控制耦接到熱引擎的可逆電機的方法、適於實施該方法的引擎、及其使用的製作方法

2024-01-28 01:53:15

專利名稱：控制耦接到熱引擎的可逆電機的方法、適於實施該方法的引擎、及其使用的製作方法
技術領域：
本發明涉及 一 種用於控制耦接到熱引擎的可逆電機的方法，所述熱引擎 諸如機車的交流發電機起動器，具體地汽車的交流發電機起動器。
本發明還涉及適於實施該方法的引擎、以及該方法在該引擎的不同運行 階段中的使用。
背景技術：
為了節能和保護環境的目的，意欲將自動起動/停止系統普遍安裝於汽車中。
在某些情況下，這些系統的運行原理在於在機車本身靜止時使熱引擎 完全停止，然後例如作為被解釋為請求重新起動的驅動器動作的結果重新起 動熱引擎。
與由或多或少較完美的電動機形成的傳統起動器相反，在這些"停止和 前進，，系統中使用的電機通常是可逆的，即，能夠作用為起動器或交流發電
以類似方式，例如，交流發電機/起動器或者連結到熱引擎的飛輪(與其 集成在一起)、或者由機軸通過皮帶輪和皮帶的傳動來使其開始旋轉。
在以適當方式控制給各相提供的電流的過程中，根據所需的運行模式， 來優化交流發電機/起動器(通常是多相電機)的特性。
在法國專利申請FR2854746中描述了用於控制具有熱引擎的汽車的旋轉 多相可逆電機的方法的 一個例子。
在該文獻中描述的控制方法允許在電機用作電動機(起動器模式或輔助 電機模式)時獲得隨電機的旋轉速度(包括高速)而定的最優轉矩。
然而，在該方法中，勵磁電流是恆定的，且等於在起動期間施加的額定 電流，即，當發現速度升高越多時，利用最大勵磁電流來使轉矩或輸出最大 化就越不4、適。
因此，所描述的方法不是完全適合於汽車中的交流發電機-起動器的新應用，諸如動態輔助(例如，在超速期間電機獲得臨時額外功率)，或者為了 限制電機供應給其機械耦接的熱引擎的轉矩的轉矩振動，隨之將熱引擎處於 停止階段，其中，所述振動對於所有引擎速度都要求精確的適應性。

發明內容
因此，本發明旨在改善具體用於自動起動/停止系統的電機的實際控制。 更具體地涉及一種用於控制耦接至熱引擎的可逆電機的方法，該電機包
括由勵磁電流供電的場繞組、以及包括多個由相電流供電的相繞組的電樞。 根據本發明的方法的顯著之處在於根據該電機的瞬時旋轉速度以及熱
引擎的轉矩，來控制該電機的勵磁電流。
在該方法中，有利地，該勵/磁電流具有以下特點
-當熱引擎的轉矩為阻尼的且瞬時速度比第一預定旋轉速度慢時，該勵 磁電流等於預定額定電流；
-當熱引擎的轉矩為驅動的或瞬時速度比該第一速度快時，該勵》茲電流
小於該額定電 流。
優選地，當熱引擎的轉矩為驅動的且瞬時速度比第二預定旋轉速度快時， 勵磁電流基本上等於與電機的最佳輸出相對應的最佳電流。
還優選地，當電機的瞬時旋轉速度介於第一速度和第二速度之間時，該 勵磁電流等於介於額定電流和最佳電流之間的中間電流。
有利的是控制勵磁電流和相電流，使得
-當瞬時速度比第一速度慢時，該電機轉矩處於其最大值且基本恆定； -當瞬時速度從第一速度開始提高到第二速度時，該電機轉矩是驅動的 且是漸減的；
-當瞬時速度提高到與熱引擎的最大速度相對應的第三速度時，該電機 轉矩保持驅動。
根據本發明的方法，優選地，根據該熱引擎的運行參數來確定該熱引擎 的轉矩。
本發明還涉及一種適於實施上述方法的引擎，該類型的引擎包括 -熱引擎，其連結到傳輸該引擎的運行參數的電子接口箱； -可逆電機，其包括耦接到該引擎的轉子、由勵》茲電流供電的場繞組、 包括多個由相電流供電的相繞組的電樞、以及轉子位置傳感器；-電機的電子控制模塊，其包括給相繞組供電的第一電源單元、將勵 磁電流供應給場繞組的第二電源單元、用於獲取傳感器發出的信號且用於控 制該第一電源單元的邏輯單元。
根據本發明的引擎的顯著之處在於該邏輯單元還根據該熱引擎的轉矩 來控制該勵^磁電 流。
優選地，該邏輯單元包括用於以下值的存儲部件，所述值表示隨著表示 轉子旋轉速度的變量而變化的勵》茲電流的強度。
有利地，該邏輯單元可替代性地包括用於以下值的存^ft部件，所述值表 示隨著表示轉子旋轉速度和該引擎轉矩的變量而變化的所述勵磁電流的強 度。
