(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタータとして動作するためにバッテリによって電力供給される車載電気網（２）に接続されたインバータ（３）に接続された相巻線（ｕ、ｖ、ｗ）を備える自動車のオルタネータ兼スタータ（１）の制御方法であって、
前記インバータ（３）は、前記オルタネータ兼スタータの回転速度（Ω）が、少なくとも１つの所定のしきい値速度（Ω１、Ω２）より低い場合にチョッパ全波制御モード（９）で制御され、前記オルタネータ兼スタータ（１）の前記回転速度（Ω）が前記少なくとも１つの所定のしきい値速度（Ω１、Ω２）より高い場合に全波制御モード（１１）で制御され、
電子制御ユニット（６）が、バッテリによって電力供給される前記車載電気網（２）に接続された前記インバータ（３）を制御し、且つ、スタータとして動作するために前記オルタネータ兼スタータ（１）の相巻線（ｕ、ｖ、ｗ）に接続されるように構成され、
前記電子制御ユニット（６）は、
−前記オルタネータ兼スタータ（１）の回転速度（Ω）を格納する手段と、
−前記少なくとも１つの所定のしきい値速度（Ω１、Ω２）を格納する手段（１３）と、
−前記少なくとも１つの所定のしきい値速度（Ω１、Ω２）と前記回転速度（Ω）とを比較する手段（８、１０）と、
−前記比較手段（８、１０）の状態に応じて、第１のチョッパ全波相電圧（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）を生成する第１の制御信号（Ｓ１）または第２の全波相電圧（Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）を生成する第２の制御信号（Ｓ２）を発生させるための手段と、
を備え、
前記電子制御ユニット（６）は、
−前記車載電気網（２）の供給電圧（Ｂ＋）を測定するための手段と、
−前記供給電圧（Ｂ＋）に応じて、前記第１の相電圧（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）のデューティサイクル（α、１−α）を制御するための手段と、
をさらに備えることを特徴とする制御方法。
【請求項２】
前記チョッパ全波制御モード（９）と前記全波制御モード（１１）との間の切り換えは、前記２つの所定のしきい値速度（Ω１、Ω２）を使用するヒステリシスサイクルに応じて行われることを特徴とする、請求項１に記載の自動車のオルタネータ兼スタータ（１）の制御方法。
【請求項３】
前記チョッパ全波制御（９）のデューティサイクル（α）は、前記回転速度（Ω）に依存することを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車のオルタネータ兼スタータ（１）の制御方法。
【請求項４】
前記チョッパ全波制御（９）のデューティサイクル（α）は、前記車載電気網（２）の供給電圧（Ｂ＋）に依存することを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車のオルタネータ兼スタータ（１）の制御方法。
【請求項５】
前記チョッパ全波制御（９）のデューティサイクル（α）は、前記相巻線（ｕ、ｖ、ｗ）の温度（Ｔ）に依存することを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車のオルタネータ兼スタータ（１）の制御方法。
【請求項６】
バッテリによって電力供給される車載電気網（２）に接続されたインバータ（３）を制御し、スタータとして動作するためにオルタネータ兼スタータ（１）の相巻線（ｕ、ｖ、ｗ）に接続されるように構成された電子制御ユニット（６）を備えるタイプの請求項１から５のいずれか一項に記載の方法を実行可能な自動車のオルタネータ兼スタータ（１）の制御装置（１２）であって、
前記電子制御ユニット（６）は、
−前記オルタネータ兼スタータ（１）の回転速度（Ω）を格納する手段と、
−前記少なくとも１つの所定のしきい値速度（Ω１、Ω２）を格納する手段（１３）と、
−前記少なくとも１つの所定のしきい値速度（Ω１、Ω２）と前記回転速度（Ω）とを比較する手段（８、１０）と、
−前記比較手段（８、１０）の状態に応じて、第１のチョッパ全波相電圧（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）を生成する第１の制御信号（Ｓ１）または第２の全波相電圧（Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）を生成する第２の制御信号（Ｓ２）を発生させるための手段と、
を備え、
前記電子制御ユニット（６）は、
−前記車載電気網（２）の供給電圧（Ｂ＋）を測定するための手段と、
−前記供給電圧（Ｂ＋）に応じて、前記第１の相電圧（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）のデューティサイクル（α、１−α）を制御するための手段と、
をさらに備えることを特徴とする制御装置（１２）。
【請求項７】
