Brevet FR3060826A1 — publié le 20180622

La présente invention concerne les appareils électroniques utilisés pour le contrôle et/ou la régulation de machines tournantes électriques, et notamment mais non exclusivement un régulateur numérique de tension d'alternateur. La technologie NFC est une technologie de communication sans contact par radiofréquence répondant à différentes normes telles que CEI-18000-3, ISO/CEI 14443 et CEI 18092, qui est très répandue dans le domaine de la téléphonie, notamment mobile ainsi que celui des cartes de paiement et de transport. Les domaines d'applications de la technologie NFC sont variés et plusieurs problématiques ont été traitées afin de rendre cette technologie de plus en plus robuste et fiable. Cependant, dans le domaine des machines électriques tournantes, notamment des alternateurs de basse ou moyenne tension, cette technologie reste peu ou pas utilisée. Un alternateur est une machine tournante dédiée à être connectée à une charge ou au réseau électrique. Classiquement, ses paramètres de sortie tels que le courant ou la tension sont contrôlés par un régulateur de tension à travers l'ajustement du courant d'excitation de l'inducteur d'excitatrice. Le courant d'excitation permet de créer dans l'induit d'excitatrice une tension qui est redressée via un pont de diodes tournant afin d'alimenter la roue polaire de la machine principale. En conséquence, la roue polaire devient le siège d'un flux magnétique capté par le bobinage principal du stator pour générer le signal de sortie désiré par la charge ou le réseau. Les régulateurs de tension numériques d'alternateur connus sont des modules communicants utilisant par exemple un port de type USB, CANBUS, Ethernet pour échanger des données avec l'extérieur... Les règles de sécurité dans ce domaine imposent un niveau d'isolation suffisant pour protéger l'utilisateur se connectant au régulateur numérique, l'alternateur étant en fonctionnement. Cela complique la réalisation du régulateur et augmente son coût. Il existe par conséquent un besoin pour perfectionner encore les régulateurs de tension et autres appareils communicants équipant les machines électriques tournantes, pour notamment simplifier leur fabrication tout en offrant la protection requise pour l'utilisateur. L'invention répond à ce besoin grâce à un appareil électronique communiquant pour machine électrique tournante, notamment régulateur de tension d'alternateur ou variateur de vitesse, comportant un circuit électronique et un port filaire permettant l'échange 3060826 2 d'informations avec l'extérieur, caractérisé par le fait que le port filaire est défini par un module d'interface solidaire d'une carte du circuit électronique et communiquant par une liaison sans fil avec celle-ci. L'invention permet, grâce à la communication sans fil au sein même de l'appareil, 5 de s'affranchir des contraintes d'isolation physique précitées tout en garantissant le niveau sécuritaire requis. La machine électrique peut être un alternateur. Le régulateur peut notamment assurer la protection de l'alternateur vis-à-vis d'éventuel dysfonctionnements tels que la surcharge et la surexcitation, pouvant conduire à la 10 destruction de l'alternateur. L'appareil peut être agencé pour permettre le verrouillage des données par mot de passe, afin sécuriser les données accessibles et assurer une protection du régulateur grâce à un accès par code de sécurité propre à l'appareil. La carte peut être reçue dans une coque, notamment réalisée en matière 15 thermoplastique, éventuellement renforcée, et le module d'interface comporte alors de préférence un boîtier fixé sur cette coque. La carte peut être noyée dans une résine coulée dans la coque. Le boîtier du module d'interface peut être fixé par tous moyens sur la carte ou la coque précitée. De préférence, le boîtier du module d'interface comporte des picots engagés 20 dans des trous correspondants de la coque, notamment rivetés dans ces trous. Ces derniers peuvent être réalisés sur un rebord de la coque. Le module d'interface communique avec un module de communication de l'appareil. De préférence, la carte comporte une antenne reliée à ce module de communication et le module d'interface comporte une antenne disposée en vis-à-vis de l'antenne de la carte. 