JP4116446B2 - 磁極輪の角度位置を導出する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の属する技術分野
ハイパワージェネレータの機構を三相交流同期電動機の始動機能によって制御する手段には磁極輪の角度位置情報が必要である。インクリメンタルセンサが使用される場合、磁極輪の角度検出はシステムの運動中または回転中にしか行えない。しかし、最大トルクを例えば内燃機関の始動時に使用できるようにするには、回転数ｎ＝０のときの磁極輪の角度位置に関する情報が既知となっていなければならない。
【０００２】
従来の技術
定期刊行物“System Partner 98”64頁〜66頁には、ドライブトレインのねじれ振動を低減する装置が記載されている。この装置は始動の機能に用いられる電気式機構と車両の搭載電源の電圧を供給する機能に用いられる電気式機構との２つを組み合わせたものである。ここで提案されている手段を用いると、電気式機構の力を内燃機関のクランクシャフトへモーメントパルスを加えることができるが、回転の一様性が損なわれる。
【０００３】
ここで使用される電気式機構はクランク駆動部を大きく加速し、内燃機関はアイドリング回転数まで加速される。そののち点火が行われる。装置のジェネレータ機能はすでに低い回転数のうちに高い電気エネルギを創出する。三相交流電動機はパルス整流器にともなって駆動されるが、回転数およびトルクに関しては自由に開制御および閉ループ制御可能である。
【０００４】
独国特許出願公開第１００３６８６９号明細書には、クロウポールモータの磁極輪位置を評価する方法が記載されている。この発明はクロウポールモータの回転子の位置を求める方法に関している。これはＲＳＴシステムで駆動され、ＲＳＴシステムの固定子のパラメータをｄ，ｑシステムへ変換する制御、またはその逆の変換制御に用いられる。システム全体としてのクロウポールモータは観察できないサブシステムとフィルタを含む観察可能なサブシステムとに分割される。観察可能なサブシステムに含まれるフィルタエレメントは出力量を形成する。
【０００５】
ここで提案されている手法では内燃機関の回転を待たなければ磁極輪の位置が求められず、循環サーチによりハイパワージェネレータが使用される場合の始動過程が許容不能なまでに延長され、またハイパワージェネレータを使用して得られる駆動の利点も部分的に相殺されてしまう。
【０００６】
本発明の説明
本発明により提案される方法では、機関制御装置で使用されるデータを評価することにより理想的には完全に循環サーチを省略することができる。クランク駆動部とベルト駆動部の電気式機構との結合状態が一貫して固定かつ既知であることにより、内燃機関のクランクシャフトの磁極輪の位置および回転位置は相互に固定かつ既知の比を有する。
【０００７】
内燃機関が停止したとき、内燃機関のクランクシャフトの回転位置が機関制御装置で検出され、持続的に記憶される。
【０００８】
最新の回転位置情報は機関制御装置の給電が中断されてもその情報内容を保持できるメモリに書き込まれ、記憶される。したがって内燃機関の次の始動時には内燃機関のクランクシャフトの角度位置に対する正確な値が得られ、循環サーチを省略して内燃機関の始動フェーズを大幅に短縮することができる。
【０００９】
従来技術の手段に比べて、機関停止時に得られる回転位置情報への本発明でのアクセスは、始動過程に先行する循環サーチを完全に省略可能なものとして内燃機関を直接に必要なトルクで始動できるだけでなく、循環サーチの開始の始値をこのサーチの時間が大幅に短縮されかつ掃引角度が小さく保たれるように選定することができる利点を有する。
【００１０】
このため磁極輪を同期すべき交流回転機、例えばハイパワージェネレータなどにおいて絶対角度センサを省略することができる。内燃機関と三相交流電動機とは、例えばスリップを排除して相応のテンションを保った駆動ベルトを介して、予め設定された相互に固定の結合比を有している。内燃機関が停止されると、ベルト駆動の変速比、ベルト長、電動機のベルトディスクの直径、クランクシャフトの側方に取り付けられたベルトディスクの直径などを介して磁極輪の位置がクランクシャフト側のベルトディスクへ結合される。ここから補償過程において内燃機関の回転位置情報により磁極輪の位置が補償される。つまりこの操作は回転数ｎ＝０で行われるので、結合の影響は抑圧される。例えばここで選択されているベルト駆動ではスリップの発生による影響作用が抑圧される。
