Brevet FR2877780A1 — publié le 20060512

L'invention concerne un actionneur pour la manoeuvre d'un élément de fermeture, d'occultation ou de protection solaire ou d'un écran comprenant un moteur électrique et un dispositif de commande de l'alimentation électrique du moteur comprenant des moyens de détermination de la température d'un élément particulier du moteur. Elle concerne également un procédé de détermination de la température d'un élément d'un moteur électrique et un procédé de dimensionnement d'un dispositif auxiliaire de détermination de la température d'un rotor bobiné d'un moteur à courant continu. Il est devenu très courant d'intégrer, dans les éléments de fermeture, d'occultation et de protection solaire destinés au bâtiment (tels que les volets roulants et les stores), des actionneurs électriques permettant leur manoeuvre. Ces actionneurs peuvent comprendre un moteur à courant continu ou un moteur à courant alternatif. L'usage de moteurs à courant continu et, en particulier, à aimants permanents au stator, à rotor bobiné et à collecteur, est en général préféré pour des raisons de coût. Ce choix peut même être justifié lorsque la source de tension pour l'alimentation de ces moteurs est alternative, par exemple le réseau commercial alternatif 230V 50 Hz. Cependant, un problème posé par ces moteurs réside dans la maîtrise de leur échauffement. En effet, l'échauffement d'un tel moteur est principalement dû à la puissance dissipée dans le bobinage d'induit. Celui-ci étant placé dans le rotor, la mise en place d'une sonde thermique dans le bobinage pour mesurer la température, comme il est pratiqué dans les moteurs bobinés au stator, nécessite des contacts glissants sur des bagues, d'où un surcoût important. MS\2. S649.12FR.522.dpt.doc II est bien sûr possible de positionner une sonde thermique sur le stator du moteur, et de majorer la valeur mesurée par un coefficient établi par des lois de simulation ou par des expériences. Cependant, une telle solution valable en régime établi, conduit à des résultats largement faussés en régime transitoire. La sonde thermique ainsi placée mesure des variations de températures après que celles-ci se sont produites au niveau du rotor, du fait notamment de l'entrefer existant entre le rotor et le stator. Ce décalage temporel entre le phénomène se produisant au niveau du rotor et sa mesure au niveau du stator nécessite de considérer une marge de sécurité qui a pour conséquence de provoquer dans certains cas des commandes de coupure d'alimentation du moteur alors que son rotor n'a pas encore atteint une température critique. Ce problème devient particulièrement critique dans le cas où le fonctionnement du moteur est intermittent. On trouve aussi le problème inverse d'une remise en service prématurée de l'alimentation du moteur: en effet, du fait de son contact avec l'extérieur, le stator se refroidit plus rapidement que le rotor. II est connu des documents US 5,296,789 et EP 0 587 352, d'utiliser des moyens de mesure de la température des composants de commande de l'alimentation d'un moteur électrique afin de protéger ceux-ci contre une détérioration due à un échauffement excessif. De tels moyens sont utilisés dans des applications différentes de celle de la présente invention dans lesquelles les éléments les plus exposés au risque de surchauffe sont les composants de commande de l'alimentation. Il est également connu du document US 5,123,081 un véhicule comprenant un moteur électrique. Le moteur et les composants de commande de son alimentation sont équipés de sondes thermiques pour déterminer leurs températures respectives afin de commander MS\2.5649.12FR.522.dpt.doc l'alimentation électrique de façon à éviter leur détérioration. La sonde thermique de mesure de la température du moteur est placée sur le boîtier du moteur. Le but de l'invention est de fournir un actionneur et un procédé de détermination de la température d'un moteur permettant de pallier aux inconvénients précités et permettant d'apporter des améliorations par rapport aux actionneurs et procédés de détermination de la température d'un moteur connus de l'art antérieur. L'actionneur selon l'invention est caractérisé en ce que les moyens de détermination de la température de l'élément particulier du moteur comprennent un dispositif auxiliaire dont les variations de température sont sensiblement homothétiques à celles de l'élément particulier du moteur et une sonde thermique mesurant la température de ce dispositif auxiliaire. Le dispositif auxiliaire peut comprendre un élément résistif parcouru par un courant image du courant d'alimentation du moteur. L'élément résistif peut comprendre au moins une résistance. L'élément résistif peut comprendre une résistance à coefficient de température négatif et une résistance à coefficient de température positif, 25 ces résistances