Brevet FR2928503A1 — publié le 20090911

Véhicule automobile et procédé d'alimentation d'une machine électrique tournante réversible l000i L'invention concerne un véhicule automobile et un procédé d'alimentation d'une 5 machine électrique tournante réversible de ce véhicule automobile. [0002] Le déposant connaît des véhicules automobiles comprenant une machine électrique tournante réversible propre à fonctionner en moteur et, en alternance, en alternateur, cette machine électrique tournante étant équipée d'un stator pourvu d'enroulements et d'un rotor, un premier et un second dispositifs de stockage d'énergie électrique indépendants l'un de l'autre, un 10 premier conducteur électrique connecté entre les enroulements du stator et le premier dispositif de stockage d'énergie électrique, ce premier conducteur électrique permettant de suffisamment alimenter le stator à partir de l'énergie stockée dans le premier dispositif de stockage d'énergie pour que la machine fonctionne en moteur. [0003] Dans la suite de cette description, on considère qu'une machine électrique tournante 15 fonctionne en moteur lorsque celleùci transforme de l'énergie électrique et un couple moteur présent sur l'arbre de son moteur. A l'inverse, on considère qu'une machine électrique tournante fonctionne en alternateur, lorsque cette machine transforme le mouvement de rotation de son rotor en une tension alternative délivrée aux bornes des enroulements de son stator. [0004] On considère que les premier et second dispositifs de stockage d'énergie électrique 20 sont indépendants l'un de l'autre si ces dispositifs se charge et se décharge indépendamment l'un de l'autre. En particulier, l'un de ces dispositifs peut être complètement déchargé alors que l'autre est complètement chargé. l0005i Dans les véhicules automobiles connus, le rotor est aussi alimenté à partir du premier dispositif de stockage d'énergie. Ainsi, si ce premier dispositif de stockage d'énergie est 25 complètement déchargé, le fonctionnement de la machine électrique tournante en alternateur est rendu impossible. En effet, pour que la machine électrique tournante fonctionne en alternateur, il faut que le rotor soit suffisamment alimenté. Dès lors, par exemple, il n'est pas possible de recharger le premier dispositif de stockage d'énergie en faisant fonctionner la machine électrique tournante en alternateur. D'autres moyens pour recharger le premier dispositif de stockage 30 d'énergie doivent donc être prévus dans le véhicule automobile. [000s] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un véhicule automobile dans lequel le fonctionnement de la machine électrique tournante réversible en alternateur est rendu possible même si le premier dispositif de stockage d'énergie électrique est complètement déchargé. [0007] Elle a donc pour objet un véhicule automobile dans lequel le véhicule automobile comprend également un second conducteur électrique connecté entre le rotor et le second dispositif de stockage d'énergie électrique, ce second conducteur permettant de suffisamment alimenter le rotor à partir de ce second dispositif de stockage d'énergie électrique pour que la machine fonctionne en alternateur même si le premier dispositif de stockage d'énergie électrique est complètement déchargé. [0008] Dans le véhicule ci-dessus, le raccordement du rotor au second dispositif de stockage d'énergie indépendant du premier dispositif de stockage d'énergie rend possible le fonctionnement de la machine électrique tournante en alternateur même si le premier dispositif de stockage d'énergie est complètement déchargé. [000s] Les modes de réalisation de ce véhicule automobile peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : • La machine électrique tournante est un alternateur-démarreur propre, lorsqu'il fonctionne en moteur, à démarrer un moteur thermique du véhicule automobile. • Le véhicule comprend un convertisseur continu/continu électriquement raccordé entre les premier et second dispositifs de stockage d'énergie électrique, ce convertisseur étant apte à transférer de l'énergie électrique du premier dispositif de stockage d'énergie électrique vers le second dispositif de stockage d'énergie électrique et vice versa. • Le second conducteur permet d'alimenter le rotor sans passer par l'intermédiaire du premier conducteur. [ooio] Avantageusement, la présence d'un convertisseur continu/continu permet de rendre le véhicule plus robuste puisque le premier dispositif de stockage d'énergie peut être rechargé à partir du second dispositif de stockage d'énergie et vice versa. [0011 ] L'invention a également pour objet