Brevet FR2877488A1 — publié le 20060505

RELAIS POUR APPAREIL ELECTRIQUE EN COURANT CONTINU La présente invention concerne un relais électrique associé à un appareil destiné à fonctionner en courant continu CC, par exemple à 12V ou plus. Aujourd'hui, les batteries de véhicule automobile délivrent du 12V en courant continu et les appareils électriques disposés dans les véhicules automobiles fonctionnent donc classiquement en 12V CC. Ces appareils, comme par exemple un moteur de lève-vitre, sont généralement commandés par un relais adapté à commuter un interrupteur de l'appareil. Un relais est un dispositif de commande électromagnétique sollicité pour actionner une ouverture ou fermeture d'un circuit électrique. Classiquement, un relais comprend une bobine associée à un aimant lié à un interrupteur. Lorsqu'une tension de commande est appliquée à la bobine, le champ magnétique induit entraîne la commutation de l'interrupteur. Par ailleurs, le relais permet également d'absorber l'arc électrique produit par la surtension aux bornes de l'appareil lorsque l'on interrompt l'alimentation électrique. L'arc électrique correspond à une décharge entre les bornes de l'interrupteur lorsque celles-ci sont écartées l'une de l'autre alors qu'un courant les traverse. En effet, le courant d'alimentation de l'appareil ne devient pas immédiatement nul lorsque l'interrupteur est ouvert du fait de la charge capacitive ou inductive de l'appareil. Cette décharge peut être évacuée entre les contacts du relais. Plus spécifiquement, le relais commande généralement l'alimentation de balais adaptés à venir au contact d'un collecteur de moteur électrique. La figure 1 illustre un moteur électrique en courant continu, tel qu'un moteur 25 de lève-vitre par exemple. Un moteur électrique 10 comporte généralement une carcasse statorique et un rotor 20 monté rotatif dans le stator. Le moteur comporte également un collecteur 15 constitué classiquement d'une bague montée solidaire de l'arbre de rotor et présentant une série de lames conductrices sur sa périphérie. Les lames du collecteur 15 sont reliées à des enroulements du rotor. Au moins deux lames diamétralement opposées sont successivement alimentées en courant électrique par au moins une paire de balais 11, 12. Les balais sont généralement disposés sur des portes balais 13 qui peuvent être agencés sur un boîtier de collecteur ou directement sur une carte de circuit imprimé 100 intégrant une électronique de commande du moteur. Les balais sont agencés de manière diamétralement opposés par rapport au collecteur et sont destinés à faire contact avec les lames du collecteur au cours de sa rotation solidaire de l'arbre du rotor pour alimenter successivement les enroulements du rotor. R:\Brevets\22200\22222-04ARM0144.doc - 27/10/04 - 10:10 - 1/9 A cet effet, un relais 1 commande l'alimentation électrique des balais 11, 12 via les portes balais 13. La figure 2 illustre schématiquement un montage électrique du moteur de la figure 1. Un appareil 10, tel qu'un moteur d'actionnement d'ouvrant de véhicule, par exemple un moteur de lève-vitre, doit être alimenté par un courant continu sous une tension d'alimentation Ua prédéterminée correspondant généralement à la tension délivrée par la batterie du véhicule, tel que 12 Volt par exemple. Sur la figure 2, le moteur 10 est à l'arrêt, les bornes 11 et 12 du moteur, correspondant aux balais d'alimentation du collecteur de la figure 1, étant connectées au même point de potentiel électrique. Le moteur est donc en court-circuit sur lui-même. Les bornes 11, 12 du moteur 10 sont connectées à des interrupteurs 3 et 4 commandés par le relais 1. La commande de commutation du relais 1 peut être assurée par un montage électrique dédié 5, tel qu'un microcontrôleur par exemple. Pour mettre en marche le moteur 10, c'est-à-dire relier une borne 11 du moteur au potentiel d'alimentation Ua et l'autre borne 12 à la masse, il faut qu'un des interrupteurs 4 soit commuté. Le sens de rotation du moteur 10 sera déterminé selon quelle borne 11 ou 12 du moteur est reliée à l'alimentation Ua par la commutation de l'un des