EP4399792A1 - Dispositif et methode de determination de la position angulaire d'un rotor de machine electrique tournante - Google Patents

Dispositif et methode de determination de la position angulaire d'un rotor de machine electrique tournante

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Publication number
EP4399792A1
EP4399792A1 EP22773149.4A EP22773149A EP4399792A1 EP 4399792 A1 EP4399792 A1 EP 4399792A1 EP 22773149 A EP22773149 A EP 22773149A EP 4399792 A1 EP4399792 A1 EP 4399792A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
rotor
harmonics
circuit
values
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22773149.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Labiste
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Publication of EP4399792A1 publication Critical patent/EP4399792A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the present invention relates to a device for determining the angular position of a rotating electrical machine rotor, as well as an assembly comprising such a device.
  • the electrical machine is for example an alternator or an alternator-starter powered by a nominal voltage of 12V or 48V, or even more.
  • the electric machine can also be a propulsion machine powered by a nominal voltage of 12V or 48V, or even more.
  • This electric machine can be integrated into a vehicle with hybrid or purely electric propulsion, for example an automobile. More generally, “vehicle” encompasses within the meaning of the present application any form of mobility with purely electric, hybrid, thermal or other propulsion. "Vehicle” thus includes a machine rolling on earth via four, three, two wheels or any other number of wheels, or a machine moving in the air or
  • the control of this electric machine requires knowledge of the angular position of the rotor of the machine. To do this, it is known, in the case of a three-phase synchronous machine, to use several sensors, for example Hall effect or inductive type. The signals provided by these sensors are processed, after mathematical transformation such as
  • the accuracy of the position obtained at the output of the rotor position estimation circuit depends largely on the accuracy of the signals acquired by the sensors.
  • the magnetic targets of these sensors have magnetization profiles which can generate significant odd order harmonics in the signal provided by these sensors.
  • the presence of some of these odd order harmonics at the input of the rotor position estimation circuit can affect the precision of the angular position of the rotor.
  • the control of the machine is thus affected.
  • even order harmonics can also or alternatively affect the precision of the angular position of the rotor.
  • the object of the invention is to meet this need, and it achieves this, according to one of its aspects, with the aid of a device for determining the angular position of a rotor of a rotating electrical machine on the base of signals provided by several position sensors, device comprising:
  • this circuit estimating the position of the rotor, in particular via the creation of a control loop, this circuit providing at output a signal representative of the position of the rotor, and
  • this predefined harmonics compensation circuit receiving as input:
  • this predefined harmonics compensation circuit providing at the output an input of the circuit estimating the position of the rotor, this predefined harmonics compensation circuit being configured for:
  • the invention makes it possible to compensate for several predefined harmonics present in the signal resulting from the signals supplied by the position sensors, so that the circuit for estimating the position of the rotor receives as input a signal in which the harmonics in question have been compensated or strongly reduced in terms of their amplitude. This improves the precision of the signal representative of the position of the rotor, and consequently any other control using this signal representative of the position of the rotor. As will be seen later, this compensation may not be dynamic, the signal reconstructed on the basis of the predefined harmonics to be compensated remaining the same throughout the life of the rotating electrical machine, except in the event of any recalibration during a maintenance operation.
  • the reconstruction of the signal on the basis of the predefined harmonics to be compensated can be carried out during a calibration operation at the end of the line, just before the departure for delivery of the electrical machine to the customer.
  • This reconstructed signal can be qualified as a “pre-reconstructed signal” when this reconstruction is carried out before the use of the electric machine in the vehicle.
  • This reconstructed signal corresponds to the harmonic profile that is to be compensated.
  • the reconstruction of the signal on the basis of the predefined harmonics to be compensated can be carried out as follows:
  • the reconstructed signal is generated by inverse Fourier transform on the basis of the predefined harmonics to be compensated.
  • the reconstructed signal can be stored in the storage table in the form of sampled points.
  • the most important harmonics are for example those whose amplitude exceeds a given threshold, for example those whose amplitude exceeds a given percentage of the amplitude of the fundamental, such as 0.5%, 1%, 2% or 5% of this amplitude of the fundamental.
  • the Fourier transform used is for example a fast Fourier transform (FFT).
  • FFT fast Fourier transform
  • the signal representing the position of the rotor is for example an angle value with respect to a reference position. It may be the angle characterizing the electrical position or the angle characterizing the mechanical position of the rotor of the electrical machine.
  • the harmonic compensation circuit is arranged upstream of the circuit estimating the position of the rotor, this circuit estimating the position of the rotor using in particular a control loop.
  • the signal resulting from the signals supplied by the position sensors received at the input of the dynamic processing circuit may have a cosine component and a sine component, the signals coming from the sensors having for example been processed by a circuit configured to apply to said signal a mathematical modeling transformation of a system, in particular of a three-phase system, into a two-phase system.
  • This transformation uses for example a Clarke or Concordia matrix.
  • the predefined harmonic compensation circuit can:
  • the predefined harmonic compensation circuit can:
  • first and second conversions make it possible to transform the signal representative of the position of the rotor into input values of the storage table.
  • the first conversion of the signal representative of the position of the rotor into a value belonging to the set of first values can consist in transforming this signal into an integer, so that the union of the integers thus obtained corresponds to all of the values of the set of first values. values.
  • the second conversion of the signal representing the position of the rotor into a value belonging to the set of second values consists in transforming this signal into an integer, so that the union of the integers thus obtained corresponds to all of the values of the set of second values.
  • the first conversion and the second conversion can implement a gain, equal or not from the first to the second conversion, and equal for example to the ratio between the number of points sampled in the first reconstructed signal and stored in the storage table and 2TI, respectively the ratio between the number of points sampled in the second reconstructed signal and stored in the storage table and 2ÎI.
  • the cardinal of the set of first values can be equal to the cardinal of the set of second values, for example 8 or 16 or 32 or 64 or 128, or even more.
  • this cardinal corresponds to the number of points sampled in the first or second signal reconstructed on the basis of the harmonics to be compensated. It is thus possible to have 8, 16, 32, 64, 128 or more sampled points recorded in the storage table for the first reconstructed signal or for the second reconstructed signal.
  • the cardinal of the set of first values can be different from the cardinal of the set of second values.
  • the aforementioned first conversion may differ from the aforementioned second conversion so as to take into account the phase shift existing between the cosine component of the signal resulting from the signals supplied by the position sensors and the sine component of this signal.
  • an offset intended to compensate for the 90° phase shift can be applied in one of the first and second conversion. It can thus be ensured that the search in the storage table is in phase with the state of the signal from which the output of this table must be subtracted.
  • the signal reconstructed on the basis of the predefined harmonics to be compensated contained in the storage table can be frozen. This reconstructed signal may then not change dynamically during use of the rotating electrical machine. It is then not possible, in a dynamic way, to adapt to the evolution over time of the predefined harmonics to be compensated, or to compensate for them again, this evolution being linked to the temperature or to aging, which is counterbalanced by the simplicity of the solution implemented.
  • the device may comprise a circuit for dynamic normalization by the amplitude of the first harmonic of each signal coming from a position sensor, this circuit supplying at output the signal resulting from the signals supplied by the position sensors which is itself received at the input of the predefined harmonic compensation circuit.
