特許 7281919 回転電気機械によって熱機関の調整を支援するための方法

(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】

(24)【登録日】2023-05-18

(45)【発行日】2023-05-26

(54)【発明の名称】回転電気機械によって熱機関の調整を支援するための方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/30 20060101AFI20230519BHJP

【ＦＩ】

H02P9/30 C

【請求項の数】 9

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019029560

(22)【出願日】2019-02-21

(65)【公開番号】P2019180229

(43)【公開日】2019-10-17

【審査請求日】2021-11-25

(31)【優先権主張番号】1851561

(32)【優先日】2018-02-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】508075579

【氏名又は名称】ヴァレオ エキプマン エレクトリク モトゥール

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(72)【発明者】

【氏名】アーメド、ブシャイエ

(72)【発明者】

【氏名】ウィルフリード、カレーイロ

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンドル、デリアン

【審査官】島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】特許第５９７１６６８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１０－０９３９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５４３２６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ９／３０

Ｈ０２Ｐ １０１／２５

Ｈ０２Ｐ １０１／４５

Ｈ０２Ｐ １０３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電気機械（１０）によって抵抗トルクを生成することによって熱機関（１１）の調整を支援するための方法であって、前記回転電気機械（１０）が、
励磁電流（ｌｅｘｃ＿ｍｅｓ）が流れるように設計された巻線型回転子（１９）と、
複数の相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を含む多相固定子（１８）と、を備え、
前記方法が、
特にエンジンコンピュータ（１５）から得られる抵抗設定トルク（Ｔｃｏｎｓ）を受け取るステップと、
前記回転電気機械（１０）によって前記熱機関（１１）のクランクシャフトに加えられる抵抗トルク（Ｔｅｍ）を測定または推定するステップと、
トルクの差（Ｅ）を決定するために、前記抵抗設定トルク（Ｔｃｏｎｓ）を、加えられた前記抵抗トルク（Ｔｅｍ）と比較するステップと、
設定励磁電流（ｌｅｘｃ＿ｃｏｎｓ）を得るために、前記トルクの差（Ｅ）を補正するステップと、
前記回転電気機械（１０）が前記抵抗トルクを生成するように、前記多相固定子（１８）の前記相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）が短絡されているときに、前記設定励磁電流（ｌｅｘｃ＿ｃｏｎｓ）に対応する励磁電流を前記巻線型回転子（１９）に印加するステップと、
を含み、
前記抵抗トルク（Ｔｅｍ）が、次式から推定され、

【数1】

Ｔｅｍは推定される前記抵抗トルクであり、
ωは前記回転電気機械（１０）の電気速度であり、
Ｒｓは前記多相固定子（１８）の内部抵抗であり、
Φ _０ は前記回転子（１９）の磁束であり、
Ｌｑは直交固定子インダクタンスであり、
Ｌｄは直流固定子インダクタンスであり、
ｎｐｐは極対数であり、
ｎφは前記回転電気機械（１０）の相数である
ことを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記抵抗トルク（Ｔｅｍ）が、前記回転子の回転速度（Ｗｍｅｌ＿ｍｅｓ）から、測定された励磁電流（ｌｅｘｃ＿ｍｅｓ）から、および前記多相固定子（１８）の内部抵抗（Ｒｓ）から推定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記内部抵抗（Ｒｓ）が、測定または推定される前記固定子の温度から決定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記回転子（ｌｅｘｃ＿ｍｅｓ）の前記励磁電流から、前記回転子の磁束の２乗（Φ_０ ^２）、直交固定子インダクタンスの２乗（Ｌｑ^２）、および直流固定子インダクタンス（Ｌｄ）と直交固定子インダクタンス（Ｌｑ）との積を決定するステップを含むことを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。

【請求項5】

以下のデータ、すなわち、前記回転子の前記磁束の２乗（Φ_０ ^２）、前記直交固定子インダクタンスの２乗（Ｌｑ^２）、および前記直流固定子インダクタンス（Ｌｄ）と前記直交固定子インダクタンス（Ｌｑ）との前記積がそれぞれ、対応する寸法によって決定されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記回転子の前記回転速度（Ｗｍｅｌ＿ｍｅｓ）から電気速度（ω）を決定するステップを含むことを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記回転子の前記回転速度（Ｗｍｅｌ＿ｍｅｓ）が、ホール効果アナログセンサ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）によって測定されることを特徴とする、請求項２から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載の方法を実施するためのソフトウェア命令を記憶するメモリを備える、制御モジュール。

【請求項9】

請求項１から７のいずれか一項に記載の前記回転電気機械によって生成された直流電流を推定するための方法を実施するように構成されたプログラマブル論理回路または集積回路を備えることを特徴とする、回転電気機械のための制御モジュール（１４）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電気機械によって自動車の熱機関の調整を支援するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

