Brevet FR2445648A1 — publié le 19800725

La présente invention concerne la transmission d'un moteur électrique utilisé pour la commande d'une vanne et démarrant ou s'arrêtant en fonction de la position d'un arbre de sortie et, plus particulièrement, d'un élément détectant la position de cet arbre. On utilise couramment des micro-commutateurs pour détecter la position d'un arbre de sortie. Dans un micro-commutateur, une tige de commande déplace brusquement un élément entre deux positions de contact et est manoeuvrée par une came commandée par l'arbre de sortie. Un inconvénient des micro-commutateurs est le fait que leur point de fonctionnement étant variable, il faut ajuster la position de réglage de chacun d'eux afin qu'ils fonctionnent exactement à la position voulue de 11 arbre de sortie. Un microcommutateur étant commandé par son contact physicue avec la came, il est soumis tout le temps aux mouvements et aux vibrations de l'arbre de sortie et il est souvent détérioré, en particulier lorsque la came tourne en sens inverse du sens prévu. Les micro-commutateurs ne conviennent pas pour un fonctionnement fréquent, leurs points de fonctionnement varient souvent et ils ont une durée de service courte. Leur installation est peu intéressante du fait de leurs grandes dimensions et de leur encombrement. Voilà les inconvénients d'un détecteur de la position d'un arbre de sortie comprenant des micro-commutateurs montés dans la transmission d'un moteur électrique. La présente invention concerne donc la transmission perfectionnée d'un moteur électrique, comprenant, en particulier, un détecteur de la position d'un arbre de sortie. Elle concerne un commutateur comportant un détecteur susceptible de détecter la position d'un arbre de sortie sans venir physiquement au contact d'éléments de détection déplacés en liaison avec cet arbre. Du fait que les détecteurs ne sont pas en contact physiaue avec de tels éléments de détection, le commutateur n'est soumis ni aux mouvements ni aux vibrations de l'arbre, son point de fonctionnement ne varie pas, il n'est pas influencé par le sens de rotation des éléments de détection et sa qrande durée de service lui permet de fonctionner fréquemment L'espace séparant les détecteurs et les éléments de détection constitue un isolateur thermique protégeant les détecteurs du commutateur. Les commutateurs-détecteurs sans contact, de ce type, sont en général faciles à installer et à remplacer, car les variations de leur point de fonctionnement peuvent être réduites. Un avantage particulier d'un tel dispositif est de pouvoir détecter exactement la position de l'arbre de sortie, simplement en montant le commutateur-détecteur sur une plaque de base du circuit commandant l'alimentation en courant du moteur et en disposant cette plaque à une position prédéterminée sans les réglages que nécessitent les micro-commutateurs. Le commutateur-détecteur peut être réalisé à l'aide d'éléments de commutation à semi-conducteurs dont les faibles dimensions permettent de réduire l'espace d'installation nécessaire et qui diminuent considérablement le prix du dispositif dans de nombreux cas. Du fait ou'il n'est pas physicuement en contact avec les détecteurs, l'élément de détection n'est pas soumis à des exigences de résistance mécanique ni à des problèmes d'usure.La liberté de conception est accrue et il est possible de détecter des positions complexes et diverses d'un arbre de sortie. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels : la figure 1 représente symboliquement un phototransistor comprenant des photodiodes la figure 2 est une coupe verticale d'un mode de réalisation de la transmission de l'invention montée sur un clapet sphé risque la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2, le clapet sphérique étant supprimé la figure 4 est une vue schématique représentant les positions relatives de l'élément de détection et du commutateurdétecteur correspondant à une coupe suivent la ligne IV-IV de la figure 3 la figure 5 est le schéma de câblage du mode de réalisation des figures 2 à 4 les figures 6 et 7 sont des vues schématiques d'un autre mode de réalisation et correspondent à la coupe et au schéma des figures 4 et 5 ; et Les figures 8 à 10 représentent d-'autres modes de réali sation de l'invention, la figure 8 étant analogue à la figure 4, la figure 9 étant le schéma synoptique d'un circuit dans lequel un élément à effet Hall produit un signalde sortie et la figure 10 étant un schéma simplifié du circuit de commande d'un moteur. Dans le cas de commutateurs-détecteurs dont la détection s'effectue sans aucun contact avec des éléments de détection, on utilise la lumière comme agent d'information à l'aide de photodiodes. Sur la figure 1, la référence 20 indique une diode photoémettrice, la référence 22 une résistance, la référence 24 une photodiode, la référence 26 un transistor. L'ensemble enfermé dans le rectanqle en pointillé est appelé un phototransistor. Si un rayon de lumière est transmis de la diode photoémettrice 20 à la photodiode 24 et s'il existe un certain dispositif d'interception de cette lumière, on peut utiliser le phototransistor 28 comme élément de commutation. De nombreux éléments autres aucun phototransistor comprennent des photodiodes, par exemple le photothyristor redresseur commandé au silicium et actionné par la lumière, le photocommutateur plan commandé au silicium et le photothyristor commutateur commandé au silicium. Le détecteur d'un commutateur de détection comprenant une photodiode et un élément émettant de la lu mière, telle qu'une diode photoémettrice, sont disposés face à face et sont séparés par l'espace d'une gorge étroite. Si un élé ment de détection mince, en forme de disque, comprenant des parties transparentes et des parties non transparentes, tourne dans la gorge en liaison avec l'arbre de sortie, les mauvais fonctionnements dus à une lumière parasite sont réduits. Dans les commutateurs de détection dont les informations proviennent d'éléments sans contact avec l'arbre et sont transmises par un champ électromagnétique, on utilise des éléments à effet Hall. Dans ce cas, il est recommandé d'utiliser un petit morceau d'aimant permanent comme élément de détection. Les figures 2 à 5 représentent un mode de réalisation avantageux de l'invention. La référence 100 indique la transmission d'un moteur électrique et la référence 102 une vanne sphérique. Le boîtier de la transmission 100 comprend une base de montage principale 104 en une résine synthétique qui est un excellent isolant thermique et un couvercle métallique léger 106 qui assure une très bonne projection contre les radiations. La référence 108 désigne une bague torique d'étanchéité en caoutchouc synthétique. Un embout 111 vissé dans la base 104 constitue un orifice de sortie des fils conducteurs, et un écrou-raccord 110 qui y est vissé loge l'extrémité d'un tube de protection des fils. La transmission 100 est reliée au clapet sphérique 102 par un dispo sitif de montage 112 en acier inoxydable à faible conductibilité thermique. Le dispositif 112, sur lequel est soudée une plaque de montage 114, est monté dans la base principale 104. Le dispositif de montage 112 comprend des ailettes 116 et des évents 118 de dissipation de la chaleur. Le dispositif 112 est fixé au col 200a du corps de la vanne par un élément de serrage 120 divisé axialement e deux parties fixées ensemble par une vis 122. Une vis de calage 124 passant par un trou du dispositif 112 est vissée dans une ouverture taraudée du col 200a. Dans le boîtier de la transmission, un moteur électrique 126 est monté sur un carter 128 comprenant un train d'engrenages destiné à réduire la vitesse de rotation du moteur et à la transmettre à un arbre de sortie 132.Le carter 128 est fixé à la base principale 104 par des vis 13G dont les extrémités sont vissées dans la plaque de montage 114. La référence 134 indique une bague torique d'étanchéité en caoutchouc synthétique. L'arbre de sortie 132 comprend un prolongement 136 dont l'extrémité 