Brevet FR2850498A1 — publié le 20040730

UNITE DE CALCUL DE COUPLE POUR GENERATEUR DE VEHICULE La présente invention se rapporte à une unité de calcul de couple qui calcule le couple d'entraînement d'un générateur de véhicule. Récemment, une commande appelée commande fondée sur le couple a été choisie pour commander un moteur de véhicule de façon à améliorer l'économie de carburant. A cette fin, il s'est avéré nécessaire de commander le couple d'entraînement à 10 courroie pour actionner divers accessoires en plus du couple d'entraînement du véhicule. Comme un générateur de véhicule, qui est l'un des accessoires, nécessite un fort rapport d'augmentation de vitesse pour être entraîné, la commande du couple d'entraînement du générateur de véhicule reçoit une 15 priorité par rapport aux autres accessoires. En général, le générateur de véhicule est mis en oeuvre dans une large plage de vitesses de rotation et de températures ambiantes. De ce fait, le couple d'entraînement est calculé par l'utilisation d'une mappe de couple qui procure des données des 20 rapports cycliques du courant de champ appliqué à l'enroulement de champ du générateur du véhicule par rapport aux diverses températures, comme décrit dans les documents JP-A- Sho 62-254 699, JP-A-Hei 8-240 134 et JP-A-Hei 10-4 698. Le couple d'entraînement peut également être calculé par 25 l'utilisation d'une mappe d'efficacité qui procure des données des efficacités relatives aux niveaux de puissance de sortie d'un générateur de véhicule. Dans ce cas, le couple d'entraînement peut être calculé d'après une efficacité qui correspond à un niveau de puissance détecté du générateur de 30 véhicule, comme décrit dans les documents JP-A-Hei 10-210 679 et JP-A-2001-292 501. Il est donc nécessaire de prévoir une grande capacité de mémoire pour calculer le couple d'entraînement dans les techniques antérieures cidessus. En outre, il est nécessaire de 35 prévoir des mémoires différentes pour des véhicules différents. Ceci n'est ni pratique ni économique d'un point de vue du cot de fabrication et de la productivité. Le document JP-B-2 855 714 décrit une autre technique antérieure qui utilise une mappe de commande dans laquelle un 40 signal de commande est sélectionné à partir des données mémorisées dans la mappe de commande conformément à un régime de rotation du moteur. Cependant, il est difficile de calculer précisément le couple d'entraînement. La présente invention a été faite au vu des problèmes 5 décrits ci-dessus, et a pour objectif de fournir une unité de calcul de couple pour un générateur de véhicule qui puisse calculer précisément un couple d'entraînement avec une taille de mémoire comparativement petite. Conformément à une caractéristique principale de 10 l'invention, l'unité de calcul de couple d'un générateur de véhicule comprend un moyen de détection de courant de champ destiné à détecter une valeur de courant de champ se rapportant au courant fourni à l'enroulement de champ, un moyen de détection de courant de sortie destiné à détecter une valeur de 15 courant de sortie se rapportant à un courant de sortie de l'enroulement d'armature, un moyen de détection de vitesse de rotation destiné à détecter une vitesse de rotation du rotor, et un moyen de calcul de couple destiné à calculer un couple d'entraînement du générateur à partir de la valeur de courant de 20 champ, de la valeur de courant de sortie et de la vitesse de rotation. Il est préférable que le moyen de détection de courant de champ calcule la valeur du courant de champ d'après la tension appliquée à l'enroulement de champ et un rapport d'état conducteur-bloqué de l'élément de commutation du courant de 25 champ. L'élément de commutation du courant de champ peut être un transistor de type MOSFET qui a pour fonction de détecter le courant qui le traverse. Un solénode peut être disposé autour d'une extrémité de l'enroulement d'armature, dans lequel le moyen de détection de courant de sortie calcule la valeur du 30 courant de sortie d'après la tension appliquée au solénode. L'unité de calcul de couple ci-dessus peut être caractérisée en ce qu'elle comprend un noyau magnétique en forme de C comportant une fente et un capteur magnétique inséré dans la fente, de sorte que le moyen de détection de courant de sortie 35 calcule le courant de sortie d'après un signal de sortie du capteur magnétique. Le moyen de détection de vitesse de rotation peut calculer la vitesse de rotation d'après la fréquence fondamentale de la tension induite dans l'enroulement d'armature. L'unité de calcul de couple ci-dessus peut être caractérisée en ce qu'elle comprend une mémoire qui mémorise des données de moment d'inertie du rotor et un moyen pour calculer une vitesse en accélération de la vitesse