Brevet FR2805413A1 — publié le 20010824

L'invention concerne un procédé de fonctionnement d'une machine électrique à courant alternatif, munie d'un agencement à enroulement à plusieurs brins, dans un véhicule, les brins de l'agencement à enroulement étant reliés à un réseau de bord à l'aide de redresseurs de courant, les agencements à enroulement, lorsqu'on est en fonctionnement en moteur, étant branchés ensemble en un premier type de commutation, en étoile, et, lorsqu'on est en fonctionnement en générateur, étant branchés ensemble en un deuxième type de branchement, en triangle. Dans un générateur pour train d'entraînement, à montage concentrique, on monte, entre le moteur à combustion et la boite de vitesses, une machine électrique qui peut assurer tant le démarrage du moteur à combustion, qu'également l'alimentation électrique du véhicule. Lorsque l'espace de montage est donné et que la puissance de la batterie est donnée, le couple fourni par la machine électrique lorsque sa vitesse de rotation est égale à zéro ne suffit fréquemment pas pour démarrer des moteurs à allumage commandé et des moteurs diesel spéciaux, de gros volume, lorsque l'on se trouve à de basses températures. On connaît différents procédés permettant de résoudre ce problème. Il a ainsi été proposé, par exemple, d'accoupler une masse d'inertie, accélérée par la machine électrique, d'un coup sur le moteur à combustion, lors d'un démarrage se faisant par un processus à impulsions, afin de lancer ce moteur. Pour cela, il faut avoir un embrayage avec un actionneur et une commande, qui demandent de l'espace de commande supplémentaire. Lorsque l'on a un système sans embrayage et que l'on est dans le cas de gros moteurs, il faut, en plus avoir, des démarreurs classiques équipés d'une commande, qui ne sont nécessaires que pour le cas du démarrage à froid. Dans le cas de machines électriques qui constituent simultanément le démarreur et le générateur pour un véhicule automobile, il faut satisfaire deux exigences qui, fondamentalement, sont opposées. D'une part, il faut au démarrage appliquer un couple de décollage particulièrement élevé qui, selon la cylindrée ou le nombre de cylindres et le type de moteur à combustion, comme par exemple un moteur à allumage commandé ou un moteur diesel, peut fortement varier, spécialement dans le cas non négligeable o l'on a affaire à des températures basses correspondantes, sachant que, de plus, il faut appliquer des réserves de couple, afin de pouvoir accélérer le moteur à combustion, pour l'amener à sa vitesse de rotation de démarrage. D'autre part, une fois que le démarrage du moteur à combustion est effectué, la machine électrique conçue comme démarreur/générateur doit travailler en générateur, afin d'injecter du courant dans le réseau de bord du véhicule automobile. Ceci entraîne l'exigence d'avoir une fourniture de puissance aussi constante que possible sur la plage de vitesse de rotation prédéterminée par le moteur à combustion interne, usuellement une plage de rotation qui est très large, allant par exemple de 600 à 6000 tours par minute, tout en ayant un rendement aussi élevé que possible. Ces deux exigences peuvent être difficilement satisfaites économiquement avec un entraînement standard, par exemple constitué d'une machine à champ tournant à trois brins et d'un convertisseur continu-alternatif à impulsions, qui influe sur la tension, dans un branchement en pont pour courant alternatif. Si une telle machine combinée électrique est conçue pour un couple de rotation, les bobines de stator contiennent un nombre relativement grand d'enroulements. Au niveau de la fourniture de puissance, une telle machine est cependant déjà limitée à une vitesse de rotation moyenne. Le fonctionnement à faible champ commence relativement tôt du fait du grand nombre d'enroulements, de sorte qu'on ne dispose pas de suffisamment de réserve pour le redresseur de courant à impulsions. Si, par contre, la machine est conçue en fonction de la puissance qu'elle doit fournir en tant que générateur, le nombre d'enroulements est plus bas, de manière correspondante. Ceci augmente cependant les intensités des courants des différentes phases, nécessaires pour générer le couple de démarrage, de la machine. Un problème particulier réside par suite dans la taille du convertisseur continu-alternatif à impulsions, qui doit maîtriser durablement les courants qui le traversent. De plus, la batterie est plus fortement chargée, du fait qu'il faut injecter des courants élevés au démarrage. En plus, se pose le problème de générer une puissance électrique suffisante également en marche à vide, donc de déplacer ce que l'on appelle la vitesse de rotation d'allumage ou la vitesse de rotation d'utilisation de la machine aussi loin que possible dans la plage des faibles vitesses de rotation. Ce faisant, il en résulte une limitation de la fourniture de puissance lorsqu'on se trouve aux hautes vitesses de rotation. Certes, théoriquement il s'établit un excès de puissance correspondant, qui n'est pas utilisable cependant, du fait que la tension du réseau de bord aux bornes est fixée à une valeur connue, par exemple à 14 V. Une autre méthode consiste à optimiser les types de fonctionnement de la machine électrique par le fait que, pour les faibles vitesses de rotation, inférieures à la vitesse de ralenti du moteur à combustion, on choisit un type de fonctionnement optimal pour la fourniture de couple, par exemple un branchement en étoile, tandis que, pour le fonctionnement en générateur de la machine électrique dans le reste de la bande des vitesses de rotation, on choisit un mode de fonctionnement qui soit optimisé