WO2019097156A1

WO2019097156A1 - Alternateur demarreur pour un vehicule automobile

Info

Publication number: WO2019097156A1
Application number: PCT/FR2018/052826
Authority: WO
Inventors: Baptiste GUILLERM; Didier Canitrot; Ahmed BCHAIER
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2019-05-23
Also published as: FR3073692A1

Abstract

Alternateur démarreur (A) pour véhicule automobile comprenant : -un stator (2), comprenant des enroulements de phases, -un redresseur onduleur (4) comprenant au moins deux types de transistors raccordés à chaque enroulement de phase : -une unité de contrôle (3) comprenant des sorties reliées à la commande de chaque type de transistor d'enroulement de phase du redresseur onduleur (4) et en ce que l'unité de contrôle (3), au moins en mode démarreur, est configurée pour envoyer par au moins une sortie de commande de transistor une modulation de largeur d'impulsion pour commander les transistors d'enroulement de phase pendant un angle d'ouverture électrique de la phase correspondante, et en ce que un rapport cyclique ꞇ de modulation, exprimé en pourcentage et égale à 100* la somme des temps de largeurs d'impulsion d'alimentation d'un transistor divisée par la durée de l'angle d'ouverture électrique de la phase, est compris entre 0 et < 1.

Description

Alternateur démarreur pour un véhicule automobile

La présente invention concerne un alternateur démarreur pour un véhicule

automobile.

Il est connu des alternateurs démarreurs pour véhicule automobile, permettant à la fois de réaliser la fonction d’alternateur pour recharger la batterie et alimenter les différentes charges du réseau de bord telles que la direction assistée, le chauffage, les feux de routes, l’autoradio etc... et à la fois capable de démarrer le moteur thermique ou de redémarrer le moteur thermique qui est en train de s’arrêter.

Lorsqu’on est en phase de redémarrage, l’alternateur démarreur fonctionne comme un moteur, la batterie fournit du courant à un stator du moteur et au rotor. Ainsi l’alternateur démarreur, appelé aussi l’aterno-démarreur fonctionne comme une charge sur la batterie, lequel lors de son alimentation produit un appel de courant qui fait chuter le réseau de bord.

Il existe un besoin de gagner en C02 pour les véhicules automobiles, pour cela un moyen est de couper le moteur thermique sur le véhicule roulant lorsque le moteur thermique n’applique plus de couple sur les roues du véhicule, c’est par exemple le cas quand le véhicule descend une pente ou ralentit. Cependant certaines des charges ne fonctionnent pas en dessous d’une tension de réseau de bord limite. Certaines de ces charges peuvent être des charges d’aide à la conduite par exemple l’aide au freinage, la direction assistée.

En cas de redémarrage d’un moteur thermique d’un véhicule roulant, que ce soit avec un démarreur ou un alternateur démarreur, l’appel de courant lors du

démarrage est tel que le réseau de bord peut chuter en dessous de cette tension de réseau de bord limite, empêchant les charges pour l’aide à la conduite de

fonctionner.

Il existe un besoin de trouver une solution pour permettre à ces charges de continuer à fonctionner lors d’un démarrage de moteur thermique.

L’invention concerne un alternateur démarreur pour véhicule automobile

comprenant : -un stator, comprenant au moins un enroulement de phase, -un rotor comprenant une bobine d’excitation, mobile en rotation par rapport au stator,

-un redresseur onduleur comprenant au moins deux types de transistors raccordés à chaque enroulement de phase : - un type transistor positive d’enroulement de phase destiné à être relié à une borne positive d’une batterie de véhicule,

- un type transistor négative d’enroulement de phase destiné à être relié à une borne négative de la batterie,

-une unité de contrôle comprenant des sorties reliées à la commande de chaque type de transistor d’enroulement de phase du redresseur onduleur, l’unité de contrôle comprenant :

-des modes de fonctions parmi au moins un mode alternateur et un mode démarreur

-une entrée de signal du mode de fonction pour sélectionner le mode de fonction, cette entrée étant adaptée à être raccordée à une unité de commande de moteur du véhicule, et en ce que l’unité de contrôle, au moins en mode démarreur, est configurée pour envoyer par au moins une sortie de commande de transistor une modulation de largeur d’impulsion pour commander les transistors d’enroulement de phase pendant un angle d’ouverture électrique de la phase correspondante, et en ce qu’un rapport cyclique c de modulation, exprimé en pourcentage et égale à 100^* la somme des temps de largeurs d’impulsion d’alimentation d’un transistor divisée par la durée de l’angle d’ouverture électrique de la phase, est compris entre 0 et < 1.

Ainsi en mode de fonctionnement démarreur, l’alternateur démarreur prend moins de courant du fait de la commande en modulation de largeur d’impulsion. En effet la commande par modulation de largeur d’impulsion permet de limiter l’appel de courant sur la batterie pour éviter de faire chuter le réseau de bord en dessous de la tension de réseau de bord limite.

Il est ainsi possible de réaliser des redémarrages pendant que la voiture roule sans abaisser la tension du réseau de bord en dessous de la limite seuil pour les équipements d’assistance à la conduite. L’alternateur démarreur comprend un capteur de position pour permettre à l’unité de contrôle de calculer le moment d’angle d’ouverture électrique par phase, c’est-à-dire le moment de déclenchement d’alimentation de chacune des phases du stator afin de faire tourner le rotor. Selon un mode de réalisation l’unité de contrôle comprend au moins une entrée de signal de position du rotor, l’unité de contrôle étant configurée pour en boucle fermée

- calculer une valeur représentative de la vitesse de rotation du rotor en fonction du signal de position de rotor,

- calculer la fréquence électrique par rapport à la vitesse du rotor

- commander selon la fréquence électrique calculée, la modulation de largeur d’impulsion en fonction de cette valeur représentative de la vitesse calculée en modifiant la durée d’ouverture d’alimentation de l’enroulement de phase ainsi qu’en modifiant le rapport cyclique c de modulation.

Ainsi, l’alternateur démarreur pourra en mode démarreur alimenter l’au moins un enroulement de phase en fonction du rotor mais surtout selon la vitesse de rotation du moteur thermique pour s’adapter à son besoin de couple pour redémarrer. En effet, il n’est pas nécessaire de fournir autant de puissance à l’au moins un enroulement de phases lorsque le moteur thermique tourne à faible vitesse par exemple à 50 tr/min, par rapport au moment où le moteur thermique est à sa vitesse de démarrage qui peut être autour de 500 tr/min.

En effet pour appliquer le plus longtemps possible un couple constant et assurer au mieux le démarrage du moteur thermique, la puissance appliquée aux enroulements de phases est adaptée à la vitesse de rotation de ce dernier.

En outre, dans le cas contraire quand le moteur thermique est à l’arrêt (ne tourne pas) et que le rotor ne tourne pas, il faut la puissance maximum.

Selon un mode de réalisation pouvant se combiner avec le mode de réalisation précédent, l’unité de contrôle comprend : - une entrée de consigne de couple adaptée à être raccordée à l’unité de

commande de moteur du véhicule, dans lequel l’unité de contrôle est configurée pour commander la modulation de largeur d’impulsion en fonction de cette consigne de couple.

Ainsi, l’unité de contrôle est dépendante d’une consigne de couple de l’unité de commande de moteur du véhicule. Cela permet d’alimenter l’au moins un

enroulement de phase selon un besoin de puissance calculé par l’unité de contrôle du véhicule qui peut calculer une valeur à atteindre en fonction de plusieurs paramètres tels que la température du moteur thermique, la vitesse du véhicule et d’autres paramètres. Dans le cas de ce mode de réalisation selon le mode de réalisation précédent, l’unité de contrôle connaît la valeur de consigne de couple pour redémarrer la voiture et peut commander par modulation de largeur d’impulsion l’au moins une phase de manière à atteindre cette valeur de couple de consigne pour une vitesse de rotation du rotor correspondant à celle du moteur thermique

(glissement de courroie non pris en compte) qui permet de redémarrer le moteur thermique. Bien entendu la valeur de couple de consigne n’est qu’une valeur représentative d’un couple calculé par l’unité de commande de moteur. Par exemple la valeur 10 peut être égale par exemple à 2 ou 5 ou 10 N. m ou tout autre forme de code.

