Circuito de control por modulación de la anchura del pulso PWM para máquina eléctrica giratoria multi modo (1) dotada de un estator (2) polifásico y de un rotor bobinado (3),

que comprende: - un circuito convertidor de corriente alterna/ continua reversible (4) conectado entre dos bornes de alimentación continua (29P, 29N) y dotado de bornes controlados (23 25), estando cada borne controlado (23 -25) destinado a ser conectado a al menos una fase del estator (2) de dicha máquina (1); -una pluralidad de sensores (6, 7) destinados a medir la corriente y/o la tensión en cada fase de dicha máquina (1); -un medio (9, 10) para producir una información instantánea sobre la posición y la velocidad de rotación del rotor (3) de dicha máquina (1); -un circuito de pilotaje (14) de las ramas del circuito convertidor de corriente alterna-continua (4) en función de las medidas eléctricas en las fases y de la posición y de la velocidad del rotor; caracterizado por el hecho de que comprende también un circuito (11) que produce por un lado una señal de control de conmutación por una línea (28) con destino a un circuito troceador (5) conectado a la excitación del rotor (3) y por otro lado una pluralidad de señales de referencia con destino a un circuito (13) generador de señales de pilotaje con destino al puente de alimentación (4) del estator (2) de la máquina eléctrica (1) en función del modo deseado de funcionamiento de la máquina eléctrica giratoria seleccionado de entre los modos de funcionamiento como motor de arranque, motor eléctrico de accionamiento, motor eléctrico de refuerzo, alternador o alternador de recuperación de energía mecánica de frenado

SECTOR DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un circuito de control por Modulación por anchura de pulsos (PWM) para máquina eléctrica giratoria multi modo, tal como por ejemplo un alternador-motor de arranque y una máquina eléctrica multi modo dotada de un tal circuito de control.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La solicitud de patente EP 1 219 493 describe un generador de potencia para un coche híbrido provisto de un motor-alternador y un circuito de control para controlar un convertidor AC/DC. [0003] La solicitud de patente US 2002/0007975 describe un vehículo híbrido que utiliza un motor y un motor/ alternador. [0004] Ha aparecido como una necesidad en el estado de la técnica que una misma máquina eléctrica multi modos pueda funcionar sucesivamente como un motor de arranque del motor térmico, como un motor, o incluso como generatriz de corriente continua para recargar la batería de alimentación de la red de a bordo, directamente como un alternador del estado de la técnica, o también indirectamente cooperando en un modo de funcionamiento del grupo motopropulsor que permite recuperar la energía mecánica de frenado. Sin embargo, la concepción electromecánica de la máquina eléctrica favorece o bien un funcionamiento en modo alternador o bien un funcionamiento en modo motor optimizado en par regulado. De ello resulta que el rendimiento global y las prestaciones de una máquina eléctrica que ha sido concebida para funcionar como generatriz de corriente y que trabaja en modo motor será siempre inferior al rendimiento global de una máquina eléctrica concebida para funcionar como motor, e inversamente. [0005] En el estado de la técnica, ya se ha propuesto, en especial en la solicitud FR-A

2.745.445 a nombre del solicitante, utilizar un alternador también como motor de arranque con ayuda de un circuito convertidor capaz de llevar una onda completa a los arrollamientos del estator de la máquina eléctrica solamente durante una secuencia de arranque. Pero un tal circuito de control no puede suministrar bastante corriente cuando se quiere trabajar a velocidad de rotación reducida, por ejemplo cuando la máquina eléctrica debe trabajar como motor de asistencia del grupo moto propulsor. [0006] La presente invención aporta una solución al problema de la concepción de una máquina única que permite funcionar como motor de arranque del motor térmico, como motor eléctrico de accionamiento acoplado al resto del grupo moto propulsor y a las ruedas de accionamiento del vehículo, en un modo de asistencia o de aumento (« boost ») del par o de la potencia motriz, o también como generatriz eléctrica, que funciona como alternador o recuperando energía mecánica de frenado. [0007] Especialmente, en la industria automóvil, la tensión continua de alimentación de la red de a bordo puede diferir según los modelos. Se conocen las alimentaciones en 6 voltios, 12 voltios, 24 V e incluso 48 voltios. La concepción electromecánica de una máquina eléctrica adaptada para funcionar en cualquier red de a bordo impone compromisos que modifican sus prestaciones. [0008] La presente invención aporta una solución al problema de la adaptación de una máquina eléctrica que puede funcionar como motor o generatriz en una red de alimentación continua de diversos estándares.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Este problema se resuelve con un circuito de control según la reivindicación 1. [0010] Para dar remedio a estos inconvenientes del estado de la técnica la presente invención propone un circuito de control por modulación de anchura de pulsos PWM para máquina eléctrica polifásica destinada a ser montada en el grupo moto propulsor de un vehículo, circuito del tipo que comprende:

