(57)【要約】  本発明は、モータビークルを駆動するための、電気機械の回転子及び固定子の間の角度オフセットを決定するための方法に関し、回転子には、回転子を駆動させる電流及び電圧が供給され、固定子には、３相の固定子の相電流及び電圧が供給され、ここで、方法は、以下のステップを含む。すなわち、電気機械が停止されていることを確認するステップ、回転子の部分的な磁化をもたらすことができる量の時間に対して、回転子を駆動させる信号を適用するステップ、磁化の間において固定子の相電流を測定し、かつ固定子の位相の間でゼロ電圧を維持する一方で、回転子の機敏で急速な非磁化をもたらすことができる、回転子の駆動を止める信号を適用するステップ、Ｐａｒｋ−Ｃｌａｒｋｅの変圧を適用することによって、かつ回転子の電気的な位置の測定値にしたがって、測定される固定子の相電流に対応する、直接固定子電流及び直角位相固定子電流を決定するステップ、直接及び直角位相固定子電流のうちの最大値を決定するステップ、最大直角位相固定子信号の絶対値が閾値を超える場合、角度オフセット故障信号を送信するステップ、直接固定子電流の最大値によって割られた最大直角位相固定子電流の値の逆正接を計算することによって、ラジアンにおける角度オフセットの補正を決定するステップ、である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械の回転子及び固定子間の角度オフセットを決定するための方法であって、前記回転子には回転子励磁電流及び電圧が供給され、前記固定子には３相の固定子相電流及び電圧が供給され、前記方法は、
前記電気機械が静止していることを確認するステップ、
前記回転子の部分的な磁化をもたらすことができる一定の継続時間に対して、回転子励磁信号を適用するステップ、
非磁化の間に前記固定子相電流を測定する一方で、かつ前記固定子の位相間のゼロ電圧を維持する一方で、前記回転子の機敏で急速な前記非磁化をもたらすことができる、回転子非励磁信号を適用するステップ、
Ｐａｒｋ−Ｃｌａｒｋｅ変圧を適用することによって、かつ前記回転子の電気的な位置の測定値の関数として、測定される前記固定子相電流に対応して、直接固定子電流及び直角位相固定子電流を決定するステップ、
前記直接固定子電流、及び前記直角位相固定子電流のうちの最大値を決定するステップ、
前記直角位相固定子電流の最大値の絶対値が閾値を超えた場合、角度設定故障信号を送信するステップ、
前記直角位相固定子電流の最大値及び前記直接固定子電流の最大値の比の逆正接を計算することによって、ラジアンにおける角度オフセット補正を決定するステップを含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記回転子の部分的な磁化が、磁化閾値電流を超える回転子励磁電流の出現をもたらすことによって、実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記回転子の前記非磁化が、非磁化閾値以下への前記回転子励磁電流の低減をもたらすことによって実行される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記回転子励磁信号及び前記回転子非励磁信号は、回転子励磁電流又は回転子励磁電圧である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記回転子励磁信号及び前記回転子非励磁信号は、矩形状、三角形状、正弦曲線状、又はＤｉｒａｃ形状のパターンのうちから選ばれるパターンを形成する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記回転子励磁電流がゼロである場合、非磁化の終了において、前記直接固定子電流の前記最大値及び前記直角位相固定子電流の前記最大値が決定される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記回転子励磁電流が調整可能な閾値に到達する場合、磁化の始まりにおいて、前記直接固定子電流の前記最大値、及び前記直角位相固定子電流の前記最大値が決定される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械の技術分野に関し、かつより具体的には、そのような機械の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期交流電気モータとしてまた言及される、同期機の原理は、２つの磁場の相互作用に基づいて、駆動トルク又は抵抗トルクを生み出すことにある。