特表 2024-503223 スイッチトリラクタンス型自己検知アクティブパルストルク補償

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-25

(54)【発明の名称】スイッチトリラクタンス型自己検知アクティブパルストルク補償

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20240118BHJP

【ＦＩ】

H02P27/06

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023537128

(86)(22)【出願日】2021-12-14

(85)【翻訳文提出日】2023-07-07

(86)【国際出願番号】 US2021063175

(87)【国際公開番号】W WO2022140101

(87)【国際公開日】2022-06-30

(31)【優先権主張番号】17/129,201

(32)【優先日】2020-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】391020193

【氏名又は名称】キャタピラー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ガーデス、ジェシー アール．

(72)【発明者】

【氏名】ワイ、ジャクソン

(72)【発明者】

【氏名】カリル、アフメド

(72)【発明者】

【氏名】ソーン、ジェームズ マイケル

(72)【発明者】

【氏名】アブドゥル、サジャン

(72)【発明者】

【氏名】アシュファク、アマラ

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA18

5H505BB05

5H505CC01

5H505DD11

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ17

5H505JJ25

(57)【要約】

機械（１００）に配置されたスイッチトリラクタンス（ＳＲ）機械（１０４）におけるトルク補償用のシステム（１０２）及び方法が開示される。システム（１０２）は、ＳＲ機械（１０４）、インバータ（１２２）、及びコントローラ（１２４）を含み得る。コントローラ（１２４）は、インバータ（１２２）と動作可能に通信し、制御フェーズ（１３２）用の複数の巻線（１３０）の第１の部分の主電流（１３８）による通電に関連する指令された主電流を決定し、非制御フェーズ（１３４）における巻線（１３０）の第２の部分の寄生電流（１４０）による通電に関連する指令された寄生電流を決定するように構成される。コントローラ（１２４）は、さらに、指令された寄生電流に基づいてオフセット電流（１４２）を決定し、指令された主電流とオフセット電流（１４２）との第１の和に基づいて目標電流（１３６）を決定し、制御フェーズ（１３２）中に巻線（１３０）の第１の部分の目標電流（１３６）を作動させるようにインバータ（１２２）に指令するように構成される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械（１００）に配置されたスイッチトリラクタンス（ＳＲ）機械（１０４）におけるトルク補償用のシステム（１０２）であって、
複数の巻線（１３０）を含むステータ（１２８）と、前記ステータ（１２８）内に回転可能に配置されたロータ（１２６）とを含み、１つ以上の前記巻線（１３０）が通電されると前記ロータ（１２６）を回転させるように構成されるスイッチトリラクタンス（ＳＲ）機械（１０４）と、
前記複数の巻線（１３０）に動作可能に接続され、前記複数の巻線（１３０）の第１の部分に目標電流（１３６）を生成するように構成されるインバータ（１２２）と、
前記インバータ（１２２）と動作可能に通信するコントローラ（１２４）とを含み、前記コントローラ（１２４）は、
制御フェーズ（１３２）の前記複数の巻線（１３０）の前記第１の部分の主電流（１３８）による通電に関連する指令された主電流を決定し、
非制御フェーズ（１３４）における前記巻線（１３０）の第２の部分の寄生電流（１４０）による通電に関連する指令された寄生電流を決定し、
前記指令された寄生電流に基づいてオフセット電流（１４２）を決定し、
前記指令された主電流と前記オフセット電流（１４２）との第１の和に基づいて目標電流（１３６）を決定し、
前記制御フェーズ（１３２）中に前記巻線（１３０）の前記第１の部分の前記目標電流（１３６）を作動させるように前記インバータ（１２２）に指令するように構成される、システム（１０２）。

【請求項2】

前記オフセット電流（１４２）は、寄生注入ウィンドウ（１４４）中の前記指令された寄生電流の振幅に等しい、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記振幅は、前記寄生注入ウィンドウ（１４４）中の前記指令された寄生電流の最大振幅である、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記寄生電流（１４０）は、寄生注入ウィンドウ（１４４）中に注入される複数の寄生パルス（１４６）であり、各寄生パルス（１４６）はパルス面積（１５２）を有し、
前記オフセット電流（１４２）は、前記寄生注入ウィンドウ（１４４）内の各寄生パルス（１４６）下の前記パルス面積（１５２）の第２の和に等しい、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記オフセット電流（１４２）の前記決定が、前記指令された寄生電流及び前記ロータ（１２６）の回転速度に基づいて行われる、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記オフセット電流（１４２）の前記決定は、前記指令された寄生電流、前記ロータ（１２６）の回転速度、及び前記ロータ（１２６）に対するトルクコマンドに基づいて行われる、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記オフセット電流（１４２）の前記決定が、前記指令された寄生電流、前記ロータ（１２６）の回転速度、前記ロータ（１２６）に対するトルクコマンド、及びＤＣリンク電圧に基づいて行われる、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

