永久磁石機械におけるセンサレス制御のためのシステム
永久磁石モータの改善したセンサレス制御を提供する装置および方法が記載されている。少なくとも１つの巻線セットから誘導された電気は、ロータ位置を決定するために利用され、かつ第１の巻線セットから絶縁された少なくとも別の巻線セットを駆動する整流回路に帰還を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
永久磁石同期モータ（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ）（ＰＭＳＭ）を効率的に駆動するために、モータ制御システムは、ロータ位置に関する正確な情報を必要とする。ホールセンサのようなセンサは、ロータ位置を検出するために利用することができるが、このことは、コストおよび重量を増加させ、信頼性を低下させ、かつセンサの動作制限によって加えられる温度の制限をモータに受けさせる。
【背景技術】
【０００２】
センサレス制御は周知であり、典型的には、付勢されない主または補助ステータ巻線内に生じる誘導されるＥＭＦまたは逆ＥＭＦに基づくロータの速度および／または位置の推定を含んでいる。１つの周知の技術は、付勢されないモータ巻線の逆ＥＭＦにおけるゼロ電圧交差をモニタすることを含んでおり、これは、ロータの位置を確立するために利用することができ、それからステータ巻線に適当な整流順序を提供するために整流回路に逆に供給される。しかしながら駆動される巻線によって引き起こされる巻線内におけるＥＭＦ干渉のために困難に出合い、かつ干渉それ自体を減少させるために付け加えられたフィルタは、遅延とコストをもたらす。それ故にセンサレス制御における改善が望まれており、本発明の目的は、このような改善を提供することにある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
１つの態様において、本発明はモータシステムを提供し、システムは、少なくとも第１および第２の多相巻線を有するステータであって、第１および第２の巻線が互いに電気的に絶縁されておりかつ互いに交錯していないステータと、ステータに対して相対的に動くように取り付けられたロータであって、ロータ上に取り付けられた少なくとも１つの永久磁石を有するロータと、電源および整流回路を含む駆動回路であって、使用中に第１の巻線に電気を提供して軸線の回りにおいてロータを回転駆動するように少なくとも第１の巻線に電気的に接続された駆動回路と、第２の巻線に接続されたロータ位置認識回路であり、使用中にロータが第２の巻線を通過したときに、第２の巻線内に誘導される電気に基づいてロータの位置を決定するようになっているロータ位置認識回路であって、前記の決定されたロータ位置に関して駆動回路に帰還情報を提供するために駆動回路に接続されているロータ位置認識回路と、を備える。
【０００４】
別の態様において、本発明は、電気モータシステムを提供し、システムは、軸線の回りにおいて回転するように取り付けられたロータであって、ロータ上に取り付けられた少なくとも１つの永久磁石を有するロータと、略円筒形のステータであり、ロータ回転軸線に対して相対的な少なくとも第１および第２のセクタを有し、第１および第２のセクタが互いに異なっているステータであって、少なくとも２つの多相巻線セットを有し、その際、この少なくとも２つの巻線セットが前記セクタのうち異なった１つに限定されているステータと、電源および一方の巻線セットに接続され、それによってこの巻線セットを選択的に付勢してロータの回転を電気的に駆動するモータドライブと、他方の巻線セットに接続され、それによってモータドライブにロータ位置情報を提供するためにこの他方の巻線から信号を取得するロータ位置デコーダと、を備える。
【０００５】
別の態様において、本発明はモータシステムを提供し、システムは、永久磁石ロータと、少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有するステータであって、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されており、第１のセットがステータ内に配置されて、使用中に第１のセットを通って流れる電気によって誘導される磁気がロータの回転を引き起こすようになっており、第２のセットがステータ内に配置されて、使用中に回転するロータが第２のセットを通って流れる電気を誘導するようになっているステータと、ロータの回転を連続的に駆動するように第１の巻線セットに電気を提供するようになっている第１の制御システムと、第２の巻線内に誘導される電気を受け取りかつ第１の制御システムにロータ位置情報を提供するようになっている第２の制御システムと、を備える。
【０００６】
別の態様において、本発明はモータシステムを提供し、システムは、永久磁石ロータと、少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有するステータであって、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されているステータと、電源および第１の巻線セットに接続され、それによって第１の巻線セットを選択的に付勢してロータの回転を電気的に駆動するモータドライブと、第２の巻線セットとモータドライブとの間に接続され、それによってモータドライブにロータ位置情報を提供するために第２の巻線から信号を取得するロータ位置デコーダと、を備える。
【０００７】
別の態様において、本発明はブラシレスモータシステムを提供し、システムは、軸上に回転するように取り付けられた少なくとも第１の永久磁石ロータ、第１のロータに隣接する第１のステータおよび第１のステータに関連する少なくとも１つの多相巻線セットを含む少なくとも第１の磁気回路と、軸上に回転するように取り付けられた少なくとも第２の永久磁石ロータ、第２のロータに隣接する第２のステータおよび第２のステータに関連する少なくとも１つの多相巻線セットを含む少なくとも第２の磁気回路であり、第２のステータ巻線セットが第１のステータ巻線セットから電気的に絶縁されている第２の磁気回路であって、第１の磁気回路から絶縁されている第２の磁気回路と、第１の巻線セットに第１のロータの回転を駆動させるように使用中に第１の巻線に整流信号を提供するようになっている整流装置と、使用中に第２の巻線セットから入力を受け取りかつ整流装置に出力ロータ位置情報を提供するようになっているロータ位置検出装置と、を備える。
【０００８】
別の態様において、本発明は、少なくともモータ、整流装置、ロータ位置検出装置および電源を有するモータシステムであって、モータが少なくともロータおよびステータを有するモータシステムの動作方法を提供し、方法は、ステータ内に少なくとも２つの多相巻線セットを設け、少なくとも２つの多相巻線セットを互いに電気的に絶縁し、整流装置から前記の少なくとも２つの巻線セットのうちの少なくとも第１の巻線セットに電気を提供しそれによって前記の少なくとも第１の巻線セットによってロータの回転を連続的に駆動し、前記の少なくとも２つの巻線セットのうちの少なくとも第２の巻線セットを連続的に付勢しないままにして前記のロータの回転が第２の巻線セット内に電気を誘導するようにし、ロータ位置情報を発生するためにロータ位置検出装置に前記の誘導された電気を提供し、整流装置によって行われる整流プロセスの確認および調節の少なくとも一方のために整流装置に前記ロータ位置情報を提供する、各ステップを含む。
【０００９】
別の態様において、本発明はモータの制御方法を提供し、方法は、永久磁石ロータを回転させるためにステータ内の少なくとも第１の多相巻線セットに整流信号を提供し、第１のセットから磁気的に絶縁された少なくとも第２の多相巻線セット内にロータによって誘導された電気を受け取り、ロータの位置に関する情報を決定するために前記の受け取られた電気を利用し、前記の位置情報をモータの制御における入力として利用する、各ステップを含む。
【００１０】
別の態様において、本発明は、永久磁石ロータおよびステータを有するモータであって、ステータが少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有し、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されているモータの動作方法を提供し、方法は、永久磁石ロータを回転させるために第１の巻線セットに整流信号を提供し、第２の巻線セットに入力電気を提供せず、第２の多相巻線セットからロータによって誘導された電気を受け取り、ロータによって誘導された電気からロータ位置情報を決定し、整流信号を調節するために前記の情報を利用する、各ステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明をいっそう良好に理解するため、およびどのように実施するかをさらに明確に示すために、本発明の好適な実施例にしたがって製造された物品を示す添付の図面を例として参照する。
【００１２】
本発明は、本出願人の同時係属中の出願である２００３年５月２７日に出願された出願番号第１０／４４４，９５２号、および２００３年６月３日に出願された第１０／４５２，１３５号に記載された機械構成とともに利用するために適しており、これらの出願両方の内容は、引用によってこの明細書内に組み込まれる。
【００１３】
