Brevet FR2924627A1 — publié le 20090612

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation d'un ensemble d'actionneurs à membranes en polymère électro-actif, notamment d'un ensemble d'actionneurs destinés à modifier les caractéristiques aérodynamiques d'un véhicule automobile. Il est connu de pouvoir améliorer la traînée aérodynamique d'un véhicule par l'expulsion de jet synthétique d'air au niveau de la carrosserie de ce véhicule. Cette application nécessite un ensemble d'actionneurs, tous électriques, qui comprennent chacun une cavité close ouverte à l'extérieur via un orifice et dont au moins une des parois est constituée d'une ou de plusieurs membranes vibrantes. Ces membranes peuvent être réalisées à partir de différents matériaux actifs. Certaines technologies de membrane nécessitent des tensions d'amplitude 200 à 300 fois plus élevée que celle de la tension disponible sur le réseau électrique de bord du véhicule. Ces membranes sont par exemple en polymère électro-actif. L'introduction d'une telle innovation dans un véhicule pose un problème technique de structure du dispositif permettant de piloter électriquement ces actionneurs. On connaît par exemple, de différents documents (FR 2 896 757, EP 1 544 089, US 6,471,477, US 6,457,654), l'utilisation de jets synthétiques pour améliorer l'aérodynamique d'un véhicule. L'amélioration de l'aérodynamique est obtenue par la présence de jet synthétique à la surface de la carrosserie du véhicule, le jet synthétique étant par exemple créé à l'orifice d'une cavité dans laquelle un actionneur électrique fait vibrer une ou plusieurs membranes. On connaît également des brevets US 5,090,766 et US 4,810,022 des systèmes électroniques pour actionner des déflecteurs d'air pour améliorer l'aérodynamique d'un véhicule ou, de la demande US 20050121946, l'utilisation de matériaux actifs pour déformer la MS\REN044FR.dpt carrosserie d'un véhicule ou permettre de créer des dispositifs de type déflecteur d'air. Le problème technique évoqué plus haut est encore rendu plus complexe par le fait que l'utilisation d'un tel système aérodynamique nécessite de nombreux actionneurs électriques alimentés en parallèle. Ceci a tendance à rendre l'architecture de pilotage des actionneurs complexe, coûteuse, volumineuse et lourde. Ces inconvénients sont discriminants et peuvent être rédhibitoires pour une architecture devant en outre être produite en grande série et devant être embarquée. En outre, le pilotage des actionneurs nécessite une tension alternative dont l'amplitude peut varier de 1000 Volts à 6000 Volts crête à crête selon la technologie de la membrane vibrante de l'actionneur utilisée. La forme d'onde de cette tension doit pouvoir varier (par exemple sinusoïdale, trapézoïdale, carrée... ) et la fréquence de pilotage doit également pouvoir varier de 100 Hz à 1000 Hz. Ainsi, la gamme de tension devant être utilisée pour cette application n'est pas dans les (ou est à la limite des) gammes de tenue de tension de nombreux composants électroniques, notamment les transistors. De plus, la fréquence devant être utilisée est relativement basse et la puissance électrique totale conséquente. Ces différents constats montrent que les composants électroniques passifs, inductifs ou capacitifs (condensateurs, inductances, transformateurs ... ), qui devront être utilisés seront nécessairement de forte valeur (en Farad et en Henry) et de volume important (par conséquent de masse élevée). L'encombrement de cette architecture de pilotage devant en outre être conséquent du fait de présence de tensions très élevées nécessitant des distances d'isolement électrique importantes MS\REN044FR.dpt dans les composants électroniques et entre les composants électroniques. Le but de l'invention est de fournir un dispositif d'alimentation obviant aux inconvénients identifiés précédemment et permettant d'améliorer les dispositifs d'alimentation connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un dispositif d'alimentation simple, d'encombrement et de masse réduits de façon à ce qu'il puisse être produit en grande série à faible coût et à ce qu'il puisse être embarqué dans un véhicule. Selon l'invention, le dispositif d'alimentation d'un ensemble d'actionneurs à membranes en polymère électro-actif est caractérisé en ce qu'il comprend : un moyen de conversion pour convertir un signal de tension d'entrée en un signal de tension de sortie alternatif, et un moyen de connexion pour fournir à chaque membrane le signal de tension de sortie. Le signal de tension d'entrée peut être de type Très Basse Tension et le 20 signal de tension de sortie peut être de type Basse Tension ou Haute Tension. Le moyen de connexion peut consister en des conducteurs électriques appliquant directement le signal de tension de sortie sur chaque 25 membrane. Le moyen de conversion peut comprendre un convertisseur-élévateur de tension du type continu-continu et du type à découpage. 