FR2895596A1

FR2895596A1 - Procede de pilotage d'un ralentisseur electromagnetique.

Info

Publication number: FR2895596A1
Application number: FR0554046A
Authority: FR
Inventors: Serge Newiadomy; Stephane Hailly; Bruno Dessirier
Original assignee: Telma SA
Current assignee: Telma SA
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-06-29
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: EP1964255A2; WO2007080280A3; FR2895596B1; MX2008008348A; WO2007080280A2; US20090247354A1; BRPI0618537A2; CN101322308A

Abstract

L'invention concerne un procédé pour piloter un ralentisseur électromagnétique comprenant une génératrice de courant dans laquelle un courant d'excitation est injecté.Le procédé consiste à déterminer une intensité maximale admissible (Im) du courant d'excitation à injecter dans les bobines primaires statoriques du ralentisseur qui comprend un arbre portant des bobinages secondaires et des bobines inductrices alimentées par ces bobinages secondaire, les bobines primaires et les bobinages secondaires formant la génératrice. Le ralentisseur comprend une chemise dans laquelle les bobines inductrices génèrent des courants de Foucault, et un circuit de refroidissement liquide de cette chemise. Le procédé consiste à déterminer l'intensité maximale admissible en temps réel de manière à atteindre une température critique de la chemise cylindrique, et à déterminer cette température critique en prenant en compte une valeur de température du liquide de refroidissement.L'invention s'applique aux ralentisseurs destinés à équiper des véhicules tels que des poids lourds.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de pilotage d'un

ralentisseur électromagnétique comprenant une génératrice de courant.

L'invention s'applique à un ralentisseur capable de générer un couple résistant de ralentissement sur un arbre de transmission principal ou secondaire d'un véhicule qu'il équipe, lorsque ce ralentisseur est actionné.

ETAT DE LA TECHNIQUE Un tel ralentisseur électromagnétique comprend un arbre rotatif qui est accouplé à l'arbre de transmission principal ou secondaire du véhicule pour exercer sur celui-ci le couple résistant de ralentissement pour notamment assister le freinage du véhicule. Le ralentissement est généré avec des bobines inductrices alimentées en courant continu pour produire un champ magnétique dans une pièce métallique en matériau ferromagnétique, afin de faire apparaître des courants de Foucault dans cette pièce métallique. Les bobines inductrices peuvent être fixes pour coopérer avec au moins une pièce métallique en matériau ferromagnétique mobile ayant une allure générale de disque rigidement solidaire de l'arbre rotatif. Dans ce cas, ces bobines inductrices sont généralement orientées parallèlement à l'axe de rotation et disposées autour de cet axe, en vis-à-vis du disque, en étant solidarisées à un flasque fixe. Deux bobines inductrices successives sont alimentées électriquement pour générer des champs magnétiques de directions opposées. Lorsque ces bobines inductrices sont alimentées électriquement, les courants de Foucault qu'elles génèrent dans le disque s'opposent par leurs effets à la cause qui leur a donné naissance, ce qui produit un couple résistant sur le disque et donc sur l'arbre rotatif, pour ralentir le véhicule. Dans ce mode de réalisation, les bobines inductrices sont alimentées électriquement par un courant provenant du réseau électrique du véhicule, c'est-à-dire par exemple à partir d'une batterie du véhicule. Mais pour augmenter les performances du ralentisseur, on recourt à une conception dans laquelle une génératrice de courant est intégrée au ralentisseur.

Ainsi, selon une autre conception connue des documents de brevet EP0331559 et FR1467310, l'alimentation électrique des bobines inductrices est assurée par une génératrice comprenant des bobines primaires statoriques alimentées par le réseau du véhicule, et des bobinages secondaires rotoriques solidaires de l'arbre rotatif. Les bobines inductrices sont alors solidaires de l'arbre rotatif en étant radialement saillantes, de sorte qu'elles tournent avec l'arbre rotatif pour générer un champ magnétique dans une chemise cylindrique fixe qui les entoure. Un redresseur tel qu'un redresseur à pont de diodes est interposé entre les bobinages secondaires rotoriques de la génératrice et les bobines inductrices, pour convertir le courant alternatif délivré par les bobinages secondaires de la génératrice en courant continu d'alimentation des bobines inductrices. Deux bobines inductrices radiales consécutives autour de l'axe de rotation génèrent des champs magnétiques de directions opposées, l'une générant un champ orienté de façon centrifuge, l'autre un champ orienté de façon centripète. En fonctionnement, l'alimentation électrique des bobines primaires permet à la génératrice de produire le courant d'alimentation des bobines inductrices, ce qui donne naissance à des courants de Foucault dans la chemise cylindrique fixe, pour générer un couple résistant sur l'arbre rotatif, qui ralentit le véhicule. Afin de réduire le poids et d'augmenter encore les performances d'un tel ralentisseur, il est avantageux de l'accoupler à l'arbre de transmission du véhicule par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesse, conformément à la solution adoptée dans le document de brevet EP1527509. La vitesse de rotation de l'arbre du ralentisseur est alors surmultipliée par rapport à la vitesse de rotation de l'arbre de transmission auquel il est accouplé. Cet agencement permet d'augmenter significativement la puissance électrique délivrée par la génératrice, et donc la puissance du ralentisseur.

OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est un procédé de détermination de l'intensité maximale admissible du courant d'excitation des bobines primaires d'un ralentisseur électromagnétique permettant d'en améliorer les performances et la fiabilité. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour déterminer, dans un boîtier de commande, une intensité maximale admissible d'un courant d'excitation à injecter dans des bobines primaires statoriques d'un ralentisseur électromagnétique comprenant un arbre rotatif portant des bobinages secondaires et des bobines inductrices alimentées électriquement par ces bobinages secondaire, les bobines primaires et les bobinages secondaires formant une génératrice, ce ralentisseur comprenant une chemise cylindrique fixe entourant les bobines inductrices et dans laquelle les bobines inductrices génèrent des courants de Foucault, et un circuit de refroidissement à circulation de liquide de cette chemise, ce procédé consistant à déterminer l'intensité maximale admissible en temps réel, de manière à ce que cette intensité maximale admissible corresponde à une température critique de la chemise cylindrique, et à déterminer cette température critique en prenant en compte une valeur de température du liquide de refroidissement.

La prise en compte de la température du liquide de refroidissement permet d'augmenter la valeur de la température critique de la chemise cylindrique fixe, en particulier lorsque le liquide de refroidissement a une température qui est basse. L'augmentation de la température critique de la chemise permet d'augmenter d'autant l'intensité du courant d'excitation, et par là même, le couple de ralentissement généré par le ralentisseur. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la température du liquide de refroidissement correspond à une valeur de mesure issue d'une sonde de température située en sortie du circuit de refroidissement. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, consistant à prendre en compte le débit du liquide de refroidissement pour déterminer la température critique. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel l'intensité maximale admissible est déterminée dans le boîtier de commande à partir de tables de valeurs numériques mémorisées dans ce boîtier de commande, ces tables comprenant des valeurs représentatives du courant maximal admissible pour différentes conditions de fonctionnement.

L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, consistant à déterminer la valeur représentative du débit de liquide de refroidissement à partir du régime d'un moteur thermique du véhicule et d'une abaque caractéristique d'une pompe à eau entraînée par ce moteur thermique, cette pompe à eau provoquant la circulation du liquide de refroidissement.

L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la valeur significative du régime du moteur thermique est issue de données transmises par un bus CAN.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif.

La figure 1 est une vue d'ensemble avec un arrachement local d'un ralentisseur électromagnétique auquel s'applique l'invention ; La figure 2 est une représentation schématique des composants électriques du ralentisseur auquel est destiné 15 le procédé selon l'invention ; La figure 3 est une courbe représentative de l'intensité du courant d'excitation en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre rotatif pour obtenir un courant circulant dans les bobines inductrices ayant une 20 intensité constante ; La figure 4 est une courbe représentative de la température critique de la chemise cylindrique en fonction du débit de liquide de refroidissement ; La figure 5 est une courbe représentative de 25 l'augmentation de la température critique en fonction de la température du liquide de refroidissement ; La figure 6 comprend deux courbes d'intensité du courant injecté dans les bobines primaires en fonction de la température de la chemise cylindrique pour deux 30 températures du liquide de refroidissement.

DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Dans la figure 1, le ralentisseur électromagnétique 1 comprend un carter principal 2 de forme généralement 35 cylindrique ayant une première extrémité fermée par un couvercle 3, et une seconde extrémité fermée par une pièce d'accouplement 4 par laquelle ce ralentisseur 1 est fixé à un carter de boîte de vitesses soit directement soit indirectement, ici via un multiplicateur de vitesse repéré par 6. Ce carter 2, qui est fixe, renferme un arbre rotatif 7 qui est accouplé à un arbre de transmission non visible sur la figure, tel qu'un arbre principal de transmission aux roues du véhicule, ou secondaire tel qu'un arbre secondaire de sortie de boîte de vitesses via le multiplicateur de vitesse 6. Dans une région correspondant à l'intérieur du couvercle 3 est située une génératrice de courant qui comprend des bobines primaires 8 fixes ou statoriques qui entourent des bobinages secondaires rotoriques, solidaires de l'arbre rotatif 7. Ces bobinages secondaires sont représentés symboliquement en figure 2 en étant repérés par la référence 5. Ces bobinages secondaires 5 comprennent ici trois bobinages distincts 5A, 5B et 5C pour délivrer un courant alternatif triphasé ayant une fréquence conditionnée par la vitesse de rotation de l'arbre rotatif 7. Une chemise interne 9 fixe de forme générale cylindrique est montée dans le carter principal 2 en étant légèrement espacée radialement de la paroi externe de ce carter principal 2 pour définir un espace intermédiaire 10, sensiblement cylindrique, dans lequel circule un liquide de refroidissement de cette chemise 9. Ce carter principal, qui a également une forme générale cylindrique, est pourvu d'une canalisation d'admission 11 de liquide de refroidissement dans l'espace 10 et d'une canalisation de refoulement 12 du liquide de refroidissement hors de cet espace 10. Le circuit de refroidissement du ralentisseur peut être connecté en série avec le circuit de refroidissement du moteur thermique du véhicule que ce ralentisseur équipe. Dans ce cas, l'entrée 11 est connectée en sortie du moteur thermique, la sortie 12 étant connectée en entrée d'un radiateur de refroidissement de ce circuit.

