WO2019092047A1 - Procede de regulation d'un courant electrique delivre par une machine electrique tournante - Google Patents
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- WO2019092047A1 WO2019092047A1 PCT/EP2018/080516 EP2018080516W WO2019092047A1 WO 2019092047 A1 WO2019092047 A1 WO 2019092047A1 EP 2018080516 W EP2018080516 W EP 2018080516W WO 2019092047 A1 WO2019092047 A1 WO 2019092047A1
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
- H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
- H02P29/64—Controlling or determining the temperature of the winding
Definitions
- the invention relates to a method of regulating an electric current delivered by a rotating electrical machine equipping a motor vehicle with a heat engine.
- a motor vehicle with a combustion engine is equipped with an alternator whose function is to transform the mechanical energy from the engine into electrical energy, in particular for the purpose of recharging the vehicle battery and supplying the vehicle's on-board electrical system.
- the alternator comprises a plurality of subassemblies including a rotor comprising an excitation winding powered by an excitation electric current.
- the electric current delivered by the alternator depends on the rotational speed of the alternator and the excitation current.
- Each subassembly has an operating limit temperature beyond which the subassembly is likely to be damaged or fail. In operation, the temperature of the subsets depends essentially on the intensity of the current delivered by the alternator and the speed of rotation of the alternator.
- the alternator has a maximum temperature in a so-called "critical" speed range, extending for example from 2000 to 4000 revolutions per minute. This is explained by the fact that when the speed of rotation is low, warming due to friction is low. In addition, the alternator delivers little current and therefore little heat. On the other hand, when the speed of rotation is high, there is more friction and the alternator provides more current but the ventilation due to the rotation makes it possible to cool the alternator.
- the alternator is dimensioned so that the temperature of each subset does not exceed its limit value. In Consequently, the excitation current supplying the rotor has a maximum value which depends on the speed of rotation of the alternator.
- this object is achieved by providing a method of regulating an electric current delivered by a rotating electrical machine comprising a rotor provided with an excitation winding supplied with an electric excitation current, the process comprising the following steps:
- the temperature of the element is determined by a measurement made by means of a temperature sensor disposed in contact with the element.
- the temperature of the element referred to as the "first element”
- the temperature of the element is related to the temperature of a reference element via a predefined mathematical relationship, the method comprising a step of measuring the temperature of the element. reference element by means of a temperature sensor arranged in contact with the reference element, the temperature of the first element being determined from the mathematical relationship and the measurement of the temperature of the reference element.
- the mathematical relation is a linear relation.
- the first element and the reference element belong to a first group of elements, the rotating electrical machine having a rotation speed, the linear relation being defined by a first set of coefficients when the speed rotation belongs to a first range of rotational speeds, and by a second set of coefficients when the rotational speed belongs to a second range of rotational speeds.
- the mathematical relation is a polynomial relation.
- the first element and the reference element belong to a second group of elements, the rotating electrical machine having a rotational speed, the mathematical relationship being defined for a range of rotational speeds greater than a threshold speed.
- the steps (a) and (b) are repeated for a predetermined number of elements, the temperature of each element being compared with a respective predetermined value, the excitation current being limited when the temperature of the one of the elements reaches the corresponding predetermined value.
- a second aspect of the invention relates to a rotating electrical machine comprising a rotor provided with an excitation coil powered by an electric excitation current, characterized in that it comprises means for determining the temperature of an element. of the rotary electrical machine, means for comparing the temperature of the element with a first predetermined limit temperature, means for limiting the excitation current supplied to the excitation coil for regulating an electric current delivered by the rotating electrical machine when the temperature of the element reaches the limit temperature so that the temperature of the element does not exceed the temperature limit.
