特許 6065188 電気機械の制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6065188

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】電気機械の制御

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/16 20160101AFI20170116BHJP

【ＦＩ】

   H02P6/16

【請求項の数】10

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-31532(P2015-31532)

(22)【出願日】2015年2月20日

(62)【分割の表示】特願2011-233361(P2011-233361)の分割

【原出願日】2011年10月5日

(65)【公開番号】特開2015-119636(P2015-119636A)

(43)【公開日】2015年6月25日

【審査請求日】2015年3月23日

(31)【優先権主張番号】1016739.3

(32)【優先日】2010年10月5日

(33)【優先権主張国】GB

(31)【優先権主張番号】1017376.3

(32)【優先日】2010年10月14日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】508032310

【氏名又は名称】ダイソン テクノロジー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100103609

【弁理士】

【氏名又は名称】井野 砂里

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(72)【発明者】

【氏名】ハンピン ダイ

(72)【発明者】

【氏名】ユ チェン

(72)【発明者】

【氏名】トゥンジャイ ジェリク

(72)【発明者】

【氏名】リボ ゼン

(72)【発明者】

【氏名】ヨンジ ゾウ

【審査官】 森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０８７７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５５２９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ６／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機械を制御する方法であって、
ロータ位置信号のエッジを基準エッジとして選択するステップと、
前記基準エッジに関連する時点で前記電気機械の相巻線を転流するステップと、
を含み、
前記ロータ位置信号が、機械的サイクル当たりＮ個のエッジを有し、Ｎは少なくとも４であり、Ｎ個のエッジの各々が、逆起電力のそれぞれのゼロ交差又は前記相巻線のインダクタンスの最小値に関連し、前記Ｎ個のエッジの少なくとも１つが、他のＮ個のエッジのものとは異なるそれぞれのゼロ交差又は最小値に対する角度位置を有し、前記基準エッジが、それぞれのゼロ交差又は最小値に対する前記基準エッジの前記角度位置が前記電気機械の電源オンごとに同じになるように前記Ｎ個のエッジから選択され、
前記基準エッジを選択するステップが、ｎを整数として、
エッジｎとエッジ（ｎ＋Ｎ／２）の間の第１の期間を測定するステップと、
エッジ（ｎ＋Ｎ／２）とエッジ（ｎ＋Ｎ）の間の第２の期間を測定するステップと、
前記第１の期間を含む第１のオペランドと前記第２の期間を含む第２のオペランドを比較するステップと、
前記比較の結果が論理的に真である場合、前記第１の期間のエッジを選択するステップと、
前記比較の結果が論理的に偽である場合、前記第２の期間のエッジを選択するステップと、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記基準エッジを選択するステップが、ｍを整数として、
エッジ（ｎ＋ｍＮ）とエッジ（ｎ＋ｍＮ＋Ｎ／２）の間の第３の期間を測定するステップと、
エッジ（ｎ＋ｍＮ−Ｎ／２）とエッジ（ｎ＋ｍＮ）の間の第４の期間を測定するステップと、を含み、
前記第１のオペランドが、前記第１の期間と前記第３の期間の合計を含み、前記第２のオペランドが、前記第２の期間と前記第４の期間の合計を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ｍが１である、
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項4】

エッジを選択するステップが、前縁及び後縁の一方を選択するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

電気機械を制御する方法であって、
ロータ位置信号のエッジを基準エッジとして選択するステップと、
前記基準エッジに関連する時点で前記電気機械の相巻線を転流するステップと、
を含み、
前記ロータ位置信号が、機械的サイクル当たりＮ個のエッジを有し、Ｎは少なくとも４であり、Ｎ個のエッジの各々が、逆起電力のそれぞれのゼロ交差又は前記相巻線のインダクタンスの最小値に関連し、前記Ｎ個のエッジの少なくとも１つが、他のＮ個のエッジのものとは異なるそれぞれのゼロ交差又は最小値に対する角度位置を有し、前記基準エッジが、それぞれのゼロ交差又は最小値に対する前記基準エッジの前記角度位置が前記電気機械の電源オンごとに同じになるように前記Ｎ個のエッジから選択され、
前記ロータ位置信号が、機械的サイクル当たりＮ個のパルスを有し、個々のパルスが、前記ロータ位置信号の２つの連続するエッジにより定められ、
前記基準エッジを選択するステップが、
前記Ｎ個のパルスのうちの少なくとも２つの長さを比較するステップと、
最長又は最短の長さを有する前記パルスのエッジを選択するステップと、
を含む、
ことを特徴とする方法。

【請求項6】

前記基準エッジを選択するステップが、
立ち上がり前縁及び立ち下がり前縁の一方を有する前記Ｎ個のパルスの各々の長さを比較するステップと、
最長又は最短の長さを有する前記パルスのエッジを選択するステップと、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記パルスの２又はそれ以上が前記最長又は最短の長さを有する場合、前記基準エッジを選択するステップが、
立ち上がり前縁及び立ち下がり前縁の他方を有する他のＮ個のパルスの各々の長さを比較するステップと、
最長又は最短の長さを有する前記他のパルスのエッジを選択するステップと、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記基準エッジを選択するステップが、前記相巻線の励起を一時停止するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法を実施する、
ことを特徴とする電気機械のための制御システム。

【請求項10】

ロータ位置信号を受け取るための入力部と、電気機械の相巻線を転流するための１又はそれ以上の制御信号を出力するための１又はそれ以上の出力部とを有する、前記電気機械のためのコントローラであって、
該コントローラが、前記ロータ位置信号のエッジを基準エッジとして選択し、前記基準エッジに関連する時点で相巻線を転流するための制御信号を生成し、
前記ロータ位置信号が、機械的サイクル当たりＮ個のエッジを有し、Ｎは少なくとも４であり、Ｎ個のエッジの各々が、逆起電力のそれぞれのゼロ交差又は前記相巻線のインダクタンスの最小値に関連し、前記Ｎ個のエッジの少なくとも１つが、他のＮ個のエッジのものとは異なるそれぞれのゼロ交差又は最小値に対する角度位置を有し、前記基準エッジが、それぞれのゼロ交差又は最小値に対する前記基準エッジの前記角度位置が電源オンごとに同じになるように前記Ｎ個のエッジから選択され、
前記基準エッジを選択することが、ｎを整数として、エッジｎとエッジ（ｎ＋Ｎ／２）の間の第１の期間を測定し、エッジ（ｎ＋Ｎ／２）とエッジ（ｎ＋Ｎ）の間の第２の期間を測定し、前記第１の期間を含む第１のオペランドと前記第２の期間を含む第２のオペランドを比較し、前記比較の結果が論理的に真である場合、前記第１の期間のエッジを選択し、前記比較の結果が論理的に偽である場合、前記第２の期間のエッジを選択することを含む、
ことを特徴とするコントローラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気機械の制御に関する。

【背景技術】

【0002】

電気機械の性能は、ロータ位置と位相励起の正確なタイミングに依存する。電気機械は、ロータ位置を示す信号を出力するセンサを含むことができる。このとき、信号のエッジに関連する時点で位相励起が生じる。電気機械内の公差は、信号のデューティサイクルの均衡が完全にとれていないことを意味し得る。この結果、電気機械の性能が、電源オンごとに一貫性のないものとなる可能性がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

第１の態様では、本発明は、電気機械を制御する方法を提供し、この方法は、ロータ位置信号のエッジを基準エッジとして選択するステップと、基準エッジに関する時点で電気機械の相巻線を転流するステップとを含み、ロータ位置信号は、機械的サイクル当たりＮ個のエッジを有し、Ｎは少なくとも４であり、Ｎ個のエッジの各々は、逆起電力のそれぞれのゼロ交差又は相巻線のインダクタンスの最小値に関連し、Ｎ個のエッジの少なくとも１つは、他のＮ個のエッジのものとは異なるそれぞれのゼロ交差又は最小値に対する角度位置を有し、基準エッジは、それぞれのゼロ交差又は最小値に対する基準エッジの角度位置が電気機械の電源オンごとに同じになるようにＮ個のエッジから選択される。

【0004】

逆起電力のそれぞれのゼロ交差又はインダクタンスの最小値に対するエッジの角度位置が同じになる基準エッジを選択し、この基準エッジに関連する時点で相巻線を励起することにより、電気機械の挙動が、ロータ位置信号のあらゆるデューティサイクルの不均衡に関わらず電源オンごとに一貫する。従って、電気機械の出力及び／又は効率が電源オンごとに変化しない。また、電気機械がＡＣ電源によって給電される場合、ＡＣ電源から引き出される電流波形内の調波量が変化しない。

