本发明涉及用于控制包括短路器件的多相旋转电机的系统的用于以及对应的旋转电机在机动车辆中的用途。
背景技术：
在机动车辆中，车载网络用于向车辆所配备的不同的电气设备供电。电源由至少一个电池提供。后者借助于旋转电机从由车辆的热力发动机的旋转提供的能量再充电。旋转电机以最一般的方式意味着用于生产供应车载网络的直流电的任何多相旋转电机。特别地，它可以是交流发电机或交流发电机-起动器。
在车载网络或电池或两者的充电突然断开的情况下，会发生负载突降现象，这在车载网络上产生过电压。事实上，由于电机中的电感电流调节不能在负载突降之后足够快速起作用，电机继续供应相同的输出电流，而车载网络侧的电流消耗已经下降。
常规地，车辆电池是12v电池。原则上，由于其内部电阻低，因此在负载突降的情况下，车辆的车载网络上出现的电压尖峰被限制为约17v。这种电池因此可以吸收小的过电压。但是，在电池断开的情况下(例如由于供应电缆断裂)，车载网络上可能会出现非常高的过电压。实际上，由电机供应的电流对连接到车载网络的电容器(包括寄生电容器)充电，并且因此使车载网络上的直流电压显着增加。
这个过电压很容易损坏由车载网络供电的电气设备。这就是为什么车辆的所有电气设备都具有这样的尺寸，以便承受大约32v的最大电压，这对应于大约20v的过电压。
已知的各种解决方案可以将车载网络上的电压限制到最大允许电压，即车辆的电气设备在没有损坏的风险的情况下能够承受的最高电压。
d.j.perreault等人在会议论文集“2000internationalcongressontransportationelectronics”(convergence2000),detroit,mi,oct.2000,pp.583-594中发表的文章“anewdesignforautomotivealternators”中描述的解决方案包括在“导通”状态下阻断开关整流器的晶体管中的至少一个的切换。结果，相绕组中的至少一个短路。短路被维持，并且电机的激励减小，直到电压恢复到可接受的水平的时刻。
然而，这种消除由负载突降引起的瞬态影响的简单方法具有缺点：
-由于没有维持激励，因此没有保证连接到车载网络的设备的供电；
-不能确保整流器电路的半导体元件的电气和热保护。
在专利申请fr2975241中，公司valeoequipementselectriquesmoteur公开了一种用于控制作为发电机操作的多相旋转电机的方法，其消除了这些缺点。
该方法包括在负载突降的情况下，当网络电压的测量值超过预定阈值并且至少一个相绕组中的相电流被抵消和改变方向时，使该相绕组短路，以使比借助调节电感电流更快地限制过电压。
由于该方法以及用于控制实施该方法的多相旋转电机的系统在负载突降的情况下已经提供了完全的满意度，所以发明实体认为推广其用途是适当的。
技术实现要素：
因此，本发明涉及用于控制包括相短路器件的多相旋转电机的系统的用途。
所讨论的电机机械地联接到机动车辆的热力发动机，并且作为连接到车辆的车载电气网络的发电机操作。
当由该电机的调节装置调节的网络电压的测量值超过预定阈值并且至少一个相绕组中的相电流被抵消和改变方向时，相短路器件使该相绕组短路。
根据本发明，控制系统一般性地限制由除负载突降之外的事件引起的网络上的过电压。
根据本发明，该控制系统与还包括由激励模块供电的激励电路的多相旋转电机一起使用，该激励模块产生脉冲宽度调制的激励电流，并且有关的事件是激励模块和/或激励电路的故障。
还根据本发明，替代地，该控制系统与还包括由激励模块供电的激励电路和用于调节装置的调节的环路的多相旋转电机一起使用，该激励模块产生脉冲宽度调制的激励电流，该环路根据输出电压确定激励电流的占空比，并且有关的事件是该调节环路的故障。
当在所讨论的事件是热力发动机的辅助起动时，用于控制包括相短路器件的多相旋转电机的该系统的另一用途是有利的。
当所讨论的事件是热力发动机的超速或竞速(racing)时，用于控制包括相短路器件的多相旋转电机的该系统的又一用途时也有利的。
根据本发明，对于上述事件，从用于控制包括相短路器件的多相旋转电机的系统的用途获得了优点，其中所述电机还包括：
-具有多个分支的同步整流器电路，每个分支包括连接到相绕组的至少一个开关；
-借助于同步命令断开或闭合该开关的电子控制电路，
而控制系统还包括与形成相短路器件的开关相关联的并产生闭合开关的切换信号的控制块。
