Brevet FR2792813A1 — publié le 20001103

i La présente invention concerne tout d'abord un dispositif de commande de la fermeture et de l'ouverture de la chambre d'extraction d'une machine à café. L'invention a également trait à un procédé pour la commande de la fermeture de la chambre d'extraction. Ce dispositif et ce procédé trouveront particulièrement leur application dans des machines à café de type espresso à usage domestique ou professionnelle. Essentiellement, les machines à café concernées sont des machines dans lesquelles la chambre d'extraction comporte deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre. Cette mobilité étant apportée par une motorisation électrique pour ouvrir ou fermer la chambre d'extraction. Il convient de rappeler que la chambre d'extraction délimite un volume interne apte à recevoir une dose de café moulu dont sera ensuite extraite la boisson au café. Une application particulière consistera à employer la présente invention pour l'usage de machines à café aptes à recevoir des doses préemballées de café moulu. Ces doses préemballées de café moulu sont par la suite dénommées dosettes. Selon l'état de la technique actuelle, il est nécessaire d'opérer différentes phases d'ouverture et de fermeture de la chambre d'extraction pour permettre le fonctionnement de la machine à café. En effet, dans un premier temps, le café moulu doit être introduit au sein de la chambre d'extraction, ce qui nécessite son ouverture. Par la suite, avant d'engager la lixiviation forcée, la chambre d'extraction doit être fermée de façon étanche. Actuellement, on détecte la position fermée de la chambre d'extraction par le biais d'un capteur de position placé sur l'organe moteur ou sur un élément mobile dont la position révèle la fermeture de la chambre d'extraction. 2 2792813 Force est de constater que ce type de détection de fermeture présente différents inconvénients. En premier lieu, il n'y a pas d'adaptation de la détection aux variations dimensionnelles éventuelles des pièces constitutives de la machine. Ainsi, en cas de jeu, de variations dimensionnelles dues aux tolérances de fabrication, ou autres, la position fermée optimale de la chambre d'extraction peut évoluer sans que cela soit révélé par un capteur de position. De plus, dans le cas particulier de l'usage de dosettes, celles-ci peuvent également présenter des variations dimensionnelles. En particulier, certaines dosettes comportent un pourtour rigide permettant de renforcer la dosette et de participer à l'étanchéité de la chambre d'extraction pendant l'extraction du café. Le pourtour rigide de telles dosettes peut présenter de grands écarts dimensionnels. Par conséquent, selon l'état actuel de la technique, le serrage de la chambre d'extraction peut ne pas être optimal. Ainsi, la détection de fermeture par un capteur de position peut être déclenchée trop tôt, ce qui arrête prématurément la motorisation. Par ailleurs, la fin du serrage peut être tardive (déclenchement du capteur de position après la position de fermeture optimale), ce qui induit d'éventuelles usures de pièces, un mauvais serrage ou encore une surconsommation d'énergie électrique inutile. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des techniques actuelles sur ce point. L'un de ses premiers buts est de permettre un positionnement parfait des deux parties mobiles composant la chambre d'extraction en position fermée. 3 2792813 Ainsi, l'alignement des bords des parties mobiles sera optimal assurant ainsi une bonne étanchéité et évitant toute usure. Le serrage sera quant à lui également efficace évitant toute fuite et mettant à profit toute la puissance de la motorisation pour la fermeture. De plus, l'arrêt parfait de la motorisation permettra une baisse de la consommation d'énergie de l'alimentation du moteur.10 Enfin, même en cas de fortes variations dimensionnelles des pièces ou des dosettes, une adaptation immédiate du dispositif sera effectuée. La présente invention concerne un dispositif de commande de la fermeture et de l'ouverture de la chambre d'extraction d'une machine à café de type espresso, ladite chambre d'extraction comportant deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre par une motorisation électrique pour ouvrir ou fermer la chambre d'extraction, caractérisé par le fait qu'il présente: - des moyens de mesure de l'intensité du courant d'alimentation de la motorisation au moins pendant la phase de fermeture de la chambre d'extraction; - des moyens de détection une baisse de la dérivée par rapport au temps du courant d'alimentation sous un seuil prédéterminé, permettant de détecter