138 sort du couvercle 106 et comporte des méplats destinés à une clé. Du fait que le-train d'engrenages comprend un embrayage unidirectionnel, il est possible de faire tourner l'arbre de sortie 132 dans un sens prédéterminé à l'aide d'une clé agissant sur son extrémité 138. La référence 140 désigne une bague torique en caoutchouc synthétiaue. Les fils conducteurs du moteur électrique 126, bien que non représentés sur la figure 2, sortent par l'orifice 142 et sont connectés à des connecteurs 144. Les fiches des connecteurs 144 équivalent aux bornes Ml et M2 indiquées sur la fi qure 5. Les fils d'alimentation pénètr-ent par l'embout 111 et sont connectés à des bornes 146, 148 et 150 (qui équivalent aux bornes A, B et G sur la figure 5). Un inverseur 152 est monté sur le carter d'engrenages 128 par des raccords 168 et des vis 180. La plaque de base amovible d'un circuit commandant l'alimentation en courant électrique est fixée aux raccords 168 par des vis 154 et 156. La plaque de base 166 comprend-un circuit imprimé comportant des éléments et des commutateurs électroniques. Un élément de détection 160 en forme de disque et en une substance non transparente est monté sur le prolongement 136 de l'arbre de sortie. L'élément de détection 160 comprend des ouvertures 186, 188 et des encoches 190, 192 destines au passage de rayons de lumière et espacées de 1800 sur la circonférence d'un cercle concentrique. L'élément de détection 160 est eombiné avec deux détecteurs, tous les deux montés aussi sur la plaque de base 166. Le premier détecteur 162 comprend un élément photoémetteur 162a (LEDI) et un élément photoélectrique 162b (PT1) opposés l'un à l'autre. L'autre détecteur comprend un élément photoémetteur (LED2) et un élément photoélectrique 164b (PT2) opposés.Le trajet 196 de la lumière correspondant au détecteur 162 est disposé sur l'orbite circulaire parcourue par les encoches 190 et 192. D'autre part, le trajet 194 de la lumière correspondant au détecteur 164 est disposé sur l'orbite circulaire des ouvertures 186 et 188. La figure 4 montre la position des ééments lorsque l'ouverture 188 coincide avec le trajet 194 de la lumière. A chaque rotation de 900 effectuée par l'élément 160 depuis cette position, l'encoche 190 coincide avec le trajet 196, puis l'ouverture 186 avec le trajet 194 et, à son tour, l'encoche 192 avec le trajet 196. Le détecteur 162 est monté sur la plaque de base 166 par des vis 170 et 172. Un condensateur 174 est fixé aux raccords 168 par une vis 176. L'élément de détection 160 est assujetti au prolongement 136 de l'arbre par une goupille 178. Le couvercle amovible 106 est fixé à la base de montage principale 104 par des vis 182 et 184. L'enveloppe de la vanne sphérique comprend un corps de vanne 200 qui comporte le col 200a et dans lequel est vissé un raccord 202. I1 comprend deux ouvertures 204 et 206 destinées à la jonction d'une tuyauterie. Le sommet 210 d'une broche centrale 208 comprend des méplats qui s'ajustent dans un élément de jonction 212. L'arbre de sortie 132 s'ajuste à l'extrémité supérieure de l'élément 212. L'élément 212 est en une résine synthétique pour des raisons d'isolement thermique et il est renforcé par un tube de protection métallique extérieur. La broche 251 pén-ètre dans un obturateur sphérique 216 traversé par une ouverture 218. Des sièges de vanne annulaires 220, 222 en résine synthétique sont disposés de chaque côté de l'obturateur 216 et sont pressés contre celui-ci par des ressorts en forme de disque 228, 230.Les sièges 220 et 222 sont munis de bagues toriques d'étanchéité 224, 226, en caoutchouc synthétique. La broche 208 comprend un gradin annulaire 248 dont la surface sphérique inférieure est pressée tout le temps vers le haut par des ressorts en forme de disque 238, 240 agissant sur une baque d'étanchéité 232 en résine synthétique. La référence 234 désigne une bague torique d'étanchéité en caoutchouc synthétique. La rotation régulière de la broche est assurée par des rondelles 236, 244 et