En outre, l’unité de contrôle peut augmenter le rapport cyclique et la commande de la fréquence électrique des phases en fonction de la vitesse pour atteindre la valeur de consigne de couple de l’unité de commande de moteur du moteur lors d’une vitesse du rotor atteinte.

Selon un exemple des deux modes de réalisations décrits précédemment, l’unité de contrôle est configurée pour en boucle fermée :

• calculer une valeur de limitation de couple en fonction de la consigne de couple du rotor reçue et de la vitesse de rotation du rotor et de la valeur de limitation de couple calculée précédemment,

• moduler la largeur d’impulsion en augmentant le rapport cyclique c de modulation en fonction de la valeur de valeur de limitation de couple calculée, de la vitesse de rotation calculée. Ainsi, à tout moment on applique le rapport cyclique de modulation qui correspond au besoin de la machine pour fournir un couple limité (plus petit) que la consigne de couple en fonction de la consigne de couple reçue et de la vitesse instantanée du rotor. En effet, l’unité de commande de moteur envoie une valeur de consigne couple, l’alternateur a pour but d’arriver à cette valeur de consigne couple et pour cela va calculer une valeur de limitation de couple et l’incrémenter jusqu’à obtenir la valeur de consigne couple. Ainsi, l’alternateur démarreur ne fournit pas directement toute la puissance d’un coup correspondant à la valeur de couple de consigne à la vitesse du rotor à l’instant t pouvant provoquer une baisse de réseau de bord surtout si le rotor tourne à une vitesse de rotation élevée mais incrémente la valeur de limitation de couple et donc incrémente la puissance de la machine en augmentant progressivement la valeur de limitation de couple qui sert de calcul du rapport cyclique c de modulation pour la vitesse du rotor calculée jusqu’à ce que la valeur de limitation de couple a atteint une valeur de limitation de couple. Ainsi, la puissance de l’alternateur augmente progressivement diminuant l’appel de courant par rapport à l’art antérieur.

Bien entendu la valeur de limitation de couple n’est qu’une valeur représentative d’un couple inférieur ou égale à la valeur de couple de consigne transmise par l’unité de commande de moteur ou peut être un codage par exemple en binaire sur par exemple de huit bits. Par exemple la valeur 10 peut être égale à 2 ou 5 ou 10 N.m.

En outre, le fait d’être en boucle fermée permet d’augmenter le couple même si le rotor est bloqué (vitesse à 0). En effet, si on est en rotor bloqué, l’unité de contrôle va tout de même incrémenter la valeur de limitation de couple ce qui aura pour conséquence d’augmenter le rapport cyclique et donc augmenter la puissance afin d’augmenter le couple du rotor. L’augmentation peut être réalisée en fonction de la consigne et potentiellement d’autres valeurs de conditions machines jusqu’à arriver à un couple au rotor correspondant au couple de consigne. Si le rotor reste bloqué, c’est que l’unité de commande de moteur doit soit changer sa valeur de couple de consigne soit qu’il y a un problème ou une casse dans la chaîne entre l’alternateur démarreur et le moteur thermique.

En outre l’unité de contrôle peut comprendre : une sortie excitation reliée à la bobine du rotor pour l'alimenter et en ce que l’unité de contrôle est configurée pour :

• calculer une valeur de courant d’excitation en fonction de la valeur de limitation de couple calculée,

• alimenter par le biais de sa sortie excitation du courant alimentant le rotor équivalent à la valeur de courant d’excitation calculée.

Ainsi, le démarreur alternateur fournit au rotor un courant correspondant à la valeur de limitation de couple calculée. L’alimentation du rotor dépendant de la valeur du couple de limitation calculée permet donc de fournir progressivement le courant d’excitation au rotor diminuant l’appel de courant et donc diminuant la chute de tension du réseau de bord.

• Selon un exemple, la fonction pour calculer la valeur de courant

d’excitation peut être une multiplication par un coefficient du couple de limitation par exemple 0.6.

En outre, la valeur de courant d’excitation est limitée, par exemple elle est limitée à 21 Ampère.

Cela permet d’avoir une limite de courant dans le rotor pour éviter des pertes inutiles quand le rotor est saturé magnétiquement. Par exemple, le rotor peut être saturé avec 21A. Ainsi, l’alternateur démarreur ne produit pas plus de couple en mode démarreur si le courant d’excitation dépasse c’est 21 A. Autrement dit, si une consigne de couple demande 70Nm, au moment où le calcul de limite de couple atteint la couple de consigne, avec un calcul de courant d’excitation sans saturation (sans limitation), l’unité de contrôle pourrait calculer par exemple 70x0.6 = 42A ce qui peut ne pas être possible et inutile dans le cas d’un rotor saturé avec 21A de courant d’excitation. L’unité de contrôle limite donc la valeur max de courant d’excitation pour ne pas se saturer.

Selon un mode de réalisation, pouvant se combiner aux modes de réalisation décrit précédemment, l’unité de contrôle comprend :

- une temporisation de rampe d’un temps prédéterminé Temp, l’unité de contrôle est configurée pour : a. lors d’un déclenchement en mode démarreur, déclencher la

temporisation et,

b. pendant le temps prédéterminé Temp de la temporisation

rampe, commander les transistors par une modulation de largeur d’impulsion en augmentant selon une loi prédéterminée le rapport cyclique c de modulation,

c. après le temps prédéterminé Temp de la temporisation rampe, varier le rapport cyclique c de modulation en fonction de la valeur représentative du signal, pour maintenir un couple sur le rotor équivalent au couple fourni à la fin de la période T.

Cela permet d’augmenter la puissance de l’alternateur démarreur pendant un temps prédéterminé, lequel pourra être choisi de manière à ce que le chauffeur du véhicule ne détectera pas cette rampe de puissance et dont la loi est réalisée de manière à s’assurer que l’accélération de la puissance fournie à l’alternateur démarreur pendant ce temps Temp sera suffisant pour démarrer le moteur thermique. Ainsi, l’alternateur démarreur ne fournit pas la puissance maximum et donc ne consomme pas la puissance électrique maximum mais augmente progressivement son alimentation en augmentant son rapport cyclique pendant une période Temp de manière à diminuer l’appel de courant.

- Dans le cas où ce mode de réalisation est combiné avec le mode de réalisation où l’unité de contrôle calcul une valeur représentative de la vitesse,

o la loi peut incorporer cette valeur représentative de vitesse de manière à changer sa formule pour modifier l’accélération de l’augmentation du rapport cyclique pendant la période Temp ;

o après la période Temp, l’unité de contrôle peut dans le cas où la vitesse du rotor augmente, continuer à augmenter la puissance électrique

d’alimentation de l’alternateur démarreur pour garder le même couple au rotor en augmentant le rapport cyclique de la modulation de largeur d’impulsion en fonction de cette valeur représentative de la vitesse calculée. Bien entendu, la fréquence est modifiée en modifiant la durée d’ouverture d’alimentation de l’enroulement de phase en fonction de cette valeur de vitesse calculée. - Dans le cas où ce mode de réalisation est combiné avec le mode de réalisation où l’unité de contrôle est configurée pour commander la modulation de largeur d’impulsion en fonction de la consigne de couple, la loi peut incorporer cette valeur pour qu’à la fin de la période Temp, le rapport cyclique correspond à cette valeur de couple de consigne.

- Dans le cas où ce mode de réalisation est combiné avec le mode de réalisation où l’unité de contrôle est configurée pour calculer une valeur de limitation de couple et l’utiliser pour augmenter le rapport cyclique, l’unité de contrôle peut augmenter pendant la période Temp en fonction du calcul de cette valeur de limitation de couple de manière à atteindre la valeur de couple de consigne à la fin de la période Temp. Dans ce cas l’unité de contrôle peut :

o pendant le temps prédéterminé Temp de la temporisation rampe,

commander les transistors par une modulation de largeur d’impulsion en répétant les étapes de calcul de couple de limitation pour augmenter le rapport cyclique c de modulation, jusqu’à obtenir une valeur de limitation de couple calculée égale au couple de consigne.

