FR3140941A1 - Dispositif de détermination de la position angulaire d’un rotor - Google Patents

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angular position
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FR2210771A
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Laurent Labiste
Pascal Sokha LY
Stephane FOURMY
Paul Armiroli
Kouakou Gilbert KONAN
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Abstract

Dispositif de détermination de la position angulaire d’un rotor L’invention concerne un dispositif (100) de détermination d’une valeur estimée (est) d’une position angulaire d’un rotor de machine électrique tournante, ce dispositif de détermination étant configuré pour : dans un mode fonctionnel, déterminer une valeur estimée (est) d’une position angulaire de rotor sur la base de trois signaux de capteur fournis par des capteurs de position (S1, S2, S3) qui sont fonctionnels, un capteur de position étant dit fonctionnel lorsque ce capteur de position est capable de fournir un signal utilisable pour estimer la position angulaire de rotor,dans un mode dégradé, déterminer une valeur estimée (est) d’une position angulaire de rotor sur la base de : deux signaux de capteur Si(θ) fournis par des capteurs de position qui sont fonctionnels, età la place du signal de capteur nul, dégradé ou erroné, désigné par un indice n, un signal estimé (Sn_fail) qui est fourni par un circuit (106) de reconstruction d’un signal de capteur et est défini comme suit : Figure pour l’abrégé : Figure 3