un procédé d'alimentation d'une machine électrique tournante réversible du véhicule automobile ci-dessus, ce procédé comprenant : • l'établissement d'une première connexion électrique entre les enroulements du stator et le premier dispositif de stockage d'énergie électrique, cette première connexion permettant de suffisamment alimenter le stator pour que la machine électrique tournante fonctionne en moteur, • l'établissement d'une seconde connexion électrique entre le rotor et le second dispositif de stockage d'énergie électrique, cette seconde connexion permettant de suffisamment alimenter le rotor à partir de ce second dispositif de stockage d'énergie électrique pour que la machine électrique tournante fonctionne en alternateur même si le premier dispositif de stockage d'énergie électrique est complètement déchargé. [0012] Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : • La seconde connexion est établie sans passer par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu. • Le procédé comprend l'établissement simultané de la première et de la seconde connexions 15 pour recharger le premier dispositif de stockage d'énergie électrique à partir de l'énergie générée par la machine électrique tournante. [0013] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : • la figure 1 est une illustration schématique de l'architecture d'un véhicule automobile équipé 20 d'une machine électrique tournante réversible, et • -la figure 2 est un organigramme d'un procédé d'alimentation de la machine électrique tournante du véhicule de la figure 1. [0014] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions biens connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. 25 [0015] La figure 1 représente un véhicule automobile 2 tel qu'une voiture. Ce véhicule 2 est équipé de roues motrices entraînées en rotation par un moteur 4. Le moteur 4 est par exemple un moteur thermique à combustion. Sur la figure 1, seule une roue motrice 6 est visible. [0016] Le véhicule 2 comprend également une machine électrique tournante réversible 10. Ici, la machine 10 est un alternateur-démarreur, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une machine capable, 30 lorsqu'elle fonctionne en moteur, de démarrer le moteur 4. A l'inverse, lorsqu'elle fonctionne en alternateur, la machine 10 est capable de transformer l'énergie mécanique liée à la rotation de l'arbre du moteur 4 ou des roues motrices 6 en une énergie électrique. Par exemple, la machine 10 est une machine électrique triphasée. [0017] La machine 10 peut également être utilisée lorsque le véhicule 2 roule pour fournir un 5 surplus de puissance sur l'arbre du moteur 4. [0018] Cette machine est équipée d'un stator 12 et d'un rotor 14. Le rotor 14 est mécaniquement raccordé, d'un côté, à un arbre d'entraînement du moteur 4 et, d'un autre côté, aux roues motrices 6. Ainsi, le rotor 14 peut être entraîné en rotation soit par le moteur 4 soit par les roues motrices 6. 10 [0019] Le rotor 14 est alimenté par un régulateur commandable 16 propre à générer un courant d'excitation à partir d'une tension continue. Le courant d'excitation permet de magnétiser le rotor pour que celui génère un flux magnétique. [0020] Ici, le régulateur 16 est directement raccordé à la borne positive d'un dispositif 20 de stockage d'énergie électrique par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 22. Le dispositif 20 est 15 par exemple une batterie. La tension nominale de cette batterie, lorsqu'elle est changée, est notée Vr. Aucun dispositif de conversion d'énergie électrique n'est prévu entre le régulateur 16 et le dispositif 20. [0021] Le stator 12 est équipé d'enroulements. Par exemple, dans le cas d'une machine 10 triphasée, le rotor 12 est équipé d'au moins trois enroulements, chaque enroulement 20 correspondant à une phase. Chacun de ces enroulements est raccordé à une entrée respective d'un onduleur-redresseur 24. Cet onduleur-redresseur 24 est apte à fonctionner en tant qu'onduleur et, en alternance, en tant que redresseur. Lorsqu'il fonctionne en tant qu'onduleur, l'onduleur-redresseur 24 transforme une tension continue en une tension triphasée dont chaque phase est utilisée pour alimenter un enroulement respectif du stator 12. A l'inverse, lorsque 25 l'onduleur-redresseur 24 fonctionne en tant que redresseur, la tension triphasée présente aux bornes des enroulements du stator 12 est redressée et transformée en tension continue. Pour alimenter les enroulements du stator 12, l'onduleur-redresseur 24 est directement électriquement raccordé à la borne positive d'un dispositif 28 de stockage d'énergie