複数の巻線（１３０）を含むステータ（１２８）と、前記ステータ（１２８）内に回転可能に配置されたロータ（１２６）とを含み、１つ以上の前記巻線（１３０）が通電されると前記ロータ（１２６）を回転させるように構成されるＳＲ機械（１０４）におけるトルク補償用の方法であって、
コントローラ（１２４）によって、制御フェーズ（１３２）の前記複数の巻線（１３０）の第１の部分の主電流（１３８）による通電に関連する指令された主電流を決定することと、
前記コントローラ（１２４）によって、非制御フェーズ（１３４）における前記巻線（１３０）の第２の部分の寄生電流（１４０）による通電に関連する指令された寄生電流を決定することと、
前記指令された寄生電流に基づいてオフセット電流（１４２）を決定することと、
前記指令された主電流と前記オフセット電流（１４２）との第１の和に基づいて目標電流（１３６）を決定することと、
前記制御フェーズ（１３２）中に前記巻線（１３０）の前記第１の部分の前記目標電流（１３６）を作動させることとを含む、方法。

【請求項9】

前記オフセット電流（１４２）が、寄生注入ウィンドウ（１４４）中の前記指令された寄生電流の振幅に等しい、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

振幅が、前記寄生注入ウィンドウ（１４４）中の前記指令された寄生電流の最大振幅である、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、スイッチトリラクタンス（ＳＲ）機械に関し、具体的には、トルク補償用のシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

ＳＲ機械は通常、発電、電力バックアップ、海洋掘削、工作機械、牽引モータ、産業用作業機械、海洋作業機械などを含むさまざまな用途のいずれかのために、電気エネルギーを回転トルクに、又は回転トルクを電気エネルギーに変換するように構成された電気機械である。

【0003】

ＳＲ機械にはロータとステータが含まれる。一般的なブラシ付きＤＣモータタイプとは異なり、電力はロータではなくステータ（ケース）内の巻線に供給される。停止中又は実質的に低い機械速度時に、ＳＲ機械のステータに対するロータの位置を正確に決定することは、ＳＲ機械の性能と効率にとって重要である。従来、ＳＲ機械のロータの位置情報は、シャフトに取り付けられた直接位置センサー（複数可）を使用して取得されるが、そのようなハードウェアは駆動システム全体のコストと複雑さを増大させる。従来の直接位置センサーを使用せずに位置情報を取得又は導出する方法は、ＳＲ機械の最小パッケージサイズとコストを削減するのに役立っている。

【0004】

一部のＳＲ機械は、従来の直接位置センサーを使用せずに、ステータに対するロータの位置と速度を推定するセンサーレス操作の制御システムを備える場合がある。このような制御システムは、ＳＲ機械のステータの１つ又は複数のアイドルフェーズに電流パルスを注入することによってロータの位置を推定する場合がある。次に、アイドルフェーズに流れるステータ電流は、オブザーバベースの推定アプローチを使用して推定され得る。次に、推定されたステータ電流を実際のステータ電流と比較して、誤差信号を生成することができる。誤差信号は、ロータの推定位置及びロータの推定速度を計算するために使用され得る。しかしながら、ロータが実質的に低い機械速度にある場合、又は停止している場合、生成される誤差信号が非常に弱い可能性があるため、ステータに対するロータの位置を正確に決定することが非常に困難になり得る。さらに、ＳＲ機械がモータリングクォードラントで動作している場合、アイドルフェーズ（複数可）に流れるステータ電流により、望ましくない制動トルクが発生する可能性がある。