【0005】

機械的サイクル当たりＮ個のエッジのうち、電源オンごとに異なるエッジが基準エッジとして選択されることもある。にもかかわらず、逆起電力のゼロ交差又はインダクタンスの最小値に対する基準エッジの角度位置は同じとなる。

【0006】

基準エッジを選択するステップは、エッジｎとエッジ（ｎ＋Ｎ／２）の間の第１の期間を測定するステップと、エッジ（ｎ＋Ｎ／２）とエッジ（ｎ＋Ｎ）の間の第２の期間を測定するステップと、第１の期間を含む第１のオペランドと第２の期間を含む第２のオペランドを比較するステップとを含むことができる。これにより、比較の結果が論理的に真である場合には第１の期間のエッジが選択され、比較の結果が論理的に偽である場合には第２の期間のエッジが選択される。従って、第１の期間は、機械的サイクルのほぼ半分に及び、第２の期間は、機械的サイクルのほぼ残りの半分に及ぶ。これらの期間の一方を各々が含むオペランドを比較することにより、１回の比較動作によって基準エッジを選択することができる。従って、この方法を実施するのに必要なステップ又は命令は比較的単純であり、従って比較的安価なマイクロプロセッサ又は同様のものを使用することができる。

【0007】

第１のオペランドは第１の期間のみを含むことができ、第２のオペランドは第２の期間のみを含むことができる。この結果、比較的迅速かつ単純に基準エッジを求めることができる。

【0008】

第１及び第２の期間を測定している間に電気機械の速度が変化した場合、誤ったエッジを選択する可能性がある。従って、基準エッジを選択するステップは、エッジ（ｎ＋ｍＮ）とエッジ（ｎ＋ｍＮ＋Ｎ／２）の間の第３の期間を測定するステップと、エッジ（ｎ＋ｍＮ−Ｎ／２）とエッジ（ｎ＋ｍＮ）の間の第４の期間を測定するステップとを含むことができる。これにより、第１のオペランドは、第１の期間と第３の期間の合計を含み、第２のオペランドは、第２の期間と第４の期間の合計を含む。この結果、２つのオペランドの比較に、電気機械の速度の変化が考慮されるようになる。具体的には、電気機械の速度が一定又は線形変化している場合には同じ基準エッジが選択される。

【0009】

ｍの値は１に等しくすることができる。この結果、第２の期間と第４の期間が同一となる。これにより、必要とされる測定回数が減少する。具体的には、エッジ（ｎ＋Ｎ／２）とエッジ（ｎ＋Ｎ）の間で１回測定を行うことにより第２の期間及び第４の期間が得られる。

【0010】

基準エッジを選択するステップは、相巻線の励起を一時停止するステップを含むことができる。この結果、期間を測定する時間にわたって電気機械の速度が線形に低下する。

【0011】

期間のエッジを選択するステップは、期間の前縁及び後縁の一方を選択するステップを含むことができる。

【0012】

ロータ位置信号は、機械的サイクル当たりＮ個のパルスを有することができ、個々のパルスは、ロータ位置信号の２つの連続するエッジにより定められる。次に、基準エッジを選択するステップは、少なくとも２つのパルスの長さを比較し、長さが最長の又は最短のパルスのエッジを選択するステップを含むことができる。信号の２又はそれ以上のパルスの長さを比較することにより、一意のパルスを識別することができる。その後、この一意のパルスのエッジを選択することにより、電源オンごとに同じ基準エッジを選択することができる。

【0013】

基準エッジを選択するステップは、機械的サイクルに及ぶ全てのパルスの長さを比較するステップを含むことができる。或いは、基準エッジを選択するステップは、立ち上がり前縁及び立ち下がり前縁の一方を有するこれらのパルスのみの長さを比較して、長さが最長の又は最短のパルスのエッジを選択するステップを含むことができる。これにより、比較動作の回数が減少する。パルスのうちの２又はそれ以上が最長又は最短の長さを有する場合（すなわち、他のパルスよりも長い又は短い単一のパルスが存在しない場合）、基準エッジを選択するステップは、立ち上がり前縁及び立ち下がり前縁の他方を有する他のパルスの長さを比較して、長さが最長又は最短の他のパルスのエッジを選択するステップをさらに含むことができる。この結果、比較動作の回数が、全てのパルスの長さを比較する場合の回数よりも引き続き少なくなる。この場合も、他のパルスの２又はそれ以上が最長又は最短の長さを有する場合（すなわち、他のパルスよりも長い又は短い単一のパルスが存在しない場合）、基準エッジを選択するステップは、信号の立ち上がり及び立ち下がりの一方を選択するステップを含むことができる。機械的サイクル当たり４つのパルスを有する信号では、立ち上がり前縁を有するパルスが同じ長さを有し、立ち下がり前縁を有するパルスが同じ長さを有する場合、信号のデューティサイクルが機械的半サイクルごとに繰り返すことを意味する。従って、電源オンごとに同じ種類のエッジが選択される限り、あらゆる立ち上がり又は立ち下がりを選択することができる。

【0014】

第２の態様では、本発明は、電気機械を制御する方法を提供し、この方法は、ロータ位置信号のエッジを基準エッジとして選択するステップと、基準エッジに関連する時点で電気機械の相巻線を転流するステップとを含み、ロータ位置信号は、機械的サイクル当たりＮ個のエッジを有し、Ｎは少なくとも４であり、基準エッジを選択するステップは、エッジｎとエッジ（ｎ＋Ｎ／２）の間の第１の期間を測定するステップと、エッジ（ｎ＋Ｎ／２）とエッジ（ｎ＋Ｎ）の間の第２の期間を測定するステップと、第１の期間を含む第１のオペランドと第２の期間を含む第２のオペランドを比較するステップと、比較の結果が論理的に真である場合には第１の期間のエッジを選択するステップと、比較の結果が論理的に偽である場合には第２の期間のエッジを選択するステップとを含む。

【0015】

第３の態様では、本発明は、上記段落のいずれかにおいて説明した方法を実施する電気機械のための制御システムを提供する。

【0016】

第４の態様では、本発明は、ロータ位置信号を受け取るための入力部と、電気機械の相巻線を転流するための１又はそれ以上の制御信号を出力するための１又はそれ以上の出力部とを有する、電気機械のためのコントローラを提供し、このコントローラは、ロータ位置信号のエッジを基準エッジとして選択し、基準エッジに関連する時点で相巻線を転流するための制御信号を生成し、ロータ位置信号は、機械的サイクル当たりＮ個のエッジを有し、Ｎは少なくとも４であり、Ｎ個のエッジの各々は、逆起電力のそれぞれのゼロ交差又は相巻線のインダクタンスの最小値に関連し、Ｎ個のエッジの少なくとも１つは、他のＮ個のエッジのものとは異なるそれぞれのゼロ交差又は最小値に対する角度位置を有し、基準エッジは、それぞれのゼロ交差又は最小値に対する基準エッジの角度位置が電源オンごとに同じになるようにＮ個のエッジから選択される。

【0017】

第５の態様では、本発明は、ロータ位置信号を受け取るための入力部と、電気機械の相巻線を転流するための１又はそれ以上の制御信号を出力するための１又はそれ以上の出力部とを有する、電気機械のためのコントローラを提供し、このコントローラは、ロータ位置信号のエッジを基準エッジとして選択し、基準エッジに関連する時点で相巻線を転流するための制御信号を生成し、ロータ位置信号は、機械的サイクル当たりＮ個のエッジを有し、Ｎは少なくとも４であり、基準エッジを選択するステップは、エッジｎとエッジ（ｎ＋Ｎ／２）の間の第１の期間を測定するステップと、エッジ（ｎ＋Ｎ／２）とエッジ（ｎ＋Ｎ）の間の第２の期間を測定するステップと、第１の期間を含む第１のオペランドと第２の期間を含む第２のオペランドを比較するステップと、比較の結果が論理的に真である場合には第１の期間のエッジを選択するステップと、比較の結果が論理的に偽である場合には第２の期間のエッジを選択するステップとを含む。

【0018】

本発明を容易に理解できるようにするために、ここで添付図面を参照しながら本発明の実施形態を一例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明によるモータシステムのブロック図である。

【図2】モータシステムの概略図である。

【図3】モータシステムのモータの断面図である。

【図4】モータシステムのコントローラにより送出される制御信号に応答するインバータの許容状態を詳述した図である。

【図5】加速モードで動作しているときのモータシステムの様々な波形を示す図である。

【図6】定常モードで動作しているときのモータシステムの様々な波形を示す図である。

【図7】デューティサイクル補償を適用しないときのモータシステムの様々な波形を示す図である。

【図8】デューティサイクル補償を適用したときのモータシステムの様々な波形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１〜図３のモータシステム１は、ＡＣ電源２により給電され、ブラシレスモータ３及び制御システム４を備える。

