Brevet FR2825202A1 — publié le 20021129

Description L'invention concerne un procédé d'interruption du circuit de bobinage statorique d'un moteur électrique synchrone à n phases (n > 2) comprenant au moins n-1 relais branchés chacun sur une phase différente. Une machine peut être utilisée soit comme alternateur si elle sert à transformer une énergie mécanique en énergie électrique soit comme moteur si elle transforme une énergie électrique en énergie mécanique. Autrement dit, selon le mode d'utilisation, une même machine peut remplir l'une au l'autre de ces fonctions. Si, lors de l'utilisation comme moteur, l'alimentation en courant fait subitement défaut, par exemple suite à un court-circuit, une machine synchrone se transforme en alternateur en fournissant un couple de freinage qui peut s'avérer gênant voire même dangereux. Si un tel moteur est monté par exemple sur un système de direction assistée, il a pour fonction d'aider le conducteur à tourner le volant en fournissant à la direction un couple moteur s'ajoutant au couple conducteur. Si un court-circuit apparaît dans l'alimentation du moteur ou à l'intérieur du bobinage du moteur, celui-ci ne fournit plus le couple moteur souhaité. Par ailleurs, le rotor du moteur est entraîné en rotation par la direction lorsque le conducteur tourne le volant. La machine agit alors comme alternateur en opposant un couple de freinage qui rend tout mouvement du volant très difficile Il est donc souhaitable de pouvoir interrompre la circulation du courant dans le stator de sorte que le moteur ne puisse plus servir d'alternateur. De US 4,765, 426 A on connaît un système de relais qui interrompt l'alimentation d'un moteur électrique à courant continu lorsqu'une défaillance est détectée. Ce circuit relais doit pouvoir ouvrir le circuit électrique en cas de court-circuit dans le moteur ou l'unité de contrôle du moteur. Le relais doit donc être dimensionné pour s'ouvrir même lorsque le courant dans le moteur est maximal. Dans les moteurs synchrones à n phases, la solution couramment employée consiste à munir n-1 phases du moteur d'un relais. Lorsqu'un court-circuit est détecté, les n-1 relais sont alors ouverts simultanément empêchant ainsi le moteur d'agir comme générateur. L'interruption se faisant à un moment quelconque sur l'ensemble des phases, il faut que les relais aient un pouvoir d'interruption très important leur permettant de couper la phase même lorsque le courant qui y circule est maximum. Dans le cas d'un moteur électrique de direction assisté, il faut que les relais supportent jusqu'à 110 A et qu'ils puissent s'ouvrir le cas échéant à cette intensité. Dans un cas pareil, il se produit une surtension et un arc électrique se forme à travers le relais en raison de l'évacuation de l'énergie emmagasinée dans l'inductance du moteur. Il est donc nécessaire de dimensionner les relais en conséquence Dans certains cas, chaque phase est même munie de deux relais en parallèle afin de diviser l'intensité supportée ce qui permet de diminuer le pouvoir d'ouverture de chaque relais Ce dispositif d'interruption est relativement coûteux en raison des dimensions des relais et de leur nombre lorsqu'ils sont placés en parallèle. Par ailleurs, l'apparition d'un arc électrique lors de l'ouverture des relais risque d'endommager le relais et 1 ou le calculateur de commande. L'objectif de l'invention est donc de développer un procédé d'interruption du circuit de bobinage statorique d'un moteur synchrone polyphasé à l'aide d'un système de relais dont la mise en oeuvre soit économique et qui permette d'éviter la formation d'arc électrique lors de l'ouverture des relais. Cet objectif est atteint par le procédé selon l'invention, dans lequel l'intensité est mesurée dans chaque relais par des moyens de détection et chaque relais est ouvert lorsque l'intensité du courant le traversant passe par zéro. Grâce à ce procédé, les relais employés doivent supporter l'intensité maximale, par exemple 110 A pour un moteur électrique synchrone de direction assistée, mais leur pouvoir d'ouverture peut rester faible étant donné que l'ouverture se fait à courant zéro. Un seul relais par phase suffit donc pour assurer une interruption sans arc. De tels relais sont relativement économiques de sorte que la mise en oeuvre du procédé est peu coûteuse. Pour la mise en oeuvre du procédé, il est prévu un dispositif comprenant au moins n-1 relais branchés chacun sur une phase différente du bobinage statorique du moteur électrique synchrone à n phases (n > 2), ainsi que des moyens de détection pour commander l'ouverture de chaque relais lorsque l'intensité du courant circulant dans le relais considéré passe par zéro Pour ouvrir les relais successivement lors du passage par zéro du courant dans les différentes phases, il faut que chaque relais soit muni de sa propre unité de contrôle. Les moyens de détection sont de préférence composés de n-1 détecteurs de courant placés chacun sur les mêmes phases que les n - 1 relais. Ces détecteurs de courant doivent permettre de mesurer l'intensité traversant les relais correspondants. Il est préférable que les n-1 détecteurs de courants soient constitués par les détecteurs de courants utilisés pour la commande du moteur. On évite ainsi d'ajouter des composants électroniques supplémentaires, ce qui permet de réduire les coûts de fabrication. Lorsque le bobinage statorique est en étoile, il est préférable de placer les n - 1 relais et les moyens de détection au point neutre. L'invention concerne également un moteur électrique synchrone à n phases (n > 2) muni d'un