(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石式三相電気機器（１０）の電磁トルクを制御するシステム（１）であって、前記永久磁石式三相電気機器（１０）の三相に送られる電流を測定する手段（２）と、測定された前記三相に送られる電流を三相システムの変換に基づいて電流の直軸成分（Ｉｄ）と横軸成分（Ｉｑ）に転置することができる転置手段（３）と、トルクの設定点
0006257624.tif 000030
を電流の横軸成分（Ｉｑ）の設定点
0006257624.tif 000031
及び電流の直軸成分（Ｉｄ）の設定点
0006257624.tif 000032
に変換することができる変換手段（４）と、制御電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）を決定する手段と、決定された前記制御電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）を前記永久磁石式三相電気機器（１０）に印加することができる制御手段（９）とを備え、前記決定する手段が、電流の前記直軸成分（Ｉｄ）と前記横軸成分（Ｉｑ）と、また前記設定点（Ｉｑ＿ｒｅｑ及びＩｄ＿ｒｅｑ）をも受け入れ、調整モジュール（６）に変数の変化を適用し、一連の制御変数（Ｘｄ、Ｘｑ，Ｘｑ＿ｒｅｑ、Ｘｄ＿ｒｅｑ）を供給することができる第１の計算モジュール（５）であって、前記調整モジュール（６）は、前記制御変数（Ｘｄ、Ｘｑ、Ｘｑ＿ｒｅｑ、Ｘｄ＿ｒｅｑ）の関数として、前記電磁トルクに寄与する項から前記永久磁石式三相電気機器（１０）の回転子の磁石によって発生する流束によって生じるかく乱項（Ｐｄ、Ｐｑ）を分離する連立方程式に基づいて計算された制御パラメータ（Ｕｄ、Ｕｑ）を送ることができる、前記第１の計算モジュール（５）と、前記制御パラメータ（Ｕｄ、Ｕｑ）に基づいて決定された電圧の直軸成分（Ｖｄ）と横軸成分（Ｖｑ）に基づき前記制御電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）を計算することができる第２の計算モジュール（８）とを備えることを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記永久磁石式三相電気機器（１０）は、前記三相システムの変換プランの直軸と横軸との間に対称性を有することにより、等価インダクタンスの横軸成分（Ｌｑ）と実質的に等しい等価インダクタンスの直軸成分（Ｌｄ）を取得することが可能になる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
電流の前記直軸成分（Ｉｄ）及び前記横軸成分（Ｉｑ）を得るために、測定された前記電流にパーク変換を適用することができる転置手段（３）を備える、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の制御システムを備える永久磁石式三相電気機器（１０）を備える自動車。
【請求項５】
熱エンジンも備えるハイブリッドトランスミッションを備える、請求項４に記載の自動車。
【請求項６】
永久磁石式三相電気機器（１０）の電磁トルクを制御する方法であって、前記永久磁石式三相電気機器（１０）の三相に送られる電流を測定することと、測定された前記三相に送られる電流を三相システムの変換に基づいて電流の直軸成分（Ｉｄ）と横軸成分（Ｉｑ）に転置することと、三相システムの変換に関連するプランにおいて電流の前記横軸成分（Ｉｑ）と前記直軸成分（Ｉｄ）の２つの設定点（Ｉｑ＿ｒｅｑ及びＩｄ＿ｒｅｑ）を受け入れることと、（４）と、制御電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）と、前記永久磁石式三相電気機器（１０）に印加されるべき電圧の制御を決定することとを含み、前記制御電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）を決定することは、制御変数（Ｘｄ、Ｘｑ，Ｘｑ＿ｒｅｑ、Ｘｄ＿ｒｅｑ）を得るために変数を変更することと、前記制御変数（Ｘｄ、Ｘｑ，Ｘｑ＿ｒｅｑ、Ｘｄ＿ｒｅｑ）の関数として表され、電磁トルクに寄与する項から前記永久磁石式三相電気機器（１０）の回転子の磁石によって発生した流束によって生じるかく乱項（Ｐｄ、Ｐｑ）を分離する二次方程式に基づいて計算された制御パラメータ（Ｕｄ、Ｕｑ）を調整することと、前記制御パラメータ（Ｕｄ、Ｕｑ）に基づいて決定された電圧の直軸成分（Ｖｄ）と横軸成分（Ｖｑ）に基づき前記制御電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）を計算することとを含むことを特徴とする、方法。
