EP0793013B1 - Alternateur de véhicule automobile utilisé comme générateur et comme moteur électrique pour le démarrage du moteur à combustion interne du véhicule - Google Patents

Alternateur de véhicule automobile utilisé comme générateur et comme moteur électrique pour le démarrage du moteur à combustion interne du véhicule Download PDF

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EP0793013B1
EP0793013B1 EP97400426A EP97400426A EP0793013B1 EP 0793013 B1 EP0793013 B1 EP 0793013B1 EP 97400426 A EP97400426 A EP 97400426A EP 97400426 A EP97400426 A EP 97400426A EP 0793013 B1 EP0793013 B1 EP 0793013B1
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electric motor
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators

Definitions

  • the present invention relates to a motor vehicle alternator used as generator and as an electric motor for starting the vehicle combustion engine.
  • a motor vehicle starter is a direct current electric motor intended, for starting, to drive the combustion engine shaft by example via a sliding pinion meshing with a drive crown worn by said tree.
  • An object of the invention is to propose another type of immobilizer system.
  • the rectifier bridge at the outlet of the alternator armature also serves as a bridge alternator phase control, each diode being associated with a transistor forming a switch mounted in parallel between its cathode and its anode.
  • the different transistors of the bridge thus formed are controlled during engine operation according to sequences for operating the alternator in electric motor.
  • the transistors When the alternator is used as a generator, the transistors are open and the current at the output of the alternator is rectified by the diodes.
  • the invention proposes, for its part, a motor vehicle used on the one hand as a generator and secondly as an electric motor for the starting the combustion engine of the vehicle, comprising a wound rotor and stator with several phases connected to a bridge of diodes and switches for the rectification and control of said phases, as well that a management unit for the control of said switches, said management unit comprising means for operating an electric motor control the switches in synchronism with respect to at the passage of the diodes from one state to another and so control the phases of the stator, characterized in that the management unit includes means for recognition of a coded signal transmitted by means inside the vehicle, said unit does not controlling the stator phases for starting the combustion engine only if it receives said means transmitting a coded signal authorizing this starting.
  • FIG. 1 a machine is shown three-phase rotating, which constitutes the alternator proper, a control and rectifying bridge 2, as well as a unit 3 for controlling this bridge 2.
  • Bridge 2 is connected to the different phases of armature 5 and is mounted between earth and a terminal the vehicle battery B. It is constituted by a plurality of diodes 6 forming a bridge rectifier, as well as by a plurality of switches such as transistors 7 which are connected in parallel on diodes 6 and which control the different phases of the alternator.
  • the diodes In motor mode, the diodes work as diodes freewheels and in generator mode, they work in rectifier bridge.
  • the transistors 7 are advantageously MOSFET type transistors. Note that such transistors integrate by construction a diode between their drain and their source. They therefore allow to realize bridge 2 for rectification and control of phase with only transistor components which act as both switches and LEDs freewheel.
  • the engine mode operation of such alternator is carried out by imposing a direct current in inductor 4 and delivering on the phases of the stator 5 120 ° phase shifted signals, ideally sinusoidal but possibly trapezoidal or square.
  • FIG. 2a, 2b and 2c Illustrated in Figures 2a, 2b and 2c a example of switch control sequence that constitute the transistors 7 by square signals delivered by the control unit.
  • Signs A, B, C illustrated in these two figures are signals of control of those of the transistors 7 of bridge 2 which are connected to ground.
  • the signals A ', B', C 'which control the other transistors, that is to say connected to the battery, are inverse signals with respect to these signals A, B, C and without overlap with them.
  • the rotor 4 achieves a rotation of a turn when each of the phases describes a number of periods equal to the number of pole pairs in the rotor (for example 8).
  • This engine operation is used to drive the vehicle's engine when starting which allows, compared to conventional vehicles, remove the starter motor and the crown gear from the vehicle, as well as power wiring generally associated with the starter.
  • control signals of the transistors 7 are advantageously signals of variable frequency, the frequency is increasingly regulated by unit 3, so as to avoid any stalling of the rotor 4 relative to to the rotating magnetic field created by stator 5.
  • Frequency regulation is for example defined by unit 3 so as to guarantee the alternator speed profile for starting the engine thermal.
  • control unit 3 includes means for recognizing a signal coded allowing the engine to start. This signal is transmitted to unit 3 by transmission means inside the vehicle. Unit 3 does not control transistors 7, so as to start the heat engine, only if it receives this coded signal. Therefore, unity 3 and the transmission means which transmit the unlock code to said unit constitute a immobilizer system of the heat engine.
  • the transmission means are for example constituted by a transmitting unit connected to a keyboard numbering located on the dashboard of the vehicle and on which the driver enters his code before operating the key of the vehicle switch 11 to order the engine to start.
  • the transmission means can be consist of a unit to which the code of unlock is transmitted by radio channel by via a remote control operated by the driver, for example when opening doors.
  • the unit 3 controls the transistors 7 so as to operate in alternator mode.
  • the unit 3 controls the transistors 7 so that they are open across all the diodes.
  • Bridge 2 is then a conventional rectifier bridge.
  • the transistors 7 are controlled so as to short-circuit the passing diodes. They are only open to non-passing diode terminals.
  • unit 3 is connected to means to detect the passage of diodes 6 from a state to a other.
  • These means are for example constituted by a sensor, such as a hall effect cell, to measure the angular position of the rotor 4 relative to the stator 5.
  • Such a sensor can also be used to determine the rotor speed, for example by counting pulses in a given time window, for allow unit 3 to detect engine start thermal and therefore to switch from operating to mode engine running in generator mode.
  • voltage regulation means 9 intended for maintain the battery voltage at a suitable level.
  • switch 10 for example also of MOSFET type, whose passing state or blocked is controlled by management unit 3.
  • This switch 10 is intended to short-circuit the regulator in motor mode so that the armature 5 is then directly excited by the battery voltage.

