Brevet FR2918225A1 — publié le 20090102

La présente invention concerne une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, capable de fonctionner en alternateur. On connaît par le brevet US 6 995 544 un système de contrôle pour alternateur électrique comportant: - un premier comparateur de température permettant de déclencher une limitation d'une tension de commande (résultant en une limitation du courant délivré dans l'alternateur) lorsque la température de l'alternateur atteint une première température d'activation, - un deuxième comparateur de température permettant de déclencher une interruption du courant délivré dans l'alternateur lorsque la température de l'alternateur atteint une seconde température d'activation supérieure à la première. Par ailleurs, sur des alterno-démarreurs connus, le rapport cyclique associé à l'excitation du rotor est limité, en fonctionnement en alternateur, à une valeur mémorisée dans une table et choisie en fonction de la vitesse de rotation de l'alterno-démarreur afin d'éviter une surchauffe de celui-ci. La table précitée contient des valeurs de rapport cyclique mesurées sur un banc dans des conditions de température maximale, ce qui assure une marge de sécurité pour éviter toute surchauffe. L'invention vise notamment à améliorer la performance d'une machine électrique tournante capable de fonctionner en alternateur. L'invention a ainsi pour objet une machine électrique tournante, notamment 2 pour véhicule automobile, capable de fonctionner au moins en alternateur, comportant une unité de contrôle agencée pour: traiter une information représentative de la température de la machine électrique, et une information représentative d'une grandeur électrique de la machine électrique, déterminer, au moins en fonction de l'information représentative de la température, une valeur seuil de la grandeur électrique, comparer l'information représentative de la grandeur électrique à la valeur seuil déterminée, et contrôler la grandeur électrique en fonction de ladite comparaison. L'invention permet notamment de réguler de manière dynamique, en tenant compte de la température, la grandeur électrique de la machine, ce qui permet à celle-ci de fonctionner avec une performance optimale. Ceci est particulièrement avantageux lorsque la machine fonctionne dans un environnement où la 15 température est bien inférieure à une valeur maximale admise. La plage de fonctionnement de la machine peut ainsi être élargie. De préférence, la machine électrique tournante comprend un rotor et la grandeur électrique est associée au rotor. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la grandeur électrique 20 contrôlée correspond à un courant rotorique. En variante, la grandeur électrique contrôlée correspond à une tension rotorique ou à un rapport cyclique. 10 3 Avantageusement, l'unité de contrôle est agencée pour, lorsque la grandeur électrique de la machine présente une valeur supérieure à la valeur seuil déterminée, réduire la valeur de la grandeur électrique sensiblement à la valeur seuil déterminée. De préférence, l'unité de contrôle est agencée pour contrôler la grandeur électrique à la fois en fonction de la température de la machine et en fonction de la vitesse de rotation du rotor, ce qui permet d'augmenter la performance de la machine électrique. De préférence, la machine électrique tournante est un alterno-démarreur. En variante, la machine électrique est un alternateur. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'unité de contrôle peut être agencée pour: recevoir une information représentative de la température de la machine électrique, une information représentative de la vitesse de rotation du rotor, et une information représentative du courant rotorique, déterminer, en fonction des informations représentatives de la température et de la vitesse, une valeur seuil du courant rotorique, comparer l'information représentative du courant rotorique à la valeur seuil déterminée, et contrôler le courant rotorique en fonction de ladite comparaison. Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'unité de contrôle est agencée pour: 20 5 10 1520 4 recevoir une information représentative de la température de la machine électrique, une information représentative de la vitesse de rotation du rotor, et une information représentative de la tension rotorique, déterminer, en fonction des informations représentatives de la température et de la vitesse, une valeur seuil de la tension rotorique, comparer l'information représentative de la tension rotorique à la valeur seuil déterminée, et contrôler la tension rotorique en fonction de ladite comparaison. Encore dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'unité de contrôle est agencée pour: traiter une information représentative de la température de la machine électrique, une information représentative de la vitesse de rotation du rotor, et une information représentative du rapport cyclique, déterminer, en fonction des informations représentatives de la température et de la vitesse, une valeur seuil du rapport cyclique, comparer l'information représentative du rapport cyclique à la valeur seuil déterminée, et contrôler le rapport cyclique en fonction de ladite comparaison. Avantageusement, au moins un capteur de température peut être prévu pour mesurer la température de la machine. Le capteur de température peut être placé sur un carter de la machine électrique. Ce capteur peut par exemple être disposé sur un support d'un capteur de vitesse de la machine. En variante, la machine comportant un stator comprenant des enroulements statoriques et un corps statorique, le capteur de température peut être agencée 5 pour mesurer une température associée au stator, notamment à un enroulement statorique ou au corps statorique. Si on le souhaite, l'unité de contrôle est agencée pour contrôler la grandeur électrique comme décrit ci-dessus, seulement lorsque la température de la machine, notamment celle du stator, dépasse une valeur prédéterminée. L'invention concerne également un système comportant une machine électrique tournante telle que définie ci-dessus et une unité de stockage d'énergie. L'unité de stockage d'énergie peut comporter par exemple au moins un super-condensateur. Selon un aspect de l'invention, le système précité comporte une batterie, par 15 exemple une batterie au plomb, et un convertisseur continu-continu interposé entre l'unité de stockage d'énergie et la batterie. L'invention a également pour objet un système comportant une unité de stockage d'énergie, une machine électrique tournante comportant un rotor et une unité de contrôle agencée pour: 20 traiter une information représentative de la température de la machine électrique, une information représentative de la vitesse de rotation du rotor, une information représentative de la tension délivrée par l'unité de stockage d'énergie, et une information 6 représentative du rapport cyclique, déterminer, en fonction des informations représentatives de la température, de la vitesse et de la tension délivrée par l'unité de stockage d'énergie, une valeur seuil du rapport cyclique, comparer l'information représentative du rapport cyclique à la valeur seuil déterminée, et contrôler le rapport cyclique en fonction de ladite comparaison. L'invention a également pour objet un procédé pour contrôler une grandeur électrique dans une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, capable de fonctionner au moins en alternateur, le procédé comportant les étapes suivantes: traiter une information représentative de la température de la machine électrique, et une information représentative d'une grandeur électrique de la machine électrique, déterminer, au moins en fonction de l'information représentative de la température, une valeur seuil de la grandeur électrique, comparer l'information représentative de la grandeur électrique à la valeur seuil déterminée, et contrôler la grandeur électrique en fonction de ladite comparaison. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : 7 - la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, une machine électrique tournante conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 2 correspond à un schéma-blocs illustrant différentes étapes de fonctionnement de la machine de la figure 1, - les figures 3, 5 et 7 représentent, schématiquement et partiellement, trois autres exemples de machine conforme l'invention, et - les figures 4, 6 et 8 correspondent à des schémas-blocs illustrant différentes étapes de fonctionnement de la machine respectivement des exemples de mise en oeuvre des figures 3, 5 et 7. On a représenté sur la figure 1 un système 20 comportant une machine électrique tournante réversible polyphasée 1 formée, dans l'exemple considéré, par un alterno-démarreur de véhicule automobile. Cet alterno-démarreur 1 est capable, outre d'être entraîné en rotation par un moteur thermique pour produire de l'énergie électrique (mode alternateur), de transmettre un couple à ce moteur thermique pour un démarrage (mode démarreur). Cet alterno-démarreur 1 est, dans l'exemple décrit, utilisé dans une architecture de type à freinage récupératif, afin de transformer une partie de l'énergie mécanique issue d'un freinage en énergie électrique. Cette énergie électrique récupérée est stockée dans une unité de stockage d'énergie 10 comportant un ou plusieurs super-condensateurs. 