JP2018133986A - フルウェーブタイプの変調からパルス幅変調への変更において回転電機を制御する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フルウェーブタイプの変調からパルス幅変調への変更において回転電機を制御する方法。【解決手段】本発明は主に、自動車のギアボックス（１）と相互作用する回転電機（７）を制御するための方法であって、前記回転電機（７）が速度のために制御され、フルウェーブタイプ（ＦＷ）の変調からパルス幅変調（ＰＷＭ）への遷移を伴う変調タイプの変更がある間における、２つの速度比（Ｒ１−Ｒｎ）間のトルク変動を補償することのない同期の段階中に、インバータの出力電流の変動を制限する目的のための制御ステップを備えることを特徴とする方法に関する。【選択図】図３

Description

本発明は、フルウェーブタイプの変調からパルス幅変調への変更時に回転電機を制御する方法に関する。本発明は、例えば、４８Ｖシステムといった、とりわけ、自動車の電気システム上で動作する高出力電機を用いた、特に有利であるが排他的ではない用途が見出される。

熱エンジンの機械的な動力を車両のホイールに伝達するある種の自動車用のパワートレインにおいて、ハイパワーの可逆回転電機は、例えば、デュアルクラッチタイプのギアボックスに結合されていてもよい。

電機は、オルタネータモードでは、特に、バッテリ及び車両の電気システムにエネルギーを供給するように動作することが可能であり、モータモードでは、熱エンジンのスタートを供給するだけではなく、単独で又は熱エンジンとともに、車両の牽引に携わることも可能である。さらに、電機の速度制御は、特に、比率の変更の瞬間におけるギアボックスのシャフト上のギア間の同期効果を得るために用いられる。

２つの速度比間における同期の段階の間に、電機の変調方式の変更があってもよい。実際、電機は、所謂フルウェーブ（ＦＷ：Full-Wave）モード、機械のインバータのスイッチングデバイスが制御ユニットにより提供される方形信号列により制御されるモードにしたがって制御可能である。インバータはまた、一般的にＰＷＭと呼ばれるパルス幅変調で、各特定の動作状態における電機の正確な制御を取得するために制御されてもよい。マイクロプロセッサーにより生成されるＰＷＭコマンドの例は、仏国特許発明第２８９５５９７号明細書に記載されている。

１モードから他のモードへの変更は、特に、機械の回転スピードに依存する。したがって、図１は、電気Ｖｍｅｌの速度が時刻ｔ１においてしきい値Ｓ１を超えた場合におけるＰＷＭモードからフルウェーブモードへの変更と、同様に、電機の速度が時刻ｔ２においてしきい値Ｓ２を下回った場合におけるフルウェーブモードからＰＷＭモードへの変更を示す図である。しきい値Ｓ１及びしきい値Ｓ２は、モードの都合の悪い変更を回避するために異なるものであってもよい。

ＰＷＭモードからフルウェーブへの遷移において、変調は、「ベクトル」から「スカラ」に変更される。この遷移において用いられる技術は、電圧ベクトルの過変調で構成される。このため、このベクトルの変調は、直交電流を介した制御により要求されるトルクを維持しながら、ＰＷＭタイプの可逆電圧からフルウェーブタイプの可逆電圧へと徐々に増加させるべきである。

遷移は、ベクトルの増加による電流の変動を制限するために、数１０ミリ秒から約１００ミリ秒を要することがある。電圧の勾配の選択は、
時間ディレイ：その後に割り当てられた時間に遷移が行われる、
固定の勾配：電圧の勾配が固定されていると、遷移時間は、初期電圧の関数として変化する、
又はこれら２つの基準の組み合わせ、の結果であってもよい。

フルウェーブモードでは、直接的に電流ベクトルを制御することが可能ではなく、そのコンポーネントの１つだけを制御できる。実時間で計算された直流電流の設定点Ｉｄは、この制御フェーズでは考慮されない。図２に示すように、フルウェーブ変調からＰＷＭへと遷移する瞬間において、計測された直流電流Ｉｄ＿ｒは、割り当てられた時間内に設定点Ｉｄ＿ｃｏｎｓに収束する必要がある。この収束時間の間に、電流の制御できない変化は、車両電気システムの直流電流ＩｂａｔｔのピークＰにつながり、車両のエネルギーストレージデバイスの制御電子機器により許容される限界を超える電圧ピークを生成する。

