Brevet FR3091427A1 — publié le 20200703

« Filtrage électromagnétique d'un circuit de contrôle d'un moteur électrique » Domaine technique Le contexte technique de la présente invention est celui de la protection contre les rayonnements électromagnétique. Plus particulièrement, l'invention a trait à un circuit de contrôle d'un moteur électrique, notamment du type de ceux utilisés dans des ensembles de ventilation de face avant de véhicule automobile. L'invention concerne aussi un groupe moto-ventilateur pour véhicule automobile, piloté par un tel circuit de contrôle moteur. État de la technique antérieure On connait des groupes moto-ventilateurs permettant de réguler un débit d'air suffisant pour refroidir plusieurs éléments des véhicules automobiles, tels que par exemple un moteur thermique ou un circuit électrique. De tels groupes moto-ventilateurs comprennent un ventilateur mobile en rotation et un moteur électrique pour entrainer en rotation le ventilateur, le moteur électrique étant piloté par un circuit de contrôle. L'intégration toujours plus nombreuse d'équipements électriques dans un véhicule automobile conduit à davantage de proximité entre eux. Dès lors, le fonctionnement même des différents équipements électriques peut perturber les équipements électriques voisins. Aussi, les constructeurs automobiles imposent des contraintes de compatibilité électromagnétique (CEA/1) toujours plus grandes afin de garantir une fiabilité de fonctionnement des véhicules automobiles d'une part, et des différentes fonctionnalités proposées d'autre part. Ces exigences de compatibilité électromagnétique s'imposent aussi au circuit de contrôle du moteur électrique des groupes moto-ventilateurs. En effet, la génération d'un signal de commande à modulation de largeur d'impulsion génère un rayonnement électromagnétique qui est susceptible de perturber les autres équipements électriques. La présente invention a pour objet de proposer un nouveau circuit de contrôle afin de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d'autres avantages. Plus particulièrement, un but de l'invention est de réduire les émissions électromagnétiques d'un tel circuit de contrôle durant son fonctionnement. Un autre but est de réduire l'encombrement mécanique du circuit de contrôle. Exposé de l'invention - 2 - Selon un premier aspect de l'invention, on atteint au moins l'un des objectifs précités avec un circuit de contrôle moteur d'un moteur électrique, le circuit de contrôle comprenant (i) un pont de puissance comprenant au moins une branche dc puissance, le pont dc puissance étant configure pour piloter le moteur électrique, et (ii) un dispositif de filtrage disposé en parallèle de l'au moins 5 une branche de puissance afin de filtrer un rayonnement électromagnétique du pont de puissance, ledit dispositif de filtrage comprenant au moins une capacité de filtrage, au moins une capacité de filtrage du dispositif de filtrage étant du type polymère-hybride. Le moteur électrique piloté par le commutateur électrique est avantageusement du type d'un moteur électrique à courant continu. 10 Chaque branche de puissance du pont de puissance comprend un ou plusieurs - et préférentiellement deux - commutateur de puissance. Chaque commutateur de puissance est configure pour générer un signal électrique dc puissance à modulation de largeur d'impulsion afin de contrôler la rotation et/ou la vitesse de rotation du moteur électrique auquel le circuit de contrôle est relié. À cet effet, chaque commutateur de puissance est alternativement configure dans 15 un état de conduction passant - dans lequel il présente une résistance très faible entre ses bornes - et dans un état de conduction bloquant - dans lequel il présente une résistance très élevée entre ses bornes. Le basculement du commutateur de puissance entre ses états de conduction passant et bloquant permet ainsi de générer le signal de puissance du type à modulation de largeur d'impulsion et de pouvoir contrôler ses caractéristiques, telles que par exemple une fréquence et/ou un rapport 20 cyclique dudit signal de puissance. Durant son fonctionnement, le circuit de contrôle est source de rayonnement électromagnétique, principalement