【請求項７】
前記永久磁石式三相電気機器（１０）は、前記三相システムの変換プランの直軸と横軸との間に対称性を有することにより、等価インダクタンスの横軸成分（Ｌｑ）と実質的に等しい等価インダクタンスの直軸成分（Ｌｄ）を取得することが可能になる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記三相システムの変換がパーク変換である、請求項６又は７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気駆動機器を備える自動車のトランスミッションの電磁トルクを制御する方法に関し、具体的には、熱エンジン及び電気駆動機器を備える自動車のハイブリッドトランスミッションに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッドトランスミッションは概して、車両の車輪に接続された第２シャフト上に各々少なくとも一つのステップダウンギアを担持する２つの同心第１シャフトと、３つの位置：電気機器を車輪につなぐ運動学的連鎖から熱エンジンが切り離される第１の位置と、熱エンジンにより車輪が電気機器とは無関係に駆動される第２の位置と、熱エンジンと電気機器の各トルクが車輪の方向に加わるように熱エンジンと電気機器が結合される第３の位置を占めることができる２つの第１シャフト間の第１の結合手段とを備える。
【０００３】
また、電気モータに接続された第１シャフトを第２シャフトに接続させるための３つの位置：電気モータが第２シャフトに直接接続されていない第１の位置と、電気モータが第１の比率で第２シャフトに直接接続されている第２の位置と、電気モータが第２の比率で第２シャフトに直接接続されている第３の位置がある。
【０００４】
電気機器のみが自動車に牽引トルクを供給する場合、つまり単に電気牽引を有する自動車のような単なる電気牽引の場合に、電気機器により供給されるトルクを制御する必要がある。電気機器のトルクは機器を流れる電流に直接関連するため、この電流は正確な方法で制御されなければならない。
【０００５】
電気機器では、特に永久磁石式軸方向磁束三相同期機器では、固定子の三相の電流は正弦波であり、その都度
0006257624.tif 000002
で位相シフトされる。これらの電流は電気機器内に回転磁場を生成する。回転子は、例えば、１〜５対の極を有する永久磁石で構成されている。方位磁石と同様に、回転子は当然ながら回転子によって作られる回転磁場の方向に揃う。したがって、回転子の回転周波数は、固定子電流の周波数に等しくなる（同期する）。固定子の電流の振幅と回転子の磁石の力により、機器の回転に必要なトルクが発生する。これらの電流を制御するために、これもまた各々
0006257624.tif 000003
で位相シフトされている正弦波電圧を固定子の各相に適用する必要がある。
【０００６】
一般的に、正弦波信号よりも一定の値に制御を加えるほうが単純である。パーク変換等の三相システムの変換は一般に、同等の単相システムを生成するために三相システムを二次元空間におくのに使用される。したがってこの方法では、三相システムの３つの相に関連する固定子の３つの電流及び３つの正弦波電圧は、電流の又は電圧の３つの正弦波信号が２つの一定の電流又は電圧信号（直軸Ｘｄ上の１成分と横軸Ｘｑ上の１成分）の形で表現される空間に転置可能である。このため、パーク座標系は回転磁場にリンクしている座標系に基づいている、つまり同期機器の場合には、回転子にリンクしている座標系に基づいている。
【０００７】
