Brevet FR2681115A1 — publié le 19930312

L'invention se rapporte à un circuit de contrôle de l'engagement et du dégagement d'un embrayage électromagnétique L'invention est par ailleurs utilisable pour des vérins, freins, vannes, etc à commande électromagnétique. Il peut être nécessaire, dans certaines machines, en particulier dans les machines d'impression à commandes électriques ou électroniques complexes, d'obtenir des signaux de commutation qui donnent une information sur l'engagement et le désengagement d'un embrayage à commande électromagnétique Différentes solutions possibles sont connues dans ce but Une solution consiste à contrôler la position de la pièce de l'embrayage qui se déplace lors de l'engagement et du désengagement Au débrayage, cette pièce15 occupe une première position et, après application d'une tension à l'électro-aimant prévu pour l'actionnement de l'embrayage, cette pièce occupe une seconde position La course qu'effectue cette pièce entre le débrayage et l'embrayage est d'un ordre de grandeur de quelques 1/10 de20 millimètre jusqu'à quelques millimètres et peut être détectée par des capteurs classiques de position, de préférence de type électromécanique, optoélectronique à induction ou capacitif Dans le cas le plus simple, un microcapteur peut être fixé sur le bâti et être actionné25 avec précision lors de l'engagement de l'embrayage. DE 31 40 259 Ai décrit un circuit destiné à une boite de vitesses dans laquelle des embrayages de séparation à commande hydraulique sont prévus, un système de mesure de course ou de pression étant installé pour déterminer la30 position de l'embrayage Par ailleurs, des capteurs de vitesse sont prévus dans ce circuit du côté menant et du côté mené et communiquent avec une commande qui comprend un circuit de réglage de la vitesse de rotation. Une autre solution consiste à utiliser, en indicateur de l'engagement d'un embrayage, un dispositif de mesure de course ou d'angle qui est associé à la pièce de la machine qui est commandée par l'embrayage L'émission de signaux par les dispositifs de mesure de course ou d'angle permet d'en tirer une indication que l'embrayage est engagé. L'inconvénient de ces solutions est qu'il faut des dispositifs supplémentaires et coûteux de mesure de course, d'angle ou de vitesse de rotation qui nécessitent un supplément de place pour leur montage, qui sont difficiles à installer et dont le mode d'exécution et la complexité nuisent à la fiabilité du contrôle d'un embrayage électromagnétique Il faut par ailleurs s'attendre, avec ces solutions réalisées partiellement avec des moyens mécaniques, que des influences mécaniques ou d'autres influences de l'environnement de la machine fonctionnant dans des conditions difficiles fassent disparaître la précision de la détermination de la position des pièces15 mobiles de l'embrayage et de la machine. Il peut être nécessaire pour certaines machines, en particulier pour les machines d'impression, de contrôler non seulement l'état d'embrayage et de débrayage, mais aussi la position angulaire exacte des pièces d'un20 embrayage rotatif qui doivent être accouplées Il peut se produire par exemple qu'avec des embrayages à denture, les dents ne se logent pas dans les pièces complémentaires prévues au moment de l'embrayage ou par suite de dérangements ou que les dents ne s'enclenchent pas25 exactement ou reposent de manière indéfinie sur le profil des dents. Les dispositifs de contrôle qui sont nécessaires à cette fin forment des modules auxiliaires qui doivent aussi être disposés sur l'embrayage ou sur les éléments menants et/ou menés de la machine et ils ont les mêmes inconvénients que ceux décrits ci-dessus. Il est aussi possible, dans des dispositifs simples de contrôle d'un embrayage éléctomagnétique d'obtenir un signal de l'état "embrayage engagé" par une mesure de35 l'absorption de courant continu par l'électro-aimant Il est ainsi possible par exemple de monter sur