Brevet FR2846783A1 — publié le 20040507

La présente invention se rapporte à une méthode de pilotage d'un actionneur esclave en fonction d'un actionneur maître dans un appareil électrique interrupteur, en particulier dans un relais, un contacteur, un contacteurdisjoncteur, un commutateur ou autres. L'invention concerne également un dispositif de pilotage et de régulation des 5 mouvements d'un actionneur esclave ne comportant pas de liaison mécanique avec un actionneur maître. Les appareils électriques interrupteurs, notamment du type relais, contacteur ou contacteur-disjoncteur, disposent de façon connue d'un actionneur principal maître 10 lié à des contacts principaux et constitué par exemple d'un électroaimant comprenant une partie fixe et une partie mobile, celle-ci étant commandée par une bobine d'excitation dans lequel circule un courant électrique de commande. La partie mobile se déplace entre une position ouverte et une position fermée permettant l'ouverture et la fermeture des contacts principaux. L'actionneur principal peut ainsi alimenter ou 15 couper une charge électrique reliée en aval de l'appareil interrupteur. Dans d'autres appareils interrupteurs connus, notamment du type commutateur ou bouton-poussoir, la partie mobile de l'actionneur principal peut être commutée manuellement entre la position ouverte et/ou la position fermée. Ces appareils interrupteurs disposent parfois en outre d'un ou plusieurs 20 actionneurs auxiliaires, appelés aussi blocs contacts auxiliaires, permettant de réaliser différentes fonctions de base comme des automaintiens, des asservissements, des verrouillages, des couplages, de la signalisation, etc... Ils peuvent être instantanés ou temporisés. Ces actionneurs auxiliaires sont dits esclaves parce que leur déplacement est toujours asservi au déplacement de l'actionneur principal, appelé maître, de façon 25 à reproduire fidèlement l'état de celui-ci. Un actionneur esclave comporte un élément mobile portant les contacts auxiliaires mobiles. Cet élément mobile permet d'ouvrir et de fermer les contacts auxiliaires en fonction de la position des contacts principaux. Pour cela, dans les solutions habituellement connues, l'élément mobile d'un actionneur esclave est entraîné mécaniquement par la partie mobile de l'actionneur principal. Cependant, cet asservissement mécanique comporte divers inconvénients. Tout d'abord, les actionneurs esclaves étant optionnels, ils doivent pouvoir se connecter et se déconnecter aisément de l'actionneur maître. Cela impose des contraintes mécaniques à prévoir lors de la conception et de la construction de l'appareil interrupteur pour permettre une liaison mécanique facile à réaliser mais 35 fiable, par exemple soit sur le devant de l'appareil, soit sur les côtés. De plus, le nombre d'actionneurs esclaves raccordables à un actionneur maître est souvent limité pour des problèmes d'encombrement ou des problèmes de solidité de la liaison mécanique. L'actionneur maître doit aussi être suffisamment puissant pour être capable d'entraîner mécaniquement non seulement sa propre partie mobile mais 5 également les éléments mobiles du ou des actionneurs esclaves associés. La mise en place d'un nombre variable d'actionneurs esclaves risque alors de modifier la dynamique de l'actionneur maître, modifiant ainsi ses performances globales. Par ailleurs, dans cette configuration habituelle, le ou les actionneurs esclaves sont forcément placés à proximité directe de l'actionneur maître et ne sont donc pas 10 déportables. Enfin, comme le ou les actionneurs esclaves doivent avoir une forme adaptée à l'actionneur maître, il est fréquent qu'un changement de calibre de l'actionneur maître en vue de couvrir une large gamme de puissance, entraîne aussi un changement des actionneurs esclaves associables, ce qui engendre une multiplicité importante de produits différents et donc des problèmes de fabrication, de stockage, 15 de compatibilité et de facilité d'emploi pour les utilisateurs, etc... C'est pourquoi l'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en supprimant, dans un appareil électrique interrupteur, la liaison mécanique assurant la transmission de la commande de l'actionneur maître vers un ou plusieurs actionneurs esclaves 20 associés. La méthode et le dispositif décrits dans l'invention permettent avantageusement de prendre en compte tout aléa dans le déplacement de la partie mobile de l'actionneur maître, tel qu'un blocage mécanique, une modification de vitesse et/ou de course de déplacement, afin d'assurer un bon asservissement entre les contacts auxiliaires du(des) actionneur(s) esclave(s) et les contacts principaux de 25 l'actionneur maître. Pour cela, l'invention propose une méthode de pilotage d'actionneur esclave pour un appareil électrique interrupteur comprenant un actionneur maître