磁場の一方は、回転子、すなわち機械の回転部分に関連しているので、回転子の励磁場として言及される。磁場の他方は、固定子、すなわち機械の固定部分に関連しているので、固定子の磁場として言及される。固定子の磁場は、機械の位相を通り抜けて流れる交流電流によって生み出される磁束の結果による。これらの電流は、回転子に関して同期する、すなわち回転子と同じ速度で回転する磁束を生み出すように制御される。それ故、固定子の磁場は、直角位相において制御され、すなわち、回転子の磁場から９０度の一定な位相シフトの中にあるように制御される。そのような構成は、位相シフトがポジティブであるかネガティブであるかに応じて、駆動又はブレーキの機械的なトルクを生み出す。高い速度において、固定子によって回転子をデフラックス（ｄｅｆｌｕｘ）すること、かつ、この目的のために９０度よりも大きい角度に対して位相シフトを設定することが必要である。
【０００３】
全ての場合において、磁場の位相シフトを制御するために、固定子電流を制御するためのシステムは、機械の回転子の位置についての情報を必要とする。これは、固定子に関する回転子の絶対角度位置を測定するための装置の手段によって得られる。そのような測定装置は、回転子の回転の中心に配置され、それはまた、図２に図示されるような、基準座標（ＸＡ、Ｘｂ、Ｘｃ）及び（ｄ、ｑ、ｆ）の原点でもある。
【０００４】
ほとんどの場合において、この測定装置は、絶対角度位置を直接に、しかしむしろ相対角度位置を提供するのに十分な精密さをもって位置決めされる。相対角度位置は、絶対角度位置に関する一定の角度オフセットによってオフセットされる。それ故、絶対角度位置を計算することができるように、システムに角度オフセット値を提供することが必要である。これは、決定又は学習の手順の間になされる。固定子電流を制御するために、一旦、このオフセットがシステムによって決定され保存されると、角度測定装置は操作可能であり、かつ固定子電流は、機械の回転子に関して適切な位相を伴って生み出されることができる。
【０００５】
先行技術は、位置測定オフセットとしてまた言及される、角度オフセットを学習するための手順を備え、固定子及び回転子の磁場の配置による固定子上の回転子の位置確認をすることにある。それ故、これらの手順は、回転子上に機械的な負荷が存在しない前提で、１以上の回転にわたる回転子の回転を必要とする。
【０００６】
同期機の工業的な用途のほとんどは、初期始動位相がトルクの適用において特定の遅れを許容する速度制御の用途である。これらの場合において、センサを有しない位置推定器を有する装置が想定される。
【０００７】
以下の文書がまた、先行技術として知られている。
【０００８】
文書ＤＥ  １０２０  １００  １７４  １１  Ａ１  及びＷＯ  ２０  １２０３  ８２５  Ａ２は、機械の起電力を使用し、かつ０ボルトを通り抜けることを検出することによって、位置測定の角度オフセットを相殺するための方法を開示する。
【０００９】
文書ＥＰ  １０  １４５  ５４  Ａ２は、位置測定の誤差を検出するための、かつ同期パークプレーン（Ｐａｒｋ  ｐｌａｎｅ）中の電流及び電圧間の相関関係によって、適応可能な補正を行う方法を開示している。
【００１０】
文書ＪＰ  ２００６  １３６  １２３  Ａは、センサを有しない、巻線形回転子を有する同期機の制御を開示している。回転子の電源回路に対する交流電圧発電機の付加は、励磁のサイクルを生成することを可能にし、固定子中の誘導電圧を生み出し、かつ回転子の位置の推定値を得ることを可能にする。
【００１１】
自動車のパワートレーンに対する適用の場合、負荷のない回転子の回転は、回転子をトランスミッションから切断するか、又は車輪を自由に回転させるように車両を持ち上げるかのいずれかを含む。
【００１２】
新しいパワートレーンを最初に使用する場合において、又は電気機械、角度位置センサ、若しくは電流を制御するためのシステムの交換に後に、位置測定オフセットの決定を実行することが必要である。これが省略され又は正しく実行されない場合、モータは、任意の駆動トルクを生み出すことができず、又は意図されるのと反対方向のトルクを生み出すことさえあり、それは望ましくなく、かつ潜在的に危険な効果をもたらす。
【００１３】
それ故、実施することがより単純な回転子及び固定子の間の角度オフセットを決定するための方法の必要性が存在する。
【００１４】
