Brevet FR3012694A1 — publié le 20150501

- 1 - Procédé d'évacuation de l'énergie stockée dans un stator d'un moteur électrique L'invention se rapporte à un procédé d'évacuation de l'énergie stockée dans un stator d'un moteur électrique, notamment d'un moteur électrique de direction assistée d'un véhicule automobile ainsi qu'à un dispositif d'évacuation de l'énergie stockée dans un stator d'un moteur électrique. De plus en plus de véhicules automobiles sont équipés d'un dispositif de direction assistée électrique. Les dispositifs de direction assistée électrique utilisent un moteur électrique polyphasé pour aider le conducteur à orienter les roues du véhicule. Pour des raisons de sécurité, il est important de pouvoir déconnecter les phases du moteur électrique du dispositif de commande du moteur en cas de disfonctionnement du dispositif de direction assistée. En effet, sans cela, il y a un risque de blocage des roues du véhicule en cas de disfonctionnement. Il est connu d'utiliser des dispositifs interrupteurs afin de permettre la déconnexion des phases du moteur électrique de direction assistée électrique en cas de disfonctionnement. Cette déconnexion des phases du moteur peut intervenir avec un courant dans les phases du moteur relativement important pouvant aller jusqu'à 160A. De par la nature inductive des phases du moteur, l'énergie emmagasinée dans lesdites phases est proportionnelle au carré de l'intensité du courant. Lors de la déconnexion des phases du moteur, l'élément générant cette déconnexion évacue l'énergie emmagasinée dans les phases du moteur électrique. Ainsi, les dispositifs interrupteurs permettant de contrôler l'état de déconnexion des phases doivent être dimensionnés pour permettre de dissiper sous forme calorifique l'énergie pouvant être emmagasinée dans les phases du moteur. Un tel dimensionnement pose un problème d'encombrement au niveau du moteur électrique ou de l'électronique de commande du moteur suivant que les interrupteurs sont compris dans le moteur ou dans l'électrique de commande. Une solution à ce problème de dimensionnement consiste à ne déconnecter les phases du moteur que lorsque l'intensité du courant dans lesdites phases est inférieure à un courant seuil prédéterminé Ib. Le courant seuil correspond à une énergie pouvant être dissipée par les dispositifs interrupteurs sans risque de surchauffe, et est typiquement égal à 100A. - 2 - Cette solution est illustrée sur les graphiques représentés aux figures 2a et 2b. La figure 2a représente l'évolution du courant dans les phases en fonction du temps. La figure 2b représente la puissance dissipée par les dispositifs interrupteurs en fonction du temps. Comme illustré sur la figure 2a, lorsqu'au temps tO un signal de déconnexion des phases est reçu, l'alimentation du moteur en énergie est interrompue. Le courant circulant dans les phases du moteur décroit depuis sa valeur initiale Ia. Lorsque le courant circulant dans les phases du moteur atteint une valeur seuil prédéterminée lb, les dispositifs interrupteurs sont ouverts. Comme illustré sur la figure 2b lors de l'ouverture du dispositif interrupteur l'énergie restant dans les phases du moteur est alors dissipée en une fois par un effet d'avalanche. Ce type de solution nécessite d'avoir un dispositif de supervision du courant circulant dans les phases du moteur afin de détecter le passage du courant des phases du moteur sous la valeur seuil Ib. Ce dispositif entraîne un surcoût et peut être sujet à des défaillances. Ainsi, il existe un besoin pour une solution permettant de réduire l'encombrement et d'augmenter la fiabilité de l'ouverture des dispositifs interrupteurs permettant la déconnexion des phases d'un moteur électrique, en particulier un moteur électrique de direction assistée, qui soit en outre économique. L'invention a pour but, entre autres, de répondre à ce besoin et y parvient au moyen d'un procédé d'évacuation de l'énergie stockée dans un stator d'un moteur électrique, notamment d'un moteur électrique de direction assistée d'un véhicule automobile, ledit stator ayant au moins une phase électrique, un état de déconnexion de ladite