FR3060894A1 - Machine electrique polyphasee - Google Patents
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Abstract
Une machine électrique polyphasée (7), configurée pour former un turbocompresseur (1) électrique pour véhicule automobile, comprend un stator (9), un rotor (10), ainsi qu'un dispositif de conversion de courant (15) qui comporte des éléments de commutation associés à chacune des phases (92), un dispositif de détection (16) qui est apte à mesurer la vitesse de rotation du rotor (10), et un dispositif de commande (17) des éléments de commutation qui est configuré pour commuter sous conditions au moins un élément de commutation en vue de réaliser une mise à la masse d'au moins une phase (92). Les conditions de commutation comportent au moins la réception par le dispositif de commande (17) d'une information (A) relative à une valeur de vitesse de rotation du rotor (10) mesurée par le dispositif de détection (16) supérieure à une valeur seuil prédéterminée.
Description
Titulaire(s) : VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR Société par actions simplifiée.
MACHINE ELECTRIQUE POLYPHASEE.
FR 3 060 894 - A1 (5/) Une machine électrique polyphasée (7), configurée pour former un turbocompresseur (1) électrique pour véhicule automobile, comprend un stator (9), un rotor (10), ainsi qu'un dispositif de conversion de courant (15) qui comporte des éléments de commutation associés à chacune des phases (92), un dispositif de détection (16) qui est apte à mesurer la vitesse de rotation du rotor (10), et un dispositif de commande (17) des éléments de commutation qui est configuré pour commuter sous conditions au moins un élément de commutation en vue de réaliser une mise à la masse d'au moins une phase (92).
Les conditions de commutation comportent au moins la réception par le dispositif de commande (17) d'une information (A) relative à une valeur de vitesse de rotation du rotor (10) mesurée par le dispositif de détection (16) supérieure à une valeur seuil prédéterminée.
Machine électrique polyphasée
La présente invention se rapporte au domaine des machines électriques polyphasées pour véhicule automobile, et plus particulièrement au domaine des machines électriques polyphasées configurées pour former un turbocompresseur électrique pour véhicule automobile.
On connaît des machines électriques tournantes pouvant être accouplées à un compresseur pour former un turbocompresseur électrique. Ce turbocompresseur électrique est couramment utilisé pour compenser au moins en partie les pertes de puissance d’un moteur thermique, ceci pour diminuer la consommation en carburant et limiter les émissions de polluants.
A cet effet, un tel turbocompresseur électrique comprend couramment une turbine disposée sur le conduit d’admission du moteur thermique pour comprimer l'air et optimiser le remplissage des cylindres du moteur thermique. La machine électrique tournante est activée pour entraîner la turbine du turbocompresseur de sorte à minimiser le temps de réponse en couple, notamment lors des phases transitoires à l’accélération, ou en phase de redémarrage automatique du moteur thermique après une mise en veille.
Les machines électriques polyphasées accouplées à de tels turbocompresseurs comportent un stator et un rotor qui est solidaire d'un arbre d’entraînement de la turbine. Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre d’entraînement de la turbine par exemple par l'intermédiaire de roulements.
Le rotor comporte des pôles formés par des aimants permanents qui peuvent être logés dans des cavités ménagées dans le corps du rotor et le stator est configuré pour recevoir des enroulements de phase disposés autour de dents agencées régulièrement autour de l’axe de rotation du rotor. Les enroulements de phase et les aimants permanents sont disposés et dimensionnés pour coopérer entre eux et créer soit un mouvement mécanique, soit une récupération d’énergie électrique.
Les enroulements de phase peuvent notamment être agencés de manière à être connectés en étoile ou en triangle dont les branches sont reliées en sortie à une électronique de commande.
Dans une utilisation classique, la machine électrique polyphasée est utilisée pour
-2entraîner mécaniquement le turbocompresseur à la demande, et pour cela on convertit une énergie électrique en énergie mécanique nécessaire à l’entraînement du turbocompresseur. Le courant généré sur instruction du module de commande associé passe dans les enroulements de phase et permet la création d’un champ magnétique susceptible de mettre en rotation le rotor équipé des aimants permanents.
Alternativement, la machine électrique peut être utilisée en alternateur pour convertir une énergie mécanique en énergie électrique. Il est ainsi possible de récupérer du courant en sortie des enroulements de phase lorsque le rotor est entraîné en rotation mécaniquement par l’arbre d’entraînement.