【0005】

米国特許第７，６０４，０８８号には、慣性補償及び摩擦補償などの補償ロジックを用いることなく、良好なステアリングフィーリングを提供する電動パワーステアリングシステムが開示されている。この電動式パワーステアリングシステムは、ロード情報を表す周波数領域よりもロードノイズを表す高周波数領域でのトルク伝達を減衰するようにステアリング補助モータを制御するロードノイズ抑制制御手段を含む。ステアリング機構の固有振動が現れる程度にステアリング機構の摩擦値を低減する。ステアリング補助モータのロータ慣性は、ロードノイズ抑制制御手段によりトルク伝達が減衰される周波数領域に固有振動の周波数が存在する程度に小さい値に設定される。有益であるが、より良いシステムが必要である。

【発明の概要】

【0006】

本開示の一態様では、機械に配置されたスイッチトリラクタンス（ＳＲ）機械におけるトルク補償用のシステムが開示される。このシステムは、ＳＲ機械、インバータ、コントローラを含む。ＳＲ機械は、ステータと、ステータ内に回転可能に配置されたロータとを含む。ステータは複数の巻線を含む。ＳＲ機械は、１つ以上の巻線が通電されるとロータを回転させるように構成される。インバータは、複数の巻線に動作可能に接続される。インバータは、複数の巻線の第１の部分に目標電流を生成するように構成され得る。コントローラは、インバータと動作可能に通信し、コントローラによって、制御フェーズの複数の巻線の第１の部分の主電流による通電に関連する指令された主電流を決定し、コントローラによって、非制御フェーズの巻線の第２の部分の寄生電流による通電に関連する指令された寄生電流を決定し、指令された寄生電流に基づいてオフセット電流を決定し、指令された主電流とオフセット電流の第１の和に基づいて目標電流を決定し、制御フェーズ中に巻線の第１の部分で目標電流を作動させるようにインバータに指令するように構成される。

【0007】

本開示の別の態様では、ＳＲ機械におけるトルク補償用の方法が開示される。ＳＲ機械は、ステータと、ステータ内に回転可能に配置されたロータとを含む。ステータは複数の巻線を含む。ＳＲ機械は、１つ以上の巻線が通電されるとロータを回転させるように構成される。この方法は、コントローラによって、制御フェーズの複数の巻線の第１の部分の主電流による通電に関連する指令された主電流を決定することと、コントローラによって、非制御フェーズの巻線の第２の部分の寄生電流による通電に関連する指令された寄生電流を決定することと、指令された寄生電流に基づいてオフセット電流を決定することと、指令された主電流とオフセット電流の第１の和に基づいて目標電流を決定することと、制御フェーズ中に巻線の第１の部分の目標電流を作動させることとを含む。

【0008】

本開示のさらなる別の態様では、コンピュータプログラム製品が開示される。コンピュータプログラム製品は、コンピュータ可読プログラムコードが内蔵されたコンピュータ使用可能な媒体を含む。コンピュータ可読プログラムコードは、複数の巻線を含むステータと、ステータ内に回転可能に配置されるロータとを含むＳＲ機械におけるトルク補償用の方法を実装するために実行されるように構成され、ＳＲ機械は、１つ以上の巻線が通電されるとロータを回転させるように構成され、本方法は、コントローラによって、制御フェーズの複数の巻線の第１の部分の主電流による通電に関連する指令された主電流を決定することと、コントローラによって、非制御フェーズの巻線の第２の部分の寄生電流による通電に関連する指令された寄生電流を決定することと、指令された寄生電流に基づいてオフセット電流を決定することと、指令された主電流とオフセット電流の第１の和に基づいて目標電流を決定することと、制御フェーズ中に巻線の第１の部分の目標電流を作動させることとを含む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ＳＲ機械を含む例示的な機械の図である。

【図2】本開示による電気駆動システムの例示的な実施形態の概略図である。

【図3】本開示によるトルク補償の１つの例示的な方法の流れ図である。

【図4】寄生注入ウィンドウに注入される例示的な寄生パルスの概略図である。

【図5】２つの例示的な目標電流を比較する線図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、特定の実施形態又は特徴について詳細に参照し、その例を添付図面に示す。一般に、別段の指定がない限り、図面全体を通じて同一又は対応する部分を指すために対応する参照番号が使用される。