étant branchées en série. L'élément résistif peut être noyé dans un volume d'un matériau ou placé à la surface de ce volume et la sonde thermique peut être placée dans ce volume ou à la surface de ce volume. MS\2.S649.12FR.522.dpt.doc Le courant parcourant l'élément résistif peut être proportionnel au courant d'alimentation du moteur. Le moteur peut être un moteur à courant continu alimenté par une source 5 de tension alternative via un transformateur et l'élément résistif peut comprendre au moins un bobinage du transformateur. Le moteur peut être un moteur à courant continu à rotor bobiné et l'élément particulier du moteur peut être le rotor. Le dispositif de commande de l'alimentation électrique du moteur peut comprendre des moyens pour couper l'alimentation du moteur en fonction de la température du dispositif auxiliaire. Le procédé de détermination de la température d'un élément d'un moteur électrique est caractérisé en ce qu'on fournit un dispositif auxiliaire alimenté par un courant image du courant d'alimentation du moteur, on mesure la température de ce dispositif auxiliaire et on déduit de cette mesure, la température de l'élément du moteur. Le procédé de dimensionnement d'un dispositif auxiliaire de détermination de la température d'un rotor bobiné d'un moteur à courant continu comprend une étape dans laquelle on détermine la capacité calorifique d'au moins un volume d'un matériau disposé dans un dispositif auxiliaire de manière à ce que les variations de température du rotor et d'un point du dispositif auxiliaire soient sensiblement homothétiques. La figure 1 représente un schéma d'un dispositif de volet roulant 30 comprenant un premier mode de réalisation d'un actionneur selon l'invention. MS\2. S649.12FR.522.dpt.doc La figure 2 représente un schéma d'un premier mode de réalisation d'un dispositif auxiliaire permettant la détermination de la température d'un élément du moteur. La figure 3 représente un schéma d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif auxiliaire permettant la détermination de la température d'un élément du moteur. La figure 4 représente un schéma d'une variante de réalisation du dispositif auxiliaire permettant la détermination de la température d'un élément du moteur. Le dispositif 1 représenté à la figure 1 est un dispositif de volet roulant. Il comprend un actionneur électrique 10, destiné à la 'manoeuvre d'un élément mobile 24 du dispositif. Cet actionneur est par exemple contenu dans un tube d'enroulement 22, sur lequel est enroulé D'élément mobile 24 à manoeuvrer. Un arbre de sortie 12 de l'actionneur 10 entraîne une roue 23 en prise avec l'arbre de sortie 12 et la partie interne du tube d'enroulement 22. L'actionneur est fixé à la structure 21 d'un bâtiment par l'intermédiaire d'une pièce 13 de fixation et le tube d'enroulement est guidé en rotation à proximité le la pièce de fixation 13. Une bague 14 montée serrée sur l'actionneur et glissante par rapport au tube 22 assure par exemple ce guidage en rotation. Dans ces conditions, l'actionneur se trouve dans un environnement totalement confiné, provoquant, lorsqu'il est alimenté électriquement, un échauffement de type quasi-adiabatique. Ces effets peuvent être encore accrus si, comme c'est le cas pour les volets roulants, D'ensemble est à MS\2. S649.12FR.522.dpt.doc son tour disposé dans un caisson servant à la fois à masquer la partie enroulée de l'élément mobile et à l'isolation thermique du local en évitant soigneusement les entrées d'air par le sommet du volet. L'actionneur 10 comprend un moteur 17 attaquant, par l'intermédiaire d'un arbre 18, un réducteur 19 dont la sortie constitue un arbre de sortie 12. Le moteur est de type à courant continu, à aimants permanents et à rotor 27 bobiné, constituant le bobinage d'induit. Le moteur comprend des balais et un collecteur. II est connecté par deux connexions d'induit 16 à un circuit électronique 15 de commande de son alimentation. Ce circuit électronique 15 comprend au moins un dispositif auxiliaire 30 permettant de déterminer la température du rotor 27 du moteur, une unité logique de traitement 29 et une mémoire 28. Ce circuit électronique 15 est notamment destiné à assurer la protection thermique du moteur. Il comprend à cet effet un relais 25 commandant l'alimentation du moteur. Comme il est connu de l'homme du métier, le circuit électronique 15 peut également comprendre un dispositif récepteur d'ordres, par exemple par radiofréquences ou par courants porteurs, et/ou un moyen de détection d'obstacles ou de butées, par exemple par analyse du courant d'alimentation du moteur. Le circuit électronique peut aussi contenir un moyen de comptage de la rotation du tube d'enroulement 22 permettant la mesure précise de la position de l'élément mobile 24 entraîné par l'actionneur. Le circuit électronique 15 peut également comporter