Dans ce cas de mode de réalisation ainsi que dans le cas du calcul de limitation de couple pour calculer la modulation de largeur d’impulsion, cela permet, avec plus ou moins de précision selon les différents exemples, de protéger en outre la face avant du moteur thermique contre les chocs. Par face avant du moteur thermique on entend la courroie, les poulies, et tendeurs de courroies et leurs accessoires tel que les roulements qui supportent ces éléments accouplés avec la courroie. Cette courroie et les poulies subissent des chocs lorsque l’alternateur démarreur passe en mode démarreur. Du fait de l’accélération moins brutale du rotor liée à

l’augmentation du rapport cyclique de la modulation de largeur d’impulsion, on limite l’effort, sur la courroie et donc sur les poulies, lié au choc. Ainsi, la courroie et tous les accessoires présents sur la ligne de courroie s’usent moins rapidement. On augmente donc la fiabilité de l’ensemble de tous ces éléments.

Selon un exemple du mode de réalisation décrit précédemment l’unité de contrôle comprend une entrée de temps de rampe de consigne de couple, et en ce que l’unité de contrôle est configurée pour remplacer le temps prédéterminé de la temporisation de rampe par le temps de rampe de consigne de couple reçu.

Ainsi l’unité de commande de moteur peut aussi envoyer une consigne de temps pour obtenir la valeur consigne. Cela a pour avantage d’avoir un temps de consigne qui peut changer en fonction de plusieurs paramètres calculés par l’unité de commande de moteur, par exemple, la température du moteur thermique, le niveau de charge de la batterie, la consommation des charges de la voiture etc...

Selon un exemple d’un des modes de réalisation dont l’unité de contrôle calcule une valeur de limitation de couple, l’unité de contrôle peut

• calculer une valeur d’estimation d’angle d’avance en fonction de la vitesse de rotation mesurée et de la valeur limite de couple calculée et

• décaler, la période de l’ouverture d’angle électrique de l’alimentation d’un enroulement de phase par rapport à la période de l’angle électrique du rotor vis-à-vis d’une phase du stator en fonction de la valeur d’estimation d’angle d’avance calculée pour modifier l’alimentation de la phase par rapport au rotor .

Par angle d’avance on entend la différence de phase entre les flux rotor et flux stator, dépendant donc de la vitesse rotor et des moments d’angle d’ouverture électrique des transistors qui génèrent le courant stator et donc du flux stator. Ainsi, cela permet d’augmenter le rendement de l’alternateur démarreur en mode démarreur. En effet, du fait du calcul de l’angle d’avance, l’unité de contrôle peut commander le moment de l’alimentation des transistors de chaque enroulement de phase du stator de manière à ce que le déclenchement de l’angle électrique soit réalisé à un moment correspondant au pôle du rotor en fonction de la vitesse de rotation du rotor. En effet, l’angle d’avance d’une machine électrique varie en fonction de la vitesse de rotation du rotor. Selon un exemple, l’unité de contrôle peut comprendre une limitation de la valeur estimation d’angle d’avance calculée par exemple de 65°.

En effet, l’angle d’avance utile pour les modes d’utilisation de l’alternateur démarreur en mode moteur tel que démarreur peut être limité à un angle d’avance par exemple est limité à 65°. En effet au-delà, il y a un risque de basculer dans un mode de perte où la machine ne fournit plus de couple mais prélève du courant. Etant donné que l’angle d’avance varie beaucoup moins à haute vitesse que à basse vitesse, il peut être préférable de ne pas dépasser un angle limite. En outre du fait du calcul qui peut ne pas être précis, en le limitant à 65°, le rendement n’est pas forcément à

l’optimum. Ainsi il est préférable d’avoir un angle d’avance limite calculé en fonction du type de machine pour avoir un rendement proche d’être optimum que de prendre le risque de perte élevé et donc un rendement inférieur au cas de l’angle d’avance limité calculé.

Selon un exemple des modes de réalisations précédemment décrit, pouvant se combiner avec les différents exemples, l’unité de contrôle comprend une entrée d’alimentation destinée à être reliée à la batterie B+ et en ce que l’unité de contrôle est configurée pour : mesurer la tension par le biais de cette entrée, commander la modulation d’impulsion de signal en fonction de la valeur mesurée de cette tension de réseau en modifiant son rapport cyclique c.

Cela permet d’avoir une estimation du couple au rotor plus précis. En effet, étant donné que la puissance du rotor de l’alternateur démarreur est fonction de la puissance électrique alimentant le rotor et le stator et que l’unité de contrôle varie le rapport cyclique et la fréquence de la modulation de largeur d’impulsion, pour une vitesse du rotor et un rapport cyclique et une fréquence donnée, le couple peut varier selon la tension aux bornes de la batterie. Ainsi, en étant plus précis, l’alternateur démarreur peut être alimenté pour avoir le couple de consigne en sortie au rotor sans surconsommer de l’énergie électrique. En effet sans cette mesure, l’unité de contrôle calcule le rapport cyclique de la modulation d’impulsion avec une marge de sécurité correspondant à une batterie ayant une faible tension à ses bornes. Ainsi, l’alternateur démarreur dépense moins d’énergie électrique et donc on diminue le taux de C02 au km du véhicule.

Selon un exemple des modes de réalisations précédemment décrit, pouvant se combiner avec les différents exemples, l’entrée de la consigne de couple et l’entrée du mode de fonctionnement, la temporisation de rampe sont réalisées par un même bus notamment un bus LIN ou par onde.

Selon un exemple des modes de réalisations précédemment décrit, pouvant se combiner avec les différents exemples, l’unité de contrôle comprend une entrée bus notamment un bus LIN destinée à être reliée par un bus, notamment un bus LIN, à une sortie de l’unité de commande de moteur et en ce que chaque information reçue est fournie par ce bus.

Selon un exemple des modes de réalisations précédemment décrit, pouvant se combiner avec les différents exemples, l’alternateur démarreur comprend un capteur de température du stator monté sur le stator, le capteur étant relié à une entré de l’unité de contrôle, et en ce que l’unité de contrôle est configurée pour :

• calculer une valeur représentative de la température du stator en

fonction du signal reçu par le capteur de température,

• commander la modulation d’impulsion de signal en fonction de la valeur calculée en modifiant son rapport cyclique c.

Cela permet d’avoir une estimation du couple au rotor plus précis. En effet, étant donné que la puissance du rotor de l’alternateur démarreur est fonction des pertes électriques et que la température du stator influe sur les pertes joules dans les enroulements de phases (en effet, plus un enroulement de phase à une température élevée, plus sa résistance est élevée et plus il y a de perte joules). Sans cette mesure, l’unité de contrôle calcule le rapport cyclique de la modulation d’impulsion avec une marge de sécurité correspondant à un stator ayant une température la plus haute possible. Ainsi, l’alternateur démarreur dépense moins d’énergie électrique et donc on diminue le taux de C02 au km du véhicule. Selon un exemple des modes de réalisations précédemment décrit, pouvant se combiner avec les différents exemples, les transistors d’enroulement de phase du redresseur onduleur sont de transistor à effet de champ à grille isolée.

Ces transistors appelés aussi MOSFET, ont l’avantage de pouvoir être tous identiques que ce soit les transistors de type négatif ou de type positif. Ainsi, cela permet un gain de productivité et de sécurité. Chaque MOSfet est raccordé à un condensateur pour fonctionner avec une commande avec modulation de largeur d’impulsion il peut avoir un ou des condensateurs par MOSfet ou plusieurs MOSfets pour un condensateur. Le fait d’avoir des condensateurs permet de réduire la taille de Mosfet à iso puissance par rapport à des Mosfet sans condensateur commandés en pleine onde (sans modulation de largeur d’impulsion).

Plus la fréquence de modulation de largeur d'impulsion est haute plus les

condensateurs ont une valeur de petite capacité et plus la précision de commande est meilleure mais plus les pertes par commutation sont grandes (augmentation du nombre de commutation par cycle de phase) et plus la fréquence de modulation de largeur d'impulsion est basse, plus les condensateurs ont une plus grande valeur de capacité et les pertes par commutation faibles mais la précision de commande est moindre (moins de commutations par cycle de phase). Selon un exemple, la fréquence de modulation de largeur d'impulsion est entre 1 kHz et 15kHz et est par exemple 1 4kHerz. L’intérêt de commander au-dessus de 1 kHz est donc de diminuer la taille des condensateurs de filtrage tout en ayant une précision de commande suffisante pour gérer la tension ondulée même à vitesse de rotation modérément élevée, cela en ayant des pertes par commutations limitées lors des transitions. L’intérêt de ne pas commander au-delà de 15kHz est de limiter les pertes par commutations dans les MOSfet. Une fréquence de modulation entre 1 ,2 et 2khz permet d’avoir peu de perte par communication tout en ayant une commande suffisamment précise pour des démarrages ou redémarrages avec un alternateur démarreur fonctionnant sous 12v. Une fréquence de modulation entre 12 et 15khz permet d’avoir une commande suffisamment précise pour des démarrages ou redémarrages avec un alternateur démarreur fonctionnant sous 48v sans une perte de commutation trop importante. Bien entendu, un alternateur démarreur fonctionnement avec une batterie de 12v peut aussi fonctionner entre 12 et 15khz, notamment si c’est une machine plus puissante.

