Brevet FR2895088A1 — publié le 20070622

Domaine de 1'invention La presente invention concerne un procede et un dispositif de detection de l'usure de la commande d'un moteur electrique de balais de charbon d'un moteur a courant continu a commutation elec-trique notamment du moteur de pompe d'un vehicule, la commande comportant plusieurs balais de charbon, A cause d'effets electrochimiques, electriques et/ou mecaniques, les balais de charbon et le collecteur des moteurs a commutation electrique notamment des moteurs a courant continu peuvent s'user. Dans le cas extreme cette usure se traduit par la defaillance du moteur a commutation electrique car lorsque les balais de charbon sont uses au-dela d'un niveau critique, le courant ne peut plus passer par les enroulements d'induit du moteur electrique. En particulier lorsqu'un tel moteur a courant continu a commutation electrique est utilise dans un systeme de freinage par exemple comme moteur de pompe, it faut detecter a temps toute usure critique des balais de carbone. Pour pouvoir ainsi detecter suffisamment a temps l'usure dans un systeme de freinage electro-hydraulique comme celui decrit dans le document DE-199 23 689-Al, on peut utili- ser differents procedes. Ainsi it est possible d'evaluer l'usure des balais de charbon du moteur de la pompe de la partie hydraulique du systeme de freinage par le nombre de coups de frein donnes pendant le fonctionnement du vehicule. Le document 10 2004 035318-Al decrit un autre procede ou dispositif de saisie de l'usure de la commande d'un moteur electrique. On detecte ainsi l'usure des balais de charbon du moteur electrique par une grandeur de comparaison. Cette grandeur de comparaison se definit a partir d'une grandeur representant la vitesse de rota- tion du moteur electrique. A 1'aide de cette grandeur de vitesse de rotation on deduit une mesure du nombre de rotations execute-es par le moteur electrique. En prenant par hypothese une usure correspondante on peut alors determiner l'usure des balais de charbon. Expose et avantages de 1invention La presente invention concerne un procede du type decrit ci-dessus caracterise en ce qu'on detecte l'usure d'au moins un balai de charbon en fonction du comportement dans le temps de la tension de moteur fonctionnant en generateur (UG). L'invention concerne egalement un dispositif du type decrit ci-dessus caracterise en ce qu'on detecte l'usure d'au moins un balai de charbon en fonction du comportement dans le temps de la tension de moteurs fonctionnant en generateur (UG). Le procede et le dispositif selon l'invention de detection de l'usure de la commande des balais de charbon d'un moteur a courant continu a commutation electrique, sont par exemple ceux utilises pour un moteur de la pompe d'un vehicule automobile. Ainsi le moteur a courant continu, entraine par 1'intermediaire d'au moins deux balais de charbon, comporte des moyens pour detecter la tension de poursuite en mode generateur. Selon l'invention, le comportement dans le temps de la tension du moteur fonctionnant en generateur, permet de deduire l'usure d'au moins un balai de charbon et de l'indiquer au conducteur. L'utilisation d'une telle detection de l'usure d'un balai de charbon de moteur a courant continu permet de detecter a temps la defaillance du moteur en particulier s'il s'agit du moteur de la pompe d'un systeme de freinage d'un vehicule. Le conducteur est ainsi informe du risque de perte de puissance de la pompe, et peut faire re-parer a temps avant que la defaillance de la pompe ne cree un risque. Selon un developpement de l'invention, on detecte l'usure des balais de charbon pendant le demarrage du moteur. Cette solution est avantageuse car l'usure des balais de charbon ou du contact entre le balai de charbon et le rotor du moteur a precisement l'influence la plus grande sur la tension du moteur pendant la phase de demarrage. L'invention permet de detecter a temps l'usure d'un seul balai de charbon. De maniere avantageuse, Fun des balais servant a la commande du moteur a courant continu peut 'are plus court que 1'autre. Cela limite certes la duree de fonctionnement global du moteur a courant continu du fait de cette reduction de longueur, mais suivant cette reduction de longueur de l'un des balais, le fonctionnement peut se poursuivre encore avec les trois autres balais de commutation pendant un certain temps (duree de fonctionnement residuel). Une telle reduction de longueur permet de detecter de maniere precise, pour un enlevement de matiere predefini, l'usure