のためのシステムおよび方法」なる名称の米国特許出願第１６／７９５，０７４号中に記載されているように、（低速で動いているのとは異なり）ロータが静止状態にあることを認識することによって、初期モータ制御を知らせ、したがって極性検出を実装することができる。

本開示の別の実施形態は、始動瞬時の間の初期ロータ運動検出動作のための第１の構成と、始動および／または動作モータ制御信号（例えば直接磁束制御または場配向制御）を生成するための第２の構成との間のモータ制御コンポーネントの選択的構成に関する。具体的には、モータ制御コンポーネント、例えば直接磁束制御サブシステム内のコントローラは、始動瞬時の間にモータ回転速度ステータスを識別するためにモータロータ初期運動情報を提供する汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒとして構成され得る。例えば、図８に描かれている１つの実施形態において、起動および通常動作モータ制御のためのモータ制御コンポーネントには、２つの比例積分（「ＰＩ」）コントローラ８９、９０が含まれる。通常の動作中、１つのコントローラを磁束ベースのｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ８９として構成し、１つのコントローラを電流ベースのｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ９０として構成することができる。本開示は、ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ８９を、切換え可能な制御ループを提供するように選択的に構成することができる、ということを規定している。例えば、図９に示されている実施形態において、ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１は、以下でさらに詳細に説明するように、始動瞬時の間モータ速度検出動作中にＰＩコントローラに対する入力を切換えることにより、磁束制御状態と電流制御状態の間で選択的に構成され得る。

始動瞬時の間に実行されるプログラミングされたロータ運動検出動作中、ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０１およびｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ１０２は、（ｄ－ｑ）基準ステータ電流（ｉ^* _d、ｉ^* _q）および実際のステータ電流（ｉ_d、ｉ_q）から得られる誤差を有する電流コントローラとして構成され得る。実際のステータ電流（ｉ_d、ｉ_q）は、固定基準フレームｉ_αβへのステータモータ電流ｉ_abcの翻訳１３２および必要とあらばｄｑ基準フレームｉ_dqへのさらなる翻訳８６により、汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒによって得ることができる。ＤＦＣに提供されるべきさまざまなモータコントローラを通して適切な電流入力を渡すことができ、或いは、ＤＦＣに直接引回すこともできる。図１０において、ステータモータ電流ｉ_abcは、固定基準フレーム（ｉ_αβ）へと翻訳され１３２、さらにｄｑ基準フレーム（ｉ_dq）へと翻訳される８６。描かれた実施形態において、フィルタリングされたｉ_αβ，_filtは、ロータ運動検出動作中、ステータ磁束オブザーバ６７を通してＤＦＣに渡されるが、変形実施形態では、磁束オブザーバの代りに、または磁束オブザーバに加えて電流を直接ＤＦＣまたは他の制御ブロックに提供することが可能と思われる。コントローラの利得は、電流制御状態と結び付けられた予め定義された値（ｋ_p、crt、ｋ_i,crt）に設定され得る。回転変換のために使用されるロータの位置θ_eはゼロ速度に設定され得る。本質的に、初期モータ運動検出プロセスの間、約１秒未満にわたり、ロータは、初期速度検出を目的として固定であると仮定され得（全て０に設定されたｉ^* _d、ｉ^* _q、θ_e）、モータに命令するためにｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの出力を使用する代りに、ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの出力は、速度検出のためのフィードバックを提供するのに使用される。現実施形態において、この構成では、モータが回転している場合には、推定ロータ電流（ｉ_d、ｉ_q）は非ゼロとなり、ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの出力は、非ゼロの推定ロータ電流とゼロに設定された基準ロータ電流との間の誤差に起因して、モータ逆ＥＭＦ電圧となる。具体的には、ｄおよびｑ電流コントローラは、磁束オブザーバに対し固定フレーム（ν^* _αβ）内の電圧ベクトルの形で逆ＥＭＦ情報を提供することができる。このフィードバックは、図９中のＤＦＣ１００内のフレーム翻訳９２の出力および図１０のシステムダイアグラム中のステータ磁束オブザーバ６７への固定フレーム電圧ベクトルフィードバックとして示されている。磁束オブザーバはこの運動検出動作中アクティブであることから、ステータ磁束コンポーネント、ステータ磁束ベクトルの位置、ロータ位置およびロータ速度値を、ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒに提供された逆ＥＭＦ電圧に基づいて提供することができる。

ロータ運動検出状態がひとたびアクティブにされると、汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒは、自動的に電流－電流モードへと構成され、汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒが磁束オブザーバに逆ＥＭＦ値を提供する（またはＨＦＩをアクティブにする）ためおよび磁束オブザーバが高い信頼性の速度値を提供するのに充分な時間を有するための待ち時間が実装される。当初、磁束オブザーバは典型的にその速度推定値に関してオーバシュートを示す。約５００ミリセカンド以下の短い待ち時間で、システムが始動モータ制御戦略を実行するために信頼性の高い速度情報を入手することができる。ロータ運動検出動作の数個の実施例について、本開示の以下の部分において図１３～１６に関連して説明する。

ロータ運動検出動作からひとたび安定したロータ速度が利用可能となった時点で、入力を（基準および実際のステータ電流ではなく）基準および実際のステータ磁束の間の誤差に切換えることが可能である一方で、利得ｋ_p,fluxおよびｋ_i,fluxを用いて磁束コントローラとしてｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを自動的に再構成することができる。現実施形態において、全ての回転変換のために使用される位置は、磁束オブザーバによる推定ステータ磁束位置またはＨＦＩプロセスによる成果のいずれかとなるように構成され得る。以降、ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒは通常通りに動作することができる。

ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒは、始動瞬時における速度検出から起動制御までのモータ起動および通常の動作の全てについて補佐する汎用機能性を提供するその能力のため、汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒと呼ぶことができる。ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの構成可能性によって、これらのｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒは１つの構成においてはプログラミングされたロータ運動検出動作を実行し第２の構成においては始動および通常の動作制御を扱うことができるため、汎用性あるものとなっている。具体的には、風走の衝撃に起因して、始動瞬時における初期ロータ速度を検出するため、ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒおよびｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒは両方共、ゼロの初期基準速度およびゼロの基準電流を有する電流コントローラとして構成可能である。その後、ロータ運動検出が完了した後、ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを再構成するかまたは磁束コントローラまで回復させて、ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒが、例えば起動の間および通常の動作に至るまでのモータの制御を含めたさらなる動作全てを制御できるようにすることができる。

したがって、始動瞬時でのプログラミングされたロータ速度検出動作の使用により、モータコントローラのＤＦＣを再構成して始動瞬時における閉ループロータ特性フィードバックを提供させ、ロータ運動検出動作が完了した後どの起動速度推定を使用すべきか（例えば磁束オブザーバロータ速度推定または高周波注入ロータ速度推定）の選択を補佐させることが可能となる。選択された初期モータ起動速度推定は、当初、起動モータ制御のために使用可能である。

始動瞬時におけるまたは始動瞬時の間といったタイムフレームは、モータ起動シーケンスが始まるタイムフレームを意味する。始動瞬時タイムフレームの例は、図１３Ｃ～１６Ｃ中に、「ロータ運動検出」タイムフレーム１７８、１８２、１９３、２０３として例示されている。実施例中で示されているように、始動瞬時タイムフレームは典型的に１秒未満であり、ロータ運動検出動作が完了した後制御コマンドが生成された時点からいかなる開ループ制御も無い完全な閉ループ制御が実施できるように、モータについての情報が収集される期間である。

いくつかの実施形態において、始動瞬時タイムフレームは、モータが信頼性の高い速度推定値を得るための時間を意味し得る。ロータ運動検出動作は、設定されたものまたは不変のものであり得る。一実施形態において、ロータ運動検出タイムフレームの後、コントローラは、例えばモータ速度が静止ゾーン外にあるか否かをチェックすることによって、極性検出が適切であるか否かをチェックするようにプログラミングされている。この場合、ロータ運動検出はすでに完了しているが、検出時間は、極性検出時間ウィンドウをカバーすることができる。換言すると、極性検出無く、ロータ運動検出は時間内に完了させられ、制御コマンドが実行され得るが、極性検出が適切である場合、運動検出時間は極性検出を追加するために延長され得る。他のロータ運動検出後の動作を類似の要領でプログラミングすることが可能である。

例えば、コントローラはモータがロータ運動検出動作中静止状態にあることを認識するため、ＨＦＩがロータ運動検出の末尾で有効化されて、ＨＦＩに対する応答に基づいて精確な速度推定値を得ることができる。そこから、図１３Ｃおよび１４Ｃの両方において、速度推定値は充分に低かったため、極性検出１７９、１８３を用いてロータの極性ひいては走行方向を検出することができた。極性検出は、ロータ運動検出動作の一部とみなされてもみなされなくてもよい。ロータ運動検出および極性検出動作がひとたび完了すると、ちょうど以上で説明した通り、ＤＦＣが開始し得る。

Ｖ．動的高周波注入
本開示の別の態様には、モータが静止速度超で回転している間高周波注入（「ＨＦＩ」）を活動化させることが関与する。すなわち、本開示の１つの態様は、ロータの回転を無視することのできるゼロおよび非常に低い速度についてのみならずそれより高い速度（例えば１０ＲＰＭ～２００ＲＰＭの間）についての高周波注入の適用に向けられている。回転するモータロータという状況下での高周波注入およびステータ電流応答の取扱いの適用は、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）と呼ばれる。通常、ＨＦＩ応答に結び付けられた制御信号処理は、デジタル化されている。磁束オブザーバによって信号が処理される前にＨＦＩが除去されない場合、推定された結果は、ＨＦＩによる影響を受け、このことが今度は、制御システムの応答および出力制御信号の無欠性に影響を及ぼし得る。

ＤＨＦＩは、磁束オブザーバにより分析される前にステータ応答からＨＦＩ信号を減結合することによって、この問題に対処する。本質的には、ステータ応答電流を第１の好適な方法でフィルタリングすることによって、高周波信号注入に対する応答を、ロータの回転と結び付けられた応答から減結合することができる。すなわち、高周波応答を、ロータの回転と結び付けられたステータの電流変化から隔離することが可能である。さらに、図１０に示されているように、第２の好適な形でステータ応答電流をフィルタリングすることにより、高周波信号をステータ磁束オブザーバのための基本電流フィードバックから分離するようにフィルタリングして、モータ制御の中断を回避することができる。

速度は同様に静止状態より高いものの、なおかなり低いものであり得る。すなわち、速度は、｜ω₁｜＜ω＜｜ω₂｜のように静止閾値より高い値と閉ループ速度閾値などの図６中に示された速度値Ｓ₁の間に入る可能性がある。始動瞬時の後、ロータ運動検出が完了すると、ＨＦＩ方法を適用して、閉ループ制御のためのロバストな位置および速度推定を提供させることができる。速度がひとたび閾値超ω＞｜ω₂｜に達したならば、ＨＦＩをオフにし、閉ループオブザーバモードを利用することができる。すなわち、ＤＦＣは、磁束オブザーバからの推定された速度および位置を使用することにより、閉ループ制御にステップインすることになる。

ＨＦＩシステムおよび方法についてのいくつかの実施形態は、全体が先に参照により組込まれた、Ｂｏｊｏｉら、による２０２０年２月１９日出願の「ゼロ速度および低速度からの内部永久磁石同期モータ制御のためのシステムおよび方法」なる名称の米国特許出願第１６／７９５，０７４号中で開示されている。このＨＦＩ方法は、本明細書中に記載されている動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）実施形態と併せて適応または実装可能である。すなわち、静止速度ゾーン内でＨＦＩを有効化するステップに加えて、ロバストな始動プロセスには、ロータの位置および速度を推定するためにロータが低速度範囲内で動いているときにＨＦＩを有効化するステップが含まれ得る。以下では、この実装およびそれに関係する戦略のさまざまな実施形態に関する詳細が、これらのおよび他の態様を組込んだ包括的なシステムおよび方法に関連して開示される。