公知の方法では、可逆的な電気機械は、特にアクセサリファサード（ａｃｃｅｓｓｏｒｉｅｓ ｆａｃａｄｅ）を介して熱機関に結合されることがある。

【0003】

一般にオルタネータ－スタータとして知られているこの電気機械は、車両の電池を再充電するために発電モードで、ならびに車両にトルクを供給するためにモータモードで動作することができる。

【0004】

発電モードは、電気機械が制動フェーズ中に電池に電気エネルギーを供給することを可能にする回生制動機能において使用されることがある。

【0005】

モータモードは、特に、交通状況に応じた熱機関の停止および自動再始動の機能（停止および始動機能のためのいわゆるＳＴＴ）において、熱機関の調整を支援する機能において、電気機械がサーマルモードでの走行フェーズ中に熱機関を断続的に支援することを可能にするいわゆるブースト機能において、ならびに燃料消費量と共に汚染物質排出量を最小限に抑えるようにエンジンの速度を落とすかまたはエンジンを停止するためにドライバーによる明示的な操作なしにトラクションチェーンの開放を自動化することを可能にする惰性走行として知られているフリーホイール機能において使用されることがある。

【0006】

熱機関の調整を支援する機能の実施中に、設定されたトルクの不十分な制御は、様々な問題を引き起こす可能性がある。したがって、不十分なトルクの収集は、熱機関、したがって車両の振動を引き起こすのに対して、過度のトルクの収集は、熱機関のアクセサリファサード上のユニットを損傷する恐れがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、開発するのに時間がかかり、メモリスペースの点で大きい作図法の使用を可能な限り制限しながら、閉ループにおいてトルク制御を介した熱機関の調整の支援フェーズ中のトルク制御を改善することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

より具体的には、本発明の主題は、回転電気機械によって抵抗トルクを生成することによって熱機関の調整を支援するための方法であって、前記回転電気機械が、
－ 励磁電流が流れるように設計された巻線型回転子と、
－ 複数の相を含む多相固定子と、を備え、
前記方法が、
－ 特にエンジンコンピュータから得られる抵抗設定トルクを受け取るステップと、
－ 回転電気機械によって熱機関のクランクシャフトに加えられる抵抗トルクを測定または推定するステップと、
－ トルクの差を決定するために、抵抗設定トルクを加えられた抵抗トルクと比較するステップと、
－ 設定励磁電流を得るために、トルクの差を補正するステップと、
－ 回転電気機械が抵抗トルクを生成するように、多相固定子の相が短絡されているときに、設定励磁電流に対応する励磁電流を巻線型回転子に印加するステップと、
を含むことを特徴とする。

【0009】

一実施形態によると、抵抗トルクは、回転子の回転速度から、測定された励磁電流から、および多相固定子の内部抵抗から推定される。

【0010】

一実施形態によると、内部抵抗は、測定または推定される固定子の温度から決定される。

【0011】

一実施形態によると、前記方法は、回転子の励磁電流から、回転子の磁束の２乗、直交固定子インダクタンスの２乗、および直流固定子インダクタンスと直交固定子インダクタンスとの積を決定するステップを含む。

【0012】

一実施形態によると、以下のデータ、すなわち、回転子の磁束の２乗、直交固定子インダクタンスの２乗、および直流固定子インダクタンスと直交固定子インダクタンスとの積がそれぞれ、対応する作図法、特に寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）によって決定される。

【0013】

一実施形態によると、前記方法は、回転子の回転速度から電気速度を決定するステップを含む。

【0014】

一実施形態によると、抵抗トルクは、次式から推定され、

【数1】

－ Ｔｅｍは推定される抵抗トルクであり、
－ ωは回転電気機械の電気速度であり、
－ Ｒｓは多相固定子の内部抵抗であり、
－ Φ_０は回転子の磁束であり、
－ Ｌｑは直交固定子インダクタンスであり、
－ Ｌｄは直流固定子インダクタンスであり、
－ ｎｐｐは極対数であり、
－ ｎφは回転電気機械の相数である。

【0015】

一実施形態によると、回転子の回転速度は、ホール効果アナログセンサによって測定される。

【0016】

本発明は、前述されたような方法を実施するためのソフトウェア命令を記憶するメモリを備える制御モジュールにも関する。

【0017】

本発明は、回転電気機械のための制御モジュールにも関し、本制御モジュールが、前述されたような回転電気機械によって生成された直流電流を推定するための方法を実施するように構成されたプログラマブル論理回路または集積回路を備えることを特徴とする。

【0018】

本発明は、以下の説明を読み、それに付随する図を検討することによってよりよく理解されるであろう。これらの図は、純粋に例示として提供されており、本発明を決して限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】熱機関の調整の支援フェーズ中に加えられるトルクを推定するための本発明に係る方法を実施するオルタネータの機能概略図である。

