Brevet FR2261897A1 — publié le 19750919

L'invention concerne un dispositif électronique et électrique combiné avec un embrayage et une boite de vitesses, en vue de la propulsion de véhicules essentiellement urbains. L'objet de l'invention se rattache au secteur technique des véhicules à traction électrique. Les problèmes passés, actuels et futurs de la Société, concernant l'énergie, l'environnement et la sécurité, ont amené depuis quelques années les chercheurs à concevoir , notamment dans 1'automobile, des dispositifs de traction économiques, propres et capables de rendre au moins les mêmes services que les modes de traction conventionnels. A cet effet on a proposé différents systèmes, et notamment, des dispositifs de traction électrique à partir d'accumulateurs. Ce type de traction s'est avéré intéressant pour certaines applications, par exemple les-véhicules de voierie ou de transport des ordures ménagères, les transports urbains (accubs), les camionnettes de livraisons, les véhicules spéciaux pour les mines, les tracteurs de hâlage*.... Cependant, ces véhicules étaient lourds , de rendement faible, et lents, du fait du poids important des accumulateurs, de la faiblesse du moteur électrique de traction et de ses commandes. Son utilisation était donc limitée. Actuellement, les progrès de la technique permettent de concevoir un dispositif de traction électrique plus fiable et capable de remplacer avantageusement les moteurs thermiques dans les véhicules utilitaires et de tourisme, plus particulièrement adaptés aux déplacements urbains. En effet, la source d'énergie offre maintenant une puissance intéressante sous un encombrement et un poids relativement faibles ; l'électronique et la technique des moteurs électriques permettent des adaptations précises, assurant un bon rendement à l'ensemble, une excellent nervosité du véhicule, et de nombreuses commodités d'emploi ( souplesse, autonomie, entretien...). Suivant l'invention, on a voulu réaliser un dispositif de propulsion électrique utilisant les meilleures techniques actuelles pour assurer la propulsion de véhicules essentiellement urbains, dans de bonnes conditions de fiabilité,et laissant un volume ou habitacle intérieur, entièrement disponible pour les passagers. Le dispositif suivant l'invention est remarquable en ce qu'il met en oeuvre des accumulateurs distribuant une certaine quantité d'énergie à un moteur électrique de propulsion, entrainant le véhicule par une boite de vitesses, un embrayage et un accouplement ,ceci par l'intermédiaire d'un variateur électronique sollicité par un capteur électronique commandé par le conducteur, afin de fournir au moteur l'intensité de courant nécessaire suivant les conditions de marche du véhicule. Ces caractéristiques et d'autres ressortiront de la description qui suit. Pour fixer l'objet de l'invention sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés La figure lest un schéma montrant les éléments essentiels composant le dispositif suivant l'invention. La figure 2 est un schéma représentant de manière plus détaillée et plus complète le dispositif de traction électrique et ses éléments annexes , adapté sur un véhicule. La figure 3 est une vue schématique illustrant les transmissions à partir du moteur électrique de propulsion du dispositif. Afin de-rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant sous des formes non limitatives de réalisation illustrées aux figures des dessins. La figure 1 montre les éléments de base de l'invention entrant dans le domaine électrique, abstraction faite des organes mécaniques de transmission et des câblages de commande. On voit la source d'énergie 1 qui est une batterie d'accumulateurs de caractéristiques déterminées en fonction du véhicule à propulser, c'est-à-dire poids, vitesse maxi, puissance à tous régimes .... Ces accumulateurs sont reliés par leur borne positive la , à deux bornes positives 2a - 2 b d'un bloc de puissance 2 entre lesquelles sont montés des thyristors 2c en nombre déterminé, destinés à hacher le courant. La borne 2b est elle-même reliée à la borne positive 3a du moteur électrique de propulsion 3. La borne négative 3b de ce moteur est reliée à la borne négative 2d du bloc par l'intermédiaire d'un contacteur de marche 4 , tandis qu'un contacteur de court-circuit à grosse