【0021】

モータ３は、固定子６に対して回転する４極永久磁石ロータ５を有する。固定子６は、４つの固定子極を定める一対のＣ形コアを含む。コアの周りには導線が巻かれ、これらの導線が連結して単一の相巻線７を形成する。

【0022】

制御システム４は、整流器８、ＤＣリンクフィルタ９、インバータ１０、ゲートドライバモジュール１１、電流センサ１２、ロータ位置センサ１３、及びコントローラ１４を備える。

【0023】

整流器８は、ＡＣ電源２の出力を整流してＤＣ電圧を供給する全波ブリッジの４つのダイオードＤ１〜Ｄ４を含む。

【0024】

ＤＣリンクフィルタ９は、インバータ１０の切り替えによって生じる比較的高周波のリップルを平滑化するコンデンサＣ１を含む。必要に応じ、ＤＣリンクフィルタ９は、整流済みの基本周波数のＤＣ電圧をさらに平滑化することができる。

【0025】

インバータ１０は、ＤＣリンク電圧を相巻線７に結合する全波ブリッジの４つの電源スイッチＱ１〜Ｑ４を含む。スイッチＱ１〜Ｑ４の各々は、フリーホイールダイオードを含む。

【0026】

ゲートドライバモジュール１１は、コントローラ１４から受け取った制御信号に応答して、スイッチＱ１〜Ｑ４の開閉を駆動する。

【0027】

電流センサ１２は、１対のシャント抵抗器Ｒ１、Ｒ２を含み、個々の抵抗器はインバータ１０の下部アーム上に位置する。個々の抵抗器Ｒ１、Ｒ２にかかる電圧は、電流検知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿１及びＩ＿ＳＥＮＳＥ＿２としてコントローラ１４に出力される。第１の電流検知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿１は、インバータ１０が（以下で詳細に説明するように）右から左へ駆動したときの相巻線７内の電流の測定値を示す。第２の電流検知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿２は、インバータ１０が左から右へ駆動したときの相巻線７内の電流の測定値を示す。抵抗器Ｒ１、Ｒ２をインバータ１０の下部アーム上に配置する際に、（これも以下でより詳細に説明するように）フリーホイーリング中に相巻線７内の電流が連続して検知される。

【0028】

ロータ位置センサ１３は、センサ１３を通過する磁束の方向に応じて論理的にｈｉｇｈ又はｌｏｗとなるデジタル信号ＨＡＬＬを出力するホール効果センサを含む。センサ１３をロータ５に隣接して配置することにより、ＨＡＬＬ信号が、ロータ５の角度位置の測定値を示す。より詳細には、ＨＡＬＬ信号の各エッジが、ロータ５の極性の変化を示す。回転時には、永久磁石ロータ５が、相巻線７内に逆起電力を誘起する。結果として、ＨＡＬＬ信号の各エッジは、相巻線７内の逆起電力の極性の変化もさらに示す。

【0029】

コントローラ１４は、モータシステム１の動作を制御する責任を負う。４つの入力信号：Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿１、Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿２、ＨＡＬＬ、及びＤＣ＿ＳＭＯＯＴＨに応答して、コントローラ１４は、３つの制御信号：ＤＩＲ１、ＤＩＲ２、及びＦＷ＃を生成して出力する。これらの制御信号がゲートドライバモジュール１１に出力され、これに応じて、ゲートドライバモジュール１１がインバータ１０のスイッチＱ１〜Ｑ４の開閉を駆動する。

【0030】

Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿１及びＩ＿ＳＥＮＳＥ＿２は、電流センサ１２により出力される信号であり、ＨＡＬＬは、ロータ位置センサ１３により出力される信号である。ＤＣ＿ＳＭＯＯＴＨは、平滑化したＤＣリンク電圧の測定値であり、分圧器Ｒ３、Ｒ４及び平滑コンデンサＣ２によって得られる。

【0031】

ＤＩＲ１及びＤＩＲ２は、インバータ１０を、従って相巻線７を通過する電流の方向を制御する。ＤＩＲ１が論理的ｈｉｇｈに引っ張られ、ＤＩＲ２が論理的にｌｏｗに引っ張られると、ゲートドライバモジュール１１は、スイッチＱ１及びＱ４を閉じてスイッチＱ２及びＱ３を開くことにより、相巻線７を通じて電流を左から右へ駆動する。反対に、ＤＩＲ２が論理的にｈｉｇｈに引っ張られ、ＤＩＲ１が論理的にｌｏｗに引っ張られると、ゲートドライバモジュール１１は、スイッチＱ２及びＱ３を閉じてスイッチＱ１及びＱ４を開くことにより、相巻線７を通じて電流を右から左へ駆動する。従って、ＤＩＲ１とＤＩＲ２を逆転させることにより、相巻線７内の電流が転流される。ＤＩＲ１及びＤＩＲ２の両方が論理的にｌｏｗに引っ張られた場合、ゲートドライバモジュール１１は、全てのスイッチＱ１〜Ｑ４を開く。

【0032】

ＦＷ＃は、相巻線７をＤＣリンク電圧から切断するために使用され、相巻線７内の電流がインバータ１０のｌｏｗ側ループの周りをフリーホイールできるようにする。従って、ゲートドライバモジュール１１は、論理的にｌｏｗに引っ張られたＦＷ＃信号に応答して、ｈｉｇｈ側スイッチＱ１、Ｑ２を開く。この結果、電流は、インバータ１０のｌｏｗ側ループの周りをＤＩＲ１及びＤＩＲ２によって定められる方向にフリーホイールする。

【0033】

図４は、コントローラ１４の制御信号に応答してスイッチＱ１〜Ｑ４が許容される状態をまとめたものである。以下、信号が論理的にｈｉｇｈに及び論理的にｌｏｗに引っ張られることを示すために、「セット」及び「クリア」という用語をそれぞれ使用する。

【0034】

コントローラ１４は、ロータ５の速度に応じて２つのモードの一方で動作する。所定の速度閾値を下回る速度では、コントローラ１４は加速モードで動作する。速度閾値又はこれ以上の速度では、コントローラ１４は定常モードで動作する。ロータ５の速度は、ＨＡＬＬ信号の２つの連続するエッジ間の期間Ｔ＿ＰＤから求められる。この期間は、１つのＨＡＬＬパルスの長さに相当し、以下ではＨＡＬＬ期間と呼ぶ。従って、Ｔ＿ＰＤ（ｉ）は、ＨＡＬＬエッジｉとＨＡＬＬエッジ（ｉ＋１）の間のＨＡＬＬ期間に相当する。

【0035】

加速モード
速度閾値を下回る速度では、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号のエッジと同期して相巻線７を転流する。各ＨＡＬＬエッジは、相巻線７内の逆起電力の極性の変化を表す。この結果、コントローラ１４は、逆起電力のゼロ交差と同期して相巻線７を転流する。

【0036】

転流は、相巻線７を通過する電流の方向を逆転させるために、ＤＩＲ１及びＤＩＲ２を逆転させる（すなわち、ＤＩＲ１をクリアしてＤＩＲ２をセットするか、或いはＤＩＲ２をクリアしてＤＩＲ１をセットする）ことを伴う。相巻線７は、転流の時点でフリーホイールすることができる。従って、ＤＩＲ１及びＤＩＲ２の逆転に加え、コントローラ１４は、インバータ１０が確実に駆動状態に戻るようにするためにＦＷ＃をセットする。

【0037】

コントローラ１４は、２つの電流検知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿１及びＩ＿ＳＥＮＳＥ＿２をモニタする。相巻線７内の電流が過電流閾値を超えると、コントローラ１４は、ＦＷ＃をクリアすることによりモータ３をフリーホイールする。フリーホイーリングは、フリーホイール期間Ｔ＿ＦＷにわたって継続し、この間、相巻線７内の電流は、過電流閾値を下回るレベルまで減少すると予想される。相巻線７内の電流が過電流閾値を超過し続ける場合、コントローラ１４は、相巻線７をフリーホイール期間Ｔ＿ＦＷにわたって再度フリーホイールする。そうでない場合、コントローラ１４は、ＦＷ＃をセットすることにより相巻線７を励起する。この結果、コントローラ１４は、相巻線７を個々の電気的半サイクルにわたって連続して励起及びフリーホイールする。

