Brevet FR2895595A1 — publié le 20070629

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de pilotage d'un ralentisseur électromagnétique comprenant une génératrice de courant incluant des bobines primaires dans lesquelles un courant d'excitation est injecté. L'invention s'applique à un ralentisseur capable de générer un couple résistant de ralentissement sur un arbre de transmission principal ou secondaire d'un véhicule qu'il équipe, lorsque ce ralentisseur est actionné. ETAT DE LA TECHNIQUE Un tel ralentisseur électromagnétique comprend un arbre rotatif qui est accouplé à l'arbre de transmission principal ou secondaire du véhicule pour exercer sur celui-ci le couple résistant de ralentissement pour notamment assister le freinage du véhicule. Le ralentissement est généré avec des bobines inductrices alimentées en courant continu pour produire un champ magnétique dans une pièce métallique en matériau ferromagnétique, afin de faire apparaître des courants de Foucault dans cette pièce métallique. Les bobines inductrices peuvent être fixes pour coopérer avec au moins une pièce métallique en matériau ferromagnétique mobile ayant une allure générale de disque rigidement solidaire de l'arbre rotatif. Dans ce cas, ces bobines inductrices sont généralement orientées parallèlement à l'axe de rotation et disposées autour de cet axe, en vis-à-vis du disque, en étant solidarisées à un flasque fixe. Deux bobines inductrices successives sont alimentées électriquement pour générer des champs magnétiques de directions opposées. Lorsque ces bobines inductrices sont alimentées électriquement, les courants de Foucault qu'elles génèrent dans le disque s'opposent par leurs effets à la cause qui leur a donné naissance, ce qui produit un couple résistant sur le disque et donc sur l'arbre rotatif, pour ralentir le véhicule. Dans ce mode de réalisation, les bobines inductrices sont alimentées électriquement par un courant provenant du réseau électrique du véhicule, c'est-à-dire par exemple à partir d'une batterie du véhicule. Pour augmenter les performances du ralentisseur, on recourt à une autre conception dans laquelle une génératrice de courant est intégrée au ralentisseur. Ainsi, selon une autre conception connue des documents de brevet EP0331559 et FR1467310, l'alimentation électrique des bobines inductrices est assurée par une génératrice comprenant des bobines primaires statoriques alimentées par le réseau du véhicule, et des bobinages secondaires rotoriques solidaires de l'arbre rotatif. Les bobines inductrices sont alors solidaires de l'arbre rotatif en étant radialement saillantes, de sorte qu'elles tournent avec l'arbre rotatif pour générer un champ magnétique dans une chemise cylindrique fixe qui les entoure. Un redresseur tel qu'un redresseur à pont de diodes est interposé entre les bobinages secondaires rotoriques de la génératrice et les bobines inductrices, pour convertir le courant alternatif délivré par les bobinages secondaires de la génératrice en courant continu d'alimentation des bobines inductrices. Deux bobines inductrices radiales consécutives autour de l'axe de rotation génèrent des champs magnétiques de directions opposées, l'une générant un champ orienté de façon centrifuge, l'autre un champ orienté de façon centripète. En fonctionnement, l'alimentation électrique des bobines primaires permet à la génératrice de produire le courant d'alimentation des bobines inductrices, ce qui donne naissance à des courants de Foucault dans la chemise cylindrique fixe, pour générer un couple résistant sur l'arbre rotatif, qui ralentit le véhicule. Afin de réduire le poids et d'augmenter encore les performances d'un tel ralentisseur, il est avantageux de l'accoupler à l'arbre de transmission du véhicule par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesse, conformément à la solution adoptée dans le document de brevet EP1527509. La vitesse de rotation de l'arbre du ralentisseur est alors surmultipliée par rapport à la vitesse de rotation de l'arbre de transmission auquel il est accouplé. Cet agencement permet d'augmenter significativement la puissance électrique délivrée par la génératrice, et donc la puissance du ralentisseur. OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est un procédé de détermination de l'intensité maximale admissible du courant d'excitation des bobines primaires d'un ralentisseur électromagnétique permettant d'en améliorer les performances et la fiabilité. