FR3058598B1

FR3058598B1 - Procede de controle d’un alternateur de machine electrique rotative

Info

Publication number: FR3058598B1
Application number: FR1660660A
Authority: FR
Inventors: Pierre Chassard; Pierre Tisserand; Laurent De Lamarre
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2019-06-07
Anticipated expiration: 2036-11-04
Also published as: FR3058598A1

Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination d'un courant de sortie d'une machine électrique rotative fonctionnant dans un mode alternateur afin de déterminer un estimateur de couple résistif de ladite machine électrique rotative à partir de la tension de sortie UALT, du courant de sortie iS et de la vitesse de rotation de ladite machine électrique rotative. Ainsi, l'invention permet de réaliser un estimateur plus précis du courant de sortie et/ou du couple résistif de ladite machine électrique rotative et permet de limiter le nombre de capteurs à implémenter sur le véhicule automobile.

Description

« Procédé de contrôle d’un alternateur de machine électrique rotative »

Domaine technique

La présente invention se situe dans le domaine des alternateurs destinés à être couplés à un moteur thermique de véhicule automobile. Plus particulièrement, un objet de la présente invention concerne un procédé d’estimation d’une vitesse d’amorçage d’une machine électrique rotative et un procédé de contrôle du couple résistif du rotor de la machine électrique rotative. Un autre objet de l’invention concerne aussi un module électronique pour limiter le couple résistant de la machine électrique rotative, ainsi une machine électrique rotative configurée pour mettre en œuvre le procédé de contrôle du couple résistant. État de la technique antérieure

Dans le domaine de l’automobile, on connaît des alternateurs dont la tension fournie au réseau électrique de bord est maintenue constante par un régulateur. De manière schématique, le régulateur récupère des données transmises par une unité de contrôle moteur afin de configurer l’alternateur pour optimiser la charge de la batterie et la production d’électricité nécessaire aux équipements électroniques du véhicule automobile.

De manière connue, le régulateur prend en compte la vitesse du rotor ainsi que la tension de sortie de l’alternateur et pour certain régulateur le courant du rotor. ll est connu que l’alternateur prélève un couple sur le moteur thermique et ceci en fonction de la vitesse et du débit en courant de l’alternateur.

Ainsi, on conçoit par exemple que l’alternateur ne devrait pas prélever de couple de sortie du moteur thermique au démarrage dudit moteur, voire au cours d’une accélération afin d’améliorer les performances des véhicules, par exemple de petite cylindrée. L’optimisation de contrôle d’un moteur thermique nécessite en outre, de maîtriser le couple prélever par l’alternateur. ll est ainsi nécessaire de connaître précisément la valeur du couple prélevé par l’alternateur. Plus important encore, il est nécessaire de connaître la valeur du couple prélevé par l’alternateur afin de pouvoir optimiser sa régulation en fonction du régime de fonctionnement du moteur.

Ainsi, le contrôle du couple prélevé par l’alternateur est une fonction de plus en plus demandée par les constructeurs automobiles, intégrable et à un coût avantageux ; et il existe donc un besoin croissant de compléter la régulation en tension dudit alternateur par une régulation et/ou un contrôle du couple prélevé par l’alternateur sur le moteur.

Selon une première alternative connue, le couple peut être mesuré à l’aide d’un couple-mètre comportant par exemple un capteur du type à effet Hall ou capteur optique, etc... De tels capteurs sont très coûteux dans des applications automobiles et leur intégration entre le moteur et l’alternateur est très complexe au regard de l’encombrement disponible notamment.

Selon un deuxième choix connu, le couple peut être déterminé à l’aide d estimateurs de couple en fonction de certaines variables de fonctionnement de l’alternateur et/ou du système électrique auquel il est raccordé et/ou du moteur auquel il est couplé. De tels estimateurs de couples permettent ainsi de réduire les coûts de fabrication et d’intégration dans le domaine automobile.

La présente invention adresse plus particulièrement l’estimation du couple statique d’un alternateur tournant à vitesses moyennes données comportant de faibles variations définies par l’amplitude et la fréquence autour de la valeur moyenne. Chaque vitesse moyenne correspond à une vitesse de la plage de fonctionnement de l’alternateur.. L’estimateur néglige le couple dynamique de l’alternateur qui est lié à l’accélération ou à la décélération du rotor. En effet, dans le cas des faibles variations de vitesses de rotation, le couple dynamique — lié à l’inertie du rotor de l’alternateur — est considéré comme négligeable. On considère alors que le couple statique est un bon estimateur du couple résistant de l’alternateur.

