Brevet FR2889895A1 — publié le 20070223

DISPOSITIF DE COMMANDE DE COUPLE POUR DES OUTILS ELECTRIQUES La présente invention porte sur un dispositif de commande de couple, et plus particulièrement sur un dispositif de commande de couple pour des outils électriques, où le dispositif de commande peut interrompre automatiquement une alimentation électrique des outils électriques si un couple réel détecté est supérieur à une valeur de couple par défaut. Les outils électriques ont communément un moteur électrique pour entraîner une tête porte-outil, aidant ainsi un opérateur à accomplir facilement des opérations telles que le vissage ou le perçage. Chaque sorte de tête porte-outil peut supporter un couple particulier correspondant à un objet cible devant être entraîné. Par conséquent, le couple généré par les outils électriques doit être ajustable pour s'adapter à différents objets cibles. Si le couple dépasse une gamme tolérable que la tête porte-outil peut supporter, cette tête porte-outil sera temporairement désengagée du moteur afin d'éviter de possibles dommages à la tête porte-outil et au moteur. On peut effectuer le réglage du couple par défaut en faisant varier mécaniquement l'étendue de compression d'un ressort installé dans les outils électriques. La tête porte-outil est entraînée par le moteur aussi longtemps que le couple se trouve dans les limites de la valeur par défaut. Cependant, l'utilisation du ressort pour régler le couple mécaniquement et l'obtention d'une valeur par défaut précise sont toutes deux très difficiles. En outre, même lorsque la tête porte-outil a été temporairement désengagée sous le moteur, le moteur marchant à vide consomme du courant de façon continue. Par conséquent, conformément à la présente invention, il est proposé un dispositif de commande de couple pour des outils électriques pour limiter ou pallier le problème mentionné ci-dessus. Un objectif de la présente invention est de proposer un dispositif de commande de couple pour des outils électriques, dans lequel un couple par défaut peut être réglé de façon précise. Si la valeur de couple réel d'un moteur des outils électriques est supérieure à la valeur par défaut, l'alimentation électrique du moteur peut être interrompue pour protéger le moteur. Pour atteindre l'objectif précité, la présente invention a pour objet un dispositif de commande de couple pour un outil électrique ayant un moteur alimenté par une source de tension continue, le dispositif de commande de couple étant caractérisé par le fait qu'il comprend: - un circuit de commutation connecté entre le moteur et la source de tension continue; un processeur avec une borne de sortie connectée au circuit de commutation pour mettre en marche/fermer le circuit de commutation; - un circuit de détection de tension ayant une borne 25 d'entrée connectée entre le moteur et la source de tension continue pour détecter des données de variation de tension du moteur; - un circuit de détection de couple connecté entre le circuit de détection de tension et le processeur, dans lequel le circuit de détection de couple produit une valeur de couple de moteur sur la base des données de variation de tension, la valeur de couple de moteur étant émise au processeur; et - une unité de réglage de couple connectée au processeur, dans laquelle un couple par défaut est réglé dans le processeur par l'unité de réglage de couple. Un dispositif de commande de couple pour un outil électrique selon l'invention a donc un circuit de commutation, un circuit de détection de tension, un circuit de détection de couple et un processeur. Le circuit de commutation est connecté entre un moteur de l'outil électrique et une source de tension continue. Le circuit de détection de tension détecte une variation de tension ou de courant du moteur. Le circuit de détection de couple sur la base des données de variation de tension ou de courant détectées émet une valeur de couple réel du moteur. Le 15 processeur compare la valeur de couple réel avec une valeur par défaut pour déterminer si ou non le couple réel est supérieur à celui par défaut. Si tel est le cas, le circuit de commutation est fermé par le processeur pour empêcher au moteur d'être endommagé. Un dispositif de commande de couple selon l'invention peut comprendre: un circuit de commutation qui est connecté entre le moteur et la source de tension continue; un processeur avec une borne de sortie qui est connectée 25 au circuit de commutation pour mettre en marche ou fermer le circuit de commutation; un circuit de détection de tension ayant une borne d'entrée connectée entre le moteur et la source de tension continue pour détecter des données de variation de tension du moteur; un circuit de détection de couple connecté entre le circuit de détection de la tension et le processeur pour produire une valeur de couple de moteur devant être émise au processeur sur la base des données de variation de tension; une unité de réglage de couple qui est connectée au processeur pour fournir une valeur de couple par défaut au processeur; un circuit de protection contre une haute tension connecté entre le