- FIG. 1 represents curves of variation of the temperature of the rotor, the rear bearing and the front bearing as a function of the speed of rotation of the alternator;
- FIG. 2 is a curve representing the temperature of the rear bearing as a function of the temperature of the rotor
- FIG. 3 is a curve of variation of the temperature difference between the rotor and the voltage regulator as a function of the rotational speed of the alternator;
- FIG. 4 shows curves of variation of the stator temperature and of a diode rectification device as a function of the rotational speed of the alternator
- FIG. 5 is a curve representing the temperature of the diode rectification device as a function of the stator temperature
- FIG. 6 represents curves of variation of the stator temperature and of a transistor rectifying device as a function of the speed of rotation of the alternator
- FIG. 7 is a variation curve of the temperature difference between the stator and the transistor rectification device as a function of the rotation speed of the alternator;
- FIG. 8 represents, for different maximum values of the excitation current, curves of variation of the temperature of the alternator and of the current delivered by the alternator.
- a motor vehicle with a combustion engine is equipped with a rotating electrical machine, such as an alternator or an alternator-starter, configured to transform the mechanical energy coming from the engine of the motor vehicle into electrical energy in order, in particular, to recharge the vehicle battery and electrically power the vehicle's on-board network.
- the alternator comprises a rotor mounted to rotate with a shaft rotated by the motor via a motion transmission device.
- the alternator also has a stator surrounding the rotor.
- the stator is carried by a housing comprising a front bearing and a rear bearing traversed by the rotor shaft.
- the housing is rotatably mounted on the shaft by means of bearings fitted on the bearings.
- the rotor comprises an excitation coil powered by an electric current, called “excitation current”, and the stator comprises an armature winding. Under the effect of the rotation of the rotor, a magnetic field is created and an alternating electric current is generated in the armature winding of the stator.
- the alternator further comprises a device for rectifying the alternating current in a direct current suitable for charging the battery and supplying the on-board network of the motor vehicle.
- the excitation current is provided by a voltage regulator, for example disposed on the rear bearing of the alternator.
- the current delivered by the alternator depends on the speed of rotation of the alternator and the excitation current supplying the rotor.
- the rotation speed of the alternator being directly linked to that of the engine, it is not possible to act on it. Consequently, the voltage regulator adapts the excitation current so as to maintain the voltage of the on-board network and the battery at a set voltage, in particular so as not to damage the equipment of the on-board network and the battery.
- the rotor, the stator, the straightening device, the voltage regulator and the front and rear bearings are constituent elements of the alternator.
- Each element of the alternator has a limit temperature of operation. When the temperature of an element reaches or exceeds its limit value, the element may be damaged or fail.
- the temperature of the elements depends essentially on the rotational speed of the alternator and the current delivered by the alternator, and therefore on the excitation current supplying the rotor.
- the present invention provides a method of regulating the current delivered by the alternator so as to maintain the temperature of the elements under their respective operating limit temperature.
- the method according to the invention comprises a step of determining the temperature of an element of the alternator. The temperature of the element is then compared with a predetermined value which may be the operating limit temperature of the element or an arbitrarily set temperature, preferably less than the operating limit temperature of the element.
- the excitation current supplying the rotor is limited or not.
- the excitation current is reduced so that the alternator delivers less current, which decreases overall the temperature of the alternator, and in particular that of the generator. concerned.
- the temperature of the element can be directly obtained by a measurement, made for example by means of a temperature sensor disposed in contact with the element.
- the voltage regulator comprises an electronic chip equipped with a temperature sensor.
- the temperature of the element can be related to the temperature of a reference element by a mathematical relationship. The temperature of the element can therefore be determined from the temperature of the reference element, the latter being preferably measured.
- FIG. 1 shows three curves representing the variations of the Trotor temperature of the rotor, the TRAR temperature of the rear bearing and the temperature TRAV of the front bearing as a function of the rotational speed V of the alternator.
- the temperatures are expressed in degrees Celsius (° C) and the rotational speed of the alternator is expressed in revolutions per minute (rpm).
- rpm revolutions per minute
- the Trotor temperature of the rotor can be obtained from the temperature Chip of the voltage regulator chip.
