EP2380271A1 - Alternateur - Google Patents

Alternateur

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Publication number
EP2380271A1
EP2380271A1 EP09803874A EP09803874A EP2380271A1 EP 2380271 A1 EP2380271 A1 EP 2380271A1 EP 09803874 A EP09803874 A EP 09803874A EP 09803874 A EP09803874 A EP 09803874A EP 2380271 A1 EP2380271 A1 EP 2380271A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
alternator
phase
amplitude
phases
switch
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09803874A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dimitri Olszewski
Emmanuel Godefroy
Ludovic Jourdan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Publication of EP2380271A1 publication Critical patent/EP2380271A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/48—Arrangements for obtaining a constant output value at varying speed of the generator, e.g. on vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/162—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H02M7/1623—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration with control circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration

Definitions

  • the present invention relates to an alternator.
  • An alternator comprises an alternating electrical machine of the synchronous type as for example described in the document FR-A-2 806 223.
  • a reversible polyphase rotary electric machine can operate in particular according to the method described in the document WO-A-2006 / 079,700.
  • the alternator also usually comprises a regulator of the voltage at the output of a rectifier bridge which converts an alternating current into direct current.
  • a conventional rectifier comprises a bridge of 6 diodes or two components in phases for a three-phase rectification.
  • the diodes used in conventional automotive alternators are passive components whose losses due to their voltage drop are important at certain operating points and reduce the overall efficiency of the alternator.
  • the invention provides an alternator comprising a polyphase electrical source, a rectifier bridge comprising switches in the form of transistors, at least one switch being connected to each of the phases, each switch being controlled by the comparison of the amplitude of a signal representative of the phase to which the switch is connected with the amplitude of each representative signal respectively of the other phases.
  • the alternator further comprises regulating the output voltage of the rectifier bridge.
  • each switch is on when the amplitude of the signal, representative of the phase to which the switch is connected, is greater than the amplitude of the signals representative of the other phases having the same sign as the phase to which switch is connected.
  • the alternator further comprises means for comparing the amplitude of the signals representative of the phases.
  • the electrical source is three-phase.
  • at least two switches are connected to each of the phases, each switch being controlled by comparing the amplitude of the signal representative of the phase to which the switch is connected with the amplitude of the representative signal respectively of the two other phases.
  • each switch is further controlled by the addition of the signals from the comparison.
  • the alternator further comprises means for adding the signals representative of the comparison of the amplitude of the signals representative of the phases.
  • two switches are connected to each of the phases.
  • the transistors are of the MOSFET type.
  • the alternator further comprises a driver stage amplifying the signal obtained by adding the signals from the comparison.
  • the electrical source comprises a simple stator or a double stator.
  • the invention also relates to a vehicle, such as a motor vehicle, provided with an alternator as defined above.
  • FIG. 3 a view of an example of a part of the generation block
  • FIG. 4 a view of an example of another part of the generation block.
  • an alternator comprising a polyphase electrical machine and a rectifier bridge.
  • the rectifier bridge comprises switches in the form of transistors, at least two switches being connected to each of the phases. Each switch is controlled by comparing the amplitude of a signal representative of the phase to which the switch is connected with the amplitude of each representative signal respectively of the other phases.
  • the invention provides a control law of each of the rectifying bridge switches that is analog and simple to implement.
  • a decrease in conductive losses is obtained in the components of the rectifier bridge with respect to the conventional diode rectifier. This results in an increase in the alternator flow curve and / or in a reduction of the resisting torque taken by the alternator on the engine shaft for certain operating points.
  • the efficiency of the alternator is increased. This makes it possible, among other things, to reduce the polluting emissions emitted by the vehicle since less motive power is used to generate the electrical energy intended for the operation of the vehicle.
  • the alternator 10 comprises a polyphase electrical source 12.
  • the electrical source 12 may comprise a simple stator or a double stator.
  • the source 12 Electrical considered is three-phase and single stator.
  • the three phases of the source 12 are marked in FIG. 1 by the letters R, S and T.
  • the three phases R, S and T may be sinusoids that are out of phase by 120 °.
  • the alternator 10 also comprises a rectifier 14 comprising a rectifier bridge 16 for obtaining a quasi-continuous signal from input AC signals.
  • the quasi-continuous signal value is controlled by a voltage regulator 18.
  • a quasi-continuous signal adapted to be used in the on-board network of a vehicle can thus be obtained.
  • the constraints of the on-board network can be numerous. In particular, some elements operate for a given voltage such as lead batteries.