circuit de détection de tension et le processeur et comprenant un second amplificateur opérationnel ayant: deux bornes d'entrée qui sont respectivement connectées au circuit de détection de tension et à une haute tension de référence; et - une borne de sortie qui est connectée au processeur; - un circuit de protection contre une basse tension connecté entre le circuit de détection de tension et le processeur et comprenant un amplificateur opérationnel ayant: - deux bornes d'entrée qui sont respectivement connectées au circuit de détection de tension et à une basse tension de référence; et - une borne de sortie connectée au processeur; et un dispositif d'affichage connecté au processeur pour montrer le couple par défaut. Le circuit de commutation peut comprendre: - un transistor de commande ayant une base connectée au processeur à travers une résistance, un collecteur et un émetteur; et un transistor de commutation ayant une grille connectée au collecteur, une source et un drain avec la source et le drain respectivement connectés au moteur et à la source de tension continue. Le circuit de détection de tension peut comprendre un circuit diviseur de tension formé par une première résistance et une seconde résistance connectées en série, une première borne de la première résistance étant connectée à la source de tension continue et au circuit de commutation, et une seconde borne de la première résistance connectée à la seconde résistance étant couplée au circuit de protection contre une haute tension. L'unité de détection de couple peut comprendre un premier circuit RC et un premier amplificateur opérationnel en tampon. Dans un premier mode de réalisation de la présente invention, l'unité de réglage de couple peut comprendre: - un interrupteur ayant de multiples noeuds; et - un circuit de réglage de couple formé par de multiples résistances, dans lequel chaque résistance est connectée à un noeud respectif de l'interrupteur et à une borne d'entrée respective du processeur. Dans un second mode de réalisation de la présente invention, l'unité de réglage de couple peut comprendre: 20 - un rhéostat; et - un circuit de réglage de couple formé par un circuit RC et un quatrième amplificateur opérationnel, dans lequel le quatrième amplificateur opérationnel a une borne d'entrée connectée au circuit RC et a une borne de sortie connectée au processeur. Un dispositif de commande de couple selon l'invention peut comprendre: un circuit de commutation qui est connecté entre le moteur et la source de tension continue et comprenant: - un transistor de commande ayant une base, un collecteur et un émetteur; et - un transistor de commutation ayant une grille connectée au collecteur, et une source et un drain respectivement connectés au moteur et à la source de tension continue; un processeur avec une borne de sortie qui est connectée à la base du transistor de commande du circuit de commutation pour mettre en marche ou fermer le circuit de commutation; - un circuit de protection contre une haute tension qui est connecté au processeur; - un circuit de détection de tension ayant un circuit diviseur de tension formé par une première résistance et une seconde résistance connectées en série, dans lequel: une première borne de la première résistance est connectée à la source de tension continue et au circuit de commutation; et - une seconde borne de la première résistance connectée à la seconde résistance est connectée au circuit de protection contre une haute tension; - un circuit de détection de couple qui est connecté entre le circuit de détection de tension et le processeur pour produire une valeur de couple de moteur devant être émise au processeur sur la base des données de variation de la tension; et - une unité de réglage de couple qui est connectée au processeur pour fournir une valeur de couple par défaut au processeur et comprenant un premier circuit RC et un premier amplificateur opérationnel en tampon. Le circuit de protection contre une haute tension peut comprendre: - un second amplificateur opérationnel ayant: - deux bornes d'entrée respectivement connectées au circuit de détection de tension et à une haute tension de référence; et - une borne de sortie connectée au processeur; avec le dispositif de commande de couple pouvant comprendre en outre: - un circuit de protection contre une basse tension qui est connecté entre le circuit de détection de tension et le 5 processeur et comprenant: un troisième amplificateur opérationnel ayant deux bornes d'entrée respectivement connectées au circuit de détection de tension et à une basse tension de référence; et - une borne de sortie connectée au processeur; et - un dispositif d'affichage connecté au processeur pour montrer le couple par défaut. Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre indicatif et non limitatif, plusieurs modes de réalisation particuliers avec référence aux dessins annexés. Sur ces dessins. - la Figure 1 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de commande de couple selon la présente invention; - la Figure 2 est un schéma de circuit du dispositif de commande de couple selon un premier mode de réalisation 25 de la présente invention; et - la Figure 3 est un schéma de circuit du dispositif de commande de couple selon un second mode de réalisation de la présente invention. Si l'on se réfère à la Figure 1, un dispositif de commande de couple pour des outils électriques comprend un circuit de commutation 10, un processeur 20, un circuit de détection de tension 30, un circuit de détection de couple 40, un circuit de protection contre une haute tension 50, un circuit de protection contre une basse tension 60, une unité de réglage de couple 70 et un dispositif d'affichage 80. Le circuit de commutation 10 est connecté entre un moteur et une source de tension continue, la source de tension continue pouvant être une batterie. Le processeur 20 a une première borne de sortie 10 connectée au circuit de commutation 10 afin de commander ses états ouvert/fermé. Le circuit de détection de tension 30 a une borne d'entrée connectée entre la source de tension continue et le moteur, ce par quoi des variations de tension ou de courant du moteur peuvent être détectées. Le circuit de détection de couple 40 est connecté entre le circuit de détection de tension 30 et le processeur 20. Sur la base des données de variation de tension et/ou de courant du moteur ou de leur fréquence variant dans une unité de temps, le circuit de détection de couple 40 peut se baser sur les données détectées pour générer une valeur de couple du moteur et fournit la valeur de couple au processeur 20. Le circuit de protection contre une haute tension 50 est connecté entre le circuit de détection de tension 30 et le processeur 20. Le circuit de protection contre une haute tension 50 compare la valeur de tension détectée provenant du circuit de détection de tension 30 avec une haute tension de référence. Si la tension détectée est supérieure à la haute tension de référence, le circuit de protection contre une haute tension 50 émet un signal au processeur 20 de telle sorte que le circuit de commutation peut être fermé à réception de la commande du processeur. Le circuit de protection contre une basse tension 60 est connecté entre le circuit de détection de tension 30 et le processeur 20. Le circuit de protection contre une basse tension 60 compare la valeur de tension détectée provenant du circuit de détection de tension 30 avec une basse tension de référence. Si la tension détectée est inférieure à la basse tension de référence, le circuit de protection contre une basse tension 60 émet un signal au processeur 20 de telle sorte que le circuit de commutation 10 peut être fermé à réception de la commande émise du processeur 20. L'unité de réglage de couple 70 est connectée au processeur 20. Un opérateur peut régler un couple par défaut dans le processeur 20 par l'intermédiaire de l'unité de réglage de couple 70. Le dispositif d'affichage 80 est connecté à une borne de sortie du processeur 20 pour afficher le niveau du 20 couple par défaut réglé par l'opérateur. Si l'on se réfère à la Figure 2, le circuit de commutation 10 comprend un transistor de commande 11 et un transistor de commutation 12. Le transistor de commande 11 comprend un transistor à jonction bipolaire (BJT - bipolar junction transistor) avec une base, un collecteur et un émetteur. Le transistor de commutation 12 est un MOSFET avec une grille, une source et un drain. Le transistor de commande 11 fournit sa base se connectant au processeur 20 à travers une résistance, et son collecteur est connecté à la grille du transistor de commutation 12. Le drain et la source du transistor de commutation 12 sont respectivement connectés à la source de tension continue et au moteur. Lorsque le processeur 20 émet un signal avec un niveau de haute tension pour activer le transistor de commande 11, le transistor de commutation 12 est par la suite mis en marche, ce qui permet à la source de tension continue de fournir l'alimentation au moteur. Autrement, lorsque le transistor de commande 11 est désactivé, le transistor de commutation 12 est par conséquent éteint, ce par quoi l'alimentation électrique vers le moteur peut être terminée. Le circuit de détection de tension 30 est composé d'un circuit diviseur de tension avec deux résistances (R1), (R2) connectées en série. Une borne de la résistance (R1) est connectée à la source de tension continue et au circuit de commutation 10. L'autre borne de la résistance (R1) à laquelle la résistance (R2) est connectée est couplée au circuit de protection contre une haute tension 50. Le circuit de détection de couple 40 comprend un amplificateur opérationnel (U2B) et un circuit RC formé par une résistance (R3) et un condensateur (Cl). L'amplificateur opérationnel est configuré en tampon, la borne négative et la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel étant connectées ensemble pour former une boucle de rétroaction négative. Le circuit de protection contre une haute tension 50 est formé par un amplificateur opérationnel (U1B) qui sert de comparateur. Le comparateur a une borne d'entrée positive et une borne d'entrée négative qui sont respectivement couplées à la haute