特表2024-512167 | 知財ポータル「IP Force」

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィの特許一覧

特表2024-512167高周波電流ベクトルを注入する方法及びデバイス

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

目に優しい文字サイズ小中大 PDF Top

< >

1
2
3
4
5a
5b
6
7
8a
8b

(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】2024-03-18

(54)【発明の名称】高周波電流ベクトルを注入する方法及びデバイス

(51)【国際特許分類】

H02P 21/24 20160101AFI20240311BHJP

【ＦＩ】

H02P21/24

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024504348

(86)(22)【出願日】2022-06-01

(85)【翻訳文提出日】2023-09-28

(86)【国際出願番号】 JP2022023029

(87)【国際公開番号】W WO2023286497

(87)【国際公開日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】21305975.1

(32)【優先日】2021-07-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】503163527

【氏名又は名称】ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩＥＬＥＣＴＲＩＣＲ＆ＤＣＥＮＴＲＥＥＵＲＯＰＥＢ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｃａｐｒｏｎｉｌａａｎ４６，１１１９ＮＳＳｃｈｉｐｈｏｌＲｉｊｋ，ＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並順

(74)【代理人】

【識別番号】100122437

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅一宏

(74)【代理人】

【識別番号】100147566

【弁理士】

【氏名又は名称】上田俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100188514

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡隆裕

(72)【発明者】

【氏名】ブエノ・マリアーニ、ギリェルメ

(72)【発明者】

【氏名】ボワイエ、ニコラ

(72)【発明者】

【氏名】ペレグリノ、ジャンマリオ

(72)【発明者】

【氏名】バラサラジャン、アナンタラム

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA18

5H505DD08

5H505EE41

5H505GG04

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ24

5H505LL22

5H505LL41

(57)【要約】

本発明は、機械を流れる測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する高周波電流ベクトルを注入する方法及びデバイスに関する。本発明は、モータ電流ベクトルを測定し、測定されたモータ電流ベクトルに対して一定の角度を有する方向に直交する軸上におけるモータ電流ベクトルの投影値を求め、第１の高周波復調信号を使用して投影値の高周波変動を復調し、復調された高周波変動から少なくとも第１の角度を求め、少なくとも第１の角度と、所定の電圧と、第２の高周波変調信号とから注入電圧ベクトルを求める。第２の高周波変調信号は、第１の高周波復調信号と同じ周波数および第１の高周波復調信号とπ／２の位相差を有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械を流れる測定されたモータ電流ベクトルに対して一定の角度を有する高周波電流ベクトルを注入する方法であって、
モータ電流ベクトルを測定するステップと、
測定されたモータ電流ベクトルに対して一定の角度を有する方向に直交する軸上におけるモータ電流ベクトルの投影値を求めるステップと、
第１の高周波復調信号を使用して前記投影値の高周波変動を復調するステップと、
復調された高周波変動から少なくとも第１の角度を求めるステップと、
少なくとも前記第１の角度と、所定の電圧と、第２の高周波変調信号とから注入電圧ベクトルを求めるステップであって、前記第２の高周波変調信号は、前記第１の高周波復調信号と同じ周波数および前記第１の高周波復調信号とπ／２の位相差を有する、ステップと、
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記注入電圧ベクトルは、前記第１の角度Ψと、前記測定されたモータ電流ベクトルの角度γ_ｓとから、

【数1】

の変換を実行し、これに高周波信号ｖ_ｈｃｏｓ（ω_ｈｔ）を乗算することによって求められ、ここで、Ｊは、行列

【数2】

であり、ｖ_ｈは、αβフレームワークにおける注入電圧ベクトルを得るための振幅であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記方法は、
前記第１の高周波復調信号と同じ周波数および前記第１の高周波復調信号とπ／２の位相差を有する第２の高周波復調信号を使用して、前記投影値の高周波変動を復調するステップと、
前記第２の高周波復調信号を使用して復調された前記投影値の高周波変動から第２の角度を求めるステップと、
前記第１の高周波復調信号及び前記第２の高周波復調信号を使用して、前記測定された電流ベクトルに対して前記一定の角度を有する方向に直交する軸上における前記モータ電流ベクトルの値の復調された高周波変動から求められるそれぞれの重みによって前記第１の角度及び前記第２の角度を加重するステップと、
加重された第１の角度と加重された第２の角度とを加算するステップと、
を更に含み、
求められる前記注入電圧ベクトルは、前記加重された第１の角度と前記加重された第２の角度とを加算したものから求められることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記測定された電流ベクトルに対して前記一定の角度を有する方向に直交する軸上における前記モータ電流ベクトルの投影値は、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルと前記αβフレームワークのα軸との間の測定された角度γ_ｓを使用して、前記αβフレームワークにおける前記測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβをｘｙフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_ｘｙに変換することと、ｘ軸における前記測定された電流のみを維持することとによって求められ、ここで、γ_ｓ＝ａｒｃｔａｎ（ｉ_β／ｉ_α）であり、前記ｘｙフレームワークは、前記測定された角度γ_ｓと前記一定の角度Δとの和からπ／２を引いた角度だけ前記αβフレームワークから回転されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