  • This dynamic normalization circuit is thus arranged upstream of the predefined harmonic compensation circuit.
  • This dynamic normalization circuit is for example produced according to the teaching of application W02021/121770.
  • the compensation of predefined harmonics can be carried out permanently.
  • the first and second signals reconstructed on the basis of the predefined harmonics to be compensated can be contained in the same table.
  • This table can then contain the values of the first reconstructed signal and the values of the second reconstructed signal.
  • the first reconstructed signal and the second reconstructed signal are identical, in which case this table contains only one set of values, these values then being subtracted both from the sine component and from the cosine component of the resulting signal signals provided by the sensors.
  • two distinct tables can be provided, a first table being dedicated to the first signal reconstructed on the basis of the predefined harmonics to be compensated, and a second table being dedicated to the second signal reconstructed on the basis of the predefined harmonics to be compensated.
  • Another subject of the invention is an assembly comprising:
  • a device for controlling this electric machine comprising a determining device as defined above.
  • the rotating electrical machine is for example a synchronous machine, for example a three-phase synchronous machine or a synchronous machine whose electrical stator winding defines a double three-phase system.
  • the electric stator winding is for example formed by wires or by conductive bars connected to each other.
  • the rotor may be a claw rotor.
  • This rotor then comprises a first and a second nested pole wheels, the first pole wheel defining a series of claws of generally trapezoidal shape, each claw extending axially in direction of the second pole wheel, the second pole wheel defining a series of claws of generally trapezoidal shape, each claw extending axially in the direction of the first pole wheel.
  • a permanent magnet can be received between two consecutive claws circumferentially speaking for the rotor.
  • the rotor may be other than a claw rotor, for example comprising a stack of laminations or being a cage rotor.
  • the rotor may comprise any number of pairs of poles, for example three, four, six or eight pairs of poles.
  • the electrical machine may include a stator cooling circuit in which fluid such as air or liquid circulates.
  • fluid such as air or liquid circulates.
  • This liquid can be water or oil.
  • the rotor can be cooled by this same cooling circuit or by another cooling circuit in which air circulates, or liquid such as water or oil.
  • the rotating electrical machine may have a nominal electrical power of 4 kW, 8 kW, 15 kW, 25 kW or more. This rotating electrical machine may have a rated electrical power greater than 50 kW, 100 kW or 300 kW
  • This rotating electrical machine can be electrically supplied from an electrical energy storage unit via an inverter/rectifier of the assembly, this inverter/rectifier making it possible, depending on whether the electrical machine operates as a motor or as a generator, to charge a vehicle's on-board network or to be electrically supplied from this network.
  • the nominal voltage of the electric energy storage unit can be 12 V, 48 V or have another value, for example another value greater than 300 V, or greater than 800V or greater than 1000V.
  • the rotating electrical machine may also include a pulley or any other means of connection to the rest of the vehicle's powertrain.
  • the electric machine is for example connected, in particular via a belt, to the crankshaft of the heat engine of the vehicle.
  • the electric machine is connected to other locations of the powertrain, for example at the input of the gearbox from the point of view of the torque transiting towards the wheels of the vehicle, at the output of the gearbox from the point from the point of view of the torque transiting towards the wheels of the vehicle, at the level of the gearbox from the point of view of the torque transiting towards the wheels of the vehicle, or even on the front axle or the rear axle of this powertrain.
  • the rotating electrical machine is not necessarily a synchronous machine, it can be an asynchronous machine.
  • Another subject of the invention is a method for determining the angular position of a rotor of a rotating electrical machine on the basis of signals supplied by several position sensors, in which a determination as defined above.
  • This method of determination is for example integrated into a method of controlling the electric machine, in which the angular position of the rotor determined as above is used to control the motor torque and/or the current of the storage unit of electric energy.
  • FIG. 1 shows schematically and in axial section an example of a rotating electrical machine to which the invention can be applied
  • Figure 2 shows in elevation another type of rotor than that of Figure 1
  • FIG. 3 schematically shows the device for determining the position of the rotor of the machine according to a non-limiting example of implementation of the invention
  • FIG. 1 a rotating electrical machine 1 polyphase, in particular for a motor vehicle, to which the invention can be applied.
  • This rotating electrical machine can form an alternator or an alternator-starter of the vehicle.
  • This rotating electrical machine can be powered via a power electronic component 9 comprising an inverter/rectifier by a battery whose nominal voltage is 12 V or 48 V or a value greater than 300 V, for example.
  • the rotating electrical machine 1 comprises a casing 2. Inside this casing 2, it further comprises a shaft 3, a rotor 4 integral in rotation with the shaft 3 and a stator 5 surrounding the rotor 4. The rotational movement of the rotor 4 takes place around an axis X.
  • the casing 2 comprises a front bearing 6 and a rear bearing 7 which are assembled together. These bearings 6, 7 are hollow in shape and each carry, centrally, a respective ball bearing 10, 11 for the rotational mounting of the shaft 3.
  • a pulley 12 is in the example considered fixed on a front end of the shaft 3, at the level of the front bearing 6, for example using a nut resting on the bottom of the cavity of this pulley.
  • This pulley 12 makes it possible to transmit the rotational movement to the shaft 3 and it can be connected via a belt to the crankshaft of the heat engine of the vehicle.
  • the rear end of shaft 3 carries, here, slip rings belonging to a collector and connected by wire connections to the winding. Brushes belonging to a brush holder 8 are arranged so as to rub on the slip rings.
  • the front bearing 6 and the rear bearing 7 may also comprise substantially lateral openings for the passage of air in order to allow the cooling of the rotary electrical machine by circulation of air generated by the rotation of a fan.
  • the stator 5 comprises a body 15 in the form of a stack of laminations provided with notches, for example of the semi-closed or open type, equipped with notch insulation for mounting the electric winding polyphase of the stator.
  • Each phase comprises a winding 16 passing through the notches of the body 15 and forming, with all the phases, a front bun and a rear bun on either side of the body of the stator.
  • the windings 16 are for example obtained from a continuous wire covered with enamel or from conductive elements in the form of a bar such as pins connected together.
  • the electrical winding of the stator is for example three-phase, then implementing a star or triangle connection, the outputs of which are connected to the electronic power component 9.
  • the rotor 4 of FIG. 1 is a claw rotor. It comprises two pole wheels 17. The first pole wheel 17 is turned towards the electronic power component 9 while the second pole wheel 17 is turned towards the pulley 12.
  • Each of the pole wheels 17 comprises a bottom 18 extending radially on either side of the axis X, the wheel defining a series of claws 19 of generally trapezoidal shape.
  • Each claw of a pole wheel 17 extends axially in the direction of the other pole wheel from a base arranged on the radially outer periphery of the bottom 18.
  • the rotor 4 further comprises, between the radially inner portions 20 and the claws 19, a coil wound on a coil insulator 22.
  • the rotor 4 may also include permanent magnets (not shown) interposed between two adjacent claws 19 at the outer periphery of the rotor.
  • the rotor 4 can be devoid of such permanent magnets.
  • the rotor 4 can still be different from that shown in Figure 1, being for example formed by a stack of sheets, as shown in Figure 2.
  • the number of pairs of poles defined by the rotor 4 can be arbitrary, for example be equal to four, six or eight.
