Brevet FR2820901A1 — publié le 20020816

Procédé de détection de la vitesse de blocage à couple constant d'un moteur électrique à courant continu La présente invention concerne un procédé de détection de la vitesse de blocage à couple constant d'un moteur électrique à courant continu. La détection d'un tel blocage trouve sa raison d'être dans de multiples applications, un exemple étant par exemple constitué dans les systèmes de climatisation utilisés dans l'automobile. Dans ces systèmes, on utilise de plus en plus des moteurs à courant continu eVou des moteurs pas à pas pour actionner les volets de distribution de l'air. Pour piloter correctement un volet, on fait fonctionner le moteur de manière à le déplacer vers une butée, puis vers la butée opposée, afin d'évaluer sa course angulaire. Il faut par conséquent disposer d'un dispositif de détection de butée fiable et suffisamment précis, permettant d'appliquer une valeur de couple nécessaire et suffisante pour ne pas détériorer le volet. Dans le fonctionnement général d'un système de climatisation, la position du levier du moteur et le débattement possible sont en effet des données importantes pour assurer le pilotage de l'ensemble. Ce pilotage est notamment assuré par une unité centrale électronique qui gère d'une part le fonctionnement des différents actionneurs des volets, et d'autre part des périphériques divers constitués par les organes de réglage de la climatisation à la disposition de l'utilisateur, éventuellement des capteurs, etc... Les dispositifs de détection de butée actuels utilisent des technologies et des procédés divers, dont les plus courants sont sommairement expliqués ci-après. Il est par exemple possible de faire tourner le moteur selon une course angulaire plus importante que le débattement maximal du volet, afin de garantir son étanchéité quelles que soient les tolérances de fabrication eVou d'utilisation. Une telle méthode est économique, mais elle provoque des nuisances sonores occasionnées par l'impact sur les butées. Elle présente de plus un inconvénient majeur en ce sens qu'un rebond sur la butée est possible, susceptible de fausser la mesure. Selon une autre possibilité, par exemple appliquée à des systèmes basés sur des moteurs pas à pas, on procède à la détection des butées en contrôlant la variation du courant. Au titre des avantages, cette solution ne nécessite pas l'utilisation de capteurs de position. En revanche, au chapitre des inconvénients, on retiendra qu'elle présente de multiples difficultés de mise au point, et que sa fiabilité est altérée par une possible dérive des mesures en fonction de la température, de la tension d'alimentation ou des tolérances de fabrication des bobines. De plus, un tel système est difficilement adaptable sur d'autres moteurs que les moteurs pas à pas, et il nécessite de surcroît l'utilisation d'une résistance de mesure en série avec les bobines, dont les variations sont également susceptibles d'obérer la précision et la fiabilité de la détection. Enfin, cette solution ne peut fonctionner qu'avec un convertisseur analogique/ numérique sur le module de pilotage, ce qui rajoute un composant et augmente le prix de revient de l'ensemble. Parmi les autres solutions utilisées jusqu'ici, on relève également un procédé basé sur le comptage des commutations électriques des balais sur le collecteur des moteurs à courant continu. Une telle solution présente l'avantage d'être très économique, mais elle est difficile à mettre au point. Enfin, la solution qui se rapproche le plus de celle qui est présentée dans l'invention utilise un capteur de position en sortie du moteur. Elle est par conséquent adaptable à tous les types de moteurs, mais elle souffre d'une tenue insuffisante en température et en endurance, et il existe un hystérésis qui peut altérer la précision de la détection. Le procédé de détection selon la présente invention, qui permet de détecter la vitesse de blocage à couple constant d'un moteur électrique à courant continu coopérant avec au moins un capteur de position, s'affranchit dans une large mesure des inconvénients précités. Cette méthode repose sur l'utilisation des courbes caractéristiques de la vitesse en fonction du couple résistant, courbes qui sont linéaires, de pente connue, et