復調された高周波変動から前記第１の角度を求めることは、ｋ_１の積分利得とヌル値の比例利得とを有する比例積分レギュレータを使用して行われることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記第２の角度を求めることは、ｋ_１の積分利得とヌル値の比例利得とを有する比例積分レギュレータを使用して行われることを特徴とする、請求項３に記載の方法。

【請求項7】

機械を流れる測定されたモータ電流ベクトルに対して一定の角度を有する高周波電流ベクトルを注入するデバイスであって、
モータ電流ベクトルを測定する手段と、
前記測定されたモータ電流ベクトルに対して一定の角度を有する方向に直交する軸上におけるモータ電流の投影値を求める手段と、
第１の高周波復調信号を使用して投影値の高周波変動を復調する手段と、
復調された高周波変動から少なくとも第１の角度を求める手段と、
少なくとも前記第１の角度と、所定の電圧と、第２の高周波変調信号とから注入電圧ベクトルを求める手段であって、前記第２の高周波変調信号は、前記第１の高周波復調信号と同じ周波数および前記第１の高周波復調信号とπ／２の位相差を有する、手段と、
を備えることを特徴とする、デバイス。

【請求項8】

前記デバイスは、
前記第１の高周波復調信号と同じ周波数および前記第１の高周波復調信号とπ／２の位相差を有する第２の高周波復調信号を使用して、前記投影値の高周波変動を復調する手段と、
前記第２の高周波復調信号を使用して復調された前記投影値の高周波変動から第２の角度を求める手段と、
前記第１の高周波復調信号及び前記第２の高周波復調信号を使用して、前記測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する方向に直交する軸上における前記モータ電流ベクトルの値の復調された高周波変動から求められるそれぞれの重みによって前記第１の角度及び前記第２の角度を加重する手段と、
加重された第１の角度と加重された第２の角度とを加算する手段と、
を更に備え、
求められる前記注入電圧ベクトルは、前記加重された第１の角度と前記加重された第２の角度とを加算したものから求められることを特徴とする、請求項７に記載のデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、包括的には、機械を流れる測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する高周波電流ベクトルを注入する方法及びデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

電気機械は、ファクトリーオートメーション又は輸送のいずれの産業においても広く使用されている。永久磁石同期機（ＰＭＳＭ）、同期リラクタンス機（ＳｙｎｃＲＭ）、巻線回転子同期機（ＷＲＳＭ）としての機械の多くの制御技術は、多くの場合に、ロータリーエンコーダを使用して、機械の速度及び位置をフィードバックとして得ている。

【0003】

低コストでロバストなモータドライブの需要により、センサレス制御の開発が増加している。それらのセンサがないことで、機械ドライブは、より安価になり、塵埃の多い過酷な環境に対してよりロバストになっている。

【0004】

多くのコントローラ技術は、高周波信号の注入に依存している。注入される高周波電圧信号は、一般に、機械の制御電圧波形に重畳され、機械内の磁束の高周波変動を引き起こし、最終的には、機械導体を流れる電流の高周波変動を引き起こす。

【0005】

磁束の高周波変動と電流の高周波変動との間の関係には、機械インダクタンスに関する貴重な情報が含まれている。例えば、位置センサがない場合であっても、これらの情報を使用すると、機械の回転子の位置を求めることができる。別の例では、コードインダクタンスと増分インダクタンスとの間の関係は、ＭＴＰＡ（最大トルク／電流（電流当たりの最大トルク））動作点に達するように、電流シュート角の選択を促すことができる。ＭＴＰＡ状態では、最小レベルの電流でトルクを発生させるため、最小レベルの損失を得ることができる。

【0006】

理想的なＭＴＰＡ動作点は、通常、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用して特定される。ＭＴＰＡＬＵＴは、手動で求めることもできるし、他のインダクタンスマップ又は磁束マップ上に作成することもできるが、求める場合には、特定の自己試運転セッションも必要となる。ＬＵＴレスＭＴＰＡは、ルックアップテーブルがない場合にＭＴＰＡ動作点を特定するものである。

【0007】

正弦波、方形波等の種々の注入技術が知られており、いくつかの技術は、異なる周波数及び軸のフレームワークにわたって組み合わせることができ、円形注入又は楕円形注入など、異なる目的に対処できる可能性がある。

【0008】

ｄｑフレームワークにおける注入は、機械の回転子とともに回転し、回転子の最も突極性の高い方向／最も突極性の低い方向に向かうため、極端な突極性領域において増分インダクタンスを素早く特定するのに使用することができるので普及している。対照的に、αβフレームワークにおける注入は、固定され、固定子に関係付けられているため、回転子の位置に関する知識を必要としない。

【0009】

高周波信号注入は、電圧形式又は電流形式として実施することができる。高周波電圧注入は簡単であるが、電流注入では、測定された電流を所望の高周波電流注入波形にする電圧パターンを生成する電流レギュレータを必要とする。

【0010】

電流レギュレータは、所望の高周波注入信号までの距離を追従できるように、高帯域幅で設計しなければならない。この高帯域幅は、瞬間的な注入方向の推定に対して高レベルの雑音を引き起こす。