【0038】

図５には、加速モードで動作している場合のいくつかのＨＡＬＬ期間にわたるＨＡＬＬ信号、制御信号、及び相電流の波形を示している。

【0039】

コントローラ１４は、固定フリーホイール期間Ｔ＿ＦＷを利用することができる。しかしながら、固定フリーホイール期間の間、対応する電気角度はロータ速度とともに増加する。この結果、電流ひいては電力を相巻線７に引き込む残りの電気角度が減少する。また、ロータ速度が増加するにつれ、相巻線７内に誘起される逆起電力が増加する。この結果、フリーホイール中に相電流がより速い速度で減少する。従って、コントローラ１４は、固定フリーホイール期間を使用する代わりに、ロータ速度とともに変化するフリーホイール期間を使用する。より詳細には、コントローラ１４は、ロータ速度の増加とともに減少するフリーホイール期間を使用する。従って、コントローラ１４は、複数のロータ速度の各々のフリーホイール期間Ｔ＿ＦＷを記憶するフリーホイールルックアップテーブルを含む。この結果、コントローラ１４は、Ｔ＿ＰＤから求められる現在のロータ速度を使用してフリーホイールルックアップテーブルのインデックスを作成することにより、フリーホイール期間を定期的に更新する。

【0040】

定常モード
速度閾値又はこれ以上の速度では、コントローラ１４は、相巻線７を各ＨＡＬＬエッジよりも前に、従って逆起電力のゼロ交差よりも前に転流する。この場合も、転流は、ＤＩＲ１とＤＩＲ２を逆転させてＦＷ＃をセットすることを伴う。

【0041】

コントローラ１４は、各ＨＡＬＬエッジよりも進み期間Ｔ＿ＡＤＶだけ前に相巻線７を転流する。特定のＨＡＬＬエッジよりも前に相巻線７を転流するために、コントローラ１４は、前回のＨＡＬＬエッジに応じて動作する。前回のＨＡＬＬエッジｎに応じて、コントローラ１４は、転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（ｎ）を計算する。次に、コントローラ１４は、前回のＨＡＬＬエッジの後の時点Ｔ＿ＣＯＭ（ｎ）において相巻線７を転流する。この結果、コントローラ１４は、後続するＨＡＬＬエッジ（ｎ＋１）よりも前に相巻線７を転流する。コントローラ１４が転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（ｎ）を計算する方法については以下で説明する。

【0042】

加速モードの場合と同様に、コントローラ１４は、相巻線７の電流が過電流閾値を超える場合には常に相巻線７をフリーホイールする。フリーホイーリングは、フリーホイール期間Ｔ＿ＦＷにわたって継続し、この間、相巻線７の電流は、過電流閾値を下回るレベルまで減少すると予想される。相巻線７内の電流が過電流閾値を超過し続ける場合、コントローラ１４は、相巻線７を再度フリーホイールする。そうでない場合、コントローラ１４は相巻線７を励起する。この結果、加速モードの場合と同様に、コントローラ１４は、相巻線７を連続して励起及びフリーホイールする。

【0043】

加速モードで動作している場合、コントローラ１４は、個々の電気的半サイクルの全長にわたって相巻線７を連続して励起及びフリーホイールする。一方、定常状態で動作している場合、コントローラ１４は、通常は個々の電気的半サイクルの一部のみに及ぶ通電期間Ｔ＿ＣＤにわたって相巻線７を連続して励起及びフリーホイールする。通電期間の終わりに、コントローラ１４は、ＦＷ＃をクリアすることにより巻線をフリーホイールする。
その後、フリーホイールは、コントローラ１４がモータ３を転流するときまで無制限に継続する。

【0044】

図６には、定常モードで動作している場合のいくつかのＨＡＬＬ期間にわたるＨＡＬＬ信号、制御信号、及び相電流の波形を示している。

【0045】

コントローラ１４は、（ＤＣ＿ＳＭＯＯＴＨから求められる）電源２の電圧及び（Ｔ＿ＰＤから求められる）ロータ５の速度の変化に応答して、進み期間Ｔ＿ＡＤＶ及び通電期間Ｔ＿ＣＤを調整する。従って、コントローラ１４は、進みルックアップテーブル及び通電ルックアップテーブルを記憶する。進みルックアップテーブルは、複数の供給電圧及びロータ速度の各々の進み期間Ｔ＿ＡＤＶを記憶する。同様に、通電ルックアップテーブルは、複数の供給電圧及びロータ速度の各々の通電期間Ｔ＿ＣＤを記憶する。

【0046】

コントローラ１４は、（ＤＣ＿ＳＭＯＯＴＨから求められる）供給電圧及び／又は（Ｔ＿ＰＤから求められる）ロータ速度の変化に応答して、進み期間、通電期間及びフリーホイール期間を定期的に更新する。例えば、コントローラ１４は、個々の又はｎ番目ごとのＨＡＬＬエッジに応答して様々な制御パラメータを更新することができる。或いは、コントローラ１４は、一定期間後に、又は電源２の電圧のゼロ交差に応答して制御パラメータを更新することができる。

【0047】

ルックアップテーブルは、個々の電圧点及び速度点において特定の入力又は出力を達成する値を記憶する。さらに、この値を、個々の電圧点及び速度点におけるモータシステム１の効率が特定の入力又は出力に関して最適化されるように選択する。すなわち、進み期間、通電期間及びフリーホイール期間の様々な値の組により、同一の所望の入力又は出力を得ることができる。しかしながら、これらの様々な値の組から、効率を最適にする１つの組が選択される。多くの国には、主電源から引き出すことができる電流調波量に厳しい制限を課す規定が存在する。従って、これらの値は、効率が最適化されると同時に、電源２から引き出される電流調波量が所要の規制を確実に順守するように選択することができる。

【0048】

デューティサイクル補償
上述したように、各ＨＡＬＬエッジは、ロータ５の極性の変化を表す。ロータ５は、相巻線７内に逆起電力を誘起するので、各ＨＡＬＬエッジは、逆起電力のそれぞれのゼロ交差に関連する。ＨＡＬＬ信号のデューティサイクルが完全に均衡を保ち、すなわち各ＨＡＬＬパルスが同じ機械角度に及ぶことが理想的である。しかしながら、モータシステム１の公差、特にロータ極の磁化の公差に起因して、一般にデューティサイクルの不均衡が存在する。一方、相巻線７内に誘起される逆起電力は均衡を保ち続ける。この結果、それぞれの逆起電力のゼロ交差に関連するＨＡＬＬエッジの角度位置をオフセットすることができる。詳細には、ＨＡＬＬエッジの角度位置によりゼロ交差を導き、又はゼロ交差を遅らせることができる。このＨＡＬＬエッジの角度位置のオフセットは、今から説明するように、モータシステム１の挙動及び性能に悪影響を及ぼすことがある。

【0049】

定常モードで動作している場合、コントローラ１４は、逆起電力のゼロ交差よりも進み期間Ｔ＿ＡＤＶだけ前に相巻線７を転流しようとする。とりあえず、各ＨＡＬＬエッジが逆起電力のゼロ交差と一致することに基づいてコントローラ１４が動作すると仮定する。
従って、コントローラ１４は、各ＨＡＬＬエッジよりも進み期間Ｔ＿ＡＤＶだけ前に相巻線７を転流しようとする。特定のＨＡＬＬエッジよりも前に相巻線７を転流するために、コントローラ１４は、前回のＨＡＬＬエッジｎからセット期間Ｔ＿ＣＯＭ（ｎ）だけ後に相巻線７を転流する。従って、転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（ｎ）を以下のように定義することができる。
Ｔ＿ＣＯＭ（ｎ）＝Ｔ＿ＰＤ（ｎ−１）−Ｔ＿ＡＤＶ
式中、Ｔ＿ＰＤ（ｎ−１）はＨＡＬＬエッジｎの直前のＨＡＬＬ期間であり、Ｔ＿ＡＤＶは進み期間である。

【0050】

各ＨＡＬＬエッジが逆起電力のゼロ交差と一致する場合、実際には、コントローラ１４は、個々のゼロ交差よりも所要の進み期間Ｔ＿ＡＤＶだけ前に相巻線７を転流する。しかしながら、ＨＡＬＬエッジの角度位置にゼロ交差に対してオフセットが存在する場合、代わりに今から図７を参照して実証するように、コントローラ１４は、所要の進み期間Ｔ＿ＡＤＶとは異なる期間に相巻線７を転流する。

【0051】

図７には、一定速度で動作するモータシステム１の機械サイクルを示している。個々の機械サイクルの期間は２００μｓである。デューティサイクルの不均衡がない場合、個々のＨＡＬＬ期間Ｔ＿ＰＤ（ｎ）の長さは５０μｓとなる。しかしながら、モータシステム１の公差に起因して、個々の機械サイクルの第１のＨＡＬＬ期間は６０μｓとなり、第２のＨＡＬＬ期間は３０μｓとなり、第３のＨＡＬＬ期間は７０μｓとなり、第４のＨＡＬＬ期間は４０μｓとなる。従って、デューティサイクルの不均衡は、６０：３０：７０：４０となる。