【0011】

図１は、本開示の特徴を組み込んだ例示的な機械１００であるホイールローダ、すなわちＳＲ機械１０４、例えばＳＲモータ又はＳＲ発電機を含む電気駆動システム１０２の図である。説明の目的で、例示的な実施形態は、ＳＲモータとして利用されるＳＲ機械１０４を示すが、他の実施形態では、ＳＲ機械１０４は、（電源１１０（例えば、エンジン）に動作可能に結合された）発電機として利用されてもよい。図に示すように、機械１００は、フレーム１０６と、フレーム１０６を支持する牽引システム１０８と、フレーム１０６に取り付けられた電源１１０と、電源１１０から牽引システム１０８にエネルギーを伝達するように構成された電気駆動システム１０２とを含む。機械１００はまた、運転室１１２を含んでもよい。電源１１０は、機械１００に電力を供給し、電気駆動システム１０２に動作電力を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、電源１１０は直流（ＤＣ）電源であってもよい。電源１１０は、運転室１１２内のオペレータコントロール１１４と動作可能に通信してもよく、オペレータコントロール１１４から制御信号を受信するように構成されてもよい。さらに、電源１１０は、機械１００の他のシステムに動作可能に接続され得る。

【0012】

電気駆動システム１０２は、電源１１０に動作可能に結合され、オペレータコントロール１１４からの制御信号を介して機械１００を選択的に推進し得る。電気駆動システム１０２は、図示のように、車軸、ドライブシャフト、トランスミッション、及び／又は他のコンポーネントを介して機械１００に動作可能に接続され得る牽引システム１０８に動作可能に接続され得る。いくつかの実施形態では、牽引システム１０８は、車輪駆動システム、軌道駆動システム、又は地面と係合して機械１００を推進するように構成された任意の他のタイプの駆動システムの形態で提供され得る。

【0013】

いくつかの実施形態では、電気駆動システム１０２は、追加的に、又は代替的に、フレーム１０６上に移動可能に取り付けられ、電気駆動システム１０２に動作可能に接続され得る器具１１６を選択的に動作させるために、電源１１０に動作可能に結合され得る。図示の器具１１６は、リフトアームアセンブリ１１８及びバケット１２０を含む。他の実施形態は、例えば、ドージング、ブレード、ブラッシング、圧縮、整地、持ち上げ、リッピング、耕耘などの様々な作業に適した他の任意の器具を含み得る。

【0014】

以上に示したように、図１は、本開示の電気駆動システム１０２を利用できる機械１００の一例として提供される。他の例も可能であり、図１に関連して説明したものとは異なり得る。

【0015】

図２に示すように、電気駆動システム１０２は、スイッチトリラクタンス（ＳＲ）機械１０４、インバータ１２２、及びコントローラ１２４を含む。ＳＲ機械１０４は、（固定された）ステータ１２８内に回転可能に配置されたロータ１２６を含む。例示的な実施形態では、ＳＲ機械１０４は、ＳＲモータとして動作するように構成され得る。ＳＲ機械１０４のロータ１２６は出力シャフト（図示せず）に結合されてもよく、次に、出力シャフトは機械的負荷（図示せず）を駆動するために接続されてもよい。ＳＲ機械１０４のステータ１２８の各（相）巻線１３０は、インバータ１２２に電気的に結合され得る。ＳＲ機械１０４は、インバータ１２２からステータ１２８に供給される電流（例えば、目標電流１３６、主電流１３８）に応じてロータ１２６を回転させるように構成され得る。目標電流１３６（図５を参照）又は主電流１３８を通電されて、機械コマンドに従って指令された方向にロータ１２６（図２）を回転させる巻線１３０は、制御フェーズ１３２にあると呼ばれる。通電されていない、又は診断／位置決め目的などで寄生電流１４０（図４）によって通電されている残りの巻線１３０は、アイドル又は非制御フェーズ１３４（図２）にあると呼ばれる。

【0016】

インバータ１２２は、電源１１０（図１）に電気的に接続され得る。いくつかの実施形態では、インバータ１２２（図２）は、ＤＣ電流を受け、ＳＲ機械１０４のステータ１２８にＡＣ電流を供給することができる。より具体的には、インバータ１２２は、コントローラ１２４と動作可能に通信し、コントローラ１２４から受信した制御信号／コマンドに応答して、ＳＲ機械１０４のステータ１２８の選択された巻線１３０に（ＡＣ）電流を供給するように構成される。供給される電流は、目標電流１３６（図５）、主電流１３８（図５参照）、寄生電流１４０（図４）、又は他の電流であってもよい。

