Brevet FR2304846A1 — publié le 19761015

La présente invention, concernant une commande de moteur électrique, est plus spécifiquement relative à un dispositif de commande électrique d'un organe mobile tel qu'une vanne par l'intermédiaire d'un démultiplicateur. Les dispositifs électriques connus pour jouer le role d'une telle commande - en laissant de côté donc les dispositifs mécaniques purs qui ne peuvent être prévus pour de fortes puissances - sont ordinairement établis sous la forme d'un ensemble moto-réducteur, c'est-à-dire un moteur électrique qui entre un réducteur, lui-mtme accouplé à l'organe mobile à déplacer, généralement en rotation, des contacts électriques étant associés à l'organe mobile pour limiter sa course, c'està-dire dans le cas considéré ci-dessus, pour limiter sa rotation, en coupant le circuit du moteur lorsque l'organe mobile arrive en position d'extrémité. Le brevet français nO 1 550 545 fournit un exemple d'une telle conception. Ces contacts électriques offrent l'inconvénient d'entre sujets à usure et à encrassement, ou autres dérangements inhérents à leur nature mécanique. L'invention vise notamment à supprimer les pannes possibles résultant du dérangement de ces contacts en les remplaçant par d'autres éléments qui ne présentent pas ces inconvénients, tout en étant parfaitement fiables et d'un prix de revient acceptable. En outre, les éléments et dispositions envisagés dans l'invention auront, comme on le comprendra par la suite, une grande souplesse d'utilisation et permettront aisément d'installer une signalisation à distance de la position de l'organe mobile commandé. Â cet effet, selon l'invention, le groupe motoréducteur qui commande par le dernier étage de démultiplication du réducteur la manoeuvre dudit organe comprend une source lumineuse et une cellule photosensible en regard, toutes deux de position fixe, avec entre elles deux une pièce formant écran et solidaire d'un arbre tournant démultiplié du réducteur, pièce dans laquelle est ménagée une fente dimensionnée et située de façon à permettre, pour une position bien déterminée de cet arbre, l'excitation de la cellule par la lumière de la source et un circuit électronique, associé à ladite cellule, pour commander le moteur. Bvantageusement, la pièce est établie de façon que la position de ln fente soit réglable à volonté, ce qui permet de faire varier sans difficulté la position d'extrémité que pourra atteindre l'organe mobile à commander. En outre, avantageusement aussi, tout le dispositif peut Btre inclus, sous forme ramassée, à l'intérieur du carter du réducteur. L'invention sera mieux expliquée et comprise en se reportant à la description de deux exemples de réalisation, donnée à titre non limitatif et avec référence aux dessins, parmi lesquels - la figure I fournit une vue latérale, en partie coupée, d'un motoréducteur selon un premier exemple de réalisation; - la figure 2 est une coupe longitudinale du réducteur selon Il-Il de la figure 1; - la figure 3 est un schéma électrique de montage correspondant; - la figure 4 est une autre version de ce schéma; - les figures 5 et 6 sont des vues analogues aux figures 1 et 2, pour un deuxième exemple de réalisation; et - la figure7enest un schéma électrique. Sur les figures 1 et 2, on voit la disposition générale d'un dispositif de commande selon l'invention. Celui-ci comprend: - un moteur électrique 1, par exemple à tension continue (il pourrait aussi Autre à tension alternative); ce moteur peut entre, par exemple, de type classique à deux enroulements série commutables pour obtenir les deux sens de rotation; - un réducteur accouplé au moteur 1 pour entratner avec forte démultiplication l'arbre de la vanne (ou autre organe) à commander. L'axe de cet arbre est dirigé suivant la direction X-X du dernier étage du réducteur. On s'est borné à représenter, sur la figure 2, l'arbre 2 du dernier étage, pourvu d'un embout 2a servant à entratner l'arbre de la vanne. Le réducteur comprend un couple d'engrenages contenu dans le carter 3, servant à entratner un axe 4 en forme de vis héli costale coopérant avec une roue conjuguée (non représentée) montée sur l'axe 2. Par exemple, le moteur tournant à 7500 tours/mn, la vanne se trouve entraSnée, gracie au réducteur, à 2 tours/mn environ; - un ensemble électronique de détection de la position de 1' arbre 2 et de commande du moteur. Cet ensemble comprend essentiellement un disque écran composite 5, à fente, en deux pièces 5a, Sb, dont chacune comporte vers son centre des épanouissements en forme de manchons qui permettent de les fixer sur l'arbre 2.Des plaquettes 6, 7, 8, portent les éléments des circuits de commande et sont fixées au carter 9 du réducteur. Notamment, les plaquettes 6 et 7 sont disposées de part et d'autre de l'écran tournant 5 et on voit sur la