KR20020087943A - 다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법 - Google Patents

다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 특히 열 기관을 시동하기 위해 발전기(교류발전기 모드)로 또는 전기 모터로 작동 가능한 열 기관 자동차용의 교류발전기-시동기라 칭하는 다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 전기 모터로 작동하는 경우, 상기 기계는 상이한 속도/토크 특성 곡선에 대응하는 2가지 모드로 구동되는 바, 시동기 모드라 칭하는 제 1 모드는 자동차의 열 기관을 저속을 위한 고 토크로 시동하는 것을 가능하게 하는 한편, 보조 모터라 칭하는 제 2 모드는 부속품 등의 적어도 하나의 전력 소모 요소 및/또는 열 기관을 제 1 모드 보다 높은 속도와 낮은 토크로 시동하는 것을 가능하게 하는데 특징이 있다.

Description

다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING A POLYPHASE AND REVERSIBLE ROTATING ELECTRICAL MACHINE FOR HEAT-ENGINE MOTOR VEHICLE}
일 실시예에서, 이러한 회전 기계는 자동차의 엔진 플라이휠에 공지된 방식으로 결합되고, 예컨대 그 플라이휠상에 고정되므로, 엔진 플라이휠을 회전 구동시키는 자동차의 열기관의 크랭크축과 동일한 회전 속도로 회전하고, 엔진 플라이휠은, 2개의 부품 또는 가요성 플라이휠 사이에서 작동하는 탄성 부재를 구비한 감쇠 플라이휠을 형성하도록 가능하면 2개의 부품으로 이루어져 있다. 이러한 2가지의 경우에, 기계의 회전자는 이들 부품중 하나에 의해 지지된다.
변형예에서, 가역 기계는 풀리 및 벨트를 구비한 장치와 같은 전동장치를 통해서 크랭크축에 의해 회전 구동된다. 이 경우에, 기계는 크랭크축보다 고속으로 회전한다.
모든 경우에, 회전 전기 기계는 다음의 구성요소를 포함한다.
- 2개의 집전기 링(collector ring) 및 여자 전류(excitation current)가 유도되는 2개의 브러시와 통상적으로 연동하는 변환장치를 구성하는 권취된 회전자,
- 전기자를 구성하는 몇몇 코일 또는 권선을 지지한 다상 고정자로서, 가장 흔한 3상 구조체의 경우에는 별 또는 삼각형 형태로 접속되고 그리고 교류발전기 모드의 작동시에는 변환된 전력을 정류기 브리지에 이송하는 다상 고정자.
브리지는 전기자의 여러 상에 결합되고 그리고 배터리의 플러스 전력 공급 단자에 결합된 자동차의 내장 회로망의 전력 공급선과 접지면 사이에 장착된다. 이러한 브리지는, 예컨대 MOSFET 방식의 트랜지스터와 통합된 다이오드 또는 보다 일반적으로는, 예컨대 프랑스 특허 공개 제 FR-A-2 745 445 호에 개시된 것과 같은스위치를 구비한 몇몇의 아암을 특징적으로 형성한다.
예컨대 변환기에 직류를 인가함으로써, 그리고 이상적으로는 사인파이지만, 가능하다면 경우에 따라서 시동기의 위상에서 동기 형태로 120°만큼 위상 변이된 사다리꼴 또는 정사각형인 신호를 전송함으로써, 모터 모드에서의 그러한 기계의 작동이 달성된다.
이러한 정류기 및 제어 브리지는 전자 제어 및 감시 모듈에 의해 구동된다. 브리지 및 제어 모듈은, 제어 및 감시 유닛이라 칭하는 유닛에 속하며, 이 유닛은 대개 기계의 외측에 설치되고 배터리의 전압을 가능한 한 일정하게 유지하도록 의도된 전압 조정을 위한 조정 장치를 포함한다. 전기 모터의 모드에서 이들 수단은 단락된다.
이 유닛은 마이크로제어기와 같은 컴퓨터를 구비한다. 회전자의 각 위치를 추적하여 전기 모터의 모드에서 정확한 순간에 적절한 위상 내로 그에 따라 고정자의 관련 권선 내로 전류를 주입하기 위한 수단이 추가로 설치된다.
바람직하게는 자석 유형의, 변형예에서는 광학식 유형의 이들 수단은 전자 제어 및 감시 유닛에 정보를 전송한다. 이것은, 예컨대 2000년 11월 20일자 출원된 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 807 231 호 및 2000년 3월 10일자 출원된 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 806 223 호에 개시되어 있다.
따라서, 이들 수단은 기계의 회전자 또는 풀리상에 회전하도록 잠금된 타깃과, 이 타깃의 통과를 검출하는 홀 효과(Hall-effect) 또는 자기 저항형의, 바람직하게는 자석형의 적어도 하나의 센서를 포함한다.
참고로, 적어도 3개의 센서가 설치되는데, 이들 센서는 고정자를 확고하게 고정하고 또 회전자를 회전하도록 지지하기 위해 회전 전기 기계에 구비되는 전방 또는 후방 베어링에 의해 지지된다.
유럽 특허 공개 제 EP A 0 715 979 호에는, 기계를 보조 모터로서 작동하도록 하는 설비가 제공되어 있다. 보다 상세하게는, 자동차가 정지해 있을 때 자동차의 공조장치를 시동하기 위해 프로그래밍을 실행하는 것이 가능하도록 보조 배터리가 제공된다. 이것을 실행하기 위해, 자동차가 작동중일 때는 열 기관에 의해 구동되고 그리고 자동차가 정지해 있을 때 기계가 모터 형태로 작동하는 경우에는 열 기관을 구동하지 않는 방식으로, 가역 전기 기계 및 공조장치의 압축기가 일방향 전동기를 거쳐 열기관에 결합된 회전 부재의 자체와 함께 회전하도록 통합된다.
2000년 12월 12일자 출원된 프랑스 특허 제 0016133 호의 명세서에는, 특히 적신호에서 자동차의 열 기관이 꺼질 때 기계를 보조 모터로서 작동하도록 하는 설비가 제공되어 있다.
모든 경우에, 전환 스위치를 포함하는 전자 제어 및 감시 유닛이 제공된다. 이 전환 스위치는, 한편으로는 기계가 발전기(교류 발전기 모드)로서 작동하는 경우, 유도자내에 흐르는 전류의 강도를 감시하는 전압 조정 장치에 기계의 권취된 회전자를 접속하는 것을 가능하게 하고, 그리고 다른 한편으로는 기계가 전기 모터, 특히 시동기 모터로서 작동하는 경우, 회전자의 각도 위치 센서의 개입에 의해 전기자의 위상을 순차적으로 구동하는 변환장치와 같은 제어장치에 기계의 고정자를 접속하는 것을 가능하게 한다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 이 기계의 부품을 간단하고 경제적인 방법으로 당기는 것이다.
본 발명에 따라, 특히 열 기관을 시동하기 위해 발전기(교류 발전기 방식)로서 또는 전기 모터로서 작동하는 것이 가능한 열 기관을 구비한 자동차용의 다상 가역 회전 전기 기계, 이른바 교류발전기/시동기의 제어 방법에 있어서, 전기 모터 모드의 작동 중에, 상기 기계는 상이한 속도/토크 특성 곡선에 대응하는 2가지 모드에 따라 구동되는데, 그 중 제 1 모드(열 기관 시동 모드)는 자동차의 열기관을 저속시에 고 토크로 시동하도록 구동하는 것을 가능하게 하는 한편, 제 2 모드(보조 모터 모드)는 기계만을 또는 부속품과 같은 적어도 하나의 전력 소비 유닛 및/또는 열 기관을 고속으로 또 제 1 모드보다 낮은 토크로 구동하는 것을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 회전 및 가역 전기 기계는 열 엔진을 시동하는데 필요한 것보다 높은 속도 범위 내에서 보조 전기 모터로서 사용된다. 따라서, 적색등에서 자동차의 열 기관을 정지시키는 것과, 공조장치의 압축기와 같은 전기 기계를 거쳐 적어도 하나의 부속품을 구동하는 것이 가능하다. 그 다음, 열 기관을 재시동시킬 수 있다. 변형예에서, 부속품은 보조 유압 조종을 위한 보조 펌프로서, 열 기관이 적신호에서 정지할 때 휠을 회전시키는 것을 가능하게 한다. 물론, 보조 모터 모드에서 몇몇 전력 소모 유닛 또는 부하를 구동시키거나, 또는 교류발전기 모드로 변환된 후에 기계만을 구동하는 것도 가능하다.
일 실시예에 있어서, 제 2 모드에서, 상기 기계는 자동차의 열 기관의 엔진으로부터 분리된다.