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour déterminer, dans un boîtier de commande, une intensité maximale admissible (Imax) d'un courant d'excitation à injecter dans des bobines primaires statoriques d'un ralentisseur électromagnétique comprenant un arbre rotatif portant des bobinages secondaires et des bobines inductrices alimentées électriquement par ces bobinages secondaire, les bobines primaires et les bobinages secondaires formant une génératrice, ce ralentisseur comprenant une chemise cylindrique fixe entourant les bobines inductrices et dans laquelle les bobines inductrices génèrent des courants de Foucault, et un circuit de refroidissement à circulation de liquide de cette chemise, ce procédé consistant à déterminer l'intensité maximale en temps réel à partir de mesures représentatives du régime de rotation (Na) de l'arbre rotatif, de la puissance calorifique que le circuit de refroidissement est capable de dissiper, et du débit du liquide de refroidissement, ces données provenant de capteurs reliés au boitier de commande. L'optimisation en temps réel de l'intensité du courant d'excitation qui est injecté dans les bobines primaires en fonction des conditions de fonctionnement du ralentisseur permet d'augmenter le couple de freinage. Elle permet d'intégrer différentes contraintes de fonctionnement distinctes pour déterminer une intensité de courant maximal admissible qui est optimale à chaque instant au vu des conditions de fonctionnement thermiques du ralentisseur. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel les mesures représentatives de la puissance calorifique que le circuit de refroidissement est capable de dissiper comprennent une valeur d'écart entre la température du liquide de refroidissement en entrée et en sortie du circuit de refroidissement et une valeur représentative du débit du liquide de refroidissement. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, consistant à déterminer une première intensité à partir du régime de rotation de l'arbre rotatif, une seconde intensité à partir de la puissance calorifique que le circuit de refroidissement est capable de dissiper, et une troisième intensité à partir du débit du liquide de refroidissement et à attribuer à l'intensité maximale admissible la plus petite valeur parmi la première, la seconde et la troisième intensité. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel l'intensité maximale admissible est déterminée dans le boîtier de commande à partir de tables de valeurs numériques mémorisées dans ce boîtier de commande, ces tables comprenant des valeurs représentatives du courant maximal admissible pour différentes conditions de fonctionnement. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel les valeurs sont mémorisées 5 sous forme de tableau dynamique croisé. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, consistant à déterminer la valeur représentative du débit de liquide de refroidissement à partir du régime d'un moteur thermique du véhicule et 10 d'une abaque caractéristique d'une pompe à eau entraînée par ce moteur thermique, cette pompe à eau provoquant la circulation du liquide de refroidissement. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la valeur significative du 15 régime du moteur thermique est issue de données transmises par un bus CAN. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera maintenant décrite plus en détail, 20 et en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue d'ensemble avec un arrachement local d'un ralentisseur électromagnétique auquel s'applique l'invention ; 25 La figure 2 est une représentation schématique des composants électriques du ralentisseur auquel est appliqué le procédé selon l'invention ; La figure 3 est une courbe représentative de l'intensité admissible en fonction de la vitesse de 30 rotation de l'arbre rotatif ; La figure 4 est une courbe représentative de la température critique de chemise en fonction du débit de liquide de refroidissement. 