FR2724270A1 - Systeme de propulsion comportant un moteur electrique a enroulements commutables pour un vehicule. - Google Patents

Systeme de propulsion comportant un moteur electrique a enroulements commutables pour un vehicule. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne plus spécialement l'optimisation du système de propulsion d'un véhicule comportant un moteur électrique dont le bobinage, notamment triphasé, est raccordé par un dispositif de commutateurs à un convertisseur électronique. Le dispositif (7) de commutateurs (S1, S2, S3) est commandé à travers une commande de positionnement (25) par un circuit pilote (33). Ce dernier commande en plus le convertisseur (9) et coupe les courants d'attaque envoyés au bobinage (5) générateur du champ magnétique rotatif pendant qu'il commute le dispositif (7) par la commande de positionnement (25). Applicable à la propulsion électrique d'automobiles.

Description

L'invention concerne un système de propulsion comportant un moteur
électrique pour un véhicule, en par- ticulier un véhicule automobile ne roulant pas sur des rails, dont le moteur électrique possède un bobinage à champ magnétique rotatif dont les enroulements sont com- mutables. Par le document DE-A-41 33 059 et le périodique "VDI Berichte n 878, 1991, pages 611 - 622", on connaît des véhicules mus par des moteurs électriques et ne rou- lant pas sur des rails, dont les roues sont entraînées individuellement par des moteurs électriques. Il s'agit de moteurs comportant un bobinage à champ magnétique ro-
tatif partagé en plusieurs enroulements de phases qui sont alimentés à partir d'un convertisseur commun ou de plusieurs convertisseurs coordonnés aux différents moteurs et fournissant des courants de propulsion ou d'attaque pulsatoires déphasés. Ces courants pulsatoires peuvent être des courants alternatifs, mais également des courants continus produits sous forme d'impulsions. Les convertisseurs, de type électronique et commandant la fréquence de pulsation et éventuellement l'intensité des courants d'attaque au moyen de soupapes électriques à semi-conducteurs, sont eux-mêmes pilotés par une commande de marche du véhicule, par exemple par l'intermédiaire d'une pédale d'accélération ou analogue. Les convertisseurs sont alimentés à partir d'un réseau de bord à cou-
rant continu dont la source d'énergie peut être consti- tuée, comme décrit dans les documents cités, par une gé- nératrice mue par un moteur à combustion interne, mais aussi par une batterie rechargeable. Lorsqu'ils sont utilisés pour mouvoir un véhi- cule, lesdits moteurs électriques doivent être conçus pour des puissances relativement élevées. Il est cepen- dant nécessaire en même temps que les moteurs soient de construction compacte. De plus, la fréquence de pulsation à laquelle le convertisseur génère les courants d'attaque, doit être relativement haute (2 KHz par exemple) pour que à la fois la marche du véhicule et les courants traversant le moteur puissent être réglés avec suffisamment de précision. Bien que l'on puisse utiliser
des moteurs possédant un bobinage à champ magnétique rotatif de n'importe quel type pour les systèmes de propulsion comme ceux évoqués dans ce qui précède, les moteurs à induit extérieur à aimants permanents se sont avérés convenir particulièrement. Par le document DE-A-42 44 721, il est ainsi connu de refroidir un moteur à induit extérieur à aimants permanents par un circuit de refroidissement intégré et de placer les commutateurs à semi-conducteurs des étages de sortie des convertisseurs près du bobinage à champ magnétique rotatif du stator - situé à l'intérieur - du moteur. De tels moteurs ont approximativement la forme d'un cylindre circulaire plat et les éléments de raccordement des enroulements ou des commutateurs à semi-conducteurs sont sortis sur une paroi d'extrémité axiale du stator.
Les caractéristiques de fonctionnement, c.e par exemple le couple et la vitesse de rotation, dépen- dent de la force magnétomotrice engendrée par les cou- rants d'attaque dans le bobinage à champ rotatif. Par le document EP-A-340 686, il est connu de coordonner aux en- roulements de phases d'un moteur à champ rotatif des convertisseurs séparés auxquels les enroulements de phases peuvent être raccordés en nombre variable et en différentes configurations de couplage à l'aide d'un grand nombre de commutateurs commandés. En changeant le nombre des enroulements de phases connectés en série, on peut adapter le couple et la vitesse de rotation maximale réalisable du moteur aux conditions de fonctionnement. Bien que l'agencement connu par le document EP-A-340 686 autorise une optimisation souhaitable du rendement du
système de propulsion, il est relativement dispendieux. Le but de l'invention est d'indiquer un système de propulsion à moteur électrique pour un véhicule, avec lequel la configuration de couplage dans laquelle les en- roulements de phases du moteur électrique à bobinage à champ magnétique rotatif sont alimentés par des courants d'attaque, puisse également être modifiée pendant le fonctionnement. La dépense en pièces nécessaires pour une telle construction doit être aussi faible que possible. L'invention part d'un système de propulsion à moteur électrique pour un véhicule comprenant: - au moins un moteur électrique possédant un bobinage à champ magnétique rotatif partagé en plusieurs enrou- lements de phases, - un dispositif convertisseur électronique délivrant à