  • the rectifier bridge 16 includes switches in the form of transistors that are controlled.
  • the rectifier 14 also comprises a measurement block 36 of the waveform of the stator phase currents, a generation block 38 of the control signals and a pilot 50 of switches of which the eigenfunctions are detailed in the following.
  • the entire measurement block 36, the generation block 38 and the pilot 50 makes it possible to control the switches of the bridge 16.
  • FIG. 2 illustrates an exemplary rectifier bridge 16 in the case of a three-phase source 12 without a neutral. At least two switches are connected to each of the phases of the electrical source 12.
  • the rectifier bridge 16 thus has six switches 22, 24, 26, 28, 30 and 32, the switches 22 and 28 being connected to the phase R, the switches 24 and 30 in the phase S and the switches 26 and 32 in the phase T.
  • the use of two switches on a single phase compared to a single switch per phase allows a full wave rectification which improves the quality the adjustment made.
  • the alternator 10 may also include a capacitor 34 placed at the output of the bridge 16 rectification.
  • the capacitor 34 makes it possible to improve the form factor, that is to say the waviness rate. Other devices that improve the ripple rate can replace the capacitor 34.
  • the capacitor 34 has the advantage of being a simple component to use.
  • Switches 22, 24, 26, 28, 30 and 32 are controlled using signals representative of the phases.
  • a signal representative of a phase can be obtained by using the measurement block 36 of the stator phase currents.
  • the rectifier 14 comprises the measurement block 36 but the measurement block 36 can also be placed outside the rectifier 14.
  • the measurement block 36 makes it possible to extract from a phase a signal representative of the phase.
  • the signal representative of the phase is a signal that includes the information of the waveform.
  • waveform is meant the knowledge of the minimum and maximum sequence of the phase in time.
  • the information of the waveform is sufficient insofar as it is proposed a generation of the control law of the switches 22, 24, 26, 28, 30 and 32 by comparison of the signals representative of the phases whose shape is almost sinusoidal .
  • the advantage is that it is thus not useful for the measurement block 36 to make an accurate measurement of the current of the phase.
  • the measurement block 36 can use sensors that detect only the waveforms of the currents.
  • each switch 22, 24, 26, 28, 30 and 32 is controlled by comparing the amplitude of a signal representative of the phase at which the switch 22, 24, 26, 28, 30 and 32 is connected with the amplitude of each of the representative signals respectively of the other phases.
  • the switches 22 and 28 connected to the phase R are controlled by comparing the amplitude of a signal representative of the phase R with the amplitude of each of the signals.
  • the switches 24 and 30 connected to the phase S are controlled by comparing the amplitude of a signal representative of the phase S with the amplitude of each of the representative signals respectively of the phases R and T and the switches 26 and 32 connected to the phase T are controlled by comparing the amplitude of a signal representative of the phase T with the amplitude of each of the representative signals respectively of the phases R and S.
  • a control law of each of the switches 22, 24, 26, 28, 30 and 32 of the bridge 16 rectification is thus obtained.
  • the control law is analog and uses inexpensive components.
  • the implementation is simple in the measure where only the rectifier 14 is modified in the alternator 10, the drive system between the alternator 10 and the heat engine, the electric source 12 and the regulator 18 are not modified.
  • a decrease in Joule losses is also obtained in the switches 22, 24, 26, 28, 30 and 32 of the rectifier bridge 16 with respect to the conventional diode rectifier. This results in an increase in the efficiency of the alternator 10. This makes it possible, among other things, to reduce the pollutant emissions of the vehicle since less motive power is used to generate the electrical energy intended for the operation of the vehicle.
  • the performance gains are even better when the selected transistors are of the MOSFET type.
  • enriched N-channel MOSFET semiconductors can be used.
  • the losses in a semiconductor of the MOSFET type are much lower than the losses in a diode.
  • the difference between the losses in a MOSFET semiconductor and the losses in a diode is all the greater as the currents passing through the components are small.
  • the control law used for the switches 22, 24, 26, 28, 30 and 32 of the rectifier bridge 16 can make each switch 22, 24, 26, 28, 30 and 32 passing when the amplitude of the representative signal of the phase at which the switch 22, 24, 26, 28, 30 and 32 is connected is greater than the amplitude of the signals representative of the other phases.
  • the switch 22 is on when the amplitude of the signal representative of the phase R is positive and greater than the amplitude of the signals representative of the other phases and the switch 28 is on when the amplitude of the signal representative of the phase R is negative and greater than the amplitude of the signals representative of the other phases.