예컨대, 자동차의 열 기관의 크랭크축의 풀리 또는 크랭크축 자체를 더 이상 구동하지 않는 것을 가능하게 하는 장치가 제공된다. 이 장치는, 전자기 클러치, 제어된 프리휠 등을 구비할 수도 있다. 따라서, 기계식 장치는 특히 기계적 동력 및/또는 전력을 소모하는 전력 소모 유닛을 구성하는 구동될 기계 및 부속품을 크랭크축으로부터 해제하는 것을 가능하게 한다.
변형예에서, 전동장치의 변속 비를 변경할 수 있다.
따라서, 선택된 작동 모드에 따라 상이한 변속 비를 사용할 수 있는 것이 바람직하다. 이것은 공지된 장치, 예컨대 복륜 열(epicyclic train), 및 반대의 프리휠 방향을 갖는 프리휠 이중 풀리의 사용에 의해 달성될 수 있다. 이중 변속 비의 경우에, 각 벨트는 각각의 느슨한 스트랜드상에 고정된 장부(tenon) 시스템 또는 자동 장부 시스템을 각각 구비할 수 있다. 크랭크축 풀리 내에 통합된 복륜 열 또는 고정된 변속 비를 사용하는 경우에, 고정된 인장기 또는 동적 가역 인장기 또는 하나의 작동 모드에서만 각각 작용하는 2개의 인장기를 사용함으로써 벨트의 인장을 가할 수 있다.
일 특징에 따르면, 회전자의 권선은 교류발전기/시동기의 시동 토크를 최대화하기 위해 시동 모드(제1 모드)에서 과 여자된다. 바람직하게는, 이러한 과 여자(over-excitation)는 제 2의 보조 모터 모드에서도 인가된다.
따라서, 보다 강력한 배터를 사용할 필요 없이 기계로부터의 전력을 증가시킬 수 있다.
따라서, 교류발전기/시동기는 보다 강력한 자동차의 내연 기관을 시동하고 및/또는 저온에서 내연 기관을 시동할 수 있다.
이러한 과 여자는 여자 권선의 단자에서 과전압을 통해 및/또는 종래의 교류발전기에 비해서 여자 권선의 과전류를 통해 달성될 수 있다.
이것은 전자 승압기(electronic voltage booster)를 사용하는 것에 의해, 또는 동일한 전력 공급 전압에 대해 다수의 암페어 회수(ampere-turns)를 얻도록 여자 권선의 감김 수 또는 그의 저항을 결정하는 것에 의해 달성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 여자 코일의 전도성 와이어의 단면은 증가한다. 여자 권선의 감김 수를 결정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 회전자의 권선은 시동기 모드에서만 과 여자되며, 마찬가지로 보조 모터 모드에서만 과 여자되는 것이 바람직하다.
다른 실시예에 있어서, 회전자의 권선은 교류발전기 모드에서도 과 여자된다.
이들 특성에 의해, 시동기 모드에서 여자 권선(즉, 회전자의 권선)의 전력 공급의 제어가 제안되는 바, 이것에 의해 시동 토크를 신속하게 전달할 수 있고, 시동 토크를 증가시킬 수 있고, 열 낭비를 최소화할 수 있고, 그리고 후에 기계가 보조 모터로서 작동하는 제 2 모드중에 뿐만아니라 시동시에 전력을 최대화할 수 있다.
보조 모터 모드를 조절하는 방법을 다음과 같이 설명할 수 있다. 자동차를시동하기 전에 부속품을 사용할 수 있어야 하는 경우(승객실의 프로그래밍된 온도의 예비 조절), 그 방법은 시동기 단계(열 기관을 구동시키지 않고 회전자가 과 여자됨)를 통과한 전기 기계를 거쳐 그의 회전 속도에 이르게 한 다음, 속도 n0에 이르게 하여 보조 모터 모드로 변환하는데 있다. 일단, 속도 n1에 도달하면, 시스템에 부하가 인가되고, 그 다음 결과적인 속도 nx는 부하의 전력과 보조 모터 모드에 의해 발생하는 전력에 따르며, 보조 모터의 회전자의 자속을 크게 또는 작게 감소시킴으로써 이러한 속도 nx의 절대값을 조정할 수 있다.
시동될 자동차가 보조 모터 모드를 사용하는 경우, 관성 시동의 가능성이 있다. 이것을 실행하기 위해 제 2 모터 모드가 사용되며(크랭크축이 해제됨), 기계는 최대의 도달가능한 속도로 구동된 다음, 크랭크축이 결합된다. 보조 모터 모드가 활성화되는데 반해서 엔진 정지 단계가 예상되는 경우, 구동되는 부하(전력 소모 유닛)는 감소되고, 크랭크축은 해제되고, 보조 모터 모드가 활성화되고, 그 다음 속도는 n0보다 높아지고, 시동기 모드에 다시 진입하지 않고, 장치에 다시 부하가 가해지고, 결과적인 속도 nx는 부하의 전력 및 보조 모터 모드에 의해 생성된 전력에 따라 결정된다(이 속도 nx의 값은 보조 모터의 회전자의 자속을 크게 또는 작게 저하시키는 것에 의해 조정 가능하다).
재 시동시에, 구동 부하는 감소되고, 결과적으로 회전 속도가 증가하고, 그 다음 크랭크축을 결합함으로써 관성 시동과 동일하게 시동이 이루어진다.
전자 제어 및 감시 유닛은 이러한 예비 조절의 제어를 고려할 뿐만아니라 사람에 관련된 안전 문제를 보장하여, 보닛 개방 및 도어 개방상태로 시동이 걸리지 않게 하고, 제동 시스템의 위험한 압력 저하의 경우에 재시동하고, 정지 단계 후에 점화가 발생하게 하고, 도난을 시도하는 경우에 응답 코드의 확인에 의해 시동을 억제할 뿐만아니라, 작동불능, 벨트 빠짐, 벨트 고장, 및 배터리 충전 상태 등을 표시한다.
일 실시예에 있어서, 회전자의 회전을 추적하는 수단의 일부는, 이들 수단의 인장, 보다 정확하게는 고정 센서이다.
보다 정확하게는, 본 발명에 따른 제 1 모드에서, 전자 제어 및 감시(및 그에 따른 처리) 유닛에 결합된 센서로부터의 신호가 바른 순서로 사용된다. 제 2 모드에서, 센서로부터의 신호를 조합하고 변환시킴으로써 센서로부터의 신호의 사용 순서가 변경되어, 제어 및 감시 유닛에 의해 전송된 제어 신호를 시동기의 위상으로 위상 변경하는 것이 가능하다.
물론, 보조 모터 모드에서, 회전자의 여자 권선의 여자 전류는 교류발전기 및 시동기 모드에서와는 다른 방법으로 설정된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 상세한 설명은 단지 설명을 위한 것이고 한정적이지 않으며, 첨부 도면을 고려하여 검토해야 한다.
본 발명은, 특히 자동차용 교류발전기/시동기와 같은 가역 회전 전기 기계에 관한 것이다.
그러한 기계는 보다 상세한 설명을 위해 참조할 수 있는, 예컨대 유럽 특허 출원 공개 제 EP-A-0 260 1786 호, 프랑스 특허 출원 공개 제 FR-A-2 745 444 호, 및 프랑스 특허 출원 공개 제 FR-A-2 745 445 의 명세서에 개시되어 있다.
다상형의 이러한 기계는, 한편으로는 발전기로서 작동하고, 그리고 다른 한편으로는 전기 모터로서 작동한다.
따라서, 이러한 기계는 배터리를 충전하고 또 부속품과 같은 자동차의 전력 소모 유닛에 전기를 공급하는 교류발전기로서 작동하고, 그리고 자동차의 열기관으로도 공지된 내연 기관의 시동기 링 기어를 구동하여 시동시키기 위한 시동기로서 작동한다.
그 목적을 위해, 교류발전기의 전기자로부터의 출력부에 위치한 정류기 브리지(rectifier bridge)가 교류발전기의 상(phase)의 제어를 위한 브리지로서 사용된다. 이러한 브리지는 변환장치로도 불린다.
도 1은 프랑스 특허 제 FR A 2 806 223 호에 따른 교류발전기/시동기의 축방향 단면도로서, 타깃의 회전자 및 타깃 홀더의 축방향 단면은 도시하지 않음,
도 2는 특성 곡선[회전 속도(rpm 수)의 함수로서의 토크 및 전력, 즉 자동차의 열 기관의 토크 및 전력에 비례하는 기계의 회전자의 토크 및 전력]을 도시한 도표,
도 3은 본 발명의 가능한 한가지 실행에 따른 전력 공급 회로를 도시한 도면.