Dans ce contexte, dans une phase de décélération et de coupure du courant alimentant la machine électrique, le rotor continue d’être entraîné en rotation par une inertie résiduelle qui peut générer une surtension aux bornes du bobinage du stator pouvant endommager l’équipement électrique du véhicule automobile.
Ce point est d’autant plus problématique que la vitesse de rotation est grande, ce qui peut être le cas des moteurs électriques assistant la rotation d’un compresseur. Et ce problème se pose notamment dans le cas d’application évoqué, c’est-à-dire un moteur électrique dans lequel le rotor comporte des aimants permanents qui génèrent une difficulté à freiner rapidement les hautes vitesses.
La présente invention a pour but de pallier à l’inconvénient précité et de proposer une alternative aux machines électriques polyphasées existantes dans les applications à des turbocompresseurs électriques, la machine électrique polyphasée selon l’invention étant notamment configurée pour empêcher les surtensions durant une phase de décélération.
A cet effet, l'invention a pour objet une machine électrique polyphasée configurée pour former un turbocompresseur électrique pour véhicule automobile, la machine électrique polyphasée comprenant un stator sur lequel sont disposés des enroulements de phase, un rotor logeant des aimants permanents et configurés pour interagir avec lesdits enroulements de phase, un dispositif de conversion de courant entre lesdites phases de la machine électrique et un réseau électrique de tension continue du véhicule automobile, le dispositif de conversion comportant des éléments de commutation associés à chacune des phases.
La machine électrique comporte en outre un dispositif de détection, apte à mesurer la vitesse de rotation du rotor, et un dispositif de commande des éléments de commutation configuré pour commuter sous conditions au moins un élément de commutation en vue de
- 3 réaliser une mise à la masse d’au moins une phase. Et les conditions de cette commutation comportent au moins la réception, par le dispositif de commande, d’une information relative à une valeur de vitesse de rotation du rotor mesurée par le dispositif de détection supérieure à une valeur seuil prédéterminée.
Grâce à ces caractéristiques, il est possible de contrôler le passage de courant dans la machine électrique polyphasée lors d’une phase de décélération de sorte à éviter des surtensions susceptibles d’endommager un équipement électrique du véhicule automobile.
En particulier, en déterminant une vitesse de rotation du rotor à partir de laquelle une valeur de tension générée par la conversion d’une énergie mécanique en énergie électrique peut entraîner une surtension, il est possible de générer une commande depuis le dispositif de commande assurant une mise à la masse d’au moins une phase de la machine électrique selon l’invention.
Par ailleurs, on produit avantageusement un couple de freinage additionnel qui permet de réduire la durée de la phase de décélération du rotor de la machine électrique polyphasée.
Selon différentes caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- les conditions pour commuter au moins un élément de commutation en vue de réaliser la mise à la masse d’au moins une phase comportent en outre la réception par le dispositif de commande d’une information relative au dépassement d’une valeur de surtension mesurée aux bornes de ladite machine ;
- la machine électrique polyphasée est configurée pour entraîner le rotor à une vitesse de rotation allant jusqu’à 70 000 tr/min ; on peut avantageusement prévoir que la machine électrique polyphasée est configurée pour entraîner le rotor à une vitesse de rotation allant jusqu’à 100 000 tr/min ;
- la valeur seuil prédéterminée est égale à 40 000 tr/min ;
- le dispositif de commande est configuré pour commuter chacun des éléments de commutation reliés directement à une masse en vue de réaliser la mise à la masse de chacune des phases ; de la sorte on réalise le court-circuit pour chacune des phases de la machine électrique, entre une borne de phase et la masse.
On peut prévoir que les aimants permanents sont intégrés dans le rotor, c’est-à-dire
-4logés dans une cavité respective en périphérie du rotor, et notamment qu’ils consistent en des aimants enterrés, c’est-à-dire intégralement compris dans l’épaisseur du rotor, aucune ouverture n’étant réalisée radialement pour déboucher sur l’extérieur de la périphérie du rotor.
L’invention concerne également un dispositif de contrôle de suralimentation d’un moteur thermique de véhicule automobile comportant un turbocompresseur et une machine électrique polyphasée telle qu’elle vient d’être décrite précédemment, ainsi qu’un procédé de contrôle de suralimentation d’un moteur thermique de véhicule automobile comprenant une machine électrique polyphasée.