  • the machine further comprises sensors 20 for measuring the position of the rotor 4, for example three Hall effect sensors, grouped together in the same plastic casing. These sensors are for example positioned at the level of the rear bearing 7 of the machine and they interact with a magnetic target integral in rotation with the rotor.
  • the measurements provided by these sensors 20 are used by the device 100 for determining the angular position of the rotor 4, which will now be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the device 100 comprises a circuit 101 carrying out a discretization of the signals acquired by each position sensor 20.
  • This circuit 101 carries out for example a sampler/hold function then a mathematical transformation for modeling the system, which is in the three-phase example, into a two-phase system.
  • This transformation uses for example a Clarke or Concordia matrix. Other transformations can be used when the number of position sensors is different from three.
  • the output signal of this circuit 101 drives a circuit 105 of dynamic normalization by the amplitude of the first harmonic of each signal coming from a position sensor.
  • This circuit 105 is for example as described in application WO2021/121770.
  • the output of this circuit 105 constitutes one of the inputs of a circuit 102 for compensating predefined harmonics.
  • These harmonics are for example the harmonics of order 3, 5, and 7, where appropriate 3, 5, 7, 9 and 11.
  • the predefined harmonics can comprise harmonics of even order, for example the rows 2 and 4. This circuit 102 will be described later.
  • circuit 105 is not present, so that the output signal from circuit 101 is received as it is at the input of circuit 102 for compensation of predefined harmonics
  • the signals at the output of the circuit 102 are received at the input of a circuit 103 supplying at the output a signal representative of the position of the rotor 4, via an angle 0 measured with respect to a reference position of this rotor.
  • This angle corresponds in the example described to the electrical angle characterizing the position of the rotor 4, but could alternatively correspond to the mechanical angle characterizing this position.
  • This circuit 103 here implements a control loop for the position of the rotor 4.
  • the circuit 103 is for example identical to that described in the application WO2021/121770 already cited.
  • circuit 102 for compensating predefined harmonics also receives as input, in addition to the output signal of circuit 105, or if necessary of circuit 101 directly, the output of circuit 103, namely the signal representative of the position of rotor 4.
  • the signal at the output of circuit 101 (or when the dynamic normalization circuit 105 is present, the signal at the output of this circuit 105), is analyzed in spectral form by Fourier transform in amplitude and in phase, for example via an FFT.
  • this analysis in spectral form can be done directly on the signals supplied by the sensors 20.
  • High amplitude harmonics are identified. These are, for example, those whose amplitude is greater than a given percentage of the amplitude of the fundamental, for example greater than 0.5% of this amplitude of the fundamental.
  • a signal is then reconstructed by inverse Fourier transform on the basis of these identified harmonics alone, which will later be qualified as “predefined” harmonics. These are, for example, harmonics of order 3, 5, 7, 9 and 11.
  • first reconstructed signal The signal reconstructed on the basis of the predefined harmonics in the sine component of the signal having undergone the analysis in spectral form, subsequently called “first reconstructed signal” is stored in a first table 110, and the signal reconstructed on the basis of the predefined harmonics in the cosine component of the signal having undergone the spectral analysis, hereinafter called “second reconstructed signal” is stored in a second table 111.
  • second reconstructed signal is stored in a second table 111.
  • a single and same two-input table stores these first and second reconstructed signals.
  • one and the same reconstructed signal used indifferently for the two compensations described later can be stored in a single table.
  • the first and the second reconstructed signal are stored in the form of sampling points.
  • the entry of the first table 110 here consists of a set of first values whose cardinality corresponds to the number of sampling points of the first reconstructed signal.
  • the entry of the second table 111 is constituted by a set of second values whose cardinality corresponds to the number of sampling points of the second reconstructed signal.
  • the first and the second signal reconstructed once recorded will no longer evolve during the use of the rotating electrical machine 1, except for a subsequent recalibration operation, for example during a maintenance operation of the rotating electrical machine 1.
  • the predefined harmonic compensation circuit 102 is presented in the example of FIG. 4 in the form of two blocks 115 and 116.
  • Block 115 receives two inputs: on the one hand at 118 the output signal from circuit 103, which corresponds to the signal representative of the position of rotor 4, and on the other hand at 119 the output signal from circuit 105, which results sensors 20.
  • the signal representative of the position of rotor 4 at 118 is firstly processed by two successive components 120 and 121 in the context of a first conversion to be transformed into an integer belonging to the set of first values at the input of the first storage table 110.
  • the presence of component 120 ensures that this signal remains between 0 and 2ÎI.
  • Component 121 is a gain making it possible to convert the output of component 120 into one of the values of the set of first values, for example into a value between 1 and 32 when the first storage table 110 contains 32 sampling points.
  • the value of the gain applied by this component 121 is here equal to the product of the number of sampled points stored in the first table 110 divided by 2n.
  • the signal representative of the position of rotor 4 at 118 is furthermore processed by two successive components 122 and 123 within the framework of a second conversion to be transformed into an integer belonging to the set of second values at the input of the second storage table 111.
  • the presence of component 122 ensures that this signal remains between 0 and 2n.
  • Component 123 is a gain making it possible to convert the output of component 122 into one of the values of the set of second values, for example into a value between 1 and 32 when the second storage table 111 contains 32 sampling points.
  • the gain value of component 123 may be the same as that of component 121. This gain value may be equal to the ratio between the number of sampled points stored in second table 111 and 2n.
  • the components 120 and 122 can be chosen with respect to each other so that one of them compensates for the phase shift between the cosine component of the signal at 119 with respect to the sine component of this signal.
  • the value of the first reconstructed signal is thus obtained corresponding to the value of the sine component of the signal representative of the position of the rotor, at the output of the first table 110, and at the end of the second conversion thus obtains the value of the second reconstructed signal corresponding to the value of the cosine component of the signal representative of the position of the rotor.
  • Block 116 receives each of these reconstructed first and second signals as input, as well as the sine and cosine components of the signal at 119 of block 115.
  • a first operator 125 the first reconstructed signal output from the first table 110 is subtracted from the sine component of the signal at 119
  • a second operator 126 the second reconstructed signal output from the second table 111 is subtracted from the cosine component of the signal at 119.
  • the invention is not limited to the example which has just been described. As already mentioned, a single table with two entries can be used, for example.
  • the circuit 102 can only process a single signal coming from a sensor 20. There can then exist as many predefined harmonic compensation circuits 102 as there are signals acquired by the sensors 20 to be processed. For example, there are as many distinct predefined harmonic compensation circuits 102 as there are sensors.
  • the signal at 119 in the circuit 102 described above can be constituted by two sub-signals which are not sine and cosine components of a signal, but which are signals each coming from a respective 20 sensor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Dispositif de détermination (100) de la position angulaire d'un rotor (4) de machine électrique tournante sur la base de signaux fournis par plusieurs capteurs de position (20), dispositif comprenant : - un circuit (103) estimant la position du rotor, notamment via la réalisation d'une boucle de contrôle, ce circuit (103) fournissant en sortie un signal représentatif de la position du rotor, et - au moins un circuit (102) de compensation d'harmoniques prédéfinis dans le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position (20), ce circuit de compensation d'harmoniques recevant en entrée : - le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position (20), et - le signal représentatif de la position du rotor, ce circuit (102) de compensation d'harmoniques prédéfinis fournissant en sortie une entrée du circuit (103) estimant la position du rotor, ce circuit (102) de compensation d' harmoniques prédéfinis étant configuré pour : - récupérer sur la base du signal représentatif de la position du rotor dans au moins une table de stockage un signal reconstruit sur la base des harmoniques à compenser, et - compenser lesdits harmoniques en soustrayant du signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position (20) le signal reconstruit sur la base de ces harmoniques à compenser.