【図2】本発明に係る熱機関の調整の支援フェーズ中に回転電気機械によって加えられるトルクの推定装置の概略図である。

【図3】本発明に係るトルク推定装置の主要なモジュールの機能概略図である。

【図4】回転電気機械によって加えられるトルクを推定するための式を処理することを可能にするモジュールの機能概略図である。

【図5】本発明に係る熱機関の調整の支援フェーズ中の閉ループでの回転電気機械のトルク制御の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

同一、同様、または類似の構成要素は、ある図から別の図にかけて同じ符号を保持する。

【0021】

図１は、本発明に係るオルタネータ－スタータ１０を概略的に表す。オルタネータ－スタータ１０は、電池１２に接続された車載電気ネットワークを備える車両に据え付けられるように設計されている。車載ネットワークは、１２Ｖ、２４Ｖ、または４８Ｖタイプであってもよい。オルタネータ－スタータ１０は、アクセサリファサードに植え込まれたベルト１１’またはチェーンを有するシステムよって、それ自体知られている方法で熱機関１１に結合されている。

【0022】

加えて、オルタネータ－スタータ１０は、例えば直列システムバスであるＬＩＮ（ローカル相互接続ネットワーク）タイプまたはＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）タイプの通信プロトコルに従ってエンジンコンピュータ１５と通信することができる。

【0023】

オルタネータ－スタータ１０は、発電モードとしても知られているオルタネータモード、またはモータモードで動作することができる。

【0024】

特に、オルタネータ－スタータ１０は、電気技術部分１３および制御モジュール１４を備える。

【0025】

より具体的には、電気技術部分１３は、電機子要素１８およびインダクタ要素１９を備える。一例によると、電機子１８は、固定子であり、インダクタ１９は、励磁コイル２０を備える回転子である。固定子１８は、いくつかの相数ｎφを含む。関係する例では、固定子１８は、３つの相Ｕ、Ｖ、およびＷを含む。変形例として、相数ｎφは５相機械については５、６相または二重３相タイプの機械については６、あるいは７相機械については７に等しくてもよい。固定子１８の相は、三角形または星形の形態で結合されてもよい。三角形と星形結合の組合せも想定されてもよい。

【0026】

制御モジュール１４は、励磁コイル２０に注入される励磁電流を生成するために、チョッパを組み込む励磁回路１４１を備える。励磁電流は、例えばホール効果センサを用いて測定されてもよい。

【0027】

回転子１９の角度位置および角速度の測定は、ホール効果アナログセンサＨ１、Ｈ２、Ｈ３を用いて、および回転子１９と一体に回転する関連付けられた磁気ターゲット２５によって行われてもよい。

【0028】

制御モジュール１４は、エンジンコンピュータ１５から得られる、信号コネクタ２４を介して受信される制御信号に従ってインバータ２６を制御する制御回路１４２も備える。

【0029】

インバータ２６は、それぞれが、開状態または閉状態に応じて、固定子１８の対応する相Ｕ、Ｖ、Ｗをアースに、または電池１２の供給電圧Ｂ＋に選択的に接続することを可能にする２つのスイッチング素子を備えるアームを有する。スイッチング素子は、好ましくはＭＯＳＦＥＴタイプのパワートランジスタである。

【0030】

以下、熱機関１１の調整の支援フェーズ中に回転電気機械１０によって熱機関１１のクランクシャフトに加えられる抵抗トルクＴｅｍを推定するための本発明に係る方法についての図２および図３を参照して説明が提供される。制御モジュール１４は、その実施のためにソフトウェア命令を記憶するメモリを含むことができる。変形例として、制御モジュール１４は、例えばＦＰＧＡ（フィールド－プログラマブルゲートアレイを表す）またはＣＰＬＤ（複合プログラマブルロジックデバイスを表す）の形態のプログラマブル論理回路、あるいは本発明に係る方法を実施するために構成された集積回路、例えばＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路を表す）を含む。

【0031】

より具体的には、モジュール１４は、測定された回転速度Ｗｍｅｌ＿ｍｅｓから、測定された励磁電流ｌｅｘｃ＿ｍｅｓから、および多相固定子１８の内部抵抗から抵抗トルクＴｅｍを推定する。回転速度Ｗｍｅｌ＿ｍｅｓは、前述のホール効果センサＨ１、Ｈ２、Ｈ３によって測定される。励磁電流ｌｅｘｃ＿ｍｅｓは、対応するホール効果センサによって測定される。内部抵抗Ｒｓは、測定または推定された固定子１８の温度から決定される。

【0032】

この目的のために、回転子の磁束の２乗Φ_０ ^２、直交固定子インダクタンスの２乗Ｌｑ^２、ならびに直流固定子インダクタンスＬｄと直交固定子インダクタンスＬｑとの積が回転子の励磁電流ｌｅｘｃ＿ｍｅｓから決定される。