homothétiques en fonction de la tension d'alimentation du moteur. Ces courbes étant connues, elles permettent d'obtenir, en analysant la vitesse du moteur, une image du couple en sortie. Lorsque la vitesse approche de zéro, cela signifie que le moteur arrive sur une butée : le couple résistant est alors élevé. Si l'on désire contrôler ce couple, il faut déterminer précisément une diminution de vitesse de seuil à partir de laquelle il faut arrêter le moteur lorsque celui-ci ralentit. Le procédé de l'invention se caractérise à titre essentiel en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - comptage de n pas après démarrage du moteur ; - mémorisation de la durée minimale Tn de la période du n'e pas, dont la valeur constitue une adresse électronique dans des moyens de stockage d'une table des durées des périodes correspondant aux vitesses de détection du blocage du moteur en fonction de la tension d'alimentation ; -lecture de la valeur correspondant à la vitesse de détection de blocage stockée à ladite adresse ; - mémorisation de ladite valeur ; - mesure en continu de la durée T de la période des pas, correspondant à la vitesse en sortie du moteur ; - comparaison en continu de ladite valeur de durée stockée avec la valeur T mesurée en sortie du moteur ; et - envoi d'un signal d'arrêt à l'unité de commande du moteur si la valeur T est supérieure ou égale à la valeur stockée. L'un des avantages qu'apporte cette solution résulte notamment de l'utilisation de la notion de couple constant : on peut ainsi sélectionner le couple maximum pour ne pas endommager l'unité de climatisation. En effet, dans certains des procédés de l'art antérieur, il est nécessaire de renforcer la butée, car il peut y avoir exercice d'une pression correspondant à un couple de 200 N. cm lorsque le volet arrive en butée. Pour cela, dans le procédé de l'invention, on mesure la vitesse maximale atteinte par le moteur pendant les premiers pas. Comme la décroissance de la vitesse en fonction du couple résistant est constante quelle que soit la tension, on définit préalablement une diminution de la vitesse au-dessus de laquelle on déclenchera l'arrêt du moteur. Cela veut dire que, quelle que soit la tension et la vitesse maximale du moteur, atteinte au démarrage (différente suivant les frottements présents sur le volet), le moteur sera toujours arrêté après la même diminution de vitesse et donc à couple constant. De manière pratique, on stocke en fait dans une table différentes vitesses d'arrêt en fonction des vitesses maximales atteintes au démarrage. La nécessité du comptage de n pas après démarrage du moteur s'explique par le fait qu'il existe inévitablement un jeu mécanique dans les engrenages du réducteur, et qu'il n'y a donc pas nécessairement de charge en sortie du moteur pendant un certain nombre de pas après son démarrage. En d'autres termes, le moteur tourne à vide pendant quelques pas, avant absorption du jeu. Le comptage de n pas permet d'obtenir la vitesse maximale du moteur avant d'atteindre la vitesse en charge nominale. Lorsque la mémorisation de la valeur de vitesse de détection du blocage correspondant à la courbe de fonctionnement du moteur est réalisée après lecture de la table, on procède à une comparaison continue de cette valeur avec la vitesse instantanée mesurée en sortie du moteur. Si cette comparaison devient négative, c'est-à-dire si la vitesse instantanée passe au-dessous de la vitesse de détection mémorisée, on sait très précisément que la butée est atteinte, et que le blocage du volet en butée est réalisé. Un signal est alors envoyé à l'unité de commande du moteur. Les impulsions permettant le comptage initial de n pas sont fournies par le signal de sortie du capteur de position, et la remise à zéro du comptage est couplée à la tension d'alimentation du moteur. Le capteur de position envoie des signaux reflétant la périodicité des pas. De préférence, la mesure en continu de la durée de la période des pas est assurée par la mesure de la période du signal provenant du capteur de positon, la remise à zéro du comptage étant réalisée à chaque impulsion issue dudit capteur de position. Cette mesure est réalisée au moyen d'un compteur classique, dont l'une des entrées est alimentée par une horloge, alors que l'entrée