Description

DISPOSITIF ET METHODE DE DETERMINATION DE LA POSITION ANGULAIRE D'UN ROTOR DE MACHINE
ELECTRIQUE TOURNANTE
La présente invention concerne un dispositif de détermination de la position angulaire d’un rotor de machine électrique tournante, ainsi qu’un ensemble comprenant un tel disposi¬
5 tif de détermination et une telle machine électrique tournante.
La machine électrique est par exemple un alternateur ou un alterno-démarreur alimenté par une tension nominale de 12V ou de 48V, voire plus. La machine électrique peut également être une machine de propulsion alimentée par une tension nominale de 12V ou de 48V, voire plus.
Cette machine électrique peut être intégrée à un véhicule à propulsion hybride ou purement électrique, par exemple une automobile. Plus globalement, « véhicule » englobe au sens de la présente demande toute forme de mobilité à propulsion purement électrique, hybride, thermique ou autre. « Véhicule » englobe ainsi un engin roulant sur terre via quatre, trois, deux roues ou tout autre nombre de roues, ou un engin se déplaçant dans les airs ou
15 sur l’eau, voire dans l’espace.
La commande de cette machine électrique nécessite la connaissance de la position angulaire du rotor de la machine. Pour ce faire, il est connu, dans le cas d’une machine synchrone triphasée, d’utiliser plusieurs capteurs, par exemple à effet Hall ou de type inductif. Les signaux fournis par ces capteurs sont traités, après transformation mathématique telle
20 qu’une transformée de Clarke ou de Concordia, par un circuit d’estimation de la position du rotor, par exemple via une boucle de contrôle. Ce circuit fournit en sortie un signal représentatif de cette position du rotor. Cette mesure peut ensuite être par exemple utilisée pour commander l’onduleur/redresseur interposé entre le stator de cette machine électrique et l’unité de stockage d’énergie électrique du réseau de bord du véhicule, qui est notamment
25 une batterie.
La précision de la position obtenue en sortie du circuit d’estimation de la position du rotor dépend en grande partie de la précision des signaux qui sont acquis par les capteurs. Par exemple dans le cas de capteurs à effet Hall, les cibles magnétiques de ces capteurs ont des profils de magnétisation qui peuvent générer des harmoniques de rang impair importants dans le signal fourni par ces capteurs. La présence de certains de ces harmoniques de rang impair en entrée du circuit d’estimation de la position du rotor peut affecter la précision de la position angulaire du rotor. La commande de la machine s’en trouve ainsi impactée. Selon les technologies de capteurs utilisées, des harmoniques de rang pair peuvent également ou en variante affecter la précision de la position angulaire du rotor.
35 On connaît de la publication « High-performance position evaluation of optical encoders via a Cordie algorithm and oversampling techniques on an FPGA » de Ch. Groeling, Y. Daaboul, M. Lux, T. Orlik et W. Schumacher » un procédé de compensation de l’intégralité des erreurs de position angulaire dans un signal généré par arc tangente par un algorithme de calcul. Cette publication ne prévoit pas de compenser des harmoniques prédéfinis en amont du circuit estimant la position angulaire. Le circuit effectuant dans cette publication cette compensation ne reçoit par ailleurs pas comme entrée une sortie du circuit estimant la position angulaire.
Il existe un besoin pour remédier aux inconvénients précités, en améliorant de façon simple la qualité des signaux reçus par le circuit d’estimation de la position du rotor.
L’invention a pour objet de répondre à ce besoin, et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, à l’aide d’un dispositif de détermination de la position angulaire d’un rotor de machine électrique tournante sur la base de signaux fournis par plusieurs capteurs de position, dispositif comprenant :
- un circuit estimant la position du rotor, notamment via la réalisation d’une boucle de contrôle, ce circuit fournissant en sortie un signal représentatif de la position du rotor, et
- au moins un circuit de compensation d’harmoniques prédéfinis dans le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position, ce circuit de compensation d’harmoniques prédéfinis recevant en entrée :
- le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position, et
- le signal représentatif de la position du rotor, ce circuit de compensation d’harmoniques prédéfinis fournissant en sortie une entrée du circuit estimant la position du rotor, ce circuit de compensation d’harmoniques prédéfinies étant configuré pour :
- récupérer sur la base du signal représentatif de la position du rotor dans au moins une table de stockage un signal reconstruit sur la base des harmoniques prédéfinis à compenser, et
- compenser lesdits harmoniques en soustrayant du signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position le signal reconstruit sur la base de ces harmoniques prédéfinis à compenser.
L’invention permet de compenser plusieurs harmoniques prédéfinis présents dans le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position, de sorte que le circuit d’ estimation de la position du rotor reçoit en entrée un signal dans lequel les harmoniques en question ont été compensés ou fortement réduits du point de vue de leur amplitude. On améliore ainsi la précision du signal représentatif de la position du rotor, et en conséquence toute autre commande utilisant ce signal représentatif de la position du rotor. Comme on le verra par la suite, cete compensation peut ne pas être dynamique, le signal reconstruit sur la base des harmoniques prédéfinis à compenser restant le même tout le long de la durée de vie de la machine électrique tournante, sauf en cas d’éventuelle recalibration lors d’une opération de maintenance. La reconstruction du signal sur la base des harmoniques prédéfinis à compenser peut être effectuée lors d’une opération de calibration en fin de ligne, juste avant le départ en livraison de la machine électrique chez le client. Ce signal reconstruit peut être qualifié de « signal pré-reconstruit » lorsque cette reconstruction est effectuée avant l’utilisation de la machine électrique dans le véhicule. Ce signal reconstruit correspond au profil harmonique que l’on souhaite compenser.
La reconstruction du signal sur la base des harmoniques prédéfinis à compenser peut être effectuée comme suit :
- on mesure le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position,
- on réalise une décomposition par transformée de Fourier ou en série de Fourier de ce signal en phase et en amplitude,
- on identifie dans cette décomposition les harmoniques les plus importants et que l’on souhaite compenser, ces harmoniques étant ainsi les harmoniques « prédéfinis », et
- on génère par transformée de Fourier inverse le signal reconstruit sur la base des harmoniques prédéfinis à compenser.
Le signal reconstruit peut être stocké dans la table de stockage sous la forme de points échantillonnés.
Les harmoniques les plus importants sont par exemple ceux dont l’amplitude dépasse un seuil donné, par exemple ceux dont l’amplitude dépasse un pourcentage donné de l’amplitude du fondamental, comme 0,5%, 1%, 2% ou 5% de cette amplitude du fondamental.
La transformée de Fourier utilisée est par exemple une transformée de Fourier rapide (FFT en anglais). On cherche par exemple à compenser les harmoniques de rang 3, 5, 7, 9. En variante, par exemple dans le cas d’un capteur de type « bout d’arbre », on cherche par exemple à compenser les harmoniques de rang 2, 3, 4.