doté d'une partie mobile liée à des contacts principaux et au moins un actionneur électromagnétique esclave doté d'un élément mobile lié à des contacts auxiliaires. La 30 méthode comporte une phase de détermination de la position de la partie mobile de l'actionneur maître, une phase de transmission d'un signal représentatif de ladite position vers une unité de pilotage de l'actionneur esclave, et une phase de génération par l'unité de pilotage d'un ordre de pilotage de l'élément mobile de l'actionneur esclave en fonction dudit signal. Selon une caractéristique, la détermination de la position de la partie mobile de l'actionneur maître est soit réalisée à l'aide d'un capteur de position, soit calculée dans une unité de traitement de l'appareil interrupteur à partir d'une mesure de la tension et du courant circulant dans une bobine d'excitation de l'actionneur maître, 5 cette dernière solution permettant avantageusement d'éviter l'utilisation d'un capteur de position. Selon une autre caractéristique, la méthode de pilotage peut comporter en outre une phase de régulation de la position de l'élément mobile par l'unité de pilotage durant laquelle on détermine la position de l'élément mobile de l'actionneur esclave et 10 on régule l'ordre de pilotage, en fonction de ladite mesure de position de l'élément mobile, de façon à améliorer le positionnement de l'élément mobile. L'invention propose aussi un dispositif de pilotage pour mettre en oeuvre cette méthode. Le dispositif de pilotage comprend des moyens de détermination de la 15 position de la partie mobile de l'actionneur maître, des moyens de transmission d'un signal représentatif de ladite position vers l'unité de pilotage, et des moyens de génération par l'unité de pilotage d'un ordre de pilotage de l'élément mobile de l'actionneur esclave en fonction dudit signal. Selon une caractéristique, l'actionneur esclave est par exemple un actionneur 20 de type Voice-coil, de type moteur brushless, de type moteur pas à pas ou de type moteur linéaire, dont les temps de réponse permettent d'atteindre les performances voulues. Enfin, l'invention propose un appareil électrique interrupteur comprenant un 25 actionneur maître et un ou plusieurs actionneurs électromagnétiques esclaves et comportant un tel dispositif de commande permettant d'asservir les mouvements du ou des actionneurs esclaves aux mouvements de l'actionneur maître, en remplaçant la liaison mécanique habituelle existant entre actionneur maître et actionneur(s) esclave(s), de telle sorte que certains actionneurs esclaves peuvent être distants de 30 'actionneur maître. Cette invention trouvera une première application dans la commande de blocs de contacts auxiliaires d'un même appareil électrique interrupteur. D'autres applications sont également proposées, en particulier la commande de plusieurs appareils interrupteurs séparés asservis entre eux, de manière à réaliser des fonctions telles que la commande d'inverseur, le démarrage étoile-triangle de moteur ou autre. Grâce à l'invention, les actionneurs esclaves n'ayant plus de liaison 5 mécanique avec l'actionneur maître de l'appareil interrupteur, ils deviennent compatibles avec des appareils de dimension et de calibre différents. Le nombre de blocs contacts auxiliaires associés à un même appareil n'a plus d'influence sur les performances et la dynamique de 'actionneur maître de l'appareil. De plus, certains blocs de contacts auxiliaires peuvent être facilement déportés à une distance 10 importante de l'appareil sans modification des performances. De même, plusieurs appareils interrupteurs séparés asservis entre eux grâce à l'invention ne sont pas forcément placés à proximité les unes des autres. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description 15 détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma fonctionnel d'un dispositif de pilotage conforme à l'invention, - la figure 2 schématise un autre exemple de dispositif de pilotage conforme 20 à l'invention. En référence aux figures 1 et 2, un appareil électrique interrupteur comprend un actionneur maître doté d'une partie fixe 15, telle qu'une culasse fixe, coopérant avec une partie mobile 10, telle q'une armature mobile. La partie mobile 10 se déplace entre une position ouverte et une position fermée et porte directement ou 25 indirectement un ou plusieurs contacts principaux mobiles, non représentés sur les figures. Lorsque la partie mobile est par exemple en position fermée, les contacts principaux mobiles sont plaqués contre des contacts principaux fixes correspondants de l'appareil interrupteur permettant ainsi le passage d'un courant électrique principal, dans les différents pôles de l'appareil. Inversement, quand la partie mobile est en 30 position ouverte, les contacts mobiles sont séparés des contacts fixes, de façon à couper