25 De préférence, le module d'interface et le module de communication sont du type NFC. Cela permet d'utiliser des composants dédiés à ce type de technologie et de bénéficier d'une grande fiabilité de communication entre le module d'interface et le module de communication, malgré les champs électromagnétiques environnants. Le module d'interface comporte au moins un connecteur permettant le 30 raccordement d'un câble, relié par exemple à un ordinateur, notamment du type USB. 3060826 3 L'appareil, notamment le régulateur de tension numérique d'alternateur, peut comporter un microcontrôleur principal dont l'alimentation électrique en courant continu peut s'effectuer par un câble relié au module d'interface, notamment un câble relié à un ordinateur, ou par la tension produite par la machine équipée de l'appareil, notamment lorsque cette 5 machine est un alternateur. Lorsque la machine électrique est un alternateur, et l'appareil un régulateur, ce dernier peut être agencé pour transmettre à un équipement extérieur, notamment un ordinateur, via le module d'interface, des informations provenant de capteurs connectés à l'alternateur, notamment des données concernant la température, la vibration, le courant et la tension 10 d'excitation, et en particulier toutes les grandeurs électriques de l'alternateur. La carte précitée de l'appareil peut comporter une antenne additionnelle permettant, lorsque court-circuitée, d'annuler le champ électromagnétique capté par l'antenne servant à l'échange de données avec le module d'interface. Cela peut permettre d'éviter la réception de données et l'alimentation de l'appareil par le module de communication durant 15 des phases de transition où l'on passe d'une alimentation par le module de communication à une alimentation par la machine électrique. L'invention a encore pour objet un procédé pour échanger des données avec un appareil électronique selon l'invention, équipant une machine électrique tournante, notamment pour le configurer, contrôler et enregistrer des informations contenues dans 20 l'appareil ou mettre à jour le firmware de l'appareil, dans lequel on connecte à l'aide d'un câble un ordinateur au module d'interface et l'on échange des données avec l'appareil par l'intermédiaire du module d'interface. Durant ce branchement, la machine électrique peut être à l'arrêt ou non. Si elle est à l'arrêt, le module d'interface peut envoyer de l'énergie via le couplage des antennes à 25 l'appareil, et permettre ainsi à un microcontrôleur principal de l'appareil de fonctionner malgré l'arrêt de la machine. Selon une caractéristique d'un mode de réalisation préférentiel, on court-circuite l'antenne additionnelle durant une phase transitoire, durant laquelle l'appareil reçoit l'énergie transmise par le module d'interface relié à l'ordinateur et durant laquelle la tension de 30 l'alternateur augmente mais reste insuffisante pour prendre le relais de l'alimentation par le module d'interface. Cela permet une transition souple entre les deux sources d'alimentation de l'appareil. 3060826 4 L'invention a encore pour objet une machine tournante électrique, notamment un alternateur, équipée d'un appareil selon l'invention, notamment servant de régulateur de tension numérique de l'alternateur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la 5 lecture de la description qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une vue en perspective, schématique, du circuit électronique d'un exemple d'appareil réalisé conformément à l'invention, - la figure 2 est une vue éclatée du circuit de la figure 1, 10 - la figure 3 représente un détail de la coopération mécanique entre le module d'interface et une coque de réception de la carte de circuit imprimé, - la figure 4 représente isolément la coque de la figure 3, - les figures 5 à 7 représentent des éléments constitutifs du module d'interface, - la figure 8 est un schéma électrique d'une machine tournante équipée d'un 15 appareil selon l'invention, - la figure 9 représente un détail du schéma de la figure 8, - la figure 10 est un schéma électrique du module d'interface, et - la figure 11 est une vue analogue à la figure 10, d'une variante de réalisation du module d'interface. 20 On a représenté à la figure 8 le schéma d'une machine électrique tournante équipée d'un appareil communiquant 17, en l'espèce un régulateur de tension numérique, réalisé conformément à l'invention. Dans l'exemple considéré, la machine tournante est un alternateur dédié à être connecté à une charge ou au réseau électrique 18. 25 Ses paramètres de sortie tels que le courant ou la tension sont contrôlés par le régulateur de tension 17 à travers l'ajustement du courant d'excitation de l'inducteur d'excitatrice 11. Le courant d'excitation permet de créer dans l'induit d'excitatrice 12 une tension qui est redressée via un pont de diodes tournant 13 afin d'alimenter la roue polaire 14 de la machine principale. En conséquence, cette roue polaire devient le siège d'un flux 30 magnétique capté par le bobinage principal du stator 15 débitant sur la charge ou le réseau 18. 