Brevet FR2721456A1 — publié le 19951222

" Dispositif de mise en oeuvre d'un moteur électrique, en particulier un moteur pas à pas permettant de déceler une surcharge ou un état de blocage du moteur électrique. " Etat de la technique: L'invention concerne un dispositif de mise en oeuvre d'un moteur électrique comprenant des moyens pour détecter le courant traversant le moteur électrique et un circuit d'exploitation qui exploite au moins une grandeur caractéristique du courant, la compare à un seuil et en cas de dépassement du seuil, émet un signal de surcharge. Selon le document DE 28 20 330, on connaît un circuit pour un actionneur (ou moteur) électrique de lèvre- vitre, muni d'un moyen anti-pincement. Un circuit d'exploi- tation détecte le courant traversant un moteur électrique, ainsi que la variation d'intensité rapportée au temps. Les deux grandeurs caractéristiques du courant traversant le moteur électrique sont additionnées et comparées à un seuil prédéterminé. Après dépassement d'un seuil, on inverse par exemple le moteur électrique pour libérer de nouveau l'objet pincé le cas échéant par une vitre. Le circuit d'exploitation comporte plusieurs condensateurs qui, en combinaison avec d'autres composants, réalisent chacun un filtre passe-bas. La suppression des composantes de haute fréquence des signaux lorsqu'on détermine les grandeurs ca- ractéristiques font qu'on élimine non seulement des si- gnaux, parasites, mais également la détection de la phase de mise en route, lorsque le moteur appelle un courant im- portant représentant un multiple de l'intensité du courant du moteur en régime stationnaire. Le document EP-A 0 116 904 décrit un dispositif d'entraînement d'un volet d'une installation de climatisa- tion de véhicule automobile. Le volet est actionné par un moteur pas à pas. On s'assure que le volet actionné par le moteur pas à pas atteint les butées de fin de course méca- niques en ce que d'une part au début d'une phase de fonc- tionnement, l'appareil de commande envoie au moteur pas à pas un nombre de pas maximum, suffisant pour atteindre l'une des butées de fin de course du volet indépendamment de la position prédéterminée du volet. Par ailleurs, à cha- que autre réglage du volet contre chacune des butées méca- niques de fin de course, le moteur pas à pas reçoit en plus des pas nécessaires, d'autres pas dans le sens de déplace- ment du volet, pour que le volet atteigne chaque position de fin de course, en toute sécurité grâce à ce nombre excé- dentaire de pas compensant d'éventuelles pertes de pas du moteur pas à pas. La présente invention a pour but de créer un dis- positif de mise en oeuvre d'un moteur électrique permet- tant, avec des moyens simples,.de déceler une surcharge ou un état de blocage du moteur électrique en particulier d'un moteur pas à pas. A cet effet, l'invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la détermi- nation de la grandeur caractéristique se fait à l'intérieur d'un intervalle de temps qui commence à un premier instant après l'instant de démarrage le moteur électrique (10) étant mis en route à l'instant de démarrage en partant d'un état au moins pratiquement coupé du courant cette période se termine à un second instant prédéterminé avant d'attein- dre le niveau stationnaire du courant du moteur. Avantages de l'invention: Le dispositif selon l'invention présente l'avan- tage qu'en déterminant au moins une grandeur caractéristi- que du moteur en particulier du courant traversant le moteur pas à pas, on peut détecter un état de surcharge par exemple un état de blocage. Selon un premier mode de réalisation, il est pré- vu que de déterminer au moins une grandeur caractéristique se fasse à l'intérieur d'un intervalle, commençant un temps prédéterminé après la mise en route du moteur électrique, en partant d'un état au moins approximativement sans cou- rant, et se terminant avant d'atteindre le niveau station- naire du courant du moteur. Ce moyen permet de détecter un état de surcharge ou de blocage dès la phase de mise en route du moteur électrique. Le dispositif selon l'invention convient ainsi tout particulièrement pour des moteurs pas à pas recevant des impulsions de commutation, séparées pour prédéterminer le nombre de pas et le courant commençant à passer dans le moteur, au moins