figure 2 qu'une cellule photoémettrice 10 est montée d'un ctté de l'écran sur la plaquette 7 et que la celluls photoréceptrice Il est montée en regard sur la plaquette 6. La position du disque 5b sur l'arbre 2 est par exemple fixée définitivement, ce qui est obtenu par ltemboftement, non représenté, d'une nervure de l'arbre 2 dans une fente qui a été pratiquée dans le secteur 5b, et celle du disque 5a est réglable angulairement. Un écrou 15 permet de maintenir les deux disques sur l'arbre 2. En outre, dans l'un des disques, par exemple dans le disque 5aj on a prévu une boutonnière circulaire coaxiale à l'arbre 2, sur un angle au centre limité, par exemple de 900. Dans cette boutonnière passe une vis de blocage 14, qui permet de solidariser les deux disques 5a, 5b, de façon à régler à volonté l'angle de la fente 5c entre eux. Pour ce faire, on doit évidemment ouvrir le fond 9a et enlever la plaquette 8 ou, de préférence, opérer au travers d'une ouverture ménagée dans cette plaquette, à l'aide d'un tournevis. le dispositif de commande de l'invention est prévu pour commander la vanne (ou autre organe) dans les trois cas suivants: - la vanne est complètement fermée (ou ledit organe se trouve dans l'une de ses positions extrêmes; - la vanne est complètement ouverte (ou ledit organe se trouve dans l'autre de ses positions extrtmes); - la vanne (ou ledit organe) se trouve dans une position intermédiaire. Lorsque la vanne se trouve en position de fermeture ou d'ouverture complète (lorsque l'organe à commander se trouve dans l'une de ses positions extrêmes) il est clair qu'on ne commandera le mouvement de la vanne (ou organe) que dans le sens dirigé vers 1 'autre position extrême; par contre, si la vanne (ou organe) se trouve dans une position intermédiaire, on pourra commander le mouvement dans un sens ou dans l'autre. Ainsi, avec les limitations qui viennent d'être énoncées, il convient de prévoir des dispositions pour faire en sorte que le moteur 1 puisse fonctionner dans un sens de rotation aussi bien que dans l'autre; c'est-à-dire que non seulement, comme déjà dit, le moteur possédera deux enroulements d'excitation la, 7'a dont chacun sera spécialisé pour l'un des sens de rotation du moteur, mais de plus, suivant une caractéristique particulière de l'invention, on disposera également,pour chacun de ces sens, d'un ensemble complet de circuits de commande, afférent au sens de rotation envisagé (soit donc au total, deux ensembles de circuits, de préférence identiques, pouvant être mis alternativement en service suivant le sens de rotation choisi). La figure 3 montre de tels circuits On y voit le moteur 1, pourvu de ses deux enroulements d'excitation la, 1'a, correspondant aux deux sens de rotation et associé à un interrupteur I, dont le bras de contact est relié au pale + d'une source de tension U (28 V), de même qu'une borne du moteur, l'autre p81e ( -28 V) étant à la masse. On voit aussi que suivant la position du bras de contact de l'interrupteur I, marquée "dext" ou "sin" (dextrorsum ou sinistrorsum) 1' ensemble supérieur C ou 1 'ensemble inférieur C' des circuits de la figure 3 sera alimenté et le moteur tournera dans un sens ou dans l'autre. L'ensemble supérieur C et l'ensemble inférieur C' sont identiques; il suffira, par exemple, de décrire l'ensemble supérieur. Les éléments homologues de l'ensemble inférieur sont désignés par les mimes repères que ceux de l'ensemble supérieur, mais affectés d'un accent. L'ensemble supérieur C, par exemple, correspondant à l'un des sens de rotation, est mis en service par le passage de l'interrupteur I sur la position "dexti'. De ce fait, la barre a est mise sous tension et la diode émettrice D1 s'allume par l'intermédiaire de la résistance a, (la bande passante de l'émission se situe de préférence dans l'infra-rouge).Cette diode D1 est par exemple la diode 10 sur la figure 2; en regard se trouve cellule réceptrice 11, qui est ici le phototransistor La fente 5c étant supposée non en regard du trajet optique 10-11 (ou D1 - Q1), les transistors Q2 et Q3 couplés au phototransistor Qî sont tels que Qî n'étant pas passant, Q2 est bloqué et Q3 saturé. Par suite, le moteur 1 se trouve sous tension et il tourne en entraSnant le réducteur. Aussi, les disques 5a-5b solidaires de l'axe 2 se déplacent-ils jusqu'à ce que le phototransistor QI, recevant la lumière infra-rouge, soit sensibilisé et devienne conducteur.Par suite, le transistor Q2 conduit et le transistor Q3 se bloque; le moteur s'arrote, son enroulement excitateur n 'étant plus sous tension. il faut comprendre en outre, que, dans le volume du réducteur, les éléments du circuit C sont disposés matériellement vis-à-vis de la position angulaire médiane de l'arbre 2, de façon symétrique de ceux du circuit C', ou tout au moins cela est vrai pour les