JP2014514914A - 互いに異なる技術の少なくとも２つの要素を有する電気エネルギー源及び交流電流電気モータを制御するインバータを含むユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、互いに異なる技術の少なくとも２つの要素を有する電気エネルギー源と、ＡＣ電気モータを制御するインバータとを含むユニットであって、電気モータは、少なくとも２つの相を備えたステータ及びロータを有し、駆動インバータは、電気モータ（６）の相に接続されるようになった端子（４）に電流を送るＡＣ電流発生器（３）と、給電ライン（２０）と、電気モータに給電している或る特定の相上の交流電流コレクタ（４１，４２）と、少なくとも１つの「源の電流制限（source current limit）」値及び要求トルク設定値を含む情報を受け取る入力（５２）と、給電ライン電流を源電流制限に応じて許容値に維持しながら電気モータの相電流を要求トルク設定値の関数として制御するコントローラとを有することを特徴とするユニットに関する。したがって、電流源を損傷させる恐れなく、最大電流を電流源に常時課すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータの制御に関する。特に、本発明は、特に車両トラクションに用いられる電気モータの制御に関する。

かかるモータは、ステータ磁束を発生させることができる導電線の巻線を含む磁気回路をステータのところに有することが知られている。同期モータの場合、モータは、永久磁石及びロータ磁束を発生させる磁気回路をロータのところに有する。同期モータの場合、このモータは、かご形ロータを有する。リラクタンス（磁気抵抗）モータの場合、このモータは、リラクタンスロータを有する。多くの電気自動車用用途では、同期モータが用いられている。かかるモータは、ステータに対するロータの位置を与える「レゾルバ」を備えている。かかるモータは、モータの制御を保証するインバータと常時関連している。

当業者であれば知っているように、実際には、電気モータは、可逆性機械であり、換言すると、電気モータは、オルタネータ（交流発電機）としても作動する。これは、電気機械の場合については当たり前のことでもあるからである。以下の説明がモータに関する場合、これは説明の便宜上のことであり、本発明との関連において以下の説明は一般的に電気機械に及び、電気機械はモータとしてもオルタネータとしても作動することは言うまでもない。

極めて多くの用途において、特に自動車では、電気エネルギー源は、例えばバッテリ又は燃料電池のような直流源である。この場合、モータを制御するインバータは、ＤＣ信号をモータの作動設定値に合った振幅及び周波数のＡＣ信号に変換するインバータを含む。モータと関連した３相インバータの役割は、ＤＣ電源に基づいて所望の機械的トルクをモータシャフト出力のところに生じさせることにある。

先行技術の一例として、米国特許出願公開第２００３／００８８３４３号明細書を挙げることができ、この米国特許出願公開明細書は、内燃エンジン及び車両のモータリゼーションのための補助手段となる電気モータを搭載したハイブリッド自動車用の電気トラクションチェーンを記載している。電気モータそれ自体は、バッテリによって給電される。モータの制御に関し、この特許文献は、バッテリの制限電力に従ってトルクの制限に基づく原理を記載している。最大放電電力を参照されたい。また、放電電力を制御するために用いられるバッテリ電流センサ及び温度の関数として電力のあらかじめ定められたマップに従ってバッテリ制限電力を求めるバッテリ温度センサの使用が記載されているが、この構成は、非常に動的な調節機能を実現することができない。

純粋に電気的トラクションの車両の分野において、米国特許第５，６００，１２５号明細書を引用することができ、この米国特許明細書は、バッテリ式電気車両用のコントローラを記載している。この米国特許明細書に記載された発明は、バッテリ電圧の関数として電気モータのトルクの調節を行う。しかしながら、この原理は、例えばＬｉ‐Ｉｏｎ（リチウムイオン）電池のような或る特定の形式のバッテリの場合に電流の良好な制御を可能にするわけではないが、かかるバッテリの使用が増大傾向にある。Ｌｉ‐Ｉｏｎバッテリの電圧は、事実、多くの要因（温度、充電状態、経年変化）で決まり、このように放電電流を正確に調節することは、極めて難題である。さらに、この特許文献の説明において、バッテリの制限電圧は、充電状態、温度等の動向の関数としてアップデートされることがない既定の一定値であり、それ故、かなり大まかな調節方式である。

相当大きな電力を必要とする大抵の用途において、３相機械が用いられている。作動原理は、次の通りであり、即ち、巻線中の電流により生じるモータのステータ磁界とロータ磁界との相互作用により、機械的トルクが生じる。インバータは、モータの３相に電力供給するために、電源のＤＣ電圧に基づいて電力用トランジスタの３つの枝路により、ロータ磁界に対して適切な振幅、適切な周波数及び適切な相の３相電流系を生じさせる。電流の振幅を制御するため、インバータは、モータの各相の電流に関する情報を提供する電流センサを有する。電流の周波数及び相を制御するため、インバータは、ステータに対するロータの位置を測定するレゾルバから信号を受け取る。

一般的なコントローラは、所望のモータトルクを得るために生じさせるべき相電流の正確な知識を提供するモータのモデル化方式を備えている。インバータは、モータのモデル化に基づいて、モータ相電流の設定値を算定してその調整器（レギュレータ）を用いてこれら設定値を生じさせる。したがって、インバータは、トルクをサーボ制御するわけでなく、モータの電流をサーボ制御する。モータ電流が所与の場合、種々の作動条件（モータの温度、インバータの温度、ケーブルの長さ）並びにインバータ及びモータに関する製造上の多様化に応じて、モータのロス、インバータのロス及びケーブルのロスは、様々な場合がある。その結果、電力及びかくして源に吸収される電流は、ケースごとに異なる場合がある。