De manière connue, le couple résistant est déterminé par la relation suivante :

où U est la tension de sortie de l’alternateur, t est le courant d’excitation de l’alternateur, î] est le rendement de l’alternateur et (jù est la vitesse de rotation de l’alternateur.

On connaît le document FR2976422 Bl qui divulgue un estimateur de couple dans lequel le courant d’excitation de l’alternateur t est déterminé en utilisant uniquement deux variables : est la tension de sortie de l’alternateur U et est la vitesse de rotation (jû de l’alternateur. Dans la pratique, l’estimateur a été concu pour un point de fonctionnement prédéterminé pour éviter une détérioration mécanique de la poulie par exemple. En conséquence cet estimateur n’est plus précis en dehors de cette valeur prédéterminée. Cet estimateur ne peut pas être utilisé dans la plage complète de couple d’un alternateur, il apparaît que cet estimateur de courant n’est pas assez précis suivant les régimes de fonctionnement de l’alternateur. Consécutivement, cette imprécision est propagée à l’estimateur de couple résistant de l’alternateur d’une part, et à la régulation de l’alternateur d’autre part.

La présente invention a pour objet de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages.

Un estimateur de couple dans la plage de fonctionnement de l’alternateur, ce qui nécessite : - un estimateur de courant dans la plage de courant l’alternateur ;

Un autre but de la présente invention est de proposer un estimateur plus précis de la vitesse d’amorçage d’une machine électrique rotative.

Un autre but de l’invention est de proposer un nouvel estimateur du courant de sortie d’une machine électrique rotative pour résoudre au moins un de ces problèmes et afin de permettre une meilleure estimation du couple résistant de l’alternateur.

Exposé de l’invention

Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un procédé d’estimation du courant de sortie d’une machine électrique rotative, ledit procédé d’estimation du courant de sortie comprenant les étapes suivantes : — détermination d’un nombre représentatif d’une vitesse de rotation (ω) de la machine électrique rotative ; — détermination d’un nombre représentatif du courant d’excitation iexc de la machine électrique rotative ; — si la vitesse de rotation représentatif d’une vitesse de rotation est supérieure à un nombre de la vitesse d’amorçage (<Όθ) prédéterminé, détermination d’un courant de sortie (is) en fonction : ï$ = ïexc X g(iù) dont g est une fonction d’au moins 2 degrés. ll est ainsi possible de récupérer l’énergie cinétique du véhicule automobile durant les pb ases dites de freinage récupératif, en contrôlant le courant d’excitation iex de manière à générer un courant de sortie is maximal en sortie de la machine électrique afin de stocker l’énergie électrique dans une batterie, par exemple une batterie lithium-ion.

