FR3142847A1 - Vehicle wheel drive system - Google Patents
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Abstract
Système de motorisation de roue de véhicule La présente invention concerne un système de motorisation (1) de roue de véhicule comportant : - un stator bobiné (3), destiné à être monté solidairement à un arbre creux recevant un arbre (20) de roue, - une jante de roue (2) destinée à être fixée à l’arbre (20) de roue, - un rotor (4) solidarisé à la jante de roue (2), le rotor (4) entourant radialement le stator bobiné (3), le système de motorisation (1) étant caractérisé en ce que le rotor (4) est un rotor bobiné et en ce que le système de motorisation (1) comporte un circuit d’alimentation (70) électrique du rotor bobiné (4), le circuit d’alimentation (70) comportant au moins une connexion électrique par couplage capacitif destinée à relier au moins une source de tension (7) à au moins un bobinage (42) du rotor bobiné (4). (figure 1)Vehicle wheel motorization system The present invention relates to a vehicle wheel motorization system (1) comprising: - a wound stator (3), intended to be mounted integrally with a hollow shaft receiving a wheel shaft (20), - a wheel rim (2) intended to be fixed to the wheel shaft (20), - a rotor (4) secured to the wheel rim (2), the rotor (4) radially surrounding the wound stator (3 ), the motorization system (1) being characterized in that the rotor (4) is a wound rotor and in that the motorization system (1) comprises an electrical power supply circuit (70) of the wound rotor (4) , the power supply circuit (70) comprising at least one electrical connection by capacitive coupling intended to connect at least one voltage source (7) to at least one winding (42) of the wound rotor (4). (figure 1)
Description
La présente invention se rapporte aux domaines de l’automobile et de l’électrotechnique, et concerne plus précisément un système de motorisation de roue de véhicule.The present invention relates to the fields of automobiles and electrical engineering, and more specifically concerns a vehicle wheel motorization system.
Les véhicules électriques ou hybrides électriques comportent une ou plusieurs machines électriques permettant la traction ou la propulsion du véhicule. Lorsqu’un tel véhicule utilise une machine électrique dont le couple est transmis aux roues du véhicule via une chaîne de transmission, il est avantageux que la machine électrique soit à rotor bobiné, puisque cela évite l’utilisation d’aimants permanents utilisant des terres rares, coûteuses et de disponibilité réduite.Electric or hybrid electric vehicles include one or more electric machines allowing traction or propulsion of the vehicle. When such a vehicle uses an electric machine whose torque is transmitted to the wheels of the vehicle via a transmission chain, it is advantageous for the electric machine to have a wound rotor, since this avoids the use of permanent magnets using rare earths , expensive and of reduced availability.
En revanche, lorsqu’un tel véhicule intègre des machines électriques de traction ou de propulsion directement dans des roues du véhicule, ce qui implique des machines à rotors extérieurs à leurs stators, il est fréquent que les rotors de ces machines électriques soient à aimants permanents. En effet, une machine électrique à rotor bobiné utilise un système de bagues et de balais pour alimenter électriquement le rotor bobiné, et ce système de bagues et de balais est incompatible avec un rotor extérieur du fait de la trop grande vitesse relative qu’un tel rotor extérieur induirait entre les bagues et les balais, vitesse qui entrainerait une usure prématurée des balais. De plus ce système de bagues et de balais présente un encombrement axial, c’est-à-dire dans la direction de l’axe de rotation de la machine, qui est incompatible avec l’espace disponible au niveau des roues du véhicule. Enfin un tel système est incompatible avec les conditions environnementales dans lesquelles évoluent les roues du véhicule, notamment du fait des poussières et des vibrations qui entraîneraient des pannes ou un mauvais fonctionnement du système.On the other hand, when such a vehicle integrates electric traction or propulsion machines directly into the wheels of the vehicle, which involves machines with rotors external to their stators, it is common for the rotors of these electric machines to be with permanent magnets. . Indeed, an electric machine with a wound rotor uses a system of rings and brushes to electrically power the wound rotor, and this system of rings and brushes is incompatible with an external rotor due to the excessively high relative speed that such a outer rotor would induce between the rings and the brushes, a speed which would cause premature wear of the brushes. In addition, this system of rings and brushes presents an axial bulk, that is to say in the direction of the axis of rotation of the machine, which is incompatible with the space available at the level of the wheels of the vehicle. Finally, such a system is incompatible with the environmental conditions in which the wheels of the vehicle operate, in particular due to dust and vibrations which would lead to breakdowns or poor functioning of the system.
Cependant les machines à aimants permanents dans les roues du véhicule restent coûteuses et génèrent un flux de traînée lorsqu’elles ne sont pas utilisées pour la traction ou la propulsion du véhicule, qui affecte le rendement du système de motorisation du véhicule lorsque celui-ci roule à haute vitesse. Pour éviter ce flux de traînée, il faudrait désengager mécaniquement les rotors à aimants permanents de leurs machines électriques, mais cela nécessiterait un mécanisme de désengagement qui prendrait trop de place sur l’axe des roues comportant ces machines électriques. L’utilisation d’une machine à rotor bobiné dans une roue de véhicule éviterait ces pertes à vide mais son système de bagues et de balais présente trop d’inconvénients.However, permanent magnet machines in the vehicle wheels remain expensive and generate a drag flow when they are not used for traction or propulsion of the vehicle, which affects the efficiency of the vehicle's power system when it is rolling. at high speed. To avoid this flow of drag, it would be necessary to mechanically disengage the permanent magnet rotors from their electrical machines, but this would require a disengagement mechanism which would take up too much space on the axle of the wheels comprising these electrical machines. The use of a machine with a wound rotor in a vehicle wheel would avoid these no-load losses, but its system of rings and brushes presents too many disadvantages.
Il existe donc un besoin d’une machine électrique de traction ou de propulsion intégrable dans une roue de véhicule, qui ne présente pas les inconvénients de l’art antérieur.There is therefore a need for an electric traction or propulsion machine that can be integrated into a vehicle wheel, which does not have the disadvantages of the prior art.
La présente invention remédie au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur, en fournissant un système de motorisation de roue comportant une machine à rotor bobiné présentant un bon rendement, un faible encombrement axial et une indépendance au marché des terres rares.The present invention at least partly remedies the drawbacks of the prior art, by providing a wheel motorization system comprising a wound rotor machine having good efficiency, a small axial footprint and independence from the rare earth market.
A cette fin, l’invention propose un système de motorisation de roue de véhicule comportant :
- un stator bobiné, destiné à être monté solidairement à un arbre creux recevant un arbre de roue,
- une jante de roue destinée à être fixée à l’arbre de roue,
- un rotor solidarisé à la jante de roue, le rotor entourant angulairement le stator bobiné,
le système de motorisation étant caractérisé en ce que le rotor est un rotor bobiné et en ce que le système de motorisation comporte un circuit d’alimentation électrique du rotor bobiné, le circuit d’alimentation comportant au moins une connexion électrique par couplage capacitif destinée à relier au moins une source de tension à au moins un bobinage du rotor bobiné. La direction angulaire est définie comme orthogonale à l’axe de rotation de la roue et au rayon de la roue.To this end, the invention proposes a vehicle wheel motorization system comprising:
- a wound stator, intended to be mounted integrally with a hollow shaft receiving a wheel shaft,
- a wheel rim intended to be fixed to the wheel shaft,
- a rotor secured to the wheel rim, the rotor angularly surrounding the wound stator,
the motorization system being characterized in that the rotor is a wound rotor and in that the motorization system comprises an electrical power supply circuit for the wound rotor, the power supply circuit comprising at least one electrical connection by capacitive coupling intended to connect at least one voltage source to at least one winding of the wound rotor. The angular direction is defined as orthogonal to the axis of rotation of the wheel and the radius of the wheel.