du fait des commutations successives de(s) commutateur( s) de puissance du pont dc puissance. Le dispositif de filtrage permet de filtrer des variantions brutales de courant électrique qui peuvent 25 apparaître lors de la rotation du moteur électrique, et notamment lors de l'ouverture ou de la fermeture des commutateurs de puissance lorsqu'ils commutent depuis leur état de conduction passant vers leur état de conduction bloquant, ou inversement. En effet, le dispositif de filtrage présente une impédance électrique qui dépend de la fréquence du courant électrique qui la traverse : pour des variations brutales de courant électrique - au moment de l'établissement de la 30 commutation électrique du commutateur de puissance - alors l'impédance électrique du dispositif de filtrage est très élevée. En revanche, pour des variations plus faibles de courant électrique - lorsque le commutateur de puissance a commuté dans l'un de ses états de conduction - alors l'impédance électrique du dispositif de filtrage est très faible. - 3 - En d'autres termes, le dispositif de filtrage se comporte essentiellement comme un filtre du type passe-bas dont une fréquence de coupure détermine son comportement vis-à-vis du courant électrique le traversant : - au-delà de la fréquence de coupure, alors l'impédance électrique vue par le courant 5 électrique traversant le dispositif de filtrage est très grande, et le courant électrique traversant ledit dispositif de filtrage est ainsi fortement atténué ; - en-deçà de la fréquence de coupure, alors l'impédance électrique vue par le courant électrique traversant le dispositif de filtrage est très faible, et le courant électrique traversant ledit dispositif de filtrage est peu ou pas du tout atténué. 10 Comme il sera détaillé ultérieurement, la fréquence de coupure du dispositif de filtrage dépend des caractéristiques électriques des composants qui forment le dispositif de filtrage, et notamment de celles de l'an moins une capacité de filtrage hybride polymère. Conformément à l'invention, l'utilisation singulière de la technologie polymère-hybride pour le dispositif dc filtrage permet d'optimiser son dimensionnement, à la fois électrique et dimensionnel. 15 En effet, l'utilisation de capacité de filtrage polymère-hybride permet d'augmenter la capacitance volumique de la ou des capacités de filtrage du dispositif de filtrage. En d'autres termes, la capacitance de la capacité de filtrage polymère-hybride est, pour un volume donné, supérieure à celle obtenue pour un même volume dans une autre technologie non polymère-hybride. La technologie de polymère-hybride permet ainsi d'améliorer la compacité du dispositif de filtrage du circuit de 20 contrôle conforme au premier aspect de l'invention. En outre, l'utilisation de la technologie de polymère-hybride pour la ou les capacités de filtrage permet offre de meilleures performances en termes de filtrage électromagnétique, notamment en basse fréquence. Le circuit de contrôle conforme au premier aspect de l'invention comprend avantageusement au 25 moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison : _ le ou les commutateurs de puissance du pont de puissance sont du type d'un transistor de puissance. Selon un mode particulier de réalisation, le ou les commutateurs de puissance sont du type d'un transistor à effet de champ. Plus particulièrement encore, le ou les 30 commutateurs de puissance sont du type d'un MOSFET, acronyme anglais pour « Metal Oxicle Semiconductor Field befect Transistor » et signifiant transistor à effet de champ à grille isolée ; -4- - une valeur de capacitance de l'au moins une capacité de filtrage polymère-hybride est supérieure à 200 g'. Préférentiellement, la valeur de capacitance de l'au moins une capacité de filtrage polymère est approximativement égale à 330 FIE, à plus ou moins 10% près ; - l'au moins une capacité de filtrage polymère-hybride est logée dans un boiticr cylindrique 5 dont un diamètre est inférieur ou égal à 12 mm et/ou une hauteur est inférieure ou égale à 12 mm. Préférentiellement, le diamètre et/ou la hauteur du boitier logeant l'au moins une capacité de filtrage polymère est approximativement égale