  • the amplitude of a signal representative of a phase is in fact defined as the difference in absolute value between an extrema whether it is positive or negative with respect to the other signals of the phases.
  • Another example of a control law is the generation of a control signal making the switches 22, 24 and 26 of Figure 2 passing when the signal representative of the phase to which the switches 22, 24 and 26 are connected. is positive and is greater in amplitude than the amplitude of the other phases having the same sign.
  • the switches 28, 30 and 32 are on when the phase, to which the switches 28, 30 and 32 are connected, is negative and is greater in amplitude than the amplitude of the other phases having the same sign.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate views of examples of a part of the generation block 38.
  • the part represented of the generation block 38 makes it possible to generate a control signal which is intended for the switches 22 and 28 connected to the phase R.
  • the part shown in FIG. 3 is more specifically intended for the switch 22 and the part shown in FIG. at the switch 28.
  • the generation block 38 may comprise operational amplifiers 40, 42 for comparing the amplitude of the signals representative of the phases.
  • the operational amplifiers 40, 42 can be used in trigger operation which makes it possible to obtain square type signals at the output of the operational amplifiers 40, 42 evolving between the maximum voltage and the minimum supply voltage of the operational amplifier.
  • the operational amplifiers 40, 42 have the advantage of being standard components that are inexpensive to use. Other components or circuits for performing the comparison may however be used.
  • the generation block 38 comprises an operational amplifier 40 comparing a signal representative of the phase R to a signal representative of the phase S and another operational amplifier 42 comparing a signal representative of the phase R to a signal representative of the phase T.
  • the operational amplifier 40 emits a signal at the maximum voltage of the operational amplifier 40 and vice versa, when the signal representative of the phase S is greater than the signal representative of the phase R, the operational amplifier 40 emits a signal at the minimum voltage of the operational amplifier 40.
  • the generation block 38 also comprises other parts similar to those shown in FIGS. 3 and 4 for the other switches 24, 26, 30 and 32.
  • the switch 22 can be further controlled by the addition of the signals from the comparison.
  • the addition is carried out by a non-inverting adder 44 placed after the two comparison operational amplifiers 40, 42.
  • the non-inverting adder 44 may be operational amplifiers for adding the signals representative of the comparison of the amplitude of the representative signals. phases. Again, operational amplifiers have the advantage of being inexpensive customary components to use.
  • FIG. 5 represents such a curve of the amplitude of the signal obtained at the output of the non-inverting adder 44 as a function of time. Only one period is represented.
  • the signal at the output of the non-inverting adder 44 has a positive value A 1, then from the instant ti at the instant t 2 , the signal is zero then from the instant t 2 at time t 3 , the signal has a negative value A 2 (the absolute value of A 2 may be equal to that of A 1 ) and of the instant t 3 at time t 4 , the signal is zero .
  • a 1 this means that the signal representative of the phase R is positive and the amplitude of the signal representative of the phase R is greater than the amplitude of the signals representative of the other phases having the same sign.
  • the signal has a value A 2 , it means that the signal representative of the R phase is negative and its amplitude is greater than the amplitude of the other phases having the same sign.
  • the amplitude of the signal representative of the phase R is smaller than the amplitude of the signal representative of the other phases having the same sign.
  • a filter 46 eliminating the negative values is placed at the output of the non-inverting adder 44. The filter 46 thus makes it possible to obtain a control signal for the switch 22 when the signal representative of the R phase is positive and its amplitude is greater than the amplitude of the signals representative of the other phases having the same sign.
  • the same type of circuit is used to control the switches 24 and 26.
  • FIG. 4 gives a means of controlling the switch 28 when the signal representative of the phase R is negative and its amplitude is greater than the amplitude of the signals representative of the other phases having the same sign.
  • Inverters 48 are placed at the output of operational comparator amplifiers 40, 42 before the non-inverting adder 44.
  • the inverters 48 may in particular be operational amplifiers in inverter assembly. Other means could also be considered.
  • an inverter could be placed at the output of the non-inverting adder 44. The same type of circuit is used to control the switches 30 and 32.
  • Signals for controlling the switches 22, 24, 26, 28, 30 and 32 are thus obtained. It may be useful to amplify the signals obtained. It is the role of the driver 50 ("driver" in English terminology) of the switches which is a driver amplifying the signal obtained by the addition of the signals from the comparison.
  • the pilot 50 thus serves as a power stage at the output of the generation block 38. According to the example of FIG. 1, the pilot 50 of the switches is placed in the rectifier 14 but it is also possible to place it outside. of the rectifier 14.