phase d'avec un dispositif de commande du stator étant contrôlé par un dispositif interrupteur comprenant au moins un interrupteur et une diode en parallèle dudit interrupteur, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) ouverture dudit dispositif interrupteur, b) maintien ouvert dudit dispositif interrupteur pendant un temps d'avalanche tl, c) fermeture dudit dispositif interrupteur pendant un temps de fermeture t2, - 3 - dans lequel les étapes a) à c) sont répétées jusqu'à ce que la tension aux bornes dudit dispositif interrupteur, lorsque le dispositif interrupteur est ouvert, reste inférieure à la tension d'avalanche dudit dispositif interrupteur. Avantageusement, le procédé selon l'invention permet de contrôler la déconnexion des phases du moteur électrique par un ensemble de mises en avalanche contrôlées du dispositif interrupteur. Ainsi, l'énergie emmagasinée dans les phases du moteur est dissipée par à-coups. La dissipation par à-coups de l'énergie emmagasinée dans les phases du moteur permet l'utilisation d'interrupteurs plus petits, réduisant ainsi l'encombrement des interrupteurs utilisés dans le dispositif interrupteur. En particulier, de façon connue en soi, le dispositif interrupteur contrôle le passage d'un courant entre deux bornes grâce à une troisième borne, dite « borne de commande ». L'expression « tension d'avalanche » signifie que le dispositif a une propriété d'avalanche. Autrement dit, lorsque la tension entre les deux bornes du dispositif devient supérieure ou égale à une tension seuil, dite « tension d'avalanche », le dispositif peut laisser passer un fort courant entre ses deux bornes, qui peut engendrer sa destruction, et ceci bien que sa borne de commande n'ait pas reçu un signal de fermeture de l'interrupteur. De plus, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre par un dispositif autonome, i.e. indépendant des alimentations et/ou des systèmes de contrôles du véhicule, permettant ainsi de partitionner la dissipation d'énergie tout en la rendant totalement indépendante d'éléments externes audit dispositif, notamment en ce qui concerne l'alimentation nécessaire à la réalisation du procédé. Le procédé selon l'invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - les étapes a) à c) sont répétées au moins deux fois ; et/ou - le moteur électrique est un moteur polyphasé, notamment un moteur triphasé, l'état de déconnexion des phases étant contrôlé par des dispositifs interrupteurs; et/ou - le temps d'avalanche tl est supérieur ou égal à 0,1[ts, par exemple supérieur ou égal à l[ts, et inférieur ou égal à 50[ts, par exemple inférieur ou égal à 5 [ts ; et/ou - le temps de fermeture t2 est supérieur ou égal à 500*tl et inférieur ou égal à 2000*tl ; et/ou -le procédé comprend préalablement à l'étape a) une étape a0) de réception d'un signal de déconnexion de phase initiant le procédé d'évacuation de l'énergie ; et/ou - l'étape d'ouverture a) succède immédiatement à l'étape aOL4e4éception d'un signal de 5 déconnexion de phase ; et/ou - l'interrupteur du dispositif interrupteur comprend un transistor à effet de champs, notamment un transistor MOSFET ; en particulier, la diode en parallèle pouvant être intrinsèque audit transistor à effet de champ ; et/ou - l'état d'ouverture dudit dispositif interrupteur est commandé au moyen d'un courant 10 électrique circulant dans une impédance interposée entre l'électrode de commande dudit dispositif interrupteur et une borne dudit dispositif interrupteur ; et/ou - la même impédance est commune aux différents dispositifs interrupteurs. L'invention concerne également un dispositif d'évacuation de l'énergie stockée dans 15 un stator d'un moteur électrique, notamment d'un moteur électrique de direction assistée d'un véhicule automobile, ledit stator ayant au moins une phase électrique, le dispositif d'évacuation comprenant : - un dispositif interrupteur comprenant au moins un interrupteur et une diode en parallèle dudit interrupteur, et étant destiné à contrôler un état de déconnexion de ladite phase d'avec 20 un dispositif de commande du stator, - un circuit de commande de l'état d'ouverture dudit