8 L'alterna-démarreur 1 comporte, d'une part, un stator 3 comprenant des enroulements 31, 32 et 33 formant dans l'exemple décrit trois phases, et d'autre part, un rotor 2 comprenant un enroulement 21. Les enroulements 31, 32 et 33 du stator 3 sont disposés suivant un montage en triangle, sans point neutre. Dans une variante non représentée, les enroulements peuvent être disposés suivant un montage en étoile, avec un point neutre. Les phases du stator 3 sont reliées à un convertisseur 5 réversible alternatif-continu (AC/DC). Sont reliés en série au convertisseur 5 AC/DC, l'unité de stockage 10, un premier convertisseur 11 réversible de tension continu-continu (DC/DC) et une batterie 12. La batterie 12 peut comprendre une batterie d'alimentation classique, par exemple de type batterie au plomb, ou NiMH (Nickel Métal Hydrure). L'unité de stockage d'énergie 10 et la batterie 12 permettent d'alimenter des réseaux électriques comprenant des consommateurs électriques du véhicule, par exemple des phares, une radio, une climatisation, des essuie-glaces. L'unité de stockage d'énergie 10 et la batterie 12 présentent chacune une valeur de tension maximale. La valeur de tension maximale de l'unité de stockage d'énergie 10, par exemple 28V, est supérieure à celle de la batterie 12, par exemple 14V. Les réseaux électriques peuvent être alimentés avec des tensions différentes, prises sur l'unité de stockage d'énergie 10 ou la batterie 12, en fonction de la charge électrique requise par ces réseaux électriques. 9 L'enroulement 21 du rotor 2 est relié en série avec un second convertisseur 8 continu-continu (DC/DC) alimenté par l'unité de stockage d'énergie 10. La machine électrique 1 comporte en outre une unité de contrôle 7 reliée aux convertisseurs 5 et 8 et pouvant être alimentée par l'unité de stockage 10. En variante, l'unité de contrôle 7 peut être alimentée par la batterie 12. L'unité de contrôle 7 peut comporter par exemple un microcontrôleur ou un ASIC (Application-Specific Integrated Circuit). L'unité de contrôle 7 est agencée pour recevoir une information représentative de la température de l'alterno-démarreur 1 provenant d'un capteur de température 14 placé par exemple sur un carter de l'alterno-démarreur 1. La température T mesurée est ainsi une température ambiante de la machine En variante, à la place d'une température T ambiante de la machine 1, il est possible de mesurer une température associée aux enroulements 31, 32 et 33 du stator 3 ou au corps du stator 3. Le capteur de température 14 peut par exemple être de type "NTC" (Negative Temperature Coefficient), pourvu d'une résistance à coefficient négatif. L'unité de contrôle 7 est également agencée pour recevoir une information représentative de la vitesse de rotation du rotor 2 provenant d'un capteur de vitesse 15. Le capteur de vitesse 15 peut être disposé à proximité du capteur de température 14. 10 Les capteurs 14 et 15 peuvent notamment être fixés sur un support commun, l'ensemble étant placé sur la machine électrique 1. En outre, l'unité de contrôle 7 est agencée pour recevoir une information représentative du courant rotorique (lexc) provenant d'un capteur de courant 17. Dans l'exemple décrit, il n'est pas nécessaire de réaliser des mesures de tension aux bornes de l'unité de stockage d'énergie 10. Dans le mode démarreur, l'unité de contrôle 7 commande le convertisseur 5 en vue de prélever une tension continue provenant de l'unité de stockage d'énergie 10 pour alimenter chaque phase du stator 3 en tension alternative. Dans le mode alternateur, en fonctionnement normal ou en freinage récupératif, l'unité de contrôle 7 commande le convertisseur 5 en vue de prélever des tensions alternatives provenant des phases du stator 3 pour, d'une