도면에서, 다상형의 가역 회전 전기 기계는, 예컨대 전술한 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 807 231 호 및 제 FR A 2 806 223 호에 개시된 전술한 유형의 교류발전기/시동기이다.
여기서, 이 기계는 예컨대, 보다 상세한 설명을 위해 참조해야 하는 유럽 특허 공개 제 EP A 0 515 259 호에 개시된 것과 동일한 유형의 종래의 교류발전기의 구조를 갖는다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 이 기계는 내부 환기장치(공랭장치)를 구비하며, 그것의 갈고리형 회전자(4)의 적어도 축방향 단부 중 하나는 블레이드(45)를 갖는 내부 팬(43, 44)을 지지하고 있다. 변형예에서, 이 기계는, 예컨대 독일 특허 공개 제 DE A 100 19 914 호의 명세서에 개시된 바와 같이 수랭식이고, 기계의 고정자용 지지체는 유체 순환 채널을 포함한다.
보다 상세하게는, 도 1에서 회전자(4)는 런델 갈고리(Lundell claw)형의 회전자이고, 축방향으로 된 사다리꼴 형상의 치형부(143)를 외주부에 지지한 극 휠(41, 42)을 구비하고 있다. 하나의 극 휠의 치형부(143)는 다른 극 휠의 치형부를 향하고, 전체적으로 사다리꼴 형상의 치형부는 하나의 극 휠로부터 다른 극 휠로 겹친 형태로 분포되어 있다.
물론, 전술한 바와 같이, 예컨대 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 793 085 호에서, 자계를 증가시키고 그에 따라 기계의 전력을 증가시키기 위해, 극 휠의 치형부 사이에 영구 자석이 개재된다. 이들 치형부는 각 극 휠(41, 42)에 구비된 횡방향 플랜지의 외주로부터 상승되어 있다.
회전자(4)는 그의 극 휠의 플랜지 사이의 여자 권선을 중앙에 지지하고 있다. 이 권선은, 예컨대 프랑스 특허 공개 FR A 2 806 223 호의 도 3에 개시되어 있으며, 휠(41, 42)의 플랜지로부터 상승한 코어에 의해 또는 상기 플랜지 사이에 스트러트를 구성하는 코어를 거쳐 지지되어 있다.
여자 권선은 형성된 횟수로 감긴 전기 전도성 요소를 포함한다. 이 여자 권선은, 활성화되면 치형부(143)의 사용에 의해 회전자(4)를 자화시켜, N-S 자극 쌍을 형성한다. 회전자의 권선의 말단은 각각 집전 링(6, 7)에 결합되고, 브러시(참조 부호 없음)가 이 집전 링(6, 7)에 각각 마찰된다. 브러시는 볼 베어링(도시 안됨)을 중앙에 지지한 기계의 후방 베어링(14)과 일체로 된 브러시 홀더(16)에 의해 지지되고, 상기 볼 베어링은 혹(knurling)에 의해 회전자(4)를 일체로 지지한 샤프트(3)의 후단부를 회전하도록 지지한다. 브러시는 전기 기계의 외측에 배치된 전압 조정장치에 결합된다. 샤프트(3)의 전단부는 기계의 전방 베어링(13)에 의해 지지된 볼 베어링(11)에 의해 회전하도록 지지된다. 샤프트의 전단부는 기계의 외측에 풀리(1) 형태의 전동 부재를 지지하고 있고, 이 풀리는 그와 결합되는 적어도 하나의 벨트를 포함하는 전동 장치에 속해 있다. 전동 장치는 자동차의 내연 기관에 의해 회전 구동되는 다른 풀리와 같은 부재와 풀리 사이에 결합을 형성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 샤프트(3)의 전단부에는, 너트(2)를 사용하여 내부가 중공으로 된 풀리(1)를 고정시키기 위해 나사가 형성되어 있다. 축방향 대칭 축(X-X)은 3상형의 회전 전기 기계의 회전 축을 규정한다.
기계, 여기서는 교류발전기/시동기가 교류발전기 모드로, 즉 발전기로서 작동하는 경우, 풀리는 적어도 전술한 벨트를 거쳐 자동차의 내연 기관에 의해 회전 구동된다. 기계가 시동기 모드로, 즉 전기 모터로서 작동하는 경우, 풀리는 벨트를 거쳐 자동차의 엔진을 회전 구동시킨다.
변형예에서, 전동장치는 적어도 하나의 체인 또는 적어도 하나의 기어 또는 적어도 하나의 피니언을 포함하며, 그에 따라 풀리(1)를 치형 휠, 기어 열, 피니언 또는 전동 부재를 구성하는 다른 부재로 교체할 수 있다.
공지된 방법으로, 전방 및 후방 베어링(13, 14)은 기계의 내부 환기를 위해 구멍을 뚫고, 예컨대 도 1에 도시된 타이 로드(tie rod)를 사용하여 함께 결합되며, 그리고 자동차의 고정된 부품상에 고정되도록 의도된 기계의 지지체(S)에 속해 있다.
변형예에서, 공지된 방법으로, 지지체는 서로 누출 없이 접촉하고, 그리고축방향의 외주에서 내측으로 오목하게 되어 자동차의 열기관의 냉각유 등의 냉각유를 위한 순환 채널을 형성하여 기계가 냉각되도록 하고, 이러한 유형의 냉각은 통상적으로 수냉식이라 칭하며, 예컨대 전술한 독일 특허 공개 제 DE A 100 19 914 호에 개시되어 있다.
지지체(S)는, 그의 외주부에 고정된 베어링(13, 14)에 의해 그 내부에 기계의 고정자(8)를 지지하며, 이 고정자(8)는 보통 일단의 금속 판으로 구성된 본체를 포함하고, 상기 본체는 코일 또는 권선 또는 보다 일반적으로는 권취 부품을 지지하고, 감김 부품의 출력부는 전술한 정류기 및 제어 브리지에 결합된다.
고정자의 코일 또는 권선은, 예컨대 국제 특허 공개 WO 92/06527 호와, 2001년 10월 19일자 출원된 프랑스 특허 출원 제 FR 01 13553 호, 및 2000년 12월 21일자 출원된 프랑스 특허 출원 제 FR 00 16738 호에 개시된 것과 같은 전기 전도성 바로 제조된 권취 부품에 의해 형성되고, 상기 전기 전도성 바는 직사각형의 단면으로 될 수도 있다. 와이어 또는 바는 전기적으로 절연되고, 그리고 고정자(8)의 본체를 통해 함께 결합되어 제 1 및 제 2 롤(buns)을 형성하는 고정자(8)의 본체의 양측에 연장된 그리드를 형성한다.
보다 상세하게는, 기계는 공지된 방법으로 입력 및 출력을 각각 포함하는 다수의 상을 포함하며, 와이어 또는 바는 서로 연결되어 상기 그리드를 형성하고 그리고 상의 입력을 상의 출력에 연결하여 상마다 적어도 하나의 권선을 형성한다. 따라서, 기계는, 예컨대 프랑스 특허 출원 제 FR 00 16738 호 명세서의 도 6 내지 도 9에서와 같은 6상형이거나, 또는 프랑스 특허 출원 제 FR 00 16738 호 명세서의도 2 내지 도 6에서와 같은 3상형일 수 있다. 일 실시예에서, 와이어 또는 바는 고정자의 본체의 각 금속판에 형성된 슬롯을 전기 절연된 방법으로 축방향으로 관통한다. 변형예에서, 와이어 또는 바는 고정자의 본체를 전기 절연된 방법으로 중심을 관통하고, 예컨대 미국 특허 제 5097 167 호 명세서에 개시된 바와 같이 수지에 의해 고정자의 본체에 고정된다.
교류발전기 모드에서 기계의 전기자를 형성하는 고정자(8)는 회전자(4)를 둘러쌈으로써, 교류발전기 모드에서 기계의 유도자를 형성한다. 브러시는 브러시 홀더(16)를 거쳐 교류발전기의 전압을 조정하기 위한 장치에 결합되어, 교류발전기의 전압을 소망의 전압으로, 이 경우에는 12V의 배터리에 대해서는 14V로, 또는 변형예로 36V의 배터리에 대해서는 42V로 유지한다.
정류기 브리지와, 아암형 정류기 브리지를 제어 및 감시하는 전자 유닛이 기계의 외측에 끼워진 전자 하우징 내에 장착된다. 이것은 전압 조정장치의 일실시예에도 동일하게 적용된다.
변형예에서, 하우징은, 예컨대 기계의 후방 또는 그의 외주상에 장착된다.
일 변형예에서, 전압 조정장치는 하우징의 외측에 장착되며 하우징에 전기적으로 접속된다. 임의의 변경도 가능하다.
