DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

[0001] La présente invention concerne le domaine des machines électriques de haute puissance (typiquement plusieurs kilowatts) thermorégulées par un circuit de circulation d'un fluide caloporteur intégré dans le corps entourant le stator et le rotor de ces machines. De telles machines thermorégulées à haute performance sont utilisées pour de nombreuses applications, le présent brevet n'étant pas limité, selon son acception la plus générale, à une application spécifique. Toutefois, de telles machines thermorégulées sont particulièrement adaptées pour être associées à une turbine pour former une turbomachine destinée notamment à la suralimentation d'un moteur à explosion et/ou à la génération de puissance électrique, dans un circuit d'air. Ces turbomachines électriques sont notamment utilisées de manière croissante pour optimiser les performances de moteurs à explosion de petite cylindrée, pour réduire le temps de latence, dans le cas des turbomachines. Lorsque le moteur ne nécessite pas de suralimentation, le débit gazeux entraîne la turbine et la turbomachine fonctionne en génératrice électrique.

[0002]Avec l'augmentation du nombre de véhicules hybrides, c'est-à-dire à moteur à combustion interne couplé à un moteur électrique, ou tout électrique, c'est-à-dire exclusivement propulsé par un moteur électrique, l'énergie mécanique fournie habituellement par le moteur à combustion interne est donc moins disponible, ou complètement indisponible pour le cas des véhicules tout électrique. La conséquence est que les solutions habituelles de turbocompresseurs mécaniques ne sont plus adaptées, et il a été nécessaire de développer des turbomachines, notamment des turbocompresseurs, autonomes, c'est-à-dire intégrant une machine électrique.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

[0003] On connaît dans l'état de la technique des solutions prévoyant un moyen de refroidissement du circuit électronique, qui comporte un étage de puissance dont les calories doivent être évacuées. En particulier, le brevet EP2305981 décrit un turbocompresseur électrique avec au moins une pièce à laquelle est coordonné un dispositif de refroidissement. Il est prévu que le dispositif de refroidissement comporte une plaque de refroidissement qui dispose d'au moins un canal de refroidissement ouvert en forme de gouttière pour un réfrigérant. On ferme le canal de refroidissement ouvert en installant la plaque de refroidissement sur la pièce du turbocompresseur électrique. Ce canal de refroidissement présente une configuration en spirale débouchant dans des canaux de jonction.

[0004] On connaît aussi la demande de brevet US2013315720 décrivant une autre réalisation connue d'un compresseur électrique dont le boîtier est refroidit par un circuit de liquide réfrigérant et dont la paroi délimite un premier volume du compresseur et dans lequel le liquide réfrigérant circule par rapport à un deuxième volume du compresseur dans lequel s'étend un dispositif de commande du moteur électrique. Une première face de la paroi tournée vers le deuxième volume est configurée pour recevoir le dispositif de commande alors qu'une deuxième face de la paroi tournée vers le premier volume comprend un moyen de dissipation thermique. Le moyen de dissipation thermique prend la forme d'une pluralité d'éléments tubulaires issus de la deuxième face permettant d'augmenter significativement la surface d'échange thermique en autorisant une circulation du liquide réfrigérant le long de la deuxième face et entre les éléments tubulaires, ces dernier agissant comme des perturbateurs de l'écoulement du liquide réfrigérant pour favoriser l'échange thermique entre la paroi du boîtier et le liquide réfrigérant. INCONVENIENTS DE L'ART ANTERIEUR

[0005] Les solutions proposées dans l'état de la technique présentent plusieurs inconvénients :

L'efficacité du transfert thermique entre la plaque de refroidissement - et par conséquence le circuit électronique - et le liquide est limitée par la section des canaux de refroidissement. La section de ces canaux conduit à des risques de colmatage résultant du dépôt d'impuretés véhiculées par le liquide de refroidissement, réduisant alors dramatiquement l'efficacité du refroidissement.

[0006] Par ailleurs la fabrication d'un tel turbocompresseur est complexe car elle nécessite l'usinage de canaux dans un matériau tel que de l'acier, et une conception spécifique à chaque combinaison d'une partie moteur et d'une partie électrique. Or, pour des turbomachines performantes, la thermorégulation du circuit électronique est essentielle, afin d'éviter de dépasser la plage de température de fonctionnement nominale des composants, et notamment des composants de puissance, et d'éviter l'utilisation de composants admettant des températures de fonctionnement élevée, généralement très coûteux et moins performants.