interrupteurs 3 ou 4 correspondant, l'autre borne 12 ou 11 du moteur étant reliée à la masse. Le relais 1 et le microcontrôleur 5, ainsi que les bornes d'alimentations des balais 11, 12 peuvent être intégrés sur une carte de circuit imprimé 100 associée au moteur 10, comme illustré sur les figures 1 et 3. La figure 3 montre une carte 100 de circuit imprimé comprenant un relais 1. De manière connue en soi, le relais 1 peut comprendre deux bobines 6, 7 associées chacune à un aimant lié à un des interrupteurs 3, 4. Une commande du microcontrôleur 5 permet d'appliquer un courant à l'une ou l'autre bobine 6, 7 afin d'induire un champ magnétique apte à actionner un des interrupteurs 3, 4 par l'intermédiaire d'un des aimants. La figure 3 montre aussi les porte-balais 13 reliés, d'une part aux balais 11, 12 pour une alimentation électrique du moteur, et d'autre part à des broches de connexion électrique 14 disposées sur la carte de circuit imprimée 100. Chaque broche de connexion 14 des portes balais est électriquement reliée à un interrupteur 3, 4 de commande du relais 1 par une piste 16 de la carte 100 et une broche de connexion 17 dans le relais 1. Malgré une intégration sur une même carte de circuit imprimé 100, le relais 1 et les portes balais 13 restent des éléments distincts nécessitant de prévoir des connexions électriques entre eux. R:\Brevets\22200\22222-04ARM0144. doc - 27/10/04 - 10:10 - 2/9 Or, pour certaines applications, les moteurs électriques en courant continu sont de plus en plus petits. Une intégration maximale est donc souhaitable pour atteindre un volume d'encombrement minimal et faciliter au mieux l'assemblage des différents éléments. Il existe donc un besoin pour une intégration maximale des éléments électriques sur une carte de circuit imprimée associée à un moteur électrique en courant continu. En particulier, il existe un besoin pour supprimer certaines connexions électriques entre ces différents éléments et minimiser le nombre de broches de connexion. A cet effet, l'invention propose un dispositif de commande électrique de commutation d'un appareil fonctionnant en courant continu sous une tension d'alimentation prédéterminée, le dispositif comprenant un relais électromécanique comprenant: - un commutateur de l'appareil; - au moins deux porte-balais constituant des contacts du commutateur Selon une caractéristique, le commutateur comprend deux interrupteurs comprenant chacun un contact constitué par un porte-balais. Selon un mode de mise en oeuvre., les interrupteurs sont des interrupteurs inductifs. Selon un mode de réalisation, le commutateur comprend deux broches de contact à chaque broche d'alimentation en puissance de l'appareil. Selon un autre mode de réalisation, le commutateur comprend une unique broche de contact à au moins une des broches d'alimentation en puissance de l'appareil. Selon une caractéristique, le dispositif comprend en outre un microcontrôleur adapté à commander un état du commutateur du relais. Selon un mode de réalisation, le microcontrôleur commande au moins une bobine adaptée à actionner un interrupteur. Selon un mode de réalisation, deux bobines présentent une broche de contact 30 commune. Selon un mode de réalisation, la bobine présente une broche de contact commune avec une broche d'alimentation en puissance de l'appareil. L'invention concerne aussi un moteur d'actionnement d'ouvrant de véhicule, comprenant: - un collecteur; - une carte de circuit imprimé intégrant un dispositif de commande selon l'invention, les porte-balais comprenant des balais adaptés à venir au contact du collecteur. R:\Brevets\22200\22222-04ARM0144.doc - 27/10/04 - 10:10 - 3/9 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent: figure 1, déjà décrite, un schéma d'un moteur électrique en courant continu selon l'art antérieur; figure 2, déjà décrite, un schéma d'un montage électrique du moteur de la figure 1; - figure 3, déjà décrite, un schéma d'une carte de circuit imprimé du moteur 10 de la figure 1; - figure 4, un schéma d'une carte de circuit imprimée selon un premier mode de réalisation de l'invention; - figure 5, un schéma