tension de référence et au circuit de détection de tension 30. Si la tension de sortie du circuit de détection de tension 30 est supérieure à la haute tension de référence, le comparateur émet un signal avec un niveau bas pour avertir le processeur 20. Le processeur 20 peut par la suite fermer le circuit de commutation 10 pour éviter de possibles dommages. Le circuit de protection contre une basse tension 60 est également formé par un amplificateur opérationnel (U3B) servant de comparateur. Le comparateur a une borne d'entrée positive et une borne d'entrée négative qui sont respectivement couplées au circuit de détection de tension 30 et à une basse tension de référence. Si la tension de sortie du circuit de détection de tension 30 est inférieure à la basse tension de référence, le comparateur émet un signal avec un niveau bas pour avertir le processeur 20. Le processeur 20 peut par la suite fermer le circuit de commutation 10. L'unité de réglage de couple 70 comprend un interrupteur 71 ayant de multiples noeuds et un circuit de réglage de couple 72. Le circuit de réglage de couple 72 est formé par de multiples résistances. Lorsqu'un noeud dans l'interrupteur 71 est sélectionné, une borne d'entrée respective du processeur 20 correspondant au noeud représente une tension. Le processeur 20 selon la tension représentée détermine la valeur de couple. Le dispositif d'affichage 80 est, de préférence, un élément d'affichage à sept segments avec de multiples bornes d'entrée connectées au processeur 20. Si l'on se réfère à la Figure 3, le second mode de réalisation est sensiblement analogue au premier mode de réalisation de la Figure 2. La modification dans ce mode de réalisation vise l'unité de réglage de couple 70'. L'unité de réglage de couple 70' comprend un rhéostat 73 et un circuit de réglage de couple 72', dans lequel le circuit de réglage de couple 72' est constitué d'une résistance (R6), d'un condensateur (C2) et d'un amplificateur opérationnel (U4B). L'amplificateur opérationnel(U4B) est configuré pour former un tampon. Le circuit de détection de tension accompagnant le circuit de détection de couple peut acquérir la valeur de couple instantanée d'un moteur selon les données de variation de tension et/ou de courant entre le moteur et la source de tension continue, ou la fréquence de la tension et/ou du courant variant dans une unité de temps. Le processeur compare en outre la valeur de couple avec un couple par défaut pour déterminer si ou non le moteur devrait être éteint. Si la valeur de couple du moteur est supérieure à la valeur par défaut, l'alimentation électrique du moteur est interrompue. Ainsi, la valeur par défaut peut être précisément réglée par une unité de réglage de couple. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande de couple pour un outil électrique ayant un moteur alimenté par une source de tension continue, le dispositif de commande de couple étant caractérisé par le fait qu'il comprend: un circuit de commutation connecté entre le moteur et la source de tension continue; un processeur avec une borne de sortie connectée au 10 circuit de commutation pour mettre en marche/fermer le circuit de commutation; un circuit de détection de tension ayant une borne d'entrée connectée entre le moteur et la source de tension continue pour détecter des données de variation de tension du moteur; un circuit de détection de couple connecté entre le circuit de détection de tension et le processeur, dans lequel le circuit de détection de couple produit une valeur de couple de moteur sur la base des données de variation de tension, la valeur de couple de moteur étant émise au processeur; et - une unité de réglage de couple connectée au processeur, dans laquelle un couple par défaut est réglé dans le processeur par l'unité de réglage de couple. 2 - Dispositif de commande de couple selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend: - un circuit de commutation (10) qui est connecté entre le moteur et la source de tension continue; - un processeur (20) avec une borne de sortie qui est connectée au circuit de commutation (10) pour mettre en marche ou fermer le circuit de commutation (10) ; un circuit de détection de tension (30) ayant une borne d'entrée connectée entre le moteur et la source de tension continue pour détecter des données de variation de tension du moteur; - un circuit de détection de couple (40) connecté entre le circuit de détection de la tension (30) et le processeur (20) pour produire une valeur de couple de moteur devant être émise au processeur (20) sur la base des données de variation de tension; - une unité de réglage de couple (70) qui est connectée au processeur (20) pour fournir une valeur de couple par défaut au processeur (20) ; - un circuit de protection contre une haute tension (50) connecté entre le circuit de détection de tension (30) et le processeur (20) et comprenant un second amplificateur opérationnel (U1B) ayant: - deux bornes d'entrée qui sont respectivement connectées au circuit de détection de tension (30) et à une haute tension de référence; et - une borne de sortie qui est connectée au processeur (20) ; un circuit de protection contre une basse tension (60) connecté entre le circuit de détection de tension (30) et le processeur (20) et comprenant un amplificateur opérationnel (U3B) ayant: deux bornes d'entrée qui sont respectivement connectées au circuit de détection de tension (30) et à une basse tension de référence; et - une borne de sortie connectée au processeur (20) ; 30 et - un dispositif d'affichage (80) connecté au processeur (20) pour montrer le couple par défaut. 