Brevet FR2941337A1 — publié le 20100723

ALTERNATEUR [000li La présente invention concerne un alternateur. [0002] La production d'énergie électrique dans les véhicules automobiles est notamment réalisée au moyen d'un alternateur qui assure la transformation de l'énergie mécanique en énergie électrique. Les applications d'un alternateur dans un véhicule automobile sont multiples. Le document FR-A-2 745 445 décrit ainsi un alternateur de véhicule automobile utilisé d'une part comme générateur et d'autre part comme moteur électrique pour le démarrage du moteur à combustion du véhicule. Il est aussi connu du document WO-A1-01/1 1 231 un système, notamment pour véhicule automobile, apte à assurer d'une part le démarrage d'un moteur thermique et d'autre part la mise en charge d'un circuit électrique. [0003] Un alternateur comprend une machine électrique alternative de type synchrone comme par exemple décrite dans le document FR-A-2 806 223. Une machine électrique tournante polyphasée réversible peut fonctionner notamment selon le procédé décrit dans le document WO-A-2006/079700. L'alternateur comporte aussi usuellement un régulateur de la tension en sortie d'un pont redresseur qui convertit un courant alternatif en courant continu. Un redresseur conventionnel comprend un pont de 6 diodes soit deux composants par phases pour un redressement triphasé. Les diodes utilisées dans les alternateurs automobiles conventionnels sont des composants passifs dont les pertes liées à leurs chutes de tension, sont importantes à certains points de fonctionnement et font diminuer le rendement global de l'alternateur. [0004 Il est souhaitable que le rendement de l'alternateur soit optimal sur toute sa plage de fonctionnement. Un meilleur rendement de l'alternateur permet en effet de diminuer le couple résistant sur le moteur thermique et ainsi diminuer la consommation de carburant du véhicule. [0005] Un meilleur rendement de l'alternateur peut être obtenu en optimisant le rendement du redresseur. Le document FR-A-2 769 771 décrit ainsi un dispositif de redressement du courant en sortie d'un alternateur polyphasé comportant un pont de redresseur constitué d'interrupteurs commandés destinés à être reliés aux différentes phases de l'alternateur ainsi que des moyens pour commander lesdits interrupteurs de façon à générer un courant redressée. Lesdits moyens de commande comportent un pont constitué de diodes qui génèrent des signaux pour la commande des interrupteurs. [0006] Il est aussi connu du document FR-A-2 883 776 décrivant un alternateur, notamment pour véhicule automobile, comportant un rotor bobiné et un stator à plusieurs phases reliées à un pont de redressement et de commande équipé d'interrupteurs sous la forme de transistors du type MOSFET. Les transistors sont calibrés en tension pour travailler par effet d'avalanche ou de manière linéaire en cas de délestage de charge. [0007] Mais aucun des documents précités ne décrit comment générer une loi de commande des interrupteurs du redresseur permettant un bon fonctionnement du redresseur. [000s] Il existe donc un besoin pour générer une loi de commande des interrupteurs du redresseur permettant d'assurer le bon fonctionnement de la fourniture électrique de l'alternateur. [0009] Pour cela, l'invention propose un alternateur comportant une source électrique polyphasée, un pont de redressement comprenant des interrupteurs sous la forme de transistors, au moins un interrupteur étant connecté à chacune des phases, chaque interrupteur étant commandé par la comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur est connecté avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des autres phases. [ooio] Dans une variante, l'alternateur comporte de plus en régulateur de la tension de sortie du pont de redressement. [0011] Dans une variante, chaque interrupteur est passant lorsque l'amplitude du signal, représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur est relié, est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases ayant le même signe que la phase à laquelle l'interrupteur est relié. [0012] Dans une variante, l'alternateur comprend en outre des moyens de comparaison de l'amplitude des signaux représentatifs des phases. [0013] Dans une variante, la source électrique est triphasée. Avantageusement au moins deux interrupteurs sont connectés à chacune des phases, chaque interrupteur étant commandé par comparaison de l'amplitude du signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur est connecté avec l'amplitude du signal représentatif respectivement des deux autres phases. [0014] Dans une variante, chaque interrupteur est en outre commandé par l'addition des signaux issus de la comparaison. Avantageusement, l'alternateur comprend en outre des moyens d'addition des signaux représentatifs de la comparaison de l'amplitude des signaux représentatifs des phases. [0015] Dans une variante, deux interrupteurs sont connectés à chacune des phases. [0016] Dans une variante, les transistors sont du type MOSFET. [0017] Dans une variante, l'alternateur comprend en outre un étage pilote amplifiant le signal obtenu par l'addition des signaux issus de la comparaison. [0018] Dans une variante, la source électrique comprend un simple stator ou un double stator. [0019] L'invention concerne également un véhicule, tel qu'un véhicule automobile, muni d'un alternateur tel que défini ci-dessus. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : • figure 1, une vue d'un exemple d'alternateur ; • figure 2, une vue d'un exemple d'un pont de redressement ; • figure 3, une vue d'un exemple d'une partie du bloc de génération ; • figure 4, une vue d'un exemple d'une autre partie du bloc de génération ; et • figure 5, une courbe de l'amplitude du signal obtenu en sortie, en fonction du temps, du bloc 46 des figures 3 et 4. [0021] Il est proposé un alternateur comportant une machine électrique polyphasée et un pont de redressement. Le pont de redressement comprend des interrupteurs sous la forme de transistors, au moins deux interrupteurs étant connectés à chacune des phases. Chaque interrupteur est commandé par la comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur est connecté avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des autres phases. [0022] L'invention permet d'obtenir une loi de commande de chacun des interrupteurs du pont de redressement qui soit analogique et simple à mettre en oeuvre. Une diminution des pertes par conduction est obtenue dans les composants du pont de redressement par rapport au redresseur conventionnel à diodes. Cela se traduit par une augmentation de la courbe de débit de l'alternateur et/ou d'une diminution du couple résistant prélevé par l'alternateur sur l'arbre du moteur thermique pour certains points de fonctionnement. Le rendement de l'alternateur est augmenté. Cela permet entre autre de diminuer les émissions polluantes émises par le véhicule puisque moins d'énergie motrice est utilisée pour générer l'énergie électrique destinée au fonctionnement du véhicule. [0023] Une telle loi de commande des transistors peut être mise en oeuvre sur toutes configurations d'alternateur, et en particulier l'exemple d'alternateur 10 de la figure 1. L'alternateur 10 comporte une source 12 électrique polyphasée. Selon les configurations, la source 12 électrique peut comprendre un simple stator ou un double stator. Dans la suite, sans qu'il s'agisse d'une limitation, la source 12 électrique considérée est triphasée et à simple stator. Les trois phases de la source 12 sont repérées sur la figure 1 par les lettres R, S et T. A titre d'illustration, les trois phases R, Set T peuvent être des sinusoïdes déphasées de 120°. [0024] L'alternateur 10 comporte également un redresseur 14 comportant un pont 16 de redressement permettant d'obtenir un signal quasi continu à partir de signaux alternatifs en entrée. La valeur du signal quasi continu est contrôlée par un régulateur 18 de tension. Un signal quasi continu adapté à être utilisé dans le réseau 20 de bord d'un véhicule peut ainsi être obtenu. Les contraintes du réseau 20 de bord peuvent être nombreuses. Notamment, certains éléments fonctionnent pour une tension donnée comme les batteries plomb. [0025] Le pont 16 de redressement comprend des interrupteurs sous la forme de transistors qui sont commandés. Selon l'exemple de la figure 1, le redresseur 14 comprend aussi un bloc de mesures 36 de la forme d'onde des courants de phases statoriques, un bloc de génération 38 des signaux de commande ainsi qu'un pilote 50 d'interrupteurs dont les fonctions propres sont détaillées dans la suite. L'ensemble du bloc de mesures 36, du bloc de génération 38 et du pilote 50 permet de commander les interrupteurs du pont 16. [0026] La figure 2 illustre un exemple de pont 16 de redressement dans le cas d'une source 12 triphasée sans neutre. Au moins deux interrupteurs sont connectés à chacune des phases de la source 12 électrique, Le pont 16 de redressement dispose ainsi de six interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32, les interrupteurs 22 et 28 étant reliés à la phase R, les interrupteurs 24 et 30 à la phase S et les interrupteurs 26 et 32 à la phase T. L'utilisation de deux interrupteurs sur une seule phase par rapport à un seul interrupteur par phase permet de réaliser un redressement double alternance ce qui améliore la qualité du redressement réalisée. [0027] L'alternateur 10 peut également comporter un condensateur 34 placé en sortie du pont 16 de redressement. Le condensateur 34 permet d'améliorer le facteur de forme c'est-à-dire le taux d'ondulation. D'autres dispositifs améliorant le taux d'ondulation peuvent remplacer le condensateur 34. Le condensateur 34 a l'avantage d'être un composant simple à utiliser. [0028] Les interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 sont