恐らくは図１１に関連して最も良く説明されている一実施形態において、汎用制御は、推定されたモータロータ速度に基づいて異なる形で動作する。詳細には、１つの例示的実施形態における異なる動作モードを、以下のように説明することができる；
・ ＨＦＩ＋極性検出閉ループＤＦＣ。推定されたロータ速度ωが、第１のロータ速度閾値の絶対値より小さい速度範囲１４４内に入る（ω＜｜ω₁｜）、図５および１１に示された起動速度Ｓ₂などのゼロまたは非常に低い（例えば数ＲＰＭ）の起動速度において、極性検出を伴うＨＦＩ方法を使用して、ロータ運動検出動作を拡張すること、すなわち一実施形態では逆ＥＭＦに基づいて速度推定値を補足または拡張することが可能である。これには、高周波注入および極性検出の適用および統合が含まれ得る。ＨＦＩおよび極性検出をアクティブにすることにより、図１０と関連して論述されているモータ制御システムによって利用され得る一定のパラメータの推定が可能になる。例えば、ＨＦＩ方法は、ロバストなＨＦＩ位置推定値、速度推定値および他のモータ特性推定値にアクセスできるようにする。これらには、ロータ角度推定、極性、または高周波注入に対するモータの応答全般またはそれらの任意の組合せに関係するパラメータが含まれる可能性があり、これらは、ＤＦＣに対して提供されるかまたはモータ制御システム内の他の場所で使用され得る。これは同様に、ＨＦＩ－ＤＦＣ＋極性と呼ぶこともできる。ＤＨＦＩに結び付けられた減結合コンポーネントは、このＨＦＩの使用と関連して有効化され得るが、それが必ずしも求められるわけではない。
・ ＤＨＦＩ閉ループＤＦＣ。第１の閾値の絶対値と第２の速度閾値の絶対値との間の低速度（｜ω₁｜＜ω＜｜ω_h｜）、例えば、推定ロータ速度ωが速度範囲１４３、１４５内に入る、図５および１１に示されている通りの起動速度Ｓ₁またはＳ₃などにおける。実践的な例としては、５ＲＰＭ～２００ＲＰＭおよび－５ＲＰＭ～－２００ＲＰＭ。これらの速度では、高周波信号が制御ループに干渉しないまたはこれを中断しないようにＤＨＦＩの減結合機能性を同様にアクティブにすることなく、高い信頼性でＨＦＩを有効化させることはできない。これらの速度においては、モータ制御は、高周波注入の結果として提供された速度推定値を使用し、制御システムは同様に、ロータの運動と結び付けられた減結合またはフィルタリングされたステータ電流に依存する。
・ 磁束オブザーバ閉ループＤＦＣ（ＤＨＦＩ活動状態）。ひとたび推定速度が図１１に示されているような速度閾値の絶対値に到達するかまたはこれを超えた時点で（ω＞｜ω_h｜）、ＤＨＦＩが推定した速度および位置を使用する代りに、磁束オブザーバからの推定速度および位置を使用して閉ループＤＦＣを実施することができる。磁束オブザーバ遷移閾値ω_hに近い速度の範囲については、高周波注入は、モータ速度が或る点、例えば少なくともω₂まで増大するまでＨＦＩベースの速度推定値が利用可能であるように、有効化した状態にとどまることができ、システムに信用性がある場合、これらのモータ速度は典型的に磁束オブザーバ遷移閾値ω_hより低くなることはない。実践的例として、ω_hは、約２００ＲＰＭまたは－２００ＲＰＭに対応し得、ω₂は約２５０ＲＰＭまたは－２５０ＲＰＭに対応し得る。

提供されたさまざまな閾値は、単なる一例にすぎないということを理解すべきである。さらに、閾値は、速度の見地からＲＭＰ単位で提供されているが、異なる単位を用いて、または異なるロータ特性、例えば速度と相関される異なるロータ特性などを用いて提供されてもよい。さらに、カテゴリ限界に対応する値は、利用分野およびモータ制御プロセスがどのようにプログラミングされるかに応じて、包括的または排他的であり得る。

ＨＦＩ方法は、ゼロ速度に適用されるだけでなく、位置および速度推定値の精度を確保するために低速度範囲についても適用されることから、ＤＦＣに基づく閉ループ制御は、実践的始動速度範囲の大部分または全てにおいて実現される。回転するモータロータ状況に適用されるＨＦＩ方法は、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）方法と呼ぶことができる。

本質的に、ＤＨＦＩには、通常のＨＦＩが利用されないと思われるモータ回転状況の間の、直接磁束制御システムなどのモータ制御システムへの高周波注入技術の適用が関与する。したがって、高周波信号は、制御対象の変数の基本周波数で、移動波形内に注入される。

図１０の制御スキームダイアグラム１２０は、ＨＦＩ部分１２１～１２５およびＨＦＩ減結合部分１２８～１３１を含む制御システムを示す。ＤＨＦＩシステムおよび方法ならび図７に示されているＤＦＣを伴う例示的モータ制御システム内へのその統合について、以下で説明する。ここで図１０を参照すると、制御ダイアグラム１２０は、全体が先に参照により組込まれた、Ｂｏｊｏｉら、による２０２０年２月１９日出願の「ゼロ速度および低速度からの内部永久磁石同期モータ制御のためのシステムおよび方法」なる名称の米国特許出願第１６／７９５，０７４号中に記載されている、高周波注入および極性検出を組込んだ本開示の直接磁束制御の一実施形態を例示する。高周波注入は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１２１を通して正弦波形を生成するため脈動電圧ベクトル計数器を使用することによって、図７のモータ制御システムと統合され得る。選択された電圧振幅にしたがって高周波電圧波形１２２を生成することができ、これは、高周波電圧波形を固定基準フレーム１２３内の電圧ベクトルν^* _αβ,HFへと変換するために高周波ロータ角度に関連して利用可能である。その後、ＥｎａｂｌｅＨＦフラグまたは他の好適なトリガ１２４に応答して、高周波注入のための出力電圧ベクトルν^* _abc,HFが生成され、ＤＦＣ制御システム１２５内に注入される。

制御システム内へのＤＨＦＩの組込みには同様に、ステータ磁束オブザーバに対する入力として、例えばＥｎａｂｌｅＨＦフラグ１２７などのフラグの形でのフラグまたは他の通信も含まれ得る。ＥｎａｂｌｅＨＦフラグ１２７は、高周波注入が始まったかまたは始まろうとしていることの標示をステータ磁束オブザーバに対して提供することができる。これによりステータ磁束オブザーバは相応して反応することが可能になる。例えば、ステータ磁束オブザーバは、以下でさらに詳細に論述するように、ＥｎａｂｌｅＨＦフラグが投入されるか否かに応じてその出力を動的に変更することができる。いくつかの実施形態において、ステータ磁束オブザーバは、いずれかの減結合機能性がシステムを通って伝搬しフィルタリングされたステータ電流がステータ磁束オブザーバに達するための時間を与えるために、その出力を遅延させることができる。

高周波注入信号に起因するステータ電流応答の部分およびステータ電流応答からのロータの運動に起因するステータ電流応答の部分の分離または減結合は、ＤＨＦＩ機能性を有効化する。いくつかの実施形態において、減結合は、フィルタリングを通して達成可能である。例えば、帯域フィルタ１３０を利用して、ｃｏｕｎｔｅｒＨＦ＿ＬＵＴ信号１２８または高周波注入の別の特性に基づいて高周波注入信号と結び付けられたステータ電流応答の部分を減結合することができる。現実施形態においては、帯域フィルタ１３０の１つが、固定フレームステータ応答電流をフィルタリングし、他のフィルタは、ｄｑフレームステータ応答電流をフィルタリングする。現実施形態の基本波形オブザーバは、固定フレーム内のステータ応答電流を予期し、一方ＤＨＦＩについて、高周波オブザーバはｄｑフレームからの直交電流ｉ_qhの高周波部分を予期する。

固定フレーム内の全ステータ応答電流から固定フレームステータ応答電流のフィルタリング済み高周波部分を減算するために加算接合部１３１を使用して、高周波注入に対応しないステータ応答電流の部分を生成する。加算接合部１３１におけるプラスおよびマイナス符号は、フィルタ１３０の出力がステータ応答電流から減算されることを表わす。本質的に、この減算によって帯域フィルタは、ステータ応答電流の残りの部分から高周波注入に対する応答をフィルタリングによって除去する帯域消去フィルタになる。高周波応答部分が減算された残留ステータ応答電流は、ロータの運動または基本波形に対する応答を反映し、そうでなければ問題を創出し得ると考えられるものの、高周波注入にも関わらず、磁束オブザーバおよび直接磁束制御による使用に好適である。

言い換えると、高周波信号が接合部１２５でシステム電圧内に注入される場合、モータシステムは応答電流ｉ_abc１３２内の注入に反応し得る。応答または反応電流高周波信号は、全体が参照により本明細書に組込まれた、Ｂｏｊｏｉら、に対する２０２０年２月１９日出願の「ゼロ速度および低速度からの内部永久磁石同期モータ制御のためのシステムおよび方法」なる名称の米国特許出願第１６／７９５，０７４号中に記載されているように、位置および速度を推定するために、移動波形および高周波角度オブザーバ１２９に対する入力から減結合され得る。応答および反応高周波電流信号は同様に、ＨＦＩ動作の中断を回避するため、図７中のステータ磁束オブザーバ６７のための基本電流フィードバックから別個にフィルタリングされることも可能である。

一実施形態において、減結合は、ＤＨＦＩ方法のために設計された２つの同一の移動平均フィルタ（ＭＡＦ）１３０を用いて達成可能である。ＭＡＦの１つは、高周波信号のみが通過できるようにし、信号から励起信号または基本移動波形を除去する帯域フィルタとして構成される。入力がｄｑフレーム内のステータ応答である場合、フィルタ１３０の出力は、高周波オブザーバ１２９に対する入力のためのフィードバック高周波ｑ軸電流である。高周波オブザーバは、このフィルタリング済み応答電流を用いて、低速度（例えば５００ＲＰＭ未満、典型的には２００ＲＰＭ未満の速度）で位置および速度推定値を生成することができる。もう一方のフィルタは固定フレームステータ応答電流からフィルタの出力が減算されている状態の加算接合部により表わされている、原初の信号を伴うフィルタの出力を減算することによる帯域停止フィルタとして構成される。このようにして、ＭＡＦは、１３０、１３１の組合せの形で示されているように、基本波形から高周波信号を除去するように設計されている帯域停止フィルタとして作用する。帯域停止フィルタの出力は、ステータ磁束オブザーバ６７のための電流フィードバックとして入力され、典型的に高周波注入の間は利用可能でないかまたは信頼性の低い機能性であるＤＦＣに対して提供され得る。変形実施形態においては、高周波信号に対する応答およびロータ運動のための励起信号に対する応答を減結合するために、異なる構成のフィルタを利用することができる。例えば、現実施形態では２つの同一のフィルタが使用されるものの、変形実施形態においては異なるフィルタを利用して好適なフィルタリング済み信号を得ることができる。さらに、いくつかの実施形態において、帯域停止フィルタを帯域通過フィルタおよび接合部の代りに使用して、原初の信号から出力を減算することができる。本質的に、有効なＤＨＦＩを提供するためには、オブザーバおよびＤＦＣブロックなどの制御ブロックによって予期される適切なフィルタリング済み信号を提供するあらゆる選り抜きのコンポーネントおよびこれらのコンポーネントの構成を利用することができる。

