(57)【要約】  本発明は、自動車両が装備され、前記車両の推進に寄与する電気機械への電力供給を制御するためのシステムであって、制御システムは、入力時に、電気機械（２）の回転子（２ａ）の温度を推定するための手段（１０）に、および前記電気機械（２）の固定子（２ｂ）の温度を測定する温度センサ（１１）に接続される、システムに関連する。前記制御システムは、電気機械供給電流を、前記制御システムへの入力時に受信されるトルク要求値および回転速度要求値に基づき決定することができる一組の値を含むマップを含み、  前記制御システムはまた、前記マップを選択することができる切り替え手段（９）も備え、前記マップの供給電流信号は、前記回転子の前記温度を推定する前記手段（１０）からの信号、および固定子温度センサ（１１）からの信号に基づき、前記電気機械（２）に送信される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車両に装備され、前記車両の推進に寄与する電気機械への電力の供給を制御するためのシステムであって、
制御システム（１）は、入力において、電気機械（２）の回転子（２ａ）の温度を推定するための推定手段（１０）と、前記電気機械（２）の固定子（２ｂ）の温度を測定する温度センサ（１１）とに接続されており、
前記制御システムは、電気損失を制限するために最適化される第１の電流マップ（６）、前記回転子の損失を減少させ前記固定子の損失を増加させるために最適化される第２の電流マップ（７）、および前記回転子の損失を増加させ前記固定子の損失を減少させるために最適化される第３の電流マップ（８）を備え、前記マップは、前記制御システムへの入力において受信されるトルク要求値および回転速度要求値に基づいて電気機械供給電流を決定することを可能にする一組の値を含むことを特徴とし、
前記制御システムは、前記マップを選択することができる切り替え手段（９）をさらに備え、前記マップの供給電流信号は、前記回転子の前記温度を推定する前記手段（１０）からの信号と、前記固定子の温度センサ（１１）からの信号とに基づいて、前記電気機械（２）に送信される、システム。
【請求項２】
トルク要求信号に基づいて前記マップからの前記信号の送信を遅延させることができる時間遅延手段を備える、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
自動車両に装備され、前記車両の推進に寄与する電気機械への電力の供給を制御するための方法であって、
前記電気機械は、温度を推定する手段が設けられる回転子と、温度センサが設けられる固定子とを備え、
前記方法は、
電気機械のトルクおよび回転速度要求を受信するステップ（２０）、
固定子の温度および回転子の温度を決定するステップ（２１）、
前記固定子の前記温度と前記回転子の前記温度との差を決定するステップ（２２）、
前記トルクおよび回転速度要求を満たす少なくとも２つの電気機械供給電流値を決定するステップ、
前記回転子温度が第１の閾値の値を上回り、前記回転子温度と前記固定子温度との前記差が第２の閾値の値を上回る場合に、選択される値が、前記回転子の損失を減少させ前記固定子の損失を増加させるために最適化される前記電気機械供給電流からの値であるように、前記固定子の前記温度および前記回転子の前記温度に基づいて供給電流値を選択するステップ、ならびに
前記選択された値を、前記電気機械に向かって送信するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
前記固定子温度が第３の閾値の値を上回り、前記固定子温度と前記回転子温度との前記差が第５の閾値の値を上回る場合、前記選択される値は、前記回転子の損失を増加させ前記固定子の損失を減少させるために最適化される前記電気機械供給電流からの値である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記回転子温度と前記固定子温度との前記差が前記第２の閾値の値を下回る場合、前記選択される値は、電気損失を制限するために最適化される電気機械供給電流からの値である、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記電気機械供給電流値の送信を、トルク要求が第５の閾値の値を下回ると判定されるまで延期する、請求項３から５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】
本発明の技術分野は、電気モーターへの電力供給であり、より具体的には、電力リミッタにより保護される電力モーターへの電力供給である。
【背景技術】
【０００２】