3 - Dispositif de commande de couple selon la revendication 2, caractérisé par le fait que: - le circuit de commutation (10) comprend: - un transistor de commande (11) ayant une base connectée au processeur (20) à travers une résistance, un collecteur et un émetteur; et - un transistor de commutation (12) ayant une grille connectée au collecteur, une source et un drain avec la source et le drain respectivement connectés au moteur et à la source de tension continue; - le circuit de détection de tension (30) comprend un circuit diviseur de tension formé par une première résistance (R1) et une seconde résistance (R2) connectées en série; une première borne de la première résistance (R1) étant connectée à la source de tension continue et au circuit de commutation (10), et une seconde borne de la première résistance (R1) connectée à la seconde résistance (R2) étant couplée au circuit de protection contre une haute tension (50) ; et - l'unité de détection de couple (40) comprend un premier circuit RC (R3, Cl) et un premier amplificateur opérationnel (U2B) en tampon. 4 - Dispositif de commande de couple selon l'une 25 des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'unité de réglage de couple (70) comprend: - un interrupteur (71) ayant de multiples noeuds; et - un circuit de réglage de couple (72) formé par de multiples résistances, dans lequel chaque résistance est connectée à un noeud respectif de l'interrupteur (71) et à une borne d'entrée respective du processeur (20). - Dispositif de commande de couple selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'unité de réglage de couple (70') comprend: un rhéostat (73) ; et - un circuit de réglage de couple (72') formé par un circuit RC (R6, C2) et un quatrième amplificateur opérationnel (U4B), dans lequel le quatrième amplificateur opérationnel (U4B) a une borne d'entrée connectée au circuit RC (R6, C2) et a une borne de sortie connectée au processeur (20). 6 - Dispositif de commande de couple selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend: - un circuit de commutation (10) qui est connecté entre le moteur et la source de tension continue et comprenant: un transistor de commande (11) ayant une base, un collecteur et un émetteur; et - un transistor de commutation (12) ayant une grille connectée au collecteur, et une source et un drain respectivement connectés au moteur et à la source de tension continue; - un processeur (20) avec une borne de sortie qui est connectée à la base du transistor de commande (11) du circuit de commutation (10) pour mettre en marche ou fermer le circuit de commutation (10) ; - un circuit de protection contre une haute tension (50) qui est connecté au processeur (20) ; - un circuit de détection de tension (30) ayant un circuit diviseur de tension formé par une première résistance (R1) et une seconde résistance (R2) connectées en série, 30 dans lequel: - une première borne de la première résistance (R1) est connectée à la source de tension continue et au circuit de commutation (10) ; et - une seconde borne de la première résistance (R1) connectée à la seconde résistance (R2) est connectée au circuit de protection contre une haute tension (50) ; - un circuit de détection de couple (40) qui est connecté entre le circuit de détection de tension (30) et le processeur (20) pour produire une valeur de couple de moteur devant être émise au processeur (20) sur la base des données de variation de la tension; et - une unité de réglage de couple (70) qui est connectée au processeur (20) pour fournir une valeur de couple par défaut au processeur (20) et comprenant un premier circuit RC (72') et un premier amplificateur opérationnel (U4B) en tampon. 7 - Dispositif de commande de couple selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le circuit de protection contre une haute tension (50) comprend: - un second amplificateur opérationnel (U1B) ayant: - deux bornes d'entrée respectivement connectées 20 au circuit de détection de tension (30) et à une haute tension de référence; et - une borne de sortie connectée au processeur (20) ; avec le dispositif de commande de couple comprenant en 25 outre: - un circuit de protection contre une basse tension (60) qui est connecté entre le circuit de détection de tension (30) et le processeur (20) et comprenant: un troisième amplificateur opérationnel (U3B) ayant deux bornes d'entrée respectivement connectées au circuit de détection de tension (30) et à une basse tension de référence; et une borne de sortie connectée au processeur (20) ; et un dispositif d'affichage (80) connecté au processeur (20) pour montrer le couple par défaut.