その結果、計器として選択されたインバータ‐モータシステムのロスをモデル化することが必要であり、モデル化は、所与の温度で実施される。温度は、一般に、モータのロスを過剰評価するようかなり高く選択されており、これらモータのロスは、全てのロスのうちで、最も温度依存性のあるロスである。このように、トルク設定値が所与の場合、電流源から得られるべき電流は、電流が源により許容可能な電流よりも大きくならないようにするために過剰評価される。

モデル化方式を利用した調節の別の例は、欧州特許第１４１０９４２号明細書に見受けられる。この特許文献も又、バッテリ式電気車両用のコントローラを記載している。特に、この特許文献は、モータ制御装置による電源の電流の消費量の制限の仕方を記載しており、この制限は、モータのモデル化、即ち、種々のパラメータの関数としてのモータのマッピングの確立に基づいている。

この方式は、最適ではない。というのは、あらゆる使用事例において全ての要素を十分に表すモデル化を実施することが困難だからである。事実、モデル化は、実験室試験台で作られ、車両については作られておらず、或いは、モデル化におけるコンポーネントのエージングを考慮に入れることは言うまでもなく、モデル化が車両で実施された場合であっても、その使用の全ての事例に及ぶわけではない。

したがって、この方式（モデル化）は源の全電力を導くが、この源の全電力は、現実のロスが推定されるロス（例えば低温）よりも低い場合には用いられず、しかもエージング及びかくしてインバータ又はモータの効率の低下を考慮に入れることはなされない。かくして、最大性能レベルは、あらゆる条件において保証されるわけではない。

米国特許出願公開第２００３／００８８３４３号明細書 米国特許第５，６００，１２５号明細書 欧州特許第１４１０９４２号明細書

本発明の目的は、ロスをモデル化する必要がないようにし、モータの良好な制御手段を提案することにある。

本発明は、互いに異なる技術の少なくとも２つの要素を有する電気エネルギー源と、ＡＣ電気モータを制御するインバータとを含む装置であって、電気モータは、少なくとも２つの相を備えたステータ及びロータを有し、インバータは、
・ＤＣ電圧と関連したＤＣバスをＤＣ電気エネルギー源に取り付け可能な２つの端子を有し、
・電気モータの相に接続されるようになった端子ストリップに電流を送るＡＣ電流発生器を有し、
・取付け端子とＡＣ電流発生器との間の給電ラインを有し、
・給電ライン上の電流の測定値が流れる電源電流測定ラインを有し、
・相の各々中を流れているＡＣ電流を突き止めるために電気モータに給電している或る特定の相上のＡＣ電流の測定値が流れる少なくとも１つのモータ電流測定ラインを有し、
・給電ライン上を流れる電流のための少なくとも１つの「源の制限電流（source limit current）」値を含む情報を受け取る入力を有し、源の制限電流は、互いに異なる技術の少なくとも２つの要素を包括的に考慮し、入力は、要求トルク設定値（Ｃｃｏｎｓ）を含み、
・給電ライン上の電流測定値、電気モータの相の電流測定値、源の制限電流（Ｉｄｃ ｍａｘ，Ｉｄｃ ｍｉｎ）、要求トルク設定値（Ｃ ＣＡＮ）を受け取るコントローラを有し、コントローラは、給電ラインを通って流れる電流を源の制限電流と適合した値に維持しながら要求トルク設定値の関数として電気モータの相電流を制御することを特徴とする装置を提案する。

特に興味を惹く具体化例では、本発明が車両トラクションモータの制御に利用される場合、「源の制限電流」は、電気モータがトラクションモードで作動しているとき、電気エネルギー源から引き出される電流に対応した（正符号の）最大電流設定値（Ｉｄｃ ｍａｘ）、及び電気モータが回生制動モードで作動しているとき、電気エネルギー源に戻される電流に対応した（負符号の）最小電流設定値（Ｉｄｃ ｍｉｎ）を含む。

本明細書では、「源」は、所与の電力をトラクションモードで送り出すか電気的制動モードで吸収するかを可能にする１組の電気的手段を意味するようになっている。ＤＣバス上に存在することができる源の形式は、数で言えば３つであり、次の通りである。
・二方向性源、即ち、電流が両方向に流れることができ、したがって、電流をＤＣバス上に送り出すことができ又はＤＣバスに由来する電流を吸収することができる源、即ち、バッテリ、スーパーキャパシタ又は慣性ホイールに結合された電気機械等。
・一方向性源、これら一方向性源の中でとりわけ、
・電流をＤＣバス上に送り出すことのみ可能な純粋電力供給源又は電源、即ち、燃料電池、ヒートエンジン（ヒートエンジンのモータブレーキは無視する）により駆動されるオルタネータ等。
・ＤＣバスに由来する電流を吸収することのみ可能な純粋散逸装置（pure dissipater ）、即ち、散逸抵抗器（即ち、電気エネルギーを散逸する抵抗器、換言すると電力を消費する抵抗器）等。