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Description

La présente invention est relative à un alternateur de véhicule automobile utilisé comme générateur et comme moteur électrique pour le démarrage du moteur à combustion du véhicule.
Classiquement, un démarreur de véhicule automobile est un moteur électrique à courant continu destiné, au démarrage, à entraíner l'arbre du moteur à combustion par exemple par l'intermédiaire d'un pignon coulissant engrènant avec une couronne d'entraínement portée par ledit arbre.
Comme on le sait, il est facile de faire démarrer un moteur à combustion en entraínant son démarreur par court-circuit du contacteur du véhicule.
Pour résoudre ce problème, il est connu d'équiper les véhicules de systèmes d'immobilisation empêchant le démarrage du moteur thermique tant qu'un signal codé de déverrouillage n'est pas reçu, par exemple par un calculateur commandant l'injection dudit moteur.
Néanmoins, les calculateurs d'injection sont encore peu répandus, de sorte qu'à l'heure actuelle peu de véhicules sont équipés de tels systèmes d'immobilisation.
Un but de l'invention est de proposer un autre type de système d'immobilisation.
On sait depuis longtemps qu'il est possible de faire fonctionner un générateur de courant - qu'il soit de type dynamo ou de type alternateur - comme un moteur électrique.
Notamment, il a déjà été proposé d'utiliser des générateurs de courant en fonctionnement moteur pour remplacer les démarreurs de moteur à combustion.
A titre illustratif, on pourra se référer à la demande de brevet FR - 2.722.738, dans laquelle il est décrit des moteurs hybrides comportant, en complément du moteur électrique, un alternateur monté sur l'arbre du moteur thermique. Cet alternateur joue trois fonctions : il sert à freiner le moteur électrique par entraínement du moteur thermique lors des phases de décélération du véhicule ; il joue également son rôle classique d'alternateur et charge la batterie du véhicule lorsqu'il est entraíné par le moteur à combustion ; il sert enfin à entraíner le moteur à combustion pour son démarrage.
A cet effet, le pont redresseur en sortie de l'induit de l'alternateur sert également de pont de commande des phases de l'alternateur, chaque diode étant associée à un transistor formant interrupteur monté en parallèle entre sa cathode et son anode.
Les différents transistors du pont ainsi constitué sont commandés lors du fonctionnement moteur selon des séquences permettant de faire fonctionner l'alternateur en moteur électrique.
Lorsque l'alternateur est utilisé comme générateur, les transistors sont ouverts et le courant en sortie de l'alternateur est redressé par les diodes.
L'invention propose quant à elle un alternateur de véhicule automobile utilisé d'une part comme générateur et d'autre part comme moteur électrique pour le démarrage du moteur à combustion du véhicule, comportant un rotor bobiné et stator à plusieurs phases reliées à un pont de diodes et d'interrupteurs pour le redressement et la commande desdites phases, ainsi qu'une unité de gestion pour la commande desdits interrupteurs, ladite unité de gestion comportant des moyens pour en fonctionnement de moteur électrique commander les interrupteurs en synchronisme par rapport au passage des diodes d'un état à un autre et ainsi commander les phases du stator, caractérisé en ce que l'unité de gestion comporte des moyens pour la reconnaissance d'un signal codé transmis par des moyens d'émission à l'intérieur du véhicule, ladite unité ne commandant les phases du stator pour le démarrage du moteur à combustion que si elle reçoit desdits moyens d'émission un signal codé autorisant ce démarrage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 est un schéma illustrant un alternateur conforme à l'invention ;
  • les figures 2a et 2d illustrent une séquence de commande en fonctionnement moteur de l'alternateur de la figure 1.
Sur la figure 1, on a représenté une machine tournante triphasée, qui constitue l'alternateur proprement dit, un pont de commande et de redressement 2, ainsi qu'une unité 3 pour la commande de ce pont 2.
De façon connue en soi, la machine tournante 1 formant alternateur comprend :
  • un rotor bobiné 4 constituant l'inducteur associé à deux bagues et deux balais par lesquels est amené le courant d'excitation (de l'ordre de quelques ampères) ;
  • un stator 5 portant plusieurs bobines, constituant l'induit, qui sont connectées en étoile ou triangle dans le cas le plus fréquent d'une structure triphasée et qui délivrent vers le pont redresseur 2, en fonctionnement alternateur, la puissance électrique convertie (quelques dizaines d'ampères sous une tension de l'ordre de la tension batterie).
Le pont 2 est relié aux différentes phases de l'induit 5 et est monté entre la masse et une borne d'alimentation de la batterie B du véhicule. Il est constitué par une pluralité de diodes 6 formant pont redresseur, ainsi que par une pluralité d'interrupteurs tels que des transistors 7 qui sont montés en parallèle sur les diodes 6 et qui commandent les différentes phases de l'alternateur.
En mode moteur, les diodes fonctionnent en diodes de roues libres et en mode générateur, elles fonctionnent en pont redresseur.