plusieurs bornes de sortie des courants d'attaque pulsatoires de phases différentes, - un dispositif de commutateurs mécaniques reliant les enroulements de phases du moteur électrique aux bornes de sortie et au moyen duquel le nombre d'en- roulements de phases relié à chacune des bornes de sortie est variable, - un dispositif de commande de positionnement pour manoeuvrer les commutateurs et - un circuit pilote pour commander le dispositif de commande de positionnement. - L'invention prévoit, pour un tel système de propulsion, que le circuit pilote commande également le dispositif convertisseur et réduit l'intensité des cou- rants d'attaque délivrés aux bornes de sortie pendant que
le circuit pilote change la position des commutateurs par la commande du dispositif de commande de positionnement. L'invention permet de répartir les courants d'attaque sur un nombre variable d'enroulements de phases et d'optimiser ainsi le rendement du moteur électrique sur une plus grande plage des paramètres de fonctionne- ment. Par exemple, en répartissant les courants d'attaque délivrés par le dispositif convertisseur sur deux ou da- vantage d'enroulements de phases, la vitesse de rotation maximale du moteur peut être augmentée, au prix d'une di- minution de son couple, en raison de la réduction de la force magnétomotrice résultant de la répartition des cou- rants. D'un autre côté, le montage en série d'enroule- ments de phases permet d'accroître le couple au prix d'une diminution de la vitesse de rotation maximale pou-
vant être atteinte. Dans le cas d'un moteur triphasé, ceci est réalisable par la commutation des enroulements de phases entre leur couplage en triangle et leur cou- plage en étoile, ce dernier permettant l'obtention d'un couple plus élevé, tandis que le couplage en triangle au- torise des vitesses de rotation maximales plus élevées. l convient que la commutation soit effectuée automati- quement par le circuit pilote, par exemple en fonction de la vitesse instantanée du véhicule, le moteur étant par exemple utilisé dans le couplage en étoile à une vitesse relativement basse du véhicule et dans le couplage en triangle à vitesse de véhicule élevée. La commutation du dispositif de commutateurs s'effectue pendant la marche et en règle générale au cours d'une phase d'accélération. Comme les commutateurs
de ce dispositif sont parcourus pendant la marche par les courants d'attaque, ils devraient être dimensionnés en conformité avec les puissances à commuter, c'est-à-dire pour des tensions de l'ordre de 1000 V et des courants de l'ordre de 100 A en cas d'application d'une technique classique. De tels commutateurs seraient coûteux et volu- mineux, ce qui serait contraire à l'exigence de petits systèmes de propulsion. L'invention part de la prise en compte du fait qu'avec les soupapes électroniques à semi- conducteurs des convertisseurs, on dispose déjà de compo- sants capables de commuter la puissance électrique re- quise. Le circuit pilote prévu dans le cadre de l'inven- tion, assure que les soupapes à semi-conducteur des convertisseurs coupe les courants d'attaque tant que les commutateurs - commandés également par ce circuit - com-
mutent les enroulements de phases, c'est-à-dire, par exemple, entre le couplage en étoile et le couplage en riangle. De cette manière, les commutateurs peuvent être dimensionnés plus petits et plus légers puisqu'il suffit de les prévoir pour des courants fixes et que leurs contacts ne sont pas exposés à des brûlures par étin- celles et des phénomènes analogues. Pour réduire la sollicitation des contacts, il suffit en principe de diminuer l'intensité des courants et/ou l'amplitude des tensions aux sorties des convertis- seurs pendant l'intervalle de commutation, de sorte que la puissance d'attaque est simplement diminuée pendant cet intervalle. Il s'est avéré toutefois que le temps pendant lequel, en raison de la commutation, la traction du moteur électrique est réduite, peut être maintenu si
court (par exemple à 20 - 30 millisecondes) que l'inter- ruption de la traction n'est pas perceptible pendant la marche du véhicule. Il convient donc de couper complète- ments les courants d'attaque pendant l'intervalle de changement de position des commutateurs. Le dispositif de commande de positionnement de- mande non seulement un certain laps de temps pour changer la position des commutateurs, il présente aussi un temps d'entrée en action préliminaire dû à des courses d'élas- ticité des contacts et à leur inertie. L'interruption de la traction peut être raccourcie lorsque le circuit pi- lote retarde la coupure des courants d'attaque par le dispositif convertisseur par rapport à l'activation du dispositif de commande de positionnement. Ceci permet à ce dernier de compenser des courses à vide, des courses
dues à l'élasticité, et ainsi de suite, avant que les courants d'attaque ne soient effectivement coupés. Selon un mode de réalisation préféré, le dispo- sitif de commutateurs relié aux enroulements de phases du moteur électrique et le dispositif de commande de posi- tionnement destiné à manoeuvrer le dispositif de commuta- teurs sont montés directement sur le moteur électrique. Le nombre des conducteurs de liaison à raccorder au roupe moteur est ainsi diminué. De tels conducteurs de liaison nécessitaient généralement des connexions de rac- cordement détachables, de sorte qu'ils augmentent la dé- pense pour le montage et le coût de fabrication. Le dispositif de commande de positionnement peut comprendre une commande de positionnement commune à tous les commutateurs du dispositif de commutateurs, en