de remise à zéro provient directement du signal de position issu du capteur. La mémorisation de la durée Tn et de la valeur issue de la table de stockage des vitesses de détection de blocage est activée dès que le nombre de pas après démarrage du moteur atteint la valeur n. on se situe alors dans une phase de fonctionnement adéquate du moteur, en vitesse maximale qui permet de déterminer la courbe appropriée et donc la valeur de la vitesse de détection de blocage. De préférence, les moyens de stockage de la table des valeurs correspondant aux vitesses de détection de blocage sont constitués d'une mémoire de type ROM, EPROM, EEPROM ou équivalent. Comme on l'a déjà indiqué, le nombre de pas après démarrage du moteur dépend du jeu des engrenages du réducteur disposé en sortie du moteur, et est en général au moins égal à 30. Dans l'exemple qui sera décrit en détail ultérieurement, cette valeur a été choisie égale à 32. Le procédé de l'invention s'applique particulièrement bien lorsque le moteur est un moteur à courant continu sans balai auto-piloté, muni d'un capteur de position à effet Hall. D'une manière générale, le procédé de détection de blocage à couple constant de l'invention présente les avantages suivants : - il assure un couple de blocage constant en sortie du moteur pour ne pas détériorer le volet ; -il évite les rebonds et le bruit des volets sur les butées ; -la détection du blocage avec un capteur de position permet d'adapter le système sur tous les types de moteur, car l'information de la position n'est pas liée à une mesure de courant ; -ce type de détection de blocage permet de s'affranchir des variations de tension de fonctionnement ; et -il permet de réduire les efforts mécaniques et par conséquent les coûts dus au réducteur du moteur et aux volets du bloc de climatisation. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence à l'unique figure annexée, qui présente un schéma explicatif de la détection de blocage à couple constant d'un moteur à courant continu sans balai auto-piloté. L'exemple qui fait l'objet de la figure est une application du système décrit de manière générale ci-dessus. Le procédé est principalement mis en oeuvre à l'aide d'un montage électronique, qui peut être réalisé en plusieurs composants séparés ou intégrés dans un microcontrôleur de type ASIC. Le moteur (1), en l'occurrence biphasé, peut par exemple être un moteur pas à pas autopiloté de manière à fonctionner comme un moteur à courant continu sans balai. Il fonctionne à l'aide d'un seul capteur (2) à effet Hall, et non pas de deux capteurs bien qu'il y ait deux phases bifilaires, du fait de l'existence d'un déphaseur (3) produisant un déphasage de lu/2, et qui permet de générer de manière optimale et autonome les quatre phases des quatre bobines (a, b, c, d) de l'actionneur, suivant un dispositif d'autopilotage qui fait notamment l'objet du brevet français FR 0003988 du même déposant. Le capteur à effet Hall (2) qui permet d'autopiloter le moteur (1) sert en outre de signal d'horloge à un compteur (4) prévu pour compter les pas de rotation du moteur (1). Ce compteur (4) est lui-même remis à zéro en liaison avec l'alimentation du moteur (1), via la liaison (5) connectée à la tension d'alimentation de celui-ci. Le signal issu du capteur (2) permet également la remise à zéro d'un compteur (6), qui effectue un comptage des signaux d'horloge émis par une horloge (7) incrémentant le comptage. La mise à zéro du compteur (6) permet la mesure de la période des pas, et donc de la vitesse de rotation du moteur (1). Un comparateur (8) compare d'une part le signal issu du compteur (4) et d'autre part une valeur précise du nombre de pas, fixée en fonction du moteur et des conditions mécaniques de son utilisation, et qui est stockée en (9). On sait que la vitesse du moteur est maximale après rotation de ce nombre de pas. En l'occurrence, dans l'exemple décrit, la valeur de ce nombre est égale à 32, ici exprimée en hexadécimal. Lorsque cette valeur est atteinte dans le compteur (4), le comparateur (8) valide le signal de mémorisation des mémoires tampons (10,11) et le signal de lecture de la ROM (12), permettant respectivement la mémorisation de la durée du noème pas présent en sortie du compteur (6), et de la valeur correspondant