de rotation à partir d'une tension 5 induite dans l'enroulement d'armature, de sorte que le moyen de calcul de couple calcule un couple d'inertie du générateur d'après la vitesse en accélération et le moment d'inertie du rotor. D'autres objectifs, configurations et caractéristiques de la 10 présente invention, de même que les fonctions des parties associées de la présente invention seront mis en évidence d'après une étude de la description détaillée suivante, des revendications annexées et des dessins. Sur les dessins: La figure 1 est un schéma synoptique illustrant un 15 générateur à courant alternatif de véhicule comportant une unité de calcul de couple conforme au premier mode de réalisation préféré de l'invention, La figure 2 est un graphe représentant une onde de tension d'une tension à une jonction d'un transistor de puissance et 20 d'un enroulement de champ du générateur à courant alternatif, La figure 3 est un graphe représentant une relation entre des rapports cycliques de la tension à la jonction et des valeurs proportionnelles au courant de champ du courant de champ fourni à l'enroulement de champ, La figure 4 est un graphe représentant une relation entre des fréquences des impulsions de la tension de phase générée dans un enroulement de phase du générateur à courant alternatif et des vitesses de rotation du générateur à courant alternatif, La figure 5 est une vue en perspective d'une partie du 30 générateur en courant alternatif autour d'une borne B, La figure 6 est une vue en perspective d'un capteur de courant disposé autour de la borne B, La figure 7 est un schéma de circuit d'un circuit de détection de courant modifié, et La figure 8 est un schéma synoptique illustrant un générateur de courant alternatif de véhicule possédant une unité de calcul de couple conforme au second mode de réalisation de l'invention. Un générateur de courant alternatif de véhicule ayant une 40 unité de calcul de couple conforme au premier mode de réalisation de l'invention sera décrit en faisant référence aux figures 1 à 7. Comme indiqué sur la figure 1, un générateur de courant alternatif de véhicule 1 comprend un enroulement d'armature 2, 5 une unité de redressement 3, un enroulement de champ 4, un dispositif de commande de générateur 5 et un capteur de courant 6. L'enroulement d'armature 2 est constitué de trois enroulements de phase qui génèrent des tensions de sortie devant être redressées par l'unité de redressement 3. L'enroulement de 10 champ 4 génère un champ magnétique lorsque le courant de champ lui est fourni. Le dispositif de commande de générateur 5 régule la tension de sortie du générateur de courant alternatif 1 à une tension de régulation prédéterminée Vreg. Le dispositif de commande de générateur 5 calcule le couple d'entraînement du 15 générateur de courant alternatif d'après le courant de champ, la vitesse de rotation du générateur et le courant de sortie du générateur. Le capteur de courant 6 détecte le courant de sortie du générateur de courant alternatif 1. Le générateur de courant alternatif 1 comporte une borne B devant être reliée à une 20 batterie de véhicule 9. Le dispositif de commande de générateur 5 comprend un transistor de puissance 51, une diode à effet de volant 52, une unité de régulation de tension 53 et une unité de calcul de couple 54. Le transistor de puissance 51 est relié en série à 25 l'enroulement de champ 4 pour établir et interrompre le courant de champ devant être fourni à l'enroulement de champ 4. La diode à effet de volant 52 est reliée en parallèle à l'enroulement de champ 4 pour faire circuler le courant de champ au travers de celle-ci à partir de l'enroulement de champ lorsque le 30 transistor de puissance 51 est bloqué. L'unité de régulation de tension 53 détecte la tension de la borne B et commande le transistor de puissance 51 pour qu'il soit conducteur et bloqué de manière à ce que la tension à la borne B puisse être régulée à une tension de régulation prédéterminée Vreg. Si la tension de 35 la borne B est plus élevée que la tension de régulation Vreg, l'unité de régulation de tension 53 bloque le transistor de puissance 51 pour diminuer la tension de sortie du générateur. En revanche, l'unité de régulateur de tension rend conducteur le transistor de puissance 51 pour augmenter la tension de sortie du générateur si la tension de la borne B est inférieure à la tension de régulation Vreg. L'unité de calcul de couple 54 comprend un circuit de calcul de courant de champ 55 destiné à calculer un courant de champ, 5 un circuit de calcul de vitesse de rotation 56 destiné à calculer une vitesse de rotation du moteur, un circuit de calcul de courant de sortie 57 et un circuit de calcul de couple 58. Le fonctionnement de l'unité de