Brevet FR2276192A1 — publié le 19760123

La présente invention se rapporte aux dispositifs de commande pour véhicules électriques et plus particulièrement aux dispositifs de commande pour véhicules à deux moteurs de traction. Bien que les véhicules électriques utilisent habituellement un seul moteur de traction pour faire fonctionner le véhicule par l'intermédiaire d'une transmission comprenant un essieu arrière avec train d'engrenages différentiel, certains types de véhicules utilisent deux moteurs de traction, chacun d'eux entrainant une roue différente à une extrémité du véhicule. De nombreux véhicules de cette sorte adoptent une configuration tricycle de telle manière qu'une seule roue, à une extrémité du véhicule sert pour la direction tandis que deux roues à l'extrémité opposée entrainent le véhicule. Un tel véhicule peut tourner sur une surface très petite, et en jouant sur les puissances relatives fournies à chacun des moteurs, il peut pratiquement tourner sur sa propre longueur. Cependant, les véhicules à deux moteurs présentent des défauts rédhibitoires. Le principal défaut d'un tel véhicule est sa tendance à l'embardée et à l'irrégularité du freinage provoqués par un effort de freinage inégal des moteurs de traction lorsqu'un véhicule se déplaçant en avant est brusquement rejeté en arrière de telle façon que les moteurs freinent par inversion ou déploient un couple inverse pour aider le véhicule à freiner. Comme des véhicules électriques du genre élévateur à fourche sont souvent utilisés pour transporter des charges situées en hauteur, de tels embardées ou irrégularités dans le freinage peuvent être très dangereuses, surtout lorsqu'on déplace une charge située en hauteur. Le freinage irrégulier est la conséquence d'une interaction entre les deux moteurs, provoquée par le fait que les moteurs sont actionnés généralement à partir d'une seule commande et alimentés par la même source de courant. Afin de garder une seule commande tout en évitant l'inconvénient d'un freinage irrégulier, des commandes de la technique antérieure isolaient les moteurs au moyen d'une diode convenablement polarisée, placée en série entre chaque moteur et la source de courant. Ces diodes d'isolement empêchent alors l'interaction entre les moteurs, en obligeant les courants parasites dans les moteurs à rester dans la boucle de commande de moteurs.Bien que cette solution ait remédié à l'inconvénient du freinage irrégulier, elle empêche l'utilisation d'une seule diode de retour commune aux deux moteurs, et exige l'utilisation d'une diode de prix élevé, en série avec chaque moteur, ce qui provoque une chute de tension supplémentaire nuisible dans le circuit de puissance et réduit sensiblement la tension maximum que l'on peut appliquer aux moteurs. En conséquence, l'invention a pour but de réaliser des moyens améliorés pour supprimer le freinage irrégulier dans un véhicule électrique à deux moteurs. Suivant l'invention, on prévoit dans un véhicule électrique à deux moteurs, des moyens de commutation branchés entre les intersections de l'inducteur et de l'induit de chaque moteur, et des moyens conçus pour actionner les moyens de commutation pour mettre effectivement en parallèle les induits des moteurs de traction. Dans une réalisation, un régulateur actionne les moyens de commutation pendant un intervalle de temps prédéterminé après l'inversion des connexions du moteur. Dans une autre réalisation, on place une résistance en série avec les moyens de commutation qui sont desexcités seulement lorsque l'on veut rendre complete- ment inopérant l'un des moteurs de traction. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement Figure 1, un dispositif de commande pour deux moteurs réalisé selon la technique antérieure. Figure 2, une représentation schématique du dispositif de commande pour deux moteurs selon la présente invention et, Figure 3, une représentation schématique d'une variante du dispositif de commande selon l'invention. Pour faciliter l'explication du dispositif de base d'entrainement à deux moteurs de traction, on se reportera maintenant à la figure 1 reflétant l'art antérieur. Un premier moteur d'entrainement comprenant un inducteur 10 et un induit 12 est branché en parallèle avec un autre moteur constitué d'un inducteur 20 et d'un induit 22, aux bornes d'une source de courant continu (non représentée) au moyen d'un commutateur de commande du taux de conduction (hacheur électronique), utilisant par exemple un redresseur au silicium commande (SCR) 13. Lorsqutil est excité, le SCR 13 applique la tension de la source de courant continu, généralement une batterie, aux bornes des moteurs de gauche et de