パーク空間内で表される電流及び電圧と連動することにより、制御対象の三相機器を調整するため、正弦波信号ではなく一定の電流又は電圧で動作することが可能になる。
【０００８】
逆変換を実施することにより、機器の通常の座標系に戻ることが可能になり、その結果、機器の各相においてどの電流又は電圧が印加されるかを正確に知ることができる。
【０００９】
三相電気機器の電源としてバッテリを使用すると、適用可能な電圧がバッテリ容量によって制限されることによりさらに制約が課される。実際、これらの制限により特定の設定点に到達するのは不可能である。達成可能な範囲外の設定点により多くの場合、不安定性が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一つの目的は、電圧が制限される場合でも、機器が制御される間には機器内の電流の安定性を確保することにある。これらの制約により設定点が達成不可能のままである場合、目的は設定点に可能な限りより近いものにすることである。
【００１１】
米国特許第６１８１０９１号明細書には、モータの各ブランチに電圧を供給する位相幅変調（ＰＷＭ）モジュールの動作を変更することによって飽和が防止される、永久磁石式同期機器を制御する方法について記載されている。これらの公知の制御方法では、電圧の飽和を防止するため、とりわけパーク空間内の電流成分を直接制御することによって、同期機器で利用可能な電磁トルクが低減される。
【００１２】
一般に、電流の横軸成分を制御するために、電流の直軸成分を、到達すべき横軸成分の設定点の関数として付与するマッピングが使用される。この方法は、電流マッピングに一連の調節を行う必要があるという不利点を有する。加えて、所定の電磁トルクに対して最適な電流が取得されるという確実性はない。実際に、このマッピング法では、電圧飽和の条件に遭遇しないようにするために、電流の直軸成分の値に関する安全マージンが提供される、つまり、システムを制御している時に飽和に遭遇する危険を冒さないために、電流の直軸成分を必要以上に低下させる。この安全マージンは、機器の出力損害に対して実行される。
【００１３】
この電流の直軸成分の低下は、電圧の低下を意味し、したがって、利用可能な電磁トルクの減少を意味する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、電気機器がどんな状態にある時にも、調整器の所定の定ゲインで、電気機器の電流を確実に安定させることを可能にする、永久磁石式電気機器の電磁トルクを制御する方法を提供することを提案する。
【００１５】
本発明の一態様によれば、一実施形態において、機器の三相に送られる電流を測定する手段と、測定された３つの電流を三相システムの変換に基づいて電流の直軸成分と横軸成分に転置することができる転置手段と、トルクの設定点を電流の横軸成分の設定点に、電流の直軸成分の設定点に変換することができる変換手段と、制御電圧を決定する手段と、決定された制御電圧を電気機器に印加することができる制御手段とを備える、永久磁石式三相電気機器の電磁トルクを制御するシステムを提供することが提案されている。
【００１６】
本発明の一般的な特徴によれば、決定する手段は、電流の前記直軸成分と横軸成分と、前記設定点をも受け入れ、調整モジュールに変数の変化を適用し、一連の制御変数を供給することができる前記第１の計算モジュールであって、前記調整モジュールは、制御変数の関数として、電磁トルクに寄与する項から前記電気機器の回転子の磁石によって発生した流束によって生じるかく乱項を分離する連立方程式に基づいて計算された制御パラメータを送ることができる、前記第１の計算モジュールと、制御パラメータに基づいて決定された電圧の直軸成分と横軸成分に基づき前記制御電圧を計算することができる第２の計算モジュールとを備える。
【００１７】
変数が変化することにより、パーク空間で表される電磁トルクを調整する連立方程式を、電磁トルク固有の内生変数と、流束によって生じるかく乱固有の内生変数を含む連立方程式に変換することが可能になる。したがってこの変数の変化により、かく乱周波数を電磁トルクの制御から分離し、これによりかく乱を相殺することが可能になる。
【００１８】