Dans lequel la fonction est une fonction de degré 3· L’invention peut comprendre avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison : ~ le courant de sortie is est choisi parmi des valeurs préenregistrées durant un étalonnage de la machine électrique rotative. En effet, l’étalonnage de la machine électrique rotative peut permettre de déterminer les différentes valeurs du courant de sortie is pour chacun des triplets Îicxc ; UALT ; Cet étalonnage peut être réalisé à partir de plusieurs mesures physiques de vitesses de rotation pour des commandes Îicxc ; UALTJ, chacune des valeurs mesurées étant enregistrées dans une mémoire, préalablement à l’installation de la machine électrique rotative. Plus particulièrement, le courant d’excitation is et/ou la valeur de sortie d’alternateur UALT et/ou la vitesse de rotation 0) de la machine électrique rotative sont successivement incrémentés d’une valeur incrémentale afin de mesurer le plus grand nombre possible de courants de sortie is correspondants à l’intérieur d’une plage d’utilisation donnée. Ainsi, plus tard, lorsque la machine électrique rotative est utilisée en mode alternateur, il est possible de déterminer très rapidement la valeur estimée du courant de sortie en fonction des données Îicxc ; UALT ; ü)J préenregistrées dans une base de données mémorisée. Eventuellement, pour des valeurs intermédiaires du triplets Îicxc ; UALT ; ü)J par rapport aux valeurs préenregistrées, une régression, par exemple linéaire, est réalisée pour déterminer le courant de sortie is le plus proche. Alternativement, le courant de sortie is est défini par approximation comme étant celui correspondant au triplet Îicxc ; UALT ; ü)J le plus proche. Alternativement encore, le courant de sortie is peut -être obtenu par troncature ; ~ le procédé d’estimation du courant de sortie is conforme à l’invention ou à l’un quelconque de ses perfectionnements comprend les étapes suivantes : — détermination d’un gain K représentant le rapport entre fomax et iexc_max : K = —--à une vitesse de rotation maximum de la machine électrique rotative ; iexcmax — estimation d’un nombre représentatif du courant de sortie is : si 0) < (jùq alors is = 0, sinon ί$ = K X Iexc X 9 (—~où ύ)θ est la vitesse d’amorçage prédéterminée, X est un facteur d’échelle et g une fonction ; il est ainsi possible de déterminer par estimation le courant de sortie is généré par la machine électrique rotative afin de quantifier l’énergie électrique stockée dans la batterie du véhicule automobile et de contrôler l’état de charge de ladite batterie. Plus particulièrement, cet estimateur permet de proposer une évaluation redondante de l’état de charge de la batterie, complémentairement à une mesure électrique réalisée directement au niveau de ladite batterie. Ainsi, la redondance proposée par l’évaluateur du courant de sortie is de la machine électrique permet de confirmer — ou d’infirmer le cas échéant — la mesure de l’état de charge réalisées au niveau de la batterie. ~ la fonction g est dépendant du terme tangente ; ~ la fonction g est du type d’une tangente hyperbolique, le courant de sortie is étant définie par : si (jù < (jùq alors iç = 0, sinon = K X lexc X tanh—; ~ la fonction g est du type d’une arctangente, le courant de sortie is étant définie par : si (jù < ά)θ alors I5 = 0, sinon I5 = K X lexc X tan -.

X

La vitesse d’amorçage (jùq prédéterminée représente une vitesse d’amorçage de rotation minimale d’un rotor de machine électrique rotative à partir de laquelle la rotation forcée dudit rotor génère un courant de sortie induit non nul. Selon un exemple, la vitesse d’amorçage prédéterminé est la moyenne des vitesses d’amorçage de la plage de fonctionnement de l’alternateur.

Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un procédé de limitation du courant de sortie is d’une machine électrique rotative comprenant les étapes suivantes : — estimation du courant de sortie is de la machine électrique rotative à l’aide du procédé d’estimation du courant de sortie conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements ; — si le courant de sortie is estimé de la machine électrique rotative est supérieur à une valeur seuil de courant de sortie prédéfinie iseuj|, réduction du courant d’excitation iexc.

Conformément à ce deuxième aspect, le procédé de limitation du courant de sortie is de la machine électrique rotative permet de contrôler ladite machine électrique et de contrôler son impact sur le système électrique dans lequel elle est intégrée, notamment dans le domaine automobile. Ainsi, le procédé de limitation du courant de sortie is de la machine électrique rotative permet de réaliser une régulation plus fine de ladite machine électrique rotative à partir d’un estimateur plus précis déterminé par plusieurs grandeurs électriques et/ou plusieurs variables de fonctionnement de ladite machine électrique rotative.

Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un procédé d’estimation d’un couple résistif CALT d’une machine électrique rotative et comprenant les étapes suivantes : ~ estimation du courant de sortie is à l’aide du procédé d’estimation du courant de sortie conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements ; ~ récupération du nombre représentatif de la tension de sortie d’alternateur UALT ; ~ récupération de la vitesse de la machine (jù ; ~ estimation d’un nombre représentatif du couple résistif CALT de la machine électrique rotative par le produit du courant de sortie is par la tension de sortie d’alternateur UALT : Ealt = U ALT x is /ω.

Le procédé d’estimation du couple résistif CALT d’une machine électrique rotative s’appuie sur les estimateurs précédemment calculés dans le premier aspect de l’invention. Dans son troisième aspect, le procédé d’estimation du couple résistif CALT bénéficie de la meilleure précision de l’estimateur du courant de sortie is à l’aide du procédé d’estimation du courant de sortie conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements. Le couple résistif CALT déterminé par le procédé conforme au troisième aspect est donc lui aussi plus précis que ceux de l’art antérieur. Ainsi, le contrôle moteur avec l’alternateur peut utiliser le frein résistant de l’alternateur de manière progressive ou étagée afin que l’utilisateur du véhicule automobile ne ressente pas d’à-coup.

