FR2993505A1 - Ensemble comportant un generateur et des moteurs electrique, pour un systeme de climatisation ou de refrigeration de vehicule. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un ensemble (1) comportant : - un moteur thermique (3), - un générateur (4) dont l'arbre est entraîné en rotation par le moteur thermique, et - un ou plusieurs moteurs électriques (8, 9), notamment d'un système de climatisation ou de réfrigération de véhicule, le générateur alimentant directement le ou les moteurs électriques (8, 9), la tension d'alimentation du ou des moteurs électriques étant la tension de sortie du générateur.
Description
La présente invention concerne la production d'électricité à partir d'un ensemble comportant un moteur thermique et un dispositif de production d'électricité pour l'alimentation d'un ou plusieurs moteurs électriques. Il existe un besoin pour simplifier et faciliter l'entraînement du système de réfrigération ou de climatisation et réduire le coût du dispositif de production d'électricité. L'invention vise notamment à répondre à ce besoin et a ainsi pour objet un ensemble comportant : un moteur thermique, - un générateur dont l'arbre est entraîné en rotation par le moteur thermique, et - un ou plusieurs moteurs électriques, notamment d'un système de climatisation ou de réfrigération de véhicule, le générateur alimentant directement le ou les moteurs électriques, la tension d'alimentation du ou des moteurs électriques étant la tension de sortie du générateur.
Le ou les moteurs électriques peuvent servir chacun à l'entraînement d'un ventilateur et être des moteurs de condenseur et/ou d'évaporateur. Chaque moteur est selon l'invention directement relié au générateur, sans dispositif électronique intermédiaire tel qu'un régulateur de tension ou onduleur, ce qui permet de diminuer le coût de l'ensemble. L'ensemble selon l'invention peut ainsi être 20 dépourvu d'onduleur. On ne passe pas par un bus continu pour alimenter ledit moteur. L'ensemble peut comporter un unique condenseur, ou en variante plusieurs condenseurs. L'ensemble peut par exemple comporter deux condenseurs. L'ensemble peut comporter un unique évaporateur, ou en variante plusieurs évaporateurs. L'ensemble peut comporter deux évaporateurs. 25 Le ou les moteurs peuvent être des moteurs asynchrones ou synchrones. Ils peuvent être triphasés. Ils peuvent être des moteurs mono- ou bi-vitesse, ce qui peut permettre de conserver des performances aérauliques proches quelle que soit la vitesse du moteur thermique. On peut ainsi limiter la puissance absorbée en cas d'augmentation de la vitesse du moteur thermique. Les vitesses de rotation du moteur thermique peuvent par 30 exemple être les suivantes : 1600 rpm et 2200 rpm. Le ou les moteurs sont de préférence des moteurs asynchrones, lesquels sont de construction simple et d'utilisation fiable Ainsi, le rapport U/F aux bornes du moteur est constant, ce qui est possible grâce à l'alimentation par le générateur. Dans le cas où la vitesse du moteur thermique chuterait, alors la tension chuterait mais le rapport resterait constant. Si la vitesse est trop faible, on peut alors changer de couplage et basculer sur une autre polarité dans le cas où le moteur est un moteur bi-vitesse.
Le ou les moteurs peuvent être dépourvus d'aimants permanents ou en variante comporter des aimants permanents. L'un ou au moins l'un des moteurs peut comporter un rotor à quatre pôles, ou à six pôles, ce qui permet un fonctionnement à basse vitesse avec une faible puissance consommée.
