Brevet FR2922692A1 — publié le 20090424

Appareil portatif électrique avec contrôle de température du moteur L'invention concerne un dispositif de surveillance 15 thermique d'un moteur électrique d'un appareil portatif électrique actionné par le moteur électrique par l'intermédiaire d'une commande électronique de moteur, comme par exemple un marteau perforateur, un burineur, un perforateur à diamant, une scie circulaire portative ou 20 une meuleuse d'angle. Selon le document DE9203945U, deux capteurs de température servant à mesurer la température ambiante et la température au commutateur de puissance sont disposés sur 25 un module électronique pour la surveillance thermique indirecte d'un moteur électrique dans un appareil portatif électrique. Selon le document DE3804679, la variation dans le temps de la température du moteur est reproduite par l'intermédiaire d'une section conductrice de température 30 sous la forme d'un dissipateur thermique du commutateur de puissance. L'approximation de la température du moteur, en particulier de la température de l'enroulement, par la température au commutateur de puissance est cependant trop 1 grossière pour les appareils portatifs électriques de grande puissance (> 1 000 watts). Les documents WO9323904 et DE4216040 décrivent un dispositif de surveillance de la surcharge thermique dans un moteur électrique, dispositif dans lequel, pendant la durée de mise sous tension du moteur électrique, sa puissance dissipée ou une grandeur proportionnelle à celle-ci est calculée à l'aide de données de moteur mesurées et intégrée sur le temps pour ensuite comparer la valeur intégrée avec une valeur seuil. En cas d'atteinte ou de dépassement de la valeur seuil, un signal de coupure du moteur est généré. Dans les dispositifs décrits, il n'est pas tenu compte des effets essentiellement thermiques du bilan thermique du moteur, par exemple de l'effet du refroidissement par convection dû à l'air de refroidissement et de la dissipation de chaleur vers d'autres composants. Une reproduction sûre du comportement thermique du moteur et une protection suffisamment sûre du moteur ne peuvent donc pas être obtenues. Le document DE19939997 décrit un circuit de protection qui interrompt l'amenée d'énergie à un moteur électrique lorsqu'un signal de température corrigé dépasse une valeur seuil prédéfinie. Le signal de température corrigé est obtenu par le calcul en fonction d'un signal de mesure de température capté à proximité d'un enroulement du moteur et de ses signaux de mesure situés dans le passé. Le dispositif décrit sert seulement à compenser les propriétés d'amortissement de la conduction thermique entre le point de mesure de température sur le capteur de température et la température intéressante sur le moteur, par exemple sur l'enroulement. Un inconvénient décisif réside en ce que la mesure doit être effectuée au voisinage immédiat de l'enroulement, c'est-à-dire au niveau du moteur. Le document EP1450460 décrit un dispositif de surveillance thermique d'un moteur électrique sur une unité de contrôle d'entraînement, lequel calcule l'état thermique du moteur par l'intermédiaire d'au moins une température mesurée à proximité du moteur, de paramètres du moteur mémorisés, des grandeurs de fonctionnement du moteur et d'un modèle thermique dynamique du moteur, et prescrit des grandeurs de fonctionnement électriques telles que tension et courant pour le fonctionnement du moteur. Dans le dispositif décrit, la température intéressante, par exemple une température d'enroulement, est calculée au moyen d'un modèle thermique dynamique. L'erreur de calcul est minimalisée à l'aide d'au moins une température mesurée directement sur le moteur électrique. L'inconvénient réside dans la nécessité de procéder à la mesure au voisinage immédiat de l'enroulement, c'est-à-dire sur le moteur. En outre, selon le document DE19705397, les données utiles à la détermination de la température du moteur sont mémorisées de manière non volatile. Le but de l'invention consiste à réaliser un appareil portatif électrique avec un contrôle de température du moteur qui soit de construction modulaire pour pouvoir être utilisé sur divers appareils portatifs électriques munis de moteurs électriques différents et qui soit techniquement simple à monter. La présente invention a pour objet un appareil portatif électrique comprenant un carter extérieur manipulable, un moteur électrique avec un ventilateur pour produire un courant d'air de refroidissement et comprenant un module électronique qui est relié à un capteur de température et qui comprend une commande électronique de moteur ainsi que, pour contrôler la température du moteur, un moyen de calcul qui contient un modèle de température du moteur. L'appareil portatif électrique comporte ainsi un carter extérieur manipulable, un moteur électrique avec un ventilateur pour produire un courant d'air de refroidissement et un module électronique qui est relié à un capteur de température et qui comprend une commande électronique de moteur ainsi que, pour contrôler la température du moteur, un moyen de calcul qui contient un modèle de température du moteur, le capteur de température étant disposé directement sur le module électronique. Le capteur de température disposé directement sur le module électronique permet de calculer la température dans le moteur électrique (par exemple la température de l'enroulement) à