前記電子制御ユニット（６）は、前記回転速度（Ω）に応じて前記第１の相電圧（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）のデューティサイクル（α、１−α）を制御するための手段をさらに備えることを特徴とする、請求項６に記載の自動車のオルタネータ兼スタータ（１）の制御装置（１２）。
【請求項８】
前記電子制御ユニット（６）は、
−前記相巻線（ｕ、ｖ、ｗ）の温度（Ｔ）を測定または推定するための手段と、
−前記温度（Ｔ）に応じて、前記第１の相電圧（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）のデューティサイクル（α、１−α）を制御するための手段と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項６に記載の自動車のオルタネータ兼スタータ（１）の制御装置（１２）。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか一項に記載の制御装置（１２）を備えることを特徴とする、自動車のオルタネータ兼スタータ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のオルタネータ兼スタータの制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、このタイプの装置を備えるオルタネータ兼スタータに関する。
【背景技術】
【０００３】
自動車の大手メーカーは、特に都市環境における省エネルギーや汚染低減を考慮して、Ｓｔｏｐ  ａｎｄ  Ｇｏ（登録商標）という名称で知られるシステムのような自動スタート／ストップシステムを自社モデルに装備している。
【０００４】
ＶＡＬＥＯ  ＥＱＵＩＰＥＭＥＮＴＳ  ＥＬＥＣＴＲＩＱＵＥＳ  ＭＯＴＥＵＲの仏国特許出願公開第２８７５５４９号明細書に開示されているように、自動車は、熱機関に接続された可逆式電機、いわゆる、オルタネータ兼スタータによってＳｔｏｐ  ａｎｄ  Ｇｏ（登録商標）モードに応じた機能を実現しうる。
【０００５】
Ｓｔｏｐ  ａｎｄ  Ｇｏ（登録商標）の一般的な状況として、赤信号で停止する状況がある。自動車が赤信号で停止すると、熱機関は自動停止し、信号が青になると、運転者によるクラッチペダルの踏み込みや自動車を再発進させようとする運転者の何らかの他の動きをシステムが検出し、オルタネータ兼スタータによって熱機関が再始動される。
【０００６】
現在では、このようなシステムの開発に伴い、スタータの始動時の電流要求の間、バッテリを最小電圧しきい値にするという取り組みについての新たな制約が自動車の部品メーカーに課せられている。このように、自動車メーカーは、仕様書において、バッテリの電圧の下限として、１２Ｖ電源に対して通常７〜９ボルトの電圧しきい値を規定している。
【０００７】
熱機関の始動時、自動車の車載網の電圧は、機器の想定機能を確保し、例えばカーラジオの動作などを妨害して乗員に不便さを感じさせることがない値に維持される。
【０００８】
一般に、エンジンに使用されているオルタネータ兼スタータについて、停止後にインバータが作動されると、全波制御によりステータ電流は最大値まで上がる。逆起電力は無視できるほど小さいため、この最大値は、バッテリ電圧および供給回路の抵抗（相巻線の抵抗、供給ケーブルの抵抗、バッテリの内部抵抗およびスイッチ素子の抵抗）にのみ依存する。
【０００９】
約１０００Ａに達しうる電流要求では、車載電気網に実質的な電圧降下が生じるとともに、パワー電子回路をこのような高電流に適したサイズのものにする必要がある。
【００１０】
仏国特許出願公開第２８４３８４１号明細書において、ＶＡＬＥＯ  ＥＱＵＩＰＥＭＥＮＴＳ  ＥＬＥＣＴＲＩＱＵＥＳ  ＭＯＴＥＵＲは、電圧降下軽減等の目的で、車載電気網に存在する電圧より高い電圧を供給しうる自動車のオルタネータ兼スタータを制御する装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２８７５５４９号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第２８４３８４１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、スタータの通常運転前の短い移行段階にしか必要とされない過剰サイズの電子回路の課題は、このような解決策では解決されていない。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、このような始動時の電流要求を制限することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の態様によれば、本発明は、自動車のオルタネータ兼スタータの制御方法であって、オルタネータ兼スタータは、インバータに接続された相巻線を備え、インバータは、スタータとして動作するためにバッテリによって供給される車載電気網に接続される制御方法に関する。
【００１５】
本発明の方法によれば、インバータは、オルタネータ兼スタータの回転速度が、少なくとも１つの所定のしきい値速度より低い場合にチョッパ全波制御モードで制御され、オルタネータ兼スタータの回転速度が上記少なくとも１つの所定のしきい値速度より高い場合に全波制御モードで制御される。