図１を参照すると、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）システム１０は、ブラシレス永久磁石機械１２を含み、この機械は、それぞれ関連するステータ部分１６ａおよび１６ｂ内に磁気的および電気的に絶縁されたステータ巻線セット１４ａおよび１４ｂを含むという点で「スプリット」構造を有する。巻線セット１４ａおよび１４ｂは、独立に制御可能であり、機械１２は、望ましくは１つのケーシング（図示せず）内にありかつ共通の部品として１つだけの回転可能な磁気ロータ１８を有する基本的に２つの異なった機械１２であるようになっている。ロータ１８は、独立に励磁され、望ましくは当該の技術分野においてよく理解されるように、ロータ１８に取り付けられた永久磁石（図示せず）を有する。巻線セット１４ａおよび１４ｂは、望ましくはそれぞれ３相巻線セットであり、かつステータの回りに周方向に順に分配されているので、セット１４ａおよび１４ｂは、交錯しておらず、かつ重畳しておらず、したがって互いに空間的に離れて異なった位置に配置されている。機械１２は、負荷２０（図２参照）、電源２２、モータドライブ整流回路２４およびロータ位置認識回路２６に接続されている。
【００１４】
図２ａを参照すると、３相巻線セット１４ａは、整流回路２４を介して電源２２に電気的に接続されており、かつ３相巻線セット１４ｂも、望ましくは整流回路２４を介して電源２２に選択的に接続されている（選択的な接続は、点線によって示されている）。巻線セット１４ｂは、ロータ位置認識回路２６にも電気的に接続されており、他方においてこのロータ位置認識回路は、整流回路２４との帰還通信のために接続されている。
【００１５】
利用中に、モータは、後にさらに詳細に説明するようにスタートする。モータが一度動き出した場合、電源２２によって提供される電力は、整流回路２４によって整流され、かつ巻線の１つのセット、たとえば巻線セット１４ａに供給され、それによってロータ１８を駆動し、かつ機械１２をモータとして動作させる。ロータ１８が駆動されていない巻線のセット、この例において１４ｂを通過したとき、巻線１４ｂに対して相対的なロータ１８における磁石の運動は、巻線１４ｂ内にＥＭＦを誘導し（巻線１４ｂは駆動されておらず、それ故に一種の発電機として作用する）、誘導されたＥＭＦは、本発明によれば、さらに後に説明するように、ロータの位置を決定するためにロータ位置認識回路２６によって利用される。それからロータ位置が決定され、かつそれからこの帰還は、整流回路２４に提供され、巻線セット１４ａに提供される励磁電流は、必要な場合および必要なときに、機械１２から所望の出力トルク等を発生するように巻線１４ａを駆動するために、適当にタイミングを合わされかつ調節されることができる。
【００１６】
巻線１４ｂ内に誘導されたＥＭＦ信号は、誘導されたＥＭＦ信号に基づいてロータ位置を決定するための適当な回路２６に供給される。誘導された信号からロータ位置を決定するあらゆる適当な方法を利用することができる。アナログの実施例において、正弦波誘導電圧における０°および１８０°の各位置を示すそれぞれのゼロ交差を決定するように０Ｖの基準入力に対して信号を比較するために、電圧比較器（図示せず）が利用される。デジタルの実施例（図示せず）において、誘導されたアナログ電圧は、デジタル信号に変換され、かつ適当な値を検出するために適当な回路に供給される。いずれの場合においても、３つのホールセンサから受け取られた信号に基づいてロータの位置を決定する際に利用するために適した回路は、一度ロータの回転がスタートした場合、ロータの位置を決定するために利用することができ、かつ巻線１４ｂから望ましい条件にされた信号（以下参照）を適当に供給することができる。好ましい実施例において、モータドライブおよび整流回路２４およびロータ位置検出回路２６の機能動作は、図２ｂに示すモトローラ社のＭＣ３３０３５ブラシレスモータ制御装置のような市販で入手可能なブラシレスモータ制御装置の利用を介して達成される。専門家の読者は、ここにおけるこの開示に照らして、このような制御装置のための入力信号に対して何らかの信号条件付け（図示せず）が望ましくまたは必要であることを認識しているであろう（たとえば可変の電圧の正弦波をホールセンサによって典型的に発生されるタイプの固定の振幅の方形波に変換する）。
【００１７】
ＥＭＦを巻線１４内に誘導するように、かつロータ１８の位置を決定することができるように、初めにステータ１６に対して相対的にロータ１８を動かすために、モータ１２をスタートさせなければならない。初めにロータ１８の位置は未知である。それ故にモータ１２をスタートさせるために、システムは、スタートまたは「ジョギング」モードにおいて動作し、このモードは、開ループ（すなわち位置の帰還を含まない）において行われ、かつロータ１８の回転をスタートさせるためにモータのトルク電流定数に関連した極性慣性モーメントに依拠する。本質的にロータの動きを開始するために十分なトルクを提供するために、ロータの位置は仮定され、かつ整流信号は、望ましくは両方の巻線１４ａおよび１４ｂに適当なように提供される。したがって一度ロータ１８が、「ジョギング」する（すなわち動く）と、この運動の結果、巻線１４ａおよび１４ｂ内に信号が誘導され、この信号は、それから前記のように位置信号として検出することができ（とくに付勢されない巻線において）、したがって整流回路２４の動作は、モータの速度を上昇するように調節することができる。アプローチは、反復するものであり（すなわちロータは、第１の「ジョギング」において所望のように回転をスタートさせないことがあり）、したがってロータ１８の所望の回転をスタートさせるために複数回の連続する試みを行なうことが必要なことがある。１つの巻線セット１４またはすべての巻線セット１４を、初めに前記のように駆動することができる。さらにいずれかのセット１４における付勢されない巻線は、スタートモードにおいて「センサ」として利用することができる。しかしながら望ましくは１つだけのセット（たとえば１４ａ）が所定のスタートの際に駆動され、かつそれから他方のセット（たとえば１４ｂ）が次のスタートの際に駆動され、かつ以下同様に行なわれる。巻線セットのモータまたは検出機能のいずれかにおいて誤動作が存在した場合、このことは検出することができ、かつ対処することができる。図７に示しかつ後に説明するガスタービンの場合、望ましくはこの故障の検出は、エンジンのスタートが果たされる前に達成することができる。
【００１８】
両方の巻線セット１４ａおよび１４ｂがモータのスタートのために利用される場合、望ましくは巻線セット１４ｂ（この例において）の１つの相が付勢されないときに、一度回転が起こり始めると、誘導されるＥＭＦは、ロータ１８の位置を決定することを可能にするために、ロータ位置認識回路２６に供給される。最後に巻線セット１４ａ（この例において）によってもっぱら十分なトルクを提供することができる条件に一度モータ１２が近付いた場合、巻線セット１４ｂは、完全に付勢解除され、かつその後駆動されず、それから初めに前に述べたように、３相ロータ位置認識機能を提供する。
【００１９】
それ故に本発明は、１つの態様において少なくとも１つの巻線および望ましくは３相巻線セットを設けかつ利用することを教示しており、この巻線セットは、ＰＭＳＭモータにおけるロータ位置をデコードしかつ認識する際に利用するためにモータにおける能動巻線から電気的および磁気的に絶縁されている。したがって本発明は、解析のために提供される信号がフィルタに依拠することなく雑音を減少しているので、いっそう正確かつ簡単なロータ位置認識を可能にし、したがってゼロをさらに正確に計数することを可能にし、モータ制御の改善に通じる。
【００２０】
追加的な実施例が可能である。この明細書を通して種々の実施例を説明する場合、それぞれの実施例は、連続する「１００」のシリーズ（たとえば１００、２００、３００等）における参照符号を備えている。前の実施例におけるものと同様の後者の実施例における特徴は、初めのシリーズにおけるものと同じ基本参照符号を連続シリーズにおいて与えられている（たとえばロータ１８およびロータ１１８、２１８、３１８等）。このような実施例の特徴の構造および／または動作がそれ以上後に説明されていない場合、読者は、構造および動作が前記のように当該技術分野の専門家にとって明らかなこれらの変形に関連を有するものと仮定することができる。参照を容易にするためにも、それぞれの巻線セットおよびその関連する電磁システムは、ときには「チャネル」と称し、機械１２は、２つの電磁的に絶縁された「チャネル」または巻線セットを有する「２重チャネル」モータと称されるかもしれない。
【００２１】
図３ａおよび図３ｂを参照すると、ＰＭＳＭ機械１１２が示されており、独立の３相巻線セット１１４ａ及び１１４ｂ、円筒形のステータ１１６およびステータに対して相対的に回転運動するように取り付けられた円筒形のロータ１１８を有する。巻線セット１１４ａおよび１１４ｂは、これらの対応するステータ部分とともに、巻線相互の電気的な絶縁のために、２つの分離した電磁システム１３０ａおよび１３０ｂを提供する。ロータ１１８は、回転可能な軸１４４に保持リング１４２によって取り付けられた永久磁石１４０を有する。ステータ１１６は、隣接する巻線を分離する複数の歯１４６を有する。（図示を容易にするために、図３ｂにおける巻線１１４ａおよび１１４ｂの隣接する要素は、接続せずに示されている。）図３ｃに示すように、前記のものと同様に、巻線セット１１４ａは、整流回路１２４を介して電源１２２に電気的に接続されており、かつ巻線セット１１４ｂも、望ましくは整流回路１２４を介して電源１２２に選択的に接続されている。図３ｃを参照すると、望ましくはモータドライブおよび整流回路２４およびロータ位置検出回路２６は、それぞれの巻線セットごとに設けられており、回路２４ａおよび２４ｂおよび２６ａおよび２６ｂが設けられるようになっている。ロータ位置回路２６は、交差接続されており（たとえば２６ｂは２４ａにかつ２６ａは２４ｂに）、したがっていずれか（または両方）のセットの巻線は駆動することができ、かつ非能動のセットから検出された信号は、被駆動セットを適切に整流するために供給される。ＰＭＳＭ１１２は、その他の点においては所望のようにその構造において通常のものである。ＰＭＳＭは、本出願人の米国特許第６，３１３，５６０号の教示にしたがって製造することもでき、これも、引用によってこの明細書内に組み込まれる。
