Brevet FR3076964A1 — publié le 20190719

Description Titre de l'invention : DISPOSITIF DE COMMANDEPOUR UN CONVERTISSEUR DE PUISSANCE [moi] Contexte de l'invention [0002] 1. Domaine de l'invention [0003] La présente invention concerne un dispositif de commande pour un convertisseur de puissance, qui est incorporé dans un moteur générateur configuré pour fonctionner comme un moteur électrique lorsqu'un moteur thermique est démarré et qu'un couple est assisté et pour fonctionner comme un générateur après le démarrage du moteur thermique. [0004] 2. Description de l'art connexe [0005] Un dispositif de commande pour un convertisseur de puissance, qui est incorporé dans un moteur générateur, est connecté entre une machine électrique tournante et chacune parmi une batterie et une charge électrique de véhicule. En outre, le dispositif de commande pour un convertisseur de puissance redresse un courant alternatif produit par la machine électrique tournante et convertit le courant alternatif redressé en un courant continu. Ensuite, le dispositif de commande pour un convertisseur de puissance fournit le courant continu obtenu après conversion à la batterie et à la charge électrique de véhicule. [0006] Depuis quelques années, on observe une demande croissante pour un plus grand courant de sortie au moment de la production de puissance et un plus grand couple de sortie au moment de l'entraînement. Comme technologie pour répondre à ces demandes, il a été proposé une machine électrique tournante comprenant un rotor dit de Lundell dans lequel des aimants permanents sont montés entre des pièces de pôles à griffes, ce qui a jusqu'ici été utilisé dans les véhicules grand public (par exemple, voir le brevet japonais n° 2548882). [0007] Lorsqu'une soudaine variation de charge se produit, par exemple, un câble connecté entre le moteur générateur et la batterie se déconnecte pendant la production de puissance, une puissance excessive est temporairement générée, et une brusque surtension correspondant à une haute tension est potentiellement générée au niveau d'une portion de borne d'entrée/sortie du moteur générateur. Afin de supprimer la brusque surtension susmentionnée, il a été proposé un procédé impliquant d'allumer tous les éléments de commutation de sous-branche côté négatif ou de sous-branche côté positif d'un circuit en pont pour court-circuiter un enroulement d'induit (par exemple, voir le brevet japonais n° 3840880). [0008] En outre, lorsqu'un rotor de type à enroulement de champ avec aimants est utilisé, un 2 courant de Foucault est généré dans les aimants permanents lorsque les aimants permanents montés sur le rotor passent à proximité d'un stator magnétisé par une force contre-électromotrice générée au moment du court-circuit. Par conséquent, les aimants permanents dégagent de la chaleur, et peuvent être démagnétisés. De ce fait, à titre de contre-mesure, il a été proposé un procédé impliquant de mettre, au moment d'une surtension, un premier enroulement d'induit et un deuxième enroulement d'induit dans un état de court-circuit multiphasé simultanément ou en plusieurs stades en conformité avec le nombre de tours, pour réduire ainsi le dégagement de chaleur (par exemple, voir le brevet japonais n° 6180601). [0009] Toutefois, l'art connexe présente les problèmes suivants. [0010] Dans les procédés de l'art connexe décrits dans le brevet japonais n° 2548882, le brevet japonais n° 3840880 et le brevet japonais n° 6180601, une situation de surtension autre qu'une brusque surtension ne peut pas être détectée jusqu'à ce qu'une tension de la batterie montée sur le véhicule entre dans un état anormal. Par exemple, est considéré un cas dans lequel le convertisseur de puissance à induit suivant est utilisé. Le convertisseur de puissance à induit a une configuration simple, et il ne peut pas réaliser une commande d'affaiblissement de champ par rapport à un courant généré lorsque le rotor de type à enroulement de champ avec aimants est dans un état non excité et de rotation élevée. [0011] Comme exemple de ce cas, on peut citer un convertisseur de puissance à induit configuré pour réaliser une commande de fourniture de puissance