Selon un exemple des modes de réalisations précédemment décrit, pouvant se combiner avec les différents exemples, dans lequel le stator comprend au moins trois enroulements de phase formant un triphasé.

Selon un exemple, l’unité de contrôle est configurée pour commander par modulation de largeur d’impulsion, en même temps, deux tiers des transistors d’un premier type ainsi qu’un tiers des transistors du second type alimentant la ou les phase(s) d’enroulement non alimenté(s) par les deux transistors du premier type.

Selon un exemple des modes de réalisations précédemment décrit, pouvant se combiner avec les différents exemples, dans lequel le stator comprend au moins six enroulements de phase formant un double triphasé.

Selon un exemple des modes de réalisations précédemment décrit, pouvant se combiner avec les différents exemples, dans lequel en mode alternateur, pendant l’angle d’ouverture d’alimentation d’un transistor le rapport cyclique = 1.

L’invention a aussi pour objet un procédé de commande d’un alternateur démarreur décrit précédemment et pouvant être combiné avec un ou plusieurs modes de réalisation décrit précédemment, le procédé comprenant une étape de :

• Réception du mode de fonctionnement alternateur ou démarreur,

• Si le mode fonctionnement est démarreur :

i. Réception d’un signal correspondant à un couple de consigne demandé

ii. Réception de signal de position du rotor

iii. Calculer la vitesse rotor

iv. Calculer un couple de limitation avec la valeur du signal de

couple demandé et de la vitesse du rotor calculée

v. Déclencher une temporisation rampe vi. Calculer en boucle fermée la fréquence de la modulation en fonction de la vitesse du rotor et envoyer une modulation de largeur selon cette fréquence ayant un rapport cyclique selon la valeur de limitation de couple calculée et de la vitesse de rotation calculée dans lequel :

1. Pendant la temporisation de la rampe commander les transistors d’un enroulement de phase selon la

modulation de largeur d'impulsion calculée suivant la valeur de limitation de couple calculée

2. Après la fin de la temporisation rampe, modifier le rapport cyclique de modulation de largeur d'impulsion

correspondant au couple de consigne selon la vitesse de rotation calculée.

Selon un mode de réalisation, le procédé de commande comprend si le mode fonctionnement est démarreur en outre une étape de

• Sécurité rotor bloqué consistant à :

1. vérifier si la vitesse calculée du rotor reste nulle après un temps de sécurité prédéterminé déclenché à partir de l’alimentation du moteur, par exemple 50ms,

2. arrêter l’alimentation pendant un premier temps de repos sécurisé puis

3. réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

• Double sécurité rotor bloqué consistant à :

1. Vérifier après le temps de sécurité prédéterminé

déclenché à la nouvelle tentative si la vitesse calculée du rotor reste nulle après cette nouvelle tentative,

2. arrêter l’alimentation pendant un deuxième temps de repos sécurisé par exemple 500ms puis,

3. réaliser une nouvelle tentative d’alimentation.

• Sécurité de démarrage trop long consistant à :

1. Arrêter l’alimentation si l’alimentation dure plus longtemps qu’un temps de sécurité problème de démarrage prédéterminé, par exemple 2 seconde, pendant un

premier temps de repos sécurisé, puis

2. Réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

• Double sécurité de démarrage trop long consistant à :

1. Arrêter l’alimentation si l’alimentation dure plus longtemps que le temps de sécurité problème de démarrage prédéterminé, par exemple 2 seconde, pendant le deuxième temps de repos sécurisé, puis,

2. Réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

Selon un autre mode de réalisation, le procédé de commande comprend si le mode fonctionnement est démarreur en outre une étape de

• Sécurité rotor bloqué consistant à :

1. vérifier si la vitesse calculée du rotor reste nulle après un temps de sécurité fonction de la somme des rapports cyclique ou du courant d’excitation moyen fourni au rotor déclenché à partir de l’alimentation du moteur,

2. arrêter l’alimentation pendant un premier temps de repos sécurisé puis

3. réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

• Double sécurité rotor bloqué consistant à :

1. vérifier après un temps fonction de la somme des rapports cyclique ou du courant d’excitation moyen fourni au rotor déclenché à la nouvelle tentative si la vitesse calculée du rotor reste nulle après cette nouvelle tentative,

2. arrêter l’alimentation pendant un deuxième temps de

repos sécurisé par exemple 500ms puis,

3. réaliser une nouvelle tentative d’alimentation.

• Sécurité de démarrage trop long consistant à :

1. Arrêter l’alimentation si l’alimentation dure plus longtemps qu’un temps de sécurité problème de démarrage fonction de la somme des rapports cycliques ou du courant d’excitation moyen fourni au rotor, par exemple deux secondes, pendant un premier temps de repos sécurisé, puis

2. Réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

• Double sécurité de démarrage trop long consistant à :

1. Arrêter l’alimentation si l’alimentation dure plus longtemps que le temps de sécurité problème de démarrage fonction de la somme des rapports cycliques ou du courant d’excitation moyen fourni au rotor, par exemple deux secondes, pendant le deuxième temps de repos sécurisé, puis,

2. Réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

Selon un mode de réalisation pouvant être combiné avec un mode de réalisation décrit précédemment, le procédé de commande comprend si le mode

fonctionnement est démarreur en outre une étape de

Selon un mode de réalisation pouvant se combiner avec le mode de réalisation précédent, le procédé de commande comprend en outre une étape de

• Réception d’un signal de température du stator,

• Utiliser la valeur du signal de température du stator reçu dans l’étape de calcul de la modulation de largeur d’impulsion.

L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente schématiquement un alternateur démarreur selon un mode de réalisation de l’invention relié à une unité de commande de moteur et une batterie.

La figure 2 représente schématiquement un alternateur démarreur selon un autre mode de réalisation de l’invention relié à une unité de commande de moteur et une batterie.

La figure 3A représente schématiquement un exemple d’alimentation de trois enroulements de phase d’un triphasé selon l’art antérieur.

La figure 3B représente schématiquement un exemple d’alimentation de trois enroulements de phase selon un mode de réalisation de l’invention.

La figure 3C représente schématiquement un exemple d’alimentation de trois enroulements de phase selon un autre mode de réalisation de l’invention.

La figure 4 représente un schéma de principe d’un procédé de calcul de valeur de couple limité.

La figure 5 représente schématiquement un exemple de ce calcul de la valeur d’estimation d’angle d’avance.

La figure 6 représente schématiquement une méthode de calcul d’une tension moyenne Vond pour commander la modulation de largeur d'impulsion.

La figure 1 représente un mode de réalisation d’un alternateur démarreur A connecté à une unité de commande de moteur B et une Batterie C. L’alternateur démarreur est connecté en l’occurrence à l’unité de commande de moteur B par un câble D mais la connexion pourrait aussi être réalisée par onde sans fil.

Le câble en l’occurrence est un bus, en l’occurrence un BUS LIN. L’alternateur démarreur comprend un rotor 1 entouré par un stator 2. Le stator 2 comprend en l’occurrence 3 enroulements de phases 21 , chaque enroulement de phase forme une phase U, V, W.

Bien entendu, le stator peut comprendre cinq ou six enroulements de phase et donc cinq ou six phases. L’alternateur démarreur A comprend en outre une unité de contrôle 3. Cette unité de contrôle comprend une entrée ou des entrées connectées à l’unité de commande de moteur B pour recevoir des informations. L’unité de commande de moteur B envoie ces informations par ce BUS LIN qui sont décodées par l’unité de contrôle 3.