particulier une commande assemblée avec tous ces commuta- teurs en une unité de construction; il peut cependant être constitué aussi de plusieurs unités modulaires com- portant chacune une commande de positionnement séparée du dispositif de commande de positionnement. Egalement dans la dernière version, il est avantageux de prévoir que la commande de positionnement soit réunie avec l'unité modu- laire en une unité de construction séparée pouvant être montée sur le moteur électrique. Les deux versions ont l'avantage qu'elles se laissent monter facilement. Les commutateurs du dispositif de commutateurs évoqué précédemment, possèdent chacun un contact mobile manoeuvré par le dispositif de commande de positionnement et au moins un contact fixe contre lequel peut s'appliquer le contact mobile. Pour la formation d'inverseurs,
le contact mobile peut également être coordonné chaque fois à une paire de contacts fixes contre lesquels il peut s'appliquer alternativement. Les contacts fixes peu- vent faire partie des unités de construction mentionnées précédemment et être assemblées avec les commandes de positionnement. Cependant, comme cet agencement peut éven- tuellement nécessiter des connexions détachables supplé- mentaires entre les contacts fixes et les enroulements de phases du moteur, un mode de réalisation préféré prévoit que les contacts fixes de chaque commutateur sont supportés directement sur le moteur électrique, de sorte que les unités de construction des commutateurs comprennent simplement les contacts mobiles et, éventuellement, en plus de la commande de positionnement, n élément de raccordement pour l'établissement d'une
connexion détachable avec les bornes de sortie du dispositif convertisseur. Les commandes de positionnement, prévues pour manoeuvrer des commutateurs individuels ou pour commander tous les commutateurs, peuvent avoir les constructions les plus diverses, lesquelles dépendent en premier lieu de la place disponible et de la vitesse de positionnement requise. C'est ainsi que les commandes de positionnement peuvent comporter, par exemple, un organe de commande ou organe de sortie tournant autour d'un axe de rotation, mais effectuant en particulier des mouvements rotatifs d'oscillation autour de cet axe, organe qui porte le contact mobile. En variante, la commande de positionne- ment peut comporter un organe de sortie relié au contact mobile et effectuant un mouvement de positionnement li-
néaire. Surtout la variante mentionnée en dernier est réalisable par des moyens simples pour avoir un fonction- nement sûr, par exemple sous la forme d'une crémaillère, constituant l'organe de sortie, qui engrène avec un pi- gnon entraîné en rotation. Un moteur électrique ou un électroaimant à armature rotative convient, par exemple, pour entraîner un tel pignon. Pour obtenir un fonctionnement fiable, il im- porte que les contacts s'appliquent l'un contre l'autre sous une force minimale prédéterminée à la position de fermeture des commutateurs. Les forces de pression de contact nécessaires dans ce but, peuvent être produites par des dispositifs élastiques appropriés et en plus, ou en variante, par les commandes de positionnement, les- quelles sont excitées dans ce cas de façon permanente
par le circuit pilote. Dans la mesure o des moyens élastiques sont prévus pour générer les forces de pression, il est préférable que la commande de posi- tionnement soit réalisée pour être autobloquante pour des forces de réaction exercées à partir du commutateur. S'il s'agit d'une commande de positionnement constituée par un moteur électrique, ceci est réalisable de manière simple par un engrenage autobloquant, par exemple sous la forme d'un engrenage à vis sans fin. L'immobilisation de la commande de positionnement à la position de fermeture du commutateur peut s'effectuer mécaniquement, mais aussi par l'excitation permanente de la commande de positionne- ment par exemple. Des commandes de positionnement hydrauliques ou pneumatiques sont blocables par la fermeture de leur espace de travail du fluide de pression. Une
variante selon laquelle les forces de pression des contacts sont produites par des moyens élastiques, mais qui peut se dispenser néanmoins d'une commande de posi- tionnement capable d'encaisser des forces de réaction, exploite les propriétés bidirectionnelles de passage d'un point mort d'un ressort bistable qui, à partir d'une po- sition médiane instable, produit des forces élastiques dans les deux sens de mouvement. Des ressorts bistables de ce type sont utilisables à la fois pour des commuta- teurs Marche/Arrêt et pour des inverseurs. A côté de moteurs électriques et d'électroai- mants en tant que sources de forces auxiliaires, on peut prévoir aussi des vérins mus par un fluide présentant une surpression ou une dépression. A la fois des vérins pneu- matiques et des vérins hydrauliques conviennent.
Le circuit pilote peut piloter ou commander le dispositif de commande de positionnement en un circuit de commande ouvert. Dans le but d'éviter de fausses ma- noeuvres ainsi que les court-circuits qui pourraient en résulter, un mode de réalisation préféré prévoit qu'un capteur de déplacement détectant la position de l'organe de sortie est coordonné à cet organe de la commande de positionnement et que le circuit pilote réagit à un sig- nal dudit capteur. Celui-ci est réalisable comme un simple interrupteur de fin de course; il peut cependant s'agir aussi d'un capteur de déplacement déterminant des oordonnées de déplacement et qui permet ensuite une ré- gulation de positionnement de l'organe de sortie par le circuit pilote.
