actionneurs de 2000 voiture electrique c bergmann
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7/23/2019 Actionneurs de 2000 Voiture Electrique c Bergmann
http://slidepdf.com/reader/full/actionneurs-de-2000-voiture-electrique-c-bergmann 1/9
GE'I4
LR2EP
LABORATOIRE E RECHERCHE'ELÊCTROTECHNIQUE
T
d'ELECTRONIQUE E PUISSANCE
t.R.E.S.T.E.t.U.T.
claude BERGMANN
rofesseur
des universités
université de Nantes
l.U.T.)
Extrait de I'exposé ait
pour
le Club E.E.A.Cachan e 2'l
Mers 199/0
Les ActionneursElectriques
our
a
voiture
de
l'an
2000
Le morde des équipements utomobiles e limite à
quatre
eadersmondiaux Nippodenso,
Bosh,MagnétimareHi t Valéopour esquelsnous rouvonsun dénominateur ommun, 'effortde
recherchedéveloppement
ui
représente especiivement 6,3
;
5,9
;
5 et 4 de leur chiffre
d'affaire.Si la traclion esle 'epanage
es
conslrucleurs
utomobiles,
'equipement utomobile
st
totalement
élégué I'equipementier.
ettedélégation
assepâr
une
ntégrationotaledu foumisseur
au conslrucieur,ant sur e
plan
de la
production ue
sur e
plan
de la recherchedéveloppement.
n
equipementierommeValéo, eprésente
n effeciifde
28000
personnes
rganisé utourd'un siège
cerfiral
de 100
personnes
t dix branchesndustrielles,
our
un chiffre
d'affairede 25 milliardsde
francs.
Quand
on a
plusieurs
métiers,e logique erai td'avoirun centrede recherche
entral et bien
non, la r€chenfie est organiséedans chaque
branche,
aujourd'hui 000
personnes
ont de la
recherche hezValéo.
La rationalisation
e l'outil ndustrielne suffit
pas
et les
équipements c{uelssubissent
d'imponantesmutations, ussibien es embrayages,es essuie
glaces,
es altemaleurs
émeneurs
que la climetisetion. es mutations ont liés à I'intégration e l'électroniqueans les actionneurs.
Uembrayage, n
produitqui
au départsemblaitmature,évoluevers une onction ntegrant
n mic{o
celculeteur
ssocié
à un
moteurcouple
qui
viennentse
greffer
sur
un embreyage lassique.Cette
enrichissemert e la fonction
permet
de
passer
utomatiquementes vitesses ans
un temps ecord
(1/10
de seconde).L'électroniqueupprime es lenteursdes embrayages ssislésac{uels,
imite
l'usuredes disques
€t
faciliie
son montage ous e capot.Le
gros
evantage e cette solntion
pour
Valéo,Cest e conservat ion e la boite
de
vitesse raditionnelle,
our
les constructeursurolÉens
l'embrayagelecimnique s{ unesolrJtioneux ois
plus
économique
ue
a boiteautomatique
( son
adodionévite a trensformation
es usines e boitesmanuelles
es construcleurs.
Une autre evolrJtionans e domainede I'automobile,esl la direction ssistée
lectdque.
Aujourd'huies directions ssislées
ont hydrauliques t equipent
urtout es véhiculesde haut de
gamme,
alors
que
es
petites
oitures,
énéralement
onduites
ar
es femmeset
principalement
n
circuiturbain, n auraient ien besoin
pour
aciliter es manoeuvres e
parking.
Cette onction
ui
ne
peutse separer e sa transmission écaniquela colonne e direc{ion) ourdesraisons e sécurité,
se voit enrichie 'uncapteur
e
couple
associé un micro
calculateur t un moteurélectrique
iloté
en
couple
paf
un convertisseure
puissance.
La évolutionso
prolonge
galement ans e capotmoleur, a diminution es entÉes
d'air et
la forme
des capots
plongeants
nfluent ur la taille des radiateurs t
pousse
es cons'trucleurs
ers
unesolution iphashue u
moteur
hermique.