【0033】

したがって、励磁電流ｌｅｘｃ＿ｍｅｓは、出力で回転子の磁束の２乗Φ_０ ^２を得ることを可能する寸法で作図法Ｃ１の入力に加えられる。励磁電流ｌｅｘｃ＿ｍｅｓは、出力で直交固定子インダクタンスの２乗Ｌｑ^２を得ることを可能にする寸法で作図法Ｃ２の入力に加えられる。励磁電流ｌｅｘｃ＿ｍｅｓは、出力で直流固定子インダクタンスと直交固定子インダクタンスとの積Ｌｄ＊Ｌｑを得ることを可能にする寸法で作図法Ｃ３の入力に加えられる。

【0034】

モジュールＭ２は、回転子の回転速度Ｗｍｅｌ＿ｍｅｓから電気速度を決定することを可能にする。

【0035】

図４に示されるモジュールＭ３は、前述の入力から抵抗トルクＴｅｍを推定することを可能にする。

【0036】

この目的のために、機能ブロックＢ１は、次式を得ることを可能にする。
ω・Φ_０ ^２・Ｒｓ

【0037】

機能ブロックＢ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５は、次式を得ることを可能にする。
Ｒｓ^２＋ω^２・Ｌｑ^２

【0038】

機能ブロックＢ６、Ｂ７、およびＢ８は、次式を得ることを可能にする。
（Ｒｓ^２＋ω^２・ＬｄＬｑ）^２

【0039】

次いで、モジュールＢ９およびＢ１０は、次式から抵抗トルクＴｅｍを導き出すことを可能にする。

【数2】

－ ωは回転電気機械の電気速度であり、
－ Ｒｓは多相固定子１８の内部抵抗であり、
－ Φ_０は回転子１９の磁束であり、
－ Ｌｑは直交固定子インダクタンスであり、
－ Ｌｄは直流固定子インダクタンスであり、
－ ｎｐｐは極対数であり、
－ ｎφは回転電気機械１０の相数である。

【0040】

以下、熱機関１１の調整の支援フェーズ中に電気機械１０によって熱機関のクランクシャフトに加えられる抵抗トルクＴｅｍを制御することを可能にする調整ループ３０について図５を参照して述べる。

【0041】

この目的のために、コンパレータＣｏｍｐは、トルクの差Ｅを決定するために、抵抗設定トルクＴｃｏｎｓを電気機械によって加えられた抵抗トルクＴｅｍと比較する。

【0042】

回転電気機械１０が受ける抵抗設定トルクＴｃｏｎｓは、特にエンジンコンピュータ１５から得られる。変形例として、設定トルクＴｃｏｎｓは、電気機械１０によって生成されてもよい。

【0043】

図示された例では、回転電気機械１０によって熱機関のクランクシャフトに加えられる抵抗トルクＴｅｍは、前述のモジュールＭ１によって推定される。変形例として、抵抗トルクＴｅｍは、トルクメータによって測定されてもよく、または別のタイプのアルゴリズムによって推定されてもよい。

【0044】

モジュールＭ４は、設定励磁電流ｌｅｘｃ＿ｃｏｎｓを得るためにトルクの差Ｅの補正を確保する。補正は、例えば、ＰＩタイプ（比例および積分を表す）またはＰＩＤタイプ（比例、積分および微分を表す）のものとすることができる。

【0045】

次いで、設定励磁電流ｌｅｘｃ＿ｃｏｎｓに対応する励磁電流は、巻線型回転子１９に印加されるのに対して、多相固定子１８の相は、電気機械が抵抗トルクＴｅｍを生成するように、短絡される。

【0046】

この目的のために、設定励磁電流ｌｅｘｃ＿ｃｏｎｓは、回転子１９に印加される励磁電流ｌｅｘｃ＿ｍｅｓの値を設定電流ｌｅｘｃ＿ｃｏｎｓと比較して差を決定するために、公知の方法でコンパレータを備える調整モジュールに印加される。この電流差は、補正器から回転子１９のコイルの励磁回路１４１に伝達されるデューティ比を導き出すために、例えばＰＩタイプ（比例および積分を表す）またはＰＩＤタイプ（比例、積分、および微分を表す）の補正器の入力に印加される。

【0047】

前述の説明は、純粋に例として提供されており、本発明の分野を限定するものではなく、本発明からの逸脱は、異なる要素を他の均等物で置き換えることによっては構成されないことを理解されるであろう。

【0048】

加えて、本発明の異なる特徴、変形例、および／または実施形態は、それらが相容れないものではなく、または互いに排他的ではないという条件で、様々な組合せに従って互いに関連付けられてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】