- the Trotor temperature of the rotor is a linear function of the temperature Ti of the chip and the speed of rotation V.
- the linear function is defined by a first set of coefficients.
- the linear function is defined by a second set of coefficients.
- the voltage regulator, the rotor and the bearings form a first group of elements for which the measurement of the temperature of one of the elements, preferably that of the voltage regulator, makes it possible to determine the temperature of the other elements.
- the stator and the recovery device can be assigned to a second group of elements.
- the temperature of the rectification device is preferably measured, for example by means of a temperature sensor disposed in contact with the rectifier.
- FIG. 4 shows two curves representing the variations of the stator Tstator temperature and the Tdiode temperature of a diode rectification device as a function of the rotation speed V of the alternator.
- FIG. 6 shows two curves representing the variations of the stator Tstator temperature and the TFET temperature of a transistor rectifying device as a function of the rotation speed V of the alternator.
- a threshold speed here also equal to 2500 rpm
- the stator temperature is related to the temperature of the straightening device and the rotational speed by a polynomial type equation, as shown in Figure 7.
- the curves of FIGS. 1 to 7 are for example obtained by prior characterization of the alternator on a test bench. This characterization makes it possible to define the mathematical relationships linking together the temperatures of the different elements. Advantageously, the coefficients of these mathematical relations are used to calculate the temperature of the elements from the temperature of a reference element which is measured.
- the alternator can comprise only one temperature sensor for each group of elements, which reduces the production costs of the alternator.
- FIG. 8 shows the effectiveness of the method of the invention.
- FIG. 8 shows curves representing the variations of the milk flow delivered by the alternator and the temperature T of the stator of the alternator as a function of the rotational speed V of the alternator. Each curve corresponds to a maximum value of the excitation current.
- lexc_maxi as defined in the prior art, the temperature of the alternator remains lower than the predetermined temperature value Tnm without limitation of the excitation current. In this case, the milk flow delivered by the alternator is not regulated.
- the milk flow delivered by the alternator is regulated to maintain the temperature of the alternator lower than the predetermined temperature value. tNM.
- the excitation current is limited to a value less than its maximum value. It should be noted that the higher the maximum value of the excitation current, the more the milk flow delivered by the alternator is regulated over a wide range of rotational speeds.
- the alternator can be configured to have a larger excitation current than in the prior art. This results in a gain in electrical power, that is to say a higher delivered current, when the temperature of the elements of the alternator allows it.
- the method according to the invention is for example implemented in the form of a control loop.
- the temperature of the element concerned is determined and this temperature is compared to a predetermined value which may be identical for all the elements or specific to each element.
- the method according to the invention is for example implemented by the voltage regulator.
- the voltage regulator includes hardware resources, including a microprocessor and memory, a multichannel connector, and software resources, including one or more algorithms for performing its function, namely, regulating the excitation current supplying the excitation coil. of the rotor.
- this function can be performed by means of a specific application integrated circuit, also called ASIC for "Application-Specific Integrated Circuit" in English, or generally by means of hardwired logic.
Landscapes
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
La présente invention se rapporte à un procédé de régulation d'un courant électrique délivré par une machine électrique tournante comprenant un rotor muni d'un bobinage d'excitation alimenté par un courant électrique d'excitation, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : − (a) déterminer la température d'un élément de la machine électrique tournante; − (b) comparer la température de l'élément à une valeur prédéterminée; − (c) limiter le courant d'excitation alimentant le bobinage d'excitation pour réguler le courant délivré par la machine électrique tournante lorsque la température de l'élément atteint la température limite de sorte que la température de l'élément ne dépasse pas la température limite.