Selon le procédé de l’invention, on prévoit au moins une étape de mesure d’une valeur de vitesse de rotation du rotor, une étape de comparaison de la valeur mesurée dans l’étape précédente par rapport à une valeur de vitesse de rotation prédéterminée, et une étape de commutation d'au moins un élément de commutation d’un dispositif de conversion de courant de la machine, ladite commutation étant mise en œuvre pour faire une mise à la masse d’au moins un enroulement de phase et freiner la rotation du rotor sous conditions de vitesse de rotation du rotor, dans une phase de décélération de la vitesse de rotation du rotor, et lorsque la vitesse de rotation du rotor est supérieure à la valeur de vitesse de rotation prédéterminée.
Selon des caractéristiques de mise en œuvre de ce procédé, l’étape de commutation peut être mise en œuvre lorsque la vitesse de rotation du rotor est supérieure à une valeur de vitesse de rotation de 40 000 tr/min. Et l’étape de commutation peut être interrompue lorsque, dans la phase de décélération de la vitesse de rotation du rotor, cette vitesse devient inférieure à 10 000 tr/min.
Selon une caractéristique du procédé de l’invention, le procédé peut comprendre en outre une étape de mesure d'une valeur de tension aux bornes du réseau d’alimentation de la machine électrique polyphasée et une étape de comparaison de la valeur de tension mesurée dans l’étape précédente par rapport à une valeur de tension prédéfinie représentative d’une surtension, et l'étape de commutation est mise en œuvre sous conditions d’une part que la valeur de vitesse de rotation du rotor soit supérieure à une valeur seuil prédéterminée et que d’autre part la valeur de tension mesurée soit supérieure à la valeur de tension prédéfinie..
Selon d’autres caractéristiques de mise en œuvre du procédé de l’invention, on peut prévoir dans l'étape de commutation que chacun des éléments de commutation reliés directement à une masse soit commuté en vue de réaliser la mise à la masse de chacune des phases, en réalisant une commutation simultanée de chacun des éléments de commutation, ou
- 5 bien en prévoyant une mise à la masse successive de chacune des phases.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle en coupe d'un compresseur électrique comportant une machine électrique polyphasée selon la présente invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective du stator d’une machine électrique polyphasée selon la présente invention ;
- la figure 3 est une vue en perspective d’un rotor de la machine électrique polyphasée selon la présente invention ;
- la figure 4 est une représentation schématique des circuits électriques associés à la machine électrique polyphasée selon la présente invention ;
- la figure 5 est un graphique illustrant l’évolution dans le temps d’un couple de freinage du rotor de la machine électrique polyphasée ; et
- la figure 6 est un graphique illustrant une phase de décélération de la machine électrique polyphasée et les points de commencement et de fin d’une étape de commutation pour mise à la masse d’au moins une phase selon l’invention.
Tel qu’illustré schématiquement sur la figure 1, un turbocompresseur électrique 1 d’un moteur thermique comporte une turbine 2 munie d'ailettes 3 et apte à aspirer, via une entrée 4, de l'air non-comprimé issu d'une source et à refouler de l'air comprimé via la sortie 5 après passage dans une volute 6. La sortie 5 pourra être reliée à un répartiteur d’admission situé en amont du moteur thermique afin d'optimiser le remplissage des cylindres du moteur thermique. En l'occurrence, l'aspiration de l'air est réalisée suivant une direction axiale, c’est-àdire suivant l'axe X de la turbine 2, et le refoulement est réalisé suivant une direction radiale perpendiculaire à l'axe X de la turbine 2. En variante, l'aspiration est radiale tandis que le refoulement est axial. Alternativement, l'aspiration et le refoulement sont réalisés suivant une même direction par rapport à l'axe de la turbine 2, que cette direction soit axiale ou radiale.
La turbine 2 est entraînée par une machine électrique polyphasée 7 montée à l'intérieur du carter 8. Cette machine électrique polyphasée 7 comporte un stator 9, qui comporte plusieurs enroulements de phase tel que cela sera décrit en détails en s’appuyant sur la figure 2, et qui entoure un rotor 10, le rotor et le stator étant ménagés pour disposer un entrefer 11 entre eux. Ce stator 9 est monté dans un carter 8 solidaire de la turbine 2 et configuré pour porter à rotation un arbre d’entraînement 12 de la turbine par l'intermédiaire de roulements
-613· L'arbre d’entraînement 12 est lié en rotation avec la turbine 2 ainsi qu'avec le rotor 10. Le stator 9 est de préférence monté dans le carter 8 par frettage.