part, charger l'unité de stockage d'énergie 10 et la batterie 12 en tension continue, et d'autre part, alimenter le réseau de bord en tension continue. L'unité de stockage d'énergie 10 peut être chargée, notamment en freinage récupératif, avec une valeur de tension supérieure à la valeur de tension maximale de la batterie 12. Le cas échéant, le premier convertisseur 11 permet des transferts d'énergie électrique entre l'unité de stockage d'énergie 10 et la batterie 12 en abaissant la tension à destination de cette batterie 12. On va maintenant décrire plus en détail, en référence à la figure 2, la manière dont l'unité de contrôle 7 permet d'optimiser la valeur lexc lorsque la machine 1 fonctionne en alternateur. 11 Cette unité de contrôle 7 est agencée pour, en fonction d'informations représentatives de la température T de la machine 1 et de la vitesse de rotation N du rotor 2 mesurées et envoyées par les capteurs 14 et 15 (étape 101), déterminer une valeur seuil lexcseuil du courant rotorique (étape 102). Dans l'exemple considéré, la valeur seuil lexcseuil est sélectionnée dans une table mémorisée dans l'unité de contrôle 7, cette table contenant une pluralité de valeurs seuil associées à différentes températures T et vitesses de rotation N prédéterminées. Ces valeurs seuil sont calculées lors d'essais préalables. L'unité de contrôle 7 permet ensuite de comparer (étape 104) une valeur du courant lexc mesurée et envoyée par le capteur 17 (étape 103) à la valeur seuil lexcseuil déterminée. Si la comparaison résulte en une valeur lexc supérieure à lexcseuil, l'unité de contrôle 7 commande le convertisseur DC/DC 8 afin d'abaisser le courant lexc à la valeur lexcseuil (étape 105). Ainsi, l'invention permet de réguler le courant rotorique lexc de manière dynamique, en fonction de la température T et de la vitesse N de l'alterna-démarreur 1, ce qui permet à celui-ci de fonctionner avec une performance optimale. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, l'unité de contrôle 7 est agencée pour agir sur le courant lexc. On ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque l'unité de contrôle 7 est agencée pour agir sur une grandeur électrique autre que l'intensité du courant lexc. 12 Par exemple, comme illustré sur la figure 3, le capteur 17 du courant lexc peut être remplacé par un capteur 18 de la tension Uexc d'excitation du rotor 2. Dans cet exemple de réalisation, l'unité de contrôle 7 détermine en fonction d'informations représentatives de la température T de la machine 1 et de la vitesse de rotation N du rotor 2, une valeur seuil de tension Uexcseuil (étape 107 de la figure 4) et compare (étape 109) une valeur Uexc mesurée par le capteur 18 (étape 108) à cette valeur Uexcseu;,. Si la comparaison résulte en une valeur Uexc supérieure à Uexcseuil, l'unité de contrôle 7 commande le convertisseur DC/DC 8 afin d'abaisser la tension Uexc à la valeur Uexcseuil (étape 110). Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, comme illustré à la figure 5, l'unité de contrôle 7 est agencée pour déterminer une information représentative du rapport cyclique (RC) provenant de capteurs de tension 18 et 19. Le rapport cyclique correspond au rapport de la tension Uexc d'excitation mesurée par le capteur 18 sur la tension Ubus délivrée par l'unité de stockage d'énergie 10 et mesurée par le capteur 19. L'unité de contrôle 7 est agencée pour, en fonction d'informations représentatives de la température T de la machine 1, de la vitesse de rotation N du rotor 2, et de la tension Ubus, mesurées et envoyées respectivement par les capteurs 14, 15 et 19 (étape 111 de la figure 6), déterminer une valeur seuil du rapport cyclique RCseuil (étape 112). La valeur seuil RCseuil est sélectionnée dans une table mémorisée dans l'unité de contrôle 7, cette table contenant une pluralité de valeurs seuil associées à 13 différentes températures T, vitesses de rotation N et tensions Ubus prédéterminées. L'unité de contrôle 7 compare ensuite (étape 114) une valeur du rapport cyclique RC mesurée et envoyée par les capteurs 18 et 19 (étape 113) à la valeur seuil RCseuil déterminée. Si la comparaison résulte en une valeur RC supérieure à RCseuil, l'unité de contrôle 7 commande le convertisseur DC/DC 8 afin d'abaisser le rapport cyclique RC à la valeur RCseuil (étape 115). On a représenté sur la figure 7 un autre exemple de