Brevet FR2935848A1 — publié le 20100312

Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de moteur pour entraîner un système mécanique, comprenant un moteur électrique, une installation de réglage du moteur pour régler la puissance électrique alimentant le moteur pour fournir un couple moteur. L'invention concerne également le procédé de gestion d'un système de moteur, notamment pour compenser l'influence de la température sur le fonctionnement d'un moteur électrique. Etat de la technique On utilise des moteurs électriques pour entraîner de nombreux systèmes mécaniques tels que des systèmes d'essuie-glace, des systèmes de réglage de siège ou des systèmes de lève-glace ou de vitre de véhicules automobiles. Dans de tels domaines d'application, les moteurs électriques subissent de fortes variations de température dans leur environnement. Ainsi, les moteurs électriques doivent pouvoir fonctionner dans une plage étendue de températures, même à des températures inférieures à 0°C. Cela est vrai notamment pour les moteurs électriques équipant les systèmes d'essuie-glace. Pour la conception et le dimensionnement actuels de systèmes mécaniques équipés de moteurs électriques, notamment de systèmes d'essuie-glace, on tient compte par exemple des tolérances du moteur électrique et des températures de fonctionnement éventuelles pour une plage importante de températures. L'augmentation du couple maximum liée aux tolérances du moteur se fait par exemple avec un surdimensionnement de 20 à 30 % du moteur électrique. Une augmentation du couple maximum du moteur électrique à cause des températures basses, est prise en compte dans la construction du moteur électrique, par exemple avec un surdimensionnement de 20 %. Cela signifie que l'on conçoit le moteur électrique et le système mécanique associé pour des couples qui peuvent dépasser le couple maximum jusqu'à 50 %. L'augmentation des moyens constructifs se traduit de manière négative par l'augmentation du poids total et la dimension du système mécanique du moteur électrique. 2 But de l'invention La présente invention a pour but de diminuer les moyens constructifs, notamment les matériaux utilisés, le poids et l'encombrement d'un moteur électrique servant à entraîner un système mécanique. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un système du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'installation de réglage règle la puissance électrique d'alimentation en fonction d'une température. Une caractéristique du système de moteur ci-dessus consiste à maintenir aussi constant que possible le couple fourni par le moteur électrique, pour un certain couple de consigne, bien que le couple dépende de la température du moteur électrique et du système mécanique entraîné par le moteur. En effet, aux basses températures du moteur électrique, la résistance ohmique du bobinage du moteur est inférieure à sa résistance ohmique aux températures élevées. C'est pourquoi pour une même tension électrique aux basses températures, un courant d'intensité plus forte passe dans les bobines ce qui augmente le couple moteur. Bien plus, le flux magnétique augmente en fonction de la diminution de la température de sorte que le couple fourni augmente de manière correspondante. Cet effet est compensé dans le système de moteur ci-dessus par le réglage de la puissance électrique alimentant le moteur électrique en réglant la puissance électrique fournie au moteur en fonction de sa température. Le système de moteur comporte une installation de saisie de température associée au moteur électrique pour saisir comme température, celle du moteur électrique. En particulier, l'installation de saisie de température peut faire partie de l'installation de réglage. Selon un autre développement, l'installation de saisie de température est un capteur infrarouge ou une résistance électrique dépendant de la température. Selon un autre développement, la puissance électrique fournie est réglée proportionnellement à la température du moteur électrique et ainsi la puissance électrique fournie diminue avec la diminution de la température du moteur électrique. 3 Selon un autre développement, l'installation de réglage est intégrée et l'installation de saisie de température est réalisée dans l'installation de réglage pour saisir la température de l'installation de réglage associée au moteur électrique. En particulier, l'installation de réglage comporte un microcontrôleur et l'installation de saisie de température est une partie du microcontrôleur sous la forme d'un composant électronique du microcontrôleur utilisant pour compenser la température, une fonction électrique générant notamment un signal de cadence ou amplifiant un signal. En outre, on peut prévoir une unité de commande extérieure au moteur électrique et comportant une installation de saisie de température qui saisit comme température, la température ambiante et fournit à l'installation de réglage, une grandeur de réglage indiquant la puissance électrique à fournir. Selon un mode de réalisation, l'installation de réglage comprend une unité de régulation pour réguler la puissance électrique fournie en fonction de la température de sorte que pour une grandeur de réglage constante, il n'y aura pas de variation du couple moteur en cas de variation de