이 하우징은 MOSEFT 유형의 트랜지스트 형태의 전력 스위치를 스위치 수단과, 전자 제어 및 감시 유닛과, 과 여자 회로를 지지한다.
전자 유닛은 후술하는 센서(54)로부터 정보를 수신하는 마이크로제어기와 같은 컴퓨터를 포함한다.
여기서, 교류발전기/시동기를 형성하는 기계는, 고정자 권선 및 자동차의 배터리(3)와 병렬로 장착된 정류기 브리지와, 회전자에 의해 고정된 방식으로 지지되고 또 과잉여자 회로를 거쳐 전류가 공급되는 여자 권선을 특징적으로 형성한다.
과 여자 회로는 시동기 모드(전기 모터로서 작동하는 교류발전기/시동기)에서 활성화되어, 교류발전기/시동기의 시동 토크를 최대화하고 그리고 냉각 상태로부터 시동할 때 또는 적신호에서 정지한 후 재출발할 때 자동차의 열 기관이라 칭하는 내연 기관을 보다 용이하게 시동하며, 열 기관은 정지되어 연료 소모를 감소시키고 그에 다라 "정지 및 출발"이라 칭하는 기능을 실행한다.
이러한 과 여자 회로는 그의 입력부에서 배터리 및/또는 교류발전기에 의해 공급되는 내장 회로망의 전압을 수신하고, 여자 권선의 단자에 내장 회로망의 이 전압보다 높은 전압을 공급한다.
이 조립체는, 전술한 방법으로 전자 제어 유닛에 의해 제어되는 스위치 수단(예컨대, 전력 스위치)를 더 구비한다.
이 제어 유닛은 교류발전기의 전압을 조정하기 위한 장치와 연동하고, 그리고 예컨대, 펄스폭 변조된 신호에 의해 스위치 장치를 제어한다.
마찬가지로, 재어 및 감시 유닛은, 교류발전기/시동기가 배터리로부터 분리된 내장형 회로망 내로 방전되는 경우에[당업자가 일반적으로 사용하는 용어 로드 덤프(load dump)의 경우], 특히 그의 회전자에서 교류발전기의 신속한 감자(demagnetization)를 실행하도록 전력 스위치 장치의 개방을 즉시 명령하는 수단을 구비한다.
과 여자 회로는 기계가 교류발전기 모드에서 작동하는 경우에도 동일하게 작용한다.
과 여자 회로는, 특히 기계가 교류발전기 모드에서 작동하는 경우, 그것이 공급하는 과 여자 전압 또는 전류가 교류발전기/시동기 및 그와 연동하는 부품에 대한 최대의 허용가능한 온도에 대응하는 전압 또는 전류보다 낮게 되도록 제어된다.
제 1 실행 모드에서, 고온 요소의 온도를 정확하게 식별하는 적어도 하나의 열 센서가 기계에 제공된다.
제어 루프는 과 여자 회로에 의해 공급되는 과 여자 전압 및/또는 전류를, 기계가 교류발전기 모드에서 그 기계에 대한 또한 그의 부품에 대한 허용가능한 최대 온도보다 항상 낮은 온도 상태에 있도록 보장하는 값으로 유지하는 것을 가능하게 한다.
본 실시예의 일 특징에 따라, 기계가 특히 자동차를 시동하기 위해 시동기 모드로 작동할 때, 교류발전기/시동기의 시동 토크( 및 시동 동력)를 최대화시키기 위해 과 여자(과 여자 회로에 의해 공급된 전압 및/또는 전류)는 교류발전기 모드의 과 여자보다 더 크다.
일 특징에 따라, 회전자 전류, 즉 여자 권선의 전류는 교류발전기 모드에 필요한 것보다 높은 전류로 자화된다.
변형예에서, 교류발전기 모드에 관하여 여자 전압이 작용하고 또 증가할 수 있다.
바람직한 실행 모드인 다른 실행 모드에서, 과 여자 회로는 그것이 공급하는 전압 또는 전류가, 특히 교류발전기 모드에서 회전자의 소정의 각속도에 대해 실험에서 또는 어떤 다른 수단에 의해 사전설정된 온도에 대응하는 전압 또는 전류보다 항상 낮게 되도록 제어된다.
일 실시예에서, 과 여자 회로는 그것이 공급하는 과 여자 전압 또는 전류가 이러한 각속도에 대응하는 최대 전압 또는 전류보다 항상 낮도록 회전자의 각속도에 따라 제어된다.
교류발전기 모드에서, 기계는 그것의 최대 전위로 사용된다.
다른 변형예에서, 기계의 고온 부품이 항상 최대의 허용 온도 미만이 되도록 온도에 따라 또는 회전자의 각속도에 따라 제어되는 스위치 장치를 제어하기 위해 펄스폭 변조 신호의 효율비(duty ratio)가 제공될 수 있다.
시동기 모드에서는, 교류발전기 모드에서보다 고효율비가 사용된다. 예컨대, 효율비는 시동기 모드에서는 100%이고, 교류발전기 모드에서는 75%이다.
이러한 온도에 따른 제어의 실행은, 고온 부품의 온도를 측정하여 그것을 기준 전압과 비교함으로써 달성될 수 있다.
또한, (통상적으로, 조정기에서) 측정하기 용이한 온도로부터 고온 부품의 온도를 추정하고 그것을 고온 부품의 온도에서 뺌으로써 제어를 달성할 수 있다.
이러한 여자 회로는, 예컨대 승압 초퍼 회로(step-up voltage chopper circuit)를 포함하며, 이 회로는 회로망의 플러스 전압의 공급 도선과 지면에 접촉된 스위치 사이에 장착된 유도자를 포함한다.
따라서, 여자 회로는 일 특징에 따른 전자 승압기(electronic voltage booster)이다.
과전압은 교류발전기 모드에서보다 시동기 모드에서 더 큰 것이 바람직하다.
교류발전기와 배터리 사이의 전기적 결합에 우발적인 파손이 존재하는 경우("로드 덤프"), 예컨대 스위치에 의해 신속한 감자가 개시된다.
일 실시예에서, 차단기가 폐쇄될 때, 회전자(4)의 여자 권선에 상당한 전압 및/또는 20V 정도의 전압 및 10A 정도의 전류가 공급되며, 공칭 전압은 보통 14V이다.
따라서, 발생되는 상당한 전압 및/또는 전류에 의해 상당한 시동 토크를 신속하게 적용하는 것이 가능하다.
그 다음, 회전자 권선의 공급 전압은 제 2 단계에서 감소되어 소정 시간의 만료시에 12V 또는 6A로 되어, 예컨대 교류발전기/시동기의 여자 권선의 과도한 가열을 방지한다.
그 다음, 시동 단계에서 열 기관의 과부하를 피하고 그리고 교류발전기 모드로 변환할 때 실속(stall)되는 상황을 피하기 위해, 시동이 탐지될 때 전압은 감소되어 0 까지 떨어지거나 마이너스로 된다.
이러한 전압 반전은, 예컨대 즉석 감자 스위치에 의해 달성된다.
보다 상세한 설명은, 2000년 12월 12일자 출원된 프랑스 특허 출원 제 FR 00 16133 호 및 이 특허출원 명세서의 도 5 및 도 6을 참조해야 한다.
상기 특허출원 명세서의 도 7 내지 도 11의 실시예도 마찬가지로 가능하다.
따라서, 즉석 감자 스위치는 여자 스위치내의 전류를 중단시킴으로써 그 여자 스위치를 신속하게 사용중지 시키는 것이 가능하다.
그 배치에 의해서, 교류발전기/시동기의 토크 및 시동 전력은 최대값 까지 증가한다. 따라서, 회전자는 교류발전기 모드에 필요한 것보다 높은 여자 전류에서 흐르는 전류로 자화된다.
물론, 여자 권선의 과잉여자는 어떤 다른 방법으로 달성될 수 있다. 예컨대, 동일한 전력 공급 전압에 대해 높은 수의 암페어 회수를 달성하기 위해 회전자의 여자 코일의 감김 회수 및 그의 저항에 따르는 것이 가능하다. 예컨대, 저항(R)에 대응하는 섹션 A의 N 회전을 포함하는 종래의 교류발전기의 회전자의 여자 권선을 고려하여, 본 발명의 일실시예는 이 여자 권선에 저항 R/4에 대응하는 섹션 2A의 N/2 회전을 제공한다.
따라서, 전류는 동일한 전압에 대해 종래의 교류 발전기보다 4배 더 높다. 암페어 회수의 수는 종래의 교류발전기의 2배이다.
변형예에서, 전술한 방식으로 승압기의 사용에 의해 교류발전기 모드에서 전압을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 교류발전기 모드에서 전자 승압기의 사용에 의해 공칭 전압의 1.5배에 가까운 전압과 함께 공칭 전류의 1.5배의 전류를 가할 수 있다.