dispositif interrupteur configure pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention_ Le dispositif selon l'invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons 25 techniquement possibles : - le dispositif comprend une alimentation électrique autonome ; - le dispositif comprend un organe de réception d'un signal d'ouverture de phase ; et/ou - l'interrupteur du dispositif interrupteur comprend un transistor à effet de champs, notamment un transistor MOSFET ; en particulier, la diode en parallèle pouvant être 30 intrinsèque audit transistor à effet de champ ; et/ou - le dispositif comprend en outre au moins une impédance interposée entre l'électrode de commande du dispositif interrupteur et une borne dudit dispositif interrupteur, l'état - 5 - d'ouverture dudit dispositif interrupteur étant commandé au moyen d'un courant électrique circulant dans ladite impédance ; et/ou - le dispositif comprend plusieurs dispositifs interrupteurs dans lequel la même impédance est commune aux différents dispositifs interrupteurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif de mise en oeuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente une première configuration de moteur électrique et d'un dispositif permettant la mise oeuvre du procédé selon l'invention, - les figures 2a et 2b illustrent l'évacuation de l'énergie stockée dans le stator d'un moteur électrique selon un procédé de l'art antérieur, - les figures 2c et 2d illustrent l'évacuation de l'énergie stockée dans le stator d'un moteur électrique selon un procédé de l'invention, - la figure 3 représente une deuxième configuration de moteur électrique et d'un dispositif permettant la mise oeuvre du procédé selon l'invention. Selon un premier mode de réalisation, le procédé de l'invention permet d'évacuer de l'énergie stockée dans le stator d'un moteur électrique notamment d'un moteur électrique de direction assistée d'un véhicule automobile. Comme représenté à la figure 1, un moteur électrique de direction assistée peut être polyphasé, notamment triphasé, et comprendre un stator 1. Dans l'exemple de la figure 1, le stator 1 comprend un enroulement électrique connecté en étoile et définissant trois phases électriques 12, 14, 16 du stator, par exemple au moyen de bobines électriques. Les trois phases électriques 12, 14, 16 sont reliées à un neutre commun 18. Un dispositif interrupteur 20 fait la connexion électrique entre une phase 14 du stator 1 et un dispositif de commande 30. Le dispositif interrupteur 20 a une borne reliée au dispositif de commande et une autre reliée à la phase 14. Le dispositif de commande 30 peut comprendre un dispositif de conversion d'énergie, tel qu'un onduleur, et une unité de commande de ce dispositif de conversion. Le dispositif de commande 30 permet d'alimenter - 6 - le moteur, en particulier le stator 1, à partir d'une source d'énergie (non représentée) telle qu'une batterie. L'état de déconnexion de chacune des phases électriques d'avec le dispositif de commande 30 est contrôlé par un dispositif interrupteur respectif. Pour des raisons de clarté un seul dispositif interrupteur 20 est représenté sur la figure 1. Le dispositif interrupteur 20 comprend un transistor à effet de champ de type MOSFET 22 et une diode 24 en parallèle du transistor entre son drain et sa source. La grille du transistor 22 correspond à l'électrode de commande du dispositif interrupteur 20. L'anode de la diode 24 est connectée à une borne de la phase 14 et à une borne du transistor 22. En particulier, la diode 24 peut être intrinsèque au transistor à effet de champ. L'état d'ouverture du dispositif interrupteur 20 est commandé par un circuit de commande 40. Le circuit de commande 40 comprend un circuit 42 de détection d'une mise en avalanche dans le dispositif interrupteur 20. Ce circuit 42 est par exemple un circuit de mesure de la tension aux bornes du dispositif interrupteur 20. Le circuit de commande 40 comprend en outre une horloge 44 et un pilote de contrôle 46 du dispositif interrupteur 20. Le circuit de commande 40 permet la mise en oeuvre du procédé d'évacuation de l'énergie selon l'invention. Comme