Cette chemise 9 entoure plusieurs bobines inductrices 13 qui sont portées par un rotor 14 rigidement solidaire de l'arbre rotatif 7. Chaque bobine inductrice 13 est orientée pour générer un champ magnétique radial, tout en ayant une forme générale oblongue s'étendant parallèlement à l'arbre 7. De manière connue, la chemise 9 et le corps du rotor 14 sont en matériau ferromagnétique. Ici le carter est une pièce moulable à base d'aluminium et des joints d'étanchéité interviennent entre le carter et la chemise 9, le couvercle 3 et la pièce 4 sont ajourés. Les bobines inductrices 13 sont alimentées électriquement par les bobinages secondaires rotoriques 5 de la génératrice via un pont redresseur porté par l'arbre rotatif 7. Ce pont redresseur peut être celui qui est repéré par 15 sur la figure 2, et qui comprend six diodes 15A-15F, pour redresser le courant alternatif triphasé issu des bobinages secondaires 5A-5C en courant continu. Ce pont redresseur peut aussi être d'un autre type, en étant par exemple formé à partir de transistors de type MOSFET. Comme visible dans la figure 1, le rotor 14 portant les bobines inductrices 13 a une forme générale de cylindre creux relié à l'arbre rotatif 7 par des bras radiaux 16. Ce rotor 14 définit ainsi un espace interne annulaire situé autour de l'arbre 7, cet espace interne étant ventilé par un ventilateur axial 17 situé sensiblement au droit de la jonction du couvercle 3 avec le carter 2. Un ventilateur radial 18 est situé à l'extrémité opposée du carter 2 pour évacuer l'air introduit par le ventilateur 17. La sollicitation du ralentisseur consiste à alimenter les bobines primaires 8 avec un courant d'excitation provenant du réseau électrique du véhicule et notamment de la batterie, pour que la génératrice délivre un courant au niveau de ses bobinages secondaires 5. Ce courant délivré par la génératrice alimente alors les bobines inductrices 13 de manière à générer des courants de Foucault dans la chemise cylindrique fixe 9 pour produire un couple résistant assurant le ralentissement du véhicule. Le courant d'excitation est injecté dans les bobines primaires 8 au moyen d'un boîtier de commande décrit ci-après. La puissance électrique délivrée par les bobinages secondaires 5 de la génératrice est supérieure à la puissance électrique d'alimentation des bobines primaires 8, puisqu'elle est le résultat du champ magnétique des bobines primaires 8 et du travail fourni par l'arbre rotatif. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'arbre 7 du ralentisseur est relié à l'arbre de transmission des roues du véhicule via le multiplicateur 6 agissant sur un arbre secondaire de la boîte de vitesses relié à l'arbre principal de celle-ci. Ce ralentisseur comprend un boîtier de commande 19 représenté en figure 2, qui est interposé par exemple entre une source d'alimentation électrique du véhicule, et les bobines primaires 8. Dans l'exemple de la figure 2, le boîtier de commande 19 et les bobines primaires 8 sont montées en série entre une masse M du véhicule et une alimentation Batt de la batterie du véhicule. Comme visible dans cette figure, une diode D est montée aux bornes des bobines primaires 8 de façon à éviter la circulation d'un courant inverse dans les bobines primaires. Le boîtier de commande 19 du ralentisseur est un boîtier électronique comprenant par exemple un circuit logique de type ASIC fonctionnant sous 5V, et/ou un circuit de commande de puissance capable de gérer des courants d'intensité élevée. Ce boîtier de commande 19 comprend une entrée apte à recevoir un signal de pilotage du ralentisseur, ce signal étant représentatif d'un niveau de couple de ralentissement demandé au ralentisseur. Le boîtier de commande 19 détermine en temps réel une intensité maximale Im admissible pour le courant à injecter dans les bobines primaires 8. Il définit ensuite la valeur de l'intensité le du courant d'excitation, à partir de l'intensité maximale Im et de la valeur prise par le signal de commande. L'intensité maximale admissible Im du courant d'excitation le à injecter dans les bobines primaires est déterminée en temps réel dans le boîtier de commande 19 à partir de données et de mesures représentatives de la température du liquide de refroidissement au niveau de la sortie 12, notée Tr, et du débit du liquide de refroidissement, noté D. L'intensité Im est une valeur seuil au-delà de laquelle la température de la chemise cylindrique 9 est trop élevée et provoque l'entrée en ébullition du liquide de refroidissement, même si ce circuit est capable d'évacuer la puissance calorifique résultant des courants de Foucault circulant dans cette chemise. Si la température de la chemise est située au delà de la température critique Tc, le liquide de refroidissement entre en ébullition, ce qui provoque à court terme la ruine du ralentisseur électromagnétique. La température de la chemise cylindrique 9 dépend principalement de l'intensité des courants de Foucault circulant dans la chemise cylindrique 9. Celle-ci est directement liée à l'intensité du courant, noté If, qui circule dans les bobines inductrices 13. Ce courant If a lui-même une intensité dépendant du régime de rotation Na de l'arbre rotatif 7, et de l'intensité du courant d'excitation Ie. En d'autres termes, pour une intensité constante du courant If circulant dans les bobines inductrices 13, le courant d'excitation le injecté dans les bobines primaires 8 doit diminuer lorsque le régime Na de rotation de l'arbre rotatif 7 augmente, comme représenté schématiquement en figure 3. Le régime de rotation Na de l'arbre rotatif 7 peut provenir d'un capteur de vitesse de rotation équipant le ralentisseur, ou bien être déduit de données disponibles sur un bus de données CAN du véhicule auquel le boîtier 19 est relié. Dans ce cas, le facteur du multiplicateur de vitesse 6 est mémorisé dans le boîtier de commande 19 pour permettre la détermination du régime Na à partir des données du bus CAN. La figure 4 est un graphe représentatif de la température critique Tc(105 ) en fonction du débit D de liquide de refroidissement, pour un liquide de refroidissement ayant une température Tr valant cent-cinq degrés. Comme le montre ce graphe, plus le débit D est élevé, plus la température critique Tc peut être importante. Le débit D du liquide de refroidissement dépend du régime de rotation d'une pompe à eau entraînée par le moteur thermique du véhicule, et qui provoque la circulation du liquide de refroidissement. Ce débit résulte du régime de rotation du moteur thermique, noté Nt, et d'une abaque représentative de la caractéristique de cette pompe. Avantageusement, le boîtier de commande 19 récupère sur le bus CAN le régime de rotation Nt pour déterminer le débit D à partir de l'abaque de la pompe mémorisée dans ce boîtier de commande 19. La température critique Tc est en fait également dépendante de la température Tr du liquide de refroidissement : elle peut être d'autant plus élevée que la température Tr du liquide de refroidissement est basse, et ce, sans risque d'entrée en ébullition du liquide de refroidissement.

La figure 5 est un graphe représentatif de la correction C(Tr) à appliquer à la température Tc(105 ) du graphe de la figure 4 pour prendre en compte la température Tr du liquide de refroidissement en sortie 12 du circuit de refroidissement. Comme visible dans ce graphe, lorsque la température Tr vaut quatre-vingt-cinq degrés, la valeur de température critique Tc issue du graphe de la figure 4 peut être augmentée de quarante- cinq degrés. La correction C(Tr) à appliquer est nulle lorsque Tr est supérieur ou égal à cent-cinq degrés. L'utilisation des données représentées dans les graphes des figures 4 et 5 permet de déterminer la température critique Tc en fonction du débit D, c'est-à-dire du régime de rotation Nt du moteur thermique et de la température Tr du liquide de refroidissement, en sortie 12 du circuit de refroidissement. Pour ce faire, des données numériques correspondant aux graphes des figures 4 et 5 sont mémorisées dans le boîtier de commande. La détermination de Tc consiste d'abord à lire dans une première table, à partir du débit D, ou du régime de rotation Nt du moteur thermique, la température critique pour cent-cinq degrés Tc(105 ).