réalisation d'une machine conforme à l'invention, dépourvue du convertisseur 11 DC/DC et d'unité de stockage d'énergie 10. La batterie 12 est reliée en série directement au convertisseur 5 AC/DC, le fonctionnement en freinage récupératif n'étant pas disponible dans ce mode de réalisation. Dans cet exemple de réalisation, l'unité de contrôle 7 détermine en fonction d'informations représentatives de la température T et de la vitesse de rotation N du rotor 2, une valeur seuil de rapport cyclique RCseuil (étape 117 de la figure 8) et compare (étape 119) une valeur RC mesurée par les capteurs 18 et 19 (étape 118) à cette valeur RCseuii. Si la comparaison résulte en une valeur RC supérieure à RCseuil, l'unité de contrôle 7 commande le convertisseur DC/DC 8 afin d'abaisser le rapport cyclique RC à la valeur RCseuil (étape 120). Revendications 1. Machine électrique tournante (1), notamment pour véhicule automobile, capable de fonctionner au moins en alternateur, comportant une unité de contrôle (7) agencée pour: • traiter une information représentative de la température (T) de la machine électrique (1), et une information représentative d'une grandeur électrique de la machine électrique (1), • déterminer, au moins en fonction de l'information représentative de la température (T), une valeur seuil de la grandeur électrique, • comparer l'information représentative de la grandeur électrique à la valeur seuil déterminée, et • contrôler la grandeur électrique en fonction de ladite comparaison. 2. Machine selon la revendication précédente, comportant un rotor (2), caractérisée par le fait que la grandeur électrique est associée au rotor (2). 3. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que la grandeur électrique contrôlée correspond à un courant rotorique (lexc). 20 15 4. Machine selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la grandeur électrique contrôlée correspond à une tension rotorique (Uexc). 5. Machine selon la revendication 1 et 2, caractérisée par le fait que la grandeur électrique contrôlée correspond à un rapport cyclique (RC). 6. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'unité de contrôle (7) est agencée pour, lorsque la grandeur électrique de la machine (1) présente une valeur supérieure à la valeur seuil déterminée, réduire la valeur de la grandeur électrique sensiblement à la valeur seuil déterminée. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'unité de contrôle (7) est agencée pour contrôler la grandeur électrique également en fonction de la vitesse de rotation (N) du rotor (2). 8. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la machine électrique tournante (1) est un alterno-démarreur. 16 9. Machine selon les revendications 3 et 7 et éventuellement l'une au moins des revendications 6 et 8, caractérisée par le fait que l'unité de contrôle (7) est agencée pour: - recevoir une information représentative de la température (T) de la machine électrique (1), une information représentative de la vitesse de rotation (N) du rotor (2), et une information représentative du courant rotorique (lexc), déterminer, en fonction des informations représentatives de la température (T) et de la vitesse (N), une valeur seuil du courant rotorique (lexcseu,), - comparer l'information représentative du courant rotorique (lexc) à la valeur seuil déterminée (lexcseu,), et - contrôler le courant rotorique (lexc) en fonction de ladite comparaison. 10. Machine selon les revendications 4 et 7 et éventuellement l'une au moins des revendications 6 et 8, caractérisée par le fait que l'unité de contrôle (7) est agencée pour: - recevoir une information représentative de la température (T) de la machine électrique (1), une information représentative de la vitesse de rotation (N) du rotor (2), et une information représentative de la tension rotorique (Uexc), 17 déterminer, en fonction des informations représentatives de la température (T) et de la vitesse (N), une valeur seuil de la tension rotorique (Uexcseu,), -comparer l'information représentative de la tension rotorique (Uexc) à la valeur seuil déterminée (Uexcseu,), et - contrôler la tension rotorique (Uexc) en fonction de ladite comparaison. 