Brevet FR2180588A1 — publié le 19731130

La présente invention concerne un dispositif pour la commande d'un moteur électrique continu-série de véhicule comportant, en série, une batterie, un premier interrupteur muni d'un organe à commande impulsionnelle et un second interrupteur dont l'état est déterminé par l'état du premier, une borne du moteur étant reliée en permanence au point commun aux premier et second interrupteurs, tandis que l'autre borne du moteur est reliée à l'un des pôles de la batterie. Dans ces dispositifs, le premier interrupteur est constitué par exemple par un transistor dont l'électrode de commande est reliée à un générateur d'impulsions éventuellement réglables en fréquence et en largeur et le second interrupteur, dont l'état est déterminé par l'état ouvert ou fermé du transistor, est constitué par exemple par une diode. De tels dispositifs connus fonctionnent de la façon suivante Lorsqu'unie impulsion arrive sur l'électrode de commande du transistor, ce qui par exemple en provoque la fermeture, et en supposant que l'anode de la diode est reliée au pôle négatif de la batterie, le courant fourni par celle-ci traverse le transistor et le moteur. Celui-ci entraîne alors le véhicule en marche avant ou en marche arrière. Lorsqu'aucune impulsion n'est reçue par l'électrode de commande du transistor, le courant ne peut se refermer par la batterie et parcourt un circuit comportant le moteur et la diode qui alors est polarisée dans le sens conducteur. Ces dispositifs ont l'avantage de limiter le courant qui traverse le moteur, du fait que lorsque celui-ci, après un certain temps tl à partir de l'arrêt, atteint une valeur maximale, temps déterminé par exemple par la fréquence des impulsions envoyées sur l'électrode de commande du transistor, fréquence qui dépend elle-même de l'action exercée sur l'accélérateur, le courant fourni au moteur diminue lorsque ce transistor est ouvert pour augmenter à nouveau lors du cycle suivant, dès que le transistor est fermé. Toutefois, ces dispositifs présentent l'inconvénient de ntêtre prévus que pour la commande en marche avant ou arrière du véhicule et de ne pouvoir servir au freinage de celui-ci, que ce soit en marche avant ou en marche arrière. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient et d'élaborer un dispositif de commande qui permette avec un circuit unique, de commander aussi bien l'entraînement du moteur que son freinage dans un sens ou dans l'autre, avec récupération de l'énergie compte tenu du rendement du moteur en courant continu. Pour ce faire, un dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte des commutateurs adaptés à inverser l'induit du moteur par rapport à l'inducteur d'une part et à connecter l'autre pôle de la batterie à l'autre borne du moteur d'autre part. Ainsi, on conçoit que les commutateurs actionnés sélectivement par le conducteur du véhicule permettent de passer du circuit décrit plus haut, et qui ne sert qu > à l'entraînement du moteur,à un circuit pouvant servir également au freinage de ce dernier. En effet dans un dispositif selon l'invention, et en supposant par exemple que le véhicule est en marche avant, lorsqu'une impulsion arrive sur l'élec- trode de commande du transistor, ce dernier est fermé et le courant qui circule dans l'induit du moteur est dirigé en sens inverse de ce qu'il était lors ae l'entraînement en marche avant du moteur. Ce courant se referme dans le circuit comportant en série le transistor et le moteur, du fait de la polarisation inverse de la diode,et il permet un freinage énergique du moteur, le courant dans l'inducteur étant inchangé. A l'inverse, lorsqu'aucune impulsion n' arrive sur l'électrode de commande du transistor, celui-ci est ouvert et le courant qui traverse le moteur, lequel fonctionne alors en génératrice, ne peut se refermer que par le circuit qui comporte en série la batterie et la diode, l'anode de cette dernière étant bien entendu toujours connectée au pôle négatif de la batterie. I1 se développe ainsi dans la batterie un courant dit de récupération qui en permet la recharge. Bien entendu, les durées respectives de freinage et de récupération