'està dire
I'applicetionu 2ème
principe
e la thermo
dynemique
u
Quide
de refroidissement
pessage
n
phase
apeurau voisinsge es cylindres)
ans
ces conditions,a fonciion adiâteur
evientcondenseur,
e
pompe
à
eau sourcede
pertes
d'énergie
impoltentes
débit
de 8000 /heure) evientun
ætit
aclionneur ledrique
puissânce
mécanique
e
30
W
associé une
Égulationde temÉrature,
pécise
et integrantes différentes
hases
u cycle
thermquedu liquide e rcfroidissemer
L'éledroniquequi est le moteur de ces évolutions ouche également a fonction deI'essuyage.L anivée
des moteurs à butées électroniques a
pemettre
de supprimer
les
encombrantesringleries
ue
les conslructeursntègrentrès difticilement
ous e
pare
brise.Cette
31
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fonction
a integrera
miseau
parking
décollement
es baleis
au repos)
e
lave
glace,
a
pompe
et le
gicleur.
Toutes ces
mutationsde fonc{ions
exislantesaugmentent onsidérablemente nombre
d'actionneurs
leciriques.On dénombre
aciuellement
lus
de 90 actionneurs
ledrhues
pour
un
véhicule
hâutde
gamme
dont
17
pour
a fonction
limâtisation. 'aspect conomique sl de loin le
cfitère
prioritaire
e
toutes es fonctions
de l'automobile, ompte enu de l'effet de nombre
(un
démaneur st
produit
à 16000exemplaires
ar
ours
chezValéo).Cetle
priorité
est
prise
en compte
dans les centres
de recherche
t conduità des solutions
originales t totalementdédiées
à
une
fonction.Parcontre es concepts t les matériauxmis en oeuvresontsouvent ommuns Dlusieuts
aclionneurs, n recJlerche
ne synergie
maximale ntre ous es aclionneurs
lectriques
our
mener
une
politique
'achat fficece
ui passepar
a réduction
u nombre e foumisseurs,eurs ntégrations
à l'équipe e recherche
t sowent
desétudes{éveloppemerûs
ffectuées hez es oumisseurs.
ll n'eslmatériellement
as
possible
e donner ci une iste
complàe de tous es aclionneurs
éleclriques l encore
moinsd'en aire
une étude
poussée.
Nous
préser
eronsdanscet exposé
deux
applicetions
iéesà le voiture
de l'an2000.
La
première
montreun aclionneur
ynchrone
ui pourrait
être
dediéà la fonction
mbrayage u
bien unedirec{ion ssistée
leclrique
ar
son concêpt,l r€sle
à adader es ormes
et lesdimensions
ux cehiers
es charges. a deuième application
oncÆmea
climatisalion
pulseur
'air)ou
bien e refroidissement
oteur
groupe
moto
propulseur).
l
s'agitd'un
aclionneur
synchrone
nversé
le
rotor
est extérieur t
peut
être
ntegÉ directement l'hétice). e
concept
'est
pas
nouveau,
ar
@ntre 'aspecl conomique
nflueconsidérablement
ur la struciurc
du convertisseure p'uissancet conduità unemodélisation riginale e l'essociationonvertisseur
moteur. l faudra
également
dâpter es formes
et les diminutions ux exigences
Écmques de la
fonclion.
I Efude
d'un ensemble
machine
asynchrone convertisseur
piloé par
un€ commende
numérique
direcb et
dédié à la fonction
ventaletion
our
I'automobih
Cette
étudedécrit e concepte
'un ensemble
machineasynchrone
onvertisseur vec une
commande
umérique
irecte.
Ce moteur
possàle
un statordiphaseet une cage
d'écurcuil xteme
(c'est
un moteur
nversé vec
e statorà I'intérieur
t le rotorà l'extérieur).
Cette application
sl dédiée
à la fonc{ionventilation
pour
I'automobile.
e moteur
peut
remplac€re celèbremoteurà courantcontinuà aimants enites prcduitdepuis de nombreuses
années.