11. Machine selon les revendications 5 et 7 et éventuellement l'une au moins 10 des revendications 6 et 8, caractérisée par le fait que l'unité de contrôle (7) est agencée pour: - traiter une information représentative de la température (T) de la machine électrique (1), une information représentative de la vitesse de rotation (N) du rotor (2), et une information représentative du rapport cyclique (RC), - déterminer, en fonction des informations représentatives de la température (T) et de la vitesse (N), une valeur seuil du rapport cyclique (RC), - comparer l'information représentative du rapport cyclique (RC) à la valeur seuil déterminée (RCseu,), et - contrôler le rapport cyclique (RC) en fonction de ladite comparaison. 12. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 20 18 caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un capteur de température (14) prévu pour mesurer la température (T) de la machine (1). 13. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que le capteur de température (14) est placé sur un carter de la machine électrique (1). 14. Machine selon la revendication précédente, comportant un capteur de vitesse (15) de la machine (1) disposé sur un support, caractérisée par le fait que le capteur de température (14) est disposé sur le support du capteur de vitesse (15). 15. Machine selon la revendication 12, comportant un stator (3) comprenant des enroulements statoriques (31, 32, 33) et un corps statorique, caractérisée par le fait que le capteur de température (14) est agencé pour mesurer une température (T) associée au stator (3), notamment à un enroulement (31, 32, 33) statorique ou au corps statorique. 16. Système (20) comportant une machine électrique tournante (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes et une unité de stockage d'énergie (10). 17. Système (20) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que 10 15 20l'unité de stockage d'énergie (10) comporte au moins un super-condensateur. 18. Système (20) selon la revendication 17, comportant une batterie (12), 5 caractérisé par le fait qu'il comporte un convertisseur continu-continu (11) interposé entre l'unité de stockage d'énergie (10) et la batterie (12). 19. Système (20) comportant: - une unité de stockage d'énergie (10), - une machine électrique tournante (1) comportant un rotor (2) et une unité de contrôle (7) agencée pour: • traiter une information représentative de la température (T) de la machine électrique (1), une information représentative de la vitesse de rotation (N) du rotor (2), une information représentative de la tension (Ubus) délivrée par l'unité de stockage (10), et une information représentative du rapport cyclique (RC), • déterminer, en fonction des informations représentatives de la température (T), de la vitesse (N) et de la tension (Ubus) délivrée par l'unité de stockage (10), une valeur seuil du rapport cyclique (RCseu,), • comparer l'information représentative du rapport cyclique (RC) à la valeur seuil déterminée (RCseu,), et 20 • contrôler le rapport cyclique (RC) en fonction de ladite comparaison. 20. Machine électrique tournante (1), notamment pour véhicule automobile, 5 capable de fonctionner au moins en alternateur, comportant un stator (3) et une unité de contrôle (7) agencée pour, seulement lorsque la température (T) de la machine, notamment du stator (3), dépasse une température prédéterminée: • traiter une information représentative de la température (T) de la machine électrique (1), et une information représentative d'une grandeur électrique de la machine électrique (1), • déterminer, au moins en fonction de l'information représentative de la température (T), une valeur seuil de la grandeur électrique, • comparer l'information représentative de la grandeur électrique à la valeur seuil déterminée, et • contrôler la grandeur électrique en fonction de ladite comparaison. 20 21. Procédé pour contrôler une grandeur électrique dans une machine électrique tournante (1), notamment pour véhicule automobile, capable de fonctionner en alternateur, le procédé comportant les étapes suivantes: 10 155- traiter une information représentative de la température (T) de la machine électrique (1), et une information représentative d'une grandeur électrique de la machine électrique (1), - déterminer, au moins en fonction de l'information représentative de la température (T), une valeur seuil de la grandeur électrique, - comparer l'information représentative de la grandeur électrique à la valeur seuil déterminée, et - contrôler la grandeur électrique en fonction de ladite comparaison.