L’amélioration de la précision du signal représentatif de la position du rotor est obtenue selon l’invention à l’aide d’une solution simple, qui est implémentée dans le dispositif de détermination en amont du circuit réalisant la boucle de contrôle. Par ailleurs, cette solution présente comme avantages :
- de ne pas nécessiter de sur-échantillonnage,
- de ne pas générer de retard dans l’acquisition de données, et donc de ne pas entraîner de risque d’instabilité,
- de ne pas mettre enjeu de filtre fréquentiel adaptatif complexe. Le signal représentatif de la position du rotor est par exemple une valeur d’angle par rapport à une position de référence. Il peut s’agir de l’angle caractérisant la position électrique ou de l’angle caractérisant la position mécanique du rotor de la machine électrique.
Le circuit de compensation d’harmoniques est disposé en amont du circuit estimant la position du rotor, ce circuit estimant la position du rotor utilisant notamment une boucle de contrôle.
Le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position reçu en entrée du circuit de traitement dynamique peut présenter une composante en cosinus et une composante en sinus, les signaux issus des capteurs ayant par exemple été traités par un circuit configuré pour appliquer audit signal une transformation mathématique de modélisation d’un système, notamment d’un système triphasé, en un système diphasé. Cette transformation utilise par exemple une matrice de Clarke ou de Concordia.
Lorsque le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position présente une composante en cosinus et une composante en sinus, le circuit de compensation d’harmoniques prédéfinis peut:
- récupérer sur la base du signal représentatif de la position du rotor un premier signal reconstruit sur la base des harmoniques prédéfinis à compenser, et récupérer sur la base du signal représentatif de la position du rotor un deuxième signal reconstruit sur la base des harmoniques prédéfinis à compenser, et
- compenser lesdits harmoniques en soustrayant de la composante en sinus du signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position le premier signal reconstruit, et en soustrayant de la composante en cosinus du signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position le deuxième signal reconstruit.
Le circuit de compensation d’harmoniques prédéfinis peut :
- effectuer une première conversion du signal représentatif de la position du rotor en une valeur appartenant à un jeu de premières valeurs utilisées en première entrée de la table de stockage, ces premières valeurs étant associées dans la table de stockage à une valeur du profil harmonique obtenu via le premier signal reconstruit,
- effectuer une deuxième conversion du signal représentatif de la position du rotor en une valeur appartenant à un jeu de deuxièmes valeurs utilisées en deuxième entrée de la table de stockage, ces deuxièmes valeurs étant associée dans la table de stockage à une valeur du profil harmonique obtenu via le deuxième signal reconstruit.
Ces premières et deuxièmes conversions permettent de transformer le signal représentatif de la position du rotor en valeurs d’entrée de la table de stockage. Ainsi, on peut récupérer de la table de stockages la valeur des premiers et deuxièmes signaux reconstruits associée à la valeur du signal représentatif de la position du rotor.
La première conversion du signal représentatif de la position du rotor en une valeur appartenant au jeu de premières valeurs peut consister à transformer ce signal en un nombre entier, de sorte que la réunion des nombres entiers ainsi obtenus corresponde à totalité des valeurs du jeu de premières valeurs.
La deuxième conversion du signal représentatif de la position du rotor en une valeur appartenant au jeu de deuxièmes valeurs consiste à transformer ce signal en un nombre entier, de sorte que la réunion des nombres entiers ainsi obtenus corresponde à la totalité des valeurs du jeu de deuxièmes valeurs.
La première conversion et la deuxième conversion peuvent mettre en œuvre un gain, égal ou non de la première à la deuxième conversion, et valant par exemple le rapport entre le nombre de points échantillonnés dans le premier signal reconstruit et stockés dans la table de stockage et 2TI, respectivement le rapport entre le nombre de points échantillonnés dans le deuxième signal reconstruit et stockés dans la table de stockage et 2ÎI.
Le cardinal du jeu de premières valeurs peut être égal au cardinal du jeu de deuxièmes valeurs, par exemple à 8 ou 16 ou 32 ou 64 ou 128, voire plus. Pour un jeu de valeurs donné, ce cardinal correspond au nombre de points échantillonnés dans le premier ou deuxième signal reconstruit sur la base des harmoniques à compenser. On peut ainsi disposer de 8, 16, 32, 64, 128 ou plus, points échantillonnés enregistrés dans la table de stockage pour le premier signal reconstruit ou pour le deuxième signal reconstruit.
En variante, le cardinal du jeu de premières valeurs peut être différent du cardinal du jeu de deuxièmes valeurs.
La première conversion précitée peut différer de la deuxième conversion précitée de manière à prendre en compte le déphasage existant entre la composante en cosinus du signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position et la composante en sinus de ce signal. Ainsi, selon que l’on utilise comme référence la composante en cosinus ou la composante en sinus du signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position, un décalage visant à compenser le déphasage de 90° peut être appliqué dans l’une de la première et de la deuxième conversion. On peut ainsi s’assurer que la recherche dans la table de stockage est en phase avec l’état du signal dont la sortie de cette table doit être soustraite.
Dans tout ce qui précède, le signal reconstruit sur la base des harmoniques prédéfinis à compenser contenu dans la table de stockage peut être figé. Ce signal reconstruit peut alors ne pas évoluer de façon dynamique lors de l’utilisation de la machine électrique tournante. On ne peut alors pas, de façon dynamique, s’adapter à l’évolution dans le temps des harmoniques prédéfinis à compenser, ou en compenser de nouveau, cette évolution étant liée à la température ou au vieillissement, ce qui est contrebalancé par la simplicité de la solution mise en œuvre.
Dans tout ce qui précède, le dispositif peut comprendre un circuit de normalisation dynamique par l’amplitude de la première harmonique de chaque signal issu d’un capteur de position, ce circuit fournissant en sortie le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position qui est lui-même reçu en entrée du circuit de compensation d’harmoniques prédéfinis. Ce circuit de normalisation dynamique est ainsi disposé en amont du circuit de compensation d’harmoniques prédéfinis. Ce circuit de normalisation dynamique est par exemple réalisé selon l’enseignement de la demande W02021/121770.
Dans tout ce qui précède, la compensation d’harmoniques prédéfinis peut s’effectuer en permanence.
Dans tout ce qui précède, les premier et deuxièmes signaux reconstruits sur la base des harmoniques prédéfinis à compenser peuvent être contenus dans une même table. Cette table peut alors contenir les valeurs du premier signal reconstruit et les valeurs du deuxième signal reconstruit. En variante, le premier signal reconstruit et le deuxième signal reconstruit sont identiques, auquel cas cette table ne contient qu’un seul jeu de valeurs, ces valeurs étant alors soustraites aussi bien de la composante en sinus que de la composante en cosinus du signal résultant des signaux fournis par les capteurs.
En variante encore, deux tables distinctes peuvent être prévues, une première table étant dédiée au premier signal reconstruit sur la base des harmoniques prédéfinis à compenser, et une deuxième table étant dédiée au deuxième signal reconstruit sur la base des harmoniques prédéfinis à compenser.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un ensemble comprenant :
- une machine électrique tournante pour la propulsion d’un véhicule hybride ou électrique, et
- un dispositif de commande de cette machine électrique, comprenant un dispositif de détermination tel que défini ci-dessus.