本発明は、自動車に電力を供給する電気機械の回転子及び固定子の間の角度オフセットを決定するための方法に関し、回転子には、回転子の励磁電流及び電圧が、固定子には、３相の固定子の相電流及び電圧が供給される。この方法は、以下のステップを備える。電気機械が静止していることを確認し、回転子の部分的な磁化をもたらすことができる一定の継続時間に対して、回転子の励磁信号を適用し、回転子の機敏で急速な非磁化をもたらすことができる回転子の非励磁信号を適用し、一方、非磁化の間に固定子の相電流を測定し、かつ固定子の位相間のゼロ電圧を維持する。その後、Ｐａｒｋ−Ｃｌａｒｋｅの変圧を適用することによって、かつ回転子の電気的な位置の測定値の関数として測定される、固定子の相電流に対応し、直接固定子電流及び直角位相固定子電流を決定し、直接固定子電流及び直角位相固定子電流のうちの最大値を決定し、直角位相固定子電流の最大値の絶対値が、閾値よりも大きい場合に角度設定故障信号を送信し、かつ直角位相固定子電流の最大値、及び直接固定子電流の最大値の比の逆正接を計算することによって、ラジアンにおける角度オフセット補正を決定する。
【００１５】
回転子の部分的な磁化は、磁化の閾値電流よりも大きい、回転子の励磁電流の出現をもたらすことによって、実行され得る。
【００１６】
回転子の非磁化は、非磁化の閾値以下への回転子の励磁電流の低減により実行され得る。
【００１７】
回転子の励磁信号及び回転子の非励磁信号は、回転子の励磁電流又は回転子の励磁電圧であり得る。
【００１８】
回転子の励磁信号及び回転子の非励磁信号は、矩形状、三角形状、正弦曲線状、又はＤｉｒａｃ形状のパターンのうちから選ばれるパターンを形成する。
【００１９】
回転子の励磁電流がゼロである場合、非磁化の終わりにおいて、直接固定子電流の最大値及び直角位相固定子電流の最大値が決定され得る。
【００２０】
回転子の励磁電流が最大である場合、非磁化の始めにおいて、直接固定子電流の最大値及び直角位相固定子電流の最大値が決定され得る。
【００２１】
回転子の励磁電流の勾配が最大となる、回転子の励磁電流又は電圧のプロフィールの途中の好適な瞬間において、直接固定子電流の最大値及び直角位相電流の最大値が決定され得る。
【００２２】
本方法は、回転子の回転又はトルクの発生を必要としないので、ユーザにとって完全に透過的であるという利点を有する。
【００２３】
この方法はまた、先行技術に関して説明される、一般に使用される従来の手順が、１分を超える時間を必要とする一方で、約３００から４００ミリ秒の間に実行されることが可能なので、迅速である。
【００２４】
この方法は、必要とされる全ての装置が、すでにモータの制御システム中に存在するので、その実装において任意の余剰の費用を伴わない。
【００２５】
本方法は、任意の開始の前に体系的に実行されることができるので、それ故、回転子の位置を測定するための装置の角度設定誤差のリスクを消去する。そのような体系的な処理は、先行技術の方法においては不可能である。
【００２６】
他の目的、特性、及び利点は、単に非限定的な実施例として与えられ、かつ添付の図面とともに提供される、以下の説明を読むことによって、明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本方法の主要なステップを図解している。
【図２】図２は、電気機械の様々な基準座標及び角度を図解している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
導入部において見られるように、電気機械は、固定子、すなわち機械の固定部分、及び回転子、すなわち、出力軸に接続され、かつ生み出される機械的なトルクを伝達することを可能にする回転部分を備える。
【００２９】
固定子は、固定子電流が流れ、かつ回転子の上にクローズ（ｃｌｏｓｅｄ）されるために、固定子の本体によってガイドされる磁束を生み出す、巻き線を備える。
【００３０】
回転子は、回転子の励磁電流が流れ、かつ固定子の上にクローズ（ｃｌｏｓｅｄ）されるために、回転子の本体によってガイドされる励磁磁束を生み出す、巻き線を備える。
【００３１】
本発明が関連する自動車のモータは、巻線形回転子を有する同期機である。
【００３２】
先行技術にしたがって、Ｆｒｅｓｎｅｌダイヤグラムによる磁束及び電流のベクトル表現は、機械の良いモデルを提供する。採用される基準座標系は、回転子に固定される回転基準座標系である。回転子の巻き線の軸は、「直接」すなわちｄとして表示されている。直角位相における軸は、ｑとして表示されている。
【００３３】
固定子電流は、電流ベクトル
2015532079.tif 000002
、すなわち回転基準座標系
2015532079.tif 000003