Grâce au couplage capacitif permettant de connecter électriquement le rotor bobiné à la source de tension, l’utilisation d’un système de bagues et de balais pour alimenter le rotor bobiné n’est plus nécessaire, ce qui permet d’utiliser le rotor bobiné dans la roue d’un véhicule, sans tous les inconvénients du système de bagues et de balais. Notamment ce couplage capacitif est réalisable avec peu d’encombrement axial, tout en restant robuste aux poussières et aux vibrations. Le système de motorisation selon l’invention intègre donc une machine électrique formée du rotor bobiné et du stator bobiné, peu encombrante selon la direction axiale de la machine électrique, et ne présentant pas de pertes à vide à haute vitesse de roulage.Thanks to the capacitive coupling to electrically connect the wound rotor to the voltage source, the use of a system of rings and brushes to power the wound rotor is no longer necessary, allowing the wound rotor to be used in the wheel of a vehicle, without all the disadvantages of the ring and brush system. In particular, this capacitive coupling can be achieved with little axial space, while remaining robust to dust and vibrations. The motorization system according to the invention therefore integrates an electric machine formed of the wound rotor and the wound stator, compact in the axial direction of the electric machine, and having no idle losses at high running speed.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le système de motorisation de roue selon l’invention comporte :
- un support destiné à être solidaire de l’arbre creux, le support comportant une paroi cylindrique, et
- une enceinte cylindrique solidaire de la jante de roue, entourant la paroi cylindrique au moins en partie,
ladite au moins une connexion comportant au moins une capacité (C1, C2) comportant une piste cylindrique externe conductrice disposée sur un contour interne de l’enceinte cylindrique, et une piste cylindrique interne conductrice disposée sur un contour externe de la paroi cylindrique, la piste cylindrique externe de ladite au moins une capacité étant disposée radialement en face de la piste cylindrique interne de ladite au moins une capacité. Avantageusement, ladite au moins une capacité comprend une première capacité et une deuxième capacité.In one embodiment of the invention, the wheel motorization system according to the invention comprises:
- a support intended to be integral with the hollow shaft, the support comprising a cylindrical wall, and
- a cylindrical enclosure secured to the wheel rim, surrounding the cylindrical wall at least in part,
said at least one connection comprising at least one capacitor (C1, C2) comprising a conductive external cylindrical track arranged on an internal contour of the cylindrical enclosure, and an internal conductive cylindrical track arranged on an external contour of the cylindrical wall, the track external cylindrical track of said at least one capacity being arranged radially opposite the internal cylindrical track of said at least one capacity. Advantageously, said at least one capacity comprises a first capacity and a second capacity.
Le rotor bobiné est par exemple fixé sur l’enceinte cylindrique et fait face radialement au stator bobiné qui est de préférence fixé au support, sur une portion cylindrique du support de plus petit diamètre que la paroi cylindrique sur laquelle sont agencées les pistes cylindriques internes.The wound rotor is for example fixed on the cylindrical enclosure and faces radially to the wound stator which is preferably fixed to the support, on a cylindrical portion of the support of smaller diameter than the cylindrical wall on which the internal cylindrical tracks are arranged.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le diamètre de la piste cylindrique interne est supérieur à 235 millimètres. Les pistes cylindriques internes des première et deuxième capacité ont donc un diamètre, mesuré orthogonalement à l’axe de rotation du rotor bobiné, entre deux surfaces internes opposées des pistes cylindriques internes, supérieur à 235 millimètres. Cette valeur est choisie de sorte à permettre une transmission de puissance suffisante au rotor bobiné, autorisant la traction ou la propulsion du véhicule, tout en limitant l’encombrement radial.In one embodiment of the invention, the diameter of the internal cylindrical track is greater than 235 millimeters. The internal cylindrical tracks of the first and second capacity therefore have a diameter, measured orthogonal to the axis of rotation of the wound rotor, between two opposite internal surfaces of the internal cylindrical tracks, greater than 235 millimeters. This value is chosen so as to allow sufficient power transmission to the wound rotor, allowing traction or propulsion of the vehicle, while limiting the radial bulk.
De préférence, la distance entre la piste cylindrique interne et la piste cylindrique externe de ladite au moins une capacité est d’un millimètre à plus ou moins vingt pour cent près. Cette distance est mesurée entre deux surfaces internes se faisant face des pistes cylindriques internes et externes, selon une direction radiale c’est-à-dire orthogonale à l’axe de révolution du rotor bobiné, et passant par cet axe. Cette valeur de distance permet une robustesse aux vibrations et aux poussières tout présentant un faible encombrement axial, pour une même puissance de transfert de comparaison au rotor bobiné.Preferably, the distance between the internal cylindrical track and the external cylindrical track of said at least one capacitor is one millimeter to the nearest plus or minus twenty percent. This distance is measured between two internal surfaces facing each other of the internal and external cylindrical tracks, in a radial direction, that is to say orthogonal to the axis of revolution of the wound rotor, and passing through this axis. This distance value allows robustness to vibrations and dust while having a small axial size, for the same transfer power compared to the wound rotor.
De préférence encore, la largeur de la piste cylindrique interne ou externe est comprise entre 25 et 35 millimètres. Cette largeur se mesure dans la direction axiale du rotor c’est-à-dire parallèlement à l’axe de rotation de la roue. Une telle valeur de largeur permet également de limiter l’encombrement axial du système de motorisation de roue, tout en permettant de transférer une puissance d’alimentation suffisante au rotor bobiné.More preferably, the width of the internal or external cylindrical track is between 25 and 35 millimeters. This width is measured in the axial direction of the rotor, that is to say parallel to the axis of rotation of the wheel. Such a width value also makes it possible to limit the axial bulk of the wheel motor system, while allowing sufficient supply power to be transferred to the wound rotor.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le circuit d’alimentation comporte en outre un pont de transistors, un circuit résonant et un pont redresseur, le pont de transistors étant configuré pour être connecté en entrée à la source de tension, et étant connecté en sortie au circuit résonant, le circuit résonant comportant au moins une inductance de résonance, la première capacité et la deuxième capacité, et le pont redresseur étant connecté en entrée au circuit résonant et en sortie au bobinage du rotor bobiné. Le circuit résonant comporte par exemple deux inductances de résonance, et deux ou plus de deux capacités de résonance comprenant la première capacité et la deuxième capacité.In one embodiment of the invention, the power supply circuit further comprises a transistor bridge, a resonant circuit and a rectifier bridge, the transistor bridge being configured to be connected at the input to the voltage source, and being connected at the output to the resonant circuit, the resonant circuit comprising at least one resonant inductance, the first capacitance and the second capacitance, and the rectifier bridge being connected at the input to the resonant circuit and at the output to the winding of the wound rotor. The resonant circuit comprises for example two resonance inductances, and two or more than two resonance capacitances comprising the first capacitance and the second capacitance.