【００２２】
図４を参照すると、別の実施例においてモータ２１２は、「外側ロータ」２重チャネル構成にして示されており、ここにおいてロータ２１８は、ステータ２１６を囲んでいる。ステータ２１６は、巻線セット２１４ａおよび２１４ｂを有する。ステータ２１６は、ロータに面する表面２１６’を有する。図４には示されていないが、巻線セット２１４ａは、整流回路２２４（図示せず）を介して電源３１４（図示せず）に電気的に接続されており、かつ巻線セット２１４ｂも、望ましくは整流回路２２４を介して電源２２２に選択的に接続されている。巻線セット２１４ｂは、同様にロータ位置認識回路２２６（図示せず）にも電気的に接続されており、他方においてこのロータ位置認識回路は、整流回路２２４に帰還通信のために接続されている。
【００２３】
図５ａ〜図５ｃを参照すると、外側ロータ３相２重チャネルＰＭＳＭモータは、引用によってここに組み込まれる本出願人の同時係属中の出願である出願番号第１０／４４４，９５２号に詳細に記載されたような「一次」および「二次」巻線構成および機械構成を備えている。この実施例の構成および動作の詳細は、組み込まれた引用文献に完全に記載されており、したがってここでは要約して説明するだけでよい。明確にするために、図５ａ〜図５ｃは、装置の構造を容易に示すように一方の巻線セットまたはチャネルを省略していることに注意されたい。
【００２４】
ＰＭＳＭ３１２は、ロータ３１８（５ｃ参照）によって囲まれたステータ３１６内に、一次巻線セット３１４ａおよび３１４ｂを有する（３１４ｂは明確にするために示されていない）。２つの分離したチャネル３３０ａおよび３３０ｂは、巻線セット３１４ａおよび３１４ｂの電気的な絶縁のために設けられている。図からも明らかなように、２つのチャネルは、互いに空間的に離れており、磁気的な絶縁も提供する。
【００２５】
図５ａを参照すると、この実施例において、所望の３相構造を提供するために３つの一次巻線３１４ａ、すなわち一次巻線３１４ａ1，３１４ａ2および３１４ａ3が設けられている。それぞれの一次巻線３１４ａは、電源３２２および整流回路３２４（どちらも図示せず）への接続を容易にするために、それ自体の一次端子３５６ａを備えている。同様に一次巻線３１４ｂ（図示せず）は、前記のものと同様に、整流回路３２４およびロータ位置認識回路３２６（図示せず）に接続するために端子を有する。一次巻線３１４ａおよび３１４ｂは、ステータ歯３６０間においてスロット３６２内に設けられており、また、スロット３６０内に設けられたブリッジ部分３６４の回りに巻き付けられている。望ましくは絶縁のために、紙スペーサ３６６が設けられている。一次巻線セット３１４ａおよび３１４ｂに加えて、ステータ３１６は、二次巻線セット３５０ａ及び３５０ｂも有し、これらは、それぞれリスかごタイプの配置を有する（すなわち脚３５２および端部リング３５４を備えている）。
【００２６】
ブリッジ３６４は、望ましくはステータ３１６と一体に形成されておらず、したがって図５ｃに概略的に示すようにアッセンブリとして挿入されており、このアッセンブリは、有利なように設計者がブリッジ３６４とステータ３１６のために異なった材料を選択することを可能にする。たとえばブリッジ材料は、出願である出願番号第１０／４４４，９５２号において議論されたように、モータ３１２の磁気特性または性能特性を変えるように選択することができる。一体形成でないブリッジ３６４は、後にさらに説明するように、モータアッセンブリを有利に容易にすることもできる。
【００２７】
図６ａおよび図６ｂを参照すると、種々の配置および多数のチャネルを、モータ内に設けることができる。図６ａにおいて、チャネル４３０ａは、機械の構成に支配的であるが、一方チャネル４３０ｂは、ステータの１つのセクタに限定されている。前記のように２つのチャネルは、互いに実質的に磁気的に絶縁されており、かつ空間的に離れている。図６ｂを参照すると、多重チャネル４３０ａ〜４３０ｆが設けられており、それぞれが、異なった数の位相を有する。いずれの場合にも、チャネルは、前記の教示に照らして望ましいように、整流回路および／またはロータ位置認識回路（どちらも図示されていない）に接続することができる。
【００２８】
図７を参照すると、本発明は、図７における統合した実施例に示すように、とくにガスタービンエンジン５００をスタートさせるために軸５０２を駆動するスタータ５１２として作用するためにとくに良好に適している。専門家の読者によって理解されるような非統合スタータ（図示せず）も利用することができる。
【００２９】
前記の説明は、例のための意味しか持たず、当該の技術分野の専門家は、開示された本発明の範囲から外れることなく、記載された実施例に変更を行うことができることを認識するであろう。たとえば望ましいとはいえ、本発明は、３相入力信号を必要とするわけではなく、あらゆる多相巻線に利用することができる。３相巻線セットは、ロータ位置を検出するために３ホールセンサとともに利用するように設計された市販で入手できる集積回路の利用を可能にすることによって、関連する電子装置を簡単化するので、望ましい。
【００３０】
前記の説明において、定常状態のモータ動作において、１つのチャネルはモータを駆動するために利用されるが、他方のチャネルはロータ位置を認識するために利用される。好ましくはロータ位置のために前記のように付勢されない１つ（または複数）の位相がモニタされている限り、たとえば追加的なトルクが必要な場合、両方のチャネルがモータ動作のために利用できることは明らかである。３つ以上のチャネルをモータに設けることができ、チャネルは対称的である必要はなく、または同じ寸法である必要はない。２つ以上のロータ位置認識回路および／またはチャネルを設けることができ、いくつかのチャネルは、ここに説明されていない別の目的のために利用することができる。ステータをスロット付きとする必要はない。交流同期永久磁石モータを参照して説明したとはいえ、本発明は、あらゆるタイプのブラシレス永久磁石モータに適用することができる。共通のロータは、実際には共通の軸上における多重のロータとすることができ、１つのロータの位置検出が、軸上のすべてのロータの位置を決定することを可能にするようになっている。
【００３１】
別の２重チャネル実施例（図８）において、第２のチャネルまたは巻線セットは、第１のチャネルまたは主巻線と同じスロットを共用することができるが、主巻線セットとは電気的に絶縁されている。ロータ磁石によって誘導される駆動されない巻線内における磁束は、典型的には隣接する巻線電流によって誘導される磁束よりも著しく大きく、また電流／電圧変換および信号処理は、入力ロータ位置信号を改善するために利用することができる。
【００３２】
本発明の範囲内に入るさらに別の変形は、この開示内容を観察すれば、当該の技術分野の専門家にとって明らかであり、かつこのような変形は、添付の特許請求の範囲に一致する均等物に入るものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるモータおよび制御システムの概略図。
【図２ａ】図１のモータおよび制御システムの一部の概略図。
【図２ｂ】図１の制御システムの一部の概略図。
【図３ａ】図１のシステムのモータの断面図。
【図３ｂ】図１のシステムのモータの分解斜視図。
【図３ｃ】図３ａ〜図３ｂの実施例の制御システムの概略図。
【図４】図１のモータに対する代替の構成の分解斜視図。
【図５ａ】図１のモータに対するさらなる代替の構成のステータの前側斜視図。
【図５ｂ】図１のモータに対するさらなる代替の構成のステータの後側斜視図。
【図５ｃ】図１のモータに対するさらなる代替の構成の分解斜視図。
【図６ａ】図１のモータに対するさらなる代替の構成の断面図。
【図６ｂ】図１のモータに対するさらなる代替の構成の断面図。
【図７】その横断面を表わすためにエンジンの一部を切り取って示す本発明を組み込んだガスタービンエンジンの側面図。
【図８】本システムのさらなる実施例の概略図。
【図１ａ】
【技術分野】
【０００１】
永久磁石同期モータ（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ）（ＰＭＳＭ）を効率的に駆動するために、モータ制御システムは、ロータ位置に関する正確な情報を必要とする。ホールセンサのようなセンサは、ロータ位置を検出するために利用することができるが、このことは、コストおよび重量を増加させ、信頼性を低下させ、かつセンサの動作制限によって加えられる温度の制限をモータに受けさせる。
【背景技術】
【０００２】