par l'utilisation d'ondes rectangulaires. Dans un tel convertisseur de puissance à induit de l'art connexe, une tension induite générée dans l'induit ne peut pas être supprimée. Par conséquent, dans le convertisseur de puissance à induit de l'art connexe, un courant généré circule et, par suite, le convertisseur de puissance à induit de l'art connexe ne peut pas faire face au problème avant que la batterie n'atteigne la surtension. [0012] En outre, le brevet japonais n° 2548882, le brevet japonais n° 3840880 et le brevet japonais n° 6180601 n'envisagent aucunement de prendre des mesures visant à revenir, depuis l'état de surtension. Par conséquent, lorsque l'état de court-circuit multiphasé se maintient comme dans le brevet japonais n° 2548882, le brevet japonais n° 3840880 et le brevet japonais n° 6180601, les éléments de commutation et les enroulements d'induit dégagent de la chaleur. Par conséquent, le rendement au moment de la production de puissance et de l'entraînement peut ensuite être réduit. Résumé de l'invention [0013] La présente invention a été réalisée afin de résoudre les problèmes susmentionnés, et propose un dispositif de commande pour un convertisseur de puissance qui est capable d'empêcher une batterie montée sur un véhicule d'atteindre une surtension lorsqu'un 3 rotor de type à enroulement de champ avec aimants est dans un état non excité et de rotation élevée, et également capable de supprimer une réduction de rendement d'entraînement et de production de puissance due au dégagement de chaleur par la suite. [0014] Selon un mode de réalisation de la présente invention, il est proposé un dispositif de commande pour un convertisseur de puissance, le dispositif de commande comprenant une unité de commande, qui est configurée pour commander un convertisseur de puissance configuré pour convertir un courant alternatif produit par une machine électrique tournante en un courant continu pour alimenter une batterie, la machine électrique tournante comprenant : un induit comprenant un premier enroulement d'induit et un deuxième enroulement d'induit ; et un rotor de type à enroulement de champ avec aimants, l'unité de commande étant configurée pour : comparer, lorsque le rotor de type à enroulement de champ est dans un état non excité, une valeur de courant généré produit par la machine électrique tournante et une valeur seuil de courant fixée à l'avance pour détecter un état de rotation élevée de la machine électrique tournante ; mettre à la fois le premier enroulement d'induit et le deuxième enroulement d'induit dans un état de court-circuit multiphasé lorsque la valeur de courant généré est supérieure ou égale à la valeur seuil de courant ; mettre l'un du premier enroulement d'induit et du deuxième enroulement d'induit dans l'état de court-circuit multiphasé lorsque la valeur de courant généré est inférieure à la valeur seuil de courant et est supérieure à zéro ; et amener le premier enroulement d'induit et le deuxième enroulement d'induit à revenir à un état normal depuis l'état de court-circuit multiphasé lorsque la valeur de courant généré est zéro. [0015] En outre, selon un mode de réalisation de la présente invention, il est proposé un dispositif de commande pour un convertisseur de puissance, le dispositif de commande comprenant une unité de commande, qui est configurée pour commander un convertisseur de puissance configuré pour convertir un courant alternatif produit par une machine électrique tournante en un courant continu pour alimenter une batterie, la machine électrique tournante comprenant : un induit comprenant un premier enroulement d'induit et un deuxième enroulement d'induit ; et un rotor de type à enroulement de champ avec aimants, l'unité de commande étant configurée pour : acquérir des résultats de détection de tensions triphasées du premier enroulement d'induit et de tensions triphasées du deuxième enroulement d'induit lorsque le rotor de type à enroulement de champ est dans un état non excité ; calculer une valeur maximale des tensions triphasées d'un enroulement d'induit, qui est l'un du premier enroulement d'induit et du deuxième enroulement d'induit, dans une durée