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Title:
ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/092228
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating an electric machine (1) comprising at least a stator (2) and a rotor (3), said method involving controlling of the synchronous supply of power to an electric machine such that the radial forces of the stator (2) are decreased in order to reduce noise.

Inventors:
FOUQUET THIBAULT (FR)
SIEGWART JEAN-BAPTISTE (FR)
NAJI SAID (FR)
Application Number:
PCT/FR2015/053444
Publication Date:
June 16, 2016
Filing Date:
December 11, 2015
Export Citation:
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Assignee:
VALEO SYS CONTROLE MOTEUR SAS (FR)
International Classes:
H02P25/092; H02P6/10
Foreign References:
US20020149338A12002-10-17
CN102025304A2011-04-20
Other References:
M. DIVANDARI ET AL: "Radial force and torque ripple optimization for acoustic noise reduction of SRM drives via fuzzy logic control", 2010 9TH IEEE/IAS INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRY APPLICATIONS, INDUSCON 2010, 1 November 2010 (2010-11-01), pages 1 - 6, XP055216783, ISBN: 978-1-42-448008-1, DOI: 10.1109/INDUSCON.2010.5739941
Attorney, Agent or Firm:
GARCIA, CHRISTINE (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Procédé de fonctionnement d'une machine électrique 1, comportant au moins un stator 2 et un rotor 3, le procédé comportant une commande d'alimentation synchrone en courant d'une machine électrique de façon à réduire les forces radiales du stator pour réduire le bruit.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la commande d'alimentation comporte au moins une phase, consistant à alimenter en courant les bobines de la machine électrique, comprenant au moins une étape réalisée à partir d'au moins une source d'informations permettant de définir l'angle, de rotation du rotor minimisant les efforts radiaux, à appliquer.

3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel chaque phase d'alimentation comprend au moins une première étape d'alimentation en courant des bobines.

4. Procédé selon une des revendications 2 ou 3, comprenant une étape d'arrêt de l'alimentation en courant des bobines au cours de laquelle le courant déjà fourni continu de circuler.

5. Procédé selon une des revendications 2 à 3, comprenant une étape d'élimination du courant restant.

6. Procédé selon une des revendications 1 à 5, comportant une étape de surveillance d'une valeur de consigne du couple moteur.

7. Procédé selon la revendication 6, utilisant une première source d'informations lorsque la valeur du couple est inférieur à la valeur consigne, et une deuxième source d'informations lorsque la valeur du couple est supérieure à la valeur consigne.

8. Procédé selon une des revendications 2 à 7, dans lequel chacune des sources d'information est une carte des angles de rotation du stator déterminés en fonction du couple et de la vitesse pour chacune des trois étapes de la phase d'alimentation, de façon à optimiser l'efficacité de la machine électrique.

9. Procédé selon une des revendications 7 à 8, dans lequel la première source d'informations est une carte des angles de rotation du stator déterminés en fonction du couple et de la vitesse pour chacune des trois étapes de la phase d'alimentation, la détermination des angles prenant en compte les forces radiales.

10. Machine électrique 1 comportant au moins un rotor 3 et un stator 2, configurée pour être alimentée en courant selon le procédé selon une des revendications 1 à 9.

Description:
MACHINE ELECTRIQUE

La présente invention se rapporte au domaine des machines électriques, et se rapporte plus particulièrement à un procédé de fonctionnement d'une machine électrique comportant au moins un stator et un rotor.

Une machine électrique comporte un rotor et un stator. Le rotor est monté sur un arbre. Le stator comporte des dents autour desquelles sont enroulées les bobines. L'alimentation de chacune des bobines permet la création d'un champ magnétique dans le stator, le rotor, comportant également des dents, s'orientant suivant les lignes de champ. Un exemple de machine électrique comportant un stator et un rotor est le moteur à reluctance variable.

Ces machines peuvent être utilisées dans des systèmes électriques tels que des compresseurs électriques pour moteur thermique de véhicule automobile.