le conducteur de connexion de l'électro-aimant une résistance ohmique en série avec ce dernier, la chute de tension aux bornes de cette résistance étant alors analysée Lorsque la chute de tension dépasse un seuil déterminée, il est possible de produire à la sortie d'un comparateur relié à la résistance5 un flanc de signal qui peut être admis comme indicateur de l'état d'embrayage. Cette solution est basée sur le fait que, lorsqu'un embrayage électromagnétique est alimenté en tension ou en courant, il occupe aussi la position qui lui est assignée,10 c'est-à-dire que, par exemple, un dispositif d'accouplement à denture s'enclenche exactement à la position axiale et à la position angulaire des éléments de machine qui doivent être accouplés Toutefois, dans ce cas, l'inconvénient est que la mesure de l'absorption du courant continu par l'électro-aimant ne permet pas de déceler de petits écarts par rapport à l'état d'enclenchement exact, car le courant continu ne varie que de manière insignifiante dans ces plages par suite de la saturation de l'électro- aimant. L'invention a pour objet un circuit de contrôle d'un embrayage à commande électromagnétique qui permet le contrôle de l'embrayage et du débrayage ainsi que de la position angulaire des éléments de machine devant être accouplés à peu de frais et avec peu de matériaux. L'invention concerne donc un circuit de contrôle d'un embrayage à commande électromagnétique, dans lequel le bobinage de l'électro-aimant communique avec une source de tension commutable et dans lequel une résistance de précision, par l'intermédiaire de laquelle un détecteur de tension est branché, est montée en série avec le bobinage30 de l'électro-aimant. Selon une particularité essentielle de l'invention, la source de tension est une source de tension continue à laquelle une tension alternative périodique est superposée et dont la fraction de tension continue prend deux niveaux35 définis en fonction d'un signal d'enclenchement et de déclenchement, le bobinage étant connecté à la source de tension aussi bien lorsque l'embrayage est engagé que lorsqu'il est dégagé et le détecteur de tension est connecté à un circuit d'analyse de la tension alternative aux bornes de la résistance de précision. Donc, conformément à l'invention, un courant alternatif périodique est superposé au courant d'excitation d'un électro-aimant d'un embrayage magnétique et la chute de tension alternative est analysée au moyen d'une résistance montée en série avec le bobinage et faisant partie d'un circuit selon l'invention pour l'obtention d'un10 signal de contrôle de l'embrayage et du débrayage. Il est avantageux d'utiliser pour la production du signal, pour la superposition, une séquence périodique d'impulsions en créneaux avec un taux d'impulsions supérieur ou égal à 50 %.15 L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma synoptique d'un premier exemple de réalisation d'un circuit selon l'invention, les figures 2 et 3 sont des graphiques représentant les impulsions de contrôle de l'état d'engagement et de dégagement d'un embrayage selon l'exemple de la figure 1, la figure 4 est un schéma synoptique d'une variante de réalisation et les figures 5 et 6 sont des graphiques représentant les impulsions se rapportant au circuit de la figure 4. Le circuit de la figure 1 comprend le bobinage 1 d'un embrayage à commande électromagnétique Une extrémité du bobinage 1 est reliée à une source de tension 2 La-sortie 3 de la source 2 est à une tension continue à laquelle est superposée une séquence périodique d'impulsions en créneaux et dont la valeur efficace fait passer dans un premier cas par le bobinage 1 le courant qui est nécessaire à l'engagement de l'embrayage Dans le second cas, pour l'état de dégagement, la fraction de tension continue à la35 sortie 3 est suffisamment faible pour que l'électro-aimant n'actionne pratiquement pas l'embrayage La source de tension 2 comprend des entrées 4 et 