【0011】

注入された信号が、その後、回転子位置の推定又はＭＴＰＡ状態を実現するモータ電流の理想的なシュート角の推定に使用される場合に、いずれの推定もノイズを有するため、機械のセンサレスコントローラの不安定性を引き起こす可能性がある。このため、一般に、発散を回避するために速度コントローラの帯域幅を制限する必要があり、センサレス制御の適用範囲が低帯域幅の用途に制限される。

【0012】

レギュレータ帯域幅は、インバータのスイッチング周波数によって必然的に制限されるので、非常に高い周波数の電流、例えばスイッチング周波数に近い振動周波数の電流を注入することも不可能である。

【0013】

対照的に、いくつかのＬＵＴレスＭＴＰＡ技術は、測定された電流に対して厳密に垂直な高周波電流注入に依存している。しかしながら、前述の問題により、文献及び産業の双方における実際の用途において、ＬＵＴレスＭＴＰＡへの高周波電流注入の使用は制限されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

ＬＵＴがない場合における機械のセンサレス制御の安定性及び帯域幅を改善するために、本発明は、機械を流れる測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する高周波電流ベクトルを注入する方法を提案する。

【0015】

本発明は、機械を流れる測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する高周波電流ベクトルを注入する方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

そのために、本発明は、機械を流れる測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する高周波電流ベクトルを注入する方法であって、
モータ電流ベクトルを測定するステップと、
測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する方向に直交する軸上におけるモータ電流ベクトルの投影値を求めるステップと、
第１の高周波復調信号を使用して投影値の高周波変動を復調するステップと、
復調された高周波変動から少なくとも第１の角度を求めるステップと、
少なくとも第１の角度と、所定の電圧と、第２の高周波変調信号とから注入電圧ベクトルを求めるステップであって、第２の高周波変調信号は第１の高周波復調信号と同じ周波数および第１の高周波復調信号とπ／２の位相差を有する、ステップと、
を含むことを特徴とする、方法に関する。

【0017】

本発明はまた、機械を流れる測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する高周波電流ベクトルを注入するデバイスであって、
モータ電流ベクトルを測定する手段と、
測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する方向に直交する軸上におけるモータ電流ベクトルの投影値を求める手段と、
第１の高周波復調信号を使用して投影値の高周波変動を復調する手段と、
復調された高周波変動から少なくとも第１の角度を求める手段と、
少なくとも第１の角度と、所定の電圧と、第２の高周波変調信号とから注入電圧ベクトルを求める手段であって、第２の高周波変調信号は第１の高周波復調信号と同じ周波数および第１の高周波復調信号とπ／２の位相差を有する、手段と、
を備えることを特徴とする、デバイスに関する。

【0018】

したがって、第１の角度は、所望の方向に直交する高周波電流の投影を最小にするように駆動される。機械は主として誘導性であるので、その結果生じる高周波電流は、必然的に、機械を流れる測定された電流ベクトルに対して一定の角度を形成する方向に流れる。角度が一定でないことから生じるコントローラ安定性に対する擾乱は大幅に削減され、コントローラの安定性は全体的に向上する。

【0019】

特定の特徴によれば、注入電圧ベクトルは、第１の角度Ψと、測定された電流ベクトルの角度γ_ｓとから、

【数1】

の変換を実行し、これに高周波信号ｖ_ｈｃｏｓ（ω_ｈｔ）を乗算することによって求められる。ここで、Ｊは、行列

【数2】

であり、ｖ_ｈは、αβフレームワークにおける注入電圧ベクトルを得るための注入電圧の振幅である。

【0020】

したがって、電圧ベクトルは、測定された電流ベクトルと安定した角度Ψを形成する。この角度を制御することで、電流の高周波応答を、測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する所望の方向に駆動する。角度Ψは、測定された電流ベクトルの基本周波数に対する回転に追従する必要がないため、ＰＩフィルタの設計に対する制約は緩和される。高周波電流注入の方向は、測定された電流ベクトルに対して十分に安定化されている。注入周波数は、インバータのスイッチング周波数まで増加させることができる。高速注入に反応するコントローラの能力が高められ、例えば、コントローラは、ＭＴＰＡと、所望のトルクに達するのに必要とされる電圧レベルとをより高速に推定することができる。コントローラの性能は、機械パラメータのルックアップテーブルがないにもかかわらず、全体的に改善される。

【0021】

特定の特徴によれば、本方法は、
第１の高周波復調信号と同じ周波数および第１の高周波復調信号とπ／２の位相差を有する第２の高周波復調信号を使用して、投影値の高周波変動を復調するステップと、
第２の高周波復調信号を使用して復調された投影値の高周波変動から第２の角度を求めるステップと、
第１の高周波復調信号及び第２の高周波復調信号を使用して、測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する方向に直交する軸上におけるモータ電流の値の復調された高周波変動から求められるそれぞれの重みによって第１の角度及び第２の角度を加重するステップと、
加重された第１の角度と加重された第２の角度とを加算するステップと、
を更に含み、
求められる注入電圧ベクトルは、加重された第１の角度と加重された第２の角度とを加算したものから求められる。

【0022】

したがって、高周波電流応答の直交成分及び同相成分の双方が、所望の注入方向に対して直交して最小化される。高周波電流応答は、機械の複雑な応答に起因して、同相インピーダンス（抵抗性）及び直交インピーダンス（誘導性）の双方を含む２つの成分を保持することができる。本方法は、機械のインピーダンスを推定する必要はなく、どの注入周波数においても同様に動作する。所望の角度における信号対雑音比は改善される。

