(57)【要約】  本発明は特に永久励磁型の電力機器（１）のトルク（Ｍ）を求める方法に関する。トルク（Ｍ）は、電力機器（１）の相電圧（Ｕｉｎｄ）と回転数（ｎないしω）を測定し、これらからトルク（Ｍ）を計算することによって、特に簡単かつ正確に求めることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
とりわけ永久励磁型の電力機器（１）のトルク（Ｍ）を求める方法であって、前記電力機器（１）の相電圧（Ｕｉｎｄ）と回転数（ｎ，ω）を測定し、これら相電圧と回転数からトルク（Ｍ）を計算することを特徴とする、電力機器（１）のトルク（Ｍ）を求める方法。
【請求項２】
相電圧（Ｕｉｎｄ）を前記電力機器（１）の無負荷時に測定する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
相電圧（Ｕｉｎｄ）のピーク値を求める、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
関数Ｍ＝ｆ（Ｋ，Ｉｑ，Ｕｉｎｄ，ωないしｎ）によりトルク（Ｍ）を計算する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
とりわけ永久励磁型の電力機器（１）のトルク（Ｍ）を求める装置であって、トルク（Ｍ）を求めるためのアルゴリズムを備えた制御ユニット（１２）を有しており、前記アルゴリズムを用いて、前記制御ユニット（１２）に供給された相電圧信号（Ｕｉｎｄ）と回転数信号（ｎ，ω）から前記電力機器（１）のトルク（Ｍ）が計算されることを特徴とする、電力機器（１）のトルク（Ｍ）を求める装置。
【請求項６】
前記制御ユニット（１２）はパルス幅変調インバータ（２）を制御するための出力信号（Ａ）を生成する、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記アルゴリズムは関数Ｍ＝ｆ（Ｋ，Ｉｑ，Ｕｉｎｄ，ωないしｎ）によりトルク（Ｍ）を計算する、請求項５または６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従った電力機器、特に永久励磁型の電力機器のトルクを求める方法と、請求項５の上位概念に従った相応する装置とに関する。
【０００２】
現代のハイブリッド車では、通常、永久励磁型の同期機が電気駆動として使用される。永久励磁同期機は磁束を発生させるマグネットが中に配置されたロータとステータ巻線付きのステータとを含んでいる。電力機器はトルクを発生させるが、このトルクは特に相電流と機器内の磁束とに依存する。発生したトルクは車両の加速特性ないし走行特性を決定するので、求めるべき重要な値である。
【０００３】
従来の車両では、電力機器のトルクはふつう数学的モデルを用いて計算される。リラクタンストルクが生じないと仮定すれば、トルクＭに関して次式が成り立つ。
Ｍ ＝ Ｋ * Ｉｑ * Ψ，
ここで、
Ｋ：機器定数
Ｉｑ：機器内の横流（ベクトル制御）
Ψ：機器内の磁束
【０００４】
しかし、このトルクＭの計算は比較的不正確である。というのも、磁束Ψは一定でなく、特に温度に依存して変動するからである。このことから比較的大きな誤差が幾重にも生じる。
【０００５】
それゆえ、本発明の課題は、電力機器のトルクを格段に正確に求めることのできる方法および相応する装置を提供することである。
【０００６】
本発明によれば、この課題は請求項１および請求項５に示されている特徴により解決される。本発明の他の実施形態は従属請求項の対象である。
【０００７】
本発明の１つの重要な側面は、相電圧と電力機器の回転数を測定し、これらからトルクを計算することにある。「回転数」という表現は、例えば角周波数のような比例量を意味するものと理解されなければならない。これにより、電力機器のトルクＭを求める際に特に温度の影響を考慮することができ、トルクＭがより正確に求められるという重要な利点が得られる。
【０００８】
トルクは有利には下記の数学的モデルに従って計算される。
Ｍ ＝ Ｋ* Ｉｑ * Ψ
しかしここで、磁束Ψは測定された相電圧Ｕｉｎｄと電力機器の回転数ないし角周波数とから計算される。磁束Ψについては次式が成り立つ。
Ψ ＝ Ｕｉｎｄ／ω
ここで、
Ｕｉｎｄ：誘導電圧
ω：角周波数
【０００９】
相電圧Ｕｉｎｄは有利には電力機器１の無負荷時に測定される。この状態では、電力機器に接続されたパルス幅変調インバータの全スイッチが開いており、相電圧は実質的に正弦波状の波形を示す。したがって、相電圧を正確に測定することが可能である。トルクＭの計算には、相電圧Ｕｉｎｄのピーク値を参照すると有利である。
【００１０】