l'aide du moyen de calcul et du modèle de température du moteur, sans qu'il soit nécessaire en plus de monter et de câbler le capteur de température sur un moteur électrique (le plus souvent prémonté sous forme modulaire et différent selon la plate-forme d'appareil). Le montage se trouve allégé de cette étape de câblage, ce qui présente un intérêt économique certain dans le cas de grandes séries. Les éventuelles spécificités de la plate-forme concernant cette étape sont également supprimées lors du montage. De manière avantageuse, le capteur de température est disposé côté flux entrant entre le carter extérieur et le moteur électrique, de sorte que le capteur de température, ainsi pratiquement totalement découplé (thermiquement) du moteur électrique, mesure la température d'air de refroidissement sans rétroaction, ce qui simplifie beaucoup le calcul de la température dans le moteur électrique. De manière avantageuse, dans le moyen de calcul, il est prévu pour contrôler la température de moteur du moteur électrique un algorithme programmé qui, en fonction d'une température de moteur instantanée calculée, interrompt le courant de moteur du moteur électrique par l'intermédiaire d'un commutateur électronique de la commande de moteur quand une valeur limite de courant calculée est dépassée, ce qui permet d'exploiter dans une large mesure la capacité de charge thermique du moteur électrique. De manière avantageuse, le modèle de température du moteur est basé sur des mesures instantanées du courant de moteur, de la tension de moteur et de la température d'air de refroidissement du courant d'air de refroidissement ainsi que sur le passé de la température du moteur, ce qui permet de calculer le comportement thermique du moteur sans rétroaction de la température du moteur. De manière avantageuse, le modèle de température du moteur proprement dit se compose d'une connexion logique de modules logiciels qui dépendent chacun directement ou indirectement de la température d'air de refroidissement instantanée, du courant de moteur instantané, de la tension de moteur instantanée en tant que variables ainsi que du passé de la température du moteur en tant que paramètre, de sorte que le modèle de température du moteur constitue une représentation explicite de la température du moteur. De manière avantageuse, il est prévu dans le moyen de calcul un module de mémoire programmé qui est relié en écriture à une mémoire de données non volatile, ce qui permet de saisir et de mémoriser des données pour le calcul du comportement de refroidissement. De manière avantageuse, le moyen de calcul est relié à la source de courant même après la coupure du moteur électrique, ce qui permet au module de mémoire d'effectuer et de mémoriser des mesures supplémentaires de la température d'air de refroidissement sur une période suffisamment longue. De manière avantageuse, il est prévu dans le moyen de calcul un module d'initialisation programmé qui est relié en lecture à la mémoire de données, ce qui permet de déterminer la température instantanée du moteur sur la base d'une fonction de refroidissement. L'invention sera exposée plus en détail ci-après en référence à un exemple de réalisation avantageux à l'aide des dessins qui montrent sur : la figure 1, un appareil portatif électrique, la figure 2, un algorithme, la figure 3, un modèle de température du moteur, la figure 4, un module de mémoire, la figure 5, un module d'initialisation. Selon la figure 1, l'appareil portatif électrique représenté seulement partiellement est entraîné par un moteur électrique 1. Dans l'appareil portatif électrique, un module électronique 2 est disposé de manière à être exposé à un courant d'air de refroidissement 4 aspiré de l'extérieur par un ventilateur 3. Le module électronique 2 est disposé côté flux entrant, c'est-à-dire en amont du moteur électrique 1 à refroidir dans le sens de l'écoulement. Sur le module électronique 2 se trouve un capteur de température 5 autour duquel circule un courant d'air de refroidissement 4 et qui enregistre la température d'air de refroidissement 6 (figure 2). Le capteur de température 5 est ainsi presque totalement découplé thermiquement du moteur électrique 1. Le module électronique 2 contient une commande de moteur 2a avec un commutateur électronique 25 et un moyen de calcul 2b. Le moyen de calcul 2b et le capteur de température 5 sont alimentés en énergie par une source de courant 21 (réseau d'alimentation électrique ou accumulateur) par l'intermédiaire d'un circuit de veille classique à faible consommation même quand le moteur électrique 1 n'est pas sous tension. Selon la figure 2, un algorithme programmé 7 de contrôle de température de moteur, exécuté dans le moyen de calcul 2b (figure 1), protège en permanence le moteur électrique 1 contre la surcharge thermique, l'algorithme 7 interrompant, en fonction d'une température de moteur courant de moteur 9 du moteur par l'intermédiaire d'un de la commande de moteur 2a (figure 1) quand une valeur limite de courant 10 calculée est dépassée. A cet effet, l'algorithme 7 utilise un modèle de température de moteur programmé 11 (cf. aussi figure 3) qui, sur la base de mesures instantanées du courant de moteur 9 ainsi que de la tension de moteur 12 du moteur électrique 1 (figure 1) et de la température d'air de refroidissement 6 du courant d'air de refroidissement 4 (figure 1) ainsi que du passé de la température