Brevet FR2834337A1 — publié le 20030704

(20). PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION DE LA POSITION ELECTRIQUE DU ROTOR D'UNE MACHINE ELECTRIQUE ACCOUPLE A UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne des perfection nements apportés dans le domaine de la détection de la position électrique du rotor d'une machine électrique qui est accouplé en rotation sans glissement à un moteur à combustion interne équipé d'un capteur à roue dentée délivrant un signal indicateur de la position angulaire dun vileDrequin entraîné par ledit moteur pour les vitesses de rotation supérieures à un premier seuil prédéterminé. Par "machine électrique", on entend désigner une machine électrique tournante capable de fonctionner soit en générateur électrique si elle est entraînée par un moteur, soit en moteur électrique si elle est alimentée électriquement, et ses moyens de contrôle assurant son excitation convenable dans les deux modes de fonctionnement. Le pilotage correct d'une machine électrique telle quun alterno-démarreur, notamment à réluctance variable, nécessite que soit connue avec précision la position électrique de son rotor. La connaissance de cette position est actuellement proeurée par un dispositif de mesure de position mettant en _uvre un capteur à roue dentée, qui est configuré pour fournir l' information requise sur toute la plage de vitesses de rotation couverte par le moteur (de la vitesse nulle à la vitesse maximale) et dans toutes les plages de variation des paramètres influents (température, tension du réseau de bord,...). Toutefois ces dispositifs de mesure de position, qui sont performants et qui, en tant que tels, donnent toute satisfaction, sont complexes et coûteux. En outre ils sont montés en association physique avec le bloc moteur/transmission (notamment en bout de l'embrayage) et, bien que le volume de ces dispositifs ait pu être rendu très faible (ils peuvent présenter typiquement une épaisseur de l'ordre de 6 mm), il n'en demeure pas moins qu'ils constituent une gêne aussi bien pour le montage du bloc moteur/transmission dans un espace qui est compté que pour une opération de réglage et/ou de calibration. Au surplus, les dispositifs estimateurs ainsi montés sont trop exposés (chaleur du moteur, poussières, huile,...), ce qui peut influencer défavorablement leurs conditions de fonctionnement et leur durée de vie. I1 existe donc une demande pressante pour des agencements de détection de la position du rotor d'une machine électrique qui soient moins coûteux que les dispositifs actuels et qui puissent être implantés ailleurs qu'aux emplacements de montage actuels, dans des endroits o la place disponible est moins comptée et surtout o ils seront moins exposés à des conditions défavorables. Il faut remarquer ici que les moteurs à combustion interne sont équipés d'un capteur à roue dentée dont on peut extraire une valeur absolue de position angulaire du viletrequin (capteur 60-2 dents dans le standard mondial). La présence de ce capteur à roue dentée est indispensable pour autoriser le contrôle de ce moteur à combustion. Toutefois ce capteur ne peut fournir une valeur fiable de la position angulaire du viletrequin qu'au dessus d'une valeur minimum de vitesse de rotation, ce seuil étant en pratique de l'ordre de 500 tours/minute. Un tel capteur ne peut donc pas être utilisé pour fournir l' information recherchée de position angulaire du vilebrequin sur toute la plage de fonctionnement du moteur, depuis la vitesse nulle jusqu'à la vitesse maximale. Or, dans le cas précis d'un alterno-démarreur, la connaissance de la position angulaire du vilebrequin est nocessaire pour piloter l'alterno-démarreur dès le démarrage du moteur, c'est-à-dire pour les vitesses faibles à partir de la vitesse nulle. L' invention a donc pour but de proposer des moyens perfectionnés procédé et dispositif - qui permettent de remédier de façon efficace aux inconvénients exposés plus haut et qui permettent de connaître de facon fiable la position angulaire du rotor de la machine électrique sur toute la plage de fonctionnement du moteur à partir de la vitesse nulle, et cela dans des conditions techniques relativement