本発明は、互いに異なる技術の少なくとも２つの要素を有する電気エネルギー源を含む装置に関し、この装置は、純粋散逸装置に結合された二方向性源、純粋散逸装置に結合された純粋電力供給源又は電源（燃料電池）、純粋電力供給源又は電源（燃料電池）に結合された二方向性源、これら３つの組み合わせ状態のカテゴリ又は同一のカテゴリに属するが、互いに異なる技術の幾つかの要素に利用できる。

本発明の開示の一部をなすわけではない種々の最適化上の理由で、種々の技術の源を車両に搭載することが望ましい場合がある。例えば、源は、電気エネルギーを蓄えることができる幾つかの電気要素（例えば、バッテリ及びスーパーキャパシタ）の連係を含む場合がある。源は、電気アキュムレータ及び散逸抵抗器を更に含むのが良い。当然のことながら、再充電電流をバッテリ及び／又は散逸抵抗器に出すことは、管理されなければならない。あらゆる場合において、互いに異なる技術の要素へのエネルギー又はかかる要素からのエネルギーの流れ又はかじ取りの管理は、本発明の要部をなすことはない。

本発明は、電気エネルギーを送り出すために用いられると共に／或いは電気エネルギーを吸収するために用いられる２つ又は３つ以上の要素の管理の観点には関与せず、本発明の必要のため、「源の制限電流（limit current of the source ）」は、電気アキュムレータ及び散逸抵抗器として並行に用いられる源の種々の要素の組について包括的に考慮されなければならないことは同意されるであろう。

以下の説明は、本発明の全ての観点を添付の図面により明確に明らかにすることができる。

本発明のインバータを示す図である。 本発明のインバータの特定の取り扱いを表すブロック図である。 本発明のインバータの追加の装置のブロック図である。 双方向源（バッテリ）が純粋散逸装置に結合された状態の本発明の特定の具体化例を示す図である。

図１は、インバータ１、３相電気モータ６、ＤＣ電気エネルギー源を形成するバッテリ８、及びインバータ１により使用される情報が流れるＣＡＮ（登録商標）バス７を示している。３相電気モータは、少なくとも相Ｕ，Ｖ，Ｗを有するステータ及びロータを有している。

インバータ１は、直流電流と関連した直流電流バス（ＤＣバス）及びＤＣ電圧電気エネルギー源に接続可能な２つの端子２，１０を有している。インバータは、電気モータ６の相Ｕ，Ｖ，Ｗに接続されるようになった端子ストリップ４に電流を送る交流電流発生器３を有している。インバータ１は、端子２と電流発生器３との間に給電ライン２０を有している。インバータ１は、コントローラ５及びコントローラ５からの制御指令を受け取り、そして電流発生器３の電力用トランジスタの制御を保証する制御段９を有している。

本発明の好ましい具体化例では、優れた性能の制御を行なうことができるようにするために、電気モータ６のロータは、同期モータであり、これはレゾルバ６０と関連しており、レゾルバ６０は、ロータとステータの相対位置を与える。この場合、インバータ１は、レゾルバにより送り出された信号を受け取る入力５１を有している。しかしながら、この構成は、本発明を限定するものではなく、当業者であれば知っているように、ステータに対するロータの位置を評価するために相電流及び電圧測定値に基づいて使用できるアルゴリズムが存在する。

本明細書の導入部の説明で理解されるように、本発明の本質的な特徴のうちの１つは、要求トルク設定値の関数として電気モータの相電流を制御することができ、給電ラインを経て流れる電流を源の制限に適合した値に保つコントローラが設けられていることにある。この目的のため、本明細書において説明する非限定的な具体化例では、インバータは、別の電源電圧測定ライン２２０を有し、給電ライン２０上の電圧の測定値がこの電源電圧測定ライン２２０上を流れ、コントローラ５は、給電ライン２０上の電圧の測定値をも受け取る。事実、コントローラ中に電源電圧をそのパラメータとして用いる調節法則を具体化することが有利である。コントローラ５は又、レゾルバ６０からの信号を受け取る。この情報に基づいて、コントローラ５は、電気モータの相電流を制御するために電気モータのための制御トルク（Ｃｐｉｌ）を求め、電力ライン２０上の電流が源の制限電流から隔たったままである限り、制御トルク（Ｃｐｉｌ）が要求トルク設定値（Ｃｃｏｎｓ）と同一であるようにし、電力ライン２０上の電流が源の制限電流に達すると、電力ライン２０上の源の制限電流を超えないように要求トルク設定値（Ｃｃｏｎｓ）に対して制御トルク（Ｃｐｉｌ）を減少させるようにする。

極めて有利には、多くのセンサが本発明のインバータ中に直接組み込まれる。しかしながら、理解されるべきこととして、本発明にとって必要不可欠なことは、センサの組み込み自体ではなく、センサが送り出す信号がインバータにより実施される調節のためのパラメータとして直接使用されると言うことにある。したがって、インバータは、給電ライン上に電流センサ２１を有し、この電流センサ２１は、その測定値を電源電流測定ライン２１０で送る。インバータは、給電ラインの電圧センサ２２を更に有し、この電圧センサ２２は、この測定値を電源電圧測定ライン２２０で送る。インバータは、同期電気モータ６に電力供給する或る特定の相、即ち、相Ｕ，Ｗに取り付けられた交流電流センサ、より具体的に言えば、２つの交流電流センサ４１，４２を更に有し、相Ｖ上の電流は、相Ｕ電流と相Ｗ電流の和である。これら交流電流は、同期電気モータ６に電力供給する。交流電流センサ４１，４２は、少なくとも１つのモータ電流測定ラインのうちの２つ（４１０，４２０）でこれらの測定値を送る。