【0052】

ここで、コントローラ１４が、２０μｓの進み期間Ｔ＿ＡＤＶ、及び方程式：Ｔ＿ＣＯＭ（ｎ）＝Ｔ＿ＰＤ（ｎ−１）−Ｔ＿ＡＤＶにより定義される転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（ｎ）を使用すると仮定する。機械サイクルの第１のＨＡＬＬエッジに応答して、コントローラ１４は、転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（１）を計算する。第１のＨＡＬＬエッジの直前のＨＡＬＬ期間Ｔ＿ＰＤ（０）は４０μｓであり、進み期間Ｔ＿ＡＤＶは２０μｓであるので、転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（１）は２０μｓとなる。従って、コントローラ１４は、第１のＨＡＬＬエッジから２０μｓ後に相巻線を転流し、これは逆起電力のゼロ交差に対して３０μｓの進み期間に相当する。機械サイクルの第２のＨＡＬＬエッジに応答して、コントローラ１４は、次の転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（２）を計算する。先行するＨＡＬＬ期間Ｔ＿ＰＤ（１）は６０μｓであり、進み期間Ｔ＿ＡＤＶは２０μｓであるので、転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（２）は４０μｓとなる。従って、コントローラ１４は、第２のＨＡＬＬエッジから４０μｓ後に相巻線を転流する。この結果、コントローラ１４は、逆起電力の次のゼロ交差よりも前に相巻線７を転流するのではなく、ゼロ交差と同期して相巻線を転流する。機械サイクルの第３のエッジに応答して、コントローラ１４は転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（３）を再度計算し、これはこの場合１０μｓである。従って、コントローラ１４は、第３のＨＡＬＬエッジから１０μｓ後に相巻線１０を転流し、これは逆起電力の次のゼロ交差に対して５０μｓの進み期間に相当する。最終的に、機械サイクルの第４のＨＡＬＬエッジに応答して、コントローラ１４は転流期間ＣＯＭ（４）を計算し、これはこの場合５０μｓである。従って、コントローラ１４は、第４のＨＡＬＬエッジから５０μｓ後に相巻線を転流する。
この結果、コントローラ１４は、逆起電力の次のゼロ交差よりも前に相巻線７を転流するのではなく、ゼロ交差から１０μｓ後に相巻線を転流する。

【0053】

要約すれば、コントローラ１４は、逆起電力の個々のゼロ交差よりも２０μｓ前に相巻線７を転流するのではなく、第１のゼロ交差よりも３０μｓ前に、第２のゼロ交差とは同期して、第３のゼロ交差よりも５０μｓ前に、及び第４のゼロ交差から１０μｓ後に相巻線を転流する。また、図７から分かるように、転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（２）及びＴ＿ＣＯＭ（３）は同時に生じている。この結果、コントローラ１４は、相巻線７を素早く連続して２回転流しようとする。この結果、電流は、比較的長い期間にわたって相巻線７を同じ方向に通り抜ける。図７に示す例では、コントローラ１４が、電流を個々の機械サイクルの１０μｓにわたって左から右へ（ＤＩＲ１）及び１９０μｓにわたって右から左へ（ＤＩＲ２）相巻線７に通す。進み期間が分散して転流点が衝突すると、モータシステム１の性能に悪影響が及ぶ。詳細には、モータシステム１の出力及び／又は効率が低下することがある。また、ＡＣ電源２から引き出される電流波形内の調波量が増加して、規定の閾値を超えることもある。

【0054】

従って、コントローラ１４は、転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（ｎ）を計算するためのデューティサイクル補償スキームを使用する。最初に、コントローラ１４は、１又はそれ以上の機械サイクルに及ぶ連続するＨＡＬＬエッジ間の平均期間Ｔ＿ＡＶＥを取得する。

式中、Ｔ＿ＰＤ（ｉ）は、ＨＡＬＬエッジｉとＨＡＬＬエッジ（ｉ＋１）の間の期間であり、Ｎは、機械サイクル当たりの総エッジ数である。機械サイクルの期間は、ＨＡＬＬ信号のデューティサイクルのいずれの不均衡の影響も受けない。この結果、１又はそれ以上の機械サイクルにわたる連続するエッジ間の期間を平均することにより、デューティサイクルの不均衡に影響されない平均ＨＡＬＬ期間が得られる。

【0055】

機械サイクルの第１のＨＡＬＬエッジに応答して、コントローラ１４は、以下の式により定義される転流期間を計算する。
Ｔ＿ＣＯＭ（１）＝Ｔ＿ＡＶＥ−Ｔ＿ＡＤＶ
式中、Ｔ＿ＡＶＥは平均ＨＡＬＬ期間であり、Ｔ−ＡＤＶは進み期間である。この結果、コントローラ１４は、第１のＨＡＬＬエッジ後の時点Ｔ＿ＣＯＭ（１）において相巻線７を転流する。

【0056】

機械サイクルの第２のＨＡＬＬエッジに応答して、コントローラ１４は、再び転流期間を計算する。しかしながら、今回は転流期間が以下のように定義される。
Ｔ＿ＣＯＭ（２）＝Ｔ＿ＣＯＭ（１）＋Ｔ＿ＡＶＥ−Ｔ＿ＰＤ（１）
式中、Ｔ＿ＣＯＭ（１）は、第１のＨＡＬＬエッジの転流期間であり、Ｔ＿ＡＶＥは平均ＨＡＬＬ期間であり、Ｔ−ＰＤ（１）は第１のＨＡＬＬエッジと第２のＨＡＬＬエッジの間の期間である。この結果、コントローラ１４は、第２のＨＡＬＬエッジ後の時点Ｔ＿ＣＯＭ（２）において相巻線７を転流する。

【0057】

機械サイクルの第３のＨＡＬＬエッジに応答して、コントローラ１４は、転流期間を以下のように計算する。
Ｔ＿ＣＯＭ（３）＝Ｔ＿ＣＯＭ（１）＋２×Ｔ＿ＡＶＥ−Ｔ＿ＰＤ（１）−Ｔ＿ＰＤ（２）
式中、Ｔ＿ＣＯＭ（１）は第１のＨＡＬＬエッジの転流期間であり、Ｔ＿ＡＶＥは平均ＨＡＬＬ期間であり、Ｔ−ＰＤ（１）は第１のＨＡＬＬエッジと第２のＨＡＬＬエッジの間の期間であり、Ｔ−ＰＤ（２）は第２のＨＡＬＬエッジと第３のＨＡＬＬエッジの間の期間である。この結果、コントローラ１４は、第３のＨＡＬＬエッジ後の時点Ｔ＿ＣＯＭ（３）において相巻線７を転流する。

【0058】

最後に、機械サイクルの第４のＨＡＬＬエッジに応答して、コントローラ１４は、転流期間を以下のように計算する。
Ｔ＿ＣＯＭ（４）＝Ｔ＿ＣＯＭ（１）＋３×Ｔ＿ＡＶＥ−Ｔ＿ＰＤ（１）−Ｔ＿ＰＤ（２）−Ｔ＿ＰＤ（３）
式中、Ｔ＿ＣＯＭ（１）は第１のＨＡＬＬエッジの転流期間であり、Ｔ＿ＡＶＥは平均ＨＡＬＬ期間であり、Ｔ−ＰＤ（１）は第１のＨＡＬＬエッジと第２のＨＡＬＬエッジの間の期間であり、Ｔ−ＰＤ（２）は第２のＨＡＬＬエッジと第３のＨＡＬＬエッジの間の期間であり、Ｔ−ＰＤ（３）は第３のＨＡＬＬエッジと第４のＨＡＬＬエッジの間の期間である。この結果、コントローラ１４は、第４のＨＡＬＬエッジ後の時点Ｔ＿ＣＯＭ（４）において相巻線７を転流する。

【0059】

図８には、上述の補償スキームを用いて転流期間を計算するモータシステム１の機械サイクルを示している。機械的期間、デューティサイクルの不均衡、及び進み期間は、図７に示す例と同じである。機械サイクルの期間は２００μｓであり、機械サイクル当たり４つのＨＡＬＬエッジが存在するので、平均ＨＡＬＬ期間Ｔ−ＡＶＥは５０μｓとなる。従って、第１のＨＡＬＬエッジの転流期間Ｔ−ＣＯＭ（１）は３０μｓとなり、これは逆起電力の第１のゼロ交差に対して２０μｓの進み期間に相当する。第２のＨＡＬＬエッジの転流期間Ｔ−ＣＯＭ（２）は２０μｓとなり、これは逆起電力の第２のゼロ交差に対して２０μｓの進み期間に相当する。第３のＨＡＬＬエッジの転流期間Ｔ−ＣＯＭ（３）は４０μｓとなり、これは逆起電力の第３のゼロ交差に対して２０μｓの進み期間に相当する。最後に、第４のＨＡＬＬエッジの転流期間Ｔ−ＣＯＭ（４）は２０μｓとなり、これは逆起電力の第４のゼロ交差に対して２０μｓの進み期間に相当する。