Le ou les moteurs peuvent comporter un ventilateur à chacune des extrémités libres de leur arbre. Le moteur thermique peut être un moteur diesel. Le moteur thermique et le ou les moteurs électriques peuvent appartenir à un système de réfrigération ou de climatisation d'un véhicule. Le moteur thermique peut être différent du moteur servant à la propulsion du véhicule. Le générateur est une machine synchrone. Le moteur thermique peut entraîner l'arbre du générateur par un système poulie-courroie. Un tel entraînement par poulie-courroie permet l'ajustement de la fréquence de sortie du générateur à la vitesse du moteur thermique afin de permettre l'utilisation de moteurs électriques de ventilateurs utilisables sur le réseau directement sans dégradation des performances. Par exemple, le ou les moteurs peuvent être conçus pour fonctionner à 230V et 50 Hz par exemple, mais ils peuvent aussi fonctionner à 207 V et 45 Hz, la génératrice étant pour ce faire entraînée à 1350 tours par minute. Si le moteur thermique a une vitesse de rotation de 1600 tours par minute avec un ratio de 1,125 entre les poulies, alors le générateur, à 4 pôles par exemple, sera entraîné à une vitesse de 1800 tours par minute et délivrera une tension de sortie à 60Hz comme le réseau, grâce à sa construction synchrone qui n'induit aucun glissement. Ainsi, le générateur peut être entraîné en rotation par le moteur thermique avec un rapport de transmission choisi de façon que la fréquence délivrée par ce générateur soit 30 le même que celle du réseau électrique externe servant à alimenter le ou les moteurs quand le véhicule est à l'arrêt.
La fréquence délivrée par le générateur peut être liée à sa fréquence de rotation N par la formule f = p*N/2n avec p le nombre de paires de pôles et N en radis. Pour une structure à 4 pôles, on a f= Nin avec p = 2. Le générateur peut être à aimants permanents. Le rotor du générateur peut 5 comporter des aimants permanents, étant alors par exemple un rotor à concentration de flux ou à aimants enterrés. L'ensemble peut comporter un dispositif de bascule de l'alimentation du ou des moteurs électriques permettant de passer d'une alimentation par le générateur à une alimentation par un réseau électrique. Dans ce cas, le ou les moteurs sont reliés directement 10 au réseau et le générateur est alors isolé. Le dispositif de bascule peut être configuré pour ne pouvoir s'enclencher qu'à l'arrêt du véhicule, ce qui permet d'éviter la pollution qui peut être induite par le fonctionnement du moteur thermique à l'arrêt. Ce dispositif de bascule peut comporter un ou plusieurs interrupteurs permettant de commander l'alimentation du ou des moteurs 15 électriques à partir du réseau électrique. Le ou chaque interrupteur peut comporter un ou plusieurs composants électroniques. Le ou chaque interrupteur peut être réalisé par tout moyen adapté et par exemple à l'aide d'un ou plusieurs interrupteurs électromécaniques ou à semi-conducteurs, par exemple à contacteur(s), relais, thyristor(s), triac(s), IGBT ou transistor(s) bipolaire(s). 20 Le ou les moteurs peuvent fonctionner sur un réseau électrique externe tel qu'un réseau à 230V et 60Hz, ou 460 V et 60 Hz, ou encore 400 V et 50 Hz. En variante encore, le ou les moteurs peuvent être des moteurs multi-tension et multi-fréquence. Ils peuvent aussi fonctionner avec un réseau électrique à 50Hz. Ainsi, ces moteurs peuvent fonctionner sur les réseaux électriques du monde entier, pouvant être adaptés quelque soit 25 le lieu d'utilisation et les caractéristiques du réseau électrique local. L'ensemble peut encore comporter un compresseur entraîné mécaniquement par le moteur thermique. L'entraînement peut se faire par poulie-courroie. L'ensemble peut être dépourvu d'un compresseur entraîné par un moteur électrique, en mode de fonctionnement normal de l'ensemble à tout le moins. 