température. L'invention concerne également un procédé de gestion d'un moteur électrique entraînant un système mécanique, selon lequel on règle la puissance électrique alimentant le moteur pour fournir un couple moteur, la puissance électrique fournie étant réglée en fonction de la température du moteur électrique. La puissance électrique fournie peut être réglée par une grandeur électrique à modulation de largeur d'impulsion, notamment par le rapport de travail des impulsions. En particulier, la puissance électrique fournie peut être réglée en fonction de la grandeur de réglage appliquée. Selon un mode de réalisation, la puissance électrique fournie n'est réglée que dans une plage de température inférieure à une température limite dépendant de la température du moteur électrique. La température limite correspond à un seuil en dessous duquel on règle 4 en fonction de la température, c'est-à-dire que l'on effectue une compensation alors qu'au-dessus de ce seuil, il n'y a pas de réglage. Selon une autre caractéristique, l'invention concerne également l'application du système de moteur décrit ci-dessus à un système d'essuie-glace, à un système de réglage de siège ou à un système de lève-vitre ou de lève-glace d'un véhicule automobile. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un système de moteur commandant un système mécanique, - la figure 2 est un graphique d'un signal à modulation de largeur d'impulsion, - la figure 3 est un schéma d'un moteur électrique, - la figure 4 représente la relation entre les grandeurs physiques d'un moteur électrique et sa température, - la figure 5 représente la relation entre les grandeurs physiques d'un moteur à courant continu et sa température selon un exemple de réalisation de l'invention. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un système de moteur comprenant un moteur électrique 1. Le moteur électrique 1 est par exemple un moteur à courant continu entraînant un système mécanique 3 qui, à titre d'exemple, est un système d'essuie-glace, un système de réglage de siège ou un système de lève-vitre ou de lève-glace d'un véhicule automobile. On peut également envisager d'autres systèmes mécaniques 3. Le moteur électrique 1 entraînant le système mécanique 3 est commandé par une installation de réglage 5, par l'intermédiaire d'un étage de puissance assurant la commande de la puissance fournie. L'installation de réglage 5 règle la puissance électrique alimentant le moteur 1 par une modulation d'impulsion, par exemple une modulation de largeur d'impulsion pour réguler le moteur électrique 1 selon une régulation de vitesse de rotation, une régulation de couple ou une régulation analogue. La commande du moteur électrique 1 se fait par le réglage du rapport de travail de la modulation de largeur d'impulsion. 5 On prédéfinit une grandeur de réglage SG pour commander le moteur électrique 1, par exemple une grandeur fournie par l'utilisateur ou par une autre unité de commande. La grandeur de réglage SG définit de manière externe la puissance électrique souhaitable pour alimenter le moteur électrique 1. L'installation de réglage 5 règle en outre la puissance fournie en modifiant le rapport de travail de la modulation de largeur d'impulsion en fonction de la température. La température saisie par une installation de saisie de température 7 est fournie comme information de température à l'installation de réglage 5. La figure 2 montre un signal à modulation de largeur d'impulsion. La modulation par largeur d'impulsion (encore appelée modulation PWM) est un type de modulation consistant à faire alterner une grandeur technique telle que par exemple la tension d'alimentation U d'un moteur électrique, entre deux valeurs, à savoir une valeur supérieure Wo et une valeur inférieure Wu. Les signaux modulés en largeur d'impulsion ont un rapport de travail. Le rapport de travail tl/T est le rapport entre la durée ti et la durée totale T de la période. La durée tl est la durée pendant laquelle la grandeur technique est à sa valeur supérieure Wo. De façon générale, un signal à modulation de largeur d'impulsion est, de façon générale, démodulé par un filtre passe-bas. La grandeur technique démodulée qui en résulte, telle que par exemple la tension effective Ueff, correspond à l'intégrale, c'est-à-dire à la surface sous la courbe de la grandeur technique modulée. Selon la présente invention, une installation de réglage règle le rapport de travail ti /T de la tension d'alimentation U du moteur électrique en fonction de la température du moteur. En variante, ou de manière cumulée, l'installation de réglage peut régler la valeur supérieure Wo et/ou la valeur inférieure Wu de la tension d'alimentation U du moteur électrique en fonction de la température du moteur. 