Revue 3e I N 5 Mars 96 Pp 55 64 Probl Me De La-Books Pdf

Revue 3E I n 5 mars 96 pp 55 64 PROBL ME DE LA
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Revue 3E I n 5 mars 96 pp 55 64, S2 un seul moteur lectrique r ducteur fixe diff rentiel. S3 un moteur lectrique r ducteur par roue motrice soit deux ou quatre motor ducteurs. S4 un moteur lectrique entra nement direct par roue motrice soit deux ou quatre moteurs. 4 1 Choix d une boite de vitesses m canique dans une transmission lectrique S1. Inconv nient d une boite de vitesses dans une transmission lectrique. La figure 4 2 montre les caract ristiques de couple et de puissance maximale aux roues obtenues avec un moteur. capable de d livrer son couple maximal CeMax de l arr t eMax et coupl une boite de vitesses id ale rendement parfait. 5 rapports m1 m5 Nous pouvons remarquer qu un nombre discret de rapports ne permet pas d exploiter en permanence la. puissance maximale CeMax eMax du moteur lectrique nous avons un trou de puissance entre chaque vitesse d au. nombre discret de rapports de r duction de la boite qui fixe la pente des droites puissance aux roues fonction de la vitesse de. courbe de couple, CrMax maxi mal aux roues PrMax courbe de puissance maxi male aux roues. 1 re CeMax eMax, eMax eMax eMax eMax eMax, m1 m2 m4 m5 r eMax eMax m4. eMax m1 m2, Figure 4 2 Caract ristiques de couple et puissance maximaux aux roues avec un moteur. sans possibilit de fonctionnement puissance maximale constante associ une boite 5 vitesses. La solution m canique pour rendre possible l exploitation de la puissance maximale est d utiliser un variateur. m canique continu avec un rapport de r duction asservi sur la vitesse maxi du moteur lectrique Cette solution complexe ne. fait pas l unanimit chez les constructeurs automobiles car seul de tr s rares v hicules moteur thermique de faible. puissance en sont quip s DAF Variomatic FIAT Panda. Une solution lectrotechnique pour une transmission lectrique consiste utiliser un moteur capable de travailler. puissance maximale constante sur une plage tendue de vitesses Associ un simple r ducteur m canique la puissance. maximale disponible aux roues est alors liss e et ne pr sente plus de dent de scies Cette solution est expos e dans le sous. chapitre suivant, Parmi les inconv nients d une boite de vitesses il faut rajouter.
la commande complexe par levier de vitesse, la n cessit d un embrayage avec sa commande pi ces d usure. probablement une fiabilit r duite embrayage boite de vitesses et sa commande. l encombrement, le prix d un ensemble complexe, Son avantage essentiel est de permettre l utilisation d un moteur plus faible couple donc plus l ger pour une vitesse. maximale donn e En outre ce moteur peut tre l g rement plus performant s il n est pas contraint de fonctionner puissance. maximale constante voir chapitre pr c dent et paragraphe suivant On peut ainsi utiliser des moteurs collecteur aimants. permanents ou tout type de moteur commutation lectronique MCE. Revue 3E I n 5 mars 96 pp 55 64, 4 2 Transmission rapport fixe S2. Int r t d un moteur lectrique capable de fournir sa puissance maximale sur une plage de vitesse tendue. Dans l hypoth se d une transmission sans boite de vitesses mais avec seulement un r ducteur de rapport unique m. nous constatons en pratique que la deuxi me condition nonc e au d but du chapitre 4 est largement satisfaite En effet la. premi re condition impose le couple CeMax du moteur Et sa vitesse de rotation eMax maximale est impos e par la vitesse. maximale du v hicule En cons quence la puissance maximale disponible CeMax eMax est tr s sup rieure la puissance. n cessaire au v hicule pour atteindre sa vitesse maxi PrMAx. Pour un v hicule de masse en charge de 1500 kg sur une rampe de 20 la force fournir aux roues motrices est. d environ 3000 N et le couple total maxi aux roues est de CrpMax 1000 N m rayon de la roue de 33 cm. De plus si l on souhaite une vitesse de pointe de 110 km h la puissance n cessaire au v hicule pour atteindre cette vitesse est. de PrMax 25 kW pour rMax 92 rad s Et pour une transmission parfaite rendement unitaire on obtient. CeMax eMax CrpMax rMax 92 kW valeur tr s sup rieure PrMax 25 kW. Ainsi afin de limiter le co t du convertisseur statique ainsi que celui de la batterie il est souhaitable que le moteur. lectrique puisse d livrer sa puissance maximale dans une plage de vitesse b eMax o b est la vitesse de base. d finie afin de v rifier la deuxi me condition telle que cf figure 4 2. m rMax C rpMax C rpMax rMax, b C rMax PrMax, Alors dans le cas de notre exemple le moteur lectrique doit d livrer sa puissance maximale pour des vitesses de. rotation e comprises entre b et k b avec k 3 7 donc de 30 110 km h. puissance maximale requise, sans et avec, possibilit de fonctionnement puissance maximale constante.