【００１１】
図面
本発明を図示し、以下に詳細に説明する。図１には内燃機関のクランクシャフトの回転位置特性が時間軸線に関して示されている。図２にはハイパワージェネレータの磁極輪の回転位置特性が時間軸線に関して示されている。図３には内燃機関の機関制御装置と電動機とのあいだの補償の様子が示されている。図４には内燃機関の回転位置情報から磁極輪の角度位置を導出するのに場合によって必要となる循環サーチの作動の様子が示されている。
【００１２】
実施例
図１には内燃機関のクランクシャフトの回転位置特性が時間軸線に沿って示されている。
【００１３】
図１には、クランクシャフトの回転を表すクランクシャフト角１の特性が示されている。ここでクランクシャフト角ｔ_ＫＷに対して生じる鋸歯状特性はクランクシャフトの０°〜３６０°の完全な１回転となっている。こうした特性は周期的であり、クランクシャフトの完全な１回転に必要な時間は内燃機関の回転数が増大するにつれて連続的に小さくなる。
【００１４】
図２にはハイパワージェネレータなどの交流電動機の磁極輪の回転位置特性が同様に時間軸線３に関して示されている。
【００１５】
三相交流電動機１０と内燃機関との結合状態に依存して、三相交流電動機の磁極輪の完全な１回転とクランクシャフトの完全な１回転とのあいだに一貫して固定の比が生じる。図２に示されている実施例では、三相交流電動機の磁極輪は内燃機関のクランクシャフトが完全に１回転するあいだに６回転する。三相交流電動機の磁極輪の１回転はそれぞれ参照番号１６で示されている。図１、図２の角度位置特性を比較すると、鋸歯状プロフィルは角度補償領域４に相応する時間幅のぶんだけオフセットされている。
【００１６】
内燃機関に配属されている機関制御装置では、内燃機関の回転角２と三相交流電動機の回転角５とのあいだの比はベルト長、ベルトディスクの直径、および非常時のベルト駆動において支配的なテンションを特性マップの関係式として格納される。
【００１７】
図４には内燃機関の機関制御装置と三相交流電動機との回転位置情報の補償の様子が示されている。
【００１８】
内燃機関に配属されている機関制御装置７は内燃機関の駆動パラメータを検出する。またここでは概略的にしか示されていない機関制御装置７はメモリ領域を有しており、そこには例えば特性マップのかたちの上述の三相交流電動機のベルト駆動部との関係が格納されている。内燃機関が停止されると、クランク駆動部の位置すなわちクランクシャフトの位置が機関制御装置７により求められ、このメモリに持続的に記憶される。この記憶は有利には例えば内燃機関が停止されて機関制御装置７への給電が中断されてもクランク駆動部の最新の位置を記憶できるように行われる。この回転位置情報２は三相交流電動機（ハイパワージェネレータ）による内燃機関の再始動時に評価のために使用される。このとき機関制御装置７内の位置報知器８から回転位置情報２が三相交流電動機１０の同期段９へ伝達される。同期段９で内燃機関の回転位置情報２、クランク駆動部の角度位置、および入力量としての磁極輪角度１１の補償が行われる。内燃機関と三相交流電動機との結合、例えば駆動部を介した結合により、磁極輪位置５と内燃機関の回転位置２とは相互に固定の比を有している。このため同期段では磁極輪位置φ_ＨＧＳが回転位置情報φ_ＶＭおよび補償角度φ_{Ａｂｇｌｅｉｃｈ}の関数として適合化される。三相交流電動機１０に結合された内燃機関の回転位置情報のクランク駆動部の回転位置情報２は機関制御装置７から伝達されるが、その精度が充分に高ければ循環サーチ１４を省略できる（図４を参照）。
【００１９】
回転位置情報φ_ＶＭと磁極輪角度φ_ＨＧＳとのあいだの補償は同期段９で内燃機関の回転数ｎ＝０のときに行われる。これにより内燃機関とこれに属する三相交流電動機１０とのあいだの結合の影響は一貫して考慮しなくて済む。補償を困難にするこの影響には例えば内燃機関のクランクシャフトと三相交流電動機とを連結しているベルトのディスクスリップが挙げられる。しかも回転数ｎ＝０では補償過程が省略されるので、内燃機関の回転位置情報２と三相交流電動機の磁極輪位置との関係において駆動中に発生したベルト駆動部でのスリップにより誤差が生じることもない。
【００２０】
図４によれば内燃機関の回転位置情報から導出される磁極輪角度が場合により必要な循環サーチとともに示されている。
【００２１】