【0017】

コントローラ１２４（図２）は、インバータ１２２の動作を制御するように構成される。コントローラ１２４は、制御信号をインバータ１２２に送信して、ＳＲ機械１０４の１つ又は複数の巻線１３０に電流を選択的に通電するように構成され得る。上述したように、ロータ１２６の所望の回転を駆動するために通電されると、巻線１３０は制御フェーズ１３２にあると考えられ、本明細書で後述するように、インバータ１２２によって供給される電流は目標電流１３６と呼ばれ得（図５）、又は、（本明細書で後述する）オフセット電流１４２がない場合、制御フェーズ１３２においてインバータ１２２（図２）によって供給される電流は、主電流１３８（図５）と呼ばれ得る。

【0018】

コントローラ１２４（図２）は、さらに、ＳＲ機械１０４が毎分ゼロ回転数（ｒｐｍ）、ほぼゼロｒｐｍ、又はその他の比較的低速で動作しているときに、インバータ１２２にコマンドを送信して、寄生電流１４０（図４）（コマンド、指令された寄生電流など）をＳＲ機械１０４のステータ１２８の少なくとも１つのアイドル又は非制御フェーズ１３４（図２）に注入するように構成され得る。寄生電流１４０（図４）は、電流パルス（「寄生パルス（複数可）」１４６）の形態でインバータ１２２（図２）によって注入ウィンドウ（「寄生注入ウィンドウ」１４４）時間枠内で供給され得る。寄生注入ウィンドウの開始は「オン」回転角によって定義され、寄生注入ウィンドウの終了は「オフ」回転角によって定義される。「オン」回転角と「オフ」回転角は、それぞれ、ロータ１２６の位置θと比較して測定される。本明細書で使用される場合、θは基準電気サイクルロータ位置を意味する。図４は、インバータ１２２によって寄生注入ウィンドウ１４４内でステータ１２８の少なくとも１つのアイドル又は非制御フェーズ１３４に注入される例示的な寄生パルス１４６の概略図を示す。

【0019】

コントローラ１２４（図２）は、プロセッサ１４８及びメモリコンポーネント１５０を含み得る。コントローラ１２４は、ＳＲ機械１０４及びインバータ１２２と動作可能に通信する。コントローラ１２４は、制御フェーズ１３２の複数の巻線１３０の第１の部分の主電流１３８による通電に関連する指令された主電流を決定するように構成される。コントローラ１２４は、さらに、非制御フェーズ１３４の複数の巻線１３０の第２の部分の寄生電流１４０による通電に関連する指令された寄生電流を決定するように構成される。コントローラ１２４は、さらに、指令された寄生電流に基づいてオフセット電流１４２を決定し、指令された主電流とオフセット電流１４２の和に基づいて目標電流１３６を決定するように構成される。コントローラ１２４は、さらに、制御フェーズ１３２中に巻線１３０の第１の部分の目標電流１３６を作動させるようにインバータ１２２に指令するように構成される。

【0020】

プロセッサ１４８は、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、電子制御モジュール（ＥＣＭ）、電子制御ユニット（ＥＣＵ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロプロセッサ、又は当技術分野で知られている任意の他の適切なプロセッサ１４８であってもよい。プロセッサ１４８は、命令を実行し、指令された主電流、指令された寄生電流、オフセット電流１４２及び目標電流１３６を決定しインバータ１２２を作動させるための制御信号を生成し得る。このような命令は、メモリコンポーネント１５０などのコンピュータ可読媒体に読み込まれるか組み込まれてもよいし、プロセッサ１４８の外部に提供されてもよい。代替実施形態では、制御方法を実装するために、ソフトウェア命令の代わりに、又はソフトウェア命令と組み合わせて、ハードワイヤ回路が使用され得る。

【0021】

本明細書で使用される「コンピュータ可読媒体」という用語は、実行のためにプロセッサ１４８に命令を提供することに関与する任意の非一時的な媒体又は媒体の組み合わせを指す。このような媒体には、一時的な伝播信号を除くすべてのコンピュータ可読媒体が含まれ得る。コンピュータ可読媒体の一般的な形態には、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、又はその他の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、その他の光学媒体、又はその他のコンピュータ可読媒体が含まれる。