La machine électrique tournante est par exemple une machine synchrone, par exemple une machine synchrone triphasée ou une machine synchrone dont l’enroulement électrique de stator définit un double système triphasé. L’ enroulement électrique de stator est par exemple formé par des fils ou par des barres conductrices reliées les unes les autres.
Dans tout ce qui précède, le rotor peut être un rotor à griffes. Ce rotor comprend alors une première et une deuxième roues polaires imbriquées, la première roue polaire définissant une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la deuxième roue polaire, la deuxième roue polaire définissant une série de griffes de forme globalement trapézoïdale, chaque griffe s'étendant axialement en direction de la première roue polaire. Un aimant permanent peut être reçu entre deux griffes consécutives circonférentiellement parlant pour le rotor.
En variante, le rotor peut être autre qu’un rotor à griffes, comprenant par exemple un paquet de tôles ou étant un rotor à cage.
Dans tout ce qui précède, le rotor peut comprendre un nombre de paires de pôles quelconque, par exemple trois, quatre, six ou huit paires de pôles.
Dans tout ce qui précède, la machine électrique peut comprendre un circuit de refroidissement du stator dans lequel circule du fluide tel que de l’air ou du liquide. Ce liquide peut être de l’eau ou de l’huile.
Le rotor peut être refroidi par ce même circuit de refroidissement ou par un autre circuit de refroidissement dans lequel circule de l’air, ou du liquide tel que de l’eau ou de l’huile.
La machine électrique tournante peut présenter une puissance électrique nominale de 4 kW, 8 kW, 15 kW, 25 kW ou plus. Cette machine électrique tournante peut présenter une puissance électrique nominale supérieure à 50 kW, à lOOkW ou à 300 kW
Cette machine électrique tournante peut être alimentée électriquement depuis une unité de stockage d’énergie électrique via un onduleur/redresseur de l’ensemble, cet onduleur/redres- seur permettant, selon que la machine électrique fonctionne en moteur ou en génératrice, de charger un réseau de bord du véhicule ou d’être électriquement alimenté depuis ce réseau.
La tension nominale de l’unité de stockage d’énergie électrique peut être de 12 V, 48 V ou avoir une autre valeur, par exemple une autre valeur supérieure à 300 V, ou supérieure à 800V ou supérieure à 1000V.
La machine électrique tournante peut encore comprendre une poulie ou tout autre moyen de liaison vers le reste du groupe motopropulseur du véhicule. La machine électrique est par exemple reliée, notamment via une courroie, au vilebrequin du moteur thermique du véhicule. En variante, la machine électrique est reliée à d’autres emplacement du groupe motopropulseur, par exemple à l’entrée de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, en sortie de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, au niveau de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, ou encore sur l’essieu avant ou l’essieu arrière de ce groupe motopropulseur.
La machine électrique tournante n’est pas nécessairement une machine synchrone, pouvant être une machine asynchrone. L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de détermination de la position angulaire d’un rotor de machine électrique tournante sur la base de signaux fournis par plusieurs capteurs de position, dans lequel on utilise un dispositif de détermination tel que défini précédemment.
Tout ou partie de ce qui a été mentionné précédemment s’applique encore à cet autre aspect de l’invention.
Ce procédé de détermination est par exemple intégré à un procédé de contrôle de la machine électrique, dans lequel la position angulaire du rotor déterminée comme ci-dessus est utilisée pour contrôler le couple moteur et/ou le courant de l’unité de stockage d’énergie électrique.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’un exemple non limitatif de mise en œuvre de celle-ci et à l’examen du dessin annexé sur lequel :
- la figure 1 représente de façon schématique et en coupe axiale un exemple de machine électrique tournante auquel peut s’appliquer l’invention,
- la figure 2 représente en élévation un autre type de rotor que celui de la figure 1
- la figure 3 représente de façon schématique le dispositif de détermination de la position du rotor de la machine selon un exemple non limitatif de mise en œuvre de l’invention,
- la figure 4 représente de façon schématique et en détail un exemple d’implémentation du circuit de compensation d’harmoniques prédéfinies.
On a représenté sur la figure 1 une machine électrique tournante 1 polyphasée, notamment pour véhicule automobile, à laquelle peut s’appliquer l’invention.
Cette machine électrique tournante peut former un alternateur ou un alterno-démarreur du véhicule. Cette machine électrique tournante peut être alimentée via un composant électronique de puissance 9 comprenant un onduleur/redresseur par une batterie dont la tension nominale est de 12 V ou 48 V ou d’une valeur supérieure à 300 V, par exemple.
La machine électrique tournante 1 comporte un carter 2. A l'intérieur de ce carter 2, elle comporte, en outre, un arbre 3, un rotor 4 solidaire en rotation de l’arbre 3 et un stator 5 entourant le rotor 4. Le mouvement de rotation du rotor 4 se fait autour d’un axe X. Dans cet exemple, le carter 2 comporte un palier avant 6 et un palier arrière 7 qui sont assemblés ensemble. Ces paliers 6, 7 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un roulement à billes 10, 11 respectif pour le montage à rotation de l'arbre 3.
Une poulie 12 est dans l’exemple considéré fixée sur une extrémité avant de l’arbre 3, au niveau du palier avant 6, par exemple à l’aide d’un écrou en appui sur le fond de la cavité de cette poulie. Cette poulie 12 permet de transmettre le mouvement de rotation à l’arbre 3 et elle peut être reliée via une courroie au vilebrequin du moteur thermique du véhicule.
L’extrémité arrière de l’arbre 3 porte, ici, des bagues collectrices appartenant à un collecteur et reliées par des liaisons filaires au bobinage. Des balais appartenant à un porte- balais 8 sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices.
Le palier avant 6 et le palier arrière 7 peuvent comporter, en outre, des ouvertures sensiblement latérales pour le passage de l’air en vue de permettre le refroidissement de la machine électrique tournante par circulation d'air engendrée par la rotation d’un ventilateur avant 13 sur la face dorsale avant du rotor 4, c’est-à-dire au niveau du palier avant 6 et d’un ventilateur arrière 14 sur la face dorsale arrière du rotor, c’est-à-dire au niveau du palier arrière 7.
Dans cet exemple de réalisation, le stator 5 comporte un corps 15 en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi fermée ou ouverte, équipées d’isolant d’encoches pour le montage de l’enroulement électrique polyphasé du stator. Chaque phase comporte un enroulement 16 traversant les encoches du corps 15 et formant, avec toutes les phases, un chignon avant et un chignon arrière de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements 16 sont par exemple obtenus à partir d’un fil continu recouvert d’émail ou à partir d’éléments conducteurs en forme de barre tels que des épingles reliées entre elles. L’ enroulement électrique du stator est par exemple triphasé, mettant alors en œuvre un montage en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées au composant électronique de puissance 9.
Le rotor 4 de la figure 1 est un rotor à griffe. Il comporte deux roues polaires 17. La première roue polaire 17 est tournée vers le composant électronique de puissance 9 tandis que la deuxième roue polaire 17 est tournée vers la poulie 12.
