Brevet FR3092214A1 — publié le 20200731

Description Titre de l'invention : Système de commande d'un moteur synchrone à aimants permanents avec détermination de démagnétisation Domaine technique [0001] L'invention a pour domaine technique les moteurs électriques pour véhicules au- tomobiles et plus particulièrement, le diagnostic de défaillance de tels moteurs. Etat de la technique antérieure [0002] Les véhicules électriques utilisent l'énergie électrique stockée dans une batterie pour alimenter au moins un moteur électrique entraînant les roues motrices. Le facteur limitant des véhicules électriques est leur autonomie, la durée de recharge de leurs batteries et la quantité limitée de points de recharge. [0003] En service après-vente, les clients se plaignent souvent d'une autonomie réduite des véhicules électriques. Toutefois, il est souvent difficile de diagnostiquer de tels défauts du fait des nombreux paramètres pouvant impacter l'autonomie, tels que l'état de santé des batteries, la température ambiante, la consommation du système de climatisation, la vitesse de conduite et l'efficacité du moteur électrique. [0004] Il existe actuellement des méthodes d'estimation de l'état de santé des batteries. Les facteurs liés au comportement du conducteur ou à l'utilisation du véhicule ne sont pas contrôlables aisément. Par contre, il n'existe pas de moyens pour estimer l'efficacité d'un groupe motopropulseur. [0005] Les moteurs synchrones à aimants permanents sont de plus en plus employés. Toutefois, la démagnétisation des aimants permanents peut amener à une décroissance des performances en couple, à la surchauffe du moteur voire à sa destruction. [0006] Il existe un besoin pour une détermination d'un défaut de démagnétisation d'un moteur synchrone à aimants penmments. [0007] De l'état de la technique, on connaît le document WO 2014-118958 décrivant un dispositif de diagnostic de démagnétisation pour un moteur synchrone à aimants permanents. [0008] Le document ne divulgue pas la prise en compte des effets de la température sur le flux de couplage ou de la démagnétisation selon les différents axes d'un repère tournant. [0009] Le problème technique à résoudre demeure inchangé. Exposé de l'invention [0010] L'invention a pour objet un système de commande d'un moteur synchrone à aimants permanents alimenté par un onduleur à partir d'au moins une batterie, comprenant : - un capteur de position du rotor, un capteur de température du moteur, un 2 capteur de courant des courants triphasés d'alimentation du moteur, un capteur de tension des tensions d'alimentation du moteur, un premier moyen de calcul configuré pour déterminer la vitesse de rotation du moteur en fonction du signal de capteur de position, un deuxième moyen de calcul configuré pour déterminer des composantes directes et en quadrature des tensions et courants d'alimentation du moteur, dans un repère tournant, par une transformation de type Park des courants triphasés et des tensions d'alimentation du moteur, un moyen de détection de démagnétisation configuré pour déterminer des estimations de composantes directe et en quadrature des courants d'alimentation et pour déterminer une variation de flux de couplage du rotor en fonction desdites estimations de composantes directe et en quadrature des courants d'alimentation, des sorties des premier et deuxième moyens de calcul et de la température du moteur, et un moyen de commande configuré pour émettre un signal de défaut en fonction de composantes directe et en quadrature de la variation de flux de couplage du rotor et d'une valeur de seuil prédéterminée. [0011] Le moyen de détection de démagnétisation peut être configuré pour réaliser les étapes suivantes : - on détermine des estimations de composantes directe et en quadrature des courants d'alimentation du moteur par l'intermédiaire d'un observateur, et pour la composante directe et pour la composante en quadrature de la variation de flux de couplage du rotor, on détermine chaque composante de variation de flux de couplage du rotor comme le produit d'une constante prédéfinie par la différence entre la valeur mesurée et la valeur estimée du courant d'alimentation sur l'axe correspondant du repère tournant. [0012] Le moyen de commande peut être configuré pour émettre un signal de défaut lorsque la moyenne quadratique des composantes directe et en quadrature de la variation de flux de couplage du rotor est supérieure à une valeur de seuil prédéterminée. [0013] L'invention a également pour objet un procédé de commande d'un moteur synchrone à aimants permanents alimenté par un onduleur à partir d'au moins une batterie, le moteur étant muni d'un capteur de position du rotor, d'un capteur de température du moteur, d'un capteur de courant des courants triphasés d'alimentation du moteur, et d'un capteur de tension des tensions d'alimentation du moteur, le procédé comprenant les étapes suivantes : on détermine la vitesse de rotation du moteur en fonction du signal de capteur de position, on détermine des composantes directes et en quadrature des tensions et 3 courants d'alimentation du moteur, dans un repère tournant, par une transformation de type Park des courants triphasés et des tensions d'alimentation du moteur, on détermine des estimations de composantes directe et en quadrature des courants d'alimentation et on détermine une variation de flux de couplage du rotor en fonction desdites estimations de composantes directe et en quadrature des courants d'alimentation, des composantes directe et en quadrature des courants et des tensions d'alimentation du moteur, de la vitesse de rotation du moteur et de la température du moteur, et on émet un signal de défaut en fonction