[0007] Par ailleurs, dans les solutions de l'art antérieur, notamment dans le brevet EP2305981 , le passage des câbles électriques et des connecteurs électriques reliant la machine électrique et le circuit électronique de puissance est problématique, car elle traverse la zone de circulation du liquide de refroidissement. EXPOSE DE L'INVENTION

[0008]Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention concerne selon son acception la plus générale une machine électrique à aimant permanent pilotée par un circuit électronique et comprenant un boîtier principal thermorégulé par circulation d'un liquide de refroidissement caractérisée en ce que ledit circuit électronique comprend un circuit imprimé associé à un substrat isolé électriquement en contact avec une semelle en un matériau caloporteur, ledit circuit électronique étant intégré dans un boîtier secondaire raccordable audit boîtier principal, ladite semelle dudit boîtier secondaire étant couplée thermiquement avec le circuit de circulation du liquide de refroidissement dans ledit boîtier principal. [0009]On entend par « en contact », tout moyen d'assemblage traditionnel de type collage, soudage, brasage...

[0010] A titre d'exemple, ledit substrat est formé par une pièce en céramique mais le substrat est plus généralement formé par une pièce métallique revêtue par un isolant électrique, mais peut aussi être formé par une pièce en époxy. [0011] Avantageusement, ledit circuit imprimé présente une ouverture à l'intérieur de laquelle est logé ledit substrat.

[0012] Préférentiellement, ladite semelle définit avec la surface d'un prolongement dudit boîtier principal une chambre de circulation de liquide. [0013] Dans un premier mode de réalisation, ledit boîtier secondaire coopère avec une face latérale dudit boîtier principal.

[0014] Dans un deuxième mode de réalisation, ledit boîtier secondaire coopère avec une face arrière dudit boîtier principal. [0015] Dans un mode de réalisation, la semelle définit avec la surface de prolongement du boîtier principal une chambre de circulation du liquide de refroidissement, ledit boîtier principal présentant en outre au moins une ouverture située en-dehors de ladite chambre de circulation du liquide de refroidissement pour le passage de pattes de connexion électriques entre ladite machine et ledit circuit imprimé.

[0016] Dans un mode de réalisation le boîtier principal est traversé par des pattes de connexion s'étendant perpendiculairement à une surface de raccordement du boîtier secondaire.

[0017] Avantageusement, le circuit électronique est constitué d'un premier module électronique intégré dans le boîtier principal et un second module électronique comprenant les composants de puissance, intégré dans le boîtier secondaire.

[0018] Dans un mode de réalisation, le premier module électronique comprend les composants alimentés à un premier niveau de tension et en ce que le second module électronique comprend les composants alimentés à un deuxième niveau de tension. [0019] Préférentiellement, ladite semelle constitue une des faces dudit boîtier secondaire.

[0020] L'invention concerne aussi un module électronique pour une machine électrique comportant un calculateur permettant un pilotage optimisé de la machine électrique. [0021] Dans un mode de réalisation, ledit circuit électronique comporte un calculateur réglant la valeur moyenne de la tension appliquée par un onduleur à la machine électrique en fonction de la vitesse du rotor de ladite machine, de la fonction de transfert de ladite machine, et du niveau de la tension de la batterie d'alimentation de ladite machine.

[0022] Dans un mode de réalisation, ledit calculateur commande un signal à modulation de largeur d'impulsion et commande la période variable dudit signal dudit en fonction : a) d'une information représentative de la fréquence électrique instantanée de ladite machine d'une part et

b) d'une information représentative du facteur d'ondulation des courants de phase de ladite machine d'autre part. [0023] Dans un mode de réalisation, ledit calculateur commande un signal à modulation de largeur d'impulsion et commande le rapport cyclique variable dudit signal de commande à l'aide d'un asservissement en vitesse proportionnel-intégral à gains fixes, le terme intégral étant activé lorsque l'erreur entre la vitesse souhaitée du rotor de la machine et la vitesse mesurée dudit rotor est inférieure à une valeur prédéterminée.

[0024] Dans un mode de réalisation, ledit circuit électronique commande ladite machine thermorégulée en commutation de bloc avec un déphasage de consigne entre le champ statorique et le champ rotorique de ladite machine en fonction de la vitesse de rotation du rotor et des paramètres d'identification de ladite machine thermorégulée, ledit déphasage de consigne augmentant en fonction de ladite vitesse de rotation.