Ensuite, le correctif C(Tr) à appliquer est lu dans une autre table de données correspondant à la figure 5, et est ajouté à la température Tc(105 ). On a ainsi Tc = Tc(105 ) + C(Tr). La détermination de l'intensité maximale admissible Im consiste à identifier d'abord une valeur seuil du courant If circulant dans les bobines inductrices au-delà de laquelle la puissance calorifique générée par les courants de Foucault issus de If provoquerait une montée en température de la chemise cylindrique au-delà de la température critique Tc. A partir de cette valeur seuil du courant If circulant dans les bobines inductrices, et du régime de rotation Na de l'arbre rotatif 7, la valeur de l'intensité maximale Im du courant d'excitation est lue dans une autre table de données. Cette autre table de données est représentative du courant If en fonction du courant d'excitation le et du régime de rotation Na de l'arbre rotatif 7. Le correctif C(Tr) permet d'augmenter la température de fonctionnement de la chemise cylindrique, de quarante degrés supplémentaires dans les cas les plus favorables. Cette augmentation de température permet une augmentation significative de l'intensité Im du courant injecté, et donc du couple de ralentissement que le ralentisseur est capable de fournir. La figure 6 est un graphe donnant l'intensité maximale admissible pour le courant d'excitation, en fonction de la température de la chemise. L'intensité maximale admissible est représentée par une courbe repérée par Im(105 ) dans le cas d'un liquide de refroidissement ayant une température Tr de cent-cinq degrés, et elle est représentée par une autre courbe repérée par Im(85 ) correspondant à un cas dans lequel la température du liquide de refroidissement vaut quatre-vingt cinq degrés, ce qui permet d'augmenter la température critique Tc de quarante degrés.

Une augmentation de quarante degrés de la température critique Tc peut correspondre à une augmentation de l'intensité maximale allant jusqu'à soixante-quinze pourcent. Dans le mode de réalisation présenté ci-dessus, les données sont mémorisées sous forme de tables de données indépendantes, mais ces données peuvent également être mémorisées dans le boîtier de commande 19 sous forme d'un ou plusieurs tableaux dynamiques croisés. Ceci permet de faciliter l'implémentation du procédé de pilotage selon l'invention tout en offrant une flexibilité permettant une adaptabilité à différents contextes d'utilisation.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour déterminer, dans un boîtier de commande, une intensité maximale admissible (Im) d'un courant d'excitation (Ie) à injecter dans des bobines primaires (8) statoriques d'un ralentisseur électromagnétique (1) comprenant un arbre rotatif (7) portant des bobinages secondaires (5) et des bobines inductrices (13) alimentées électriquement par ces bobinages secondaire (5), les bobines primaires (8) et les bobinages secondaires (5) formant une génératrice, ce ralentisseur (1) comprenant une chemise cylindrique (9) fixe entourant les bobines inductrices (13) et dans laquelle les bobines inductrices (13) génèrent des courants de Foucault, et un circuit de refroidissement à circulation de liquide de cette chemise, ce procédé consistant à déterminer l'intensité maximale admissible (Im) en temps réel de manière à ce que cette intensité maximale admissible corresponde à une température critique (Tc) de la chemise cylindrique (9), et à déterminer cette température critique (Tc) en prenant en compte une valeur de température (Tr) du liquide de refroidissement.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la température (Tr) du liquide de refroidissement correspond à une valeur de mesure issue d'une sonde de température située en sortie (12) du circuit de refroidissement.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, consistant à prendre en compte le débit (D) du liquide de refroidissement pour déterminer la température critique (Tc).

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'intensité maximale (Im) admissible est déterminée dans le boîtier de commande (19) à partir de tables de valeurs numériques mémorisées dans ce boîtier de commande (19), ces tables comprenantdes valeurs représentatives du courant maximal (Im) admissible pour différentes conditions de fonctionnement.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, consistant à déterminer la valeur représentative du débit (D) de liquide de refroidissement à partir du régime (Nt) d'un moteur thermique du véhicule et d'une abaque caractéristique d'une pompe à eau entraînée par ce moteur thermique, cette pompe à eau provoquant la circulation du liquide de refroidissement.

6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la valeur significative du régime du moteur thermique est issue de données transmises par un bus CAN.