Brevet FR2859838A1 — publié le 20050318

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de limitation de couple pour un moteur électrique comportant une installation de saisie de courant électrique pour le courant moteur alimentant un moteur électrique, un moyen prédéfinissant une valeur de consigne pour régler le couple et une installation de commande et/ou de régulation limitant le courant moteur à une valeur maximale dépendant de la prédéfinition de la valeur de consigne. Elle concerne également un outil électroportatif comportant une installation de limitation de couple et un procédé de limitation de couple pour un moteur électrique, notamment d'un outil électroportatif. Etat de la technique On utilise des moteurs électriques dans les domaines les plus divers. On utilise par exemple des moteurs électriques dans des ou- fils électroportatifs pour entraîner un outil. Suivant le domaine d'application de l'outil et/ou les caractéristiques de la matière travaillée et/ou de la pièce il faut souvent ne pas dépasser un certain couple au ni-veau de l'outil car sinon on endommage et/ou on détruit l'outil ou la pièce. Par exemple il est connu pour les visseuses électriques que la densité de la matière dans laquelle on visse et/ou la taille ou la géométrie de la vis peu-vent provoquer une augmentation du couple au cours du vissage. On peut alors atteindre un couple qui solliciterait fortement la matière de la vis et/ou de la pièce, en risquant de provoquer une rupture de la matière. On connaît en particulier des cas dans lesquels on visse une vis avec une vitesse élevée dans une pièce à l'aide d'une visseuse électrique. Lorsqu'on atteint la position de fin de course du vissage avec une vitesse de rotation élevée, la tête de vis limite mécaniquement la pour- suite du vissage mais il est fréquent que la vis, l'outil ou l'outil intermédiaire et/ou la pièce soit endommagé ou que le vissage se fait avec un couple excessif et ainsi défectueux. Dans les situations les plus défavorables, la structure de la matière peut être sollicitée de façon excessive par la vis et/ou par l'outil et/ou la pièce par le maximum brutal du couple provoquant la déchirure de la matière cette situation est parfois appelée vissage brutal. Pour éviter d'endommager ou de détruire la matière par le dépassement du couple maximum autorisé, on a proposé déjà de multiples solutions. Ainsi on connaît des embrayages patinant, mécaniques qui lorsqu'on atteint un couple maximum autorisé, préréglé, permet à l'axe du moteur électrique de tourner par rapport au porte-outil de l'outil électroportatif avec un patinage prédéfini si bien que le côté tourné vers l'outil ne peut plus être entraîné même si le moteur ou l'équipement associé au moteur tel que la transmission continue de tourner. Les embrayages glis- sant, mécaniques de ce type ont l'inconvénient de ne permettre qu'un réglage relativement imprécis et en général seulement étagé du couple maximum autorisé. Ces solutions ont en outre l'inconvénient d'une usure mécanique si bien que la transmission de la force diminuera globalement et en fonction de la durée d'utilisation de l'embrayage glissant. Le patinage au couple maximum autorisé se fait également d'une façon relativement peu précise et dans une plage d'erreur relativement importante. Ainsi l'embrayage à glissement coupe l'entraînement de l'outil soit à un couple préréglé trop faible, parfois également seulement lorsqu'on atteint un couple plus élevé si bien que l'on risquera toujours d'endommager la matière par une surcharge associée au couple. On utilise en outre des limitations de couple électronique avec saisie du courant moteur reçu par le moteur électrique et constituant une mesure du couple appliquée. De telles installations fonctionnent de manière imprécise car en particulier aux vitesses de rotation élevées de la broche, le couple que l'on a au niveau de l'outil ou de la pièce, lorsqu'on atteint le courant moteur prédéfini par le couple maximum prédéfini est plus grand de manière significative que la valeur limite réglée. Cet effet se produit car après coupure du courant moteur par l'énergie cinétique des masses en rotation, du fait de leur inertie ces masses ont tendance à con- tinuer à tourner et cette rotation libre est freinée brusquement par la limitation mécanique de la vis. Cela se traduit par un couple maximum indépendant du moteur. Cet effet se produit en particulier dans le cas du vissage brutal déjà évoqué, entraînant le cisaillement dans le cas d'une vitesse de rotation élevée qui se produit brutalement. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne une installation de limitation de couple pour moteur électrique du type défini ci-dessus, caractérisée par une installation de saisie de vitesse de rotation pour la vitesse de rotation du moteur électri- que, l'installation de commande et/ ou de régulation définissant la valeur maximale du courant moteur en fonction de la vitesse de rotation. L'installation de limitation de couple pour un moteur électrique telle que définie ci-dessus a l'avantage de déterminer la valeur maximale du courant moteur résultant de la valeur de consigne du couple en fonction de la vitesse de rotation du moteur électrique. Ainsi, du fait de l'énergie cinétique des masses en rotation et en cas de maximum de couple résultant d'un vissage brutal, on peut en général intégrer le critère de régulation et/ou de coupure. Pour cela en plus d'une installation de saisie du courant moteur absorbé par le fonctionnement du moteur on a égale-ment une installation de saisie de vitesse de rotation. La vitesse de rotation détectée par l'installation de saisie de vitesse de rotation et le courant moteur détecté par l'installation de saisie de courant sont des informations transmises à l'unité de commande et/ou de régulation qui combinent ces paramètres. A l'aide d'une prédéfinition d'un couple maximum autorisé, l'installation de commande et/ou de régulation détermine le courant moteur maximum qui s'établit pour une certaine vitesse de rotation pour un certain couple maximum autorisé, courant moteur que l'on ne doit pas dépasser pour ne pas dépasser le couple maximum prédéfini si l'on rencontre les maximums de couple du fait des masses en rotation en charge. Comme indiqué, le couple produit se compose de deux composantes, à savoir la composante de couple définie par le courant moteur et de la composante de couple résultant de l'énergie cinétique des masses en rotation et dépendant ainsi de la vitesse de rotation. Ce dernier composant se détermine à l'aide de l'installation de commande et/ou de régulation à l'aide de la vitesse de rotation saisie du moteur, par exemple par calcul ou en s'appuyant sur une courbe ou un tableau enregistré dans un composant électronique. L'installation de commande et/ou de régulation règle alors le courant moteur sur une valeur limite découlant des composantes de couple dépendant du courant moteur de façon qu'en tenant compte des composantes de couple dépendant de la vitesse de rotation, on ne dépasse pas le couple maximum autorisé prédéfini. Selon un mode de réalisation de l'invention, la valeur maximale du courant moteur pour laquelle il faut réduire ou couper, est diminuée en fonction de l'augmentation de la vitesse de rotation du moteur. Dans ces conditions, si le moteur tourne plus rapidement et qu'ainsi l'énergie cinétique associée aux masses en rotation est plus élevée que pour une vitesse de rotation plus lente, il faut que l'installation de commande et/ou de régulation règle un courant moteur plus réduit pour éviter que l'énergie cinétique plus importante des masses en rotation produise une poursuite de rotation à vide, inacceptable, susceptible de développer un couple maximum à cause de l'inertie des masses en rotation et aboutissant au dépassement du couple maximum autorisé prédéfini. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'installation de commande et/ou de régulation coupe le courant moteur lorsqu'on atteint la valeur limite du courant moteur déterminée à partir des paramètres de couple prédéfinis, de courant moteur et de vitesse de rotation. Pour cela on peut notamment utiliser un élément de commande de charge particulier recevant un signal correspondant de l'installation de commande et/ou de régulation pour couper le courant moteur. Cet élément de commande de charge particulier peut être combiné à un commutateur électrique connu selon l'état de la technique. Un développement préférentiel de l'invention pei filet à l'utilisateur de prédéiinir le couple maximum autorisé à l'aide d'un élé- ment de commande ou de réglage de façon à présélectionner le couple maximum convenant tout particulièrement pour une certaine application et/ou un domaine d'application et qu'il ne faut pas dépasser. Pour cela il est prévu un dispositif de réglage que l'utilisateur peut actionner et qui communique la consigne de l'utilisateur correspondant au couple maxi- mum autorisé à l'installation de commande et/ou de régulation par une installation de signalisation appropriée. Ainsi, partant de la consigne de l'utilisateur, l'installation de commande et/ou de régulation peut déterminer le courant moteur maximum autorisé en fonction de la vitesse de rotation. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'installation de commande et/ou de régulation comporte un microcontrôleur qui convertit les paramètres de consigne de couple, de vitesse de rotation et de courant moteur en un critère d'action et génère un signal de régulation de coupure approprié. Le signal de régulation de coupure est fourni à l'élément de commande de charge qui assure ainsi la réduction du courant moteur déjà décrite ou comme déjà décrite la coupure du courant moteur. Selon un mode de réalisation particulièrement intéressant, l'installation de commande et/ou de régulation est réalisée globalement 35 sous la forme d'un microcontrôleur. Selon un mode de réalisation, l'installation de saisie de la vitesse de rotation comprend un capteur de vitesse de rotation qui enregistre les rotations de l'axe. Cela peut se faire par exemple par un cou- plage mécanique rigide entre le capteur et l'axe ou par exemple à l'aide d'un élément photoélectrique muni d'un marquage ou d'encoches dans l'arbre ou d'un rotor installé sur l'arbre et qui coupe périodiquement le faisceau lumineux d'un élément photoélectrique ou encore par l'utilisation d'un générateur tachymétrique fournissant un signal de tension dépen- dant de la vitesse de rotation. Un autre mode de réalisation prévoit que l'installation de saisie de la vitesse de rotation déduit la vitesse de rotation lorsque le moteur électrique fonctionne, à partir des paramètres constitués par la ten- sion du moteur et le courant électrique dans le moteur calcule ces éléments particulièrement ou les extrait d'un tableau ou d'une courbe en- registrée dans un composant électronique. Cela permet d'éviter avantageusement une saisie mécanique ou partiellement mécanique de la vitesse de rotation et de ne nécessiter aucune modification ou action sur la cons- traction électromécanique en particulier de la ligne d'entraînement entre le moteur et le point d'application de la force. En particulier dans ce mode de réalisation on peut intégrer l'invention dans des machines et des dispositifs existants, équipés d'un moteur électrique dont le couple ne doit pas dépasser une valeur maximale prédéfinie. Le signal dépendant de la vitesse de rotation ainsi générée peut être ainsi fourni comme vitesse de rotation directement ou sous la forme d'un signal correspondant à une prescription de calcul à l'installation de commande et/ ou de régulation si bien que cette installation de commande et/ou de régulation assure l'exploitation du signal. Une application préférentielle de l'invention réside dans son utilisation dans des outils électroportatifs de préférence des visseuses électriques. Cela pei 'net d'éviter d'une manière très avantageuse d'endommager l'outil ou la pièce ou de faire un vissage défectueux par le dépassement accidentel du couple maximum autorisé pour l'application. L'invention peut s'intégrer dans des outils électriques ou électroportatifs connus car du fait du fonctionnement électronique on peut modifier leur principe mécanique ou électrique. Cela est particulièrement le cas si la saisie de la vitesse de rotation se fait avec les grandeurs électriques intensité du moteur et tension du moteur. On peut en outre prévoir une série de production par exemple d'outils électroportatifs équipés selon l'invention, une autre série électrique et mécanique pour le reste identique mais sans les moyens de l'invention ce qui permet d'utiliser de manière optimale, les capacités de production existantes. L'invention concerne également un procédé de limitation de couple d'un moteur électrique notamment du moteur électrique d'un outil électrique, le procédé se composant des étapes suivantes: prédéfinition d'une valeur de consigne d'un couple maximum, 5 saisie de la vitesse de rotation du moteur électrique, saisie du courant moteur, détermination du courant moteur maximum correspondant à la valeur de consigne du couple maximum pour le moteur électrique en fonction de la vitesse de rotation. Il importe peu pour la mise en oeuvre de l'invention que la vitesse de rotation soit détectée sur l'axe du moteur ou un autre composant du dispositif de la machine associée au moteur et mise en rotation dans la mesure où cette autre détection de la vitesse de rotation tient compte de l'installation de commande et/ou de régulation, par exemple selon une prescription de calcul appropriée. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre sous la forme d'un schéma blocs une installation de 20 limitation de vitesse de rotation, la figure 2 montre un outil électroportatif tel qu'une visseuse électrique équipée d'une installation de limitation de couple. Description d'un mode de réalisation La figure 1 montre un moteur électrique 1 suivi d'une transmission 2 et d'un point de sortie de puissance 3. Le point de sortie de puissance 3 peut être constitué par exemple par le mandrin 4. Le dessin montre en outre un capteur de vitesse de rotation 26 couplé mécanique-ment et formant une installation de saisie de vitesse de rotation 10, ainsi qu'une installation de saisie d'intensité de courant 9, une installation de prédéfinition de valeur de consigne 11 en forme d'élément de commande 14, une installation de commande et/ou de régulation 12 ainsi qu'un élément de commande de charge 7. L'installation de prédéfinition de valeur de consigne 11 réalisée sous la forme d'un élément de commande 14 permet à l'utilisateur de régler le couple maximum M' au point de sortie de force 3. Le couple maximum autorisé M' réglé par l'utilisateur