Il convient de se servir des commutateurs méca- niques, en plus des soupapes électroniques du dispositif convertisseur, comme des commutateurs de sécurité afin de pouvoir couper le moteur de propulsion de l'alimentation électrique lors de défectuosités éventuelles de l'électronique. Dans la mesure o les commutateurs mécaniques sont des inverseurs, il convient donc qu'ils puissent être amenés au moyen du circuit pilote à une position neutre dans laquelle aucun contact n'est fermé. Cette po- sition neutre peut être définie par des éléments d'arrêt mécaniques ou analogues. On peut toutefois faire appel aussi à une régulation de position du type décrit dans ce qui précède pour déterminer la position neutre ou mé- diane.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est le schéma fonctionnel d'un système de propulsion à moteur électrique pour un véhi- cule routier; - la figure 2 est un schéma contenant un dispo- sitif de commutateurs pour faire passer le moteur élec- trique du système de propulsion de la figure 1 entre le couplage en étoile de son bobinage et le couplage en tri- angle; - la figure 3 est le schéma fonctionnel d'une variante du système de propulsion à moteur électrique se-
lon la figure 1; - la figure 4 est une vue de côté schématique, en coupe, d'un inverseur manoeuvrable par un moteur élec- trique utilisable dans les systèmes de propulsion à mo- teur électrique selon les figures 1 à 3; la figure 5 est une vue de dessus schématique de l'inverseur selon la figure 4; - la figure 6 montre une variante de l'inver- seur de la figure 4 manoeuvrable par un moteur élec- trique; - la figure 7 est une vue de dessus schématique de l'inverseur de la figure 6; - la figure 8 montre un autre variante d'un in- verseur utilisable dans les systèmes de propulsion à mo-
teur électrique des figures 1 à 3 et manoeuvrée par un électroaimant; et la figure 9 montre encore une autre variante d'un inverseur utilisable dans des systèmes de propulsion à moteur électrique selon les figures 1 à 3, manoeuvrée par un vérin pneumatique ou hydraulique. Le système de propulsion à moteur électrique pour un véhicule routier, représenté sur la figure 1 par un schéma fonctionnel, comprend un moteur électrique 1 dont le bobinage à champ magnétique rotatif 5 à plusieurs phases, possédant en l'occurrence trois enroulements de phases 3, est raccordé à travers un dispositif 7 de com- mutateurs à un convertisseur 9. Celui-ci est raccordé à une source d'énergie 11 interne du véhicule, par exemple à une batterie rechargeable ou une génératrice mue par un
moteur à combustion interne, et produit à ses bornes de sortie L1, L2 et L3 des courants d'attaque pulsatoires, mutuellement déphasés chaque fois de 1200, pour l'excita- tion des enroulements de phases 3 du moteur électrique 1. Les courants d'attaque produits par le convertisseur 9, peuvent être des courants alternatifs ou des courants continus impulsionnels. La source d'énergie 11 peut four- nir des courants continus ou des courants alternatifs qui sont convertis par des soupapes à semi-conducteurs du convertisseur 9 en courants d'attaque pulsatoires ayant une fréquence de pulsation variable et de préférence éga- lement une intensité variable. Une commande de marche non représentée, sur laquelle le conducteur du véhicule peut agir par exemple par une pédale d'accélération, détermine la fréquence et l'intensité des courants d'attaque. Bien
qu'il soit possible d'entraîner plusieurs roues d'un es- sieu moteur du véhicule, éventuellement par l'intermé- diaire d'un différentiel ou analogue, à partir d'un seul moteur électrique, il est préférable de coordonner aux différentes roues du véhicule des moteurs électriques séparés qui sont eux-mêmes alimentés à partir d'un conver- tisseur commun ou de convertisseurs coordonnés séparément aux différents moteurs électriques, à travers des dispo- sitifs de commutateurs qui sont également séparés. Le ou chaque moteur électrique peut être un moteur à bobinage à champ magnétique rotatif de type classique, pouvant éventuellement comporter des enroulements d'excitation sépa- rés venant s'ajouter au bobinage à champ rotatif. Il convient cependant particulièrement d'utiliser, comme le montre la figure 1, un moteur à induit extérieur à ai-..DTD: mants permanents, possédant un stator 13 qui porte le bo- binage à champ rotatif 5 et un rotor ou induit 15, par exemple en forme de cylindre creux, qui porte à sa péri- phérie, enveloppant le stator 13, une pluralité d'aimants permanents 16 juxtaposés avec une polarité alternante dans le sens circonférentiel. Les aimants permanents 16 sont radialement situés en regard de pôles non représen- tés du bobinage à champ rotatif 5. Un tel moteur élec- trique possède une puissance comparativement élevée sous de petites dimensions et présente habituellement la forme d'un cylindre circulaire plat, tout au moins approximati- vement.
Afin d'optimiser le rendement du moteur élec- trique 1, le bobinage à champ rotatif 5 est commutable au moyen du dispositif 7 de commutateurs entre un couplage en étoile et un couplage en triangle. En utilisant un seul et même moteur électrique 1 alternativement dans un couplage en étoile et un couplage en triangle, le moteur e laisse mieux adapter la situation de marche du moment. Pendant son fonctionnement en étoile, le moteur peut fournir un couple plus élevé, mais à une vitesse de rota- tion maximale réduite, tandis que le fonctionnement en triangle permet d'atteindre une vitesse maximale plus élevée, mais à un couple réduit. La commutation du dispo- sitif de commutateurs peut s'effectuer par exemple en fonction de la vitesse de marche du véhicule, en ce sens que le moteur électrique 1 est utilisé dans le couplage en étoile jusqu'à une limite préfixée de la vitesse de marche et que, au-dessus de cette limite, le moteur est utilisé dans le couplage en triangle. D'autres stratégies
de commande, produisant par exemple la commutation du dispositif 7 de commutateurs en fonction du couple, sont concevables aussi. La figure 2 montre des détails du schéma du dispositif 7 de commutateurs. L1, L2 et L3 désignent de nouveau les bornes de sortie et par suite les phases du convertisseur 9. M désigne une borne du convertisseur 9 se trouvant au potentiel de la masse et reliée au point neutre, formé dans le couplage en étoile, du bobinage à champ rotatif. Les bornes de l'enroulement de phase 3 re- lié à la borne de sortie L1 sont désignées respectivement par U1 et U2. L'enroulement de phase relié à la borne de sortie L2 possède les bornes d'enroulement V1 et V2, tan- dis que l'enroulement de phase relié à la borne de sortie