Avantageusement, dans le procédé d’estimation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative conforme au troisième aspect de l’invention, le couple résistif CALT de la machine électrique rotative est défini par Cag- = ——-, où î] est le rendement de la machine électrique rotative.

Selon un quatrième aspect de l’invention, il est proposé un procédé de limitation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative comprenant les étapes suivantes : ~ estimation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative à l’aide du procédé d’estimation du couple résistif conforme au troisième aspect de l’invention ou à l’un quelconque de ses perfectionnements ; ~ si le couple résistif CALT estimé de la machine électrique rotative est supérieur à une valeur seuil de couple résistif prédéfinie Cseuj|, réduction du courant d’excitation iexc.

Conformément à son quatrième aspect, le procédé de limitation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative permet de contrôler ladite machine électrique rotative et de contrôler son impact sur le système électrique dans lequel elle est intégrée, notamment dans le domaine automobile. Plus particulièrement, dans le domaine automobile et dans un mode de fonctionnement alternateur, le procédé de limitation du couple résistif CALT conforme au quatrième aspect de l’invention permet de contrôler l’impact de la machine électrique rotative sur un moteur thermique auquel elle est couplée. Ainsi, le procédé de limitation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative permet de réaliser une régulation plus fine de ladite machine électrique rotative à partir d’un estimateur plus précis et déterminé par plusieurs grandeurs électriques et/ou de fonctionnement de ladite machine électrique.

Selon un cinquième aspect de l’invention, il est proposé un module électronique pour limiter un couple résistif d’une machine électrique rotative, le module électronique étant agencé pour mettre en œuvre les étapes des procédés selon l’un quelconque des procédés conformes aux premiers et/ou deuxièmes et/ou troisièmes et/ou quatrièmes aspects de l’invention ou à l’un quelconque de leurs perfectionnements.

De manière avantageuse, le module électronique conforme au cinquième aspect de l’invention comprend : — un dispositif de détermination d’un courant de sortie is de la machine électrique rotative. A titre d’exemples non limitatifs, il peut s’agir par exemple d’un capteur à effet Hall ou d’un composant électrique ou électronique permettant de contrôler le courant d’excitation iexc de la machine électrique rotative, tel qu’un transistor ou une résistance de mesure de très faible impédance, dite résistance de sbunt ; — un dispositif de détermination d’une tension de sortie d’alternateur UALT de ladite machine électrique rotative. A titre d’exemple non limitatif, il peut s’agir par exemple d’un convertisseur analogique-numérique mesurant la tension de sortie d’alternateur UALT au niveau des conducteurs électriques de la machine électrique rotative sur lesquels le courant induit est créé durant la rotation de ladite machine électrique rotative ; — un circuit électronique configuré pour mettre en œuvre les étapes du procédé de limitation du couple résistif CALT conforme au quatrième aspect de l’invention ou à l’un quelconque de ses perfectionnements.

Selon un sixième aspect de l’invention, il est proposé une machine électrique rotative comprenant : — au moins un mode alternateur ; — un dispositif de détermination d’un courant d’excitation iexc d’un stator de l’alternateur ; — un dispositif de détermination d’une tension de sortie d’alternateur UALT ; — un dispositif de détermination d’une vitesse de rotation (ù d’un rotor de l’alternateur ; — un circuit électronique configuré pour mettre en œuvre toutes les étapes du procédé de limitation du couple CALT conforme au quatrième aspect de l’invention ou à l’un quelconque de ses perfectionnements.

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 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 est un diagramme fonctionnelle illustrant le procédé d’estimation du courant de sortie en fonction de la vitesse de rotation et du courant d’excitation ; — la FIGURE 2 est un graphique illustrant une caractérisation d’un courant de sortie de la machine électrique rotative fonctionnant en mode alternateur, en fonction de la vitesse de rotation de la machine électrique rotative, du courant d’excitation et de la tension de sortie ; — la FIGURE 3 est un diagramme illustrant un exemple de réalisation d’un module électronique limitant le couple résistif d’une machine électrique rotative conforme au cinquième aspect de l’invention ; — la FIGURE 4 illustre au travers d’un schéma de principe un exemple de réalisation d’un procédé d’estimation du courant de sortie 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 où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des 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 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.

Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.

Description détaillée de l’invention

La FIGURE 1

La FIGURE 1 illustre un diagramme fonctionnel synthétisant une méthode de calcul 500 d’un estimateur de courant de sortie 525 d’une machine électrique rotative pouvant fonctionner selon un mode alternateur.