de composantes directe et en quadrature de la variation de flux de couplage du rotor et d'une valeur de seuil prédéterminée. [0014] Pour déterminer des composantes directe et en quadrature d'une variation de flux de couplage du stator, on peut réaliser les étapes suivantes : - on détermine des valeurs observées des composantes directe et en quadrature du courant d'alimentation du moteur par l'intermédiaire d'un observateur, pour la composante directe et pour la composante en quadrature, on détermine chaque composante de variation de flux de couplage du rotor comme le produit d'une constante prédéfinic par la différence entre la valeur mesurée et la valeur estimée du courant d'alimentation sur l'axe correspondant du repère tournant. [0015] On peut émettre un signal de défaut lorsque la moyenne quadratique des com- posantes directe et en quadrature de la variation de flux de couplage du stator est supérieure à une valeur de seuil prédéterminée. Brève description des dessins [0016] D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : [0017] [fig.1] illustre les principaux éléments d'un système de détermination d'un défaut de démagnétisation. Exemples de réalisation [0018] Sur la figure 1, on peut voir un moteur synchrone à aimants permanents 1, un onduleur 2, une batterie de traction 3, un capteur 4 de position du rotor, un capteur 5 de température du moteur, un capteur de courant 6, un capteur de tension 7, un premier moyen de calcul 8 configure pour dériver un signal, un deuxième moyen de calcul 9 configure pour réaliser une transformation de Park, un moyen de détection de déma- gnétisation 10, et un moyen de commande 11. [0019] Plus précisément, le capteur 4 de position du rotor permet de mesurer la position angulaire 0 du moteur synchrone à aimants permanents 1. [0020] Le capteur 5 de température du moteur permet de mesurer la température du rotor du moteur synchrone à aimants permanents 1. [0021] Le capteur de courant 6 permet de mesurer le courant de chaque phase [0022] Le capteur de tension 7 permet de mesurer les valeurs des tensions entre les phases u air 14, 14a. [0023] Le premier moyen de calcul 8 configuré pour dériver un signal permet de déterminer la vitesse de rotation du rotor (;), comme la dérivée par rapport au temps de la position angulaire 0 par application de l'équation suivante : [0024] w = e (Eq. 1) [0025] Le deuxième moyen de calcul 9 permet dc réaliser une transformation dc Park depuis un vecteur dans un repère triphasé (a,b,c) vers un vecteur dans un repère tournant (d,q). [0026] La transformation de Park peut être appliquée aux tensions d'alimentation du moteur de sorte à passer des tensions dans le repère triphasé u.,0,140.u,0 aux tensions dans le repère tournant ud.u,. [0027] Il d = 2 [ c os 0 cos (0 - 2n / 3) cos (0 - 47T / 3) 1 1 a 0 b0 U (70 11 I 2) 3 [ -sin 0 - sin 09 - 2n / 3) -sin (0 - Lin 3) (Eq. Avec 'lia() 1 1 0 -1 U a b U he =3 Ill - 1 1 0 U c() -1 1 c (Eq. 3) [0028] [0029] [0030] La transformation de Park peut être appliquée aux courants d'alimentation du moteur de sorte à passer des courants dans le repère triphasé aux tensions dans le repère tournant id,ig. En variante d'autres transformations équivalentes sont utilisables. [0031] = 2 cos cos (0 - 2n / 3) cos (e - 4n / 3) 1 i - sin - sin (e - 2n (0-2/3) -sin (0 -4Tr / 3)1 (Eq. 4) [0032] Le moyen de détection de démagnétisation 10 permet d'estimer la perte du flux de couplage causé par la démagnétisation. [0033] Le flux de couplage du stator est donné par les équations suivantes : 1 a j h ic [0034] d tp dt (Eq. 5) [0035] d cp dt RSiqPO' d (Eq. 6) [0036] où Pd est la composante directe du flux statorique dans le repère de Park et cp, est la composante en quadrature du flux statorique dans le repère de Park, Rs la résistance statorique. [0037] S'il n'y a pas de défaut de démagnétisation du rotor, alors les équations suivantes sont vérifiées : [0038] q) d=Ldid+Qr (Eq. 7) [0039] tp = Ld d ci (Eq. 8) [0040] Avec p, le flux de couplage du rotor, Ld et L, les inductances statoriqucs directe et en quadrature dans le repère de Park. [0041] On note que 9, est le flux de couplage idéal du rotor. Sa valeur peut est déterminée en fonction de la température du moteur et l'amplitude du courant du stator L. [0042]2 /j 2 2 _ 1/ d (Eq. 9) 100431 Lorsqu'un défaut de démagnétisation du rotor apparaît, la direction et l'amplitude du flux de couplage du rotor est changée. 100441 (pd = Laid 9, +Agira (Eq. 10) 100451 tp = LqtI+ At)) rq(Eq. 11) [0046] Lorsque l'on combine les équations Eq. 5, 6, 10 et 11, on obtient les équations suivantes : [0047] d j d u d R e dt Ld La id ± L dl L d A (Eq. 12) 100481 djq u R L i GO e dt 1.7 "1217161 P r (Eq. 13) 1-1 d sld+Cr)eQq 5 6 [0049] Le but du moyen de détection de démagnétisation 10 est de déterminer les variations des composantes respectivement directe et en quadrature du flux rotorique APrd et Ap', [0050] Pour réaliser cela, on propose l'observateur de courant défini par les équations suivantes : L [0051] ±WeLdiq d - d i (Eq. 14) d t = - dl/ Lig Rs Lci I d - I (7 (P r I Lai Leal e , c V r d rq rp (Eq. 20) [0067] Avec C.' un seuil prédéterminé. [0068] Liste des références : [0069] un moteur synchrone à aimants permanents 1, [0070] un onduleur 2, [0071] une batterie de traction 3, [0072] un capteur 4 de position du rotor, 100731 un capteur 5 de température du moteur, 100741 un capteur de courant 6, 100751 un capteur de tension 7, 100761 un premier moyen de calcul 8 configuré pour dériver un signal, 100771 un deuxième moyen de calcul 9 configuré pour réaliser une transformation de type Park, 100781 un moyen de détection de démagnétisation 10, et 100791 un moyen de commande 11 8 [Revendication I]