Brevet FR3068534A1 — publié le 20190104

I MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE INTÉGRANT UNE FONCTION DE CONVERTISSEUR CONTINU/CONTINU L'invention porte sur un stator de machine électrique tournante intégrant une fonction de convertisseur continu/continu. De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités délimitées chacune par deux dents rotoriques adjacentes. Alternativement, le rotor pourra être un rotor dit à pôles saillants comportant des bobines enroulées autour de bras du rotor. Le rotor pourra également comporter des roues polaires entre lesquelles est montée une bobine. Par ailleurs, le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre du rotor par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le 20 stator comporte un corps muni d'une pluralité de dents définissant des d'encoches, et un bobinage inséré dans les encoches du stator. Le bobinage comporte une pluralité de phases obtenues par exemple à partir de fils continus recouverts d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Les phases sont reliées à 25 un pont redresseur de tension. Lorsque la machine électrique est entraînée par le moteur thermique, elle génère du courant permettant d'alimenter les batteries du réseau de bord ainsi que les charges électriques du véhicule. Les nouvelles normes imposent de prévoir une redondance des batteries (ou autres dispositifs de stockage d'énergie) pour sécuriser le réseau de bord du 30 véhicule dans le cas de fonction, comme le roulage en roue libre avec le moteur thermique éteint. 2 Toutefois, lorsque le moteur thermique se coupe, notamment lors d'une phase de roulage en roue libre du véhicule (dite de "coasting" en anglais), et que la machine électrique n'est plus entraînée en rotation, des chutes de tension apparaissent sur le réseau de bord. Ces chutes de tension sont 5 susceptibles d'altérer le fonctionnement des charges électriques sensibles du véhicule automobile. Afin d'éviter de telles chutes de tension, il est possible d'utiliser des batteries ayant des tensions de fonctionnement plus élevées que les tensions de fonctionnement standards, mais cela peut poser des problèmes de 10 dépassement de seuil limite lors de phase de récupération d'énergie. Une autre solution consiste à monter un convertisseur continu/continu entre la batterie et les charges sensibles, ce qui est onéreux et implique l'intégration d'une pièce supplémentaire. L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant 15 une machine électrique tournante pour véhicule automobile comportant: - au moins une batterie, - un pont redresseur à transistors monté électriquement entre une borne positive et une masse, le pont redresseur comportant des bras munis chacun de deux transistors, - un bobinage statorique comportant des enroulements de phase connectés aux bras de pont, - des charges électriques connectées entre la borne positive et la masse, caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante comporte en outre: - un interrupteur apte à prendre sélectivement: - un premier état dans lequel l'interrupteur établit une connexion entre la batterie et la borne positive du pont redresseur, ou - un deuxième état dans lequel l'interrupteur établit une connexion entre la batterie et le bobinage statorique pour assurer une fonction de convertisseur 30 continu/continu. L'invention permet ainsi d'utiliser les composants internes de la machine électrique tournante pour réaliser une fonction de convertisseur continu/continu assurant un maintien de la tension aux bornes des charges 3 électriques sensibles du réseau de bord. L'invention permet ainsi de réduire le coût du système en nécessitant uniquement l'ajout un boîtier comportant l'interrupteur et un condensateur associé. Selon une réalisation, un condensateur est connecté électriquement en 5 parallèle des charges électriques. Cela permet d'assurer un filtrage des surtensions. Selon une réalisation, un condensateur est associé à l'interrupteur. Cela permet d'assurer un filtrage des oscillations de tension. Selon une réalisation, le condensateur est connecté en amont de 10 l'interrupteur entre une borne positive de la batterie et la masse. Selon une réalisation, le condensateur est connecté en aval de l'interrupteur entre l'interrupteur et le bobinage statorique. Selon une réalisation, le bobinage statorique est de type étoile. Dans ce cas, dans le deuxième état, l'interrupteur établit une connexion entre la batterie et 15 un point neutre du bobinage statorique. Selon une réalisation, le bobinage statorique est de type triangle. Dans ce cas, dans le deuxième état, l'interrupteur établit une connexion entre la batterie et une jonction entre deux enroulements de phase. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte une 20 autre batterie. Selon une réalisation, les charges électriques sont des charges du véhicule automobile sensibles aux variations de tension. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à 25 titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est un schéma électrique d'un premier mode de réalisation d'une machine électrique tournante selon l'invention comportant un interrupteur lui permettant de remplir une fonction de convertisseur continu/continu; 4 Les figures 2a et 2b sont des schémas électriques illustrant, pour une phase, le fonctionnement de la machine électrique tournante en mode convertisseur continu/continu; Les figures 3a et 3b sont schémas électriques d'un deuxième mode de 5 réalisation d'une machine électrique tournante selon l'invention illustrant les deux positionnements possibles du condensateur associé à l'interrupteur. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 1 montre un schéma électrique d'une machine électrique tournante 10 10 comportant un pont redresseur 11 monté électriquement entre une borne positive B+ et la masse M. Ce pont redresseur 11 comporte des bras B1-B3 munis chacun de deux transistors 12, notamment de type MOSFET. Ce type de transistor intègre par construction une diode de roue libre. Un bobinage statorique 13 comporte des enroulements de phase P1-P3 15 connectés aux bras de pont B1-B3. Le bobinage 13 présente en l'occurrence une configuration en étoile. Le bobinage 13 est ici triphasé mais pourrait en variante comporter plus de trois phases, notamment six phases. Une première batterie 14, ainsi que des premières charges électriques 15, sont connectées respectivement entre la borne positive B+ et la masse M. 20 Un condensateur Cl est connecté électriquement en parallèle des charges électriques 15 afin d'assurer un filtrage des surtensions. Ces charges électriques 15, telles que les phares ou la direction, sont sensibles aux variations de tension. La batterie 14 pourra par exemple être une batterie au plomb ayant une tension de fonctionnement de 12.5 Volts. 25 Une deuxième batterie 18, ainsi que des deuxièmes charges électriques 19, sont connectées respectivement entre la borne positive B+ et la masse M. Ces charges électriques 19, telles que le compresseur de climatisation ou les organes de chauffe d'un siège, sont peu sensibles aux variations de tension. La batterie 18 pourra par exemple être une batterie au Lithium ayant une tension de fonctionnement de 13 Volts. 5 Un interrupteurest monté électriquement entre la batterie 18 et le pont redresseur 11. Cet interrupteurpourra par exemple prendre la forme d'un transistor commandé. Un condensateur C2 est associé à l'interrupteurafin d'assurer un filtrage des oscillations de tensions. Le condensateur C2 peut 5 être connecté soit en amont de l'interrupteurentre la batterie 18 et la masse M, tel que cela est montré sur la figure 1, soit en aval de l'interrupteurentre le point neutre du bobinage et la masse M, tel que cela est montré sur les figures 2a et 2b. L'interrupteuret le condensateur C2 pourront être intégrés à l'intérieur d'un même boîtier 22. 10 Cet interrupteurest apte à prendre sélectivement un premier état El et un deuxième état E2. Dans le premier état El, l'interrupteur établit une connexion entre la batterie 18 et la borne positive B+ du pont redresseur 11. Cela correspond à un fonctionnement normal de la machine électrique tournante 10 en mode générateur de courant ou assistance de couple. 15 Dans le deuxième état E2, l'interrupteurétablit une connexion entre la borne positive de la batterie 18 et le point neutre du bobinage 13 pour assurer une fonction de convertisseur continu/continu. A cet effet, les transistors 12 du pont redresseur 11 sont commandés dans un premier temps de façon à ce que les enroulements de phase P1-P3 emmagasinent de l'énergie, puis dans 20 un deuxième temps de façon à ce que cette énergie soit restituée aux charges sensibles 15. Ainsi, comme cela est représenté sur la figure 2a pour une seule phase, dans un premier temps, le transistor 12 supérieur du premier bras B1 est ouvert et le transistor 12 inférieur du premier bras B1 est passant de telle 25 façon que le courant issu de la batterie 18 traverse la bobine de la phase P1 pour aller ensuite à la masse M. Dans un second temps, comme cela est représenté sur la figure 2b, le transistor 12 supérieur du premier bras B1 est passant et le transistor 12 inférieur du premier bras E31 est ouvert de telle façon que le courant issu de 30 la bobine de la phase P1 peut alimenter les charges 15 pour maintenir une tension constante sur le réseau de bord. 6 Les autres phases P2 et P3 sont commandées de façon analogue. Les différentes phases P1-P3 pourront être pilotées de façon synchronisée ou les transistors 12 des bras associés d'une phase donnée Px peuvent rester ouverts selon les charges nécessaires. Dans le mode de réalisation des 5 figures 3a et 3b, la machine électrique tournante 10 comporte un pont redresseur 11 monté électriquement entre une borne positive B+ et la masse. Ce pont redresseur 11 comporte des bras B1-B3 munis chacun de deux transistors 12, notamment de type MOSFET. Un bobinage 13 statorique comporte des enroulements de phase P1-P3 10 connectés aux bras de pont B1-B3. Le bobinage 13 présente en l'occurrence une configuration en triangle. Le bobinage 13 est ici triphasé, mais pourrait en variante comporter plus de trois phases, notamment six phases. Une première batterie 14, ainsi que des premières charges électriques 15, sont connectées