L3 possède les bornes d'enroulement W1 et W2. Le disposi- tif 7 de commutateurs de l'exemple de réalisation repré- senté comprend trois inverseurs mécaniques S1, S2 et S3 possédant chacun un contact mobile 17 et deux contacts fixes 19, 21. Les contacts mobiles 17 des trois commutateurs S1, S2 et S3 sont reliés cycliquement et avec interversion à chacune d'une des bornes d'enroulement, en l'occurrence aux bornes d'enroulement W2, U2 et V2. Les contacts fixes coordonnés aux contacts mobiles 17 des différents commutateurs Sl, S2 et S3, sont raccordés cha- un à d'autres bornes des enroulements de phases 3, plus exactement à leurs bornes d'enroulement U1, V1 et Wl non reliées aux contacts mobiles 17. Les contacts fixes 21 de deux commutateurs, en l'occurrence les commutateurs S2 et
S3, sont reliés chacun, ensemble avec les contacts fixes 19 de ces commutateurs à l'un des enroulements de phases 3, plus précisément aux bornes d'enroulements V2 et W2 respectivement qui ne sont pas reliées au contact fixe 19 correspondant. Le contact fixe 21 du commutateur restant, c'est-à-dire du commutateur Sl, est relié à la borne de masse M. La figure 2 montre les contacts mobiles 17 dans le couplage en triangle, o ils sont appliqués contre les contacts fixes 19 reliés aux bornes d'enroulement Ul, V1 et W1 et aux bornes de sortie L1, L2 et L3. A l'inversion des contacts mobiles 17, de sorte qu'ils viennent s'ap- pliquer contre les contacts fixes 21, les enroulements de phases 3 sont reliés dans un couplage en étoile aux bornes de sortie L1, L2 et L3 et la borne de masse M est en même temps reliée au point neutre de ce couplage en
étoile. Selon l'exemple de réalisation de la figure 1, les commutateurs Si, S2 et S3 du dispositif 7 sont dispo- sés, ensemble avec une commande de positionnement 25 ma- noeuvrant les contacts mobiles 17, sur le stator 13 du moteur électrique 1, de sorte qu'ils forment avec celui- ci une unité de construction. De cette unité font partie également des éléments de raccordement 27, constitués par exemple par des contacts à enficher ou des vis de ser- rage, pour la connexion détachable aux bornes de sortie Li, L2, L3 et M du convertisseur 9. Les commutateurs S1, S2 et S3 peuvent être rassemblés d'un seul tenant en une unité de construction; il est cependant possible aussi que l'unité de construction formée par le dispositif 7 de commutateurs soit composée, comme indiqué par les lignes
discontinues 29 sur la figure 1, de plusieurs modules de commutateurs. Quelle que soit la construction du disposi- if 7 de commutateurs, la commande de positionnement 25 est coordonnée collectivement à tous les commutateurs Sl, S2 et S3 et reliée à leurs contacts mobiles 17 par l'intermédiaire de moyens appropriés de transmission de forces, désignés par 31 sur la figure 1. Ces moyens de transmission 31 peuvent être constitués par des tringle- ries, des cames, des câbles flexibles ou analogues. La commande de positionnement 25 est elle-même commandée par un circuit pilote 33, lequel peut faire partie de la commande de marche précitée. Ce circuit ré- agit à des signaux de capteurs 35 détectant des para- mètres décrivant la situation de marche. Les capteurs 35 peuvent, par exemple, fournir des informations représen-
tant le couple réel ou demandé, la vitesse du véhicule ou analogue. En fonction de ces informations, le circuit pi- lote 33 agit sur la commande de positionnement 25 pour que celle-ci produise, comme décrit précédemment, le cou- plage en étoile ou le couplage en triangle par le dispo- sitif 7 de commutateurs. Le circuit pilote 33 agit en outre sur le convertisseur 9. En même temps qu'il délivre le signal pour la commutation de la commande de positionnement 25, le circuit pilote 33 délivre un autre signal au conver- tisseur 9 pour couper tous les courants d'attaque délivrés aux bornes de sortie L1, L2 et L3 pendant la durée du signal de commande appliqué à la commande de position- nement 25 et par suite pendant l'intervalle de temps de commutation au cours duquel les contacts mobiles 17 sont
déplacés entre les contacts fixes. Pour couper les cou- rants d'attaque, on utilise les soupapes électriques à semi-conducteurs prévues de toutes manières dans le convertisseur 9. Il suffit par conséquent de dimensionner les contacts mécaniques du dispositif 7 de commutateurs pour leur sollicitation par des courants d'attaque fixes. En particulier, il suffit de dimensionner les contacts du dispositif 7 pour une usure nettement plus faible des ontacts. La transmission entre la commande de position- nement 25 et les contacts mobiles 17 peut présenter du jeu et la commande 25 peut être soumise à certains effets d'inertie qui retardent le début du mouvement effectif des contacts mobiles 17 par rapport au début du signal fourni par le circuit pilote 33 pour actionner la com-
mande de positionnement 25. Il convient que le circuit 33 comporte des moyens de retard qui retardent en consé- quence le signal de commande appliqué au convertisseur 9 pour la coupure des courants d'attaque parrapport au si- gnal de commande délivré à la commande de positionnement 25. Bien que l'interruption de la traction du moteur électrique 1 provoquée par la commutation du dispositif 7 de commutateurs soit comparativement faible donc négli- geable, le temps pendant lequel la traction est interrom- pue peut ainsi être raccourci plus encore. Comme indiqué en 37, il est possible de coor- donner à la commande de positionnement 25 un capteur de position qui détecte la position réelle de son organe de sortie 31. Le capteur 37 fournit au circuit pilote 33 des signaux de réponse permettant de surveiller la position
actuelle du dispositif 7 de commutateurs. Le capteur 37 peut être un simple interrupteur de fin de course, mais il est réalisable aussi sous la forme d'un capteur de dé- placement fonctionnant en continu et fournissant des si- gnaux de position réelle dans un circuit de réglage de position du circuit pilote 33. Les commutateurs S1, S2 et S3 du dispositif 7 peuvent être amenés au moyen du circuit pilote 33, éven- tuellement à l'aide du capteur 37, à une position médiane dans laquelle le contact mobile 17 ne s'applique contre aucun des contacts fixes 19, 21. Le moteur électrique 1 est coupé complètement des bornes de sortie L1, L2 et L3, de même que de la borne M à cette position médiane ou neutre. Le dispositif 7 de commutateurs est ainsi exploi- table, en supplément aux soupapes électriques à semi-..DTD: conducteurs du convertisseur 9, en tant qu'interrupteur de sécurité sous la forme d'un sectionneur mécanique qui permet de déconnecter le moteur complètement du conver- tisseur 9, par exemple dans le cas d'une défectuosité de ce dernier. La figure 3 représente du système de propulsion à moteur électrique selon la figure 1 une variante per- mettant également une commutation étoile-triangle selon la figure 2. Les composants ayant les mêmes effets por- tent les références des figures 1 et 2, mais avec le ca- ractère a pour faire ressortir la différence. On se ré- fère par ailleurs à la description des figures 1 et 2 pour expliquer la structure et le mode de fonctionnement.