à 10 mm, à plus ou moins 10% près , - selon un premier mode de réalisation, chaque capacité de filtrage du dispositif de filtrage est 10 du type polymère-hybride. Selon un deuxième mode de réalisation alternatif, une première partie des capacités de filtrage est du type électrolytique, et une deuxième partie des capacités de filtrage est du type polyrnère-hybride ; - le dispositif de filtrage comprend une inductance de filtrage. Cette configuration avantageuse permet d'optimiser le comportement fréquentiel du dispositif de filtrage. L'utilisation 15 combinée de la technologie polymère-hybride pour la ou les capacités de filtrage permet de diminuer une valeur d'inductance de l'inductance de filtrage. Consécutivement, cette configuration avantageuse permet de réduire les coûts du dispositif de filtrage ainsi que son encombrement et son poids ; - une seule des capacités de filtrage du dispositif de filtrage est du type polymère-hybride, la 20 capacité de filtrage du type polymère-hybride étant située à l'opposé de l'inductance de filtrage par rapport au pont de puissance. Éventuellement, une partie des capacités de filtrage du dispositif de filtrage sont du type polymère-hybride, la capacité de filtrage située à l'opposé de l'inductance de filtrage par rapport au pont de puissance faisant partie de celles du type polymère-hybride ; 25 - une valeur d'inductance de l'inductance de filtrage est comprise entre 24.75 pH et 62.5 pH pour une fréquence de coupure supérieure ou égale à 100 kHz ; - l'inductance de filtrage est disposée en parallèle de l'au moins une capacité de filtrage ; - le dispositif de filtrage est du type d'un filtre en PI, ledit filtre en PI étant formée par l'inductance de filtrage située entre deux capacités de filtrage disposées en parallèle l'une par 30 rapport à l'autre. Cette configuration avantageuse permet de réaliser un filtre passe-bas dont une fréquence de coupure est déterminée par des valeurs d'impédance de l'inductance de filtrage et des capacités de filtrage ; -5- - le dispositif de filtrage comprend un nombre de capacités de filtrage égal à un nombre de branches de puissance du pont de puissance. En particulier, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le circuit de contrôle est triphasé, le nombre de branches de puissance du pont de puissance étant égal à trois, et le nombre de de capacités de filtrage 5 étant égal à trois. Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un groupe moto-ventilateur pour véhicule automobile, ledit groupe moto-ventilateur comprenant (i) un ventilateur entrainé en rotation par un moteur électrique, et (ii) un circuit de contrôle conforme au premier aspect de l'invention ou selon l'un quelconque de ses perfectionnements, ledit circuit de contrôle étant configuré pour piloter le 10 moteur électrique. Le circuit de contrôle est configuré pour contrôler une vitesse de rotation et/ou un sens de rotation du moteur électrique et, consécutivement, du ventilateur associé. Comme détaillé précédemment, le groupe moto-ventilateur conforme au deuxième aspect présente un niveau supérieur de compatibilité électromagnétique par rapport aux groupes moto-ventilateur antérieurs, pour un 15 encombrement réduit grâce à l'utilisation de la ou des capacité(s) polymère-hybrides dans le dispositif de filtrage. Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici. Description des figures 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d'une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d'autre part, sur lesquels : la FIGURE 1 illustre un schéma électrique d'un moteur électrique piloté par un circuit de contrôle conforme au premier aspect de l'invention ; 25 la FIGURE 2 illustre un exemple de réalisation d'un tel circuit de contrôle conforme au premier aspect de l'invention. Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure oui elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des 30 variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est - 6 - suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique. 5 Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence. Description détaillée de l'invention La FIGURE I illustre un système électrique destiné à être installé par exemple dans un véhicule automobile non représenté, et dont une énergie électrique - représentée par une tension Lls' - est fournie par une batterie 2 via un réseau de bord 21. Dans l'exemple illustré sur la FIGURE 1, un tel 10 système électrique forme un groupe moto-ventilateur 8 conforme au troisième aspect de l'invention. Un tel groupe moto-ventilateur 8 comprend un moteur électrique 4 piloté par un circuit de contrôle 1, un rotor du moteur électrique 4 étant couplé mécaniquement à un arbre 52 entrainant en rotation une Hélice 51 d'un ventilateur 5. Le circuit de contrôle I est conforme au premier aspect de l'invention et sera décrit ultérieurement en référence à la FIGURE 2. 15 Le moteur électrique 4 piloté par le circuit de contrôle 1 peut être de tout type, et notamment du type d'un moteur à courant continu par exemple. Le moteur électrique 4 comprend un élément induit 41 et un élément inducteur 42. Dans l'exemple illustré sur la FIGURE 1, l'élément induit 41 est un rotor du moteur électrique 4 ; et l'élément inducteur 42 est un stator dudit moteur électrique 4. De manière avantageuse, l'élément inducteur 42 comprend un nombre N d'enroulements électriques 20 421. Dans l'exemple illustré sur la FIGURE 1, N est égale à 3. Selon une réalisation particulière de l'invention, les enroulements électriques 421 de l'élément inducteur 42 sont disposés selon une configuration électrique dite E REVENDICATIONS1. Circuit de contrôle (1) d'un moteur électrique (4), le circuit de contrôle (1) comprenant : - un pont de puissance (12) comprenant au moins une branche de puissance (A, B, C), le pont de puissance (12) étant configure pour piloter le moteur électrique (4) ; - un dispositif de filtrage (13) disposé en parallèle de l'au moins une branche de puissance (A, B, C) afin de filtrer un rayonnement électromagnétique du pont de puissance (12), ledit dispositif de filtrage (13) comprenant au moins une capacité de filtrage (132A-132D) ; caractérisé en ce qu'au moins une capacité de filtrage (132A-132D) du dispositif de filtrage (13) est du type polymère-hybride. 2. Circuit de contrôle (i) scion la revendication précédente, dans lequel une valeur de capacitance de l'au moins une capacité de filtrage (132A-132D) polymère-hybride est supérieure à 200 pr. 3. Circuit de contrôle (i) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'au moins une capacité de filtrage (132A-132D) polymère-hybride est logée dans un boitier cylindrique dont un diamètre est inférieur ou égal à 12 mm et/ou une hauteur est inférieure ou égale à 12 mm. 4. Circuit de contrôle (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque capacité de filtrage (132A-I32D) du dispositif de filtrage (13) est du type polymère-hybride. 5. Circuit de contrôle (i) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de filtrage (13) comprend une inductance de filtrage (131). 6. Circuit de contrôle (1) selon la revendication précédente, dans lequel l'inductance de filtrage (131) est disposée en parallèle de l'au moins une capacité de filtrage (132A-132D). 7. Circuit de contrôle (I) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel le dispositif de filtrage (13) est du type d'un filtre en Pl, ledit filtre en P1 étant formée par l'inductance de filtrage (131) située entre deux capacités de filtrage (132A-132D) disposées en parallèle l'une par rapport à l'autre. 8. Circuit de contrôle (I) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de filtrage (13) comprend un nombre de capacités de filtrage (132A-132D) égal à un nombre de branches de puissance (A, B, C) du pont de puissance (12). 9. Circuit de contrôle (I) selon la revendication précédente, dans lequel le nombre de branches de 5 puissance (A, B, C) du pont de puissance (12) est égal à trois, et le nombre de de capacités de filtrage (132A-132D) est égal à trois. 10. Groupe moto-ventilateur (8) pour véhicule automobile, ledit groupe moto-ventilation (8) comprenant : un ventilateur (5) entrainé en rotation par un moteur électrique (4) ; et un circuit de contrôle (I) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit circuit de contrôle (i) étant configuré pour piloter le moteur électrique (4).