更有利地，該邏輯單元還包括該引擎的所述運行參數的獲取部件，並且 替代性地包括用於以下值的存儲部件，所述值表示隨著表示所述轉子旋轉速 度和所述參數的變量而變化的所述勵磁電流的強度。
根據本發明的引擎的額外特點，該第二電源單元包括升壓變換器。 上述的控制耦接到熱引擎的可逆電機的方法可便利地用於以下過程起
動，提高到引擎速度、永磁引擎速度，或停止該引擎。上面列舉了該引擎的特點。
這些必要性的說明將使得本發明相對於現有技術所提供的優點對於本領 域技術人員是顯見的。
在下面參考附圖的描述中將給出本發明的詳細說明。應注意到這些附 圖僅意示說明的正文，並且不構成對本發明範圍的任何限制。


圖1示出了本領域技術人員已知的、不同的恆定勵》茲電流值(恆定階段 的平均供電電流)的隨著旋轉速度而變化的電機轉矩的典型變化。
圖2示出了本領域技術人員已知的、不同的恆定勵磁電流值(變化階段 的平均供電電流)的隨著旋轉速度而變化的電機轉矩的典型變化。
圖3示出了根據本發明方法的隨著電機的瞬時旋轉速度而變化的勵^f茲電 流的變化。
圖4示意性地示出了在起動階段結束時電機的引擎轉矩對熱引擎的阻尼 轉矩的適應。圖5示出了電機的轉矩/速度特性，根據本發明的方法將該電機的勵磁電 流控制為不同的額定電流值。
圖6示意性地繪出了包括熱引擎和適於實施根據本發明的方法的電機的引擎。
具體實施例方式
以典型方式，如圖1所示，電機轉矩Ce隨著旋轉速度Ne線性降低，該 電機的各階段平均供電電流(average feed current)和勵磁電流是恆定的。
對於與降低的起動轉矩Co、 Ci、 Cr相對應的降低的勵磁電流額定強度， 表示轉矩/速度特性的直線1、 2、 3的斜率降低。隨著旋轉速度Ne的提高， 迅速消除轉矩Ce。
因此，如果電機必須要給提高的旋轉速度Ne供應相當數量的轉矩Ce, 則具有恆定厥〃磁電流和相電流的這種控制是不適合的。
維持恆定的勵磁電流而改變平均相電流，對於不同的額定強度，可以以 類似的方式獲得與圖1中示出的轉矩速度特性l、 2、 3不同的轉矩/速度特性 4、 5、 6，且提高電機轉矩Ce被消除處的旋轉速度Ne,如圖2所示。
根據本發明的方法包括根據圖3中示出的曲線7依據速度Ne來改變勵 磁電流I。
從起動到第一旋轉速度Nl ，勵磁電流I等於額定電流Io。
在本發明的一個優選實施例中，該額定電流為25A,且保持恆定直至近 似500 rpm的速度。
在該第一旋轉速度N1和第二旋轉速度N2之間，勵石茲電流I隨著旋轉速 度Ne的提高而降低，使得對於每個瞬時速度Ne,在熱引擎起動結束處的 電機轉矩Ce對應於克服熱引擎的阻尼轉矩Ct所需的機械轉矩。
圖4示出了與熱引擎的轉矩/旋轉速度特性8 (由點/虛線示出)和不同額 定勵磁電流的電機的轉矩/速度特性4、 5、 6 (由連續的或虛線示出)的交叉 點相只於應的起動點Do、 Di、 Dr。
Nl和N2之間的給定瞬時速度Ne處的引擎轉矩Ct確定了電機的具體轉 矩/速度特性4、 5、 6所對應的運行點Do、 Di、 Dr,即給定勵/磁電流I。
由於根據本發明的控制方法，在提高到引擎速度的過程中，熱引擎是"伴 隨起作用的(accompanied)",因此，起動是快速且平穩的。
7利用產生轉矩/速度特性1、 2、 3、 4、 5、 6(諸如圖l或2中所示的那些) 的電機的傳統控制，在起動引擎結束之前起動器的轉矩Ce變得不足(圖1 ) 或者高於所需的(圖2)。
在本發明的一個優選實施例中，優選地，使熱引擎伴隨起作用直至高達 處於2000 rpm等級的第二旋轉速度N2。
在該第二旋轉速度N2之上且高達優選處於6000 rpm等級的、與熱引擎 的最大速度相對應的第三旋轉速度N3，勵一磁電流基本上等於與電機的最佳輸 出相對應的最佳電流Ir。
圖5中示意性地示出了根據本發明的方法控制勵磁電流I和相電流而得 到的電機的轉矩/速度特性9、 10、 11。
在該圖中，可以看到轉矩Ce處於其最大值，並且直到第一旋轉速度 Nl (即在熱引擎的起動開始處(DD))基本恆定。
隨後，在起動結束期間(FD),直至第二速度N2，轉矩Ce迅速降低。
