FR2806853A1 - SWITCHED RELUCTANCE MACHINE WITH MAGNETIC POSITION SENSORS - Google Patents
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Abstract
Machine à réluctance commutée notamment moteur de véhicule comportant des capteurs déterminant l'angle entre le rotor (20) et le stator (10) de la machines. Les capteurs déterminent le signal de position par effet magnétique, pour éviter ou réduire le champ perturbateur de la machine, on diminue de manière commandée le courant dans la machine avant d'atteindre l'angle de coupure (thetacoup ) respectif et on ne diminue que ce qui est nécessaire pour que malgré le champ perturbateur ou parasite qui subsiste de la machine, le capteur fournisse un signal de position suffisant.Switched reluctance machine, in particular a vehicle engine, comprising sensors determining the angle between the rotor (20) and the stator (10) of the machine. The sensors determine the position signal by magnetic effect, to avoid or reduce the disturbing field of the machine, the current in the machine is decreased in a controlled manner before reaching the respective cut-off angle (thetacoup) and only reduced which is necessary so that despite the disturbing or parasitic field which remains of the machine, the sensor provides a sufficient position signal.
Description
Etat de la technique La présente invention concerne une machine àSTATE OF THE ART The present invention relates to a machine for
réluctancereluctance
commutée notamment moteur de véhicule comportant des capteurs dé- switched in particular vehicle engine comprising sensors
terminant l'angle entre le rotor et le stator de la machine, les capteurs dé- ending the angle between the rotor and the stator of the machine, the sensors
s terminant le signal de position par effet magnétique, Les capteurs magnétorésistants (encore appelés capteurs s ending the position signal by magnetic effect, The magnetoresistive sensors (also called sensors
AMR) sont connus pour la détection de position de moteurs à commuta- AMR) are known for the position detection of switching motors
tion, c'est-à-dire pour déterminer la position du rotor de tels moteurs. Ces tion, that is to say to determine the position of the rotor of such motors. These
capteurs sont également utilisés pour mesurer l'angle pour d'autres fonc- sensors are also used to measure the angle for other functions
io tions comme par exemple l'angle de braquage. Les capteurs magnétoré- io tions such as the steering angle. Magnetoreal sensors
sistants mesurent la direction d'un champ magnétique généré en général par un aimant de capteur. Cet aimant est usuellement placé à l'extrémité de l'arbre des moteurs dont on veut mesurer la position angulaire. Son sistants measure the direction of a magnetic field generally generated by a sensor magnet. This magnet is usually placed at the end of the motor shaft whose angular position is to be measured. His
champ magnétique tourne ainsi avec le moteur. L'élément de capteur lui- magnetic field thus rotates with the motor. The sensor element itself
même est monté axialement devant l'arbre, solidairement au carter du even is mounted axially in front of the shaft, integral with the casing of the
moteur. En cas d'absence d'effet parasite du moteur, on peut ainsi déter- engine. If there is no parasitic effect from the motor, it is thus possible to detect
miner la position du rotor du moteur par la mesure directe de la direction undermine the position of the motor rotor by direct measurement of the direction
du champ magnétique des aimants du capteur. of the magnetic field of the sensor magnets.
Mais la difficulté est que en fait le moteur génère lui-même But the difficulty is that in fact the engine generates itself
un champ magnétique perturbateur. Le champ du moteur et celui des ai- a disturbing magnetic field. The field of the engine and that of the ai-
mants des capteurs se combinent à l'endroit de l'élément de capteur, par addition vectorielle, ce qui donne une mesure défectueuse de la position du rotor. L'importance du défaut dépend de manière décisive du rapport Sensor mounts combine at the location of the sensor element, by vector addition, which gives a faulty measurement of the position of the rotor. The extent of the defect depends decisively on the ratio
de l'amplitude des deux erreurs.the magnitude of the two errors.
Dans le cas du moteur à réluctance commutée, le champ In the case of a switched reluctance motor, the field
magnétique généré par le moteur dépend fortement du courant mais éga- magnetic generated by the motor strongly depends on the current but also
lement de la position du rotor. En particulier pour des courants forts et des pôles de rotor alignés, et pour la phase alimentée, le champ du moteur est important. Le champ perturbateur ou parasite de la machine est alors important. Dans ces conditions, le défaut de la position du rotor mesurée position of the rotor. In particular for strong currents and aligned rotor poles, and for the phase supplied, the field of the motor is important. The disturbing or parasitic field of the machine is therefore significant. Under these conditions, the defect of the rotor position measured
par le capteur magnétorésistant peut dépasser des limites acceptables. by the magnetoresistive sensor can exceed acceptable limits.