approximativement, chaque fois à partir de l'état sans courant. Un état de fonction- nement comparable peut se produire dans le cas d'un moteur à courant continu fonctionnant avec une alimentation caden- cée. Dans le cas d'un tel fonctionnement cadencé, il est prévu de commuter une tension de fonctionnement prédétermi- née pour une durée d'impulsion prédéterminée sur le moteur à courant continu, puis de couper de nouveau pendant une durée d'impulsion prédéterminée. A la fois le rapport entre la durée de l'impulsion et la pause séparant deux impul- sions de la fréquence peuvent être variables. La condition d'un fonctionnement correct du dispositif selon l'invention pour l'alimentation cadencée du moteur à courant continu est que le courant traversant le moteur à courant continu est au moins sensiblement nul pendant les pauses des impul- sions. Selon un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention, il est prévu qu'au moins une grandeur ca- ractéristique est prédéterminée à un instant fixé qui se situe après la mise en route du moteur électrique, en par- tant de l'état au moins pratiquement nul, et avant que le courant du moteur atteigne son niveau stationnaire. Les dispositifs selon l'invention conviennent en particulier pour détecter les butées mécaniques de fin de course que peut atteindre un dispositif de réglage ou d'ac- tionnement entraîné par un moteur électrique. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention comme première grandeur caractéristique du cou- rant à exploiter, est par exemple l'amplitude du courant dans l'intervalle ou à un certain moment. Une réalisation avantageuse prévoit comme grandeur caractéristique, la va- riation de l'intensité ou la différence maximale de l'in- tensité se produisant dans un intervalle prédéterminé. Un autre développement de ce moyen prévoit de rapporter la variation de l'intensité au temps. La relation en fonction du temps correspond à la dérivée dans le temps de l'intensité qui peut se faire à la fois dans l'inter- valle (rapport d'une différence) et à un instant prédéter- miné (quotient différentiel. Un autre développement avantageux du premier mode de réalisation prévoit que l'intervalle commence simultané- ment avec la mise en route du moteur électrique. Ce moyen garantit la détection de la grandeur caractéristique, sans retard, simultanément avec la mise en route du moteur élec- trique. Un développement avantageux prévoit que la gran- deur caractéristique détectée soit comparée à un seuil pré- déterminé, qui est par exemple asservi et en cas de déplacement du seuil, cela se traduit par la détection d'une surcharge ou d'un état de blocage qui sera signalé. L'état de blocage peut exemple servir à détecter la butée de fin de course, mécanique, déjà décrite pour un moyen d'entraînement actionné par un moteur électrique. Dessins: La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma-bloc d'un dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre d'un moteur élec- trique; - les figures 2 et 3 montrent chacune une courbe de courant en fonction du temps dans le dispositif selon l'invention représenté à la figure 1. La figure 1 montre un moteur électrique 10 qui met en oeuvre un moyen d'entraînement ou actionneur 11. Le moyen d'entraînement 11 comporte des butées mécaniques de fin de course 12, 13. Le moteur électrique 10 est relié à un étage de puissance 18 par quatre lignes d'alimentation 14- 17. L'étage de puissance 18 est alimenté en énergie électrique par les lignes d'alimentation 19, 20. Un circuit de commande 21 fournit des signaux de commande 22 à l'étage de puissance 18 et un signal de dé- marrage 23 à un circuit d'exploitation 24. Le circuit de commande 21 reçoit également un signal de commande externe ainsi qu'un signal de surcharge 26 fournis par le cir- cuit d'exploitation 24. Les lignes d'alimentation électriques 14-17 sont munies d'un détecteur d'intensité 27 qui détecte le courant passant par les lignes d'alimentation 14-17 et transmet l'information à un circuit 28 formant la valeur moyenne de ce paramètre; ce circuit appartient au circuit d'exploita- tion 24. Le circuit 28 donnant la valeur moyenne du paramè- tre fournit un signal de paramètre 29 à un comparateur 30 comparant le signal 29 à un seuil prédéterminé pour émettre le signal de surcharge 26 en fonction