이러한 과전압은 여자 코일을 통과하는 전류의 증가를 수반한다.
교류발전기 모드에서의 작동 단계에서, 여자 전압은 전하 균형에 충분한 작동을 가능하게 하는 값으로 회복된다.
예컨대, 과 여자 회로가 펄스폭 변조 신호를 갖는 전술한 방식의 제어기를 포함하는 경우, 여자 효율비는 교류발전기 모드에서 감소되어 여자 코일에서 전력이 종래의 코일의 전력과 동일하게 소산되도록 작용할 수 있다.
과 여자는 시동기 모드에서만 발생될 수 있다.
또한, 자동차는 보다 많은 에너지를 필요로 하는 설비를 구비하는 추세가 증가하고 있으므로, 과 여자는 교류발전기 모드에서도 발생되어, 보다 강력한 배터리의 필요 없이 12V 배터리에 의한 14V의 공칭 전압에 대해 소비 유닛 및/또는 부하를 위해 보다 많은 전력을 공급하는 것이 가능하다.
시동기 모드(전기 모터로서 작동함)에서, 과 여자된 교류발전기/시동기는, 특히 자동차의 열기관이 적색등에서 정지하는 경우 다수의 소비 유닛 및 또는 부하를 구동시킬 수 있고, 교류발전기/시동기는 그 후에 보조 모터로서 작동한다.
과 여자에 의해, 시동 토크는 보다 신속하게 발생할 수 있고 그리고 특히 신속한 감자에 기인하여 보다 용이하게 증감될 수 있다.
과 여자는 종래의 교류발전기보다 낮은 저항의 여자 권선에 의해 달성될 수 있다.
모든 경우에, 신속한 감자는 교류발전기 모드에서 작동 개시시에 열 기관으로부터 토크를 불필요하게 제거하지 않도록 한다.
여자 코일은 공전 모드에서는 활성화되지 않기 때문에, 열 기관은 최초에 그러한 공전 모드에서 작동하게 되는 경우에는 실속하지 않는다. 일단 열 기관의 시동되면, 교류발전기 모드에서 여자 코일의 자화가 발생한다. 이러한감자(demagnetisation)는 "로드 덤프"의 경우에 사용된다.
일단 시동 토크가 신속하게 발생되면, 물론, 예컨대 점진적인 감소가 가능한 곡선의 다른 형상을 얻는 것도 가능하다. 신속한 감자로 인해서, 불필요한 토크가 소모된다.
시동 후에, 자동차의 열 기관의 실속을 방지하기 위해 점진적인 부하 또는 속도 제어에 의해 공지된 방법으로 교류발전기 모드로의 전이가 달성될 수 있다.
변형예에서, 교류발전기 모드에서의 제어는 물론 개루프(open loop)에 의해 수행할 수 있다.
따라서, 교류발전기 모드에서 온도에 따른 제어를 사용하는 것은 불가능하다.
일 실시예에서, 교류발전기의 출력 곡선(분 당 회전수의 함수로서의 전류 강도)은 자동차의 요구에 따라 미리 고정된 펄스 폭 변조 신호의 효율 비에 대한 임계값(threshold)에 의해 프로그래밍된다. 이러한 프로그래밍은, 예컨대 고 회전속도 및 고출력에서 전류 강도를 90 내지 120 암페어 정도만큼 감소시켜, 특히 회전자 샤프트를 지지하기 위한 과도한 고가의 볼 베어링의 사용을 회피한다. 따라서, 경제적인 이유에서, 고 회전 속도에서 스스로 과한 벌칙이 존재할 수도 있다. 저속에서, 과 여자가 달성된다.
이것은 중간 속도 범위에서 달성되는 약 300 rpm의 과 여자에도 동일하게 적용된다. 그 후에, 전류의 출력은 60 내지 90 암페어 정도가 된다.
특히 시험에 따라 모든 것을 미리 프로그래밍할 수 있다.
여자 권선의 과 여자는 이 권선의 암페어 회수의 수를 변경하는 것에 의해 달성될 수 있다.
교류발전기 모드에서, 물론, 전술한 매개변수의 제어에 의해 회전자의 높은 회전 속도에서 과 여자를 달성하는 것이 가능하다.
변형예에서, 예컨대 2000년 5월 29일자 출원된 프랑스 특허 출원 제 FR 00 06853 호 명세서에 개시된 바와 같이, 여자 권선은 그의 외주부에 첨두 형상 또는 통 형상을 부여하여 그 권선이 갈고리형 회전자의 축방향 치형부에 가능한 한 근접하도록 성형 공구에 의해 성형될 수 있다. 이것은 과 여자에 바람직하다.
물론, 교류발전기/시동기는, 예컨대 1999년 7월 28일자 출원된 프랑스 특허 공개 FR A 2 782 356 호에 개시된 바와 같이 자동차의 클러치의 높이에 설치될 수 있다.
따라서, 교류발전기/시동기는 자동차의 내연기관과 마찰 클러치의 반동판 사이에 설치될 수 있다.
변형예에서, 회전자는 마찰 클러치의 하류에 설치될 수 있다.
이러한 2가지 경우에서, 회??는 자동차의 엔진 플라이휠에 의해 회전 구동되며, 엔진 플라이휠은 자동차의 열기관의 크랭크축에 회전하도록 결합되어 있다.
회전자는 마찰 클러치의 회전시에 구동하는 엔진 플라이휠에 의해 지지될 수 있고, 반동 판은 그 후에 엔진 플라이 휠의 후단부를 형성한다.
전술한 방법으로, 이 플라이휠은 2개의 부품으로 이루어질 수 있고, 이 경우에 회전자는 크랭크축에 대해 회전하도록 고정된 제 1 부품 또는 클러치의 반동판에 고정된 제 2 부품에 의해 지지되며, 클러치의 반동판은 클러치의 마찰 디스크의 마찰면과 연동하도록 의도된다. 이중 감쇠 플라이휠의 진동 및 형성의 양호한 여과를 위한 토크 제한기 뿐만아니라 탄성 부재가 이들 2개의 부품 사이에 개재된다. 변형예에서, 이들 2개의 부품은 일체로 되고, 그들 중 하나가 축방향의 가요성을 갖게 되어 가요성 플라이휠을 형성할 수 있다.
교류발전기/시동기는 브러시가 없는 것일 수 있다. 변형예에서, 교류발전기/시동기는 각 극과 관련된 여자 권선을 갖는 돌출 극(salient-pole) 회전자를 포함한다. 이러한 유형의 돌출 극 회전자는 예컨대, 보다 상세한 설명을 위해 참조해야 하는 국제 특허 출원 제 PCT/FR 02/00037 호에 개시되어 있다. 모든 경우에, 기계의 회전자는 적어도 하나의 여자 권선을 포함한다.
또한, 회전자의 각도 위치를 추적하여, 전기 모터 모드에서 전류가 적절한 상 내로 도입되고 그에 따라 적당한 순간에 시동기의 적절한 권선 내에 도입되도록 하는 수단이 제공된다.
자석형인 것이 바람직하거나 또는 변형예에서는 광학형인 이들 수단은 전자 제어 유닛에 정보를 전송하고, 그리고 예컨대 2000년 11월 20일자 출원된 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 807 231 호, 2000년 3월 10일자 출원된 프랑스 특허 공개 FR A 2 806 223 호, 및 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 806 224 호의 명세서에 개시되어 있다.
따라서, 도 1에서, 회전자(4)상에 회전하도록 잠금된 타깃 홀더상에 타깃(50)이 고정된다. 이 타깃 홀더는 팬(44)의 블레이드(45)의 방사상 하부에서회전자(4)와 후방 베어링(14) 사이에 축방향으로 설치된다. 이 타깃 홀더는, 전술한 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 806 223 호 및 제 FR A 2 806 224 호 명세서의 도면에 도시된 바와 같이, 회전자(4)와 후방 베어링(14)의 볼 베어링의 내측 레이스 사이에 스페이서(spacer)를 형성하고, 그리고 이 볼 베어링의 외측 레이스를 부분적으로 둘러싼다. 후방 베어링의 방사상 벽상에 센서 홀더(53)가 고정되는데, 여기서 이 센서 홀더는 3개의 홀 효과형 센서(52) 또는 변형예에서 자기 저항형 센서를 지지하며, 이 센서의 저항은 자속에 따라 변화한다.
여기서, 타킷(50)은 자석이며, 교대의 N 및 S극을 지지한다. 임계 센서(52)에 의한 탐지는 방사형이다. 이것을 실행하기 위해, 예컨대 플라스틱 재료로 제조된 타깃 홀더(53)는 여기서 베어링(14) 내의 큰 구멍(54)을 관통하는 축방향 부분(55)을 갖는다. 각 부분(55)은 타깃 홀더의 외주에 의해 지지된 축방향 타깃(50)의 방사상 상부에 설치된 센서(52)를 지지한다. 변형예에서, 타깃에 노치가 형성되고, 센서는 자기 저항형이다.