【0023】

特定の特徴によれば、測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有する方向に直交する軸上におけるモータ電流の投影値は、αβフレームワークにおける測定された電流ベクトルとαβフレームワークのα軸との間の測定された角度γ_ｓを使用して、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβをｘｙフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_ｘｙに変換することによって求められる。ここで、γ_ｓ＝ａｒｃｔａｎ（ｉ_β／ｉ_α）であり、ｘｙフレームワークは、αβフレームワークから、測定された角度γ_ｓと一定の角度Δとの和からπ／２を引いた角度だけ回転され、ｘ軸における測定された電流のみを維持する。

【0024】

したがって、機械における電流ベクトルの角度は正確に計算される。

【0025】

特定の特徴によれば、復調された高周波変動から第１の角度を求めることは、ｋ_１の積分利得とヌル（null）値の比例利得とを有する比例積分レギュレータを使用して行われる。

【0026】

したがって、本発明によって、モータ電流ベクトルの高周波誘導成分が、機械を流れる測定された電流ベクトルに対して一定の角度を有することを保証する角度を得ることが可能になる。

【0027】

特定の特徴によれば、第２の角度を求めることは、ｋ_１の積分利得とヌル値の比例利得とを有する比例積分レギュレータを使用して行われる。

【0028】

【0029】

本発明の特徴は、例示の実施形態の以下の説明を読むことによってより明らかになる。この説明は、添付図面に関して作成されたものである。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明が実施される最大トルク／電流を使用するモータの直接磁束ベクトル制御の一例を表す図である。

【図2】直接磁束ベクトル制御モジュールのブロック図の一例を表す図である。

【図3】磁束推定モジュールのブロック図の一例を表す図である。

【図4】最大トルク／電流モジュールのブロック図の一例を表す図である。

【図5a】本発明による注入モジュールのブロック図の第１の例を表す図である。

【図5b】本発明による注入モジュールのブロック図の第２の例を表す図である。

【図6】本発明による注入モジュールのブロック図の第３の例を表す図である。

【図7】本発明によって使用されるモータフレームワークを表す図である。

【図8a】本発明による、モータを駆動する信号に加えられる注入電圧ベクトルを求めるアルゴリズムの第１の例を表す図である。

【図8b】本発明による、モータを駆動する信号に加えられる注入電圧ベクトルを求めるアルゴリズムの第２の例を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

図１は、本発明が実施される最大トルク／電流を使用するモータの直接磁束ベクトル制御の第１の例を表している。

【0032】

ここでは、本発明は、ＭＴＰＡモジュールが使用される一例において開示されることに留意しなければならない。本発明は、例えば、機械の位置を求めること又は制御下にある機械のパラメータを推定することにも適用可能である。

【0033】

図１に示すシステムでは、基準トルクＴ^＊が、ＭＴＰＡ追跡モジュール１５５によって提供される基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡ及びモータ１３５の極対数を３／２倍したものとともに除算器１００に供給され、ＤＦＶＣモジュール１１０に提供されるτ軸における基準電流ｉ^＊ _τを得る。

【数3】

【0034】

ＤＦＶＣモジュール１１０は、τ軸における基準電流ｉ^＊ _τと、推定された磁束

【数4】

ノルムと、ｆτフレームワークにおける測定された電流ｉ_ｆτと、ＭＴＰＡ追跡モジュール１５５からの基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡとから、ｆτフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊ _ｆτを求める。

【0035】

ｆτフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊ _ｆτは、フレームワーク変換モジュール１１５に提供される。フレームワーク変換モジュール１１５は、推定された負荷角

【数5】

を使用して、ｆτフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊ _ｆτをαβフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊ _αβに変換する。

【0036】

αβフレームワークにおける基準電圧ｖ^＊ _αβは、加算モジュール１２０に提供される。加算モジュール１２０は、基準電圧ｖ^＊ _αβをαβフレームワークにおける高周波注入電圧

【数6】

と加算し、αβフレームワークにおける変更された基準電圧ｖ^＊＊ _αβを得る。

【0037】

αβフレームワークにおける変更された基準電圧ｖ^＊＊ _αβは、モータ１３５に接続された電圧源インバータＶＳＩ１３０に提供される。三相ａｂｃにおいて測定されたモータ電流ベクトルｉ_ａｂｃは、フレームワーク変換モジュール１４０に提供される。

【0038】

フレームワーク変換モジュール１４０は、三相ａｂｃにおいて測定されたモータ電流ｉ_ａｂｃをαβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβに変換する。

【0039】

αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβは、磁束推定モジュール１５０、ｊ軸注入モジュール１２５及びフレームワーク変換モジュール１４５に提供される。

【0040】

フレームワーク変換モジュール１４５は、推定された負荷角

【数7】

を使用して、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβをｆτフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_ｆτに変換する。

【0041】

ｆτフレームワークにおける測定された電流ベクトルｉ_ｆτは、ＤＦＶＣモジュール１１０に提供される。

【0042】

注入モジュール１２５は、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβ及び高周波信号ｓｉｎ（ω_ｈｔ）及びｃｏｓ（ω_ｈｔ）からαβフレームワークにおける注入電圧ベクトル