【0060】

従って、コントローラ１４は、逆起電力の個々のゼロ交差よりも進み期間Ｔ＿ＡＤＶだけ前に相巻線７を転流する。さらに、転流点の衝突は存在しない。一方、図７に示す例では、逆起電力のゼロ交差よりも前、ゼロ交差時、及びゼロ交差よりも後に転流が行われる。また、２つの転流点の衝突が存在する。従って、デューティサイクル補償スキームを使用した場合の方が、モータシステム１の挙動が安定する。結果的に、モータシステム１の出力及び／又は効率が改善される。また、ＡＣ電源２から引き出される電流波形の調波が低下する。

【0061】

上述したデューティサイクル補償スキームでは、単一のタイマーを使用してＴ＿ＡＶＥ、Ｔ＿ＣＯＭ及びＴ＿ＰＤを測定することができる。例えば、第１のＨＡＬＬエッジに応答してコントローラ１４のタイマーをリセットし、比較レジスタにＴ＿ＣＯＭをロードすることができる。タイマーと比較レジスタが対応する場合、コントローラ１４が相巻線７を転流する。タイマーは停止するのではなく、第２のＨＡＬＬエッジまでカウントし続ける。第２のＨＡＬＬエッジに応答して、Ｔ＿ＰＤ（１）に相当するタイマーの値をメモリに記憶し、タイマーをリセットして、比較レジスタにＴ＿ＣＯＭ（２）をロードする。従って、コントローラ１４のメモリは、１つの機械サイクル後にＴ＿ＰＡＤ（１）、Ｔ＿ＰＡＤ（２）、Ｔ＿ＰＡＤ（３）及びＴ＿ＰＡＤ（４）を記憶するようになる。次にこれらの期間を合計し、４で除算してＴ＿ＡＶＥを得ることができる。

【0062】

上述の実施形態では、コントローラ１４が、定常モードで動作している場合、逆起電力の個々のゼロ交差よりも前に相巻線７を転流する。この理由は、ロータ速度が増加するにつれてＨＡＬＬ期間が減少し、従って相インダクタンスに関連する時定数（Ｌ／Ｒ）が次第に重要になるからである。個々のゼロ交差よりも前に相巻線７を転流することにより、逆起電力によって供給電圧が高められる。この結果、相巻線７を通過する電流の方向をより素早く逆転させることができる。また、ロータ速度が増加するにつれて相巻線７内に誘起される逆起電力も増加し、これがさらに相電流の上昇率に影響を及ぼす。個々のゼロ交差よりも前に相巻線７を転流することにより、相電流が逆起電力をもたらすことができるようになり、これが緩慢な上昇を補償する助けとなる。この結果、短時間の負トルクが生じ、通常このトルクは、この後に得られる正トルクにより相殺されるよりも大きい。従って、コントローラ１４は、定常モードで動作している場合、これに伴う比較的高いロータ速度によって転流を進める。しかしながら、モータシステム１が定常モードにおいて低速で動作しているとした場合、必ずしも転流を進める必要がない場合がある。さらに、転流を逆起電力の個々のゼロ交差の後まで遅延させることにより、最適な効率及び／又は最小の電流調波を実現することができる。従って、コントローラ１４は、定常モードで動作している場合、逆起電力のゼロ交差に対して転流を進め、同期させ、又は遅延させることができる。従って、第１のＨＡＬＬエッジの転流期間は、より一般的に以下のように定義することができる。
Ｔ＿ＣＯＭ（１）＝Ｔ＿ＡＶＥ＋Ｔ＿ＰＳ
式中、Ｔ＿ＰＳは負（進められた転流）、ゼロ（同期した転流）又は正（遅延した転流）とすることができる位相シフト期間である。この結果、コントローラ１４は、供給電圧及び／又はロータ速度の変化に応答して位相シフト期間Ｔ＿ＰＳを調整することができる。

【0063】

コントローラ１４は、個々のモータシステム１に特有の一定の分散に関して、個々の転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（ｎ）を補正することができる。例えば、コントローラ１４は、ホール効果センサ１３のロータ５に対する位置ずれに関して個々の転流期間を補正することができる。転流期間のあらゆる補正は、第１の転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（１）にのみ適用する必要がある。これは、後続する転流期間Ｔ＿ＣＯＭ（ｎ）が第１の転流期間に依存するからである。この結果、第１のＨＡＬＬエッジの転流期間をより一般的に以下のように定義することができ、
Ｔ＿ＣＯＭ（１）∝Ｔ＿ＡＶＥ＋Ｔ＿ＰＳ
後続するＨＡＬＬエッジの転流期間を以下のように定義することができる。

【0064】

エッジ選択
上記のデューティサイクル補償の例では、６０μｓのＨＡＬＬパルスの立ち上がりを、個々の機械サイクルの第１のＨＡＬＬエッジとして扱った。代わりに、６０μｓのＨＡＬＬパルスの立ち下がりを第１のＨＡＬＬエッジとして扱った場合、コントローラ１４は、逆起電力の個々のゼロ交差の２０μｓ前ではなく、１０μｓ前に相巻線を転流すると考えられる。この進み期間の差は、２つのＨＡＬＬエッジの角度位置に、これらのそれぞれの逆起電力のゼロ交差に対して異なるオフセットが存在することにより生じる。従って、相巻線７を転流する時点は、どのＨＡＬＬエッジを個々の機械サイクルの第１のエッジとして選択するかによって決まる。モータシステム１の動作中、コントローラ１４は、一貫して同じＨＡＬＬエッジを個々の機械サイクルの第１のエッジとして選択する。しかしながら、モータシステム１の電源をオフにしてオンにした場合、コントローラ１４が、異なるＨＡＬＬエッジを個々の機械サイクルの第１のエッジとして選択することがある。この結果、電源オフ及びオンごとにモータシステム１の性能が変化することがある。モータシステム１の性能が一貫したものになることを確実にするために、コントローラ１４は、基準エッジを個々の機械サイクルの第１のエッジとして選択するエッジ選択スキームを使用する。以下で説明するように、基準エッジは、モータシステム１の電源オンごとに逆起電力のそれぞれのゼロ交差に対する基準エッジの角度位置が同じになるように選択される。この結果、電源オフ及びオンごとにモータシステム１の性能が一貫する。

【0065】

コントローラ１４は、最初に４つの連続するＨＡＬＬパルスの期間Ｔ＿ＰＤ（ｎ）を測定する。コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号の立ち上がり及び立ち下がりの一方のみに応答してＨＡＬＬパルスを測定する。この結果、コントローラ１４により測定された第１のＨＡＬＬパルスは、一貫して立ち上がり前縁又は立ち下がり前縁のいずれかを有するようになる。次に、コントローラ１４は、以下の条件で、第１のＨＡＬＬパルスの前縁を基準エッジとして選択する。
Ｔ＿ＰＤ（１）＋Ｔ＿ＰＤ（２）≧Ｔ＿ＰＤ（３）＋Ｔ＿ＰＤ（４）
この条件に合わなければ、コントローラ１４は、第３のＨＡＬＬパルスの前縁を基準エッジとして選択する。

【0066】

従って、コントローラ１４は２つのオペランドを比較する。第１のオペランドは、機械サイクルのほぼ半分に及ぶ第１の期間Ｔ＿ＰＤ（１）＋Ｔ＿ＰＤ（２）を含む。第２のオペランドは、機械サイクルの残りの半分に及ぶ第２の期間Ｔ＿ＰＤ（３）＋Ｔ＿ＰＤ（４）を含む。

【0067】

２つのオペランドが等しい場合、ＨＡＬＬ信号のデューティサイクルが機械サイクルの個々の半分と均衡を保っていることを意味し、すなわち第１の２つのＨＡＬＬパルスも第２の２つのＨＡＬＬパルスも１８０機械度に及ぶ。この結果、第１のＨＡＬＬパルスの前縁を、その逆起電力のそれぞれのゼロ交差に対してオフセットした場合、第３のＨＡＬＬパルスの前縁は、そのそれぞれのゼロ交差に対して同じ量だけオフセットされるようになる。このことは、たとえＨＡＬＬ信号のデューティサイクルが個々の機械的半サイクル内で均衡を失っていても当てはまる。従って、例えば、機械度で測定したＨＡＬＬ信号のデューティサイクルは、１００：８０：１１０：７０となり得る。個々の機械的半サイクル内で不均衡が生じるにもかかわらず、第１のＨＡＬＬパルス（すなわち、１００度のパルス）の前縁と第３のＨＡＬＬパルス（すなわち、１１０度のパルス）の前縁との間の差は１８０機械度となる。従って、第１のＨＡＬＬパルス又は第３のＨＡＬＬパルスのいずれかの前縁を基準エッジとして選択することができる。上述の方程式では、２つのオペランドが等しい場合、コントローラ１４は第１のＨＡＬＬパルスの前縁を選択する。しかしながら、コントローラ１４は、第３のＨＡＬＬパルスの前縁を同様に選択することもできる。