この制御システムにより、電気機器の電流リップルを減少させ、これにより電気機器の電磁トルクを滑らかにすることも可能になる。
【００１９】
三相システムの変換はパーク変換であってもよい。また、フォーテスキュー（Ｆｏｒｔｅｓｃｕｅ）変換、クラーク（Ｃｌａｒｋｅ）変換、或いはクー（Ｋｕ）変換であってもよい。
【００２０】
パーク空間では、変数は同期機器のパークプラン（直軸及び横軸）の２つの軸に適用される直軸成分と横軸成分を含む。電圧の直軸成分及び横軸成分は、同期機器の電流の直軸成分及び横軸成分の関数として表される。
【００２１】
同期機器は三相システムの変換のプランの直軸及び横軸との間に対称性を有し、等価インダクタンスの横軸成分と実質的に同等の等価インダクタンスの直軸成分を取得することが可能になるため好適である。
【００２２】
この対称性は、円滑な非突極を使用することによって、電気機器の製造中に取得することができる。これにより、電気機器の電磁トルクを、電気機器の磁石によって発生した流束の独自因子の関数として表すことが可能になる。
【００２３】
パーク空間では、調整すべき連立方程式は、下記式にしたがって制御変数に基づいて表される。
0006257624.tif 000004
【００２４】
Ｌｓ＝Ｌｄ＝Ｌｑは等価インダクタンスであり、Ｒｓ＝Ｒｄ＝Ｒｑは等価抵抗であり、
0006257624.tif 000005
が成り立ち、Ｉｄは電気機器によって送られる電流の直軸成分を表し、Ｉｑは電気機器によって送られる電流の横軸成分を表し、
0006257624.tif 000006
において、Ｖｄは電気機器の端子の電圧の直軸成分を表し、Ｖｑは電気機器の端子の電圧の横軸成分を表す。
【００２５】
0006257624.tif 000007
は、パーク空間において表されるかく乱の直軸成分と横軸成分にそれぞれ対応し、Φｆは、機器の磁石によって生じた流束を表し、ωｒは、機器の磁場の回転速度を表す。
【００２６】
これに基づいて電圧の横軸成分及び直軸成分、したがって制御電圧が決定される制御パラメータは、下記の式に基づいて計算される。
0006257624.tif 000008
【００２７】
Ｋｄ、Ｋｉｄ、Ｋｑ、Ｋｉｑは所定の定ゲインを表し、
0006257624.tif 000009
が成り立ち、
0006257624.tif 000010
は、直軸成分の電流の設定点を表し、
0006257624.tif 000011
は横軸成分の電流の設定点を表す。
【００２８】
本発明のさらなる態様によれば、電気機器の三相に送られる電流を測定することと、三相システムの変換に基づいて測定された３つの電流を電流の直軸成分と横軸成分に変換することと、三相システムの変換に係るプランにおいて電流の直軸成分と横軸成分の２つの設定点を受け入れることと、制御電圧、及び電気機器に適用される電圧の制御を決定することとを含み、制御電圧を決定することは、制御変数を得るために変数を変更することと、電磁トルクに寄与する項から、前記電気機器の回転子の磁石によって発生した流束によって生じるかく乱項を分離する二次方程式に基づいて計算され、前記制御変数の関数として表される制御パラメータを調整することと、制御パラメータに基づいて決定された電圧の直軸成分と横軸成分に基づき前記制御電圧を計算することとを含むこととを特徴とする、永久磁石式三相電気機器の電磁トルクを制御する方法が実行態様の一モードにしたがって提案される。
【００２９】
本発明のさらなる利点及び特徴は、実装態様の非限定的なモード及び非限定的な実施形態の詳細説明を審査し、添付の図面も審査することによってより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実装態様の一モードによる、永久磁石式三相電気機器の電磁トルクを制御する方法のフロー図を示す。
【図２】本発明の一実施形態による、永久磁石式三相電気機器の電磁トルクを制御するシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、本発明の実装態様の一モードにしたがって、永久磁石式三相同期機器の電磁トルクを制御する方法のフロー図を示す。
【００３２】