Le
premierparamàre
du cahierdes charges
esl le bas coût de
prcduction our
'ensemble
des composants
ncluant a
@mmandenumérique
ui
esl ass€zsophisliquée.
e convertisseur e
puissance
st très
performant
vec un
excellent endement.
es caractéristiques
rincipales
e
l'actionneur oivent
être:
Vitessede rotation
:
Couple
mécanique
:
Rendement
:
Tension
'alimentation
300 o 2500 rlmn
superieur 1
mN
suDerieur 65%
12V
Nousne devonspasentendrea fréquence e découpage t nousdevons especlera norme
de compatibilité
lec{romagnétique
landard
V.D.E.879.
Le celcul
de Getactionneur
sl fait à
partir
d'un ogiciet léments inis
Maxwell
ærmettant
de calculeres
éléments u
schéma lectrique
u du stator.
Le dessin
du moleurà la tigure
1 est maillé
par
20.000 riangles t le solveuresl
un
solveur
magnétodynamique
ui
prend
en compte 'effetcle
peau
dans es condudeuF
du rotor
par
contre e
maillage
oit être adapté
à la
gamme
cle réquence e fonciionnement
u moteur.Les contraintes u
solveurs
onl:
o
Toutes es
sources e erurant
onl une composante
niquesur l'axe oz
perpandiculaire
u
plan
d'étude
ry.
.
Le
champélectromagné{ique
'a
pas
de composante
ur 'axeoz
(2D)
o
Toutes es
sourcÆse courant
nt a même Équence
e{ sontsinusoiTales
J Z
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l-l Equations
ocales
pour
la résolution
des courants
nduits.
La variation
des courants nduits
dans un conducteur u slator
ou du rotor
produit
un champ
électromagnétique
ans
e
plan perpendiculaire
ux conducteurs. e champélectromagnétique
induitdans
es conducteurs
ourceset dans es
autresconducteurs
arallèles
cage
d'écureuil)
des courants nduits.
Le solveur
*Eddy
cutrents elcule es
@u€nts induitsen ésofuant le
potentiel
ecteurA and
ô
à
partir
deséquationsocales
uivantes:
I
V x-V xA -(o +ji,l,e)(-jaA -vQ)
,*sa
*iue)(-irA
YQ).da
1,
le
potentiel
ecleurmagnétique
le
potentiel
ecleurélectrique
la
perméabililé
magnétique
la féquence
d'oscillation
e toutes essources
la conductivité
la
peméabilité
le courant
otalcirculant
ans es conduc{eurs
It
ou
A
ô
P
(D
q
It
figur€
I sûuctur€
du mobur
asynchrone
(inveBé)
JJ
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figure
2
Schéma
élecûique du convertbseur
de
puissance
Le statorest
alimenlé
ar
unesource
e tension iphasee inusoidale
Les ensions
t courants luivalents
diphases u rotorvu du stator ont:
,r.:v:,1
r.:L:l
f l :
['
|1'
f * l
L. l
Avecces
hypothèses,e flux slatorique
st :
rç1,
1,[t
i.J
v]*u*8,,
t ]
l*u, F[|l]u,
et e
lux otorique,
fe|,:2 .p(0).
[^]
+ tt
,{4+
lpf
+
l}
[ ]
P(0
)
est a matrice
e rotation ntrestator
et
rotor:
6os(0
-sin(O
'l
P(o
=
lpin
o
*rfr
ll
Dans
ces âluations a matrice
P(0)esl a transformatione Part
v t+
'F8::;:l][]
Nous
pouvons
hanger e repere l'aide
de cÆtteransformation
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b l:P.@ )&,, 1
F l
=P (0,)t.-l
u '
et pour e rolor
lp,*
i
e,
v-t=l:;,
'îl:ffif;r
u
s:v:l
*o r=[@ )iu
En utilisant
es convenlions
lassiques,
ous
pouvons
écrire es équations
e tensiondu
moteur:
p,gv*l:R,aF l+h@k*ll
p@
vÀ:n,
8
v*l+va
b*l
En multiptiant
es deux
membres e I'equation
e tension
par
P.