Description
PROCEDE DE REGULATION D'UN COURANT ELECTRIQUE DELIVRE PAR UNE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention concerne un procédé de régulation d'un courant électrique délivré par une machine électrique tournante équipant un véhicule automobile à moteur thermique. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Un véhicule automobile à moteur thermique est équipé d'un alternateur qui a pour fonction de transformer l'énergie mécanique provenant du moteur en énergie électrique dans le but notamment de recharger la batterie du véhicule et d'alimenter le réseau de bord du véhicule. L'alternateur comporte une pluralité de sous- ensembles dont un rotor comprenant un bobinage d'excitation alimenté par un courant électrique d'excitation. Le courant électrique délivré par l'alternateur dépend de la vitesse de rotation de l'alternateur et du courant d'excitation. Chaque sous-ensemble présente une température limite de fonctionnement au-delà de laquelle le sous-ensemble est susceptible d'être endommagé ou de défaillir. En fonctionnement, la température des sous-ensembles dépend essentiellement de l'intensité du courant délivré par l'alternateur et de la vitesse de rotation de l'alternateur. L'alternateur présente un maximum de température dans une plage de vitesses dite « critique », s'étendant par exemple de 2000 à 4000 tours par minute. Cela s'explique par le fait que lorsque la vitesse de rotation est faible, réchauffement dû aux frottements est faible. De plus, l'alternateur délivre peu de courant et donc chauffe peu. D'un autre côté, lorsque la vitesse de rotation est élevée, il y a plus de frottements et l'alternateur fournit plus de courant mais la ventilation due à la rotation permet de refroidir l'alternateur.
Actuellement, l'alternateur est dimensionné de manière à ce que la température de chaque sous-ensemble n'excède pas sa valeur limite. En
conséquence, le courant d'excitation alimentant le rotor présente une valeur maximale qui dépend de la vitesse de rotation de l'alternateur.
Un inconvénient à cette façon de concevoir l'alternateur est que lorsqu'il ne se trouve pas dans la plage de vitesses critiques, l'alternateur pourrait fournir davantage de courant sans pour autant que ses sous-ensembles atteignent leurs températures limites. En d'autres termes, cela revient à perdre de la puissance de part et d'autre de la plage de vitesses critiques. RESUME DE L'INVENTION
La présente invention vise à résoudre le problème qui vient d'être mentionné. Selon un premier aspect de l'invention, ce but est atteint en prévoyant un procédé de régulation d'un courant électrique délivré par une machine électrique tournante comprenant un rotor muni d'un bobinage d'excitation alimenté par un courant électrique d'excitation, le procédé comportant les étapes suivantes :
- (a) déterminer la température d'un élément de la machine électrique tournante ;
- (b) comparer la température de l'élément à une valeur prédéterminée ;
- (c) limiter le courant d'excitation alimentant le bobinage d'excitation pour réguler le courant délivré par la machine électrique tournante lorsque la température de l'élément atteint la température limite de sorte que la température de l'élément ne dépasse pas la température limite.
Grâce à l'invention, lorsque l'élément de l'alternateur
Selon un mode de mise en œuvre, la température de l'élément est déterminée par une mesure effectuée au moyen d'un capteur de température disposé en contact avec l'élément. Selon un mode de mise en œuvre, la température de l'élément, dit « premier élément », est liée à la température d'un élément de référence via une relation mathématique prédéfinie, le procédé comportant une étape de mesure de la température de l'élément de référence effectuée au moyen d'un capteur de température disposé en contact avec l'élément de référence, la température du
premier élément étant déterminée à partir de la relation mathématique et de la mesure de la température de l'élément de référence.
Selon un mode de mise en œuvre, la relation mathématique est une relation linéaire.
Selon un mode de mise en œuvre, le premier élément et l'élément de référence appartiennent à un premier groupe d'éléments, la machine électrique tournante présentant une vitesse de rotation, la relation linéaire étant définie par un premier ensemble de coefficients lorsque la vitesse de rotation appartient à une première plage de vitesses de rotation, et par un deuxième ensemble de coefficients lorsque la vitesse de rotation appartient à une deuxième plage de vitesses de rotation. Selon un mode de mise en œuvre, la relation mathématique est une relation polynomiale.
