CN101473525B - 控制耦接到热引擎的可逆电机的方法、适于实施该方法的引擎、及其使用 - Google Patents

控制耦接到热引擎的可逆电机的方法、适于实施该方法的引擎、及其使用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制耦接至热引擎(13)的可逆电机(14)的方法。所述电机(14)包括：由励磁电流(I)供电的场绕组(18)、以及包括多个由相电流供电的相绕组(22)的电枢。根据本发明，根据所述电机的瞬时旋转速度以及所述热引擎的转矩，来控制所述电机的励磁电流。根据其它特性，当所述引擎的转矩为阻尼的且所述瞬时速度比第一预定旋转速度慢时，所述励磁电流等于预定额定电流；以及当所述引擎的转矩为驱动的或所述瞬时速度比所述第一速度快时，所述励磁电流小于该额定电流。

Description

控制耦接到热引擎的可逆电机的方法、适于实施该方法的引擎、及其使用
技术领域
本发明涉及一种用于控制耦接到热引擎的可逆电机的方法，所述热引擎诸如机车的交流发电机起动器，具体地汽车的交流发电机起动器。
本发明还涉及适于实施该方法的引擎、以及该方法在该引擎的不同运行阶段中的使用。
背景技术
为了节能和保护环境的目的，意欲将自动起动/停止***普遍安装于汽车中。
在某些情况下，这些***的运行原理在于：在机车本身静止时使热引擎完全停止，然后例如作为被解释为请求重新起动的驱动器动作的结果重新起动热引擎。
与由或多或少较完美的电动机形成的传统起动器相反，在这些“停止和前进”***中使用的电机通常是可逆的，即，能够作用为起动器或交流发电机。用单个电机代替两个不同的电机有助于优化机车上可获得能量的使用。
以类似方式，例如，交流发电机/起动器或者链接到热引擎的飞轮(与其集成在一起)、或者由机轴通过皮带轮和皮带的传动来使其开始旋转。
在以适当方式控制给各相提供的电流的过程中，根据所需的运行模式，来优化交流发电机/起动器(通常是多相电机)的特性。
在法国专利申请FR2854746中描述了用于控制具有热引擎的汽车的旋转多相可逆电机的方法的一个例子。
在该文献中描述的控制方法允许在电机用作电动机(起动器模式或辅助电机模式)时获得随电机的旋转速度(包括高速)而定的最优转矩。
然而，在该方法中，励磁电流是恒定的，且等于在起动期间施加的额定电流，即，当发现速度升高越多时，利用最大励磁电流来使转矩或输出最大化就越不合适。
因此，所描述的方法不是完全适合于汽车中的交流发电机-起动器的新应用，诸如动态辅助(例如，在超速期间电机获得临时额外功率)，或者为了限制电机供应给其机械耦接的热引擎的转矩的转矩振动，随之将热引擎处于停止阶段，其中，所述振动对于所有引擎速度都要求精确的适应性。
发明内容
因此，本发明旨在改善具体用于自动起动/停止***的电机的实际控制。
更具体地涉及一种用于控制耦接至热引擎的可逆电机的方法，该电机包括：由励磁电流供电的场绕组、以及包括多个由相电流供电的相绕组的电枢。
根据本发明的方法的显著之处在于：根据该电机的瞬时旋转速度以及热引擎的转矩，来控制该电机的励磁电流。
在该方法中，有利地，该励磁电流具有以下特点：
-当热引擎的转矩为阻尼的且瞬时速度比第一预定旋转速度慢时，该励磁电流等于预定额定电流；
-当热引擎的转矩为驱动的或瞬时速度比该第一速度快时，该励磁电流小于该额定电流。
优选地，当热引擎的转矩为驱动的且瞬时速度比第二预定旋转速度快时，励磁电流基本上等于与电机的最佳输出相对应的最佳电流。
还优选地，当电机的瞬时旋转速度介于第一速度和第二速度之间时，该励磁电流等于介于额定电流和最佳电流之间的中间电流。
有利的是：控制励磁电流和相电流，使得：
-当瞬时速度比第一速度慢时，该电机转矩处于其最大值且基本恒定；
-当瞬时速度从第一速度开始提高到第二速度时，该电机转矩是驱动的且是渐减的；
-当瞬时速度提高到与热引擎的最大速度相对应的第三速度时，该电机转矩保持驱动。
根据本发明的方法，优选地，根据该热引擎的运行参数来确定该热引擎的转矩。