の中の構成要素ｉｄ及びｉｑを有する固定ベクトルによって表現される。直接固定子電流ｉｄ及び直角位相固定子電流ｉｑは、固定子の相電流（ｉＡ、ｉＢ、及びｉＣ）、及びＰａｒｋ−Ｃｌａｒｋｅの変圧の手段による電気的な位置Θの測定値に基づいて得られる。回転子の励磁電流は、軸ｄと共線的なベクトル
2015532079.tif 000004
によって表現される。
【００３４】
固定子電流
2015532079.tif 000005
及び回転子電流
2015532079.tif 000006
は、固定子の巻き線を通る磁束
2015532079.tif 000007
及び回転子の巻き線を通る磁束
2015532079.tif 000008
を生み出す。固定子電流は、制御システムによって生み出される位相の間の電圧から生じる電圧ベクトル
2015532079.tif 000009
により発生される。回転子の励磁電流は、励磁制御システムによって生み出される回転子の非励磁電圧Ｖｆにより発生される。
【００３５】
機械のベクトル電気方程式は、以下のものである。すなわち、固定子に対して、
2015532079.tif 000010
及び、回転子に対して、
2015532079.tif 000011
ここで、Ｒｓは位相が中立的な固定子の抵抗であり、かつＲｆは回転子の巻き線の抵抗である。
【００３６】
電流ベクトル
2015532079.tif 000012
は電流ｉｄ及びｉｑに分解されることができるので、電圧ベクトル
2015532079.tif 000013
もまた同様に構成要素Ｖｄ及びＶｑに分解されることができ、磁束
2015532079.tif 000014
もまた磁束Φｄ及び磁束Φｑに分解されることができる。
【００３７】
それによって、以下の方程式のシステムが得られる。すなわち、
2015532079.tif 000015
ここで、ωは、機械の角振動数（角速度にポールペア（ｐｏｌｅ  ｐａｉｒｓ）の数をかけたもの）である。
【００３８】
低い電流において、磁束のレベルは低く、かつ機械は磁気的に飽和していないので、これらの方程式は線形化することができる。それによって、以下の方程式が得られる。すなわち、
2015532079.tif 000016
【００３９】
特に、ゼロの速度（ω＝０）において、かつＶｄ＝Ｖｑ＝０の場合、式４は以下のものとなる。すなわち、
2015532079.tif 000017
【００４０】
ｉｑがｉｆに依存しない、ということは注意されるべきである。それ故、ｉｆにおける変化は、ｉｄを変化させるがｉｑは変化させない。
【００４１】
それ故、決定法は、機械が静止し
2015532079.tif 000018
かつ固定子の電圧がゼロ
2015532079.tif 000019
の場合、電流ｉｆにおける急速な変化を実行することにある。このことは、例えばステップパターンなどのパターンにしたがって電圧Ｖｆを制御することによって得られる。この制御の効果は、回転子の急速な非磁化によってフォローされる回転子の磁化であり、それは、固定子の中に誘導電流の出現をもたらす。
【００４２】
電流に対する微分方程式（式５）を積分することによって、測定された相電流に基づいて得られる電流ｉｄ、ｉｑに対して、Ｐａｒｋ−Ｃｌａｒｋｅの変圧の後に、不変の電流ｉｑは、位置測定オフセットが正しく学習された場合に得られ、かつ電流ｉｑは逆の場合にｉｄに比例する。そして、電流ｉｑにおける変化を観察することによって、例えば電流ｉｑを保存されている検出閾値と比較することによって、オフセットの決定の分析を実行することが可能である。すなわち、電流ｉｑが非磁化の間にこの閾値を超える場合、角度設定故障信号の有効化が、始動される。
【００４３】
その後、位置測定オフセット（アークの程度におけるΔΘ）の実際の値は、ｉｄ及びｉｑの最大電流値を取得することによって得られることができ、それらは、回転子の急速な非磁化の時間においてｉｄ＿ｄｒ及びｉｑ＿ｄｒとして表示され、その時間は、瞬間ｔのｄｒとして表示され、かつ以下の式を適用する。すなわち、
2015532079.tif 000020
【００４４】
回転子及び固定子の間の角度オフセットを決定するための方法は、以下のステップを含み、それらは、単一の図面によって図解される。
【００４５】
第１のステップ１の間に、方法が初期化される。この目的に対して、回転速度の絶対値
2015532079.tif 000021
は閾値
2015532079.tif 000022
未満であるという事実が、確認される。代替的に、方法は、機械の制御システムが初期化される毎に初期化され、又は例えば保守のオペレーションの後などの特定のトリガ条件の下においてのみ初期化される。