éléments D1-Q1 d'une part et D'1 d'autre part des trajets optiques de commande. De cette façon, lors de l'arrêt du moteur en bout de course, comme il vient d'être expliqué, le trajet optique éventuel D'1 - Q'1, si l'on vient à inverser la position du bras de contact de l'interrupteur 1 (ce qui exciterait la diode D'1),sera coupé et ainsi le moteur est pret à effectuer une rotation en sens inverse. Il n'est pas indispensable que les diodes D1, D'1 soient montées sur une meme plaquette, par exemple 7. On peut aussi bien monter l'une sur la plaquette 7 et l'autre sur la plaquette 6, en inversant aussi, bien entendu, la position du phototransistor correspondant, qui doit se trouver en regard. On remarquera, dans le circuit C, la présence d'une diode de Zener D3, en série sur la connexion de base du transistor Q2; cette diode de Zener a pour but d'assurer un déclenchement franc de la commande de la rotation du moteur, car sa tension de blocage doit d'abord être surmontée pour que le moteur se mette à tourner. On voit également qu'une diode shunte l'enroulement d'excitation la du moteur; une telle diode permet, au moment du blocage du transistor Q3, d'assurer la fermeture d'un circuit passant par l'enroulement du moteur, ce qui protège Q3 à l'encontre d'une surtension qui pourrait entre produite dans le moteur. il est clair qu'en réglant les deux disques l'un par rapport à l'autre on peut faire varier l'angle de rotation possible du motoréducteur et lui attribuer toute valeur désirée dans les limites de variation imposées par la structure du dispositif. La figure 4 fournit une version de schéma électrique correspondant au premier exemple de réalisation, mais dans lequel une borne de sortie du moteur est reliée directement à la masse, ce qui est souvent préférable pour les applications pratiques. Les éléments, qui sont les mêmes que ceux de la fig.3, sont affectés des mimes repères; pour son fonctionnement on se reportera aux explications déjà données. Dans le mode de réalisation selon les figures 1 à 4, les éléments de l'électronique de commande sont montés sur trois plaquettes 6,7, 8. Le mode de réalisation des figures 5 à 7 ne comporte que deux plaquettes 6, 7, entre lesquelles se trouve le disque à fente 5. Ici également une borne de sortie du moteur 1 est directement reliée à la masse. De plus, un système de signalisation à au moins un voyant lumineux fournit l'indication de la position de l'organe commandé (vanne). Les éléments homologues de ce deuxième mode de réalisation sont, pour faciliter l'exposé, désignés par les memes repères que pour le premier mode de réalisation, pour autant que cela soit possible. Ici encore, on a deux ensembles ou parties de circuits C, C' symétriques, dont chacun comprend la détection du signal lumineux, la commande électronique du moteur dans un sens et la signalisation. Le montage du système détecteur de signal optique est similaire celui du premier mode de réali- sation et est capable de commander le transistor Q2. Ce transistor étant conducteur, lorsque le faisceau infra-rouge est coupé, met directement sous tension l'enroulement d'excitation correspondant du moteur 1; lorsqu'il se bloque, ledit faisceau passant, le moteur s'arrête. lorsque le faisceau est coupé par le disque composite 5, le transistor 9 est conducteur et bloque un transistor Il Il s'ensuit qu'un voyant VO, qui lui est connecté, n'est pas sous tension et ne s'allume pas. Inversement, lorsque le faisceau passe, ce voyant s'allume. Ainsi, lorsque le moteur tourne dans un sens ou dans l'autre, les voyants Vg et V'0 sont éteints. Mais lorsque le moteur starrête dans l'une de ses deux positions extrêmes, du fait que le faisceau passe par la fente, le voyant de la voie correspondante s 'allume. Sur les figures 5 et 6 on voit que les deux secteurs 5a, 5b, mobiles autour de l'axe I-I et entraSnés par des bagues respectives 20, 21 montées sur l'arbre 2, coopèrent avec des butées fixes de limitation 22, 23, solidaires du carter 9. De plus, un ressort 24 les écarte l'un de l'autre en les appliquant contre lesdites butées. Les deux diodes émettrices D1 et D'1 (et leurs circuits afférents) sont montées sur la plaquette 6 et, en position normale, elles sont masquées par les deux secteurs 5a, So. Un pion est fixé sur chaque bague d'entraSnement solidaire de l'arbre du réducteur. Sur les figures 5 et 6 seul le pion 25 emmanché dans la bague 20 est représenté. On suppose que le moteur est excité, ce qui produit la rotation du réducteur dans le sens indiqué par la flèche de la figure 5. Le pion 25 tourne et va entratner le secteur 5a qui comprime progressivement le ressort 24. Dès que ce secteur ne coupe plus le faisceau entre la diode émettrice D1 (repère 12) et le phototransistor QI le moteur n'est plus excité. On peut alors faire repartir le