une bague de glissement 242 en résine synthétique. La référence 246 désigne une bague élastique qui constitue un élément d'arrêt. Un prolongement 250 de la broche 208 pénètre dans l'obturateur sphérique 216 et s'ajuste à sa partie inférieure dans un coussinet métallique 252 disposé dans le corps 200.Une partie intermédiaire 251 située entre la broche 208 et le prolonge ment 250 comprend des méplats qui s'ajustent dans une fente de 1' ob- turateur sphérique 216. Sur la figure 5, le symbole 9 indique une source de courant alternatif et M le moteur. Les autres symboles sont les sui vants : A, B, G, M1 et M2 sont des bornes ; R, une résistance ; C, un condensateur ; D une diode ; Z une diode Zener ; SCR un thyristor (redresseur commandé au silicium) 3 TH un "Triac" ; LED une diode photoémettrice ; PT un phototransistor ; T un transistor SW un inverseur ; et CSW un commutateur de commande. On expliquera ci-après le mode de réalisation des figures 2 à 5. Le courant alternatif appliqué aux bornes A et B est redressé en monophasé par la diode D1, sa tension est maintenue constante par la diode Zener Z1 et est filtrée par le condensateur C1. Lorsque le commutateur de commande CSW est ouvert, la diode LED2 émet de la lumière. Du fait qu'à ce moment le clapet sphérique 102 occupe la position ouverte de la figure 2 et l'ouverture 188 du détecteur 160 coincide avec le trajet 194, la lumière est projetée sur le phototransistor PT2. En conséquence, du fait que le transistor T3 est conducteur, les impulsions de sortie détectées par les transistors T1 et T2 sont shuntées par le transistor T3, et les transistors T4 et T5 sont bloqués. Le "Triac" TH2 n'est donc pas déclenché et le moteur M n'est pas alimenté.La vanne 102 reste donc dans la position ouverte de la figure 2 et l'élément de détection 160 dans la position représentée sur la figure 4. Si le commutateur de commande CSW est fermé, la diode photoémettrice LED2 s'étent et la diode LED1 émet de la lumière. A ce moment, la lumière émise par la diode LFD1 n'atteint pas le phototransistor PT1, car elle est interceptée par le disque 160. En conséquence, du fait que le transistor T3 est bloqué et que les impulsions détectées par les transistors T1 et T2 maintiennent les transistors T4 et T5 dans leur état de conduction, la tension accumulée dans le condensateur C1 déclenche le "Triac" TH2 par le transistor T5. Ce processus se répète à chaque impulsion des transistors T1 et T2 et le "Triac" TH2 est maintenu activé. En conséquence, le moteur mis sous tension fait tourner la vanne sphé rique 102. Du fait que le prolongement 136 de l'arbre de sortie et en conséquence l'élément de détection 160 tournent, les deux trajets de lumière 194 et 196 sont interceptés par l'élément 160 et la vanne 102 prend sa position fermée. Lorsque le trajet 196 de la lumière coincide avec l'en- coche 190, la lumière émise par la diode LED1 atteint le phototransistor PTl, de sorte que le transistor T3 devient conducteur. Les impulsions des transistors T1 et T2 sont shuntées par le transistor T3 et les transistors T4 et T5 sont bloqués. Le "Triac" TH2 ne peut être déclenché par la tension transmise par le transistor T5 et est donc non activé. En conséquence, le moteur cesse de tourner. Le moteur peut donc être commandé par l'ouverture ou la fermeture du commutateur de commande CSW pendant la détection de la position de l'arbre de sortie (par le prolongement de l'arbre et l'élément de détection). Si l'inverseur est mis dans la position représentée en pointillé, les conditions d'émission de la lumière des diodes LED1 et LED2 sont inversées par rapport au cas précédent, suivant la position ouverte ou fermée du commutateur de commande CSW. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 2 à 5, l'arbre de sortie ne tourne que dans un seul sens. Cependant, dans un second mode préféré de réalisation correspondant aux figures 6 et 7, l'arbre de sortie tourne alternativement entre deux positions prédéterminées. Les éléments de ce mode de réalisation qui sont semblables à ceux représentés sur les figures 2 à 5 sont indiqués par les mêmes références numériques. L'élément de détection 160 comprend deux saillies d'interception 189 et 191 séparées d'un angle prédéterminé. Lorsque le prolongement 136 de l'arbre de sortie et l'élément de dé-tection 160 tournent de 900 dextrorsum de la position de la figure 6 dans laquelle le trajet de lumière 194 coincide avec la saillie d'interception 189, le trajet 196 de la lumière est intercepté par la saillie 191. Sur la figure 7, si le moteur M est aliment par la bcrne 2, il tourne dans un sens tel que l'élément de détection 160 tourne dextrorsum en observant la fiqure 6. D'autre part, si le moteur est alimenté par la borne M3, il tourne dans une direction telle que l'élément de détection 160 tourne sinistrorsum en observant la figure 6. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est le suivant. Lorsque le commutateur CSW est ouvert, la diode LED2 émet de la lumière. A ce moment, si le trajet 194 de la lumière est intercepté par la saillie 189 (figure 6), le phototransistor PT2 est bloqué par manque de lumière. Du fait que les impulsions des transistors T1 et T2 ne peuvent être transmises par le phototransistor PT2, le transistor T5 est bloqué et la tension est insuffisante pour déclencher le "Triac" TH3. Le moteur ne peut être alimenté en courant électrique par la borne M3 et, en conséquence, il ne tourne pas. D'autre part, si le commutateur CSW est fermé, la dioc LED2 s'éteint et la diode LED1 émet de la lumière qui atteint le phototransistor PT1. Les impulsions des transistors T1 et T2 passer par le phototransistor PT1 et rendent conducteurs les transistors T4 et T5. Du fait que le "Triac" TH2 est déclenché par la tension accumulée dans le condensateur C1, le moteur M est alimenté par la borne M2 et commence à tourner. L'élément de détection 160 tourn dextrorsum (figure 6) jusqu'à ce que la saillie 191 intercepte le trajet 196 de la lumière qui ne peut plus atteindre le phototransistor PT1, et le moteur M cesse alors de tourner.Si le commutateur CSW est ouvert, de la même manière que celle indiquée plu haut, le moteur M est alimenté par la borne M3 et tourne dans une direction telle que l'élément de détection 160 tourne sinistrorsum (figure 6). Le moteur tourne donc alternativement entre deux positions par l'ouverture ou la fermeture du commutateur de commande CSW pendant la détection de la position de l'arbre de sortie (élé ment de détection). Les figures 8 à 10 représentent un troisième mode de réalisation dans lequel une information est transmise par des champs électromagnétiques entre un élément de détection et un commutateurdétecteur. La référence 3û0 désigne le prolongement d'un arbrede sortie, la référence 302 un élément de support, par exemple en résine synthétique, et les références 304, 306, 308 et 310 des petits morceaux d'aimant permanent montés à 900 l'un de l'autre sur le support. Les aimants permanents 304 et 308 ont des pôles positifs tournés vers l'extérieur, tandis que les aimants 306 et 310 ont des pôles positifs tournés vers l'intérieur. Un détecteur disposé à proximité de l'orbite de rotation des aimants permanents 304, 306, 3G8 et 310 comprend un élément 312 à effet Hall monté sur une base 314. La référence 316 désigne un circuit d'amplification, la référence 318 un circuit de déclenchement et la référence 320 un circuit de sortie.Une tension continue est appliquée aux bornes 322 et 324. Du fait que les caractéristiques de sortie de l'élément 312 sont opposées suivant qu'un pôle magnétique positif ou négatif s'en rapproche, un signal de sortie peut être émis à la borne 326 si un pôle positif s'en rapproche et à la borne 328 si un pôle négatif se rapproche de l'élément 312. Sur la figure 10, la référence 330 indique une source de courant alternatif, les références 332, 334 et 336 les jonctions d'un commutateur de commande, la référence 338 un contact rupteur, qui est ouvert par le signal de sortie de la borne 328, la