droite.Un régulateur 14, pouvant être constitué d'un oscillateur commandé par tension de type bien connu dans la technique considérée, déclenche le SCR 13, faisant varier son taux de conduction moyen de façon à régler la tension-moyenne appliquée aux bornes du moteur. Un détecteur de courant 15 contrôle le courant traversant l'induit de chaque moteur et fournit un signal de commande de la tension au régulateur 14 afin de maintenir le débit du courant en dessous d'un niveau dommageable. Le détecteur de courant 15 détecte les courants dans les induits 12 et 22 en mesurant la tension apparaissant aux bornes des shunts 11 et 21 respectivement, shunts placés en série avec les induits et donc traversés par les mêmes courants. Quatre contacteurs F1 - F2 - R1 et R2 montés en pont placent l'inducteur 10 entre l'induit 12 et le SCR 13. De la même manière, les quatre contacteurs F1, - F2, - R1, et R2, placent l'inducteur 20 entre l'induit 22 et le SCR 13. Les spécialistes admettront facilement que lorsque les contacteurs de marche avant désignés F1 - F2 - F1, et F2, sont fermés, les inducteurs 10 et 20 sont branches dans un premier sens entre les induits 12 et 22 respectivement et le SCR 13. Les courants qui traversent les inducteurs dans ce premier sens induisent dans les induits -12 et 22 un couple qui provoque le déplacement en avant du véhicule. Lorsque les contacteurs de marche arrière désignés R1 - R2 - R1, et R2, sont fermés et que les contacteurs de marche avant sont ouverts , le courant à travers l'inducteur s'inverse si bien que le couple fourni par lessteurs s'inverse également.Si le véhicule se déplacait encore en avant, le couple arrière contribuerait a freiner le véhicule jusqu'à l'arrêt. les contacteurs de marche avant et de marche arrière sont commandés par un commutateur à deux positions avant/arrière 23 conçu de telle façon, qu'en position avant, des enroulements électromagnétiques représentés par les bobines 24 et 25, sont alimentés pour commander les contacteurs respectifs F1 - F2 - F1, et F2, . En position arrière, le commutateur 23 applique l'alimentation sur les bobines 32 et 33 qui commandent les contacteurs de marche arrière R1 - R2 - et R1, - R2, respectivement. Afin d'interrompre le courant d'entraînement sur l'un des moteurs tout en maintenant le courant dans l'autre moteur, on branche les bobines 24 et 32 sur le retour à la source de courant par un interrupteur 34 ; de même, on branche les bobines 25 et 33 sur le retour à la source de courant continu par un interrupteur 35. Dans le dispositif d'entraînement par deux moteurs le plus couramment utilisé pour les camions industriels, les interrupteurs 34 et 35 sont actionnés par le mécanisme de direction d'une façon bien connue dans la technique considérée, de telle manière qu'au cours d'un virage très serré, le moteur entrainant la roue intérieure n'est plus alimenté. Cette solution est avantageuse car la roue intérieure n'est pas sollicitée pour entraîner le véhicule et l'on peut ainsi notablement réduire le rayon du virage amorcé. Par l'inversion du branchement de l'enroulement inducteur du moteur, on inverse la force contre électromotrice dans l'induit. Afin d'éviter l'auto-excitation des moteurs pendant le freinage, on branche des diodes 16 et 26 dites de freinage par inversion aux bornes des induits respectifs 12 et 22. En fonctionnement, les diodes 16 et 26 sont polarisées en inverse vis à vis de la force contre-électromotrice aux bornes des induits et ne peuvent donc être conductrice. Cependant, lorsque la force contre-électromotrice s'inverse, c'est-à-dire lorsque les moteurs freinent par inversion, les diodes 16 et 26 se trouvent polarisées dans le sens direct et constituent un passage pour le courant induit. A la fin de chaque impulsion de tension appliquée sur le SCR 13, l'inductance des enroulements des moteurs tend à prolonger le passage du courant dans ces enroulements.On dispose des diodes 17 et 27 afin de maintenir le passage du courant à travers le moteur pendant ces intervalles entre pulsations lorsque le SCR 13 est actionné. L'inductance du moteur combinée aux diodes 17 et 27 créée un filtre qui a pour effet de fournir une moyenne du courant délivré par la source de tension continue ce qui réalise un débit de courant régulier. I1 est recommandé de pouvoir court-circuiter ou shunter par des dispositifs électromécaniques les commutateurs de commande du taux de conduction tels que le SCR 13, afin d'éviter les limitations de courant imposées par ces commutateurs sur le circuit de puissance lorsqu'on demande un couple maximum. Ainsi, on shunte le SCR 13 par des contacteurs de dérivation 18 et 28 qui, lorsqu'ils