par la reduction de la tension du moteur fonctionnant en generateur. Une autre possibilite de reduire la tension du moteur fonctionnant en generateur lorsqu'on atteint un enlevement de matiere predefini et detecter ainsi l'usure consiste a retenir un balai de charbon par une butee appropriee dans son support. Ainsi automatiquement lorsqu'on atteint un enlevement de matiere predefini de ce balai, le contact avec le collecteur sera coupe ou reduit ce qui diminuera la tension du moteur fonctionnant en generateur. Cette retenue peut are obtenue par exemple par la conception du balai en lui donnant un contour approprie. On peut envisager une cavite (bec) dans le contour qui n'est toutefois realisee que par morceaux de balai. Ainsi lorsqu'on atteint un enlevement de matiere predefini, le balai de charbon ne peut plus "are pousse au-dela en direction du collecteur. Selon un developpement particulier de l'invention, la de- tection de l'usure est appliquee a la commande d'un moteur de pompe d'un systeme anti-blocage, d'un systeme de stabilisation electronique ou d'un systeme de freinage electro-hydraulique d'un vehicule. La presente invention permet de detecter de maniere plus precise l'usure effective des balais du moteur pour eviter de remplacer le moteur ou les balais de fawn prematuree. Il en resulte des avantages economiques importants. Dessins La presente invention sera decrite ci-apres de maniere plus detaillee a 1'aide d'exemples de realisation representes dans les 30 dessins annexes dans lesquels : - les figures la et lb montrent deux courbes de tension caracteristique de la commande d'un moteur a courant continu a commutation electrique ; - la figure lc montre la reduction de la tension de moteur d'un moteur a courant continu en cas de contact reduit de maniere significative entre un balai de charbon et le rotor du moteur a courant continu ; - la figure 2 montre un schema par blocs de la detection de la tension de moteurs fonctionnant en generateur et 1'affichage de l'usure des balais de charbon ; - la figure 3 montre un ordinogramme de la detection de l'usure d'au moins un balai de charbon par la valeur moyenne de la tension de moteurs fonctionnant en generateur ; et - la figure 4 montre l'usure par la comparaison de la tension de mo- teurs (tension absolue) et d'une valeur enregistree en memoire. Description de modes de realisation L'application de la presente invention a un moteur de pompe sera decrite dans 1'exemple de realisation suivant ; it s'agit par exemple du moteur d'un systeme de freinage electro-hydraulique d'un vehicule. L'invention peut toutefois s'appliquer a tout type de moteurs electriques a collecteur (moteur electrique a courant continu) meme en dehors du domaine de 1'automobile et dont la commande peut s'user si le passage du courant est assure par des balais de charbon. L'utilisation de moteurs electriques dans les systemes de frein hydraulique necessite des conditions de securite importantes concernant la disponibilite et la fiabilite. En fonction du temps d'utilisation et des sollicitations applique-es au systeme it faut tenir compte du fait que le moteur peut arriver a sa limite de duree de vie. Lorsqu'on atteint cette limite, le fonctionnement du moteur et par suite celui du systeme de freinage peut 'are defaillant sans que le conducteur ne soit averti prealablement. La detection de l'usure des balais de charbon servant a la commande d'un moteur a courant continu a commutation electrique permet de detecter a temps la defaillance du moteur pendant le fonc- tionnement du vehicule et d'eviter des situations de risque inutile en circulation routiere. A 1'aide de la figure 2 on decrira schematiquement un dispositif qui determine l'usure des balais de charbon d'un moteur a courant continu et fournit un avertissement correspondant au conduc- teur. Pour cela, un appareil de commande 200 comporte une unite de calcul 210 qui saisit la tension de generateur UG fournie par un moteur 220 (moteur de pompe). La tension de generateur UG peut 'are comparee dans 1'unite de calcul 210 directement a une valeur de tension UNoäv pre-visible pour des balais de charbon neufs. En variante, on peut ega- lement former la valeur moyenne de la tension de generateur UG avant de comparer cette valeur moyenne a un seuil SW1. A la fois la valeur de tension UNouv et le seuil SW' peuvent 'are enregistres dans une memoire 230 a laquelle accede 1'unite de calcul 210. Les deux valeurs peuvent egalement 'are enregistrees de maniere externe 240 a 1'aide d'une