【0022】

コントローラ１２４は、１つのプロセッサ１４８及びメモリコンポーネント１５０に限定されない。コントローラ１２４は、いくつかのプロセッサ１４８及びメモリコンポーネント１５０を含み得る。一実施形態では、プロセッサ１４８は、共有メモリコンポーネント（複数可）１５０にアクセスできる並列プロセッサであってもよい。別の実施形態では、プロセッサ１４８は、プロセッサ１４８（及びそれに関連するメモリコンポーネント１５０）が分散コンピューティングシステムの一部である１つ以上の他のプロセッサ１４８（及び関連するメモリコンポーネント１５０）又はＦＰＧＡから遠隔に配置され得る分散コンピューティングシステムの一部であってもよい。

【0023】

コントローラ１２４はまた、メモリコンポーネント１５０から、本明細書で説明する計算に必要な式及び他のデータを取得するように構成され得る。

【0024】

ＳＲ機械１０４におけるトルク補償の方法も開示される。この方法は、コントローラ１２４によって、制御フェーズ１３２の複数の巻線１３０の第１の部分の主電流１３８による通電に関連する指令された主電流を決定することと、コントローラ１２４によって、非制御フェーズ１３４の巻線１３０の第２の部分の寄生電流１４０による通電に関連する指令された寄生電流を決定することと、指令された寄生電流に基づいてオフセット電流１４２を決定することと、指令された主電流とオフセット電流１４２の和に基づいて目標電流１３６を決定することと、制御フェーズ１３２中に巻線１３０の第１の部分の目標電流１３６を作動させることとを含み得る。

【0025】

また、スイッチトリラクタンスＳＲ機械１０４におけるトルク補償用の方法を実装するために実行されるように構成されたコンピュータ可読プログラムコードが内蔵されたコンピュータ使用可能な媒体を備えるコンピュータプログラム製品も開示され、該方法は、コントローラ１２４によって、制御フェーズ１３２の複数の巻線１３０の第１の部分の主電流１３８による通電に関連する指令された主電流を決定することと、コントローラ１２４によって、非制御フェーズ１３４の巻線１３０の第２の部分の寄生電流１４０による通電に関連する指令された寄生電流を決定することと、指令された寄生電流に基づいてオフセット電流１４２を決定することと、指令された主電流とオフセット電流１４２の和に基づいて目標電流１３６を決定することと、制御フェーズ１３２中に巻線１３０の第１の部分の目標電流１３６を作動させることとを含む。
産業上の利用可能性

【0026】

動作中、コントローラ１２４は、例えば図３に示すように、所定の方法３００に従って動作するように構成され得る。図３は、トルク補償用の方法３００を説明する例示的なフローチャートである。

【0027】

ブロック３１０において、コントローラ１２４は、ＳＲ機械１０４の制御フェーズ１３２の複数の巻線１３０の第１の部分の主電流１３８（図５を参照）による通電に関連する指令された主電流を決定する。指令された主電流は、ステータ１２８の１つ又は複数の巻線１３０に通電して選択された速度又はトルクでロータ１２６の回転引力を生成するためにインバータ１２２によって提供されるＡＣ電流の発生に関連付けられる。このような電流は、主電流１３８と呼ばれ得る。通電された巻線１３０は、主電流１３８の継続期間中、制御フェーズ１３２にあると考えられる。いくつかの実施形態では、ＳＲ機械１０４に応じて変化し得る特定の速度領域及びトルク領域において、主電流１３８は、図５に示すように、ほぼ台形状波形を有し得る。

【0028】

一実施形態では、ブロック３１０の決定は、別のコントローラ、ユーザインタフェース、又は機械システムから指令された主電流を受信するコントローラ１２４を含んでもよく、又は指令された主電流をメモリコンポーネント１５０から取得することを含んでもよい。さらに別の実施形態では、決定することは、コントローラ１２４によって、動作パラメータに基づいて指令された主電流を計算することを含み得る。このような動作パラメータには、ロータ速度、ロータ位置、電気駆動システム１０２のＤＣリンク電圧、トルクコマンド、又はそれらの組み合わせが含まれ得る。コントローラ１２４は、また、目標速度、実際の速度、又は推定速度、ロータのトルクコマンド、及び／又は電気駆動システム１０２に関連する目標ＤＣリンク電圧、推定ＤＣリンク電圧又は実際のＤＣリンク電圧を含む動作パラメータを受信し得る。

