Brevet FR2806853A1 — publié le 20010928

Etat de la technique La présente invention concerne une machine à réluctance commutée notamment moteur de véhicule comportant des capteurs dé- terminant l'angle entre le rotor et le stator de la machine, les capteurs dé- s terminant le signal de position par effet magnétique, Les capteurs magnétorésistants (encore appelés capteurs AMR) sont connus pour la détection de position de moteurs à commuta- tion, c'est-à-dire pour déterminer la position du rotor de tels moteurs. Ces capteurs sont également utilisés pour mesurer l'angle pour d'autres fonc- io tions comme par exemple l'angle de braquage. Les capteurs magnétoré- sistants mesurent la direction d'un champ magnétique généré en général par un aimant de capteur. Cet aimant est usuellement placé à l'extrémité de l'arbre des moteurs dont on veut mesurer la position angulaire. Son champ magnétique tourne ainsi avec le moteur. L'élément de capteur lui- même est monté axialement devant l'arbre, solidairement au carter du moteur. En cas d'absence d'effet parasite du moteur, on peut ainsi déter- miner la position du rotor du moteur par la mesure directe de la direction du champ magnétique des aimants du capteur. Mais la difficulté est que en fait le moteur génère lui-même un champ magnétique perturbateur. Le champ du moteur et celui des ai- mants des capteurs se combinent à l'endroit de l'élément de capteur, par addition vectorielle, ce qui donne une mesure défectueuse de la position du rotor. L'importance du défaut dépend de manière décisive du rapport de l'amplitude des deux erreurs. Dans le cas du moteur à réluctance commutée, le champ magnétique généré par le moteur dépend fortement du courant mais éga- lement de la position du rotor. En particulier pour des courants forts et des pôles de rotor alignés, et pour la phase alimentée, le champ du moteur est important. Le champ perturbateur ou parasite de la machine est alors important. Dans ces conditions, le défaut de la position du rotor mesurée par le capteur magnétorésistant peut dépasser des limites acceptables. La présente invention a pour but de permettre l'utilisation de capteurs de position déterminant un signal de position par voie ma- gnétique malgré les difficultés liées aux influences perturbatrices et aux 3 champs perturbateurs de moteurs à réluctance commutée. Avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un moteur du type défini ci- dessus caractérisé en ce que pour éviter ou réduire le champ perturbateur de la machine, on diminue de manière commandée le courant dans la ma- chine avant d'atteindre l'angle de coupure respectif et on ne diminue que ce qui est nécessaire pour que malgré le champ perturbateur ou parasite qui subsiste de la machine, le capteur fournisse un signal de position suf- fisant. La machine à réluctance commutée selon l'invention offre l'avantage par rapport à l'état de la technique, que malgré les champs perturbateurs et parasites engendrés par la machine à réluctance com- mutée, on peut utiliser des capteurs magnétiques. io De plus dans la machine à réluctance commutée selon l'invention, en principe pour éviter ou réduire le champ perturbateur de la machine, on diminue intentionnellement le courant dans la machine avant d'atteindre l'angle de coupure et cette diminution se poursuit sui- vant ce qui est nécessaire, pour que malgré le champ perturbateur ou pa- rasite résiduel de la machine, le capteur fournisse un signal de position encore suffisamment précis. Selon un développement particulièrement avantageux du dispositif de l'invention, la diminution du courant se fait dans la plage des inductances élevées, c'est-à-dire lorsque les pôles du rotor et ceux du stator sont principalement alignés. Selon un autre développement avantageux de l'invention, dans une machine à réluctance commutée à six pôles de stator et quatre pôles de rotor, la diminution du courant de phase respectif se fait dans la plage d'environ 10 en amont de l'angle de coupure proprement dit de la phase correspondante. La machine à réluctance selon l'invention fonc- tionne avantageusement avec une régulation d'intensité. La présente invention permet avantageusement d'utiliser des capteurs magnétorésistants. Selon un développement avantageux, de tels capteurs peuvent être des capteurs AMR anisotropes, mais aussi des capteurs magnétorésistants géants (capteurs GMR). En variante, suivant des développements avantageux, il est également possible de prévoir des capteurs à effet Hall. Dessins la présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est