du moteur 17, reproduit le comportement thermique du moteur et calcule ainsi la température de moteur instantanée 8 sous la forme d'une température d'enroulement. Sur la base de cette température de moteur instantanée 8, une constante de temps 13 pour un filtre passe-bas 14, lequel sert à filtrer le courant de moteur 9 en une valeur moyenne de courant de moteur 16 filtrée, ainsi qu'une valeur limite de courant 10 maximale admissible sont déterminées chacune par l'intermédiaire d'une fonction de représentation 24 et comparées dans un comparateur 15. Si la valeur moyenne de courant de moteur 16 filtrée dépasse le courant de moteur maximal admissible 10, le comparateur 15 émet un signal au moyen duquel le moteur électrique 1 (figure 1) est coupé. L'algorithme 7 permet évidemment aussi de surveiller en même temps d'autres températures de moteur 8, comme la température des paliers, la température des contacts enfichables, etc., en le configurant de manière analogue et en l'exécutant en cascade. Selon la figure 3, le modèle de température du moteur 11 lui-même se compose d'une connexion logique de modules instantanée 8 calculée, le électrique 1 (figure 1) commutateur électronique 25 logiciels (sous la forme d'amplificateurs, d'additionneurs, de multiplicateurs, d'intégrateurs) qui dépendent chacun directement ou indirectement de la température d'air de refroidissement 6 instantanée, du courant de moteur 9 instantané, de la tension de moteur 12 instantanée en tant que variables ainsi que de la température de moteur initiale 8' en tant que paramètre. Selon la figure 4, lors de la coupure de l'appareil portatif électrique, le moyen de calcul 2b (figure 1) mémorise de manière non volatile l'instant de coupure 19, le passé de la température du moteur 17 instantané et la température d'air de refroidissement 6. A cet effet, un module de mémoire programmé 20 avec une mémoire de données non volatile 22 est présent dans le moyen de calcul 2b (figure 1). Après l'instant de coupure 19, le module de mémoire 20 effectue et mémorise à intervalles de temps logarithmiquement croissants des mesures supplémentaires de la température d'air de refroidissement 6 (en l'occurrence, l'air de refroidissement non en mouvement mais au repos dans l'appareil portatif électrique) sur une période tA Selon la figure 5, le modèle de température du moteur 11 est initialisé avec le passé de la température du moteur 17 mémorisé par le moyen de calcul 2b (figure 1) lors de la première mise en service ainsi que lors d'une remise en service après un instant de coupure 19. A cet effet, il est prévu dans le moyen de calcul 2b (figure 1) un module d'initialisation programmé 18, lors de l'activation duquel la mémoire de données 22 (figure 4) est lue et, sur la base d'une fonction de refroidissement 24 dépendante de l'instant de coupure 19, la température de moteur initiale 8' est déterminée et émise pour intervenir en tant que paramètre dans le modèle de température du moteur 11 (figure 3). REVENDICATIONS 1. Appareil portatif électrique comprenant un carter extérieur manipulable (23), un moteur électrique (1) avec un ventilateur (3) pour produire un courant d'air de refroidissement (4) et comprenant un module électronique (2) qui est relié à un capteur de température (5) et qui comprend une commande électronique de moteur (2a) ainsi que, pour contrôler la température du moteur, un moyen de calcul (2b) qui contient un modèle de température du moteur (11), caractérisé en ce que le capteur de température (5) est disposé directement sur le module électronique (2). 2. Appareil portatif électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de température (5) est disposé côté flux entrant entre le carter extérieur (23) et le moteur électrique (1). 3. Appareil portatif électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le moyen de calcul (2b), il est prévu pour contrôler la température de moteur du moteur électrique (1) un algorithme programmé (7) qui, en fonction d'une température de moteur instantanée (8) calculée, interrompt le courant de moteur (9) du moteur électrique (1) par l'intermédiaire d'un commutateur électronique (25) de la commande de moteur (2a) quand une valeur limite de courant calculée (10) est dépassée. 4. Appareil portatif électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le modèle de température du moteur (11) est basé sur des mesures 12 instantanées du courant de moteur (9), de la tension de moteur (12) et de la température d'air de refroidissement (6) du courant d'air de refroidissement (4) ainsi que sur la température de moteur initiale (8'). 5. Appareil portatif électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le modèle de température du moteur (11) proprement dit se compose d'une connexion logique de modules logiciels. 6. Appareil portatif électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est prévu dans le moyen de calcul (2b) un module de mémoire programmé (20) qui est relié en écriture à une mémoire de données non volatile (22). 7. Appareil portatif électrique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de calcul (2b) est relié à une source de courant (21) même après la coupure du moteur électrique (1). 8. Appareil portatif électrique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu 25 dans le moyen de calcul (2b) un module d'initialisation programmé (18) qui est relié en lecture à la mémoire de données (22).