(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子および固定子を具備した電気モータ、前記回転子および前記固定子に流れる電流を測定するセンサ、電流設定点を決定する手段、ならびに前記測定センサから発生する信号を処理する手段（６）を備えるシステムを制御する方法であって、
前記処理手段（６）から受信した前記信号に応じて、前記電気モータの固定子の電圧および回転子の電圧を、非干渉座標系において表現した変換によって、中間信号を決定するステップであって、パーク座標系の極軸における固定子電流をＩｄとし、パーク座標系の極間軸における固定子電流をＩｑとし、回転子電流をＩｆとした場合において、電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉｆは、その変化が前記非干渉座標系の一軸のみの電圧に反映される、中間信号決定ステップと、
変換によって得られた前記中間信号に基づいて、前記電流設定点の条件下で、前記電気モータの前記回転子および前記固定子に流れる電流に応じて、電圧調節信号を決定するステップであって、前記電圧調整信号は前記非干渉座標系において定められる、電圧調整信号決定ステップと
を有する、制御方法。
【請求項２】
自動車両に取り付けられ、前記電気モータに接続されたバッテリに関する制約を満たすように、前記電圧調節信号を飽和させるステップを含む、請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
前記飽和電圧調節信号に逆変換を適用することによって積分制限を決定するステップを含み、前記積分制限が、前記逆変換後に、新しい中間信号を決定するために適用される、請求項２に記載の制御方法。
【請求項４】
これらの制御の変動を制限することによって、前記制御の連続性を確保するステップを含む、請求項３に記載の制御方法。
【請求項５】
回転子および固定子を具備した電気モータを制御すべく、前記回転子および前記固定子に流れる電流を測定するセンサならびに電流設定点を決定する手段を備えるシステムであって、
入力が、前記測定センサおよび電流設定点を決定する前記手段に接続された、測定値および要求を処理する手段（６）と、
入力が、測定値および要求を処理する前記手段（６）に接続され、前記電気モータの固定子の電圧および回転子の電圧を非干渉座標系において表現した変換によって、中間信号を供給する変換手段（７）であって、パーク座標系の極軸における固定子電流をＩｄとし、パーク座標系の極間軸における固定子電流をＩｑとし、回転子電流をＩｆとした場合において、電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉｆは、その変化が前記非干渉座標系の一軸のみの電圧に反映される、変換手段（７）と、
入力が、前記変換手段（７）に接続され、前記中間信号に基づいて、前記電流設定点の条件下で、前記電気モータの電圧調節信号を決定する決定手段（８）であって、前記電圧調節信号は前記非干渉座標系において定められる決定手段（８）と
を備える、システム。
【請求項６】
前記決定手段（８）から受信した前記電圧調節信号の飽和器（９）を備える、請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
前記飽和器（９）から受信した前記飽和電圧調節信号の逆変換手段（１０）を備える、請求項６に記載の制御システム。
【請求項８】
前記飽和器（９）から受信した前記飽和電圧調節信号の出力を処理する手段（１１）を備える、請求項７に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、電気モータの制御であり、特に、同期式の巻線型回転子電気モータの分野である。
【背景技術】
【０００２】
同期式の巻線型回転子電気モータは、固定子と呼ばれる固定部品と、回転子と呼ばれる可動部品とを備える。固定子は、１２０°ずつずらされた３つのコイルを備え、これらのコイルに交流が供給される。回転子は、直流が供給される１つのコイルを備える。
【０００３】