Afin de minimiser l'inertie de la turbine 2 lors d'une demande d'accélération de la part d’un conducteur, la machine électrique polyphasée 7 présente un temps de réponse court compris entre 100 ms et 600 ms, notamment compris entre 200 ms et 400 ms, par exemple étant de l’ordre de 300 ms pour passer de 0 à 70 000 tours/min.
La machine électrique polyphasée 7 peut être prévue pour entraîner le rotor 10 jusqu'à 100 000 tr/min.
De préférence, la tension d’utilisation est de 12V et un courant en régime permanent est de l’ordre de 150 A. Et la machine électrique polyphasée 7 peut être configurée pour fournir un pic de courant, c’est-à-dire un courant délivré sur une durée continue comprise entre 100ms et 200 ms, pour une valeur de courant comprise entre 150 A et 300 A, notamment entre 180 A et 250 A. On comprendra que ces valeurs sont citées à titre d’exemple dans le cas d’application d’une tension à 12V, mais que le moteur électrique polyphasé pourrait être utilisé sans sortir du contexte de l’invention avec une tension de 48V.
Plus précisément, le stator 9 comporte un corps 91 constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur, délimitant de la sorte des dents 90 pour recevoir des enroulements de phase d'un bobinage 92. Selon des variantes de mise en œuvre, un enroulement peut être obtenu à partir d'un fil continu enroulé sur lui-même le long de la dent correspondante, ou bien un enroulement peut être constitué par un empilement de bobines fermées sur elles-mêmes qui sont respectivement enroulées autour d’une des dents 90 du stator 9. La protection entre le paquet de tôles et le fil de bobinage est assurée soit par un isolant de type papier, soit par du plastique par surmoulage ou au moyen d'une pièce rapportée. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à une électronique de commande.
De préférence, le bobinage 92 est du type triphasé, avec six éléments de bobinage formant enroulement de phase, chaque phase étant notamment réalisée par deux bobines 93 diamétralement opposées. Les bobines 93 diamétralement opposées sont connectées électriquement deux à deux en parallèle. Les phases formées chacune par deux bobines 93 en parallèle sont de préférence connectées en triangle, dans un agencement de circuit électrique tel qu’illustré sur la figure 4. Ce type de bobinage permet notamment de minimiser le nombre
-7de connexions à réaliser.
Par ailleurs, le rotor 10 d'axe de rotation X montré en détails sur la figure 3 est à aimants permanents 101. Le corps de rotor 100 comporte un paquet de tôles constitué par un empilage axial de tôles. Le corps de rotor 100 peut être lié en rotation à l’arbre d’entraînement 12 de différentes manières, par exemple par emmanchement en force de l’arbre d’entraînement 12 cannelé à l’intérieur de l’ouverture centrale 102 du rotor 10, ou à l’aide d’un dispositif à clavette.
Le rotor 10 est ici un rotor de type à aimants permanents enterrés, c’est-à-dire que les aimants ne débouchent pas sur la périphérie du rotor, ou encore qu’ils ne présentent pas d’ouvertures radialement sur l’extérieur de la périphérie du corps 100 du rotor. Le rotor 10 comporte une pluralité de cavités 103 dans chacune desquelles est logé au moins un aimant permanent 101. Les aimants 101 sont à aimantation radiale, c’est-à-dire que les deux faces parallèles 104, 105 d’un aimant 101 ayant une orientation ortho-radiale sont magnétisées de manière à pouvoir générer un flux magnétique suivant une orientation radiale par rapport à l'axe X.
Tel que cela est illustré sur la figure 3 où les lettres N et S correspondent respectivement aux pôles Nord et Sud, les aimants 101 situés dans deux cavités 103 consécutives sont de polarités alternées.