本発明は、回転電機の速度が制御され、フルウェーブタイプの変調からパルス幅変調への遷移を伴う変調のタイプの変更があり、２つの速度比の間の同期の段階中における、自動車のギアボックスと相互作用する回転電機を制御する方法であって、トルク変動を補償することなく変調タイプの変更の段階の間にインバータの出力電流の変動を制限することを目的とする制御ステップを備えること、を特徴とする方法を提案することにより、この欠点を効果的に解決することを目的とする。

本発明は、このように、車両のエネルギーストレージデバイスの制御電子装置によって許容される電圧の限界内にとどまることを可能とする。

一実施形態によれば、前記方法は、
遷移期間における、直軸電流の計測値と等しい事前弱め界磁電流の設定値を適用するステップと、
収束時間にわたる、事前弱め界磁電流の設定値へ収束をするステップと、
を備える。

一実施形態によれば、前記収束時間は、電流の前記設定値のリフレッシュ期間よりも短い。

一実施形態によれば、前記収束時間は、電流の前記設定値のリフレッシュ期間の半分とほぼ等しいか、それよりも大きい。

一実施形態によれば、前記収束時間は、１００マイクロ秒から５ミリ秒の間である。

一実施形態によれば、前記収束時間は、２．５ミリ秒程度である。

もう１つの態様によれば、本発明は、上記に定義された方法を実装するためのソフトウェア命令を格納するメモリを備える回転電機の制御モジュールに関する。

もう１つの態様によれば、本発明は、上記に定義された制御モジュールを備える回転電機に関する。

本発明は、以下の説明を読むこと、及び、添付される図面を観察することにより、よりよく理解できるであろう。これらの図面は、説明の目的のために与えられるものであり、決して本発明を限定するものではない。

既に説明した、回転電機の回転速度の関数としての変調のタイプの変化（フルウェーブからＰＷＭ）を示すグラフ表示である。 既に説明した、フルウェーブタイプの変調からＰＷＭタイプの変調に変更する際に観測可能なバッテリの電流のピークを示すグラフ表示である。 デュアルクラッチのギアボックスに連結された本発明による回転電機を備えるアセンブリの概略図である。 本発明による制御方法を使用する回転電機の機能的な概略図である。 本発明による制御方法を使用するフルウェーブモードからＰＷＭモードへの遷移中に観測される、プレフィールドの実際の弱め電流とフィールドの弱め電流の実際の電流の時間依存する変化を示すグラフ表示である。 従来技術によるストラテジを採用した場合の回転電機の回転速度、トルク、出力電流の時間依存する変化のグラフ表示である。 本発明によるストラテジを採用した場合の回転電機の回転速度、トルク、出力電流の時間依存する変化のグラフ表示である。

図３に示すように、ギアボックス１は、複数の速度比Ｒ１からＲｎを備える。第１シャフト２は、奇数の速度比に関連し、第２シャフト３は、偶数の速度比に関連する。デュアルクラッチシステム６は、選択された比に依存して、これらのシャフト２、３を回転とリンクし、又は、解放することが可能である。

回転電機７は、減速装置８を回してギアボックス１と連結している。電機７は、ギアボックス１の内側又は外側に設置される。

電機７は、オルタネータモードでは、特に、バッテリ及び車両の電機システム１０にエネルギーを供給するように動作することが可能であり、モータモードでは、熱エンジンのスタートを供給するだけではなく、単独で又は熱エンジンとともに、車両の牽引に携わることも可能である。

電機７のスピード制御は、特に、速度比Ｒ１−Ｒｎの変更の瞬間におけるギアボックス１のシャフト２、３のギア間の同期を生じさせるために使用される。

より詳しくは、図４に示されるように、電機７は、車両の電気システム１０に連結されている。車両の電気システム１０は、好ましくは、４８Ｖの電圧を有する。変形例として、車両の電気システム１０は、１２Ｖ又は２４Ｖの電圧を有している。

