Brevet FR2289812A1 — publié le 19760528

L'invention se rapporte à une commande électrique de traction comprenant un moteur shunt à courant conisi:lu alimenté par une batterie ou analogue et dont le bobȧge d'induit est relié pratiquement en direct à la batterie et dont la bobine inductrice est reliée à la batterie par l'intermédiaire d'un régulateur électronique à courant continu en vue du réglage de l'affaiblissement de champ, ladite commande comprenant par ailleurs un transducteur hydrodynamique ou un embrayage hydrodynamique monté entre l'arbre de sortie du moteur de traction et l'essieu moteur du véhicule. On sait qu'il faut distinguer deux plages de régime d'un moteur à courant continu,à savoir la plage de réglage d'induit et la plage de réglage de champ. Dans la plage de réglage d'induit, la tension appliquée~à l'induit du moteur à courant continu est élevée en particulier en continu à partir de ltarret du moteur en conservant tout d'alors la pleine excitation du champ, de manière que la vitesse monte proportionnellement avec la tension d'induit. Lorsque la tension de service est appliquée en totalité à l'induit du moteur, il n'est possible de continuereà aumenter la vitesse de ce dernier qu'en abaissant ltexcitation du bobinage d'induction, c'est-à-dire en l'affaiblissant. Dans les véhicules électriques connus, le moteur de traction à courant continu est en général réglé aussi bien dans la plage à réglage d'induit que dans la plage à réglage de champ à l'aide d'un régulateur électronique à courant continu (voir par exemple la. revue technique de l'automobile (1972) n" 9, pages 360 à 365). Ce réglage s'effectue en général d'après le mode à deux paliers, c'est-à-dire que le régulateur électronique à courant continu échantillonne la tension de batterie pratiquement constante et l'applique à l'induit du moteur sous forme d'un train d'impulsions de tension dont la fréquence est variable. La variation de la fréquence du train d'impulsions fait varier la moyenne de sa tension appliquée à l'induit.Il existe encore d'autres modes connus de mise en oeuvre ou régulateur à courant continu. Be réglage du champ s'effectue de manière correspondante. En général, le courant d'induit d'un moteur de traction à courant continu est un multiple du courant de champ. L'appareillage nécessaire au régulateur électronique à courant continu dans le circuit de l'induit est considérable, car il doit commuter et couper la totalité du courant d'induit en séquence rapide. Mais la fréquence de commutation ne peut pas être adoptée à une valeur arbitrairement basse, car sinon, l'inductance nécessaire du circuit pour limiter l'accroSssement du courant ou alors le courant lui-même deviendrait trop grand. Le réglage du courant de champ ne pose par contre comparativement pas de problème,car il est beaucoup plus faible. L'appareillage nécessaire au régulateur à courant continu du circuit du courant de champ est donc relativement réduit. Un véhicule électrique connu (demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne (DU-OS) mise à l'inspection Publique sous le nO 2 237 963) ne comporte aucun régulateur électronique à courant continu dans le circuit d'induit, de manière à en supprimer d'importants appareillages nécessaires. Ce véhicule ne comporte aucun réglage de la tension d'induit. I1 est remplacé dans ce véhicule électrique par un transducteur hydrodynamique monté entre l'arbre de sortie du moteur de traction à courant continu et l'essieu moteur du véhicule.Ce transducteur hydrodynamique couvre la plage de vitesse qui l'était précédemment par le régulateur à courant continu disposé dans le circuit d'induit, c'est--à-dire qu'il couvre en particulier la plage de démarrage du moteur. Be moteur à courant continu commande par son arbre de sortie la roue de la pompe du transducteur électrodynamique dont la roue de la turbine est reliée aux roues du véhicule par l'arbre de sortie du transducteur et le train de transmission de l'essieu arrière, Ce véhicule électrique connu a certes l'avantage notable de faire ltéconomie du régulateur électronique à courant continu, relativement motteux et compliqué, du circuit d'induit du moteur. I1 a toutefois l'inconvénient d'8tre la cause de très grandes pertes dues à celles