【0068】

第１のオペランドが第２のオペランドよりも大きい場合、コントローラ１４は、第１のＨＡＬＬパルスの前縁を選択し、そうでない場合、コントローラ１４は、第３のＨＡＬＬパルスの前縁を選択する。コントローラ１４は、同様にこの逆を選択することもでき、すなわち第１のオペランドが第２のオペランドよりも小さい場合、第１のＨＡＬＬパルスの前縁を選択することができる。実際には、電源オンごとに同じオペランド及び演算子を使用する限り、上記方程式の演算子は、≧、＞、≦又は＜のうちのいずれか１つとすることができる。従って、より一般的な意味では、コントローラ１４は、第１のオペランドと第２のオペランドを比較し、比較結果が論理的に真である場合には第１のＨＡＬＬパルスの前縁を選択し、比較の結果が論理的に偽である場合には第３のＨＡＬＬパルスの前縁を選択すると言うことができる。

【0069】

ここまで、第１のＨＡＬＬパルス又は第３のＨＡＬＬパルスのいずれかの前縁を選択することについて言及した。しかしながら、一意のオペランドを識別してしまったら、電源オンごとに同じ選択基準を適用する限り、コントローラ１４により選択された実際のエッジは重要でない。従って、例えば、コントローラ１４は、第１のＨＡＬＬパルス又は第３のＨＡＬＬパルスのいずれかの後縁を選択することもできる。

【0070】

エッジ選択スキームの結果として、コントローラ１４は、逆起電力のそれぞれのゼロ交差に対する基準エッジの角度位置が電源オンごとに同じである基準エッジを選択する。コントローラ１４は、電源オンごとに異なるＨＡＬＬエッジを基準エッジとして選択することができる。にもかかわらず、それぞれのゼロ交差に対する基準エッジの角度位置は同じとなる。従って、例えば、機械度で測定したＨＡＬＬ信号のデューティサイクルは、１００：８０：１１０：７０となり得る。コントローラ１４は、電源オンごとに、１００：８０：１１０：７０及び１１０：７０：１００：８０という２つのシーケンスの一方のＨＡＬＬパルスを測定することができる。従って、コントローラ１４は、電源オンごとに１００度のパルス又は１１０度のパルスのいずれかの前縁を選択するようになる。しかしながら、パルスの前縁は１８０機械度によって分離され、従って上述したように、これらのエッジは、逆起電力のそれぞれのゼロ交差に対して同じ角度位置を有するようになる。

【0071】

エッジの角度位置が逆起電力のそれぞれのゼロ交差に対して同じである基準エッジを選択し、この基準エッジに関する時点で相巻線７を転流することにより、モータシステム１の挙動及び性能が電源オフ及びオンごとに一貫する。

【0072】

オペランドの長さの差分は比較的小さく、従って過渡効果の影響を受ける場合がある。
過渡効果によって、誤ったＨＡＬＬエッジが選択されないようにするために、個々のオペランドは、いくつかの機械サイクルにわたって累積したＨＡＬＬパルスの合計、すなわちΣ（Ｔ＿ＰＤ（１）＋Ｔ＿ＰＤ（２））≧Σ（Ｔ＿ＰＤ（３）＋Ｔ＿ＰＤ（４））を含むことができる。

【0073】

モータ３の初期加速中、ロータ５の速度は自然に増加し、従って個々のＨＡＬＬパルスの長さは減少する。この結果、モータ３が定常モードで動作するようになるまでエッジ選択を遅延させることができる。しかしながら、たとえ定常モードで動作していても、モータ３の速度の変化が、いずれのＨＡＬＬエッジを基準エッジとして選択するかに影響を及ぼすことがある。例えば、ＨＡＬＬ信号のデューティサイクルが、機械度で９２：９０：９０：８８であるとする。電源オンごとに、コントローラ１４は、９２：９０：９０：８８及び９０：８８：９２：９０という２つのシーケンスの一方でＨＡＬＬパルスを測定することができる。コントローラ１４により測定されたシーケンスに関係なく、コントローラ１４は、電源オンごとに９２度のパルスの前縁を選択すべきである。ここで、ロータ５の速度が一定であり、個々の機械サイクルの長さが２００μｓであると仮定する。従って、コントローラ１４は、２つの考えられるシーケンスをそれぞれ５１：５０：５０：４９μｓ及び５０：４９：５１：５０μｓとして測定する。従って、予想通りに、コントローラ１４は、電源オンごとに５１μｓのパルス（すなわち、９２度のパルス）の前縁を一貫して選択する。一方で、ロータ５が加速している場合、コントローラ１４は、２つのシーケンスをそれぞれ５１：４９：４８：４６μｓ及び５０：４８：４９：４７μｓとして測定することができる。第１のシーケンスでは、コントローラ１４は、予想通り５１μｓのパルス（すなわち、９２度のパルス）の前縁を選択する。しかしながら、第２のシーケンスでは、コントローラ１４は、５０μｓのパルス（すなわち、９０度のパルス）の前縁を選択する。従って、ロータ速度が変化しているときに基準エッジを選択する場合、電源オンごとに異なるＨＡＬＬエッジが選択されることがある。従って、この問題を克服する、基準エッジを選択する代替の方法について説明する。

【0074】

上述のスキームでは、コントローラ１４が２つのオペランドを比較する。第１のオペランドは、機械サイクルのほぼ半分に及ぶ第１の期間Ｔ＿ＰＤ（１）＋Ｔ＿ＰＤ（２）を含む。第２のオペランドは、機械サイクルの残りの半分に及ぶ第２の期間Ｔ＿ＰＤ（３）＋Ｔ＿ＰＤ（４）を含む。このスキームがロータ速度の変化の影響を受けるのは、第１の期間が第２の期間を導くからである。この問題には、第３の期間及び第４の期間を導入することによって対処することができる。この結果、第１のオペランドは、第１の期間と第３の期間の合計を含み、第２のオペランドは、第２の期間と第４の期間の合計を含む。第１及び第２の期間と同様に、第３及び第４の期間も連続しており、各々がほぼ半分の機械サイクルに及ぶ。しかしながら、重要な点は、第３の期間が第４の期間に続くことである。
第３の期間は、第１の期間と同じ機械サイクルの半分に及ぶ。唯一の違いは、２つの期間が異なる機械サイクルにわたって測定されるという点である。第４の期間は、第３の期間の直前の機械的半サイクルに及ぶ。この結果、第４の期間は、第２の期間と同じ機械サイクルの半分に及ぶ。第１及び第３の期間とは異なり、第２及び第４の期間を同じ機械サイクルにわたって測定することができ（すなわち、第２の期間と第４の期間は同一とすることができる）、或いは異なる機械サイクルにわたって測定することもできる。従って、例えばコントローラ１４は、以下の条件で、第１のＨＡＬＬパルスの前縁を基準エッジとして選択することができる。
Ｔ＿ＰＤ（１）＋Ｔ＿ＰＤ（２）＋Ｔ＿ＰＤ（５）＋Ｔ＿ＰＤ（６）≧２×（Ｔ＿ＰＤ（３）＋Ｔ＿ＰＤ（４））

【0075】

この例では、第３の期間はＴ＿ＰＤ（５）＋Ｔ＿ＰＤ（６）であり、第４の期間はＴ＿ＰＤ（３）＋Ｔ＿ＰＤ（４）である。第２の期間と第４の期間が同一であることが明らかであろう。さらなる例として、コントローラ１４は、以下の条件で第１のＨＡＬＬパルスの前縁を選択することができる。
Ｔ＿ＰＤ（１）＋Ｔ＿ＰＤ（２）＋Ｔ＿ＰＤ（９）＋Ｔ＿ＰＤ（１０）≧Ｔ＿ＰＤ（３）＋Ｔ＿ＰＤ（４）＋Ｔ＿ＰＤ（７）＋Ｔ＿ＰＤ（８）
このさらなる例では、第３の期間はＴ＿ＰＤ（９）＋Ｔ＿ＰＤ（１０）であり、第４の期間はＴ＿ＰＤ（７）＋Ｔ＿ＰＤ（８）である。