La présente invention a pour but de permettre l'utilisation The present invention aims to allow the use
de capteurs de position déterminant un signal de position par voie ma- position sensors determining a position signal by ma-
gnétique malgré les difficultés liées aux influences perturbatrices et aux genetic despite the difficulties associated with disruptive influences and
3 champs perturbateurs de moteurs à réluctance commutée. 3 disturbing fields of switched reluctance motors.
Avantages de l'inventionAdvantages of the invention
A cet effet l'invention concerne un moteur du type défini ci- To this end, the invention relates to an engine of the type defined above.
dessus caractérisé en ce que pour éviter ou réduire le champ perturbateur above characterized in that to avoid or reduce the disturbing field
de la machine, on diminue de manière commandée le courant dans la ma- of the machine, the current in the ma-
chine avant d'atteindre l'angle de coupure respectif et on ne diminue que ce qui est nécessaire pour que malgré le champ perturbateur ou parasite china before reaching the respective cut-off angle and we only decrease what is necessary so that despite the disturbing or parasitic field
qui subsiste de la machine, le capteur fournisse un signal de position suf- remaining from the machine, the sensor provides a sufficient position signal
fisant. La machine à réluctance commutée selon l'invention offre l'avantage par rapport à l'état de la technique, que malgré les champs sucking. The switched reluctance machine according to the invention offers the advantage over the state of the art, that despite the fields
perturbateurs et parasites engendrés par la machine à réluctance com- disturbances and parasites generated by the reluctance machine
mutée, on peut utiliser des capteurs magnétiques. mutated, we can use magnetic sensors.
io De plus dans la machine à réluctance commutée selon l'invention, en principe pour éviter ou réduire le champ perturbateur de la machine, on diminue intentionnellement le courant dans la machine Furthermore, in the switched reluctance machine according to the invention, in principle to avoid or reduce the disturbing field of the machine, the current in the machine is intentionally reduced
avant d'atteindre l'angle de coupure et cette diminution se poursuit sui- before reaching the cut-off angle and this decrease continues
vant ce qui est nécessaire, pour que malgré le champ perturbateur ou pa- before what is necessary, so that despite the disturbing or
rasite résiduel de la machine, le capteur fournisse un signal de position residual level of the machine, the sensor provides a position signal
encore suffisamment précis.still sufficiently precise.
Selon un développement particulièrement avantageux du dispositif de l'invention, la diminution du courant se fait dans la plage des inductances élevées, c'est-à-dire lorsque les pôles du rotor et ceux du According to a particularly advantageous development of the device of the invention, the reduction of the current takes place in the range of high inductances, that is to say when the poles of the rotor and those of the
stator sont principalement alignés. stator are mainly aligned.
Selon un autre développement avantageux de l'invention, dans une machine à réluctance commutée à six pôles de stator et quatre pôles de rotor, la diminution du courant de phase respectif se fait dans la plage d'environ 10 en amont de l'angle de coupure proprement dit de la According to another advantageous development of the invention, in a switched reluctance machine with six stator poles and four rotor poles, the reduction of the respective phase current takes place in the range of about 10 upstream of the angle of actual shutdown of the
phase correspondante. La machine à réluctance selon l'invention fonc- corresponding phase. The reluctance machine according to the invention works
tionne avantageusement avec une régulation d'intensité. advantageously operates with intensity regulation.
La présente invention permet avantageusement d'utiliser des capteurs magnétorésistants. Selon un développement avantageux, de tels capteurs peuvent être des capteurs AMR anisotropes, mais aussi des capteurs magnétorésistants géants (capteurs GMR). En variante, suivant des développements avantageux, il est également possible de prévoir des The present invention advantageously makes it possible to use magnetoresistive sensors. According to an advantageous development, such sensors can be anisotropic AMR sensors, but also giant magnetoresistive sensors (GMR sensors). Alternatively, according to advantageous developments, it is also possible to provide
capteurs à effet Hall.Hall effect sensors.