commandés en utilisant des signaux représentatifs des phases. Un signal représentatif d'une phase peut être obtenu en utilisant le bloc de mesures 36 des courants de phases statoriques. Dans l'exemple de la figure 1, le redresseur 14 comprend le bloc de mesures 36 mais le bloc de mesures 36 peut aussi être placé à l'extérieur du redresseur 14. Le bloc de mesures 36 permet d'extraire à partir d'une phase un signal représentatif de la phase. Le signal représentatif de la phase est un signal qui comprend l'information de la forme d'onde. On entend par forme d'onde la connaissance de la succession de minimum et de maximum de la phase dans le temps. L'information de la forme d'onde suffit dans la mesure où il est proposé une génération de la loi de commande des interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 par comparaison des signaux représentatifs des phases dont la forme est quasi sinusoidale. L'avantage est qu'il n'est ainsi pas utile que le bloc de mesures 36 effectue une mesure précise du courant de la phase. De ce fait, au lieu de capteurs de mesure des courants statoriques très précis, le bloc de mesures 36 peut utiliser des capteurs détectant uniquement les formes d'ondes des courants. [0029] Plus précisément, chaque interrupteur 22, 24, 26, 28, 30 et 32 est commandé par la comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur 22, 24, 26, 28, 30 et 32 est connecté avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des autres phases. A titre d'illustration, dans le cas triphasé de la figure 2, les interrupteurs 22 et 28 connectés à la phase R sont commandés par comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase R avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des phases S et T ; les interrupteurs 24 et 30 connectés à la phase S sont commandés par comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase S avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des phases R et T et les interrupteurs 26 et 32 connectés à la phase T sont commandés par comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase T avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des phases R et S. [0030] Une loi de commande de chacun des interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 du pont 16 de redressement est ainsi obtenue. La loi de commande est analogique et utilise des composants peu onéreux. La mise en oeuvre est simple dans la mesure où seul le redresseur 14 est modifié dans l'alternateur 10, le système d'entraînement entre l'alternateur 10 et le moteur thermique, la source 12 électrique et le régulateur 18 n'étant pas modifiés. Une diminution des pertes par effet Joule est également obtenue dans les interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 du pont 16 de redressement par rapport au redresseur conventionnel à diodes. Cela se traduit par une augmentation du rendement de l'alternateur 10. Cela permet entre autre de diminuer les émissions de polluants du véhicule puisque moins d'énergie motrice est utilisée pour générer l'énergie électrique destinée au fonctionnement du véhicule. [0031] Les gains en performance sont encore meilleurs lorsque les transistors choisis sont du type MOSFET. Par exemple, des semi-conducteurs de type MOSFET canal N à enrichissement peuvent être utilisés. Les pertes dans un semi-conducteur de type MOSFET sont très inférieures aux pertes dans une diode. L'écart entre les pertes dans un semi-conducteur de type MOSFET et les pertes dans une diode est d'autant plus grand que les courants transitant dans les composants sont faibles. [0032] La loi de commande utilisée pour les interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 du pont 16 de redressement peut rendre chaque interrupteur 22, 24, 26, 28, 30 et 32 passant lorsque l'amplitude du signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur 22, 24, 26, 28, 30 et 32 est relié est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases. Dans le cas de trois phases sinusoïdales R, S et T décalées de 120° comme dans l'exemple de la figure 1, cela signifie qu'un interrupteur 22 et 28 reliée à la phase R seront passant une fois durant une période de la phase R. L'interrupteur 22 est passant lorsque l'amplitude du signal représentatif de la phase R est positive et supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases et l'interrupteur 28 est passant lorsque l'amplitude du signal représentatif de la phase R est négative et supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases. L'amplitude d'un signal représentatif d'une phase est en effet définie comme l'écart en valeur absolue entre un extrema qu'il soit positif ou négatif par rapport aux autres signaux des phases. [0033] Un autre exemple de loi de commande est la génération d'un signal de commande rendant les interrupteurs 22, 24 et 26 de la figure 2 passant lorsque le signal représentatif de la phase à laquelle les interrupteurs 22, 24 et 26 