expliqué précédemment, pour des raisons de sécurité, en cas de défaut de la commande du moteur, il est nécessaire d'ouvrir les dispositifs interrupteurs afin de laisser le rotor libre de tout mouvement de rotation. L'ouverture des dispositifs interrupteurs peut nécessiter l'évacuation d'une quantité relativement importante d'énergie en fonction de l'intensité du courant dans les phases. Le procédé selon l'invention permet d'évacuer cette énergie en alternant des temps d'ouverture du dispositif interrupteur 20, en particulier du transistor 22, et des temps de fermeture du dispositif interrupteur 20, en particulier du transistor 22. Selon un mode de réalisation, le procédé d'évacuation de l'énergie stockée dans le stator 1 comprend les étapes successives suivantes : a) ouverture du dispositif interrupteur 20, en particulier ouverture du transistor 22 ; b) maintien ouvert du dispositif interrupteur 20 pendant un temps d'avalanche tl, cette étape peut comprendre la détection de la mise en avalanche du dispositif interrupteur 20, - 7 - notamment par la mesure de la tension aux bornes du dispositif interrupteur 20, en particulier la tension entre le drain et la source du transistor 22 ; de préférence la durée tl commence à courir lorsque la mise en avalanche est détectée ; c) fermeture dudit dispositif interrupteur 20 pendant un temps de fermeture t2. Les étapes a) à c) sont répétées, notamment au moins deux fois, jusqu'à ce que la tension mesurée aux bornes du dispositif interrupteur 20 soit inférieure à la tension d'avalanche dudit dispositif interrupteur, en particulier du transistor 22. On entend par tension d'avalanche du transistor 22 la tension entre le drain et la source du transistor à partir de laquelle le transistor subit le passage d'un courant - qui peut être élevé - entre le drain et la source, alors même qu'il ne reçoit pas un signal de fermeture sur sa grille. Cette tension d'avalanche peut être contrôlée en disposant une diode entre le drain et la grille du transistor, en particulier une diode zener. Typiquement, pour un MOSFET dont la tension drain-source nominale de fonctionnement est de l'ordre de 30V, la tension d'avalanche est de l'ordre de 40 V ; et pour 15 un MOSFET dont la tension drain-source nominale de fonctionnement est de l'ordre de 40 V, la tension d'avalanche est de l'ordre de 50V. Le procédé selon l'invention est illustré sur les graphiques représentés aux figures 2c et 2d. La figure 2c représente la puissance dissipée par les dispositifs interrupteurs en 20 fonction du temps. La figure 2d représente l'évolution du courant dans les phases en fonction du temps. A la réception d'un signal de déconnexion de phase, le circuit de commande 40 envoie un signal d'ouverture du transistor 22. Le signal de déconnexion de phase peut par exemple provenir de l'unité de commande du dispositif de commande 30 par l'intermédiaire d'une 25 connexion (non représentée) reliant le dispositif de commande 30 au circuit de commande 40 du dispositif de déconnexion. Le dispositif de commande 30 peut émettre ce signal de déconnexion de phase par exemple en cas de détection d'un défaut de commande ou de fonctionnement de la direction assistée. L'émission de ce signal de déconnexion s'accompagne d'une interruption de l'alimentation en énergie du moteur. - 8 - La tension entre le drain et la source du transistor 22 monte alors jusqu'à atteindre la tension d'avalanche du transistor. Lorsque la tension d'avalanche est atteinte un courant circule dans le transistor. La mise en avalanche est détectée par le circuit de détection 42. Le transistor est laissé en avalanche pendant un temps d'avalanche tl contrôlé par le circuit d'horloge 44. Typiquement, le temps d'avalanche tl est supérieur ou égal à 0,11.ts, par exemple supérieur ou égal à 11.ts et inférieur ou égal à 501.ts, par exemple inférieur ou égal à 51.ts. Pendant le temps d'avalanche tl, la puissance dissipée par le transistor est proportionnelle au produit de la tension entre le drain et la source du transistor, de l'intensité du courant dans la phase et du temps d'avalanche tl. La puissance dissipée par le transistor est