Dessins la présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est schématiquement une vue de dessus des pôles de rotor Drawings The present invention will be described below in more detail with the aid of exemplary embodiments shown in the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is schematically a top view of the rotor poles
et des pôles de la phase de stator, alimentée dans une position non ali- and poles of the stator phase, supplied in a non-powered position
gnée, - la figure 2 est une vue de dessus schématique des pôles de rotor et des pôles de la phase 1 alimentée du stator en position alignée, - la figure 3 montre un diagramme de la combinaison de flux normalisée - Figure 2 is a schematic top view of the rotor poles and poles of phase 1 supplied with the stator in the aligned position, - Figure 3 shows a diagram of the normalized flow combination
W/tmax, en fonction du courant de phase normalisé I/Imax, la combinai- W / tmax, depending on the normalized phase current I / Imax, the combination
son des flux étant indiquée selon les différentes positions du rotor par un faisceau de courbes, - la figure 4 est un diagramme pour un courant normalisé I/Imax en fonction de l'angle 0 du rotor pour montrer la diminution de l'intensité dans la zone d'inductance élevée pour des pôles de stator et de rotor its flux being indicated according to the different positions of the rotor by a bundle of curves, - Figure 4 is a diagram for a normalized current I / Imax as a function of the angle 0 of the rotor to show the decrease in intensity in the high inductance area for stator and rotor poles
alignés selon l'invention.aligned according to the invention.
Description de l'exemple de réalisation Description of the exemplary embodiment
La figure 1 est une vue de dessus schématique d'un stator et d'un rotor 20 d'une machine à réluctance commutée, équipée de six pôles de stator et quatre pôles de rotor. Cette machine est sous la forme d'un moteur. Le stator 10 comporte trois paires polaires 1-1, 2-2, 3-3. Le rotor 20 comporte quatre pôles A-A et B-B. Les pôles 1 de la paire de pôles 1-1 sont entourés chacun d'un enroulement 11. Tous les pôles sont en Figure 1 is a schematic top view of a stator and a rotor 20 of a switched reluctance machine, equipped with six stator poles and four rotor poles. This machine is in the form of a motor. The stator 10 has three pole pairs 1-1, 2-2, 3-3. The rotor 20 has four poles A-A and B-B. The poles 1 of the pair of poles 1-1 are each surrounded by a winding 11. All the poles are in
saillie de l'anneau du stator vers l'intérieur en direction du rotor. Les en- protrusion of the stator ring inwards towards the rotor. The children
roulements des paires polaires 2-2 et 3-3 ne sont pas représentés. Dans la vue de la figure 1, les pôles de rotor A-A ne sont pas alignés par rapport à bearings of polar pairs 2-2 and 3-3 are not shown. In the view of Figure 1, the rotor poles A-A are not aligned with respect to
l'enroulement 1 1l alimenté en courant, des pôles de stator 1 - 1. Au con- winding 1 1l supplied with current, stator poles 1 - 1. At the
traire, dans ce cas on se trouve avec un angle de rotor 0 de 45 . La figure 1 montre également que les pôles de rotor A-A et les pâles 1-1 de la phase 1 alimentée de l'enroulement 11 ne sont pas alignés, mais font entre eux milking, in this case we are with a rotor angle 0 of 45. Figure 1 also shows that the rotor poles A-A and the blades 1-1 of phase 1 supplied from the winding 11 are not aligned, but form between them
un angle de rotor O = 45 .a rotor angle O = 45.
La figure 2 montre la même vue schématique de dessus du stator 10 et du rotor 20 de la machine à réluctance commutée de la figure 1. Les deux pôles 1-1 sont entourés par l'enroulement 11l; les pôles A-A du rotor 20 sont alignés sur les pôles 1-1 de la phase alimentée 1, de sorte que l'angle de rotor O entre les pôles A et 1 est égal à 0 . Selon cette vue, les pôles de rotor A-A sont alignés sur les pôles 1-1 de la phase alimentée 1 correspondant à l'enroulement alimenté 1l 1 et l'angle O du rotor est égal à 0 . Le faisceau de courbes de la figure 3 montre les différentes Figure 2 shows the same schematic top view of the stator 10 and the rotor 20 of the switched reluctance machine of Figure 1. The two poles 1-1 are surrounded by the winding 11l; the poles A-A of the rotor 20 are aligned on the poles 1-1 of the powered phase 1, so that the rotor angle O between the poles A and 1 is equal to 0. According to this view, the rotor poles A-A are aligned on the poles 1-1 of the powered phase 1 corresponding to the powered winding 11 and the angle O of the rotor is equal to 0. The bundle of curves in Figure 3 shows the different
combinaisons de flux en fonction du courant de phase normalisé; la posi- flux combinations as a function of the normalized phase current; the posi-
tion du rotor correspond aux différentes valeurs angulaires comme para- tion of the rotor corresponds to the different angular values as a para-
mètres. Ce faisceau de courbes est valable pour des positions du rotor d'un moteur ayant un stator à six pôles et un rotor à quatre pôles. Suivant la flèche 30, l'angle de rotor O augmente de 0 ' jusqu'à 45 . La figure 3 montre la combinaison des flux selon une représentation normalisée W/Wimax par rapport au courant de phase normalisé I/Imax. Les différentes valeurs de l'angle O du rotor sont indiquées sur les différentes courbes du meters. This bundle of curves is valid for rotor positions of a motor having a six-pole stator and a four-pole rotor. According to arrow 30, the rotor angle O increases from 0 'to 45. FIG. 3 shows the combination of the flows according to a normalized representation W / Wimax with respect to the normalized phase current I / Imax. The different values of the angle O of the rotor are indicated on the different curves of the
faisceau. Les pôles sont alignés à 0 et ils ne le sont plus à 45 . beam. The poles are aligned at 0 and they are no longer aligned at 45.