[0025] Dans un mode de réalisation, la position du rotor de ladite machine est déterminée à l'aide de sondes magnétosensibles assemblées sur un circuit imprimé dans le module principal et à proximité dudit rotor, lesdites sondes détectant la position dudit rotor, et en ce que ledit calculateur exécute un code corrigeant le décalage entre les commutations fournies par lesdites sondes et la position réelle du rotor en fonction d'une table de correction enregistrée dans une mémoire du calculateur, au moins lors d'une étape d'identification de ladite machine thermorégulée. [0026] L'invention a aussi pour but de revendiquer une turbomachine comprenant l'une au moins des caractéristiques précédemment décrites.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0027] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés qui représentent :

- la figure 1 , une vue de trois quart en éclatée et en perspective, coté boîtier secondaire, d'une machine thermorégulée selon un premier mode de réalisation avec un boîtier secondaire en position latérale,

- la figure 2, une vue de trois quart en éclatée et en perspective, coté semelle, d'une machine thermorégulée, selon ledit premier mode de réalisation,

- la figure 3, une vue en coupe partielle d'une machine électrique selon l'invention,

- la figure 4, une vue en perspective du boîtier secondaire des figures 1 et 2 sans semelle,

- la figure 5, une vue en perspective de la semelle des figures 1 et 2, coté circuit imprimé,

- la figure 6, une vue en perspective de la semelle des figures 1 et 2, coté échangeur thermique,

- la figure 7, une vue en perspective d'une deuxième variante de réalisation de la machine avec boîtier secondaire frontal,

- la figure 8, une vue de dessous, coté échangeur thermique, de la semelle correspondant à la deuxième variante de réalisation,

- la figure 9a, une vue en perspective du boîtier principal de ladite deuxième variante de réalisation de la machine réalisé en injection et avec boîtier secondaire frontal,

- la figure 9b, une vue en perspective du boîtier principal de ladite deuxième variante de réalisation de la machine réalisé profilé et avec boîtier secondaire frontal,

- la figure 10, une vue en perspective du boîtier principal dans une variante de réalisation, - les figures 1 1 et 12, des exemples de réalisation de flasques de roulement ayant fonction d'échangeur thermique,

- la figure 13, le schéma de principe d'un circuit électronique de commande pour une machine thermorégulée suivant l'invention,

- la figure 14, le schéma de principe pour le réglage de la valeur moyenne de la tension appliquée à une machine suivant l'invention,

- la figure 15, un algorithme pour déterminer la période du signal de commande à modulation de largeur d'impulsion appliqué à une machine suivant l'invention,

- la figure 16, un schéma de principe pour l'asservissement de la turbomachine,

- la figure 17, un algorithme de méthode d'indentification pour le réglage du décalage de commutation des sondes de détection d'une machine suivant l'invention. DESCRIPTION GENERALE

Il est précisé que la présente invention ne porte pas sur la forme spécifique extérieure du boîtier principal du moteur décrit.

[0028] La machine électrique selon l'invention est constituée par un boîtier principal (1 ) comprenant les organes électromécaniques et un boîtier secondaire (2) raccordable, contenant un circuit électronique comprenant au moins le module de puissance. Ce boîtier secondaire (2) peut être positionné :

- soit sur le côté du boîtier principal (1 ), avec un plan de liaison contenant un axe parallèle à l'axe longitudinal (3) de la turbomachine, correspondant au premier mode de réalisation décrit ci-après, - soit dans le prolongement de l'extrémité frontale du boîtier principal (1 ), avec un plan de liaison perpendiculaire à l'axe longitudinal (3) de la turbomachine, correspondant au deuxième mode de réalisation décrit ci-après.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UN PREMIER MODE DE REALISATION

La description qui suit concerne le premier mode de réalisation illustré par les figures 1 à 6. [0029] Le boîtier principal (1 ) est constitué par un corps (4) en aluminium contenant la machine électrique, et présentant de façon connue les paliers de guidage (38, 39) de l'axe (40) de la machine électrique, ladite machine comprenant un rotor (101 ) et un stator (100) comme montrés en figure 3. Ce corps en aluminium (4) est refroidi par circulation d'un liquide caloporteur dans un ou plusieurs canaux ou une chambre (15) prévus dans l'épaisseur du corps (4), comme visible en figure 1 . Le liquide pénètre dans une extrémité de cette chambre ou du canal et ressort par une extrémité opposée, de manière connue dans l'état de la technique relative au refroidissement d'une machine électrique. Ce corps (4) contient un circuit imprimé (13) pour la connexion d'éléments codeur pour la détection de la position du rotor (101 ), tels par exemple des sondes à effet Hall (non montrées). Il est fermé par un couvercle frontal (14).