【数8】

を求める。

【0043】

高周波注入電圧

【数9】

は、測定されたモータ電流ベクトルに対して垂直である、注入された電圧に対するモータの高周波電流応答を提供するために求められる。

【0044】

高周波注入電圧

【数10】

は、１００Ｈｚと電圧源インバータＶＳＩ１３０のスイッチング周波数との間の周波数レンジにある。

【0045】

磁束推定モジュール１５０は、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβ及び基準電圧ｖ^＊ _αβから、αβフレームワークにおける推定された磁束

【数11】

及び推定された負荷角

【数12】

を求める。

【0046】

速度推定モジュール１５２は、推定された負荷角からモータ１３５の速度を求める。

【0047】

例えば、速度

【数13】

は、位相ロックループと、この位相ロックループの出力のローパスフィルタリングとを使用して推定される。

【0048】

αβフレームワークにおける推定された磁束

【数14】

は、ＭＴＰＡ追跡モジュール１５５及びＤＦＶＣモジュール１１０に提供される。

【0049】

ＭＴＰＡ追跡モジュール１５５は、αβフレームワークにおける推定された磁束

【数15】

及び高周波正弦波信号ｓｉｎ（ω_ｈｔ）から基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡを求める。

【0050】

図２は、直接磁束ベクトル制御モジュールのブロック図の一例を表している。

【0051】

直接磁束ベクトル制御モジュール１１０は、τ軸における基準電流ｉ^＊ _τからτ軸における測定された電流ｉ_τを減算する減算モジュール２２０を備えている。

【0052】

減算モジュール２２０の出力は、ＰＩレギュレータ２２５に提供される。ＰＩレギュレータ２２５の出力は、乗算モジュール２３０に提供される。乗算モジュール２３０は、ＰＩレギュレータ２２５の出力にデカップリング定数値１／ｂを乗算する。

【0053】

直接磁束ベクトル制御モジュール１１０は、推定された磁束ノルム

【数16】

を基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡから減算する減算モジュール２００を備えている。減算モジュール２００の出力は、ＰＩレギュレータ２０５に提供される。ＰＩレギュレータ２０５の出力は、乗算モジュール２１０に提供される。乗算モジュール２１０は、ＰＩレギュレータ２０５の出力に、モータに依存するデカップリング定数値－ａ／ｂを乗算する。例として、ａ及びｂの値はａ＝４及びｂ＝１３である。

【0054】

乗算モジュール２３０及び２１０の出力は、加算モジュール２３５によって加算される。

【0055】

加算モジュール２３５の出力は、加算モジュール２４０に提供される。加算モジュール２４０は、加算モジュール２３５によって行われた加算の結果を

【数17】

に加算し、τ軸における基準電圧ｖ^＊ _τを提供する。ここで、Ｒ_ｓは固定子抵抗であり、

【数18】

は推定されたモータ速度である。

【0056】

固定子抵抗Ｒ_ｓは、例えば自己コミッショニング手順から得られる。モータ速度は、推定された磁束ベクトルの角度

【数19】

の変動から推定される。

【0057】

ＰＩレギュレータ２０５の出力は、加算モジュール２１５に提供される。加算モジュール２１５は、ＰＩレギュレータ２０５の出力の結果をＲ_ｓｉ_ｆに加算し、ｆ軸における基準電圧ｖ^＊ _ｆを提供する。

【0058】

図３は、磁束推定モジュールのブロック図の一例を表している。

【0059】

磁束推定モジュール１５０は、α軸における電流ｉ_αに抵抗Ｒ_ｓを乗算したものをα軸における基準電圧ｖ^＊ _αから減算する減算モジュール３００を備えている。

【0060】

減算モジュール３００の結果は、減算モジュール３０５に提供される。

【0061】

減算モジュール３０５は、乗算モジュール３１５によって提供される結果を減算モジュール３００の結果から減算する。

【0062】

減算モジュール３０５の出力は、積分器３１０に提供され、α軸における推定された磁束

【数20】

を提供する。

【0063】

α軸における推定された磁束

【数21】

は、除算器３２０及び乗算モジュール３１５に提供される。乗算モジュール３１５は、α軸における推定された磁束

【数22】

に、観測利得である係数ｋ_ｏｂｓを乗算する。

【0064】

磁束推定モジュール１５０は、β軸における電流ｉ_βにモータ１３５の抵抗Ｒ_ｓを乗算したものを、β軸における基準電圧ｖ^＊ _βから減算する減算モジュール３３０を備えている。