図１０には、例えば｜ω₁｜＜ω＜｜ω_j｜などのかなり低い速度範囲におけるＤＦＣ機能性を保証するために、精確な位置および速度情報を首尾よく獲得する技術が紹介されている。周知のＨＦＩ方法などのゼロ速度または静止ステータスでロータ内に高周波信号を注入する代りに、ＤＨＦＩには、典型的にはロータが動いているときに存在する変動するステータ応答電流に起因して有用でないと考えられている回転するロータへの適用にＨＦＩを拡大することが関与している。すなわち、ロータが動いている場合にはつねに、ライン上に実時間で変動する電圧および電流波形または移動波形が存在する。電力線通信技術と同様に、モータ制御プロセス内でコマンド電圧１２４、１２５の移動波形の頂部に高周波信号を注入することができ、その後、信号搬送波としてコマンド電圧移動波形に基づいて速度および位置データを得る目的でＨＦＩ注入からのステータ応答信号を処理することができる。さらに、位置および速度推定値についての処理のためＨＦＩ信号をダウンロードした後、システムは、移動波形１３０のクリーン度を維持するために高周波信号をフィルタリングにより除去することができる。最初に高周波信号を注入し位置および速度データを獲得し、その後移動波形から高周波信号をフィルタリングにより除去するこのプロセスは、動的高周波注入と呼ぶことができる。

本開示のＤＨＦＩ方法に係る一実施形態において、モータコントローラは、起動手順全体を通して閉ループ制御のための信頼性の高い速度推定を得るために、高周波注入をゼロ速度または静止ゾーンならびにかなり低い速度範囲でそしてステータ磁束オブザーバをより高い速度で利用することができる。いくつかの実施形態において、高周波注入ロータ特性検出方法は、磁束オブザーバが閉ループ制御のための安定した推定された速度信号を生成できるまで、直接磁束制御方法の中に統合される。このプロセスは、ＤＦＣ内への高周波注入および、ＨＦＩで推定された速度信号が得られた後システムから分離するように高周波注入を減結合するステップを含む。すなわち、一定の速度でのモータの起動中、正弦電圧波形中にＨＦＩ波形を加えることができる。高周波注入は、モータが低速にある間でさえモータ速度推定のために使用可能である信頼性の高い信号の獲得を可能にする。その後、モータ速度を推定するための信号を得るためにひとたび高周波注入が使用されたならば、例えば移動平均フィルタ（ＭＡＦ）対を用いて、直接磁束制御に提供される検知されたモータ信号からＨＦＩ波形をフィルタリングにより除去することができる。特に重要であるのは、ロータが回転するにつれて実時間で、このＨＦＩ波形を検知されたモータ信号からフィルタリングにより除去することができるという点であり、これは動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）と呼ぶことができる。ロータが動いている間にＨＦＩを動的に減結合する能力は、検知されたステータ応答信号上に高周波信号が存在することに起因して別の形では実行され得ないと考えられる他の技術と同時に高周波注入ベースの技術をモータ制御システムが使用できる能力を提供する。

いくつかの実施形態においては、ＨＦＩで推定された速度がひとたび速度閾値ω_hに達したまたはこれを超えた時点で、ＨＦＩを非アクティブにすることができる。他の実施形態においては、ＨＦＩは、ＨＦＩで推定された速度が高速度閾値ω_hに達するかこれを超えた後でもアクティブにとどまるが、ＤＦＣは、例えばステータ磁束オブザーバ速度推定値を利用するためにオブザーバモードを切換える。このようにして、ＤＨＦＩは、速度が高速度閾値｜ω_h｜に達するまでだけではなく、図５内の閉ループ制御２１、２３中任意の速度の間、推定速度が第２の速度閾値の絶対値より高くなる（ω＞｜ω₂｜）まですら、ＤＦＣのためのロバストなＨＦＩベースの位置および速度推定に対するアクセスを提供できるようにアクティブにとどまることができる。

ＤＨＦＩ機能性、具体的には、高周波注入に対する応答も同様に含むステータ電流応答からロータ運動信号に起因する応答を減結合する能力は、正確な速度推定値を用いた閉ループＤＦＣ動作を可能にする。すなわち、ＤＨＦＩにより提供される減結合が無い場合、ＤＦＣに提供される速度推定値は信頼性が低くなると思われる。ＤＨＦＩ機能性は、モータ起動全体を通してより円滑でよりロバストな遷移を可能にし得るものの、それは、起動プロセス中、１０～１５秒超といった時間の間低い速度範囲で故意にかつ意図的に動作する能力を提供することもできる。起動中に、全体を通して正確な速度推定で１０秒以上の時間にわたり低い速度を維持する能力は、ＨＶＡＣ製品の上部システムレベルにおける一定の検知および保護機能にとって有用であり得る。１０秒超といった長い時間にわたってこのような低いＲｐｍ値で、閉ループＤＦＣで動作する能力は、ＤＨＦＩ無しでは実現不可能である。しかしながら、ＤＨＦＩを使用すると、１０秒間といった既定の時間にわたり、または別のトリガがコントローラに対して提供されるまで、２０～６０Ｒｐｍまたは３０～５０Ｒｐｍなどの静止速度よりも高い速度を意図的に保つようにコントローラをプログラミングすることができる。

ＶＩ．始動戦略および手順
（Ａ）始動のためのシステムの準備

例えば起動までならびに始動瞬時の直前のリードタイムを含めたモータ起動においておよび始動瞬時またはその間において、電流オフセットの計算およびブートストラップコンデンサの充電のために適切な準備を行ない、注意を払わなければならない。電流オフセットは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（「ＩＧＢＴ」）全てがオフになった状態で計算されなければならない（これには典型的にパルス幅変調（「ＰＷＭ」）の無効化が含まれる）。その後、例えば高位相デューティサイクル（すなわち低位側ＩＧＢＴについて低い伝導時間）を用いて、ブートストラップコンデンサを装荷しなければならない。

（Ｂ）ロータ運動検出用の汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

モータの始動瞬時においてまたはその間にロータ速度を決定することが、本開示のいくつかの実施形態内に組込まれたモータ制御の一態様である。本明細書中で言及されているように、磁束オブザーバは、本開示の汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの実施形態を用いて、モータ速度検出および位置検出を取扱うことができる。始動瞬時において、システムは、一定のパラメータを初期化し、任意のアクティブ制御または付随するフィードバックがシステムを通して伝搬する機会を得る前に、進行中のロータ運動に対するステータ電流値の自然な応答に基づいて初期速度情報を得る。すなわち、ロータ運動検出動作は、モータ制御ループではなく、プログラミングされた制御前動作である。したがって、インバータを用いたステータ電流の駆動からの励起とは異なり、制御ループが始まる前に、制御システムは、例えば風走からのロータの回転に起因するロータ運動検出動作中に利用可能な逆ＥＭＦ情報の形で速度情報を獲得するために磁束オブザーバを素早くアクティブにすることができる。

図９の機能ブロックダイアグラム１００中で示されているように、この状態の間、モータは、固定（α－β）基準フレームθ_e＝０で実装された電流制御構成を使用することにより動作させられ得る（図９を参照のこと）。ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒおよびｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒは、入力時にゼロの基準電流を有する電流コントローラとして動作させられる（ｉ^* _d、ｉ^* _q＝０）。起動および通常動作の間とは異なり、コントローラは、モータを制御するためのコマンドまたは基準電圧を提供しない。その代り、一実施形態において、ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒは磁束オブザーバに対する逆ＥＭＦ電圧の形でそれらの出力を提供する。例えば、モータが回転している場合には、ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの出力はモータの逆ＥＭＦ電圧である。磁束オブザーバはアクティブであることから、ステータ磁束成分、ステータ磁束ベクトルの位置、ロータの位置およびロータの速度値を提供する。

この構成を伴うこの実施形態においては、当初、速度推定値は典型的にオーバシュートすることから、ひとたびこの状態がアクティブにされた時点で、磁束オブザーバが信頼性の高い速度値を提供するための待ち時間を使用することができる。待ち時間は、約０．５秒さらにはより短い時間であり得ると思われる。待ち時間の後、信頼性の高い速度情報は、いつでもシステムが始動戦略およびプロセスを実行できる状態にある。

（Ｃ）始動制御戦略および手順

図５および１１に描かれている例示的速度ゾーンおよび図１１に描かれている制御パラメータを参照しながら、ここで、広範なモータ始動制御戦略およびプロセスについて詳細に説明する。始動制御戦略の一つの例示的実施形態は、実時間または準実時間制御を提供するために設定されクリアされ得る多数のフラグを介して実行可能である。

（１）速度ω_hの導入

図５は、経時的な（ｘ軸）モータ速度（ｙ軸）のグラフを示す。図５および図１１の両方において、多くの異なる閾値速度値が例示されている。図１１には同様に、走行回転に応じた高速度閾値ω_hおよび－ω_hも含まれている。閾値は、一方向のためのみ構成されてよく、あるいは、双回転のために構成されていてもよく、両方向に等しいものとして閾値が描かれてはいるものの、必ずしもそれがあてはまる必要はない。さらに、本開示全体を通して、方向または正負符号に言及することなくこのおよび他の速度値に言及されている場合があり、したがって、このおよび他の速度閾値は、絶対値記号が使用されていない場合でもその絶対値｜ω_h｜により言及され得る、ということを理解すべきである。この速度閾値は、図１１に示されているセンサレス制御のために磁束オブザーバをアクティブにするようにモータ制御システムが構成されている閾値である。推定されたロータ速度が閾値速度に達しこれを超えるにつれて（ω＞｜ω_h｜）、モータ制御システムは、ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ状態を変更しＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅも更新するように構成されている。例えば、高速度閾値ω_hは２００ＲＰＭであり得、磁束オブザーバ速度閾値ω₂は２５０Ｒｐｍであり得る。磁束オブザーバ速度閾値は、磁束オブザーバが制御システム内で使用するための正確なロータ速度推定値を一貫して提供できなければならない速度であり得る。ＤＨＦＩがオフ切換えされる閾値速度ω₂より低い（または－ω_hについてはこれよりも高い）閾値高速度ω_hの導入。閾値高速度ω_hと磁束オブザーバ閾値速度ω₂の間の速度ギャップは、単独でまたは組合せの形での始動モータ制御の増速率または他の要因など、利用分野に応じて構成され得る。

さらに、速度閾値ω_hとＤＨＦＩによりオフ切換えされた閾値速度ω₂との間の速度ギャップを選択するための別の考慮事項は、速度が磁束オブザーバ閾値速度ω₂に達した後により低い速度まで低下し得るということである。モータ起動制御システムは、第１の速度推定プロセスから第２の速度推定プロセスまでの円滑な遷移を確保するために速度範囲またはウィンドウについて同時に２つ以上の速度推定値リソースを維持するように構成され得る。

（２）フラグの導入

本開示の制御システムのいくつかの実施形態は、制御システムの論理または状態を制御する１つ以上のフラグに基づいて動作するように構成され得る。ここで図１１を参照しながら、一実施形態において使用するために構成された例示的フラグについて詳細に説明する。