【００１６】
本発明の方法の特定の実施形態によれば、チョッパ全波制御モードと全波制御モードとの切り換えは、２つの所定のしきい値速度を用いるヒステリシスサイクルに応じて行われる。
【００１７】
特定の特性によれば、このようなチョッパ全波制御のデューティサイクルは、オルタネータ兼スタータの回転速度に依存する。
【００１８】
あるいは、または同時に、このようなチョッパ全波制御のデューティサイクルは、好適には、車載電気網の供給電圧に依存する。
【００１９】
また、あるいは、または同時に、このようなチョッパ全波制御のデューティサイクルは、さらに好適には、相巻線の温度に依存する。
【００２０】
さらに、本発明は、上述した方法を実施可能な自動車のオルタネータ兼スタータの制御装置に関する。
【００２１】
この制御装置は、バッテリによって電力供給される車載電気網に接続されたインバータを制御する電子制御ユニットであり、スタータとして動作するためのオルタネータ兼スタータの相巻線に接続されるように構成される。
【００２２】
本発明の制御装置によれば、電子制御ユニットは、
−オルタネータ兼スタータの回転速度を取得するための手段と、
−少なくとも１つの所定のしきい値速度を格納するための手段と、
−上記少なくとも１つの所定のしきい値速度で回転速度を比較するための手段と、
−比較手段の状態に応じて、第１のチョッパ全波相電圧を生成する第１の制御信号または第２の全波相電圧を生じる第２の制御信号を発生させるための手段と、
を備える。
【００２３】
特定の特性によれば、この電子制御ユニットは、オルタネータ兼スタータの回転速度に応じて第１の相電圧のデューティサイクルを制御する手段をさらに備える。
【００２４】
あるいは、または同時に、電子制御ユニットは、好適には、
−車載電気網の供給電圧を測定する手段と、
−この供給電圧に応じて、第１の相電圧のデューティサイクルを制御する手段と、
をさらに備える。
【００２５】
あるいは、または同時に、電子制御ユニットは、さらに好適には、
−相巻線の温度を測定または推定する手段と、
−この温度に応じて第１の相電圧のデューティサイクルを制御する手段と、
を備える。
【００２６】
上記特性を有する制御装置を備えるという特徴を有する自動車のオルタネータ兼スタータから利点が生じる。
【００２７】
これらのいくつかの必須事項により、先行技術と比較することで、本発明によって得られる利点が当業者に明らかになるであろう。
【００２８】
本発明の詳細事項は、添付の図面に関連する以下の記載において与えられる。なお、同図面は、明細書の内容を例示するためのものにすぎず、いかなる場合も本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による制御装置を備える自動車のオルタネータ兼スタータの簡易配線図。
【図２】本発明による自動車のオルタネータ兼スタータの制御方法の状態遷移図。
【図３】本発明による自動車のオルタネータ兼スタータの制御装置により得られる相電圧タイミング図の一例。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
オルタネータ兼スタータ１は、一般に、スタータとして動作する場合は、車載電気網２によって電力供給され、オルタネータとして動作する場合は、車載電気網２に電気エネルギーを供給する多相回転電機である。
【００３１】
ステータ４に接続された両方向ＤＣ／ＡＣコンバータ３により、これらの２つの動作モードを実現することができる。
【００３２】
図１に概略的に示すように（簡易的に三相電機の場合）、両方向ＤＣ／ＡＣコンバータ３は、半導体スイッチング素子５、ほとんどの場合、ブリッジの形態で構成されたＭＯＳＦＥＴ技術のパワートランジスタを備える。
【００３３】
これらのスイッチング素子５は、電子制御ユニット６によって制御されることで、コンバータ３は、オルタネータ兼スタータのオルタネータとして動作する同期整流器を構成するとともに、スタータとして動作するステータ４に回転場を生じる多相発電機、またはインバータを構成する。
【００３４】
本発明の方法によれば、インバータ３は、オルタネータ兼スタータ１の回転速度Ωの範囲に応じて、チョッパ全波制御モードまたは全波制御モードのいずれかで制御される。
【００３５】
図２に示すように、この特定の実施形態において、チョッパ全波制御モードと全波制御モードとの切り換えは、２つの所定のしきい値速度Ω１およびΩ２によって実行されるヒステリシスをもたせた切り換えである。ここで、Ω２はΩ１より大きい。
【００３６】
回転速度Ωがゼロに等しい停止７から始まり、上昇する回転速度Ωが所定のしきい値速度Ω２より低い状態を維持している間、インバータ３は、チョッパ全波制御モード９で制御され、すなわち、三相電機の状況において、図３に明確に示すように、ステータ４の相巻線ｕ、ｖ、ｗに印加される第１の相電圧Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１がチョッピングされている。
【００３７】