3060826 5 Le régulateur 17 est compatible avec les différents types d'excitation communément rencontrés dans l'industrie. On a représenté plus particulièrement le régulateur 17 à la figure 9. Le fonctionnement du régulateur 17, notamment la stratégie de régulation et de 5 protection ainsi que des fonctions annexes, est assuré par un microcontrôleur principal 21 qui exécute un programme en mémoire. La partie puissance 22 du régulateur 17 permet de fournir à l'inducteur d'excitatrice 11 le courant nécessaire pour assurer une bonne régulation. Le microcontrôleur 21 reçoit des mesures 25 et des informations provenant 10 d'entrées et de sorties 26 du régulateur 17. Les entrées et sorties 26 sont dédiées à recevoir et à envoyer des signaux analogiques ou numériques, sans limitation de nombre ni de fonction. Les mesures 25 concernent principalement les tensions et les courants, ainsi éventuellement qu'un ou plusieurs capteurs annexes 19 tels qu'un capteur de température ou 15 de vitesse de rotation. Le microcontrôleur peut recevoir le cas échéant une information d'un équipement entraînant l'arbre de l'alternateur, tel qu'un moteur thermique. Ces informations permettent au microcontrôleur principal 21 d'assurer non seulement une bonne régulation de la tension mais également une protection adéquate de l'alternateur. Un enregistrement des données et du journal des évènements peut également être réalisé dans le régulateur 17. 20 Conformément à l'invention, le circuit électronique du régulateur 17 comporte un module de communication 23 relié à une antenne 24 au travers d'un circuit d'adaptation 27. Ce module de communication 23 est équipé d'un microcontrôleur lui permettant d'effectuer des échanges de données avec le microcontrôleur principal 21. Dans l'exemple considéré, le régulateur 17 comporte une carte de circuit imprimé 25 50, visible sur les figures 2 et 3, qui porte la plupart des composants électroniques du régulateur 17 et en particulier le module de communication 23 et l'antenne 24. Le module de communication 23 communique, via l'antenne 24, avec un module d'interface 4 ayant sa propre antenne 45 et dont le schéma électrique est donné à la figure 10. 3060826 6 Les modules de communication 23 et d'interface 4 sont de préférence des modules de communication utilisant la technologie NFC. Le module d'interface 4 comporte, comme illustré sur les figures 5 à 7, une carte de circuit imprimé 200 portant un connecteur 201 définissant un port filaire, par exemple de 5 type port USB. La carte 200 est logée dans un boîtier 202 comportant une coque inférieure 203 et une coque supérieure 204 pouvant se fixer sur la coque inférieure par encliquetage par exemple, grâce à des pattes de fixation 205 élastiquement déformables. La coque supérieure 204 est pourvue d'une ouverture 206 pour le passage du 10 connecteur 201. La carte 200 porte l'antenne 45, et le boîtier 202 est positionné au-dessus de la carte 50 de telle sorte que les antennes 24 et 45 se superposent sensiblement. La carte 50 est reçue dans une coque 210, qui constitue par exemple le berceau du régulateur 17, et que l'on a représentée isolément à la figure 4. 15 Cette coque 210 comporte sur sa paroi de fond 211 des butées de positionnement 212 sur lesquelles repose la carte 50 ainsi que des reliefs 214 servant de détrompeurs. Le montant périphérique 217 de la coque, auquel se raccordent également les butées 212, est prolongé supérieurement par un rebord 218 dirigé vers l'extérieur. Dans l'exemple considéré, le boîtier 202 est agencé pour se fixer sur la coque 210, 20 et plus particulièrement sur le rebord 218. Cette fixation est assurée par deux picots 220 moulés avec la coque inférieure 203 et insérés dans des trous correspondants 223 réalisés sur le rebord 218. L'extrémité des picots 220 dépassant sous le rebord 218 peut être déformée à froid ou à chaud, selon les matériaux utilisés, pour assurer leur maintien sur la coque 210. D'autres techniques de fixation du boîtier du module 4 sur la coque 210 et/ou la 25 carte 50 peuvent être utilisées, telles que par exemple encliquetage, rivetage, sertissage, montage en force, soudure, collage, vissage, glissière. Dans l'exemple de la figure 10, le module 4 est une version simplifiée permettant par exemple uniquement la configuration du régulateur 17 par un ordinateur par exemple, ainsi que l'observation en temps réel de paramètres. 3060826 7 L'unité 44 du module 4 qui assure la fonction NFC peut recevoir de l'énergie et des données par l'antenne 45 à travers un circuit d'adaptation 40 chargé du conditionnement des signaux électriques. Les données et l'énergie peuvent également provenir d'un ordinateur à travers une interface 41 ; dans ce cas le circuit d'adaptation peut avoir pour rôle de 5 transformer ces données en signaux électriques interprétables par l'antenne 24 du régulateur 17. L'interface 41 est de préférence de type USB ou RS232, mais l'utilisation d'un autre type de port de communication reste dans le cadre de la présente invention. Dans la variante de la figure 11, le module 4 intègre un microcontrôleur 10 supplémentaire 42 permettant d'étendre les fonctions du module 4. Par exemple, des protocoles de communication de type CAN Bus J1939 ou CANOpen sont implémentés grâce à ce microcontrôleur, ainsi que tout autre type de bus de terrain. L'interface 41 de ce module 4 peut être constituée d'un ou de plusieurs ports de communication filaires. L'invention offre la possibilité de mettre à jour le firmware du régulateur de 15 tension à partir du module 4. Une autre fonctionnalité offerte par l'invention est la lecture des paramètres du