le passage du courant électrique principal. Dans un appareil du type relais, contacteur ou contacteur-disjoncteur, l'actionneur maître est un électroaimant. La partie mobile 10 de l'actionneur maître est dans ce cas en matériau magnétique et peut se déplacer sous l'action d'une bobine d'excitation électromagnétique 13 35 parcourue par un courant électrique d'excitation, continu ou alternatif, et éventuellement sous l'action d'un ressort de rappel. Un tel appareil est chargé d'alimenter et de couper une charge électrique connectée en aval, comme un moteur électrique. Dans un appareil interrupteur du type commutateur ou bouton-poussoir, la partie mobile 10 peut se déplacer sous l'action d'une commande manuelle et éventuellement d'un ressort de rappel. L'appareil interrupteur comprend également au moins un actionneur esclave, tel qu'un bloc de contacts auxiliaires. Dans les figures 1 et 2, un seul actionneur esclave est représenté. Il est doté d'un élément fixe 25 coopérant avec un élément mobile 20. L'élément mobile 20 est lié directement ou indirectement avec un ou 10 plusieurs contacts auxiliaires mobiles, non schématisés sur les figures, et se déplace entre une position ouverte et une position fermée. Lorsque l'élément mobile est en position fermée, par exemple, les contacts auxiliaires mobiles sont plaqués contre des contacts auxiliaires fixes. Inversement, quand l'élément mobile est en position ouverte, les contacts mobiles sont séparés des contacts fixes. Il existe différents types connus 15 de blocs contacts auxiliaires, tel que contacts à fermeture (ou Normally Open), à ouverture (ou Normally Closed), contacts temporisés, etc... L'actionneur esclave comporte également une unité de pilotage 22 électronique qui comporte des moyens de génération d'un ordre de pilotage 26 envoyé à l'élément mobile 20, permettant le déplacement de cet élément mobile 20 par rapport à l'élément fixe 25. Selon un mode de réalisation préféré, l'actionneur esclave est un actionneur de type Voice-coil avec une bobine mobile 20 parcourue par un courant de commande 26 émis par l'unité de pilotage 22. La bobine mobile 20 est associée à un support fixe 25 incorporant un aimant permanent et un noyau en matériau magnétique. L'intensité et le sens du courant de commande 26 circulant la bobine mobile 20 permettent de 25 fixer la vitesse et le sens du déplacement de la bobine 20 par rapport au support fixe 25. Un actionneur linéaire de type Voice-coil est particulièrement adapté pour de telles applications de contrôle commande: course, effort et accélération importants, temps de réponse court, simplicité de la commande (régulation). Cependant, dans d'autres modes de réalisation équivalents, l'actionneur esclave pourrait être aussi un moteur de 30 type brushless, un moteur pas à pas, un moteur linéaire, etc... Dans une première phase de détermination de position, le dispositif de pilotage comprend des moyens de détermination de la position de la partie mobile de l'actionneur maître. Selon une première variante représentée en figure 1, ces moyens 35 de détermination comportent un capteur 11 capable de mesurer en temps réel la position de la partie mobile 10 et de fournir un signal 5 représentatif de cette position. Différents types de capteurs connus sont envisageables, tels que capteur à effet Hall, capteur magnéto-résistif, capteur à courant de Foucault ou autres. Selon une seconde variante préférée représentée en figure 2, les moyens de détermination ne comportent pas de capteur de position mais comportent une unité de traitement 12 dans l'appareil interrupteur. Cette unité de traitement 12 comprend par exemple un microcontrôleur ou microprocesseur, notamment un processeur de type DSP, et peut être implantée dans un circuit intégré, par exemple dans un composant 10 ASIC, monté sur un circuit imprimé à l'intérieur de l'appareil interrupteur. L'actionneur maître est dans ce cas un électroaimant et l'unité de traitement 12 dispose de moyens classiques de mesure de la tension U aux bornes de la bobine d'excitation 13 et de mesure de l'intensité du courant d'excitation I circulant dans la bobine 13. A partir des valeurs mesurées de la tension U et du courant 1, après numérisation et 15 échantillonnage, l'unité de traitement 12 de l'appareil interrupteur est capable de calculer à tout instant l'inductance H de la bobine d'excitation 13 et d'en déduire ensuite par calcul la position en temps réel de la partie mobile 10 de l'actionneur maître par rapport à la partie fixe 15, selon un procédé décrit dans le document de l'application FR 02 00952. Une fréquence d'échantillonnage de l'ordre de 20 KHz ou 20 plus donne des résultats satisfaisants dans le cadre de cette invention. Avec d'autres variantes envisageables, l'unité de traitement 12 pourrait calculer d'autres grandeurs, comme par