（ａ）ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ。制御システムは、特定の速度推定方法にしたがってモータロータ速度を推定するように構成され得る。この方法は、最新のＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ値と結び付けられた速度推定方法を用いて将来の速度推定値が決定されるように、ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇに対する変更に基づいて、動的に更新することが可能である。すなわち、ロータ速度推定値は、さまざまな速度閾値を伴うロータ速度スケール１５２上のどこかに入るものであり、センサレスフラグは相応して更新されることになる。各々のＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ値は、特定の速度ゾーンまたは速度ゾーンセット１４１～１４７と結び付けられ、特定の速度推定方法および構成と結び付けられる。いくつかの実施形態においては、一速度ゾーンを、並行してまたは順次に実行可能である多数の速度推定方法および構成と結び付けることができる。

いくつかの実施形態においては、推定されたモータ速度が動作速度レベルに接近するにつれて、ステータ磁束オブザーバによる速度推定および高周波注入による速度推定などの多数の閉ループ速度推定を並行して実行することができる。起動方法には、適切な速度を選択するステップが含まれ得る。選択は、予め定義された基準に基づく２つの推定速度のうちの１つの選択など、一組の基準に基づくものであり得、例えば、磁束オブザーバが閾値速度より高い速度を検出した場合には、磁束オブザーバは信頼性の高いものであるとみなされ使用され、そうでなければ、起動モータ制御のためにＨＦＩ速度が選択される。代替的には、推定速度の選択には、遷移期間中に適切なロータ速度推定を選択するために並行した速度推定により出力された異なる推定速度のうちの１つ以上に基づく１つ以上の統計関数の適用が関与し得る。選択プロセスは、２つ以上の並行速度推定のうちのどれがより信頼性の高いものであるかを選択するためおよびその速度推定を選択するための基準を含んでいてよく、あるいは、選択プロセスは、２つ以上の並行速度推定に基づいて速度推定を補間するかまたは他の形で定義するための基準を含んでいてよい。いくつかの実施形態において、並列速度推定は、条件が設けられておらず、その代りモータ制御ループの通常の経過の中で行なわれるが、適当な状況が発生した場合にのみ参照される。他の実施形態においては、速度推定は、並行してではなく連続して行なわれる。

さらに、多数の速度推定方法／構成が速度ゾーンと結び付けられている場合、デフォルト方法／構成が結び付けられてよく、あるいは、論理的ステートメントが速度推定構成および方法を決定し得る。図１１に描かれている実施形態においては、以下に列挙する５つのＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ状態１４８が存在する。
・ ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝１： 速度範囲、ω≦－ω₂、図１１中の１４７、内部磁束オブザーバロータ速度およびロータ位置に基づくＤＦＣ；ＤＨＦＩは非アクティブ；
・ ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝２： 速度範囲、－ω₂＜ω≦－ω_h、図１１中の１４６、内部磁束オブザーバロータ速度およびロータ位置に基づくＤＦＣ、ＤＨＦＩは非アクティブ；
・ ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝３： 速度範囲、－ω_h＜ω＜ω_h、図１１中の１４３、１４４、１４５、ＤＨＦＩはアクティブ（ＨＦ角度オブザーバ１２９に基づくＤＦＣ）；ＨＦ角度オブザーバ１２９に基づくＤＦＣプラス－ω₁＜ω＜ω₁における極性検出；
・ ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝４： 速度範囲、ω_h≦ω≦ω₂、図１１中の１４２、内部磁束オブザーバロータ速度およびロータ位置に基づくＤＦＣ；ＤＨＦＩはアクティブ；
・ ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝５： 速度範囲、ω＞ω₂、図１１中の１４１、内部磁束オブザーバロータ速度およびロータ位置に基づくＤＦＣ；ＤＨＦＩは非アクティブ；

ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ増分番号は同様に、増速制御シーケンスでもある。始動瞬時におけるあらゆる初期速度を制御して、始動瞬時におけるいずれかのＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ番号からＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝５を通って通常のＤＦＣ動作まで加速することができる。例えば、ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ番号が２である場合、制御シーケンスは２、３、４および５である。

（ｂ）ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ

現実施形態において、ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅフラグは次の２つの状態を有する：ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝０およびＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝１。

ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝０において： このモードでは、ステータ磁束オブザーバは概して、ロータ磁気モデルにしたがってロータ速度およびロータ位置を決定するためにＨＦＩ角度オブザーバ１２９（図１０参照）からの出力を使用するように構成されている。すなわち、高周波注入に対するステータ電流応答をＨＦＩ角度オブザーバ１２９にフィードすることができ、このオブザーバは、ロータ速度およびロータ位置を決定することができる。ＨＦ角度オブザーバ１２９は、別個の機能ブロックとして例示されているものの、オブザーバに高周波ステータ電流応答が提供されるかまたは通常のステータ電流応答が提供されるかに応じてステータ磁束オブザーバのサブブロックが速度推定を取扱うことができるような形で、ステータ磁束オブザーバと統合することも可能である。この実施形態において、ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝０とＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝３は一致している（すなわち、推定速度は速度閾値よりも低い、－ω_h＜ω＜ω_h）。

ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝１において： このモードでは、ＨＦＩにより観察された位置角度を使用しない。その代り、磁束オブザーバは、ロータ位置およびロータ速度を内部的に推定する。このモードは、ロータ位置および速度が磁束オブザーバによって推定されるＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝１、２および４、５に対応する。ロータ速度推定値が磁束オブザーバ閾値ω₂を超えるまでＤＨＦＩがなおも有効化され、その後、（１）磁束オブザーバが安定するための充分なリードタイムを制御システムが提供していること；および（２）ロータ速度が充分に高く、そのため、内部磁束オブザーバ推定値が信頼性の低いものであるかもしれずＨＦＩベースの速度推定値がより好適であり得るロータ速度より低くロータ速度が急降下する確率が低いこと、を理由としてＤＨＦＩはオフ切換えされる。

（ｃ）ＥｎａｂｌｅＨＦ。ＥｎａｂｌｅＨＦフラグは現実施形態において２つの状態を有する。

ＥｎａｂｌｅＨＦ＝０において： ＨＦＩ動作は無効化される。ＨＦＩにより観察された位置は、ロータ極性検出がアクティブである場合を除き、磁束オブザーバにより観察されるロータ位置に設定される。

ＥｎａｂｌｅＨＦ＝１において： ＨＦＩ動作が有効化される。高周波信号はＨＦＩ１２５からモータ制御システム内に注入される。ＨＦＩは、制御システムがロータ位置およびロータ速度をより正確に推定できるようにする。さらに、ステータ磁束オブザーバはフラグを受取り、出力されたロータ位置およびロータ速度を提供する目的でＨＦ角度オブザーバ１２９を使用する。

（ｄ）極性検出。極性検出フラグは２つの状態を有する。

ＰｏｌａｒｉｔｙＤｅ＝０において、速度が、速度範囲１４４外のω＞｜ω₁｜である場合、ＨＦＩ動作は無効化される。ＰｏｌａｒｉｔｙＤｅ＝１にある間、ロータ速度が速度範囲１４４内である場合（－ω₁≦ω≦ω₁）、ＨＦＩ動作は有効化される。

下表１は、閉ループ制御の異なる状態において、モータ制御システムの一実施形態の直接磁束制御がどのように動作するかを示している。

（３）モータ制御の起動および動作のための方法

図１２は、ロータ運動の検出ステップ、通常動作モータ制御を通した始動モータ制御を含む永久磁石同期モータの汎用モータ制御のための方法の例示的実施形態の流れ図１６０を例示する。モータ制御が存在する場合、それは完全に閉ループ制御で行なわれ得る。これらの実施形態は、業務用ファンおよびブロワの利用分野または、モータのロータが風走、あるいは初期モータ起動条件を不明にするかまたは信頼性の低いものにする他の力を受ける可能性がある他のあらゆる利用分野における使用に特に好適である。ここで、流れ図について詳細に説明する。

始動コマンドまたは他の始動トリガーに応答して、電子的モータコントローラは、初期化状態またはモータ始動準備段階１６１へと構成され得る。この状態の間の典型的なアクションとしては、他のモータ初期化アクションの中でもオフセットの計算およびブートストラップコンデンサの充電が含まれ得る。

初期化の後そして始動瞬時において、モータ制御システムはロータ運動検出状態１６２に入る。本開示において先に論述した通り、この状態の間、モータコントローラは、予め定義されたロータ速度推定方法にしたがったロータ速度推定を含み得るロータ運動検出を実施するように構成され得る。このロータ運動検出プロセスには、この初期ロータ速度推定値に基づいて起動閉ループ制御のためのさまざまなフラグを設定するステップが関与し得る。概して、モータコントローラは、約５ＲＰＭまでの低い初期ロータ速度を高い信頼性で検出することができる。初期ロータ速度推定値を用いて、制御フラグを相応して設定し、これにより起動制御のための制御システムを構成することができる。

具体的には、ロータ運動検出状態の終りで、ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇをチェックすることができ、ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇに応じてモータ制御を誘導することができる。

ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇが３でない場合１６４、制御システムはＡへと進んで１６９、ゼロ速度および静止始動ステップのプロセスをスキップする。

ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇが３であり１６３、ロータ速度推定値が速度閾値の絶対値より小さい場合ω≦｜ω_h｜には、ＥｎａｂｌｅＨＦフラグは１に設定され、これにより高周波注入回路をアクティブにし、高周波信号を制御システム内に注入することになるか、またはそのためにすでにモータ制御システムがトリガされている。そこから、初期（すなわち始動瞬時）ＨＦＩ観察角度が、ステータ磁束オブザーバにより受信され使用される（例えばＤＦＣへと渡される）。次に制御システムは、極性検出状態がＰｏｌａｒｉｔｙＤｅ＝１であるか否かをチェックすることにより、推定されたロータ速度が極性速度閾値ω₁より低いか否かをチェックする１６６。低い場合には、制御システムは、ロータ１６７の極性を識別するために２つの電圧パルスの適用をトリガすることによって、位置－極性チェックアクション１６７を実行する。電圧パルスの間、ＨＦ注入は無効化されるが、極性検出が高速であり、ロータは非常に低い速度で動いていることから、ロータの位置は事実上全く変化を受けない。ロータ極性チェックの後、ＨＦ注入が再び着手され、ＤＨＦＩは、呼出されているＧＯ状態によって初期始動速度制御を実施し１６８、これにより制御システムはＤＨＦＩ－ＤＦＣに結び付けられたＢにおける始動プロセスに入ることができる。

推定速度が極性速度閾値ω₁よりも大きい場合１６５、極性検出を行なう必要は無く、したがってシステム制御は、ＢでＧＯ状態に進む１６８。Ｂの受領状態で、システムは１７２でＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝３をチェックし、状態１７３に到達するまでＤＦＣ閉ループ制御をフィードするためＤＨＦＩ位置および速度出力を取る。

システムはＡにおいて速度をチェックする１６９。速度がω＞｜ω₂｜である場合、磁束オブザーバ推定を伴うＤＦＣ制御が、ＤＨＦＩ無しで使用される１７４。速度がω≦｜ω₂｜である場合、システムは、速度がω＞｜ω_h｜、例えば２００Ｒｐｍであるか否かをチェックする１７１。絶対速度値がω_hよりも低い場合、システムは、もはや内部磁束オブザーバの結果を使用するためではなく、磁束オブザーバをフィードするためにＤＨＦＩ出力を取る。システムは、ＤＨＦＩ出力が速度範囲ω≦｜ω_h｜にわたっている状態で、閉ループＤＦＣにある１７３。しかしながら、制御システムは、負の始動速度の事例において正の回転方向へゼロ速度を通って移行し得るとしても、極性検出を行なう必要はない。