L’unité de contrôle 3 est connectée au redresseur onduleur 4. Le redresseur onduleur 4 comprend plusieurs modules de puissance 41 , en l’occurrence un module de puissance par phase soit trois modules de puissance 41. Un module de

puissance peut comprendre plus que deux transistors, par exemple dans le cas d’un double triphasé, quatre transistors pour commander deux phases, en l’occurrence une phase avec le transistor positive (high side) et une phase avec le transistor négative (low side). Un autre exemple est d’avoir un module de puissance

comprenant tous les transistors du ou des systèmes triphasés. Le fait d’avoir un module de puissance pour plusieurs phases permet d’avoir un assemblage plus simple (trois assemblages pour deux phases pour un système double triphasé) que dans le cas d’un module de puissance ayant une phase (6 assemblages pour un système double triphasé). Le fait d’avoir un module de puissance par phase, permet en cas de rebut de ne pas jeter la totalité des transistors mais uniquement le module de puissance ayant les transistors défectueux. Il a été remarqué qu’un module ayant quatre transistors (donc pour deux phases) permet d’avoir un bon rapport entre coût rebus et coût assemblage. Bien entendu, l’unité de contrôle 3 commande chaque transistor de chaque module de puissance. Chaque module de puissance 41 comprend deux transistors, un transistor négatif et un transistor positif. En l’occurrence, les deux transistors sont des transistors à effet de champ à grille isolée appelés aussi MOSFET. Chaque transistor positif est relié à l’enroulement de phase correspondant et à la borne positive. Chaque transistor négatif est relié à l’enroulement de phase correspondant est à la borne négative de la batterie. Dans le véhicule la borne négative peut être la masse, ainsi chaque transistor négatif peut être connecté à la masse de l’alternateur démarreur.

Chaque transistor est donc commandé par l’unité de contrôle. Ainsi l’unité de contrôle commande l’état de chaque transistor afin que soit la phase est connectée à la borne positive de la batterie soit à la masse. Dans le mode alternateur démarreur est en mode démarreur, la batterie fournit le courant à l’enroulement de phase par le biais des transistors en mode onduleur et dans le mode alternateur c’est les enroulements de phases qui fournissent du courant à la batterie par le biais des transistors en mode redresseur.

Dans l’art antérieur, dans le mode en onduleur les transistors étaient commandés en pleine onde de manière que la tension aux bornes de chaque enroulement de phase soit ondulée.

La figure 3A représente un tel mode d’ondulation pour chacune des phases U, V W.

L’unité de contrôle 3 est en l’occurrence aussi connectée au rotor 1 lequel comprend une bobine d’excitation pour fournir un courant d’excitation à cette bobine que ce soit en mode alternateur ou en mode démarreur. L’une des informations envoyées par l’unité de commande de moteur B à l’unité de contrôle 3 est le mode de fonctionnement.

L’unité de contrôle 3 comprend donc une entrée de signal du mode de fonction pour sélectionner le mode de fonction, cette entrée étant raccordée à une unité de commande de moteur du véhicule. L’unité de contrôle, au moins en mode démarreur, est configurée pour envoyer par au moins une sortie de commande de transistor une modulation de largeur d’impulsion pour commander les transistors d’enroulement de phase pendant un angle d’ouverture électrique de la phase correspondante, et en ce que un rapport cyclique c de modulation, exprimé en pourcentage et égale à 100^* la somme des temps de largeurs d’impulsion d’alimentation d’un transistor divisée par la durée de l’angle d’ouverture électrique de la phase, est compris entre 0 et < 1.

Ainsi, l’alternateur démarreur peut modifier l’alimentation électrique du stator, c’est-à- dire de chaque enroulement de phase. Ainsi, l’unité de contrôle peut limiter le courant envoyé de la batterie.

La durée de l’angle d’ouverture électrique de la phase correspond à la somme des temps d’alimentation du transistor (transistor passant) + la somme des temps d’ouverture du transistor (transistor non passant).

La figure 3B représente un exemple de commande par modulation de largeur d’impulsion. En l’occurrence on peut voir que seulement 1/3 de l’angle d’ouverture électrique est en commande pleine onde. Plus particulièrement on peut voir que les premier 60° et 60° dernier de l’angle d’ouverture électrique sont hachés, ce qui fait que la tension moyenne n’est pas la tension de la batterie, en l’occurrence 12V contrairement au cas de l’art antérieur visible sur la figure 3A dont la valeur moyenne était la tension de batterie c’est-à-dire 12V.

Ainsi, du fait du hachage par modulation de largeur d’impulsion, la tension à la borne de la batterie C chute moins du fait qu’il y a moins d’appel de courant.

L’unité de contrôle peut comprendre une entrée de signal de position du rotor 1 , en l’occurrence l’unité de contrôle 3 En effet l’alternateur démarreur peut comprendre en outre une première

configuration de calcul de vitesse. L’alternateur comprend un capteur de position du rotor. Le capteur de position peut être un capteur de position mécanique ou autre.

En l’occurrence l’alternateur démarreur comprend un capteur de position mécanique comprenant une piste 11 monté sur le rotor 1 et un capteur de position 5 de la piste 11 envoie un signal à l’unité de contrôle. En l’occurrence, le capteur de position 5 comprend trois détections de piste et donc est configuré pour envoyer trois signaux de position du rotor 1. Cependant, tout autre type de capteur pouvant permettre à l’unité de contrôle de calculer la vitesse et la position peut aussi être monté dans l’alternateur démarreur. En outre le fait d’avoir un capteur de trois positions du rotor permet à l’unité de contrôle de calculer et vérifier le sens de rotation du rotor.

L’unité de contrôle étant configurée pour en boucle fermée :

- calculer la fréquence électrique par rapport à la vitesse du rotor. L’unité de contrôle commande donc avec cette configuration de calcul de vitesse, selon la fréquence électrique calculée, la modulation de largeur d’impulsion en fonction de cette valeur représentative de la vitesse calculée en modifiant la durée d’ouverture d’alimentation de l’enroulement de phase ainsi qu’en modifiant le rapport cyclique c de modulation. Cela permet d’une part d’adapter la fréquence de la modulation de largeur d’impulsion pour s’adapter à la vitesse du rotor permettant ainsi un meilleur rendement et d’autre part d’adapter le rapport cyclique. Adapter le rapport cyclique correspond à adapter la tension moyenne Vond correspondant à la tension moyenne par phase d’enroulement en fonction de la vitesse du rotor.

En effet, l’alternateur démarreur à Isocouple a besoin moins d’Energie électrique à faible vitesse par exemple 100tr/min qu’à une vitesse supérieure par exemple

800Tr/min. Ainsi, l’unité de contrôle est configurée pour que le rapport cyclique soit inférieur à 100tr/min qu’à 800tr/min donc consommera moins d’énergie à 100 tr/min qu’à 800tr/min à isocouple fourni au rotor de l’alternateur démarreur.

Ainsi, l’alternateur démarreur A pourra en mode démarreur alimenter l’au moins un enroulement de phase en fonction de la vitesse de rotation du moteur thermique pour s’adapter à son besoin de couple pour redémarrer.

L’unité de contrôle 2 peut comprendre une troisième configuration de consigne de couple, l’unité de contrôle 2 comprend une entrée de consigne de couple adaptée à être raccordée à l’unité de commande de moteur B du véhicule.

En l’occurrence l’unité de commande de moteur B envoie par le bus Lin D un signal encodé comprenant une consigne de couple, l”unité de contrôle en décodant le signal enregistre une valeur de consigne de couple. L’unité de contrôle est configurée pour commander la modulation de largeur d’impulsion en fonction de cette consigne de couple.

Ainsi l’alternateur démarreur dépense de l’énergie électrique en mode démarreur uniquement en fonction du besoin du moteur thermique.

L’alternateur démarreur comprenant à la fois la première ou deuxième configuration et la troisième configuration de consigne de couple est plus précis dans la

commande par modulation de largeur d'impulsion. En effet, ce dernier peut être réalisé à la fréquence électrique et peut calculer ainsi le taux du rapport cyclique pour obtenir la consigne de couple demandée par l’unité de commande de moteur B en l’adaptant par rapport à la vitesse du rotor. Cela permet d’alimenter l’au moins un enroulement de phase selon un besoin de puissance calculée par l’unité de contrôle du véhicule qui peut calculer une valeur à atteindre en fonction de plusieurs paramètres tels que la température du moteur thermique, la vitesse du véhicule et d’autres paramètres.