Avantageusement, le système de motorisation de roue selon l’invention comporte des moyens de commande d’un courant rotorique, les moyens de commande étant aptes à faire varier la fréquence de pilotage du pont de transistors en mode de commutation à zéro de tension. Ces moyens de commande permettent de transférer un courant d’alimentation au rotor bobiné de façon à produire le couple demandé par un conducteur du véhicule, tout en minimisant les pertes électriques au stator.Advantageously, the wheel motorization system according to the invention comprises means for controlling a rotor current, the control means being capable of varying the control frequency of the transistor bridge in zero voltage switching mode. These control means make it possible to transfer a supply current to the wound rotor so as to produce the torque requested by a driver of the vehicle, while minimizing electrical losses to the stator.
De préférence, les moyens de commande comportent des moyens de correction d’un courant de consigne du rotor bobiné, les moyens de correction comportant des moyens d’estimation du courant rotorique. Ces moyens de correction permettent d’atteindre le couple demandé avec plus de précision.Preferably, the control means comprise means for correcting a set current of the wound rotor, the correction means comprising means for estimating the rotor current. These correction means make it possible to achieve the requested torque with more precision.
Les moyens d’estimation du courant rotorique comportent par exemple des moyens de mesure d’un déphasage entre un courant statorique et une tension statorique. La mesure de ce déphasage permet d’estimer le courant rotorique sans le mesurer.The means for estimating the rotor current comprise, for example, means for measuring a phase shift between a stator current and a stator voltage. Measuring this phase shift makes it possible to estimate the rotor current without measuring it.
Alternativement à cette estimation du courant rotorique par une mesure de déphasage, le système de motorisation de roue selon l’invention comporte des moyens de mesure du courant rotorique dans une partie tournante du circuit d’alimentation, le système de motorisation comportant des moyens d’envoi d’une valeur mesurée du courant rotorique par les moyens de mesure, aux moyens de commande, les moyens de commande comportant des moyens de réception de la valeur mesurée du courant rotorique. Ces moyens de mesure permettent d’avoir une estimation exacte du courant dans le rotor bobiné, fournie en entrée aux moyens de correction, ce qui permet d’atteindre le couple demandé avec précision.Alternatively to this estimation of the rotor current by a phase shift measurement, the wheel motorization system according to the invention comprises means for measuring the rotor current in a rotating part of the supply circuit, the motorization system comprising means for sending a measured value of the rotor current by the measuring means, to the control means, the control means comprising means for receiving the measured value of the rotor current. These measuring means make it possible to have an exact estimate of the current in the wound rotor, supplied as input to the correction means, which makes it possible to achieve the requested torque with precision.
Avantageusement, le système de motorisation de roue selon l’invention comporte la source de tension, un onduleur, et la source de tension est connectée en parallèle aux entrées de l’onduleur d’une part, et aux entrées du circuit d’alimentation d’autre part. L’onduleur est connecté en sortie au stator bobiné. Ainsi une seule source de tension est utilisée pour alimenter à la fois le rotor bobiné et le stator bobiné.Advantageously, the wheel motorization system according to the invention comprises the voltage source, an inverter, and the voltage source is connected in parallel to the inputs of the inverter on the one hand, and to the inputs of the power supply circuit of 'somewhere else. The inverter is connected at the output to the wound stator. Thus a single voltage source is used to power both the wound rotor and the wound stator.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear further through the description which follows on the one hand, and several examples of embodiment given for informational and non-limiting purposes with reference to the appended schematic drawings on the other hand, in which :
Selon un mode de réalisation de l’invention, un système de motorisation de roue 1 de véhicule selon l’invention représenté
Le système de motorisation de roue 1 comporte également une partie tournante, qui comprend notamment un rotor bobiné 4, solidarisée à une jante de roue 2 par l’intermédiaire d’une pièce intermédiaire cylindrique 6, par exemple un tambour de frein. Sur la
Le rotor bobiné 4 comporte de manière connue des dents en acier magnétique, par exemple reliées les unes aux autres par une culasse en acier magnétique. Cette culasse, réalisée par exemple par empilement de tôles en acier magnétique, est fixée par exemple par collage ou vissée sur un pourtour interne de l’enceinte cylindrique 6. Ce pourtour interne est situé sur une portion de l’enceinte cylindrique 6 qui est axialement proximale à l’extérieur du véhicule, c’est-à-dire axialement située près des vis 26. En variante de réalisation, ce pourtour interne est situé sur une portion plus proche du centre du véhicule, le rotor bobiné étant toujours agencé axialement au même niveau que le stator bobiné.The wound rotor 4 comprises magnetic steel teeth in a known manner, for example connected to each other by a magnetic steel yoke. This cylinder head, produced for example by stacking magnetic steel sheets, is fixed for example by gluing or screwed on an internal periphery of the cylindrical enclosure 6. This internal periphery is located on a portion of the cylindrical enclosure 6 which is axially proximal to the outside of the vehicle, that is to say axially located near the screws 26. In an alternative embodiment, this internal periphery is located on a portion closer to the center of the vehicle, the wound rotor always being arranged axially at the same level as the wound stator.
Les dents du rotor bobiné 4 sont chacune entourées d’un bobinage 42 de fil de cuivre. Le rotor bobiné 4 entoure angulairement, c’est-à-dire dans une direction orthogonale à la direction axiale et à un rayon de la roue, le stator bobiné 3. Autrement dit les dents du rotor bobiné 4 s’étendent radialement, du côté opposé à l’enceinte cylindrique 6, en direction d’un entrefer entre le rotor bobiné 4 et le stator bobiné 3.The teeth of the wound rotor 4 are each surrounded by a winding 42 of copper wire. The wound rotor 4 surrounds angularly, that is to say in a direction orthogonal to the axial direction and to a radius of the wheel, the wound stator 3. In other words the teeth of the wound rotor 4 extend radially, on the side opposite the cylindrical enclosure 6, in the direction of an air gap between the wound rotor 4 and the wound stator 3.
Le stator bobiné 3 comporte également de manière connue des dents en acier magnétique, par exemple reliées les unes aux autres par une culasse en acier magnétique. Les dents du stator sont chacune entourées d’un bobinage 32 en fil de cuivre. La culasse du stator, réalisée par exemple par empilement de tôles en acier magnétique, est fixée par exemple par collage ou vissée sur un pourtour externe du support 5. Ce pourtour externe est situé sur une portion du support 5 qui est axialement proximale à l’extérieur du véhicule, c’est-à-dire axialement située près des vis 26, de sorte à se trouver radialement face au rotor bobiné 4.The wound stator 3 also comprises magnetic steel teeth in a known manner, for example connected to each other by a magnetic steel yoke. The stator teeth are each surrounded by a copper wire winding 32. The yoke of the stator, produced for example by stacking magnetic steel sheets, is fixed for example by gluing or screwed onto an external periphery of the support 5. This external periphery is located on a portion of the support 5 which is axially proximal to the exterior of the vehicle, that is to say axially located near the screws 26, so as to be radially facing the wound rotor 4.