sont fermés, appliquent la totalité de la tension disponible de la batterie aux bornes des deux moteurs. En plus de l'avantage ci-dessus, le fonctionnement des contacteurs de dérivation permet au SCR 13 de se refroidir et ainsi d'éviter le pro blème de la dissipation de la chaleur qui ne manquerait pas d'apparaître si le thyristor devait fonctionner à 100 pour cent du temps.On relie généralement les contacteurs 18 et 28 à l'accele- rateur du véhicule de sorte que les contacteurs se ferment lorsqu'on désire une puissance maximum. Un effet secondaire préjudiciable lié au fonctionnement des deux moteurs d'un véhicule électrique réside dans la tendance à l'embardée et dans l'irrégularité du freinage apparaissant pendant le freinage par inversion, par suite d'un déséquilibrage parasite entre les induits des moteurs. Pour éviter cet effet, il est usuel dans la technique antérieure d'isoler les moteurs entre eux au moyen de deux diodes d'isolement 19 et 29. Ainsi, la diode 19 empêche le courant issu de l'induit 12 de passer dans l'enroulement 20 et la diode 29 empêche le courant issu de l'induit 22 de passer dans l'enroulement 10. Les diodes de freinage par inversion 16 et 26 introduisent, lorsqu'elles sont conductrices, une chute de tension directe et, nécessitent pour devenir conductrices, une tension à leurs bornes qui doit dépasser un seuil. Pour une diode de ce type utilisée de façon classique, la tension de seuil est d'environ 1,5 volt. La force électromotrice d'induit s'inverse et commence à augmenter dans le sens négatif avant que les diodes soient suffisamment polarisées en direct pour être conductrices.Lorsqu'on inverse brusquement les inducteurs des deux moteurs d'un véhicule, il apparait un déséquilibre temporaire, c'est- -dire que la force électromotrice aux bornes d'un induit est légèrement supérieure à celles aux bornes de l'autre, les forces électromotrices aux bornes de l'un ou l'autre des induits étant inférieures à la tension de seuil nécessaire pour provoquer la conduction des diodes d'induit. Dans cet exemple, l'induit produisant la plus grande force électromotrice à ses bornes, applique sur l'autre induit une légère contre-polarisation ; ou encore, en utilisant le principe de superposition, le courant inverse engendré par la force électromotrice inverse apparaissant aux bornes de l'induit dominant provoque un petit débit de courant inverse dans l'autre moteur. Cela diminue le courant total délivré au moteur par la source de courant. La diminution du courant d'excitation dans l'autre moteur entraîne la diminution correspondante de sa force électromotrice, ce qui de plus, réduit l'impédance de ce moteur vis-àvis du courant de circulation créé par la force contre-électromotrice de l'induit dominé. Cet effet se poursuit, le courant augmentant rapidement dans un moteur et diminuant dans l'autre, de sorte que le moteur dominé freine brusquement par inversion sous l'effet d'un fort courant dans l'induit pendant que le courant d'excitation dans l'autre moteur peut en fait s'inverser provoquant dans ce dernier moteur l'apparition d'un couple d'entrainement plutôt qu'un couple de freinage.Cette inégalité provoque une embardée du véhicule entrains, car la roue entraînée par le moteur freinant éprouve un freinage essentiellement plus grand que celui appliqué sur-l'autre roue. On admettra, selon ce qui précé- de, que le courant mis en circulation par le moteur dominé est stoppé par l'adjonction de deux diodes de blocage telles que les diodes 19 et 29 utilisées dans le montage de la figure 1 illustrant l'art antérieur. On a estimé que l'utilisation des diodes d'isolement 19 et 29 était un moyen efficace pour éviter l'embardée et l'irrégularité du freinage d'un véhicule à deux moteurs pendant le freinage par inversion. Cependant, la présence des diodes 19 et 29 entraîne plusieurs complications pour le circuit de puissance. Par exemple, en considérant que les circuits des moteurs sont isolés l'un de l'autre, il faut deux contacteurs de dérivation 18 et 28 au lieu d'un seul pour les deux moteurs. De plus, il est nécessaire de prévoir une diode pour chaque moteur puisque le courant issu du moteur de gauche ne peut pas traverser la diode de droite 27 et que réciproquement, le courant issu du moteur de droite ne peut pas traverser la diode de gauche 17. Un autre inconvénient du montage de l'art antérieur est dû à la chute de tension directe à travers les diodes d'isolement 19 et 29, ce qui réduit la tension disponible pouvant être appliquée sur les moteurs pendant les intervalles de conduction du SCR 13. La chute de tension aux bornes des diodes d'isolement 19 et 29, comme la chute résistive