sont reliés est positif et est supérieure en amplitude à l'amplitude des autres phases ayant le même signe. Les interrupteurs 28, 30 et 32 sont passants lorsque la phase, à laquelle les interrupteurs 28, 30 et 32 sont reliés, est négative et est supérieure en amplitude à l'amplitude des autres phases ayant le même signe. Cela est particulièrement intéressant dans l'exemple de la figure 2 parce qu'un redressement double alternance est ainsi réalisé. En particulier, le facteur de forme c'est-à-dire le niveau d'ondulation est faible dans la configuration de la figure 2. [0034] Une telle loi de commande peut être générée dans le bloc de génération 38 des signaux de commande qui est relié au bloc de mesures 36. Dans l'exemple de la figure 1, le redresseur 14 comprend le bloc de génération 38 mais le bloc de génération 38 peut aussi être placé à l'extérieur du redresseur 14. Les figures 3 et 4 illustrent des vues d'exemples d'une partie du bloc de génération 38. Selon l'exemple des figures 3 et 4, la partie représentée du bloc de génération 38 permet de générer un signal de commande qui est destinée aux interrupteurs 22 et 28 reliés à la phase R. La partie représentée sur la figure 3 est plus spécifiquement destinée à l'interrupteur 22 et la partie représentée sur la figure 4 à l'interrupteur 28. [0035] Le bloc de génération 38 peut comprendre des amplificateurs opérationnels de comparaison 40, 42 de l'amplitude des signaux représentatifs des phases. Les amplificateurs opérationnels 40, 42 peuvent être utilisés en fonctionnement trigger ce qui permet d'obtenir des signaux de type carré en sortie des amplificateurs opérationnels 40, 42 évoluant entre la tension maximum et la tension minimum d'alimentation de l'amplificateur opérationnel. Les amplificateurs opérationnels 40, 42 présentent l'avantage d'être des composants usuels peu onéreux à utiliser. D'autres composants ou circuits permettant de réaliser la comparaison peuvent cependant être utilisés. [0036] Dans les cas des figures 3 et 4, le bloc de génération 38 comprend un amplificateur opérationnel 40 comparant un signal représentatif de la phase R à un signal représentatif de la phase S et un autre amplificateur opérationnel 42 comparant un signal représentatif de la phase R à un signal représentatif de la phase T. Ainsi, lorsque le signal représentatif de la phase R est supérieur au signal représentatif de la phase S, l'amplificateur opérationnel 40 émet un signal à la tension maximum de l'amplificateur opérationnel 40 et réciproquement, lorsque le signal représentatif de la phase S est supérieur au signal représentatif de la phase R, l'amplificateur opérationnel 40 émet un signal à la tension minimum de l'amplificateur opérationnel 40. Dans le cas de signaux sinusoïdaux déphasés de 120°, il est ainsi obtenu en sortie de l'amplificateur opérationnel 40 un signal de type créneau variant entre la tension maximum et la tension minimum d'alimentation de l'amplificateur opérationnel 40. Le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel 42 est similaire. De ce fait, il est aussi obtenu en sortie de l'amplificateur opérationnel 42 un signal de type créneau variant entre la tension maximum et la tension minimum d'alimentation de l'amplificateur opérationnel 42 pour le cas de signaux sinusoïdaux déphasés de 120°. Le bloc de génération 38 comprend aussi d'autres parties similaires à celles représentées sur les figures 3 et 4 pour les autres interrupteurs 24, 26, 30 et 32. [0037] Dans l'exemple de la figure 3, l'interrupteur 22 peut en outre être commandé par l'addition des signaux issus de la comparaison. L'addition est réalisée par un additionneur non inverseur 44 placé après les deux amplificateurs opérationnels de comparaison 40, 42. L'additionneur non inverseur 44 peut être des amplificateurs opérationnels d'addition des signaux représentatifs de la comparaison de l'amplitude des signaux représentatifs des phases. De nouveau, les amplificateurs opérationnels présentent l'avantage d'être des composants usuels peu onéreux à utiliser. [0038] En sortie de l'additionneur non inverseur 44, une courbe périodique peut être obtenue pour des signaux sinusoïdaux déphasés de 120° puisque les signaux de type créneau obtenus en sortie des amplificateurs opérationnels 40 et 42 sont additionnés. La figure 5 représente une telle courbe de l'amplitude du signal obtenu en sortie de l'additionneur non inverseur 44 en fonction du temps. Seule une période est représentée. De l'instant initial à un instant t1, le signal en sortie de l'additionneur non inverseur 44 a une valeur Al positive puis de l'instant t1 à l'instant t2, le signal est nul puis de l'instant t2 à l'instant t3, le signal a une valeur négative A2 (la valeur absolue de A2 peut être égale à celle de A1) et de l'instant t3 à l'instant ta, le signal est nul. Lorsque le signal a une valeur A1, cela signifie que le signal représentatif de la phase R est