センサレス制御は周知であり、典型的には、付勢されない主または補助ステータ巻線内に生じる誘導されるＥＭＦまたは逆ＥＭＦに基づくロータの速度および／または位置の推定を含んでいる。１つの周知の技術は、付勢されないモータ巻線の逆ＥＭＦにおけるゼロ電圧交差をモニタすることを含んでおり、これは、ロータの位置を確立するために利用することができ、それからステータ巻線に適当な整流順序を提供するために整流回路に逆に供給される。しかしながら駆動される巻線によって引き起こされる巻線内におけるＥＭＦ干渉のために困難に出合い、かつ干渉それ自体を減少させるために付け加えられたフィルタは、遅延とコストをもたらす。それ故にセンサレス制御における改善が望まれており、本発明の目的は、このような改善を提供することにある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
１つの態様において、本発明はモータシステムを提供し、システムは、少なくとも第１および第２の多相巻線を有するステータであって、第１および第２の巻線が互いに電気的に絶縁されておりかつ互いに交錯していないステータと、ステータに対して相対的に動くように取り付けられたロータであって、ロータ上に取り付けられた少なくとも１つの永久磁石を有するロータと、電源および整流回路を含む駆動回路であって、使用中に第１の巻線に電気を提供して軸線の回りにおいてロータを回転駆動するように少なくとも第１の巻線に電気的に接続された駆動回路と、第２の巻線に接続されたロータ位置認識回路であり、使用中にロータが第２の巻線を通過したときに、第２の巻線内に誘導される電気に基づいてロータの位置を決定するようになっているロータ位置認識回路であって、前記の決定されたロータ位置に関して駆動回路に帰還情報を提供するために駆動回路に接続されているロータ位置認識回路と、を備える。
【０００４】
別の態様において、本発明は、電気モータシステムを提供し、システムは、軸線の回りにおいて回転するように取り付けられたロータであって、ロータ上に取り付けられた少なくとも１つの永久磁石を有するロータと、略円筒形のステータであり、ロータ回転軸線に対して相対的な少なくとも第１および第２のセクタを有し、第１および第２のセクタが互いに異なっているステータであって、少なくとも２つの多相巻線セットを有し、その際、この少なくとも２つの巻線セットが前記セクタのうち異なった１つに限定されているステータと、電源および一方の巻線セットに接続され、それによってこの巻線セットを選択的に付勢してロータの回転を電気的に駆動するモータドライブと、他方の巻線セットに接続され、それによってモータドライブにロータ位置情報を提供するためにこの他方の巻線から信号を取得するロータ位置デコーダと、を備える。
【０００５】
別の態様において、本発明はモータシステムを提供し、システムは、永久磁石ロータと、少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有するステータであって、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されており、第１のセットがステータ内に配置されて、使用中に第１のセットを通って流れる電気によって誘導される磁気がロータの回転を引き起こすようになっており、第２のセットがステータ内に配置されて、使用中に回転するロータが第２のセットを通って流れる電気を誘導するようになっているステータと、ロータの回転を連続的に駆動するように第１の巻線セットに電気を提供するようになっている第１の制御システムと、第２の巻線内に誘導される電気を受け取りかつ第１の制御システムにロータ位置情報を提供するようになっている第２の制御システムと、を備える。
【０００６】
別の態様において、本発明はモータシステムを提供し、システムは、永久磁石ロータと、少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有するステータであって、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されているステータと、電源および第１の巻線セットに接続され、それによって第１の巻線セットを選択的に付勢してロータの回転を電気的に駆動するモータドライブと、第２の巻線セットとモータドライブとの間に接続され、それによってモータドライブにロータ位置情報を提供するために第２の巻線から信号を取得するロータ位置デコーダと、を備える。
【０００７】
別の態様において、本発明はブラシレスモータシステムを提供し、システムは、軸上に回転するように取り付けられた少なくとも第１の永久磁石ロータ、第１のロータに隣接する第１のステータおよび第１のステータに関連する少なくとも１つの多相巻線セットを含む少なくとも第１の磁気回路と、軸上に回転するように取り付けられた少なくとも第２の永久磁石ロータ、第２のロータに隣接する第２のステータおよび第２のステータに関連する少なくとも１つの多相巻線セットを含む少なくとも第２の磁気回路であり、第２のステータ巻線セットが第１のステータ巻線セットから電気的に絶縁されている第２の磁気回路であって、第１の磁気回路から絶縁されている第２の磁気回路と、第１の巻線セットに第１のロータの回転を駆動させるように使用中に第１の巻線に整流信号を提供するようになっている整流装置と、使用中に第２の巻線セットから入力を受け取りかつ整流装置に出力ロータ位置情報を提供するようになっているロータ位置検出装置と、を備える。
【０００８】
別の態様において、本発明は、少なくともモータ、整流装置、ロータ位置検出装置および電源を有するモータシステムであって、モータが少なくともロータおよびステータを有するモータシステムの動作方法を提供し、方法は、ステータ内に少なくとも２つの多相巻線セットを設け、少なくとも２つの多相巻線セットを互いに電気的に絶縁し、整流装置から前記の少なくとも２つの巻線セットのうちの少なくとも第１の巻線セットに電気を提供しそれによって前記の少なくとも第１の巻線セットによってロータの回転を連続的に駆動し、前記の少なくとも２つの巻線セットのうちの少なくとも第２の巻線セットを連続的に付勢しないままにして前記のロータの回転が第２の巻線セット内に電気を誘導するようにし、ロータ位置情報を発生するためにロータ位置検出装置に前記の誘導された電気を提供し、整流装置によって行われる整流プロセスの確認および調節の少なくとも一方のために整流装置に前記ロータ位置情報を提供する、各ステップを含む。
【０００９】
別の態様において、本発明はモータの制御方法を提供し、方法は、永久磁石ロータを回転させるためにステータ内の少なくとも第１の多相巻線セットに整流信号を提供し、第１のセットから磁気的に絶縁された少なくとも第２の多相巻線セット内にロータによって誘導された電気を受け取り、ロータの位置に関する情報を決定するために前記の受け取られた電気を利用し、前記の位置情報をモータの制御における入力として利用する、各ステップを含む。
【００１０】
別の態様において、本発明は、永久磁石ロータおよびステータを有するモータであって、ステータが少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有し、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されているモータの動作方法を提供し、方法は、永久磁石ロータを回転させるために第１の巻線セットに整流信号を提供し、第２の巻線セットに入力電気を提供せず、第２の多相巻線セットからロータによって誘導された電気を受け取り、ロータによって誘導された電気からロータ位置情報を決定し、整流信号を調節するために前記の情報を利用する、各ステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明をいっそう良好に理解するため、およびどのように実施するかをさらに明確に示すために、本発明の好適な実施例にしたがって製造された物品を示す添付の図面を例として参照する。
【００１２】
本発明は、本出願人の同時係属中の出願である２００３年５月２７日に出願された出願番号第１０／４４４，９５２号、および２００３年６月３日に出願された第１０／４５２，１３５号に記載された機械構成とともに利用するために適しており、これらの出願両方の内容は、引用によってこの明細書内に組み込まれる。
【００１３】
図１を参照すると、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）システム１０は、ブラシレス永久磁石機械１２を含み、この機械は、それぞれ関連するステータ部分１６ａおよび１６ｂ内に磁気的および電気的に絶縁されたステータ巻線セット１４ａおよび１４ｂを含むという点で「スプリット」構造を有する。巻線セット１４ａおよび１４ｂは、独立に制御可能であり、機械１２は、望ましくは１つのケーシング（図示せず）内にありかつ共通の部品として１つだけの回転可能な磁気ロータ１８を有する基本的に２つの異なった機械１２であるようになっている。ロータ１８は、独立に励磁され、望ましくは当該の技術分野においてよく理解されるように、ロータ１８に取り付けられた永久磁石（図示せず）を有する。巻線セット１４ａおよび１４ｂは、望ましくはそれぞれ３相巻線セットであり、かつステータの回りに周方向に順に分配されているので、セット１４ａおよび１４ｂは、交錯しておらず、かつ重畳しておらず、したがって互いに空間的に離れて異なった位置に配置されている。機械１２は、負荷２０（図２参照）、電源２２、モータドライブ整流回路２４およびロータ位置認識回路２６に接続されている。
【００１４】