Plus précisément, dans ce mode de réalisation de l’invention, le support 5 comporte une paroi cylindrique 52 axialement distale à l’extérieur du véhicule et prolongée axialement vers l’extérieur du véhicule par une portion cylindrique 56 du support 5, de plus petit rayon que la paroi cylindrique 52, cette portion cylindrique 56 étant axialement proximale à l’extérieur du véhicule. Le pourtour externe sur lequel est fixé le stator bobiné 5 est donc situé sur cette portion cylindrique 56 du support 5. La portion cylindrique 56 est reliée à la paroi cylindrique 52 par un épaulement 54 définissant une couronne annulaire orthogonale à la paroi cylindrique 52. En variante, la culasse du stator bobiné 3 est fixée par des vis à cet épaulement 54.More precisely, in this embodiment of the invention, the support 5 comprises a cylindrical wall 52 axially distal to the exterior of the vehicle and extended axially towards the exterior of the vehicle by a cylindrical portion 56 of the support 5, of smaller size radius than the cylindrical wall 52, this cylindrical portion 56 being axially proximal to the exterior of the vehicle. The external periphery on which the wound stator 5 is fixed is therefore located on this cylindrical portion 56 of the support 5. The cylindrical portion 56 is connected to the cylindrical wall 52 by a shoulder 54 defining an annular ring orthogonal to the cylindrical wall 52. variant, the yoke of the wound stator 3 is fixed by screws to this shoulder 54.
Dans ce mode de réalisation de l’invention, le rotor bobiné 4 et le stator bobiné 3 sont alimentés en parallèle par une source de tension 7, ici une batterie électrique haute tension du véhicule, c’est-à-dire destinée à fournir l’énergie nécessaire à la traction ou à la propulsion du véhicule. La source de tension 7 est dans cet exemple de réalisation une batterie Lithium Ion de 400V (Volts) mais en variante d’autres sources de tension sont utilisables, par exemple une batterie 48V d’une tension dans le gabarit plus sécuritaire de la très basse tension.In this embodiment of the invention, the wound rotor 4 and the wound stator 3 are powered in parallel by a voltage source 7, here a high voltage electric battery of the vehicle, that is to say intended to provide the energy required for traction or propulsion of the vehicle. The voltage source 7 is in this embodiment a Lithium Ion battery of 400V (Volts) but alternatively other voltage sources can be used, for example a 48V battery with a voltage in the safer gauge of very low tension.
La source de tension 7 est connectée à ses bornes à un circuit d’alimentation 70 du rotor bobiné 4, représenté
Le circuit d’alimentation 70, connecté à la source de tension 7 de tension Vb, comporte un pont de transistors 8, un circuit résonant 9, un pont redresseur 10 et les bobinages 42 du rotor bobiné, chacun connecté en parallèle à un sortie du pont redresseur 10, l’ensemble des bobinages 42 étant traversé par un courant rotorique Ir.The power supply circuit 70, connected to the voltage source 7 of voltage Vb, comprises a bridge of transistors 8, a resonant circuit 9, a rectifier bridge 10 and the windings 42 of the wound rotor, each connected in parallel to an output of the rectifier bridge 10, all of the windings 42 being crossed by a rotor current Ir.
Le pont de transistors 8 est connecté en entrée à la source de tension 7 et en sortie à un circuit résonant 9. Le pont de transistors 8 comporte un premier transistor T1 et un deuxième transistor T2 dont les drains sont connectés à une borne positive de la source de tension 7. La source du premier transistor T1 est connectée au drain d’un troisième transistor T3 du pont de transistors 8, la source du troisième transistor T3 étant connectée à une borne négative de la source de tension 7. De même la source du deuxième transistor T2 est connectée au drain d’un quatrième transistor T4 du pont de transistors 8, la source du quatrième transistor T4 étant connectée à la borne négative de la source de tension 7.The transistor bridge 8 is connected at the input to the voltage source 7 and at the output to a resonant circuit 9. The transistor bridge 8 comprises a first transistor T1 and a second transistor T2 whose drains are connected to a positive terminal of the voltage source 7. The source of the first transistor T1 is connected to the drain of a third transistor T3 of the transistor bridge 8, the source of the third transistor T3 being connected to a negative terminal of the voltage source 7. Likewise the source of the second transistor T2 is connected to the drain of a fourth transistor T4 of the transistor bridge 8, the source of the fourth transistor T4 being connected to the negative terminal of the voltage source 7.
Les transistors T1 à T4 du pont de transistors 8 sont par exemple des composants HEMT (d’après l’anglais « High Electron Mobility Transistor ») en GaN (Nitrure de Galium) sur substrat silicium ayant typiquement une tension de blocage de 650V. Bien sûr la tension de commande des transistors peut être différente de celle de la
La source du premier transistor T1 est également connectée à une première borne B1 d’une première branche du circuit résonant 9, cette première branche comportant une première inductance L1 d’environ 16 µH (microHenry) connectée en série avec une première capacité C1 d’environ 400 pF (picoFarad). Une deuxième borne B3 de la première branche du circuit résonant 9 est connectée à une première entrée d’un pont redresseur 10 détaillé plus loin.The source of the first transistor T1 is also connected to a first terminal B1 of a first branch of the resonant circuit 9, this first branch comprising a first inductance L1 of approximately 16 µH (microHenry) connected in series with a first capacitance C1 of approximately 400 pF (picoFarad). A second terminal B3 of the first branch of the resonant circuit 9 is connected to a first input of a rectifier bridge 10 detailed below.
De même la source du deuxième transistor T2 est également connectée à une première borne B2 d’une deuxième branche du circuit résonant 9, cette deuxième branche comportant une deuxième inductance L2 connectée en série avec une deuxième capacité C2, la deuxième inductance L2 étant de préférence de même valeur que la première inductance L1 et la deuxième capacité C2 étant de préférence de même valeur que la première capacité C1. Une deuxième borne B4 de la deuxième branche du circuit résonant 9 est connectée à une deuxième entrée du pont redresseur 10.Likewise, the source of the second transistor T2 is also connected to a first terminal B2 of a second branch of the resonant circuit 9, this second branch comprising a second inductance L2 connected in series with a second capacitance C2, the second inductance L2 preferably being of the same value as the first inductance L1 and the second capacitance C2 being preferably of the same value as the first capacitance C1. A second terminal B4 of the second branch of the resonant circuit 9 is connected to a second input of the rectifier bridge 10.
Le pont redresseur 10 comporte une première diode D1 dont l’anode est connectée à la première entrée du pont redresseur 10 et dont la cathode est connectée à une première extrémité d’au moins un bobinage 42 du rotor bobiné 4. De même le pont redresseur 10 comporte une deuxième diode D2 dont l’anode est connectée à la deuxième entrée du pont redresseur 10 et dont la cathode est connectée à la première extrémité dudit au moins un bobinage 42 du rotor bobiné 4.The rectifier bridge 10 comprises a first diode D1 whose anode is connected to the first input of the rectifier bridge 10 and whose cathode is connected to a first end of at least one winding 42 of the wound rotor 4. Likewise the rectifier bridge 10 comprises a second diode D2 whose anode is connected to the second input of the rectifier bridge 10 and whose cathode is connected to the first end of said at least one winding 42 of the wound rotor 4.
L’anode de la première diode D1 est également connectée à la cathode d’une troisième diode D3 dont l’anode est connectée à une deuxième extrémité dudit au moins un bobinage 42 du rotor bobiné 4. De même l’anode de la deuxième diode D2 est également connectée à la cathode d’une quatrième diode D4 dont l’anode est connectée à la deuxième extrémité dudit au moins un bobinage 42 du rotor bobiné 4.The anode of the first diode D1 is also connected to the cathode of a third diode D3 whose anode is connected to a second end of said at least one winding 42 of the wound rotor 4. Likewise the anode of the second diode D2 is also connected to the cathode of a fourth diode D4 whose anode is connected to the second end of said at least one winding 42 of the wound rotor 4.