La méthode de calcul 500 comporte une première étape 510 optionnelle permettant de déterminer un terme représentant un courant de saturation 515 de la machine électrique rotative à partir du courant d’excitation 511 et de la vitesse de rotation 512 de ladite machine électrique rotative. Le courant de saturation 515 permet de déterminer in fine le courant de sortie 525 de manière plus précise mais il n’est pas indispensable pour déterminer le courant de sortie 525 lorsque la machine électrique rotative est utilisée pour des vitesses de rotations moins élevées et/ou selon un mode de fonctionnement « normal » dans lequel la machine électrique rotative délivre un courant de sortie 525 non saturé.

Dans le cas d’une méthode de calcul sans la première etape 510 optionnelle, Le courant de saturation 515 est remplacé par le courant d’excitation mesuré. A titre d’exemple non limitatif, un courant de saturation 515, isat peut être déterminé par la formule suivante : tsat = Κ(ω) x /(5(ω)) Où gain K((jù) est un gain qui dépend de la vitesse de rotation (jù de la machine électrique rotative ; et ;S((jù) est un terme de saturation qui dépend de la vitesse de rotation (jù de la machine électrique rotative. En particulier : ~ si la vitesse de rotation 0) de la machine électrique rotative est inférieure à une valeur seuil égale à environ 2500 tours par minutes, alors le gain K est défini par : K (iù) = X (jù + blt où a, et b, sont respectivement des premières valeurs de gain et d’ordonnée à l’origine pour le gain K ; et la saturation S est définie parS(ùj) = Cj X ù) + d^, où c, et d, sont respectivement des premières valeurs de gain et d’ordonnée à l’origine pour la saturation S ; ~ si la vitesse de rotation 0) de la machine électrique rotative est supérieure à une valeur seuil égale à environ 2500 tours par minutes, alors le gain K est défini par : K (ίι>) = d2 X + b2, où a2 et b2 sont respectivement des deuxièmes valeurs de gain et d’ordonnée à l’origine pour le gain K ; et la saturation S est définie parS(ùj) = C2 X + d2, où c2 et d2 sont respectivement des deuxièmes valeurs de gain et d’ordonnée à l’origine pour la saturation S.

Et de manière avantageuse, la fonction f de la saturation S est préférentiellement du type d’une fonction tangente, telle que par exemple une fonction arctangente ou tangente hyperbolique. la vitesse d’amorçage 535 de la machine électrique rotative est prédéterminé. À partir de la vitesse d’amorçage prédéterminée 535, de l’éventuelle courant de saturation 515 estimé ou courant d’excitation, et de la vitesse de rotation 521 de la machine électrique rotative, le procédé 500 estime le courant de sortie 525 de la machine électrique rotative conformément au premier aspect de l’invention et tel que décrit précédemment.

La FIGURE 2 illustre une caractérisation d’un courant de sortie is par une machine électrique rotative fonctionnant en mode alternateur, en fonction de la vitesse de rotation 0) de la machine électrique rotative, du courant d’excitation iexc La courbe change axialement en fonction de la tension de sortie UALT (non représenté).

La caractérisation de la machine électrique rotative est obtenu en pilotant ladite machine électrique rotative selon une pluralité de points de fonctionnements différents. En d’autres termes, pour différents couples de valeurs de ί icxc et (jû ), le courant de sortie is de la machine électrique rotative est mesuré pour une pluralité de vitesses de rotation (jù. Dans le procédé d’estimation de courant de sortie ls, on fixe Liait, par exemple la moyenne de fonctionnement par exemple 14V. On obtient ainsi une courbes caractérisant le courant de sortie is en fonction de la vitesse de rotation (jù. La FIGURE 2 illustre deux courbes caractéristiques 200a, 200b d’une machine électrique rotative.

La première courbe caractéristique 200a illustre la réponse de la machine électrique rotative lorsque le courant d’excitation est fourni par une alimentation externe, séparée, via une excitation séparée. Dans ce cas, iexc = 5A et UALT = 14V.

La deuxième courbe caractéristique 200b illustre la réponse de la machine électrique rotative montée sur un véhicule automobile. Dans ce cas, iexc = 5A et UALT = 14V mais le courant de sortie fournie à la batterie et aux charge et de ls moins 5A du courant d’excitation.