sont là encore déterminées par exemple par la fréquence des impulsions qui sont envoyées sur l'électrode de commande du transistor. On voit qu'un dispositif selon l'invention permet, de façon particulièrement simple d'une part de freiner énergiquement le moteur et d'autre part de recharger la batterie. De préférence, un dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que la borne du moteur reliée en permanence au point commun aux premier et second interrupteurs est toujours la même et est une borne de l'inducteur. On verra dans ce qui suit que ce mode de réalisation permet de n'utiliser qu'un commutateur double pour passer de la commande en entraînement du moteur à la commande en freinage. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comporte un commutateur double dont les deux organes mobiles sont reliés en permanence aux bornes de l'induit, dont les deux premières sorties- c'est-à-dire les plots qui sont en contact avec les organes mobiles pour une position du commutateur, dite "position d'entraînement'- sont reliées respectivement à l'autre borne de l'inducteur et à un pôle de la batterie, et dont les deux secondes sorties -c'est-à-dire les plots qui sont en contact avec les organes mobiles pour l'autre position du commutateur, dite "position de freinage"- sont reliées respectivement à l'autre pôle de la batterie et à la même autre borne de l'inducteur. On constate qu'un tel circuit permet d'une part d'inverser les bornes de l'induit par rapport à l'inducteur, une borne de celui-ci étant constamment reliée au point commun entre le premier et le second interrupteurs,et d'autre part de relier l'autre borne du moteur, en l'occurrence une borne de l'induit, soit au pôle positif de la batterie, soit à son pôle négatif. Avantageusement, un dispositif selon l'invention est encore caractérisé en ce que l'induit du moteur est branché sur un inverseur double adapté à en intervertir les deux bornes par rapport aux autres éléments du dispositif. Toutes choses égales par ailleurs, cette disposition permet très commodément également grâce de préférence à une commande manuelle reliée mécaniquement audit inverseur double d'intervertir les deux bornes de l'induit, c'est-à-dire de passer de la marche avant à la marche arrière ou inversement. Avantageusement, il est encore prévu selon l'invention que la fréquence ou la largeur des impulsions est en relation avec la valeur ohmique d'une résistance, déterminée par la position des pédales de commande en marche avant et en marche arrière, résistance disposée de façon adéquate dans le circuit d'un générateur d'impulsions. De préférence, selon l'invention, il est encore prévu que la pédale de frein est couplée mécaniquement aux organes mobiles du commutateur double. Des modes d'exécution de l'invention sont représentés à titre d'exemples en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure I représente un schéma électronique d'un dispositif connu pour la commande de I'entranement du moteur - la figure 2 représente un schéma électronique permettant la commande du freinage du moteur - la figure 3 représente une courbe de variation du courant dans le moteur en fonction du temps - la figure 4 représente un schéma électronique selon un premier mode de réali sation de l'invention, permettant la commande en entrainement du moteur aussi bien que sa commande en freinage - la figure 5 représente un schéma d'un inverseur double branché aux bornes de l'induit et permettant d'en intervertir les bornes ; ; - la figure 6 représente un schéma électronique de la commande d'entraînement du moteur en marche arrière - la figure 7 représente un schéma électronique pour la commande de freinage du moteur en marche arrière ; - la figure 8 représente un schéma électronique complet permettant la commande de l'entraînement du moteur ou la commande de son freinage aussi bien en marche avant qu'en marche arrière ;; - la figure 9 représente un schéma électronique de commande en entraînement du moteur dans lequel, par référence au schéma de la figure 1, l'induit et l'inducteur sont intervertis - la figure 10 représente un schéma électronique de commande de freinage