fixée comme une période de temps qui est supérieure ou égale à une période d'angle électrique des tensions triphasées, et mettre l'enroulement d'induit dans un état de 4 court-circuit multiphasé lorsque la valeur maximale est supérieure ou égale à une valeur de détermination de court-circuit fixée à l'avance ; calculer une valeur maximale des tensions triphasées d'un autre enroulement d'induit dans un état dans lequel l'enroulement d'induit est dans l'état de court-circuit multiphasé, et mettre, en outre, l'autre enroulement d'induit dans l'état de court-circuit multiphasé lorsque la valeur maximale est supérieure ou égale à une valeur de détermination de court-circuit fixée à l'avance ; éteindre une sous-branche côté négatif d'une phase quelconque de l'enroulement d'induit dans un état dans lequel l'enroulement d'induit est dans l'état de court-circuit multiphasé pour déterminer une valeur de crête d'une tension de phase, et amener l'enroulement d'induit à revenir à un état normal depuis l'état de court-circuit multiphasé lorsque la valeur de crête est inférieure à la valeur de détermination de court-circuit ; et éteindre une sous-branche côté négatif d'une phase quelconque de l'autre enroulement d'induit dans un état dans lequel l'autre enroulement d'induit est dans l'état de court-circuit multiphasé pour déterminer une valeur de crête d'une tension de phase, et amener l'autre enroulement d'induit à revenir à l'état normal depuis l'état de court-circuit multiphasé lorsque la valeur de crête est inférieure à la valeur de détermination de court-circuit. [0016] Selon la présente invention, un traitement consistant à réaliser un court-circuit multiphasé est exécuté rapidement en conformité avec le résultat de détection du courant généré. De cette manière, il est proposé une configuration capable d'empêcher la surtension de la batterie et capable de revenir à un état normal après que le traitement devient inutile. Par conséquent, il est possible d'empêcher la batterie montée sur un véhicule d'atteindre la surtension lorsque le rotor de type à enroulement de champ avec aimants est dans l'état non excité et de rotation élevée, et de minimiser la réduction de rendement d'une opération de production de puissance et d'entraînement due au dégagement de chaleur par la suite. Brève description des dessins [0017] [fig.1] est un diagramme explicatif pour illustrer des configurations d'un système de véhicule comprenant un moteur générateur et le moteur générateur dans un premier mode de réalisation de la présente invention ; [0018] [fig.21 est un diagramme de forme externe d'un rotor à incorporer dans une machine électrique tournante dans le premier mode de réalisation de la présente invention ; [0019] [fig.31 est un diagramme pour illustrer une configuration interne du moteur gé- nérateur dans le premier mode de réalisation de la présente invention ; [0020] [fig.41 est un diagramme pour illustrer une configuration interne d'un dispositif de commande selon le premier mode de réalisation de la présente invention. [0021] [fig.51 est un diagramme pour illustrer une carte de valeur estimée de courant généré à utiliser dans un traitement d'estimation réalisé par une unité d'estimation de courant généré dans le premier mode de réalisation de la présente invention ; [0022] [fig.61 la fig. 6A est un diagramme explicatif pour illustrer une série de procédés de commande de court-circuit multiphasé dans le premier mode de réalisation de la présente invention ; [0023] [fig.61 la fig. 6B est un diagramme explicatif pour illustrer une série de procédés de commande de court-circuit multiphasé dans le premier mode de réalisation de la présente invention ; [0024] [fig.61 la fig. 6C est un diagramme explicatif pour illustrer une série de procédés de commande de court-circuit multiphasé dans le premier mode de réalisation de la présente invention ; [0025] [fig.71 est un diagramme pour illustrer une configuration interne d'un dispositif de commande selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; [0026] [fig.81 est un graphique pour illustrer un exemple de détection de crête de tension de phase réalisé par une unité de détermination