JP3814624B2 - 独立した相パラメータを用いるブラシレスモータ制御 - Google Patents
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Description
本出願は、全てが、本発明と同じ譲受人に譲渡された出願継続中の2001年4月5日付けのMaslov他の米国特許出願第09/826,423号、出願継続中の2001年4月5日付けのMaslov他の米国特許出願第09/826,422号、2001年10月1日付のMaslov他の米国特許出願第09/966,102号、及び2001年11月27日付けのPyntikov他の米国特許出願第09/993,596号に関連する主題を含む。これらの特許出願の開示内容は、引用によりここに組み入れる。
上記で特定された出願継続中の米国特許出願は、燃焼型機関の実行可能な代案として、車両用の有効な電動モータ駆動装置を開発する取り組みを説明している。モータの巻線の電子的に制御されたパルス状の励磁は、モータ特性の、より融通性のある管理の見通しを与える。パルス幅、デューティサイクル、及びしかるべきステータ巻線へのバッテリ源の印加の切り換えを制御することによって、交流同期モータ作動とはほとんど区別がつかない多機能性を達成することができる。永久磁石をこうした巻線と組み合わせて用いることには、電流消費量を制限するという利点がある。
車両駆動環境においては、最小限の電力消費量で高いトルク出力性能を維持しながら、幅広い速度範囲にわたって滑らかな作動を達成することが非常に望ましい。出願継続中の米国特許出願において説明されるモータの構造的配置は、これらの目的に貢献するものである。電磁石コアセグメントは、環状リング状の隔離された透磁性構造体として構成されて、増大された磁束集束度を与える。電磁石コアセグメントを隔離させることは、磁束損失その他の電磁石部材との相互作用による有害な変圧器干渉作用を最小にしながら、磁気コアにおける個々の磁束の集束を可能にする。
Ei=(Keiω)sin(Nrθi)
式中、Keiは、相ごとの逆起電力電圧係数を示し、ω(t)は、ロータ速度を表わし、Nrは、永久磁石対の数を示し、θi(t)は、i番目の相の巻線とロータ基準位置との間の相対変位を表わす。
本発明は、電気自動車の作動のような、モータがユーザにより開始される種々の入力を追跡することを意図されている用途において特に有利である。トルク命令入力信号に応答して、各相についての特定のパラメータを含む式に従って、コントローラによって相ごとの所望の電流軌道が選択される。
本発明の付加的な利点は、本発明を実施することが考慮されている最良モードの単なる例示として、本発明の好ましい実施形態のみが示され説明されている以下の詳細な説明から、当業者には直ちに明らかとなるであろう。理解されるように、本発明は、他の及び異なる実施形態が可能であり、その幾つかの細部は、全てが本発明から逸脱しない形で種々の自明な点について修正することができる。したがって、図面及び詳細な説明は、限定なものとしてではなく例示的な性質のものとして考えられるべきである。
本発明は、単なる例として、限定する意味ではなしに、同じ参照番号が同じ要素を指す添付の図面に図示される。
制御システムのトルク追跡機能は、運転条件の変化、道の勾配、地形等のような様々な外部条件を通して、一定の入力命令のときに定常状態作動を維持するべきである。制御システムは、運転者のスロットル入力に応答して、トルク命令の変化に正確にかつ滑らかに適応すべきである。図5は、これらの目的を達成するために、感知されたモータ作動条件及び個々の回路パラメータ値を考慮に入れたフィードフォワード補償式を用いるトルクコントローラの方法体系を説明するブロック図である。精密なトルク追跡のために、次式に従って相ごとの所望の電流軌道が選択される。
式中、Idiは、相ごとの所望の電流軌道を示し、τdは、ユーザが要求したトルク命令を示し、Nsは、相巻線の総数を表わし、Kτiは、相ごとのトルク伝達係数を示し、θiは、i番目の相巻線とロータ基準点との間の相対位置の変位を表す。相ごとの電流の大きさは、トルク伝達係数Kτiの相ごとの値に依存する。
所望の相電流を生じさせるために、相巻線についての以下の相ごとの電圧制御式が駆動装置に適用される。