Chacune des roues polaires 17 comprend un fond 18 s’étendant radialement de part et d’autre de l’axe X, la roue définissant une série de griffes 19 de forme globalement trapézoïdale. Chaque griffe d’une roue polaire 17 s'étend axialement en direction de l’autre roue polaire depuis une base disposée sur la périphérie radialement extérieure du fond 18.
Le rotor 4 comporte encore, entre les portions radialement intérieures 20 et les griffes 19, une bobine bobinée sur un isolant de bobine 22.
Le rotor 4 peut également comporter des aimants permanents (non représentés) interposés entre deux griffes 19 voisines à la périphérie externe du rotor. En variante, le rotor 4 peut être dépourvu de tels aimants permanents.
Le rotor 4 peut encore être différent de celui représenté à la figure 1, étant par exemple formée par un empilement de tôles, comme représenté sur la figure 2.
Le nombre de paires de pôles défini par le rotor 4 peut être quelconque, par exemple être égal à quatre, à six ou à huit.
La machine comprend encore des capteurs de mesure 20 de la position du rotor 4, par exemple trois capteurs à effet Hall, regroupés dans un même boîtier en plastique. Ces capteurs sont par exemple positionnés au niveau du palier arrière 7 de la machine et ils interagissent avec une cible magnétique solidaire en rotation du rotor.
Les mesures fournies par ces capteurs 20 sont utilisées par le dispositif 100 de détermination de la position angulaire du rotor 4, qui va maintenant être décrit en référence aux figures 3 et 4.
De façon connue, le dispositif 100 comprend un circuit 101 réalisant une discrétisation des signaux acquis par chaque capteur de position 20. Ce circuit 101 réalise par exemple une fonction d’échantillonneur/bloqueur puis une transformation mathématique de modélisation du système, qui est dans l’exemple triphasé, en un système diphasé. Cette transformation utilise par exemple une matrice de Clarke ou de Concordia. D’autres transformations peuvent être utilisées lorsque le nombre de capteurs de position est différent de trois.
Dans l’exemple de la figure 3, le signal de sortie de ce circuit 101 attaque un circuit 105 de normalisation dynamique par l’amplitude de la première harmonique de chaque signal issu d’un capteur de position. Ce circuit 105 est par exemple tel que décrit dans la demande W02021/121770. La sortie de ce circuit 105 constitue une des entrées d’un circuit 102 de compensation d’harmoniques prédéfinis. Ces harmoniques sont par exemple les harmoniques de rang 3, 5, et 7, le cas échéant 3, 5, 7, 9 et 11. En variante ou de façon additionnelle, les harmoniques prédéfinis peuvent comprendre des harmoniques de rang pair, par exemple les rangs 2 et 4. Ce circuit 102 sera décrit ultérieurement.
Dans un exemple non représenté, le circuit 105 n’est pas présent, de sorte que le signal de sortie du circuit 101 est reçu tel quel en entrée du circuit 102 de compensation d’harmoniques prédéfinis
Les signaux en sortie du circuit 102 sont reçus en entrée d’un circuit 103 fournissant en sortie un signal représentatif de la position du rotor 4, par l’intermédiaire d’un angle 0 mesuré par rapport à une position de référence de ce rotor. Cet angle correspond dans l’exemple décrit à l’angle électrique caractérisant la position du rotor 4, mais pourrait en variante correspondre à l’angle mécanique caractérisant cette position. Ce circuit 103 met ici en œuvre une boucle de contrôle de la position du rotor 4.
Le circuit 103 est par exemple identique à celui décrit dans la demande W02021/121770 déjà citée.
On constate sur la figure 3 que le circuit 102 de compensation d’harmoniques prédéfinis reçoit également comme entrée, en plus du signal de sortie du circuit 105, ou le cas échéant du circuit 101 directement, la sortie du circuit 103, à savoir le signal représentatif de la position du rotor 4.
Le fonctionnement d’un exemple de circuit 102 de compensations d’harmoniques prédéfinis va maintenant être décrit.
Lors d’une opération préliminaire réalisée en fin de ligne, avant le départ de la machine électrique tournante 1 chez le client, le signal en sortie du circuit 101 (ou lorsque le circuit 105 de normalisation dynamique est présent, le signal en sortie de ce circuit 105), est analysé sous forme spectrale par transformée de Fourier en amplitude et en phase, par exemple via une FFT.
En variante, cette analyse sous forme spectrale peut se faire directement sur les signaux fournis par les capteurs 20.
Les harmoniques d’amplitude importante sont identifiés. Il s’agit par exemple de ceux dont l’amplitude est supérieure à un pourcentage donné de l’amplitude du fondamental, par exemple supérieure à 0,5% de cette amplitude du fondamental. On reconstruit alors par transformée de Fourier inverse un signal sur la base de ces seuls harmoniques identifiés, qui seront ultérieurement qualifiés d’harmoniques « prédéfinis ». Il s’agit par exemple des harmoniques de rang 3, 5, 7, 9 et 11. Le signal reconstruit sur la base des harmoniques prédéfinis dans la composante en sinus du signal ayant subi l’analyse sous forme spectrale, appelé par la suite « premier signal reconstruit » est stocké dans une première table 110, et le signal reconstruit sur la base des harmoniques prédéfinis dans la composante en cosinus du signal ayant subi l’analyse spectrale, appelé par la suite « deuxième signal reconstruit » est stocké dans une deuxième table 111. Dans une variante, une seule et même table à deux entrées stocke ces premier et deuxième signaux reconstruits. Dans une autre variante, un seul et même signal reconstruit utilisé indifféremment pour les deux compensations décrites ultérieurement peut être stocké dans une table unique.
Dans chacune de ces tables 110 et 111, le premier et le deuxième signal reconstruit sont stockés sous la forme de points d’échantillonnage. L’entrée de la première table 110 est ici constituée par un jeu de premières valeurs dont le cardinal correspond au nombre de points d’échantillonnage du premier signal reconstruit. Similairement, l’entrée de la deuxième table 111 est constituée par un jeu de deuxièmes valeurs dont le cardinal correspond au nombre de points d’échantillonnage du deuxième signal reconstruit. Le premier et le deuxième signal reconstruit une fois enregistrés n’évolueront plus lors de l’utilisation de la machine électrique tournante 1, sauf opération de recalibration ultérieure, par exemple lors d’une opération de maintenance de la machine électrique tournante 1. Le circuit 102 de compensation d’harmoniques prédéfinis se présente dans l’exemple de la figure 4 sous la forme de deux blocs 115 et 116.
Le bloc 115 reçoit deux entrées : d’une part en 118 le signal de sortie du circuit 103, qui correspond au signal représentatif de la position du rotor 4, et d’autre part en 119 le signal de sortie du circuit 105, qui résulte des capteurs 20.
Le signal représentatif de la position du rotor 4 en 118 est d’une part traité par deux composants successifs 120 et 121 dans le cadre d’une première conversion pour être transformé en un nombre entier appartenant au jeu de premières valeurs en entrée de la première table de stockage 110. La présence du composant 120 permet d’assurer que ce signal reste compris entre 0 et 2ÎI. Le composant 121 est un gain permettant de convertir la sortie du composant 120 dans l’une des valeurs du jeu de premières valeurs, par exemple en une valeur comprise entre 1 et 32 lorsque la première table de stockage 110 contient 32 points d’échantillonnage. La valeur du gain appliquée par ce composant 121 est ici égale au produit du nombre de points échantillonnés stockés dans la première table 110 divisé par 2n.