un relais dont un contact à ouverture provoque la mise en court-circuit des deux connexions d'induit 16 quand le relais n'est pas alimenté. Un tel relais permet le blocage du rotor 27 en absence d'alimentation. Ce circuit électronique est alimenté par une ligne d'alimentation électrique 11. Dans une première variante, la ligne d'alimentation électrique 11 est raccordée au réseau électrique commercial alternatif, par exemple 230 V 50 Hz, ou 120V 60 Hz. Selon cette première variante, le circuit MS\2. S649.12FR.522.dpt.doc électronique 15 comprend un convertisseur alternatif/continu, comprenant par exemple un transformateur et un redresseur. Dans une seconde variante, la ligne d'alimentation 11 est raccordée à une source de tension continue. Dans cette seconde variante, le circuit électronique 15 ne comprend pas de transformateur, ni de redresseur. Les modes de réalisation du dispositif auxiliaire permettant de déterminer la température du rotor 27 dépendent en particulier de la variante utilisée pour alimenter l'actionneur, mais son principe est commun à ces deux variantes. La figure 2 représente un premier mode de réalisation du dispositif image. Il comprend une sonde thermique 31 délivrant entre deux sorties de signal 32 une tension représentative de la température de sa surface sensible. Alternativement, la sonde thermique peut également délivrer un courant image de la température (ou tout autre pararnètre électrique représentatif de la température, par exemple une fréquence). Le dispositif image comprend également un élément résistif 33 qui est parcouru par un courant image du courant IM alimentant l'induit du moteur. Pour ce faire, cet élément résistif 33 est branché en parallèle avec un élément de dérivation 37, ces deux éléments étant branchés en série avec le moteur. L'élément de dérivation peut également être supprimé. Dans ce cas, le courant traversant l'élément résistif 33 est le même que celui qui alimente le moteur. De cette manière, l'élément résistif 33 dissipe une puissance thermique image de la puissance dissipée par effet Joule dans l'induit du moteur 17. L'élément résistif 33 est noyé dans un volume solide 34, par exemple réalisé en alliage d'aluminium (zamac), en acier, en matière plastique MS\2. S649.12FR.522.dpt.doc chargée. Préférentiellement, ce volume solide 34 présente une capacité calorifique proportionnelle à celle du rotor du moteur 17. Ainsi, toutes choses égales par ailleurs, le dispositif auxiliaire comprend un volume solide double de celui servant à déterminer la température d'un rotor de masse M, s'il sert à déterminer la température d'un rotor de masse 2xM. La sonde thermique 31 est par exemple plaquée contre le volume solide 34, par un moyen élastique de fixation 36, tel qu'un clip élastique. Une couche 35 assure la qualité du contact thermique entre la sonde de température 31 et le volume solide 34, cette couche 35 étant par exemple réalisée par un film de graisse silicone. Du fait de la capacité calorifique constituée par le volume solide 34, recevant une puissance thermique image de celle dissipée dans le moteur, les montées en température et les décroissances de température, du volume solide suivent celle du moteur, à un facteur d'échelle près. Les variations de température du volume solide sont sensiblement homothétiques à celles du rotor. Par simple étalonnage, réalisé en phase de conception de l'actionneur, on détermine alors les seuils de tension (respectivement de courant, de fréquence ou autre) délivrée par la sonde thermique au-delà desquels une action particulière doit être engagée, comme par exemple cesser d'alimenter le moteur. Un paramètre d'accord supplémentaire permet d'ajuster si besoin l'image de la température du rotor du moteur à sa valeur effective. En effet, la sonde thermique 31, le moyen de fixation 36 et le volume solide 34 peuvent être disposés dans une enveloppe 38 dont la résistance thermique limite les échanges avec l'air ambiant. Par exemple, cette enveloppe est constituée par un boîtier en matière plastique, ouvert sur MS\2. S649. 12FR.522.dpt.doc une face et venant recouvrir le circuit imprimé là où sont disposés les éléments du dispositif auxiliaire. Bien entendu, il est possible d'affiner l'accord en reproduisant plus précisément encore la structure thermique équivalente à celle du moteur 17, avec par exemple un deuxième mode de réalisation du dispositif auxiliaire comprenant deux volumes solides imbriqués 341 et 342, comme représenté sur la figure 3. L'élément résistif 33 est noyé dans un premier volume solide 341 représentatif de la capacité calorifique du moteur. Ce premier volume solide est entouré par un deuxième volume solide 342 représentatif de la capacité calorifique du stator. Les deux volumes solides sont séparés par un isolant thermique 39 représentant l'entrefer rotor-stator. Cet isolant peut