représentée sur la figure 2c. La figure 2d illustre l'intensité du courant circulant dans le transistor pendant le temps d'avalanche tl. La dissipation de cette puissance pendant le temps d'avalanche tl fait croître la température du transistor d'une valeur de AT. Afin que la température du transistor ne dépasse pas une valeur seuil, par exemple spécifiée par le fabricant, le transistor est ensuite fermé pendant un temps de fermeture t2. La figure 2c montre que pendant le temps de fermeture t2 le transistor ne dissipe plus d'énergie. La figure 2d montre que pendant le temps de fermeture t2, l'intensité du courant circulant dans les phases décroit beaucoup moins vite que pendant le temps d'avalanche tl. Le temps de fermeture doit être suffisamment long pour permettre à la température du transistor de redescendre à une valeur proche de sa valeur initiale, ou d'une valeur inoffensive pour le transistor. Typiquement, le temps de fermeture t2 est supérieur ou égal à 500*t1 et inférieur ou égal à 2000*tl. Les étapes du procédé selon l'invention sont répétées jusqu'à ce que l'énergie dans le moteur soit négligeable, notamment jusqu'à ce que l'énergie dans le moteur n'est plus suffisante pour entrainer en avalanche le transistor. Comme illustré sur la figure 2c le procédé selon l'invention limite la quantité d'énergie que le transistor est amené à dissiper en une fois. Ainsi, l'échauffement du transistor 22 est limité. Avantageusement, le dispositif d'évacuation de l'énergie stockée dans le stator est totalement autonome en alimentation. A cet effet, un stockeur d'énergie, tel qu'une capacité, peut être prévu pour alimenter le dispositif. Ce stockeur d'énergie est par exemple maintenu - 9 - chargé par un réseau électrique du véhicule. En cas d'une déconnexion des phases, qui s'accompagne d'une disparition de la tension sur le réseau électrique, le dispositif d'évacuation peut être alimenté par le stockeur d'énergie pour permettre l'ouverture du dispositif interrupteur. Le procédé selon l'invention peut également s'appliquer à des dispositifs interrupteurs placés dans une configuration de type en étoile, entre les phases et le neutre, comme représenté sur la figure 3. Selon la configuration représentée en figure 3, le stator 1 comprend un enroulement électrique connecté en étoile et définissant trois phases électriques 12, 14, 16 du stator 1, par exemple au moyen de bobines électriques. Un dispositif interrupteur 20, 21, 23 est disposé entre chacune des trois phases électriques 12, 14, 16 et le neutre de l'enroulement électrique. Chaque dispositif interrupteur 20, 21, 23 a une borne reliée à une phase 12, 14, 16 respective et une autre borne reliée au neutre. Une impédance 50 est disposée entre la borne du dispositif interrupteur 20, 21, 23 qui n'est pas reliée à la phase - ici cette borne correspond au neutre de l'enroulement électrique-, et l'électrode de commande de chacun des dispositifs interrupteurs 20, 21, 23. Dans la configuration représentée à la figure 3, une même impédance 50 est commune aux trois dispositifs interrupteurs 20, 21, 23. Avantageusement, cette configuration permet de limiter le nombre de composants et de fils entre le circuit de commande 40 et les dispositifs interrupteurs 20, 21, 23. En effet, un seul fil est nécessaire pour contrôler l'état d'ouverture des dispositifs interrupteurs 20, 21, 23 et une seule impédance permet de contrôler les états d'ouverture et de fermeture de l'ensemble des dispositifs interrupteurs. Le procédé selon l'invention peut également s'appliquer à d'des configurations de phases en triangle. De manière plus générale, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits. Il est bien entendu que de nombreuses adaptations aux configurations décrites ci-dessus peuvent être introduites tout en conservant au moins certains des avantages de l'invention. Par exemple, l'invention peut s'appliquer à des configurations de phases indépendantes. - 10 - L'expression « comprenant un » doit être comprise comme synonyme de l'expression « comprenant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié. REVENDICATIONS1. Procédé d'évacuation de l'énergie