本发明还涉及一种适于实施上述方法的引擎，该类型的引擎包括：
-热引擎，其链接到传输该引擎的运行参数的电子接口箱；
-可逆电机，其包括耦接到该引擎的转子、由励磁电流供电的场绕组、包括多个由相电流供电的相绕组的电枢、以及转子位置传感器；
-电机的电子控制模块，其包括：给相绕组供电的第一电源单元、将励磁电流供应给场绕组的第二电源单元、用于获取传感器发出的信号且用于控制该第一电源单元的逻辑单元。
根据本发明的引擎的显著之处在于：该逻辑单元还根据该热引擎的转矩来控制该励磁电流。
优选地，该逻辑单元包括用于以下值的存储部件，所述值表示随着表示转子旋转速度的变量而变化的励磁电流的强度。
有利地，该逻辑单元可替代性地包括用于以下值的存储部件，所述值表示随着表示转子旋转速度和该引擎转矩的变量而变化的所述励磁电流的强度。
更有利地，该逻辑单元还包括该引擎的所述运行参数的获取部件，并且替代性地包括用于以下值的存储部件，所述值表示随着表示所述转子旋转速度和所述参数的变量而变化的所述励磁电流的强度。
根据本发明的引擎的额外特点，该第二电源单元包括升压变换器。
上述的控制耦接到热引擎的可逆电机的方法可便利地用于以下过程：起动，提高到引擎速度、永磁引擎速度，或停止该引擎。上面列举了该引擎的特点。
这些必要性的说明将使得本发明相对于现有技术所提供的优点对于本领域技术人员是显见的。
在下面参考附图的描述中将给出本发明的详细说明。应注意到：这些附图仅意图图示说明的正文，并且不构成对本发明范围的任何限制。
附图说明
图1示出了本领域技术人员已知的、不同的恒定励磁电流值(恒定阶段的平均供电电流)的随着旋转速度而变化的电机转矩的典型变化。
图2示出了本领域技术人员已知的、不同的恒定励磁电流值(变化阶段的平均供电电流)的随着旋转速度而变化的电机转矩的典型变化。
图3示出了根据本发明方法的随着电机的瞬时旋转速度而变化的励磁电流的变化。
图4示意性地示出了在起动阶段结束时电机的引擎转矩对热引擎的阻尼转矩的适应。
图5示出了电机的转矩/速度特性，根据本发明的方法将该电机的励磁电流控制为不同的额定电流值。
图6示意性地绘出了包括热引擎和适于实施根据本发明的方法的电机的引擎。
具体实施方式
以典型方式，如图1所示，电机转矩Ce随着旋转速度Ne线性降低，该电机的各阶段平均供电电流(average feed current)和励磁电流是恒定的。
对于与降低的起动转矩Co、Ci、Cr相对应的降低的励磁电流额定强度，表示转矩/速度特性的直线1、2、3的斜率降低。随着旋转速度Ne的提高，迅速消除转矩Ce。
因此，如果电机必须要给提高的旋转速度Ne供应相当数量的转矩Ce，则具有恒定励磁电流和相电流的这种控制是不适合的。
维持恒定的励磁电流而改变平均相电流，对于不同的额定强度，可以以类似的方式获得与图1中示出的转矩速度特性1、2、3不同的转矩/速度特性4、5、6，且提高电机转矩Ce被消除处的旋转速度Ne，如图2所示。
根据本发明的方法包括：根据图3中示出的曲线7依据速度Ne来改变励磁电流I。
从起动到第一旋转速度N1，励磁电流I等于额定电流Io。
在本发明的一个优选实施例中，该额定电流为25A，且保持恒定直至近似500rpm的速度。
在该第一旋转速度N1和第二旋转速度N2之间，励磁电流I随着旋转速度Ne的提高而降低，使得：对于每个瞬时速度Ne，在热引擎起动结束处的电机转矩Ce对应于克服热引擎的阻尼转矩Ct所需的机械转矩。
图4示出了与热引擎的转矩/旋转速度特性8(由点/虚线示出)和不同额定励磁电流的电机的转矩/速度特性4、5、6(由连续的或虚线示出)的交叉点相对应的起动点Do、Di、Dr。
N1和N2之间的给定瞬时速度Ne处的引擎转矩Ct确定了电机的具体转矩/速度特性4、5、6所对应的运行点Do、Di、Dr，即给定励磁电流I。
由于根据本发明的控制方法，在提高到引擎速度的过程中，热引擎是“伴随起作用的(accompanied)”，因此，起动是快速且平稳的。
