Brevet FR2769429A1 — publié le 19990409

La présente invention concerne un actionneur à bobinage bitension, doté d'un moteur pas à pas équipé de plusieurs enroulements et d'une circuiterie électronique permettant son utilisation à une tension d'alimentation égale alternativement à U et 2U. Selon l'invention, ledit actionneur à moteur pas à pas consomme dans les deux cas le même courant, et produit la même valeur de flux magnétique. Un tel actionneur peut par exemple être utilisé dans une centrale de climatisation de véhicule, pour déplacer des volets régulant des flux d'air suite à un paramétrage effectué par l'utilisateur. Dans la suite de la description, à des fins de clarification, on s'en tiendra à cette application pour laquelle l'invention a d'ailleurs été initialement conçue. Dans ce cadre, des centrales de climatisation utilisant le même moteur peuvent être implantées dans des applications automobiles sous 12V, ou dans des applications camions sous 24V. L'absence de distinction entre ces applications confère au produit un avantage notamment commercial substantiel. Jusqu'à présent, on a utilisé deux dispositifs différents fonctionnant exclusivement avec l'une de ces deux tensions nominales. Chacun de ces dispositifs est alors calculé pour sa propre tension nominale, et leurs caractéristiques mécaniques sont par conséquent très éloignées de leur spécification lorsqu'ils sont utilisés avec une tension d'alimentation différente. Les configurations actuelles ne permettent pas d'utiliser un dispositif commun dans deux systèmes dont l'un fonctionne en 12V et l'autre fonctionne en 24V, sauf à ajouter aux circuits de commande des dispositifs coûteux. Ces circuits sont par exemple: - des circuits faisant chuter le 24V en 12V par hachage ou par régulation série; - des circuits créant du 24V à partir du 12V avec un convertisseur à découpage. D'une manière générale, on peut dire que les circuits additionnels de ces types sont non seulement onéreux, mais encore à faible rendement énergétique. L'objectif principal de l'invention est de proposer un actionneur à moteur pas à pas capable de fonctionner alternativement en 12V et en 24V, ou plus généralement sous une tension U et une tension 2U. Un autre objectif de l'invention est de garantir le maintien des caractéristiques mécaniques (forces, couples...) des actionneurs pour les deux tensions possibles. Cet objectif doit au surplus être réalisé sans différence de dissipation thermique, et sans surcoût pour la partie électronique, qu'elle s'applique au calculateur/séquenceur, ou à l'actionneur proprement dit. A ces effets, I'actionneur rotatif à moteur pas à pas de l'invention est caractérisé en ce que les enroulements associés à chaque pas mécanique au cours des opérations de séquencement du moteur sont conçus de telle sorte qu'ils peuvent être alimentés via deux bornes distinctes soit par une tension U, soit par une tension 2U, le courant et le flux magnétique produits étant dans les deux cas identiques. Plus précisément, chaque enroulement comporte deux demi-bobines de même résistance R, une seule de ces deux demi-bobines étant alimentée par la tension 2U, alors que les deux demi-bobines en parallèle sont alimentées par la tension U. Lorsque la tension U est appliquée aux bornes des deux demi-bobines de même résistance R configurées en parallèle, le courant consommé résultant vaut: U ~ 2U R/2 R Lorsqu'une tension 2U est appliquée aux bornes d'une unique demibobine de résistance R, le courant consommé résultant est égal à: 2U I= R II y a donc bien égalité entre les courants consommés dans les deux hypothèses, et par conséquent également entre les flux magnétiques générés par les enroulements. Chacune des demi-bobines associées en parallèle est alimentée par la tension U via une diode. Cette configuration permet d'éviter la circulation de courants parasites lorsqu'on commute d'une tension à l'autre, et également de réaliser un équilibrage de potentiel, condition sine qua non d'un fonctionnement équilibré répondant aux caractéristiques mentionnées auparavant. Ceci sera expliqué plus en détail dans la suite de la description, notamment lorsqu'une configuration préférentielle de l'invention sera décrite. Dans ce type d'actionneur, les extrémités de chaque demi-bobine opposée aux bornes d'alimentation en tension sont reliées via une borne de connexion à un transistor de puissance faisant partie de l'étage de puissance du calculateur/séquenceur. Les connexions d'entrées/sorties des actionneurs selon l'invention comportent donc deux bornes pour les tensions U et 2U, et autant de bornes qu'il y a d'enroulement à deux demi-bobines. Selon une configuration préférentielle, le moteur de l'actionneur rotatif comporte au moins deux stators dont le bobinage comprend deux enroulements à deux demi-bobines, la tension d'alimentation U étant égale à 12V. L'invention ainsi décrite permet de s'affranchir de tous les dispositifs de régulation ou de contrôle électronique de la tension d'alimentation et du courant consommé par l'actionneur. L'absence de différenciation entre un dispositif fonctionnant en 12V et un dispositif fonctionnant en 24V est en outre économiquement avantageuse sur plusieurs plans: une seule production, une seule ligne de fabrication, une seule proposition commerciale... La simplification qui en découle peut permettre des gains substantiels. Ladite invention va à présent être décrite plus en détail, notamment au moyen des figures annexées, pour lesquelles: - la figure 1 est une vue générale