quant au rendement, par exemple un branchement en triangle. Il est alors indispensable pour un entraînement en traction que la commutation entre les types de fonctionnement se fasse sans saut de couple, avec une fourniture de couple simultanée ininterrompue. Un tel procédé a été proposé pour une génératrice d'éclairage, par le DE 197 33 208 Cl. L'invention a pour but de proposer un procédé de fonctionnement d'une machine à courant alternatif qui permette une commutation simplifiée entre les types de fonctionnement. Ce problème est résolu, pour un procédé du type du préambule, par le fait que la commutation d'un branchement en étoile en un branchement en triangle se fait à un moment auquel le couple de rotation est égal à zéro. Selon l'invention, la commutation d'un type de branchement à l'autre se fait à un moment pour lequel la machine à courant alternatif passe de l'état de prélèvement de couple à celui de fourniture de couple, ou de l'état de fourniture de couple à celui de prélèvement de couple. L'avantage réside en ce que les variations de la caractéristique couple/ intensité, lors de la commutation, n'ont aucun effet car, à ce moment, le couple est égal à zéro. De plus, les éléments de commutation électromécaniques montés dans le système, qui sont prévus pour assurer la sécurité en cas de court-circuit, ne sont pas chargés par des intensités élevées lors de la commutation et peuvent, de ce fait, être rendus plus simples et plus économiques. D'autres avantages et modes de réalisation de l'invention ressortent du fait - qu'au moins un couple de rotation est alloué à la machine à courant alternatif, par un appareil de commande, et que, lors du passage de la fourniture de couple de rotation au prélèvement de couple de rotation, ou de prélèvement de couple de rotation à la fourniture de couple de rotation, un signal de commutation est fourni par l'appareil de commande à un commutateur, qui procède à la commutation de la machine à courant alternatif, du premier type de branchement au deuxième type de branchement. - Le passage de la fourniture de couple de rotation à la consommation de prélèvement de couple de rotation ou du prélèvement de couple de rotation à la fourniture de couple de rotation est détecté par un capteur, et un signal de commutation étant fourni au commutateur lorsqu'intervient ce changement. - lorsque le véhicule est en position de stationnement et/ou au moment de, ou avant la, mise en service de la machine à courant alternatif, cette machine à courant alternatif est branchée en circuit en étoile. - Le commutateur procède au moins à la séparation électrique entre la machine à courant alternatif et le réseau de bord et/ou une batterie d'accumulateur, lorsque l'on est en un état présentant un risque pour la sécurité de fonctionnement du véhicule. - La machine à courant alternatif fonctionne en démarreur-générateur. L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide d'un dessin, dans lequel: la figure 1 est une représentation de principe d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé, et la figure 2 est une caractéristique de couple pour laquelle le critère de commutation est illustré. On a représenté sur la figure 1 une illustration de principe d'un agencement prévu pour le fonctionnement et la commande d'une machine à courant alternatif utilisée comme générateur de train de transmission. De préférence, on utilise la machine à courant alternatif comme démarreurgénérateur. La machine à courant alternatif présente un agencement à enroulement à plusieurs brins qui peuvent être soumis à un changement de branchement de différente manière au niveau des enroulements. Une machine à courant alternatif 1 est reliée à un commutateur 2 qui peut procéder à la commutation des enroulements des brins de la machine 1 dans différents types de fonctionnement. Le commutateur 2 est relié à une batterie 3 qui peut être chargée par la machine à courant alternatif, lorsqu'on se trouve en fonctionnement en générateur. Le commutateur 2 présente au moins deux positions de commutation pour deux types de fonctionnement différents de la machine à courant alternatif. Selon un perfectionnement préféré, le commutateur présente au moins encore une troisième position de commutation 0 pour laquelle en cas de défaut la batterie 3 peut être séparée électriquement de la machine à courant alternatif 1. Dans la représentation de principe, un moteur à combustion, qui peut être démarré par la machine à courant alternatif 1, ainsi qu'également des appareils de commande prévus pour la commande de la machine à courant alternatif et des moyens de détection d'un cas de défaut, par exemple des capteurs de collision, ne sont pas représentés. On a représenté sur la figure 2 le principe du procédé selon l'invention. En fonctionnement en moteur, il est effectué une fourniture positive de couple de rotation. Le démarrage par exemple d'un moteur à combustion interne se fait ici depuis la machine à courant alternatif. Lorsqu'on est en fonctionnement en générateur, il y a stockage de l'énergie fournie par la machine à courant alternatif par exemple par le fait qu'une batterie, en particulier une batterie-accumulateur ou un autre accumulateur d'énergie, est chargée. Lors du passage du fonctionnement en moteur au fonctionnement en générateur, au moment du passage à zéro de la caractéristique de couple, il n'y a pas changement du type de fonctionnement de la machine à courant alternatif. De préférence on commute d'un fonctionnement en étoile, lorsque l'on est en fonctionnement en moteur, à un fonctionnement en triangle lorsque l'on fonctionne en générateur. Le branchement en étoile constitue