[0030] Il est à noter que l'invention n'est pas limitée à la détection de la position du rotor par des sondes de Hall détectant le champ d'un aimant codeur (42), mais s'étend aussi par l'analyse, selon des solutions connues, des tensions ou courant de phase des signaux moteurs pour en déduire la position du rotor (101 ).

[0031] Le corps (4) présente un prolongement latéral (5) de forme sensiblement rectangulaire, dont le plan contient un axe (6) parallèle à l'axe longitudinal (3) de la turbomachine. Ce prolongement latéral (5) est entouré par une jupe périphérique (7) dont le bord (8) forme un plan de joint entourant une ouverture rectangulaire (9). Cette ouverture rectangulaire (9) présente une section complémentaire de la section du boîtier secondaire (2), qui peut être raccordée de manière étanche pour refermer ce prolongement latéral (5). Un joint d'étanchéité (10) est prévu entre le bord de la jupe périphérique (7) et une gorge (1 1 ) est prévue à la surface correspondante du boîtier secondaire (2). Le corps (4) forme un échangeur thermique avec le boîtier secondaire (2).

DESCRIPTION DU BOITIER SECONDAIRE

[0032] Le boîtier secondaire (2) présente une forme complémentaire à celle du prolongement latéral (5) et contient les composants électroniques de puissance et de commande montés sur un circuit imprimé (21 ). Ce boîtier secondaire (2) est fermé par un couvercle (12). Comme représenté en figure 4, le boîtier secondaire (2) contient le module de puissance comprenant un circuit imprimé (21 ) sur lequel sont soudés des composants de contrôles et des condensateurs (22). Il comporte des borniers (23, 24) reliés au circuit imprimé (21 ). Ce circuit imprimé (21 ) présente une découpe définissant une ouverture dans laquelle est logée une plaque céramique (20), de forme complémentaire. La nature céramique de la plaque (20) est une solution optimale décrite ici et dans la suite du document à titre d'exemple, mais il peut s'agir, plus généralement, d'une plaque (20) en un substrat isolé électriquement et collé sur la semelle (19). Des pattes de connections (25 à 27) assurent la liaison électrique entre le circuit imprimé (21 ) et les pattes de connexion sortantes (28 à 30) du moteur. Des fils de liaison (31 à 35) assurent la liaison entre le circuit imprimé (21 ) et les sondes de Hall (non montrées). Le circuit imprimé (21 ) est vissé sur la semelle (19). Cette semelle (19) présente des cavités (102), comme visibles en figure 5, pour dégager des espaces correspondant aux composants soudés sur la face inférieure du circuit imprimé (21 ). Un isolant électrique est interposé entre la surface inférieure du circuit imprimé (21 ) et la surface de la semelle (19).

[0033] Dans la zone correspondant à la plaque de céramique (20), la liaison avec la semelle (19) est assurée par collage. La semelle (19) est ainsi liée mécaniquement au circuit imprimé (21 ) et à la plaque céramique (20), dont la surface opposée est associée aux transistors, et assure un transfert thermique pour évacuer la chaleur vers la chambre (15) de circulation de fluide, qui vient en contact avec la surface opposée de la semelle (19). Le boîtier secondaire (2) contenant le module de puissance forme ainsi un bloc autonome, qui peut être accouplé au boîtier principal (1 ) pour bénéficier de la circulation de fluide caloporteur sans nécessiter de circuit de circulation de fluide indépendant, et sans nécessiter de concevoir le corps principal (4) avec des contraintes de positionnement du module de puissance.

COUPLAGE MECANIQUE ENTRE LE BOITIER PRINCIPAL ET LE BOITIER SECONDAIRE

[0034] Le prolongement latéral (5) s'ouvre sur la chambre (15) de circulation de fluide caloporteur, formant une zone dans laquelle débouchent une arrivée et une sortie de fluide. Cette chambre (15) de circulation du liquide de refroidissement est positionnée en regard de la plaque céramique (20) lorsque le boîtier secondaire (2) est fixé sur le boîtier principal (1 ). La surface de cette zone étanchéifiée (17) est de préférence voisine de la surface de la plaque céramique (20), cette caractéristique n'étant toutefois pas impérative. Une surface significativement supérieure, par exemple deux fois supérieure, conduit à des risques de perturbation de la circulation du fluide. Une surface significativement inférieure, par exemple deux fois plus petite, réduirait l'efficacité des transferts thermiques.