Description

Dispositif de détermination de la position angulaire d’un rotor
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 dispositif 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, par exemple une tension supérieure à 300V, par exemple de 400V ou 800V.
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 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 trois signaux fournis par des capteurs, par exemple à effet Hall, ou éventuellement de type inductif ou en bout d’arbre, avec ces trois signaux qui sont décalés idéalement d’une valeur cible de 120° (électriques ou mécaniques), selon le type de capteur. Les signaux fournis par ces capteurs sont traités par un dispositif d’estimation de la position du rotor, par exemple via une boucle de contrôle. Ce dispositif d’estimation fournit en sortie un signal représentatif de cette position du rotor qui est à aimants permanents. 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 une batterie. Dans le cas d’un rotor bobiné, l’onduleur commande aussi le champ du rotor, et l’onduleur est interposé entre la machine (rotor/stator) et la batterie.
En cas de défaillance de l’un des capteurs, le contrôle de la machine tournante n'est plus en mesure d'estimer correctement la position du rotor et la machine doit s'arrêter afin d'éviter une défaillance critique et un danger.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités.
L’invention a ainsi pour objet un dispositif de détermination d’une valeur estimée ( est) d’une position angulaire d’un rotor de machine électrique tournante, ce dispositif de détermination étant configuré pour :
  • dans un mode fonctionnel, déterminer une valeur estimée (θest) d’une position angulaire de rotor sur la base de trois signaux de capteur fournis par des capteurs de position qui sont fonctionnels, un capteur de position étant dit fonctionnel lorsque ce capteur de position est capable de fournir un signal utilisable pour estimer la position angulaire de rotor,
  • dans un mode dégradé dans lequel l’un des trois signaux de capteur fournis par les capteurs de position est nul, dégradé ou erroné, notamment du fait d’une déconnexion ou d’un dysfonctionnement du capteur ou des capteurs associés, déterminer une valeur estimée ( est) d’une position angulaire de rotor sur la base de :
    • deux signaux de capteur Si( ) fournis par des capteurs de position qui sont fonctionnels, et
    • à la place du signal de capteur nul, dégradé ou erroné, désigné par un indice n, un signal estimé (Sn_fail) qui est fourni par un circuit de reconstruction d’un signal de capteur et est défini comme suit
où les signaux Si( )désignent les deux signaux de capteur fournis par des capteurs de position qui sont fonctionnels, estétant une valeur estimée de position angulaire, et h1étant une amplitude moyenne de l’harmonique de rang 1 des signaux de capteur.
Grâce à l’invention, en cas de défaillance de l’un des capteurs de position, le signal nul, dégradé ou erroné lié à ce capteur de position défaillant peut être substitué par le signal estimé selon l’invention, qui est utilisable pour estimer la position angulaire. L’invention permet ainsi de reconstruire une estimation correcte du signal nul, dégradé ou erroné.
La formule mathématique proposée dans le cadre de l’invention permet d’atténuer les effets des harmoniques électriques de troisième rang causés par des imperfections de magnétisation de l'aimant cible.
La machine électrique peut ainsi, même en cas de défaillance de l’un des capteurs de position, continuer à fonctionner.
L’invention offre donc une fonction de secours, encore désignée par «limp -home» en anglais, qui peut fournir, même avec une précision plus faible, une estimation correcte de la position angulaire afin de permettre, par exemple, le roulage du véhicule vers un garage automobile ou un endroit sûr.
En outre, la solution proposée par l’invention est relativement simple et ne charge pas outre mesure les capacités de calcul, par exemple de la commande interne de l’onduleur. De plus, l’invention peut être mise en œuvre dès un très bas régime, par exemple lorsque la machine électrique tournante fonctionne à quelques tours par minute pendant le démarrage.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de détermination est configuré pour calculer le signal estimé (Sn_fail) par le circuit de reconstruction d’un signal de capteur, puis opérer une transformation (T3 2) d’un système triphasé formé par les deux signaux de capteurs Si(θ) fournis par les capteurs de position qui sont fonctionnels et le signal estimé (Sn_fail), en un système diphasé.
Autrement dit, le circuit de reconstruction d’un signal de capteur fournit les signaux pour la transformation, qui se produit ainsi en aval de ce circuit de reconstruction d’un signal de capteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, la transformation (T3 2) est une transformée de Clarke utilisant la matrice de Clarke. Ceci est le cas notamment en l’absence de calibration en fin de ligne des capteurs de position. En variante, la transformation (T3 2) est une transformée utilisant une matrice modifiée, qui est toutefois proche de la matrice de Clarke. Ceci est le cas notamment en présence de calibration en fin de ligne des capteurs de position, calibration qui modifie légèrement le contenu de la matrice de la transformation.
Selon l’un des aspects de l’invention, le système diphasé issu de la transformation comprend deux signaux, notamment un signal en Sinus et un signal en Cosinus.
En variante, le dispositif de détermination est agencé pour opérer une transformation (T3 2) utilisant une matrice spécifique issue d’une calibration en fin de ligne de production.
La calibration en fin de ligne est réalisée juste avant le départ en livraison de la machine électrique chez le client. Une telle opération de calibration en fin de ligne repose notamment sur une extraction itérative de séries de Fourier réalisées à vitesse constante faisant ensuite l’objet d’un traitement.
Cette matrice spécifique est différente de la matrice de Clarke.
Dans ce cas, le dispositif de détermination est agencé pour utiliser une calibration en fin de ligne.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de détermination comporte un circuit de normalisation configuré pour mettre en œuvre une opération de normalisation dans laquelle la valeur de h1est normalisée, notamment égale à 1, préalablement au calcul du signal estimé (Sn_fail).
Selon l’un des aspects de l’invention, l’opération de normalisation est réalisée de manière dynamique.
Une telle opération de normalisation est décrite par exemple dans la demande de brevet WO2021121770.
En variante, la valeur h1est une amplitude moyenne de l’harmonique de rang 1 des signaux de capteur, non normalisée.
Ainsi l’opération de normalisation est optionnelle.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de détermination est agencé pour déterminer la valeur estimée ( est) d’une position angulaire de rotor à partir des signaux issus de la transformation (T3 2).
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de détermination comporte une boucle de suivi de position rétroactive (appelée boucle PTL désignant en anglais «Position Tracking Loop») ou une boucle de suivi de position itérative agencée pour déterminer la valeur estimée ( est) d’une position angulaire de rotor à partir des signaux issus de la transformation (T3 2).
La valeur estimée θestutilisée pour le calcul du signal estimé (Sn_fail) est la valeur issue de la boucle de suivi de position rétroactive ou la boucle de suivi de position itérative.
Selon l’un des aspects de l’invention, la boucle de suivi de position rétroactive ou la boucle de suivi de position itérative font partie d’un algorithme de contrôle du dispositif de détermination.
Selon un autre des aspects de l’invention, le dispositif de détermination est agencé pour déterminer la valeur estimée θestutilisée pour le calcul du signal estimé (Sn_fail) à partir par exemple d’un calcul d’arc-tangente des signaux de capteur Si(θ)quadratique fournis par la matrice (T3 2), ou par tabulation directe des signaux de capteur Si(θ).
Dans ce cas, le calcul de la valeur estimée ( est) d’une position angulaire de rotor peut s’affranchir de rétroaction ou d’itération.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de détermination comporte un circuit de compensation du biais, ou «offset» en anglais, existant dans les signaux issus de la transformation, notamment du signal en Sinus et du signal en Cosinus.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de détermination est agencé pour confirmer le verrouillage de la boucle PTL garantissant la qualité de la position estimée par un signal de sortie de validation.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de détermination est agencé pour déterminer une valeur estimée ( est) d’une position angulaire de rotor sur la base d’un signal estimé (Sn_fail) utilisant la formule suivante :