schématisée d'un actionneur muni des bobinages réalisés selon l'invention, connecté à un calculateur; - la figure 2 représente le schéma électrique de la mise sous tension U des deux enroulements; - la figure 3 explique le fonctionnement du même système sous une tension 2U; et - la figure 4 montre un schéma électrique identique, sous l'éclairage du fonctionnement des diodes sous une tension U. Les figures donnent un exemple de configuration pour 'actionneur bitension (A) de l'invention, qui comporte un rotor (1) et deux stators (2,3) munis des enroulements à deux demi-bobines (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b). L'une des deux demi-bobines (4b, 5b, 6b, 7b) de chacun de ces couples est alimentée en +12V via des diodes (8a, 8b) pour le stator (2), et (9a, 9b) pour le stator (3). Toutes les secondes demi-bobines (4a, 5a, 6a, 7a) desdits couples sont également alimentées en +12V via une même diode (10). L'alimentation en +24V se fait directement pour les demi-bobines (4a, 5a, 6a, 7a), seules alimentées sous cette tension. L'actionneur (A) est relié à un calculateur (C) via les bornes de connexion (11,12), respectivement dévolues aux tensions d'alimentation +12V et +24V, disponibles aux bornes des batteries des automobiles et des camions. L'actionneur (A) comporte également des bornes (13, 14, 15, 16) reliant les demi-bobines (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) respectivement à des transistors de puissance (T1, T2, T3, T4) qui réalisent le séquençage du moteur pas à pas. Cet étage de puissance est également intégré au calculateur (C). La figure 2 détaille le fonctionnement lorsque la tension +12V est appliquée aux bornes du pont de l'un des stators, en l'occurrence celui qui est référencé (3). Lorsque (T3) est passant, et (T4) bloqué, les deux demi-bobines (6a, 6b) sont parcourues par un courant 1/2 représenté en trait pointillé, via les diodes (9a) et (10), d'où l'existence d'un courant I en sortie vers (T3). En figure 3, la tension +24V est appliquée aux bornes du pont. Dans ce cas, seul un trajet est possible pour le courant, du fait de l'existence de la diode (9b), qui inhibe le trajet via les bobines (7a, 7b et 6b). Le courant I est bien le même que précédemment, car la résistance R de la bobine (6a), seule parcourue, est double de la résistance équivalente de (6a, 6b), parcourues dans la configuration de la figure 2. Dans cette figure également, on a considéré que le transistor (T3) est passant, alors que le transistor (T4) est bloqué. La figure 4 a pour objet d'éclairer le rôle des diodes (9a, 9b) en mode d'alimentation +12V. On a vu qu'elles évitent la circulation d'un courant parasite en mode +24V. Mais elles permettent aussi d'équilibrer les potentiels des points M et N en mode +12V, évitant ainsi un autre courant parasite. En effet, I'existence de la diode (10) entraîne que le potentiel en M vaut: V M =+12V-Vdiode(lO) II faut donc que le potentiel en N soit égal à VM, pour qu'un courant parasite Ip ne soit pas créé en M et N, courant qui viendrait se soustraire à 1/2 et déséquilibrerait le pont. Dans la configuration représentée: V N = - î2VVdiode (9b) La différence de potentiel VMN est alors sensiblement nulle et aucun courant Ip ne circule dans les bobines (7a, 7b). Ce courant Ip provoquerait en outre un flux magnétique contraire au flux utile généré par les bobines (7a, 7b), et dégraderait les performances du moteur pas à pas. La configuration représentée ne comporte que deux stators: elle ne doit cependant être vue que comme un exemple illustratif, qui peut varier en restant dans le champ du jeu des revendications annexé. REVENDICATIONS 1. Actionneur rotatif (A), à moteur pas à pas unipolaire caractérisé en ce que les enroulements associés à chaque pas mécanique au cours des opérations de séquencement du moteur sont conçus de telle sorte qu'ils peuvent être alimentés via deux bornes distinctes (11, 12) soit par une tension U, soit par une tension 2U, le courant et le flux magnétique produits étant dans les deux cas identiques. 2. Actionneur rotatif (A) à moteur pas à pas unipolaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque enroulement (4, 5, 6, 7) comporte deux demi-bobines (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) de même résistance R, une seule de ces deux demi-bobines (4a, 5a, 6a, 7a) étant alimentée par la tension 2U, alors que les deux demi-bobines (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) en parallèle sont alimentées par la tension U. 3. Actionneur rotatif (A) à moteur pas à pas unipolaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune des demi-bobines (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) associées en parallèle est alimentée par la tension U via une diode (10, 8a, 8b, 9a, 9b). 4. Actionneur rotatif (A) à moteur pas à pas unipolaire selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les extrémités de chaque demi-bobine (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) opposée aux bornes d'alimentation (11, 12) en tension sont reliées via une borne de connexion (13, 14, 15, 16) à un transistor de puissance (T1, T2, T3, T4) faisant partie de l'étage de puissance du calculateur/séquenceur (2). 5. Actionneur rotatif (A) à moteur pas à pas unipolaire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moteur comporte au moins deux stators (2, 3) dont le bobinage comprend deux enroulements à deux demi-bobines (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b), la tension d'alimentation U étant égale à 12V.