센서 홀더(53)는 기다란 구멍을 갖는 러그(56)를 구비하며, 베어링(14)의 하부에서 고정 볼트가 각각의 이들 구멍을 관통해 있다. 축방향 부분(55)은 블레이드(45)의 방사상 하부에 설치된다. 따라서, 센서 홀더(53)의 위치를 베어링(14)에 대해 원주방향으로 조정할 수 있다. 통상적으로 구멍이 있는 플라스틱 재료로 제조된 보호용 캡(17)이 기계의 후방부, 특히 브러시 홀더(16) 및 센서 홀더(53) 위에 씌워진다. 이 캡(17)은 후방 플랜지(14)상에 고정되고, 후방 플랜지(14)는 전방 베어링(13)과 함께 동기형인 기계의 고정자(80)의 고정된 지지체(S)를 형성한다. 여기서, 베어링은 예컨대 알루미늄계인 금속제이고, 자동의 어스에 전기적으로 접속된다.
변형예에서, 축방향으로의 탐지가 실행되고, 센서는 타깃의 축방향의 반대쪽에 설치된다. 변형예에서, 볼 베어링(11)의 내측 레이스상에 지지된 스페이서(70) 대신에 타깃 홀더가 전방 베어링(13)의 바닥과 회전자 사이에 설치된다. 그 다음, 센서 홀더(53)가 전방 베어링(13)상에 각도 조정 가능한 방식으로 고정된다.
변형예에서, 타깃은 전술한 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 807 231 호에 개시된 바와 같이 그것의 각도를 조정할 수 있는 방법으로 전방 베어링(13)에 의해 지지된 센서 홀더에 면하는 풀리(1)상에 고정되고, 축방향 또는 방사상 방향의 형태로 탐지하는 것이 가능하다.
변형예에서, 센서는 홀더 부품상에 장착되고, 이 홀더 부품은 그의 외주상에 기계의 고정자를 지지하고 그리고 회전자와 함께 정확한 틈새를 형성하는 것을 허용한다. 엔진 플라이휠은 기계의 회전자 및 클러치의 반동 판을 지지한다. 적어도 하나의 볼 베어링과 같은 베어링 수단이 엔진 플라이휠과 고정 부품의 내주 사이에 개재되며, 고정 부품은 코드 휠을 지지한 회전자를 부분적으로 둘러싼 U자 형태의 부분을 포함한다. 센서는 2000년 12월 20일자 출원된 프랑스 특허 출원 제 FR 00167100 호 명세서의 도 23 내지 도 25에 개시된 바와 같이 이러한 코드 휠에 면하여 설치된다. 따라서, 그 기계는 동기형이다.
타깃은 회전자의 것과 동일한 여러 쌍의 N-S 자극을 포함하는 것이 바람직하다. 타깃 홀더는 비 자성이거나, 또는 변형예에서는 자성이다. 타깃은 페라이트및/또는 희토산화물을 포함하거나 또는 회전자의 자계에 의한 자속에 지배되는 불활성 센서만을 포함할 수 있다.
따라서, 회전자의 각도 위치 추적 수단은 홀 효과 센서 또는 자기저항 센서를 갖는 자기형이다.
변형예에서, 이들 추적 수단은 광전자 센서와 같은 광학 센서를 사용한다.
모든 경우에, 센서는 전자 제어 및 감시 유닛에 정보를 전송한다. 여기서, 각 단계마다 하나씩 3개의 센서가 제공되고, 센서로부터의 신호는 고정자(8)의 상의 순차적 적용을 위해 120°의 각도만큼 공지된 방식으로 변환되어, 회전 전자기장의 발생을 가능하게 한다.
본 발명의 목적은, 특히 보조 모터 모드에서 동기형의 이러한 기계의 동작을 개선하는 것이다.
본 발명에 따르면, 특히 열 기관을 시동하기 위해 발전기(교류발전기 모드)로서 또는 전기 모터로서 작동 가능한 열 기관을 구비한 자동차용 다상 가역 회전 전기기계(교류발전기/시동기라 칭함)의 제어 방법에 있어서, 전기 모터 모드에서의 작동 중에, 상기 기계는 상이한 속도/토크 특성 곡선에 대응하는 2가지 모드에 따라 구동되는 바, 제 1 모드(열 기관의 시동기 모드라 칭함)는, 자동차의 열 기관을 저속을 위한 고 토크로 시동하도록 구동하는 것을 가능하게 하는 한편, 제 2 모드(보조 모터 모드라 칭함)는, 제 1 모드보다 높거나 낮은 토크에서 기계만을 또는 부속품과 같은 적어도 하나의 전력 소모 유닛 및/또는 열 기관을 구동하는 것을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 센서는 2개의 모드에 따라 작동된다.
보다 상세하게는, 본 발명에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 기계의 회전자(4)의 분당 회전수의 함수로서 전기 모터의 모드로 작동하는 동안 전력 및 토크에 대한 각각의 특성 곡선(A, B-C,D)을 얻는다. 상기 회전자의 회전속도는 자동차의 열기관의 크랭크축의 속도에 비례한다. 도 2에서, 열 기관의 분당 회전수는 가로 좌표에 표시되어 있다.
전력 곡선(A, B)은 최대값을 신속히 통과한 다음 감소한다[부분 A: 장치가 있는 경우의 전력(W)]. 임계값(n)으로부터, 모드가 변환되어 제 2 모드(보조 모터로서 작동함)로 이동하고 곡선(A, B)의 B 부분으로 표시된다.
이것은 전력이 0으로 떨어지기 전에, 이 경우에는 1,500rpm에서 달성된다. 물론, 이러한 0으로의 하락은 적용예에 따른다. 점선으로 표시된 곡선(A')은 본 발명에 따른 장치가 없는 경우의 특성 곡선(A)의 연속에 대응하며, 전력은 1,500rpm에서 0까지 떨어진다.
토크 곡선(C, D)을 고려하면, 마찬가지로 이 곡선도 2개의 부분을 포함하며, 이러한 2개의 부분은 본 발명에 따른 제 1 모드 및 제 2 모드에 각각 대응하는 C 부분[장치가 있는 경우의 토크(Nm)] 및 D 부분[장치가 없는 경우의 토크(Nm)]이고, 점(n)에서 곡선이 변화되고, 곡선(C')는 곡선(C)에서 연장되어 이 경우에는 1,500 rpm에서 0까지 떨어진다. 여기서, 점(n)은 곡선(A)의 최대값에 가까운 고 토크에 대응한다.
본 발명에 의하면, 이 경우에 임계 속도 후에 1,500rpm의 토크가 발생된다.
제 2의 경우(보조 모터로서 작동함)에, 회전자의 여자 권선의 여자 전류는 물론 시동기 모드 및 교류발전기 모드에서와는 다른 방법으로 조정된다.
전술한 바와 같이, 토크는 최초에 신속하게 상승하기 때문에, 최대 토크는 0의 속도에 가깝다.
일 특징에 의하면, 회전자(4)의 각도 위치를 추적하는 수단의 센서(52)의 설정이 이용된다.
보조 모터의 기능이 활성화될 때까지 또는 도 2의 점(n)에 대응하는 활성 속도에 도달할 때까지, 센서(52)에 의해 전자 감시 및 제어 유닛에 전송되는 신호는 직진 상태로 사용된다.
예컨대, 보다 상세한 설명을 위해 참조해야 하는 유럽 특허 공개 제 EP A 0 260 1786 호, 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 745 444 호, 및 FR A 2 745 445 호 명세서에 개시된 바와 같은, 정류기 브리지 및 제어기(변환장치로도 칭함)를 구동하는 전자 감시 유닛은 다이오우드를 갖는 아암을 구비하며, 이 변환장치(브리지)의 아암은 시동기(8)의 상의 권선에 전류를 순차적으로 공급하도록 직접 구동되며, 상기 고정자는 적어도 한 층의 전기 전도성 감자를 각각 포함한다.
일단, 활성 속도(도 2의 점 n)에 도달하면, 센서로부터의 신호의 변경 및 반전이 간단하고 경제적인 방식으로 수행된다.
여기서, 이것은 변환장치의 아암(각 아암은 하나의 상과 관련됨)의 제어를 신호를 고정자의 상의 직접 구동에 관하여 -60°만큼 위상 변이시키는 것을 가능하게 한다. 고속을 달성하기 위해 -60°의 단계에서 다른 변경도 가능하다. 소망의속도(점 n) 주위의 편차가 이 기능을 활성화시키거나 비 활성화시킨다. 모든 것은 제 2 모드에서 새로운 상 센서가 존재하는 것처럼 발생한다.