第１のステップ１１０では、永久磁石式三相同期機器の３つの相各々に対して電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が測定される。
【００３３】
第２のステップ１２０では、電流の直軸成分Ｉｄと横軸成分Ｉｑにしたがって回転する座標系において電気機器によって送られる電流を表すように、測定された３つの電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３にパーク変換が適用される。
【００３４】
パーク空間において、同期機器に対して制御されるべき連立方程式は下記のようになる。
0006257624.tif 000012
【００３５】
Ｖｄ及びＶｑは、電気機器のパークプランの２つの軸（それぞれ直軸及び横軸）に印加される電圧であり、Ｉｄ及びＩｑは、パークプランの２つの軸（それぞれ直軸及び横軸）に機器の中で循環する電流であり、Ｒｓは機器の固定子の等価抵抗であり、Ｌｄ及びＬｑは機器のパークプランの各軸（それぞれ直軸及び横軸）の等価インダクタンスであり、ωｒは回転子の回転速度を機器の任意の数の対をなす極によって乗算したものである機器の磁場の回転速度であり、Φｆは回転子の磁石によって生じる流束である。
【００３６】
同期機器によって生成される電磁トルクは次の式に基づいて算出可能である。
0006257624.tif 000013
【００３７】
Ｃｅｍは機器によって発生する電磁トルクであり、ｐは機器の回転子の任意の数の対をなす極であり、φｄ及びφｑは機器の軸（それぞれ直軸及び横軸）に生じる流束の構成成分であり、下記式に表される。
0006257624.tif 000014
【００３８】
この場合、同期機器はパーク空間の直軸及び横軸との間に対称性を有するため、目覚ましい特性Ｌｄ＝Ｌｑを取得することが可能になり、したがって下記のように表される。
0006257624.tif 000015
【００３９】
上記機器において、電流の直軸成分Ｉｄによって発生するジュール損失を最大限に制限することによりトルクを制御するためには、電流の直軸成分Ｉｄをできる限りゼロに近づけることが必要であり、これは横軸成分Ｉｑのみが電磁トルクに寄与するためである。
【００４０】
ステップ１３０において、電流の横軸成分Ｉｑの第１の設定点Ｉｑ＿ｒｅｑと、電流の直軸成分Ｉｄの第２の設定点Ｉｄ＿ｒｅｑは、三相システムの変換に関連するプランにおいて受け入れられる。
【００４１】
下記ステップ１４０では、下記関係を考慮して変数の変化が適用される。
0006257624.tif 000016
【００４２】
これにより、制御システム（１）を下記式で表すことが可能になる。
0006257624.tif 000017
【００４３】
加えて、
0006257624.tif 000018
が成り立つとすると、
0006257624.tif 000019
を考慮し、下記のように表すことができる。
0006257624.tif 000020
【００４４】
Ｕｄ及びＵｑは制御パラメータであり、それぞれ変数Ｘｑ、Ｘｄ、又はこれらの微分係数に依存する内生変数を含むことにより、電磁トルクＣｅｍ、及びかく乱である内生変数Ｐｑ（ｔ）又はＰｄ（ｔ）を制御することが可能になる。
【００４５】
かく乱変数Ｐｑ（ｔ）又はＰｄ（ｔ）は外生的であるため、システム（７）により、電磁トルクを管理する項に対してかく乱を周波数に基づいて分離させることが可能になる。
【００４６】
したがって、ステップ１５０において制御パラメータＵｄ及びＵｑの調整を実行することによって、かく乱を相殺し、電磁トルクを調整することができる。この調整により、電気機器によって発生する電流リップルを滑らかにすることが可能になる。加えて、連立方程式（７）は、電気機器の回転子の状態に左右されずに、制御パラメータＵｄ及びＵｑが調整されうることを示している。
【００４７】
制御パラメータＵｄ及びＵｑの値は、下記システムに基づいて算出される。
0006257624.tif 000021
【００４８】
Ｋｄ、Ｋｉｄ、Ｋｑ、Ｋｉｑは、所定の定ゲインを表し、
0006257624.tif 000022
が成り立つ。
【００４９】