moteur en sens inverse, à la suite de quoi le secteur Sa retrouvera sa position initiale en butée sous l'action du ressort 24. Un autre mode de fonctionnement analogue à celui exposé, est possible si le moteur part en sens inverse, l'autre secteur 2 > étant entraSné initialement en sens inverse par son pion (non représenté) solidaire de la bague d'entratnement 21. Le système exposé présente deux avantages de réglage: - la bague d'entrarnement 20 est réglable sur l'arbre 2 et reste dans la position souhaitée gracie à une bague star 26. Ainsi la position initiale obtenue par simple rotation est freinée par compression de la bague star entre l'arbre 2 et la bague d'entrafnement 20. - la bague d'entrainement 21 est réglable par simple rotation autour de l'arbre 2 et permet d'obtenir un angle de rotation quelconque. L'écrou 27 maintient les deux bagues d'en traSnement 20 et 21 solidaires de l'arbre 2. Dans la pratique le moteur est mis sous tension afin que le réducteur occupe sa position de départ. On règle la bague d'entraSnement 20 de façon que le secteur 5a ne coupe plus le faisceau entre l'émetteur 12 et le phototransistor correspondant (le voyant lumineux VO par exemple s'allume). La bague d'entraSnement 20 ne doit plus bouger. On fait tourner le moteur de façon que le réducteur occupe sa position finale, par exemple d'un angle de 900 par rapport à la position initiale. On règle de mtme la bague d'entratnement 21 de façon que le secteur 5b établisse le faisceau entre l'émetteur 11 et le phototransistor 10 (le voyant lumineux V'O s'allume). Il suffit de bloquer l'écrou 27 et le réglage complet de l'ensemble est réalisé. REVENDICATIXiS 1. Dispositif de commande d'un organe mobile tel qu'une vanne, comportant un groupe notoréducteur qui commande, par le dernier étage de démultiplication de son réducteur, la manoeuvre dudit organe mobile, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse et une cellule photosensible en regard, toutes deux de position fixe, avec entre elles deux une pièce formant écran et solidaire d'un arbre tournant démultiplié du réducteur, pièce dans laWuelle est ménagée une fente dimensionnée et située de façon à permettre, pour une position bien déterminée de cet arbre, l'excitation de la cellule par la lumière de la source? et un circuit électronique, associé à ladite cellule, pour commander le moteur. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour appliquer, par l'intermédiaire du circuit électronique, une tension d'excitation du moteur pour le faire tourner et des organes pour couper cette tension, sous l'effet de l'excitation de la cellule. 3. Dispositif de commande selon la revendication 1 ou 2, avec lequel on utilise un groupe motoréducteur qui peut tourner dans deux sens opposés, caractérisé en ce que le moteur, de type à courant continu,comportant deux enroulements d'excitation correspondant chacun à l'un des sens de rotation, ledit dispositif comprend deux groupes constitués chacun par une source lumineuse et une cellule photosensible en regard, avec écran interposé et ledit circuit électronique comprend deux parties de circuit semblables dont chacune est associée à l'un des enroulements d'excitation du moteur. 4. Dispositif de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que le même écran est interposé entre les deux dits groupes et en ce que ceux-ci sont disposés symétriquement par rapport à l'orientation de l'arbre démultiplié, qui est médiane entre ses positions angulaires extrêmes. 5. Dispositif de commande selon 1 'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit arbre démultiplié est celui du dernier étage du réducteur. 6. Dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position angulaire des bords de la fente est réglable par rapport à l'arbre. 7. Dispositif de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que le disque est fait de deux secteurs accolés par des faces planes, qui peuvent être réglés annulairement l'un par rapport à l'autre et fixés l'un à l'autre. 8. Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que chacun des deux secteurs est monté sur l'arbre démultiplié par des moyens distincts tels que des bagues, dont l'orientation angulaire sur l'arbre est réglable individuellement, le tout de façon à pouvoir régler les deux positions extrêmes de l'organe mobile. 9. Dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits circuits électroniques sont portés par des plaquettes, elles-mêmes fixées au carter du réducteur. 10. Dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits circuits électroniques commandent au moins un voyant de signalisation signalant qu'une position extrême de l'organe de commande est atteinte, deux voyants de signalisation étant de préférence prévus pour correspondre aux deux positions extr & es de l'organe de commande.