【００４６】
第２のステップ２の間に、励磁電圧Ｖｆの適用が回転子の部分的な磁化をもたらすことができる継続時間に対して制御される。すなわち、磁化閾値電流を超える電流ｉｆの出現をもたらす。例えば、Ｖｆ＝３０ボルトが、０．３秒の間、適用される。
【００４７】
ステップ２の継続時間の終わりの直後に、第３のステップ３の間、回転子の機敏で急速な非磁化をもたらすことができる新しい電圧Ｖｆ、すなわち、非磁化の閾値の下への電流ｉｆの低減が適用される。例えば、Ｖｆ＝−Ｖｂａｔが適用され、ここで、Ｖｂａｔはバッテリ電圧である。
【００４８】
ｉｆにおける急速な変化は、式５によって予測されるように、軸ｄに沿ってのみ固定子の中の電流を誘導する。
【００４９】
電圧Ｖｆ、又は電流の設定値ｉｆに適用される矩形波の変化は、固定子の中の電流の誘導をもたらすことができる、励磁電流における変化から成る任意のパターンによって、置き代えられることができる。三角形状、正弦曲線状、又はＤｉｒａｃ形状の変化が、特に挙げられるだろう。
【００５０】
代替的に、回転子の磁化及び非磁化は、電圧Ｖｆよりもむしろ励磁電流ｉｆを制御することによって実行される。このことは、オフセットの決定を加速する一方で、電流のプロフィールのより良い再現性という利点を有する。
【００５１】
さらに、固定子の相電流ｉＡ、ｉＢ、及びｉＣは、非磁化期間の間に測定される。
【００５２】
ステップ２及び３の間に、電圧が、誘導固定子電流の位相によるルーピング（ｌｏｏｐｉｎｇ）を得るために、固定子のゼロ位相の間に適用される。
【００５３】
第４のステップ４の間に、Ｐａｒｋ−Ｃｌａｒｋｅの変圧が、測定されるＰａｒｋ電流ｉｄ及びｉｑを得るために、回転子θｅの電気的な位置測定値の関数として、測定される電流に適用される。
【００５４】
Ｐａｒｋ−Ｃｌａｒｋｅの変圧の表現は、以下のようになることが思い出されるべきである。すなわち、
2015532079.tif 000023
【００５５】
さらに第４のステップの間に、電流ｉｄ及びｉｑの測定値のうちの最大値が決定される。これらの最大値は、値ｉｄ＿ｄｒ及びｉｑ＿ｄｒとして測定される。最大電流は、回転子の励磁電流の勾配が、その最大値となるときに到達する。このことは、例えば、電流ｉｆがゼロに到達するとき、すなわち非磁化の終わりにおいて生じ得る。
【００５６】
第５のステップ５の間に、ｉｑ＿ｄｒの値は、閾値ｉｑ＿ｍａｘと比較される。
【００５７】
比較、｜ｉｑ＿ｄｒ｜＜ｉｑ＿ｍａｘが満足される場合、設定誤差は生じない。方法は、制御システムを承認し、モータの機能モードが入力されることを可能にするステップ６において終了する。
【００５８】
逆の場合において、角度設定故障信号が送信される。この故障は、固定子に関する回転子の実際の位置に関して測定された、絶対角度位置の不十分な角度設定を表現する。この不十分な設定の結果は、固定子電流の不十分な位相整合であり、かつそれ故、固定子の磁束の不十分な位相整合であり、そのことは、機械的なトルクの不十分な生成、又は機械の回転方向の反転さえもたらす。
【００５９】
その後、方法は、ステップ７へと続き、その間に、式６を適用することによって、角度オフセットΔΘの補正が決定され、オフセットの補正値が送信される。代替的に、第８のステップ８の間に、位置測定オフセットθｏの補正値θｏ_ｃｏｒｒが、以下のやり方で決定される。すなわち、
2015532079.tif 000024
【００６０】
補正されたオフセットθｏ_ｃｏｒｒが、以下のやり方で適用される。すなわち
2015532079.tif 000025
ここで、θｒａｗは、角度設定なしに測定装置によって提供される、加工されていない位置測定値であり、かつθｅは、絶対角度位置の値である。
【００６１】
オフセットθｏの補正が、非磁化の間に誘導される固定子電流の測定値に基づいて計算されることは注意されるべきである。また、磁化の間に測定される固定子電流に基づいて、オフセットの補正を計算することも可能である。この場合において、これらの電流の最大値は、電流ｉｆの勾配が最大となる場合に、一連の出来事の始めにおいて得られ、又は例えば、電流ｉｆの勾配が調整可能な所定の閾値とクロス（ｃｒｏｓｓｅｓ）するときに得られる。
【図１】
2015532079.tif 000026
【図２】
2015532079.tif 000027
【国際調査報告】
2015532079.tif 000028
2015532079.tif 000029
2015532079.tif 000030
2015532079.tif 000031