référence 340 un contact rupteur qui est ouvert par le signal de sortie de la borne 326 et la référence 342 un moteur électrique. Le mode de réalisation des figures 8 à 10 fonctionne de la manière suivante. Si la jonction 332 du commutateur de commande est connectée à la jonction 336 et si un pôle magnétique positif 304 est disposé en face du détecteur 312 comme le montre la figure 8, un signal de sortie est émis à la borne 326 et la jonction 340 s'ouvre. En conséquence, le moteur ne tourne pas. Si la jonction 332 du commutateur de commande est connectée à la jonction 334, le moteur tourne. Lorsque le prolongement 300 de 11 arbre de sortie tourne et que le pôle-magnétique négatif 310 est disposé en face du détecteur 312, un signal de sortie est émis à la borne 328, de sorte que la jonction 338 s'ouvre et le moteur cesse de tourner. Le moteur peut donc être commandé en détectant électromagnétiquement la position de l'arbre de sortie à l'aide d'un élément à effet Hall sans aucun contact physique avec l'élément de détection (aimants permanents). I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux dispositifs décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATI ONS 1. Transmission d'un moteur électrique dans lequel la force motrice du moteur est transmise par un train d'engrenages à un arbre de sortie, un dispositif détectant la position de cet arbre de sortie, et comprenant un commutateur de commande et un circuit commandant l'alimentation en courant électrique du moteur en fonction des signaux provenant du dispositif de transmission, caractérisée en ce que le dispositif de détection de la position de arbre de sortie comprend un ou plusieurs éléments de détection qui se déplacent en liaison avec ledit arbre et un commutateur comportant un ou plusieurs détecteurs destinés à détecter la position d'un élément de détection correspondant sans venir au contact physique avec celui-ci. 2. Transmission suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de commande de l'alimentation en courant électrique est un circuit comprenant une jonction ou plusieurs jonctions fonctionnant à l'ouverture, montées en parallèle et connectées sélectivement à la source de courant par ledit commutateur de commande, les jonctions étant ouvertes par le signal que le commutateur de détection émet en fonction d'une position prédéterminée dudit arbre de sortie. 3. Transmission suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'un ou plusieurs détecteur dudit commutateur sont montés sur une plaque de base amovible du circuit de commande de l'alimentation en courant électrique, de façon à occuper une position relative prédéterminée par rapport à un élément de détection correspondant. 4. Transmission suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le commutateur de détection comprend un ou plusieurs éléments de commutation semi-conducteurs. 5. Transmission suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le commutateur de détection comprend un ou plusieurs éléments photoélectriques. 6. Transmission suivant la revendication 5, caractérisée en ce que 3e commutateur de détection comprend une ou plusieurs diodes ou photodiodes. 7. Transmission suivant la revendication 5, caractérisée en ce que ledit élément de détection tourne avec ledit arbre de sortie, a la forme d'un disque qui commande la transmission de la lumière aux éléments photoélectriques disposés de chaque côté près de lui. 8. Transmission suivant la revendication 1, caractéri en ce que le commutateur de détection comprend un ou plusieurs détecteurs fonctionnant par magnétisme. 9. Transmission suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le commutateur de détection comprend un ou plusieurs éléments à effet Hall. 10. Transmission suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ledit élément de détection tourne avec ledit arbr de sortie et porte des aimants permanents dont l'un se rapproche de l'élément à effet Hall en fonction de la position de rotation de l'arbre de sortie.