stockée dans un stator (1) d'un moteur électrique, notamment d'un moteur électrique de direction assistée d'un véhicule automobile, ledit stator ayant au moins une phase électrique (12, 14, 16), un état de déconnexion de ladite phase d'avec un dispositif de commande (30) du stator étant contrôlé par un dispositif interrupteur (20, 21, 22) comprenant au moins un interrupteur (22) et une diode (24) en parallèle dudit interrupteur, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) ouverture dudit dispositif interrupteur (20, 21, 23), b) maintien ouvert dudit dispositif interrupteur (20, 21, 23) pendant un temps d'avalanche tl, c) fermeture dudit dispositif interrupteur (20, 21, 23) pendant un temps de fermeture t2, dans lequel les étapes a) à c) sont répétées jusqu'à ce que la tension aux bornes dudit dispositif interrupteur (20, 21, 23), lorsque le dispositif interrupteur est ouvert, reste inférieure à la tension d'avalanche dudit dispositif interrupteur. 2. Procédé d'évacuation de l'énergie selon la revendication 1, dans lequel le moteur électrique est un moteur polyphasé, notamment un moteur triphasé, l'état de déconnexion des phases (12, 14, 16) étant contrôlé par des dispositifs interrupteurs (20, 21, 23). 3. Procédé d'évacuation de l'énergie selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le temps d'avalanche tl est supérieur ou égal à 0,11..ts, et inférieur ou égal à 501..ts. 4. Procédé d'évacuation de l'énergie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le temps de fermeture t2 est supérieur ou égal à 500*tl, et inférieur ou égal à 2000*tl. 5. Procédé d'évacuation de l'énergie selon l'une des revendications précédentes, comprenant préalablement à l'étape a) une étape a0) de réception d'un signal de déconnexion de phase initiant le procédé d'évacuation de l'énergie. 6. Procédé d'évacuation de l'énergie selon la revendication précédente, dans lequel l'étape d'ouverture a) succède immédiatement à l'étape a0) de réception d'un signal de déconnexion de phase.-12- 7. Procédé d'évacuation de l'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'état d'ouverture dudit dispositif interrupteur (20, 21, 23) est commandé au moyen d'un courant électrique circulant dans une impédance (50) interposée entre l'électrode de commande dudit dispositif interrupteur et une borne dudit dispositif interrupteur. 8. Procédé d'éNacuation de l'énergie selon la revendication 7, la revendication 2 s'appliquant, dans lequel la même impédance (50) est commune aux différents dispositifs interrupteurs (20, 21, 23). 9. Dispositif d'évacuation de l'énergie stockée dans un stator (1) d'un moteur électrique, notamment d'un moteur électrique de direction assistée d'un véhicule automobile, ledit stator ayant au moins une phase électrique (12, 14, 16), le dispositif d'évacuation comprenant : - un dispositif interrupteur (20, 21, 23) comprenant au moins un interrupteur (22) et une diode en parallèle dudit interrupteur (24), et étant destiné à contrôler un état de déconnexion de ladite phase (12, 14, 16) d'avec un dispositif de commande (30) du stator, - un circuit de commande (40) de l'état d'ouverture dudit dispositif interrupteur configuré pour mettre en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Dispositif d'évacuation de l'énergie selon la revendication 9, comprenant une alimentation électrique autonome. 11. Dispositif d'évacuation de l'énergie selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, comprenant un organe de réception d'un signal de déconnexion de phase. 12. Dispositif d'évacuation de l'énergie selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, comprenant en outre au moins une impédance (50) interposée entre l'électrode de commande du dispositif interrupteur et une borne dudit dispositif interrupteur, l'état d'ouverture dudit dispositif interrupteur étant commandé au moyen d'un courant électrique circulant dans ladite impédance.- 13 - 13. Dispositif d'évacuation de l'énergie selon les revendications 9 et 12, comprenant plusieurs dispositifs interrupteurs (20, 21, 23) dans lequel la même impédance (50) est commune aux différents dispositifs interrupteurs.