On constate ainsi que pour de faibles valeurs de vitesses de rotation (jù, la machine électrique rotative ne débité aucun courant. En revanche, à partir d’une valeur seuil 201a, 20lb, dite vitesse d’amorçage ωθ, la machine électrique rotative débite un courant de sortie is non nul.

Au-delà de la vitesse d’amorçage (Όθ, le courant de sortie is croit de manière monotone, avec une accélération décroissante, jusqu’à atteindre une valeur asymptotique 202a, 202b pour une vitesse de rotation maximal 203 de la machine électrique rotative.

Conformément au premier aspect de l’invention, il est donc possible de déterminer le courant de sortie is d’une telle machine électrique rotative fonctionnant en mode alternateur en : ~ déterminant un nombre représentatif d’une vitesse de rotation 0) de la machine électrique rotative ; ~ si la vitesse de rotation représentatif d’une vitesse de rotation est supérieure à un nombre de la vitesse d’amorçage (<Όθ) prédéterminé, détermination d’un courant de sortie (is) en fonction : ï$ = ïexc X g((ù) du nombre représentatif de la vitesse de rotation (ω) et g est une fonction de degré au moins 2.

Eventuellement, le courant de sortie is peut être choisi parmi des valeurs préenregistrées durant un étalonnage de la machine électrique rotative, l’étalonnage visant à mesurer les différentes valeurs du courant de sortie is en fonction de la vitesse de rotation (jù de la machine électrique rotative, telles qu’illustrées sur la FIGURE 2.

Afin d’améliorer la précision de la détermination du courant de sortie is de la machine électrique fonctionnant en mode alternateur, ledit courant de sortie is peut être avantageusement calculé à partir des étapes suivantes : ~ récupération du nombre représentatif du courant d’excitation iexc de la machine électrique rotative déterminé lors du procédé d’estimation de la vitesse d’amorçage (jùq tel que décrit précédemment ; ~ détermination d’un nombre représentatif de la vitesse de rotation (jù de la machine électrique rotative ; γλ , , . . ir ismax , ~ détermination d un gain K représentant le rapport entre i^max et iexc_max : K — :- a iexcmax une vitesse de rotation maximum (Jùmax de la machine électrique rotative ; ~ estimation d’un nombre représentatif du courant de sortie is : O si (jù < (jùq alors I5 = 0 ; ,, . f ω-ω0\ O sinon ls — K X lexc X g χ J ; où (jùq est la vitesse d’amorçage obtenue par le procédé d’estimation de la vitesse d’amorçage (jùq tel que décrit précédemment, X est un facteur d’échelle et g une fonction.

De manière avantageuse, la présente invention conforme à son premier aspect soutien que la précision du courant de sortie is est améliorée si la fonction g est prise comme étant dépendant du terme tangente. Plus particulièrement, la fonction g peut être du type d’une tangente hyperbolique ou d’une arctangente, et la vitesse d’amorçage (jùq de la machine électrique rotative prend alors la forme suivante :

La détermination du courant de sortie à l’aide de l’estimateur conforme au premier aspect de l’invention permet consécutivement de réaliser une limitation du courant de sortie is d’une machine électrique rotative en : — estimant du courant de sortie is de la machine électrique rotative à l’aide du procédé d’estimation du courant de sortie is tel que décrit précédemment ; — si le courant de sortie is estimé de la machine électrique rotative est supérieur à une valeur seuil de courant de sortie prédéfinie iseuj|, réduction du courant d’excitation iexc.

Ce procédé de limitation du courant de sortie is se base ainsi sur l’estimateur du courant de sortie is ainsi que la vitesse d’amorçage (jùq prédéterminé pour réguler de manière plus précise la machine électrique rotative. En particulier, et sans ajout supplémentaire de capteurs difficiles à intégrer dans le domaine automobile par exemple, il est possible à l’aide du procédé de limitation conforme au deuxième aspect de l’invention de contrôler la charge électrique de la machine électrique rotative sur le réseau électrique sur lequel elle est embarquée.

Consécutivement, il est ainsi possible d’estimer de manière plus précise le couple résistif CALT de la machine électrique rotative à l’aide de la formule suivante :

Alternativement, il est possible de prendre en compte le rendement T] de la machine électrique rotative pour déterminer le couple résistif :

La FIGURE 3 illustre un exemple de réalisation d’un module électronique 410 conforme au cinquième aspect de l’invention et permettant de limiter le couple résistif CALT d’une machine électrique rotative fonctionnant en mode alternateur.