[0035] Cette chambre (15) est délimitée par un cadre (16) séparant la chambre (15) de circulation du liquide de refroidissement, de la zone périphérique (17) étanchéifiée. Un joint d'étanchéité (18) est placé entre l'arête du cadre (16) et la surface de la semelle (19) en aluminium sur laquelle est collée la plaque en céramique (20) associée au circuit imprimé (21 ) du boîtier secondaire (2). Le boîtier secondaire (2) est vissé sur le boîtier principal (1 ).

COUPLAGE ELECTRIQUE ENTRE LE BOITIER PRINCIPAL ET LE BOITIER SECONDAIRE

[0036] Le corps du boîtier principal (1 ) présente des ouvertures (36, 37) pour le passage respectivement des pattes de connexion (25 à 27) et des fils de liaison (31 à 35) provenant du boîtier secondaire (2) et traversant la zone périphérique (17) située à l'extérieur de la chambre de circulation du liquide de refroidissement (15). Les fils de liaison (31 à 35) sont raccordés au circuit imprimé (13) du corps principal (1 ) pour recevoir les signaux provenant des sondes de Hall.

DESCRIPTION D'UN DEUXIEME MODE DE REALISATION

[0037] Selon une alternative de réalisation le boîtier secondaire (2) est associé au boîtier principal (1 ) non pas latéralement mais frontalement comme illustré en figure 7. Le corps central (4) définit une chambre de refroidissement à l'extrémité frontale du boîtier principal (1 ). Le boîtier secondaire (2) est associé axialement au boîtier principal (1 ), et présente une semelle (19) en aluminium dont une partie est associée à une plaque céramique (ou autre substrat) positionnée en regard avec la chambre (15) de refroidissement.

[0038] Le boîtier secondaire (2) présente, comme dans la première variante, une semelle (19) typiquement en aluminium dont la figure 8 représente une vue de dessous. Cette semelle (19) présente un socle massif (43) muni de d'oreilles de fixations (44 à 48) destinées à un ancrage sur le boîtier principal (1 ) muni d'oreilles de fixation complémentaires (49 à 51 ). Ce socle massif (43) est surmonté par une surface d'échange (52) de forme circulaire, présentant au centre une zone étanchéifiée (17) traversée par une ouverture en forme de haricot (37) pour le passage des pattes de connexions du module de puissance. Cette zone étanchéifiée (17) présente en son centre une ouverture (53) correspondant à l'interaction électromagnétique entre un aimant encodeur (42) monté à l'extrémité de l'arbre de rotation (40) de la machine électrique d'une part, et un capteur magnétosensible monté sur le circuit électronique du boîtier secondaire (2) d'autre part. Un bouchon amagnétique obture cette ouverture. Comme dans l'exemple correspondant à la première variante, la semelle (19) est munie de deux joints annulaires, non montrés ici, équivalents aux joints (10, 18) de la première version.

[0039] La surface d'échange (52) présente des cavités (55 à 62) de forme oblongue, dans l'exemple décrit, débouchant dans une zone annulaire (63) de circulation du fluide de refroidissement prévue à l'extrémité frontale du boîtier principal (1 ). Des chambres de circulation (64 à 68) débouchent dans cette zone annulaire (63) pour la circulation du fluide de refroidissement, provenant d'un raccord d'arrivée (69) et d'évacuation (70) du fluide, comme visible en figure 9a. Le nombre de canaux et leur géométrie n'est pas limitatif et peut être variable en fonction du refroidissement visé.

[0040] Il est possible de fabriquer le boîtier principal (1 ) en injection sous pression comme montré en figure 9a ou bien en profilé comme montré en figure 9b, en une matière de préférence de type aluminium.

[0041] En figure 10 est donné un autre exemple de réalisation du boîtier principal dans le cas où les condensateurs (22) (non montrés) sont accueillis dans un logement (105) du boîtier principal (1 ). Dans cette solution, la circulation de fluide par les chambres de circulation (64 à 68) permet conjointement le refroidissement de la machine électrique et des condensateurs (22).