電気機械は、概して、回転子と呼ばれる可動部分、および固定子と呼ばれる固定部分を備える。回転子は、固定子および回転子を介する電流の循環により発生する磁力によって、運転中に設定される。内燃機関と競合するために、電気機械の動力が、近年大幅に増加している。しかし、回転子および固定子を介する電流の循環は、ジュール効果により加熱を引き起こす。電気機械の制御の中で、固定子および回転子の温度は、損傷を防止するために監視される。閾値温度を超えると、電力は、回転子または固定子が損傷を被る温度未満の状態を維持するように、制限される。ゆえに、温度が閾値を超えて上昇すればするほど、ますます電力は縮小される。しかし、回転子のみまたは固定子のみが加熱の対象となり、他の一方はその閾値温度未満であるということが起こりうる。電気機械の動力は、回転子を介する電力循環および固定子を介する電力循環によって決まるので、これらのいずれかの縮小も、電気機械の電力全体の縮小につながる。
【０００３】
回転子および固定子の加熱に非対称性が存在する状況を制限することができる、電気機械制御システムが必要とされる。
【０００４】
以下の文献が先行技術に既知である。
【０００５】
文献ＷＯ２００９００３４７８は、構成要素の温度が臨界閾値を超えた場合に電力を制限する方法を教示する。
【０００６】
文献ＵＳ２００６０８７７８９は、（リラクタンス）モーターが一定温度を超えて加熱される場合に固定子制御回路のスイッチが切られるシステムを記載している。
【０００７】
文献ＲＵ２００３１３２７８３は、構成要素を冷却するためのファンに基づく空気冷却の電子制御について記載している。
【０００８】
文献ＵＳ３５５５３５６は、構成要素を過熱から保護するために電流を制限するための個々の電子システムを開示している。
【０００９】
文献ＷＯ２０１１４０８４５は、回転子温度が温度閾値を超えたときに回転子の端子における電圧または回転子電流を低減することを教示している。
【００１０】
文献ＧＢ２４７８３６１は、モータートルク設定値の制限を、モーターの構成要素のうちの１つの温度の正確な機能として使用して、モーターをその構成要素の過熱から保護するためのシステムであって、この構成要素は、回転子の磁石または固定子のコイルとなりうる、システムを記載している。
【００１１】
文献ＪＰ１２７４６８５は、モーターをその構成要素の過熱から保護するためのシステムであって、モーターの固定子と回転子との温度差が、トルク設定値を決定する際に考慮される、システムを記載している。
【００１２】
引用文献のいずれもが、回転子の加熱と固定子の加熱との間の非対称性に有効となりえない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、回転子および固定子を損傷から保護するために、電力制限の開始を遅延させるまたは排除するように、回転子と固定子との間の加熱の差を縮小することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
自動車両に装備される電気機械への電力供給を制御するためのシステムであって、入力において、電気機械の回転子の温度を推定するための推定手段、および前記電気機械の固定子の温度を測定する温度センサへ接続される制御システムが提案される。前記制御システムは、電気損失を制限するために最適化される第１の電流マップ、前記回転子の損失を減少させ前記固定子の損失を増加させるために最適化される第２の電流マップ、および前記回転子の損失を増加させ前記固定子の損失を減少させるために最適化される第３の電流マップを備え、前記マップは、電気機械供給電流を、前記制御システムへの入力において受信されるトルク要求値および回転速度要求値に基づいて決定することを可能にする一組の値を含み、前記制御システムは、前記マップを選択することができる切り替え手段も備え、前記マップの供給電流信号は、前記回転子の前記温度を推定する前記手段からの信号、および固定子温度センサからの信号に基づき、前記電気機械に送信される。
【００１５】
前記制御システムは、トルク要求信号に基づき、前記マップからの信号の送信、または前記第３のマップの送信を遅延させることができる時間遅延手段を備えることができる。そのような制御システムは、マップを変更するときに変動を回避するという利点を提供する。
【００１６】
また、自動車両に装備されて前記車両の推進に寄与する電気機械への電力供給を制御するための方法であって、前記電気機械は、温度を推定する手段が設けられる回転子、および温度センサが設けられる固定子を備える、方法が提案される。前記方法は、
電気機械トルクおよび回転速度要求が受信されるステップ、
固定子の温度および回転子の温度が決定されるステップ、