Ces machines électriques ont pour inconvénient d'être source de bruit. Le bruit est du à des efforts radiaux lors de l'alimentation des bobines. En effet, les efforts électromagnétiques engendrés sur le stator et le rotor induisent des micro-déplacements, ou efforts radiaux, à haute fréquence et dans le domaine audible de l'oreille humaine. Les vibrations se transmettent sur toute la structure de la machine, et se propagent dans l'air et dans les supports de la machine.

Dans un compresseur électrique, l'alimentation des bobines de ces machines électriques est généralement contrôlée par un système en relation avec un capteur de position du rotor. Ce capteur permet ainsi de déterminer la vitesse et la position de chacun des pôles du rotor. La mise sous tension de chaque paire de bobines est réalisée lorsque le rotor atteint des angles particuliers. La gestion de la mise sous-tension se fait à partir de table de calibration. Plus précisément, cette table de calibration est déterminée à partir de trois modes de d'alimentation des bobines. Un premier mode au cours duquel le courant est amené aux bobines pour les faire fonctionner. Un deuxième mode au cours duquel les bobines fonctionnent en roue libre, c'est-à-dire qu'elles ne sont plus alimentées mais continue de fonctionner avec le courant résiduel. Un troisième mode au cours duquel toute alimentation de la bobine est stoppée et la bobine est totalement désactivée. La table de calibration prévoit ainsi ces trois modes de fonctionnement pour différentes vitesses de moteur et différents couples moteur. L'objectif étant d'obtenir l'efficacité la plus grande.

Un inconvénient de ces types de carte de calibration utilisée aujourd'hui est qu'ils ne tiennent pas compte des efforts radiaux et par conséquent des phénomènes de bruits.

La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des machines électriques de l'art antérieur en proposant un procédé d'alimentation de la machine électrique tenant compte des efforts radiaux.

Pour cela la présente invention concerne un procédé de fonctionnement d'une machine électrique, comportant au moins un stator et un rotor, le procédé comportant une commande d'alimentation synchrone en courant d'une machine électrique de façon à réduire les forces radiales du stator pour réduire le bruit.

Le procédé selon l'invention réduit les forces radiales et par conséquent le bruit. La valeur des forces radiales avec un procédé selon l'invention est largement inférieure à la valeur des forces radiales avec un procédé selon l'art antérieur.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la commande d'alimentation comporte au moins une phase, consistant à alimenter en courant les bobines de la machine électrique, comprenant au moins une étape réalisée à partir d'au moins une source d'informations permettant de définir l'angle, de rotation du rotor minimisant les efforts radiaux, à appliquer. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque phase d'alimentation comprend au moins une première étape d'alimentation en courant des bobines.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape d'arrêt de l'alimentation en courant des bobines au cours de laquelle le courant déjà fourni continu de circuler.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape d'élimination du courant restant.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape de surveillance d'une valeur de consigne du couple moteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé utilise une première source d'informations lorsque la valeur du couple est inférieur à la valeur consigne, et une deuxième source d'informations lorsque la valeur du couple est supérieure à la valeur consigne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la source d'information est une carte des angles de rotation du stator déterminés en fonction du couple et de la vitesse pour chacune des trois étapes de la phase d'alimentation, de façon à optimiser l'efficacité de la machine électrique.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la première source d'informations est une carte des angles de rotation du stator déterminés en fonction du couple et de la vitesse pour chacune des trois étapes de la phase d'alimentation, la détermination des angles prenant en compte les forces radiales.

L'invention concerne également une machine électrique comportant au moins un rotor et un stator, configurée pour être alimentée en courant selon le procédé selon l'invention

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles:

- la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'un mode de réalisation d'une machine selon l'invention,

- la figure 2 représente les forces radiales en fonction a) du courant et b) des angles, pour un procédé selon l'art antérieur et un procédé selon l'invention,

- la figure 3 est une représentation d'une carte de calibration selon l'invention, - la figure 4 est une représentation schématique du procédé selon l'invention.

La présente invention concerne un procédé 100 de fonctionnement d'une machine électrique 1, ainsi que la machine électrique 1 mettant en œuvre un tel procédé. La machine 1, illustrée figure 1, comporte au moins un stator 2 et un rotor 3. Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique 1 est une machine à courant continue ou alternatif, synchrone, ou tout type de machine électrique du même type.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique 1 est un moteur à reluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Reluctance Motor selon la terminologie anglaise).

Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique 1 est un moteur à aimants permanents.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique 1 est un moteur de compresseur électrique, et plus précisément un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile.

Le stator 2, est formé d'au moins un corps. Selon un mode de réalisation de l'invention, le stator 2 est formé de plusieurs corps. Le stator est également formé de plusieurs dents 22. Les dents sont disposées sur la face interne du corps du stator délimitant l'espace dans lequel se trouve le rotor. Le stator comporte n dents, n étant supérieur ou égal à 4, de préférence compris entre 4 et 20, de préférence entre 4 et 12, et de manière très préférée égale à 6. Autour de chacune des dents est disposé un bobinage qui forme ainsi les bobines du stator. L'alimentation de chacune des bobines permet la création d'un champ magnétique dans le stator. Le fonctionnement d'une telle machine est bien connue et ne seras pas décrit ici.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le rotor 3 comporte des dents 32 de rotor. Le nombre de dents du rotor 3 est compris entre 2 et 8, et de manière préférée est égale à 4.

Comme illustrée figure 1, par les flèches A et B, l'alimentation en courant de la machine électrique 1 engendre des forces tangentielles A et radiales B. Le procédé selon l'invention prend en compte ces deux forces. La tension de l'alimentation dépend de l'application et peut être de 12V, 24V, 48V ou 300V.

Le procédé selon l'invention nécessite donc de créer une carte de calibration, illustrée figure 3, prenant en compte plusieurs constantes et les forces radiales. Cette carte, illustrée figure 3, est fonction du couple du moteur et de la vitesse du véhicule. Pour chaque valeur du couple et de la vitesse, au moins un angle de rotation du stator est déterminé. Dans le cadre de l'invention, un angle peut être assimilé au temps.

Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins deux angles sont déterminés pour chaque valeur de couple/vitesse. Les deux angles correspondent aux deux étapes suivantes :

Une première étape 102, 102' au cours de laquelle le courant est amené à la pluralité de bobines,

Une deuxième étape 103, 103' au cours de laquelle l'alimentation en courant de ces bobines est arrêté, mais le courant déjà fournie continue de circuler dans ces bobines et de les faire fonctionner,

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, trois angles sont déterminés pour chaque valeur de couple/vitesse. Les trois angles correspondent aux trois étapes suivantes :

Une première étape 102, 102' au cours de laquelle le courant est amené à la pluralité de bobines,

Une deuxième étape 103, 103' au cours de laquelle l'alimentation en courant de ces bobines est arrêté, mais le courant déjà fournie continue de circuler dans ces bobines et de les faire fonctionner,

Une troisième étape 104, 104' au cours de laquelle toute alimentation de la bobine est stoppée et le courant déjà fourni est éliminé.

Selon un mode de réalisation de l'invention, un angle est déterminé. Cet angle correspondant à une des trois étapes décrites précédemment.

La détermination de l'angle se fait à partir de plusieurs constantes. Au moins deux constantes sont utilisées lors de l'établissement de la carte :

- Une première constante est relative à une phase maximum de puissance ou de courant dans les bobines,

Une deuxième constante est relative à une alimentation maximum en puissance ou courant du moteur.

A partir d'au moins ces deux constantes et des forces radiales, la valeur des angles est déterminée de façon à optimiser l'efficacité tout en diminuant les effets des forces radiales, et par conséquent tout en diminuant le bruit causé par ses forces radiales. Selon un mode de réalisation, la valeur des angles est déterminée par plan d'expérience.

La figure 2 illustre ces forces radiales pour un procédé selon l'art antérieur et le procédé selon l'invention tenant compte des forces radiales. Ses résultats mettent en évidence l'efficacité du procédé selon l'invention sur les forces radiales et par conséquent sur le bruit. La valeur des forces radiales avec un procédé selon l'invention est largement inférieure à la valeur des forces radiales avec un procédé selon l'art antérieur.