une fois que la vitesse de rotation du rotor dépasse un seuil de vitesse de rotation.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de détermination est agencé pour déterminer une valeur estimée ( est) d’une position angulaire de rotor sur la base d’un signal estimé (Sn_fail) utilisant la formule comme suit :

tant que la vitesse de rotation du rotor est inférieure ou égale audit seuil de vitesse de rotation ou lorsque la boucle PTL est déverrouillée ou lorsque l’erreur de la position angulaire estimée par la boucle PTL est supérieure à un seuil.
Autrement dit, pour des vitesses de rotation inférieures au seuil de vitesse de rotation, le dispositif de détermination utilise la formule

et, pour des vitesses de rotation supérieures à ce seuil de vitesse de rotation, le dispositif de détermination utilise la formule
.
L’utilisation de la formule

à vitesses faibles du rotor offre une meilleure stabilité en termes d’estimation de la position angulaire, notamment du fait qu’à faibles vitesses proches de zéro, il n’est pas possible d’effectuer une normalisation ou une suppression précise d’offset des signaux. Cette formule est utilisée par exemple lors d’une phase de démarrage du véhicule.
Lors du roulage du véhicule à une vitesse suffisante, en cas de défaillance de l’un des capteurs, il est possible d’utiliser directement la formule

sans faire appel, de manière transitoire, à la formule
dans le cas où l’erreur de la position angulaire estimée par la boucle PTL est suffisamment faible.
Selon l’un des aspects de l’invention, les capteurs de position sont des capteurs à effet Hall ou des capteurs inductifs.
L’invention a encore pour objet 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 précité.
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 peut présenter une puissance nominale mécanique comprise entre 4 kW et 35 kW, étant par exemple de 4 kW, 8 kW, 15 kW, 25 kW ou 35 kW, ou la machine électrique peut présenter une puissance nominale mécanique comprise entre 40kW et 400kW, étant par exemple de 40kW, 80 kW, 100 kW, 150 kW, 180 kW, 200 kW, 300kW ou 400 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/redresseur 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.
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 un procédé de détermination de la position angulaire d’un rotor de machine électrique tournante, dans lequel on utilise un dispositif de détermination tel que précité.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
– la représente, de façon schématique et en coupe axiale, un exemple de machine électrique tournante à laquelle peut s’appliquer l’invention ;
– la représente en élévation un autre type de rotor que celui de la ;
– la 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 correspond à des courbes de réponse permettant d’illustrer un effet de l’invention ;
– la représente, de façon schématique, le dispositif de détermination de la position du rotor de la machine selon un autre exemple non limitatif de mise en œuvre de l’invention.
On a représenté sur la une machine électrique tournante 1 polyphasée, notamment pour véhicule automobile, à laquelle peut s’appliquer l’invention.
Cette machine électrique tournante 1 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 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 et les griffes 19, une bobine 21 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 , étant par exemple formée par un empilement de tôles, comme représenté sur la .
Le nombre de paires de pôles défini par le rotor 4 peut être quelconque, par exemple être égal à trois, à quatre, à six ou à huit.
La machine 1 comprend trois capteurs de position S1, S2 et S3, ici des capteurs à effet Hall, regroupés dans un même boîtier en plastique et disposés de manière à ce que, parmi ces capteurs S1, S2 et S3, deux paires de capteurs présentent un décalage angulaire électrique de +120° ou -120°.
Ces capteurs de position S1, S2 et S3 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 signaux de capteur fournis par ces trois capteurs de position S1, S2 et S3 sont utilisés par un dispositif 100 de détermination de la position angulaire du rotor 4, qui va maintenant être décrit en référence aux figures 3 et suivantes.
Dans l’exemple de la , les signaux de capteur fournis par les trois capteurs de position S1, S2 et S3 attaquent un circuit 105 de normalisation dynamique par l’amplitude de la première harmonique de chaque signal issu d’un capteur de position S1, S2 et S3. Ce circuit 105 est par exemple tel que décrit dans la demande WO2021/121770.