par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 30. Le dispositif 28 de stockage d'énergie électrique est par exemple une 30 batterie de puissance ou un supercondensateur. Dans les deux cas, il s'agit d'appareil capable de délivrer un courant dont l'intensité est importante pendant un bref laps de temps. La tension nominale aux bornes du dispositif 28, lorsqu'il est chargé, est notée Vs.Typiquement, la tension Vs est égale ou supérieure à la tension Vr délivrée par le dispositif 20. [0022] Les bornes positives des dispositifs 20 et 28 sont raccordées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu 32. Le convertisseur 32 est apte à convertir la tension continue Vs aux bornes du dispositif 28 en la tension continue Vr et vice versa. Ainsi, ce convertisseur 32 est apte à recharger le dispositif 28 à partir de l'énergie stockée dans le dispositif 20 et vice-versa. [0023] Les bornes négatives des dispositifs 20 et 28 ainsi que le convertisseur 32 sont raccordés à la masse du véhicule 2. [0024] Enfin, le véhicule 2 comporte une unité 36 de contrôle et de commande des éléments suivants : • le régulateur 16, • l'onduleur-redresseur 24, et • le convertisseur 32. [0025] Plus précisément, l'unité 36 est apte à commander ces différents éléments pour exécuter le procédé de la figure 2. [0026] Par exemple, l'unité 36 est réalisée à partir d'un calculateur programmable apte à exécuter des instructions enregistrées dans une mémoire non volatile. A cet effet, l'unité 36 est raccordée à une mémoire 38 comportant les instructions nécessaires à l'exécution du procédé de la figure 2. [0027] Le fonctionnement du véhicule 2 va maintenant être décrit plus en détail en regard du procédé de la figure 2. [0028] Lors du fonctionnement du véhicule, la machine 10 fonctionne dans l'un des trois modes de fonctionnement suivants • un mode moteur 50, • un mode 52 de roue libre, et • un mode alternateur 54. [0029] Le mode moteur 50 commence par une étape 60 d'établissement simultané des connexions électriques suivantes : • une première connexion électrique entre le stator 12 et le dispositif 28 par intermédiaire de 5 l'onduleur-redresseur 24 et du conducteur électrique 30, et • une seconde connexion électrique entre le rotor 14 et le dispositif 20 par l'intermédiaire du régulateur 16 et du conducteur électrique 22. [0030] Ensuite, lors d'une étape 62, l'unité 36 commande l'onduleur-redresseur 24 pour que celui-ci fonctionne en onduleur. Ainsi, l'onduleur-redresseur 24 consomme l'énergie électrique 10 stockée dans le dispositif 28 et la transforme en tension alternative utilisée pour alimenter les enroulements du stator 12. [0031] En parallèle, lors d'une étape 64, l'unité 36 commande le régulateur 16 pour que celui-ci génère un courant d'excitation du rotor 14 à partir de l'énergie électrique stockée dans le dispositif 20. 15 [0032] Dans ces conditions, la machine 10 fonctionne en moteur et entraîne donc en rotation, par exemple, l'arbre du moteur thermique 4. Le mode moteur permet ainsi de démarrer le moteur 4 si celui était à l'arrêt. [0033] Le mode de roue libre est un mode dans lequel la connexion électrique entre le stator 12 et le dispositif 28 et la connexion électrique entre le rotor 14 et le dispositif 20 sont 20 simultanément interrompues. Ainsi, dans le mode de roues libres 52, le rotor 14 peut librement tourner autour de son axe. Par exemple, dans ce mode 52, le moteur 4 peut librement entraîner le rotor 14 sans que cela entraîne la génération d'une tension alternative aux bornes des enroulements du stator 12. [0034] Le mode alternateur 54 commence par une opération 68 d'établissement simultané des 25 connexions électriques suivantes : • la première connexion électrique entre le stator 12 et le dispositif 28, et • la seconde connexion électrique entre le rotor 14 et le dispositif 20. 6 [0035] Une fois ces connexions électriques établies, l'unité 36 commande l'onduleur-redresseur 24, lors d'une étape 70, pour que celui-ci fonctionne en tant que redresseur. [0036] En parallèle, lors d'une étape 72, l'unité 36 commande le régulateur 16 pour que celui-ci génère un courant d'excitation du rotor 14 à partir de l'énergie stockée dans le dispositif 20. [0037] Ainsi, dans ce mode de fonctionnement, si le rotor 14 est entraîné en rotation soit par le moteur 4 soit par les roues motrices 6 alors la machine 10 génère une tension alternative présente aux bornes des enroulements du stator 12. Cette tension alternative est redressée par l'onduleur-redresseur 24 pour produire un courant et une tension continue qui sont, par exemple, utilisés pour recharger le dispositif 