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

L'invention se rapporte à un alternateur (10) comportant une source (12) électrique polyphasée, un pont (16) de redressement comprenant des interrupteurs sous la forme de transistors, au moins un interrupteur étant connecté à chacune des phases, chaque interrupteur étant commandé par la comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur est connecté avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des autres phases. L'invention permet de générer une loi de commande des interrupteurs du redresseur permettant d'assurer un bon rendement de l'alternateur.

Description

ALTERNATEUR
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0950327 déposée le 20.01.2009 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[0002] La présente invention concerne un alternateur.
[0003] La production d'énergie électrique dans les véhicules automobiles est notamment réalisée au moyen d'un alternateur qui assure la transformation de l'énergie mécanique en énergie électrique. Les applications d'un alternateur dans un véhicule automobile sont multiples. Le document FR-A-2 745 445 décrit ainsi 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. Il est aussi connu du document WO-A1 -01 /1 1231 un système, notamment pour véhicule automobile, apte à assurer d'une part le démarrage d'un moteur thermique et d'autre part la mise en charge d'un circuit électrique.
[0004] Un alternateur comprend une machine électrique alternative de type synchrone comme par exemple décrite dans le document FR-A-2 806 223. Une machine électrique tournante polyphasée réversible peut fonctionner notamment selon le procédé décrit dans le document WO-A-2006/079700. L'alternateur comporte aussi usuellement un régulateur de la tension en sortie d'un pont redresseur qui convertit un courant alternatif en courant continu. Un redresseur conventionnel comprend un pont de 6 diodes soit deux composants par phases pour un redressement triphasé. Les diodes utilisées dans les alternateurs automobiles conventionnels sont des composants passifs dont les pertes liées à leurs chutes de tension, sont importantes à certains points de fonctionnement et font diminuer le rendement global de l'alternateur.
[oooδ] II est souhaitable que le rendement de l'alternateur soit optimal sur toute sa plage de fonctionnement. Un meilleur rendement de l'alternateur permet en effet de diminuer le couple résistant sur le moteur thermique et ainsi diminuer la consommation de carburant du véhicule. [oooθ] Un meilleur rendement de l'alternateur peut être obtenu en optimisant le rendement du redresseur. Le document FR-A-2 769 771 décrit ainsi un dispositif de redressement du courant en sortie d'un alternateur polyphasé comportant un pont de redresseur constitué d'interrupteurs commandés destinés à être reliés aux différentes phases de l'alternateur ainsi que des moyens pour commander lesdits interrupteurs de façon à générer un courant redressée. Lesdits moyens de commande comportent un pont constitué de diodes qui génèrent des signaux pour la commande des interrupteurs.
[0007] II est aussi connu du document FR-A-2 883 776 décrivant un alternateur, notamment pour véhicule automobile, comportant un rotor bobiné et un stator à plusieurs phases reliées à un pont de redressement et de commande équipé d'interrupteurs sous la forme de transistors du type MOSFET. Les transistors sont calibrés en tension pour travailler par effet d'avalanche ou de manière linéaire en cas de délestage de charge.
[oooδ] Mais aucun des documents précités ne décrit comment générer une loi de commande des interrupteurs du redresseur permettant un bon fonctionnement du redresseur.
[0009] II existe donc un besoin pour générer une loi de commande des interrupteurs du redresseur permettant d'assurer le bon fonctionnement de la fourniture électrique de l'alternateur.
[ooio] Pour cela, l'invention propose un alternateur comportant une source électrique polyphasée, un pont de redressement comprenant des interrupteurs sous la forme de transistors, au moins un interrupteur étant connecté à chacune des phases, chaque interrupteur étant commandé par la comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur est connecté avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des autres phases.
[0011] Dans une variante, l'alternateur comporte de plus en régulateur de la tension de sortie du pont de redressement. [0012] Dans une variante, chaque interrupteur est passant lorsque l'amplitude du signal, représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur est relié, est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases ayant le même signe que la phase à laquelle l'interrupteur est relié.
[0013] Dans une variante, l'alternateur comprend en outre des moyens de comparaison de l'amplitude des signaux représentatifs des phases.
[0014] Dans une variante, la source électrique est triphasée. Avantageusement au moins deux interrupteurs sont connectés à chacune des phases, chaque interrupteur étant commandé par comparaison de l'amplitude du signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur est connecté avec l'amplitude du signal représentatif respectivement des deux autres phases.