Comme on peut le voir sur la , les signaux en sortie de ce circuit 105 de normalisation dynamique sont injectés dans un circuit de reconstruction 106 d’un signal de capteur qui peut être activé en cas de défaillance de l’un des capteurs de position S1, S2 et S3, comme on va l’expliquer plus bas.
Dans un mode fonctionnel, à savoir tous les capteurs de position S1, S2 et S3 délivrent des signaux utilisables pour déterminer une valeur estimée est d’une position angulaire de rotor sur la base des trois signaux de capteur fournis par des capteurs de position S1, S2 et S3, le circuit de reconstruction 106 d’un signal de capteur reste passant, car le dispositif 100 de détermination de la position angulaire dispose de l’ensemble des signaux nécessaires pour déterminer la position angulaire de rotor.
Dans un mode fonctionnel, les signaux issus du circuit 105 de normalisation sont traités dans une transformation T3 2d’un système triphasé formé par les trois signaux de capteurs Si(θ) fournis par les capteurs de position S1, S2 et S3 qui sont fonctionnels, en un système diphasé. Nous avons, pour l’indice i, i=1, 2, 3 pour les trois capteurs de position S1, S2 et S3 respectifs.
La transformation est opérée dans un circuit 107.
La transformation T3 2est une transformée de Clarke utilisant la matrice de Clarke, et le système diphasé issu de la transformation comprend deux signaux, un signal en Sinus noté S et un signal en Cosinus C.
Le signal en Sinus noté S et le signal en Cosinus C passent ensuite dans un circuit 108 de compensation du biais existant dans ces signaux.
A la suite du circuit 108 de compensation du biais, est prévue une boucle 110 de suivi de position rétroactive (appelée boucle PTL désignant en anglais «Position Tracking Loop») agencée pour déterminer la valeur estimée est d’une position angulaire de rotor à partir des signaux issus du circuit 108 de compensation.
Nous venons de décrire le fonctionnement du dispositif 100 de détermination de la position angulaire du rotor 4 lorsque les trois capteurs de position S1, S2 et S3 sont tous fonctionnels.
En cas défaillance de l’un des capteurs de position S1, S2 et S3, le dispositif 100 de détermination permet une reconstruction du signal nul, dégradé ou erroné.
Ainsi, dans ce mode dégradé, le dispositif 100 de détermination génère une valeur estimée est d’une position angulaire de rotor sur la base de :
  • deux signaux de capteur Si( ) fournis par des capteurs de position qui sont fonctionnels, et
  • à la place du signal de capteur nul, dégradé ou erroné, désigné par un indice n, un signal estimé Sn_failqui est fourni par le circuit 106 de reconstruction d’un signal de capteur et est défini comme suit :
où les signaux Si( ),avec l’indice i différent de n, étant les signaux de capteur fournis par des capteurs de position qui sont fonctionnels, estétant une valeur estimée de position angulaire, et h1étant une amplitude moyenne de l’harmonique de rang 1 des signaux de capteur.
Par exemple, les capteurs fonctionnels sont S1 et S2, et le capteur S3 est défaillant. Dans ce cas, nous avons n= 3, et i=1, 2.
L’invention offre ainsi une fonction de secours, encore désignée par «limp -home» en anglais, qui peut fournir, même avec une précision plus faible, une estimation correcte de la position angulaire afin de permettre, par exemple, le roulage du véhicule vers un garage automobile ou un endroit sûr.
Le calcul du signal estimé Sn_failpar le circuit 106 de reconstruction d’un signal de capteur est effectué en amont de la transformation T3 2d’un système triphasé formé par les deux signaux de capteurs Si(θ) fournis par les capteurs de position qui sont fonctionnels et le signal estimé Sn_fail, en un système diphasé avec un signal en Sinus et un signal en Cosinus.
Dans l’exemple décrit, du fait de la normalisation dans le circuit de normalisation 105, la valeur de h1est égale à 1, préalablement au calcul du signal estimé (Sn_fail).
Dans l’exemple décrit, il est utilisé une rétroaction itérative dans laquelle la valeur estimée θestutilisée pour le calcul du signal estimé Sn_failest la valeur issue de la boucle 110 de suivi de position rétroactive.
La boucle 110 de suivi de position rétroactive fait partie d’un algorithme de contrôle du dispositif de détermination 100.
Le dispositif de détermination 100 est agencé pour déterminer une valeur estimée est d’une position angulaire de rotor sur la base d’un signal estimé Sn_failutilisant la formule suivante :