du transducteur (en raison de son glissement) à tous les régimes. L'autonomie d'un véhicule électrique à batterie équipé d'une telle commande est donc considérablement réduite. L'invention a pour objet une commande électrique de ce type connu, mais dont les pertes dans le transducteur et donc les pertes du véhicule sont fortement réduites. Selon une particularité essentielle de l'invention, un embrayage en dérivation est destiné à coupler mécaniquement la roue de la pompe et la roue de la turbine du trans duc teur hydrodynamique ou de ltembrayage hydrodynamique en fonction de la vitesse du véhicule ou de celle du moteur de traction, ledit embrayage étant de préférence à commande hydraulique0 Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'embrayage en dérivation à commande hydraulique est serré en l'absence de pression hydraulique ou lorsque cette pression est basse et il est desserré en présence de pression hydraulique ou lorsque cette pression est élevée. Selon une autre particularité avantageuse entrant dans le cadre de l'invention, une pompe délivre la pression hydraulique nécessaire au desserrage de l'embrayage en dérivation. Selon un mode de réalisation parti culièrement avantageux de l'invention, une pompe hydraulique commandée par un moteur électrique auxiliaire est commune à la commande du transducteur ou de l'embrayage hydrodyna mique et au desserrage de ltembrayage en dérivation. La mise en circuit et hors circuit du moteur électrique auxiliaire de commande de la pompe déterminent de préférence le desserrage et le serrage de l'embrayage en dérivation. La disposition selon l'invention réduit considérablement les pertes du véhicule électrique, car l'embrayage en dérivation annule le glissement du trains du teur ou de l'embrayage hydrodynamique- pendant la majeure partie de la plage de service du moteur de traction, à savoir la plage de réglage par le champ, de sorte que ce convertisseur ou cet embrayage hydrodynamique lui m8me n'a plus de perte pendant cette majeure partie du régime du véhicule. D'invention séra décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est un schéma d'un mode de réalisation d'une commande de véhicule électrique selon l'invention. Be dessin ne représente du véhicule à moteur électrique essentiellement que les roues motrices menées 12 ainsi que l'essieu correspondant 11 et un différentiel 10. Ce véhicule est équipé d'une batterie 2 d'alimentation d'un moteur shunt 1 à courant continu. D'autres sources d'énergie pourraient remplacer cette batterie. Be bobinage d'induit la du moteur 1 est relié directement à la batterie 2 par l'intermédiaire d'un interrupteur principal 13. La bobine inductrice lb du moteur est reliée à la batterie par l'intermédiaire d'un régulateur électronique 3 à courantcontinu qui n'est indiqué que symboliquement. Ce régulateur 3 peut être tout dispositif connu capable de commuter et de couper un courant continu en permanence à fréquence élevée. Un commutateur électronique à courant continu, à thyristors,diodes et condensateurs d'amortissement, de type bien connu en électronique de puissance, convient particulièrement bien dans ce but. te courant de champ étant relativement faible, il est en général possible d'utiliser aussi de simples transistors de commutation. Be dessin représente symboliquement le régulateur à courant continu du circuit d'induction sous forme de soupape électronique à deux connexions de commande destinées à indiquer qu'elle peut entre branchée et débranchée à volonté. L'arbre mené Ic du moteur est relié à l'essieu 11 par l'intermédiaire d'un transducteur hydrodynamique 5 ou d'un embrayage hydrodynamique correspondant, d'un train de transmission 9, d'un arbre de cardan 4 et du différentiel 10. Lorsque la plage de vitesse du moteur 1 est du même ordre de grandeur que la plage nécessaire de vitesse des roues 12, le train de transmission 9 peut entre supprimé. Sinon, il est destiné à adapter la plage de vitesse du moteur de traction à la plage nécessaire de vitesse des roues 12. Be transducteur hydrodynamique 5 monté entre le moteur 1 et les roues motrices 12 n'est indiqué que schématiquement. La roue 51 de sa pompe est reliée à l'arbre de sortie Ic du moteur 1. La roue 52 de sa turbine est reliée