状態１７１において、ω＞｜ω_h｜である場合、磁束オブザーバは、速度がω＞｜ω₂｜に達するまでＤＦＣを行なうためにその内部位置および速度を使用する１７３。状態１７４において、ＤＨＦＩ動作は、速度絶対値がω＞｜ω₂｜（例えば２５０Ｒｐｍ）となった後、非活動化される。１７５でＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝１である場合、ロータは負の回転方向にあり、システムはゼロ速度ゾーンを通過して正の回転方向に向かって下へ進み、こうしてＡにおいて状態１６９になる。１７５でＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝５である場合、ＤＦＣ閉ループ制御は始動プロセスを通って、状態１７６において通常のＤＦＣ動作へと進む。

該方法は、正および負の両方の速度で機能し、いかなる問題もなくゼロ速度までのモータの減速も可能にする。｜ω₂｜（２５０Ｒｐｍ）より高い絶対速度については、磁束オブザーバは良好に機能する。

減結合の適用により、ＤＨＦＩ成分がＤＦＣシステムに影響を与えることが防止される。適正な電流のフィルタリングおよび電圧コマンドの選択は、信号からＤＨＦＩ成分を除去することによってオブザーバの減結合を確保することができる。現実施形態におけるフィルタは、移動平均フィルタ（ＭＡＶ）１３０である。変形実施形態においては、ＨＦＩ成分を減結合するために異なるフィルタを使用することができる。例えば、５００Ｈｚから８００Ｈｚまでの注入周波数は、充分な帯域幅を提供することができる。

ＶＩＩ．実験およびシミュレーションの結果
制御システムを含む本開示の実施形態は、業務用ファンシステムに実装可能である。シミュレーションおよび試験の両方において、有効な結果が達成されている。システムがどのようにして異なるステータスから出発し速度を変えて最終目標速度に達するかについて詳細を例示するために、いくつかの結果が提示される。

実験およびシミュレーション結果について見ていく前に、モータ制御システム６０の起動手順がロバストであり、従来のＰＭＳＭ制御システムにおいては一般的である閉ループ制御におけるいかなるギャップもなく実装可能である、という点は注目に値する。すなわち、本開示の実施形態は、全く開ループ制御無しで動作する能力を有する。ＰＭＳＭのための開ループ制御は、モータの動作を改変するコマンドを出力するもののフィードバックループが欠如している制御システムを意味し、したがって、開ループ制御システムの出力、例えば電圧ベクトル、トルクコマンドまたはモータの制御に影響を及ぼす他の信号は、ロータ速度および位置または他のモータ特性の変化（またはそれらの変化の欠如）がもたらすモータに対する結果としての変化による影響を受けない。開ループ制御は、一定のモータ利用分野、例えば風などに起因して初期ロータ速度および位置が未知であるかまたは信頼性が低いものである、業務用ファンおよびブロワの利用分野などにおいて特に問題がある。すなわち、ＰＭＳＭの開ループ起動制御は、ＰＭＳＭが静止状態にあることを仮定するかまたは、モータが静止状態になることを望みながらもそれを確認できないままに制動システムに対しコマンドを発出するかのいずれかである。いくつかの利用分野では、これで充分であるが、多くの利用分野において、これらの解決法は実現困難でありかつ信頼性が低い。以下の実施例は、モータ起動における既存のロータ運動の如何に関わらずモータの動作を考慮し制御することのできる、ロータ運動検出動作および閉ループ制御を例示するために有用である。

図１３～１６は、本開示の一実施形態に係るＩＰＭＳＭの４つの異なる始動状況のためのモータ起動に結び付けられた複数のグラフを例示する。全てのグラフについて、Ｘ軸には秒（ｓ）単位で時間が示されている。図１３Ａ、１４Ａ、１５Ａおよび１６Ａについては、Ｙ軸上にモータ速度が毎分回転数（ＲＰＭ）単位で例示され、グラフは、モータ制御のために磁束オブザーバ速度推定値が使用されるところ（すなわちｏｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝１）およびモータ制御のためにＨＦＩ速度推定値が使用されるところ（すなわちｏｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝０）を標示している。図１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂおよび１６Ｂについては、１つの３相ステータ電流ｉ_aの絶対値がアンペア単位（Ａ）でＹ軸上に例示されている。図１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃおよび１６Ｃについては、ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓフラグおよびｅｎａｂｌｅＨＦフラグがｓｔａｔｅｄｒｉｖｅフラグと共にＹ軸に沿って例示されている。ｅｎａｂｌｅＨＦフラグは２進法であり、オンかオフかのいずれかである。アクティブである場合、ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓフラグは、図１１に示されているように１～５であり得る（非アクティブである場合は０）。ｓｔａｔｅｄｒｉｖｅフラグは、始動制御が開始される前に初期動作を駆動することができる。ｓｔａｔｅｄｒｉｖｅ＝１で、ロータ運動検出のための準備がアクティブになる。ｓｔａｔｅｄｒｉｖｅ＝５では、プログラミングされたロータ運動検出動作が実行される。ｓｔａｔｅｄｒｉｖｅ＝９では、極性検出動作が実行される。そして、ｓｔａｔｅｄｒｉｖｅ＝０では、初期動作シーケンスが終了し、モータがアイドル状態か、または始動モータ制御に対するハンドオフがｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓフラグを介して完了しているかのいずれかである。

具体的に図１３Ａ～Ｃを参照すると、この実施例は、１２０度の初期位置角度で、０Ｒｐｍの初期速度でのＤＦＣ閉ループ始動プロセスを示す。図１３Ａは、基準速度、観察速度および実速度１７３を示し；図１３Ｂは、Ｐｈａｓｅ－Ａ電流の波形を示し；図１３Ｃは、モータ制御が実時間で実行されるにつれて変化するフラグ状態を示す。

始動時に、まず、ロータ初期速度を検出するために運動検出２７８をアクティブにすることができる。検出された速度は、極性閾値速度ω₁より低いことから、ロータ位置角度を推定するためにＨＦＩ２７４が有効化される。低いまたはゼロ速度に起因して、極性検出が実施される２７５。極性検出期間２７９の間、ＨＦＩは無効化される。極性検出中、２つの電流パルス２７５に対する応答が監視される。現実施形態において、振幅の第２の負のパルスは第１の正のパルスよりも大きく、極性検出の成果に基づくアクションとして位置角度が１８０度増大する必要があることを標示している。実際の初期位置角度は１２０度である。ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝３は、図１３Ｃに見られる。

極性検出の後、ロータ位置角度が推定されることから、運動検出は終了し、その間にＤＨＦＩが再び有効化される２８０。ＤＦＣ閉ループ制御のｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒは、図１３Ａの部域２７１中に描かれているように、ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝０にステップインする。ロータ速度は増大し、ＤＨＦＩに基づく推定速度を使用することによって基準速度まで急速に進む。制御は、速度閾値ω_hにおいて、ＤＨＦＩが有効化されたままにとどまっている状態で、コントローラがＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝１状態２７２、ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝４ ２８１に変わるまで、このＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝０状態を保つ。図１３Ｂおよび１３Ｃ中では、ＤＨＦＩが速度ω₂で無効化される２７７まで、ＤＨＦＩ波形が、Ｐｈａｓｅ－Ａ基本周波数電流を増大させる２７６ことが分かる。ｉ_aステータ応答電流の図１３Ｂ（ならびに１４Ｂおよび１５Ｂ）中に描かれた信号の高周波部分は、ｅｎａｂｌｅｄＨＦＩ２８０フラグがオン状態にある間２本のラインで代表的な形で示されているということを指摘しておかなければならない。

具体的には、速度がω₂に達し、ＤＨＦＩが無効化され、コントローラがＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝１状態、ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝５を設定した時点で、システムは、閉ループ直接磁束制御のための位置および速度を使用して、始動プロセスが完了し、モータがその目標である通常の動作速度に達するまでロータの増速を駆動する方に切換わる。

図１４Ａ～Ｃは、－５Ｒｐｍの初期速度での始動プロセスを示す。運動検出１８３の後、検出された初期の低速度に起因して極性検出が行なわれる。極性検出１８１の間、第１の正のピーク振幅は第２の負の振幅よりも大きく、これは位置角度が極性検出の成果に基づき正の極方向と整列していることを意味している。位置角度は、図１４の検出結果に比べて正しいものである。

図１５Ａ～Ｃは、２００Ｒｐｍの初期実速度での閉ループ制御始動プロセスを示す。この実際のモータ速度値はモータコントローラには未知であるが、モータコントローラの動作およびロータ運動検出動作を理解するために有用である。

運動検出１９３は、速度が極性検出ウィンドウ（－ω₁、ω₁）外ではあるもののアクティブなＤＨＦＩウィンドウ（－ω₂、ω₂）内にあることを標示する。したがって、ＤＨＦＩがアクティブにされ、このことは、ｅｎａｂｌｅＨＦフラグ１９６が１に設定されていることによって証明される。－２００Ｒｐｍの初期推定モータ速度はＤＨＦＩ閉ループＤＦＣウィンドウ（－ω_h、ω_h）内に入ることから、ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ１９１は０に設定され、ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ１９５は３に設定される。ＤＨＦＩ ＤＦＣ閾値｜ω_h｜は、この実施形態において２００Ｒｐｍである。この事例においては０．８秒のプログラミングされた時間が満了したことに起因して、ひとたびロータ運動検出動作が完了したならば、ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ＝０およびＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ＝３であることから、推定速度が磁束オブザーバ６７を介してＨＦ角度オブザーバ１２９から得られ、推定されたモータ速度が２００Ｒｐｍの初期磁束オブザーバ閾値｜ω_h｜を上回るまで、ＤＨＦＩ－ＤＦＣ閉ループ制御１９４のためにＤＦＣ６２にフィードされる。すなわち、ＤＨＦＩ－ＤＦＣ閉ループ制御１９４下で、モータ速度は増大し、ゼロ速度を通って負から正の回転方向１９２に移行する。その後、初期磁束オブザーバ閾値を通った時点で、ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇ１９７はその状態を４に変更し、ＯｂｓｅｒｖｅｒＭｏｄｅ１９８は１に変わり、ＤＨＦＩを伴う磁束オブザーバＤＦＣをアクティブにする。この実施形態においては、ＤＨＦＩがアクティブであったことから、磁束オブザーバ速度推定値は、ＨＦＩベースの速度推定値と並行して自動的に準備された。２００Ｒｐｍ閾値を通った時点で、磁束オブザーバは、より信頼性の高い速度推定値とみなされ、ＨＦＩベースの速度推定値の代りに制御システムに提供される。しかしながら、ＤＨＦＩにしたがった高周波注入および減結合は、速度推定値が安定した磁束オブザーバ閾値｜ω₂｜に達するかまたはこれを超えるまで続く。