dispositif selon l'invention. Ce moteur peut être monté dans un système de direction assistée, qu'il soit électrique (EPAS) ou électro-hydraulique (EHPS). Un exemple de dispositif conforme à l'invention est présenté ci dessous à l'aide de la figure 1 qui montre un schéma de configuration d'un moteur synchrone triphasé muni d'un dispositif d'interruption selon l'invention. Un moteur (1) synchrone triphasé est relié à une unité de contrôle de puissance (5). Deux des trois phases sont munies chacune d'un relais de sécurité (2a, 2b) actionné par un dispositif de commande (3a, 3b) propre. Deux détecteurs de courant (4a, 4b) sont placés chacun près d'un relais (3a, 3b) de sorte à pouvoir mesurer le courant instantané circulant dans les relais. Chaque détecteur coopère avec le dispositif de commande (3a, 3b) du relais correspondant. Un tel moteur est alimenté par un courant sinusoïdal ou rectangulaire alternatif. Par conséquent, le courant circulant dans chaque phase passe p fois par zéro pendant que le moteur fait un tour, p étant le nombre de pôles du moteur. Il suffit donc de mesurer l'intensité traversant les phases et d'attendre le moment où elle sera nulle pour actionner successivement les relais. Lors de l'utilisation du moteur, un court-circuit peut apparaître nécessitant l'interruption du circuit du moteur afin que celui-ci ne puisse pas opposer un moment de freinage en agissant comme générateur. Il est donc nécessaire d'interrompre l'ensemble du circuit moteur afin qu'aucun courant ne puisse passer dans les bobinages du moteur. Suite à la détection d'un court-circuit par des moyens appropriés non représentés, le courant est mesuré dans chacun des relais de sécurité (2a, 2b) par le détecteur de courant (4a, 4b) correspondant. Dès que le courant détecté par le détecteur de courant (4a, 4b) passe par zéro, le dispositif de commande (3a, 3b) du relais (2a, 2b) concerné commande son ouverture. En coupant deux des trois phases, la troisième se trouve également coupée Il n'est donc pas nécessaire de placer un troisième relais sur la troisième phase. Le montage de la figure 1 montre un montage en étoile avec les relais (2a, 2b) et les détecteurs de courant (4a, 4b) placés au point neutre (N). Si cette solution est préférable pour des raisons d'encombrement, il est cependant également possible de les placer entre l'unité de contrôle de puissance (5) et les bobinages du moteur (1). Un tel dispositif est particulièrement intéressant pour un moteur de direction assistée, qu'il s'agisse d'une direction assistée électrique ou d'une direction assistée électro-hydraulique. L'interruption du circuit selon le procédé conforme à l'invention présente un certain retard par rapport à l'ordre d'interruption, puisque l'interruption n'est complète qu'une fois que tous les relais sont ouverts. Cependant, dans la pratique, ce retard est faible. En considérant un moteur synchrone triphasé à quatre pôles, coopérant avec une boîte d'engrenages ayant un rapport de 22, l'utilisateur n'a besoin de tourner le volant que de 4,1 0 avant que l'interruption du circuit de bobinage soit complète. Par ailleurs, lorsque le premier relais est ouvert, après qu'un ordre d'interruption a été reçu et que le courant dans la première phase a été détecté passant par zéro, le moment de freinage diminue déjà et les mouvements du volant deviennent plus faciles. Les relais doivent être dimensionnés de telle sorte qu'ils supportent le courant nominal circulant dans les phases correspondantes, par exemple 110 A pour un moteur électrique de direction assistée. Par contre, ils n'ont besoin que d'un faible pouvoir de coupure. Revendications 1. Procédé d'interruption du circuit de bobinage statorique d'un moteur électrique synchrone (1) à n phases (n 2) comprenant au moins n-1 relais (2a, 2b) branchés chacun sur une phase différente, caractérisé en ce que l'intensité est mesurée dans chaque relais (2a, 2b) par des moyens de détection (4a, 4b) et que chaque relais (2a, 2b) est ouvert lorsque l'intensité du courant le traversant passe par zéro. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant au moins n-1 relais (2a, 2b) branchés chacun sur une phase différente du bobinage statorique du moteur électrique synchrone (1) à n phases (n > 2), caractérisé en ce que des moyens de détection (4a, 4b) sont prévus pour commander l'ouverture de chaque relais (2a, 2b) lorsque l'intensité du courant circulant dans le relais considéré passe par zéro. 3. Dispositif d'interruption selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent n-1 détecteurs de courant (4a, 4b) placés chacun sur les mêmes phases que les n-1 relais (2a, 2b). 4. Dispositif d'interruption selon la revendication 3, caractérisé en ce que les n-1 détecteurs de courants (4a, 4b) sont constitués par les détecteurs de courant utilisés pour la commande du moteur (1). 5. Dispositif d'interruption selon la revendication 2, caractérisé en ce que les n-1 relais (2a, 2b) et les moyens de détection (4a, 4b) sont placés au point neutre (N) du bobinage statorique en étoile. 6. Moteur électrique synchrone (1) à n phases (n 2) muni d'un dispositif selon la revendication 2. 7. Moteur électrique (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est monté dans un système de direction assistée. 8 Moteur électrique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système de direction assistée est un système de direction assistée électrique (EPAS). 9. Moteur électrique (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le système de direction assistée est un système de direction électro-hydraulique (EHPS).