la position fermée optimale pour la chambre d'extraction, afin de stopper le mouvement des parties mobiles lorsque cette position est atteinte. Ce dispositif pourra se présenter sous différents modes de réalisation dont ceux énoncés ci-après: les moyens de mesure présentent: - une résistance électrique de mesure, aux bornes de laquelle la tension VR, est proportionnelle à la valeur du courant d'alimentation de la motorisation, 4 2792813 - un ensemble à amplificateur opérationnel non-inverseur permettant d'amplifier la tension VR aux bornes de la résistance de mesure, afin d'obtenir une grandeur électrique reflétant le courant d'alimentation pour l'exploitation par les moyens de détection. Il comprend un convertisseur analogique-numérique pour la conversion du courant électrique d'alimentation ou de la grandeur électrique le reflétant en une grandeur numérique. Les moyens de détection comprennent un microprocesseur avec une borne d'entrée qui reçoit la grandeur numérique reflétant le courant d'alimentation, et un programme de calcul de la dérivée par rapport au temps dudit courant ou de ladite grandeur électrique. Les moyens de détection comportent au moins une sortie de commande de la motorisation électrique selon la valeur de la dérivée par rapport au temps. Il comporte un capteur de position permettant de détecter la position ouverte de la chambre d'extraction selon la position angulaire de la motorisation ou d'un engrenage de transmission. L'invention concerne également un procédé pour la commande de la fermeture de la chambre d'extraction d'une machine à café de type espresso, ladite chambre d'extraction comportant deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre par une motorisation électrique pour ouvrir ou fermer la chambre d'extraction, ledit procédé pouvant être mis en oeuvre par le dispositif, caractérisé par le fait que - on mesure, au moins pendant la phase de fermeture de la chambre d'extraction, l'intensité du courant d'alimentation de la motorisation, - on détecte une baisse de la dérivée par rapport au temps de l'intensité d'alimentation sous un seuil prédéterminé, pour détecter la position fermée optimale de la chambre d'extraction, afin de stopper le 2792813 mouvement des parties mobiles lorsque cette position est atteinte. Ce procédé comporte les modes préférés de réalisation suivants: On traite l'intensité du courant d'alimentation mesurée afin d'obtenir une grandeur numérique reflétant ladite intensité. On détecte la baisse de la dérivée par rapport au temps de l'intensité d'alimentation en effectuant itérativement les étapes suivantes: - on saisit la valeur de la grandeur numérique à deux instants distants d'un intervalle de temps fixé - on calcule la pente de la droite passant par les deux points définis par leur abscisse temporelle et leur ordonnée de la valeur de la grandeur numérique. On stoppe la motorisation lorsque la pente de la droite passe sous le seuil prédéterminé pendant un nombre prédéterminé d'itérations. Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs. Ils représentent un mode de réalisation préféré selon l'invention. Ils permettront de comprendre aisément l'invention. La figure 1 illustre globalement une chambre d'extraction munie de deux parties mobiles à laquelle peut s'appliquer le dispositif ici présenté. La figure 2 illustre un détail selon la coupe A-A de la figure 1. La figure 3 présente un mode de réalisation d'un schéma électronique intégré dans le dispositif selon l'invention. La figure 4 est un diagramme présentant une suite d'étapes afin de mettre en oeuvre la présente invention. Les machines à café dont la chambre d'extraction 5 comportent deux parties mobiles 3, 4 peuvent présenter différentes conceptions. 6 2792813 Ainsi, un fonctionnement translatif des parties mobiles 3, 4 peut être réalisé pour ouvrir et fermer la chambre d'extraction 5. La figure 1 illustre un autre mode de réalisation particulièrement avantageux o les parties mobiles 3, 4 possèdent une liberté de mouvement en rotation et en translation par le biais d'un axe transversal à excentrique 8 présent sur chaque partie mobile 3, 4. Un système à engrenage 7 permet de transmettre la puissance produite par la motorisation 6 pour entraîner les parties mobiles 3, 4. Selon ce mode de réalisation, la chambre d'extraction 5 peut passer d'une position ouverte en forme de "V" pour l'insertion de la dose de café moulu ou d'une dosette 2 à une position fermée o les deux parties mobiles 3, 4 viennent en contact linéaire et parallèle. L'extraction du café moulu utilisé ou de la dosette 2 usagée pourra s'effectuer par une nouvelle