par contre à l'arbre 4 du cardan. La roue directrice destinée à maintenir le couple dans un transducteur hydrodynamique porte la référence 53. Conformément à l'invention, un embrayage particulier 14 en dérivation est prévu pour le couplage mécanique de la roue 51 de la pompe à la roue 52 de la turbine du transducteur hydrodynamique 5 en fonction de la vitesse du véhicule ou de celle du moteur 1.Cet embrayage 14 de ltexemple de réalisation est à commande hydraulique. I1 se compose essentiellement d'un disque 141 d'-embrayage solidaire de la roue 52 de la turbine, d'un disque à friction 145 relié à la roue 51 de la pompe, d'un piston annulaire 142 et de joints d'étanchéité 144. L'em- brayage 14 en dérivation à commande hydraulique est réalisé très avantageusement de manière qu'il soit serré en l'absence de pression hydraulique ou lorsque cette pression est faible et qu'il soit desserré en présence de pression hydraulique ou lorsque cette pression est élevée. A cet effet, des organes élastiques 143 repoussent le piston 142 contre le disque 145 de friction et ce dernier contre le disque d'embrayage 141.La roue 51 de la pompe est alors reliée mécaniquement à la roue 52 de la turbine. Cette liaison mécanique ne disparate que lorsque la face du piston 142 tournée du c8té opposé aux organes élastiques 143 reçoit une pression hydraulique déterminée à laquelle la force exercée sur ce c8té du piston est supérieure à celle que les organes 143 exercent de l'autre côté. Lorsque tel est le cas, la roue 51 de la pompe et la roue 52 de la turbine sont totalement séparées mécaniquement, de sorte que le transducteur hydrodynamique 5 peut fonctionner en toute liberté. Une pompe délivre la pression hydraulique nécessaire au desserrage de l'embrayage 14. Une pompe 15 commandée par un moteur électrique auxiliaire 16 peut très avantageusement être commune à la commande du transducteur hydrodynamique 5 ou de l'embrayage hydrodynamique et au desserrage de l'embrayage 14 en dérivation commandé-hydrauliquement. Cette pompe 15 communique d'une part avec un réservoir 20 et dtautre part, par un conduit 19, avec le transducteur 5 et donc aussi avec le piston annulaire 142 de l'embrayage 14. te moteur auxiliaire 16 est alimenté par une batterie 17 pouvant entre branchée et débranchée à volonté au moyen d'un ir.terrup- teur 18. Dans l'exemple représenté de réalisation, la batterie 17 est indépendante de la batterie 2 du véhicule. I1 est bien entendu que l'alimentation dumoteur auxiliaire 16 peut en principe aussi provenir de la batterie 2.L'embrayage 14 en dérivation estfdonc avantageusement disposé et conformé de manière que la pression hydraulique qu'il doit recevoir pour son actionnement, c'est-à-dire pour son desserrage doive précisément & re exercée au régime auquel une certaine pression hydraulique est aussi nécessaire au transducteur hydrodynamique. Par ailleurs, aucune pression hydraulique n'est non plus nécessaire au transducteur hydrodynamique 5 aux instants auxquels l'embrayage en dérivation ne doit recevoir aucune pression hydraulique ou ne doit rec-evoir qu'une pression très basse, car pendant que l'embrayage 14 couple mécaniquement la roue 51 de la pompe et la roue 52 de la turbine, le transducteur hydrodynamique est de toute manière hors service. Donc, une unique pompe peut titre utilisée pour la commande de ce transducteur et pour l'actionnement de l'embrayage en dérivation. La mise en marche de la pompe hydraulique 15 permet de manière simple de provoquer simultanément le desserrage de l'em- brayage en dérivation et la mise en service du transducteur hydrodynamique.Ces opérations peuvent s'effectuer en particulier par mise en service et hors service du moteur électrique auxiliaire 16. Conformément à l'invention, la pompe !hydraulique 15 se met hors service et donc l'em- brayage en dérivation 14 se met en service lorsque la vitesse du véhicule, c'est-à-dire la vitesse du moteur de traction atteint une valeur à laquelle ledit moteur shunt 1 à courant continu est déjà en régime à affaiblissement de champ, c'est-à-dire à excitation réduite.Le transducteur hydrodynamique 5 est donc shunté ou courtcircuité, c'est-à-dire' qu'il ne peut plus causer aucune perte lorsque le véhicule marche en régime auquel