du résultat de la comparaison. Le signal de démarrage 23 est appliqué à une horloge 32 appartenant au circuit d'exploitation 24. Cette horloge comporte un moyen de temporisation 33. L'horloge 32 fournit un signal d'activation 34 au circuit 28 formant la moyenne du paramètre. La figure 2 montre les intensités I détectées par le détecteur de courant 27 en fonction du temps t. Un pre- mier courant 40 à forme de dents de scie, se produit lors- que le moyen d'entraînement 11 fonctionne sans surcharge. Une seconde intensité 41 se produit au moyen d'entraînement 11 en surcharge. Les intensités 40, 41 commencent à passer chaque fois après un instant de démarrage T0. A la fin d'une durée d'impulsion TD prédéterminée, les intensités , 41 chutent de nouveau jusqu'à zéro. Après une pause d'impulsion Tp prédéterminée, la forme du courant se ré- pète. A un premier instant T1 commence un intervalle de temps TI prédéterminé se terminant à un second instant T2. La figure 3 montre les mêmes intensités 40, 41 en fonction du temps t comme à la figure 2. A la place de l'intervalle TI de la figure 2, on a la figure 3 un temps de retard Tv commençant à l'instant de démarrage To et al- lant jusqu'à un instant de détection TA. Le dispositif selon l'invention, représenté à la figure 1 fonctionne de la manière suivante: Le moteur électrique 10 actionne le moyen d'en- trainement 11 à deux butées de fin de course 12, 13. Comme moteur électrique 10, on a par exemple un moteur à courant continu à excitation par un aimant permanent ou de préfé- rence un moteur pas à pas. Un moteur pas à pas, bipolaire nécessite comme cela est indiqué à la figure 1 au moins quatre lignes d'alimentation 14-17. L'énergie nécessaire au moteur électrique 10 est fournie par l'étage de puissance 18 qui la reçoit d'une source d'énergie non représentée par l'intermédiaire des lignes d'alimentation 19, 20. Le sens de rotation et le cas échéant la puissance du moteur sont fixés par le circuit de commande 21 en fonction de signaux de commande externes 25. Ces informations sont transmises à l'étage de puissance 18 par l'intermédiaire des signaux de commande 22. Le courant 40, 41 traversant le moteur électrique 10 est détecté par un détecteur de courant 27. Dans le cas d'un moteur pas à pas à plus de deux lignes d'alimentation en énergie 14-17, il suffit de détecter le courant 40, 41 dans une ligne d'alimentation 14 choisie. Comme détecteur de courant 27, on peut par exem- ple utiliser une résistance shunt, on peut également détec- ter une chute de tension sur un composant de l'étage de sortie. On détecte de préférence le courant par son champ magnétique. Comme élément approprié pour cette détection, on a les détecteurs à effet Hall, les éléments magnétoré- sistants ou par exemple des pinces à courant à induction. Le courant détecté par le détecteur de courant 27 est transmis pour son exploitation à un circuit d'exploita- tion 24 qui détecte dans le circuit 28 de moyenne de para- mètre au moins une certaine grandeur caractéristique du courant 40, 41. Le signal de grandeur caractéristique 29 qui en résulte est comparé dans un comparateur 30 à un seuil prédéterminé 31. En fonction du résultat de la compa- raison, le comparateur 30 fournit le signal de surcharge 26 au circuit de commande 21. Le signal de surcharge 26 signale qu'un état de surcharge s'est produit dans le moyen d'entraînement 11. Un tel état de surcharge se produit par exemple par le blocage du moteur électrique 10 ou du moyen d'entraînement 11. Ce blocage se produit notamment sur l'une des butées de fin de course 12, 13. Le signal de surcharge 26 signale ainsi que l'on est arrivé contre l'une des butées de fin de course 12, 13. Dans le cas du moteur électrique 10 en forme de moteur pas à pas, le circuit de commande 21 peut déterminer de lui-même le nombre de pas nécessaire pour atteindre de manière dirigée l'une des deux butées de fin de course 12, 13 et effectue de cette manière un calibrage. Le but du ca- librage est d'associer pour une position prédéterminée du moyen d'entraînement 11, entre les deux butées 12 et 13, un nombre prédéterminé de pas à fournir. Ce moyen permet un calibrage non seulement lors de la première mise en route mais également ultérieurement, à toute utilisation. Cela permet de prendre en compte et de compenser la