図２ａを参照すると、３相巻線セット１４ａは、整流回路２４を介して電源２２に電気的に接続されており、かつ３相巻線セット１４ｂも、望ましくは整流回路２４を介して電源２２に選択的に接続されている（選択的な接続は、点線によって示されている）。巻線セット１４ｂは、ロータ位置認識回路２６にも電気的に接続されており、他方においてこのロータ位置認識回路は、整流回路２４との帰還通信のために接続されている。
【００１５】
利用中に、モータは、後にさらに詳細に説明するようにスタートする。モータが一度動き出した場合、電源２２によって提供される電力は、整流回路２４によって整流され、かつ巻線の１つのセット、たとえば巻線セット１４ａに供給され、それによってロータ１８を駆動し、かつ機械１２をモータとして動作させる。ロータ１８が駆動されていない巻線のセット、この例において１４ｂを通過したとき、巻線１４ｂに対して相対的なロータ１８における磁石の運動は、巻線１４ｂ内にＥＭＦを誘導し（巻線１４ｂは駆動されておらず、それ故に一種の発電機として作用する）、誘導されたＥＭＦは、本発明によれば、さらに後に説明するように、ロータの位置を決定するためにロータ位置認識回路２６によって利用される。それからロータ位置が決定され、かつそれからこの帰還は、整流回路２４に提供され、巻線セット１４ａに提供される励磁電流は、必要な場合および必要なときに、機械１２から所望の出力トルク等を発生するように巻線１４ａを駆動するために、適当にタイミングを合わされかつ調節されることができる。
【００１６】
巻線１４ｂ内に誘導されたＥＭＦ信号は、誘導されたＥＭＦ信号に基づいてロータ位置を決定するための適当な回路２６に供給される。誘導された信号からロータ位置を決定するあらゆる適当な方法を利用することができる。アナログの実施例において、正弦波誘導電圧における０°および１８０°の各位置を示すそれぞれのゼロ交差を決定するように０Ｖの基準入力に対して信号を比較するために、電圧比較器（図示せず）が利用される。デジタルの実施例（図示せず）において、誘導されたアナログ電圧は、デジタル信号に変換され、かつ適当な値を検出するために適当な回路に供給される。いずれの場合においても、３つのホールセンサから受け取られた信号に基づいてロータの位置を決定する際に利用するために適した回路は、一度ロータの回転がスタートした場合、ロータの位置を決定するために利用することができ、かつ巻線１４ｂから望ましい条件にされた信号（以下参照）を適当に供給することができる。好ましい実施例において、モータドライブおよび整流回路２４およびロータ位置検出回路２６の機能動作は、図２ｂに示すモトローラ社のＭＣ３３０３５ブラシレスモータ制御装置のような市販で入手可能なブラシレスモータ制御装置の利用を介して達成される。専門家の読者は、ここにおけるこの開示に照らして、このような制御装置のための入力信号に対して何らかの信号条件付け（図示せず）が望ましくまたは必要であることを認識しているであろう（たとえば可変の電圧の正弦波をホールセンサによって典型的に発生されるタイプの固定の振幅の方形波に変換する）。
【００１７】
ＥＭＦを巻線１４内に誘導するように、かつロータ１８の位置を決定することができるように、初めにステータ１６に対して相対的にロータ１８を動かすために、モータ１２をスタートさせなければならない。初めにロータ１８の位置は未知である。それ故にモータ１２をスタートさせるために、システムは、スタートまたは「ジョギング」モードにおいて動作し、このモードは、開ループ（すなわち位置の帰還を含まない）において行われ、かつロータ１８の回転をスタートさせるためにモータのトルク電流定数に関連した極性慣性モーメントに依拠する。本質的にロータの動きを開始するために十分なトルクを提供するために、ロータの位置は仮定され、かつ整流信号は、望ましくは両方の巻線１４ａおよび１４ｂに適当なように提供される。したがって一度ロータ１８が、「ジョギング」する（すなわち動く）と、この運動の結果、巻線１４ａおよび１４ｂ内に信号が誘導され、この信号は、それから前記のように位置信号として検出することができ（とくに付勢されない巻線において）、したがって整流回路２４の動作は、モータの速度を上昇するように調節することができる。アプローチは、反復するものであり（すなわちロータは、第１の「ジョギング」において所望のように回転をスタートさせないことがあり）、したがってロータ１８の所望の回転をスタートさせるために複数回の連続する試みを行なうことが必要なことがある。１つの巻線セット１４またはすべての巻線セット１４を、初めに前記のように駆動することができる。さらにいずれかのセット１４における付勢されない巻線は、スタートモードにおいて「センサ」として利用することができる。しかしながら望ましくは１つだけのセット（たとえば１４ａ）が所定のスタートの際に駆動され、かつそれから他方のセット（たとえば１４ｂ）が次のスタートの際に駆動され、かつ以下同様に行なわれる。巻線セットのモータまたは検出機能のいずれかにおいて誤動作が存在した場合、このことは検出することができ、かつ対処することができる。図７に示しかつ後に説明するガスタービンの場合、望ましくはこの故障の検出は、エンジンのスタートが果たされる前に達成することができる。
【００１８】
両方の巻線セット１４ａおよび１４ｂがモータのスタートのために利用される場合、望ましくは巻線セット１４ｂ（この例において）の１つの相が付勢されないときに、一度回転が起こり始めると、誘導されるＥＭＦは、ロータ１８の位置を決定することを可能にするために、ロータ位置認識回路２６に供給される。最後に巻線セット１４ａ（この例において）によってもっぱら十分なトルクを提供することができる条件に一度モータ１２が近付いた場合、巻線セット１４ｂは、完全に付勢解除され、かつその後駆動されず、それから初めに前に述べたように、３相ロータ位置認識機能を提供する。
【００１９】
それ故に本発明は、１つの態様において少なくとも１つの巻線および望ましくは３相巻線セットを設けかつ利用することを教示しており、この巻線セットは、ＰＭＳＭモータにおけるロータ位置をデコードしかつ認識する際に利用するためにモータにおける能動巻線から電気的および磁気的に絶縁されている。したがって本発明は、解析のために提供される信号がフィルタに依拠することなく雑音を減少しているので、いっそう正確かつ簡単なロータ位置認識を可能にし、したがってゼロをさらに正確に計数することを可能にし、モータ制御の改善に通じる。
【００２０】
追加的な実施例が可能である。この明細書を通して種々の実施例を説明する場合、それぞれの実施例は、連続する「１００」のシリーズ（たとえば１００、２００、３００等）における参照符号を備えている。前の実施例におけるものと同様の後者の実施例における特徴は、初めのシリーズにおけるものと同じ基本参照符号を連続シリーズにおいて与えられている（たとえばロータ１８およびロータ１１８、２１８、３１８等）。このような実施例の特徴の構造および／または動作がそれ以上後に説明されていない場合、読者は、構造および動作が前記のように当該技術分野の専門家にとって明らかなこれらの変形に関連を有するものと仮定することができる。参照を容易にするためにも、それぞれの巻線セットおよびその関連する電磁システムは、ときには「チャネル」と称し、機械１２は、２つの電磁的に絶縁された「チャネル」または巻線セットを有する「２重チャネル」モータと称されるかもしれない。
【００２１】
図３ａおよび図３ｂを参照すると、ＰＭＳＭ機械１１２が示されており、独立の３相巻線セット１１４ａ及び１１４ｂ、円筒形のステータ１１６およびステータに対して相対的に回転運動するように取り付けられた円筒形のロータ１１８を有する。巻線セット１１４ａおよび１１４ｂは、これらの対応するステータ部分とともに、巻線相互の電気的な絶縁のために、２つの分離した電磁システム１３０ａおよび１３０ｂを提供する。ロータ１１８は、回転可能な軸１４４に保持リング１４２によって取り付けられた永久磁石１４０を有する。ステータ１１６は、隣接する巻線を分離する複数の歯１４６を有する。（図示を容易にするために、図３ｂにおける巻線１１４ａおよび１１４ｂの隣接する要素は、接続せずに示されている。）図３ｃに示すように、前記のものと同様に、巻線セット１１４ａは、整流回路１２４を介して電源１２２に電気的に接続されており、かつ巻線セット１１４ｂも、望ましくは整流回路１２４を介して電源１２２に選択的に接続されている。図３ｃを参照すると、望ましくはモータドライブおよび整流回路２４およびロータ位置検出回路２６は、それぞれの巻線セットごとに設けられており、回路２４ａおよび２４ｂおよび２６ａおよび２６ｂが設けられるようになっている。ロータ位置回路２６は、交差接続されており（たとえば２６ｂは２４ａにかつ２６ａは２４ｂに）、したがっていずれか（または両方）のセットの巻線は駆動することができ、かつ非能動のセットから検出された信号は、被駆動セットを適切に整流するために供給される。ＰＭＳＭ１１２は、その他の点においては所望のようにその構造において通常のものである。ＰＭＳＭは、本出願人の米国特許第６，３１３，５６０号の教示にしたがって製造することもでき、これも、引用によってこの明細書内に組み込まれる。
【００２２】
図４を参照すると、別の実施例においてモータ２１２は、「外側ロータ」２重チャネル構成にして示されており、ここにおいてロータ２１８は、ステータ２１６を囲んでいる。ステータ２１６は、巻線セット２１４ａおよび２１４ｂを有する。ステータ２１６は、ロータに面する表面２１６’を有する。図４には示されていないが、巻線セット２１４ａは、整流回路２２４（図示せず）を介して電源３１４（図示せず）に電気的に接続されており、かつ巻線セット２１４ｂも、望ましくは整流回路２２４を介して電源２２２に選択的に接続されている。巻線セット２１４ｂは、同様にロータ位置認識回路２２６（図示せず）にも電気的に接続されており、他方においてこのロータ位置認識回路は、整流回路２２４に帰還通信のために接続されている。