dans les anciénnes commandes de commuta teurs à résistances, entraîneun gaspillage de l'énergie utile pendant le fonctionnement du circuit, que les moteurs soient utilisés en moteur ou en frein. De plus, la dépense occasionnée par les diodes d'isolement largement dimensionnées accroît le coût du circuit de l'art antérieur. Néanmoins, en dépit de toutes les imperfections ci-dessus, l'emploi de deux diodes d'isolement avec la disposition à deux moteurs de traction comprenant un seul thyristor de commande, est accepté pratiquement universellement. Sur la figure 2, on a représenté un montage selon l'invention, dans lequel on a prévu un élément de commutation, désigné par le contacteur 30, pour relier l'intersection entre l'inducteur 10 et l'induit 12 avec l'intersection entre l'inducteur 20 et l'induit 22. La fermeture du contacteur 30 met en parallèle les induits 12 et 22. Comme on peut le voir, on a supprimé les deux diodes d'isolement 19 et 29, on a remplacé les deux contacteurs de dérivation 18 et 28 par un seul contacteur 38, et on a remplacé les deux diodes 17 et 27 par une seule diode 39. Le contacteur 30 est commandé par une bobine d'excitation 36 dont une extrémité est reliée au retour de l'alimentation en courant continu et dont l'autre extrémité reçoit du courant à partir d'une minuterie 37. On relie la minuterie 37 aux deux bornes, avant et arrière, du commutateur 23 qui délivre une impulsion de sortie vers la minuterie 37 à chaque fois qu'unie inversion avant/arrière ou arrière/avant se produit. La minuterie délivre alors un signal de sortie qui excite la bobine 36 après un intervalle de temps prédéterminé. Afin de comprendre plus facilement la présente invention, on va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif à deux moteurs selon la figure 2. En fonctionnement en moteur, les contacteurs F1 et F2 de l'inducteur 10 et les contacteurs F1, et F2, de l'inducteur 20 se ferment et on applique le courant aux bornes des enroulements du moteur, c'est-à-dire les enroulements inducteur et induit reliés en série de chaque moteur, en excitant et en commutant rapidement le SCR 13. Le courant issu de la cathode du SCR 13 se divise à travers les enroulements inducteurs 10 et 20 puis à travers les enroulements induits 12 et 22 avant de sortir par la borne négative de la source de courant continu.Avec la commutation du SCR 13 et par suite de l'inductance du moteur, le courant circule d'abord dans le sens indiqué précédemment puis continue à travers la diode 39 polarisée maintenant dans le sens direct. I1 est clair pour l'homme de l'art que pendant le fonctionnement en moteur, une force contre-électromotrice apparait aux bornes de l'enroulement induit dans un sens s'opposant au passage du courant provenant de la source de courant continu. Lorsqu'on veut arrêter rapidement le véhicule en freinant par inversion, on placele commutateur 23 sur les bornes d'alimentation des bobines 32 et 33 afin de les exciter et de fermer les contacteurs de marche arrière R1, R2 et R1, R2,. Cela provoque le passage du courant dans les enroulements inducteurs 10 et 20 dans le sens opposé à celui qui avait créé dans l'induit le couple avant. Cette inversion du courant inverse également la force contreélectromotrice dans les induits de telle façon que la tension à leurs bornes ne s'oppose plus au passage du courant mais au contraire le facilite. Le courant d'induit passe alors à travers les diodes de freinage par inversion 16 et 26, qui en fait courtcircuitent les induits respectifs 12 et 22.On relie la bobine d'excitation 36 du contacteur 30 au commutateur avant/arrière 23 de façon que ce commutateur soit fermé pendant au moins les premiers instants du freinage par inversion pour se laisser traverser par le courant de déséquilibre créé par l'induit du moteur dominé. Selon un procédé recommandé de mise en oeuvre de l'invention, on excite la bobine 36 au moyen de la minuterie 37 et celle-ci, après un intervalle de temps prédéterminé arrête l'excitation de la bobine 36, ce qui autorise l'ouverture du contacteur 30. De cette façon, le contacteur 30 est fermé pendant les premiers instants du freinage par inversion, lorsqu'apparait le phénomène parasite qui favorise le freinage irrégulier ou provoque une embardée du véhicule. Pendant le reste du temps, les contacts restent ouverts. On peut ajuster l'intervalle du temps de fonctionnement de la minuterie 37 selon le dispositif de traction utilisé et selon l'application particulière envisagée pour le véhicule. On a trouvé cependant qu'une période de temps égale à deux ou trois fois la constante de temps du moteur (le rapport L/R des enroulements inducteur et