- un puente troceador conectado entre dos bornes de alimentación continua y en el cual cada borne controlado está destinado a ser conectado a al menos una fase del estator de la máquina eléctrica; -una pluralidad de sensores destinados a medir la corriente y/o la tensión en cada fase de dicha máquina eléctrica; -un medio para producir una información instantánea sobre la posición y la velocidad de rotación del rotor de la máquina eléctrica; -un circuito de pilotaje de las ramas del puente en función de las medidas eléctricas en las fases y/o de la posición y de la velocidad del rotor; [0011] El circuito de control de la invención comprende también un circuito generador de señales de configuración del circuito de pilotaje de las ramas del puente en función del modo deseado de funcionamiento de la máquina eléctrica seleccionado de entre los modos de funcionamiento como motor de arranque, motor eléctrico de accionamiento, motor eléctrico de asistencia del motor à combustión interno, alternador o alternador de recuperación de energía mecánica de frenado. [0012] La presente invención también se refiere a una nueva máquina eléctrica para vehículo, que puede funcionar como motor de arranque, motor eléctrico de accionamiento, motor eléctrico de asistencia del motor à combustión interno, alternador o alternador de recuperación de energía mecánica de frenado y adaptada para funcionar con un circuito de control según la invención. La invención consiste en que la máquina eléctrica comprende un estator bobinado cuyo número de espiras está calculado sobre la base de una energía de magnetización más reducida con un número de espiras en el estator más reducida y por el hecho de que para los modos de funcionamiento que solicitan una energía de magnetización más elevada se aplica un control en corriente del estator al medio del circuito de control.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Otras ventajas y características de la presente invención se entenderán mejor con ayuda de la descripción y de los dibujos adjuntos entre los cuales:

- la figura 1 es un esquema de bloques que representa un modo de realización del circuito de la invención; -la figura 2 es un esquema de bloques que representa una parte del circuito de la figura 1; -las figuras 3 a 6 representan unos diagramas que definen diferentes modos de control del circuito de la invención.

DESCRIPCIÓN DE MODOS PREFERENTIELS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

En la figura 1, se ha representado el esquema de bloques de un modo de realización particular del circuito de la invención. La máquina eléctrica 1 comprende esencialmente un estator 2 dotado de una pluralidad de arrollamientos de cables conductores, o fases, según geometrías de disposiciones de devanados eléctricos que permiten concebir, tal como sabe el experto en la materia, una máquina eléctrica giratoria particular dotada de un rotor 3 que gira en el interior del estator. [0015] En el ejemplo de realización de la figura 1, el estator 2 está dotado de tres arrollamientos, no representados, que pueden ser montados con un punto común (en estrella) o que están conectados sucesivamente entre sí (en triángulo), o incluso con unos devanados conectados en estrella triángulo. Cada punto de alimentación de un arrollamiento del estator 2 está conectado al borne controlado de una rama 16, 17 ó 18 de un puente 4. El puente 4 es un elemento esencial del convertidor de corriente alterna necesario para alimentar la máquina eléctrica en motor, o para convertir la corriente producida por esta cuando funciona como generatriz (alternador) de corriente continua gracias a su conexión a la red de a bordo conectada a la batería del vehículo por los bornes positivo 29P y negativo 29N. [0016] Una rama de puente 4, tal como la rama 16, está constituida por la puesta en serie de dos interruptores semi-conductores 16 y 16' cuyos bornes de control de puesta en conducción son conectados a unas salidas de control P1 y P2 de un circuito de pilotaje 14. Clásicamente, un interruptor semi-conductor como el interruptor 16 está compuesto por un transistor de tipo MOS 20 cuyo camino de conducción entre los electrodos de drenaje y de fuente presenta un diodo en anti paralelo 21 intrínseco. El electrodo de control del interruptor semi-conductor está constituido por el electrodo de rejilla del transistor 20. Según las tensiones aplicadas a este electrodo de rejilla, el interruptor 16 está en un estado pasante o en un estado de elevada impedancia en el cual ninguna corriente atraviesa el camino directo del drenaje hacía la fuente. Sin embargo, debido al carácter fuertemente inductivo de los arrollamientos del estator 2, aparecen unas tensiones rápidamente variables entre las diversas polaridades continuas de alimentación del puente 4 y el borne controlado de cada rama del puente 4. Constituye una de las funciones del circuito de pilotaje 14 y de cada diodo intrínseco tal como el diodo 21 reducir...