La figure 4 est un diagramme du courant de phase et de la Figure 4 is a diagram of the phase current and the
io diminution de courant selon l'invention. Ce diagramme représente le rap- io decrease in current according to the invention. This diagram represents the report
port des courants de phase normalisés I/Imax en fonction de l'angle O du rotor en degrés. Pour un angle de branchement Obranh de 0 , le courant commence à monter avec un flanc 40 jusqu'à sa valeur maximale. Dans la zone dentelée 41 qui provient du hachage du courant, on a une intensité i essentiellement constante égale à la valeur maximale. Le long d'une courbe décroissante 42, comme dans l'exemple représenté, entre l'angle 0 = 31 et 0 = 40 , le courant diminue selon l'invention. L'évolution du courant suit la courbe 42. La diminution de l'intensité elle-même se fait port of the normalized phase currents I / Imax as a function of the angle O of the rotor in degrees. For an Obranh connection angle of 0, the current begins to rise with a flank 40 to its maximum value. In the serrated zone 41 which comes from the chopping of the current, there is an essentially constant intensity i equal to the maximum value. Along a decreasing curve 42, as in the example shown, between the angle 0 = 31 and 0 = 40, the current decreases according to the invention. The evolution of the current follows curve 42. The decrease in intensity itself is done
dans une zone 45 indiquée par la double flèche; cette zone peut repré- in an area 45 indicated by the double arrow; this area can represent
senter environ 10 . Cette zone 45 se trouve en amont de l'angle de cou- feel about 10. This zone 45 is located upstream of the angle of cou-
pure Ocoup proprement dit du courant de phase. Le courant de phase est indiqué par la double flèche 44 et se situe entre l'angle Obranch et l'angle pure O cut proper of the phase current. The phase current is indicated by the double arrow 44 and is located between the Obranch angle and the angle
Ocoup. Dans l'exemple représenté, cet angle est compris entre 0 ' et 40 . Ouch. In the example shown, this angle is between 0 'and 40.
Entre l'angle de coupure Ocoup jusqu'à la position non alignée de 45 , le courant diminue le long de la courbe 43 jusqu'à la valeur 0. Ainsi selon Between the cut-off angle Ocoup to the non-aligned position of 45, the current decreases along the curve 43 to the value 0. Thus according to
l'invention dans la zone 44, l'alimentation de la phase respective corres- the invention in zone 44, the supply of the respective phase corresponds to
pond à une zone 45 située en amont de l'angle de coupure Ocoup de la lays on a zone 45 situated upstream of the cut-off angle Ocoup of the
phase respective. Dans cette zone 45 qui commence par l'angle de des- respective phase. In this zone 45 which begins with the angle of des-
cente Odim, le courant diminue d'une valeur déterminée et appropriée. cente Odim, the current decreases by a determined and appropriate value.