インバータ１は、給電ライン２０上に電流センサ２１を有すると共に電圧センサ２２を有する。インバータ１は、ＣＡＮ（登録商標）バス７上を流れる情報を受け取る入力５２を更に有する。この情報は、モータがトラクションモードで作動しているときに電気エネルギー源から引き出される電流に相当する源の制限電流設定値Ｉｄｃ ｍａｘ（正符号の設定値）及び電気モータが回生制動モードで作動しているときに電気エネルギー源に戻される電流に相当する源の最小電流設定値Ｉｄｃ ｍｉｎ（負符号の設定値）を含む。後者は、源が許容できる最も強力な再充電電流である。

強調されるべきこととして、電流設定値は、これら自体、車両の状態に応じて永続的に計算される。源に戻される電流を源だけで吸収できる場合、これは、制限値が源の充電状態及びその技術で決まる再充電電流である。例えば、鉛電池は、低い再充電電流しか許容せず、これに対し、列状に配置されたスーパーキャパシタは、放電電流に等しい高い再充電電流を許容する。リチウムポリマ電池又はリチウムイオン電池は、放出電流よりも低いかなり高い再充電電流を許容する。以上要約すると、「源の制限電流」値の決定は、用いられる電気アキュムレータ技術、アキュムレータの充電状態及び車両の状態で決まり、他の全てのことは、本発明の範囲外である。かかる値は、本発明が抜け目なく利用することができる入力データとなる。

インバータ１は、給電ライン２上の電圧センサ２２からの信号、給電ライン２上の電流センサ２１からの信号、レゾルバ６０からの信号、センサ４１，４２による同期電気モータの各相の電流に関する信号、バッテリ８の制限電流Ｉｄｃ ｍａｘ及び制限電流Ｉｄｃ ｍｉｎ、必要に応じてＣＡＮ（登録商標）バス７０上を流れる要求トルク設定値Ｃ ＣＡＮを受け取るコントローラ５を有している。

図２では、コントローラ５がトルク設定値Ｃｐｉｌに作用するバス電流調整器（レギュレータ）を有することが分かり、この調整器は、最大電流設定値Ｉｄｃ ｍａｘを受け取る処理枝路Ｂ１、最小電流設定値Ｉｄｃ ｍｉｎを受け取る処理枝路Ｂ２及び電流の符号に応じて一方のラインと他方のラインを切り替える試験モジュールＴを有する。

給電ライン２０上を流れる電流は、電流センサ２１（図１参照）により測定され、この電流センサは、電流の測定値Ｉｄｃを試験モジュールＴに送り、試験モジュールＴは、電流の符号に応じて、もしこの値が正である場合、即ち、モータ６がトラクションモードで作動している場合、測定値Ｉｄｃを枝路Ｂ１上に送り、この値が負である場合、即ち、モータが回生制動モードで作動している場合、測定値Ｉｄｃを枝路Ｂ２上に送る。

また、モータ６の３相のうちの２つの電流の測定値は、モータ６の相Ｕに設けられているセンサ４１及びモータ６の相Ｗに設けられているセンサ４２によって取られる。これら電流値は、コントローラに送られ、コントローラは、相Ｖ上の電流を計算する。

さらに、コントローラは、以下に説明するように、要求トルク設定値Ｃ ＣＡＮをモータ６のための制御トルク設定値Ｃｐｉｌに変換し、次に、この制御トルクＣｐｉｌを従来の仕方で且つ当業者には周知の仕方でモータ相電流値に変換する。

図２に戻ってこれを参照すると共に先ず枝路Ｂ１を考慮する。この枝路は、インバータが源上で電流を消費するモータモードの作動に対応している。トルク設定値ＣｃｏｎｓがＣＡＮ（登録商標）バス上を流れている要求トルク設定値Ｃ ＣＡＮと同一であると仮定する。制御トルク設定値Ｃｃｏｎｓは、前方又は順方向モードでは正（Ｃｃｏｎｓ＞０）であり、車両の運転手が逆のモードを選択した場合には負（Ｃｃｏｎｓ＜０）である。ところで、レゾルバ６０は、車両の速度をその符号でコントローラ５に伝え、したがって、車両の走行方向をコントローラに伝える情報をコントローラ５に送ることに注目されたい。この場合、一方において所望のトルクＣ ＣＡＮの符号と他方において車両速度の符号を比較することにより、コントローラ５は、モータがトラクションモードで作動しているか制動モードで作動しているかを判定することができる。