du moteur dans lequel,par référence au schéma de la figure 2, l'induit et l'inducteur du moteur sont également intervertis - la figure il représente à titre de variante du schéma de la figure 4 un deuxième mode de réalisation de l'invention permettant la commande en entraî nement du moteur ou sa commande en freinage ; et - la figure 12 représente schématiquement une liaison mécanique entre l'acce- lérateur et une résistance branchée dans le circuit d'un générateur d'impul sions non représenté, ainsi que la liaison mécanique entre la pédale de frein et le commutateur double. Dans ce qui suit et de façon conventionnelle, on désignera par V la batterie du véhicule, par T le premier interrupteur, par P l'organe à commande impulsionnelle de cet interrupteur, par D le second interrupteur, par J l'induit du moteur, par L l'inducteur du moteur, par A et B les bornes de cet inducteur, par Ie le courant débité par la batterie lors de l'entralnement du moteur,que ce soit en marche avant ou en marche arrière, par It le courant qui traverse le moteur lors de la commande en entraînement lorsque le premier interrupteur T est ouvert, par If le courant débité par la batterie lors de la commande en freinage du moteur, le premier interrupteur T étant fermé, et par Ir le courant de récupération qui traverse le moteur,lorsque le premier interrupteur T est ouvert et qui recharge la batterie. Egalement de façon conventionnelle, on représentera dans ce qui suit par wle sens de rotation du moteur, celui-ci, lorsqu'il correspond au sens horaire étant considéré, également de façon conventionnelle,comme correspondant à la marche avant du véhicule, et par r, le couple exercé par le moteur, les bornes a et b de l'induit étant diFosees de telle sorte que lorsque le moteur marche en entraînement, le courant traverse l'induit de b vers a et que lorsque le moteur fonctionne en génératrice (récupération) ou en frein, le courant le traverse de a vers b. En outre, les courants représentés par une flèche en trait continu seront ceux qui circulent dans le dispositif lorsque le premier organe interrupteur est fermé et les courants représentés par une flèche en pointillés seront ceux qui correspondent à l'état d'ouverture dudit premier interrupteur. Dans ce qui suit, on ne représentera pas le générateur adapté à alimenter en impulsions l'organe de commande du premier interrupteur. En outre, le premier interrupteur T sera représenté par un transistor de commutation dont la base constitue l'organe de commande et le second interrupteur sera représenté sous la forme d'une diode D, étant bien entendu que ces deux composants pourraient être remplacés par un groupe de composants avec circuit équivalent. A la figure 1, on a représenté un schéma classique d'entraînement d'un moteur continu-série de véhicule, par exemple en marche avant. Ce schéma montre que lorsque le transistor T est fermé par une impulsion, le courant Ie débité par la batterie se referme par le transistor et par le moteur. En effet, il ne peut traverser la diode qui est polarisée dans le sens non conducteur. Le sens de rotation ainsi que le couple d'entratnement du moteur sont alors ceux représentés par les flèches w et r Lorsque le courant Ie qui traverse l'induit du moteur atteint une valeur M après un temps tl de fonctionnement (figure 3), l'impulsion envoyée sur l'électrode de commande P cesse et le transistor T est ouvert. Le moteur continue à tourner dans le même sens, et il en est de même pour le courant it, du fait du circuit inductif qu'il traverse. Ce courant peut alors se refermer en traversant la diode D, laquelle est alors polarisée dans le sens conducteur. Le courant dans le moteur décroît alors depuis M jusqu'à m, valeur minimale qu'il atteint après un temps t2 et qui bien entendu, tout comme la valeur M, dépend de la pression que le conducteur exerce sur la pédale de l'accélérateur. Lors de l'impulsion suivante, le transistor est à nouveau fermé et le courant qui traverse le moteur croît à nouveau entre t2 et t3 de la valeur m jusqu'à M. Le cycle se répète ainsi indéfiniment tant que la position de commande du véhicule et que la résistance opposée à