5 à l'une desquelles est appliquée une tension continue UDC et à l'autre desquelles est appliquée une séquence périodique d'impulsions en créneaux UAC qui sont superposées à l'intérieur de la source de tension 2 La valeur de la5 fraction de la tension continue à la sortie 3 est fonction d'un niveau de signal à une autre entrée 6 de la source de tension 2 et correspond pour l'état d'engagement à la tension nominale de l'embrayage, par exemple 24 V A cette fin, un commutateur 7 est mis sous une tension de commande10 UON Pour l'état de dégagement, le commutateur 7 est à une tension de commande UOFF, de sorte que la fraction de tension continue à la sortie 3 n'est que de quelques volts, par exemple 2 V L'autre extrémité du bobinage 1 est reliée vers la masse à une résistance de précision 8 à laquelle15 une entrée d'un amplificateur 9 de tension alternative exclusivement est branchée L'amplificateur 9 ne concerne que la fraction de tension alternative qui chute aux bornes de la résistance de précision 8 La sortie de l'amplificateur 9 de tension alternative est reliée à une20 première entrée d'un comparateur 10 Les niveaux des signaux produits à la sortie 6 par le commutateur 7 des états d'embrayage et de débrayage règnent aussi à l'entrée d'une source 11 de tension de référence Lorsque le commutateur 7 est sur UON ou sur UOFF, la source 11 de25 tension de référence produit à la seconde entrée du comparateur 10 la tension de référence UR ON ou UR OFF. La sortie du comparateur 10 communique avec l'entrée de positionnement d'une bascule bistable 12, l'entrée de restauration communiquant avec la source de la séquence30 périodique d'impulsions en créneaux UAC La sortie de la bascule bistable 12 est reliée à une bascule monostable 13 dont le temps de maintien t H est supérieur à la durée de la période de la séquence d'impulsions en créneaux UAC Le signal de sortie de la bascule monostable 13 est transmis à35 un opérateur OU exclusif 14 qui reçoit du commutateur 7 par une autre entrée de commande un niveau de signal de commande d'embrayage ou de débrayage, le niveau régnant à l'entrée des signaux de l'opérateur OU exclusif 14 étant inversé ou non en fonction de la position du commutateur 7. Le fonctionnement du circuit va être expliqué à l'aide du graphique des impulsions représentées sur les figures 2 et 3: lorsque l'embrayage doit être engagé, le commutateur 7 est placé sur niveau de tension UON, de sorte que la source de tension 2 délivre à sa sortie 3 une tension mixte se composant d'une fraction de tension continue UDC et d'une fraction de tension alternative UAC La tension mixte10 est représentée sur le graphique 2 1, sa valeur efficace étant suffisamment élevée pour que la force de l'électro- aimant comportant le bobinage 1 suffise à provoquer un engagement de l'embrayage La tension alternative aux bornes de la résistance de précision 8 est représentée sur15 le graphique 2 2 pour le cas d'un engagement incorrect de l'embrayage Le graphique 2 3 représente la tension alternative de l'embrayage correctement engagé Les tensions alternatives diffèrent pour ces deux cas cités par leurs vitesses de montée pour la partie de la tension20 alternative à croissance monotone La différence provient du fait que, par suite de l'accroissement de l'interstice dû à l'engagement incorrect, l'inductance L du bobinage est réduite La modification de l'inductance L du bobinage 1 repose essentiellement sur la linéarisation de la25 caractéristique magnétique qui est produite par la modification de l'interstice Les graphiques 2 4 et 2 5 illustrent les tensions alternatives amplifiées à la sortie de l'amplificateur 9 Sur les graphiques 2 4 et 2 5, la tension de référence URON délivrée par la source30 correspondante 11 est dessinée en tirets Le graphique 2 5 montre que la tension alternative dépasse le seuil de comparaison URON uniquement lorsque l'embrayage est correstement engagé, c'est-à-dire que le comparateur 