Le signal représentatif de la position du rotor 4 en 118 est d’autre part traité par deux composants successifs 122 et 123 dans le cadre d’une deuxième conversion pour être transformé en un nombre entier appartenant au jeu de deuxièmes valeurs en entrée de la deuxième table de stockage 111. La présence du composant 122 permet d’assurer que ce signal reste compris entre 0 et 2n. Le composant 123 est un gain permettant de convertir la sortie du composant 122 dans l’une des valeurs du jeu de deuxièmes valeurs, par exemple en une valeur comprise entre 1 et 32 lorsque la deuxième table de stockage 111 contient 32 points d’échantillonnage. La valeur du gain du composant 123 peut être la même que celle du composant 121. Cette valeur de gain peut être égale au rapport entre le nombre de points échantillonnés stockés dans la deuxième table 111 et 2n.
Les composants 120 et 122 peuvent être choisis l’un par rapport à l’autre de manière que l’un d’entre eux compense le déphasage entre la composante en cosinus du signal en 119 par rapport à la composante en sinus de ce signal.
A l’issue de la première conversion, on obtient ainsi la valeur du premier signal reconstruit correspondant à la valeur de la composante en sinus du signal représentatif de la position du rotor, en sortie de la première table 110, et à l’issue de la deuxième conversion on obtient ainsi la valeur du deuxième signal reconstruit correspondant à la valeur de la composante en cosinus du signal représentatif de la position du rotor.
Le bloc 116 reçoit chacun de ces premier et deuxième signaux reconstruits en entrée, ainsi que les composantes en sinus et en cosinus du signal en 119 du bloc 115. Par un premier opérateur 125, le premier signal reconstruit en sortie de la première table 110 est soustrait de la composante en sinus du signal en 119, et par un deuxième opérateur 126, le deuxième signal reconstruit en sortie de la deuxième table 111 est soustrait de la composante en cosinus du signal en 119.
Ces sorties des opérateurs 125 et 126 sont représentées rassemblées en 127, pour former en 130 en sortie du circuit 102 un signal qui diffère du signal sur l’entrée 119 de ce circuit 102 par la compensation des harmoniques prédéfinis, grâce à la soustraction des premier et deuxième signaux reconstruits. Le signal en 130, ainsi débarrassé des harmoniques prédéfinis, attaque ensuite le circuit 103 dont la sortie fournit le signal représentatif de la position du rotor.
L’invention n’est pas limitée à l’exemple qui vient d’être décrit. Comme déjà mentionné, une unique table à deux entrées peut être utilisée, par exemple.
En variante, le circuit 102 peut ne traiter qu’un seul signal issu d’un capteur 20. Il peut alors exister autant de circuits 102 de compensation d’harmoniques prédéfinies qu’il existe de signaux acquis par des capteurs 20 à traiter. Il existe par exemple autant de circuits 102 de compensation d’harmoniques prédéfinies distincts qu’il existe de capteurs.
En variante encore, le signal en 119 dans le circuit 102 décrit ci-dessus peut être constitué par deux sous-signaux qui ne sont pas des composantes en sinus et en cosinus d’un signal, mais qui sont des signaux issus chacun d’un capteur 20 respectif.

Claims

Revendications
1. Dispositif de détermination (100) de la position angulaire d’un rotor (4) de machine électrique tournante sur la base de signaux fournis par plusieurs capteurs de position (20), dispositif comprenant :
- un circuit (103) estimant la position du rotor, notamment via la réalisation d’une boucle de contrôle, ce circuit (103) fournissant en sortie un signal représentatif de la position du rotor, et
- au moins un circuit (102) de compensation d’harmoniques prédéfinis dans le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position (20), ce circuit de compensation d’harmoniques recevant en entrée :
- le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position (20), et
- le signal représentatif de la position du rotor, ce circuit (102) de compensation d’harmoniques prédéfinis fournissant en sortie une entrée du circuit (103) estimant la position du rotor, ce circuit (102) de compensation d’ harmoniques prédéfinis étant configuré pour :
- récupérer sur la base du signal représentatif de la position du rotor dans au moins une table de stockage (110, 111) un signal reconstruit sur la base des harmoniques à compenser, et
- compenser lesdits harmoniques en soustrayant du signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position (20) le signal reconstruit sur la base de ces harmoniques à compenser.
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position (20) présente une composante en cosinus et une composante en sinus, et dans lequel :
- on récupère sur la base du signal représentatif de la position du rotor un premier signal reconstruit sur la base des harmoniques à compenser et on récupère sur la base du signal représentatif de la position du rotor un deuxième signal reconstruit sur la base des harmoniques à compenser, et
- on compense lesdits harmoniques en soustrayant de la composante en sinus du signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position (20) le premier signal reconstruit, et en soustrayant de la composante en cosinus du signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position (20) le deuxième signal reconstruit.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel : - on effectue une première conversion (120, 121) du signal représentatif de la position du rotor en une valeur appartenant à un jeu de premières valeurs utilisées en première entrée de la table de stockage (110), ces premières valeurs étant associées dans la table de stockage
(110) à une valeur du profil harmonique obtenu via le premier signal reconstruit et,
- on effectue une deuxième conversion (122, 123) du signal représentatif de la position du rotor en une valeur appartenant à un jeu de deuxièmes valeurs utilisées en deuxième entrée de la table de stockage (111), ces deuxièmes valeurs étant associée dans la table de stockage
(111) à une valeur du profil harmonique obtenu via le premier signal reconstruit.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la première conversion du signal représentatif de la position du rotor en une valeur appartenant au jeu de premières valeurs consiste à transformer ce signal en un nombre entier, de sorte que la réunion des nombres entiers ainsi obtenus corresponde à totalité des valeurs du jeu de premières valeurs.
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la deuxième conversion du signal représentatif de la position du rotor en une valeur appartenant au jeu de deuxièmes valeurs consiste à transformer ce signal en un nombre entier, de sorte que la réunion des nombres entiers ainsi obtenus corresponde à la totalité des valeurs du jeu de deuxièmes valeurs.
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le cardinal du jeu de premières valeurs est égal au cardinal du jeu de deuxièmes valeurs.
7. Dispositif selon la revendication 2 et l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel la première conversion diffère de la deuxième conversion de manière à prendre en compte le déphasage existant entre la composante en cosinus du signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position (20) et la composante en sinus de ce signal.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le signal reconstruit sur la base des harmoniques à compenser contenu dans la table de stockage (110, 111) est figé.
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore un circuit (105) de normalisation dynamique par l’amplitude de la première harmonique de chaque signal issu d’un capteur de position (20), ce circuit fournissant en sortie le signal résultant des signaux fournis par les capteurs de position (20) reçu en entrée du circuit (102) de compensation d’harmoniques prédéfinies.
10. Ensemble comprenant :
- une machine électrique tournante pour la propulsion d’un véhicule hybride ou électrique, et
- un dispositif de commande de cette machine électrique, comprenant un dispositif de détermination (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes. 16
11. Procédé de détermination de la position angulaire d’un rotor (4) de machine électrique tournante sur la base de signaux fournis par plusieurs capteurs de position (20), dans lequel on utilise un dispositif de détermination selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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