[0042] Les flasques avant et arrière montrés en figures 1 1 et 12 sont des exemples de réalisation complémentaires aux réalisations des figures 9a, 9b et 10. DESCRIPTION DU CIRCUIT ELECTRONIQUE

Un exemple non limitatif de réalisation du circuit électronique est représenté en figure 13.

[0043] Le circuit électronique se décompose comme décrit précédemment en deux parties complémentaires :

- un étage électronique de commande (71 ) correspondant aux éléments associés au circuit imprimé (21 ),

- un étage électronique de puissance (72) correspondant aux éléments associés à la plaque céramique (20), ou plus généralement à un substrat isolé électriquement. [0044] L'étage électronique de commande (71 ) comprend un calculateur (73), par exemple un calculateur à un cœur 133 Mhz/32 bits, avec 512 Koctets de mémoire permanente flash, une mémoire data flash et 56 Koctets de mémoire volatile, par exemple un calculateur commercialisé par la société Freescale-NXP sous la référence SPC5604P-F0MLL6. La mémoire non volatile est destinée à l'enregistrement des données d'identification de la machine thermorégulée, au moment de l'étape d'identification. Le calculateur (73) reçoit des données numériques provenant : a) des sondes de Hall (74) montées sur le circuit imprimé (13) précitées, b) de la tension d'alimentation du moteur par l'intermédiaire d'un isolateur galvanique (75).

[0045] Le calculateur (73) transmet des signaux de commande par l'intermédiaire d'un second isolateur galvanique (79). Le calculateur (73) échange également des informations avec l'environnement de la machine thermorégulée selon un protocole multiplexé de type bus CAN par une interface (76). Une mémoire (77) est destinée à l'enregistrement du code informatique commandant le fonctionnement du calculateur (73). De façon connue, le calculateur (73) est alimenté par des moyens de filtrage et de régulation abaisseur de tension (78). [0046] Cet étage (71 ) comprend également des pilotes (« Gâte driver » en anglais) (80) recevant les signaux provenant du second isolateur galvanique (79) et commandant les gâchettes des transistors MOSFET constituant l'onduleur (81 ) de l'étage de puissance (72). [0047] L'étage électronique de commande (71 ) comporte également un circuit de régulation abaisseur de tension et de filtrage (82) de la tension de puissance 48 V pour fournir une tension 5 V dans l'exemple décrit. Il comprend encore un convertisseur analogique-digital (83) fournissant au calculateur (73) par l'intermédiaire de l'isolateur galvanique (75) une information numérique qui est l'image de la tension d'alimentation de puissance 48 V appliquée à l'onduleur (81 ). La tension de puissance est transmise à l'onduleur (81 ) par l'intermédiaire d'un filtre (22') comprenant les condensateurs (22) précités ainsi que des selfs et des éléments de filtrage usuels destinés à supprimer les tensions transitoires. Un capteur de courant (84) fournit une information correspondant au courant continu de puissance d'alimentation 48 V de l'onduleur (81 ). La carte céramique (20) supporte l'étage de puissance (72) formé par l'onduleur (81 ) ainsi que par des composants (85) réalisant un découplage capacitif aux bornes de chaque cellule de l'onduleur (81 ), par exemple des capacités céramiques. Une cellule d'onduleur (81 ) est formée de manière connue, selon un exemple de réalisation, par deux transistors MOSFET.

FONCTIONNALITES DU CALCULATEUR

[0048] Explicité en figure 14, le calculateur (73) commande un premier traitement pour le réglage de la valeur moyenne de la tension appliquée par l'onduleur (81 ) à la machine électrique, proportionnelle au rapport cyclique (89), noté D, du signal à modulation de largeur d'impulsions contrôlant les gâchettes des transistors. Le contrôle de la valeur moyenne de la tension appliquée, par une loi de commande (104), aux phases de la machine électrique permet la limitation des courants de phases moteur permettant d'utiliser l'onduleur (81 ) au maximum de ses capacités en courant tout en garantissant le respect des seuils critiques des MOSFET le composant. Cette loi (104) est déterminée en fonction des caractéristiques du moteur BLDC sur la base des équations de phases en régime stationnaire, ces dernières étant par la suite corrigées en fonction de résultats de mesure ou de simulation. Une identification préalable de l'ensemble onduleur et machine électrique est nécessaire afin de déterminer les caractéristiques de la fonction de transfert de la turbomachine (87). Ces étapes permettent de tenir compte du mode de commande par commutation de bloc afin d'ajuster l'amplitude de la courbe du courant, selon les critères de limitation choisis. Ce traitement permet d'anticiper dans toutes les conditions si une limitation en courant est nécessaire. Il est fonction des données d'entrée constituées par :

-la vitesse de consigne (90),

-la vitesse du rotor (86), -la fonction de transfert de la turbomachine (87),

-le niveau de la tension d'alimentation de l'onduleur (88).