加算器９１が一方において、源の制限電流設定値Ｉｄｃ ｍａｘを受け取ると共に他方において電流測定値Ｉｄｃを受け取り、そして源制限電流値に対する電流差を出力する。かかる差は、「比例積分」調整器９２及び振幅制限器９３によって処理され、振幅制限器９３は、比例積分調整器９２に由来する結果を、「マイナス設定値トルクＣｃｏｎｓの絶対値」の値に制限する。場合によっては振幅制限器９３によって制限されるこの結果は、次に、「トルクの符号」モジュール９４を通り、この「トルクの符号」モジュール９４は、車両の運転手の望む初期トルク設定値が車両走行運動を順又は前方方向に（正符号）増大させる傾向のあるトルクであるかこれを後方に（逆方向モード、負符号）に増大させる傾向のあるトルクであるかどうかに応じて結果の符号を維持し又はこれを変更して結果Ｃｔを得る。結果Ｃｔは、加算器９５に入力され、加算器９５は、トルク設定値Ｃｃｏｎｓをも受け取り、そして制御トルク設定値Ｃｐｉｌを出力して電気モータ６のトルクを制御する。

かくして、トラクションモード（正の設定値トルク（推定のために最大トルクに近いと仮定される）、枝路Ｂ１）にある場合であって電流Ｉｄｃ ｍａｘが１００Ａに等しい場合、しかも電流測定値が制限を超えて１０５Ａに等しい場合、加算器９１は、負の値−５Ａを出力し、その振幅は、オーバーシュートに比例し、これは、比例積分調整器９２によって、オーバーシュートに比例した値を持つと共に「−（マイナス）」符号を持つ偏差トルクに変換される。しかる後、偏差トルクの符号は、「トルクの符号」モジュール９４によって逆にされる。というのは、モータがトラクションモードにあるからである。加算器９５の後、偏差トルクＣｔを設定値トルクＣｃｏｎｓから差し引き、それにより源によって許容できる電流を超えたオーバーシュートを考慮に入れるために減少させたモータ制御トルクＣｐｉｌを与える。比例積分調整器９２の出力がゼロ値である全ての場合において、振幅制限器９３の出力は、ゼロ値であり、「トルクの符号」モジュール９４の出力は、ゼロ値であり、制御トルクＣｐｉｌは、トルク設定値Ｃｃｏｎｓと同一のままである。電流Ｉｄｃが正であり、他方、トルク設定値が負である場合（車両が逆方向作動且つモータ作動状態に向かう）、調整器は、源での消費量を減少させるために設定値を増大させる（即ち、設定値をゼロに向かわせるようにする）。

枝路Ｂ２は、インバータが電流を源に注入する回生制動モードの作動に対応している。トルク設定値Ｃｃｏｎｓは、逆方向モードでは正（Ｃｃｏｎｓ＞０）であり、順方向モードでは負（Ｃｃｏｎｓ＜０）である。作動原理は、同一である。順方向では、トルク設定値Ｃｃｏｎｓは、ゼロ未満であり、比例積分調整器９２Ｂの出力は、この時点では正であり、「トルクの符号」モジュール９４Ｂは、トルク設定値が負である場合、この時点では符号を逆にする。

図示の全ての場合において、上述の仕組みは、トルク設定値（原トルク設定値）に対して制御トルクと呼ばれる結果としてのトルク設定値を（絶対値で）減少させる傾向がある。

モータ電流が所与の場合に源で消費される電力は、多くのパラメータの関数として様々である。ロスに対する各パラメータ（ケーブルの温度、長さ及び種類、経年変化）の影響をモデル化することが可能な場合であっても、この作業は、少なくとも各モータ及び各電子システムについて繰り返されなければならない。さらに、これら全てのモデル化は、中央処理装置又は中央ユニット内に導入されなければならず、中央ユニットは、インバータについて要求するトルク設定値がロスを生じさせないようなトルク設定値及びかくして電力、そして最終的には源にとって許容できない源での消費電流をリアルタイムで計算しなければならない。これは、インバータ‐モータシステムが電流を消費している場合に当てはまるが、このシステムが発電機である場合にも当てはまる。この第２の場合、源に注入される電流が許容可能であるかどうかをチェックすることも又必要不可欠である。上述の方式とは異なり、本発明では、較正を利用する必要なく、制御電気モータ及びインバータそれ自体のロスレベルとは無関係に、これらロスの変化を生じさせる恐れのあるコンポーネントのドリフトに自動適応する仕方で、源から許容可能な最大電流を常時引き出すことができ又はＤＣ電流源を損傷させないで源が許容する最大再充電電流を源に注入することが任意の時点で可能になる。それ故、インバータ‐モータシステム、即ち、例えば車両に搭載された電気トラクションシステムの全電力は、電力が等しいと仮定した場合にシステムの重量にとって不利となる過度の安全係数を採用する必要なく、或いは、安全係数が等しいと仮定すれば損傷の恐れを減少させながら最適化される。

今や、バス電流の測定値を追加したということにより、インバータ内でのこの電流の制御を実施することができる。実際には、内部調整器が、最大源電流（源で消費される）又は最小限電流（源に注入される）に従うためにモータの制御状態をリアルタイムで修正する。

システムの管理は、大幅に単純化される。モータ、インバータ、ケーブル要素の特性を知る必要はもはやない。車両（図示せず）の中央ユニットは、ＣＡＮ（登録商標）バス７を介して２つのバス電流設定値、即ち、最大バス電流（Ｉｄｃ Ｍａｘ＞０）及び最小バス電流（Ｉｄｃ Ｍｉｎ＜０）をインバータに送る。インバータ１は、バス電流がＩｄｃ Ｍｉｎ値とＩｄｃ Ｍａｘ値との間のままである状態で車両の中央ユニットから来たトルク設定値を順守する。バス電流調整器がこれら制限を超えないよう働いているとき、トルク設定値は、もはや観察されない。有利には、車両の全体的管理に関し、インバータ１は、実際に生じたトルクの値を車両の中央ユニットに永続的に送る（ＣＡＮ（登録商標）バス７を介して）。