该控制块包括：
-过电压检测模块，其产生表示网络上存在过电压持续第一预定时间的过电压信号；
-用于检测零通过的模块，其产生表示相电流的抵消的零通过的信号；
-and逻辑门，其基于作为输入的过电压信号和零通过的信号产生作为输出的短路命令；
-验证模块，其根据比调节装置检测相故障所需的第一时间段更短的第二预定时间，并且根据比该调节装置重新初始化该所需的第二时间段更长的第三预定时间来生成经验证的短路命令，该经验证的短路命令授权停止或禁止短路命令；
-or逻辑门，其基于经验证的短路命令和同步命令产生切换信号作为输出。
在此用途中，验证模块包括计数器，所述计数器在第二预定时间期间以预定时钟频率计数，并且在第三预定时间期间以该时钟频率递减计数。同样在这种用途中，控制块还包括存储器，该存储器包括表示事件的特定处理的指令。
在涉及用于控制包括相短路器件的多相旋转电机的系统的所有用途中，该控制系统还包括用于以预定时间常数对输出电压进行滤波的模块。
本发明还涉及一种多相旋转电机的用途，该多相旋转电机包括控制系统，该控制系统包括相短路器件，该激励型电机机械地联接到机动车辆的热力发动机，并且作为连接到该车辆的车载电气网络的发电机操作。
当由调节装置调节的网络电压的测量值超过预定阈值并且当至少一个相绕组中的相电流被抵消和改变方向时，这些相短路器件使该相绕组短路。
根据本发明，该电机因此可以在由于除负载突降之外的事件引起的该网络上的过电压的情况下保护连接到网络的电气设备，所述事件特别是激励电路或调节装置的故障、跳线跨接起动类型(jumpstarttype)的辅助启动、或车辆的热力发动机的超速或竞速。
与现有技术相比，这些少量的基本说明使本发明提供的优点对于本领域技术人员而言将显而易见。
在下面结合附图的描述中提供了本发明的详细说明。应该注意的是，这些附图仅用于说明描述的文本的目的，并不以任何方式构成对本发明的范围的限制。
附图说明
图1示出多相旋转电机在机动车辆中的根据本发明的用途的示例，该多相旋转电机包括控制系统，该控制系统包括相短路器件。
图2是用于控制多相旋转电机的系统的过程图，该多相旋转电机包括现有技术中已知的并且用于图1所示的应用中的相短路器件。
图3是图2所示控制系统的现有技术中已知的控制块的过程图。
具体实施方式
如本发明实体完成的并且如由本发明所参考的先前专利申请中所述的，用于控制包括相短路器件的多相旋转电机的系统的用途对应于向连接到电池3的车载电网2供电的交流发电机或交流发电机-起动器类型的多相旋转电机1。
所讨论的电机优选地是激励电机1，激励电机1的转子4机械地联接5到车辆的热力发动机6。
转子4包括激励电路7，激励电流lexc通过该激励电路7，以已知的方式在具有数量为n个的相绕组9的定子8中产生多个相电流iφ1、iφ2、iφ3、iφn(n优选地等于3，如图1所示，但可以等于1)。
电机1包括连接到相绕组9的同步整流器电路10，以便对相电流iφ1、iφ2、iφ3、iφn进行整流，以向车载网络2供应直流电压b+并对电池3充电。
直流电压b+由用于调节电子控制单元12的装置11调节，该电子控制单元12根据由速度传感器13确定的转子4的旋转速度和与热力发动机6的接口壳体交换的信息，可选地控制由激励模块14产生的激励电流lexc的占空比。
根据图2所示的已知布置，同步整流器电路10具有分支，每个分支包括可控开关15，可控开关15将相绕组9首先连接至电池3的正极b+(高侧的开关hs1、hs2、hsn)，其次连接至电池3的负极b-(低侧的开关ls1、ls2、lsn)。
在发电机的正常操作中，根据同步整流器10的已知操作模式，电子控制单元12的电子控制电路16借助于同步命令o交替地闭合和断开高侧和低侧开关15。
在车载网络2上的过电压的情况下，同时或同步地使一个或多个相绕组9短路。
或者基于低侧开关lso1、lso2、lson的同步命令o(相对于电势b-的n个相的短路)，或者基于高侧开关hso1、hso2、hson同步命令o(相对于电势b+的n个相的短路)，短路被同样良好地执行。
为了消除由整流引起的电压波动，并且为了防止不合时宜的电机的“n”个相的短路，用于检测过电压的电压b+f是通过滤波模块17滤波的直流电压b+。
根据系统的结构，这种测量是：
-单个的。在这种情况下，基于同步命令o产生的“n”个可控部件的切换信号sor实际上是同步的；