[0015] Dans une variante, chaque interrupteur est en outre commandé par l'addition des signaux issus de la comparaison. Avantageusement, l'alternateur comprend en outre des moyens d'addition des signaux représentatifs de la comparaison de l'amplitude des signaux représentatifs des phases.
[0016] Dans une variante, deux interrupteurs sont connectés à chacune des phases.
[0017] Dans une variante, les transistors sont du type MOSFET.
[0018] Dans une variante, l'alternateur comprend en outre un étage pilote amplifiant le signal obtenu par l'addition des signaux issus de la comparaison.
[0019] Dans une variante, la source électrique comprend un simple stator ou un double stator.
[0020] L'invention concerne également un véhicule, tel qu'un véhicule automobile, muni d'un alternateur tel que défini ci-dessus. [0021] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent :
• figure 1 , une vue d'un exemple d'alternateur ;
• figure 2, une vue d'un exemple d'un pont de redressement ;
• figure 3, une vue d'un exemple d'une partie du bloc de génération ;
• figure 4, une vue d'un exemple d'une autre partie du bloc de génération ; et
• figure 5, une courbe de l'amplitude du signal obtenu en sortie, en fonction du temps, du bloc 46 des figures 3 et 4.
[0022] II est proposé un alternateur comportant une machine électrique polyphasée et un pont de redressement. Le pont de redressement comprend des interrupteurs sous la forme de transistors, au moins deux interrupteurs étant connectés à chacune des phases. Chaque interrupteur est commandé par la comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur est connecté avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des autres phases.
[0023] L'invention permet d'obtenir une loi de commande de chacun des interrupteurs du pont de redressement qui soit analogique et simple à mettre en œuvre. Une diminution des pertes par conduction est obtenue dans les composants du pont de redressement par rapport au redresseur conventionnel à diodes. Cela se traduit par une augmentation de la courbe de débit de l'alternateur et/ou d'une diminution du couple résistant prélevé par l'alternateur sur l'arbre du moteur thermique pour certains points de fonctionnement. Le rendement de l'alternateur est augmenté. Cela permet entre autre de diminuer les émissions polluantes émises par le véhicule puisque moins d'énergie motrice est utilisée pour générer l'énergie électrique destinée au fonctionnement du véhicule.
[0024] Une telle loi de commande des transistors peut être mise en œuvre sur toutes configurations d'alternateur, et en particulier l'exemple d'alternateur 10 de la figure 1. L'alternateur 10 comporte une source 12 électrique polyphasée. Selon les configurations, la source 12 électrique peut comprendre un simple stator ou un double stator. Dans la suite, sans qu'il s'agisse d'une limitation, la source 12 électrique considérée est triphasée et à simple stator. Les trois phases de la source 12 sont repérées sur la figure 1 par les lettres R, S et T. A titre d'illustration, les trois phases R, S et T peuvent être des sinusoïdes déphasées de 120°.
[0025] L'alternateur 10 comporte également un redresseur 14 comportant un pont 16 de redressement permettant d'obtenir un signal quasi continu à partir de signaux alternatifs en entrée. La valeur du signal quasi continu est contrôlée par un régulateur 18 de tension. Un signal quasi continu adapté à être utilisé dans le réseau 20 de bord d'un véhicule peut ainsi être obtenu. Les contraintes du réseau 20 de bord peuvent être nombreuses. Notamment, certains éléments fonctionnent pour une tension donnée comme les batteries plomb.
[0026] Le pont 16 de redressement comprend des interrupteurs sous la forme de transistors qui sont commandés. Selon l'exemple de la figure 1 , le redresseur 14 comprend aussi un bloc de mesures 36 de la forme d'onde des courants de phases statoriques, un bloc de génération 38 des signaux de commande ainsi qu'un pilote 50 d'interrupteurs dont les fonctions propres sont détaillées dans la suite. L'ensemble du bloc de mesures 36, du bloc de génération 38 et du pilote 50 permet de commander les interrupteurs du pont 16.
[0027] La figure 2 illustre un exemple de pont 16 de redressement dans le cas d'une source 12 triphasée sans neutre. Au moins deux interrupteurs sont connectés à chacune des phases de la source 12 électrique, Le pont 16 de redressement dispose ainsi de six interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32, les interrupteurs 22 et 28 étant reliés à la phase R, les interrupteurs 24 et 30 à la phase S et les interrupteurs 26 et 32 à la phase T. L'utilisation de deux interrupteurs sur une seule phase par rapport à un seul interrupteur par phase permet de réaliser un redressement double alternance ce qui améliore la qualité du redressement réalisée.