電気トラクション方式の自動車の適当な作動を保証する上で特に有利な本発明の具体化例では、要求トルク設定値Ｃ ＣＡＮの処理結果をコントローラ５に追加して再処理された制御トルク設定値Ｃｃｏｎｓを得、この処理は、図３に示されている。図３では、コントローラは、入力として、ＣＡＮ（登録商標）通信ネットワーク７（図１参照）を介して来たトルク設定値Ｃ ＣＡＮを受け取り、トルクの増大が許容されることを支持するＩＮＣ状態を受け取り、トルクの減少が許容されることを支持するＤＥＣ状態を受け取り、そして図２に示された処理において実際に用いられる設定値トルクＣｃｏｎｓを出力する「トルクランプ」ブロック９６を有する。

車両の通常の作動下では、即ち、Ｉｄｃの電流が制限のうちの１つに達していない場合、比例積分調整器９２とピーク制限器９３の組立体及び比例積分調整器９２Ｂとピーク制限器９３Ｂの組立体の出力は、ゼロ値であり、これらゼロ値は、Ｃ ＣＡＮ＞Ｃｃｏｎｓの場合には状態ＩＮＣを作動させ、或いは、Ｃ ＣＡＮ＜Ｃｃｏｎｓの場合、状態ＤＥＣを作動させる。この場合、要求トルク設定値Ｃ ＣＡＮが制御トルク設定値Ｃｃｏｎｓよりも大きい限り（Ｃ ＣＡＮ＞Ｃｃｏｎｓ）、Ｃｃｏｎｓは、選択されたランプに従ってΔＣ／ΔＴだけ増分され、同様に、要求トルク設定値Ｃ ＣＡＮが制御トルク設定値Ｃｃｏｎｓよりも小さい限り（Ｃ ＣＡＮ＜Ｃｃｏｎｓ）、Ｃｃｏｎｓは、選択されたランプに従ってΔＣ／ΔＴだけ減分され、このようにすることにより、要求トルク設定値Ｃ ＣＡＮの変化が急な場合であっても車両の非常に革新的な作動を得ることができ、とりわけ、要求トルク設定値Ｃ ＣＡＮは、連続したレベルで送られる。というのは、これは、例えば２０ミリ秒ごとにリフレッシュされるからである。

車両の絞り（スロットル）作動下では、即ち、Ｉｄｃ電流が制限のうちの１つに達した場合、比例積分調整器９２とピーク制限器９３の組立体又は比例積分調整器９２Ｂとピーク制限器９３Ｂの組立体の出力のうちの一方がゼロとは異なる値であり、それにより、インバータがエネルギーを消費しているか又は発生させているか及び車両が順方向モードで走行しているか逆方向モードで走行しているかに応じて、状態ＩＮＣか状態ＤＥＣかのいずれかを非作動状態にする。以上要約すると、次の４つの場合がある。
ｉ）順方向モード及びエネルギー消費装置、ＩＮＣが禁止される場合。
ｉｉ）順方向モード及びエネルギー発生装置、ＤＥＣが禁止される場合。
ｉｉｉ）逆方向モード及びエネルギー消費装置、ＤＥＣが禁止される場合。
ｉｖ）逆方向モード及びエネルギー発生装置、ＩＮＣが禁止される場合。
換言すると、制御トルク設定値Ｃｃｏｎｓは、要求トルク設定値Ｃ ＣＡＮの増大がどのようなものであれ、引き続き増大するのが禁止され、それにより、Ｉｄｃ電流消費量を増大させがちにしないようにし、したがって、比例積分調整器９２とピーク制限器９３の組立体へのそれ以上の「負荷」を増大させがちにしないようにし、それにより、いずれの場合においても、比例積分調整器９２とピーク制限器９３の組立体が作動するよう命じられた場合に達するトルク設定値Ｃｃｏｎｓよりも大きなトルク設定値Ｃｃｏｎｓの達成を可能にすることができないようになる。他方、制御トルク設定値Ｃｃｏｎｓは、減少するようになる。

結論を述べると、本発明は又、インバータ‐モニタシステムの適正な作動のチェックを行なうことができると言うことが示される。実際、消費（又は発生）電力コヒーレンスのチェックは、給電ライン２０上におけるインバータの入力とモータ６の相Ｕ，Ｖ，Ｗ上におけるインバータ１の出力との間で実施されるのが良い。さらに、電流センサ２１により、インバータ１の効率をリアルタイムで計算することができる。さらに、本発明により、コヒーレンスチェックを実施することができる。例えば、モータ６のレゾルバ６０が偶発的にシフトした場合、モータの電流サーボ制御は、通常作動するが、ステータ磁界は、ロータに対して正確には整相されないことになる。実際に生じたトルクは、設定値トルクよりも低いであろう。本出願人の強調すべきこととして、このコヒーレンスチェックは、トルクを測定しない場合であっても可能である。モータ６の出力のところの機械的動力は、機械的トルクに回転速度を乗算して得られた積である。インバータの入力のところで消費される電力は、ロスが追加された機械的動力に一致しなければならない。給電ライン２０の電圧及び電流の測定により、この電力は既知であり、それにより、機械的動力を推定する（妥当なロス値を差し引くことにより）ことができ、それによりモータの出力シャフトに加わる機械的トルクを推定することができる。この場合、この機械的トルクをトルク設定値と比較することが可能である。実験しきい値を超える偏差を用いると、警報を作動させることができ、フォールト修復補助手段として、考えられる原因、即ち、レゾルバ６０又は相電流センサの欠陥或いはＤＣバスの欠陥、ＤＣバス電圧測定値等を提案することが可能である。