1. Circuito de control por modulación de la anchura del pulso PWM para máquina eléctrica giratoria multi modo (1) dotada de un estator (2) polifásico y de un rotor bobinado (3), que comprende:

- un circuito convertidor de corriente alterna/ continua reversible (4) conectado entre dos bornes de alimentación continua (29P, 29N) y dotado de bornes controlados (23 25), estando cada borne controlado (23 -25) destinado a ser conectado a al menos una fase del estator (2) de dicha máquina (1); -una pluralidad de sensores (6, 7) destinados a medir la corriente y/o la tensión en cada fase de dicha máquina (1); -un medio (9, 10) para producir una información instantánea sobre la posición y la velocidad de rotación del rotor (3) de dicha máquina (1); -un circuito de pilotaje (14) de las ramas del circuito convertidor de corriente alterna-continua (4) en función de las medidas eléctricas en las fases y de la posición y de la velocidad del rotor; caracterizado por el hecho de que comprende también un circuito (11) que produce por un lado una señal de control de conmutación por una línea (28) con destino a un circuito troceador (5) conectado a la excitación del rotor (3) y por otro lado una pluralidad de señales de referencia con destino a un circuito (13) generador de señales de pilotaje con destino al puente de alimentación (4) del estator (2) de la máquina eléctrica (1) en función del modo deseado de funcionamiento de la máquina eléctrica giratoria seleccionado de entre los modos de funcionamiento como motor de arranque, motor eléctrico de accionamiento, motor eléctrico de refuerzo, alternador o alternador de recuperación de energía mecánica de frenado.

2. Circuito según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el circuito

(10) de detección de rotación produce una primera señal (θ) representativa del ángulo de rotación instantánea del rotor con respecto a una posición de referencia y una segunda señal (ω) representativa de la velocidad angular de rotación del rotor.

3. Circuito según la reivindicación 1 ó la 2, caracterizado por el hecho de que comprende también un circuito (15) generador de una onda de base conectada a un borne de entrada del circuito (13) generador de señales de pilotaje.

4. Circuito según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que la onda de base está constituida por una onda de forma triangular, que presenta un primer frente creciente a una primera velocidad y un segundo frente decreciente a una segunda velocidad.

5. Circuito según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el circuito

(13) generador de señales de pilotaje produce una pluralidad de señales de pilotaje (C1, C2 y C3) que son conectadas a unas entradas de un circuito de adaptación (14) para producir señales de puesta en conducción (P1 a P6) de las rejillas de los diferentes interruptores semi-conductores del puente (4).

6. Circuito según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que el circuito

(13) comprende al menos en parte de las fases del estator un sustractor (31, 34) del cual un primer borne de entrada positivo está conectado al borne de entrada de una de las llamadas señales de referencia (S1, S2) y del cual un segundo borne de entrada negativo está conectado al borne de entrada de una de las llamadas señales de medida (M1, M2), y cuyo borne de salida está conectado a un borne de entrada de un circuito de corrección (32, 35) que aplica una función de corrección F1 () ó F2() que se presenta a la salida del circuito de corrección (32) en la forma:

**(Ver fórmula)**

7. Circuito según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que la señal de salida (A1) proveniente del circuito de corrección (35) se aplica a un primer borne de entrada de un comparador (33, 36) del cual un segundo borne de entrada de comparación está conectado a la salida del circuito (15) generador de la señal de pilotaje y que permite hacer cambiar el estado de conducción del interruptor controlado (16, 17) en el electrodo de rejilla al cual el borne de salida del comparador (33, 36) está conectado.