schématiquement une vue de dessus des pôles de rotor et des pôles de la phase de stator, alimentée dans une position non ali- gnée, - la figure 2 est une vue de dessus schématique des pôles de rotor et des pôles de la phase 1 alimentée du stator en position alignée, - la figure 3 montre un diagramme de la combinaison de flux normalisée W/tmax, en fonction du courant de phase normalisé I/Imax, la combinai- son des flux étant indiquée selon les différentes positions du rotor par un faisceau de courbes, - la figure 4 est un diagramme pour un courant normalisé I/Imax en fonction de l'angle 0 du rotor pour montrer la diminution de l'intensité dans la zone d'inductance élevée pour des pôles de stator et de rotor alignés selon l'invention. Description de l'exemple de réalisation La figure 1 est une vue de dessus schématique d'un stator et d'un rotor 20 d'une machine à réluctance commutée, équipée de six pôles de stator et quatre pôles de rotor. Cette machine est sous la forme d'un moteur. Le stator 10 comporte trois paires polaires 1-1, 2-2, 3-3. Le rotor 20 comporte quatre pôles A-A et B-B. Les pôles 1 de la paire de pôles 1-1 sont entourés chacun d'un enroulement 11. Tous les pôles sont en saillie de l'anneau du stator vers l'intérieur en direction du rotor. Les en- roulements des paires polaires 2-2 et 3-3 ne sont pas représentés. Dans la vue de la figure 1, les pôles de rotor A-A ne sont pas alignés par rapport à l'enroulement 1 1l alimenté en courant, des pôles de stator 1 - 1. Au con- traire, dans ce cas on se trouve avec un angle de rotor 0 de 45 . La figure 1 montre également que les pôles de rotor A-A et les pâles 1-1 de la phase 1 alimentée de l'enroulement 11 ne sont pas alignés, mais font entre eux un angle de rotor O = 45 . La figure 2 montre la même vue schématique de dessus du stator 10 et du rotor 20 de la machine à réluctance commutée de la figure 1. Les deux pôles 1-1 sont entourés par l'enroulement 11l; les pôles A-A du rotor 20 sont alignés sur les pôles 1-1 de la phase alimentée 1, de sorte que l'angle de rotor O entre les pôles A et 1 est égal à 0 . Selon cette vue, les pôles de rotor A-A sont alignés sur les pôles 1-1 de la phase alimentée 1 correspondant à l'enroulement alimenté 1l 1 et l'angle O du rotor est égal à 0 . Le faisceau de courbes de la figure 3 montre les différentes combinaisons de flux en fonction du courant de phase normalisé; la posi- tion du rotor correspond aux différentes valeurs angulaires comme para- mètres. Ce faisceau de courbes est valable pour des positions du rotor d'un moteur ayant un stator à six pôles et un rotor à quatre pôles. Suivant la flèche 30, l'angle de rotor O augmente de 0 ' jusqu'à 45 . La figure 3 montre la combinaison des flux selon une représentation normalisée W/Wimax par rapport au courant de phase normalisé I/Imax. Les différentes valeurs de l'angle O du rotor sont indiquées sur les différentes courbes du faisceau. Les pôles sont alignés à 0 et ils ne le sont plus à 45 . La figure 4 est un diagramme du courant de phase et de la io diminution de courant selon l'invention. Ce diagramme représente le rap- port des courants de phase normalisés I/Imax en fonction de l'angle O du rotor en degrés. Pour un angle de branchement Obranh de 0 , le courant commence à monter avec un flanc 40 jusqu'à sa valeur maximale. Dans la zone dentelée 41 qui provient du hachage du courant, on a une intensité i essentiellement constante égale à la valeur maximale. Le long d'une courbe décroissante 42, comme dans l'exemple représenté, entre l'angle 0 = 31 et 0 = 40 , le courant diminue selon l'invention. L'évolution du courant suit la courbe 42. La diminution de l'intensité elle-même se fait dans une zone 45 indiquée par la double flèche; cette zone peut repré- senter environ 10 . Cette zone 45 se trouve en amont de l'angle de cou- pure Ocoup proprement dit du courant de phase. Le courant de phase est indiqué par la double flèche 44 et se situe entre l'angle Obranch et l'angle Ocoup. Dans l'exemple représenté, cet angle est compris entre 0 ' et 40 . Entre l'angle de coupure Ocoup jusqu'à la position non alignée de 45 , le courant diminue le long de la courbe 43 jusqu'à la valeur 0. Ainsi selon l'invention dans la zone 44, l'alimentation de la phase respective corres- pond à une zone 45 située en amont de l'angle de coupure Ocoup de la phase respective. Dans cette zone 45 qui commence par l'angle de des- cente Odim, le courant diminue d'une valeur déterminée et appropriée. Dans l'exemple représenté, le courant est diminué jusqu'à la moitié de