Selon un mode de mise en œuvre, le premier élément et l'élément de référence appartiennent à un deuxième groupe d'éléments, la machine électrique tournante présentant une vitesse de rotation, la relation mathématique étant définie pour une plage de vitesses de rotation supérieures à une vitesse seuil.
Selon un mode de mise en œuvre, les étapes (a) et (b) sont répétées pour un nombre prédéterminé d'éléments, la température de chaque élément étant comparée une valeur prédéterminée respective, le courant d'excitation étant limité lorsque la température de l'un des éléments atteint la valeur prédéterminée correspondante.
Un deuxième aspect de l'invention concerne une machine électrique tournante comportant un rotor muni d'un bobinage d'excitation alimenté par un courant électrique d'excitation, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de détermination de la température d'un élément de la machine électrique tournante, des moyens de comparaison de la température de l'élément à une première température limite prédéterminée, des moyens de limitation du courant d'excitation alimentant le bobinage d'excitation pour réguler un courant électrique délivré par la
machine électrique tournante lorsque la température de l'élément atteint la température limite de sorte que la température de l'élément ne dépasse pas la température limite. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent, parmi lesquelles :
- la figure 1 représente des courbes de variation de la température du rotor, du roulement arrière et du roulement avant en fonction de la vitesse de rotation de l'alternateur ;
- la figure 2 est une courbe représentant la température du roulement arrière en fonction de la température du rotor ;
- la figure 3 est une courbe de variation de la différence de température entre le rotor et le régulateur de tension en fonction de la vitesse de rotation de l'alternateur ;
- la figure 4 représente des courbes de variation de la température du stator et d'un dispositif de redressement à diodes en fonction de la vitesse de rotation de l'alternateur ;
- la figure 5 est une courbe représentant la température du dispositif de redressement à diodes en fonction de la température du stator ;
- la figure 6 représente des courbes de variation de la température du stator et d'un dispositif de redressement à transistors en fonction de la vitesse de rotation de l'alternateur ;
- la figure 7 est une courbe de variation de la différence de température entre le stator et le dispositif de redressement à transistors en fonction de la vitesse de rotation de l'alternateur ;
- la figure 8 représente, pour différentes valeurs maximales du courant d'excitation, des courbes de variation de la température de l'alternateur et du courant délivré par l'alternateur.
Les figures ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur toutes les figures.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE MISE EN ŒUVRE DE L'INVENTION
Un véhicule automobile à moteur thermique est équipé d'une machine électrique tournante, telle qu'un alternateur ou un alterno-démarreur, configurée pour transformer l'énergie mécanique provenant du moteur thermique du véhicule automobile en énergie électrique dans le but notamment de recharger la batterie du véhicule et d'alimenter électriquement le réseau de bord du véhicule. L'alternateur comporte un rotor monté solidaire en rotation sur un arbre entraîné en rotation par le moteur via un dispositif de transmission de mouvement. L'alternateur comporte également un stator entourant le rotor. Le stator est porté par un carter comprenant un palier avant et un palier arrière traversés par l'arbre du rotor. Le carter est monté à rotation sur l'arbre au moyen de roulements équipant les paliers.
Le rotor comporte un bobinage d'excitation alimenté par un courant électrique, dit « courant d'excitation », et le stator comporte un bobinage d'induit. Sous l'effet de la rotation du rotor, un champ magnétique se crée et un courant électrique alternatif est généré dans le bobinage d'induit du stator. L'alternateur comporte en outre un dispositif de redressement du courant alternatif en un courant continu approprié pour recharger la batterie et alimenter le réseau de bord du véhicule automobile.