Une capacité C de lissage est connectée en parallèle dudit au moins un bobinage 42 du rotor bobiné 4, c’est-à-dire à la cathode de la deuxième diode D2 et à l’anode de la quatrième diode D4.A smoothing capacitor C is connected in parallel to said at least one winding 42 of the wound rotor 4, that is to say to the cathode of the second diode D2 and to the anode of the fourth diode D4.
Selon l’invention, dans ce circuit d’alimentation 70, la connexion électrique entre la source de tension 7 et les bobinages 42 du rotor bobiné 4 se fait par couplage capacitif.According to the invention, in this power supply circuit 70, the electrical connection between the voltage source 7 and the windings 42 of the wound rotor 4 is made by capacitive coupling.
Plus précisément, dans ce mode de réalisation de l’invention, ce couplage capacitif s’effectue d’une part entre une première électrode 11 de la première capacité C1 et une deuxième électrode 12 de cette première capacité C1, et d’autre part entre une première électrode 13 de la deuxième capacité C2 et une deuxième électrode 14 de cette deuxième capacité C2.More precisely, in this embodiment of the invention, this capacitive coupling is carried out on the one hand between a first electrode 11 of the first capacitor C1 and a second electrode 12 of this first capacitor C1, and on the other hand between a first electrode 13 of the second capacitor C2 and a second electrode 14 of this second capacitor C2.
En effet, le circuit d’alimentation 70 comporte une partie fixe 72 fixée par exemple au support 5 solidaire de l’arbre creux du véhicule, et une partie tournante 74 fixée à l’enceinte cylindrique 6 ou à la jante de roue 2. La partie fixe 72 comporte au moins le pont de transistors 8, les première et deuxième inductances L1 et L2 ainsi que les premières électrodes 11 et 13 des première et deuxième capacités C1 et C2. La partie tournante 74 comporte au moins les deuxièmes électrodes 12 et 14 des première et deuxième capacités C1 et C2, ainsi que le pont redresseur 10 et les bobinages 42 du rotor bobiné 4.In fact, the power supply circuit 70 comprises a fixed part 72 fixed for example to the support 5 secured to the hollow shaft of the vehicle, and a rotating part 74 fixed to the cylindrical enclosure 6 or to the wheel rim 2. fixed part 72 comprises at least the transistor bridge 8, the first and second inductances L1 and L2 as well as the first electrodes 11 and 13 of the first and second capacitors C1 and C2. The rotating part 74 comprises at least the second electrodes 12 and 14 of the first and second capacitors C1 and C2, as well as the rectifier bridge 10 and the windings 42 of the wound rotor 4.
Le pont de transistors 8 est commuté à une fréquence permettant de produire au niveau du circuit résonant 9, un courant quasi-sinusoïdal, transformé par le pont redresseur 10 en courant continu pour alimenter le rotor bobiné 4 en courant continu. L’exploitation de la résonance créée par le circuit résonant 9, en commutant les transistors T1 à T4 à une fréquence proche de la fréquence de résonance, permet un transfert de puissance électrique satisfaisant entre les premières électrodes 11 et 13 et les deuxièmes électrodes 12 et 14 des première et deuxième capacités C1 et C2. La commutation des transistors T1 à T4 se fait de préférence en mode de commutation à zéro de tension pour limiter les pertes électriques lors de la commutation. En général, les capacités parasites en drain et sources inhérentes au transistor suffisent à assurer la commutation ZVS.The transistor bridge 8 is switched at a frequency making it possible to produce at the level of the resonant circuit 9, a quasi-sinusoidal current, transformed by the rectifier bridge 10 into direct current to supply the wound rotor 4 with direct current. Exploitation of the resonance created by the resonant circuit 9, by switching the transistors T1 to T4 at a frequency close to the resonance frequency, allows a satisfactory transfer of electrical power between the first electrodes 11 and 13 and the second electrodes 12 and 14 of the first and second capacities C1 and C2. The switching of transistors T1 to T4 is preferably done in zero voltage switching mode to limit electrical losses during switching. In general, the parasitic drain and source capacitances inherent to the transistor are sufficient to ensure ZVS switching.
Les premières et deuxièmes capacités C1 et C2 sont donc dimensionnées pour permettre un transfert d’énergie suffisant pour alimenter le rotor bobiné 4. Pour cela les électrodes des premières et deuxièmes capacités C1 et C2 prennent la forme de pistes cylindriques en cuivre de diamètre conséquent, d’axe de révolution parallèle à l’axe de rotation X de la roue et pouvant être facilement intégrées dans la roue du véhicule. Bien sûr en variante d’autres matériaux que le cuivre sont utilisables pour ces électrodes, par exemple de l’aluminium.The first and second capacitors C1 and C2 are therefore dimensioned to allow sufficient energy transfer to power the wound rotor 4. For this, the electrodes of the first and second capacitors C1 and C2 take the form of cylindrical copper tracks of substantial diameter, axis of revolution parallel to the axis of rotation X of the wheel and which can be easily integrated into the wheel of the vehicle. Of course, as a variant, materials other than copper can be used for these electrodes, for example aluminum.
Plus précisément, comme visible
Dans ce mode de réalisation de l’invention, les pistes cylindriques internes formant les premières électrodes 11 et 13 ont chacune une largeur l de 30 millimètres environ, c’est-à-dire avec une tolérance de 1%, mesurée axialement donc parallèlement à l’axe de rotation de la roue du véhicule. En variante cette largeur l est par exemple comprise entre 10 et 40 millimètres, en fonction notamment des dimensions de la roue et de la puissance transférée à travers les capacités C1 et C2.In this embodiment of the invention, the internal cylindrical tracks forming the first electrodes 11 and 13 each have a width l of approximately 30 millimeters, that is to say with a tolerance of 1%, measured axially therefore parallel to the axis of rotation of the vehicle wheel. As a variant, this width l is for example between 10 and 40 millimeters, depending in particular on the dimensions of the wheel and the power transferred through the capacities C1 and C2.
De plus, dans ce mode de réalisation de l’invention, les pistes cylindriques internes formant les deuxièmes électrodes 11 et 13 ont chacune un diamètre D, mesuré radialement entre deux surfaces d’un contour interne de chaque deuxième électrode, de 240 millimètres environ. En variante ce diamètre D est par exemple comprise entre 200 et 300 millimètres, en fonction notamment des dimensions de la roue et de la puissance transférée à travers les capacités C1 et C2.Furthermore, in this embodiment of the invention, the internal cylindrical tracks forming the second electrodes 11 and 13 each have a diameter D, measured radially between two surfaces of an internal contour of each second electrode, of approximately 240 millimeters. As a variant, this diameter D is for example between 200 and 300 millimeters, depending in particular on the dimensions of the wheel and the power transferred through the capacities C1 and C2.