Le module électronique 410 prend ici la forme d’un régulateur comprenant un premier étage 411, 412 dans lequel : ~ à partir d’une vitesse de rotation (jù de la machine électrique rotative, une première partie 411 détermine le courant de sortie is de la machine électrique rotative via les procédés décrits

précédemment en référence aux FIGURES 1 et 2 et conformément au premier aspect de l’invention ; — à partir d’une consigne 4Ό1 de couple recherché et/ou de couple seuil à ne pas dépasser pour la machine électrique rotative ainsi que le courant de sortie is estimé par la première partie 411, une deuxième partie 412 du premier étage 411, 412 du module électronique 410 calcule (estime) le couple résistif correspondant de la machine électrique rotative via le procédé conforme au troisième aspect de l’invention. Dans le domaine automobile, la consigne de couple 401 est envoyée au module électronique 410 par une unité de contrôle moteur non représentée, par l’intermédiaire d’une interface de communication de type LIN (acronyme anglais pour « Local Interconnected Network », réseau internet local) par exemple. En fonction de la valeur calculée pour le couple résistif, et de la comparaison avec la consigne de couple 401, la deuxième partie 412 du premier étage 411, 412 du module électronique 410 transmet une consigne de régulation 406 à un deuxième étage 413, 414 du module électronique 410.

Le deuxième étage comprend un régulateur de tension 413 à partir d’une consigne en tension 402 et un étage d’excitation 414· A partir de la consigne de régulation 406, le régulateur de tension 413 détermine le courant d’excitation iexc de la machine électrique rotative : si le couple calculé par le premier étage 411, 412 du module électronique 410 est inférieur à la consigne de couple 401, alors le courant d’excitation iexc généré par l’étage d’excitation 414 n’est pas modifié ; en revanche, si le couple calculé par le premier étage 411, 412 du module électronique 410 est supérieur à la consigne de couple 401, alors le courant d’excitation iexc est diminué par le régulateur de tension 413 du deuxième étage 413, 414 du module électronique 410 de manière à réduire la valeur du couple résistif CALT à une valeur inférieure à la valeur de la consigne de couple 401.

Sur la FIGURE 3, le module électronique 410 jouant le rôle de régulateur de couple mettant en œuvre au moins une partie des procédés conformes aux premier et/ou deuxième et/ou troisième et/ou quatrième aspects de l’invention est situé en amont d’un système électrique comprenant : ~ une machine électrique rotative 420 pouvant fonctionner suivant un mode alternateur, et débitant dans le système électrique un courant de sortie is 408 ; ~ un dispositif de stockage d’énergie électrique 430, prenant ici la forme de capacitances électriques 431 placées en parallèles par rapport à la machine électrique rotative 420 ; ~ une charge électrique 440 symbolisée par une résistance électrique 441 et représentant au moins une partie du système électrique, ladite résistance électrique 441 étant placée dans une configuration parallèle par rapport au dispositif de stockage d’énergie 430.

La FIGURE 4 illustre un schéma de principe d’un module électronique 600 conforme au cinquième aspect de l’invention et permettant de contrôler le couple résistif CALT d’une machine électrique rotative.

Le module électronique comprend des moyens de mesure et/ou de détermination 614 de trois variables de fonctionnement de la machine électrique rotative : — des moyens de mesure et/ou d’estimation de la tension d’alimentation 615 agencés pour mesurer et/ou estimé la tension d’alimentation B+ du système électrique dans lequel la machine électrique rotative est embarquée. Dans le cas d’une utilisation dans le domaine automobile, il peut s’agir par exemple du réseau de bord ; — des moyens de mesure du courant d’excitation 6l6 ; — des moyens de mesure et/ou d’estimation de la vitesse de rotation 617 de la machine électrique rotative. En particulier, il est avantageux de déterminer la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique rotative à partir d’au moins une mesure sur un signal électrique de commande de ladite machine électrique, c’se-à-dire d’au moins une ph ase électrique.

La mesure de courant d’excitation et la mesure et/ou d’estimation de la vitesse de rotation 617 d’entrée sont ensuite utilisées pour estimer la valeur d’un courant de sortie 619 de la machine électrique, conformément au premier aspect de l’invention et tel que décrit précédemment.

Le courant de sortie 619 estimé, la tension d’alimentation 615 de la machine électrique rotative et sa vitesse de rotation 617 sont ensuite traités par un estimateur de couple résistif 6l8 agencé pour déterminer le couple résistif 621 de la machine électrique rotative conformément au troisième aspect de l’invention et tel que décrit précédemment.