回転速度Ωが所定のしきい値速度Ω２に達すると、インバータ３の制御は、全波制御モード１１に切り換えられ、すなわち、ここでも、三相電機の状況において、ステータ４の相巻線ｕ、ｖ、ｗに印加される第２の相電圧Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２が、図３にも示すように、１２０°ずれた方形波を有する。
【００３８】
全波制御モードからチョッパ全波制御モードへの切り換えは、回転速度Ωが所定のしきい値速度Ω１より低くなる回転速度Ωの低減時に起こる。
【００３９】
三相電機の場合、チョッパ全波制御９は、以下の２つの場合Ａおよび場合Ｂになる。
【００４０】
Ａ．１つの相が供給電圧Ｂ＋（この場合は１２Ｖ）に印加され、２つの相は接地される。この場合、本発明による方法は、デューティサイクルαをもつ全波制御モードの２つの接地された相をチョッピングすることになり、供給電圧相Ｂ＋は、引き続き供給電圧Ｂ＋で制御される。
【００４１】
Ｂ．２つの相が供給電圧Ｂ＋（この場合は１２Ｖ）に印加され、１つの相が接地される。この場合、本発明による方法は、相補的なデューティサイクル１−αをもつ全波制御のＢ＋の２つの相をチョッピングすることになり、接地された相は引き続き接地される。
【００４２】
デューティサイクルαは、開始時に達する最大電流値に直接影響し、結果的に、以下のような異なるパラメータに依存する。
【００４３】
‐供給電圧Ｂ＋
‐電機１の回転速度Ω
‐ステータ４の温度Ｔ
この方法を実施するために、本発明による制御装置１２の電子制御ユニット６は、供給電圧Ｂ＋を測定するための手段と、ステータ４の温度Ｔを測定するための手段と、回転速度Ωを取得するための手段と、第１および第２の所定のしきい値速度Ω１、Ω２を格納する手段１３であって、第１および第２の所定のしきい値速度Ω１、Ω２は、この特定の実施形態において、実質的に４００ｒｐｍおよび５００ｒｐｍである手段１３と、これらの第１および第２の所定のしきい値速度Ω１、Ω２と上記回転速度Ωとを比較する手段と備える。
【００４４】
この電子制御ユニット６は、所定のしきい値速度Ω１、Ω２に対する回転速度Ωの値に応じた比較を行う手段の比較の出力状態に応じて、インバータ３の出力で、第１のチョッパ全波相電圧Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１または第２の全波相電圧Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２をそれぞれ生成する半導体スイッチング素子５を制御するための第１の信号Ｓ１および第２の信号Ｓ２を生成するための手段を備える。
【００４５】
第１の制御信号Ｓ１は、好ましくは、１ＫＨｚ〜５ＫＨｚの周波数を有する。
【００４６】
電子制御ユニット６は、適切な第１の制御信号Ｓ１を生成することによって、供給電圧Ｂ＋と、回転速度Ωと、ステータ４の温度とに依存する共通値αまたはその相補値１−αに相に応じて設定された第１の相電圧Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１のデューティサイクルを制御するための手段をさらに備える。
【００４７】
電子制御ユニット６は、好ましくは、マイクロコントローラの形態で作られ、マイクロコントローラのマイクロプログラムは、本発明による方法を表す命令を含む。
【００４８】
インバータ３と電子制御ユニット６とを備える本発明による制御装置１２は、好適には、オルタネータ兼スタータ１の後軸受に一体化される。
【００４９】
始動時の電流要求が低減されるため、半導体スイッチング素子５の大型化は不要である。
【００５０】
これによりコスト削減が図られるため、本発明により、競争力のある利点を備えたオルタネータ兼スタータが提供される。
【００５１】
なお、本発明は、上述した好ましい実施形態にのみ限定されるものではないことを理解されたい。
【００５２】
相電圧Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１；Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２のタイミング図は、三相電機の一例としてのみ提示されたものにすぎず、同様のタイミング図は、相数がさらに多い機械、特に、二重三相を有する機械に関する記載を示している。
【００５３】
第１および第２の所定の速度Ω１、Ω２の数値は、本出願人の企業からすでに市販されているタイプのオルタネータ兼スタータに対して与えられたものであり、このオルタネータ兼スタータは、本発明による方法および装置によって改良されることが意図されたものである。
【００５４】
他の数値は、他のタイプのモデルの電気機械特性に応じた所定のものである。
【００５５】
したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲によって規定される範囲内にあるすべての可能な変形実施形態を含む。
【図１】
0006441338.tif 000002
【図２】
0006441338.tif 000003
【図３】
0006441338.tif 000004