より掘り下げた論述のため、ロータ運動検出動作１９３に戻ると、モータコントローラは、基準ロータ位置θ^*、基準ｄロータ電流ｉ_d ^*、および基準ｑロータ電流ｉ_q ^*をゼロに設定することによって、モータ速度がゼロであると仮定する。これは、図１５Ａ中で、ロータ運動検出動作１９３の間基準速度ω_refが０であることによって表わされている。汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの実施形態において、基準位置および電流がゼロであることは、汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒが、逆ＥＭＦ情報または電圧を出力しかつＤＦＣ６２の制御機能性を有効化することなく適切なＤＦＣ６２コンポーネントを有効化する電流－電流コントローラとして再構成するためのトリガ条件であり得る。すなわち、この構成において、固定フレームν^* _αβ内の電圧ベクトルは、モータの回転と結び付けられた逆ＥＭＦ情報を表わす。さらに、この構成において、磁束オブザーバ６７は、それに提供された逆ＥＭＦ情報に基づいて運動検出動作中にロータ速度を検出することができる。ロータ運動検出動作が開始し磁束オブザーバがモータ速度を正確に推定するには、少し時間がかかる（例えば約５０～５００ミリセカンド、ただし典型的には１００ミリセカンド未満）可能性がある。図１５Ａは、短い時間の後、提供された逆ＥＭＦ情報に基づいて安定している推定速度ω_m,obsを磁束オブザーバがどのように出力できるかを示している。磁束オブザーバの根本的な構成および動作に起因して、それは、典型的には当初正しいロータ速度値をオーバシュートし、その後落ちついて実際のモータ速度ω_mと整合することになる。

観察されたモータ速度が定常になる場合、プログラミングされたロータ運動検出動作１９３の終了に向かって、モータコントローラは、観察された速度に基づいてモータ起動制御へと遷移するようにプログラミングされ得る。

図１６Ａ～Ｃは、３００Ｒｐｍの初期速度での閉ループ制御始動プロセスを示す。運動検出動作２０３は、３００Ｒｐｍの初期推定モータ速度を提供し、したがって、ＤＨＦＩまたは極性検出をトリガしない。ＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇは５に設定され、ＤＦＣ閉ループ制御は、動作目標速度までロータ速度増大２０１を駆動する。

以上で論述し図１３～１６に描かれた４つの実施例の各々において、ロータ運動検出動作１７８、１８２、１９３、２０３の後の初期推定モータ速度は、それぞれ０Ｒｐｍ、－５Ｒｐｍ、－２００Ｒｐｍおよび３００Ｒｐｍである。この値は、当初図１１に示された始動モータ制御状態１４１～１４７の１つにモータコントローラを構成するため、ルックアップテーブルまたは他の条件付きプログラミングと関連して使用可能である。始動モータ制御状態は、モータ速度１５２が経時的に変化し、典型的には通常の動作速度に向かって増大するにつれて、モータ起動期間１５３中のモータの動作を制御する。始動モータ制御状態は、異なるモータ速度閾値によって定義され得る。例えば、図１３～１６中、｜ω₁｜＝１０、｜ω_h｜＝２００そして｜ω₂｜＝２５０である。したがって、以上で説明されたように、ロータ運動検出動作による観察速度が約－２００ＲＰＭである図１５Ａについては、モータ始動制御は、この実施形態においてエッジケースがどのように取扱われるかに起因して、モータ始動制御はＤＨＦＩ閉ループＤＦＣへと遷移すると思われる。

図１３Ａ、１４Ａ、１５Ａおよび１６Ａに示されているように、基準ロータ速度ω_refは、プログラミングされたロータ運動検出動作の一部としてモータコントローラによりゼロに設定される。その後、基準モータ速度ω^*は、起動の間、図７に示されているように速度コントローラ６１内に入力されている、モータ起動制御中の増速率である。図１３Ａ、１４Ａおよび１５Ａ中、ロータ実速度ω_mはそれぞれゼロ、－５Ｒｐｍおよび－２００Ｒｐｍであり、したがって、ロータ速度検出動作は、ステータ磁束オブザーバに逆ＥＭＦ電圧情報を渡す代りに、ＨＦＩを有効化する。図１３Ｂ～Ｃおよび１４Ｂ～Ｃの場合、モータ速度推定値は、１０Ｒｐｍの極性検出閾値内であることから、極性検出１７９、１８３がアクティブにされる。図１６Ａについては、ロータ実速度ω_mがＤＨＦＩ範囲の外にあるため、ロータ速度検出動作は、逆ＥＭＦ電圧情報をステータ磁束オブザーバに渡し、このステータ磁束オブザーバがロータ速度ω_m,obsを推定する。各ケースにおいて、始動モータ制御がロータ運動検出動作の後に始まることから、モータコントローラは信頼性の高いロバストな速度推定値を有する。充分なロータ運動の検出に起因してロータ運動検出動作が逆ＥＭＦ情報をステータ磁束オブザーバに渡したこと、またはロータ運動検出動作が充分なロータ運動を検出せず、ＨＦＩベースの速度推定値を得ることができるようにＨＦＩをアクティブにしたこと、のいずれかの理由から、・・・・。各々のケースにおいて、検出されたオブザーバ速度ω_m,obs（これは、速度推定値が究極的に磁束オブザーバを通して引回しされることから、あらゆる速度推定方法を含むことができる）は、５００ミリセカンド未満そして描かれている状況下では１００ミリセカンド未満の短いタイムフレームで安定した出力に達する。制御システムは、例えばオブザーバ速度の速度ゾーンを識別し適切なＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓＦｌａｇを設定して適切な制御モードをトリガすることによって、適切なモータ制御戦略を実行するために安定した速度推定値を使用することができる。この構成またはモードの選択は、ロータ運動検出動作の終結に先立つＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓフラグの変化によって例示されている図１３～１６に描かれたロータ運動検出動作の末尾においてか、またはロータ運動検出動作が完了した後別個の動作において実行され得る。

「垂直方向」、「水平方向」、「頂部」、「底部」、「上位」、「下位」、「内側の」、「内向きに」、「外側の」および「外向きに」などの方向を示す用語は、図中に示された実施形態の配向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、本発明をいずれかの具体的配向に限定するものとして解釈されるべきではない。