【００２３】
図５ａ〜図５ｃを参照すると、外側ロータ３相２重チャネルＰＭＳＭモータは、引用によってここに組み込まれる本出願人の同時係属中の出願である出願番号第１０／４４４，９５２号に詳細に記載されたような「一次」および「二次」巻線構成および機械構成を備えている。この実施例の構成および動作の詳細は、組み込まれた引用文献に完全に記載されており、したがってここでは要約して説明するだけでよい。明確にするために、図５ａ〜図５ｃは、装置の構造を容易に示すように一方の巻線セットまたはチャネルを省略していることに注意されたい。
【００２４】
ＰＭＳＭ３１２は、ロータ３１８（５ｃ参照）によって囲まれたステータ３１６内に、一次巻線セット３１４ａおよび３１４ｂを有する（３１４ｂは明確にするために示されていない）。２つの分離したチャネル３３０ａおよび３３０ｂは、巻線セット３１４ａおよび３１４ｂの電気的な絶縁のために設けられている。図からも明らかなように、２つのチャネルは、互いに空間的に離れており、磁気的な絶縁も提供する。
【００２５】
図５ａを参照すると、この実施例において、所望の３相構造を提供するために３つの一次巻線３１４ａ、すなわち一次巻線３１４ａ1，３１４ａ2および３１４ａ3が設けられている。それぞれの一次巻線３１４ａは、電源３２２および整流回路３２４（どちらも図示せず）への接続を容易にするために、それ自体の一次端子３５６ａを備えている。同様に一次巻線３１４ｂ（図示せず）は、前記のものと同様に、整流回路３２４およびロータ位置認識回路３２６（図示せず）に接続するために端子を有する。一次巻線３１４ａおよび３１４ｂは、ステータ歯３６０間においてスロット３６２内に設けられており、また、スロット３６０内に設けられたブリッジ部分３６４の回りに巻き付けられている。望ましくは絶縁のために、紙スペーサ３６６が設けられている。一次巻線セット３１４ａおよび３１４ｂに加えて、ステータ３１６は、二次巻線セット３５０ａ及び３５０ｂも有し、これらは、それぞれリスかごタイプの配置を有する（すなわち脚３５２および端部リング３５４を備えている）。
【００２６】
ブリッジ３６４は、望ましくはステータ３１６と一体に形成されておらず、したがって図５ｃに概略的に示すようにアッセンブリとして挿入されており、このアッセンブリは、有利なように設計者がブリッジ３６４とステータ３１６のために異なった材料を選択することを可能にする。たとえばブリッジ材料は、出願である出願番号第１０／４４４，９５２号において議論されたように、モータ３１２の磁気特性または性能特性を変えるように選択することができる。一体形成でないブリッジ３６４は、後にさらに説明するように、モータアッセンブリを有利に容易にすることもできる。
【００２７】
図６ａおよび図６ｂを参照すると、種々の配置および多数のチャネルを、モータ内に設けることができる。図６ａにおいて、チャネル４３０ａは、機械の構成に支配的であるが、一方チャネル４３０ｂは、ステータの１つのセクタに限定されている。前記のように２つのチャネルは、互いに実質的に磁気的に絶縁されており、かつ空間的に離れている。図６ｂを参照すると、多重チャネル４３０ａ〜４３０ｆが設けられており、それぞれが、異なった数の位相を有する。いずれの場合にも、チャネルは、前記の教示に照らして望ましいように、整流回路および／またはロータ位置認識回路（どちらも図示されていない）に接続することができる。
【００２８】
図７を参照すると、本発明は、図７における統合した実施例に示すように、とくにガスタービンエンジン５００をスタートさせるために軸５０２を駆動するスタータ５１２として作用するためにとくに良好に適している。専門家の読者によって理解されるような非統合スタータ（図示せず）も利用することができる。
【００２９】
前記の説明は、例のための意味しか持たず、当該の技術分野の専門家は、開示された本発明の範囲から外れることなく、記載された実施例に変更を行うことができることを認識するであろう。たとえば望ましいとはいえ、本発明は、３相入力信号を必要とするわけではなく、あらゆる多相巻線に利用することができる。３相巻線セットは、ロータ位置を検出するために３ホールセンサとともに利用するように設計された市販で入手できる集積回路の利用を可能にすることによって、関連する電子装置を簡単化するので、望ましい。
【００３０】
前記の説明において、定常状態のモータ動作において、１つのチャネルはモータを駆動するために利用されるが、他方のチャネルはロータ位置を認識するために利用される。好ましくはロータ位置のために前記のように付勢されない１つ（または複数）の位相がモニタされている限り、たとえば追加的なトルクが必要な場合、両方のチャネルがモータ動作のために利用できることは明らかである。３つ以上のチャネルをモータに設けることができ、チャネルは対称的である必要はなく、または同じ寸法である必要はない。２つ以上のロータ位置認識回路および／またはチャネルを設けることができ、いくつかのチャネルは、ここに説明されていない別の目的のために利用することができる。ステータをスロット付きとする必要はない。交流同期永久磁石モータを参照して説明したとはいえ、本発明は、あらゆるタイプのブラシレス永久磁石モータに適用することができる。共通のロータは、実際には共通の軸上における多重のロータとすることができ、１つのロータの位置検出が、軸上のすべてのロータの位置を決定することを可能にするようになっている。
【００３１】
別の２重チャネル実施例（図８）において、第２のチャネルまたは巻線セットは、第１のチャネルまたは主巻線と同じスロットを共用することができるが、主巻線セットとは電気的に絶縁されている。ロータ磁石によって誘導される駆動されない巻線内における磁束は、典型的には隣接する巻線電流によって誘導される磁束よりも著しく大きく、また電流／電圧変換および信号処理は、入力ロータ位置信号を改善するために利用することができる。
【００３２】
本発明の範囲内に入るさらに別の変形は、この開示内容を観察すれば、当該の技術分野の専門家にとって明らかであり、かつこのような変形は、添付の特許請求の範囲に一致する均等物に入るものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるモータおよび制御システムの概略図。
【図２ａ】図１のモータおよび制御システムの一部の概略図。
【図２ｂ】図１の制御システムの一部の概略図。
【図３ａ】図１のシステムのモータの断面図。
【図３ｂ】図１のシステムのモータの分解斜視図。
【図３ｃ】図３ａ〜図３ｂの実施例の制御システムの概略図。
【図４】図１のモータに対する代替の構成の分解斜視図。
【図５ａ】図１のモータに対するさらなる代替の構成のステータの前側斜視図。
【図５ｂ】図１のモータに対するさらなる代替の構成のステータの後側斜視図。
【図５ｃ】図１のモータに対するさらなる代替の構成の分解斜視図。
【図６ａ】図１のモータに対するさらなる代替の構成の断面図。
【図６ｂ】図１のモータに対するさらなる代替の構成の断面図。
【図７】その横断面を表わすためにエンジンの一部を切り取って示す本発明を組み込んだガスタービンエンジンの側面図。
【図８】本システムのさらなる実施例の概略図。
【図１ａ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１および第２の多相巻線を有するステータであって、第１および第２の巻線が互いに電気的に絶縁されておりかつ互いに交錯していないステータと、
ステータに対して相対的に動くように取り付けられたロータであって、ロータ上に取り付けられた少なくとも１つの永久磁石を有するロータと、
電源および整流回路を含む駆動回路であって、使用中に第１の巻線に電気を提供して軸線の回りにおいてロータを回転駆動するように少なくとも第１の巻線に電気的に接続された駆動回路と、
第２の巻線に接続されたロータ位置認識回路であり、使用中にロータが第２の巻線を通過したときに、第２の巻線内に誘導される電気に基づいてロータの位置を決定するようになっているロータ位置認識回路であって、前記の決定されたロータ位置に関して駆動回路に帰還情報を提供するために駆動回路に接続されているロータ位置認識回路と、
を備えることを特徴とするモータシステム。
【請求項２】
前記第１および第２の巻線が、少なくとも３つの相を有することを特徴とする請求項１記載のモータシステム。
【請求項３】
前記第１および第２の巻線が、互いに間隔を置いていることを特徴とする請求項１記載のモータシステム。
【請求項４】
前記第１および第２の巻線が、ステータの重ならないセクタセグメントを占めることを特徴とする請求項１記載のモータシステム。
【請求項５】
軸線の回りにおいて回転するように取り付けられたロータであって、ロータ上に取り付けられた少なくとも１つの永久磁石を有するロータと、
略円筒形のステータであり、ロータ回転軸線に対して相対的な少なくとも第１および第２のセクタを有し、第１および第２のセクタが互いに異なっているステータであって、少なくとも２つの多相巻線セットを有し、その際、この少なくとも２つの巻線セットが前記セクタのうち異なった１つに限定されているステータと、
電源および一方の巻線セットに接続され、それによってこの巻線セットを選択的に付勢してロータの回転を電気的に駆動するモータドライブと、