30 Le signal de tension d'entrée peut être de type continu. MS\REN044FR.dpt Le signal de tension d'entrée peut être fourni par une batterie d'accumulateurs et/ou un générateur électrique tel qu'un alternateur. Le dispositif d'alimentation peut comprendre un moyen de filtrage du signal de sortie. Le dispositif d'alimentation peut comprendre un moyen de mise en forme du signal de sortie. Le moyen de mise en forme du signal de sortie peut être piloté par un moyen de commande. L'installation selon l'invention comprend un dispositif d'alimentation défini précédemment et un ensemble d'actionneurs à membranes en polymère électro-actif alimenté par ce dispositif d'alimentation. Les actionneurs peuvent être des actionneurs modifiant les caractéristiques aérodynamiques d'un véhicule automobile. Le véhicule automobile selon l'invention comprend une installation définie précédemment ou un dispositif d'alimentation défini précédemment. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention. La figure 1 est un schéma d'une installation comprenant un ensemble d'actionneurs et un dispositif d'alimentation alimentant ces actionneurs. La figure 2 est un schéma d'un dispositif d'alimentation alimentant ces 30 actionneurs. Le principe de l'invention est de fournir un dispositif d'alimentation dont MS\REN044FR.dpt25 l'architecture est centralisée, c'est-à-dire qu'on centralise la production du signal électrique qui est appliqué aux différentes membranes des différents actionneurs. Cette solution permet dé n'avoir recours qu'à un seul dispositif pour alimenter les différentes membranes L'installation 1 représentée aux figures 1 et 2 comprend principalement un dispositif d'alimentation 4 alimentant un ensemble 2 d'actionneurs 3a, 3b, 3c. Ces actionneurs sont du type à membrane en polymère électroactif et sont par exemple utilisés sur la carrosserie d'un véhicule pour améliorer ses caractéristiques aérodynamiques. Les actionneurs comprennent ainsi une cavité fermée 11 a, 11 b, 11 c munie d'un orifice 10a, 10b, 10c et dont une paroi présente une membrane déformable 12a, 12b, 12c. Les déformations de la membrane, sous l'effet de tensions électriques, permettent de produire des jets d'air synthétiques sortant des orifices. Le dispositif d'alimentation comprend un moyen 6 de mise en forme d'un signal de tension de sortie alimentant les membranes d'actionneurs à partir d'un signal de tension d'entrée fourni par exemple par une batterie 5 associée ou non à un générateur électrique (tel qu'un alternateur par exemple). Lorsque les membranes sont en polymère électro-actif, elles doivent être alimentées par une tension alternative importante. Ainsi, le signal de tension d'entrée peut être du type continu et Très Basse Tension et le signal de tension de sortie peut être du type alternatif et Basse Tension ou Haute Tension. Le moyen de mise en forme est aussi appelé électronique de puissance centrale. II est piloté par une unité de commande électronique 7 lui fournissant des consignes de caractéristiques électriques du signal de tension de sortie telles que notamment la tension crête à crête du signal, la forme du signal et la fréquence du signal. Cette unité de commande électronique est de préférence reliée à un réseau de communication (par exemple CAN ou MS\REN044FR.dpt LIN) fournissant des informations telles que par exemple des informations cinétiques et/ou dynamiques du véhicule. Le dispositif d'alimentation comprend aussi un réseau électrique 13 distribuant le signal de tension de sortie vers les différents actionneurs. Ce réseau électrique 13 comprend des conducteurs électriques reliant directement la sortie du moyen 6 de mise en forme de tension aux membranes des actionneurs branchées en parallèle, de sorte que toutes les membranes sont alimentées par le même signal de tension. De préférence, ce réseau consiste uniquement en ces conducteurs électriques reliant directement la sortie du moyen de mise en forme de tension la tension de sortie aux membranes des actionneurs. Comme représenté à la figure 2, le moyen 6 de mise en forme du signal de tension de sortie comprend un convertisseur-élévateur de tension 8 et un filtre 9. Les allures des signaux de tension obtenus en entrée, en sortie de convertisseur et en sortie du filtre sont représentés sur cette figure 2. Le convertisseur-élévateur permettant de convertir le signal de tension d'entrée en un signal de tension alternative présente par exemple une topologie flyback, forward, boost, step-up, à