simples et peu coûteuses, avec une implantation plus aisée que par le passé. A ces fins, selon un premier de ses aspects, l' invention propose un procédé de détection de la position électrique du rotor d'une machine électrique qui est accouplé en rotation sans glissement à un moteur à combustion interne équipé d'un capteur à roue dentée délivrant un signal indicateur de la position angulaire d'un vilebrequin entraîné par ledit moteur pour les vitesses de rotation supérieures à un premier seuil prédéterminé, lequel procédé se caractérise, conformément à l'invention, - en ce qu'à partir des caractéristiques électriques - tension, courant - de la machine électrique, on génère un signal représentatif de la valeur estimoe de la position angulaire du rotor de la machine électrique pour les vitesses de rotation inférieures à un second seuil prédéterminé, ce second seuil étant égal ou supérieur au susdit premier seuil prédéterminé, - et en ce que, selon la vitesse de rotation estimoe, on délivre à des moyens de contrôle de la machine électrique À soit le signal représentatif de la valeur estimée de la position angulaire du rotor de la machine électrique si la vitesse de rotation estimoe est inférieure audit second seuil prédéterminé, À soit le signal issu du capteur à roue dentée du moteur si la vitesse de rotation estimée est supérieure audit premier seuil prédéterminé. Pour provoquer la commutation d'un signal à l'autre, on peut mettre en uvre des moyens estimateurs de vitesse, ou encore des moyens temporisateurs enclenchables lors de la mise en marche du moteur et commandant la commutation au bout d'un temps déterminé pour lequel la vitesse est supposée se situer entre les susdits premier et second seuils prédéterminés. Selon un second de ses aspects, l' invention propose un dispositif de détection de la position électrique du rotor d'une machine électrique qui est accouplé en rotation sans glissement à un moteur à combustion interne équipé d'un capteur à roue dentée délivrant un signal indicateur de la position angulaire d'un vilebrequin entraîné par ledit moteur pour les vitesses de rotation supérieures à un premier seuil prédéterminé, lequel dispositif, étant agencé conformément à l 'invention, se caractérise en ce qu'il comprend: - des moyens estimateurs de position qui possadent une entrée recevant des signaux représentatifs des caractéristiques électriques - tension, courant - de la machine électrique et qui sont propres à délivrer un signal de sortie représentatif de la position angulaire du rotor de cette machine pour une plage de vitesses de rotation inférieures à un second seuil prédéterminé, ce second seuil étant égal ou supérieur au susdit premier seuil prédéterminé; - des moyens commutateurs ayant deux entrées raccordées respectivement à la sortie des susdits moyens estimateurs de position et à la sortie du susdit capteur à roue dentée du moteur et ayant une sortie raccordée à des moyens de contrôle de la machine électrique; - et des moyens de commande des moyens commutateurs qui sont sensibles à un signal représentatif d'une valeur estimée de la vitesse de rotation de manière telle que: À si la vitesse estimée est inférieure au second seuil prédéterminé, les moyens commutateurs sont positionnés pour que ce soit le signal issu des susdits moyens estimateurs de position qui soit dirigé vers les moyens de contrôle de la machine électrique, et À si la vitesse estimée est supérieure au premier seuil prédéterminé, les moyens commutateurs sont positionnés pour que ce soit le signal issu du susdit capteur à roue dentée du moteur qui soit dirigé vers les moyens de contrôle de la machine électrique. De facon pratique, le premier seuil prédéterminé peut être d' environ 500 tours/minute et le second seuil prédéterminé peut être d' environ 1000 tours/minute. On pourra notamment prévoir que les moyens de commande des moyens commutateurs soient placés sous la dépendance de moyens estimateurs de la vitesse de rotation, ou bien sous la dépendance de moyens temporisateurs enclenchés lors de la mise en marche du moteur. Grâce aux dispositions conformes à linvention, on est en mesure de détecter la position angulaire