La différence de la vitesse de consigne (90) et de la vitesse du rotor (86) entre dans le régulateur de vitesse (103).

La loi de limitation (104) peut se traduire sous la forme D=f(Q_m,V_batt ) et ne requière aucune mesure de courant.

[0049] Le calculateur (73) commande un deuxième traitement pour déterminer la période du signal de commande à modulation de largeur d'impulsion (92) pilotant l'onduleur (81 ) afin de réduire efficacement le nombre de commutations des MOSFET composant la cellule active pendant la durée de chaque phaseur statorique, tout en garantissant une ondulation des courants de phases acceptables, un taux de distorsion harmonique faible et un courant de phase crête tolérable pour la turbomachine dans toutes ses conditions d'utilisation. Explicité en figure 15, le mode de réalisation privilégié de ce traitement est un algorithme utilisant un tableau (91 ) enregistré dans la mémoire (77), permettant de supprimer tout temps de calculs, et d'appliquer la période du signal de commande (92) appropriée lors de chaque changement de phaseur en fonction de la fréquence électrique instantanée proportionnelle à la vitesse du rotor (86). La période du signal de commande identifiée dans le tableau (91 ) pour chaque plage de fréquence électrique est la résultante d'une phase préalable d'identification réalisée par calculs, simulations et tests permettant de garantir les conditions sur les courants de phases citées précédemment.

[0050] Explicité en figure 16, le calculateur (72) commande un troisième traitement pour asservir la turbomachine et contrôler le rapport cyclique variable du signal de commande à modulation de largeur d'impulsion de l'onduleur (81 ) afin de garantir une réponse optimale lors de changement de consigne en vitesse, notamment sous la forme d'échelons. Les qualités principales d'une turbomachine asservie en vitesse sont : rapidité, stabilité et précision. En accord avec l'invention, et pour améliorer la rapidité, l'asservissement réduira le temps de monté en utilisant uniquement le terme proportionnel (94) lorsque l'erreur en vitesse (93) est élevée, soit ùt( ) = Κ _Ρ . ε _Ω (ρ). En accord avec l'invention et pour améliorer la stabilité, l'asservissement se doit donc de diminuer le temps d'établissement en régime stationnaire et d'éviter les dépassements de la consigne de vitesse en utilisant le terme proportionnel (94) et le terme intégral (95) lorsque l'erreur en vitesse (93) est faible, soit nt(p) = Κ _Ρ . ε _Ω (ρ) +

¾(p)

1 ^' V

[0051] Le gain du terme proportionnel K_p de ùt( ) = Κ _Ρ . ε _Ω (ρ) et celui du terme intégral K_i de 2t(p) = tf _£ . ^^ sont fixes, déterminés lors de la mise au point du système à la fin du développement pour toute la gamme produite. [0052] Le calculateur (73) commande un quatrième traitement pour commander la machine thermo régulée en commutation de bloc avec un déphasage entre le champ statorique et le champ rotorique en fonction de la vitesse de rotation du rotor et des paramètres d'identification de ladite machine thermo régulée, ledit déphasage augmentant en fonction de ladite vitesse de rotation. Il s'agit en fait de maximiser le couple disponible lors de la première phase d'accélération de la machine, donc lors d'une phase dit à couple constant. L'équation simplifiée du couple instantané dans les machines synchrones auto-commutées triphasées à aimants permanents est de la forme : e _rn it) = . K _E A _s (t). Sm (0 _s (t) - p.0(t)) Où K _E est une constante moteur, î _s (t) est la valeur crête de courant, p le nombre de paires de pôles de la machine, 9 _s (t) la position du champ magnétique tournant et 9{t) la position du champ statorique.