図４には、一方において車両の電気トラクション機械６Ｂに給電するインバータ１Ｂに接続されると共に他方において電気エネルギー貯蔵バッテリ８Ｂに接続された制動下電力管理装置１４が示されている。バッテリ８Ｂは、バッテリ管理システム３１を有する。制動下電力管理装置１４は、ＤＣバス２０Ｂを有し、このＤＣバスの正のライン＋及び負のライン−が見える。制動下電力管理装置１４は、正ライン＋及び負ライン−に接続された散逸枝路（又は消費枝路）１Ｄを有する。この散逸枝路１Ｄは、例えば散逸抵抗器（又は消費抵抗器）１Ｄ２と直列に接続された例えばトランジスタから成る散逸電子ブレーカ１Ｄ１を有する。また、ダイオード１Ｄ４が示されており、このダイオード１Ｄ４は、散逸電子ブレーカ１Ｄ１の開路時、散逸抵抗器１Ｄ２中を流れていた電流がゼロになることができるようにする。これは、この回路が誘導性なのでなおさら有用である。制動下電力管理装置１４は、ＤＣバス２０Ｂ上に設けられた電流センサ１５を有する。

コントローラ１８は、全体として、先の実施例のコントローラ１と同等である。その説明を繰り返すことはせず、図５の記載を単純化している。図４に示されている電流センサ１５は、インバータ１Ｂ中に組み込まれた電流センサであっても良く、これとは逆に、インバータは、外部センサ、例えば電流センサ１５に由来する情報項目を利用しても良い。図４の裏付けにより説明する実施例の目的は、２つの互いに異なる技術、即ち、バッテリ８Ｂ及び散逸抵抗器１Ｄ２の要素を含む「源」への本発明の利用について説明することにある。

コントローラ１８が制動下電力管理装置１４の制御を保証する。理解されるように、コントローラ１８は、バッテリ管理システム３１からＣＡＮ（登録商標）バス１８０を経て、制動パワーの管理に有用な種々の項目の情報を受け取り、かかる情報項目は、「バッテリを再充電するための制限電流」設定値Ic＿recharge＿max 、ライン１５０を経て電流センサ１５により送り出されたＤＣバス２０Ｂ上の電流の測定値を含む。コントローラ１８は、バッテリ再充電制限電流とＤＣバス上の電流との差を評価する比較器を有し、このコントローラは、ＤＣバス上の電流がバッテリ再充電制限電流以上である場合、バッテリ再充電制限電流に等しいバッテリ充電電流を維持するサイクルに従って散逸電子ブレーカの制御を保証するユニットを含む。

かくして、消費電力の制御、即ち、電気機械２１により得られる電力のうちでバッテリ３０を充電するために使用することができない割り当て分の制御は、散逸電子ブレーカ１Ｄ１の開閉の適当なデューティ比により行われ、散逸電子ブレーカ１Ｄ１が開路している時間は、最大バッテリ充電電流の設定値と電流センサ１５による電流の測定値との偏差の関数として変化する。

この実施例では、インバータに組み込まれたコントローラにより、給電ライン２０Ｂを通って流れる電流を、源の制限と適合した値に維持しながら電気モータの相電流を要求トルク設定値の関数として制御することができ、源は、包括的に考慮され、即ち、バッテリ８Ｂ及び散逸抵抗器１Ｄ２により形成される。

以上要約すると、本発明により、消費電力に影響を及ぼす大きさに作用する調整器により電気エネルギー源に対してインバータにより引き出される（又は注入される）電流を制御することができるということが強調されるべきである。本発明では、インバータ入力のところで引き出される（又は注入される）電力を減少させ、その結果、消費電流を減少させるためにモータトルクに働きかける。モータの形式がどのようなものであれ、インバータは、内部トルク設定値のサーボ制御が行われるモータ制御ループを組み込んでいる。インバータの外部から来るトルク設定値（オプションとして、車両スーパーバイザを介する車両の運転手の行為）に基づき、そして、電気エネルギー源に対して引き出され（トラクションモードにおいて）又は注入される（回生制動モードにおいて）、適合されるべき消費量の電流を測定することによって、本発明では、電気エネルギー源により許容可能な最大電流に応じるためにモータトルクの有効設定値を適合させることができる。本発明を同期モータ及びレゾルバに関して説明したが、本発明は、非同期モータの制御にも利用でき、本発明は、ステータに対するロータの相対位置のセンサ（レゾルバ）を用いる必要なく同期モータの制御にも利用でき、本発明は又、電源電圧の測定の有無にかかわらず、上述した本発明の必須の構成要素を利用できる。最後に、インバータ電源電流の測定及び源で消費される（又は注入される）電力を表す大きさに作用する調整器により、インバータは、給電ライン上の電流の優れた且つ非常に細かい、しかも極めて応答性の高い指令を可能にする。