d'état de production de puissance dans le deuxième mode de réalisation de la présente invention ; [0027] [fig.91 est un organigramme pour illustrer une série d'étapes de traitement exécutées par l'unité de détermination d'état de production de puissance dans le deuxième mode de réalisation de la présente invention. Description des modes de réalisation [0028] à présent, on décrit des dispositifs de commande pour un convertisseur de puissance selon des exemples de modes de réalisation de la présente invention en référence aux dessins. [0029] Premier mode de réalisation [0030] La figure 1 est un diagramme explicatif pour illustrer des configurations d'un système de véhicule comprenant un moteur générateur et le moteur générateur dans un premier mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 1, un moteur générateur 1 est connecté à un moteur à combustion interne 3 via des moyens de transmission de puissance 4, par exemple, une courroie. En outre, le moteur générateur 1 comporte une borne B servant de borne d'entrée/sortie côté haut potentiel et une borne E servant de borne d'entrée/sortie côté bas potentiel. La borne B est connectée à une borne côté plus d'une batterie 2, et la borne E est connectée à une borne côté moins de la batterie 2. [0031] Le moteur générateur 1 comporte un convertisseur de puissance 11 et une machine électrique tournante 12. Le convertisseur de puissance 11 comporte une unité de conversion de courant de champ 112, une unité de conversion de courant d'induit 113, un dispositif de commande 111 correspondant à une unité de commande configurée 6 pour commander ces unités de conversion de courant, un capteur de courant de champ 114 configuré pour détecter un courant de champ, un capteur de tension de borne B 115 configuré pour détecter une tension de la borne B, et un capteur de détection de courant de borne B configuré pour détecter un courant circulant à travers la borne B. [0032] La machine électrique tournante 12 comporte un enroulement de champ 121 configuré pour permettre au courant de champ de le traverser pour générer un flux magnétique de champ, deux paires d'enroulements d'induit 122 et 123, et un capteur de position 124. Comme capteur de position 124, un capteur à effet Hall ou un résolveur est généralement utilisé. [0033] On décrit, ensuite, une forme externe d'un rotor à incorporer dans la machine électrique tournante 12. La figure 2 est un diagramme de forme externe du rotor à incorporer dans la machine électrique tournante 12 dans le premier mode de réalisation de la présente invention. [0034] Le rotor illustré sur la figure 2 comporte un noyau de rotor ayant sur sa périphérie externe une pluralité de pièces de pôles à griffes côté positif 201 et de pièces de pôles à griffes côté négatif 202, et des aimants permanents 203. L'enroulement de champ 121 est enroulé autour du noyau de rotor. Chacun des aimants permanents 203 est aimanté dans une direction telle à réduire un flux magnétique de fuite entre la pièce de pôles à griffes côté positif 201 et la pièce de pôles à griffes côté négatif 202 adjacentes. La machine électrique tournante 12 produit de la puissance en faisant tourner le rotor dans un état dans lequel un flux magnétique de champ est généré dans l'enroulement de champ 121 de sorte qu'une tension induite soit générée dans les enroulements d'induit. [0035] L'unité de conversion de courant de champ 112 fonctionne sur la base d'un ordre, provenant du dispositif de commande 111, d'éteindre ou d'allumer un élément de commutation. Le dispositif de commande 111 exécute une commande PWM pour commander l'élément de commutation de l'unité de conversion de courant de champ 112, et permet au courant de champ de traverser l'enroulement de champ 121. Comme unité de conversion de courant de champ 112, un circuit en demi-pont formé de MOSFET est généralement utilisé. [0036] L'unité de conversion de courant d'induit 113 fonctionne sur la base d'un signal de grille provenant du dispositif de commande 111. L'unité de conversion de courant d'induit 113 redresse des courants d'induit circulant à travers l'enroulement d'induit 122 et l'enroulement d'induit 123 pour produire