10 n'est attaqué que dans ce cas, ce que montrent les35 graphiques 2 6 et 2 7 La bascule bistable 12 est restaurée par les flancs ascendants de la séquence des impulsions en créneaux UAC, comme le montrent les graphiques 2 8 et 2 9. La commutation de la bascule bistable 12 est produite par les flancs ascendants à la sortie du comparateur 10, les signaux de commutation étant représentés dans les graphiques 2 10 et 2 11 et les signaux de sortie de la5 bascule bistable 12 étant représentés dans les graphiques 2.12 et 2 13 Les flancs ascendants à la sortie de la bascule bistable 12, montrés sur les graphiques 2 14 et 2.15, font basculer la bascule monostable et restaurable 13, le temps de maintien t H étant supérieur à la durée T de la période de la séquence d'impulsions en créneaux UAC La bascule monostable 13 est ainsi restaurée pendant son temps de maintien t H par les flancs ascendants à la sortie de la bascule bistable 12, de sorte que, lorsque l'embrayage est engagé, un niveau logique constant H règne, comme le montre15 le graphique 2 17. Le niveau de signal UON appliquant par le commutateur 7 un niveau logique H à la seconde entrée de l'opérateur OU exclusif 14, comme le montrent les graphiques 2 18 et 2 19, le niveau H provenant de la bascule monostable 13 apparait20 aussi à la sortie de l'opérateur OU exclusif 14 o il est disponible pour la suite du traitement dans la machine ou pour délivrer un affichage Dans le cas d'un engagement incorrect, le comparateur 10 n'est pas attaqué, de sorte que la bascule bistable 12 n'est pas commutée En25 conséquence, la sortie de la bascule monostable 13 et la sortie de l'opérateur OU exclusif 14 demeurent au niveau logique L, comme le montrent les graphiques 2 16 et 2 20. La figure 3 représente les graphiques correspondants pour le cas dans lequel l'embrayage ne doit pas attaqué De manière analogue à celle de l'attaque, les graphiques 3 1, 3.2, 3 4, 3 6 à 3 20 décrivent l'état de dégagement correct de l'embrayage, tandis que les graphiques 3 1, 3 3, 3 5, 3.7 à 3 21 décrivent l'état dans lequel l'embrayage n'est pas correctement dégagé La différence par rapport au cas, décrit sur la figure 2, de l'état d'attaque de l'embrayage réside dans le fait que le bobinage 3 est alimenté en une tension mixte dont la valeur effective, comme le montre le graphique 3 2, n'est que de quelques volts, de 2 V dans l'exemple de réalisation Il en résulte que la source 11 de tension de référence et l'opérateur OU exclusif 14 reçoivent un niveau logique L, de sorte que la source 11 de5 tension de référence délivre le seuil UR OFF au comparateur et que le niveau H apparait à la sortie de l'opérateur OU exclusif 14 lorsque l'embrayage est encore engagé Dans le cas dans lequel l'embrayage n'est pas attaqué, la tension de sortie de l'amplificateur 9 de tension10 alternative ne dépasse le seuil de comparaison UROFF que lorsque l'embrayage est dégagé exactement, comme le montre la figure 3 4. Le taux d'impulsion TE/T et la fréquence de la séquence périodique d'impulsions en créneaux UAC sont de préférence adoptés de manière que les amplitudes des tensions alternatives envoyées à l'amplificateur 9 diffèrent autant que possible pour l'état d'embrayage et l'état de débrayage. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, le bobinage 1 de l'embrayage reçoit également d'un étage de puissance 15 une tension continue à laquelle est superposée une tension alternative La tension alternative est produite dans un oscillateur 16 dont la séquence périodique des impulsions en créneaux est envoyée à une25 première entrée d'un soustracteur 17 L'autre entrée du soustracteur 17 reçoit une tension continue URON ou UROFF selon que l'embrayage est engagé ou dégagé Le signal apparaissant à la sortie du soustracteur 17 est amplifié par l'étage de puissance 15 Un amplificateur 18 de tension30 continue, auquel fait suite un amplificateur 19 de tension alternative, est branché par