利用产生转矩/速度特性1、2、3、4、5、6(诸如图1或2中所示的那些)的电机的传统控制，在起动引擎结束之前起动器的转矩Ce变得不足(图1)或者高于所需的(图2)。
在本发明的一个优选实施例中，优选地，使热引擎伴随起作用直至高达处于2000rpm等级的第二旋转速度N2。
在该第二旋转速度N2之上且高达优选处于6000rpm等级的、与热引擎的最大速度相对应的第三旋转速度N3，励磁电流基本上等于与电机的最佳输出相对应的最佳电流Ir。
图5中示意性地示出了根据本发明的方法控制励磁电流I和相电流而得到的电机的转矩/速度特性9、10、11。
在该图中，可以看到：转矩Ce处于其最大值，并且直到第一旋转速度N1(即在热引擎的起动开始处(DD))基本恒定。
随后，在起动结束期间(FD)，直至第二速度N2，转矩Ce迅速降低。
对于比第二旋转速度N2高且直至第三旋转速度N3的瞬时旋转速度Ne，电机的引擎转矩Ce稳定在一相当数量的值。
结果，例如在超速情况下，当电机被用作汽车中的动态辅助(AD)时，电机在高引擎速度处获得额外功率。
由于实施根据本发明的控制方法，电机转矩Ce对热引擎转矩Ct的适合性还产生以下优点：在引擎的停止阶段降低振动。
以与在起动结束处于第一和第二速度N1、N2之间该引擎是“伴随起作用的”相同的方式，在停止阶段开始处，在两个速度N2、N1之间该引擎也是“伴随起作用的”。
该控制方法的另一优点还在于：产生了作为电机引擎的工作模式到其用作发电机的永磁引擎速度模式的“淡入淡出”过渡。实际上，在“交流发电机”模式下，气隙中的磁通必须低于在“起动器”模式中存在的气隙磁通。通过根据本发明的方法降低励磁电流来实现弱磁。
有利地，实施根据本发明的方法以便控制引擎12的电机，该引擎12诸如图6中示意性地示出的引擎。
该组包括热引擎13，其利用皮带15和皮带轮16、17的传动耦接到可逆电机14。
电机14包括转子18，其与轴19端部的释放皮带轮(discharge pulley)17是整体的。转子18具有通过换向电刷(turning collector)21供电的场绕组20。
同样，电机14包括相绕组22、或电枢，其由电子控制模块24的第一电源单元23供电。
第二电源单元25向转子18供应励磁电流I。
电子控制模块24包括逻辑单元26，其根据转子18的位置传感器27和链接到热引擎13的电子接口箱28供应的信息来控制第一和第二电源单元23、25。
电子接口箱28向电子控制模块24传输电机13的工作参数，其是由逻辑单元26就转矩Ct而言解释的工作参数。
根据从由传感器27供应的信息导出的表示热引擎13的转矩Ct的变量以及表示转子18的瞬时速度Ne的变量，逻辑单元26精确计算表示励磁电流I的强度的变量。
表示速度的变量例如是由链接到时钟频率值的、本领域技术人员已知的可编程减速器电路测量到的结果。
优选地，由板上生成脉冲的、供电电压Vbat的斩波器电路形成第二电源单元25，该脉冲的频率和大小受逻辑单元26的控制。
在该情况下，以本身已知的方式，将表示平均强度I的变量延迟、链接到时钟频率、在专用可编程减速器电路中进行管理。
为了更快速地到达电流设置点，斩波器电路25还有利地用作升压变换器。
优选地，将励磁电流I链接到热引擎13的转矩和链接到电机14的瞬时旋转速度Ne的功能制成表格而不是在逻辑电路26中计算。
为此，逻辑单元26包括至少一个非易失性存储器27，其具有根据引擎13的运行阶段而使用的不同绘制图表(cartography)，所述运行阶段诸如起动、动态辅助、停止阶段。
在以上描述中，电机14的场绕组形成转子，电枢形成定子。场绕组可以反过来形成定子，电枢形成转子，而该变型没有偏离本发明的范围。
如将清楚的，因此本发明不限于上述优选实施例。
相反，其涵盖了所有可能的实施例变型。

Claims (11)

1.一种用于控制耦接至热引擎(13)的可逆电机(14)的方法，所述可逆电机(14)包括：由励磁电流(I)供电的场绕组(18)、以及包括多个由相电流供电的相绕组(22)的电枢，其特征在于：根据所述可逆电机(14)的瞬时旋转速度(Ne)以及所述热引擎(13)的转矩(Ct)，来控制所述可逆电机(14)的励磁电流(I)，