La machine électrique polyphasée comporte en outre une unité de contrôle électronique 14 configurée pour le pilotage de cette machine électrique polyphasée 7. Cette unité de contrôle 14 comporte au moins un dispositif de conversion de courant 15, un dispositif de détection 16 et un dispositif de commande 17Le dispositif de conversion de courant 15 est disposé entre lesdites phases 92 de la machine électrique polyphasée 7 et un réseau électrique de tension continue V du véhicule automobile. On a représenté le dispositif de conversion 15 de courant comportant des éléments de commutation Tll, T12, Tl3, T21, T22, T23 associés deux par deux à chacune des phases 92 de la machine électrique polyphasée 7. Des premiers éléments de commutation Tll, T12, Tl3 sont reliés électriquement, d'une part, au pôle positif de tension continue V du véhicule automobile et, d'autre part, à chacune des bornes d’entrée de phase 92 de la machine électrique polyphasée 7. Des deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23 sont reliés électriquement, d'une part, à chacune des bornes d’entrée de phase 92 de la machine électrique polyphasée 7 et, d'autre part, au pôle négatif de tension continue V du véhicule
- 8 automobile correspondant à une masse. On comprendra que les deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23 sont directement reliés à la masse. De la même façon, les bornes de sortie de phases 92 de la machine électrique polyphasée 7 sont également reliées à la masse.
Conformément à ce qui précède, le dispositif de conversion de courant 15 peut être un convertisseur de courant AC/DC. Et les éléments de commutation Tll, T12, Tl3, T21, T22, T23 peuvent être des transistors MOFSET.
Le dispositif de détection 16 est apte à mesurer une valeur de la vitesse de rotation du rotor 10 et il est configuré pour transmettre au dispositif de commande 17 une information A relative à la valeur de vitesse de rotation du rotor 10 dès détection de celle-ci. A cet effet, le dispositif de détection 16 peut comporter notamment un capteur de vitesse de rotation et par exemple un capteur à effet Hall, configuré pour détecter le mouvement du rotor 10 et pour en déduire la vitesse de rotation de ce rotor 10.
Le dispositif de commande 17 est configuré pour recevoir l’information A relative à la valeur de vitesse de rotation du rotor 10, pour déterminer une instruction de commande des éléments de commutation sur la base de cette information de vitesse de rotation, et pour piloter la commutation des éléments de commutation Tll, T12, Tl3, T21, T22, T23 du dispositif de conversion de courant 15 par l’envoi de cette instruction de commande.
Ce dispositif de commande 17 peut notamment comprendre un microcontrôleur, configuré pour choisir dans une base de données embarquées une instruction de commande appropriée aux différents cas de vitesse de rotation du rotor pouvant générer des surtensions.
En fonctionnement de démarreur, c’est-à-dire dans un mode de fonctionnement où le rotor est entraîné en rotation sou l’effet d’un courant électrique parcourant la machine électrique polyphasé, le dispositif de commande 17 de l'unité de contrôle électronique 14 bascule alternativement les éléments de commutation Tll, T12, Tl3, T21, T22, T23 d'un état fermé vers un état ouvert ou d'un état ouvert vers un état fermé selon un mode de fonctionnement connu d'un convertisseur de courant AC/DC. Ce mode de fonctionnement permet d'alimenter le stator de la machine électrique polyphasée 7 et ainsi de piloter la vitesse de rotation du rotor 10 pour assurer un mode de fonctionnement déterminé du turbocompresseur 1. La machine électrique polyphasée est notamment configurée pour entraîner le rotor 10 à une vitesse de rotation pouvant aller jusqu’à 100.000 tr/min et en tous les cas jusqu’à 70.000 tr/min.
-9En fonctionnement d’alternateur, c’est-à-dire dans un mode de fonctionnement où la machine électrique polyphasée est parcourue par un courant électrique sous l’effet de la rotation du rotor, une valeur élevée de vitesse de rotation du rotor 10 peut être associée à une valeur de tension sur au moins l'une des phases 92 de la machine électrique polyphasée 7 correspondant à une surtension susceptible d'endommager un équipement électrique du véhicule automobile.
Il est possible notamment de détecter le sens d’un courant électrique dans un enroulement de phase 92 et de détecter si ce courant s’annule et change de sens. Dans ce dernier cas, l'unité de contrôle électronique 14 peut alors associer cette information à un fonctionnement de la machine électrique polyphasée 7 en alternateur.
Selon l’invention, le dispositif de détection 16 est piloté pour mesurer une valeur de vitesse de rotation du rotor 10, et il transmet au dispositif de commande 17 une information A comprenant la valeur de cette vitesse de rotation du rotor 10. Cette valeur peut alors être comparée par le dispositif de commande 17 à une valeur seuil prédéterminée. Dans la mesure où, dans une situation identifiée d’un fonctionnement de la machine en mode alternateur, la vitesse de rotation du rotor est supérieure à la valeur seuil prédéterminée, il est estimé selon l’invention que l’inertie résiduelle du rotor risque de générer une surtension dans le réseau électrique et le dispositif de conversion de courant associé à la machine électrique polyphasée, et que dès lors, il convient de réaliser la mise à la masse d’au moins un deuxième élément de commutation T21, T22, T23.