CeMax eMax, couple maxi disponible couple maxi, CeMax CeMax. PrMax PrMax disponible, eMax b eMax, couple r sistant maximal basse et haute vitesses. Figure 4 3 Courbes de couple et de puissance maximale requise pour assurer. le couple au d marrage en c te et la puissance maximale en vitesse de pointe. La caract ristique requise en r gime permanent est beaucoup plus difficile d terminer car elle d pend des cycles. typiques rencontr s Pour un v hicule urbain il n existe pas vraiment de r gime permanent aussi d finit on g n ralement la. puissance unihoraire et la puissance maximale pour 5 minutes de surcharge ces caract ristiques sont importantes pour la. conception du moteur lectrique et de son syst me de refroidissement. Dans le cas d un v hicule urbain dans lequel le couple n cessaire basse vitesse est beaucoup plus faible que celui. n cessaire pour rouler vitesse maximale 80 100 km h stabilis e sur plat le besoin de fonctionnement puissance. maximale constante PMC est plus important que dans un v hicule routier dont la vitesse maximale est plus lev e 150. km h l effort r sistant est environ 2 5 fois plus lev qu 100 km h. Revue 3E I n 5 mars 96 pp 55 64, Moteurs lectriques capables de d livrer leur puissance maximale sur une large plage de vitesse. Le moteur lectrique contrairement au moteur thermique explosions peut d livrer s il est convenablement refroidi. son couple maximal d s l arr t Si de plus il peut d livrer sa puissance maximale dans une plage de vitesse suffisamment. tendue on peut liminer de la cha ne de traction la boite de vitesses et les pi ces d usures comme l embrayage et leurs. organes de commande Le classique moteur courant continu collecteur et excitation s par e permet d obtenir un tel. fonctionnement Son couple maximal est obtenu au courant d induit maximal et au flux inducteur maximal Lorsque sa vitesse. atteint b sa tension d induit atteint sa limite tension batterie alors en diminuant le flux d excitation on peut tendre la. plage de vitesse dans une zone puissance maximale constante Si l excitation de ce moteur est r alis e par des aimants. permanents on perd cette possibilit de r glage et l on est pratiquement oblig d accepter la caract ristique couple maximal. constant sur toute la plage de vitesse de la figure 4 3 Notons que presque tous les MCE asynchrones synchrones rotor. bobin et m me aimants ainsi qu r luctance variable poss dent cette capacit de fonctionnement dans une plage de. vitesse tendue voir chapitre 3 avec une puissance maximale plus ou moins constante. Choix du r ducteur dans la transmission lectrique, Un moteur lectromagn tique a un volume et une masse fonctions de son couple voir chapitre pr c dent aussi pour. r duire la masse embarqu e et le co t de la motorisation on pr f re g n ralement associer le moteur un r ducteur. m canique de rapport de r duction m Ceci permet de r duire le couple que doit fournir le moteur en augmentant sa vitesse. de rotation Pour un rendement parfait de la transmission m canique le couple Ce que doit d livrer le moteur et sa vitesse de. rotation e valent, Ce r et e m r 4 4, Ainsi a priori on a tout int r t maximiser la vitesse du moteur lectrique sachant qu il existe des limites de.
faisabilit nonc es au chapitre 3 et que la masse du r ducteur reste g n ralement faible devant celle du moteur Cependant. des probl mes technologiques difficiles se posent comme la r alisation de pignons tr s grande vitesse et l obtention de bons. rendements avec de grands rapports de r duction et de grandes vitesses Habituellement un bon r ducteur permet d obtenir. un rendement d environ 98 par train Les valeurs de m couramment rencontr es dans la transmission des v hicules. lectriques sont comprises entre 5 et 12 environ pour des r ducteurs fixes et 8 25 pour des boites de vitesse 41 Notons que. les diff rentiels couramment utilis s dans les v hicules thermiques offrent un rapport de r duction gal 4 environ ainsi. pour obtenir une valeur de m gale 12 il suffit d un r ducteur suppl mentaire de rapport 3. Un autre probl me se pose lorsque l on souhaite r aliser un entra nement tr s grande vitesse celui de l nergie. cin tique emmagasin e Nous proposons une analyse bas e sur les lois de similitude pour tudier qualitativement l influence. de l utilisation d un moteur tr s rapide associ un r ducteur grand rapport de r duction. Notons kw le rapport de l nergie cin tique li e au d placement lin aire du v hicule sur l nergie cin tique de rotation. des parties tournantes nous n gligeons en premi re approximation celle stock e dans les roues les transmissions et le. WV 2 M R r 2, M est la masse du v hicule Rr le rayon des roues motrices J le moment d inertie du moteur et m le rapport de r duction. Prenons par exemple M 1000 kg Rr 0 3 m m 10 moteur 10 000 tr mn maxi J 4 10 2 kg m couple maxi. d environ 100 N m alors kw 23, puissance maximale transmise donn e et avec une transmission parfaite si l on suppose que le couple volumique. 