intensité 5 est relié au contacteur 4 et à une borne négative 2e du bloc assurant le retour à la borne négative lb des accumulateurs.Entre les bornes 2d et 2e sont montés des thyristors 2f de hachage du courant. Un capteur électronique 6 comprenant une pédale d'accélération 6a; des contacteurs 6b , 6c et un potentiomètre 6d permet la mise en circuit du dispositif, c'est-à-dire le libre passage du courant dans les thyristors 2c et li , par l'intermédiaire des connexions 7a d'un boitier de commande 7 à transistors et 2q du bloc de puissance. La mise sous tension est assurée par tous moyens connus tels que contact à clé C ( antivol de direction, ou contact simple). On décrit maintenant en se référant aux flèches de la figure 1, le fonctionnement du dispositif. Le contact C étant fermé, en appuyant sur la pédale 6a on ferme le contact 6b, permettant l'alimentation des thyristors 2c - 2f par l'intermédiaire du boitier de commande 7 (connexions 7a - 2g) . Le courant arrivant à la borne 2a du bloc, passe par les thyristors 2c où il est haché afin de fournir un voltage progressif au moteur 3 qui prend sa vitesse. Au retour, le courant passe par le contacteur 4 fermé et revient au bloc par la borne 2d , d'où il repart par la borne 2e aux accumulateurs, après avoir passé par les thyristors 2f chargés de ramener le courant normalement. Lorsque le potentiomètre 6d;:commandé par la pédale, arrive en fin de course, il agit sur le contact 6c qui coupe l'alimenta- tion des thyristors. Le courant arrivant à la borne 2a , va alors directement à la borne 2b sans passer par les thyristors, et alimente le moteur de tout le voltage disponible. Pour le retour, le courant passe par le contacteur 4 toujours fermé, mais passe salement par le contacteur de court-circuit 5 qui s'est fermé en même temps que le contact 6c s'est ouvert. Le courant revient alors directement aux accumulateurs sans passer par les thyristors 2 f. Si on relâche la pédale, il est évident que le contact 6c se referme ; les thyristors seront de nouveau alimentés et le contacteur de court-circuit 5 ouvert ; le courant sera de nouveau haché pour assurer la progressivité du moteur. Le moteur 3 est du type à courant continu et excitation série, et il est défini en fonction du véhicule à tracter, quant à sa puissance et sa vitesse de rotation. A partir de cette réalisation de base, on prévoit, de manière à tirer le maximum de performances du véhicule, d'adapter ce dispositif électronique et électrique soit, sur un véhicule spécialement conçu, soit sur un véhicule classique, mais dans ces deux cas, en prend soin d'adapter ou de conserver la boite de vitesses et l'embrayage , et on prévoit un raccordement embrayage-moteur électrique approprié. On voit à la figure 3 un moteur électrique 8 suivant l'invention, relié à un embrayage 9 par l'intermédiaire d'un accouplement élastique souple 10. Derrière l'embrayage,la boite de vitesse Il entraînant les demi-arbres 12 de roués arrières. I1 est bien évident que le dispositif électrique peut entrainer également un véhicule à traction avant. Bien entendu, des variantes peuvent être introduites suivant les caractéristiques de transmissions du véhicule , c'està-dire : pont arrière, roues indépendantes, boite semi-automatique ou automatique ... D'une manière plus complète, on décrit maintenant en se réfdrant à la figure 2, une réalisation du dispositif adapté sur un véhicule de tourisme à propulsion arrière tel que décrit aux figures let 3, dans laquelle d'autres éléments sont introduits et dont le rôle est défini ci-après . Dans cet exemple, la source d'énergie est constituée par des batteries d'accumulateurs qui, pour des raisons de répartition de poids, sont logées à l'avant et à l'arrière du véhicule, de préférence dans les parties les plus basses pour abaisser le centre de gravité. On peut, par exemple, grouper une batterie 13 de 12 accumulateurs de 2 volts dans le coffre avant et deux batteries 14 - 15 de 7 accumulateurs de 2 volts chacune, dans le coffre arrière suivant les côtés latéraux. On obtient donc un voltage disponible de 52 volts en 26 éléments de 2 volts. Cette source d'énergie, compte-tenu des caractéristiques des accumulateurs choisis, peut fournir 280 Ampères-heure. Il est bien évident que l'on peut modifier à volonté les données ; c'est-à-dire