in- terface appropriee 260, par exemple lors du remplacement de composants du moteur dans un atelier. Lorsqu'une usure appropriee est detectee, le conducteur sera informe par un signal acoustique et/ ou optique 250. Il est en outre possible d'enregistrer l'usure par une information appropriee dans une memoire 230 pour la fournir a un techni- cien de service lors d'une intervention en atelier. La figure la montre la courbe de tension caracteristique en fonction du temps d'un moteur equipe de nouveaux balais de char-bon. La figure lb montre en revanche des effondrements de tension produits par le soulevement ou par un contact insuffisant des balais de charbon du moteur. Lorsque Fun des balais est use de cette maniere pour qu'il n'y ait plus de contact avec le moteur, on peut avoir un effondrement de tension de l'ordre de 30 % comme cela apparait a la figure lc. Alors que dans la partie 100, les quatre balais d'un moteur a courant continu fonctionnent normalement, dans la zone 120, le moteur ne fonctionnera plus qu'avec trois balais. Cela permet neanmoins au moteur de fonctionner mais la puissance qu'il fournit est limitee. Il est vivement conseille de remplacer les balais de charbon pour eviter une defaillance totale. L'ordinogramme de la figure 3 montre un premier pro- gramme execute par 1'unite de calcul 210. Apres le demarrage du pro-gramme, dans une premiere 6-tape 300 on saisit la tension de moteur fonctionnant en generateur UG et on forme une valeur moyenne en utilisant par exemple des valeurs plus anciennes de UG par exemple par une ponderation en fonction du temps. En outre, on extrait un seuil SW' de la memoire 230 qui represente la valeur moyenne de la tension de balais de charbon fonctionnant parfaitement. Si la valeur moyenne depasse le seuil SW' on termine le programme et on le relance dans le cycle de cadence suivant par exemple a 1'interieur du meme cycle du moteur fonctionnant en generateur. Si la valeur moyenne passe nean- moins sous le seuil SW' on conclut qu'il y a usure ou soulevement des balais de charbon. Ensuite, dans 1'etape 340, le conducteur est informe par un affichage acoustique et/ou optique 250 que 1'alimentation electrique de la pompe est defectueuse et it lui est conseille de passer dans un atelier. En meme temps une information appropriee est enregistree dans la memoire 230 pour 'are disponible lorsqu'on l'interroge dans 1'atelier. On peut egalement envisager d'enregistrer egalement les valeurs moyennes de la tension de moteur fonctionnant en generateur UGn,, pour permettre un controle en atelier. On determine une valeur moyenne situee au-dessus du seuil SW' mais qui peut neanmoins 'are significativement differente de la valeur moyenne maximale possible pour remplacer a temps les balais de charbon. En variante, a la place de la valeur moyenne de la tension de moteur fonctionnant en generateur UG on peut egalement utiliser la valeur absolue de la tension du moteur pour determiner l'usure. Ainsi dans 1'etape 400 de l'ordinogramme de la figure 4, on saisit egalement tout d'abord la valeur instantanee de la tension de moteur fonctionnant en generateur UG. De plus, on extrait une valeur de comparaison UNouv de la memoire 230 qui represente la tension de moteur fonctionnant en generateur, maximale pour des balais neufs fonctionnant parfaitement. Dans 1'etape 420 suivante on compare la tension du moteur fonctionnant en generateur UG a la valeur moyenne UNouv. Si la difference correspond a 1'inegalite suivante : UNouv - UG Les deux programmes presentes peuvent are lances a des instants predefinis manuellement ou de fawn automatique. Il est toutefois prevu avantageusement que les programmes soient lances apt-es que soft detecte le fonctionnement en generateur, le programme etant notamment execute plusieurs fois dans un cycle de generateur pour former la valeur moyenne. Les seuils SW1 et SW2 peuvent etre adaptes individuellement aux proprietes du moteur ou aux balais de charbon qui ont ete remplaces, pour 'are enregistres dans la memoire 230. Comme deja in-clique, on peut egalement effectuer 1'enregistrement en memoire a poste- riori par exemple par le technicien de service dans le cadre d'un remplacement. On peut en outre utiliser les programmes des figures 3 et 4 pour determiner de maniere precise 1'usure d'un seul balai de char-bon. Ainsi selon un autre exemple de realisation on peut envisager d'utiliser intentionnellement un balai de charbon plus court pour que de fawn intentionnelle, que lorsque l'usure atteint un niveau predefini