スタートジェネレータ７は、特に、電気機械部１３、コントロールモジュール１４及びインバータ１５を備える。電気機械部１３は、被誘導要素１８を備え、かつ、誘導要素１９を備える。一例として、被誘導要素１８は、ステータ（固定子）であり、誘導要素１９は、励磁コイル２０を備えるロータ（回転子）である。ステータ１８は、任意の数Ｎの相を備える。ステータ１８の相は、デルタ又はスター接続を有している。デルタ及びスター接続の組み合わせもまたあり得る。

制御モジュール１４は、励磁コイル２０に注入される励磁電流を生成する、それ自体知られている励磁回路１４１を備える。

制御モジュール１４はさらに、例えば、エンジンマネージメントコンピュータ２３からであって、シグナルコネクタ２４を回して受信されるコマンドシグナルの機能としてインバータ１５を制御するマイクロコントローラを備える制御回路１４２を備える。制御モジュール１４は、以下に記載される電機７を制御するための方法を実装するためのソフトウェア命令を格納するメモリを備える。

インバータ１５は、複数のアームＢ１、Ｂ２、Ｂ３を備え、各アームはそれぞれ、ロータ１９の角度位置に依存して、相ｕ、ｖ、ｗを車両電気システム１０の正の電位に接続するため、又は、接地するため、の２つのスイッチングデバイス、例えば、ＭＯＳ型のトランジスタを有する。

ロータ１９の角度位置及び角速度は、ホール効果アナログセンサＨ１、Ｈ２、Ｈ３の手段、及び、ロータ１９の回転と一体になっている関連する磁気ターゲット２５により計測されうる。

２つの速度比間の同期段階の間に、回転電機７の変調タイプが変化し得る。実際に、電機７は、機械のインバータ１５のスイッチングデバイスが制御ユニットにより提供される方形信号列により制御される、所謂フルウェーブ（ＦＷ）モードにしたがって制御可能である。インバータ１５はまた、一般的にＰＷＭと呼ばれるパルス幅変調で、各特定の動作状態における電機７の正確な制御を取得するために制御されてもよい。マイクロプロセッサーにより生成されるＰＷＭコマンドの例は、仏国特許発明第２８９５５９７号明細書に記載されている。

本発明に関する方法は、トルク変動の補償なしに、変調タイプの変更（フルウェーブからＰＷＭ）の段階の間に、インバータ１５の出力電流Ｉｄｃの変動を制限することを目的とする制御ステップを備える。

この目的のために、図５に示されるように、制御モジュール１４は、２つのモード間の遷移期間Ｔｔｒａｎｓ中に、直軸電流Ｉｄ＿ｒの測定値と等しい事前の弱め界磁電流の設定値Ｉｄ＃＿ＰＷＭの適用を制御する。それから、事前の弱め界磁の設定値Ｉｄ＃＿ＰＷＭへの収束時間Ｔｃｏｎｖにわたる設定点への収束を観測する。一度、遷移が完了すると、設定値Ｉｄ＃＿ｄｅｆの弱め界磁ループは、電圧が低く保たれることを保証する。

事前の弱め界磁の設定値Ｉｄ＃＿ＰＷＭは、所与のモデル化のための電機７の動作点に対応する直軸電流の設定値であることに留意されたい。弱め界磁の設定値Ｉｄ＃＿ｄｅｆは、回転電機７の動作に関連する物理的エラーと同様に、モデリングエラーを考慮に入れた、電流の変化が追加された直軸電流の設定値に対応する。

収束時間Ｔｃｏｎｖは、直軸電流の設定値Ｉｄ＃＿ＰＷＭのリフレッシュ期間よりも短い。収束時間Ｔｃｏｎｖは、直軸電流の設定値Ｉｄ＃＿ＰＷＭのリフレッシュ期間の半分に大体等しいか、より大きい。収束時間Ｔｃｏｎｖは、１００マイクロ秒から５ミリ秒の間であり、好ましくは、２．５ミリ秒程度である。