De plus, dans ce mode de réalisation de l’invention, la distance d dans la direction radiale entre les première et deuxième électrodes 11 et 12 de la première capacité C1 est d’un millimètre environ. De même la distance d dans la direction radiale entre les première et deuxième électrodes 13 et 14 de la deuxième capacité C2 est d’un millimètre environ. Cette distance d permet au système de motorisation 1 d’être robuste aux chocs lors du roulage du véhicule, en étant suffisamment importante, et de ne pas nécessiter une largeur trop importante des pistes cylindriques formant les électrodes, à puissance d’utilisation égale, en restant suffisamment faible. En effet les dimensions axiales et radiales des pistes cylindriques formant les électrodes des première et deuxième capacités C1 et C2 sont choisies de façon que C1 et C2 soient de valeur suffisamment importante pour permettre un transfert de puissance entre la source de tension 7 et le rotor bobiné 4, qui soit suffisamment important pour permettre la propulsion du véhicule. Ces capacités ont en même temps un encombrement permettant l’intégration du rotor bobiné 4, du stator bobiné 3 et du circuit d’alimentation 70 dans la roue du véhicule.Furthermore, in this embodiment of the invention, the distance d in the radial direction between the first and second electrodes 11 and 12 of the first capacitor C1 is approximately one millimeter. Likewise, the distance d in the radial direction between the first and second electrodes 13 and 14 of the second capacitor C2 is approximately one millimeter. This distance d allows the motor system 1 to be robust to shocks when the vehicle is rolling, by being sufficiently large, and not to require too large a width of the cylindrical tracks forming the electrodes, at equal power of use, in remaining sufficiently low. In fact, the axial and radial dimensions of the cylindrical tracks forming the electrodes of the first and second capacitors C1 and C2 are chosen so that C1 and C2 are of sufficiently large value to allow a transfer of power between the voltage source 7 and the wound rotor. 4, which is sufficiently large to allow propulsion of the vehicle. These capacities at the same time have a size allowing the integration of the wound rotor 4, the wound stator 3 and the power supply circuit 70 in the wheel of the vehicle.
De préférence, le système de motorisation 1 comporte également la source de tension 7 et un onduleur 30 configuré pour alimenter le stator bobiné 3 en courant triphasé, ou plus généralement polyphasé. La source de tension 7 est connectée en parallèle aux entrées de l’onduleur 30 et aux entrées du pont de transistors 8. L’onduleur 30 ainsi que la partie fixe 72 du circuit d’alimentation 70, à l’exception des premières électrodes 11 et 13 des première et deuxième capacités C1 et C2, sont intégrés dans la roue du véhicule en étant fixés contre l’épaulement 54 du support 5, à l’opposé du stator bobiné 3.Preferably, the motor system 1 also includes the voltage source 7 and an inverter 30 configured to supply the wound stator 3 with three-phase, or more generally poly-phase, current. The voltage source 7 is connected in parallel to the inputs of the inverter 30 and to the inputs of the transistor bridge 8. The inverter 30 as well as the fixed part 72 of the power supply circuit 70, with the exception of the first electrodes 11 and 13 of the first and second capacities C1 and C2, are integrated into the wheel of the vehicle by being fixed against the shoulder 54 of the support 5, opposite the wound stator 3.
Les connexions des première et deuxièmes inductances L1 et L2 aux électrodes respectives 11 et 13 des première et deuxième capacités C1 et C2 se font au travers de perçages dans la paroi cylindrique 52 du support 5.The connections of the first and second inductors L1 and L2 to the respective electrodes 11 and 13 of the first and second capacitors C1 and C2 are made through holes in the cylindrical wall 52 of the support 5.
Les connexions respectives 66, 68 des deuxièmes électrodes 12,14 au pont redresseur 10 et les connexions 62, 64 du pont redresseur 10 aux bobinages 42 du rotor bobiné 4 se font par exemple au moyen de rainures s’étendant axialement sur une surface interne de l’enceinte cylindrique 6. Ces rainures permettent notamment de faire passer des conducteurs radialement entre les deuxièmes électrodes 12 et 14 et la surface interne de l’enceinte cylindrique 6, ces conducteurs étant entourés d’une isolation électrique. En variante les capacités C1 et C2 sont des pistes cylindriques non complètement refermées sur elles-mêmes, une ouverture dans ces pistes permettant le passage de conducteurs.The respective connections 66, 68 of the second electrodes 12,14 to the rectifier bridge 10 and the connections 62, 64 of the rectifier bridge 10 to the windings 42 of the wound rotor 4 are made for example by means of grooves extending axially on an internal surface of the cylindrical enclosure 6. These grooves make it possible in particular to pass conductors radially between the second electrodes 12 and 14 and the internal surface of the cylindrical enclosure 6, these conductors being surrounded by electrical insulation. Alternatively, the capacities C1 and C2 are cylindrical tracks not completely closed on themselves, an opening in these tracks allowing the passage of conductors.
Les connexions du pont redresseur 10 aux bobinages 42 du rotor bobiné 4 se font de préférence par l’intermédiaire de deux bagues 16 et 18 disposées dans leur plus grande dimension orthogonalement à l’axe de rotation X, et agencées sur un contour interne de la paroi cylindrique 6 à proximité des bobinages 42 du rotor bobiné 4. Une première extrémité de chaque bobinage 42 est reliée à la bague 16 amenant le courant dans les bobinages 42, et une deuxième extrémité de chaque bobinage 42 est reliée à la bague 18 de sortie du courant des bobinages 42.The connections of the rectifier bridge 10 to the windings 42 of the wound rotor 4 are preferably made via two rings 16 and 18 arranged in their largest dimension orthogonal to the axis of rotation X, and arranged on an internal contour of the cylindrical wall 6 near the windings 42 of the wound rotor 4. A first end of each winding 42 is connected to the ring 16 bringing the current into the windings 42, and a second end of each winding 42 is connected to the output ring 18 of the current of the windings 42.
De façon similaire, les connexions de l’onduleur 30 aux bobinages 32 du stator bobiné 3 se font par l’intermédiaire de bus circulaires U, V, W chacun dédié à une phase d’alimentation du rotor bobiné. Ces bus circulaires sont disposés dans leur plus grande dimension orthogonalement à l’axe de rotation X et sont par exemple fixés à l’épaulement 54 du support 5 du côté des bobinages 32 du stator bobiné 3. Une première extrémité de chaque bobinage 32 du stator bobiné 3 est par exemple reliée à un bus circulaire U, V ou W, et une deuxième extrémité de chaque bobinage 32 du stator bobiné 3 est reliée à un bus circulaire N de neutre, lorsque les bobinages statoriques sont connectés en étoile. Le bus circulaire N de neutre est également disposé dans sa plus grande dimension orthogonalement à l’axe de rotation X et fixé à l’épaulement 54 du support 5 du côté des bobinages 32 du stator bobiné 3. Les connexions entre les phases de sorties de l’onduleur 30 et les bus circulaires correspondants U, V, W passent au travers de perçage dans l’épaulement 54 du support 5.Similarly, the connections of the inverter 30 to the windings 32 of the wound stator 3 are made via circular buses U, V, W each dedicated to a power supply phase of the wound rotor. These circular buses are arranged in their largest dimension orthogonally to the axis of rotation wound 3 is for example connected to a circular bus U, V or W, and a second end of each winding 32 of the wound stator 3 is connected to a circular neutral bus N, when the stator windings are connected in a star. The neutral circular bus N is also arranged in its largest dimension orthogonal to the axis of rotation the inverter 30 and the corresponding circular buses U, V, W pass through drilling in the shoulder 54 of the support 5.
Afin de protéger les parties actives du moteur électrique comportant le rotor bobiné 4 et le stator bobiné 3, des poussières venant du dessous du véhicule, un joint à lèvre 24 annulaire assure l’étanchéité de l’espace laissé libre entre le support 5 et l’enceinte cylindrique 6. Ce joint à lèvre 24 est fixé à une extrémité de l’enceinte cylindrique 6, distale par rapport à l’extérieur du véhicule, ce joint à lèvres s’étendant radialement jusqu’à la paroi cylindrique 52.In order to protect the active parts of the electric motor comprising the wound rotor 4 and the wound stator 3, from dust coming from below the vehicle, an annular lip seal 24 ensures the sealing of the space left free between the support 5 and the cylindrical enclosure 6. This lip seal 24 is fixed to one end of the cylindrical enclosure 6, distal to the exterior of the vehicle, this lip seal extending radially to the cylindrical wall 52.