30 L'ensemble peut également comporter un moteur électrique d'appoint pour l'entraînement du compresseur lorsque ce dernier n'est pas ou ne peut pas être entraîné par le moteur thermique. L'entraînement peut se faire également par poulie-courroie. Ce moteur électrique d'appoint peut être alimenté à partir du réseau électrique. En variante ou additionnellement, l'ensemble peut comporter un compresseur électrique alimenté par le générateur. Le compresseur peut comporter un moteur électrique 5 de compresseur et une pompe entraînée par ledit moteur, tous deux disposés dans une enceinte étanche. Autrement dit, l'ensemble peut comporter un compresseur hermétique. Le compresseur électrique peut être alimenté directement par le générateur. La tension d'alimentation du compresseur électrique peut être la tension de sortie du générateur. L'ensemble peut être dépourvu de batteries. 10 L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente de manière schématique un ensemble, embarqué ou non, équipé d'un dispositif de production d'électricité réalisé conformément à l'invention, 15 - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 d'une variante de réalisation, - la figure 3 est une vue en perspective d'un générateur utilisable dans l'invention, - les figures 4 et 5 sont des vues respectivement selon les flèches IV et V de la figure 3, 20 - la figure 6 est une section transversale, schématique et partielle, du rotor du générateur des figures 3 à 5, - la figure 6a est une vue en perspective, schématique et partielle, du rotor d'une variante de réalisation de générateur, - la figure 7 est une vue en perspective, schématique et partielle, d'une 25 variante de réalisation de générateur, - les figures 8 et 9 sont des vues en perspective, schématiques et partielles, respectivement des moteurs de condenseur et d'évaporateur conformes à l'invention, - la figure 10 illustre la variation de la tension de sortie du générateur par rapport à la puissance fournie, et 30 - la figure 11 est une vue analogue à la figure 1 d'une variante de réalisation. On a représenté à la figure 1 un ensemble 1 comportant d'une part un moteur thermique 3 et d'autre part un dispositif de production d'électricité 2 ayant un générateur 4 dont l'arbre peut être entraîné en rotation par le moteur thermique 3. L'ensemble 1 est par exemple embarqué sur un véhicule. Dans l'exemple décrit, le moteur thermique est un moteur diesel. L'ensemble comporte en outre des moteurs électriques d'un système de climatisation ou de réfrigération du véhicule, alimentés par le dispositif de production d'électricité 2. Dans l'exemple décrit, l'ensemble comporte deux moteurs 8 de condenseur et un moteur 9 d'évaporateur. Le dispositif de production d'électricité 2 est configuré pour que le générateur alimente directement les moteurs électriques, c'est-à-dire que la tension d'alimentation des 10 moteurs électriques est la tension de sortie du générateur 4. Dans l'exemple décrit, l'ensemble comporte en outre un dispositif de bascule 10 de l'alimentation du ou des moteurs électriques des moteurs des condenseurs et de l'évaporateur, permettant de passer d'une alimentation par le générateur à une alimentation par le réseau électrique externe 11. Le dispositif de bascule 10 comporte des interrupteurs 15 12 permettant de commander l'alimentation des moteurs électriques à partir du réseau électrique 11. L'ensemble comporte un compresseur 15 entraîné par le moteur thermique 2. L'entraînement peut se faire par poulie-courroie. L'ensemble est ainsi dépourvu d'un compresseur entraîné électriquement. 20 L'ensemble peut également, comme illustré sur la figure 2, comporter un moteur électrique d'appoint 16 pour l'entraînement du compresseur 15 lorsque ce dernier n'est pas ou ne peut pas être entraîné par le moteur thermique. L'entraînement peut se faire par poulie-courroie. Ce moteur électrique d'appoint peut être alimenté à partir du réseau électrique 11. Malgré la présence du moteur électrique d'appoint 16, l'ensemble est 25 dépourvu d'un compresseur entraîné électriquement en mode de fonctionnement normal de 1 ' ensemble. Le générateur 4 a été illustré en détails aux figures 3 à 6. Il peut comporter un stator bobiné avec un bobinage distribué. Le rotor peut être à aimants permanents ou bobiné. Il comporte dans l'exemple décrit un rotor 19 à aimants permanents 18 enterrés 30 sous la surface des pôles 20, comme illustré sur la figure 6. Le rotor illustré comporte quatre pôles 20.