Les transistors 7 sont avantageusement des transistors de type MOSFET. On notera que de tels transistors intègrent par construction une diode entre leur drain et leur source. Ils permettent par conséquent de réaliser le pont 2 de redressement et de commande de phase avec uniquement des composants transistors qui jouent le rôle à la fois d'interrupteurs et de diodes de roue libre.
Le fonctionnement en mode moteur d'un tel alternateur s'effectue en imposant un courant continu dans l'inducteur 4 et en délivrant sur les phases du stator 5 des signaux déphasés de 120°, idéalement sinusoïdaux mais éventuellement trapézoïdaux ou carrés.
On a illustré sur les figures 2a, 2b et 2c un exemple de séquence de commande des interrupteurs que constituent les transistors 7 par des signaux carrés délivrés par l'unité de commande. Les signaux A, B, C illustrés sur ces deux figures sont des signaux de commande de ceux des transistors 7 du pont 2 qui sont reliés à la masse. Les signaux A', B', C' qui commandent les autres transistors, c'est-à-dire reliés à la batterie, sont des signaux inverses par rapport à ces signaux A, B, C et sans recouvrement avec ceux-ci.
C'est ce qu'on a illustré sur la figure 2d sur laquelle on a représenté le signal C' qui commande le transistor relié à celui commandé par le signal C.
Avec une telle commande, le rotor 4 réalise une rotation d'un tour lorsque chacune des phases décrit un nombre de périodes égales au nombre de paires de pôles du rotor (par exemple 8).
Ce fonctionnement moteur est utilisé pour entraíner au démarrage le moteur thermique du véhicule, ce qui permet, par rapport aux véhicules classiques, de supprimer le démarreur et la couronne d'entraínement du véhicule, ainsi que le câblage de puissance généralement associé au démarreur.
Pour réaliser un tel démarrage du moteur de combustion, les signaux de commande des transistors 7 sont avantageusement des signaux de fréquence variable, dont la fréquence est régulée de façon croissante par l'unité 3, de façon à éviter tout décrochage du rotor 4 par rapport au champ magnétique tournant créé par la stator 5.
La régulation de fréquence est par exemple définie par l'unité 3 de façon à garantir à l'alternateur un profil de vitesse permettant le démarrage du moteur thermique.
Conformément à l'invention, l'unité de commande 3 comporte des moyens pour la reconnaissance d'un signal codé autorisant le démarrage du moteur thermique. Ce signal est transmis à l'unité 3 par des moyens d'émission à l'intérieur du véhicule. L'unité 3 ne commande les transistors 7, de façon à démarrer le moteur thermique, que si elle reçoit ce signal codé. Par conséquent, l'unité de gestion 3 et les moyens d'émission qui transmettent le code de déverrouillage à ladite unité constituent un système d'immobilisation du moteur thermique.
Les moyens d'émission sont par exemple constitués par une unité d'émission reliée à un clavier de numérotation situé au niveau du tableau de bord du véhicule et sur lequel le conducteur introduit son code avant d'actionner la clé du contacteur 11 du véhicule pour commander le démarrage du moteur thermique.
En variante, les moyens d'émission peuvent être constitués par une unité à laquelle le code de déverrouillage est transmis part voie hertzienne par l'intermédiaire d'une télécommande actionnée par le conducteur, par exemple au moment de l'ouverture des portes.
Immédiatement après le démarrage du moteur, l'unité 3 commande les transistors 7 de façon à fonctionner en mode alternateur.
A cet effet, dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, l'unité 3 commande les transistors 7 de façon qu'ils soient ouverts aux bornes de toutes les diodes.
Le pont 2 est alors un pont redresseur classique.
Dans un autre mode de mise en oeuvre possible, les transistors 7 sont commandés de façon à court-circuiter les diodes passantes. Ils sont uniquement ouverts aux bornes des diodes non passantes.
Ainsi, il ne circule plus de courant dans les diodes passantes, de sorte que les court-circuits ainsi réalisés permettent d'y réduire les pertes.
Pour synchroniser la commande des transistors 7 par rapport au passage de l'état passant à l'état non passant des diodes 6, l'unité 3 est reliée à des moyens pour détecter le passage des diodes 6 d'un état à un autre. Ces moyens sont par exemple constitués par un capteur, tel qu'une cellule à effet hall, pour mesurer la position angulaire du rotor 4 par rapport au stator 5.
Un tel capteur peut en outre être utilisé pour déterminer la vitesse du rotor, par exemple par comptage d'impulsions dans une fenêtre temporelle donnée, pour permettre à l'unité 3 de détecter le démarrage du moteur thermique et donc de passer du fonctionnement en mode moteur au fonctionnement en mode générateur.
Par ailleurs, de façon également connu en soi, on prévoit des moyens 9 de régulation de tension destinés à maintenir la tension batterie à un niveau convenable.
Il est également prévu un interrupteur 10, par exemple également de type MOSFET, dont l'état passant ou bloqué est commandé par l'unité de gestion 3. Cet interrupteur 10 est destiné à court-circuiter le régulateur en mode moteur de sorte que l'induit 5 est alors directement excité par la tension de la batterie.