[0028] L'alternateur 10 peut également comporter un condensateur 34 placé en sortie du pont 16 de redressement. Le condensateur 34 permet d'améliorer le facteur de forme c'est-à-dire le taux d'ondulation. D'autres dispositifs améliorant le taux d'ondulation peuvent remplacer le condensateur 34. Le condensateur 34 a l'avantage d'être un composant simple à utiliser. [0029] Les interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 sont commandés en utilisant des signaux représentatifs des phases. Un signal représentatif d'une phase peut être obtenu en utilisant le bloc de mesures 36 des courants de phases statoriques. Dans l'exemple de la figure 1 , le redresseur 14 comprend le bloc de mesures 36 mais le bloc de mesures 36 peut aussi être placé à l'extérieur du redresseur 14. Le bloc de mesures 36 permet d'extraire à partir d'une phase un signal représentatif de la phase. Le signal représentatif de la phase est un signal qui comprend l'information de la forme d'onde. On entend par forme d'onde la connaissance de la succession de minimum et de maximum de la phase dans le temps. L'information de la forme d'onde suffit dans la mesure où il est proposé une génération de la loi de commande des interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 par comparaison des signaux représentatifs des phases dont la forme est quasi sinusoidale. L'avantage est qu'il n'est ainsi pas utile que le bloc de mesures 36 effectue une mesure précise du courant de la phase. De ce fait, au lieu de capteurs de mesure des courants statoriques très précis, le bloc de mesures 36 peut utiliser des capteurs détectant uniquement les formes d'ondes des courants.
[0030] Plus précisément, chaque interrupteur 22, 24, 26, 28, 30 et 32 est commandé par la comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur 22, 24, 26, 28, 30 et 32 est connecté avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des autres phases. A titre d'illustration, dans le cas triphasé de la figure 2, les interrupteurs 22 et 28 connectés à la phase R sont commandés par comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase R avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des phases S et T ; les interrupteurs 24 et 30 connectés à la phase S sont commandés par comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase S avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des phases R et T et les interrupteurs 26 et 32 connectés à la phase T sont commandés par comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase T avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des phases R et S.
[0031] Une loi de commande de chacun des interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 du pont 16 de redressement est ainsi obtenue. La loi de commande est analogique et utilise des composants peu onéreux. La mise en œuvre est simple dans la mesure où seul le redresseur 14 est modifié dans l'alternateur 10, le système d'entraînement entre l'alternateur 10 et le moteur thermique, la source 12 électrique et le régulateur 18 n'étant pas modifiés. Une diminution des pertes par effet Joule est également obtenue dans les interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 du pont 16 de redressement par rapport au redresseur conventionnel à diodes. Cela se traduit par une augmentation du rendement de l'alternateur 10. Cela permet entre autre de diminuer les émissions de polluants du véhicule puisque moins d'énergie motrice est utilisée pour générer l'énergie électrique destinée au fonctionnement du véhicule.
[0032] Les gains en performance sont encore meilleurs lorsque les transistors choisis sont du type MOSFET. Par exemple, des semi-conducteurs de type MOSFET canal N à enrichissement peuvent être utilisés. Les pertes dans un semi-conducteur de type MOSFET sont très inférieures aux pertes dans une diode. L'écart entre les pertes dans un semi-conducteur de type MOSFET et les pertes dans une diode est d'autant plus grand que les courants transitant dans les composants sont faibles.
[0033] La loi de commande utilisée pour les interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 du pont 16 de redressement peut rendre chaque interrupteur 22, 24, 26, 28, 30 et 32 passant lorsque l'amplitude du signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur 22, 24, 26, 28, 30 et 32 est relié est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases. Dans le cas de trois phases sinusoïdales R, S et T décalées de 120° comme dans l'exemple de la figure 1 , cela signifie qu'un interrupteur 22 et 28 reliée à la phase R seront passant une fois durant une période de la phase R. L'interrupteur 22 est passant lorsque l'amplitude du signal représentatif de la phase R est positive et supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases et l'interrupteur 28 est passant lorsque l'amplitude du signal représentatif de la phase R est négative et supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases. L'amplitude d'un signal représentatif d'une phase est en effet définie comme l'écart en valeur absolue entre un extrema qu'il soit positif ou négatif par rapport aux autres signaux des phases.