une fois que la vitesse de rotation du rotor 4 dépasse un seuil SV de vitesse de rotation.
Le dispositif de détermination est agencé pour déterminer une valeur estimée est d’une position angulaire de rotor sur la base d’un signal estimé Sn_failutilisant la formule comme suit :

tant que la vitesse de rotation du rotor est inférieure ou égale audit seuil SV de vitesse de rotation.
Autrement dit, pour des vitesses de rotation inférieures au seuil SV de vitesse de rotation, le dispositif de détermination utilise la formule

et, pour des vitesses de rotation supérieures à ce seuil SV de vitesse de rotation, le dispositif de détermination utilise la formule
.
Pour illustrer ce qui est décrit juste ci-dessus, la représente sur une même échelle temporelle en abscisse :
  • sur un graphique 300 l’évolution de la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique telle que fournie par le dispositif 100,
  • sur un graphique 301 l’évolution des signaux en sortie du «Limp -home sensor», avec un basculement de formule utilisée au temps correspondant au seuil SV de vitesse de rotation.
La courbe 311 représente le signal reconstruit Sn_fail, associé au capteur S1.
Les deux autres courbes 312 et 313 sont issus des capteurs fonctionnels S2 et S3.
La courbe 314 représente le signal logique indiquant le passage entre les deux modes de calcul suite au changement de vitesse associé au seuil SV.
Avant le seuil SV, la fréquence des signaux étant trop faible pour estimer avec précision la vitesse et la position, le capteur endommagé S1 est donc remplacé simplement par la formule :
ce qui génère malheureusement une amplification forte des harmoniques 3 sur S1_fail .
Ceci se traduit par un fort dépassement 315 sur la courbe 311.
L’estimation de la position et de la vitesse s’en trouve alors fortement détériorée. Ceci est visible sur les fortes ondulations 316 sur la vitesse.
Après le seuil SV, la vitesse devient assez grande pour pouvoir estimer avec suffisamment de précision la position et donc utiliser la formule :
Ceci génère alors un signal S1failtrès similaire aux deux autres signaux car il incorpore le même niveau d’harmonique 3 que les signaux S2et S3.
On voit alors quasiment instantanément une amélioration de l’estimation de la vitesse.
Les normalisations et compensations du biais s’enclenchent par la suite durant la phase de montée en vitesse. En fin de montée, on obtient trois signaux parfaitement normalisés, et les offsets sont aussi quant à eux correctement compensés par le circuit 108, ce qui améliore l’estimation de l’angle et par voie de conséquence de S1_fail, et ainsi de suite... Ensuite le comportement ne change plus une fois la vitesse stabilisée.
Dans l’exemple qui est décrit en référence à la , il est utilisé un circuit 105 de normalisation dynamique.
Dans un autre exemple de réalisation de l’invention illustré en , le dispositif de détermination 100 est dépourvu d’un circuit 105 de normalisation dynamique.
Dans ce cas, dans la formule :
h1 est prise égale à une amplitude moyenne de l’harmonique de rang 1 des signaux de capteur, non normalisée.