他方の巻線セットに接続され、それによってモータドライブにロータ位置情報を提供するためにこの他方の巻線セットから信号を取得するロータ位置デコーダと、
を備えることを特徴とする電気モータシステム。
【請求項６】
前記の他方の巻線セットが、モータドライブに接続されていないことを特徴とする請求項５記載のモータシステム。
【請求項７】
永久磁石ロータと、
少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有するステータであって、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されており、第１のセットがステータ内に配置されて、使用中に第１のセットを通って流れる電気によって誘導される磁気がロータの回転を引き起こすようになっており、第２のセットがステータ内に配置されて、使用中に回転するロータが第２のセットを通って流れる電気を誘導するようになっているステータと、
ロータの回転を連続的に駆動するように第１の巻線セットに電気を提供するようになっている第１の制御システムと、
第２の巻線内に誘導される電気を受け取りかつ第１の制御システムにロータ位置情報を提供するようになっている第２の制御システムと、
を備えることを特徴とするモータシステム。
【請求項８】
ロータの回転を連続的に駆動するために第２の巻線セットに電気を提供するようになっている第３の制御システムと、
第１の巻線内に誘導される電気を受け取りかつ第３の制御システムにロータ位置情報を提供するようになっている第４の制御システムと、
をさらに備えることを特徴とする請求項７記載のモータシステム。
【請求項９】
永久磁石ロータと、
少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有するステータであって、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されているステータと、
電源および第１の巻線セットに接続され、それによって第１の巻線セットを選択的に付勢してロータの回転を電気的に駆動するモータドライブと、
第２の巻線セットとモータドライブとの間に接続され、それによってモータドライブにロータ位置情報を提供するために第２の巻線セットから信号を取得するロータ位置デコーダと、
を備えることを特徴とするモータシステム。
【請求項１０】
前記第１および第２の巻線が、ステータの異なったセクタ内に配置されていることを特徴とする請求項９記載のモータシステム。
【請求項１１】
前記第１および第２の巻線の少なくとも一部が、ステータ内において互いに重ならないことを特徴とする請求項９記載のモータシステム。
【請求項１２】
前記第１および第２の巻線セットが、ロータの永久磁石の回転経路に対して互いに直列に配置されていることを特徴とする請求項９記載のモータシステム。
【請求項１３】
それぞれの巻線セットが、３相巻線セットであることを特徴とする請求項９記載のモータシステム。
【請求項１４】
前記モータシステムは、第１の巻線セットに接続された整流装置と、第２の巻線セットに接続されたロータ位置検出装置とをさらに備えており、ロータ位置検出装置が、整流装置にロータ位置帰還情報を提供するために整流装置に接続されていることを特徴とする請求項９記載のモータシステム。
【請求項１５】
軸上に回転するように取り付けられた少なくとも第１の永久磁石ロータ、第１のロータに隣接する第１のステータおよび第１のステータに関連する少なくとも１つの多相巻線セットを含む少なくとも第１の磁気回路と、
軸上に回転するように取り付けられた少なくとも第２の永久磁石ロータ、第２のロータに隣接する第２のステータおよび第２のステータに関連する少なくとも１つの多相巻線セットを含む少なくとも第２の磁気回路であり、第２のステータ巻線セットが第１のステータ巻線セットから電気的に絶縁されている第２の磁気回路であって、第１の磁気回路から絶縁されている第２の磁気回路と、
第１のステータ巻線セットに第１のロータの回転を駆動させるように使用中に第１のステータ巻線セットに整流信号を提供するようになっている整流装置と、
使用中に第２のステータ巻線セットから入力を受け取りかつ整流装置に出力ロータ位置情報を提供するようになっているロータ位置検出装置と、
を備えることを特徴とするブラシレスモータシステム。
【請求項１６】
前記第１および第２のロータが、同じロータであることを特徴とする請求項１５記載のモータシステム。
【請求項１７】
前記第１および第２のステータが、同じステータ本体の一部であることを特徴とする請求項１６記載のモータシステム。
【請求項１８】
第１および第２のステータが、同じステータ本体の異なったセクタであることを特徴とする請求項１６記載のモータシステム。
【請求項１９】
前記の２つの磁気回路および前記の２つの多相巻線セットだけが設けられており、かつその際、第１および第２のステータのそれぞれが、ステータ部材の異なった半分を占有することを特徴とする請求項１８記載のモータシステム。
【請求項２０】
少なくともモータ、整流装置、ロータ位置検出装置および電源を有するモータシステムであって、モータが少なくともロータおよびステータを有するモータシステムの動作方法において、方法は、
ステータ内に少なくとも２つの多相巻線セットを設け、
少なくとも２つの多相巻線セットを互いに電気的に絶縁し、
整流装置から前記の少なくとも２つの巻線セットのうちの少なくとも第１の巻線セットに電気を提供しそれによって前記の少なくとも第１の巻線セットによってロータの回転を連続的に駆動し、
前記の少なくとも２つの巻線セットのうちの少なくとも第２の巻線セットを連続的に付勢しないままにして前記のロータの回転が第２の巻線セット内に電気を誘導するようにし、
ロータ位置情報を発生するためにロータ位置検出装置に前記の誘導された電気を提供し、
整流装置によって行われる整流プロセスの確認および調節の少なくとも一方のために整流装置に前記ロータ位置情報を提供する、
各ステップを含むことを特徴とするモータシステムの動作方法。
【請求項２１】
前記の少なくとも２つの多相巻線セットを互いに磁気的に絶縁するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
永久磁石ロータを回転させるためにステータ内の少なくとも第１の多相巻線セットに整流信号を提供し、
第１のセットから磁気的に絶縁された少なくとも第２の多相巻線セット内にロータによって誘導された電気を受け取り、
ロータの位置に関する情報を決定するために前記の受け取られた電気を利用し、
前記の位置情報をモータの制御における入力として利用する、
各ステップを含むことを特徴とするモータの制御方法。
【請求項２３】
永久磁石ロータおよびステータを有するモータであって、ステータが少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有し、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されているモータの動作方法において、方法は、
永久磁石ロータを回転させるために第１の巻線セットに整流信号を提供し、
第２の巻線セットに入力電気を提供せず、
第２の多相巻線セットからロータによって誘導された電気を受け取り、
ロータによって誘導された電気からロータ位置情報を決定し、
整流信号を調節するために前記の情報を利用する、
各ステップを含むことを特徴とするモータの動作方法。
【請求項１】
少なくとも第１および第２の多相巻線を有するステータであって、第１および第２の巻線が互いに電気的に絶縁されておりかつ互いに交錯していないステータと、
ステータに対して相対的に動くように取り付けられたロータであって、ロータ上に取り付けられた少なくとも１つの永久磁石を有するロータと、
電源および整流回路を含む駆動回路であって、使用中に第１の巻線に電気を提供して軸線の回りにおいてロータを回転駆動するように少なくとも第１の巻線に電気的に接続された駆動回路と、
第２の巻線に接続されたロータ位置認識回路であり、使用中にロータが第２の巻線を通過したときに、第２の巻線内に誘導される電気に基づいてロータの位置を決定するようになっているロータ位置認識回路であって、前記の決定されたロータ位置に関して駆動回路に帰還情報を提供するために駆動回路に接続されているロータ位置認識回路と、
を備えることを特徴とするモータシステム。
【請求項２】
前記第１および第２の巻線が、少なくとも３つの相を有することを特徴とする請求項１記載のモータシステム。
【請求項３】
前記第１および第２の巻線が、互いに間隔を置いていることを特徴とする請求項１記載のモータシステム。
【請求項４】
前記第１および第２の巻線が、ステータの重ならないセクタセグメントを占めることを特徴とする請求項１記載のモータシステム。
【請求項５】
軸線の回りにおいて回転するように取り付けられたロータであって、ロータ上に取り付けられた少なくとも１つの永久磁石を有するロータと、
略円筒形のステータであり、ロータ回転軸線に対して相対的な少なくとも第１および第２のセクタを有し、第１および第２のセクタが互いに異なっているステータであって、少なくとも２つの多相巻線セットを有し、その際、この少なくとも２つの巻線セットが前記セクタのうち異なった１つに限定されているステータと、
電源および一方の巻線セットに接続され、それによってこの巻線セットを選択的に付勢してロータの回転を電気的に駆動するモータドライブと、