図３に示したものに類似して、機関制御装置７は組み込まれている位置報知器８を介して回転位置情報２、すなわち内燃機関のクランクシャフト角度が三相交流電動機（例えばハイパワージェネレータ）へ伝達される。回転位置情報φ_ＶＭは三相交流電動機１０の設けられた同期段９の入力量として用いられる。同期段９では循環サーチ１４の始値１３が求められる。機関制御装置７の位置報知器８から伝達された内燃機関の回転位置情報２の値に依存して、循環サーチ１４を行う際の始値１３はこのサーチが短時間でかつ小さい掃引角度範囲で行われるように選定される。内燃機関のクランク駆動部の回転位置の入力情報により循環サーチ１４は格段に短縮され、理想的には完全に省略される（図３を参照）。
【００２２】
内燃機関の回転位置情報２が絶対角度センサにより内燃機関内で求められる場合、同期段９での補償は有利には最適化される。絶対角度センサは有利には三相交流電動機１０内に設けられるが、省略することもできる。
【００２３】
同期段９によって設定された始値１３から内燃機関の回転位置情報２に依存して得られた結果として磁極輪角度情報１５が形成される。これは三相交流電動機１０が始動に必要な最大トルクの形成および始動過程の短縮のために取るべき値である。
【００２４】
本発明で提案される方法は内燃機関の回転数ｎ＝０で行われるので循環サーチ１４の期間が著しく制限される。つまりこの期間は位置報知器８により機関制御装置７で定められるウィンドウへ制限される。本発明で提案される方法では、理想的には、ハイパワージェネレータなどの三相交流電動機１０を使用する場合にも内燃機関の始動過程が許容不能に長くなることはない（図３を参照）。
【００２５】
これに対して循環サーチ１４が必要な場合には、これを時間的に所定のサーチウィンドウに制限して行うことができる。このため循環サーチ１４中に行われている内燃機関のクランク駆動部の回転において望ましくない事象の発生が排除される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内燃機関のクランクシャフトの回転位置特性を示す図である。
【図２】 ハイパワージェネレータの磁極輪の回転位置特性を示す図である。
【図３】 内燃機関の機関制御装置と電動機とのあいだの差を補償する様子を示す図である。
【図４】 循環サーチの作動の様子を示す図である。
【符号の説明】
１ クランクシャフト回転数ｔ_ｋｗ
２ 内燃機関の回転位置情報
３ 時間軸線
４ 角度補償領域
５ 磁極輪の角度位置
６ 鋸歯状プロフィル
７ 機関制御装置
８ 位置報知器
９ 同期段
１０ 三相交流電動機
１１ 入力量としての磁極輪の角度位置
１２ 補償
１３ 始値
１４ 循環サーチ
１５ 磁極輪の角度位置出力値
１６ 電動機の回転

Claims (6)

1. 機関制御装置（７）に内燃機関のコンポーネントの駆動パラメータおよび位置情報を記憶し、
   内燃機関の位置情報（２）に基づいて三相交流同期電動機（１０）の磁極輪の角度位置を導出する方法において、
   三相交流電動機（１０）と内燃機関とがベルト駆動部を介して相互に結合されており、
   内燃機関の停止時に、内燃機関の回転位置を機関制御装置（７）で求め、該内燃機関の回転位置に相応する回転位置情報（２）を記憶しておき、内燃機関の始動時に該回転位置情報にアクセスして三相交流電動機（１０）へ伝達し、
   三相交流電動機（１０）において前記回転位置情報（２）と三相交流電動機（１０）の角度位置（５）とのあいだの差を内燃機関の回転数ｎ＝０で補償する
   ことを特徴とする磁極輪の角度位置を導出する方法。
2. 三相交流電動機の回転位置の検出を始動過程前に循環サーチ（１４）の範囲内で行う、請求項１記載の方法。
3. 内燃機関の回転位置情報（２）を機関制御装置（７）から三相交流電動機（１０）へ伝達することにより循環サーチ（１４）を縮小する、請求項２記載の方法。
4. 回転位置情報（２）を設定することにより、循環サーチ（１４）が短時間かつ小さな掃引角度範囲にとどまるようにこの循環サーチ（１４）の始値（１３）を選択する、請求項２記載の方法。
5. 内燃機関の回転位置情報（２）を機関制御装置（７）で設定することにより内燃機関の始動を直接に行う、請求項１記載の方法。
6. 内燃機関の停止時に絶対角度センサを使用して内燃機関の回転位置情報（２）を求める、請求項１記載の方法。

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