【0076】

上述した方法で２つのオペランドを定義した場合、この２つのオペランドは、ＨＡＬＬ信号のデューティサイクルが機械サイクルの個々の半分にわたって均衡を保ち、ロータ５の速度が一定又は線形変化している場合にのみ等しい。従って、コントローラ１４は、関連するＨＡＬＬパルスを測定している場合、相巻線７の励起を一時停止する。この結果、測定中にロータ５の速度が線形に低下する。或いは、ロータ５の速度が一定又は線形変化しているときにＨＡＬＬパルスを測定できる場合、位相励起を一時停止するステップを省略することができる。ＨＡＬＬパルスを測定している場合、ロータ５の速度は一定又は線形変化しているので、２つのオペランドは、ＨＡＬＬ信号のデューティサイクルが個々の機械的半サイクルにわたって均衡を保つ場合にのみ等しくなる。

【0077】

このことを総合すると、コントローラ１４が使用するエッジ選択スキームは、以下の方法で進むことができる。最初に、コントローラ１４が、相巻線７の励起を一時停止する。
次に、コントローラ１４が、６つの連続するＨＡＬＬパルスのＨＡＬＬ期間Ｔ＿ＰＤ（ｎ）を測定する。最初のエッジ選択スキームと同様に、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号の立ち上がり及び立ち下がりの一方のみに応答してＨＡＬＬパルスを測定する。この結果、第１のＨＡＬＬパルスは、一貫して立ち上がり又は立ち下がりのいずれかを有するようになる。次に、コントローラ１４が、以下の条件で第１のＨＡＬＬパルスの前縁を基準エッジとして選択する。
Ｔ＿ＰＤ（１）＋Ｔ＿ＰＤ（２）＋Ｔ＿ＰＤ（５）＋Ｔ＿ＰＤ（６）≧２×（Ｔ＿ＰＤ（３）＋Ｔ＿ＰＤ（４））
この場合も最初のスキームと同様に、電源オンごとに同じオペランド及び演算子を使用する限り、上記方程式の演算子は、≧、＞、≦又は＜のうちのいずれか１つとすることができる。

【0078】

ここまで、個々のＨＡＬＬパルスの長さを測定することについて言及した。しかしながら、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号の立ち上がりのみ又は立ち下がりのみの間の期間を同様に測定することができる。従って、より一般的な意味では、ＨＡＬＬ信号は、機械サイクル当たりＮ個のエッジを有すると言うことができる。この結果、コントローラ１４は、いずれかの整数をｎとするエッジｎとエッジ（ｎ＋Ｎ／２）の間の第１の期間、及びエッジ（ｎ＋Ｎ／２）とエッジ（ｎ＋Ｎ）の間の第２の期間を測定する。最初のエッジ選択スキームでは、第１のオペランドが第１の期間のみを含み、第２のオペランドが第２の期間のみを含む。代替のエッジ選択スキームでは、コントローラ１４が、いずれかの整数をｍとするエッジ（ｎ＋ｍＮ）とエッジ（ｎ＋ｍＮ＋Ｎ／２）の間の第３の期間、及びエッジ（ｎ＋ｍＮ−Ｎ／２）とエッジ（ｎ＋ｍＮ）の間の第４の期間を測定する。この結果、第１のオペランドは、第１の期間と第３の期間の合計となり、第２のオペランドは、第３の期間と第４の期間の合計となる。ｍが１に等しい場合、第２の期間と第４の期間は同一になる。この結果、第２及び第４の期間は、エッジ（ｎ＋Ｎ／２）とエッジ（ｎ＋Ｎ）の間で１回の測定を行うことによって得られる。この結果、両方のエッジ選択スキームにおいて、コントローラ１４は、第１のオペランドと第２のオペランドを比較し、比較の結果が論理的に真であれば第１の期間のエッジを選択し、比較の結果が論理的に偽であれば第２の期間のエッジを選択する。

【0079】

ここまで、基準エッジを選択するための２つの異なるスキームについて説明した。しかしながら、基準エッジを選択するための他のスキームも考えられる。例えば、個々の機械サイクルにわたり、ＨＡＬＬ信号は、立ち上がり前縁を有する２つのパルス、及び立ち下がり前縁を有する２つのパルスを有する。従って、コントローラ１４は、立ち上がり前縁を有する２つのＨＡＬＬパルスの長さを比較することができる。この結果、コントローラ１４は、長い方又は短い方のＨＡＬＬパルスの立ち上がりを基準エッジとして選択することができる。２つのＨＡＬＬパルスの長さが同じ場合、コントローラ１４は、立ち下がり前縁を有する２つのＨＡＬＬパルスの長さを比較することができる。この結果、コントローラ１４は、長い方又は短い方のＨＡＬＬパルスの立ち下がりを基準エッジとして選択する。２つのＨＡＬＬパルスの長さが同じ場合、ＨＡＬＬ信号のデューティサイクルが個々の機械的半サイクルと均衡を保ってこれを繰り返すことを示唆し、すなわち（９５：８５：９５：８５のように）機械サイクルの両半分を区別することはできない。この例では、コントローラ１４が、ＨＡＬＬ信号の立ち上がり又は立ち下がりを基準エッジとして選択することができる。

【0080】

従って、基準エッジを選択するための異なるスキームが存在することが理解できるであろう。従って、本発明を１つの特定のスキームに限定する意図はない。むしろ、本発明は、ＨＡＬＬ信号のデューティサイクルの不均衡が、モータシステム１の性能が電源オフ及びオンごとに一貫しないことを意味する場合があり、またこの問題を、逆起電力のゼロ交差に対するエッジの角度位置が電源オンごとに同じとなる基準エッジを選択し、この基準エッジに関連する時点で相巻線７を転流することによって解決できるという理解を前提とする。にもかかわらず、少なくとも機械的サイクルのほぼ半分に及ぶＨＡＬＬエッジ間の期間を含む第１のオペランドと、少なくとも機械的サイクルの残りの半分に及ぶＨＡＬＬエッジ間の期間を含む第２のオペランドという２つのオペランドをコントローラ１４が比較するスキームを利用することには利点がある。これらの２つのオペランドを比較することにより、単一の比較動作の使用を通じて基準エッジを選択することができる。従って、このことは、スキームが計算的に単純であり、従ってコントローラ１４が実行する命令数が減少するという利点を有する。

【0081】

コントローラ１４がデューティサイクル補償を使用するかどうかに関わらず、このエッジ選択スキームは、モータシステム１の性能が電源オフ及びオンごとに一貫することを確実にすることによって大きな利点を提供する。従って、デューティサイクル補償には大きな利点があるが、一貫した性能を確実にするために必須ではない。

【0082】

ここまで、永久磁石モータ３を有するモータシステム１について言及したが、デューティサイクル補償スキーム及び／又はエッジ選択スキームを使用して、リラクタンス機、モータ及び発電機を含む他の種類の電気機械の位相励起を制御することもできる。電気機械は、１つよりも多くの相巻線を含むことができる。また、ある種の電気機械では、相巻線を通過する電流の方向を一方向とすることができる。従って、転流は、相巻線を通過する電流の方向を必ずしも逆転させるものではない。

【0083】

永久磁石の場合、コントローラ１４は、相巻線７の逆起電力のゼロ交差に関連する期間において相巻線７を励起する。リラクタンスモータの場合、コントローラ１４は、通常、相巻線７のインダクタンスの最小値に関連する時点で相巻線７を励起する。従って、より一般的な意味では、ロータ位置信号の各エッジは、逆起電力のそれぞれのゼロ交差又は相インダクタンスの最小値に関連すると言うことができる。

【0084】

上述の実施形態のモータ３は、４極ロータ５を有する。しかしながら、コントローラ１４は、デューティサイクル補償スキーム及び／又はエッジ選択スキームを使用して、より多くのロータ極を有する電気機械を駆動することができる。デューティサイクル補償スキームを使用する場合、ロータ位置信号の最初の及び後続するエッジの転流期間は以下によって定義され続ける。
Ｔ＿ＣＯＭ（１）∝Ｔ＿ＡＶＥ＋Ｔ＿ＰＳ

最終的に、使用する特定のエッジ選択スキームは、ロータ極の数によって決まる。

【0085】

上述の実施形態で使用するロータ位置センサ１３はホール効果センサであり、このセンサは、永久磁石ロータの位置を検知するための費用効果の大きな手段を提供する。しかしながら、ロータ５の位置を示す信号を出力できる代替の手段を同様に使用することもできる。例えば、制御システム４は、デジタル信号を出力する光学エンコーダを備えることができる。或いは、固定子６が複数の相巻線を含むことができる。この結果、非励起相巻線内に誘起された逆起電力を使用して、ロータ５の位置を求めることができる。例えば、ゼロ交差検出器を用いて、非励起相内に誘起された逆起電力をデジタル信号に変換することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】