【0065】

減算モジュール３３０の結果は、減算モジュール３３５に提供される。

【0066】

減算モジュール３３５は、乗算モジュール３４５によって提供される結果を減算モジュール３３０の結果から減算する。

【0067】

減算モジュール３３５の出力は、積分器３４０に提供され、β軸における推定された磁束

【数23】

を提供する。

【0068】

β軸における推定された磁束

【数24】

は、除算器３２０及び乗算モジュール３４５に提供される。乗算モジュール３４５は、β軸における推定された磁束

【数25】

に係数ｋ_ｏｂｓを乗算する。

【0069】

除算モジュール３２０は、β軸における推定された磁束

【数26】

をα軸における推定された磁束

【数27】

によって除算する。

【0070】

除算モジュール３２０の結果は、モジュール３５０によるアークタンジェントによって変換され、推定された負荷角

【数28】

が提供される。

【0071】

図４は、最大トルク／電流モジュールのブロック図の一例を表している。

【0072】

最大トルク／電流モジュール１５５は、測定された電流とαβフレームワークのα軸との間の測定された角度γ_ｓを使用して、αβフレームワークにおける推定された磁束

【数29】

をｉｊフレームワークにおける推定された磁束

【数30】

に変換するフレームワーク変換モジュール４００を備えている。

【0073】

ｊ軸における推定された磁束

【数31】

は、乗算器４１５に提供される。乗算器４１５は、ｊ軸における推定された磁束

【数32】

に高周波正弦波信号ｓｉｎ（ω_ｈｔ）を乗算する。

【0074】

乗算モジュール４１５の出力は、ローパスフィルタ４２０によって処理される。

【0075】

モジュール４１５及び４２０は、ヘテロダイン復調４１０を形成する。

【0076】

ヘテロダイン変調４１０の出力は、ｋ_λの積分利得及び比例利得０を有するＰＩレギュレータ４２５に提供され、基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡが提供される。

【0077】

基準磁束λ^＊ _ＭＴＰＡは、したがって、高周波注入電圧に対する磁束応答がｊ軸上でヌルであり、したがって、ｉ軸上にのみあることを確保するように制御される。注入された電圧に対する高周波磁束応答は、測定された電流ベクトルと整列される。

【0078】

図５ａは、本発明による注入モジュールのブロック図の第１の例を表している。

【0079】

注入モジュール１２５は、αβフレームワークにおける測定された電流ベクトルの間の測定された角度γ_ｓを使用して、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβをｘｙフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_ｘｙに変換するフレームワーク変換モジュール５００を備えている。ここで、γ_ｓ＝ａｒｃｔａｎ（ｉ_β／ｉ_α）である。ｘｙフレームワークは、測定された角度と一定の角度Δとの和からπ／２を引いた角度だけαβフレームワークから回転されている。Δは、０とπ／２との間に含まれる。ｘ軸における測定された電流のみが乗算器５０５に提供される。換言すれば、測定されたモータ電流ベクトルは、ｘ軸に投影される。ｘ軸における測定された電流は、一定の角度Δに直交する方向における測定された電流ベクトルの投影に対応する。乗算器５０５は、測定されたモータ電流ベクトルのノルムの高周波変動を復調するために、高周波正弦波ｓｉｎ（ω_ｈｔ）をｘ軸における測定された電流に乗算する。

【0080】

乗算器５０５の出力は、ローパスフィルタ５１０に提供される。

【0081】

ローパスフィルタ５１０の出力は、ｋ_１の積分利得と、ヌル値の比例利得とを有する比例積分レギュレータ５１５に提供される。ｋ_１の値は、機械定格と、注入周波数及び注入規模と、サンプリング周波数とに応じて０．０１と０．５との間にある。比例積分レギュレータ５１５の出力は、変換モジュール５２０に提供される角度Ψである。

【0082】

変換モジュール５２０は

【数33】

の変換を行う。ここで、Ｊは行列

【数34】

である。

【0083】

変換モジュール５２０の出力は、乗算器５２５に提供される。乗算器５２５は、変換モジュール５２０の出力に高周波信号ｖ_ｈｃｏｓ（ω_ｈｔ）を乗算して、αβフレームワークにおける電圧注入信号

【数35】

を得る。ここで、ｖ_ｈは電圧注入振幅である。

【0084】

図５ｂは、本発明による注入モジュールのブロック図の第２の例を表している。

【0085】

注入モジュール１２５は、αβフレームワークにおける測定された電流ベクトルとαβフレームワークのα軸との間の測定された角度γ_ｓを使用して、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβをｘｙフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_ｘｙに変換するフレームワーク変換モジュール５５０を備えている。ここで、γ_ｓ＝ａｒｃｔａｎ（ｉ_β／ｉ_α）である。ｘｙフレームワークは、測定された角度と一定の角度Δとの和からπ／２を引いた角度だけαβフレームワークから回転されている。Δは、０とπ／２との間に含まれる。

【0086】

ｘ軸における測定された電流は、乗算器５５２に提供される。ｘ軸における測定された電流は、一定の角度Δに直交する方向における測定された電流ベクトルの投影に対応する。乗算器５５２は、ｘ軸における測定された電流の高周波変動を復調するために、直交高周波正弦波形ｓｉｎ（ω_ｈｔ）をｘ軸における測定された電流に乗算する。乗算器５５２の出力は、ローパスフィルタ５５４に提供される。

【0087】

ローパスフィルタ５５４は、注入される信号の周波数ω_ｈよりも低いカット周波数を有する。

【0088】

ローパスフィルタ５５４の出力は、ｋ_１の積分利得と、ヌル値の比例利得とを有する比例積分レギュレータ５５６に提供される。ｋ_１の値は、機械定格と、注入周波数及び注入規模と、サンプリング周波数とに応じて０．０１と０．５との間にある。比例積分レギュレータ５５６の出力は、乗算器５５８に提供される第１の角度である。