dispersion liée à une fabrication en série du moyen d'entraînement 11, à des variations dues au vieillissement, des variations d'élasticité en fonction de la température ainsi que du jeu mécanique dépendant du temps. En particulier, le dispositif selon l'invention convient pour mettre en oeuvre le moteur électrique 10 pour son application à un véhicule automobile exposé à des conditions d'environnement extrêmement rudes. Un exemple de moyen d'entraînement 11 est celui du volet d'une installation de climatisation d'un véhicule automo- bile. Selon l'invention, il est prévu de déterminer la grandeur caractéristique en fonction du temps. La commande dans le temps est assurée par le générateur de temps 32 qui comporte un moyen de temporisation 33. Les déroulements chronologiques seront décrits de manière plus détaillée ci- après à l'aide des courbes d'intensité I en fonction du temps représentées aux figures 2 et 3. Selon un premier mode de réalisation du disposi- tif de l'invention, il est prévu de déterminer la grandeur caractéristique dans l'intervalle de temps TI représenté à la figure 2, qui commence à l'instant prédéterminé T1 après la mise en route du moteur électrique 10 par rapport à l'instant de démarrage To; cet intervalle se termine à un second instant T2. Il est important que le moteur électri- que 10 soit au moins pratiquement coupé du courant à l'ins- tant de démarrage To et que l'intervalle de temps TI se termine au second instant T2 avant que le courant du moteur n'atteigne son niveau stationnaire. De tels moyens garan- tissent qu'on utilise uniquement la phase de mise en route pour déterminer la grandeur caractéristique. La phase de mise en route peut être considérablement plus courte que la durée de l'impulsion TD. Un état de surcharge se traduit par un tracé dif- férent des intensités 40, 41. Alors que le cas sans sur- charge correspond à la courbe d'intensité 40, dans le cas de la courbe d'intensité 41, on est en présence de la sur- charge. Comme grandeur caractéristique appropriée, on peut par exemple utiliser l'amplitude de courant qui se produit dans l'intervalle TI et est émise comme signal de grandeur caractéristique 29. Une autre grandeur caractéristique, ap- propriée est la variation de l'intensité dans l'intervalle TI. On détermine la variation de courant en répartissant l'intervalle de temps TI en un nombre prédéterminé d'inter- valles élémentaires de temps au cours desquels on détermine chaque fois la différence d'intensité entre le début et la fin de l'intervalle élémentaire et on additionne. Une autre grandeur caractéristique est la varia- tion d'intensité dans tout l'intervalle TI rapporté à la durée de cet intervalle TI. Il est en outre possible de remplacer un quotient de différence, au moins approximativement par la pente de l'intensité 40, 41 constituant un quotient différentiel. A partir de plusieurs quotients différents obtenus dans l'in- tervalle de temps TI, on peut par exemple sélectionner la valeur maximale et émettre celle-ci comme signal de gran- deur caractéristique 29. Une autre grandeur caractéristique est la valeur moyenne dans le temps, de l'intensité 40, 41 pendant l'intervalle de temps TI. Au cours des essais effectués avec un moteur électrique 10 constitué par un moteur pas à pas, il s'est avéré qu'en cas de surcharge, on a une montée rapide du courant. Ainsi on rencontre des intensités plus élevées qu'à un instant antérieur, après l'instant de démarrage To en cas de surcharge, par comparaison avec la situation sans surcharge. L'intervalle TI peut être adapté expérimentale- ment à de telles données. Le moteur électrique 10 est ali- menté en énergie pendant la durée d'impulsion TD, puis il est coupé. Le moteur 40, 41 revient toujours à la valeur zéro après la durée d'impulsion TD, pendant la pause impul- sionnelle Tp. Il convient de remarquer que la pause impul- sionnelle Tp est suffisamment longue pour que le courant (intensité) 40, 41 puisse diminuer au moins approximative- ment jusqu'à la valeur nulle. Un fonctionnement cadencé d'un moteur à courant continu, pour lequel il n'y a pas d'intervalle de courant entre les différentes durées impul- sionnelles TD réduit la sécurité de la détection de l'état de surcharge. Le premier instant T1 qui correspond au début de l'intervalle de temps TI peut