前記固定子の前記温度と前記回転子の前記温度との差が決定されるステップ、
前記トルクおよび回転速度要求を満たす少なくとも２つの電気機械供給電流値が決定されるステップ、
供給電流値が、前記固定子の前記温度および前記回転子の前記温度に基づき選択されるステップ、ならびに
前記選択された値が、前記電気機械に向かって送信されるステップ
を含む。
【００１７】
前記回転子温度が第１の閾値の値を上回り、前記回転子温度と前記固定子温度との前記差が第２の閾値の値を上回る場合に、選択された値が、前記回転子の損失を減少させ前記固定子の損失を増加させるために最適化される前記電気機械供給電流からの値となりうる。
【００１８】
前記固定子温度が第３の閾値Ｓ３の値を上回り、前記固定子温度と前記回転子温度との前記差が第４の閾値Ｓ４の値を上回る場合に、選択された値が、前記回転子の損失を増加させ前記固定子の損失を減少させるために最適化される前記電気機械供給電流からの値となりうる。
【００１９】
前記回転子温度と前記固定子温度との前記差が前記第２の閾値の値を下回る場合に、前記選択された値は、電気損失を制限するために最適化される電気機械供給電流からの値となりうる。
【００２０】
前記電気機械供給電流値の送信は、トルク要求が第５の閾値Ｓ５の値を下回ると判定されるまで延期することができる。
【００２１】
さらなる目的、特徴および利点は、添付の図面を参照し、単に非限定的な例として与えられた以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】電力供給制御システムの主要な要素を示す。
【図２】電力供給を制御するための方法における主要なステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
巻線型回転子同期電気機械は、電気機械の位相に供給される制御電流によって決まるトルクを、所定の回転速度で生成する。回転子電流はＩｆで示され、固定子にはＩｄおよびＩｑで示される２つの電流が供給されることが想起されるだろう。所定のトルク値を達成できる非常に多くの電流トリプレット（Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉｆ）がある。選ばれたトリプレットは、基準モードでは、一般に、最小の電気損失を生成するものである。しかし、他のトリプレットは、回転子または固定子で熱の放出を制限すると同時に、同一のトルクを生成するために使用することができる。
【００２４】
また、固定子の温度と回転子の温度との間に生じうる不均衡を補償することによって、より一般的に「温度ディレーティング」と呼ばれる、電力に対する温度誘導制限の始動を回避することができる。
【００２５】
図１は、回転子２ａおよび固定子２ｂを備える電気機械２への電力供給を制御するための制御システム１を示す。
【００２６】
電気機械への電力供給を制御するためのシステム１は、電気機械のトルク設定値および回転速度設定値を決定することができる電気機械の電力を制御するためのシステムへの入力に接続される。電力供給制御システム１は、入力において、回転子２ａの温度を推定する手段１０、および固定子２ｂの温度を測定する温度センサ１１にも接続される。
【００２７】
電力供給制御システム１は、スイッチ３にも接続することができる。
【００２８】
電力供給制御システム１は、トルク設定値を搬送する第１の入力接続４、および回転速度を搬送する第２の入力接続５を備える。電力供給制御システム１は、電気損失を制限するために最適化される電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉｆの第１のマップ６、回転子の損失を減少させ固定子の損失を増加させるために最適化される電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉｆの第２のマップ７、および回転子の損失を増加させ固定子の損失を減少させるために最適化される電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉｆの第３のマップ８を備える。マップは、電気機械の電力供給位相電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉｆを、トルクＴおよび回転速度Ｎの要求された値に割り当てることができる、１組の値を含む。
【００２９】
第１のマップは、入力において、分岐４ａにより第１の入力接続４へ、および分岐５ａにより第２の入力接続５へ、接続される。同様に、第２のマップは、入力において、分岐４ｂにより第１の入力接続４に、および分岐５ｂにより第２の入力接続５に接続され、第３のマップは、入力において、分岐４ｃにより第１の入力接続４に、および分岐５ｃにより第２の入力接続５に接続される。