Cette équation met en évidence que le couple est maximum dans le premier quadrant (c'est-à-dire en mode moteur), lorsque 9 _s - p. 9 = , soit quand le champ magnétique 9 _S tournant est en avance de 90° par rapport au champ statorique 9. Il est possible d'exprimer la variation du couple en fonction du déphasage ψ entre le courant statorique et la force électromotrice de la forme ψ = 0 _s (t) - p.0(t) , ayant pour équation résultante T _em (f) =—. K _E A _s (t). cos (ψ). Le couple est donc maximum dans le premier quadrant lorsque les courants statoriques et les forces électromotrices sont en phases. Le quatrième traitement géré par le calculateur a donc pour objectif de commander la machine thermo régulée en commutation de bloc avec un déphasage entre le champ statorique et le champ rotorique constant de valeur ^ s'adaptant en fonction de la vitesse de rotation du rotor et des paramètres d'identification de ladite machine thermo régulée, ledit déphasage augmentant en fonction de ladite vitesse de rotation. Dans le cas d'une machine synchrone à aimants permanents auto-commutée grâce à des éléments magnétosensibles permettant de détecter le champ rotorique, un déphasage est fixé matériellement lors de la construction par le placement mécanique des éléments magnétosensibles par rapport aux placements des bobines du stator de la machine. Ce traitement sera supporté par des fonctions logicielles mémorisées dans (77).

[0053]A noter que le principe de ce quatrième traitement logiciel est également applicable dans les phases de fonctionnement à régimes établis et dynamique dans la zone à puissance constante (101 ). [0054] Le calculateur (73) commande un cinquième traitement pour corriger le décalage temporel existant entre les commutations fournies par lesdites sondes assemblées sur le circuit imprimé (13), et les moments de commutations idéaux, synchrones de la position réelle du rotor. Ce décalage temporel a des conséquences critiques sur la turbomachine au vu des vitesses de rotation très importantes de cette dernière, dégradant fortement sa puissance maximale et son efficacité. Plusieurs causes distinctes conditionnent ce décalage comme les tolérances mécaniques du corps en aluminium (4), du rotor et du stator du moteur et du circuit imprimé (13), les défauts d'alignement des axes du stator et du rotor et la précision de positionnement des sondes sur ledit circuit imprimé (13).

[0055] Il est donc nécessaire de corriger individuellement chaque sonde, soit le décalage des commutations hautes (de « 0 » logique à « 1 » logique) dans le cas d'une transition d'aimant au niveau du rotor pôle Nord / pôle Sud et le décalage des commutations basses (de « 1 » logique à « 0 » logique) dans le cas d'une transition d'aimant au niveau du rotor pôle Sud / pôle Nord. La méthode innovante et nouvelle permettant de corriger ce décalage consiste à effectuer en premier lieu une identification (96) de chaque décalage lors du test final de chaque turbomachine sur sa ligne de production, puis d'appliquer avec très peu de ressources logicielles associées les corrections mémorisées à chaque commutation de sondes (100).

[0056] Explicité en figure 17, la méthode d'identification des différents décalages consiste à appliquer en premier lieu une vitesse de rotation très précise (97) (entraînement mécanique par un moyen externe ou contrôle de l'onduleur en mode pas à pas), puis de mesurer le décalage entre les passages à zéro des tensions induites, ceux-ci étant l'image des commutations idéales des sondes, et les commutations effectives de ces dernières, pour enfin calculer le décalage -avance ou retard- de chacune de ces commutations (98). La dernière étape (99) consiste à calculer et mémoriser dans la mémoire (77) les corrections à appliquer lors de l'utilisation de la turbomachine avec le logiciel applicatif correspondant. Chacune de ces corrections devra permettre de corriger un décalage pouvant prendre la forme d'une commutation en avance ou en retard.

[0057] Corriger une commutation en avance consiste à prendre en compte cette dernière après un temps de latence de la valeur de l'avance mesurée pendant la phase d'identification (96). Corriger une commutation en retard est plus complexe, la méthode consiste à utiliser les deux commutations précédentes et l'erreur calculée par l'asservissement afin de déterminer la vitesse actuelle du rotor et de savoir si la turbomachine est en régime établi ou en phase d'accélération. Dans les cas d'un régime établi, le logiciel émule la commutation « en retard » avant que cette dernière n'existe en calculant une durée connue fondée uniquement sur la durée réelle de la commutation précédente corrigée au préalable. Dans le cas d'une phase d'accélération, le logiciel émule la commutation « en retard » avant que cette dernière n'existe en calculant une durée connue issue de la durée réelle de la commutation précédente corrigée au préalable et de l'incrément de vitesse appliqué par l'asservissement de la turbomachine. Pour un moteur triphasé, l'étape d'identification (98) devra être réalisée six fois, pour les deux commutations de chacune des trois sondes.