8. Circuito según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que los bornes de salida de los dos circuitos de corrección (32, 35) también están conectados a unos bornes de entrada respectivos de un sumador (37) cuyo borne de salida se aplica a un primer borne de entrada de un comparador (38) del cual un segundo borne de entrada

de comparación está conectado a la salida del circuito (15) generador de la señal de pilotaje, y por el hecho de que el borne de salida del comparador (38) suministra una señal para hacer cambiar el estado de conducción del interruptor controlado (18) en el electrodo de rejilla al cual el borne de salida del comparador (38) está conectado.

9. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que coopera con un medio de detección de un modo de funcionamiento tal como un medio de descodificación de un control aplicado a la máquina eléctrica a un ordenador de a bordo decide sobre el funcionamiento seleccionado de entre uno de los modos siguientes:

- un modo de funcionamiento como motor de arranque del motor térmico; -un modo de funcionamiento como alternador para recargar la batería eléctrica conectada a la red de a bordo de alimentación con tensión continua; -un modo de funcionamiento como un motor de accionamiento que trabaja directamente sobre las ruedas del vehículo o indirectamente combinando su potencia mecánica suministrada con la potencia mecánica suministrada por el resto del grupo motopropulsor; -un modo de funcionamiento como generatriz que trabaja recuperando la energía de frenado solicitada por el grupo motopropulsor.

10. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que, en uno de los modos de motor, para aumentar el par disponible sobre el rotor comprende un medio para aumentar la corriente en el estator para un número ns de vueltas de los devanados del estator determinado y un medio para reforzar la corriente en el estator cuando la velocidad de rotación del rotor es elevada.

11. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que, en uno de los modos de funcionamiento en alternador:

(a) para poder volcar una corriente en la red creando una fuerza electromotriz e superior a la tensión de la batería para velocidades reducidas hasta una velocidad suficiente para pasar en modo de rectificación de diodos;

(b) más allá de una velocidad de rotación determinada, comprende un medio para limitar la corriente solicitada a la batería.

12. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el circuito (11) generador de señales de referencia comprende un programa para su funcionamiento en modo motor según dos zonas (zona A y zona B) determinadas por una velocidad límite (ΩL).

13. Circuito según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que, en modo de motor de arranque DEM, comprende un medio para determinar una modulación por anchura de pulsos que presenta un par de salida constante para una velocidad de rotación W que varía desde la velocidad nula hasta una velocidad límite, y que presenta un decrecimiento a potencia constante hasta una velocidad máxima.

14. Circuito según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que, en modo de ayuda ASS, comprende un medio para determinar una modulación por anchura de pulsos que presenta un par de salida decreciente linealmente a partir de una velocidad determinada de separación (ΩL) entre unas zonas (A y B) correspondiente ventajosamente al ralentí del motor térmico hasta aproximadamente 7.000 vueltas por minuto.

15. Circuito según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que cuando la máquina empieza a funcionar en modo motor comprende un circuito suplementario

(53) para detectar cuando la tensión generada por la batería (50) es superior a la mitad de un valor nominal U0 de funcionamiento de la batería (50) con una tensión de salvaguardia ΔU predeterminada.

16. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el medio para producir señales de referencia para el control del estator comprende también un medio para recibir un control de configuración de carga, que puede ser suministrado por un ordenador de control del grupo motopropulsor y/o del vehículo completo para determinar si la máquina debe trabajar a plena carga o a carga reducida.

17. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el medio para producir señales de referencia para el control del estator comprende también un medio para colocar el circuito de control 13 en un estado tal de

modo que el puente 4 produzca una onda sinusoidal que presente un avance de fase comprendido entre 90 y 180° de ángulo en modo alternador.

18. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que, en modo alternador, comprende un medio para determinar por un medio de grabación de un valor límite ΩD de la velocidad de rotación del rotor dos zonas de funcionamiento en velocidades: una zona C para las velocidades inferiores a la velocidad límite ΩD y una zona D para las velocidades superiores a ΩD, estando la velocidad límite determinada por el régimen común cuando la máquina trabaja en modulación de anchura de pulsos (parte de curva 60) y cuando trabaja en rectificación pasiva con diodos intrínsecos solamente (parte de curva 62).

19. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que, en modo alternador, comprende un medio para hacer trabajar el circuito de conversión o bien en un régimen en modulación de anchura de pulsos para los regímenes inferiores a ΩD o bien solamente en rectificación por diodos para los regímenes superiores a ΩD.

20. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el medio (11) para generar las señales de referencia (S1 y S2) para el control del estator y/o la señal de control (If) de la corriente rotórica comprende un circuito (27) que comprende una memoria de datos dotada de un medio para generar secuencias de datos en función de un argumento basado en la velocidad de rotación instantánea del rotor y del modo de funcionamiento escogido de la máquina eléctrica.