positif et que l'amplitude du signal représentatif de la phase R est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases ayant le même signe. Lorsque le signal a une valeur A2, cela signifie que le signal représentatif de la phase R est négative et que son amplitude est supérieure à l'amplitude des autres phases ayant le même signe. Lorsque le signal a une valeur nulle, l'amplitude du signal représentatif de la phase R est inférieure à l'amplitude du signal représentatif des autres phases ayant le même signe. Un filtre 46 éliminant les valeurs négatives est placé en sortie de l'additionneur non inverseur 44. Le filtre 46 permet ainsi d'obtenir un signal de commande pour l'interrupteur 22 lorsque le signal représentatif de la phase R est positif et que son amplitude est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases ayant le même signe. Le même type de circuit est utilisé pour commander les interrupteurs 24 et 26. [0039] L'exemple de la figure 4 donne un moyen de commander l'interrupteur 28 lorsque le signal représentatif de la phase R est négatif et que son amplitude est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases ayant le même signe. [0040] Des inverseurs 48 sont placés en sortie des amplificateurs opérationnels de comparaisons 40, 42 avant l'additionneur non inverseur 44. Les inverseurs 48 peuvent notamment être des amplificateurs opérationnels en montage inverseur. D'autres moyens pourraient également être envisagés. Par exemple, un inverseur pourrait être placé en sortie de l'additionneur non inverseur 44. Le même type de circuit est utilisé pour commander les interrupteurs 30 et 32. [0041] Des signaux permettant de commander les interrupteurs 22, 24, 26, 28, 30 et 32 sont ainsi obtenus. Il peut être utile d'amplifier les signaux obtenus. C'est le rôle du pilote 50 (( [0042] Dans ce qui précède, nous avons supposé un système polyphasé. Dans le cas d'un système monophasé, le principe de comparaison serait alors appliqué entre une phase et le neutre et non plus entre phases.25 REVENDICATIONS1. Un alternateur (10) comportant une source (12) électrique polyphasée, un pont (16) de redressement comprenant des interrupteurs (22, 24, 26, 28, 30, 32) sous la forme de transistors, au moins un interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) étant connecté à chacune des phases, chaque interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 2. L'alternateur selon la revendication 1, comportant de plus en régulateur (18) de la tension de sortie du pont (16) de redressement. 3. L'alternateur (10) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel chaque interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) est passant lorsque l'amplitude du 15 signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) est relié est supérieure à l'amplitude des signaux représentatifs des autres phases ayant le même signe que la phase à laquelle l'interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) est relié. 4. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en 20 outre des moyens de comparaison (40, 42) de l'amplitude des signaux représentatifs des phases. 5. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source (12) électrique est triphasée. 6. L'alternateur (10) selon la revendication 5, dans lequel au moins deux 25 interrupteurs (22, 24, 26, 28, 30, 32) sont connectés à chacune des phases, chaque interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) étant commandé par comparaison de l'amplitude du signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) est connecté avec l'amplitude du signal représentatif respectivement des deux autres phases. 32) étant commandé par la comparaison de l'amplitude d'un signal représentatif de la phase à laquelle l'interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) est connecté avec l'amplitude de chacun des signaux représentatifs respectivement des autres phases. 7. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque interrupteur (22, 24, 26, 28, 30, 32) est en outre commandé par l'addition des signaux issus de la comparaison. 8. L'alternateur (10) selon la revendication 7, comprenant en outre des moyens d'addition (44) des signaux représentatifs de la comparaison de l'amplitude des signaux représentatifs des phases. 9. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel deux interrupteurs (22, 24, 26, 28, 30, 32) sont connectés à chacune des phases. 10. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les transistors sont du type MOSFET. 11. L'alternateur (10) selon l'une des revendications 7 à 10, comprenant en outre un étage pilote (50) amplifiant le signal obtenu par l'addition des signaux issus de la comparaison. 12. L'alternateur (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la source (12) électrique comprend un simple stator ou un double stator. 13. Un véhicule comprenant un alternateur (10) selon l'une des revendications 1 à 11.