Cette valeur seuil prédéterminée correspond ainsi à un seuil de vitesse au moment du freinage, et elle peut notamment être égale à 40 000 tr/min. Dans l’exemple illustré à la figure 6, la phase de décélération est débutée pour une valeur égale à 70 000 tr/min et donc bien supérieure à la valeur seuil prédéterminée. On comprend que dans un mode de fonctionnement standard, sans freinage du rotor, cette valeur seuil n’est pas prise en considération.
Par ailleurs, dans un mode de réalisation non illustré, on peut envisager que plusieurs seuils de vitesse soient programmés dans le dispositif de commande 17, et qu’en fonction de la comparaison de la vitesse de rotation du rotor mesurée par rapport à ces seuils de vitesse, on met en œuvre la mise à la masse d’un ou plusieurs deuxièmes éléments de commutation. A titre d’exemple non limitatif, on peut prévoir de mettre à la masse l’ensemble des phases par pilotage simultané de l’ensemble des deuxièmes éléments de commutation lorsque la vitesse de rotation mesurée est supérieure au seuil de 40.000 tr/min, puis de piloter ces deuxièmes
-10éléments de commutation pour ne mettre à la masse qu’une seule phase lorsque la vitesse de rotation du rotor, continuant de décroître, passe en dessous d’un deuxième seuil par exemple égal à 20.000 tr/min.
De la sorte, au début du freinage, on met à la masse l’ensemble des phases en même temps, afin d’obtenir le maximum de couple de freinage, puis on décroît progressivement le couple de freinage quand la vitesse diminue, en réduisant le nombre de phases que l’on met à la masse.
De façon générale, grâce à ces différentes stratégies de pilotage des deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23, il est possible d’empêcher les surtensions tout en minimisant la durée de la phase de décélération du rotor de la machine électrique polyphasée.
Tel que cela a été précisé précédemment, la détection que la valeur de vitesse de rotation du rotor 10 est au moins égale à la valeur seuil prédéterminée, génère le déclenchement, via le dispositif de commande 17, d’une commutation d'au moins un des deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23, qui correspond à une mise à la masse de l'une des entrées de phase 92 correspondante de la machine électrique polyphasée 7.
Alternativement, la commutation peut être réalisée sur chacune des phases, via un pilotage de l’ensemble des deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23, et notamment lorsque la valeur de la vitesse de rotation du rotor 10 est supérieure à 40.000 tr/min.
On comprendra que plus la vitesse de rotation du rotor 10 est élevée, plus il est nécessaire de réaliser une mise à la masse de chacun des deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23.
Lorsque l’ensemble des deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23 doit être commuté, il est possible de commuter les deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23 de façon simultanée ou de façon successive.
La mise à la masse d'au moins un des deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23 a pour effet de générer un couple de freinage permettant d’assister l'arrêt en rotation du rotor 10 de la machine électrique polyphasée 7. Tel que cela est illustré sur la figure 5, l'amplitude du couple de freinage est réduite progressivement jusqu’à atteindre une valeur moyenne nulle, permettant l’arrêt en rotation du rotor.
Plus particulièrement sur la figure 5, on a représenté une première période de temps Tl
-11 et une deuxième période de temps T2 résultantes de la période de freinage permettant l’arrêt en rotation du rotor. La première période de temps Tl et la deuxième période de temps T2 représentent respectivement les variations du couple de freinage en début et en fin d’une phase de décélération du rotor 10, et elles sont espacées d’un laps de temps d’environ 100 à 150 ms. Telles qu’illustrés, la première période de temps Tl correspond à un début de la phase de décélération représenté par un point Pl à la figure 6 et peut être comprise entre 0,5 ms et 5 ms, alors que la deuxième période de temps T2 correspond à une fin de la phase de décélération représentée par un point P2 à la figure 6 et peut être comprise entre 0,1 ms et 1 ms. On comprendra que la première période de temps Tl débute à partir du début de la phase de décélération représenté par le point Pl, et correspond à la formation d’un couple moteur négatif, alors que la deuxième période de temps T2 correspond à une phase finale de la décélération, prenant fin au point P2, et correspond à une stabilisation du couple moteur autour d’une valeur nulle. Les représentations sur la figure 6 des périodes Tl et T2 sont schématiques pour illustrer leur position dans le temps l’une par rapport à l’autre, et non à l’échelle pour les rendre lisibles.