2 T voir chapitre 3 du rotor reste constant et que le rapport kd diam tre D sur longueur L du rotor n volue pas lorsque le. rapport de r duction m change le moment d inertie volue en. car J D4 L, C rpMax D 2 L, C eMax 2 T 4 7, donc k w m 3 4 9. alors si m passe de 10 vitesse maxi du moteur 10 000 tr mn 80 vitesse maxi de 80 000 tr mn valeur limite pour une. puissance de 25 kW avec fonctionnement PMC dans une plage de 1 4 voir l exemple du chapitre 3 3 kw passe de 23. Revue 3E I n 5 mars 96 pp 55 64, 11 ce qui reste acceptable En r alit il faudrait tenir compte du moment d inertie des parties tournantes du r ducteur ainsi que. de la diminution de la pression tangentielle lorsque les dimensions se r duisent De faibles valeurs de kw seraient bien s r. inacceptables ne serait ce que vis vis de la consommation d nergie li e partiellement l nergie cin tique et du. dimensionnement du syst me de freinage d urgence dissipatif Ce risque est d une mani re g n rale surveiller lorsque l on. recherche des vitesses tr s rapides, Notons que le couple que doit fournir le moteur lectrique voir expression 1 1 vaut si l on tient compte de l inertie.
des parties tournantes, Froul Fa ro M g p M 1 k w1 R r. Les tr s grandes vitesses peuvent constituer une solution int ressante pour minimiser la masse embarqu e dans le cas. de la motorisation des v hicules tout lectriques Cependant la r alisation du moteur et de ses paliers l quilibrage dynamique. de son rotor et la conception du r ducteur posent des probl mes technologiques qui peuvent conduire un accroissement de. co t inacceptable Notons aussi que le rendement des r ducteurs tr s rapides et grand rapport de r duction est plus faible En. outre pour r aliser des g n rateurs accoupl s des turbines gaz programme V E R T V hicule lectrique Routier. Turbine la tr s grande vitesse est probablement la solution car elle permet en premier lieu d accoupler directement le. g n rateur lectrique au moteur thermique Enfin comme la vitesse est constante il est possible de fonctionner au del de la. premi re vitesse critique donc de repousser plus loin les limites de vitesse de la figure 3 5. Comparaison des moteurs associ s une boite de vitesses S1 ou un r ducteur fixe S2. Finalement vitesse maximale du moteur lectrique donn e l adoption d un r ducteur de rapport fixe m0. environ gal 10 n cessite l emploi d un moteur M1 dont le couple est plus lev que celui M2 qui serait associ une boite. de vitesses En effet supposons qu il soit n cessaire de fournir la puissance maximale aux roues dans une plage de vitesse de 1. 4 environ Prenons encore le cas d une puissance de 25 kW et d une vitesse maximale du moteur de 10 000 tr mn le moteur. lectrique M1 doit fournir sa puissance maximale d s 2500 tr mn soit un couple maximal de 95 N m Avec une boite de. vitesses deux rapports m1 et m2 solution souvent retenue 41. m2 m0 et m1 2 m 0, Le moteur M2 doit ainsi fournir un couple maximal 2 fois plus faible pour assurer le d marrage avec le rapport m1 environ. gal 20 soit 48 N m En outre s il est capable de fournir sa puissance maximale de 5000 10 000 tr mn il n y a aucun trou. de puissance comme sur la figure 4 2 dans la caract ristique m canique de puissance d livr e Le moteur est donc plus. l ger et plus conomique mais il faut un embrayage et une boite de vitesses. 4 3 solutions multi moteurs S3 et S4, Il peut a priori sembler int ressant de motoriser ind pendamment les roues pour supprimer les organes de. transmission m canique comme le diff rentiel et les doubles joints de cardans n cessaires dans les solutions S1 et S2 Ceci. constitue encore un pas apr s la suppression de la boite de vitesses et de l embrayage vers la simplification de la transmission. m canique On peut ainsi r aliser des solutions deux roues motrices soit l avant soit l arri re 31 ou encore des solutions. 4 roues motrices 41 Lorsque les moteurs sont sur les roues directrices une tr s grande s curit de contr le est requise les. La premi re partie 12 pages parue dans un pr c dent num ro de la revue 3EI contenait une introduction un chapitre sur les exigences fonctionnelles du v hicule et un chapitre sur les caract ristiques et limites des moteurs lectromagn tiques alimentation lectronique 4 TRANSMISSION M CANIQUE DE LA CHA NE DE TRACTION TOUT LECTRIQUE L objet de la transmission de puiss

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