calcul de couple 54 sera ensuite décrit. Calcul du courant de champ Pendant que le dispositif de commande de générateur 5 commande le transistor de puissance 51 pour établir et interrompre le courant de champ, une onde de tension qui présente un rapport cyclique t/T, comme indiqué sur la figure 2, 15 est détectée à la jonction du transistor de puissance 51 et de l'enroulement de champ 4. Comme représenté dans le graphe de la figure 3, le rapport cyclique est proportionnel à la valeur proportionnelle du courant de champ F du courant de champ fourni à l'enroulement de champ 4. De ce fait, l'expression suivante 20 peut être donnée pour la valeur du courant de champ Ir: Ir = F. Vr/Rf... (1), o Vr est la tension appliquée à l'enroulement de champ, et Rf est la résistance de l'enroulement de champ 4. A ce propos, Vr est approximativement égale ou légèrement 25 inférieure (d'une chute de tension entre la source et le drain du transistor de puissance 51) à la tension de sortie du générateur à courant alternatif. Bien que la résistance Rf varie lorsque la température ambiante du générateur de courant alternatif varie, une valeur précise du courant de champ peut 30 être calculée grâce à l'expression suivante: Rf = (kr + Tl) /(Kr +To) * Ro... (2), o Kr est une valeur constante indiquant une relation entre la température et la résistance, Tl est une température ambiante actuelle, To est une température de base, et Ro est la résistance de l'enroulement de 35 champ 4 à la température de base. Le circuit de calcul de courant de champ 55 calcule, conformément au graphe représenté sur la figure 3, une valeur de courant de champ proportionnelle qui correspond à un rapport cyclique d'un signal de tension détecté à la jonction du 40 transistor de puissance 51 et de l'enroulement de champ 4. Après cela, le circuit de calcul de courant de champ 55 calcule la valeur Ir du courant de champ en utilisant les expressions (1) et (2). Calcul de la vitesse de rotation La vitesse de rotation du générateur de courant alternatif 1 est calculée d'après la fréquence de la tension de phase Vp induite sur un enroulement de phase de l'enroulement d'armature 2. La tension de phase Vp présente un rapport cyclique de 50 % et une fréquence qui est proportionnelle à la vitesse de 10 rotation du générateur de courant alternatif. Le circuit de calcul de vitesse de rotation 56 convertit la tension de phase Vp en un signal d'impulsion qui présente une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation du générateur de courant alternatif, comme indiqué sur la figure 4. A ce propos, 15 la figure 4 donne l'exemple d'un signal d'impulsion d'un générateur de courant alternatif qui présente 12 pôles magnétiques (soit six paires de pôles N-S). Calcul du courant de sortie Comme indiqué sur les figures 5 et 6, la borne B est isolée 20 par une douille isolante 7 de la carcasse du générateur de courant alternatif 1 et d'autres parties de celui-ci. La douille isolante 7 comprend un noyau magnétique en forme de C moulé en pièce rapportée 61 comportant une fente 62 et un capteur magnétique 63 qui est inséré dans la fente 62. Le noyau 25 magnétique en forme de C 61 est fait d'un matériau doux tel que du permalloy 78, de façon à recueillir un flux magnétique lorsque le courant de sortie circule par l'intermédiaire de la borne B. Le capteur magnétique 63 est fait d'un élément à effet Hall, un élément à magnétorésistance ou un élément à magnéto30 impédance, et fournit un signal électrique lorsqu'il détecte un flux magnétique. Il est donc aisé d'installer le capteur magnétique dans le générateur de courant alternatif. Le circuit de calcul de courant de sortie 57 reçoit le signal électrique provenant du capteur magnétique 63 et calcule 35 le courant de sortie Io du générateur de courant alternatif 1. Calcul du couple d'entraînement du générateur Après que la valeur Ir du courant de champ est calculée, la vitesse de rotation N et une valeur Io du courant de sortie sont calculées, le couple d'entraînement T est calculé grâce à 40 l'utilisation de l'expression suivante: T = (kl. Ir2 + M a Ir a Io + K2. 