Le courant d'excitation est fourni par un régulateur de tension, par exemple disposé sur le palier arrière de l'alternateur. Le courant délivré par l'alternateur dépend de la vitesse de rotation de l'alternateur et du courant d'excitation alimentant le rotor. La vitesse de rotation de l'alternateur étant directement liée à celle du moteur, il n'est pas possible d'agir dessus. Par conséquent, le régulateur de tension adapte le courant d'excitation de manière à maintenir la tension du réseau de bord et de la batterie à une tension de consigne, notamment pour ne pas détériorer les équipements du réseau de bord et la batterie.
Le rotor, le stator, le dispositif de redressement, le régulateur de tension et les roulements avant et arrière sont des éléments constitutifs de l'alternateur. Chaque
élément de l'alternateur présente une température limite de fonctionnement. Lorsque la température d'un élément atteint ou dépasse sa valeur limite, l'élément risque d'être endommagé ou de subir une défaillance. La température des éléments dépend essentiellement de la vitesse de rotation de l'alternateur et du courant délivré par l'alternateur, et donc du courant d'excitation alimentant le rotor.
La présente invention propose un procédé de régulation du courant délivré par l'alternateur de manière à maintenir la température des éléments sous leur température limite de fonctionnement respective. Pour ce faire, le procédé selon l'invention comporte une étape de détermination de la température d'un élément de l'alternateur. La température de l'élément est ensuite comparée une valeur prédéterminée qui peut être la température limite de fonctionnement de l'élément ou une température fixée arbitrairement, de préférence inférieure à la température limite de fonctionnement de l'élément.
En fonction du résultat de cette comparaison, le courant d'excitation alimentant le rotor est limité ou non. Lorsque la température de l'élément atteint la valeur prédéterminée, le courant d'excitation est réduit de sorte que l'alternateur délivre moins de courant, ce qui diminue de manière globale la température de l'alternateur, et en particulier celle de l'élément concerné.
La température de l'élément peut être directement obtenue par une mesure, effectuée par exemple au moyen d'un capteur de température disposé en contact avec l'élément. Par exemple, le régulateur de tension comporte une puce électronique équipée d'un capteur de température. Alternativement, la température de l'élément peut être liée à la température d'un élément de référence par une relation mathématique. La température de l'élément peut donc être déterminée à partir de la température de l'élément de référence, cette dernière étant de préférence mesurée.
La figure 1 montre trois courbes représentant les variations de la température Trotor du rotor, de la température TRAR du roulement arrière et de la température TRAV du roulement avant en fonction de la vitesse de rotation V de l'alternateur.
Sur l'ensemble des figures, les températures sont exprimées en degrés Celsius (°C) et la vitesse de rotation de l'alternateur est exprimée en tours par minute (tr/min). Ces courbes montrent que la température de chacun des roulements peut être liée à la température du rotor par une relation linéaire comme illustré à la figure 2 qui représente la température du roulement arrière en fonction de la température du rotor. Il est donc possible de calculer la température d'un roulement à partir de la relation linéaire correspondante et de la température du rotor. Les températures des roulements varient de manière linéaire avec la température du rotor car les roulements sont en contact avec l'arbre du rotor.
La température Trotor du rotor peut être obtenue à partir de la température Tchip de la puce du régulateur de tension. La figure 3 est une courbe représentant la différence de température ΔΤΊ = Trotor— Tchip entre ces deux éléments en fonction de la vitesse de rotation V de l'alternateur. La température Trotor du rotor est une fonction linéaire de la température Ti de la puce et de la vitesse de rotation V.
Sur une première plage de vitesse, dans cet exemple comprise entre 1500 et 2300 tr/min, la fonction linéaire est définie par un premier ensemble de coefficient. En l'occurrence, le premier ensemble de coefficient est tel que Trotor = Tchip + 0,02*V + 20.
Sur une deuxième plage de vitesse, dans cet exemple comprise entre 2300 et 2500 tr/min, la fonction linéaire est définie par un deuxième ensemble de coefficient. En l'occurrence, le deuxième ensemble de coefficient est tel que Trotor = Tchip - 0,06*V + 80.