【００３０】
電力供給制御システム１は、入力において、接続６ａにより第１のマップ６に、接続７ａにより第２のマップ７に、および接続８ａにより第３のマップ８に接続される切り換え手段９をさらに備える。切り換え手段９は、入力において、接続１０ａにより推定手段１０に、および接続１１ａによりセンサ１１にさらに接続される。切り換え手段９は、入力において、接続３ａによりスイッチ３にも接続される。スイッチ３は、二状態論理信号を発する制御手段とすることができる。
【００３１】
切り換え手段９は、出力において、接続１２ａにより、電気機械の回転子および固定子の電圧制御の手段１２に接続される。
【００３２】
動作中に、切り換え手段９は、接続１０ａ、１０ｂおよび３ａで受信される信号に基づき、接続６ａ、７ａおよび８ａのうちのどれかと通信する接続１２ａを配置する。
【００３３】
デフォルトでは、切り換え手段９は、電気機械の回転子および固定子への電力供給を制御する手段１２に向かう出力において、入力接続４、５で受信されるトルクＴ要求および回転速度Ｎ要求に基づき、第１のマップ６により決定される電気機械位相供給電流値を送信する。
【００３４】
切り換え手段９は、接続３ａを介して作動信号を受信するとすぐに、回転子および固定子の温度の監視を開始する。
【００３５】
切り換え手段９は、接続１０ａで受信される回転子温度Ｔｒｏｔが第１の閾値Ｓ１を上回るかどうか、および接続１１ａで受信される前記回転子温度Ｔｒｏｔと固定子温度Ｔｓｔａｔとの差が第２の閾値Ｓ２の値を上回るかどうかを判定し、接続１２ａを接続７ａと通信状態にする。例えば８２℃の第１の閾値Ｓ１の値、および例えば３０℃の第２の閾値Ｓ２の値は、事前に決定され、切り換え手段９のメモリに保存される。ゆえに、切り換え手段９は、出力から、電力供給制御手段１２の電気機械回転子および固定子に向かって、入力接続４、５で受信されるトルクＴおよび回転速度Ｎ要求に基づいて第２のマップ７により決定される電気機械位相供給電流値を送信する。それには、回転子の電流を減少させ、固定子の電流を増加させる効果がある。電気機械の全体的な電力は維持されるが、回転子温度の上昇は遅くなるか、または停止する。電力制限の開始は、ゆえに延期または回避される。
【００３６】
固定子温度Ｔｓｔａｔが、例えば９６℃などの第３の閾値Ｓ３を上回り、固定子温度Ｔｓｔａｔと回転子温度Ｔｒｏｔとの差が、例えば３０℃などの第４の閾値４Ｓを上回る場合に、切り換え手段９は、接続１２ａを接続８ａと通信状態にする。ゆえに、切り換え手段９は、電気機械回転子および固定子電力供給制御手段１２に向かう出力時に、入力接続４および５で受信されるトルクＴおよび回転速度Ｎ要求に基づき、第３のマップ８により決定される電気機械位相供給電流値を送信する。それには、固定子の電流を減少させ、回転子の電流を増加させる効果がある。電気機械の全体的な電力は維持されるが、固定子温度の上昇は、遅くなるまたは停止する。電力制限の開始は、ゆえに延期または回避される。
【００３７】
第１の閾値Ｓ１および第３の閾値Ｓ３の値は、回転子および固定子の構造および性能次第で、同一の値または異なる値を有する。同じことが、第２の閾値Ｓ２および第４の閾値Ｓ４の値に当てはまる。
【００３８】
切り替え手段９は、第２のマップのまたは第３のマップの作動条件が満たされなくなった場合に、接続１２を、第１のマップ６と通信する状態に戻すこともできる。
【００３９】
別の方法では、第２のマップまたは第３のマップの作動条件を定義する式が満たさなければならない閾値以外の閾値を提供してもよい。ゆえに、２つのマップ間の切り替えを管理する式から導き出された値が閾値に近いとき、第１のマップの使用と第２または第３のマップのうちのどちらかの使用との間で前後を切り替えることにより生じる変動を制限するヒステリシスの程度を定義することができる。例えば、閾値Ｓ１からＳ４までの値における１０℃の差は、ヒステリシスの程度を定義するために、考慮される。
【００４０】
第２または第３のマップの使用は、電気損失を制限するために最適化されていない電気機械位相供給電流の使用を伴う。つまり、それは、車両範囲の縮小を意味するが、達成可能なトルクを最大に維持しつつ、電気機械を保護することができる。それは、スポット加熱中に特に有利である。
【００４１】
しかしながら、回転子の温度および固定子の温度が非常に近い場合には、回転子または固定子の電力制限への戻りが高速化する傾向を有することが考えられるので、電力供給制御システム１はもはや作動されない。これは、もし制御システムが作動されれば、回転子または固定子の温度が容易に上昇し、ゆえに電力制限が作動する前の時間が短縮されるからである。