對於比第二旋轉速度N2高且直至第三旋轉速度N3的瞬時旋轉速度Ne， 電機的引擎轉矩Ce穩定在一相當數量的值。
結果，例如在超速情況下，當電機被用作汽車中的動態輔助(AD)時， 電機在高引擎速度處獲得額外功率。
由於實施根據本發明的控制方法，電機轉矩Ce對熱引擎轉矩Ct的適合 性還產生以下優點在引擎的停止階段降低振動。
以與在起動結束處於第一和第二速度Nl、 N2之間該引擎是"伴隨起作 用的"相同的方式，在停止階段開始處，在兩個速度N2、 Nl之間該引擎也 是"伴隨起作用的"。
該控制方法的另一優點還在於產生了作為電機引擎的工作模式到其用 作發電機的永磁引擎速度模式的"淡入淡出"過渡。實際上，在"交流發電 機，，模式下，氣隙中的磁通必須低於在"起動器，，模式中存在的氣隙磁通。 通過根據本發明的方法降低勵磁電流來實現弱磁。
有利地，實施根據本發明的方法以便控制引擎12的電機，該引擎12諸 如圖6中示意性地示出的引擎。
該組包括熱引擎13，其利用皮帶15和皮帶輪16、 17的傳動耦接到可逆 電機14。
電機14包括轉子18，其與軸19端部的釋放皮帶輪(discharge pulley)17是整體的。轉子18具有通過換向電刷(turning collector) 21供電的場繞組 20。
同樣，電機14包括相繞組22、或電樞，其由電子控制模塊24的第一電 源單元23供電。
第二電源單元25向轉子18供應勵石茲電流I。
電子控制才莫塊24包括邏輯單元26,其衝艮據轉子18的位置傳感器27和 連結到熱引擎13的電子接口箱28供應的信息來控制第 一和第二電源單元23 、 25。
電子接口箱28向電子控制模塊24傳輸電機13的工作參數，其是由邏輯 單元26就轉矩Ct而言解釋的工作參數。
根據從由傳感器27供應的信息導出的表示熱引擎13的轉矩Ct的變量以 及表示轉子18的瞬時速度Ne的變量，邏輯單元26精確計算表示勵磁電流I 的強度的變量。
表示速度的變量例如是由連結到時鐘頻率值的、本領域技術人員已知的 可編程減速器電路測量到的結果。
優選地，由板上生成脈衝的、供電電壓Vbat的斬波器電路形成第二電源 單元25，該脈衝的頻率和大小受邏輯單元26的控制。
在該情況下，以本身已知的方式，將表示平均強度I的變量延遲、連結 到時鐘頻率、在專用可編程減速器電路中進行管理。
為了更快速地到達電流設置點，斬波器電路25還有利地用作升壓變換器。
優選地，將勵》茲電流I連結到熱引擎13的轉矩和連結到電才幾14的瞬時 旋轉速度Ne的功能製成表格而不是在邏輯電路26中計算。
為此，邏輯單元26包括至少一個非易失性存儲器27，其具有根據引擎 13的運行階段而使用的不同繪製圖表(cartography),所述運行階段諸如起動、 動態輔助、停止階段。
在以上描述中，電機14的場繞組形成轉子，電樞形成定子。場繞組可以 反過來形成定子，電樞形成轉子，而該變型沒有偏離本發明的範圍。
如將清楚的，因此本發明不限於上述優選實施例。
相反，其涵蓋了所有可能的實施例變型。
權利要求
1. 一種用於控制耦接至熱引擎(13)的可逆電機(14)的方法，所述電機(14)包括由勵磁電流(I)供電的場繞組(18)、以及包括多個由相電流供電的相繞組(22)的電樞，其特徵在於根據所述電機(14)的瞬時旋轉速度(Ne)以及所述熱引擎(13)的轉矩(Ct)，來控制所述電機(14)的勵磁電流(I)。
2. 如權利要求1所述的用於控制耦接至熱引擎(13)的可逆電機(14) 的方法，其特徵在於-當所述熱引擎(13)的轉矩(CO為阻尼的且所述瞬時速度(Ne)比 第一預定旋轉速度(Nl)慢時，所述勵》茲電流(I)等於預定額定電流(Io);-當所述熱引擎(13)的轉矩(Ct)為驅動的或所述瞬時速度(Ne)比 所述第一速度(Nl)快時，所述勵》茲電流(I)小於該額定電流(Io)。
3. 如權利要求2所述的用於控制耦接至熱引擎(13)的可逆電機(14) 的方法，其特徵在於當所述熱引擎(13)的轉矩(Ct)為驅動的且所述瞬 時速度(Ne)比第二預定旋轉速度(N2)快時，所述勵》茲電流(I)基本上 等於與所述電機(14)的最佳輸出相對應的最佳電流(Ir)。