0o2)/N... (3), o kl est une constante se rapportant à l'inductance propre de l'enroulement de champ 4, M est une constante se rapportant à l'inductance mutuelle entre l'enroulement de champ 4 et 5 l'enroulement d'armature 2 et K2 est la constante se rapportant à l'inductance propre de l'enroulement d'armature 2. Comme la vitesse de rotation N, la valeur Ir du courant de champ, la valeur Io du courant de sortie sont calculées sur une base en temps réel, il est simplement nécessaire que la mémoire 10 de l'unité de calcul de couple 53 mémorise des données pour ki, k2 et M. Le circuit de calcul de couple 58 calcule le couple d'entraînement d'après la valeur If du courant de champ, la vitesse de rotation N. la valeur Io du courant de sortie, qui 15 sont respectivement fournies par le circuit de calcul de courant de champ 55, le circuit de calcul de vitesse de rotation 56 et le circuit de calcul de courant de sortie 57 et à partir des trois constantes kl, k2 et M qui sont lues à partir de la mémoire de l'unité de calcul de couple 54, grâce à l'utilisation 20 de l'expression (3). Donc, la taille de mémoire de la mappe peut être très réduite. Le calcul ci-dessus peut ne pas être affecté par une saturation magnétique en courant continu du circuit magnétique. La valeur Ir du courant de champ peut être détectée d'une 25 manière différente. Par exemple, une résistance de détection de courant est reliée en série avec l'enroulement de champ de façon à détecter une chute de tension aux bornes de la résistance de détection de courant, comme indiqué sur la figure 7. Dans ce cas, le 30 transistor de puissance 51 est remplacé par un transistor MOSFET 51A qui comprend une résistance interne reliée en série. La chute de tension aux bornes de la résistance interne est amplifiée par un amplificateur 59. Le circuit de calcul de couple 58 reçoit un signal de sortie de l'amplificateur 59 et 35 calcule la valeur Ir du courant de champ. Un solénode magnétique enroulé sur un noyau magnétique cylindrique peut également être choisi pour détecter une valeur Io du courant de sortie. Dans ce cas, une partie du conducteur entre l'enroulement d'armature 2 et l'unité de redressement 3 40 est insérée dans le noyau magnétique cylindrique pour détecter le flux magnétique généré par le courant de sortie. Le noyau magnétique cylindrique devra présenter une aire en section suffisante pour laisser passer le flux magnétique maximum sans saturation. Dans le cas o l'enroulement d'armature est un enroulement symétrique triphasé, la relation entre la valeur Idc du courant de sortie (continu) et l'amplitude Ip du courant de phase est exprimée comme suit. Idc = 0,955. Ip La façon de détecter ci-dessus permet de réduire une erreur provoquée par une variation de température. Le couple d'inertie T2 du générateur de courant alternatif 1 peut être calculé d'après la vitesse en accélération NI de la rotation en utilisant l'expression suivante si les données du 15 moment d'inertie J sont mémorisées dans une mémoire. T2 = J. N' De ce fait, le couple total Ttot du générateur de courant alternatif peut être donné en établissant la somme du couple d'entraînement T et du couple d'inertie. La commande du moteur, 20 grâce à l'utilisation du couple total Ttot, est efficace pour stabiliser la rotation du moteur. Il est possible de faire en sorte qu'une unité de commande du moteur commande le couple total. Dans ce cas, les données du courant de champ, le courant de sortie et la vitesse de rotation 25 sont transmis à l'unité de commande du moteur par l'intermédiaire d'un protocole de communication série (par exemple un réseau local du contrôleur) . Ce système permet de réduire les erreurs de communication et les délais de communication. Un générateur de courant alternatif de véhicule ayant une unité de calcul de couple conforme au second mode de réalisation de l'invention sera décrit en faisant référence à la figure 8, o les mêmes références numériques que celles du premier mode de réalisation représentent les mêmes, ou presque, parties, 35 fractions ou composantes que celles du premier mode de réalisation. Comme représenté sur la figure 8, un générateur de courant alternatif de véhicule 1 comprend un enroulement d'armature 2, une unité de redressement 3, un enroulement de champ 4, un 40 dispositif de commande de générateur 5 et un détecteur de courant 600. Le détecteur de courant 600 comprend un noyau en forme d'anneau 601 et une bobine de détection 602 enroulée autour du noyau, et est disposé au niveau d'une ligne d'alimentation entre le générateur de courant alternatif 1 et la 5 batterie 9, ou autour de la borne de sortie de l'enroulement d'armature 2. De ce fait, la bobine de détection 602 fournit une tension de signal qui correspond au courant circulant à travers la ligne d'alimentation ou la borne de sortie à détecter, et la tension de signal est appliquée en entrée au circuit de calcul 10 de courant de sortie 57. Le dispositif de commande de générateur 5 comprend un transistor de puissance 51, une diode à effet de volant 52, une unité de régulation de tension 53 et une unité de calcul de couple 540. L'unité de calcul de couple 540 comprend un circuit 15 de calcul de courant de champ 550 destiné à calculer le courant de champ, un circuit de calcul de vitesse de rotation 56 destiné à calculer la vitesse de rotation du moteur, un circuit de calcul de courant de sortie 