【００４２】
モードを変更するときの変動を避けるために、トルク要求が低いときにのみマップの変更を考慮することも可能である。ゆえに、マップの変更条件が満たされたときには、変更は、アクセルペダルの次の「持ち上げ（ｌｉｆｔｉｎｇ）」まで遅延される。これは、モーターへの高い要求（特に高トルク）がある場合に温度は上昇するが、短時間の足の持ち上げでは、トルク要求をトルク閾値未満に戻せる元の温度まで低下する時間がないため、可能である。
【００４３】
図２に示される電気機械の回転子および固定子への電力供給を制御するための方法は、以下のステップを含む。
【００４４】
第１のステップ２０中に、電気機械２のトルクＴおよび回転速度Ｎの設定値が受信される。ステップ２１中に、固定子温度Ｔｓｔａｔおよび回転子温度Ｔｒｏｔが決定される。次に、固定子温度Ｔｓｔａｔと回転子温度Ｔｒｏｔとの差が、ステップ２２中に決定される。
【００４５】
ステップ２３中に、回転子温度Ｔｒｏｔが第２の閾値を上回り、回転子温度Ｔｒｏｔと固定子温度との差が第３の閾値を上回る場合に、方法はステップ２４に進み、そこで、回転子の損失を減少させ固定子の損失を増加させるために最適化される電気機械電力供給位相電流値が送信され、そうでない場合、方法はステップ２５に進む。
【００４６】
ステップ２５中に、固定子温度Ｔｓｔａｔが第３の閾値Ｓ３を上回り、固定子温度Ｔｓｔａｔと回転子温度Ｔｒｏｔとの差が第４の閾値Ｓ４を上回る場合に、方法はステップ２６に進み、そこで、回転子の損失を増加させ固定子の損失を減少させるために最適化される電気機械電力供給位相電流値が送信され、そうでない場合、方法はステップ２７に進む。
【００４７】
ステップ２７中に、電気損失を制限するために最適化される電気機械電力供給位相電流値が送信される。
【００４８】
方法は、新たな値がステップ２０で受信される、またはステップ２１で測定されるとすぐに、繰り返される。
【００４９】
ステップ２４の条件が満たされている限り、ステップ２５は継続する。同様に、ステップ２５の条件が満たされている限り、ステップ２６は継続する。
【００５０】
回転子の温度と固定子の温度との差が第２の閾値Ｓ２および第４の閾値Ｓ４の値を下回る場合には、ステップ２２からステップ２７まで直通することも可能である。
【００５１】
ステップ２４および２６の直後にそれぞれステップ２４ａおよび２６ａが設けられてもよく、これらのステップ中に、回転子温度および固定子温度、ならびに回転子温度と固定子温度との差が、ステップ２３および２５の閾値と異なる閾値とそれぞれ比較される。異なる閾値により、変動する動作を制限するヒステリシスを導入することができる。
【００５２】
ステップ２３と２４との間、ならびにステップ２５と２６との間に、それぞれ時間遅延ステップ２３ａおよび２５ａが設けられてもよい。ステップ２３および２５の条件がいったん満たされると、時間遅延ステップ２３ａおよび２５ａはそれぞれ、トルク要求が第５の閾値の値未満、例えば１０Ｎｍであることが検出されるまで、ステップ２４および２６の作動を延期する。
【００５３】
以上で示された閾値は、電気機械により、ならびに使用される測定システムおよび推定システム（温度測定システムの精度、温度差など）により、適合することができる。様々な閾値の範囲は、以下のように定義することができる。
【００５４】
第１の閾値Ｓ１の値は、１６０℃の最大回転子温度について、４０℃から１２０℃まで変化する範囲に含まれ得る。
【００５５】
第２の閾値Ｓ２の値は、０℃から５０℃まで変化する範囲に含まれ得る。
【００５６】
第３の閾値Ｓ３の値は、１８０℃の最大固定子温度について、５０℃から１４０℃まで変化する範囲に含まれ得る。
【００５７】
第４の閾値Ｓ４の値は、０℃から５０℃まで変化する範囲に含まれ得る。
【００５８】
第５の閾値Ｓ５の値は、０Ｎｍから電気機械の最大トルクの値、例えば２２０Ｎｍまで変化する範囲に含まれ得る。
【００５９】
本発明の制御システムおよび方法により、過度の温度上昇に固有の電力制限を遅延させるために、電気機械の回転子と固定子との温度差を制限することができる。回転子および固定子の損失を最適化する電気機械位相供給電流値を使用すれば、モーター電力が通常減少する状況における範囲を犠牲にして、ドライバーからのトルク要求を満たすことができる。
【図１】
2015525049.tif 000003
【図２】
2015525049.tif 000004
【国際調査報告】
2015525049.tif 000005
2015525049.tif 000006
2015525049.tif 000007
2015525049.tif 000008