Vi(t)=LidIdi/dt+RiIi+Ei+ksei
図5に示されたコントローラの方法体系は、特定の相パラメータが、生成された制御電圧出力の各々に置き換えられる、一体化された実行体系において実行することができる。或いは、コントローラ44は、図6の部分的ブロック図において表されるように、各ステータ相nについての別個の制御ループを与える。Nsモータ相の各々においては、対応する制御ループ60iが与えられる。各ループは、それぞれのモータ相についての関連するパラメータを含む。制御ループは、適切なモータ相励磁順序に従って作動され、制御電圧を生成するために、感知されたモータフィードバック信号のみが必要とされる。
理解されるように、本発明のモータは、車両駆動装置に加えて、幅広い用途範囲において用いることができる。車両駆動装置の実施においては、ロータがステータを囲むことが好ましいが、ステータがロータを囲む他の用途も有利な有用性をもつことが分かる。したがって、内側及び外側環状部材の各々が、ステータ又はロータのいずれかからなり、電磁石群又は永久磁石群のいずれかを備えることは、本発明の考慮範囲内である。
Claims (10)
- 複数のステータ相コンポーネントと、ロータと、を有し、前記ステータ相コンポーネントの各々がコア要素の上に巻かれた相巻線を備える多相永久磁石モータの制御システムであって、
複数の制御可能なスイッチを備え、前記相巻線の各々が、該相巻線を選択的に励磁するために、それぞれ1つ又はそれ以上の前記スイッチ及び電源に接続され、
少なくとも一組の制御パラメータを含む複数の制御パラメータを格納するコントローラを備え、前記制御パラメータの各々は、異なるそれぞれのステータ相コンポーネントについて、その物理的特性に基づいて明確に定められ、
前記相巻線は、前記励磁される相巻線についての前記ステータ相コンポーネントに関連する制御パラメータの組に従って、前記コントローラによって生成された制御信号に応答して励磁され、
前記ステータ相コンポーネントの各々のコア要素は、強磁性的に隔離されたステータ電磁石を備え、前記電磁石コア要素は、互いに直接接触状態から分離され、各コア要素の上に相巻線が形成され、
前記コントローラには、ユーザにより開始される命令信号が入力され、
前記一組の制御パラメータは、相依存トルク伝達係数を含み、
前記ユーザにより開始される命令信号が所望のモータトルクを表わし、
前記相巻線は、次式、すなわち、
(式中、Idiは、相ごとの所望の電流軌道を示し、τdは、ユーザが要求したトルク命令であり、Nsは、相巻線の総数を表わし、Kτiは、相ごとのトルク伝達係数を示し、θiは、i番目の相巻線とロータ基準点との間の相対位置の変位を表す)に従って所望のトルクを個々に追跡するように、継続的に励磁されることを特徴とする制御システム。 - 前記コントローラがデジタル信号プロセッサを備えることを特徴とする請求項1に記載の制御システム。
- 複数のステータ相コンポーネントと、ロータと、を有し、前記ステータ相コンポーネントの各々がコア要素の上に巻かれた相巻線を備える多相永久磁石モータの制御システムであって、
複数の制御可能なスイッチを備え、前記相巻線の各々が、該相巻線を選択的に励磁するために、それぞれ1つ又はそれ以上の前記スイッチ及び電源に接続され、
少なくとも一組の制御パラメータを含む複数の制御パラメータを格納するコントローラを備え、前記制御パラメータの各々は、異なるそれぞれのステータ相コンポーネントについて、その物理的特性に基づいて明確に定められ、
前記相巻線は、前記励磁される相巻線についての前記ステータ相コンポーネントに関連する制御パラメータの組に従って、前記コントローラによって生成された制御信号に応答して励磁され、
前記コントローラが、各ステータ相についての個別の制御ループをもつように構成され、各相ループ構成は、それぞれの前記モータ相についてのパラメータの組を適用して、それぞれの相巻線についての制御信号を生成し、
前記コントローラは、デジタル信号プロセッサを備え、
前記コントローラには、ユーザにより開始される命令信号が入力され、
前記一組の制御パラメータは、相依存トルク伝達係数を含み、
前記ユーザにより開始される命令信号が所望のモータトルクを表わし、
前記相巻線は、次式、すなわち、