l'intermédiaire d'une résistance de précision 2 Le signal de sortie de l'amplificateur 19 de tension alternative est redressé dans un circuit correspondant 20 dont la sortie est reliée aux35 entrées de deux circuits d'échantillonage et de maintien 21 et 22 Les entrées des impulsions dans les circuits d'échantillonage et de maintien 21, 22 sont reliées dans un cas à une sortie d'un comparateur sans inversion 23 et dans l'autre à une sortie d'un comparateur inverseur 24, en amont de chacun desquels est monté un filtre passe- haut 25, 26 Les entrées des filtres passe-haut 25, 26 sont reliées à la sortie de l'oscillateur 16 Les signaux de sortie des circuits d'échantillonage et de maintien 21, 22 sont envoyés à un additionneur 27, dont la sortie communique avec une première entrée d'un comparateur 28 La seconde entrée du comparateur 28 est connectée par l'intermédiaire10 d'un diviseur de tension 29 à la source 11 de tension de référence Les signaux de sortie du comparateur 28 et ceux d'un comparateur à fenêtre 30 arrivent aux entrées d'un opérateur ET 31 à la sortie duquel un signal indiquant l'état d'un embrayage à commande électromagnétique peut15 être prélévé. Les figures 5 et 6 représentent les graphiques des impulsions produites dans le circuit de la figure 4 Les trains d'impulsions correspondant à l'état d'embrayage sont représentés en tirets Les tensions alternatives20 représentées sur le graphique 5 4 ne doivent pas être nécessairement symétriques par rapport à la ligne de passage par zéro Les circuits d'échantillonage et de maintien 21 et 22 constituent, pour le signal apparaissant à la sortie du circuit redresseur 20, comme le montre le graphique 5 4, des détecteurs de valeur de pointe avec un temps de maintien qui correspond à la durée de la période de la séquence des impulsions en créneaux représentée sur le graphique 5 1 Les impulsions d'échantillonage selon les graphiques 5 6 et 5 7 sont déphasées de 1800 les unes par30 rapport aux autres, car elles sont dérivées directement de la séquence d'impulsions en créneaux 5 1 par l'intermédiaire des filtres passe-haut 25, 26 et des comparateurs 23, 24 Les deux valeurs de pointe mémorisées selon le graphique 6 2 et 6 3 sont ajoutées l'une à l'autre35 dans l'additionneur 27, de sorte que la valeur crête-crête de la tension alternative selon le graphique 5 4 apparait à la sortie de l'additionneur 27 Le niveau de cette valeur de crête à crête est analysé en continu à l'aide du comparateur 28, du comparateur à fenêtre 30 et de l'opérateur ET 31. Les plages de niveau sont portées sur le graphique 6 5 pour les différents états de l'embrayage Le comparateur à fenêtre 30 préscrit par sécurité des limites de plausibilité A et B un dépouillement de signal n'est possible qu'à l'intérieur de la plage de la fenêtre A, B. Les références C et D désignent des niveaux de signaux qui10 sont produits à l'aide du diviseur de tension 29 à la sortie de la source 11 de tension de référence Lorsque le commutateur 7 est à la position "embrayage", l'entrée du comparateur 28 est au niveau D et à la position "débrayage", cette entrée est au niveau C Lorsque le signal de sortie de l'opérateur ET 31 se trouve dans la zone hachurée entre les niveaux B et D, ce signal indique que l'embrayage est actionné et engagé correctement. Lorsque le signal de sortie se trouve dans la zone hachurée entre A et C, il faut en déduire que l'embrayage n'est pas20 attaqué et qu'il est correctement dégagé. Lorsque le signal de sortie est situé dans les plages désignées par E et F, un affichage indique un fonctionnement incorrect de l'embrayage Le signal de sortie dans la plage E indique que l'embrayage est certes25 attaqué, mais pas engagé correctement, car, par exemple, un interstice inadmissible s'est formé entre deux éléments de l'embrayage situés dans le circuit magnétique Le signal de sortie se trouvant dans la plage F caractérise l'absence d'attaque de l'embrayage et il se