【0089】

ｘ軸における測定された電流、すなわち、ｘ軸に投影された電流は、乗算器５６２に提供される。乗算器５６２は、ｘ軸における測定された電流の高周波変動を復調するために、同相の高周波余弦波形ｃｏｓ（ω_ｈｔ）をｘ軸における測定された電流に乗算する。乗算器５６２の出力は、ローパスフィルタ５６４に提供される。

【0090】

ローパスフィルタ５６４は、注入される信号の周波数ω_ｈよりも低いカット周波数を有する。

【0091】

ローパスフィルタ５６４の出力は、ｋ_１の積分利得と、ヌル値の比例利得とを有する比例積分レギュレータ５６８に提供される。ｋ_１の値は、０．０１と０．５との間にある。比例積分レギュレータ５６８の出力は、乗算器５７０に提供され、第２の角度である。

【0092】

復調及びフィルタリングされたｘ軸における測定された電流β_Ｑ及びβ_Ｉは、重み計算モジュール５６０に提供される。重み計算モジュール５６０は、乗算器５５８に提供する重みα_Ｑと、乗算器５７０に提供する重みα_Iとを求める。

【数36】

【0093】

重み計算モジュール５６０の出力α_Ｑは、乗算器５５８によって、比例積分レギュレータ５５６によって提供された第１の角度に乗算される。

【0094】

重み計算モジュール５６０の出力α_Ｉは、乗算器５７０によって、比例積分レギュレータ５６８によって提供された第２の角度に乗算される。

【0095】

乗算器５５８及び乗算器５７０の出力は、加算モジュール５７２によって加算される。

【0096】

加算モジュール５７２の出力は、変換モジュール５７６に提供される角度Ψである。変換モジュール５７６は

【数37】

の変換を行う。ここで、Ｊは行列

【数38】

である。

【0097】

変換モジュール５７６の出力は、乗算器５７８に提供される。乗算器５７８は、変換モジュール５７６の出力に高周波信号ｖ_ｈｃｏｓ（ω_ｈｔ）を乗算して、αβフレームワークにおける注入信号電圧

【数39】

を得る。ここで、ｖ_ｈは電圧注入振幅である。

【0098】

図６は、本発明による注入モジュールのブロック図の第３の例を表している。

【0099】

注入モジュール１２５は、例えば、バス６０１によって接続された構成要素と、図８ａ又は図８ｂに開示されているようなプログラムによって制御されるプロセッサ６００とに基づくアーキテクチャを有する。

【0100】

バス６０１は、プロセッサ６００を、リードオンリーメモリＲＯＭ６０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ６０３、及び入出力インターフェースＩ／ＯＩＦ６０５にリンクさせる。

【0101】

入出力インターフェースＩ／ＯＩＦ６０５は、注入モジュール１２５が、モータ１３５を通って流れる電流を表す信号と、所定の信号とを検知することを可能にする。

【0102】

メモリＲＡＭ６０３は、図８ａ又は図８ｂに開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムの変数及び命令を受信するように意図されたレジスタを含む。

【0103】

リードオンリーメモリＲＯＭ６０２、又は場合によってフラッシュメモリは、図８ａ又は図８ｂに開示されているようなアルゴリズムに関係したプログラムの命令を含む。このプログラムは、注入モジュール１２５に電源が投入されると、ランダムアクセスメモリＲＡＭ６０３にロードされる。或いは、このプログラムは、ＲＯＭ６０２から直接実行することもできる。

【0104】

注入モジュール１２５によって行われる計算は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）又はマイクロコントローラ等のプログラマブルコンピューティングマシンによる命令又はプログラムのセットの実行によってソフトウェアにおいて実現することもできるし、マシン、又は、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）若しくはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）等の専用構成要素によってハードウェアにおいて実現することもできる。

【0105】

換言すれば、注入モジュール１２５は、注入モジュール１２５に、図８ａ又は図８ｂに開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムを実行させる回路部、又は回路部を有する装置を備える。

【0106】

図７は、本発明によって使用されるモータフレームワークを表している。

【0107】

図７には、αβ二相固定子フレームワークが表されている。αβフレームワークは、モータの固定子に対して静的である。

【0108】

図７には、ｄｑ二相回転子フレームワークが表されている。ｄｑフレームワークは動的であり、回転子位置θに追従する。

【0109】

図７には、ｉｊ二相電流フレームワークが表されている。ｉ軸は電流ベクトルに追従し、α軸と角度γ_ｓを形成する一方、ｊ軸は電流ベクトルに対して垂直である。

【0110】

図７には、ｆτ二相磁束フレームワークが表されている。ｆ軸は、推定された磁束ベクトルに追従し、α軸と角度δ_ｓを形成する一方、τ軸は推定された磁束ベクトルに対して垂直である。

【0111】

図７には、ｘｙフレームワークが表されている。ｙ軸は、ｘ軸におけるベクトル電流とともに一定の角度Δに追従する。

【0112】

図７には、高周波電圧注入に対する高周波電流応答ｉ_ＨＦが表されている。高周波電流応答ｉ_ＨＦは、ｘ軸に対して垂直であり、したがって、機械を流れる測定された電流ベクトルに対して一定の角度Δを形成する。