d'une carte de circuit imprimée selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; - figure 6, un schéma d'une carte de circuit imprimé selon un troisième mode de réalisation de l'invention; figure 7, un schéma d'une carte de circuit imprimé selon un quatrième mode de réalisation de l'invention; figure 8, un schéma d'une carte de circuit imprimé selon un cinquième 20 mode de réalisation de l'invention. Un dispositif de commande électrique de commutation d'un appareil fonctionnant en courant continu sous une tension d'alimentation prédéterminée comprend un relais électromécanique. Selon l'invention, le relais comprend un 25 commutateur de l'appareil et au moins deux portebalais constituant des contacts du commutateur. Ainsi, les pistes électriques entre le relais et les porte-balais sont supprimées, ainsi que les broches de connexion du relais à ces pistes, puisque un porte-balai constitue lui-même un contact du commutateur. L'invention va être décrite en référence aux figures 4 à 8 qui représentent cinq modes de réalisation de l'invention. Selon l'invention, on définit un état ouvert et un état fermé d'un interrupteur du relais comme des états correspondants respectivement à un passage d'un courant d'alimentation à travers l'appareil et à une interruption du passage dudit courant à travers ledit appareil. Cette interruption du passage du courant d'alimentation dans l'appareil peut être obtenue soit par une mise en court-circuit de l'appareil sur luimême, soit par une ouverture du circuit. R:\Brevets\22200\22222-04ARMO144.doc - 27/10/04 - I0: IO - 4/9 La figure 4 montre une carte 100 de circuit imprimé comprenant un relais 1. Le relais 1 peut comprendre deux bobines 6, 7 associées chacune à un aimant lié à un interrupteur 3, 4. La figure 4 montre aussi les porte-balais 13 reliés aux balais 11, 12 pour une 5 alimentation électrique du moteur. Selon l'invention, les porte-balais 13 constituent également les contacts des interrupteurs 3, 4 du relais 1. Ainsi, les broches de connexion électrique 14 disposées sur la carte de circuit imprimée 100 ainsi que les broches de connexion 17 dans le relais 1 et les pistes de connexion 16 de la carte 100 peuvent être supprimées. Sur la figure 4, le moteur est à l'arrêt puisque les balais 11 et 12 sont électriquement reliés au même point de potentiel électrique. Le moteur est donc en court-circuit sur lui-même et les interrupteurs 3 et 4 sont chacun dans un état dit ouvert, selon la définition donnée précédemment. Pour mettre en marche le moteur, il faut relier un balais 11 au potentiel 15 d'alimentation Ua et l'autre balais 12 à la masse, il faut donc qu'un des interrupteurs 4 soit commuté dans un état fermé sur une borne d'alimentation. La commutation des interrupteurs 3, 4 peut être assurée par un microcontrôleur 5. Le microcontrôleur 5 applique une tension de commande destinée à alimenter l'une ou l'autre des bobines 6, 7 du relais 1 pour actionner la commutation de l'un ou 20 l'autre des interrupteurs 3, 4. Le microcontrôleur 5 peut également mesurer la valeur de la tension d'alimentation Ua pour activer des coupe-circuits logiciels, par exemple en cas de détection d'un couple supérieur à un seuil prédéterminé sur le rotor du moteur. Par ailleurs, le microcontrôleur 5 contrôle l'état de fonctionnement du moteur 10. En particulier, l'état fermé ou ouvert des interrupteurs 3, 4 commandés par le relais 1 est connu du microcontrôleur. Les figures 5 à 8 montrent des variantes de réalisation du dispositif de commande de la figure 4. Les mêmes éléments portent les mêmes signes de référence. Sur la figure 5, les porte-balais 13 constituent toujours les contacts des interrupteurs 3, 4 du relais 1. De plus, une broche supplémentaire a pu être supprimée en utilisant une unique broche comme contact de masse pour les deux interrupteurs 3, 4. Sur la figure 6, les porte-balais 13 constituent toujours les contacts des interrupteurs 3, 4 du relais 1. De plus, une broche supplémentaire a pu être supprimée en utilisant une unique broche comme contact d'alimentation Ua pour les deux interrupteurs 3, 4. R:\Brevets\22200\22222-04ARM0144.doc - 27/10/04 - 10:10 - 5/9 Sur la figure 7, les porte-balais 13 constituent toujours les contacts des interrupteurs 3, 4 du relais 1. De plus, une broche supplémentaire a pu être supprimée en utilisant une unique broche comme contact d'alimentation pour la commande d'une des broches des deux bobines. Sur la figure 8, les porte-balais 13 constituent toujours les contacts des interrupteurs 3, 4 du relais 1. De plus, une broche supplémentaire a pu être supprimée en utilisant une unique broche comme contact d'alimentation pour la commande d'une des broches des deux bobines, comme sur la figure 7, cette unique broche constituant en plus la broche de contact de masse des interrupteurs 3, 4. Il est à noter que sur tous les exemples illustrés, les broches de contact de masse et d'alimentation peuvent être interverties indifféremment, en particulier pour la figure 8 où l'unique broche de contact d'alimentation pour la commande d'une des broches des deux bobines peut constituer également: la broche de contact d'alimentation des interrupteurs 3, 4. En outre, les différentes simplifications illustrées en supprimant des broches peuvent être combinées indifféremment. Selon l'invention, on obtient donc un composant électrique constitué d'un relais muni de porte-balais. Un tel composant permet une meilleure intégration des éléments électriques pour un encombrement minimisé dans un moteur électrique. De plus l'assemblage du moteur est facilité par cette intégration. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits à titre d'exemple; ainsi, le relais du dispositif de commutation selon l'invention peut ne comprendre qu'un seul interrupteur dont les deux contacts sont constitués par les deux portes balais. De même, la tension d'alimentation Ua peut être différente de 12V. R:\Brevets\22200\22222-04ARMO144.doc - 27/10/04 - 10:10 - 6/9 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande électrique de commutation d'un appareil (10) fonctionnant en courant continu sous une tension d'alimentation prédéterminée (Ua), le dispositif comprenant un relais (1) électromécanique comprenant: - un commutateur (3, 4, 6, 7) de l'appareil (10) ; - au moins deux porte-balais (13) constituant des contacts du commutateur. 2. Dispositif de commande électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le commutateur comprend deux interrupteurs (3, 4) comprenant chacun un contact constitué par un porte-balais (13). 3. Dispositif de commande électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les interrupteurs (3, 4) sont des interrupteurs inductifs. 4. Dispositif de commande électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le commutateur comprend deux broches de contact à chaque broche d'alimentation en puissance (masse, Ua) de l'appareil. 5. Dispositif de commande électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le commutateur comprend une unique broche de contact à au moins une des broches d'alimentation en puissance (masse, Ua) de l'appareil. 6. Dispositif de commande électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un microcontrôleur (5) adapté à 20 commander un état du commutateur du relais (1). 7. Dispositif de commande électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le microcontrôleur commande au moins une bobine (6, 7) adaptée à actionner un interrupteur (3, 4). 8. Dispositif de commande électrique selon la revendication 7, caractérisé en ce 25 que deux bobines (6, 7) présentent une broche de contact commune. 9. Dispositif de commande électrique selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la bobine présente une broche de contact commune avec une broche d'alimentation en puissance (masse, Ua) de l'appareil. R:\Brevets\22200\22222-04ARM0144.doc - 27/10/04 - 10: 10 - 7/9 10. Moteur d'actionnement d'ouvrant de véhicule, comprenant: - un collecteur (15) ; une carte de circuit imprimée (100) intégrant un dispositif de commande selon l'une des revendications 1 à 9, les porte-balais comprenant des balais (11, 12) adaptés à 5 venir au contact du collecteur. R:\Brevets\22200\22222-04ARM0144.doc - 27/10/04 - 10:10 - 8/9