cela genere un effondrement de la tension. Ainsi a titre d'exemple dans le programme de la figure 4, le seuil SW2 peut are fixe a une valeur caracteristique d'environ 20 a 30 % de la valeur de UNouv pour que lors- qu'on arrive a l'usure predefinie, on puisse detecter en toute securite un tel effondrement de tension (voir entre autre egalement la figure ic). Une autre possibilite de produire de maniere intentionnelle un effondrement de tension une fois atteint une usure predefinie consiste a ce que la fixation des balais de charbon comporte une butee pour un seul balai. Ainsi on interrompt egalement le contact entre ce balai et le moteur ce qui permet de detecter un effondrement de tension. Dans cette alternative on peut egalement envisager de donner a ce balai de charbon un contour qui ne permet au balai que se deplacer sur une longueur predefinie par rapport au moteur avant d'atteindre sa butee. En outre, le cordon qui assure le raccordement electrique du balai peut 'are tel que pendant que le balai est pousse dans son support en direction du moteur, une fois atteint une usure prede nie, le cordon arrive en butee et retient ainsi le balai. De fagon generale, l'invention pre-volt de mesurer la ten- Sion de moteur fonctionnant en generateur UG lors du demarrage du moteur, pendant le fonctionnement en modulation de largeur d'impulsion et/ou lors de la coupure. Une deterioration du contact des balais de charbon par enlevement de matiere et usure se traduit par un courant de commutation qui n'est pas constant ou par une coupure de courant. Les effondrements de tension qui en resultent correspondent a un soulevement des balais. Si en revanche un contact de balai est completement use, le balai n'aura plus ou pratiquement plus de contact avec le moteur et 1'effondrement de tension qui en resulte permet egalement de constater 1'etat d'usure. La reduction de la commutation liee a l'usure des balais de charbon reduit le couple fourni par le moteur se traduisant par une dynamique de demarrage plus faible. On observe que l'influence de l'usure des balais de charbon est la plus grande en phase de demarrage ou de lancement du moteur et c'est pourquoi la detection de l'usure se fait de preference a ce moment.25 REVENDICATIONS 1 1 Procede de detection de l'usure d'une commande de balais de char-bon d'un moteur a courant continu a commutation electrique notamment du moteur de pompe d'un vehicule, la commande comportant plusieurs balais de charbon, caracterise en ce qu' on detecte l'usure d'au moins un balai de charbon en fonction du comportement dans le temps de la tension de moteur fonctionnant en generateur (UG). 2 ) Procede selon la revendication 1, caracterise en ce qu' on detecte l'usure pendant le demarrage du moteur. 3 ) Procede selon la revendication 1, caracterise en ce qu' intentionnellement Fun des balais de charbon est plus court qu'au moins un autre balai de charbon pour detecter l'usure des balais. 4 ) Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que pour une usure predefinie, on bloque la poursuite de fonctionnement de Fun des balais de charbon utilise pour la commande. 5 ) Dispositif de detection de l'usure de la commande d'un moteur a courant continua commande electrique notamment d'un moteur de pompe d'un vehicule, selon lequel le moteur a courant continu est entraine a 1'aide de plusieurs balais de charbon, des moyens (200) etant prevus pour detecter la tension de moteurs fonctionnant en generateur, caracterise en ce que on detecte l'usure d'au moins un balai de charbon en fonction du comportement dans le temps de la tension de moteurs fonctionnant en generateur (UG). 6 ) Dispositif selon la revendication 5,caracterise en ce que les moyens detectent l'usure pendant le demarrage du moteur. 7 ) Dispositif selon la revendication 5, caracterise en ce qu' un unique balai de charbon est plus court pour detecter l'usure des balais. 8 ) Dispositif selon la revendication 5, comportant un support pour les balais de charbon, caracterise en ce que le support d'un seul balai de charbon est congu pour que lorsqu'on atteint une usure predefinie du balai, celui-ci soit bloque. 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caracterise en ce que le balai de charbon a un contour qui s'applique contre une butee du support lorsque le balai atteint une usure predefinie. 10 ) Dispositif selon la revendication 8, caracterise en ce que le cordon assurant le contact electrique du balai vient contre une butee du support lorsqu'on atteint une usure predefinie.25