à la vitesse de détection du blocage, stockée dans la ROM (12) à l'adresse mémorisée en (10), et accessible en lecture du fait de l'égalité constatée dans le comparateur (8). La valeur stockée dans la mémoire tampon (11) subit un test de comparaison dans le comparateur (13), dont l'autre entrée est reliée à la sortie du compteur (6). Ce circuit réalise une comparaison en continu de la durée courante T de la période des pas avec la valeur correspondant à la vitesse de blocage. Lorsque cette durée courante T devient égale ou supérieure à la valeur issue de la mémoire, ce qui signifie que la vitesse du moteur devient inférieure à la vitesse de détection de blocage, un signal (14) est envoyé vers l'unité de commande du moteur (1). Le changement d'état en sortie du comparateur (13) marque en fait la détection du blocage du moteur. La description ci-dessus ne constitue bien entendu qu'un exemple possible de mise en oeuvre du procédé de l'invention, ledit exemple ne pouvant être considéré comme exhaustif de l'invention. Celle-ci englobe au contraire toutes les variantes de configurations et de mises en oeuvre qui sont à la portée de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection de la vitesse de blocage à couple constant d'un moteur (1) électrique pas à pas à courant continu coopérant avec au moins un capteur de position (2), dont les courbes caractéristiques de la vitesse en fonction du couple résistant sont linéaires, de pente connue, et homothétiques suivant la tension d'alimentation du moteur (1), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - comptage de n pas après démarrage du moteur (1) ; - mémorisation de la durée Tn de la période du n'ère pas, dont la valeur constitue une adresse dans des moyens de stockage (12) d'une table des durées des périodes correspondant a ux vitesses de détection du blocage du moteur (1) en fonction de la tension d'alimentation ; - lecture de la valeur correspondant à la vitesse de détection de blocage stockée à ladite adresse ; - mémorisation de ladite valeur ; - mesure en continu de la durée T de la période des pas, correspondant à la vitesse en sortie du moteur (1) ; - comparaison en continu de ladite valeur de durée stockée avec la valeur T mesurée en sortie du moteur (1) ; et - envoi d'un signal d'arrêt à l'unité de commande du moteur (1) si la valeur T est supérieure ou égale à la valeur stockée. 2. Procédé de détection de la vitesse de blocage d'un moteur (1) électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les impulsions de comptage sont foumies par le signal de sortie du capteur de position (2), et la remise à zéro du comptage est couplée à l'alimentation du moteur (1). 3. Procédé de détection de la vitesse de blocage d'un moteur (1) électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure en continu de la durée de période des pas est assurée par la mesure de la période du signal provenant du capteur de position (2), la remise à zéro du comptage étant réalisée à chaque impulsion issue dudit capteur de position (2). 4. Procédé de détection de la vitesse de blocage d'un moteur (1) électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mémorisation de la durée Tn et de la valeur correspondant à la vitesse de détection de blocage mémorisée dans les moyens de stockage (12) est activée dès que le nombre de pas après démarrage du moteur atteint la valeur n. 5. Procédé de détection de la vitesse de blocage d'un moteur (1) électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de stockage de la table des valeurs correspondant aux vitesses de détection de blocage sont constitués d'une mémoire (12) de type ROM, EPROM, EEPROM ou équivalent. 6. Procédé de détection de la vitesse de blocage d'un moteur (1) électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de pas après démarrage du moteur dépend du jeu des engrenages du réducteur disposé en sortie du moteur (1), et est au moins égal à30. 7. Procédé de détection de la vitesse de blocage d'un moteur (1) électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (1) est un moteur à courant continu sans balai autopiloté. 8. Procédé de détection de la vitesse de blocage d'un moteur (1) électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le capteur de position (2) est un capteur à effet Hall.