Selon un mode de réalisation comprenant la première configuration de calcul de vitesse et la troisième configuration de consigne de couple, l’unité de contrôle comprend une quatrième configuration de calcul de limitation de couple. Dans cette quatrième configuration, l’unité de contrôle est configurée pour en outre calculer une valeur de limitation de couple en fonction de la consigne de couple du rotor reçue et de la vitesse de rotation du rotor calculée en boucle fermée.

Cette valeur de limitation de couple permet de varier le rapport cyclique c de modulation en fonction de la valeur de limitation de couple calculée.

La boucle fermée permet à l’unité de contrôle d’incrémenter à la valeur de limitation de couple calculée précédemment une valeur X.

Cela permet qu’en cas de rotor bloqué de continuer à augmenter cette valeur de couple limitée afin que l’alternateur démarreur puisse avoir un couple au rotor correspondant au couple de consigne pour démarrer le moteur thermique.

La figure 4 représente un schéma de procédé de calcul de la valeur de limitation de couple calculée. La valeur de limitation de couple est soit égale à la consigne de couple soit à une valeur de couple calculée. Si la valeur de couple calculée est inférieure à la consigne initiale alors c’est la valeur de couple calculée qui est appliqué comme valeur limite du couple, sinon c’est la valeur de consigne de couple qui est appliqué en valeur limite. Autrement dit, La valeur de limitation de couple est la plus petite des deux valeurs (valeur de consigne de couple et valeur de couple calculée). La valeur de couple calculée est en l’occurrence une valeur X

prédéterminé divisée par la valeur de la vitesse de rotation calculée du rotor. Par exemple, si la consigne de couple est égale à 50Nm, la valeur prédéterminée est égale à 21000, alors dans le cas où la vitesse est égale à 500tr/min, la valeur calculée est égale à 21000/500 soit 42Nm qui est plus petite que 50Nm, la valeur de la limitation de couple sera de 42Nm. Dans le cas où la valeur de la vitesse calculée est de 200 tr/min, la valeur calculée est égale à 105Nm, la valeur de limitation de couple est égale alors à 50Nm qui est la valeur de la consigne de couple. Ainsi, dans le cas où la vitesse de rotation est importante (par exemple la vitesse du moteur thermique est suffisante pour que le moteur thermique soit démarré), cela permet de limiter la puissance électrique prélevée par le stator de l’alternateur démarreur. Pour plus de précision, la fonction pour calculer le taux du rapport cyclique est réalisée avec la valeur de couple de limitation et la vitesse calculée à l’instant de la valeur de couple limitée rentrant dans la fonction. Cela permet de s’ajuster pour mieux commander les transistors.

Ainsi, l’alternateur démarreur ne fournit pas directement toute la puissance d’un coup correspondant à la valeur de couple de consigne à la vitesse du rotor à l’instant t pouvant provoquer une baisse de réseau de bord surtout si le rotor tourne à une vitesse de rotation élevée mais incrémente la valeur de limitation de couple et donc incrémente la puissance de la machine en augmentant progressivement la valeur de limitation de couple qui sert de calcul du rapport cyclique c de modulation pour la vitesse du rotor calculée jusqu’à ce que la valeur de limitation de couple a atteint une valeur de limitation de couple. Ainsi, la puissance de l’alternateur augmente progressivement diminuant l’appel de courant par rapport à l’art antérieur.

En outre, cela permet de protéger en outre la face avant du moteur thermique contre les chocs. Par face avant du moteur thermique on entend la courroie et les poulies. Cette courroie et les poulies subissent des chocs lorsque l’alternateur démarreur A passe en mode démarreur. Du fait de l’accélération moins brutale du rotor liée à l’augmentation du rapport cyclique de la modulation de largeur d’impulsion, on limite l’effort, sur la courroie et donc sur les poulies, lié au choc

Selon un mode de réalisation comprenant la configuration de calcul de limitation de couple, l’unité de contrôle comprend une cinquième configuration de calcul de valeur de courant d’excitation selon la valeur de limitation de couple calculée. Dans cette configuration, l’unité de contrôle est configurée pour calculer une valeur de courant d’excitation en fonction de la valeur de limitation de couple calculée et alimenter par le biais de sa sortie excitation du courant alimentant le rotor équivalent à la valeur de courant d’excitation calculée. Sans cette configuration, le courant d’excitation peut par exemple être fixe ou être l’image d’une consigne de courant d’excitation envoyée par l’unité de commande de moteur.

L’avantage de cette cinquième configuration est de diminuer l’appel de courant en alimentant la bobine du rotor 1 en fonction de la valeur du couple de limitation calculée. En effet, en fournissant progressivement le courant d’excitation au rotor cela diminue l’appel de courant et donc diminue la chute de tension du réseau de bord. De plus cela diminue la consommation électrique et donc le taux de C02.

Selon un exemple, la valeur de courant d’excitation est égale à la valeur du couple de limitation multiplié par un coefficient par exemple 0.6.

En l’occurrence, l’unité de contrôle 3 vérifie que la valeur de courant d’excitation calculée ne dépasse pas une valeur limite, par exemple 21Ampère. Dans cet exemple, l’unité de contrôle fournit à la bobine d’excitation la valeur de courant d’excitation limitée. L’alternateur démarreur comprenant au moins l’option de calcul de vitesse peut comprendre une sixième configuration de calcul d’angle d’avance. Dans cette configuration de calcul de vitesse, l’unité de contrôle est configurée pour calculer en fonction de la valeur représentative de la vitesse de rotor calculée un angle une valeur d’estimation d’angle d’avance. L’unité de contrôle est configurée en outre pour décaler, la période de l’ouverture d’angle électrique de l’alimentation d’un

enroulement de phase par rapport à la période de l’angle électrique du rotor vis-à-vis d’une phase du stator en fonction de la valeur d’estimation d’angle d’avance calculée pour modifier l’alimentation de la phase par rapport au rotor .

L’alternateur démarreur peut comprendre la configuration de calcul de limitation de couple et cette sixième configuration de calcul d’angle d’avance. Dans ce cas, l’unité de contrôle peut calculer une valeur d’estimation d’angle d’avance en fonction de la vitesse de rotation mesurée et de la valeur limite de couple calculée. Ainsi, cela permet d’augmenter le rendement de l’alternateur démarreur en mode démarreur. Selon un exemple, l’unité de contrôle peut comprendre une limitation de la valeur estimation d’angle d’avance calculée par exemple de 65°. Le calcul de l’angle d’avance est bien entendu aussi fonction du nombre de pôle du rotor qui est une valeur fixe, du nombre de phase du stator alimentée et de la vitesse de rotation du rotor qui est une valeur qui varie.

La figure 5 représente un exemple de ce calcul de la valeur d’estimation d’angle d’avance. Dans cet exemple, la valeur de limitation de couple et la valeur de la vitesse de rotation calculée sont additionnées par le biais d’une boite gain pour obtenir une valeur d’estimation d’angle d’avance qui est limitée dans cet exemple à 65°.

L’unité de contrôle peut aussi avoir une septième configuration de calcul de la tension de la batterie. Dans cette configuration de calcul de la tension de la batterie, l’unité de contrôle comprend une entrée d’alimentation destinée à être reliée à la batterie B+ et en ce que l’unité de contrôle est configurée pour mesurer la tension par le biais de cette entrée, commander la modulation d’impulsion de signal en fonction de la valeur mesurée de cette tension de réseau en modifiant son rapport cyclique c.

Cette septième configuration peut être combinée avec l’une des configurations décrite précédemment.

L’unité de contrôle peut comprendre aussi une huitième configuration de calcul de la température du stator. Dans cette configuration de calcul de la température du stator, l’alternateur démarreur A comprend un capteur de température 21 du stator monté sur le stator.

Le capteur de température 21 est relié à une entré de l’unité de contrôle 3. L’unité de contrôle 3 est configurée pour calculer une valeur représentative de la température du stator en fonction du signal reçu par le capteur de température. L’unité de contrôle est configurée pour commander la modulation d’impulsion de signal en fonction de la valeur calculée en modifiant son rapport cyclique c.

Cette configuration de calcul de la température du stator peut être combinée avec l’une quelconque des configurations décrite précédemment.