【0029】

ブロック３２０において、コントローラ１２４は、非制御フェーズ１３４における巻線１３０の第２の部分の寄生電流１４０（図４）による通電に関連する指令された寄生電流を決定する。指令された寄生電流は、インバータ１２２によって提供されるＡＣ電流の発生に関連付けられて、ステータ１２８の１つ以上の巻線１３０（非制御フェーズ１３４）に通電して、ステータ１２８内、例えば、ロータ１２６に動作可能に結合されたシャフトに取り付けられた位置センサーによるロータ１２６の直接位置検知を持たないステータ１２８内のロータ１２６の位置を決定するために利用され得る電流量を提供する。このような電流は、寄生電流１４０と呼ばれ得る。

【0030】

寄生電流１４０は診断目的で注入され得るが、そのような寄生電流１４０の注入により、（例えば、ＳＲ機械１０４がモータリングクォードラントで動作しているときに）制御フェーズ１３２において主電流１３８によって生成される所望のトルクとは逆の回転方向の制動トルクが発生することもある。ロータ１２６が静止しているとき、寄生電流１４０は、ロータ１２６に意図しない方向への回転力を引き起こす可能性のある制動トルクを生成し得、また、ロータ１２６が意図された方向に回転し始めるのに必要なトルクを増加させ得る。

【0031】

通常、制動トルクの発生を最小限に抑えながら、ロータ１２６の位置を決定するのに十分な電流を供給するために、寄生電流１４０の振幅は、アプリケーションに応じて比較的低くなる（たとえば、０アンペア（Ａ）よりも大きく、最大で１５０アンペア（Ａ）、２５～１５０Ａ、４５～５３Ａ、又は約５０Ａである）。寄生電流１４０は、寄生注入ウィンドウ１４４中に注入される複数の電流パルス（「寄生パルス」）１４６を含み得る。このような寄生パルス１４６のそれぞれは、当技術分野で知られているように、波形曲線の下にパルス面積１５２を有する。いくつかの実施形態では、寄生パルス１４６は、図４に見られるように、ほぼ台形状波形を有し得る。他の実施形態では、寄生電流１４０は他の波形を有してもよい。

【0032】

ブロック３３０において、コントローラ１２４は、寄生注入ウィンドウ１４４中にステータ１２８の１つ又は複数の制御フェーズ１３２の巻線１３０を通電するためにインバータ１２２によって供給される目標電流１３６（図５を参照）を決定する。目標電流１３６は、（例えば、モータリングクォードラントで動作するときに）トルクに対する寄生電流１４０の制動効果を補償することを目的とする。当技術分野で知られているように、ＳＲ機械１０４は、制動クォードラント及びモータリングクォードラントで動作し得る。寄生パルス１４６は、ＳＲ機械１０４がモータリングしているときに制動クォードラントにあり、ＳＲ機械１０４が制動しているときにモータリングクォードラントにあると考えられる。これは、ＳＲ機械１０４がモータとして動作しているとき、又は発電機として動作しているとき、又はＳＲ機械１０４の他の用途に適用される。一実施形態では、ロータ１２６の速度が比較的低いとき（例えば、約０～５００ｒｐｍの範囲にあり）、コントローラ１２４は、ステータ１２８の１つ以上の制御フェーズ１３２を通電し、寄生電流１４０の制動効果を補償するために、インバータ１２２によって供給される目標電流１３６を決定し得る。目標電流１３６は、指令された主電流とオフセット電流１４２の和に基づくものであってもよいし、又はその和に等しいものであってもよい。