par exemple être constitué par de l'air, le volume solide 341 étant maintenu dans le volume solide 342 par des supports réalisés en matériau solide isolant. La sonde thermique est alors fixée contre la surface du premier volume solide 341. Cependant, l'expérience montre que, pour des applications de faible coût, il est possible d'obtenir une sécurité satisfaisante avec le dispositif plus simple décrit en relation avec la figure 2. Dans le cas où la ligne d'alimentation 11 est reliée à une source de tension alternative, un mode de réalisation préféré consiste à utiliser le transformateur d'alimentation comme dispositif auxiliaire. Les deux bobinages primaire et secondaire du transformateur constituent alors l'élément résistif 33. En effet, ces bobinages sont chacun parcourus par un courant dont la valeur efficace est égale ou proportionnelle à celle du courant d'alimentation du moteur. II est admis dans ce cas que la puissance nominale du moteur est supérieure, voire très supérieure, à la MS\2.S649.12FR.522.dpt.doc puissance absorbée par les autres composants du circuit électronique 15. Ainsi, la valeur efficace du ou des courants utilisés pour l'échauffement du dispositif auxiliaire 30 est une image fidèle de la valeur efficace du courant alimentant l'induit du moteur. Si le degré de précision recherché n'est pas trop important, l'invention supporte que la valeur efficace du ou des courants se limite à une image approchée. Par exemple, il est admissible dans certains modes de réalisation qu'une composante alternative due à la charge et à la décharge d'un condensateur de filtrage de la tension aux bornes du moteur vienne se superposer à la composante d'alimentation du moteur. Un écart de 20% des valeurs efficaces est alors d'autant plus admissible que la composante alternative du courant de filtrage tend à augmenter avec l'intensité absorbée par le moteur. Une réalisation industrielle particulièrement simple de l'invention consiste à disposer sur un circuit imprimé la sonde thermique 31 (sous forme de composant à montage de surface CMS-SMD) dans une étape de positionnement automatique des composants à montage de surface. Une fois ces composants soudés, on dispose une feuille de mica sur la sonde thermique et on procède à la mise en place du transformateur par insertion manuelle. Le positionnement du transformateur est tel qu'un bobinage vient en contact thermique avec la sonde thermique. On procède alors à la soudure du transformateur. Dans le cas où la ligne d'alimentation 11 est reliée à une source de tension continue, le mode de réalisation préféré du dispositif auxiliaire comprend une résistance comme élément résistif 33 et au moins un volume solide 34 ne présentant pas d'autre fonction que celle de servir de capacité calorifique. Dans ce cas, la résistance utilisée peut servir de résistance de mesure du courant d'alimentation du moteur. MS\2.5649.12FR.522.dpt.doc La figure 4 représente une variante préférée de réalisation du dispositif auxiliaire, dans laquelle les éléments utilisés pour échauffer le dispositif permettent également de mesurer la température. Dans ce cas, l'élément résistif comprend deux résistances à coefficient de température branchées en série: une résistance à coefficient de température négatif CTN et une résistance à coefficient de température positif CTP. Les deux résistances ont préférentiellement la même valeur nominale à température ambiante (par exemple à 25 C) et leurs coefficients de température sont préférentiellement égaux en valeur absolue. De manière simple, elles peuvent directement être parcourues par le courant IM alimentant l'induit du moteur. Ces résistances sont placées, à distance l'une de l'autre, dans un volume solide 340, présentant une capacité calorifique image de celle du rotor du moteur. La tension UM mesurée aux bornes du montage série des résistances est représentative du courant d'alimentation du moteur indépendamment de la température du volume solide 340, les effets de la température sur les résistances CTN et CTP s'annulant du fait de leurs coefficients égaux en valeur absolue. Les tensions UN et UP mesurées aux bornes de chacune des résistances CTN et CTP sont utilisées dans un montage différentiel permettant de déterminer la différence de tension UP UN. Cette différence est alors utilisée pour déterminer la température du volume solide 340. Le principe du dispositif auxiliaire est présenté ici de manière simplifiée. Cependant, une optimisation de la forme du volume solide 340 et de la localisation des composants nécessite une étude de simulation des gradients de température. Néanmoins, on comprend qu'un système simple, à influence mutuelle, permet de tenir compte de la capacité calorifique du volume solide 340. MS\2.S649.12FR.522.dpt.doc Dans tous les modes de réalisation, le volume solide peut-être réalisé par un