La figure 2 représente un mode de réalisation dont l’unité de contrôle comprend les configurations décrites précédemment suivantes : - de calcul de vitesse

- configuration de consigne de couple

- de calcul de limitation de couple

- de calcul de valeur de courant d’excitation - configuration de calcul d’angle d’avance

- de calcul de la tension de la batterie.

Dans ce mode de réalisation représenté sur la figure 2, l’unité de contrôle 2 est raccordée à l’unité de commande de moteur B pour recevoir un signal comprenant le couple de consigne et le mode de fonctionnement. En outre l’unité de contrôle 3 est raccordée à la batterie C ce qui lui permet de calculer la tension de la batterie C.

L’unité de contrôle 3 est aussi raccordée à un capteur de température 21 en l’occurrence monté contre une partie d’un chignon d’un enroulement de phase dans le stator. Ce capteur de température 21 fournit un signal électrique à l’unité de contrôle 3 en fonction de sa mesure de température. L’unité de contrôle 3 est en outre reliée à un capteur de position 5, lequel lui fournit un signal ou plusieurs signaux de position du rotor 2.

L’unité de contrôle peut ainsi calculer la fréquence électrique pour fournir l’angle d’ouverture électrique aux commandes de chaque transistor afin de réaliser un onduleur. L’unité de contrôle calcule le moment du commencement de l’ouverture de l’angle électrique pour chaque transistor ou pour chaque power module du redresseur onduleur 4 en fonction de de l’angle d’avance calculé.

L’unité de contrôle 3 peut ainsi calculer une valeur de tension moyenne appelée Vond par angle d’ouverture électrique pour calculer le taux de rapport cyclique. La tension moyenne Vond est représentative du rapport cyclique (la tension moyenne est égale au rapport cyclique multiplié par la tension de la batterie).

Cette tension Vond est calculée par exemple comme sur la figure 6. Dans cet exemple, la tension Vond est calculée en fonction des trois paramètres température stator (un exemple de la huitième configuration), valeur de limitation calculée et la valeur de la vitesse de rotation calculée.

Dans cet exemple, la valeur de limitation de couple est incrémentée en fonction de d’un tableau d’indexation T. L’index peut par exemple être fonction du couple de consigne ou du couple de limitation calculé. Ainsi, par exemple la valeur de limitation de couple va être incrémentée de 2Nm ce qui permet d’avoir une incrémentation par pas de 2Nm, notamment dans le cas de rotor bloqué.

Dans cet exemple, la vitesse de rotation calculée est une interprétation linéaire (la valeur évolue en temps réel).

En outre, dans cet exemple une tension Vond de référence est calculée comme décrit ci-dessus en fonction de la vitesse de rotation et de la valeur de couple limitée. Un exemple de la huitième configuration peut être tel que décrit ci-dessous :Cette tension Vond de référence est ensuite estimée selon une première valeur de température de référence Trefl , en l’occurrence à 25°C et selon une seconde température de référence Tref2 en l’occurrence à 125°C.

Ensuite, on calcule un coefficient d’interpolation de la tension Vond par °C qui est égale à la différence entre ces deux tensions Vond de référence Vtrefl et Vtref2, en l’occurrence Vond à 25°c et Vond à 125°C le tout divisé par la différence entre les deux températures de référence (100).

On calcule une tension Vond par °C en multipliant ce coefficient d’interpolation de la tension Vond par la différence entre la température mesurée et la première température de référence Trefl .

La tension Vond calculée est égale à la tension Vond par °C multipliée par la température mesurée et à laquelle on ajoute la tension Vond à la première

température de référence Vondl . Ainsi le Vond à une température donnée (T) est le résultat d’une interpolation entre les 2 températures de référence (25° et 125°) à partir desquelles on définit un coefficient d’augmentation de la tension Vond en fonction de la température.

La formule suivante détaille le calcul :

La température du stator influe ainsi sur la tension Vond calculée qui est ensuite appliquée par phase. Cette tension Vond donnant le rapport cyclique que l’unité de contrôle doit envoyer à chaque phase.

La modulation de largeur d’impulsion sera ainsi fournie en fonction de cette valeur de tension moyenne appelée Vond. La tension Vond calculée est égale au rapport cyclique c de modulation multipliée par la tension de la batterie. Autrement dit le rapport cyclique est égale au ratio entre la tension moyenne Vond calculée divisée par la tension de la batterie. En mode alternateur, l’alternateur démarreur

commande pendant l’angle d’ouverture d’alimentation les transistors selon un rapport cyclique = 1.

Les transistors du redresseur onduleur de cet exemple d’alternateur démarreur sont des transistors à effet de champ à grille isolée. Ces transistors sont appelés aussi MOSFET. Selon un exemple, la fréquence de l’unité de contrôle pour la commande de modulation de largeur d'impulsion est entre 1 kHz et 1 QkHz et par exemple 1 4kHerz.

Selon un exemple des modes de réalisations précédemment décrit, pouvant se combiner avec les différents exemples, dans lequel le stator comprend au moins trois enroulements de phase formant un triphasé. Selon un exemple, l’unité de contrôle est configurée pour commander par modulation de largeur d’impulsion, en même temps, deux tiers des transistors d’un premier type ainsi qu’un tiers des transistors du second type alimentant la ou les phase(s) d’enroulement non alimentée(s) par les deux transistors du premier type.

Un exemple de procédé de commande d’un alternateur démarreur comprenant des configurations décrites précédemment en mode de fonctionnement démarreur peut aussi comprendre ces étapes : i. Réception d’un signal correspondant à un couple de consigne demandé

ii. Réception de signal de position du rotor

iii. Réception d’un température stator

iv. Déclencher une temporisation rampe

v. calculer la vitesse rotor

vi. Calculer un couple de limitation avec la valeur du signal de

couple demandé et de la vitesse du rotor calculée

vii. Calculer la tension de batterie

viii. Calculer une valeur représentative de la température du stator ix. Calculer l’angle d’avance,

x. Calculer en boucle fermée la fréquence de la modulation en fonction de la vitesse du rotor, déclenchée la commande par modulation en fonction de l’angle d’avance calculé, envoyer au déclenchement une modulation de largeur selon cette fréquence ayant un rapport cyclique selon la valeur de limitation de couple calculée, la vitesse de rotation calculée, la tension de batterie mesurée, et la valeur représentative de la température du stator calculée dans lequel :

1. Pendant la temporisation, commander les transistors d’un enroulement de phase selon la modulation de largeur d'impulsion calculée en l’augmentant à chaque angle d’ouverture électrique,

correspondant au couple de consigne selon la vitesse de rotation calculée, la température du stator et la tension de la batterie calculée.

Selon un mode de réalisation, le procédé de commande comprend si le mode fonctionnement est démarreur en outre des étapes de

• Sécurité rotor bloqué consistant à :

2. arrêter l’alimentation pendant un premier temps de repos sécurisé puis

3. réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

• Double sécurité rotor bloqué consistant à :

1. vérifier après le temps de sécurité prédéterminé

3. réaliser une nouvelle tentative d’alimentation.

• Sécurité de démarrage trop long consistant à :

1. Arrêter l’alimentation si l’alimentation dure plus longtemps qu’un temps de sécurité problème de démarrage prédéterminé, par exemple 2 seconde, pendant un premier temps de repos sécurisé, puis

2. Réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

• Double sécurité de démarrage trop long consistant à :

1. Arrêter l’alimentation si l’alimentation dure plus longtemps que le temps de sécurité problème de démarrage prédéterminé, par exemple 2 seconde, pendant le

deuxième temps de repos sécurisé, puis,

2. Réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

Selon un autre exemple le procédé de commande comprend si le mode

fonctionnement est démarreur en outre des étapes de

• Sécurité rotor bloqué consistant à :

2. arrêter l’alimentation pendant un premier temps de repos sécurisé puis

3. réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

• Double sécurité rotor bloqué consistant à :

2. arrêter l’alimentation pendant un deuxième temps de

repos sécurisé par exemple 500ms puis,

3. réaliser une nouvelle tentative d’alimentation.