Avantageusement, le régulateur de tension, le rotor et les roulements forment un premier groupe d'élément pour lequel la mesure de la température de l'un des éléments, de préférence celle du régulateur de tension, permet de déterminer la température des autres éléments.
Le stator et le dispositif de redressement peuvent quant à eux être affectés à un deuxième groupe d'éléments. Dans ce deuxième groupe, on mesure de préférence la température du dispositif de redressement, par exemple au moyen d'un capteur de température disposé en contact avec le dispositif de redressement.
Le comportement thermique du dispositif de redressement diffère selon qu'il comporte des diodes ou des transistors à effet de champ. La figure 4 montre deux courbes représentant les variations de la température Tstator du stator et de la température Tdiode d'un dispositif de redressement à diodes en fonction de la vitesse de rotation V de l'alternateur. La figure 4 montre également une courbe représentant la différence de température ΔΤ2 = Tstator - Tdiode entre le stator et le dispositif de redressement à diodes en fonction de la vitesse de rotation V. Il ressort de la figure 4 que pour une vitesse de rotation supérieure à une vitesse seuil, par exemple égale à 2500 tr/min, la température du stator varie linéairement avec la température du dispositif de redressement à diodes comme illustré à la figure 5.
La figure 6 montre deux courbes représentant les variations de la température Tstator du stator et de la température TFET d'un dispositif de redressement à transistors en fonction de la vitesse de rotation V de l'alternateur. La figure 6 montre également une courbe représentant la différence de température AT2 = Tstator - TFET entre le stator et le dispositif de redressement à transistors en fonction de la vitesse de rotation V. Dans le cas du dispositif de redressement à transistors, lorsque la vitesse de rotation est supérieure à une vitesse seuil ici aussi égale à 2500 tr/min, la température du stator est liée à la température du dispositif de redressement et à la vitesse de rotation par une équation de type polynomiale, comme illustré à la figure 7.
Les courbes des figures 1 à 7 sont par exemple obtenues par une caractérisation préalable de l'alternateur sur un banc d'essai. Cette caractérisation permet de définir les relations mathématiques reliant entre elles les températures des différents éléments. Avantageusement, on utilise les coefficients de ces relations mathématiques pour calculer la température des éléments à partir de la température d'un élément de référence qui elle est mesurée. Ainsi, l'alternateur peut comporter
seulement un capteur de température pour chaque groupe d'éléments, ce qui réduit les coûts de production de l'alternateur.
La figure 8 met en évidence l'efficacité du procédé de l'invention. La figure 8 montre des courbes représentant les variations du courant lait délivré par l'alternateur et de la température T du stator de l'alternateur en fonction de la vitesse de rotation V de l'alternateur. Chaque courbe correspond à une valeur maximale du courant d'excitation. Pour une première valeur maximale lexc_maxi telle que définie dans l'art antérieur, la température de l'alternateur reste inférieure à la valeur de température prédéterminée Tnm sans limitation du courant d'excitation. Dans ce cas, le courant lait délivré par l'alternateur n'est pas régulé. Par contre, pour une deuxième valeur maximale I exc max2 et une troisième valeur maximale Iexc_max3 supérieures à la première valeur maximale lexc_maxi , le courant lait délivré par l'alternateur est régulé pour maintenir la température de l'alternateur inférieure à la valeur de température prédéterminée Tnm. Pour ce faire, le courant d'excitation est limité à une valeur inférieure à sa valeur maximale. Il est à noter que plus la valeur maximale du courant d'excitation est élevée, plus le courant lait délivré par l'alternateur est régulé sur une large plage de vitesses de rotation.
Grâce au procédé de l'invention, l'alternateur peut être configuré de manière à avoir un courant d'excitation maximal plus important que dans l'art antérieur. Il en résulte un gain en puissance électrique, c'est-à-dire un courant délivré plus élevé, lorsque la température des éléments de l'alternateur le permet.