son avancement ne sont pas modifiées. A la figure 2, on a représenté un schéma électronique de commande en marche avant permettant le freinage et la recharge de la batterie. On constate que par rapport au schéma de la figure 1, les bornes a et b de l'induit J ont été interverties et que la borne a de l'induit, primitivement reliée à l'un des pôles (négatif) de la batterie V a été remplacée par la borne b de l'induit, laquelle est reliée alors à l'autre pôle (positif) de la batterie V, tandis que la position de l'inducteur L dans le circuit reste inchangée. Le fonctionnement du dispositif de la figure 2 est le suivant Lorsqu'une impulsion arrive sur l'électrode de commande P du transistor T, ce dernier est fermé et le courant If débité par le moteur se referme par ce transistor, ce courant ne pouvant traverser la diode D, laquelle est alors polarisée dans le sens non conducteur. On constate que le courant If traverse l'induit du moteur de a vers b et que le moteur oppose alors à l'avancement du véhicule un couple résistant r (dirigé dans le sens anti-horaire). Ainsi, le véhicule étant en marche avant comme l'indique la flèche uJ (dirigée dans le sens horaire), celui-ci est freiné. Lorsque, lors du cycle suivant, le transistor T est ouvert, le moteur fonctionne en génératrice et produit un courant Ir traversant l'induit J de la borne a vers la borne b, ce courant pouvant alors se refermer en traversant la diode D, laquelle est alors polarisée dans le sens conducteur, et en rechargeant la batterie V. L'évolution du courant dans l'induit du moteur est analogue à celle qui est représentée à la figure 3. On constate que le schéma de la figure 2 présente l'avantage de permettre un freinage énergique du moteur et par conséquent du véhicule et de récupérer une partie de l'énergie dissipée par le freinage pour recharger la batterie. A la figure 4, on a représenté un schéma électronique muni d'un commutateur double C et permettant de passer sélectivement du circuit de la figure I au circuit de la figure 2 ou inversement. Le commutateur C comporte deux organes mobiles ml et m2 couplés mécaniquement de façon quelconque, par exemple à un levier de manoeuvre placé dans le poste de pilotage, ces organes mobiles étant en permanence et respectivement reliésaux bornes b et a de l'induit J du moteur, les deux premières sorties du commutateur double, constituées par les plots El et E2 (entraînement), étant reliées respectivement à la borne A de l'inducteur L et au pôle négatif de la batterie tandis que les deux secondes sorties du commutateur, constituées par les plots Fl et F2 (freinage), sont reliées respectivement au pôle positif de la batterie et à la même borne A de l'inducteur L. Il est facile de voir que ce schéma permet d'obtenir le circuit de la figure I lorsque les organes mobiles ml et m2 du commutateur double C sont reliés respectivement aux plots El et E2 des sorties et qu'il permet d'obtenir également le schéma de la figure 2 lorsque lesdits organes mobiles ml et m2 sont reliés respectivement aux plots de sortie FI et F2 (cas de la figure freinage à récupération en marche avant du véhicule). Ces dispositifs permettent bien entendu d'effectuer l'opération inverse, c'est-à-dire de passer du schéma de la figure 2 à celui de la figure 1. Le fonctionnement du dispositif de cette figure 4 n'a pas besoin d'être décrit, étant identique à celui des schémas de la figure I pour une position du commutateur double et de la figure 2 pour l'autre position de ce commutateur. A la figure 5, on a représenté un inverseur double K permettant d'intervertir les bornes a et b de l'induit J du moteur. Cet inverseur comporte des organes mobiles il (relié à la borne b) et 22 (relié à la borne a) et des plots de sortie AV, AR, les deux sorties de ce circuit pouvant être reliées respectivement aux bornes a et b de l'induit pour une position de l'inverseur ou aux bornes b et a pour l'autre position de l'inverseur. On conçoit que de cette façon l'on puisse, toutes choses égales par ailleurs dans le circuit,intervertir uniquement les deux bornes de l'induit, ce qui permet de passer en marche avant ou en marche arrière. A