4. 如權利要求3所述的用於控制耦接至熱引擎(13 )的可逆電機(14 ) 的方法，其特徵在於當所述瞬時速度(Ne)介於所述第一速度(Nl)和所 述第二速度(N2)之間時，所述勵磁電流(I)等於介於所述額定電流(Io) 和所述最佳電流(Ir)之間的中間電流(Ii )。
5. 如權利要求4所述的用於控制耦接至熱引擎(13)的可逆電機(14) 的方法，其特徵在於，控制所述勵^t電流(I)和所述相電流，使得-當所述瞬時速度(Ne)比所述第一速度(Nl )慢時，所述電機(14) 的轉矩(Ce)處於其最大值且基本恆定；-當所述瞬時速度(Ne)從所述第一速度(Nl )開始提高到所述第二速 度(N2)時，所述電機(14)的轉矩(Ce)是驅動的且是漸減的；-當所述瞬時速度(Ne)提高到與所述熱引擎(13)的最大速度相對應 的第三速度(N3)時，所述電機(14)的轉矩(Ce)保持驅動。
6. 如權利要求1到5任一項所述的用於控制耦接至熱引擎(13 )的可逆 電機(14)的方法，其特徵在於4艮據所述熱引擎(13)的運行參數來確定所述熱引擎(13)的轉矩(Ct)。
7. —種適於實施如上面權利要求1到6之一所述的方法的引擎(12)， 該類型的引擎包括-熱引擎(13 ),其連結到傳輸所述熱引擎(13 )的運行參數的電子接口 箱(28);-可逆電機(14),其包括耦接到所述引擎(13)的轉子(18)、由勵磁 電流(I)供電的場繞組(20)、包括多個由相電流供電的相繞組(22)的電 樞、以及所述轉子(18)的位置傳感器(27);-所述電機(14)的電子控制模塊(24),其包括給所述相繞組(22) 供電的第一電源單元(23)、將勵磁電流(I)供應給所述場繞組(20)的第 二電源單元(25)、用於獲取所述傳感器(27)發出的信號且用於控制所述第 一電源單元(23)的邏輯單元(26)，其特徵在於所述邏輯單元(26)還根據所述熱引擎(13)的轉矩(Ct) 來控制所述勵》茲電流(I )。
8. 如權利要求7所述的引擎(12),其特徵在於所述邏輯單元(26) 包括用於以下值的存儲部件(27)，所述值表示隨著表示所述轉子(18)的旋 轉速度(Ne)的變量而變化的所述勵磁電流的強度(1)。
9. 如權利要求7所述的引擎(12)，其特徵在於所述邏輯單元(26) 包括用於以下值的存儲部件(26),所述值表示隨著表示所述轉子(18)的旋 轉速度(Ne)和所述引擎(13)的轉矩(Ct)的變量而變化的所述勵/磁電流 的強度(1)。
10. 如權利要求7所述的引擎(12)，其特徵在於所述邏輯單元(26) 包括所述引擎(13)的所述運行參數的獲取部件、以及包括用於以下值的存 儲部件(27),所述值表示隨著表示所述轉子的旋轉速度(Ne)和所述參數而 變化的所述勵^磁電流的強度(1)。
11. 如權利要求7所述的引擎(12),其特徵在於所述第二電源單元(25) 包括升壓變換器。
12. 在如上面權利要求7到ll任一項所述的引擎(12)的起動、提高至 引擎速度、永磁引擎速度、或停止的過程中使用如上面權利要求1到6任一 項所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種用於控制耦接至熱引擎(13)的可逆電機(14)的方法。所述電機(14)包括由勵磁電流(I)供電的場繞組(18)、以及包括多個由相電流供電的相繞組(22)的電樞。根據本發明，根據所述電機的瞬時旋轉速度以及所述熱引擎的轉矩，來控制所述電機的勵磁電流。根據其它特性，當所述引擎的轉矩為阻尼的且所述瞬時速度比第一預定旋轉速度慢時，所述勵磁電流等於預定額定電流；以及當所述引擎的轉矩為驅動的或所述瞬時速度比所述第一速度快時，所述勵磁電流小於該額定電流。
文檔編號H02P9/08GK101473525SQ200780022846
公開日2009年7月1日 申請日期2007年5月3日 優先權日2006年6月28日
發明者休格斯·多芬, 奧薩瑪·魯伊斯, 朱利恩·馬斯法勞德 申請人:法雷奧電機設備公司