【0113】

高周波注入電圧に対する推定された磁束の高周波応答λ_ＨＦが存在する。高周波応答λ_ＨＦは、ｉ軸と整列され、したがって、測定された電流ベクトルと整列されている。

【0114】

図８ａは、本発明による、モータを駆動する信号に加えられる注入電圧ベクトルを求めるアルゴリズムの第１の例を表している。

【0115】

本アルゴリズムは、注入モジュール１２５のプロセッサ６００によって実行される一例において開示される。

【0116】

ステップＳ８００において、プロセッサ６００は、モータ電流ベクトルの測定値を取得する。

【0117】

ステップＳ８０１において、プロセッサ６００は、例えば、αβフレームワークにおける測定された電流の間の測定された角度γ_ｓを使用して、αβフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_αβをｘｙフレームワークにおける測定されたモータ電流ベクトルｉ_ｘｙに変換することと、ｘ軸における測定された電流のみを維持することとによって、一定の角度Δに直交する方向におけるモータ電流ベクトルの投影を求める。ここで、γ_ｓ＝ａｒｃｔａｎ（ｉ_β／ｉ_α）であり、ｘｙフレームワークは、測定された角度と一定の角度Δとの和からπ／２を引いた角度だけαβフレームワークから回転されている。

【0118】

ステップＳ８０２において、プロセッサ６００は、第１の高周波復調信号ｓｉｎ（ω_ｈｔ）を使用して、ｘ軸における測定された電流の高周波変動を復調する。

【0119】

ステップＳ８０３において、プロセッサ６００は、第１の高周波信号を使用して、ｘ軸における測定された電流の復調された高周波変動の第１のローパスフィルタリングを実行する。

【0120】

ステップＳ８０４において、プロセッサ６００は、例えばｋ_１の積分利得とヌル値の比例利得とを有する比例積分レギュレータを使用して、ｘ軸における測定された電流を復調及び第１の高周波信号によって第１のローパスフィルタリングしたものから少なくとも第１の角度Ψを求める。

【0121】

ステップＳ８０５において、プロセッサ６００は、少なくとも第１の角度と、所定の電圧と、第１の高周波変調信号とから注入電圧ベクトルを求める。第１の高周波変調信号は、第１の高周波復調信号と同じ周波数および第１の高周波復調信号とπ／２の位相差を有する。

【0122】

例えば、プロセッサ６００は、

【数40】

の変換を実行し、これに高周波信号ｖ_ｈｃｏｓ（ω_ｈｔ）を乗算することによって注入電圧ベクトルを求める。ここで、Ｊは、行列

【数41】

であり、ｖ_ｈは、αβフレームワークにおける注入電圧ベクトル

【数42】

を得るための注入電圧の振幅である。

【0123】

図８ｂは、本発明による、モータを駆動する信号に加えられる注入電圧ベクトルを求めるアルゴリズムの第２の例を表している。

【0124】

本アルゴリズムは、注入モジュール１２５のプロセッサ６００によって実行される一例において開示される。

【0125】

ステップＳ８５０において、プロセッサ６００は、モータ電流ベクトルの測定値を取得する。

【0126】

ステップＳ８５１において、プロセッサ６００は、例えば、αβフレームワークにおける測定された電流の間の測定された角度γ_ｓを使用して、αβフレームワークにおける測定された電流モータベクトルｉ_αβをｘｙフレームワークにおける測定された電流モータベクトルｉ_ｘｙに変換することと、ｘ軸における測定された電流のみを維持することとによって、一定の角度Δに直交する方向におけるモータ電流ベクトルの投影を求める。ここで、γ_ｓ＝ａｒｃｔａｎ（ｉ_β／ｉ_α）であり、ｘｙフレームワークは、測定された角度に対して一定の角度Δとの和からからπ／２を引いた角度だけαβフレームワークから回転されている。

【0127】

ステップＳ８５２において、プロセッサ６００は、第１の高周波復調信号ｓｉｎ（ω_ｈｔ）を使用して、ｘ軸における測定された電流の高周波変動を復調する。

【0128】

ステップＳ８５３において、プロセッサ６００は、第１の高周波復調信号を使用して復調された、ｘ軸における測定された電流の高周波変動の第１のローパスフィルタリングを実行する。

【0129】

ステップＳ８５４において、プロセッサ６００は、例えばｋ_１の積分利得とヌル値の比例利得とを有する比例積分レギュレータを使用して、ｘ軸における測定された電流の高周波変動を第１の高周波復調信号によって復調され及び第１のローパスフィルタリングされたものから、第１の角度を求める。

【0130】

ステップＳ８５５において、プロセッサ６００は、第２の高周波復調信号ｃｏｓ（ω_ｈｔ）を使用して、ｘ軸における測定された電流の高周波変動を復調する。

【0131】

ステップＳ８５６において、プロセッサ６００は、第２の高周波復調信号を使用して復調された、ｘ軸における測定された電流の高周波変動の第２のローパスフィルタリングを実行する。

【0132】

ステップＳ８５７において、プロセッサ６００は、例えばｋ_１の積分利得とヌル値の比例利得とを有する比例積分レギュレータを使用して、ｘ軸における測定された電流の高周波変動を第２の高周波復調信号によって復調され及び第２のローパスフィルタリングされたものから、第２の角度を求める。