[0034] Un autre exemple de loi de commande est la génération d'un signal de commande rendant les interrupteurs 22, 24 et 26 de la figure 2 passant lorsque le signal représentatif de la phase à laquelle les interrupteurs 22, 24 et 26 sont reliés est positif et est supérieure en amplitude à l'amplitude des autres phases ayant le même signe. Les interrupteurs 28, 30 et 32 sont passants lorsque la phase, à laquelle les interrupteurs 28, 30 et 32 sont reliés, est négative et est supérieure en amplitude à l'amplitude des autres phases ayant le même signe. Cela est particulièrement intéressant dans l'exemple de la figure 2 parce qu'un redressement double alternance est ainsi réalisé. En particulier, le facteur de forme c'est-à-dire le niveau d'ondulation est faible dans la configuration de la figure 2.
[0035] Une telle loi de commande peut être générée dans le bloc de génération 38 des signaux de commande qui est relié au bloc de mesures 36. Dans l'exemple de la figure 1 , le redresseur 14 comprend le bloc de génération 38 mais le bloc de génération 38 peut aussi être placé à l'extérieur du redresseur 14. Les figures 3 et 4 illustrent des vues d'exemples d'une partie du bloc de génération 38. Selon l'exemple des figures 3 et 4, la partie représentée du bloc de génération 38 permet de générer un signal de commande qui est destinée aux interrupteurs 22 et 28 reliés à la phase R. La partie représentée sur la figure 3 est plus spécifiquement destinée à l'interrupteur 22 et la partie représentée sur la figure 4 à l'interrupteur 28.
[0036] Le bloc de génération 38 peut comprendre des amplificateurs opérationnels de comparaison 40, 42 de l'amplitude des signaux représentatifs des phases. Les amplificateurs opérationnels 40, 42 peuvent être utilisés en fonctionnement trigger ce qui permet d'obtenir des signaux de type carré en sortie des amplificateurs opérationnels 40, 42 évoluant entre la tension maximum et la tension minimum d'alimentation de l'amplificateur opérationnel. Les amplificateurs opérationnels 40, 42 présentent l'avantage d'être des composants usuels peu onéreux à utiliser. D'autres composants ou circuits permettant de réaliser la comparaison peuvent cependant être utilisés.
[0037] Dans les cas des figures 3 et 4, le bloc de génération 38 comprend un amplificateur opérationnel 40 comparant un signal représentatif de la phase R à un signal représentatif de la phase S et un autre amplificateur opérationnel 42 comparant un signal représentatif de la phase R à un signal représentatif de la phase T. Ainsi, lorsque le signal représentatif de la phase R est supérieur au signal représentatif de la phase S, l'amplificateur opérationnel 40 émet un signal à la tension maximum de l'amplificateur opérationnel 40 et réciproquement, lorsque le signal représentatif de la phase S est supérieur au signal représentatif de la phase R, l'amplificateur opérationnel 40 émet un signal à la tension minimum de l'amplificateur opérationnel 40. Dans le cas de signaux sinusoïdaux déphasés de 120°, il est ainsi obtenu en sortie de l'amplificateur opérationnel 40 un signal de type créneau variant entre la tension maximum et la tension minimum d'alimentation de l'amplificateur opérationnel 40. Le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel 42 est similaire. De ce fait, il est aussi obtenu en sortie de l'amplificateur opérationnel 42 un signal de type créneau variant entre la tension maximum et la tension minimum d'alimentation de l'amplificateur opérationnel 42 pour le cas de signaux sinusoïdaux déphasés de 120°. Le bloc de génération 38 comprend aussi d'autres parties similaires à celles représentées sur les figures 3 et 4 pour les autres interrupteurs 24, 26, 30 et 32.
[0038] Dans l'exemple de la figure 3, l'interrupteur 22 peut en outre être commandé par l'addition des signaux issus de la comparaison. L'addition est réalisée par un additionneur non inverseur 44 placé après les deux amplificateurs opérationnels de comparaison 40, 42. L'additionneur non inverseur 44 peut être des amplificateurs opérationnels d'addition des signaux représentatifs de la comparaison de l'amplitude des signaux représentatifs des phases. De nouveau, les amplificateurs opérationnels présentent l'avantage d'être des composants usuels peu onéreux à utiliser.