trouve alors aussi un30 interstice entre lesdites pièces de l'embrayage, de sorte que celui-ci n'est pas correctement dégagé Le signal de sortie du circuit peut être envoyé à une commande de la machine qui peut par exemple provoquer un arrêt d'urgence de la-machine et émettre un signal de défaut.35 REVENDI CATIONS 1 Circuit de contrôle d'un embrayage à commande électromagnétique, dans lequel le bobinage de l'électro- aimant communique avec une source commutable de tension et dans lequel une résistance de précision, par l'intermédiaire de laquelle un détecteur de tension est branché, est montée en série avec le bobinage de l'électro- aimant, caractérisé en ce que la source de tension ( 2) est une source de tension continue à laquelle est superposée10 une tension périodique alternative (U Ac) et dont la fraction de tension continue (U Dc) prend deux niveaux définis en fonction d'un signal d'enclenchement et de déclenchement, le bobinage ( 1) étant connecté à la source de tension ( 2) aussi bien à l'état d'engagement qu'à celui15 de dégagement de l'embrayage et en ce que le détecteur de tension est relié à un circuit d'analyse de la tension alternative aux bornes de la résistance de précision ( 8). 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de tension qui est prévu est un amplificateur ( 9) de tension alternative, dont la sortie est reliée à une première entrée d'un comparateur ( 10), en ce que la seconde entrée du comparateur ( 10) est reliée à une source ( 11) de tension de référence qui prend deux niveaux définis de référence (UR,ON, UR,OFF) en fonction du25 signal d'enclenchement et de déclenchement, en ce que la sortie du comparateur ( 10) communique avec une entrée de commutation d'une bascule bistable ( 12) dont l'entrée de restauration est reliée à la source de tension alternative (UAC), en ce que la sortie de la bascule bistable ( 12) est reliée à une bascule monostable ( 13) dont le temps de maintien t H est supérieur à la durée de la période de la tension alternative (U Ac) et en ce que la sortie de la bascule monostable ( 13) est reliée à un opérateur OU exclusif ( 14), dont l'entrée de commande communique avec un35 commutateur ( 7) du signal d'enclenchement et de déclenchement. il 3 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de tension qui est prévu est un amplificateur de courant continu ( 18) en aval duquel est monté un amplificateur ( 19) de tension alternative, en ce5 que la sortie de l'amplificateur ( 19) de tension alternative est reliée à un circuit redresseur ( 20) à la sortie duquel sont branchées les entrées de deux circuits d'échantillonage et de maintien ( 21, 22), en ce que l'entrée des impulsions de chacun des circuits10 d'échantillonage et de maintien ( 21, 22) est reliée par l'intermédiaire d'un circuit formateur d'impulsions ( 23, 24, 25, 26) à la source ( 16) de tension alternative, en ce que les sorties des circuits d'échantillonage et de maintien ( 21, 22) sont reliées aux entrées d'un15 additionneur ( 27) et en ce que la sortie de l'additionneur ( 27) communique avec un circuit de mesure de tension ( 11, 28, 29, 30, 31). 4 Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier circuit formateur d'impulsions comprend un filtre passe-haut ( 25) et un comparateur sans inversion ( 23) et en ce que le second circuit formateur d'impulsions comprend un filtre passe-haut ( 26) et un comparateur inverseur ( 24). 5 Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de mesure de tension comprend un comparateur ( 28) dont une première entrée est reliée à la sortie de l'additionneur ( 27) et dont la seconde entrée est reliée par l'intermédiaire d'un diviseur de tension ( 29) à la source ( 11) de tension de référence.30 6 Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la sortie du comparateur ( 28) est reliée à la première entrée d'un opérateur ET ( 31), dont la seconde entrée est branchée sur la sortie d'un comparateur à fenêtre ( 30).