固定子の相電流は、回転子および固定子の抵抗およびインダクタンス、ならびに回転子と固定子との間の相互インダクタンスに依存する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、同期式の巻線型回転子電気モータの電流調節の質を向上させることにあり、こうした電流調節は、従来技術によるレギュレータによって達成することができるものである。
【０００５】
一実装形態によれば、回転子および固定子を具備した電気モータ、回転子および固定子に流れる電流を測定するセンサ、電流設定点を決定する手段、ならびに測定センサから発生する信号を処理する手段を備えるシステムを制御する方法において、
処理手段から受信した信号に応じて、電気モータの固定子の電圧と回転子の電圧とが、干渉しない（ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ：以下、「分離された」ということがある）非干渉座標系において表されることになる変換によって、中間信号を決定するステップと、
変換によって得られた中間信号に応じ、電気モータの回転子および固定子に流れる、電流設定点を満たした電流（すなわち、電流設定点の条件下で電気モータの回転子および固定子に流れる電流）に応じて、電圧を調節する信号を決定するステップと
を含むことを特徴とする方法が規定される。電流設定点は、トルク設定点を表す。
【０００６】
この制御方法の利点は、回転子電流の変動と、固定子電流の変動との間が完全に分離され、その結果、車輪トルク設定点の追跡を向上させることが可能となる点である。
【０００７】
この分離は、パーク座標系において作用する、従来技術による結合補償装置において実施される分離よりも遙かに複雑でない。
【０００８】
この制御方法は、自動車両に取り付けられ、電気モータに接続されたバッテリに関する制約を満たすように、電圧調節信号を飽和させるステップを含むことができる。
【０００９】
この制御方法は、前記飽和電圧調節信号に逆変換を適用することによって積分制限を決定するステップを含むことができ、この積分制限は、前記逆変換後に、新しい中間信号を決定するために適用される。
【００１０】
この制御方法は、アクチュエータに実際に伝達される制御の変動を制限することによって、制御の連続性を確保するステップを含むことができる。
【００１１】
別の実装形態によれば、回転子および固定子を具備した電気モータを制御するシステムであって、回転子および固定子に流れる電流を測定するセンサ、ならびに電流設定点を決定する手段を備えるシステムにおいて、
入力で、測定センサおよび電流設定点を決定する手段に接続された、測定値および要求を処理する手段と、
入力で、測定値および要求を処理する手段に接続され、電気モータの固定子の電圧および回転子の電圧が、分離された座標系で表されることになる変換後に、中間信号を供給する変換手段と、
入力で、変換手段に接続され、電流設定点を満たした電気モータの電圧調節信号を発することが可能である決定手段と
を備えることを特徴とするシステムが規定される。
【００１２】
この制御システムは、決定手段から受信した電圧調節信号の飽和器を備えることができる。
【００１３】
この制御システムは、飽和器から受信した飽和電圧調節信号の逆変換手段を備えることができる。
【００１４】
この制御システムは、飽和器から受信した飽和電圧調節信号の出力を処理する手段を備えることができる。
【００１５】
添付の図面を参照しながら非限定的な単なる例によって示す以下の説明を読めば、他の目的、特徴、および利点が明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電気モータ推進ユニットを制御する方法を示す図である。
【図２】電気モータ推進ユニットを制御する装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
巻線型回転子同期モータの電流調節では、固定子の正弦波電流をモータの回転と同期させるため、また、回転子と固定子との間に動的結合（ｄｙｎａｍｉｃ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）が生じるため、困難が伴う。
【００１８】
したがって、固定子の相電圧を制御することを可能とするインバータ、および回転子の電圧を制御するチョッパが使用される。
【００１９】