其中，当所述热引擎(13)的转矩(Ct)为阻尼的且所述瞬时旋转速度(Ne)比第一预定旋转速度(N1)慢时，所述励磁电流(I)等于预定额定电流(Io)；以及
当所述热引擎(13)的转矩(Ct)为驱动的或所述瞬时旋转速度(Ne)比所述第一预定旋转速度(N1)快时，所述励磁电流(I)小于该预定额定电流(Io)。
2.如权利要求1所述的用于控制耦接至热引擎(13)的可逆电机(14)的方法，其特征在于：当所述热引擎(13)的转矩(Ct)为驱动的且所述瞬时旋转速度(Ne)比第二预定旋转速度(N2)快时，所述励磁电流(I)基本上等于与所述可逆电机(14)的最佳输出相对应的最佳电流(Ir)。
3.如权利要求2所述的用于控制耦接至热引擎(13)的可逆电机(14)的方法，其特征在于：当所述瞬时旋转速度(Ne)介于所述第一预定旋转速度(N1)和所述第二预定旋转速度(N2)之间时，所述励磁电流(I)等于介于所述预定额定电流(Io)和所述最佳电流(Ir)之间的中间电流(Ii)。
4.如权利要求3所述的用于控制耦接至热引擎(13)的可逆电机(14)的方法，其特征在于，控制所述励磁电流(I)和所述相电流，使得：
-当所述瞬时旋转速度(Ne)比所述第一预定旋转速度(N1)慢时，所述可逆电机(14)的转矩(Ce)处于其最大值且基本恒定；
-当所述瞬时旋转速度(Ne)从所述第一预定旋转速度(N1)开始提高到所述第二预定旋转速度(N2)时，所述可逆电机(14)的转矩(Ce)是驱动的且是渐减的；
-当所述瞬时旋转速度(Ne)提高到与所述热引擎(13)的最大速度相对应的第三速度(N3)时，所述可逆电机(14)的转矩(Ce)保持驱动。
5.如权利要求1到4任一项所述的用于控制耦接至热引擎(13)的可逆电机(14)的方法，其特征在于：根据所述热引擎(13)的运行参数来确定所述热引擎(13)的转矩(Ct)。
6.一种适于实施如上面权利要求1到5之一所述的方法的引擎(12)，该类型的引擎包括：
-热引擎(13)，其链接到传输所述热引擎(13)的运行参数的电子接口箱(28)；
-可逆电机(14)，其包括耦接到所述热引擎(13)的转子(18)、由励磁电流(I)供电的场绕组(20)、包括多个由相电流供电的相绕组(22)的电枢、以及所述转子(18)的位置传感器(27)；
-所述可逆电机(14)的电子控制模块(24)，其包括：给所述相绕组(22)供电的第一电源单元(23)、将励磁电流(I)供应给所述场绕组(20)的第二电源单元(25)、用于获取所述传感器(27)发出的信号且用于控制所述第一电源单元(23)的逻辑单元(26)，
其特征在于：所述逻辑单元(26)还根据所述热引擎(13)的转矩(Ct)来控制所述励磁电流(I)。
7.如权利要求6所述的引擎(12)，其特征在于：所述逻辑单元(26)包括用于以下值的存储部件(27)，所述值表示随着表示所述转子(18)的旋转速度(Ne)的变量而变化的所述励磁电流的强度(I)。
8.如权利要求6所述的引擎(12)，其特征在于：所述逻辑单元(26)包括用于以下值的存储部件(26)，所述值表示随着表示所述转子(18)的旋转速度(Ne)和所述热引擎(13)的转矩(Ct)的变量而变化的所述励磁电流的强度(I)。
9.如权利要求6所述的引擎(12)，其特征在于：所述逻辑单元(26)包括所述热引擎(13)的所述运行参数的获取部件、以及包括用于以下值的存储部件(27)，所述值表示随着表示所述转子的旋转速度(Ne)和所述运行参数而变化的所述励磁电流的强度(I)。
10.如权利要求6所述的引擎(12)，其特征在于：所述第二电源单元(25)包括升压变换器。
11.在如上面权利要求6到10任一项所述的引擎(12)的起动、提高至引擎速度、永磁引擎速度、或停止的过程中使用如上面权利要求1到5任一项所述的方法。
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