ステップ１６０では、電気機器のパークプランの２つの軸（それぞれ直軸及び横軸）に印加される電圧Ｖｄ及びＶｑの構成成分の値は、制御パラメータＵｄ及びＵｑと下記行列システムに基づいて決定される。
0006257624.tif 000023
【００５０】
その後、ステップ１７０において、逆パーク変換は、自動車の供給バッテリと電気機器との間に結合されたインバータの制御電圧値Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３を取得するために、電圧Ｖｄ及びＶｑの直軸成分及び横軸成分に基づいて適用される。
【００５１】
最後のステップ１８０において、バッテリの単相電圧Ｖｂａｔに基づいてインバータによって発生した電圧Ｕ１２、Ｕ２３、Ｕ３１と、制御電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の値が電気機器の端子に印加される。
【００５２】
図２は、本発明の一実施形態にしたがって本発明による制御方法を実行する永久磁石式三相電気機器の電磁トルクを制御するシステムを示す図である。
【００５３】
永久磁石式三相同期機器１０の電磁トルクを制御するためのシステム１は、電気機器１０の３つの相Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３に供給される電流を測定するための手段２を備える。これらの測定手段２は転置手段３に結合されているため、測定された３つの電流をパーク変換に基づいて電流の直軸成分Ｉｄと横軸成分Ｉｑに転置することが可能になる。制御システム１は、トルクの設定点
0006257624.tif 000024
を電流の横軸成分Ｉｑの設定点
0006257624.tif 000025
及び電流の直軸成分Ｉｄの設定点
0006257624.tif 000026
に変換することができる変換手段４と、電流の直軸成分Ｉｄと横軸成分Ｉｑ、及び対応設定点Ｉｑ＿ｒｅｑ及びＩｄ＿ｒｅｑ、及び、下記式に基づいて新たな電流変数Ｘｑ及びＸｄ、及び新たな電流設定点
0006257624.tif 000027
及び
0006257624.tif 000028
を決定することができる第１の変数変更手段５も備える。
0006257624.tif 000029
【００５４】
制御システム１は、各々変数Ｘｑ、Ｘｄ、又はこれらの微分係数に依存し、電磁トルクＣｅｍを制御することを可能にする内生変数と、回転子の磁石によって生じる流束によって発生したかく乱を表す外生変数Ｐｑ（ｔ）又はＰｄ（ｔ）をそれぞれ含む制御パラメータＵｄ及びＵｑを決定することができるレギュレータ６を備え、制御パラメータＵｄ及びＵｑはシステム（７）に従って表され、システム（８）に従って計算される。
【００５５】
制御システム１は、制御パラメータＵｄ及びＵｑと、行列システム（９）に基づき、電気機器のパークプランの２つの軸（それぞれ直軸及び横軸）に印加される電圧Ｖｄ及びＶｑの構成成分を決定する手段７を備える。
【００５６】
システムは、自動車の供給バッテリ１２と電気機器１０との間に結合されるインバータ１１の制御電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の値を取得するために、電圧の直軸成分及び横軸成分Ｖｄ及びＶｑに基づいて逆パーク変換を適用することができる逆転置手段８を備える。システムは最後に、制御電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の決定された値に基づきインバータ１１を制御することができる制御手段９を備える。
【００５７】
本発明はしたがって、永久磁石式電気機器の電磁トルクを制御すると同時に、電気機器がどんな状態にあろうと電気機器の電流の安定性を確保することが可能になる。
【００５８】
本発明は、当業者により簡単にパーク空間の直軸及び横軸との間の非対称電気機器、したがってＬｄがＬｑと異なる電気機器に転置することができ、この転置は、要求されるトルクを提供するためにこれらの２つの軸に沿った電流の設定点を別々に管理することによって行われることに留意すべきである。
【図１】
0006257624.tif 000033
【図２】
0006257624.tif 000034