Le procédé selon l'invention est par exemple mis en œuvre sous la forme d'une boucle d'asservissement. Une règle de contrôle pour être implémentée pour chaque élément. Dans ce cas, pour chaque règle, on détermine la température de l'élément concerné et on compare cette température à une valeur prédéterminée qui peut être identique pour tous les éléments ou spécifique à chaque élément.
Le procédé selon l'invention est par exemple mis en œuvre par le régulateur de tension. Le régulateur de tension comporte des ressources matérielles, notamment un microprocesseur et de la mémoire, un connecteur multivoies, et des ressources logicielles, notamment un ou plusieurs algorithmes pour exécuter sa fonction, à savoir réguler le courant d'excitation alimentant le bobinage d'excitation du rotor. Alternativement, cette fonction peut être réalisée au moyen d'un circuit intégré à application spécifique, également appelé ASIC pour « Application-Specific Integrated Circuit » en anglais, ou de manière générale au moyen de logique câblée. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, on ne sortira pas du cadre de l'invention en l'implémentant sur une machine de type alterno-démarreur ou une machine réversible. Ces types de machines peuvent fonctionner en mode alternateur pour générer un courant électrique ou en mode moteur pour générer un couple mécanique pouvant par exemple servir à redémarrer le moteur thermique.
Claims
1 . Procédé de régulation d'un courant électrique délivré par une machine électrique tournante comprenant un rotor muni d'un bobinage d'excitation alimenté par un courant électrique d'excitation, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- (a) déterminer la température d'un élément de la machine électrique tournante ;
- (b) comparer la température de l'élément à une valeur prédéterminée ;
- (c) limiter le courant d'excitation alimentant le bobinage d'excitation pour réguler le courant délivré par la machine électrique tournante lorsque la température de l'élément atteint la température limite de sorte que la température de l'élément ne dépasse pas la température limite.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la température de l'élément est déterminée par une mesure effectuée au moyen d'un capteur de température disposé en contact avec l'élément.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la température de l'élément, dit « premier élément », est liée à la température d'un élément de référence via une relation mathématique prédéfinie, le procédé comportant une étape de mesure de la température de l'élément de référence effectuée au moyen d'un capteur de température disposé en contact avec l'élément de référence, la température du premier élément étant déterminée à partir de la relation mathématique et de la mesure de la température de l'élément de référence.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la relation mathématique est une relation linéaire.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier élément et l'élément de référence appartiennent à un premier groupe d'éléments, la machine électrique tournante présentant une vitesse de rotation, la relation linéaire étant définie par un premier ensemble de coefficients lorsque la vitesse de rotation appartient à une première plage de vitesses de rotation, et par un deuxième
ensemble de coefficients lorsque la vitesse de rotation appartient à une deuxième plage de vitesses de rotation.
6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la relation mathématique est une relation polynomiale.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 6, caractérisé en ce que le premier élément et l'élément de référence appartiennent à un deuxième groupe d'éléments, la machine électrique tournante présentant une vitesse de rotation, la relation mathématique étant définie pour une plage de vitesses de rotation supérieures à une vitesse seuil.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les étapes (a) et (b) sont répétées pour un nombre prédéterminé d'éléments, la température de chaque élément étant comparée une valeur prédéterminée respective, le courant d'excitation étant limité lorsque la température de l'un des éléments atteint la valeur prédéterminée correspondante.
9. Machine électrique tournante comportant un rotor muni d'un bobinage d'excitation alimenté par un courant électrique d'excitation, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de détermination de la température d'un élément de la machine électrique tournante, des moyens de comparaison de la température de l'élément à une première température limite prédéterminée, des moyens de limitation du courant d'excitation alimentant le bobinage d'excitation pour réguler un courant électrique délivré par la machine électrique tournante lorsque la température de l'élément atteint la température limite de sorte que la température de l'élément ne dépasse pas la température limite.
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