du rotor sur toute sa plage de rotation (depuis la vitesse nulle) en mettant en _uvre un capteur à roue dentée prcexistant pour le fonctionnement du moteur à combustion et un estimateur de position limité aux basses vitesses qui, compte tenu de ses performances plus restreintes que celles des estimateurs de position angulaire antérieurs fonctionnant sur la totalité de la plage de vitesses du moteur, est d'une technique plus simple et donc d'un coût beaucoup plus réduit. Un tel estimateur de position peut être constitué sous forme dun calculateur recevant en entrée les informations de tension et courant de la machine électrique et délivrant en sortie un signal représentatif de la position angulaire de son rotor, un tel caloulateur pouvant être intégré dans le logiciel de contrôle du moteur électrique. L' invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit dans laquelle on se réfère au dessin annexé sur lequel: - les figures 1A à 1D sont des graphiques illustrant le fondement du procédé conforme à l' invention; - la figure 2 est un schéma synoptique illustrant un mode de réalisation d'un dispositif constitué conformément à linvention; et - la figure 3 est un schéma synoptique illustrant une variante du dispositif de la figure 2. On se réfère tout d'abord aux figures 1A à 1D pour expliquer le procédé conforme à l' invention. A la figure 1A est représentée en 1 la caractéristique couple/vitesse de rotation d'une machine électrique tel qu'un alterno-démarreur, notamment à réluctance variable, entre la vitesse nulle et la vitesse maximale de rotation. A la figure 1B est illustrée en 2 la plage de fonctionnement utile de moyens estimateurs de position angulaire du rotor de la machine électrique qui sont de conception simplifiée et qui sont efficaces dans le domaine des vitesses basses, entre la vitesse nulle et une vitesse maximale VA (typiquement de l'ordre de 1000 tours/minute) au-delà de laquelle l' indication de vitesse est considérée comme n'étant plus fiable. A la figure 1C est illustrée en 3 la plage de fonctionnement utile dun capteur à roue dentée (capteur PMH) présent dans un moteur à combustion interne pour permettre le contrôle de celui-ci. Un tel capteur délivre une valeur absolue de position angulaire du vileUrequin pour toute la plage de fonctionnement du moteur, entre sa vitesse de ralenti et sa vitesse maximale. En pratique, le capteur délivre une indication fiable pour des vitesses supérieures à un seuil VM qui est sensiblement inférieur à la vitesse de ralenti du moteur (typiquement d' environ 500 tours/minute) et qui est sensiblement inférieur également à la susdite valeur de seuil VA des moyens estimateurs précités. Comme illustré à la figure 1D, le procédé de l' invention consiste à utiliser en 2 les indications fournies par des moyens estimateurs de position angulaire du rotor pour les vitesses inférieures à son seuil VA et à utiliser en 3 les indications fournies par le capteur à roue dentée du moteur pour les vitesses supérieures à son seuil VM, le passage de l'un à l'autre type de mesure s'effectuant lorsque la vitesse se situe entre les seuils VA et VM. On est ainsi en mesure de disposer d'un signal fiable de position angulaire sur toute la plage de vitesses, depuis la vitesse nulle jusqu'à la vitesse maximale. Pour la mise en _uvre de ce procédé, on peut avoir recours à l'agencement illustré schématiquement à la figure 2. Dans cet exemple, on se réfèrera plus spécifiquement, en tant que machine électrique, à un alterno-démarreur, notamment du type à réluctance variable, application pour laquelle les dispositions de linvention s'avèrent tout particulièrement intéressantes. Un alterno-démarreur 4, piloté par des moyens de contrôle 5, est solidaire en rotation (par exemple via un arbre d'accouplement 6) d'un moteur à combustion interne 7 muni d'un capteur à roue dentée 8 servant à son contrôle. Après mise en forme dans un circuit 9, le signal de sortie du capteur 8 est appliqué à une borne d'entrée lOe1 d'un commutateur 10. La fiabilité du capteur à roue dentée 8 est vérifiée pour des vitesses de rotation supérieures à un seuil VM Par ailleurs des moyens estimateurs de position angulaire 