以上の説明は、本発明の現実施形態の説明である。添付クレーム内に定義された本発明の精神およびより広い態様から逸脱することなくさまざまな改変および変更を加えることが可能であり、これらは、均等論を含めた特許法の原則にしたがって解釈されるべきものである。本開示は、例示を目的として提示されており、本発明の全ての実施形態の網羅的説明として、またはこれらの実施形態と関連して例示または説明された具体的要素にクレームの範囲を限定するものとして、解釈されるべきではない。例えば、非限定的に、説明された発明のいずれかの個別の要素を、実質的に類似の機能性を提供するかまたは他の形で適切な動作を提供する代替的要素によって置換することが可能である。これには、例えば、現在公知の代替的要素、例えば現在当業者にとって公知であり得るもの、および将来開発されるかもしれない代替的要素、例えば当業者が開発時点で代替案として認識する可能性のあるものが含まれる。さらに、開示された実施形態は、同時に説明され、協働して一群のメリットを提供する可能性のある複数の特徴を含んでいる。本発明は、公開されたクレーム中で別段の明示的表明がなされているのでないかぎり、これらの特徴の全てを含むかまたは表明されたメリットの全てを提供する実施形態だけに限定されるわけではない。例えば「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」または「ｓａｉｄ（前記）」などの冠詞を使用した単数でのクレーム要素に対するあらゆる言及は、その要素を単数に限定するものとみなされるべきではない。
上述の実施形態は下記の例のように記載され得るが、下記の例に限定されない。
［例１］
センサレス内部永久磁石同期モータにおいて、
モータハウジングと、
前記モータハウジング内に組付けられ、円筒形空間を画定するステータであって、３相ステータ巻線構成を有するステータと、
ロータが磁気的突極性を示すような形で円周方向に分布した複数の内部永久磁石を含むロータであって、前記ステータの前記３相ステータ巻線構成の励起を介して前記円筒形空間の内側で回転可能である、ロータと、
前記モータハウジング内に組付けられたモータ制御システムであって、
電源と、
前記ステータの１つ以上の電気的特性を検知するように構成された検知回路と、
モータの始動中に閉ループ制御を提供するように構成されたコントローラであって、
始動瞬時の間のロータの運動を検出して始動瞬時モータ速度推定値を得る、
複数の異なるモータ速度推定方法の中から、前記始動瞬時モータ速度推定値に基づいて初期起動モータ速度推定方法として前記複数の異なるモータ速度推定方法のうちの１つを選択する、
前記選択された初期起動モータ速度推定方法にしたがってモータ速度を推定する、
前記選択された初期起動モータ速度推定方法にしたがって得られたモータ速度推定値および前記ステータの前記１つ以上の電気的特性に基づく情報を含む、前記コントローラに対して提供されたフィードバックに基づいて、閉ループ制御を用いてモータの起動中に駆動コマンドを生成する、
ように構成されたコントローラと、
前記モータの起動中の前記駆動コマンドにしたがって前記ステータの前記３相ステータ巻線構成のための励起信号を生成するための駆動回路と、
を含むモータ制御システムと、
を含むセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例２］
前記コントローラが、磁束オブザーバに対して電圧誤差ベクトルを提供することによって前記始動瞬時モータ速度推定値を得るように構成されており、前記電圧ベクトルが、前記始動瞬時中のステータ電流の関数として得られる、例１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例３］
前記コントローラが、前記始動瞬時中の逆ＥＭＦ情報の関数として前記始動瞬時モータ速度推定値を得るように構成されている、例１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例４］
前記コントローラが、汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを含み、この汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒは、それが前記逆ＥＭＦ情報を得かつ前記逆ＥＭＦ情報に基づいて始動瞬時モータ速度推定値を得るようにプログラミングされている第１の構成と、それが直接磁束制御方法にしたがって駆動コマンドを生成するようにプログラミングされている第２の構成との間で選択的に構成可能である、例３に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例５］
前記汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの前記第１の構成が、電流制御用に構成されたｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒおよび電流制御用に構成されたｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを含み、前記汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの前記第２の構成が、磁束制御用に構成されたｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒおよび電流制御用に構成されたｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを含む、例４に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例６］
前記複数の異なるモータ速度推定方法が、高周波注入（「ＨＦＩ」）モータ速度推定方法と磁束オブザーバモータ速度推定方法とを含み、前記コントローラは、前記始動瞬時速度推定値が閾値速度より低いことに応答して前記初期起動モータ速度推定方法として前記ＨＦＩモータ速度推定方法を選択し、前記コントローラは、前記始動瞬時速度推定値が前記閾値速度より高いことに応答して前記磁束オブザーバモータ速度推定方法を選択する、例１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例７］
前記複数の異なるモータ速度推定方法が、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）モータ速度推定方法を含み、前記コントローラは、前記始動瞬時速度推定値が閾値速度より低いことに応答して前記初期起動モータ速度推定方法として前記ＤＨＦＩモータ速度推定方法を選択し、前記コントローラは、前記駆動回路によって生成される前記励起信号に加えて前記３相ステータ巻線構成内に高周波信号を注入し、前記駆動回路によって生成される励起信号と高周波信号の前記組合せ信号に対する３相ステータ巻線構成内の応答を検知し、前記検知した応答から前記高周波信号に対する応答を減結合し、前記高周波信号の注入に対する前記減結合された応答に基づいて前記モータ速度を推定し、前記検知された応答から前記励起信号に対する前記応答を減結合し、前記コントローラに対するフィードバックとして前記励起信号に対する前記減結合された応答を提供するように前記コントローラを構成することによって、前記ＤＨＦＩモータ速度推定方法にしたがってモータ速度を推定するように構成されている、例１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例８］
前記コントローラは、２つの同一の移動平均フィルタによって前記検知された応答から前記高周波信号の注入に対する前記応答を減結合し前記検知された応答から前記励起信号に対する前記応答を減結合するように構成されており、前記フィルタの前記出力が前記高周波ｑ軸電流であり、前記コントローラは、前記ｑ軸電流に基づいて前記モータ速度を推定するように構成されており、前記コントローラは、前記検知された応答から前記ｑ軸電流を除去して前記検知された応答から前記励起信号に対する前記応答を減結合し、前記励起信号に対する前記減結合された応答を、ステータ磁束オブザーバに対する入力として提供するように構成されている、例７に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例９］
前記コントローラは、帯域通過フィルタおよび帯域停止フィルタのうちの少なくとも１つにより、前記検知された応答から前記高周波信号の注入に対する応答を減結合し、前記検知された応答を前記励起信号に対する応答から減結合するように構成されている、例７に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例１０］
前記コントローラは、磁気ステータ磁束を推定するために、前記ステータの前記１つ以上の電気的特性および前記ロータの磁気的突極性に基づく第１のモータ速度推定値、および前記ステータの前記１つ以上の電気的特性および前記モータの数学的モデルに基づく第２の異なるモータ速度推定値を得るように構成されている、例１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例１１］
前記コントローラは、前記駆動回路によって生成される前記励起信号に加えて前記３相ステータ巻線構成内に高周波信号を注入し、前記駆動回路によって生成される励起信号と高周波信号の前記組合せ信号に対する３相ステータ巻線構成内の応答を検知し、前記応答内で前記高周波信号と前記駆動回路により生成される励起信号を減結合し、減結合された高周波信号応答に基づいて前記第１のモータ速度推定値を得、前記減結合された励起信号応答に基づいて前記第２のモータ速度推定値を得るように構成されている、例１０に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例１２］
前記始動瞬時モータ速度推定値が、ロータ速度およびロータ位置を導出するのに充分な情報を含み、前記選択されたモータ速度推定方法から得た速度推定値には、ロータおよびロータ位置を導出するのに充分な情報が含まれる、例１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例１３］
前記コントローラは、開ループ制御無く前記駆動コマンドを生成するようにプログラミングされている、例１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例１４］
前記コントローラは、推定されたモータ速度に基づいて設定された制御フラグに基づいて、起動中に前記駆動コマンドを生成するようにプログラミングされている、例１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例１５］
前記コントローラは、運動検出フラグ、高周波注入フラグ、極性検出フラグ、およびオブザーバモードフラグを含めた複数の制御フラグに基づいて、起動中に駆動コマンドを生成するようにプログラミングされている、例１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例１６］
モータ制御システム、ロータおよびステータを有するセンサレス内部永久磁石同期モータのための起動モータ制御方法において、
前記ステータの１つ以上の電気的特性を検知するステップと、
始動瞬時の間のロータの運動を検出して始動瞬時モータ速度推定値を得るステップと、
複数の異なるモータ速度推定方法の中から、前記始動瞬時モータ速度推定値に基づいて初期起動モータ速度推定方法として前記複数の異なるモータ速度推定方法のうちの１つを選択するステップと、
前記選択された初期起動モータ速度推定方法にしたがってモータ速度を推定するステップと、
前記選択された初期起動モータ速度推定方法にしたがって得られたモータ速度推定値および前記ステータの前記１つ以上の電気的特性に基づく情報を含む、前記モータ制御システムに対して提供されたフィードバックに基づいて、モータの起動中に駆動コマンドを生成するステップと、
前記モータの起動中に生成された前記駆動コマンドにしたがって前記ステータのための励起信号を生成するステップと、
を含む方法。
［例１７］
前記始動瞬時モータ速度推定値を得るステップには、磁束オブザーバに電圧ベクトルを提供するステップが含まれ、前記電圧ベクトルは前記始動瞬時中のステータ電流の関数として得られる、例１６に記載の起動モータ制御方法。
［例１８］
前記始動瞬時モータ速度推定値を得るステップには、前記始動瞬時の間に逆ＥＭＦ情報を検出するステップおよび前記逆ＥＭＦ情報に基づいて前記始動瞬時モータ速度推定値を得るステップが含まれる、例１６に記載の起動モータ制御方法。
［例１９］
汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒが前記ロータに結び付けられた逆ＥＭＦ情報を得るようにプログラミングされている第１の構成と、前記汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒがモータ始動中に直接磁束制御方法にしたがって前記駆動コマンドを生成するようにプログラミングされている第２の構成との間で汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを選択的に構成するステップを含む、例１８に記載の起動モータ制御方法。
［例２０］
前記汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを前記第１の構成へと選択的に構成するステップには、ｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒを電流制御用に構成しｑｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒを電流制御用に構成するステップが含まれ、前記汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを前記第２の構成へと選択的に構成するステップには、ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを磁束制御用に構成しｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを電流制御用に構成するステップが含まれている、例１８に記載の起動モータ制御方法。
［例２１］
前記始動瞬時速度推定値が閾値速度より低いことに応答して前記初期起動モータ速度推定方法として高周波注入（「ＨＦＩ」）モータ速度推定方法を選択するステップおよび、前記始動瞬時速度推定値が閾値より高いことに応答して磁束オブザーバモータ速度推定方法を選択するステップを含む、例１６に記載の起動モータ制御方法。
［例２２］
前記始動瞬時速度推定値が閾値より低いことに応答して動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）モータ速度推定方法を選択するステップと、前記駆動回路により生成された前記励起信号および高周波信号を前記ステータ内に注入し、前記組合わされた高周波信号と励起信号に対する前記ステータ内の応答を検知し、前記応答から前記駆動回路により生成された励起信号および前記高周波信号のうちの少なくとも１つを減結合しかつ前記少なくとも１つの減結合された信号に基づいてモータ速度を推定することによってＤＨＦＩにしたがってモータ速度を推定するステップと、を含む例１６に記載の起動モータ制御方法。
［例２３］
前記減結合ステップには、前記検知された応答から前記高周波信号を減結合するステップおよび、前記組合された高周波信号および励起信号に対する前記ステータ内の前記応答をフィルタリングすることによって、前記検知された応答から前記励起信号を減結合するステップが含まれる、例２２に記載の起動モータ制御方法。
［例２４］
前記ステータの前記１つ以上の電気的特性および前記ロータの磁気的突極性に基づく第１のモータ速度推定値、および前記ステータの前記１つ以上の電気的特性および前記モータの数学的モデルに基づく第２の異なるモータ速度推定値を得るステップを含む、例１６に記載の起動モータ制御方法。
［例２５］
前記始動瞬時モータ速度推定値が、ロータ速度およびロータ位置を導出するのに充分な情報を含み、前記選択されたモータ速度推定方法から得た速度推定値には、ロータおよびロータ位置を導出するのに充分な情報が含まれる、例１６に記載の起動モータ制御方法。
［例２６］
開ループ制御無く起動中に前記駆動コマンドを生成するステップを含む、例１６に記載の起動モータ制御方法。
［例２７］
制御フラグに基づき、始動中に前記駆動コマンドを生成するステップ、および推定されたモータ速度に基づいて実時間で起動中の制御フラグの値を設定するステップを含む、例１６に記載の起動モータ制御方法。
［例２８］
運動検出フラグ、高周波注入フラグ、極性検出フラグ、およびオブザーバモードフラグを含めた複数の制御フラグに基づいて、起動中に駆動コマンドを生成するステップを含む、例１６に記載の起動モータ制御方法。
［例２９］
前記複数の異なるモータ速度推定方法が、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）モータ速度推定方法を含み、前記コントローラは、前記駆動回路によって生成される前記励起信号に加えて前記３相ステータ巻線構成内に高周波信号を注入し、前記駆動回路によって生成される励起信号と高周波信号の前記組合せ信号に対する３相ステータ巻線構成内の応答を検知し、前記検知した応答から前記高周波信号に対する応答を減結合し、前記高周波信号の注入に対する前記減結合された応答に基づいて前記モータ速度を推定し、前記検知された応答から前記励起信号に対する前記応答を減結合し、前記コントローラに対するフィードバックとして前記励起信号に対する前記減結合された応答を提供するように前記コントローラを構成することによって、前記ＤＨＦＩモータ速度推定方法にしたがってモータ速度を推定するように構成されている、例１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例３０］
前記コントローラが、少なくとも既定の時間、またはトリガが受信されるまで、前記減結合された信号に基づいて一定の速度を維持するように構成されている、例２９に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
［例３１］
前記駆動回路により生成された前記励起信号および高周波信号を前記ステータ内に注入し、前記組合わされた高周波信号と励起信号に対する前記ステータ内の応答を検知し、前記ステータ応答から前記高周波信号に対する応答および前記励起信号に対する応答のうちの少なくとも１つを減結合しかつ前記減結合された信号に基づいて閉ループ直接磁束制御を実行することによって動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）モータ速度推定方法にしたがってモータ速度を推定するステップと、
を含む例１６に記載の起動モータ制御方法。
［例３２］
少なくとも既定の時間、またはトリガを受信するまで、前記減結合された信号に基づいて前記閉ループ直接磁束制御を介して既定の範囲内の速度を維持するステップを含む、例３１に記載の起動モータ制御方法。

Claims (30)