20. [0038] Les différents modes de fonctionnement 50, 52 et 54 peuvent se succéder dans n'importe quel ordre. [0039] Enfin, l'unité 36 peut également commander le convertisseur 32 pour recharger le dispositif 28 à partir de l'énergie stockée dans le dispositif 20 et vice versa. Le convertisseur 32 rend également possible l'alimentation du stator 12 à partir de l'énergie stockée dans le dispositif 20 ou l'alimentation du rotor 14 à partir de l'énergie stockée dans le dispositif 28. Ces modes de fonctionnement dégradés peuvent être utiles en cas de défaillance d'un des dispositifs 20 ou 28. [0040] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, le procédé décrit en regard de la figure 2 peut également être applicable à tout type de machine électrique 20 tournante réversible embarquée dans le véhicule 2. [0041] La machine 10 a été décrite ici comme étant une machine triphasée. Toutefois, l'enseignement donné ici s'applique à tout type de machine électrique tournante polyphasée. En particulier, ce qui a été décrit ici s'applique aux machines électriques équipées de plus de trois phases. 25 [0042] La tension Vr aux bornes du dispositif 20 peut également être strictement inférieure à la tension Vs aux bornes du dispositif 28. REVENDICATIONS 1. Véhicule automobile comprenant : une machine électrique tournante réversible (10), fonctionnant comme moteur ou comme alternateur, équipée d'un stator (12) pourvu d'enroulements et d'un rotor (14), - des premier et second dispositifs (20, 28) de stockage d'énergie électrique indépendants l'un de l'autre, - un premier conducteur électrique (30), connecté entre les enroulements du stator (12) et le premier dispositif (28) de stockage d'énergie électrique, pour alimenter le stator (12) à partir de l'énergie stockée dans le premier dispositif de stockage d'énergie quand la machine (10) fonctionne en moteur, caractérisé par un second conducteur électrique (22), connecté entre le rotor (14) et le second dispositif (20) de stockage d'énergie électrique, pour alimenter le rotor à partir de ce second dispositif de stockage d'énergie électrique quand la machine (10) fonctionne en alternateur même en cas de décharge du premier dispositif (28) de stockage d'énergie électrique. 2. Véhicule selon la revendication 1, dans lequel la machine électrique tournante (10) est un alterno-démarreur propre, lorsqu'il fonctionne en moteur, à démarrer un moteur thermique (4) du véhicule automobile. 3. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le véhicule comprend un convertisseur continu/continu (32) électriquement raccordé entre les premier et second dispositifs (28, 20) de stockage d'énergie électrique, ce convertisseur étant apte à transférer de l'énergie électrique du premier dispositif de stockage d'énergie électrique vers le second dispositif de stockage d'énergie électrique et vice versa. 4. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second conducteur (22) permet d'alimenter le rotor sans passer par l'intermédiaire du premier conducteur (30). 5. Procédé d'alimentation d'une machine électrique tournante réversible équipé d'un stator et d'un rotor, cette machine électrique tournante étant apte à fonctionner en moteur lorsque des enroulements de son stator sont alimentés ou en alternateur lorsque son rotor est alimenté, ce procédé comprenant l'établissement (68) d'un première connexion électrique entre lesenroulements du stator et un premier dispositif de stockage d'énergie électrique, cette première connexion permettant de suffisamment alimenter le stator pour que la machine électrique tournante fonctionne en moteur, caractérisé en ce que le procédé comprend également l'établissement (60) d'une seconde connexion électrique entre le rotor et un second dispositif de stockage d'énergie électrique, indépendant du premier dispositif de stockage électrique, cette seconde connexion permettant d'alimenter le rotor à partir de ce second dispositif de stockage d'énergie électrique pour faire fonctionner la machine en alternateur même en cas de décharge du premier dispositif de stockage d'énergie électrique. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la seconde connexion est établie sans passer par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu. 7. Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel lorsque la machine électrique tournante fonctionne en alternateur, le procédé comprend l'établissement (68) simultané de la première et de la seconde connexions pour recharger le premier dispositif de stockage d'énergie électrique à partir de l'énergie générée par la machine électrique tournante.