Le générateur comporte une bride 22 permettant le démontage d'un roulement 23 disposé à l'avant du générateur. Par ailleurs, le moteur thermique 3 entraîne l'arbre 25 du générateur 4 par poulie-courroie, ce qui permet l'ajustement de la fréquence de sortie du générateur à la vitesse du moteur thermique. Le moteur thermique 3 peut entraîner le générateur 4 à une vitesse variable. Par exemple, lorsque la charge du générateur est faible, la vitesse de rotation du moteur thermique 3 est relativement basse et lorsque la charge du générateur 3 augmente, la vitesse du moteur thermique 3 peut être augmentée. On a illustré à la figure 7 un exemple de réalisation dans lequel le générateur 7 10 comporte un stator à bobinage réparti et un rotor comportant des aimants permanents enterrés et quatre pôles. Ce générateur a par exemple une puissance de 3,5kVA à une vitesse de fonctionnement de 1800 rpm. Le générateur pourrait comporter 8 pôles sans que l'on sorte du cadre de la présente invention.
15 On a illustré à la figure 8 un exemple de réalisation de moteur 8 du condenseur. Le moteur 8 comporte dans cet exemple un rotor à quatre pôles. On a illustré à la figure 9 un exemple de réalisation de moteur 9 de l'évaporateur. L'évaporateur comporte par exemple un ventilateur à chacune des extrémités libres 9a de son arbre.
20 La figure 10 illustre la variation de la tension de sortie du générateur en Volts par rapport à la puissance fournie en Watts. La courbe T illustre les valeurs théoriques, la courbe A les valeurs obtenue avec un générateur à aimants permanents enterrés tels qu'illustré à la figure 6, et la courbe B avec un générateur à aimants permanents collés en surface, tel qu'illustré à la figure 6a.
25 Dans ce qui précède, le compresseur 15 est, au moins en mode de fonctionnement normal de l'ensemble, entraîné par le moteur thermique 3. On ne sort pas du cadre de la présente invention s'il en est autrement, et si le compresseur électrique 15 est alimenté par le générateur 4. A titre d'exemple, on a illustré à la figure 11 un ensemble comportant un compresseur électrique 15 alimenté directement par le générateur 4, la 30 tension d'alimentation du compresseur électrique étant la tension de sortie du générateur 4. L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Ensemble (1) comportant : - un moteur thermique (3), - un générateur (4) dont l'arbre (25) est entraîné en rotation par le moteur thermique, et - un ou plusieurs moteurs électriques (8, 9), notamment d'un système de climatisation ou de réfrigération de véhicule, le générateur alimentant directement le ou les moteurs électriques (8, 9), la tension d'alimentation du ou des moteurs électriques étant la 10 tension de sortie du générateur.
- 2. Ensemble selon la revendication précédente, le moteur thermique (3) étant un moteur diesel.
- 3. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, le moteur thermique (3) et le ou les moteurs électriques (8,9) appartenant à un système de réfrigération ou de 15 climatisation d'un véhicule.
- 4. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel le ou les moteurs électriques (8,9) servent à l'entraînement d'un ventilateur et sont des moteurs de condenseur (8) et/ou d'évaporateur (9).
- 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 20 lequel le générateur (4) est à aimants permanents (18).
- 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un dispositif de bascule (10) de l'alimentation du ou des moteurs électriques (8, 9), notamment du système de climatisation ou de réfrigération, notamment des moteurs de condenseur(s) et/ou d'évaporateur(s), permettant de passer d'une alimentation par le 25 générateur (4) à une alimentation par un réseau électrique externe (1 1 ).
- 7. Ensemble selon la revendication précédente, le dispositif de bascule (10) comportant un ou plusieurs interrupteurs (12) permettant de commander l'alimentation du ou des moteurs électriques à partir du réseau électrique (11).
- 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 comportant un compresseur (15) entraîné par le moteur thermique (3).
- 9. Ensemble selon la revendication précédente, comportant un moteur é tectrique d'appoint (16) pour l'entraînement du compresseur (15) lorsque ce dernier n'est pas ou ne peut pas être entraîné par le moteur thermique.
- 10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant un 5 compresseur électrique (15) alimenté par le générateur (4), notamment alimenté directement par le générateur (4).
- 11. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'un ou au moins l'un des moteurs électriques (8) appartient à un condenseur, ledit moteur comportant un rotor à quatre pôles. 10
- 12. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'un ou au moins l'un des moteurs électriques (9) appartient à un évaporateur.
- 13. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moteur thermique (3) entraîne l'arbre (25) du générateur (4) par poulie-courroie.
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