Claims (9)

1. 互いに異なる技術の少なくとも２つの要素を有する電気エネルギー源と、ＡＣ電気モータを制御するインバータとを含む装置であって、前記電気モータは、少なくとも２つの相を備えたステータ及びロータを有し、前記インバータは、
   ・ＤＣ電圧と関連したＤＣバスをＤＣ電気エネルギー源に取り付け可能な２つの端子（２，１０）を有し、
   ・前記電気モータ（６）の前記相に接続されるようになった端子ストリップ（４）に電流を送るＡＣ電流発生器（３）を有し、
   ・前記取付け端子と前記ＡＣ電流発生器との間の給電ライン（２０）を有し、
   ・前記給電ライン（２０）上の電流の測定値が流れる電源電流測定ライン（２１０）を有し、
   ・前記相の各々中を流れているＡＣ電流を突き止めるために前記電気モータに給電している或る特定の相上のＡＣ電流の測定値が流れる少なくとも１つのモータ電流測定ライン（４１０，４２０）を有し、
   ・前記給電ライン上を流れる電流のための少なくとも１つの「前記源の制限電流（source limit current）」値を含む情報を受け取る入力（５２）を有し、前記源の制限電流は、前記互いに異なる技術の少なくとも２つの要素を包括的に考慮し、前記入力は、要求トルク設定値（Ｃｃｏｎｓ）を含み、
   ・前記給電ライン上の前記電流測定値、前記電気モータの前記相の前記電流測定値、前記源の制限電流（Ｉｄｃ ｍａｘ，Ｉｄｃ ｍｉｎ）、前記要求トルク設定値（Ｃ ＣＡＮ）を受け取るコントローラ（５）を有し、前記コントローラは、前記給電ライン（２０）を通って流れる電流を前記源の制限電流と適合した値に維持しながら前記要求トルク設定値に応じて前記電気モータの前記相電流を制御する、装置。
2. 前記源は、電気アキュムレータ及び散逸抵抗器を含む、請求項１記載の装置。
3. 前記インバータは、同期モータの制御を保証し、前記ロータは、ロータとステータとの相対位置を与えるレゾルバ（６０）と関連しており、前記インバータは、更に、
   ・前記給電ライン（２０）上の電圧の測定値が流れる電源電圧測定ライン（２２０）と、
   ・前記レゾルバ（６０）により出力される信号を受け取る入力（５１）を有し、
   前記電気モータの相電流の制御を保証するため、前記コントローラ（５）は、
   ・前記給電ライン（２０）上の電圧の測定値及び前記レゾルバ（６０）の前記信号を更に受け取り、
   ・前記電気モータの前記相電流を制御するために前記電気モータの制御トルク（Ｃｐｉｌ）を定め、前記制御トルク（Ｃｐｉｌ）は、前記給電ライン（２０）上の電流が前記源の前記制限電流から隔たったままである限り、前記要求トルク設定値（Ｃｃｏｎｓ）と同一であるようになっており、前記給電ライン（２０）上の電流が前記源の前記制限電流に達すると、前記制御トルク（Ｃｐｉｌ）を前記要求トルク設定値（Ｃｃｏｎｓ）に対して減少させて前記給電ライン（２０）上の前記源の前記制限電流を超えないようにする、請求項１記載の装置。
4. ・前記給電ライン上の電流センサ（２１）であって、測定値を前記電源電流測定ライン（２１０）で送る、前記電流センサ（２１）と、
   ・前記給電ライン上の電圧センサ（２２）であって、測定値を前記電源電圧測定ライン（２２０）で送る、前記電圧センサ（２２）と、
   ・前記電気モータに給電する或る特定の相上の２つのＡＣ電流センサ（４１，４２）であって、測定値を前記少なくとも１つのモータ電流測定ラインのうちの２つ（４１０，４２０）で送る、前記ＡＣ電流センサ（４１，４２）とが、前記インバータに組み込まれている、請求項１又は３記載の装置。
5. 前記インバータは、前記コントローラ（５）からの制御指令を受け取り、そして電流発生器（３）の電力用トランジスタの制御を保証する制御段（９）を有する、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の装置。
6. 前記「源の制限電流」は、前記電気モータがトラクションモードで作動しているとき、前記電気エネルギー源から引き出される電流に対応した正符号の最大電流設定値（Ｉｄｃ ｍａｘ）、及び前記電気モータが回生制動モードで作動しているとき、前記電気エネルギー源に戻される電流に対応した負符号の最小電流設定値（Ｉｄｃ ｍｉｎ）を含む、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の装置。
7. 前記インバータの前記コントローラは、前記最大電流設定値を受け取る処理ライン、及び前記最小電流設定値を受け取る処理ライン、並びに前記電流の符号に応じて一方のラインと他方のラインを切り替えるモジュールを有する、請求項６記載の装置。
8. 前記インバータの前記コントローラは、入力として前記トルク設定値（Ｃ ＣＡＮ）を受け取り、再処理された制御トルク設定値（Ｃｃｏｎｓ）を送り出す「トルクランプ」ブロック（９６）を有する、請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の装置。
9. 電気自動車のトラクションのために用いられる電気モータ用の請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の装置。