de la puissance. La puissance produite est fournie à la batterie et à d'autres charges électriques de véhicule. [0037] La figure 3 est un diagramme pour illustrer une configuration interne du moteur gé- nérateur 1 dans le premier mode de réalisation de la présente invention. L'unité de conversion de courant d'induit 113 comporte, en conformité avec les configurations 7 des enroulements d'induit, un total de deux circuits d'un pont triphasé comprenant des branches 301 à 303 pour trois phases parmi une phase U, une phase V et une phase W, et un pont triphasé comprenant des branches 304 à 306 pour trois phases parmi une phase X, une phase Y et une phase Z. [0038] En outre, l'unité de conversion de courant d'induit 113 comporte un UH 301a, un VH 302a et un WH 303a en tant que MOSFET de sous-branches côté positif de l'enroulement d'induit 122, et comporte un UL 301b, un VL 302b et un WL 303b en tant que MOSFET de sous-branches côté négatif de l'enroulement d'induit 122. De façon similaire, l'unité de conversion de courant d'induit 113 comporte un XH 304a, un YH 305a et un ZH 306a en tant que MOSFET de sous-branches côté positif de l'enroulement d'induit 123, et comporte un XL 304b, un YL 305b et un ZL 306b en tant que MOSFET de sous-branches côté négatif de l'enroulement d'induit 123. [0039] Ces MOSFET sont chacun allumés et éteints sur la base du signal de grille provenant du dispositif de commande 111. La configuration de circuit et le procédé de production de puissance eux-mêmes sont des technologies connues, ce qui explique l'omission ici d'une description détaillée plus avant de ceux-ci. [0040] Ensuite, en référence aux figures 4 à 6C, un fonctionnement réalisé pendant une détection de courant généré dans le premier mode de réalisation est décrit en détail. La figure 4 est un diagramme pour illustrer une configuration interne du dispositif de commande 111 selon le premier mode de réalisation de la présente invention. [0041] Le dispositif de commande 111 illustré sur la figure 4 comporte une unité de détection de tension de borne B 401, une unité de détection de vitesse de rotation 402, une unité de détection de courant de champ 403, une unité d'estimation de courant généré 404, une unité de détermination de valeur seuil de valeur estimée de courant généré 405, une unité de commande de court-circuit de sous-branche côté négatif 406, et un pilote de grille 407. [0042] L'unité de détection de tension de borne B 401 détecte une tension de borne B VB. L'unité de détection de vitesse de rotation 402 détecte une vitesse de rotation N. L'unité de détection de courant de champ 403 détecte un courant de champ IF. L'unité d'estimation de courant généré 404 estime une valeur de courant généré IGEN sur la base de la tension de borne B VB, de la vitesse de rotation N et du courant de champ IF lorsque l'enroulement de champ 121 est dans un état non excité et que le rotor est dans un état de rotation élevée. [0043] La figure 5 est un diagramme pour illustrer une carte de valeur estimée de courant généré à utiliser dans un traitement d'estimation réalisé par l'unité d'estimation de courant généré 404 dans le premier mode de réalisation de la présente invention. L'exemple illustré sur la figure 5 représente un cas dans lequel une relation de la valeur estimée de courant généré par rapport à la vitesse de rotation est montrée sous la 8 forme d'une carte pour chacune d'une pluralité de tensions de borne B VB = V1, V2, V3, ---. Lorsqu'il existe une telle carte, l'unité d'estimation de courant généré 404 peut obtenir la valeur estimée de courant généré en référence à la carte sur la base de la tension de borne B VB et de la vitesse de rotation N. [0044] Ensuite, l'unité de détermination de valeur seuil de valeur estimée de courant généré 405 détermine si la valeur de courant généré IGEN est supérieure ou égale à une valeur seuil 'TH fixée à l'avance ou inférieure à la valeur seuil 'TH, et détermine si un courant circule ou non (IGEN = 0) lorsque la valeur de courant généré IGEN est inférieure à la valeur seuil ITH. Lorsque l'unité de détermination de valeur seuil de valeur estimée de courant généré 405 détermine que 'TH