21. Circuito según la reivindicación 20, caracterizado por el hecho de que el circuito

(27) con memoria está programado según las transformadas de Clarke y de Park para determinar el triplete de parámetros {Is, IR, ψ} que describe el estado eléctrico del estator y del rotor en diversas referencias giratorias con la velocidad de rotación instantánea del rotor elaborada por el borne de salida correspondiente del circuito (10).

22. Circuito según la reivindicación 21, caracterizado por el hecho de que las señales representativas de la corriente en el estator y del ángulo eléctrico (Is y ψ) son transmitidas a dos primeras puertas de entrada de un circuito (26) del cual una tercera puerta está conectada a la salida correspondiente del circuito 10 que elabora una señal

representativa del ángulo instantáneo de rotación del rotor (θ) y por el hecho de que el circuito (26) comprende un medio para producir una pluralidad de señales de referencia (S1, S2, ...) para determinar la modulación en anchura de pulsos con ayuda de la onda de troceado producida por el circuito 15.

23. Circuito según la reivindicación 22, caracterizado por el hecho de que el circuito

(26) para producir señales de referencia comprende medios para generar señales de referencia según la relación corriente definida por:

**(Ver fórmula)**

donde Si() es una función predeterminada.

24. Circuito según la reivindicación 22, caracterizado por el hecho de que el circuito

(26) para producir señales de referencia comprende medios realizados en forma de un programa ejecutado por un circuito de tratamiento de señal de tipo DSP (Digita la señal Processing de tipo Harvard).

25. Circuito según la reivindicación 22, caracterizado por el hecho de que el circuito

(26) para producir señales de referencia comprende medios para generar la señal de referencia corriente Si() por un secuenciador que proporciona, en función del triplete de argumentos (Is, ψ, IR), una tabla de valores numéricos que representan una cartografía determinada previamente durante la carga del circuito de control.

26. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la máquina eléctrica puede ser una máquina con rotor de garras de tipo Lundell, de polos salientes, una máquina de imanes permanentes en el rotor una máquina de inducción o de reluctancia variable, una máquina de garras de imanes interpolares o una máquina con rotor híbrida hecha con chapas laminadas y de polos lisos con devanado de excitación e imanes permanentes.

27. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende medios para controlar la máquina eléctrica en toda la gama de velocidades de rotación del rotor.

28. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que coopera separadamente o en combinación con:

- un medio para impedir el calado del motor térmico; -un medio de regulación de la velocidad del vehículo en el modo de arranque, -un medio de regulación de la potencia eléctrica disponible en la red de a bordo del vehículo en el cual la máquina eléctrica y el circuito de control de la invención están montados; -un medio de regulación de la potencia mecánica del grupo motopropulsor del vehículo en el cual la máquina eléctrica y el circuito de control de la invención están montados; -un medio de alisado de las separaciones de deceleración y de parada del vehículo en el cual la máquina eléctrica y el circuito de control de la invención están montados; -un medio de alisado de las variaciones de par solicitado al grupo motopropulsor del vehículo en el cual la máquina eléctrica y el circuito de control de la invención están montados; -un medio para adaptar la corriente en las fases de la máquina eléctrica en función de al menos el estado de carga de la batería del vehículo, del nivel de energía térmica y de cualquier otro parámetro de medida del entorno del vehículo.

29. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el circuito (15) generador de forma de ondas produce una forma de onda en forma de dientes de sierra (Figura 4, (a) y (b)), en triángulo (Figura 3, (c) y (d)) o trapezoidal (Figura 3, (g y (f)) o incluso con un control vectorial de tipo FOC, o por el hecho de que la forma de onda se combina con un medio para producir un efecto histéresis en los frentes de ondas.

30. Máquina eléctrica para vehículo, que puede funcionar como motor de arranque, motor eléctrico de accionamiento, motor eléctrico de refuerzo, alternador o alternador de recuperación de energía mecánica de frenado y adaptada para funcionar con un circuito de control según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que comprende un estator bobinado cuyo número de espiras está calculado sobre la base de una energía de magnetización más reducida y por el hecho de que para los modos de funcionamiento que solicitan una energía de magnetización más elevada, se aplica un control en corriente al medio del circuito de control.