一定の信号を調節することが可能となるように、正弦波の設定点を使用するのではなく、パーク変換が使用される。パーク座標系における固定子調節信号は、Ｖｄ、Ｖｑと示される。回転子調節信号は、Ｖｆと示される。
【００２０】
既知の様式で、以下の等式（Ｉ）から（ＩＩＩ）が得られる。
【数１】
0006041870.tif 000002
【００２１】
式（Ｉ）および（ＩＩＩ）では、以下のことが明白に示されている。
−  Ｖｄは電流Ｉｄの変動、電流ｉｆの変動（動的結合）、ならびに電流ｉｄおよびＩｑに依存する。
−  Ｖｆは電流Ｉｄの変動、電流ｉｆの変動（動的結合）、および電流ｉｆに依存する。
【００２２】
ＶｄおよびＶｆが、こうした電流の変動に依存すること（動的結合）は、制御の観点から不利であり、その理由は、ＶｄまたはＶｆの変動によって、電流Ｉｄおよび電流Ｉｆに変動が生じることになり、したがってそれらの電流の制御が結合されることになるからである。
【００２３】
電流Ｉｄの変動と電流Ｉｆの変動との間のこうした動的結合を回避するために、固定子の電圧と、回転子の電圧とが、分離された座標系で表されるように、変数の変更が実施され、すなわち電流Ｉｉの変動が依存するのは、単一の電圧
【数２】
0006041870.tif 000003
のみに対してであり、ｉはｄ、ｑ、またはｆに等しい添え字であり、ｊはｘ、ｙまたはｚに等しい添え字である。
【００２４】
変数のこうした変更、すなわち
【数３】
0006041870.tif 000004
とした後、制御すべきシステムは、以下の式によって表すことができる。
【数４】
0006041870.tif 000005
（式１）
【００２５】
ここで、
【数５】
0006041870.tif 000006
は、分離された座標系におけるｄ軸の新しい固定子電圧である。
【数６】
0006041870.tif 000007
は、分離された座標系におけるｑ軸の新しい固定子電圧である。
【数７】
0006041870.tif 000008
は、分離された座標系におけるｆ軸の新しい回転子電圧である。
Ｌｄは、ｄ軸、すなわちパーク座標系の原線における等価電機子インダクタンスである。
Ｌｑは、ｑ軸、すなわちパーク座標系の極間軸または横軸における等価電機子インダクタンスである。
Ｌｆは、回転子インダクタンスである。
Ｒｓは、固定子巻線の等価抵抗である。
Ｒｆは、回転子抵抗である。
Ｍｆは、固定子と回転子との間の相互インダクタンスである。
Ｉｄは、ｄ軸、すなわちパーク座標系の原線における固定子電流である。
Ｉｑは、ｑ軸、すなわちパーク座標系の極間軸または横軸における固定子電流である。
Ｉｆは、回転子電流である。
ωｒは、回転速度である。
【００２６】
値Ｌｄ、Ｌｑ、Ｌｆ、Ｒｓ、Ｒｆ、およびＭｆは、従来技術による測定によって既知である。
【００２７】
この種のシステムが呈する主な問題点は、ｄ軸とｆ軸との間の動的結合にあり、パラメータの変動が識別しにくく、最終的には供給バッテリの電圧制約が識別しにくくなる。
【００２８】
電圧制約は、以下の通りである。
【数８】
0006041870.tif 000009
（式２）
【００２９】
ここで、Ｖｂａｔは、バッテリ電圧である。
【００３０】
図１に例示した制御方法によって、車輪トルク要求を満たすように、電流Ｉｄ、Ｉｑ、およびＩｆを制御することが可能となる。したがって、レギュレータが達成しなければならない（トルク設定点を表す）電流に関して、フィルタリングされ、スケーリングされた測定値、ならびに基準設定点を利用することができる。
【００３１】
第１のステップ１において、分離された座標系において、レギュレータの合成が以下の形式で実行される。
【数９】
0006041870.tif 000010
（式３）
【００３２】
ここで、
【数１０】
0006041870.tif 000011
は、ｄ軸における基準固定子電流である。
【数１１】
0006041870.tif 000012
は、ｑ軸における基準固定子電流である。
【数１２】
0006041870.tif 000013
は、基準回転子電流である。
Ｋｄ、Ｋｑ、Ｋｆ、Ｋｉｄ、Ｋｉｑ、Ｋｉｆは、調整パラメータである。
【００３３】
したがって、レギュレータの合成は、パーク座標系ではなく、分離された座標系において実施される。
【００３４】
電流
【数１３】
0006041870.tif 000014