[0039] En sortie de l'additionneur non inverseur 44, une courbe périodique peut être obtenue pour des signaux sinusoïdaux déphasés de 120° puisque les signaux de type créneau obtenus en sortie des amplificateurs opérationnels 40 et 42 sont additionnés. La figure 5 représente une telle courbe de l'amplitude du signal obtenu en sortie de l'additionneur non inverseur 44 en fonction du temps. Seule une période est représentée. De l'instant initial à un instant t-i, le signal en sortie de l'additionneur non inverseur 44 a une valeur A1 positive puis de l'instant ti à l'instant t2, le signal est nul puis de l'instant t2 à l'instant t3, le signal a une valeur négative A2 (la valeur absolue de A2 peut être égale à celle de A1) et de l'instant t3 à l'instant t4, le signal est nul. Lorsque le signal a une valeur A1, cela signifie que le signal représentatif de la phase R est positif et que l'amplitude du signal représentatif de la phase R est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases ayant le même signe. Lorsque le signal a une valeur A2, cela signifie que le signal représentatif de la phase R est négative et que son amplitude est supérieure à l'amplitude des autres phases ayant le même signe. Lorsque le signal a une valeur nulle, l'amplitude du signal représentatif de la phase R est inférieure à l'amplitude du signal représentatif des autres phases ayant le même signe. Un filtre 46 éliminant les valeurs négatives est placé en sortie de l'additionneur non inverseur 44. Le filtre 46 permet ainsi d'obtenir un signal de commande pour l'interrupteur 22 lorsque le signal représentatif de la phase R est positif et que son amplitude est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases ayant le même signe. Le même type de circuit est utilisé pour commander les interrupteurs 24 et 26.
[0040] L'exemple de la figure 4 donne un moyen de commander l'interrupteur 28 lorsque le signal représentatif de la phase R est négatif et que son amplitude est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases ayant le même signe.
[0041] Des inverseurs 48 sont placés en sortie des amplificateurs opérationnels de comparaisons 40, 42 avant l'additionneur non inverseur 44. Les inverseurs 48 peuvent notamment être des amplificateurs opérationnels en montage inverseur. D'autres moyens pourraient également être envisagés. Par exemple, un inverseur pourrait être placé en sortie de l'additionneur non inverseur 44. Le même type de circuit est utilisé pour commander les interrupteurs 30 et 32.
[0042] Des signaux permettant de commander les interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 sont ainsi obtenus. Il peut être utile d'amplifier les signaux obtenus. C'est le rôle du pilote 50 (« driver » en terminologie anglaise) des interrupteurs qui est un pilote amplifiant le signal obtenu par l'addition des signaux issus de la comparaison. Le pilote 50 sert ainsi d'étage de puissance en sortie du bloc de génération 38. Selon l'exemple de la figure 1 , le pilote 50 des interrupteurs est placé dans le redresseur 14 mais il est aussi possible de le placer à l'extérieur du redresseur 14.
[0043] Dans ce qui précède, nous avons supposé un système polyphasé. Dans le cas d'un système monophasé, le principe de comparaison serait alors appliqué entre une phase et le neutre et non plus entre phases.

Claims

REVENDICATIONS
1. Un alternateur (10) comportant une source (12) électrique polyphasée, un pont (16) de redressement comprenant des interrupteurs (22, 24, 26, 28, 30, 32) sous la forme de transistors, au moins un interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) étant connecté à chacune des phases, chaque interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) étant commandé passant lorsque l'amplitude du signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) est relié est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases ayant le même signe que la phase à laquelle l'interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) est relié.
2. L'alternateur selon la revendication 1 , comportant de plus en régulateur (18) de la tension de sortie du pont (16) de redressement.
3. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de comparaison (40, 42) de l'amplitude des signaux représentatifs des phases.
4. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source (12) électrique est triphasée.
5. L'alternateur (10) selon la revendication 4, dans lequel au moins deux interrupteurs (22, 24, 26, 28, 30, 32) sont connectés à chacune des phases, chaque interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) étant commandé par comparaison de l'amplitude du signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) est connecté avec l'amplitude du signal représentatif respectivement des deux autres phases.
6. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) est en outre commandé par l'addition des signaux issus de la comparaison.
7. L'alternateur (10) selon la revendication 6, comprenant en outre des moyens d'addition (44) des signaux représentatifs de la comparaison de l'amplitude des signaux représentatifs des phases.
8. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel deux interrupteurs (22, 24, 26, 28, 30, 32) sont connectés à chacune des phases.
9. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les transistors sont du type MOSFET.
10. L'alternateur (10) selon l'une des revendications 6 à 9, comprenant en outre un étage pilote (50) amplifiant le signal obtenu par l'addition des signaux issus de la comparaison.
1 1. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source (12) électrique comprend un simple stator ou un double stator.
12. Un véhicule comprenant un alternateur (10) selon l'une des revendications 1 à 1 1.
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