coincider avec l'instant de démarrage TO. La figure 3 montre un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du moteur électrique 10; dans ce cas, à la place de l'inter- valle de temps TI représenté à la figure 2, on utilise la détection du courant 40, 41 à l'instant de détection TA prédéterminé. L'instant de détection TA est séparé d'un re- tard TV prédéterminé de l'instant de démarrage To; ce temps de retard est fixé par le circuit de retard 33 de l'horloge 32. Cette réalisation convient notamment lorsque la grandeur caractéristique choisie est la valeur instanta- née ou l'amplitude de l'intensité 40, 41 ou encore le quo- tient différentiel au point de détection TA. Le premier et second instant T1, T2 montrés aux figures 2 et 3, qui fixent l'intervalle de temps TI ainsi que le temps de retard TV et l'instant de détection TA sont déterminés chaque fois par l'horloge 32 du circuit d'ex- ploitation 24 et sont appliqués comme signal d'activation il 34 au circuit formant la valeur moyenne 28. Comme point de départ, on utilise chaque fois le signal de démarrage 23 qui correspond à l'instant de démarrage TO. Le circuit de temporisation 33 de l'horloge 32 fournit soit le temps en- tre l'instant de démarrage To et le premier instant T1 soit le retard entre l'instant de démarrage To et l'instant de détection TA. R E V E N D I C A T I ONS 1 ) Dispositif de mise en oeuvre d'un moteur électrique comprenant des moyens pour détecter le courant traversant le moteur électrique et un circuit d'exploita- tion qui exploite au moins une grandeur caractéristique du courant, la compare à un seuil et en cas de dépassement du seuil, émet un signal de surcharge, dispositif caractérisé en ce que la détermination de la grandeur caractéristique se fait à l'intérieur d'un intervalle de temps (TI) qui commence à un premier instant (T1) après l'instant de dé- marrage (To), le moteur électrique (10) étant mis en route à l'instant de démarrage (TO) en partant d'un état au moins pratiquement coupé du courant cette période se termine à un second instant prédéterminé (T2) avant d'atteindre le ni- veau stationnaire du courant du moteur (40, 41). 2 ) Dispositif pour la mise en oeuvre d'un moteur électrique comportant des moyens pour détecter un courant traversant le moteur électrique et un circuit d'exploita- tion qui traite au moins une grandeur caractéristique du courant, la compare à un seuil et en cas de dépassement du seuil, émet un signal de surcharge, dispositif caractérisé en ce que la grandeur caractéristique est déterminée à un instant de détection (TA) fixé qui suit d'un temps de re- tard (Tv) prédéterminé, l'instant de démarrage (To), et pour lequel le moteur électrique (10) partant d'un état au moins approximativement coupé du courant, est mis en route, cet instant se situant avant que le courant du moteur (40, 41) n'atteigne son niveau stationnaire. 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le premier instant (T1) correspond à l'ins- tant de démarrage (To). 4 ) Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la grandeur caractéristique est la valeur moyenne dans le temps et/ou l'amplitude et/ou la variation d'intensité et/ou la différence maximale d'intensité et/ou au moins un quotient de différence du courant et du temps à l'intérieur de l'intervalle de temps (TI). ) Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la grandeur caractéristique et l'intensité instantanée (40, 41) et/ou le quotient différentiel est le rapport de l'intensité (40, 41) et du temps (t) à l'instant de détection (TA). 6 ) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que le signal de surcharge (26) est un si- lO gnal de blocage qui correspond au blocage d'un moyen d'entraînement (11) actionné par le moteur électrique (10). 7 ) Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le signal de blocage indique que le moyen d'entraînement (10) est arrivé contre une butée de fin de course (12, 13). 8 ) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que le moteur électrique (10) est un moteur pas à pas. 9 ) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé par son application à une installation de clima- tisation d'un véhicule automobile, le moteur électrique (10) actionnant un volet qui en fonctionnement atteint au moins une butée de fin de course (12, 13).