(
-{,
)pour
le stator
er
par
P(
--d,
)
pour
e rotor,
nous rcuvons:
b
f=,
vf*'^
ror
'o'll
1.,
,çi
;
:
]
n-,
b*l=t Ef+u.frQ+ +.\ p t +,)lEl
v*l=^,F*:
' lpîtz) I' r
l*'
[[
-rrnps]b*l*b'*l
V*l=^,
lx
'
,[rÇ
z)]p
,1*b,1
Le
coupleélectromagnétique
stdonné
par:
|
:
gr^ . i rn
-
grn . i ræ
*gr^ . i r r ,
-
grn . i r^
J C
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lll2 Simulationde la variationde viæsse
Pour éduire
'écritureeséquations,ouses
pésentons
ous ormed'état t nous ncluons
l'âluationmécanhue.
ous
vons
hoisie éférentiel latoriquet un otor n
couft
ircuit.
E,, F8[ ]
o. :ooù=
-4,
er
-R .i
*
---,(L
r.i n,
tM
-.i rq
M
-.i r )
-n
tn, tt:,(t, iù +M ,.iw +tut- ir^)
M*Q*.irr 1n,.iy6 ia.izq
-i
q,
re
-T,l
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:
(t)
,
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fkl:^ [*].F*l
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n.
*lre
,lr|'.p)lk*l*b'*7
l d a
lJi
:gte
iv
-9v,.ir*
lgr*.irn
--vr*.i,o Tr
ld0
ldt
- '
Cesystèmeeutêtreécrit ous ne orme lus ondensée:
Avec eshypothèses,ous btenonsesâIuations uivantes:
[A].X
É
lAl:
v
Ji.
cas(
t
-v
)
-R .i,^
V.Ji.sinQt
t
-v )
-4,, ,
v
Ji.
cos('
*
)
-R .i,
*
V
Ji
sinQt t
)-n
ir
i r*
lt*
ir ^
l
rnn
I
u l
g
x -
0 Mps
0 Msr 0 0 0
Lps
0 Mps 0 Msr 0 0
O Lps
0 Msr 0 0 0
Mps0 Lps 0
Msr 0 0
O Msr 0 Lpr 0 0 0
Msr 0 Msr 0
Lpr 0 0
0 0 0 0 o
J l p 0
0 0 0 0 0 0 1
It+'
l0
l'o'
It
lMu
lo
t,
L0
B :
9 ,
JO
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urt.Lr:EP.
EEIGX II
L.
Figure
3 simulation émarage
de la machine synchrone
vec e logicielMatlab.
cordê ol€.ÙomâlnêùqF
2
t 8
t 6
1 2
1
a 2 0 4
0 6 0 8
lgrps{s)
figure4 Simulation
undémanage vecune réquence e 50hz
tsrps
{s)
5 t
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100
80
60
40
20
-20
-40
-ô0
-80
-100
courantqsl
0 2
0 4
0 6
0 8 1
temps
s)
Figure
5 Simulation u
courant QSl démanage
vecune réquence e 50hz
15 0
0 0 . 2
0 4
0 6 0 B 1
temps
s)
Figure
6 Simulation u courant
DSi démanage vec
une réquence e 50hz
courantds1
J d
7/23/2019 Actionneurs de 2000 Voiture Electrique c Bergmann
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Conclusion
Le
projet
présenté
st un
projet
appelêP2
par
es équipementiers
moteurs
ur étagère....).
C'està dire
qu'il
montre a faisebilité
e l'étudeet
permet
de mesurer eurs
performances
éelles.
Maintenant il
faut
passer
uneétude
de ype P1 c 'està dire ixer ous es objectifsiés à la fonclion
(Position
u
produitpar
rapport la
concunence,
uantité
industrialiserans es 5 annéesà venir,
prix
de
revient
usine,moyens
e
production,
ynergie es moyensèt des matériaux vec es eutres
produc{ions,
echerche e
foumisseursmulli sourcæ,nfluence
es outilsde
produclion rande
série
sur toutes es
performances
électriques,écaniquescousliques,.E.M., iabilité,..).La duréed'uneétudeP1 est de l'ordrede 3 annéesavantde commencer n petiteproduction. t 5 années
avant e sortir n
grande roduction
20.000
ièces
ar
our
pour
un moteur 'essuie
lace).
vec e
projet
P2, 'avenlure
ommence,l faut
souhaiter
ouvoir
a vivre
usqu'à
a
phase
inale....
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d'un moteuresynchrone
limenté
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Inventeurs
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FORRESTHURON.
J U
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