• Sécurité de démarrage trop long consistant à :

1. Arrêter l’alimentation si l’alimentation dure plus longtemps qu’un temps de sécurité problème de démarrage fonction de la somme des rapports cyclique ou du courant d’excitation moyen fourni au rotor, par exemple 2 seconde, pendant un premier temps de repos sécurisé, puis

2. Réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

• Double sécurité de démarrage trop long consistant à :

1. Arrêter l’alimentation si l’alimentation dure plus longtemps que le temps de sécurité problème de démarrage fonction de la somme des rapports cyclique ou du courant

d’excitation moyen fourni au rotor, par exemple 2 seconde, pendant le deuxième temps de repos sécurisé, puis,

2. Réaliser une nouvelle tentative d’alimentation

fonctionnement est démarreur en outre des étapes de

• décaler, la période de l’ouverture d’angle électrique de l’alimentation d’un enroulement de phase par rapport à la période de l’angle électrique du rotor vis-à-vis d’une phase du stator en fonction de la valeur d’estimation d’angle d’avance calculée pour modifier l’alimentation de la phase par rapport au rotor.

L’unité de contrôle de l’alternateur démarreur peut incorporer d’autres configurations pour commander la modulation de largeur d'impulsion ou sa fréquence ou son déclenchement ou son rapport cyclique.

L’alternateur peut comprendre d’autres capteurs pour entrer dans le calcul du rapport cyclique, notamment un capteur de courant.

Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique.

Claims

Revendications

1. Alternateur démarreur (A) pour véhicule automobile comprenant :

-un stator (2), comprenant des enroulements de phases, -un rotor (1 ) comprenant une bobine d’excitation, mobile en rotation par rapport au stator (2),

-un redresseur onduleur (4) comprenant au moins deux types de

transistors raccordés à chaque enroulement de phase :

- un type transistor positive d’enroulement de phase destiné à être relié à une borne positive d’une batterie (C) de véhicule,

- un type transistor négative d’enroulement de phase destiné à être relié à une borne négative de la batterie (C),

-une unité de contrôle (3) comprenant des sorties reliées à la commande de chaque type de transistor d’enroulement de phase du redresseur onduleur (4), l’unité de contrôle (3) comprenant :

-une entrée de signal du mode de fonction pour sélectionner le mode de fonction, cette entrée étant adaptée à être raccordée à une unité de commande de moteur (B) du véhicule, caractérisé en ce que l’unité de contrôle (3), au moins en mode démarreur, est configurée pour envoyer par au moins une sortie de commande de transistor une modulation de largeur d’impulsion pour commander les transistors d’enroulement de phase pendant un angle d’ouverture électrique de la phase correspondante, et en ce qu’un rapport cyclique c de modulation, exprimé en pourcentage et égale à 100^* la somme des temps de largeurs d’impulsion d’alimentation d’un transistor divisée par la durée de l’angle d’ouverture électrique de la phase, est compris entre 0 et < 1.

2. Alternateur démarreur (A) selon la revendication précédente, dans lequel l’unité de contrôle (3) comprend :

• au moins une entrée de signal de position du rotor (1 ) l’unité de contrôle (3) étant configurée pour en boucle fermée :

- calculer une valeur représentative de la vitesse de rotation du rotor (1 ) en fonction du signal de position de rotor (1 ),

- calculer la fréquence électrique par rapport à la vitesse du rotor (1 )

- commander selon la fréquence électrique calculée, la modulation de largeur

d’impulsion en fonction de cette valeur représentative de la vitesse calculée en modifiant la durée d’ouverture d’alimentation de l’enroulement de phase ainsi qu’en modifiant le rapport cyclique c de modulation.

3. Alternateur démarreur (A) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’unité de contrôle (3) comprend :

- une entrée de consigne de couple adaptée à être raccordée à l’unité de commande de moteur (B) du véhicule,

- dans lequel l’unité de contrôle (3) est configurée pour commander la modulation de largeur d’impulsion en fonction de cette consigne de couple.

4. Alternateur démarreur (A) selon la revendication 2 et la revendication

précédente 3, dans lequel l’unité de contrôle (3) est configurée pour en boucle fermée :

• calculer une valeur de limitation de couple en fonction de la consigne de couple du rotor (1 ) reçu et de la vitesse de rotation du rotor (1 ) et de la valeur de limitation de couple calculée précédemment,

• moduler la largeur d’impulsion en augmentant le rapport cyclique c de modulation en fonction de la valeur de limitation de couple calculée, de la vitesse de rotation calculée.

5. Alternateur démarreur (A) selon la revendication 4, dans lequel l’unité de

contrôle (3) comprend :

• une sortie excitation reliée à la bobine du rotor (1 ) pour l’alimenter, et en ce que l’unité de contrôle (3) est configurée pour : • calculer une valeur de courant d’excitation en fonction de la valeur de limitation de couple calculée,

• alimenter par le biais de sa sortie excitation du courant alimentant le rotor (1 ) équivalent à la valeur de courant d’excitation calculée.

6. Alternateur démarreur (A) selon la revendication précédente dans lequel la valeur de courant d’excitation est limitée par exemple à 21 Ampère.

7. Alternateur démarreur (A) selon l'une quelconque des revendications

précédentes, dans lequel l’unité de contrôle (3) comprend :

- une temporisation de rampe d’un temps prédéterminé Temp,

l’unité de contrôle (3) est configurée pour :

a. lors d’un déclenchement en mode démarreur, déclencher la

temporisation et,

b. pendant le temps prédéterminé Temp de la temporisation

rampe, commander les transistors par une modulation de largeur d’impulsion en augmentant selon une loi prédéterminée rapport cyclique c de modulation,

c. après le temps prédéterminé Temp de la temporisation rampe, varier le rapport cyclique c de modulation en fonction de la valeur représentative du signal, pour maintenir un couple sur le rotor (1 ) équivalent au couple fourni à la fin de la période T.

8. Alternateur démarreur (A) selon la revendication précédente dans lequel

l’unité de contrôle (3) comprend une entrée de temps de rampe de consigne de couple, et en ce que l’unité de contrôle (3) est configurée pour remplacer le temps prédéterminé de la temporisation de rampe par le temps de rampe de consigne de couple reçu.

9. Alternateur démarreur (A) selon la revendication 4 et la revendication 7 ou 8 dans lequel • pendant le temps prédéterminé Temp de la temporisation rampe, commander les transistors par une modulation de largeur d’impulsion en répétant les étapes de calcul de couple de limitation pour augmenter le rapport cyclique c de modulation, jusqu’à obtenir une valeur de limitation de couple calculée égale au couple de consigne.

10. Alternateur démarreur (A) selon l’une des revendications 4 à 9, dans lequel l’unité de contrôle (3) est configurée pour :

• calculer une valeur d’estimation d’angle d’avance en fonction de là vitesse de rotation mesurée et de la valeur limite de couple calculée et

• décaler, la période de l’ouverture d’angle électrique de l’alimentation d’un enroulement de phase par rapport à la période de l’angle électrique du rotor (1 ) vis-à-vis d’une phase du stator (2) en fonction de la valeur d’estimation d’angle d’avance calculée pour modifier l’alimentation de la phase par rapport au rotor (1 ) .

11.Alternateur démarreur (A) selon la revendication précédente dans lequel

l’unité de contrôle (3) comprend une limitation de la valeur estimation d’angle d’avance calculée par exemple de 65°.

12. Alternateur démarreur (A) selon l’une quelconque des revendications

précédentes, dans lequel l’unité de contrôle (3) comprend :

• une entrée d’alimentation destinée à être reliée à la borne positive B+ de la batterie (C) et

en ce que l’unité de contrôle (3) est configurée pour :

mesurer la tension par le biais de cette entrée, commander la modulation d’impulsion de signal en fonction de la valeur mesurée de cette tension de réseau en modifiant son rapport cyclique c.

13. Alternateur démarreur (A) selon la revendication précédente, dans lequel l’entrée de la consigne de couple finale et l’entrée du mode de fonctionnement, la temporisation de rampe sont réalisées par un même bus notamment un bus LIN ou par onde.

14. Alternateur démarreur (A) selon l'une quelconque des revendications

précédentes, comprenant un capteur de température (21 ) du stator (2) monté sur le stator (2), le capteur (21 ) étant relié à une entré de l’unité de contrôle (3), et en ce que l’unité de contrôle (3) est configurée pour :

• calculer une valeur représentative de la température du stator (2) en fonction du signal reçu par le capteur de température (21 ),