Alors qu'une commande de positionnement commune est coordonnée à tous les commutateurs du dispositif de commutateurs du système de propulsion selon la figure 1, la figure 3 montre un exemple de réalisation dans lequel les commutateurs Si, S2 et S3 sont réalisés comme des mo- dules 29a comprenant chacun une commande de positionne- ment 25a séparée. Il s'ensuit que les contacts mobiles 17a de ces commutateurs sont également reliés à la commande de positionnement 25a coordonnée par des moyens sé- parés 31a pour la transmission des forces. Les modules 29a, y compris les commandes de positionnement 25a asso- ciées, sont rassemblées, ensemble avec des éléments de raccordement détachables 27a, en une unité de construc- tion et disposés sur le stator 13a du moteur électrique la. Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 3, chacune des commandes de positionnement 25a peut compor- ter un capteur de position comme le capteur 37 prévu sur
la commande de positionnement de la figure 1. On décrira ci-après des exemples d'exécution de commandes de positionnement utilisables de manière avan- tageuse pour les systèmes de propulsion de véhicule pré- cédemment décrits en référence aux figures 1 à 3. Pour es commandes de positionnement décrites ci-après, des composants ayant les mêmes effets portent également les mêmes références, mais majorées chaque fois d'une minus- cule pour la différenciation. L'explication du fonction- nement se réfère aussi à la description précédente de ces composants. Les figures 4 et 5 montrent un module de comu- tateur 29b agencé sur une partie de base 39 du stator du moteur électrique. Les contacts fixes 19b, 21b du module 29b sont maintenus directement sur la partie de base 39 à
l'aide de supports isolants 41, tandis que le contact mo- bile 17b est prévu sur un bras de contact élastique 43 dépassant radialement par rapport à l'axe de rotation d'un axe de sortie 45 de la commande de positionnement 25b. Cette commande comprend un petit moteur électrique 47 suivi d'un réducteur 49 ou un motoréducteur animant l'axe de sortie 45 d'un mouvement rotatif d'oscillation autour de son axe géométrique de rotation. Un élément de raccordement 27b est disposé accessible de l'extérieur pour la connexion détachable au convertisseur sur un bol- tier 51 renfermant la commande de positionnement 25b et les contacts 17b, 19b et 21b. Pour la liaison du contact mobile 17b aux enroulements de phases du moteur élec- trique, un autre élément de racordement est monté de façon isolée en 52 dans la partie de base 39, élément qui
est relié électriquement, mais de façon mobile au contact 17b par une tresse flexible 54. Aux positions de fermeture du commutateur, dans lesquelles le contact mobile 17b est appliqué tantôt contre l'un tantôt contre l'autre contact mobile 19b ou 21b, la commande de positionnement 25b assure des forces de pression suffisantes entre les contacts. Dans ce but, soit le moteur électrique 47 est excité en permanence à travers le circuit pilote (33 sur la figure 1) qui le commande, soit le réducteur 49 est réalisé sous la forme d'un réducteur ou engrenage autobloquant par rapport à des forces de réaction de l'axe de sortie 47, de sorte que les forces élastiques de l'élément (bras) élastique 43 pressent les contacts l'un contre l'autre sans faire tourner l'axe 45 en arrière.