De manière générale, plus le couple est important, plus les forces radiales sont importantes. Il a cependant été observé par la demanderesse que pour certaines valeurs de couple, les forces radiales ont moins d'impact, c'est-à-dire que les bruits sont moins audibles pour l'oreille humaine. En effet au delà d'une certaine valeur de couple les points de fonctionnement ne sont utilisés que pour l'accélération. On cherche dans cette phase à maximiser la puissance mécanique par rapport à la puissance électrique consommée. Il est alors possible d'accès la calibration sur uniquement l'optimisation de l'efficacité.

Pour cela, la carte 5 de calibration de l'invention comporte deux sous-cartes 51,

52 :

Une sous-carte 51 de réduction du bruit représentant les angles pour différentes valeurs de vitesse et des valeurs de couple inférieures à la valeur de couple à partir de laquelle l'efficacité est optimisée, la détermination des angles prenant alors en compte les forces radiales,

Une sous-carte 52 d'amélioration d'efficacité représentant les angles pour différentes valeurs de vitesse et des valeurs de couple supérieures à la valeur de couple à partir de laquelle l'efficacité est optimisée, la détermination des angles ne prenant alors pas en compte les forces radiales.

Dans le cadre de l'invention sous-carte signifie également carte. C'est-à-dire que le procédé utilise deux cartes.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la valeur de couple à partir de laquelle l'efficacité est optimisée est par exemple égale à 0,6 Nm. Ainsi, lors de la mise en œuvre du procédé en fonction de la valeur de couple mesurée la calibration de la machine électrique se fait en utilisant l'une ou l'autre des deux cartes 51, 52 ou sous-cartes. C'est-à-dire que lorsque la valeur de couple mesurée est inférieure à une valeur consigne, c'est la carte 51 de réduction du bruit qui est utilisée. Lorsque la valeur de couple mesurée est supérieure à une valeur consigne c'est la carte 52 d'amélioration de l'efficacité qui est utilisée.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la valeur consigne est la valeur de couple à laquelle l'efficacité est optimisée.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la valeur consigne est égale à 0,6 Nm.

Le procédé 100 de fonctionnement de la machine électrique 1 selon l'invention, consiste ainsi à alimenter en courant la machine électrique selon les trois étapes décrites précédemment de façon à réduire les forces radiales et ainsi réduire le bruit.

Plus précisément, le procédé 100 comprend plusieurs phases 110, 110' consistant à alimenter en courant les bobines de la machine électrique. Chaque phase 110,110' Comprend une première étape 102, 102' d'alimentation en courant des bobines, une deuxième étape 103, 103' d'arrêt de l'alimentation en courant des bobines au cours de laquelle le courant déjà fourni continu de circuler. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque phase comprend une troisième étape 104, 104' d'élimination du courant restant. Chacune des ces étapes est réalisée à partir d'au moins une source d'informations 5 permettant de définir l'angle, de rotation du rotor minimisant les efforts radiaux, à appliquer.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape de surveillance 101 de la valeur du couple moteur. Comme décrit précédemment suivant la valeur du couple, différentes sources d'informations, permettant de définir l'angle à appliquer, sont utilisées.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la source d'information est une carte 52 des angles de rotation du stator déterminés en fonction du couple et de la vitesse pour chacune des trois étapes de la phase d'alimentation, de façon à optimiser l'efficacité de la machine électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, une première source d'informations est une carte des angles de rotation du stator déterminés en fonction du couple et de la vitesse pour chacune des trois étapes de la phase d'alimentation, la détermination des angles prenant en compte les forces radiales.

L'invention concerne également un compresseur de suralimentation électrique équipé d'une machine électrique configurée pour être alimentée en courant selon le procédé selon l'invention. Le fonctionnement d'une telle machine électrique étant associé à un capteur de position angulaire et de mesure du courant, et un logiciel de contrôle. Plus précisément, l'invention concerne également un compresseur électrique équipé d'un moteur à reluctance variable calibrée avec le procédé selon l'invention. Ce compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comporte une roue de compression et une machine électrique selon l'invention, pour entraîner la roue de compression en rotation.

La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.