au niveau de l'installation de prédéfinition de valeur de consigne 11 est transmis par signal de consigne de couple 13 à l'installation de commande et/ ou de régulation 12. Le moteur électrique reçoit un courant d'alimentation 6 d'une source d'énergie électrique 5 non détaillée. Le courant traverse l'élément de commande de charge 7. Il en résulte la mise en route du moteur électrique 1 et un mouvement de rotation dans la transmission 2 couplée mécaniquement par exemple par l'arbre 8 et au point de sortie de force 3. Au point de sortie de force 3 c'est-à-dire au niveau du mandrin 4, l'énergie cinétique fournie par le moteur 1 sous la forme d'une rotation développe un couple M dès qu'une charge par exemple une vis à visser est appliquée. Le courant moteur 6 reçu par le moteur électrique 1 pendant son fonctionnement est saisi par une installation de saisie de courant électrique 9 associée au moteur électrique 1. La vitesse de rotation du moteur électrique 1 est saisie par une installation de saisie de vitesse de rotation 10 associée au moteur électrique 1. Pour éviter un dépassement du couple maximum préréglé M' au niveau du point de fourniture de force 3 (M>M')par un, maximum de couple du fait des masses en rotation du moteur électrique 1, de l'arbre 8 et de la transmission 2 ainsi que du point de transmission de force 3, par l'énergie cinétique dépendant de la vitesse de rotation, on transmet la vitesse de rotation (n) du moteur électrique 1 par le signal de vitesse de ro- tation 16 à l'installation de commande et/ou de régulation 12. En fonction de la vitesse de rotation (n) celle-ci fournit le courant moteur maximum 1' correspondant au couple maximum préréglé M', courant qui est mis en relation avec le courant actuel 6 du moteur fourni par l'installation de saisie de courant 9 et transmis à l'installation de commande et/ ou de régu- lation 12 par le signal de courant 17. Dès que le courant 6 dans le moteur atteint le courant moteur 1' maximum autorisé déterininé par l'installation de commande et/ou de régulation 12, cette installation 12 fournit le signal de commutation 15 à l'élément de commande de charge 7 qui limite le courant moteur 6 au courant moteur maximum 1' autorisé ou coupe le courant moteur 6. Ainsi la somme de la composante de couple produite par l'énergie cinétique des masses en rotation dépendant de la vitesse de rotation et des composantes de couple dépendant du courant moteur actuel 6 ne dépasse pas le couple maximum autorisé M' au niveau du point d'émission de force 3. La figure 2 montre un outil électroportatif 18 tel qu'une visseuse électrique 19. Cet outil est équipé d'un moteur électrique 1 auquel est associée une transmission 2 et un point de sortie de force 3 sous la forme d'un mandrin 4. Une source d'énergie électrique 5 non détaillée ali- mente le moteur électrique 1 par l'intermédiaire d'un élément de commutation 7 et d'une installation de saisie de courant 9 par des liaisons électriques non détaillées telles que des lignes 20, pour fournir le courant moteur 6. La visseuse électrique 19 comporte en outre dans son boîtier 21, un moyen de prédéfinition de valeur de consigne 11 muni d'un élément de commande 14 pour régler le couple maximum autorisé M'. Le boîtier 21 de la visseuse électrique 19 comporte une installation de saisie de vitesse de rotation 10; dans cet exemple de réalisation, cette installation est formée d'un disque de coupure 22 et d'une barrière lumineuse à fourche 23, le disque étant couplé à l'arbre 8 du moteur électrique 1. Peut importe le côté du moteur auquel est associée l'installation de saisie de vitesse de rotation pour la mise en oeuvre de l'invention. L'installation de commande et/ou de régulation 12 se trouve également à l'intérieur du boîtier 21 de la visseuse électrique 19. Des chemins de signaux non repré- sentés ici mais apparaissant à la figure 1, relient les composants constitués par le moyen de prédéfinition de la valeur de consigne 11, l'élément de commande 12, l'installation de saisie de vitesse de rotation 10, l'installation de saisie d'intensité de courant électrique 9 et l'élément de commande de charge 7. L'utilisateur de la visseuse électrique 19 peut régler le couple maximum autorisé M' par le moyen de prédéfinition de la valeur de consigne 11 réalisé sous la forme d'un élément de commande 14 pour l'élément de sortie de force 3. Lors de la mise en route de la visseuse électrique 19 à l'aide d'un commutateur 23 associé directement ou indirecte- ment à l'élément de commande de charge 7 ou placé dans le passage du courant, on fournit le courant moteur 6 au moteur électrique 1 dont l'installation de saisie d'intensité de courant électrique 9 saisit l'intensité et transmet l'information à l'installation de commande et/ou de régulation 12 par le signal de courant 17. En même temps, l'installation de saisie de vitesse de rotation 10 détermine la vitesse de rotation (n) du moteur. La vitesse de rotation (n) du moteur fournie par l'installation de saisie de courant 10 est transmise par l'intermédiaire du signal de vitesse de rotation 16 à l'installation de commande et/ou de régulation 12. A partir des composantes de couple dépendant uniquement de la vitesse de rotation et qui correspondent à l'énergie cinétique des masses en rotation, déterminent ainsi la charge appliquée au niveau du point de sortie de force 3. Comme différence entre le couple M' maximum autorisé au point de sortie de force 3 et les composantes de couple qui ne dépendent que de la vitesse de ro- tation comme indiqué précédemment, on obtient les composantes de couple dépendant seulement du courant alimentant le moteur et donnant la charge correspondante qui s'établit au point de sortie de force 3. Il en résulte directement le courant moteur 1' maximum autorisé que l'installation de commande et/ ou de régulation détermine soit uniquement par le calcul soit en utilisant une courbe ou un tableau enregistré dans un composant électronique. Comme le courant moteur 1' maximum autorisé correspondant aux composantes du couple qui ne dépendent que du courant du moteur est modifié en fonction de la vitesse de rotation et ainsi unique- ment pour des composantes de couple dépendant de la vitesse de rotation, cela garantit que la somme des deux composantes de couple mentionnées ne dépasse pas le couple maximum M' préréglé. Si en effet la composante de couple dépendant de la vitesse de rotation augmente, seule la compo- sante de couple dépendant du courant dans le moteur sera réduite. L'installation de commande et/ou de régulation tient compte à cet effet évidemment également d'une réduction des composantes de couple qui ne dépendent que de la vitesse de rotation en augmentant le courant moteur et ainsi seulement les couples dépendant du courant moteur; au point de sortie de force 3 on aura toujours au plus le couple maximum autorisé M'. REVENDICATIONS 1 ) Installation de limitation de couple pour un moteur électrique comportant une installation de saisie de courant électrique pour le courant moteur alimentant un moteur électrique, un moyen prédéfinissant une valeur de consigne pour régler le couple et une installation de commande et/ou de régulation limitant le courant moteur à une valeur maximale dé-pendant de la prédéfinition de la valeur de consigne, caractérisée par une installation de saisie de vitesse de rotation (10) pour la vitesse de ro- 1 o tation (n) du moteur électrique (1), l'installation de commande et/ou de régulation (12) définissant la valeur maximale (1') du courant moteur (6) en fonction de la vitesse de rotation (n). 2 ) Installation de limitation de couple selon la revendication 1, 15 caractérisée en ce que l'installation de commande et/ou de régulation (12) réduit la valeur maxi-male (1') du courant moteur (6) avec l'augmentation de la vitesse de rotation (n). 3 ) Installation de limitation de couple selon la revendication 1, caractérisée par un élément de commande de charge (7) qui limite et/ou coupe le courant moteur (6) lorsque l'on atteint la valeur maximale (1') déterminée par l'installation de commande et/ou de régulation (12). 4 ) Installation de limitation de couple selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'utilisateur peut modifier à l'aide d'un moyen de commande (14), le moyen de prédéfinition de la valeur de consigne (11) réglant le couple. 5 ) Installation de limitation de couple selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation de commande et/ou de régulation (12) comporte un micro-contrôleur (27) ou est un microcontrôleur (27). 6 ) Installation de limitation de couple selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation de saisie de la vitesse de rotation (10) saisit cette vitesse de rotation (n) par un capteur de vitesse de rotation (26) en forme d'élément enregistrant les rotations de l'axe (8). 7 ) Installation de limitation de couple selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation de saisie de la vitesse de rotation (10) détermine la vitesse de rotation (n) en fonction du courant moteur (6) traversant le moteur électrique (1) et de la tension de moteur (8) du moteur électrique (1). 8 ) Outil électroportatif (18) comportant une installation de limitation de couple selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9 ) Procédé de limitation de couple pour un moteur électrique (1), notamment d'un outil électroportatif (18) comprenant les étapes suivantes: prédéfinition d'une valeur de consigne d'un couple maximum (M'), saisie de la vitesse de rotation (n) de l'axe moteur (8) du moteur électrique (1) , saisie du courant moteur (6), détermination du courant moteur (1') maximum demandé par le moteur électrique (1) correspondant au couple maximum (M') défini par le moyen de prédéfinition de la valeur de consigne (11), en fonction de la vitesse de rotation (n).