【0033】

目標電流１３６の決定の一部として、コントローラ１２４はオフセット電流１４２を決定する。オフセット電流１４２は、指令された寄生電流に基づくものであってもよい（図４）。一実施形態では、オフセット電流１４２は、寄生注入ウィンドウ１４４中の指令された寄生電流の振幅と等しく設定され得る。例えば、一実施形態では、オフセット電流１４２は、寄生注入ウィンドウ１４４内の寄生電流１４０（又は寄生パルス１４６）の最大又は目標振幅に等しく設定され得る。例示的な実施形態では、寄生電流１４０は５０Ａに等しく、オフセット電流１４２は５０Ａに等しく設定され得る。次に、指令された目標電流は、指令された主電流と５０Ａ（寄生電流１４０の振幅の値）のオフセット電流１４２との和に等しくてもよい。５０Ａの値は一例である。寄生電流１４０に関連する他の振幅を利用して、オフセット電流１４２を（例えば、０アンペア（Ａ）より大きく、最大で１５０アンペア（Ａ）、２５～１５０Ａ、４５～５３Ａ、又は約５０Ａに）調整することもできる。

【0034】

いくつかの応用例では、寄生注入ウィンドウ１４４内の各寄生パルス１４６のパルス面積１５２の和は、実際には目標電流１３６曲線の下の面積１５４と等しくない可能性があるため、主電流１３８に一定値のオフセット電流１４２を加算すると、過剰補償又は過少補償のいずれかになり得る。場合によっては、制動トルクの影響を補償するために必要な目標電流１３６は、寄生電流１４０の振幅の一定値（例えば、５０Ａ）を使用してコントローラ１２４によって計算される目標電流１３６よりもはるかに高い。これを解決するために、オフセット電流１４２の計算を改良し得る。改良では、コントローラ１２４は、指令された主電流とオフセット電流１４２の和に基づくオフセット電流１４２を決定／計算し得、オフセット電流１４２は、寄生注入ウィンドウ１４４内の各寄生パルス１４６の下のパルス面積１５２の和に基づくものである。

【0035】

図５は、寄生電流１４０（例えば５０Ａ）に等しいオフセット電流１４２ａを指令された主電流に加えたものに基づく第１の目標電流１３６ａと、指令された主電流にオフセット電流１４２ｂを加えたものに基づく第２の目標電流１３６ｂを比較する例示的なシナリオを示す。ここで、オフセット電流１４２ｂは、寄生注入ウィンドウ１４４内の各寄生パルス１４６の下のパルス面積１５２の和に基づくものである。この例示的なシナリオでは、第１の目標電流１３６ａは寄生電流１４０の制動トルクを十分に補償せず、第２の目標電流１３６ｂはそのような制動トルクを完全に補償する。コントローラ１２４は、ルックアップテーブル、ハッシュテーブル、マップ、又は他の構造（集合的に「マップ」）を利用して、寄生注入ウィンドウ１４４内の各寄生パルス１４６の下のパルス面積１５２を決定し得る。各寄生パルス１４６の下のパルス面積１５２は、寄生電流１４０及びロータ１２６の（推定又は実際の）回転速度に基づいて面積値をマップから取得することによって決定され得る。別の実施形態では、各寄生パルス１４６の下のパルス面積１５２は、寄生電流１４０、ロータ１２６の（推定又は実際の）回転速度、及びロータ１２６のトルクコマンドに基づいて面積値をマップから取得することによって決定され得る。別の実施形態では、各寄生パルス１４６の下のパルス面積１５２は、寄生電流１４０、ロータ１２６の（推定又は実際の）回転速度、及びロータ１２６のトルクコマンド、及び電気駆動システム１０２に関連する（推定又は実際の）ＤＣリンク電圧に基づいて面積値をマップから取得することによって決定され得る。パルス面積１５２のマップ内の値は、経験的評価、試験、既知の計算の結果、又は上記の組み合わせによるものであってもよい。

【0036】

ブロック３４０において、コントローラ１２４は、制御フェーズ１３２中に巻線１３０の第１の部分の目標電流１３６を作動させる。いくつかの実施形態では、コントローラ１２４はまた、寄生電流１４０を作動させる。

【0037】

一般に、前述の開示は、ＳＲ機械に関連するさまざまな用途に有用であることが分かる。より具体的には、開示された電気駆動システム１０２及び方法は、（例えば、ロータ１２６の位置と速度を決定するために利用される）寄生電流１４０のロータ１２６に対する影響を補償するために、すなわち、寄生電流１４０によって生成される制動トルクを補償するために使用され得る。

【0038】

上記から、特定の実施形態のみが例示の目的で記載されているが、代替案及び修正案は上記の説明から当業者に明らかであることが理解されるであろう。これら及び他の代替案は同等とみなされ、本開示及び添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】