induit) convenait généralement pour la plupart des cas. On se reportera maintenant à la figure 3 qui montre une variante de réalisation dans laquelle le contacteur 30 reste normalement fermé pendant la majeure partie du fonctionnement du véhicule. Dans cette réalisation, on relie en série une résistance 31 et un contacteur 30 afin de limiter l'intensité du courant à travers le contacteur lorsque les moteurs fonctionnent de façon inégale, c'est-à-dire lorsque le véhicule prend un virage et que le moteur entrainant la roue extérieure tourne plus vite que le moteur entrainant la roue intérieure. Cependant, la présence de la résistance 31 n'est utile dans le but d'éviter les embardées mentionnées, que pour autant que la valeur de la résistance n'est pas trop élevée.On a trouve qu'une résistance de valeur approximativement égale à deux fois la valeur de la résistance de l'enroulement inducteur donne de très bons résultats pour cette réalisation de l'invention. Pour un virage serré, c'est-à-dire pour lequel l'un des moteurs d'entrainement n'est plus excité, le déséquilibre de courant évident entre le moteur excité et le moteur non-excité, provoque un débit de courant excessif à travers le contacteur 30. Pour cette raison, on prévoit un détecteur de courant pour ouvrir le contacteur 30 à chaque fois que l'un des moteurs n'est plus excité. Le détecteur de courant 40 est disposé de façon à controler l'état des interrupteurs de commande 34 et 35 et répond à l'ouverture de l'un ou l'autre des interrupteurs 34 ou 35 en délivrant une tension d'excitation qui ferme l'interrupteur 41. La bobine 36 est alors alimentée, ce qui provoque l'ouverture du contacteur 30. Le courant de déséquilibre créé par l'induit dominé a donc tendance à traverser l'induit opposé mais ne peut pas traverser l'inducteur du moteur opposé, de sorte que la force électromotrice n'est pas effectivement créée dans l'induit de ce dernier. Ainsi, on empêche le courant de déséquilibre de traverser l'induit opposé et de diminuer le débit de courant effectif le traversant, ce qui a pour résultat de maintenir pratiquement à la même valeur les couples de freinage par inversion des deux moteurs. En plus de faciliter un freinage égal du véhicule, on remarquera qu'il n'est plus nécessaire de prévoir un deuxième contacteur de dérivation et que les deux diodes antérieures sont remplacées par une seule diode 39 reliée aux deux moteurs de traction, de gauche et de droite. De plus, on a supprimé les deux diodes d'isolement 19 et 29. On réalise ainsi une économie considérable en supprimant le deuxième contacteur de dérivation, la diode supplémentaire et la diode d'isolement utilisée antérieurement. De plus, grâce à la suppression des diodes d'isolement, on peut même appliquer une tension plus importante aux bornes des moteurs au moyen du SCR 13. REVENDICATIONS I - Système d'entrainement pour véhicule électrique constitué d'un premier moteur série de traction et d'un deuxième moteur série de traction, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour éviter un freinage inégal des premier et deuxième moteurs lorsqu'ils freinent par inversion, ce dispositif comprenant des moyens de conduction bilatéraux qui relient l'intersection entre les enroulements induit et inducteur du premier moteur avec l'intersection entre les enroulements induit et inducteur du deuxième moteur, et des moyens de commande pour exciter ces moyens de conduction bilatéraux. 2 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de conduction bilatéraux comprennent un contacteur électromécanique se composant d'une paire de contacts manoeuvrables et d'un bobinage électromagnétique pour manoeuvrer ces contacts. 3 - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent des moyens sensibles à l'instauration du freinage par inversion, de façon à appliquer un courant dans le bobinage électromagnétique du contacteur. 4 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de conduction bilatéraux comprennent un semi-conducteur bilatéral commandé. 5 - Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent des moyens sensibles à l'instauration du freinage par inversion, délivrant des signaux de commande pour le semi-conducteur bilatéral commandé. 6 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque moteur entraine une roue d'un véhicule et en ce qu'on prévoit des moyens de commande pour faire varier le taux de conduction de la tension de la source appliquée aux moteurs, des moyens de détection pour détecter le freinage par inversion des moteurs et des moyens sensibles aux moyens de détection pour empêcher l'application inégale du couple de freinage sur les roues entraînées du véhicule.