diminuer ou augmenter le nombre d'accumulateurs donc le voltage ; augmenter ou diminuer la capacité des accumulateurs .. Tout cela est fonction du poids du véhicule à tracter et des qualités demandées au véhicule. Ainsi dans cet exemple, la puissance des accumulateurs est calculée pour un véhicule de poids inférieur à 1.500 Kgs et de bonne nervosité par la conservation de la boite de vitesses et de l'embrayage (voir figure 33. Le moteur électrique 3 à courant continu et excitation série, approprié aux caractéristiques des accumulateurs, a une puissance de 5 à 14 KW suivant l'intensité à recevoir et une vitesse de rotation de 2400 à 5000 tr/mn. Il est refroidi par un ventilateur électrique 16 de 48 volts, relié à des voyants lumineux 17 au tableau de bord indiquant son bon fonctionnement. Le moteur, comme on l'a vu plus haut , est relié à la boite de vitesses par un accouplement élastique et commandé en rotation par le boîtier de commande 7 à transistors et le bloc de puissance 2 à thyristors La mise en circuit s'effectue par le contact à clé 18 (antivol ou contact simple) , relié à des voyant lumineux 28 au tableau de bord, indiquant que la commande électrique est sous tension, et relié par câble 19 au boitier de commande 7 par par la connexion 7a ,et au bloc de puissancejia connexion Le bloc de puissance présente, outr les bornes 2a- 2b 2d, ,2e déjà décrites dans la figure 1, des bornes 2h - 2i de liaison avec un condensateur de soufflage 20 limitant l'é- tincelle de rupture dans les thyristors. Les changements de rapports (vitesses) ne présentent pas de difficultés, en ce sens que l'on ralentit le moteur électrique en relâchant la pédale (capteur) et l'on passe la vitesse inférieure ou supérieure en débrayent. Lorsqu'une vitesse est enclanchée, il n'est pas nécessaire de débrayer pour s'arrêter comme dans une propulsion par moteur thermique, puisque le moteur électrique se ralentit et s'arrête. Cela est surtout utilisé sur la première vitesse et assimile le véhicule à un véhicule à embrayage automatique. Le passage en marche arrière reste conditionné uniquement par la boite de vitesses et 1'embrayage. Dans cette réalisation on trouve encore un ampèremètre 21 au tableau de bord, reîié'à à un shunt 22 en série sur le câble de liaison entre la batterie 14 et le bloc de puissance 2 destiné à indiquer la quantité de courant absorbée par le moteur électrique aux différents régimes ( joue le rôle de compte-tours dans les véhicules à moteur thermique). On a également logé dans le véhicule un chargeur d'accumulateurs 23 à mise en route manuelle et coupure automatique en fin de charge, associé à un transformateur 24 , de manière à pouvoir très facilement opérer la recharge des accus pendant le repos du véhicule, à l'aide d'un simple raccordement 25 relié à une prise de secteur 220 volts ou 110 volts. Bien entendu le chargeur et son transformateur peuvent être indépendants. Le chargeur est relié à une borne positive de la batterie 14 et à la borne négative 2e du bloc de puissance, un voltmètre 26 et un ampèremètre 27 au tableau de bord indiquant la tension des accumulateurs et l'intensité de charge du chargeur. Bien entendu , si le chargeur est indépendant du véhicule, le voltmètre sera relié au circuit des accumulateurs. A titre indicatif, les performances d'un véhicule de moins de 1.500 Kgs en charge équipé de ce dispositif sont les suivantes : vitesse maxi 100 Km/h , vitesse en palier 60 Km.h , autonomie de 60 à 90 Kms suivant utilisation, durée de recharge de 8 à 12heures. Les avantages ressortent bien de la description, en partilier on souligne - Dispositif logeable facilement dans les petits véhicules. - Soupleese et nervosité du véhicule ainsi conçu - Progressivité de l'entraînement par l'accouplement élastique. - Robustesse du dispositif composé d'éléments relativement simples. - Dispositif très adapté à l'usage urbain. - habitacle du véhicule entièrement disponible pour les passagers. - Economie d'usage et d'entretien, recharge bon marché , peut d'interventions ( graissage uniquement). L'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses divers parties ayant plus spécialement été indiqués ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. - REVENDICATIONS -1- Dispositif électronique et électrique combiné avec un embrayage et