35 DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Dans la figure 1, le ralentisseur électromagnétique 1 comprend un carter principal 2 de forme généralement cylindrique ayant une première extrémité fermée par un couvercle 3, et une seconde extrémité fermée par une pièce d'accouplement 4 par laquelle ce ralentisseur 1 est fixé à un carter de boîte de vitesses soit directement soit indirectement, ici via un multiplicateur de vitesse repéré par 6. Ce carter 2, qui est fixe, renferme un arbre rotatif 7 qui est accouplé à un arbre de transmission non visible sur la figure, tel qu'un arbre principal de transmission aux roues du véhicule, ou secondaire tel qu'un arbre secondaire de sortie de boîte de vitesses via le multiplicateur de vitesse 6. Dans une région correspondant à l'intérieur du couvercle 3 est située une génératrice de courant qui comprend des bobines primaires 8 fixes ou statoriques qui entourent des bobinages secondaires rotoriques, solidaires de l'arbre rotatif 7. Ces bobinages secondaires sont représentés symboliquement en figure 2 en étant repérés par la référence 5. Ces bobinages secondaires 5 comprennent ici trois bobinages distincts 5A, 5B et 5C pour délivrer un courant alternatif triphasé ayant une fréquence conditionnée par la vitesse de rotation de l'arbre rotatif 7. Une chemise interne fixe 9 de forme générale cylindrique est montée dans le carter principal 2 en étant légèrement espacée radialement de la paroi externe de ce carter principal 2 pour définir un espace intermédiaire 10, sensiblement cylindrique, dans lequel circule un liquide de refroidissement de cette chemise 9. Ce carter principal, qui a également une forme générale cylindrique, est pourvu d'une canalisation d'admission 11 de liquide de refroidissement dans l'espace 10 et d'une canalisation de refoulement 12 du liquide de refroidissement hors de cet espace 10. Le circuit de refroidissement du ralentisseur peut être connecté en série avec le circuit de refroidissement du moteur thermique du véhicule que ce ralentisseur équipe. Dans ce cas, l'entrée 11 est connectée en sortie du moteur thermique, la sortie 12 étant connectée en entrée d'un radiateur de refroidissement de ce circuit. Cette chemise 9 entoure plusieurs bobines inductrices 13 qui sont portées par un rotor 14 rigidement solidaire de l'arbre rotatif 7. Chaque bobine inductrice 13 est orientée pour générer un champ magnétique radial, tout en ayant une forme générale oblongue s'étendant parallèlement à l'arbre 7. De manière connue, la chemise 9 et le corps du rotor 14 sont en matériau ferromagnétique. Ici le carter est une pièce moulable à base d'aluminium et des joints d'étanchéité interviennent entre le carter et la chemise 9, le couvercle 3 et la pièce 4 sont ajourés. Les bobines inductrices 13 sont alimentées électriquement par les bobinages secondaires rotoriques 5 de la génératrice via un pont redresseur porté par l'arbre rotatif 7. Ce pont redresseur peut être celui qui est repéré par 15 sur la figure 2, et qui comprend six diodes 15A-15F, pour redresser le courant alternatif triphasé issu des bobinages secondaires 5A-5C en courant continu. Ce pont redresseur peut aussi être d'un autre type, en étant par exemple formé à partir de transistors de type MOSFET. Comme visible dans la figure 1, le rotor 14 portant les bobines inductrices 13 a une forme générale de cylindre creux relié à l'arbre rotatif 7 par des bras radiaux 16. Ce rotor 14 définit ainsi un espace interne annulaire situé autour de l'arbre 7, cet espace interne étant ventilé par un ventilateur axial 17 situé sensiblement au droit de la jonction du couvercle 3 avec le carter 2. Un ventilateur radial 18 est situé à l'extrémité opposée du carter 2 pour évacuer l'air introduit par le ventilateur 17. La sollicitation du ralentisseur consiste à alimenter les bobines primaires 8 avec un courant d'excitation provenant du réseau électrique du véhicule et notamment de la batterie, pour que la génératrice délivre un courant au niveau de ses bobinages secondaires 5. Ce courant délivré par la génératrice alimente alors les bobines inductrices 13 de manière à générer des courants de Foucault dans la chemise cylindrique fixe 9 pour produire un couple résistant assurant le ralentissement du véhicule. Le courant d'excitation est injecté dans les bobines primaires 8 au moyen d'un boîtier de commande décrit ci-après. La puissance électrique délivrée par les bobinages secondaires 5 de la génératrice est supérieure à la puissance électrique d'alimentation des bobines primaires 8, puisqu'elle est le résultat du champ magnétique des bobines primaires 8 et du travail fourni par l'arbre rotatif. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'arbre 7 du ralentisseur est relié à l'arbre de transmission des roues du véhicule via le multiplicateur 6 agissant sur un arbre secondaire de la boîte de vitesses relié à l'arbre principal de celle-ci. Ce ralentisseur comprend un boîtier de commande 19 représenté en figure 2, qui est interposé par exemple entre une source d'alimentation électrique du véhicule, et les bobines primaires 8. Dans l'exemple de la figure 2, le boîtier de commande 19 et les bobines primaires 8 sont montées en série entre une masse M du véhicule et une alimentation Batt de la batterie du véhicule. Comme visible dans cette figure, une diode D est montée aux bornes des bobines primaires 8 de façon à éviter la circulation d'un courant inverse dans les bobines primaires. Le boîtier de commande 19 du ralentisseur est un boîtier électronique comprenant par exemple un circuit logique de type ASIC fonctionnant sous 5V, et/ou un circuit de commande de puissance capable de gérer des courants d'intensité élevée. Ce boîtier de commande 19 comprend une entrée apte à recevoir un signal de pilotage du ralentisseur, représentatif d'un niveau de couple de ralentissement demandé au ralentisseur. Le boîtier de commande 19 détermine en temps réel une intensité maximale Imax admissible pour le courant à injecter dans les bobines primaires 8. Il définit ensuite la valeur de l'intensité le du courant d'excitation, à partir de l'intensité maximale Imax et de la valeur prise par le signal de commande. L'intensité maximale admissible Imax du courant d'excitation le à injecter dans les bobines primaires est déterminée dans le boîtier de commande 19 en temps réel à partir de données et de mesures représentatives du régime de rotation de l'arbre rotatif 7, de la puissance calorifique que le circuit de refroidissement est capable de dissiper, et du débit du liquide de refroidissement. Le boîtier de commande 19 détermine d'abord trois intensités, notées respectivement I1, I2 et I3, correspondant à trois critères distincts, et il attribue à Imax la plus faible des trois valeurs Il, I2 et I3. Ces trois intensités Il, I2 et I3 correspondent à trois conditions distinctes à respecter. La première intensité, Il, est une valeur seuil du courant d'excitation Ie, au-delà de laquelle le courant If circulant dans les bobines inductrices 13 est trop élevé, et provoque l'endommagement des bobines inductrices 13 ou du pont redresseur 15, ou bien des bobinages secondaires 5A-5C. Cette première intensité Il dépend principalement du régime Na de rotation de l'arbre rotatif 7, puisque pour une même valeur de courant d'excitation le injecté dans les bobines primaires, l'intensité du courant If circulant dans les bobines inductrices 13 augmente avec le régime de rotation Na de l'arbre 7. L'intensité I2 est une valeur seuil au-delà de laquelle la puissance calorifique générée par les courants de Foucault est supérieure à la puissance calorifique que le circuit de refroidissement est capable d'évacuer. Si l'intensité du courant d'excitation le est supérieure à I2, le liquide de refroidissement entre en ébullition. L'intensité I3 est une valeur seuil au-delà de laquelle la température de la chemise cylindrique 9 est trop élevée et provoque également l'entrée en ébullition du liquide de refroidissement, même si celui-ci est capable d'évacuer la puissance calorifique générée par les courants de Foucault. L'intensité I1 est déterminée par lecture dans une table de données mémorisée dans le boîtier de commande 19, qui comprend, pour différentes valeurs du régime de rotation Na l'intensité admissible pour le courant d'excitation Ie. Cette table correspond au graphe de la figure 3, représentatif du courant le admissible en fonction du régime Na, et qui est une courbe décroissante à asymptote horizontale. Le régime de rotation Na de l'arbre rotatif 7 peut provenir d'un capteur de vitesse de rotation équipant le ralentisseur, ou bien être déduit de données disponibles sur un bus de données CAN du véhicule auquel le boîtier 19 est relié. Dans ce cas, le facteur du multiplicateur de vitesse 6 est mémorisé dans le boîtier de commande 19 pour permettre la détermination du régime Na à partir des données du bus CAN. La seconde intensité I2 est déterminée à partir de données et mesures représentatives de la puissance calorifique que le circuit de refroidissement liquide est capable de dissiper, de façon à engendrer des courants de Foucault générant une puissance calorifique correspondant à la puissance calorifique que le circuit de refroidissement est capable de dissiper. Cette puissance calorifique est conditionnée