-多数个的。在这种情况下，“n”个可控部件的切换信号sor是异步的并且取决于系统的结构以及部件的容差两者，所述部件允许对系统包括的过电压进行的“n”个检测。
在用于控制本发明所使用的电机1的系统中，应该记住，当该测量值超过预定阈值时，并且当相绕组9中的相电流iφ1、iφ2、iφ3、iφn被抵消和改变方向时，命令进行短路。
如图2所示，每个开关15的切换信号sor由控制块18基于同步命令o来处理，控制块18的细节在图3中表示。
应该理解，取决于相绕组9的短路是相对于b-还是b+执行，分别仅存在低侧控制块18或高侧控制块18(以虚线表示)。
该控制块18包括过电压检测模块19，该过电压检测模块19在第一预定时间期间产生表示网络2上存在过电压的过电压信号sa，该过电压检测模块19的操作在此不描述。
控制块18还包括用于检测相电流iφ1、iφ2、iφ3、iφn的零通过的模块20，该模块20产生零通过的信号sb。
可以使用多种方法来检测相电流iφ1、iφ2、iφ3、iφn的变化，特别是直接测量相电流iφ1、iφ2、iφ3、iφn。
优选地，用于检测零通过的块20在被控制的开关15的端子处使用电压降vds。
如所示，使用一般原理，包括：当在车载网络2上检测到过电压时，并且当相电流iφ1、iφ2、iφ3、iφn被抵消和改变方向时，产生用于使相绕组9短路的命令sand。
如图3清楚所示，控制块18因此包括and逻辑门21，and逻辑门21基于输入处的零通过的信号sb和过压信号sa来产生该短路命令sand。
用于短路sa的短路的此命令sand不直接施加到开关15，而是由控制块18的验证模块22验证、停止或禁止。
这种类型的特性在由负载突降引起过电压时提供了许多优点。而且，为了限制由不同原因导致的过电压，许多测试已经导致本发明实体使用系统10来控制具有该特性的旋转电机1。
在机动车辆领域中，除负载突降之外本领域技术人员还熟悉为机动车辆的车载网络上的过电压负责的多种事件，所述过电压不能被用于调节电机1的装置11补偿，或者因为它们发生得太快，或者因为它们太大，或者因为调节装置11本身的故障。
这种类型的事件是激励模块14的故障或调节装置11的调节环路的失灵，其导致了“全场”激励。在这种情况下，直流电压b+不再可以被调节，限制网络2上的过电压的唯一方式是使用控制系统10，使得可以使相9短路。
可以在车载网络2上引起过电压的外部事件是通过由电缆连接到电池3的外部电池进行的热力发动机6的辅助起动，特别是如果该外部电池是另一车辆的车载电池，该另一车辆自身的热力发动机正在运行(跳线跨接起动情境)。在过电压情况下使用控制系统10使相9短路使得可以保护连接到网络2的设备，而不需要机动车辆制造商需要提供用于连接到网络2的端子，所述端子专用于跳线跨接起动。
可能使车载网络上产生过电压的另一事件是由于机械原因引起的热力发动机的突然超速或竞速。在这种情况下，如果转子包括极间磁体，则通过由转速传感器13检测到超速或竞速而触发的调节装置11抵消激励电流可能不足以防止过电压。在这种情况下使用控制系统10使相9短路也使得可以保护连接到网络2的设备，而不需要机动车辆制造商需要提供用于将电机2与热力发动机6机械分离的机构。
考虑到由本发明实体执行的测试的结果，控制模块16因此包括该验证模块22，该验证模块22用于通过将短路命令sand的持续时间限制到第二预定时间，来在这些多种情境下防止用于调节电机1的直流电压b+的装置11错误地检测“相故障”。该第二预定时间短于调节装置11检测该故障所必需的第一时间段。
为了在强制停止经验证的短路命令sc之后允许用于调节电机1的装置11正确地重新初始化，在第三预定时间期间禁止短路命令sand。该第三预定时间长于重新初始化所需的第二时间段。
在验证模块22中，第二预定时间和第三预定时间分别由计数器和递减计数器以相同时钟频率计数。
控制块18的or逻辑门23将经验证的短路命令sc叠加在从电子控制电路16获得的同步命令o上，以便产生施加到开关15的切换信号sor。
以本身已知的方式，控制块18优选借助于微控制器或专用于该用途的asic来提供。
在通过微控制器实现的情况下，存储器24有利地包括表示特定于产生过电压的不同事件的处理的指令。
应该理解，本发明不仅限于上述优选实施例。
相反，本发明因此包含了所有可行的变型实施例，这些变型实施例将保持在由所附权利要求限定的范围内。