Les figures 4 et 5 représentent un module du type décrit en référence à la figure 3. Il va de soi que l'axe de sortie 45 peut être prolongé en vue de la ma- noeuvre de plusieurs commutateurs, de sorte que la com- mande de positionnement 25b convient aussi pour la ver- sion du système de propulsion décrite relativement à la figure 1. Les figures 6 et 7 montrent une variante d'un module de commutateur 29c qui se distingue en premier lieu de la version selon les figures 4 et 5 du fait que la commande de positionnement 25c manoeuvre le contact mobile 17c par l'intermédiaire d'une tige de sortie 53 mobile linéairement à la place d'un axe de sortie animé de mouvements rotatifs d'oscillation. La tige de sortie 53 porte de nouveau le contact mobile 17c au bout d'un
bras élastique 43c, tandis que les contacts fixes 19c et 21c sont attachés directement à la partie de base 39c du stator du moteur électrique par des éléments isolants 41c. La commande de positionnement 25c est réalisée comme une commande à moteur électrique en ce sens qu'elle com- prend par exemple un moteur électrique proprement dit ou un électroaimant avec une armature tournante actionnant un pignon 57 en prise avec une denture de crémaillère 55 de la tige de sortie 53. Cette dernière est maintenue à des positions extrêmes stables par un ressort bistable 59 qui peut brusquement passer élastiquement, dans les deux sens, à partir d'une position médiane instable, à des po- sitions extrêmes stables. A ces dernières, dont l'une est illustrée sur la figure 7, le bras élastique 43, dépas- sant de la tige de sortie 53 et portant le contact mobile
17c, assure des forces de pression définies des contacts l'un contre l'autre. Il va de soi que les forces de pres- sion élastiques peuvent être produites aussi par le res- sort 59 ou d'autres moyens au cas o le contact 17c est disposé fixe sur la tige de sortie 53. Comme la position extrême stable de cette tige est assurée par le ressort bistable 59, on peut se dispenser d'un blocage en posi- tion extrême par le moteur électrique de la commande de positionnement 25c. A la place du ressort bistable 59, on peut cependant prévoir aussi un blocage par le moteur électrique de la commande, comme cela a été décrit en ré- férence aux figures 4 et 5. Il est possible aussi de pré- voir des dispositifs d'immobilisation bistables du type décrit dans la version selon les figures 4 et 5. La com- mande de positionnement 25c selon la version montrée par
les figures 6 et 7 peut également être commune à plu- sieurs commutateurs et/ou modules, auquel cas la tige de sortie 53 pourrait porter plusieurs contacts mobiles 17c par exemple. La figure 8 montre une variante supplémentaire dans laquelle, à la différence de la variante selon les figures 6 et 7, un électroaimant 61 est prévu pour ac- tionner la tige de sortie 53d portant le contact mobile 17d. L'électroaimant 61 de cette commande de positionne- ment 25d possède une armature 63 reliée à la tige de sor- tie 53d. Cette tige porte le contact mobile 17d au bout d'un bras 43d. Un ressort de rappel 65 presse normalement ce contact mobile contre l'un des contacts fixes, en l'occurrence le contact 21d. Quand l'électroaimant 61 est excité, l'armature 63 déplace la tige 53d à l'encontre de
la force du ressort de rappel 65 pour appliquer le contact mobile 17d contre l'autre contact fixe 19d. La figure 9 représente encore une autre va- riante d'une commande de positionnement 25e, laquelle ne se distingue essentiellement de la commande de position- nement selon la figure 8 que par la prévision, à la place de l'électroaimant et de son armature, d'un vérin mû par un fluide et comportant un cylindre fixe 67, un piston 69 coulissant dans ce cylindre et une tige de sortie 53e so- lidaire de ce piston. Le vérin peut être de type pneuma- tique ou hydraulique et être alimenté en fluide sous pression (surpression) en 71. Si la chambre recevant le fluide est agencée en conséquence, le vérin est utili- sable aussi dans un système à dépression. L'agencement selon la figure 9 est tel que le contact mobile 17e est
maintenu avec précontrainte à l'une des positions ex- trêmes par le ressort de rappel 65e. Ce dernier peut être supprimé en cas d'utilisation d'un vérin à double effet. La tige de sortie 53e peut être immobilisée aux positions extrêmes par la fermeture de l'espace recevant le fluide de pression.

Claims (23)

REVENDICATIONS
1. Système de propulsion à moteur électrique pour un véhicule, comprenant au moins un moteur électrique (1) possédant un bobinage à hamp magnétique rotatif (5) partagé en plusieurs enrou- lements de phases (3), un dispositif convertisseur électronique (9) délivrant à plusieurs bornes de sortie (L1, L2, L3) des courants d'attaque pulsatoires de phases différentes, un dispositif (7) de commutateurs mécaniques (S1, S2, S3) reliant les enroulements de phases (3) du moteur élec- trique (1) aux bornes de sortie (L1, L2, L3) du convertisseur et au moyen duquel le nombre d'enroulements de phases (3) relié à chacune des bornes de sortie (Li, L2, L3) est variable, un dispositif de commande de positionnement (25) pour ma- noeuvrer les commutateurs (Sl, S2, S3) et un circuit pilote (33) pour commander le dispositif de commande de positionnement (25), caractérisé en ce que le circuit pilote (33) commande également le dispositif convertisseur (9) et réduit l'intensité des courants d'attaque délivrés aux bornes de sortie (Ll, L2, L3) pendant que le circuit pilote (33) change la position des commutateurs (Sl, S2, S3) par la commande du dispositif de commande de positionnement (25 ).
2. Système de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit pilote (33) coupe à peu près complètement les courants d'attaque délivrés aux bornes de sortie (L1, L2, L3) du convertisseur pendant le changement de position des commutateurs (S1, S2, S3).
3. Système de propulsion selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit pilote (33) retarde dans le temps la coupure des courants d'attaque par rap- port à l'activation du dispositif de commande de positionnement (25).
4. Système de propulsion selon une des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif (7) de commutateurs, relié aux enroulements de phases (3) du mo- teur électrique (1), ainsi que le dispositif de commande de positionnement (25), destiné à manoeuvrer le dispositif (7) de commutateurs, sont montés sur le moteur électrique (1).
5. Système de propulsion selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de commande de po- sitionnement comprend une commande de positionnement (25) qui est commune à tous les commutateurs (Sl, S2, S3) du dispositif (7) de commutateurs et est en particulier ras- semblée avec tous les commutateurs (S1, S2, S3) en une unité de construction.
6. Système de propulsion selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de commutateurs comprend plusieurs unités modulaires (29a) comportant chacune une commande de positionnement (25a) séparée du dispositif de commande de positionnement, les commandes de positionnement (25a) étant chacune reliées en particulier à l'une des unités modulaires (29a) pour former avec elle une unité de construction séparée montée sur le moteur électrique.