Enfin, le système de motorisation 1 selon l’invention comporte des moyens de commande 100 de l’onduleur 30 et du circuit d’alimentation 70, situés par exemple dans un module électronique du véhicule. Les moyens de commande 100 reçoivent une consigne de couple moteur sur la roue du véhicule, cette consigne de couple étant déclinée par les moyens de commande 100 en consigne Ir* de courant dans le rotor bobiné. Cette consigne est obtenue par lecture d’une cartographie donnant pour une consigne de couple donnée, une consigne de courant rotorique.Finally, the motor system 1 according to the invention comprises control means 100 of the inverter 30 and the power supply circuit 70, located for example in an electronic module of the vehicle. The control means 100 receive a motor torque setpoint on the vehicle wheel, this torque setpoint being declined by the control means 100 into a current setpoint Ir* in the wound rotor. This setpoint is obtained by reading a map giving, for a given torque setpoint, a rotor current setpoint.
Une fois la consigne Ir* de courant dans le rotor bobiné 4 déterminée par les moyens de commande 100, ceux-ci pilotent en fréquence la commutation des transistors T1 à T4 pour atteindre ce courant de consigne Ir*. Afin d’assurer l’atteinte de ce courant de consigne Ir* dans le rotor bobiné 4, une régulation de la fréquence de commutation f des transistors T1 à T4 est mise en œuvre par les moyens de commande 100.Once the current setpoint Ir* in the wound rotor 4 has been determined by the control means 100, these control in frequency the switching of the transistors T1 to T4 to reach this setpoint current Ir*. In order to ensure that this target current Ir* is achieved in the wound rotor 4, regulation of the switching frequency f of transistors T1 to T4 is implemented by the control means 100.
A titre indicatif, la fréquence de commutation f est de l’ordre de 2MHz (MégaHertz), ce qui permet, avec la tension Vb de 400V aux bornes de la source de tension 7, de générer une tension de 2000V entre les électrodes de chacune des capacités C1 et C2 du circuit résonant 9. Les transistors T1 à T4, notamment lorsqu’ils sont choisis parmi des composants HEMT, sont capables de commuter une tension de 400V à 2 MHz (à condition d’avoir des commutations ZVS). Une telle configuration permet de fournir un courant de l’ordre de 10 ampères au rotor bobiné 4.As an indication, the switching frequency f is of the order of 2MHz (MegaHertz), which allows, with the voltage Vb of 400V across the voltage source 7, to generate a voltage of 2000V between the electrodes of each of the capacities C1 and C2 of the resonant circuit 9. The transistors T1 to T4, in particular when they are chosen from HEMT components, are capable of switching a voltage of 400V at 2 MHz (provided they have ZVS switching). Such a configuration makes it possible to supply a current of around 10 amps to the wound rotor 4.
Comme représenté sur la
L’estimation Îr du courant dans le rotor bobiné 4 est par exemple obtenu par les étapes représentées
La première étape de ce procédé est la mesure d’un courant dans la partie fixe 72 du circuit d’alimentation 70, par exemple d’un courant If circulant dans la deuxième branche du circuit résonant 9, sous forme d’un signal de courant en fonction du temps.The first step of this method is the measurement of a current in the fixed part 72 of the power supply circuit 70, for example of a current If circulating in the second branch of the resonant circuit 9, in the form of a current signal depending on time.
La deuxième étape de ce procédé est l’application au signal de courant If mesuré précédemment, d’un opérateur donnant sa valeur absolue et délivrant donc un signal redressé de courant If circulant dans la deuxième branche du circuit résonant 9.The second step of this process is the application to the current signal If measured previously, of an operator giving its absolute value and therefore delivering a rectified current signal If circulating in the second branch of the resonant circuit 9.
La troisième étape de ce procédé est l’application d’un filtre passe-bas au signal redressé obtenu précédemment, ce filtre fournissant une estimation Îr du courant dans le rotor bobiné 4.The third step of this process is the application of a low-pass filter to the rectified signal obtained previously, this filter providing an estimate Îr of the current in the wound rotor 4.
En variante, une deuxième estimation Îr du courant dans le rotor bobiné 4, plus précise, utilisée pour calculer la différence ε en entrée du régulateur 104, est obtenue par une mesure du déphasage entre la tension statorique et le courant statorique. Ce déphasage correspond à la magnétisation de la machine synchrone (plus le courant rotorique sera élevé, et plus la machine sera magnétisée ; usuellement on régule le courant rotorique de façon à avoir courant et tension statorique en phase et de fait le minimum de pertes joules au stator car il n’y a pas d’échange de puissance réactive). L’écart entre ce déphasage mesuré et le déphasage théorique que l’on aurait avec la consigne Ir* de courant dans le rotor bobiné 4 permet d’obtenir une estimation Îr du courant dans le rotor bobiné 4.Alternatively, a second estimate Îr of the current in the wound rotor 4, more precise, used to calculate the difference ε at the input of the regulator 104, is obtained by measuring the phase shift between the stator voltage and the stator current. This phase shift corresponds to the magnetization of the synchronous machine (the higher the rotor current, the more the machine will be magnetized; usually the rotor current is regulated so as to have current and stator voltage in phase and therefore the minimum joule losses at stator because there is no exchange of reactive power). The difference between this measured phase shift and the theoretical phase shift that we would have with the current reference Ir* in the wound rotor 4 makes it possible to obtain an estimate Îr of the current in the wound rotor 4.
Dans une autre variante de réalisation de l’invention, pour obtenir une estimation Îr du courant dans le rotor bobiné 4, le système de motorisation 1 comporte des moyens de mesure du courant rotorique Ir au niveau du rotor bobiné 4, par exemple ces moyens de mesure sont un capteur à effet Hall. Dans cette variante, le système de motorisation 1 comporte des moyens d’envoi du courant rotorique Ir mesuré par les moyens de mesure, ces moyens d’envoi étant par exemple des moyens de communication sans fil fixés à l’enceinte cylindrique 6. Des moyens de réception de la mesure de courant rotorique Ir envoyée par les moyens d’envoi, sont situés par exemple dans le module électronique. Ces moyens de réception sont bien sûr adaptés à recevoir cette mesure dans le format utilisé par les moyens d’envoi. Alternativement, les moyens d’envoi sont des moyens de codage de la mesure de courant rotorique Ir fournie par les moyens de mesure, sous forme d’un signal électrique à une fréquence très différente de la fréquence de commutation f, ce signal électrique étant appliqué par les moyens d’envoi aux bornes des électrodes 12 et 14 de sorte à ce qu’il puisse être décodé par des moyens de réception connectés à la partie fixe 72 du circuit d’alimentation 70. Les moyens de réception et les moyens d’envoi dans cette variante et son alternative, font partie du système de motorisation 1 selon l’invention.In another variant embodiment of the invention, to obtain an estimate Îr of the current in the wound rotor 4, the motorization system 1 comprises means for measuring the rotor current Ir at the level of the wound rotor 4, for example these means of measurement are a Hall effect sensor. In this variant, the motor system 1 comprises means for sending the rotor current Ir measured by the measuring means, these sending means being for example wireless communication means fixed to the cylindrical enclosure 6. Means for receiving the rotor current measurement Ir sent by the sending means, are located for example in the electronic module. These reception means are of course adapted to receive this measurement in the format used by the sending means. Alternatively, the sending means are means for coding the rotor current measurement Ir supplied by the measuring means, in the form of an electrical signal at a frequency very different from the switching frequency f, this electrical signal being applied by the sending means to the terminals of the electrodes 12 and 14 so that it can be decoded by reception means connected to the fixed part 72 of the power supply circuit 70. The reception means and the means of sending in this variant and its alternative, form part of the motorization system 1 according to the invention.