Lorsque chacun des deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23 est mis à la masse, on génère alors un couple de freinage important qui permet d’atteindre une vitesse de rotation du rotor nulle en une durée très courte. A titre d’exemple, la vitesse de rotation du rotor peut passer de 70.000 tr/min à zéro en 200 ms.
La durée de commutation de l’un des deuxièmes éléments de commutation pour la mise à la masse d’une phase correspondante peut être définie indifféremment par un laps de temps déterminée, ou bien par une condition de sortie, qui peut être relative à la mesure d’une vitesse de rotation du rotor spécifique.
Le laps de temps déterminé est paramétré dans le dispositif de commande 17, et il peut notamment être choisi en se basant sur une pente théorique de décroissance de la vitesse de rotation du rotor 10 telle qu’illustrée sur la figure 6 entre les points Pl et P2.
En variante, la commutation pour la masse à la masse d’une ou plusieurs phases selon l’invention prend fin lorsque la vitesse de rotation du rotor 10, préalablement mesurée à une valeur au moins égale à 40.000 tr/min, passe en dessous d’un seuil déterminé égal à 10.000 tr/min.
Selon la figure 6, on a représenté une phase de décélération de la vitesse de rotation du rotor 10 du moteur électrique polyphasée 7 où la mise à la masse d'au moins l'un des
- 12deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23, représentée par le premier point Pl évoqué précédemment, est déclenchée lorsque la vitesse de rotation du rotor 10 est supérieure à 40 000 tr/min, ici égale à 70 000 tr/min. Le deuxième point P2 désigne une vitesse de rotation du rotor inférieure à 10 000 tr/min où l'on ne maintient plus la mise à la masse de l'au moins un des deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23. Dans ce cas, la durée de commutation de l'au moins un des deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23 est comprise entre 100 ms et 120 ms. On comprendra que la durée de commutation correspond à la durée de la phase de décélération comprise entre 70 000 tr/min et 10 000 tr/min. Avantageusement, la durée de la phase de décélération est inférieure à 200 ms. Tel que représenté, à partir de la fin de phase de décélération représentée par le point P2, l’inertie du rotor 10 permet à la vitesse de rotation de ce dernier de continuer à décroître pour atteindre une vitesse nulle. Durant la phase de décélération et lorsque les deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23 sont mis à la masse, on comprendra que le couple illustré à la figure 5 illustré est majoritairement négatif.
On comprendra que lorsque la mise à la masse n'est plus nécessaire, l'au moins un des deuxièmes éléments de commutation T21, T22, T23 peut retrouver un fonctionnement normal correspondant à l'utilisation du dispositif de conversion de courant 15- Dans ce cas, les premiers et deuxièmes éléments de commutation Tll, T12, Tl3, T21, R22, T23 peuvent être pilotés dans un fonctionnement correspondant à celui du dispositif de conversion de courant 15 tel que cela a été décrit précédemment, aussi bien dans la continuité du fonctionnement de type alternateur ou bien pour passer dans un fonctionnement de type démarreur.
L’invention telle qu’elle vient d’être décrite permet, dans chacune de ses variantes, la gestion des risques de surtension aux bornes aux bornes du réseau de tension continue du véhicule, par pilotage d’éléments de commutation agencés entre des enroulements de phase d’une machine électrique entraînant le compresseur.
L'utilisation du dispositif de commande 17 permet la mise à la masse de l’une ou l’autre, ou bien de chacune, des phases 92 en vue de protéger les équipements connectés sur le réseau de tension continue V du véhicule, notamment dans les cas particuliers où une inertie résiduelle du rotor de la machine électrique polyphasée entraînant une turbine de suralimentation est la cause de cette surtension. Dans ce cas, une annulation du courant d'excitation par le dispositif de conversion de courant 15 peut ne pas être suffisante pour éviter une surtension.
Selon l’invention, on peut ainsi protéger les équipements connectés sur le réseau de
- 13 tension continue V du véhicule sans qu'il soit nécessaire au constructeur d'automobiles de prévoir un mécanisme de désaccouplement mécanique de la machine électrique polyphasée 7.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés.
Notamment, on pourra prévoir en variante de réaliser le pilotage des éléments de commutation par la prise en compte d’une information additionnelle, c’est-à-dire en plus de celle relative à la vitesse de rotation du rotor, relative à la présence d'une surtension sur une ou plusieurs phases.