entre la borne positive B+ et la masse M. Un condensateur 15 Cl est connecté électriquement en parallèle des charges 15 afin d'assurer un filtrage des surtensions. Ces premières charges 15 sont des charges sensibles aux variations de tension. La batterie 14 pourra par exemple être une batterie au plomb ayant une tension de fonctionnement de 12.5 Volts. Une deuxième batterie 18, ainsi que des deuxièmes charges électriques 19, 20 sont connectées entre la borne positive B+ et la masse M. Ces deuxièmes charges 19 sont des charges peu sensibles aux variations de tension. La batterie 18 pourra par exemple être une batterie au Lithium ayant une tension de fonctionnement de 13 Volts. Un interrupteurest monté électriquement entre la batterie 18 et le pont 25 redresseur 11. Un condensateur C2 est associé à l'interrupteur . Le condensateur C2 peut être connecté soit en amont de l'interrupteurentre la borne positive de la batterie 18 et la masse M, tel que cela est montré sur la figure 3a, soit en aval de l'interrupteurentre une jonction entre deux enroulements de phase P1-P3 et la masse, tel que cela est montré sur la 30 figure 3b. L'interrupteuret le condensateur C2 pourront être intégrés à l'intérieur d'un même boîtier 22. 7 Cet interrupteurest apte à prendre sélectivement un premier état El et un deuxième état E2. Dans le premier état El, l'interrupteurétablit une connexion entre la batterie 18 et la borne positive B+ du pont redresseur 11. Cela correspond à un fonctionnement normal de la machine électrique 5 tournante 10 en mode générateur de courant ou assistance de couple. Dans le deuxième état E2, l'interrupteurétablit une connexion entre la borne positive de la batterie 18 et une jonction entre deux enroulements de phase P1-P3 pour assurer une fonction de convertisseur continu/continu. A cet effet, les transistors 12 du pont redresseur 11 sont commandés dans un 10 premier temps de façon à ce que les enroulements de phase P1-P3 emmagasinent de l'énergie, puis dans un deuxième temps de façon à ce que cette énergie soit restituée aux charges sensibles 15. Il est à noter que le bras de pont B1 connecté au point supérieur de jonction entre les enroulements de phase P1 et P2 ne peut pas être utilisé, car il ne 15 permet pas de faire passer du courant à l'intérieur d'un enroulement de phase. Seuls les deux autres bras de pont B2 et B3 seront commandés dans ce mode de réalisation pour assurer la fonction de convertisseur continu/continu. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple 20 uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (10) pour véhicule automobile comportant: - au moins une batterie (18), - un pont redresseur (11) à transistors (12) monté électriquement entre une borne positive (B+) et une masse (M), le pont redresseur (11) comportant des bras (B1-B3) munis chacun de deux transistors (12), - un bobinage statorique (13) comportant des enroulements de phase (P1-P3) connectés aux bras de pont (B1-B3), - des charges électriques (15) connectées entre la borne positive (B+) et la masse (M), caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante (10) comporte en outre: - un interrupteurapte à prendre sélectivement: - un premier état (El) ) dans lequel l'interrupteurétablit une connexion entre la batterie (18) et la borne positive (B+) du pont redresseur (11), ou - un deuxième état (E2) dans lequel l'interrupteurétablit une connexion entre la batterie (18) et le bobinage statorique (13) pour assurer une fonction de convertisseur continu/continu. 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un condensateur (Cl) est connecté électriquement en parallèle des charges électriques (15). 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un condensateur (C2) est associé à l'interrupteur. 4. Machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisée en ce que le condensateur (C2) associé à l'interrupteur est connecté en amont de l'interrupteurentre une borne positive de la batterie (18) et la masse (M). 5. Machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisée 30 en ce que le condensateur (C2) associé à l'interrupteur est connecté en aval de l'interrupteurentre l'interrupteuret le bobinage statorique (13). 9 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bobinage statorique (13) est de type étoile. 7. Machine électrique tournante selon la revendication 6, caractérisé 5 en ce que dans le deuxième état (E2), l'interrupteurétablit une connexion entre la batterie (18) et un point neutre du bobinage statorique (13). 8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le bobinage statorique (13) est 10 de type triangle. 9. Machine électrique tournante selon la revendication 8, caractérisé en ce que dans le deuxième état (E2), l'interrupteurétablit une connexion entre la batterie (18) et une jonction entre deux enroulements de phase (PI-P3). 15 10. Machine électrique tournante 10 selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'elle comporte une autre batterie (14). 11. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les charges électriques (15) 20 sont des charges du véhicule automobile sensibles à des variations de tension.