他方の巻線セットに接続され、それによってモータドライブにロータ位置情報を提供するためにこの他方の巻線セットから信号を取得するロータ位置デコーダと、
を備えることを特徴とする電気モータシステム。
【請求項６】
前記の他方の巻線セットが、モータドライブに接続されていないことを特徴とする請求項５記載のモータシステム。
【請求項７】
永久磁石ロータと、
少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有するステータであって、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されており、第１のセットがステータ内に配置されて、使用中に第１のセットを通って流れる電気によって誘導される磁気がロータの回転を引き起こすようになっており、第２のセットがステータ内に配置されて、使用中に回転するロータが第２のセットを通って流れる電気を誘導するようになっているステータと、
ロータの回転を連続的に駆動するように第１の巻線セットに電気を提供するようになっている第１の制御システムと、
第２の巻線内に誘導される電気を受け取りかつ第１の制御システムにロータ位置情報を提供するようになっている第２の制御システムと、
を備えることを特徴とするモータシステム。
【請求項８】
ロータの回転を連続的に駆動するために第２の巻線セットに電気を提供するようになっている第３の制御システムと、
第１の巻線内に誘導される電気を受け取りかつ第３の制御システムにロータ位置情報を提供するようになっている第４の制御システムと、
をさらに備えることを特徴とする請求項７記載のモータシステム。
【請求項９】
永久磁石ロータと、
少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有するステータであって、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されているステータと、
電源および第１の巻線セットに接続され、それによって第１の巻線セットを選択的に付勢してロータの回転を電気的に駆動するモータドライブと、
第２の巻線セットとモータドライブとの間に接続され、それによってモータドライブにロータ位置情報を提供するために第２の巻線セットから信号を取得するロータ位置デコーダと、
を備えることを特徴とするモータシステム。
【請求項１０】
前記第１および第２の巻線が、ステータの異なったセクタ内に配置されていることを特徴とする請求項９記載のモータシステム。
【請求項１１】
前記第１および第２の巻線の少なくとも一部が、ステータ内において互いに重ならないことを特徴とする請求項９記載のモータシステム。
【請求項１２】
前記第１および第２の巻線セットが、ロータの永久磁石の回転経路に対して互いに直列に配置されていることを特徴とする請求項９記載のモータシステム。
【請求項１３】
それぞれの巻線セットが、３相巻線セットであることを特徴とする請求項９記載のモータシステム。
【請求項１４】
前記モータシステムは、第１の巻線セットに接続された整流装置と、第２の巻線セットに接続されたロータ位置検出装置とをさらに備えており、ロータ位置検出装置が、整流装置にロータ位置帰還情報を提供するために整流装置に接続されていることを特徴とする請求項９記載のモータシステム。
【請求項１５】
軸上に回転するように取り付けられた少なくとも第１の永久磁石ロータ、第１のロータに隣接する第１のステータおよび第１のステータに関連する少なくとも１つの多相巻線セットを含む少なくとも第１の磁気回路と、
軸上に回転するように取り付けられた少なくとも第２の永久磁石ロータ、第２のロータに隣接する第２のステータおよび第２のステータに関連する少なくとも１つの多相巻線セットを含む少なくとも第２の磁気回路であり、第２のステータ巻線セットが第１のステータ巻線セットから電気的に絶縁されている第２の磁気回路であって、第１の磁気回路から絶縁されている第２の磁気回路と、
第１のステータ巻線セットに第１のロータの回転を駆動させるように使用中に第１のステータ巻線セットに整流信号を提供するようになっている整流装置と、
使用中に第２のステータ巻線セットから入力を受け取りかつ整流装置に出力ロータ位置情報を提供するようになっているロータ位置検出装置と、
を備えることを特徴とするブラシレスモータシステム。
【請求項１６】
前記第１および第２のロータが、同じロータであることを特徴とする請求項１５記載のモータシステム。
【請求項１７】
前記第１および第２のステータが、同じステータ本体の一部であることを特徴とする請求項１６記載のモータシステム。
【請求項１８】
第１および第２のステータが、同じステータ本体の異なったセクタであることを特徴とする請求項１６記載のモータシステム。
【請求項１９】
前記の２つの磁気回路および前記の２つの多相巻線セットだけが設けられており、かつその際、第１および第２のステータのそれぞれが、ステータ部材の異なった半分を占有することを特徴とする請求項１８記載のモータシステム。
【請求項２０】
少なくともモータ、整流装置、ロータ位置検出装置および電源を有するモータシステムであって、モータが少なくともロータおよびステータを有するモータシステムの動作方法において、方法は、
ステータ内に少なくとも２つの多相巻線セットを設け、
少なくとも２つの多相巻線セットを互いに電気的に絶縁し、
整流装置から前記の少なくとも２つの巻線セットのうちの少なくとも第１の巻線セットに電気を提供しそれによって前記の少なくとも第１の巻線セットによってロータの回転を連続的に駆動し、
前記の少なくとも２つの巻線セットのうちの少なくとも第２の巻線セットを連続的に付勢しないままにして前記のロータの回転が第２の巻線セット内に電気を誘導するようにし、
ロータ位置情報を発生するためにロータ位置検出装置に前記の誘導された電気を提供し、
整流装置によって行われる整流プロセスの確認および調節の少なくとも一方のために整流装置に前記ロータ位置情報を提供する、
各ステップを含むことを特徴とするモータシステムの動作方法。
【請求項２１】
前記の少なくとも２つの多相巻線セットを互いに磁気的に絶縁するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
永久磁石ロータを回転させるためにステータ内の少なくとも第１の多相巻線セットに整流信号を提供し、
第１のセットから磁気的に絶縁された少なくとも第２の多相巻線セット内にロータによって誘導された電気を受け取り、
ロータの位置に関する情報を決定するために前記の受け取られた電気を利用し、
前記の位置情報をモータの制御における入力として利用する、
各ステップを含むことを特徴とするモータの制御方法。
【請求項２３】
永久磁石ロータおよびステータを有するモータであって、ステータが少なくとも第１の多相巻線セットおよび第２の多相巻線セットを有し、第１および第２の巻線セットが互いに実質的に電気的および磁気的に絶縁されているモータの動作方法において、方法は、
永久磁石ロータを回転させるために第１の巻線セットに整流信号を提供し、
第２の巻線セットに入力電気を提供せず、
第２の多相巻線セットからロータによって誘導された電気を受け取り、
ロータによって誘導された電気からロータ位置情報を決定し、
整流信号を調節するために前記の情報を利用する、
各ステップを含むことを特徴とするモータの動作方法。
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ｃ】
【図４】
【図７】
【図８】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図２ｂ】
【図３ｃ】
【図４】
【図７】
【図８】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【公表番号】特表２００７−５１２８００（Ｐ２００７−５１２８００Ａ）
【公表日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４１７６４（Ｐ２００６−５４１７６４）
【出願日】平成１６年７月１９日（２００４．７．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００４／００１０１９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５５４０１
【国際公開日】平成１７年６月１６日（２００５．６．１６）
【出願人】（５９２２２８５０５）プラット アンド ホイットニー カナダ コーポレイション (99)
【氏名又は名称原語表記】Ｐｒａｔｔ ＆ Ｗｈｉｔｎｅｙ Ｃａｎａｄａ， Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１９日（２００４．７．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００４／００１０１９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５５４０１
【国際公開日】平成１７年６月１６日（２００５．６．１６）
【出願人】（５９２２２８５０５）プラット アンド ホイットニー カナダ コーポレイション (99)
【氏名又は名称原語表記】Ｐｒａｔｔ ＆ Ｗｈｉｔｎｅｙ Ｃａｎａｄａ， Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
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