7. Système de propulsion selon une des revendi- cations 4 à 6, caractérisé en ce que chaque commutateur (SI, S2, S3) comporte un contact mobile (17) manoeuvré par le dispositif de commande de positionnement (25) et au moins un contact fixe (19, 21) contre lequel le contact mobile (17) est applicable, en particulier deux contacts fixes (19, 21) contre lesquels le contact mobile (17) est applicable alternativement, et qu'au moins l'un des contacts fixes (19, 21) de chaque commutateur (S1, S2, S3) et en particulier les deux contacts fixes (19, 21) est supporté ou sont supportés directement sur le mo- teur électrique (1).
8. Système de propulsion selon une des revendi- cations 4 à 7, caractérisé en ce que les commutateurs (S1, S2, S3) sont rassemblés, ensemble avec le dispositif de commande de positionnement (25) destiné à leur ma- oeuvre, ainsi qu'avec des éléments de raccordement (27) pour une connexion détachable aux bornes de sortie (L1, L2, L3) du dispositif convertisseur (9), en au moins une unité de construction attachée au moteur électrique (1).
9. Système de propulsion selon une des revendi- cations 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de commande de positionnement comporte au moins une commande de positionnement (25b) possédant un organe de sortie (45), servant à la manoeuvre d'au moins l'un des commuta- teurs, qui est rotatif autour d'un axe de rotation et ef- fectue en particulier des mouvements rotatifs oscillants.
10. Système de propulsion selon une des revendi- cations 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de commande de positionnement comporte au moins une commande de positionnement (25c-e) possédant un organe de sortie (53; 53d, e), servant à la manoeuvre d'au moins l'un des commutateurs, qui effectue un mouvement de positionnement linéaire.
11. Système de propulsion selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'organe de sortie (53) est réalisé comme une crémaillère qui engrène avec un pignon (ST) entraîné en rotation.
12. Système de propulsion selon une des revendi- cations 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif de commande de positionnement pour manoeuvrer les commuta- teurs comporte au moins une commande de positionnement qui est autobloquante à l'égard de forces de réaction exercées à partir d'un commutateur.
13. Système de propulsion selon une des revendi- cations 1 à 12, caractérisé en ce que le dispositif de commande de positionnement pour manoeuvrer les commuta- teurs comporte au moins une commande de positionnement susceptible d'être verrouillée à une position extrême de cette commande correspondant à la fermeture d'un commuta- teur.
14. Système de propulsion selon la revendication 13, caractérisé en ce que, afin de produire le verrouil- lage, le circuit pilote (33) maintient la commande de po- sitionnement enclenchée à la position extrême.
15. Système de propulsion selon une des revendi- cations 1 à 12, caractérisé en ce que le dispositif de commande de positionnement pour manoeuvrer les commuta- teurs (S1, S2, S3) comporte au moins une commande de po- sitionnement (25b-c) dont l'organe de sortie (45; 53) co- opère, tout au moins à la position extrême correspondant à la fermeture d'un commutateur (S1, S2, S3), avec un élément élastique (43; 59) sollicitant l'organe de sortie (45; 53) et/ou le commutateur en direction de la position de fermeture.
16. Système de propulsion selon la revendica- tion 15, caractérisé en ce que l'élément élastique est un ressort bistable (59).
17. Système de propulsion selon la revendica- tion 15 ou 16, caractérisé en ce que le commutateur (S1, S2, S3) est un inverseur et la commande de positionnement (25c) agit sur l'organe de sortie (53) dans les deux positions extrêmes de l'inverseur.
18. Système de propulsion selon une des reven- dications i à 17, caractérisé en ce que le dispositif de commande de positionnement (25b) pour manoeuvrer les com- mutateurs (Sl, S2, S3) comporte au moins un moteur élec- trique (47), en particulier un motoréducteur (47; 49), de préférence un motoréducteur autobloquant.
19. Système de propulsion selon une des reven- dications 1 à 17, caractérisé en ce que le dispositif de commande de positionnement (25a) comporte au moins un 35 électroaimant (61, 63) pour manoeuvrer les commutateurs (Sl, S2, S3).
20. Système de propulsion selon une des reven- dications 1 à 17, caractérisé en ce que le dispositif de commande de positionnement (25a) comporte au moins un vé- rin (67, 69) mû par un fluide de surpression ou de dé- ression pour manoeuvrer les commutateurs (Sl, S2, S3).
21. Système de propulsion selon une des reven- dications 1 à 20, caractérisé en ce que le dispositif de commande de positionnement comporte, pour manoeuvrer les commutateurs (Sl, S2, S3), au moins une commande de posi- tionnement (25) à l'organe de sortie (31) de laquelle est coordonné un capteur de déplacement (37) qui détecte la position de l'organe de sortie (31), et que le circuit pilote (33) réagit à un signal fourni par ce capteur de déplacement (37).
22. Système de propulsion selon une des reven- dications 1 à 21, caractérisé en ce que les commutateurs (Sl, S2, S3) sont réalisés au moins en partie comme des inverseurs et peuvent être amenés au moyen du circuit pi- lote (33) à une position neutre dans laquelle aucun contact n'est fermé.
23. Système de propulsion selon une des reven- dications 1 à 22, caractérisé en ce que le moteur élec- trique (1) possède un bobinage à champ magnétique rotatif (5) de type triphasé et le dispositif (7) de commutateurs est réalisé comme un dispositif de commutation étoiletriangle.
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