principalement par un écart, noté DT, entre la température du liquide de refroidissement en entrée 11 du ralentisseur et en sortie 12 du ralentisseur, et par le débit, noté D, du liquide de refroidissement dans le ralentisseur. La puissance calorifique que le circuit de refroidissement peut dissiper est d'autant plus élevée que l'écart DT et le débit D sont importants. L'écart de température DT est déterminé à partir de deux sondes thermiques placées respectivement en entrée 11 et en sortie 12 du circuit de refroidissement, ces sondes étant reliées au boîtier de commande 19. Le débit D du liquide de refroidissement correspond au régime de rotation d'une pompe à eau entraînée par le moteur thermique du véhicule, et qui provoque la circulation du liquide dans le circuit de refroidissement. Le débit D résulte du régime de rotation du moteur thermique, noté Nt, et d'une abaque représentative de la caractéristique de cette pompe. Le boîtier de commande 19 récupère sur le bus CAN le régime de rotation Nt pour déterminer le débit D à partir de l'abaque de la pompe mémorisée dans ce boîtier de commande 19. La puissance calorifique à dissiper par le circuit de refroidissement liquide correspond principalement à la puissance calorifique issue des courants de Foucault circulant dans la chemise cylindrique 9. Celle-ci est directement liée à l'intensité du courant, noté If, qui circule dans les bobines inductrices 13. Ce courant If a lui-même une intensité dépendant du régime de rotation Na de l'arbre rotatif 7, et de l'intensité du courant d'excitation Ie. La détermination de la seconde intensité I2 consiste à identifier d'abord une valeur seuil du courant If circulant dans les bobines inductrices au-delà de laquelle la puissance calorifique générée par les courants de Foucault serait supérieure à la puissance calorifique que le circuit de refroidissement liquide est capable de dissiper. Cette valeur seuil de l'intensité du courant If, qui dépend donc de l'écart DT et du débit D, est par exemple lue dans une table de données numériques mémorisée dans le boîtier de commande 19. A partir de cette valeur seuil du courant If circulant dans les bobines inductrices, et du régime de rotation Na de l'arbre rotatif 7, la valeur de la seconde intensité I2 du courant d'excitation est lue dans une autre table de données. Cette autre table de données indique la valeur de le pour différentes valeurs de If et de Na. La troisième intensité I3 correspond à une condition à respecter par la température de la chemise, qui doit rester inférieure à une température critique, notée Tc, pour ne pas provoquer l'entrée en ébullition du liquide de refroidissement. Cette température critique Tc dépend principalement du débit D de liquide de refroidissement, selon une loi d'évolution représentée sur le graphe de la figure 4 : plus le débit D est élevé, plus la température critique Tc peut être importante. Lorsque la température du liquide de refroidissement évolue autour de cent-cinq degrés, ce qui correspond au graphe de la figure 4, la température de la chemise cylindrique 9 dépend principalement de l'intensité If du courant circulant dans les bobines inductrices 13. La détermination de cette troisième intensité I3 consiste à lire d'abord la température critique Tc admissible pour le débit D considéré dans une table de données mémorisée dans le boîtier de commande 19, cette table de données correspondant au graphe de la figure 4. La valeur du courant If circulant dans les bobines inductrices 13 et correspondant à la température critique Tc est ensuite lue dans une autre table de données qui donne, pour différentes températures critiques Tc, la valeur de If correspondante, pour des conditions de fonctionnement normales, c'est-à-dire pour une température du liquide de refroidissement proche de cent-cinq degrés. La valeur de I3 est ensuite déterminée à partir du régime Na de l'arbre rotatif 7 et du courant If déterminé ci-dessus, par lecture dans une autre table de données mettant en correspondance le et If pour différentes valeurs du régie Na. Dans le mode de réalisation présenté ci-dessus, les données sont mémorisées dans le boîtier de commande 19 sous forme de tables de données distinctes, mais ces données peuvent être mémorisées sous forme d'un ou plusieurs tableaux dynamiques croisés. Ceci permet de faciliter l'implémentation du procédé de pilotage selon l'invention tout en offrant une flexibilité permettant une