제어 및 감시 유닛에 의한 센서로부터의 신호의 직접 검출에 대응하는 위치(0)에 관하여, 정류기 브리지의 아암을 순차적인 방법으로 제어하기 위해서, 예컨대 전환 후의 임계 속도(n)에서 센서로부터의 신호의 변경(가령, -120°의 위상 변경)을 실행하여, 위치(0)에 대해서 -60°의 위상 변이된 위치(1)에 도달한다. 이것은 일반적으로 적용 가능하다.
따라서, 제 2 모드에서 센서로부터의 신호의 -60°만큼의 다른 위상 변이를 실행함으로써, n 보다 높은 속도(n2)에 대해 다른 변환을 얻을 수 있다. 이것은 위치(0)에 대해서 -120°와 위치(1)에 대해서 -60°의 변환된 위치(2)에 도달하도록 위치(0)에 대한 센서로부터의 신호 변경에 의해 달성된다.
상세한 설명으로부터 명백한 바와 같이, 위치(2)에 대해서 센서로부터의 신호 변경 및 반전을 실행함으로써 n2 보다 높은 속도(n3)에 대해 다른 변경[위치(3)]을 달성할 수 있다. 그 다음 위상 변이는 위치(0)에 대해서 -180°이다.
위치(0)에 대해서 -360°의 위상 변이에 대응하는 위치(6)[즉, 위치(0)로의 복귀]에 도달하도록, 위치(2)에 대해서 센서로부터의 신호의 변경(-120°)을 실행하고 그리고 위치(5)[속도(n5)는 속도(n4) 보다 높고 위치(4)에 대해서 변경 및 반전]에 대해서도 동일하게 실행함으로써, 보다 높은 속도(n4)에 대해서 다른 위치(4)를 얻는다.
이러한 모든 변환은 각 위치에서 새로운 센서의 형성으로 이어지고, 이것은 센서로부터의 신호의 변경 및 반전에 의해 또는 반전에 의해 동일 센서에 의해서 달성된다.
전자 제어 및 감시 유닛의 컴퓨터의 사용에 의해 그리고 미리 기록된 테이블의 사용에 의해 또는 도 3에 도시된 바와 같은 분리된 부품의 사용에 의해 데이터 처리를 통해 작동이 달성될 수 있다.
물론, 열 기관의 크랭크 축의 회전 속도는, 예컨대 회전자(4)의 회전 속도를 측정함으로써 증가 비에 의해서 또는 직접 측정된다.
여기서, 각 센서는 3상 유형인 기계의 고정자의 상 중 하나에 사용된다. 타깃과 관련하여, 이들 센서는 회전자의 각도 위치를 검출하고, 그리고 전자 제어 및 추적 유닛에 정보를 전송하여 회전자를 제어할 수 있도록 하며, 정류기 브리지의 아암을 거쳐 당해 상의 권선 내로의 전류가 도입된다. 이것은, 당해 센서가 각각의 활성 신호(C1, C2, C3)를 임계치로부터 상기 유닛에 전송할 때 발생한다.
이러한 활성과는 별도로, 센서는 상기 유닛에 비 활성 신호(-) C1, (-) C2, (-)C3를 전송한다.
도 3에서, 각 상 센서(1, 2, 3)는 활성화되면, 제 1 논리 게이트에 그 신호(C1, C2, C3)를 전송하고, 이 논리 게이트는 속도(n)에 도달하고 그리고 보조 모터 작동이 활성화되었다는 것을 나타내도록 계획된 블록으로부터 정보를 수신한다.
보다 상세하게는, 임계 속도(n)에 대응하는 크랭크축의 회전 속도가 달성되지 않는 경우, 이 블록은 각 상 센서(1, 2, 3)과 관련된 제 1 논리 게이트에 정보[이 경우에는 (-)n]를 전송한다.
이들 제 1 논리 게이트는 AND 유형이므로, 이들 센서 중 하나가 활성화되고 속도(n)에 도달하지 않는 경우, 제 1 논리 게이트는 신호(도 3의 <=1 참조)를 전송한다. 따라서, 속도(n)에 도달할 때까지, 상 센서는 제 1 모드에 따라 정상적으로 작동한다.
속도(n)에 도달하고 모터의 작동이 활성화되자마자, 전술한 블록은 제 2 논리 게이트에 정보(n)를 전송하고, 각 제 2 게이트는 상 센서 중 하나와 결합된다.
따라서, 상 센서 1의 제 2 논리 게이트는 상 센서 3 및 블록에 결합되고, 상 센서 2의 제 2 논리 게이트는 상 센서 1 및 블록에 결합되며, 최종적으로 상 센서 3의 제 2 논리 게이트는 상 센서 2 및 블록에 결합된다.
보다 상세하게는, 이들 제 2 논리 게이트는 센서가 활성화된 것을 나타내는 이들 센서의 출력부에 결합된다.
속도(n)에 도달하고 보조 모터 기능이 활성화될 때, AND형의 제 2 논리 게이트는 변경되고 반전된 신호를 전송한다.
보다 상세하게는, 상 센서 1의 제 2 논리 게이트는 상 센서 3이 활성화될 때 이 신호를 전송하고, n 보다 낮은 속도의 상태가 더 이상 충족되지 않기 때문에 제 1 논리 게이트는 더 이상 신호를 전송하지 않는다. 이들 전체는, 전자 제어 및 감시 유닛에 정보를 전송하는 새로운 상 센서(C'1)가 존재하는 것처럼 발생한다.
이러한 새로운 센서의 증식은 C'=C.(-)n+n.(-)C3이다. 여기서, C'1은 이러한 새로운 센서에 의해 전송되는 활성 신호이고, AND 조건에 해당하며, (-)C3 또는 (-)(n)은 센서 C3 및 블록의 비활성 신호에 해당하고, +는 OR 조건에 해당한다.
속도(n) 아래에서, 새로운 상 센서 1은 상 센서 1에 해당하므로, 상 센서 1이 활성화될 때만 활성화된다(신호를 전송함). 일단 속도 n에 도달하고, 보조 모터의 기능이 활성화되면, 새로운 상 센서 1는 상 센서 3이 비활성화될 때에만 활성화된다.
이것은 상 2 및 상 3에도 동일하게 적용된다. 새로운 상 센서 2 및 3의 등식은, C'3=C3.(-)n+n.(-)C2 및 C'2=C2.(-)n+n.(-)C1 이다.
따라서, 제 2 모드에서, 상의 제어 신호는 직접 구동에 대해서 -60°만큼 상 변환되고, 관계 C.(-)n가 충족된다.
앞서 설명한 바와 같이, 물론, 보조 모터의 작동에 있어서, 기계 및 크랭크축으로부터 구동될 부속품을 해제하기 위한 장치가 필요하다. 이 장치는, 예컨대 전술한 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 648 886 호에 개시된 전자기 클러치를 포함할 수 있다.
이 경우에, 모터는 고정된 돌출부를 포함하고, 크랭크축의 풀 리가 그 위에 회전가능하게 장착되며, 크랭크축의 단부는 전자기 클러치의 판에 견고하게 부착된 접속 부품에 대해 회전하도록 결합되고, 전자기 클러치의 코일은 돌출부에 견고하게 부착되기에 적합하다.
클러치의 고정된 판은 풀리의 플랜지 중 하나에 견고하게 부착된다.
예컨대, 유럽 특허 공개 제 EP A 0 715 979 호 명세서에 개시된 바와 같은제어된 플라이휠 장치를 사용할 수 있다.
변형예에서, 전술한 바와 같이 선택된 작동 모드의 함수로서 차동 변속비가 사용된다. 예컨대, 구동 풀리와, 피동 풀리와, 이들 풀리의 주위를 무한 고리의 형태로 통과하는 벨트를 구비한 가변 속도 구동 유닛의 형태로 된 전동장치를 사용할 수 있다. 각 풀리는 2개의 절두원추형 플랜지를 구비하며, 그 중 적어도 하나는 탄성 복귀 수단의 제어하에서 축방향 운동이 가능하도록 장착된다.
따라서, 본원에 참고로 인용되는 전술한 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 648 886 호에 개시된 바와 같이, 피동 풀리의 가동 플랜지가 완전한 전진 위치에 있을 때, 구동 풀리의 가동 플랜지는 완전히 후퇴한 위치에 있고, 그 반대도 가능하다.
물론, 본 발명은 개시한 예시적인 실시예에 한정되지 않는다.