En particulier, l’estimateur de couple résistif 6l8 comprend : — des étages d’amplification et de filtrage 620 pour chacune des variables d’entrées mesurées et/ou déterminées par les moyens de mesure et/ou de détermination 614 ; — un multiplicateur 621 configuré pour combiner les résultats de mesure et/ou de d’estimation amplifiés et filtrés par les étages d’amplification et de filtrage 620 pour, en prenant en compte le rendement T] de la machine électrique rotative, déterminer le couple résistif estimé de ladite machine électrique rotative et conformément au troisième aspect de l’invention, tel que décrit précédemment ; ~ un soustracteur 622 permettant de déterminer l’écart entre le couple résistif de la machine électrique rotative et tel qu’estimé à l’étape précédente et une consigne de couple Cseuj| représentant une valeur seuil de couple résistif telle que décrite précédemment permettant de déclencher une régulation du courant d’excitation si le coupe de sortie estimé dépasse cette valeur seuil, conformément au quatrième aspect de l’invention et tel que décrit précédemment ; — un moyen de mise en forme et/ou de conditionnement du signal 623·

La sortie 624 de l’estimateur de couple résistif 6l8 de la machine électrique rotative est appliquée à un dispositif 625 configuré pour limiter le courant d’excitation de ladite machine électrique rotative conformément au cinquième aspect de l’invention et tel que décrit précédemment.

En particulier, le dispositif 625 est configuré pour limiter le rapport cyclique variable élaboré par le régulateur de tension 626 de la machine électrique rotative à un rapport cyclique maximum DCCLIMIT au moyen par exemple d'un gabarit de limitation du rapport cyclique 627 lorsque l'estimation du couple résistif CALT est supérieure à la valeur seuil de couple résistif Cseuj|.

Ainsi le générateur de signaux 628 pilotant le courant d'excitation de la machine électrique rotative fournit : — des signaux PWM dont le rapport cyclique variable est déterminé par le régulateur de tension 626 de manière à maintenir la tension d'alimentation B+ à la tension de consigne B REF quand l'estimation du couple résistif CALT de la machine électrique rotative est inférieure à la valeur seuil de couple résistif Cseuj| ; et — des signaux PWM présentant un rapport cyclique maximum DC C LIMIT quand un fort appel de charge sur le réseau électrique de bord entraînerait, s'il n'était contrôlé, un couple résistif CALT de la machine électrique rotative supérieur à la valeur seuil de couple résistif Cseui|-

Les traitements analogiques et/ou numériques des variables d’entrées délivrées par les moyens de mesure et/ou d’estimation 614, l’estimateur de couple résistif 6l8 et le dispositif 625 peuvent être mis en œuvre par programme au moyen de routines supplémentaires implémentés avantageusement dans des mémoires de microprocesseurs ou de microcontrôleurs que comprennent les dispositifs de régulation des alternateurs modernes standard. Ces traitements peuvent aussi être implémentés en logique numérique (de type ASIC) ou programmable (FPGA, CPLD).

Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.

Claims

Revendications

1. Procédé d’estimation (500) du courant de sortie (is) d’une machine électrique rotative, ledit procédé d'estimation (500) du courant de sortie (is) comprenant les étapes suivantes : — détermination d’un nombre représentatif d’une vitesse de rotation (ω) de la machine électrique rotative ; — si la vitesse de rotation représentatif d’une vitesse de rotation est supérieure à un nombre de la vitesse d’amorçage (&)q) prédéterminé, détermination d’un courant de sortie (is) en fonction : i$ = iexc X du nombre représentatif de la vitesse de rotation (ω) et g est une fonction de degré au moins 2, i^ étant le courant d’excitation de la machine électrique rotative.
2. Procédé d’estimation (500) du courant de sortie (is) selon la revendication précédente, dans lequel la fonction g est une fonction de degré 3· a Procédé d’estimation (500) du courant de sortie (is) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le courant de Sortie (is) est choisi parmi des valeurs préenregistrées durant un étalonnage de la machine électrique rotative.
4. Procédé d’estimation (500) du courant de sortie (is) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la fonction g est dépendant du terme tangente.
5. Procédé d’estimation (500) du courant de sortie (is) selon l’une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la fonction g est du type d’une tangente hyperbolique, le courant de sortie (is) étant définie par :