exemple le flux bobine, qui lui permettraient également de déterminer la position de la partie mobile 10 de l'actionneur maître. Ainsi, les moyens de détermination fournissent un signal électrique 5 représentatif de la position de la partie mobile 10 de l'actionneur maître, soit par une mesure directe, soit par calcul, suivant la variante choisie. Durant une phase de transmission, ce signal électrique 5 est ensuite transmis vers l'unité de pilotage 22 de chaque actionneur esclave associé à l'actionneur maître par des moyens de 30 transmission. Dans une première alternative, les moyens de transmission comportent une simple liaison électrique entre les moyens de détermination et l'unité de pilotage 22. Dans une seconde alternative, d'autres supports de liaison peuvent être utilisés pour transmettre le signal 5, comme par exemple une liaison par fibre optique, une liaison sans fil utilisant le protocole Bluetooth ou autre. On peut alors utiliser une paire de convertisseurs permettant de transformer la technologie d'acheminement du signal 5 (par exemple: convertisseur électrique/optique à une extrémité de la liaison puis convertisseur optique/électrique à l'autre extrémité). Une liaison de type optique 5 permet d'éviter d'éventuels risques de perturbations électromagnétiques du signal 5 sur de longues distances. Une liaison sans fil permet de déporter facilement le ou les actionneurs esclaves de l'actionneur maître. Grâce à l'invention, les moyens de transmission du signal 5 remplacent avantageusement les habituels moyens de liaison mécaniques existant entre 10 actionneur maître et actionneur(s) esclave(s), tout en conservant un temps de réponse satisfaisant entre l'apparition d'un mouvement effectué par la partie mobile 10 de l'actionneur maître et sa reproduction par l'élément mobile 20 de l'actionneur esclave. Une fois transmis, le signal 5 est utilisé comme entrée par les moyens de 15 génération de l'unité électronique de pilotage 22 de l'actionneur esclave de façon à générer un ordre de pilotage 26 pour l'élément mobile 20, ce qui constitue une phase de génération. Si l'actionneur esclave est un actionneur de type Voice-coil, l'ordre de pilotage 26 correspond au courant de commande parcouru par la bobine mobile 20. La régulation de la position de l'élément mobile 20 est alors réalisée en boucle ouverte. En outre, dans une phase optionnelle de régulation, le dispositif de pilotage peut comporter des moyens de détermination 21 de la position de l'élément mobile 20 par rapport à l'élément fixe 25. Ces moyens sont constitués par exemple d'un capteur de position 21. L'unité de pilotage 22 comporte alors des moyens de régulation qui utilisent le retour d'information émis par ces moyens de détermination 21 pour 25 effectuer une régulation en boucle fermée de la position de l'élément mobile 20. Cette disposition permet d'obtenir une meilleure précision du positionnement de l'élément mobile 20 en fonction du signal 5. Préférentiellement, les moyens de génération et les moyens de régulation sont réalisés par programme à l'intérieur de l'unité électronique de pilotage 22, celle-ci comprenant par exemple un processeur de type DSP avec une 30 fréquence d'échantillonnage d'au moins 20 kHz. Il est évident que l'unité de pilotage 22 est capable de reproduire aisément tous les types de contacts auxiliaires souhaités. Grâce à l'invention, tout déplacement de la partie mobile 10 de l'actionneur maître est ainsi détecté par les moyens de détermination 11, 12 durant la phase de détermination, puis est envoyé via le signal 5 à l'unité de pilotage 22 de l'actionneur esclave durant la phase de transmission. L'unité 22 est capable alors, durant la phase de génération et de régulation, de commander l'élément mobile 20 de façon à reproduire fidèlement ce déplacement avec une dynamique équivalente à celle que 5 l'on peut obtenir en utilisant une liaison mécanique classique entre la partie mobile 10 et l'élément mobile 20. Ainsi, un mouvement de la partie mobile 10 de l'actionneur maître se traduit par un mouvement de l'élément mobile 20 de l'actionneur esclave, de façon à asservir la position des contacts auxiliaires à la position des contacts principaux de l'appareil interrupteur. Par ailleurs, l'unité de pilotage électronique 22 peut effectuer diverses fonctions supplémentaires, comme une fonction retard, à la fermeture et/ou à l'ouverture, qui donne la possibilité d'introduire volontairement un retard entre les mouvements de l'actionneur maître et ceux du ou des actionneurs esclaves associés. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Méthode de pilotage d'actionneur esclave pour un appareil électrique interrupteur comprenant un actionneur maître doté d'une partie mobile (10) liée à 5 des contacts principaux et au moins un actionneur électromagnétique esclave doté d'un élément mobile (20) lié à des contacts auxiliaires, caractérisée en ce que la méthode comporte une phase de détermination de la position de la partie mobile (10) de l'actionneur maître, une phase de transmission d'un signal (5) représentatif de ladite position vers une unité de pilotage (22) de l'actionneur 10 esclave, et une phase de génération par l'unité de pilotage (22) d'un ordre de pilotage (26) de l'élément mobile (20) de l'actionneur esclave en fonction dudit signal (5). 2. Méthode de pilotage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la détermination de la position de la partie mobile (10) de l'actionneur maître est 15 réalisée à l'aide d'un capteur de position (11). 3. Méthode de pilotage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la détermination de la position de la partie mobile (10) de l'actionneur maître est calculée dans une unité de traitement (12) de l'appareil interrupteur à partir d'une mesure de la tension et du courant circulant dans une bobine d'excitation (13) de 20 l'actionneur maître. 4. Méthode de pilotage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la transmission du signal (5) est réalisée par une liaison électrique. 5. Méthode de pilotage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la transmission du signal (5) est réalisée par une liaison sans fil. 6. Méthode de pilotage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la transmission du signal (5) est réalisée par une liaison optique. 7. Méthode de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une phase de régulation de la position de l'élément mobile (20) par l'unité de pilotage (22) durant laquelle on 30 détermine la position de l'élément mobile (20) de l'actionneur esclave et on régule l'ordre de pilotage (26), en fonction de ladite mesure de position de l'élément mobile (20). 8. Dispositif de pilotage d'actionneur esclave pour un appareil électrique interrupteur comprenant un actionneur maître doté d'une partie mobile (10) liée à 5 des contacts principaux et au moins un actionneur électromagnétique esclave doté d'un élément mobile (20) lié à des contacts auxiliaires, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens de détermination de la position de la partie mobile (10) de l'actionneur maître, des moyens de transmission d'un signal (5) représentatif de ladite position vers une unité de pilotage (22) de l'actionneur 10 esclave, et des moyens de génération par l'unité de pilotage (22) d'un ordre de pilotage (26) de l'élément mobile (20) de l'actionneur esclave en fonction dudit signal (5). 9. Dispositif de pilotage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la position de la partie mobile (10) de l'actionneur 15 maître comportent un capteur de position (1 1). 10. Dispositif de pilotage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la position de la partie mobile (10) de l'actionneur maître comportent une unité de traitement (12) dans l'appareil interrupteur capable de calculer ladite position à partir de la mesure de la tension et du courant 20 circulant dans une bobine d'excitation (13) de l'actionneur maître. 11. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens de transmission du signal (5) comportent une liaison électrique entre l'actionneur maître et l'actionneur esclave. 12. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en 25 ce que les moyens de transmission du signal (5) intègrent une liaison sans fil entre l'actionneur maître et l'actionneur esclave. 13. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens de transmission du signal (5) intègrent une liaison optique entre l'actionneur maître et l'actionneur esclave. 14. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que l'actionneur esclave est choisi parmi une liste comprenant un actionneur de type Voice-coil, de type moteur brushless, de type moteur pas à pas, de type moteur linéaire. 15. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de détermination de la position de 5 l'élément mobile (20) de l'actionneur esclave et par le fait que l'unité de pilotage (22) comporte des moyens de régulation de l'actionneur esclave en fonction de ladite position de l'élément mobile (20). 16. Appareil électrique interrupteur comprenant un actionneur maître doté d'une partie mobile (10) liée à des contacts principaux et au moins un actionneur 10 électromagnétique esclave doté d'un élément mobile (20) lié à des contacts auxiliaires, caractérisé en ce que l'appareil interrupteur comporte un dispositif de commande selon l'une des revendications 8 à 15 permettant d'asservir les contacts auxiliaires de l'actionneur esclave aux contacts principaux de l'actionneur maître. 17. Appareil électrique interrupteur selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'au moins un des actionneurs esclaves est distant de l'actionneur maître.