la figure 6, on a représenté un schéma électronique pour la commande d'entraînement en marche arrière du véhicule. On constate que,par référence au schéma de la figure 1, les bornes de l'induit ont été interverties (inverseur double K dans l'état indiqué à la figure 5). Lorsque le transistor T est fermé, la batterie V débite un courant Ie qui se referme à travers le moteur en parcourant l'induit J de ce dernier de la borne a vers la borne b, le moteur fournissant ainsi un coupler' dirigé dans le sens anti-horaire, c'est-à-dire dans le même sens que celui de la flèche uJ qui représente le sens de rotation du moteur. On voit ainsi que le moteur entraîne bien le véhicule en marche arrière. Lorsqu'au cycle suivant le transistor T ne reçoit plus d'impulsion, il est ouvert et le courant Ie passant alors dans le moteur peut se refermer en traversant la diode D, laquelle est alors polarisée dans le sens conducteur. Le moteur tourne alors librement en marche arrière. Au cycle suivant, le transistor est à nouveau fermé et le couple moteur r réapparaît. A la figure 7, on a représenté un schéma électronique de commande de freinage en marche arrière du véhicule. On constate que par rapport au schéma de la figure 6, les bornes de l'induit ont été interverties et que la borne b de l'induit, primitivement reliée au pôle négatif de la batterie, est maintenant remplacée par la borne a, laquelle est reliée au pôle positif de ladite batterie. De même, par référence au schéma de la figure 2, on constate que les bornes de l'induit J ont été simplement interverties. Lorsque ltelectrode de commande P du transistor T reçoit une impulsion, le transistor T est fermé et le courant If passant dans le moteur traverse l'induit de ce dernier de la borne b vers la borne a. Le moteur tournant dans un sens qui correspond à la marche arrière du véhicule (sens anti-horaire de la flèche u)), produit un couple résistant r qui, du fait du sens dans lequel l'induit est traversé par le courant, est dirigé dans le sens horaire et par conséquent s'oppose à la rotation du moteur. Le véhicule est alors freiné. Lorsqu'au cycle suivant l'électrode de commande P du transistor T ne reçoit plus d'impulsion, le moteur fonctionne en génératrice et débite un courant Ir dirigé dans le même sens que le courant If et qui se referme à travers la diode D, laquelle est alors polarisée dans le sens conducteur, en rechargeant la batterie V. Au cycle suivant, après une durée déterminée par l'action du conducteur sur la pédale de frein, le transistor T est à nouveau fermé et le couple résistant r dirigé dans le sens horaire réapparaît, freinant le moteur. A la figure 8, on a représenté un schéma général de réalisation correspondant à celui de la figure 4, mais dans lequel en outre on a introduit l'inverseur double K de la figure 5. Le dispositif représenté sur ce schéma de la figure 8 permet ainsi d'obtenir les configurations des figures 1, 2, 6 et 7, c'est-à-dire qu'il permet au conducteur, en agissant sur l'inverseur double K, de choisir la marche avant ou la marche arrière et en agissant sur le commutateur double C de choisir l'entraînement ou le freinage. Dans la configuration de la figure 8, le conducteur obtient l'entraînement du véhicule en marche arrière. Le fonctionnement détaillé du dispositif représenté sur ce schéma n'a pas besoin d'être décrit. Aux figures 9 et 10, on a représenté à titre de variantes des schémas correspondant exactement aux schémas des figures 1 et 2, mais dans lesquels, par référence à ces figures, l'inducteur et l'induit, tout en gardant le même sens, ont été intervertis. Le fonctionnement des dispositifs des figures 9 et 10 est bien entendu exactement le même que celui des dispositifs des figures l et 2 et il n'a donc pas besoin d'être décrit. A la figure 11, on a représenté un schéma électronique permettant de passer du schéma de la figure 9 à celui de la figure 10 ou inversement. On constate qu'un tel schéma est légèrement plus complexe que celui de la figure 4, quoique décrivant un dispositif qui fonctionne de la même façon, du fait que ce n'est pas constamment la même borne du moteur qui est reliée au point