Dans l'exemple représenté, le courant est diminué jusqu'à la moitié de la valeur maximale avant qu'il ne soit alors coupé complètement à l'angle OcOup et qu'il diminue le long de la courbe 43 jusqu'à la valeur 0. De façon avantageuse, le moteur à réluctance commutée fonctionne en régulation d'intensité. L'importance de la zone 45 pour la diminution de l'intensité qui se produit avant l'angle de coupure 0coup de la phase dépend de ce que le capteur utilisé fournit toujours un signal de position permettant de connaître de manière non équivoque la position, malgré l'existence du champ perturbateur ou parasite de la machine à réluctance commutée fonctionnant comme moteur. Le réglage peut être défini d'une part par l'importance de la diminution de courant et d'autre part par l'angle Oda, c'est-à-dire de l'importance de la distance par rapport à l'angle de coupure Ocoup.. La diminution du courant selon l'invention se produit dans une zone de forte inductance, c'est-à-dire pour l'alignement des pôles de In the example shown, the current is decreased to half the maximum value before it is then completely cut off at the OcOup angle and it decreases along curve 43 to the value 0 Advantageously, the switched reluctance motor operates in intensity regulation. The importance of the zone 45 for the reduction of the intensity which occurs before the cut-off angle coup of the phase depends on the fact that the sensor used always supplies a position signal making it possible to know unequivocally the position, despite the existence of the disturbing or parasitic field of the switched reluctance machine operating as a motor. The adjustment can be defined on the one hand by the magnitude of the current decrease and on the other hand by the angle Oda, that is to say the magnitude of the distance from the angle of Ocoup cutoff. The reduction in current according to the invention occurs in a high inductance zone, that is to say for the alignment of the poles of
stator 1-1, 2-2, 3-3 et des pôles de rotor A-A, B-B. La diminution du cou- stator 1-1, 2-2, 3-3 and rotor poles A-A, B-B. The decrease in cost
rant et l'instant ou la position angulaire de la diminution peuvent se choi- rant and the instant or the angular position of the decrease can be chosen
0o sir suivant le signal requis. Pour la diminution de courant elle-même, on peut utiliser un hachage dur ou souple. Dans le cas du hachage dur, les deux transistors d'une phase sont alternativement bloqués et débloqués, 0o sir according to the required signal. For the current reduction itself, a hard or flexible chop can be used. In the case of hard chopping, the two transistors of a phase are alternately blocked and unblocked,
ce qui donne la forme de courant souhaitée. Dans le cas du hachage sou- which gives the desired current shape. In the case of the hash
ple, un seul des deux transistors de commutation est commuté à chaque ple, only one of the two switching transistors is switched each time
phase.phase.
Cette diminution de courant selon l'invention pour le circuit de commande du moteur à réluctance commutée permet ainsi malgré des champs magnétiques perturbateurs engendrés par le moteur, d'utiliser This reduction in current according to the invention for the control circuit of the switched reluctance motor thus allows, despite disturbing magnetic fields generated by the motor, to use
des capteurs fonctionnant suivant le principe magnétique. De tels cap- sensors operating on the magnetic principle. Such cap-
teurs sont des capteurs magnétorésistants dits capteurs magnétorésis- teurs are magnetoresistive sensors called magnetoresistive sensors
tants anisotropes connus sous la dénomination de capteurs AMR ou anisotropic tants known by the name of AMR sensors or
encore de capteurs magnétorésistants géants connus sous la dénomina- still giant magnetoresistive sensors known under the name
tion de capteurs GMR. En variante ou en plus, on peut utiliser des cap- tion of GMR sensors. Alternatively or additionally, caps may be used.
teurs à effet Hall. Pour des capteurs magnétorésistants, on détermine la direction du champ magnétique; pour les capteurs à effet Hall, on détecte la présence d'un champ magnétique perpendiculairement au conducteur Hall effect sensors. For magnetoresistive sensors, the direction of the magnetic field is determined; for Hall effect sensors, the presence of a magnetic field is detected perpendicular to the conductor
du capteur à effet Hall. Dans les deux cas, on peut en déterminer la posi- of the Hall effect sensor. In both cases, the posi-
tion du rotor par rapport au stator. Cette position est importante pour la commande des instants de commutation de l'alimentation en courant ou de la coupure du courant des différentes phases du moteur à réluctance variable à commutation. Les capteurs ne sont pas représentés dans les figures. tion of the rotor relative to the stator. This position is important for controlling the switching instants of the current supply or the interruption of the current of the different phases of the variable reluctance switching motor. The sensors are not shown in the figures.
L'invention permet ainsi avantageusement et de façon sim- The invention thus advantageously and in a simple manner
ple, sans modifications importantes du procédé de commande du moteur, ple, without significant modifications to the engine control process,
d'appliquer des capteurs magnétorésistants ou des capteurs Hall à la dé- to apply magnetoresistive sensors or Hall sensors to the
tection de position pour des moteurs à réluctance commutée. L'invention permet d'éliminer ou du moins de diminuer de manière satisfaisante l'influence perturbatrice du champ parasite du moteur sur l'élément de capteur. position sensing for switched reluctance motors. The invention makes it possible to eliminate or at least reduce satisfactorily the disturbing influence of the parasitic field of the motor on the sensor element.
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