la valeur maximale avant qu'il ne soit alors coupé complètement à l'angle OcOup et qu'il diminue le long de la courbe 43 jusqu'à la valeur 0. De façon avantageuse, le moteur à réluctance commutée fonctionne en régulation d'intensité. L'importance de la zone 45 pour la diminution de l'intensité qui se produit avant l'angle de coupure 0coup de la phase dépend de ce que le capteur utilisé fournit toujours un signal de position permettant de connaître de manière non équivoque la position, malgré l'existence du champ perturbateur ou parasite de la machine à réluctance commutée fonctionnant comme moteur. Le réglage peut être défini d'une part par l'importance de la diminution de courant et d'autre part par l'angle Oda, c'est-à-dire de l'importance de la distance par rapport à l'angle de coupure Ocoup.. La diminution du courant selon l'invention se produit dans une zone de forte inductance, c'est-à-dire pour l'alignement des pôles de stator 1-1, 2-2, 3-3 et des pôles de rotor A-A, B-B. La diminution du cou- rant et l'instant ou la position angulaire de la diminution peuvent se choi- 0o sir suivant le signal requis. Pour la diminution de courant elle-même, on peut utiliser un hachage dur ou souple. Dans le cas du hachage dur, les deux transistors d'une phase sont alternativement bloqués et débloqués, ce qui donne la forme de courant souhaitée. Dans le cas du hachage sou- ple, un seul des deux transistors de commutation est commuté à chaque phase. Cette diminution de courant selon l'invention pour le circuit de commande du moteur à réluctance commutée permet ainsi malgré des champs magnétiques perturbateurs engendrés par le moteur, d'utiliser des capteurs fonctionnant suivant le principe magnétique. De tels cap- teurs sont des capteurs magnétorésistants dits capteurs magnétorésis- tants anisotropes connus sous la dénomination de capteurs AMR ou encore de capteurs magnétorésistants géants connus sous la dénomina- tion de capteurs GMR. En variante ou en plus, on peut utiliser des cap- teurs à effet Hall. Pour des capteurs magnétorésistants, on détermine la direction du champ magnétique; pour les capteurs à effet Hall, on détecte la présence d'un champ magnétique perpendiculairement au conducteur du capteur à effet Hall. Dans les deux cas, on peut en déterminer la posi- tion du rotor par rapport au stator. Cette position est importante pour la commande des instants de commutation de l'alimentation en courant ou de la coupure du courant des différentes phases du moteur à réluctance variable à commutation. Les capteurs ne sont pas représentés dans les figures. L'invention permet ainsi avantageusement et de façon sim- ple, sans modifications importantes du procédé de commande du moteur, d'appliquer des capteurs magnétorésistants ou des capteurs Hall à la dé- tection de position pour des moteurs à réluctance commutée. L'invention permet d'éliminer ou du moins de diminuer de manière satisfaisante l'influence perturbatrice du champ parasite du moteur sur l'élément de capteur. REVENDICATIONS 1 ) Machine à réluctance commutée notamment moteur de véhicule com- portant des capteurs déterminant l'angle entre le rotor (20) et le stator (10) de la machine, les capteurs déterminant le signal de position par effet ma- gnétique, caractérisée en ce que - les capteurs sont des capteurs magnétorésistants anisotropes (capteurs AMR) ou magnétorésistants géants (GMR) et - pour éviter ou réduire le champ perturbateur de la machine, on dimi- nue de manière commandée le courant dans la machine avant d'atteindre l'angle de coupure (0coup) respectif et - on ne diminue que ce qui est nécessaire pour que malgré le champ perturbateur ou parasite qui subsiste de la machine, le capteur four- nisse un signal de position suffisant. 2 ) Machine à réluctance commutée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' on diminue le courant dans la plage de l'inductance élevée, c'est-à-dire lorsque les pôles de rotor (1-1, 2-2, 3-3) et les pôles de stator (A-A, B-B) sont essentiellement alignés. 3 ) Machine à réluctance commutée selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que dans le cas d'une machine à réluctance ayant six pôles de stator et quatre pôles de rotor, la diminution du courant de phase respectif se fait dans la plage (45) d'environ 10 en amont de l'angle de coupure proprement dit (0coup) de la phase correspondante pour un angle de diminution (0dm). 4 ) Machine à réluctance commutée selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisée en ce que la machine est commandée par une régulation d'intensité.