57 et un circuit de calcul de couple 58. Le circuit de calcul de courant de champ 550 calcule la tension à appliquer à l'enroulement de champ 4, un rapport cyclique du courant fourni à l'enroulement de champ 4 et une valeur du courant fourni à l'enroulement de champ 4 qui varie en fonction d'une température ambiante. Le circuit de calcul de 25 courant de champ 550 comprend un circuit de détection de tension 55a, un circuit de détection de rapport cyclique 55b, un circuit de détection de température 55c et un circuit de calcul 55d. Le circuit de détection de tension 55a détecte la tension appliquée à l'enroulement de champ 4 à partir de la tension de 30 sortie du générateur. Le circuit de détection de rapport cyclique 55b détecte un rapport cyclique du courant de champ. Le circuit de détection de température 55c comprend un capteur de température et un circuit de calcul afin de détecter directement ou indirectement la température de l'enroulement de champ 4. Le 35 circuit de calcul 55d calcule un montant du courant fourni à l'enroulement de champ 4. Dans la description qui précède de la présente invention, l'invention a été décrite en faisant référence à des modes de réalisation spécifiques de celle-ci. Il sera cependant évident 40 que diverses modifications et variantes peuvent être apportées aux modes de réalisation spécifiques de la présente invention sans s'écarter de la portée de l'invention telle qu'elle est présentée dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Unité de calcul de couple (54) d'un générateur de véhicule qui comprend un rotor, un enroulement d'armature (2), 5 un enroulement de champ (4) et un élément de commutation de courant de champ (51), l'unité de calcul de couple comprenant: un moyen de détection de courant de champ (55) destiné à détecter une valeur de courant de champ se rapportant à un courant appliqué à l'enroulement de champ (4), un moyen de détection de courant de sortie (57) destiné à détecter une valeur de courant de sortie se rapportant au courant de sortie de l'enroulement d'armature (2), et un moyen de détection de vitesse de rotation (56) destiné à détecter une vitesse de rotation du rotor, caractérisée par un moyen de calcul de couple (58) destiné à calculer un couple d'entraînement du générateur à partir de la valeur de courant de champ, la valeur de courant de sortie et la vitesse de rotation. 2. Unité de calcul de couple selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen de détection de courant de champ (57) calcule la valeur du courant de champ d'après une tension appliquée à l'enroulement de champ (4) et un rapport d'état conducteur-bloqué de l'élément de commutation de courant 25 de champ (51). 3. Unité de calcul de couple selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit élément de commutation de courant de champ (51) est un transistor de type MOSFET qui a pour 30 fonction de détecter le courant qui le traverse. 4. Unité de calcul de couple selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un solénode disposé autour d'une extrémité de l'enroulement d'armature, dans laquelle ledit 35 moyen de détection de courant de sortie (57) calcule la valeur du courant de sortie d'après la tension appliquée au solénode. 5. Unité de calcul de couple selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un noyau magnétique en forme 40 de C (61) comportant une fente (62) et un capteur magnétique (63) inséré dans la fente, o ledit moyen de détection de courant de sortie calcule la valeur du courant de sortie d'après un signal de sortie dudit capteur magnétique (63). 6. Unité de calcul de couple selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen de détection de vitesse de rotation calcule la vitesse de rotation d'après la fréquence de base d'une tension induite dans ledit enroulement d'armature (2). 7. Unité de calcul de couple selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une mémoire qui mémorise les données de moment d'inertie du rotor et un moyen destiné à calculer une vitesse en accélération de la vitesse de rotation 15 d'après la tension induite dans l'enroulement d'armature, o ledit moyen de calcul de couple calcule un couple d'inertie du générateur d'après la vitesse en accélération et le moment d'inertie du rotor. 8. Unité de calcul de couple selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen de détection de courant de champ comprend en outre un moyen destiné à détecter une température de l'enroulement de champ, o ledit moyen de détection de courant de champ calcule la valeur du courant de 25 champ d'après une tension appliquée à l'enroulement de champ, un rapport d'état conducteur-bloqué de l'élément de commutation de courant de champ et la température de l'enroulement de champ.