は、処理手段６から発生する設定点電流である。等式（式１）＝（式３）が成り立つことから、調整パラメータＫｄ、Ｋｑ、Ｋｆ、Ｋｉｄ、Ｋｉｑ、Ｋｉｆを決定することが可能となる。
【００３５】
上記から分かるように、レギュレータによって、ｄ軸の電流（Ｉｄ）の変動のみに依存するｘ軸に沿った電圧
【数１４】
0006041870.tif 000015
を決定することが可能となる。同様に、ｙ軸に沿った電圧
【数１５】
0006041870.tif 000016
およびｚ軸に沿った電圧
【数１６】
0006041870.tif 000017
もそれぞれ、ｑ軸の電流（Ｉｑ）の変動、および回転子の電流（Ｉｆ）の変動のみに依存する。したがって、レギュレータのレベルで結合が最小限に抑えられる。
【００３６】
この新しいベース
【数１７】
0006041870.tif 000018
で表される電圧信号は、中間信号である。実数値へのアクセスが得られるように、逆変換が必要となる。したがって、第２のステップ２では、システムに実際に印加される電圧調節信号が、以下のように計算される。
【数１８】
0006041870.tif 000019
（式４）
【００３７】
したがって、電圧調節信号Ｖｄ、Ｖｑ、Ｖｆは、中間信号、モータの物理的なパラメータ（インダクタンス、抵抗など）の値、およびモータに流れる電流（Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉｆ）に応じて決定される。
【００３８】
第３のステップ３において、（式２を満たすことによって）バッテリに関する制約を満たすように、第２のステップにおいて計算された電圧調節信号を飽和させる。
【００３９】
第４のステップ４において、第３のステップで計算された飽和調節信号を、式４の行列の逆行列を適用することによって逆変換することによって、積分制限を決定する。したがって、この積分制限は、分離された座標系
【数１９】
0006041870.tif 000020
の形式で表される。この積分制限は、その後、式３の第２項の積分を制限するように、ステップ１のレベルで考慮される。積分は、値
【数２０】
0006041870.tif 000021
が、ステップ４で得られた
【数２１】
0006041870.tif 000022
の飽和値を超えると停止される。
【００４０】
第５のステップ５では、制御の変動を制限することによって、制御の連続性を確保する。ステップ５の後、単純な正弦波電圧Ｕ、Ｖ、Ｗの値が計算され（逆パーク変換）、実際のシステムに印加される電圧として働く。
【００４１】
このようにして得られた制御方法は、信頼性の観点から有効であり、かつ外乱に対して堅牢である。
【００４２】
図２には、センサ、例えば電流Ｉｄ、Ｉｑ、およびＩｆのセンサから受信した信号をフィルタリングし、スケーリングすることが可能な、測定値および要求を処理する手段６を備える制御装置があることが分かる。
【００４３】
この処理手段６は、出力が、信号
【数２２】
0006041870.tif 000023
、すなわち中間信号を決定することが可能な変換手段７に連結されている。この変換手段７は、式３および式１を適用する。
【００４４】
変換手段７は、出力が、中間信号
【数２３】
0006041870.tif 000024
に応じて電圧調節信号Ｖｄ、Ｖｑ、Ｖｆを決定することが可能な決定手段８に連結されている。この決定手段８は、式４を適用する。
【００４５】
決定手段８は、出力が、式２に応じて電圧調節信号Ｖｄ、Ｖｑ、Ｖｆを制限することが可能な飽和器９に連結されている。
【００４６】
飽和器９は、出力が、逆変換手段１０、および出力処理手段１１に連結されている。
【００４７】
逆変換手段１０は、飽和器９から受信した飽和電圧調節信号に応じて飽和中間信号を決定することが可能である。したがって、逆変換手段１０は、式４の行列の逆行列を適用する。その後、飽和中間信号は変換手段７に送信される。
【００４８】
出力処理手段１１は、機械的応力および動作ジョルトが制限されるように、２つの計算サイクル間で、アクチュエータに送信される飽和電圧調節信号の変動を制限することが可能である。
【図１】
0006041870.tif 000025
【図２】
0006041870.tif 000026