Claims (10)

  1. Dispositif (100) de détermination d’une valeur estimée ( est) d’une position angulaire d’un rotor de machine électrique tournante, ce dispositif de détermination étant configuré pour :
    • dans un mode fonctionnel, déterminer une valeur estimée ( est) d’une position angulaire de rotor sur la base de trois signaux de capteur fournis par des capteurs de position (S1, S2, S3) qui sont fonctionnels, un capteur de position étant dit fonctionnel lorsque ce capteur de position est capable de fournir un signal utilisable pour estimer la position angulaire de rotor,
    • dans un mode dégradé dans lequel l’un des trois signaux de capteur fournis par les capteurs de position (S1, S2, S3) est nul, dégradé ou erroné, notamment du fait d’une déconnexion ou d’un dysfonctionnement du capteur ou des capteurs associés, déterminer une valeur estimée ( est) d’une position angulaire de rotor sur la base de :
      • deux signaux de capteur Si( ) fournis par des capteurs de position qui sont fonctionnels, et
      • à la place du signal de capteur nul, dégradé ou erroné, désigné par un indice n, un signal estimé (Sn_fail) qui est fourni par un circuit (106) de reconstruction d’un signal de capteur et est défini comme suit :

    où les signaux Si( )désignent les deux signaux de capteur fournis par des capteurs de position qui sont fonctionnels, estétant une valeur estimée de position angulaire, et h1étant une amplitude moyenne de l’harmonique de rang 1 des signaux de capteur.
  2. Dispositif de détermination selon la revendication précédente, configuré pour calculer le signal estimé (Sn_fail) par le circuit (106) de reconstruction d’un signal de capteur, puis opérer une transformation (T3 2) d’un système triphasé formé par les deux signaux de capteurs Si( )fournis par les capteurs de position qui sont fonctionnels et le signal estimé (Sn_fail), en un système diphasé.
  3. Dispositif de détermination selon la revendication précédente, dans lequel la transformation (T3 2) est une transformée de Clarke utilisant la matrice de Clarke.
  4. Dispositif de détermination selon l’une des revendications précédentes, comportant un circuit (105) de normalisation configuré pour mettre en œuvre une opération de normalisation dans laquelle la valeur de h1 est normalisée, égale à 1, préalablement au calcul du signal estimé (Sn_fail).
  5. Dispositif de détermination selon la revendication 3 et l’une des autres revendications précédentes, comportant une boucle (110) de suivi de position rétroactive ou une boucle de suivi de position itérative agencée pour déterminer la valeur estimée ( est) d’une position angulaire de rotor à partir des signaux issus de la transformation (T3 2).
  6. Dispositif de détermination selon l’une quelconque des revendications 2, 3 et 5, comportant un circuit (108) de compensation du biais existant dans les signaux issus de la transformation, notamment du signal en Sinus et du signal en Cosinus.
  7. Dispositif de détermination selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de détermination (100) est agencé pour déterminer une valeur estimée ( est) d’une position angulaire de rotor sur la base d’un signal estimé (Sn_fail) utilisant la formule suivante :

    une fois que la vitesse de rotation du rotor dépasse un seuil (SV) de vitesse de rotation.
  8. Dispositif de détermination selon la revendication 5, dans lequel le dispositif de détermination (100) est agencé pour déterminer une valeur estimée ( est) d’une position angulaire de rotor sur la base d’un signal estimé (Sn_fail) utilisant la formule comme suit :

    tant que la vitesse de rotation du rotor est inférieure ou égale audit seuil (SV) de vitesse de rotation ou lorsque la boucle PTL, la boucle PTL étant la boucle de suivi de position rétroactive, est déverrouillée ou lorsque l’erreur de la position angulaire estimée par la boucle PTL est supérieure à un seuil.
  9. Ensemble comprenant :
    - une machine électrique tournante (1) 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.
  10. Procédé de détermination de la position angulaire d’un rotor (4) de machine électrique tournante, dans lequel on utilise un dispositif de détermination selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010112720A2 (fr) * 2009-03-31 2010-10-07 Valeo Equipements Electriques Moteur Procede et dispositif de diagnostic de defauts de fonctionnement des sondes de determination de la position angulaire d'un rotor d'une machine electrique tournante polyphasee
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