commun du transistor et de la diode, ce qui nécessite l'utilisation d'un commutateur triple C'. Ce commutateur comporte des organes mobiles m'l, m'2 et m'3 et des plots de sortie F'1, F'2, F'3 (freinage) ainsi que des plots de sortie E'l, E'2, E'3 (entraînement). Lorsque le commutateur triple C' est dans la position représentée à la figure 11, on obtient l'entraînement en marche avant du véhicule. L'inverseur double susceptible d'intervertir les bornes a et b de l'induit J n'a pas été représenté sur cette figure. A la figure 12, on a représenté schématiquement une résistance R disposée de façon adéquate dans le circuit non représenté d'un générateur d'impulsions quelconque, de façon à ce que la fréquence ou la largeur des impulsions soit en relation avec la valeur ohmique de cette résistance, cette valeur dépendant de la pression exercée par le pied, soit sur la pédale de l'accélérateur, soit sur la pédale du frein. On voit sur cette figure qu'en outre la pédale du frein est couplée mécaniquement aux organes mobiles ml et m2 du commutateur double C, de sorte à ce que lorsque l'on presse la pédale de frein, ces organes mobiles soient reliées aux plots de sortie Fi et F2 respectivement. On remarque que, selon l'invention, on utilise l'excitatIon rémanente pour garantir l'amorçage du courant dans le moteur en frein (induit, inducteur et transistor en circuit semi-fermé), du fait qu'il est nécessaire de disposer d'une induction initiale. Bien entendu, il convient de ne jamais inverser le courant dans la self d'excitation du moteur, et c'est ce qui justifie les précautions indiquées plus haut pour que le courant dans l'inducteur ait toujours le même sens. On pourrait d'ailleurs renforcer l'excitation rémanente par un aimant permanent. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour la commande d'un moteur électrique continu-série de véhicule comportant, en série, une batterie (V), un premier interrupteur (T) muni d'un organe à commande impulsionnelle (P) et un second interrupteur (D) dont l'état est déterminé par l'état du premier, une borne (B) du moteur étant reliée en permanence au point commun aux premier et second interrupteurs, tandis que l'autre borne (a) du moteur est reliée à l'un des pâles (-) de la batterie (V), caractérisé en ce qu'il comporte des commutateurs, adaptés à inverser l'induit (J) du moteur par rapport à l'inducteur (L) d'une part et à connecter l'autre pôle (+) de la batterie (V) à l'autre borne (b) du moteur d'autre part. 2.- Dispositif selon la-revendication 1, caractérisé en ce que la borne du moteur reliée en permanence au point commun aux premier et second interrupteurs est toujours la même et est une borne (B) de l'inducteur. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur double (C) dont les deux organes mobiles (ml, m2) sont reliés en permanence aux bornes (b, a) de l'induit (J), dont les deux premières sorties -c'est-à-dire les plots (El, E2) qui sont en contact avec les organes mobiles (ml, m2) pour une position du commutateur (C), dite "position d'entrai- nement"- sont reliées respectivement à l'autre borne (A) de l'inducteur (L) et à un pôle (-) de la batterie (V), et dont les deux secondes sorties -c'est-àdire les plots (Fi, F2) qui sont en contact avec les organes mobiles (ml, m2) pour l'autre position du commutateur (C), dite "position de freinage"- sont reliées respectivement à l'autre pêle (+) de la batterie (V) et à la même autre borne (A) de l'inducteur é). 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'induit (J) est branché sur un inverseur double (K) adapte à en intervertir les deux bornes (a, b) par rapport aux autres éléments du dispositif. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence ou la largeur des impulsions est en relation avec la valeur ohmique d'une résistance déterminée par la position des pédales de commande en marche avant et en marche arrière, résistance disposée de façon adéquate dans le circuit d'un générateur d'impulsions. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, carac térisé en ce que la pédale de frein est couplée mécaniquement aux organes mobiles (ml, m2) du commutateur double (C).