matériau massif tel qu'un alliage d'aluminium (zamac:), un acier, une matière plastique chargée, ou encore par un gel ou une graisse de silicone, pouvant bénéficier de la protection ou du confinement d'une enveloppe solide. Un matériau à changement de phase est également utilisable pour limiter les dimensions ou la masse du volume solide. Dans ce cas lors du changement de phase du matériau on ne peut plus déterminer la température du rotor (le changement de phase du matériau se faisant à température constante alors que le rotor continue à s'échauffer). II faut par conséquent choisir un matériau dont le début de changement de phase et la fin de changement de phase correspondent à des températures du rotor assez éloignées de la température critique au-delà de laquelle le rotor ne doit pas s'échauffer ou de toute autre température qu'il est nécessaire de déterminer relativement précisément. Bien que l'actionneur décrit précédemment soit destiné à la manoeuvre d'un volet roulant, un actionneur selon l'invention peut être destiné à la manoeuvre de tout autre élément de fermeture, d'occultation ou de protection solaire et notamment à la manoeuvre de stores, portes de garage, portails, écrans de projection, portes ou fenêtres. Dans la description l'élément résistif 33 peut consister en une résistance. Cependant, il peut également consister en tout autre composant comprenant au moins une caractéristique résistive. Il peut notamment comprendre également une caractéristique inductive ou capacitive. MS\2.5649.12FR.522.dpt.doc Revendications: 1 Actionneur (10) pour la manoeuvre d'un élément (24) de fermeture, d'occultation ou de protection solaire ou d'un écran comprenant un moteur électrique (17) et un dispositif (15) de commande de l'alimentation électrique du moteur (17) comprenant des moyens (30) de détermination de la température d'un élément particulier (27) du moteur, caractérisé en ce que les moyens (30) de détermination de la température de l'élément particulier (27) du moteur comprennent un dispositif auxiliaire (30) dont les variations de température sont sensiblement homothétiques à celles de l'élément particulier (27) du moteur et une sonde thermique (31) mesurant la température de ce dispositif auxiliaire (30). 2. Actionneur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif auxiliaire (30) comprend un élément résistif (33; CTN, CTP) parcouru par un courant image du courant d'alimentation du moteur (17). 3. Actionneur (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément résistif comprend au moins une résistance (33; CTN, CTP). 4. Actionneur (10) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément résistif comprend une résistance à coefficient de température négatif (CTN) et une résistance à coefficient de température positif (CTP), ces résistances étant branchées en série. 5. Actionneur (10) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'élément résistif (33; CTN, CTP) est noyé dans un volume MS\2. S649.12FR.522.dpt.doc (341, 340) d'un matériau ou placé à la surface de ce volume et la sonde thermique est placée dans ce volume ou à la surface de ce volume. 6. Actionneur (10) selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le courant parcourant l'élément résistif (33; CTN, CTP) est proportionnel au courant d'alimentation du moteur (17). 7. Actionneur (10) selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le moteur (17) est un moteur à courant continu alimenté par une source de tension alternative via un transformateur et en ce que l'élément résistif comprend au moins un bobinage du transformateur. 8. Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (17) est un moteur à courant continu à rotor bobiné et en ce que l'élément particulier (27) du moteur est le rotor (27). 9. Actionneur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (15) de commande de l'alimentation électrique du moteur comprend des moyens (25) pour couper l'alimentation du moteur en fonction de la température du dispositif auxiliaire (30). 10. Procédé de détermination de la température d'un élément (27) d'un moteur électrique (17), caractérisé en ce qu'on fournit un dispositif auxiliaire (30) alimenté par un courant image du courant d'alimentation du moteur (17), on mesure la température de ce dispositif auxiliaire (30) et on déduit de cette mesure, la température de l'élément (27) du moteur (17). MS\2. S649.12FR.522.dpt.doc 11. Procédé de dimensionnement d'un dispositif auxiliaire (30) de détermination de la température d'un rotor bobiné (27) d'un moteur (17) à courant continu dans lequel on détermine la capacité calorifique d'au moins un volume (34, 341) d'un matériau disposé dans un dispositif auxiliaire 30 de manière à ce que les variations de température du rotor et d'un point du dispositif auxiliaire soient sensiblement homothétiques. MS\2.S649.12FR.522.dpt.doc