11 recoivent des signaux électriques représentatifs des caractéristiques électriques - tension, courant - de l'alterno-démarreur 4. Ces moyens estimateurs de position angulaire 11 élaborent, à partir desdits signaux d'entrée (tension, courant), un signal de sortie représentatif de la position angulaire du rotor de l'alterno-démarreur, signal qui est appliqué à une autre entrée lOe2 du commutateur 10. Les moyens estimateurs de position 11 sont d'un type simplifié dont la fiabilité nest vérifiée que pour des vitesses inférieures à un seuil VA. Les moyens estimateurs de position peuvent être constitués sous forme d'un calculateur pouvant éventuellement être incorporé dans le logiciel de contrôle du moteur. Le commutateur 10 possède une borne de sortie lOs qui est raccordée à une entrée des moyens de contrôle 5 de lalterno-démarreur 4. La borne de sortie lOs est également raccordée à des moyens générateurs d'un signal représentatif d'une valeur estimée de la vitesse, dont la sortie est connoctée à un organe 13 d'actionnement du contact mobile du commutateur 10. Dans cet exemple, ces moyens sont des moyens es timateurs de vi tes se 12 qui peuvent se prés enter sous forme d'un calculateur donnant la vitesse estimée à partir des informations de rotation (durée d'un tour par exemple). Grâce à cet agencement, les moyens estimateurs de vitesse 12 sont propres à détecter le moment opportun pour actionner le commutateur 10, de telle sorte que: À si la vitesse de rotation est inférieure au seuil VA précité qui marque la limite supérieure de fiabilité des moyens estimateurs de position 11, le contact mobile coopère avec la borne d'entrée lOe2 et c'est l'estimateur de position 11 qui fournit le signal de position angulaire du rotor qui est appliqué aux moyens de contrôle 5 de l'alternodémarreur; À si la vitesse de rotation est supérieure au seuil VM précité qui marque la limite inférieure de fiabilité du capteur à roue dentée 8 du moteur, le contact mobile coopère avec la borne d'entrée lOe1 du commutateur 10 et c'est le signal émis par le capteur à roue dentée 8 qui est appliqué aux moyens de contrôle 5 de l'alterno-démarreur. Compte tenu des valeurs respectives relativement éloignées des seuils VA et VM (typiquement VM # 500 t/mn; VA # 1000 t/mn), les moyens estimateurs de vitesse 12 nont pas à être d'une très grande précision et peuvent donc être réalisés de façon simple et économique. I1 est possible que les valeurs de déclenchement des moyens estimateurs de vitesse ne soient pas identiques dans le sens des vitesses croissantes et dans le sens des vitesses décroissantes, comme cela est illustré sur la figure 1D. Pour ce qui concerne la commande du commutateur , on peut envisager, en variante, qu'elle soit assujettie non pas à la vitesse elle-même, bien que cette solution semble la mieux appropriée à la fonction à assurer, mais à un autre paramètre, tel que par exemple le temps: en effet, l'actionnement du commutateur 10 doit intervenir entre les vitesses VM et VA, c'est-à- dire pour une vitesse en général inférieure à la vitesse de ralenti du moteur (900 à 1000 tours/minute); autrement dit la commutation doit intervenir pendant la phase de démarrage du moteur, alors que celui-ci passe de la vitesse nulle à sa vitesse de ralenti. Si l'on estime que cette phase de démarrage a une durée touj ours approximativement identique, il est possible de considérer que le moteur atteindra une vitesse comprise entre VA et VM au bout d'un laps de temps prédéterminable à partir de la mise en marche du moteur. Le dispositif illustré à la figure 3 est basé sur cette considération et met en _uvre, en lieu et place des moyens estimateurs de vitesse 12 du dispositif de la figure 2, des moyens temporisateurs 14 déclenchés, en même temps que la mise en marche du moteur 7, par le circuit de contact 15. De tels moyens temporisateurs 14 peuvent être réalisés à moindre frais que les moyens estimateurs de vitesse 12. On notera en outre que les moyens estimateurs de position du rotor 11 peuvent prendre en compte non seulement les données électriques - tension, courant - de la machine lecLrigue, mais galemenL d'auLres paramtres gels gue noLamment la te6raLure, de manicure fournir en sortie des 1formaLions cones en Le@raLure ou en foncL10n d'auLres param&Lres. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection de la position électrique du rotor d'une machine électrique (4) qui est accouplé en rotation sans glissement (6) à un moteur à combustion interne (7) équipé d'un capteur à roue dentée (8) délivrant un signal indicateur de la position angulaire d'un viletrequin entraîné par ledit moteur pour les vitesses de rotation supérieures à un premier seuil prédéterminé (VM), caractérisé - en ce qu'à partir des caractéristiques électriques tension, courant - de la machine électrique, on génère un signal représentatif de la valeur estimée de la position angulaire du rotor de la machine électrique pour les vitesses de rotation inférieures à un second seuil prédéterminé (va), ce second seuil étant égal ou supérieur au susdit premier seuil prédéterminé (VM), - et en ce que, selon la vitesse de rotation estimoe, on délivre à des moyens de contrôle de la machine électrique À soit le signal représentatif de la valeur estimée de la position angulaire du rotor de la machine électrique si la vitesse de rotation estimée est inférieure audit second seuil prédéterminé (va), À soit le signal issu du capteur à roue dentée du moteur si la vitesse de rotation estimée est supérieure audit premier seuil prédéterminé (VM). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour provoquer la commutation d'un signal à l'autre, on met en _uvre des moyens estimateurs de vitesse (12). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour provoquer la commutation d'un signal à lautre, on met en _uvre des moyens temporisateurs (14) enclenchables lors de la mise en marche du moteur (15). 4. Dispositif de détection de la position électrique du rotor d'une machine électrique (4) qui est accouplé (6) en rotation sans glissement à un moteur à combustion interne (7) équipé d'un capteur à roue dentée (8) délivrant un signal indicateur de la position angulaire d'un vileUrequin entraîné par ledit moteur pour les vitesses de rotation supérieures à un premier seuil prédéterminé (VM) i caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens estimateurs de position (11) qui possèdent une entrée recevant des signaux représentatifs des caractéristiques électriques - tension, courant - de la machine électrique et qui sont propres à délivrer un signal de sortie représentatif de la position angulaire du rotor de cette machine pour une plage de vitesses de rotation inférieures à un second seuil prédéterminé (VA), ce second seuil étant égal ou supérieur au susdit premier seuil prédéterminé (VM); - des moyens commutateurs (10) ayant deux entrces (lOe2, lOel) raccordées respectivement à la sortie des susdits moyens estimateurs de position (11) et à la sortie du susdit capteur à roue dentée (8) du moteur et ayant une sortie (10S) raccordée à des moyens (5) de contrôle de la machine électrique; - et des moyens (12, 14; 13) de commande des moyens commutateurs (10) qui sont sensibles à un signal représentatif d'une valeur estimoe de la vitesse de rotation de manière telle que: À si la vitesse estimée est inférieure au second seuil prédéterminé (VA), les moyens commutateurs (10) sont positionnés pour que ce soit le signal délivré par les susdits moyens estimateurs de position (11) qui soit dirigé vers les moyens (5) de contrôle de la machine électrique (4), et À si la vitesse estimée est supérieure au premier seuil prédéterminé (VM), les moyens commutateurs (10) sont positionnés pour que ce soit le signal délivré par le susdit capteur à roue dentée (8) du moteur qui soit dirigé vers les moyens (5) de contrôle de la machine électrique. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier seuil prédéterminé (VM) est d' environ 500 tours/minute et le second seuil prédéterminé (VA) est d' environ 1000 tours/minute. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens de commande des moyens commutateurs comprennent des moyens (12) estimateurs de la vitesse de rotation. 7. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens de commande des moyens commutateurs comprennent des moyens temporisateurs (14)