따라서, 정지 및 재시동 단계를 자동차의 ECU(electric control unit)(열 기관의 전자 제어 유닛)에 의해 또는 구동 전자회로의 열 기관의 마이크로제어기에 의해 관리할 수 있는바, 각각의 해결책은 자동차로부터 다가오고 그리고 예컨대 영어 용어를 사용하기 위해 CAN 형, VAN 형 등의 링크를 거쳐 아날로그 형태 또는 디지털 형태로 전송되는 정보를 이용한다.
교류발전기 모드 중에 발생된 기내 전압(on-board voltage)을 조정하는 기능은 마이크로제어기에 의해 감시된다. 자동차의 제동 동작 중에, 재생 제동 모드가 활성화되고, 유효 필드 비는 모터로부터 높은 토크를 얻도록 증가하며, 그에 따라 복구된 에너지는 이러한 목적을 위해 설계된 장치(예컨대, 초 축전기) 내에 축적되며, 이러한 초 축전기는 제동 작용이 자동차를 정지시키도록 의도된 경우 재출발을위해 또는 결합된 소비 유닛을 위해, 내장 회로망에 전기 에너지를 반송함으로싸, 발전기에 의해 흡수된 토크를 감소시키고 그에 따라 시스템의 수율을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
또한, 정지 단계 및 보조 모터 모드의 사용 중에 이 에너지를 사용할 수 있다. 이 모터는 공기 조절기 또는 임의의 다른 기계 장치를 구동시키는데 사용된다.
엔진의 용량이 큰 자동차의 저온 시동을 보장하기 위해서, 1999년 8월 9일자 출원된 프랑스 특허 출원 제 FR 99 10316 호 명세서에 개시된 바와 같이, 매우 추운 날씨에 결합된 보조 시동기를 사용될 수 있다. 이러한 시동기의 제어는, 시스템의 전자회로의 온도 센서가 최소값 보다 낮은 온도를 검출할 때까지는 활성화되지 않는다. 따라서, 구동 계획은 제어 및 감시 유닛에 의한 보조 시동기의 솔레노이드의 t0 활성화 및 회전자의 여자 권선의 예비 여자이다. 이 순서는 2개의 기계의 시간 상수를 고려하여 수정 및 조정할 수 있다. 그 다음 시동기 모드가 활성화된다.
그 다음, 각 기계에 의해 공급되는 전력이 추가됨으로써 시동이 가능하게 된다. 전압의 인가시에 시스템의 전자회로의 센서가 t0 이상의 온도를 검출함과 동시에, 시동기는 더 이상 사용되지 않는다.
이 계획에 의하면, 정상 작동에서 시동기보다 높은 속도로 열 기관을 구동시키는 것과 열 기관으로부터의 방출에 관하여 시동을 완전하게 하는 것이 가능하다.
자동차상의 시스템의 케이블설치를 용이하게 하기 위해서, 2001년 1월 24일자 출원된 프랑스 특허 출원 제 FR 01 00931 호 및 2000년 8월 18일자 출원된 제 FR 00 10737 호 명세서에 개시된 바와 같이, 적어도 하나의 커넥터를 갖는 결합 장치를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 커넥터는 스크류 및 너트를 포함하는 수단과 같은 단일 고정 수단을 갖는 2개의 부조립체를 구비하고, 상기 2개의 부조립체 사이에 이들 부조립체의 대응하는 전기 전도성 요소를 고정시키는 것이 가능하다.
물론, 제 2 모드(전기 모터 작동 모드)에서, 기계는 열 기관을 회전 속도보다 높은 속도(이 경우, 1,500rpm)로 구동시키도록 사용되며, 여기서 전력은 0까지 떨어진다. 따라서, 열 기관은 적절하게 시동된다.
특히, 열 기관의 시동 후에, 교류발전기 모드로 전환되기 전에 전기 기계를 제 2 모드에서만 구동시키는 것도 가능하다. 예컨대, 프랑스 특허 공개 제 FR A 2 648 886 호 명세서에 개시된 바와 같이, 풀리 내에 장착된 전자기 클러치를 사용하여, 부하(기계적 전력 소모 유닛)를 해제할 수 있고, 풀리의 플랜지 중 하나는 제 2 풀리를 형성한다. 적색등에서 정지한 후에, 부하는 감소(해제)된다. 즉, 재시동 동작 중에 전력 소모 유닛은 분리된다.

Claims (16)

  1. 특히 열기관을 시동하기 위해 발전기(교류발전기 모드)로서 또는 전기 모터로서 작동 가능한 열 기관을 구비한 자동차용의 교류발전기/시동기라 칭하는 다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법에 있어서,
    전기 모터 모드에서의 작동 중에, 상기 기계는 상이한 속도/토크 특성 곡선에 대응하는 2가지 모드에 따라 구동되며, 시동기 모드라 칭하는 제 1 모드는 자동차의 열 기관을 저속을 위해 고 토크로 시동하도록 구동하는 것을 가능하게 하는 한편, 보조 모터 모드라 칭하는 제 2 모드는, 기계만을 또는 적어도 하나의 전력 소모 유닛 및/또는 열 기관을 상기 제 1 모드보다 높은 속도와 낮은 토크로 구동하는 것을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    자동차가 시동되기 전에 상기 전력 소모 유닛이 사용될 때, 상기 전력 소모 유닛은 열 기관을 구동시킴이 없이 제 1 모드를 통과하는 상기 기계를 통한 그의 회전 속도에 이르게 되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    전기 모터로서의 제 2 작동 모드에서 전기 기계를 사용하고 그리고 열 기관의 크랭크축을 해제한 상태에서 자동차를 재시동하기 위해, 상기 기계는 최대의 도달 가능한 속도에 이르고, 그 다음 크랭크축이 결합되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    열 기관의 재시동 동작 중에 상기 소모 유닛이 분리되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 여자 권선을 지지한 회전자(4)를 포함하는 기계로부터 시동하여, 상기 회전자의 여자 권선이 시동기 모드에서의 기계의 작동 중에 과 여자되어 상기 기계의 시동 토크를 최대화하는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기계가 전기 모드로서 작동할 때, 여자 권선은 시동기 모드 및 보조 모터 모드와는 상이한 방식으로 과 여자되고, 그리고 상기 여자 권선은 상기 기계가 전기 모터로서 작동할 때와 상기 기계가 교류발전기 모드에서 작동할 때 상이한 방식으로 여자되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 여자 권선의 말단의 전압 및/또는 상기 여자 권선의 전류의 함수인 매개변수는 전기 기계 및 그의 부품의 최대의 허용 온도에 대응하는 임계값의 동일 측면상에서 연속적으로 유지되도록 감시되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    교류발전기 모드로의 전이 후에 과 여자 권선의 신속한 감자가 수행되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상을 갖는 고정자(8)와, 회전자(4)와, 상기 회전자(4)의 회전을 추적하는 센서(52)를 포함하는 수단을 구비한 전기기계로서, 상기 센서는 상기 고정자(8)의 상을 제어 및 감시하기 위한 전자 유닛에 신호를 전송하기에 적합한, 전기기계에 의해 시동하여, 보조 모터 모드의 기능이 활성화되거나 이 기능의 활성화 속도에 도달할 때까지 상기 센서(52)로부터의 신호가 바른 순서로 사용되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보조 모터 모드의 기능이 활성화되고 이 기능의 활성화 속도에 도달할 때, 센서로부터의 신호의 변경 및 반전이 실행되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 신호의 변경 및 반전은, -60°의 피치에 의한 위상 변이를 형성하도록 실행되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    센서와 결합된 2개의 논리 게이트에 의해, 그리고 보조 모터 모드 기능의 상태가 활성화되었는지 또는 활성화되지 않았는지 그리고 이러한 기능의 활성화 속도에 도달했는지 도달하지 않았는지를 나타내는 블록에 의해, 상기 신호의 변경 및 반전이 실행되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    각각의 제 1 논리 게이트는, 당해 센서가 신호를 공급하도록 활성화될 때 그리고 상기 기능이 활성화되거나 또는 그의 활성 속도에 도달하지 않을 때 개방되는 게이트인 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    각각의 제 2 논리 게이트는, 다른 센서 중 하나가 신호를 공급하도록 활성화되지 않을 때 그리고 상기 기능이 활성화되고 활성 속도에 도달할 때 개방되는 게이트인 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    데이터 처리 작업에 의해 신호의 반전 및 변경이 실행되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 활성 속도를 초과하여, 활성 속도 이상의 속도에 대해 센서로부터의 신호의 반전이 실행되는 것을 특징으로 하는
    다상 가역 회전 전기기계의 제어 방법.
KR1020027012829A 2001-01-31 2002-01-23 다상 가역 회전 전기 기계의 제어 방법 KR100841158B1 (ko)

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