mise en rotation des parties mobiles 3, 4 formant un accent circonflexe. Il est à noter que la position fermée de la chambre 5 nécessite une grande précision pour les raisons précédemment exposées. Cependant, les phases d'ouverture pour l'introduction d'une dosette 2 ou pour l'évacuation ne nécessitent pas une telle précision. La figure 1 présente un groupe d'extraction selon ce fonctionnement. Est également représentée en figure 1, une dosette 2 comportant un pourtour annulaire rigide. Le dispositif selon l'invention présente tout d'abord des moyens de mesure de l'intensité du courant d'alimentation de la motorisation 6. Cette mesure sera au moins effectuée durant la phase de fermeture de la chambre d'extraction 5. 7 2792813 Les moyens de mesure selon l'invention ont pour fonction de récupérer la valeur de l'intensité du courant d'alimentation de la motorisation 6 et éventuellement de traiter le courant d'alimentation pour obtenir une valeur exploitable directement5 par des moyens de détection. En effet, le dispositif selon l'invention comprend également des moyens de détection d'une baisse de la dérivée par rapport au temps du courant d'alimentation sous un seuil prédéterminé. Lors du passage de la position ouverte vers le haut de la chambre d'extraction 5 à la position fermée permettant la lixiviation forcée, la motorisation 6 voit l'intensité de son courant d'alimentation évoluer en fonction du temps. Ainsi, au cours du serrage des deux parties mobiles 3, 4, l'une contre l'autre, un surplus de puissance est demandé au moteur, ce surplus se traduisant par une augmentation importante de l'intensité d'alimentation. Lorsqu'un serrage optimal est intense, on constate une forte baisse de la pente sur la courbe d'évolution du courant d'alimentation par rapport au temps. Cette baisse de la pente peut aller jusqu'à l'annulation de la dérivée avant qu'une phase de descente du courant d'alimentation ne s'opère. Les moyens de détection ici présentés permettent de détecter la progression du courant d'alimentation et surtout de révéler le moment o la croissance de ce courant diminue. Le seuil prédéterminé en dessous duquel on détectera la baisse du courant d'alimentation pourra être fixé par construction. A titre d'exemple, on pourra prévoir une détection pour une pente inférieure à un ou encore pour une pente égale à zéro (annulation de la dérivée temporelle du courant d'alimentation). 8 2792813 Grâce à la détection de cette baisse du courant d'alimentation sous un seuil prédéterminé, on pourra opérer une commande de la motorisation et essentiellement son arrêt dans une position de fermeture de la chambre d'extraction 55 optimale. Selon le mode de réalisation illustré en figure 3, les moyens de mesure pourront présenter un montage électronique au sein duquel sont présents: une résistance électrique référencée R de mesure, - un ensemble référencé 11 à amplificateur opérationnel non inverseur. La résistance R permet, par mesure de la tension VR à ses bornes, d'obtenir une tension proportionnelle au courant d'alimentation de la motorisation 6.15 L'ensemble 11 à amplificateur opérationnel à quant à lui pour fonction d'amplifier suivant un gain prédéterminé, la valeur de tension VR ainsi obtenue. On engendre ainsi une grandeur électrique référencée S en figure 3 en sortie de l'ensemble 11, la grandeur S reflétant le courant d'alimentation et étant exploitable par les moyens de détection. Sont également indiqués en figure 3, l'entrée 12 d'alimentation du moteur immédiatement suivie dans le mode de réalisation illustré par un transformateur et un pont de diode. La commande de puissance de la motorisation 6 est référencée par le repère 13. Dans un mode préféré de réalisation, la grandeur S obtenue en sortie des moyens de mesure subie une transformation analogique numérique. On utilisera pour ce faire, un convertisseur analogique numérique de conception courante. Ainsi, la grandeur électrique S est transformée en une grandeur numérique apte à être utilisée par des moyens situés en aval. 9 2792813 En effet, dans un mode préféré de réalisation, les moyens de détection comprennent un microprocesseur dont une entrée reçoit la grandeur numérique ainsi obtenue. Par ailleurs, les moyens de détection renfermeront un programme de calcul de la dérivée par rapport au temps de la valeur numérique ainsi obtenue reflétant le courant d'alimentation de la motorisation 6. On pourra utiliser un microprocesseur de conception courante. Une fois la détection de la baisse de la dérivée par rapport au temps du courant d'alimentation effectuée, les moyens de détection pourront commander la motorisation électrique 6. Un arrêt de la motorisation sera dans ce cadre effectuée dès le passage de la dérivée en dessous d'une valeur seuil pouvant être par exemple égale à un ou encore égale à zéro (traduisant le sommet de la courbe d'intensité par rapport au temps). Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif pour la commande de la fermeture et de l'ouverture de la chambre d'extraction 5 ici présenté comportera en outre un capteur 10 de position ouverte de la chambre 5. Ce capteur 10 est représenté aux figures 1 et 2. Dans le mode illustré, le capteur 10 est situé au regard de l'un des engrenages 7 transmettant la puissance de la motorisation aux parties mobiles 3, 4. Lorsqu'une certaine position angulaire de l'engrenage est atteinte, le capteur de position est activé et permet de détecter la position ouverte de la chambre 5. Un capteur de conception courante pour la détection de la position pourra être utilisé. On décrit ci-après les étapes de fonctionnement du dispositif selon l'invention et du procédé. 2792813 De façon courante, le groupe 1 part d'une position o la chambre d'extraction 5 est ouverte. L'ouverture permet l'introduction du café moulu ou d'une dosette 2. Un mode de réalisation est illustré dans ce cadre en figure 1. Par la suite, l'utilisateur pourra commander manuellement le déclenchement de l'appareil. Ce déclenchement engendre une mise en route de la motorisation 6 et un déplacement progressif des parties mobiles 3, 4 qui tendent à se rapprocher l'une de l'autre. Au bout d'un certain temps, les parties mobiles 3, 4 viennent en contact progressif ce qui est révélé par une augmentation du courant d'alimentation de la motorisation. A l'aboutissement de cette phase, un serrage optimal intervient correspondant à l'obtention d'une puissance maximale du moteur révélé par une annulation de la dérivée du courant d'alimentation ou pour le moins par une baisse sensible de la pente du courant d'alimentation par rapport au temps. Par mesure du courant d'alimentation (par le biais des moyens de mesure), on récupère l'évolution temporelle du courant. Par le biais des moyens de détection, cette évolution est traitée afin de détecter une baisse de la pente en dessous d'un seuil prédéterminé. Les étapes correspondantes à cette phase de détection sont illustrées dans un mode de réalisation à la figure 4. Ces étapes sont sensiblement les suivantes: - remise à zéro de la valeur du courant et de la pente (réinitialisation avant l'exploitation des valeurs de courant d'alimentation mesurées), - utilisation d'un compteur permettant de compter le nombre d'itérations de calcul effectuées. Au début de cycle, mise à zéro de compteur, 1il 2792813 - dans le cadre d'un calcul itératif bouclé, transfert de la dernière valeur du courant d'alimentation mesurée (nouvelle valeur) en la valeur dite ancienne valeur, - attente durant une certaine durée de temporisation. Selon l'exemple, la durée de temporisation est de 10 ms. - intégration dans les moyens de détection d'une nouvelle valeur mesurée du courant d'alimentation, - corrections éventuelles par moyenne arithmétique de la nouvelle valeur, - calcul de la pente de la courbe du courant d'alimentation en fonction du temps en utilisant les deux valeurs en mémoire (nouvelle valeur et ancienne valeur) espacées par un intervalle de temps de temporisation prédéterminée (ici de 10 ms). Eventuellement, une correction par moyenne arithmétique peut être effectuée comme dans le cas illustré en figure 4, - si la pente mesurée est supérieure à un seuil déterminé (selon l'exemple illustré en figure 4, le seuil est 1), le calcul itératif se poursuit. - Dans le cas représenté en figure 4, on effectue un nombre d'itérations déterminé durant lesquelles une pente en dessous du seuil prédéterminé est détectée afin de s'assurer du caractère continu et réel de la baisse détectée. - si la baisse n'est pas détectée en dessous du seuil prédéterminé, le calcul se poursuit et le compteur d'itérations est remis à zéro. - Ces étapes de calcul peuvent être réalisées au sein du microprocesseur que comportent les moyens de détection. Ces calculs seront postérieurs à la mesure des moyens de mesure permettant d'injecter aux moyens de détection la valeur du courant d'alimentation ou une valeur 12 2792813 reflétant l'évolution de ce courant d'alimentation. En particulier, un traitement préalable de l'intensité du courant d'alimentation mesurée permettra d'obtenir une grandeur numérique la reflétant. 