résonance ou non, en pont complet ou en pont partiel. Dans une mode de réalisation préféré, le convertisseur-élévateur est du type à découpage et du type continu/continu. Le fait que le convertisseur soit du type à découpage permet de réduire son coût et d'améliorer son rendement (notamment comparé à un amplificateur linéaire). En outre, le fait que le convertisseur soit du type continu-continu permet une élévation de tension importante et de fournir des signaux de formes variées (notamment comparé à un convertisseur continu-alternatif). En entrée de ce convertisseur la tension est continue et en sortie la tension est également continue. Cependant, les caractéristiques du convertisseur MS\REN044FR.dpt sont modifiées de manière dynamique par l'unité de commande électronique 7 de manière à obtenir au final en sortie du convertisseur élévateur un signal de tension alternatif selon une forme d'onde, une amplitude et une fréquence définies par l'unité de commande électronique 7. Ceci nécessite que la fréquence de découpage utilisée soit élevée (typiquement de plusieurs dizaines de kilohertz) et que le filtrage de sortie du convertisseur soit très succinct pour éviter des ondulations résiduelles de tension trop importantes sans pour autant présenter une fréquence de coupure trop basse. Ces deux paramètres ajustés, la dynamique sur la tension de sortie du convertisseur de tension présente la performance requise. Dans une variante de réalisation, il est possible de proposer une fonction de sélection, individuelle ou par bloc, des actionneurs à alimenter. Cela peut se faire par une multiplicité de sorties du moyen de mise en forme de la tension de sortie qui sont activées individuellement. Le dispositif d'alimentation décrit ci-dessus dans une application d'installation permettant d'améliorer les caractéristiques aérodynamiques d'un véhicule peut être utilisé dans toute autre application présentant un ensemble de plusieurs membranes en polymère électro-actif à alimenter. Le dispositif d'alimentation selon l'invention présente l'avantage de centraliser �l'intelligence � de l'installation c'est-à-dire la génération du signal de tension approprié pour alimenter les membranes en polymère électro-actif. En outre, la centralisation de la production de la tension de sortie de forte amplitude permet de simplifier les moyens de protection nécessaires pour éviter que celle-ci ne perturbe les autres systèmes électriques et électroniques à proximité. MS\REN044FR.dpt Revendications : 1 Dispositif (4) d'alimentation d'un ensemble (2) d'actionneurs (3a, 3b, 3c, 3d) à membranes (12a, 12b, 12c, 12d) en polymère électro-actif, caractérisé en ce qu'il comprend : un moyen (8) de conversion pour convertir un signal de tension d'entrée en un signal de tension de sortie alternatif, et un moyen (13) de connexion pour fournir à chaque membrane le signal de tension de sortie. 2. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de tension d'entrée est de type Très Basse Tension et en ce que le signal de tension de sortie est de type Basse Tension ou Haute Tension. 3. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de connexion consiste en des conducteurs électriques appliquant directement le signal de tension de sortie sur chaque membrane. 4. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de conversion comprend un convertisseur-élévateur de tension du type continu-continu et du type à découpage. 25 5. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de tension d'entrée est de type continu. 30 6. Dispositif d'alimentation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le signal de tension d'entrée est fourni par MS\REN044FR.dpt 20une batterie (5) d'accumulateurs et/ou un générateur électrique tel qu'un alternateur. 7. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (9) de filtrage du signal de sortie. 8. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (6) de mise en forme du signal de sortie. 9. Dispositif d'alimentation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen de mise en forme du signal de sortie est piloté par un moyen de commande (7). 10. Installation (1) comprenant un dispositif d'alimentation (4) selon l'une des revendications précédentes et un ensemble (2) d'actionneurs (3a, 3b, 3c, 3d) à membranes (12a, 12b, 12c, 12d) en polymère électro-actif alimenté par ce dispositif d'alimentation. 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les actionneurs sont des actionneurs modifiant les caractéristiques aérodynamiques d'un véhicule automobile. 25 12. Véhicule automobile comprenant une installation (1) selon la revendication 10 ou 11 ou un dispositif d'alimentation (4) selon l'une des revendications 1 à 9. MS\REN044FR.dpt 20