1. センサレス内部永久磁石同期モータにおいて、
   モータハウジングと、
   前記モータハウジング内に組付けられ、円筒形空間を画定するステータであって、３相ステータ巻線構成を有するステータと、
   ロータが磁気的突極性を示すような形で円周方向に分布した複数の内部永久磁石を含むロータであって、前記ステータの前記３相ステータ巻線構成の励起を介して前記円筒形空間の内側で回転可能である、ロータと、
   前記モータハウジング内に組付けられたモータ制御システムであって、
   電源と、
   前記ステータの１つ以上の電気的特性を検知するように構成された検知回路と、
   モータの始動中に閉ループ制御を提供するように構成されたコントローラであって、
   始動瞬時の間のロータの運動を検出して始動瞬時モータ速度推定値を得、
   複数の異なるモータ速度推定方法の中から、前記始動瞬時モータ速度推定値に基づいて初期起動モータ速度推定方法として前記複数の異なるモータ速度推定方法のうちの１つ又は組み合わせを選択し、
   前記選択された初期起動モータ速度推定方法にしたがってモータ速度を推定し、
   前記選択された初期起動モータ速度推定方法にしたがって得られたモータ速度推定値および前記ステータの前記１つ以上の電気的特性に基づく情報を含む、前記コントローラに対して提供されたフィードバックに基づいて、閉ループ制御を用いてモータの起動中に駆動コマンドを生成する、
   ように構成されたコントローラと、
   前記モータの起動中の前記駆動コマンドにしたがって前記ステータの前記３相ステータ巻線構成のための励起信号を生成するための駆動回路と、
   を含むモータ制御システムと、
   を含み、
   前記複数の異なるモータ速度推定方法が、高周波注入（「ＨＦＩ」）モータ速度推定方法と磁束オブザーバモータ速度推定方法とを含み、
   前記コントローラは、
   前記始動瞬時モータ速度推定値が第１閾値速度より低いことに応答して前記初期起動モータ速度推定方法として前記ＨＦＩモータ速度推定方法を選択し、
   前記始動瞬時モータ速度推定値が第１閾値速度より高くかつ第２閾値速度より低いことに応答して、前記初期起動モータ速度推定方法として前記ＨＦＩモータ速度推定方法及び前記磁束オブザーバモータ速度推定方法の両方を選択し、
   前記始動瞬時モータ速度推定値が前記第２閾値速度より高いことに応答して前記初期起動モータ速度推定方法として前記磁束オブザーバモータ速度推定方法を選択する、センサレス内部永久磁石同期モータ。
2. 前記コントローラが、磁束オブザーバに対して電圧ベクトルを提供することによって前記始動瞬時モータ速度推定値を得るように構成されており、前記電圧ベクトルが、前記始動瞬時中のステータ電流の関数として得られる、請求項１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
3. 前記コントローラが、前記始動瞬時中の逆ＥＭＦ情報の関数として前記始動瞬時モータ速度推定値を得るように構成されている、請求項１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
4. 前記コントローラが、汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを含み、この汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒは、それが前記逆ＥＭＦ情報を得かつ前記逆ＥＭＦ情報に基づいて始動瞬時モータ速度推定値を得るようにプログラミングされている第１の構成と、それが直接磁束制御方法にしたがって駆動コマンドを生成するようにプログラミングされている第２の構成との間で選択的に構成可能である、請求項３に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
5. 前記汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの前記第１の構成が、電流制御用に構成されたｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒおよび電流制御用に構成されたｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを含み、前記汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒの前記第２の構成が、磁束制御用に構成されたｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒおよび電流制御用に構成されたｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを含む、請求項４に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
6. 前記複数の異なるモータ速度推定方法が、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）モータ速度推定方法を含み、前記コントローラは、前記始動瞬時モータ速度推定値が前記第２閾値速度より低いことに応答して前記ＨＦＩモータ速度推定方法として前記ＤＨＦＩモータ速度推定方法を選択し、前記コントローラは、前記駆動回路によって生成される前記励起信号に加えて前記３相ステータ巻線構成内に高周波信号を注入し、前記駆動回路によって生成される励起信号と高周波信号の組合せ信号に対する３相ステータ巻線構成内の応答を検知し、前記検知した応答から前記高周波信号に対する応答を減結合し、前記高周波信号の注入に対する前記減結合された応答に基づいて前記モータ速度を推定し、前記検知された応答から前記励起信号に対する前記応答を減結合し、前記コントローラに対するフィードバックとして前記励起信号に対する前記減結合された応答を提供するように前記コントローラを構成することによって、前記ＤＨＦＩモータ速度推定方法にしたがってモータ速度を推定するように構成されている、請求項１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
7. 前記コントローラは、２つの同一の移動平均フィルタによって前記検知された応答から前記高周波信号の注入に対する前記応答を減結合し前記検知された応答から前記励起信号に対する前記応答を減結合するように構成されており、前記フィルタの出力が高周波ｑ軸電流であり、前記コントローラは、前記ｑ軸電流に基づいて前記モータ速度を推定するように構成されており、前記コントローラは、前記検知された応答から前記ｑ軸電流を除去して前記検知された応答から前記励起信号に対する前記応答を減結合し、前記励起信号に対する前記減結合された応答を、ステータ磁束オブザーバに対する入力として提供するように構成されている、請求項６に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
8. 前記コントローラは、帯域通過フィルタおよび帯域停止フィルタのうちの少なくとも１つにより、前記検知された応答から前記高周波信号の注入に対する応答を減結合し、前記検知された応答を前記励起信号に対する応答から減結合するように構成されている、請求項６に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
9. 前記コントローラは、磁気ステータ磁束を推定するために、前記ステータの前記１つ以上の電気的特性および前記ロータの磁気的突極性に基づく第１のモータ速度推定値、および前記ステータの前記１つ以上の電気的特性および前記モータの数学的モデルに基づく第２の異なるモータ速度推定値を得るように構成されている、請求項１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
10. 前記コントローラは、前記駆動回路によって生成される前記励起信号に加えて前記３相ステータ巻線構成内に高周波信号を注入し、前記駆動回路によって生成される励起信号と高周波信号の組合せ信号に対する３相ステータ巻線構成内の応答を検知し、前記応答内で前記高周波信号と前記駆動回路により生成される励起信号を減結合し、減結合された高周波信号応答に基づいて前記第１のモータ速度推定値を得、前記減結合された励起信号応答に基づいて前記第２のモータ速度推定値を得るように構成されている、請求項９に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
11. 前記始動瞬時モータ速度推定値が、ロータ速度およびロータ位置を導出するのに充分な情報を含み、前記選択されたモータ速度推定方法から得た速度推定値には、ロータおよびロータ位置を導出するのに充分な情報が含まれる、請求項１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
12. 前記コントローラは、開ループ制御無く前記駆動コマンドを生成するようにプログラミングされている、請求項１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
13. 前記コントローラは、推定されたモータ速度に基づいて設定された制御フラグに基づいて、起動中に前記駆動コマンドを生成するようにプログラミングされている、請求項１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
14. 前記コントローラは、運動検出フラグ、高周波注入フラグ、極性検出フラグ、およびオブザーバモードフラグを含めた複数の制御フラグに基づいて、起動中に駆動コマンドを生成するようにプログラミングされている、請求項１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
15. モータ制御システム、ロータおよびステータを有するセンサレス内部永久磁石同期モータのための起動モータ制御方法において、
    前記ステータの１つ以上の電気的特性を検知するステップと、
    始動瞬時の間のロータの運動を検出して始動瞬時モータ速度推定値を得るステップと、
    複数の異なるモータ速度推定方法の中から、前記始動瞬時モータ速度推定値に基づいて初期起動モータ速度推定方法として前記複数の異なるモータ速度推定方法のうちの１つ又は組み合わせを選択するステップと、
    前記選択された初期起動モータ速度推定方法にしたがってモータ速度を推定するステップと、
    前記選択された初期起動モータ速度推定方法にしたがって得られたモータ速度推定値および前記ステータの前記１つ以上の電気的特性に基づく情報を含む、前記モータ制御システムに対して提供されたフィードバックに基づいて、モータの起動中に駆動コマンドを生成するステップと、
    前記モータの起動中に生成された前記駆動コマンドにしたがって前記ステータのための励起信号を生成するステップと、
    前記始動瞬時モータ速度推定値が第１閾値速度より低いことに応答して前記初期起動モータ速度推定方法として高周波注入（「ＨＦＩ」）モータ速度推定方法を選択するステップと、
    前記始動瞬時モータ速度推定値が第１閾値速度より高くかつ第２閾値速度より低いことに応答して、前記初期起動モータ速度推定方法として前記ＨＦＩモータ速度推定方法及び磁束オブザーバモータ速度推定方法の両方を選択するステップと、
    前記始動瞬時モータ速度推定値が前記第２閾値速度より高いことに応答して前記初期起動モータ速度推定方法として前記磁束オブザーバモータ速度推定方法を選択するステップと、
    を含む方法。
16. 前記始動瞬時モータ速度推定値を得るステップには、磁束オブザーバに電圧ベクトルを提供するステップが含まれ、前記電圧ベクトルは前記始動瞬時中のステータ電流の関数として得られる、請求項１５に記載の起動モータ制御方法。
17. 前記始動瞬時モータ速度推定値を得るステップには、前記始動瞬時の間に逆ＥＭＦ情報を検出するステップおよび前記逆ＥＭＦ情報に基づいて前記始動瞬時モータ速度推定値を得るステップが含まれる、請求項１５に記載の起動モータ制御方法。
18. 汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒが前記ロータに結び付けられた逆ＥＭＦ情報を得るようにプログラミングされている第１の構成と、前記汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒがモータ始動中に直接磁束制御方法にしたがって前記駆動コマンドを生成するようにプログラミングされている第２の構成との間で汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを選択的に構成するステップを含む、請求項１７に記載の起動モータ制御方法。
19. 前記汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを前記第１の構成へと選択的に構成するステップには、ｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒを電流制御用に構成しｑｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒを電流制御用に構成するステップが含まれ、前記汎用ｄｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを前記第２の構成へと選択的に構成するステップには、ｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを磁束制御用に構成しｑＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒを電流制御用に構成するステップが含まれている、請求項１８に記載の起動モータ制御方法。
20. 前記始動瞬時モータ速度推定値が前記第２閾値速度より低いことに応答して動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）モータ速度推定方法を選択するステップと、駆動回路により生成された前記励起信号および高周波信号を前記ステータ内に注入し、組合わされた高周波信号と励起信号に対する前記ステータ内の応答を検知し、前記応答から前記駆動回路により生成された励起信号および前記高周波信号のうちの少なくとも１つを減結合しかつ前記少なくとも１つの減結合された信号に基づいてモータ速度を推定することによってＤＨＦＩにしたがってモータ速度を推定するステップと、を含む請求項１５に記載の起動モータ制御方法。
21. 前記減結合するステップには、前記検知された応答から前記高周波信号を減結合するステップおよび、組合わされた高周波信号および励起信号に対する前記ステータ内の前記応答をフィルタリングすることによって、前記検知された応答から前記励起信号を減結合するステップが含まれる、請求項２０に記載の起動モータ制御方法。
22. 前記ステータの前記１つ以上の電気的特性および前記ロータの磁気的突極性に基づく第１のモータ速度推定値、および前記ステータの前記１つ以上の電気的特性および前記モータの数学的モデルに基づく第２の異なるモータ速度推定値を得るステップを含む、請求項１５に記載の起動モータ制御方法。
23. 前記始動瞬時モータ速度推定値が、ロータ速度およびロータ位置を導出するのに充分な情報を含み、前記選択されたモータ速度推定方法から得た速度推定値には、ロータおよびロータ位置を導出するのに充分な情報が含まれる、請求項１５に記載の起動モータ制御方法。
24. 開ループ制御無く起動中に前記駆動コマンドを生成するステップを含む、請求項１５に記載の起動モータ制御方法。
25. 制御フラグに基づき、始動中に前記駆動コマンドを生成するステップ、および推定されたモータ速度に基づいて実時間で起動中の制御フラグの値を設定するステップを含む、請求項１５に記載の起動モータ制御方法。
26. 運動検出フラグ、高周波注入フラグ、極性検出フラグ、およびオブザーバモードフラグを含めた複数の制御フラグに基づいて、起動中に駆動コマンドを生成するステップを含む、請求項１５に記載の起動モータ制御方法。
27. 前記複数の異なるモータ速度推定方法が、動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）モータ速度推定方法を含み、前記コントローラは、前記駆動回路によって生成される前記励起信号に加えて前記３相ステータ巻線構成内に高周波信号を注入し、前記駆動回路によって生成される励起信号と高周波信号の組合せ信号に対する３相ステータ巻線構成内の応答を検知し、前記検知した応答から前記高周波信号に対する応答を減結合し、前記高周波信号の注入に対する前記減結合された応答に基づいて前記モータ速度を推定し、前記検知された応答から前記励起信号に対する前記応答を減結合し、前記コントローラに対するフィードバックとして前記励起信号に対する前記減結合された応答を提供するように前記コントローラを構成することによって、前記ＤＨＦＩモータ速度推定方法にしたがってモータ速度を推定するように構成されている、請求項１に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
28. 前記コントローラが、少なくとも既定の時間、またはトリガが受信されるまで、前記減結合された信号に基づいて一定の速度を維持するように構成されている、請求項２７に記載のセンサレス内部永久磁石同期モータ。
29. 駆動回路により生成された前記励起信号および高周波信号を前記ステータ内に注入し、組合わされた高周波信号と励起信号に対する前記ステータ内の応答を検知し、前記ステータの応答から前記高周波信号に対する応答および前記励起信号に対する応答のうちの少なくとも１つを減結合しかつ前記減結合された信号に基づいて閉ループ直接磁束制御を実行することによって動的高周波注入（「ＤＨＦＩ」）モータ速度推定方法にしたがってモータ速度を推定するステップと、
    を含む請求項１５に記載の起動モータ制御方法。
30. 少なくとも既定の時間、またはトリガを受信するまで、前記減結合された信号に基づいて前記閉ループ直接磁束制御を介して既定の範囲内の速度を維持するステップを含む、請求項２９に記載の起動モータ制御方法。

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