13 2792813 REFERENCES 1. Groupe 2. Dosette 3. Partie mobile 4. Partie mobile 5. Chambre d'extraction 6. Motorisation 7. Engrenage 8. Axe à excentrique 9. Guide 10. Capteur 11. Ensemble à amplificateur opérationnel 12. Alimentation 13. Commande motorisation S. Grandeur analogique R. Résistance électrique VR. Tension aux bornes de la résistance R REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de la fermeture et de l'ouverture de la chambre d'extraction (5) d'une machine à café de type espresso, ladite chambre d'extraction (5) comportant deux parties mobiles (3, 4) l'une par rapport à l'autre par une motorisation (6) électrique pour ouvrir ou fermer la chambre d'extraction (5), caractérisé par le fait qu'il présente: - des moyens de mesure de l'intensité du courant d'alimentation de la motorisation (6) au moins pendant la phase de fermeture de la chambre d'extraction (5); - des moyens de détection d'une baisse de la dérivée par rapport au temps du courant d'alimentation sous un seuil prédéterminé, permettant de détecter la position fermée optimale pour la chambre d'extraction (5), afin de stopper le mouvement des parties mobiles (3, 4) lorsque cette position est atteinte. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les moyens de mesure présentent: - une résistance électrique (R) de mesure aux bornes de laquelle la tension VR est proportionnelle à la valeur du courant d'alimentation de la motorisation (6), - un ensemble (11) à amplificateur opérationnel non inverseur permettant d'amplifier la tension VR aux bornes de la résistance de mesure (R), afin d'obtenir une grandeur électrique (S) reflétant le courant d'alimentation pour l'exploitation par les moyens de détection. 3. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'il comprend: un convertisseur analogique-numérique pour la conversion du courant électrique d'alimentation ou de la grandeur électrique (S) le reflétant en une grandeur numérique. 4. Dispositif de commande selon la revendication 3 caractérisé par le fait que les moyens de détection comprennent un microprocesseur avec une borne d'entrée qui reçoit la grandeur numérique reflétant le courant d'alimentation, et un programme de calcul de la dérivée par rapport au temps dudit courant ou de ladite grandeur électrique. 5. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 ou 4 caractérisé par le fait que les moyens de détection comportent au moins une sortie de commande de la motorisation électrique (6) selon la valeur de la dérivée par rapport au temps. 6. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur de position (10) permettant de détecter la position ouverte de la chambre d'extraction (5) selon la position angulaire de la motorisation (6) ou d'un engrenage de transmission (7). 7. Procédé pour la commande de la fermeture de la chambre d'extraction (5) d'une machine à café de type espresso, ladite chambre d'extraction (5) comportant deux parties mobiles (3, 4) l'une par rapport à l'autre par une motorisation électrique (6) pour ouvrir ou fermer la chambre d'extraction (5), ledit procédé pouvant être mis en euvre par le dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que - on mesure, au moins pendant la phase de fermeture de la chambre d'extraction (5), l'intensité du courant d'alimentation de la motorisation (6), - on détecte une baisse de la dérivée par rapport au temps de l'intensité d'alimentation sous un seuil prédéterminé, pour détecter la position fermée optimale de la chambre d'extraction (5), afin de stopper le mouvement des parties mobiles (3, 4) lorsque cette position est atteinte. 8. Procédé pour la commande de la fermeture de la chambre d'extraction (5) d'une machine à café de type espresso selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on traite l'intensité du courant d'alimentation mesurée afin d'obtenir une grandeur numérique reflétant ladite intensité. 9. Procédé pour la commande de la fermeture de la chambre d'extraction (5) d'une machine à café de type espresso selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'on détecte la baisse de la dérivée par rapport au temps de l'intensité d'alimentation en effectuant itérativement les étapes suivantes: - on saisit la valeur de la grandeur numérique à deux instants distants d'un intervalle de temps fixé - on calcule la pente de la droite passant par les deux points définis par leur abscisse temporelle et leur ordonnée de la valeur de la grandeur numérique. 10. Procédé pour la commande de la fermeture de la chambre d'extraction (5) d'une machine à café de type espresso selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'on stoppe la motorisation (6) lorsque la pente de la droite passe sous le seuil prédéterminé pendant un nombre prédéterminé d'itérations.