adaptabilité à différents contextes d'utilisation. Dans l'exemple ci-dessus, les intensités I2 et I3 sont déterminées en se référent, de façon intermédiaire, à des valeurs seuil du courant If circulant dans les bobines inductives 13, et en déterminant l'intensité de courant d'excitation, I2 ou I3 à la valeur de If souhaitée, pour le régime Na considéré. Il est également possible d'implémenter le procédé selon l'invention en déterminant directement les valeurs de I2 et I3 sans déterminer de valeur seuil du courant If. La valeur de I2 peut être directement lue dans une table donnant des valeurs de I2 à partir de différentes valeurs de débit D et d'écarts DT. De façon analogue, la valeur de I3 peut être déterminée par lecture directe dans une table de données donnant des valeurs de I3 correspondant à différentes valeurs du débit D. L'invention offre notamment les avantages suivants . Elle permet d'augmenter la valeur du courant d'excitation injecté dans les bobines primaires pour obtenir un couple de ralentissement plus élevé. Sans une telle régulation, l'intensité du courant d'excitation est limitée à une valeur relativement faible correspondant uniquement à des conditions d'utilisation du ralentisseur prédéterminées. L'invention permet également d'augmenter la fiabilité et la longévité du ralentisseur en évitant de le faire fonctionner dans une gamme située au delà de ses possibilités.10 REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer, dans un boîtier de commande, une intensité maximale admissible (Imax) d'un courant d'excitation (Ie) à injecter dans des bobines primaires (8) statoriques d'un ralentisseur électromagnétique (1) comprenant un arbre rotatif (7) portant des bobinages secondaires (5) et des bobines inductrices (13) alimentées électriquement par ces bobinages secondaire (5), les bobines primaires (8) et les bobinages secondaires (5) formant une génératrice, ce ralentisseur (1) comprenant une chemise cylindrique (9) fixe entourant les bobines inductrices (13) et dans laquelle les bobines inductrices (13) génèrent des courants de Foucault, et un circuit de refroidissement à circulation de liquide de cette chemise, ce procédé consistant à déterminer l'intensité maximale (Imax) en temps réel à partir de mesures représentatives du régime de rotation (Na) de l'arbre rotatif (7), de la puissance calorifique que le circuit de refroidissement est capable de dissiper (DI, D), et du débit (D) du liquide de refroidissement, ces données provenant de capteurs reliés au boitier de commande (19). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les mesures représentatives de la puissance calorifique que le circuit de refroidissement est capable de dissiper comprennent une valeur d'écart (DI) entre la température du liquide de refroidissement en entrée (11) et en sortie (12) du circuit de refroidissement et une valeur représentative du débit (D) du liquide de refroidissement. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, consistant à déterminer une première intensité (I1) à partir du régime de rotation (Na) de l'arbre rotatif (7), une seconde intensité (I2) à partir de la puissance calorifique que le circuit de refroidissement est capable de dissiper, et une troisième intensité (I3) à partir dudébit (D) du liquide de refroidissement et à attribuer à l'intensité maximale (Imax) admissible la plus petite valeur parmi la première, la seconde et la troisième intensité (I1, I2, I3). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'intensité maximale (Imax) admissible est déterminée dans le boîtier de commande (19) à partir de tables de valeurs numériques mémorisées dans ce boîtier de commande (19), ces tables comprenant des valeurs représentatives du courant maximal (Imax) admissible pour différentes conditions de fonctionnement. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les valeurs sont mémorisées sous forme de tableau dynamique croisé. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, consistant à déterminer la valeur représentative du débit (D) de liquide de refroidissement à partir du régime (Nt) d'un moteur thermique du véhicule et d'une abaque caractéristique d'une pompe à eau entraînée par ce moteur thermique, cette pompe à eau provoquant la circulation du liquide de refroidissement. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la valeur significative du régime du moteur thermique est issue de données transmises par un bus CAN.