un type de fonctionnement avantageux pour la fourniture de couple, le branchement en triangle permet d'avoir un rendement avantageux pour le fonctionnement en générateur. De préférence, la machine à courant alternatif est commandée par un appareil de commande usuel (non représenté) par attribution de couple, de sorte que le couple réel de la machine à courant alternatif est connu à tout moment. L'appareil de commande, au moment de la commutation (couple=0), fournit un signal de commutation correspondant au commutateur 2. Si un cas de défaut est identifié à l'aide d'une sensorique éventuellement existante, c'est-à-dire un cas qui est dangereux pour la sécurité de fonctionnement de véhicule, comme par exemple un cas de collision, un court-circuit dans le système, un cas d'endommagement de la machine ou du dispositif de commande ou de régulation, l'appareil de commande peut également émettre un signal destiné au commutateur 2, qui alors sépare la batterie 3 de la machine à courant alternatif 1. Pour cela est prévue, au niveau du commutateur 2, une troisième position de branchement 0 pour laquelle on branche en un état sans danger pour la machine à courant alternatif 1, et on procède au désaccouplement entre la machine à courant alternatif 1 et la batterie 3 ou le réseau de bord. Il est cependant également possible de détecter à l'aide de capteurs de couple le moment o la machine à courant alternatif 2 passe de la plage de fourniture de couple à celle de prélèvement de couple ou de la plage de prélèvement de couple à celle de la fourniture de couple. La commutation entre un premier et un deuxième type de fonctionnement de la machine à courant alternatif 1, par exemple entre un branchement en étoile préféré et un branchement en triangle préféré, est effectuée avantageusement de façon électronique. Il est cependant également possible de provoquer une commutation mécaniquement. Ceci peut être avantageux dans le cas o les aspects de sécurité dans un cas de défaut rendent évident de procéder à la séparation de tous les brins ou circuits de la machine à courant alternatif 1. De manière appropriée, lorsque le véhicule est stationnaire, en position de stationnement et/ou lorsque le moteur à combustion est à l'arrêt et/ou au démarrage du véhicule, la machine à courant alternatif est commutée dans le type de fonctionnement avantageux pour le fonctionnement en moteur. Lors du démarrage du véhicule, la commutation au type de fonctionnement avantageux peut s'effectuer directement au démarrage du véhicule ou bien déjà être lancée avant le démarrage si, par exemple, l'ouverture du véhicule et/ou l'intention de la mise en service est identifiée. Le procédé selon l'invention constitue une stratégie de régulation très simple pour l'utilisation de la machine à courant alternatif en tant que démarreur-générateur. L'ensemble du processus de démarrage avec fourniture de couple positive peut se faire dans le type de fonctionnement avantageux à cette fin. La commutation entre "démarrage" et "chargement", c'est-à-dire lors du passage au fonctionnement en générateur avec fourniture de couple négative, s'effectue au moment auquel plus aucun couple n'est fourni ou prélevé, c'est-à-dire lors du passage à zéro de la caractéristique de couple. Du fait que le couple est nul, les fluctuations de la caractéristique n'ont aucun effet, la commutation s'effectue sans discontinuité. REVENDICATIONS 1. Procédé de fonctionnement d'une machine électrique à courant alternatif, munie d'un agencement à enroulement à plusieurs brins, dans un véhicule, les brins de l'agencement à enroulement étant reliés à un réseau de bord à l'aide de redresseurs de courant, les agencements à enroulement, lorsqu'on est en fonctionnement en moteur, étant branchés ensemble en un premier type de commutation, en étoile, et, lorsqu'on est en fonctionnement en générateur, étant branchés ensemble en un deuxième type de branchement, en triangle, caractérisé en ce que la commutation d'un branchement en étoile en un branchement en triangle se fait à un moment auquel le couple de rotation est égal à zéro. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un couple de rotation est alloué à la machine à courant alternatif, par un appareil de commande, et en ce que, lors du passage de la fourniture de couple de rotation au prélèvement de couple de rotation, ou de prélèvement de couple de rotation à la fourniture de couple de rotation, un signal de commutation est fourni par l'appareil de commande à un commutateur, qui procède à la commutation de la machine à courant alternatif, du premier type de branchement au deuxième type de branchement. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage de la fourniture de couple de rotation à la consommation de prélèvement de couple de rotation ou du prélèvement de couple de rotation à la fourniture de couple de rotation est détecté par un capteur, et un signal de commutation étant fourni au commutateur lorsqu' intervient ce changement. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque le véhicule est en position de stationnement et/ou au moment de, ou avant la, mise en service de la machine à courant alternatif, cette machine à courant alternatif est branchée en circuit en étoile. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le commutateur procède au moins à la séparation électrique entre la machine à courant alternatif et le réseau de bord et/ou une batterie d'accumulateur, lorsque l'on est en un état présentant un risque pour la sécurité de fonctionnement du véhicule. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la machine à courant alternatif fonctionne en démarreur-générateur.