Eventuellement en variante, pour affiner l’estimation en boucle ouverte de la consigne Ir* de courant dans le rotor bobiné, et connaissant la tension aux bornes du rotor bobiné 4, les moyens de commande 100 utilisent une valeur de résistance rotorique fournie par des tables donnant cette valeur de résistance en fonction de la température du rotor, celle-ci étant estimée par ailleurs, par exemple via un capteur de température au stator et un modèle thermique estimant la température du rotor en fonction de la température mesurée au stator. En variante la température du rotor est remontée aux moyens de commande 100 par un capteur de température situé au contact des bobinages rotoriques 42 et communiquant sans fil avec le module électronique.Possibly as a variant, to refine the open loop estimation of the current reference Ir* in the wound rotor, and knowing the voltage across the wound rotor 4, the control means 100 use a rotor resistance value provided by tables giving this resistance value as a function of the rotor temperature, this being estimated elsewhere, for example via a stator temperature sensor and a thermal model estimating the rotor temperature as a function of the temperature measured at the stator. Alternatively, the temperature of the rotor is reported to the control means 100 by a temperature sensor located in contact with the rotor windings 42 and communicating wirelessly with the electronic module.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
Claims (11)
- un stator bobiné (3), destiné à être monté solidairement à un arbre creux recevant un arbre (20) de roue,
- une jante de roue (2) destinée à être fixée à l’arbre (20) de roue,
- un rotor (4) solidarisé à la jante de roue (2), le rotor (4) entourant angulairement le stator bobiné (3),
le système de motorisation (1) étant caractérisé en ce que le rotor (4) est un rotor bobiné et en ce que le système de motorisation (1) comporte un circuit d’alimentation (70) électrique du rotor bobiné (4), le circuit d’alimentation (70) comportant au moins une connexion électrique par couplage capacitif destinée à relier au moins une source de tension (7) à au moins un bobinage (42) du rotor bobiné (4).Vehicle wheel motorization system (1) comprising:
- a wound stator (3), intended to be mounted integrally with a hollow shaft receiving a wheel shaft (20),
- a wheel rim (2) intended to be fixed to the wheel shaft (20),
- a rotor (4) secured to the wheel rim (2), the rotor (4) angularly surrounding the wound stator (3),
the motorization system (1) being characterized in that the rotor (4) is a wound rotor and in that the motorization system (1) comprises an electrical power supply circuit (70) of the wound rotor (4), the power supply circuit (70) comprising at least one electrical connection by capacitive coupling intended to connect at least one voltage source (7) to at least one winding (42) of the wound rotor (4).
- un support (5) destiné à être solidaire de l’arbre creux, le support (5) comportant une paroi cylindrique (52), et
- une enceinte cylindrique (6) solidaire de la jante de roue (2), entourant la paroi cylindrique (52) au moins en partie,
ladite au moins une connexion comportant au moins une capacité (C1, C2) comportant une piste cylindrique externe (11, 13) conductrice disposée sur un contour interne de l’enceinte cylindrique (6), et une piste cylindrique interne (12, 14) conductrice disposée sur un contour externe de la paroi cylindrique (52), la piste cylindrique externe (11) de ladite au moins une capacité (C1, C2) étant disposée radialement en face de la piste cylindrique interne (12) de ladite au moins une capacité (C1).Wheel motorization system (1) according to claim 1, comprising:
- a support (5) intended to be integral with the hollow shaft, the support (5) comprising a cylindrical wall (52), and
- a cylindrical enclosure (6) integral with the wheel rim (2), surrounding the cylindrical wall (52) at least in part,
said at least one connection comprising at least one capacitor (C1, C2) comprising an external cylindrical conductive track (11, 13) arranged on an internal contour of the cylindrical enclosure (6), and an internal cylindrical track (12, 14) conductive arranged on an external contour of the cylindrical wall (52), the external cylindrical track (11) of said at least one capacitor (C1, C2) being arranged radially opposite the internal cylindrical track (12) of said at least one capacity (C1).
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|---|---|---|---|
| FR2212836A FR3142847A1 (en) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | Vehicle wheel drive system |
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2139118C (en) * | 1992-07-14 | 2001-04-17 | Pierre Couture | Electric motor-wheel |
| US20130043762A1 (en) * | 2011-08-16 | 2013-02-21 | Daniel Colin Ludois | Wound Field Rotating Machine with Capacitive Power Transfer |
| DE102017214766A1 (en) * | 2017-08-23 | 2018-04-26 | Continental Automotive Gmbh | Power transmission system for generating a current in a field winding of a rotor of an electric machine and electric machine and motor vehicle |
| DE102017006127A1 (en) * | 2017-06-28 | 2019-01-03 | Compact Dynamics Gmbh | Avionics or automotive powertrain with electric machine |
| US20210044182A1 (en) * | 2019-08-07 | 2021-02-11 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Fixed Gap Capacitive Power Transfer Coupling for Wound Field Synchronous Machines |
| US11173783B2 (en) * | 2017-08-23 | 2021-11-16 | Hefei Longtotem Information Technology Co., Ltd. | Magnetic control wheel based on electromagnetic propulsion system |
-
2022
- 2022-12-06 FR FR2212836A patent/FR3142847A1/en active Pending
-
2023
- 2023-11-27 WO PCT/EP2023/083113 patent/WO2024120863A1/en unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2139118C (en) * | 1992-07-14 | 2001-04-17 | Pierre Couture | Electric motor-wheel |
| US20130043762A1 (en) * | 2011-08-16 | 2013-02-21 | Daniel Colin Ludois | Wound Field Rotating Machine with Capacitive Power Transfer |
| DE102017006127A1 (en) * | 2017-06-28 | 2019-01-03 | Compact Dynamics Gmbh | Avionics or automotive powertrain with electric machine |
| DE102017214766A1 (en) * | 2017-08-23 | 2018-04-26 | Continental Automotive Gmbh | Power transmission system for generating a current in a field winding of a rotor of an electric machine and electric machine and motor vehicle |
| US11173783B2 (en) * | 2017-08-23 | 2021-11-16 | Hefei Longtotem Information Technology Co., Ltd. | Magnetic control wheel based on electromagnetic propulsion system |
| US20210044182A1 (en) * | 2019-08-07 | 2021-02-11 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Fixed Gap Capacitive Power Transfer Coupling for Wound Field Synchronous Machines |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HAGEN SKYLER ET AL: "Low-Cost, Printed Circuit Board Construction, Capacitively Coupled Excitation System for Wound Field Synchronous Machines", 2019 IEEE ENERGY CONVERSION CONGRESS AND EXPOSITION (ECCE), IEEE, 29 September 2019 (2019-09-29), pages 5358 - 5364, XP033666866, DOI: 10.1109/ECCE.2019.8913084 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024120863A1 (en) | 2024-06-13 |
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