Claims (4)

  1. Alternateur de véhicule automobile utilisé d'une part comme générateur et d'autre part comme moteur électrique pour le démarrage du moteur à combustion du véhicule, comportant un rotor (4) bobiné et stator (5) à plusieurs phases reliées à un pont (2) de diodes (6) et d'interrupteurs (7) pour le redressement et la commande desdites phases, ainsi qu'une unité de gestion (3) pour la commande desdits interrupteurs (7), ladite unité de gestion (3) comportant des moyens pour en fonctionnement de moteur électrique commander les interrupteurs (7) en synchronisme par rapport au passage des diodes d'un état à un autre et ainsi commander les phases du stator, caractérisé en ce que l'unité de gestion (3) comporte des moyens pour la reconnaissance d'un signal codé transmis par des moyens d'émission à l'intérieur du véhicule, ladite unité ne commandant les phases du stator pour le démarrage du moteur à combustion que si elle reçoit desdits moyens d'émission un signal codé autorisant ce démarrage.
  2. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les interrupteurs (7) sont des transistors MOSFET qui intègrent les diodes (6).
  3. Alternateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur pour mesurer la position angulaire du rotor (4).
  4. Alternateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'unité de gestion (3) comporte des moyens pour, dans une fenêtre temporelle donnée, compter le nombre de rotations du rotor (4) et en déduire le démarrage du moteur thermique.
EP97400426A 1996-02-28 1997-02-26 Alternateur de véhicule automobile utilisé comme générateur et comme moteur électrique pour le démarrage du moteur à combustion interne du véhicule Expired - Lifetime EP0793013B1 (fr)

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