(式中、Idiは、相ごとの所望の電流軌道を示し、τdは、ユーザが要求したトルク命令であり、Nsは、相巻線の総数を表わし、Kτiは、相ごとのトルク伝達係数を示し、θiは、i番目の相巻線とロータ基準点との間の相対位置の変位を表す)に従って所望のトルクを個々に追跡するように、継続的に励磁されることを特徴とする制御システム。 - 各相巻線に結合され、前記デジタル信号プロセッサの入力に接続された電流センサをさらに備え、継続的な制御信号の各々が、前記関連する相巻線から導出された電流センサ出力に関連付けて、前記デジタル信号プロセッサによって生成されることを特徴とする請求項2に記載の制御システム。
- その出力が前記デジタル信号プロセッサに結合されて位置信号を与える、ロータ位置センサをさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の制御システム。
- 速度信号を与えるために、前記位置センサの出力と前記デジタル信号プロセッサとの間に速度信号生成器が結合されることを特徴とする請求項5に記載の制御システム。
- 前記制御パラメータはさらに、各ステータ相に関連する相依存逆起電力係数を含むことを特徴とする請求項1に記載の制御システム。
- 各々がコア要素の上に形成された複数のステータ相巻線と、ロータと、を有する多相永久磁石モータのリアルタイム連続制御方法であって、
少なくとも一組の制御パラメータを含む複数の制御パラメータが格納されたコントローラに、ユーザにより開始される命令信号を入力するステップを含み、前記制御パラメータの各々は、それぞれのステータ相コンポーネントについて、その物理的特性に基づいて明確に定められ、
励磁されるそれぞれの相巻線の各々に関連するパラメータに従って、前記コントローラによって生成された制御信号に応答して相巻線を継続的に励磁するステップを含み、
前記励磁するステップがさらに、前記励磁される相巻線の各々における電流を感知することを含み、前記巻線の各々を励磁するための制御信号が、前記それぞれの巻線において感知される電流に関連付けられ、
前記ステータが、前記相巻線の各々についての強磁性的に隔離されたコア要素を含み、前記コア要素は、互いに直接接触状態から分離されており、各パラメータの組は、前記コア要素及び相巻線の特定の構造的属性に関連付けられ、
前記一組の制御パラメータは、相依存トルク伝達係数を含み、
前記ユーザにより開始される命令信号が所望のモータトルクを表わし、前記相巻線を継続的に励磁するステップが、次式、すなわち、
(式中、Idiは、相ごとの所望の電流軌道を示し、τdは、ユーザが要求したトルク命令であり、Nsは、相巻線の総数を表わし、Kτiは、相ごとのトルク伝達係数を示し、θiは、i番目の相巻線とロータ基準点との間の相対位置の変位を表す)に従って所望のトルクを個々に追跡することを特徴とする方法。 - ロータ位置を感知するステップをさらに含み、前記制御信号が前記感知された位置に関連付けられることを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 各々がコア要素の上に形成された複数のステータ相巻線と、ロータと、を有する多相永久磁石モータのリアルタイム連続制御方法であって、
少なくとも一組の制御パラメータを含む複数の制御パラメータが格納されたコントローラに、ユーザにより開始される命令信号を入力するステップを含み、前記制御パラメータの各々は、それぞれのステータ相コンポーネントについて、その物理的特性に基づいて明確に定められ、
励磁されるそれぞれの相巻線の各々に関連するパラメータに従って、前記コントローラによって生成された制御信号に応答して相巻線を継続的に励磁するステップを含み、
前記一組の制御パラメータは、相依存トルク伝達係数を含み、
前記ユーザにより開始される命令信号が所望のモータトルクを表わし、前記相巻線を継続的に励磁するステップが、次式、すなわち、
(式中、Idiは、相ごとの所望の電流軌道を示し、τdは、ユーザが要求したトルク命令であり、Nsは、相巻線の総数を表わし、Kτiは、相ごとのトルク伝達係数を示し、θiは、i番目の相巻線とロータ基準点との間の相対位置の変位を表す)に従って所望のトルクを個々に追跡することを特徴とする方法。
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