une boite de vitesses, en vue de la propulsion de véhicules essentillement urbains, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre des accumulateurs répartis dans le véhicule et raccordés entre eux distribuant leur quantité énergie à un moteur électrique de propulsion entrainant le véhicule par l'intermédiaire d'un embrayage et d'une boite de vitesses accouplés au moteur électrique de propulsion, lequel est entrainé par un variateur électronique commandé depuis le poste de conduite par un capteur électronique, afin de fournir au moteur électrique tout le voltage disponible instan tanément ou par tranches successives suivant que le véhicule démarre, ralentit, que le moteur est en vitesse maximum ou que l'on change de vitesse. -2- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur électrique de propulsion est relié à 1'embrlayage et à la boite de vitesses par un accouplement élastiquv contribuant à la progressivité de l'entrainement du véhicule dans les diverses phases. -3- Dispositif suivant les revendications I et 2 ensemble, caractérisé en ce que le capteur électronique de commande du variateur électronique comprend une pédale dtaccélération, associée à un pptentiomètre, qui au début de sa course ferme le circuit de commande par un contacteuritcoupe ce circuit en fin de course par un autrec9n%sXrassocié au potentiomètre. -4- Dispositif suivant les revendications 1,2 et 3 ensemble, caractérisé en ce que la pédale du capteur associée au potentiomètre autorise, lorsque le circuit de commande est fermé, l'alimen- tation de thyristors de hachage du courant délivré au moteur électrique de propulsion donc à la boite de vitesses, puis l'alimentation dethyristors de rétablissement de la continuité du courant revenant aux accumulateurs, cela par l'intermédiare de câbles et connexions reliant le capteur à un boitier de commande d'une part et le boitier à un bloc de puissance contenant les thyristors de hachage. -5- Dispositif suivant les revendications 1,2,3 et 4 ensemble, caractérisé par le circuit d'alimentation du moteur électrique qui, dans la phase d'accélération parla pédale est établi de la manière suivante : le courant arrivant des accumulateurs entre dans le bloc de puissance où il est haché par les thyristors en vue de la délivrance progressive du courant arrivant au moteur électrique donc à la boite de vitesses, puis revient aux accumulateurs en passant par un contacteur de marche et les thyristors du bloc de puissance rétablissant la continuité du courant. -6- Dispositif suivant les revendications 1,2,3 et 4 ensemble, caractérisé par le circuit d'alimentation du moteur électrique qui, dans la phase de coupure du circuit de commande des thyristors par le contact associé au potentiomètre, autorise le passage direct du courant des accumulateurs au moteur électrique entrainant la boite de vitesses , puis son retour aux accumulateurs en passant par le contacteur de marche et un contacteur de courtcircuit à grosse intensité relié aux accumulateurs , qui est commandé simultanément à la coupure des thyristors par le contact associé du potentiomètre. -7- Dispositif suivant les revendications 1,2,3,4,5 et 6 ensemble, caractérisé pn ce que les thyristors du bloc de puissance sont reliés à un condensateur de soufflage diminuant l'étincelle de rupture des thyristors. -8- Dispositif suivant les revendications 1,2,3,4156e1e1 caractérisé en ce que le moteur électrique est refroidi par un ventilateur électrique relié à des voyant lumineux au tableau de bord indiquant son bon fonctionnement. -9- Dispositif suivant les revendications 1,2,3,4,5,6 ensemble, caractérisé en ce que la recharge des accumulateurs est assurée par simple branchement sur le secteur 110 ou 220 volts d'un chargeur à mise en route manuelle et arrêt automatique, équipé d'un transformateur et logé dans le véhicule où il est relié aux accumulateurs ; un ampèremètre et un voltmètre au tableau de bord indiquant respectivement l'intensité de charge du chargeur, et la tension des accumulateurs. -10 - Dispositif suivant les revendications 1,2,3,4,5,6 ensemble, caractérisé en ce que le circuit est commandé par un contact à clé ( antivol ou contact simple) relié au capteur électronique et à des voyants lumineux au tableau de bord indiquant que la commande électrique est sous tension.