電力機器のトルク、特に永久励磁電力機器のトルクを求める本発明による装置は、トルクＭを求めるためのアルゴリズムを備えた制御ユニットを含んでいる。この制御ユニットには相電圧信号Ｕｉｎｄと回転数信号が供給され、アルゴリズムがこれらの値に基づいてトルクＭを計算する。
【００１１】
制御ユニットがパルス幅変調インバータ（ＰＷＲ）を制御するための出力信号を生成し、このパルス幅変調インバータを用いて特に電力機器の出力を変化させるようにすると有利である。
【００１２】
以下に、添付図面に基づいて本発明の実施例をより詳細に説明する。
【００１３】
図１には、三相電力機器１とこれに接続されたパルス幅変調インバータ２が概略的に示されている。パルス幅変調インバータ（ＰＷＲ）２は電力機器１の個々の位相Ｕ，Ｖ，Ｗに接続された遮断器６ａ−６ｆを含んでおり、位相Ｕ，Ｖ，Ｗは高い供給電位（中間回路電圧Ｕｚ）または低い基準電位（アース）のいずれかに接続する。高い供給電位Ｕｚに接続されたスイッチ６ａ−６ｃは「ハイサイドスイッチ」とも呼ばれ、アースに接続されたスイッチ６ｄ−６ｆは「ローサイドスイッチ」と呼ばれる。パルス幅変調インバータ２はさらに複数のフリーホイールダイオード７ａ−７ｆを含んでおり、これらフリーホイールダイオード７ａ−７ｆはそれぞれスイッチ６ａ−６ｆのうちの１つに並列して配置されている。
【００１４】
ＰＷＲ２は電力機器１の出力と動作モードを決定するものであり、制御ユニット１２により相応に制御される。そのため、電力機器１は選択的に電動機モードまたは発電機モードで動作することができる。
【００１５】
パルス幅変調インバータ２はさらにいわゆる中間回路キャパシタ８を含んでいる。この中間回路キャパシタ８は主にバッテリ電圧の安定化に使用される。バッテリ９を備えた車載電源が中間回路キャパシタ８に並列接続されている。
【００１６】
電力機器１はここでは三相として実施されており、３つの素線３ａ−３ｃを有するステータと複数の永久磁石１１を有するロータを含んでいる。素線３ａ−３ｃのオーム性抵抗は素子１０ａ−１０ｃで表されている。
【００１７】
電力機器１はトルクＭを発生させるが、このトルクＭはとりわけ相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷないし横流Ｉｑ（ベクトル制御）と電力機器１内の磁束Ψとに依存する。電力機器のその時々のトルクＭは制御ユニット１２が装備している数学的モデルを用いて計算される。このモデルないしアルゴリズムは次の関係式に従ってトルクＭを計算する。
Ｍ ＝ Ｋ* Ｉｑ * Ψ
ここで、磁束Ψは下式のように電磁誘導の原理を経由して求められる。
Ｕｉｎｄ ＝ ω * Ψ または Ψ ＝ Ｕｉｎｄ／ω
ここで、
Ｕｉｎｄ：無負荷時の機器の誘導電圧
ω：電気角周波数
【００１８】
電力機器１の角周波数ωはここでは回転数センサ５で測定される。ステータ巻線３ａ−３ｃの誘導電圧Ｕｉｎｄは電圧源４ａ−４ｃにより概略的に示されており、簡単な電圧センサで測定することができる。誘導電圧Ｕｉｎｄとして、例えば、前記位相のうちの２つ、例えばＵとＶの間の電圧、または、位相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの１つと基準電位の間の電圧を測定してよい。この電圧Ｕｉｎｄは電力機器１の無負荷時には正弦波状であるので、この状態のときに測定すると有利である。（無負荷時には、パルス幅変調インバータ２の６つの遮断器６ａ−６ｆが開いている。）
【００１９】
電力機器１の回転数は測定時には十分に大きくなければならないが、他方では最大回転数を超えてはならない。ここで、最大回転数とは、それを超えると、フリーホイールダイオード７ａ−７ｆは整流器ブリッジとして機能することになる回転数である。上記が満たされない場合には、相電圧Ｕ，Ｖ，Ｗは歪み、もはや正弦波状ではなくなってしまう。
【００２０】
電圧信号Ｕｉｎｄ、回転数信号ｎは制御ユニット１２の入力側に供給される。電圧信号からはピーク値が計算される。これは前に述べた誘導電圧Ｕｉｎｄに相当する。制御ユニット１２に格納されているアルゴリズムがこれらの値を処理し、電力機器１のその時々のトルクＭを求める。
【００２１】
トルクＭの計算するための数学的モデルは解析的に制御ユニット１２に格納しておいてもよいし、特性マップとして制御ユニット１２に格納しておいてもよい。このようにして、トルクＭは特に正確かつ簡単に求められる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】三相電力機器１とこれに接続されたパルス幅変調インバータ２を示す。
【図１】
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【国際調査報告】
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