La commutation d'au moins un deuxième élément de commutation T21, T22, T23 peut alors être réalisée, dans une phase de décélération du rotor, quand d’une part la vitesse de rotation du rotor mesurée est supérieure à une valeur seuil prédéterminée et quand d’autre part la valeur de la tension mesurée est supérieure à une valeur prédéfinie comme une valeur de surtension.
On comprendra que d’autres modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d’équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l’invention.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Machine électrique polyphasée (7) configurée pour former un turbocompresseur (l) électrique pour véhicule automobile, la machine électrique polyphasée (7) comprenant :- un stator (9) sur lequel sont disposés des enroulements de phase (92),- un rotor (10) logeant des aimants permanents (lOl),- un dispositif de conversion de courant (15) entre lesdites phases (92) de la machine électrique et un réseau électrique de tension continue du véhicule automobile, le dispositif de conversion de courant (15) comportant des éléments de commutation (Tll, T12, T13, T21, T22, T23) associés à chacune des phases (92),- un dispositif de détection (16), apte à mesurer la vitesse de rotation du rotor (10),- un dispositif de commande (17) des éléments de commutation (Tll, T12, T13, T21, T22, T23) configuré pour commuter sous conditions au moins un élément de commutation (T21, T22, T23) en vue de réaliser une mise à la masse d’au moins une phase (92), lesdites conditions comportant au moins la réception par le dispositif de commande (17) d’une information (A) relative à une valeur de vitesse de rotation du rotor (10) mesurée par le dispositif de détection (16) supérieure à une valeur seuil prédéterminée.
- 2. Machine électrique polyphasée (7) selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites conditions pour commuter au moins un élément de commutation en vue de réaliser la mise à la masse d’au moins une phase (92) comportent en outre la réception par le dispositif de commande (17) d’une information relative au dépassement d’une valeur de surtension mesurée aux bornes de ladite machine (7).
- 3. Machine électrique polyphasée (7) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est configurée pour entraîner le rotor (10) à une vitesse de rotation allant jusqu’à 70 000 tr/min.
- 4. Machine électrique polyphasée (7) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la valeur seuil prédéterminée est égale à 40 000 tr/min.
- 5. Machine électrique polyphasée (7) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de commande (17) est configuré pour commuter chacun des éléments de commutation reliés (T21, T22, T23) directement à une masse en vue de réaliser la mise à la masse de chacune des phases (92).- 15
- 6. Machine électrique polyphasée (7) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les aimants permanents (lOl) sont intégrés, logés dans une cavité respective (103) en périphérie du rotor (lO).
- 7. Procédé de contrôle de suralimentation électrique comprenant une machine électrique polyphasée (7), ledit procédé comportant- une étape de mesure d’une valeur de vitesse de rotation du rotor (10) ;- une étape de comparaison de la valeur mesurée dans l’étape précédente par rapport à une valeur de vitesse de rotation prédéterminée ;- une étape de commutation d'au moins un élément de commutation (T21, T22, T23) d’un dispositif de conversion de courant (15) de la machine (7), ladite commutation étant mise en œuvre pour faire une mise à la masse d’au moins un enroulement de phase et freiner la rotation du rotor (10) sous conditions de vitesse de rotation du rotor, dans une phase de décélération de la vitesse de rotation du rotor (10), et lorsque la vitesse de rotation du rotor (10) est supérieure à la valeur de vitesse de rotation prédéterminée.
- 8. Procédé selon la revendication précédente, au cours duquel l’étape de commutation est mise en œuvre lorsque la vitesse de rotation du rotor (10) est supérieure à une valeur de vitesse de rotation de 40 000 tr/min.
- 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de commutation est interrompue lorsque, dans la phase de décélération de la vitesse de rotation du rotor (lO), cette vitesse devient inférieure à 10 000 tr/min.
- 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de mesure d'une valeur de tension aux bornes du réseau d’alimentation de la machine électrique polyphasée (7) et une étape de comparaison de la valeur de tension mesurée dans l’étape précédente par rapport à une valeur de tension prédéfinie représentative d’une surtension, et en ce que l'étape de commutation est mise en œuvre sous conditions d’une part que la valeur de vitesse de rotation du rotor soit supérieure à une valeur seuil prédéterminée et que d’autre part la valeur de tension mesurée soit supérieure à la valeur de tension prédéfinie.-1/3 -
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