したがって、フルウェーブモードでは、直流電流の設定値のみならず、弱め界磁ループも使用されず、これは、この軸の電流が電圧ベクトルの結果であるためである。

フルウェーブモードからＰＷＭスカラーモードへの遷移中に、弱め界磁電流Ｉｄ＃＿ｄｅｆはまだ、電圧ベクトルにより固定されている。可逆電圧が減少するにしたがい、弱め界磁電流は増加する。継続時間Ｔｔｒａｎｓにわたって延びるこの段階において、Ｉｄ＃＿ＰＷＭの設定値は、測定値Ｉｄ＿ｒと等しくなると考えられるであろう。

この遷移の終わり、すなわち、スカラータイプの制御からベクトルタイプの制御への遷移の瞬間に、収束が迅速に実行されるように、電流の測定値Ｉｄ＿ｒを設定値に近づける必要がある。

ベクトルＰＷＭモードへの復帰は、スカラＰＷＭとベクトルＰＷＭの終点が互いに比較的近く無ければならないため、柔軟に行われる。この目的のために、事前弱め界磁の設定点Ｉｄ＃＿ＰＷＭ、変調の変更の直前において計測値に等しい、は、そのリフレッシュ期間よりも短い期間Ｔｃｏｎｖで収束する。

図６ａに示すように、既知の制御方法において一定のトルクＣｍｅｌで実行されるフルウェーブモードからＰＷＭへの変更は、電機７に接続されたインバータ１５の出力における電流Ｉｄｃの変動を引き起こし、それ故に、バッテリ端子における電圧の変動を引き起こす。

図６ｂに示すように、本発明に係る方法にしたがった電機７の制御は、小さなトルクＣｍｅｌの変動を引き起こすが、電流を大体一定値を保つことにより、車両のエンジンストレージデバイスの動作に致命的となりうる過剰な電流を減衰することを可能とする。

もちろん、上述の記載は、単に一例として与えられたものであり、本発明の範囲を限定するものではなく、さらに、種々の構成要素をあらゆる他の同等な構成要素に置き換えたとしても、本発明の範囲内にとどまる。

さらにまた、本発明の種々の特徴、変形、及び／又は、実施形態は、種々の組み合わせで相互に組み合わせてもよく、互換性のないことがなく、又は、相互に排他的であることが無いことを提供する。

Claims (8)

1. 自動車のギアボックス（１）と相互作用する回転電機（７）を制御する方法であって、前記回転電機（７）が速度のために制御され、フルウェーブタイプ（ＦＷ）の変調からパルス幅変調（ＰＷＭ）への遷移を伴う変調タイプの変更がある間における、２つの速度比（Ｒ１−Ｒｎ）間の同期の段階中に、前記方法は、トルク変動を補償することのない変調タイプの変更の段階中に、インバータ（１５）の出力電流（Ｉｄｃ）の変動を制限する目的のための制御ステップを備えることを特徴とする方法。
2. 遷移期間（Ｔｔｒａｎｓ）における、直軸電流の計測値（Ｉｄ＿ｒ）と等しい事前弱め界磁電流の設定値（Ｉｄ＃＿ＰＷＭ）の適用ステップと、
   収束時間（Ｔｃｏｎｖ）にわたる、事前弱め界磁電流の設定値（Ｉｄ＃＿ＰＷＭ）への収束ステップと、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記収束時間（Ｔｃｏｎｖ）は、電流の前記設定値（Ｉｄ＃＿ＰＷＭ）のリフレッシュ期間よりも短いことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記収束時間（Ｔｃｏｎｖ）は、電流の前記設定値（Ｉｄ＃＿ＰＷＭ）のリフレッシュ期間の半分、と、ほぼ等しいか、又は、よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記収束時間（Ｔｃｏｎｖ）は、１００マイクロ秒から５ミリ秒の間であることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 前記収束時間（Ｔｃｏｎｖ）は、２．５ミリ秒程度である、請求項５に記載の方法。
7. 請求項１乃至６のいずれかにより定義される前記方法を実装するためのソフトウェア命令を格納するメモリを備える、回転電機（７）の制御モジュール（１４）。
8. 請求項７により定義された制御モジュールを備える回転機械。