sa vitesse peut entre réglée de manière simple dans une plage relativement grande à l'aide du régulateur électronique 3 à courant continu monté dans le circuit de sa bobine inductrice cette plage de vitesse représentant donc pratiquement la plage proprement dite de marche du véhicule électrique. la commande du régulateur 3 à courant continu est simplement esquissée dans l'exemple de réalisation. Elle est pilotée par un dispositif 7 de réglage de type connu, simplement indiqué schématiquement,en fonction du courant d'induit du moteur de traction 1. La valeur réelle du courant d'induit détectée dans le circuit de ce dernier au moyen d'un transformateur d'intensité 6 est comparée avec une valeur de consigne de ce courant prescrite par une pédale 8 et le dispositif 7 reçoit le signal résultant d'écart de réglage. Be régulateur électronique 3 à courant continu est conducteur ou non conducteur selon cet écart de réglage, de sorte que le courant d'excitation passant dans la bobine inductrice lb augmente ou diminue. En principe, une régulation de vitesse peut être superposée de manière simple et connue au circuit représenté de réglage. I1 faudrait à cet effet détecter la valeur réelle de la vitesse et la diriger sur un régulateur de vitesse avec une valeur de consigne prescrite par la pédale, le signal de sortie ae ce régulateur pouvant alors représenter la valeur de consigne utilisée pour le dispositif de réglage 7 représenté dans l'exemple de réalisation. Le courant d'induit pourrait alors entre limité de manière simple par limitation du signal de sortie délivré par le régulateur superposé de vitesse. Lorsqu'il faut mettre en marche le véhicule électrique, il faut d'abord relier le moteur shunt 1 de traction à courant continu par l'interrupteur principal 13 à la batterie 2 et faire monter à sa valeur maximale l'excitation de la bobine inductrice ld au moyen du régulateur 3. I1 faut ensuite fermer aussi l'interrupteur 18 de manière que le moteur électrique auxiliaire 16 mette en marche la pompe hydraulique 15. La vitesse du moteur 1 de traction monte après fermeture de l'interrupteur principal 13 en suivant sa caractéristique naturelle jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur déterminée par la tension totale d'induit et le courant total d'excitation. Le transducteur hydrodynamique 5 fait aussi monter l'arbre 4 de cardan d'une vitesse nulle à cette vitesse. Bien entendu, le glissement du transducteur 5 a pour conséquence que la vitesse de l'arbre du cardan diffère légèrement de celle de l'arbre de sortie Ic du moteur. Dans cette plage de service du moteur I de traction, la pression délivrée par la pompe 15 provoque le desserrage de l'embrayage 14 en dérivation, de sorte que le transducteur hydrodynamique 5 qui reçoit aussi de la pompe 15 la pression hydraulique nécessaire lui permettant d'assurer sa fonction.I1 est possible de continuer à faire monter la vitesse du moteur 1 et donc celle du véhicule selon la position de la pédale 8 par affaiblissement du champ d'excitation, c'est-à-dire par diminution du courant d'excitation passant par la bobine inductrice lb. Dès que la vitesse du véhicule, c'est-à-dire celle du moteur de traction a atteint une valeur à laquelle le moteur shunt 1 à courant continu est parvenu en régime à affaiblissement de champ, l'embrayage 14 en dérivation est serré par élimination de la pression qui s'exerce sur lui, c'est-à-dire par arrêt de la pompe 15, de sorte que la roue 51 de pompe qui est reliée à l'arbre lc de sortie du moteur et l'arbre 52 de turbine relié à l'arbre 4 de cardan sont mécaniquement couplés. Dans l'exemple représenté de réalisation, la pompe 15 est mise en marche et arr8tée par mise en circuit et hors circuit du moteur électrique auxiliaire 16. I1 est bien évident que l'interrupteur 18 devant assumer cette fonction est actionné par des éléments non représentés de commutation en fonction de la vitesse.Lorsque la commande électrique est sous charge, les pertes se produisant dans la plage à réglage par le champ ne sont pas supérieures à celles des commandes électriques classiques de l'art antérieur à régulateur à courant continu dans le circuit d'induit. Des pertes auxiliaires dues au transducteur hydrodynamique n'apparafssent que dans la plage qui correspond à celle à réglage par l'induit, mais elles sont négligeables, car le passage par cette plage est en général de faible durée et ne représente que rarement un régime stationnaire du véhicule électrique. Dans l'exemple représenté de réalisation, l'embrayage 14 en dérivation est réalisé de manière qu'il soit serré en l'absence de pression hydraulique ou sous faible pression et qu'il soit desserré en présence d'une pression hydraulique ou sous pression élevée. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux. I1 serait cependant possible aussi en principe de réaliser cet embrayage de manière qu'il soit serré en présence de pression hydraulique ou sous pression élevée. I1 ne serait toutefois alors plus possible d'utiliser une pompe commune de commande du transducteur hydrodynamique et d' action- nement de cet embrayage.En effet, l'embrayage 14 ne devrait précisément pas être mis sous pression en régime auquel le transducteur hydrodynamique 5 doit disposer de pression hydraulique0 Inversement, l'embrayage en dérivation devrait recevoir une pression de commande précisément au régime pour lequel le transducteur devrait titre shunté et donc ne pas recevoir de pression. Dans l'exemple représenté de réalisation, le véhicule électrique comprend un transducteur hydrodynamique. La roue directrice d'un transducteur de ce type est simplement indiquée. Be dessin ne représente en particulier pas la manière dont cette roue est fixée. L'invention est aussi applicable, comme indiqué plus haut, à un véhicule électrique dans lequel le transducteur est remplacé par un embrayage hydrodynamique. Un embrayage de ce type ne comporte en général aucune roue directrice ou il comprend une telle roue entraSnée librement en rotation. Il va de soi que la commande décrite et représentée peut subir diverses autres modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICADIONS 1. Commande électrique à, moteur shunt de traction à courant continu, alimenté par une batterie ou analogue et dont le bobinage d'induit est relié sensiblement en direct à cette dernière, tandis que sa bobine inductrice est reliée à la batterie par l'intermédiaire d'un régulateur électronique à courant continu en vue de l'affaiblissement réglable du champ, ladite commande comprenant par ailleurs un transducteur hydrodynamique ou un embrayage hydrodynamique monté entre l'arbre de sortie du moteur de traction et l'essieu moteur du véhicule, ladite commande étant caractérisée en ce qu'un embrayage en dérivation est destiné à coupler mécaniquement la roue de la pompe et la roue de la turbine du transducteur hydrodynamique ou de l'embrayage hydrodynamique en fonction de la vitesse du véhicule ou de celle du moteur de traction. 2. Commande électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'embrayage en dérivation est à commande hydraulique. 3. Commande électrique selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'embrayage en dérivation à commande hydraulique est serré en l'absence de pression hydraulique ou sous basse pression et desserré en présence de pression hydraulique ou sous forte pression. 4. Commande électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une pompe hydraulique délivre la pression nécessaire au desserrage de l'embrayage en dérivation à commande hydraulique. 5. Commande électrique selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'une pompe hydraulique commune est destinée à la manoeuvre du transducteur hydrodynamique ou de l'embrayage hydrodynamique et au desserrage de l'embrayage en dérivation à commande hydraulique, cette pompe étant commandée par un moteur électrique auxiliaire. 6. Commande électrique selon la revendication 5, caractérisée en ce que la mise en circuit et hors circuit du moteur électrique auxiliaire de commande de la pompe hydraulique détermine le desserrage et le serrage de l'embrayage en dérivation à commande hydraulique. 70 Commande électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ltembrayage en dérivation ne couple mécaniquement la roue de la pompe et la roue de la turbine qu'au moment où la vitesse du véhicule ou celle du moteur de traction a atteint la valeur qui correspond au régime du moteur de traction à affaiblissement de champ.