régulateur de tension numérique via un téléphone équipé de technologie NFC avec une application dédiée. Le régulateur 17 est alimenté par une alimentation qui ne délivre la tension 20 requise que lorsque l'alternateur fournit suffisamment de tension. La carte 50 peut comporter une antenne additionnelle 300, qui se superpose à l'antenne 24, et que le régulateur 17 peut court-circuiter sélectivement pour annuler le champ du module 4. En particulier, l'antenne 300 est court-circuitée temporairement, pendant quelques 25 ms, pour réaliser une transition propre entre l'état où l'alternateur ne délivre pas la tension nécessaire pour alimenter correctement le module 23, et dans lequel celui-ci reçoit son énergie du module 4, et l'état où la tension fournie par l'alternateur est suffisante pour assurer le fonctionnement du module 23. 3060826 8 Cela permet de gérer la perte de communication entre le régulateur 17 et par exemple l'ordinateur qui lui est connecté via le module 4, lors du basculement vers l'alimentation créée à partir des tensions de l'alternateur. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. En particulier, on peut fixer le module 4 directement sur la carte 50, par exemple. L'invention s'applique à une machine électrique tournante autre qu'un alternateur. REVENDICATIONS1. Appareil électronique (17) pour machine électrique tournante, notamment régulateur de tension d'alternateur ou variateur de vitesse, comportant un circuit électronique et un bus filaire permettant l'échange d'informations avec l'extérieur, caractérisé par le fait que le bus est défini par un module d'interface (4) solidaire d'une carte (50) du circuit électronique et communiquant par une liaison sans fil avec celle-ci. 2. Appareil selon la revendication 1, la carte (50) étant reçue dans une coque (210), et le module d'interface (4) comportant un boîtier (202) fixé sur cette coque (210). 3. Appareil selon la revendication 2, le boîtier (202) du module d'interface (4) comportant des picots engagés dans des trous correspondants (223) de la coque (210), notamment rivetés dans ces trous. 4. Appareil selon la revendication 3, les trous (223) étant réalisés sur un rebord (218) de la coque (210). 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, le module d'interface (4) communiquant avec un module de communication (23) de l'appareil, la carte (50) comportant une antenne (24) reliée à ce module de communication (23) et le module d'interface (4) comportant une antenne (45) disposée en vis-à-vis de l'antenne (24) de la carte (50). 6. Appareil selon la revendication 5, le module d'interface (4) et le module de 20 communication (23) étant du type NFC. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, le module d'interface (4) comportant un connecteur (201), notamment du type USB. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un microcontrôleur principal (21) dont l'alimentation électrique en courant continu peut 25 s'effectuer par un câble relié au module d'interface (4), notamment un câble relié à un ordinateur, ou par la tension produite par la machine équipée de l'appareil (17), notamment lorsque cette machine est un alternateur. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, la machine électrique étant un alternateur, et l'appareil étant un régulateur (17) agencé pour transmettre à 30 un équipement extérieur, notamment un ordinateur, via le module d'interface (4), des 3060826 10 informations provenant de capteurs (19) connectés à l'alternateur, notamment des données concernant la température, la vibration, le courant et la tension d'excitation, et en particulier toutes les grandeurs électriques de l'alternateur. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, la carte (50) 5 comportant une antenne additionnelle (300) permettant, lorsque court-circuitée, d'annuler le champ électromagnétique capté par l'antenne (24) servant à l'échange de données avec le module d'interface (4). 11. Machine électrique tournante, notamment alternateur, équipée d'un appareil tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes. 10 12. Procédé pour échanger des données avec un appareil électronique (17), équipant une machine électrique tournante, tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 10, notamment pour le configurer, contrôler et enregistrer des informations contenues dans l'appareil ou mettre à jour le firmware de l'appareil, dans lequel on connecte à l'aide d'un câble un ordinateur au module d'interface (4) et l'on échange des données avec 15 l'appareil par l'intermédiaire du module d'interface (4). 13. Procédé selon les revendications 10 et 12, la machine étant un alternateur et l'appareil un régulateur, dans lequel on court-circuite l'antenne additionnelle (300) durant une phase transitoire où le régulateur reçoit l'énergie transmise par le module d'interface (4) relié à l'ordinateur et où la tension de l'alternateur augmente mais est insuffisante pour prendre le relais de l'alimentation par le module d'interface (4).