6 L'installation de saisie de température 7 comporte un capteur de température équipant le moteur électrique 1 pour saisir une information de température d'un composant du moteur électrique 1 ou la température ambiante du moteur électrique 1. Le capteur de température peut être par exemple intégré dans l'installation de réglage 5 et saisir ainsi la température de cette installation 5; l'installation de réglage 5 peut se trouver dans le moteur électrique 1. Dans ces conditions, l'installation de réglage 5 prend en général la température du moteur électrique 1. L'installation de réglage 5 peut comporter un autre contrôleur avec un composant électronique saisissant la température ou fournissant une grandeur électrique dépendant de la température. La grandeur électrique dépendant de la température fournie au microcontrôleur permet en premier lieu de maintenir la fréquence de l'horloge interne ou un coefficient d'amplification d'un amplificateur à un niveau constant. On évite de cette manière un capteur de température externe. En variante, l'information de température correspondant à une température ambiante du moteur électrique 1, peut être fournie directement par une unité de commande externe, par exemple par l'électronique du véhicule, indépendamment du moteur électrique 1. A titre d'exemple, dans un véhicule, on mesure en général la température de l'air d'admission. Cette information de température peut être fournie à l'installation de réglage 5. La figure 3 est le schéma d'un moteur à courant continu de l'exemple de moteur électrique 1. Le moteur à courant continu se compose d'une partie fixe, à savoir le stator et d'une partie rotative, à savoir le rotor (induit). Dans les moteurs à courant continu, classiques, le stator est un électroaimant et dans le cas de petits moteurs, il s'agit d'un aimant permanent. Le rotor comporte un ou plusieurs induits équipés chacun de bobines. Les bobines du rotor sont alimentées en énergie électrique par l'intermédiaire d'un collecteur. Le collecteur comporte des balais pour appliquer l'énergie électrique au rotor. Le système suivant d'équations, décrits des grandeurs physiques d'un moteur à courant continu : U;=k n U=U;+TARA M = k lA/2n = Um/Rm dans ces équations : U1 représente la tension appliquée aux balais, k est une constante du moteur, T représente le flux magnétique, n représente la vitesse de rotation du moteur, U est la tension d'alimentation, lA est le courant d'induit, RA est la résistance ohmique de l'induit, M est le couple, Um est la tension magnétique, et Rm est la résistance magnétique. Les équations données ci-dessus montrent que si la température du moteur électrique 1 diminue, le flux magnétique 1 et le courant d'induit lA augmentent car la résistance ohmique RA diminue; cela signifie que le couple moteur M est d'autant plus grand que la température du moteur électrique 1 est faible pour une même puissance électrique fournie. En outre, le flux magnétique augmente lorsque la température diminue, et cela indépendamment de la résistance de l'induit selon la formule suivante : 41(T) (Vs) = (1- 2 *10-3 1/ k AT) * 41(Rt) dans cette formule Rt représente la température ambiante. La figure 4 est une représentation qualitative des relations entre les grandeurs physiques d'un moteur à courant continu et de sa température. Ces graphiques traduisent la relation selon le système d'équations associé à la figure 3. La température est représentée en degré Kelvin le long de l'axe x à partir de 263K. Pour les systèmes des moteurs usuels, la tension de commande U[V] du moteur 7 8 électrique 1 est indépendante de la température, c'est-à-dire qu'elle est constante quelle que soit la température. La résistance d'induit RA[D], est supposée être proportionnelle à la température et diminue ainsi lorsque la température T diminue. Le courant d'induit lA [A] et le couple M[Nm] diminuent avec la température. Cela signifie que ces grandeurs augmentent avec la diminution de la température. La figure 4 montre les courbes pour une tension U1 constante appliquée aux balais. La figure 5 montre la relation entre les grandeurs physiques du moteur électrique 1 et sa température. La température est représentée en degré Kelvin suivant l'axe x à partir de la température 263K. La figure 5 montre les courbes pour une tension de balais U1, constante. La tension de commande U[V] appliquée au moteur électrique 1 par l'étage de puissance selon l'installation de réglage 5 est réglée en fonction de la température T. Cela signifie que la tension diminue avec la diminution de la température T. La résistance d'induit RA[SZ] est supposée être proportionnelle à la température et elle diminue avec la température. Le courant d'induit lA [A] et le couple M[Nm] restent ainsi indépendants de la température, c'est-à-dire qu'ils sont constants. La figure 5 montre comment compenser complètement le courant d'induit du couple par rapport à la température en fonction de la relation liant la tension de commande à la température. On utilise avantageusement la dérivée dU/dT de la tension d'alimentation U en fonction de la température T du moteur à courant continu en partant du système d'équations ci-dessus avec les équations suivantes : U=U1+1ARA Avec (U-U1) / RA=1a = constant (condition pour la compensation) (dU/dT)T = U, + la (dRA/dT)T dU/dT = U1/T + lA (dRA/dT) avec U1 = K n = constant. La dernière ligne donne la dérivée dU/dT comme pente de la tension de commande U en fonction de la température T du moteur électrique 5. A l'aide de la pente, on génère la tension de commande U à partir de la grandeur de consigne prédéfinie et de la température 9 fournie pour compenser efficacement l'effet de la température sur le couple. La dérivée (dRA/dT) est la dérivée de la résistance d'induit RA en fonction de la température T du moteur électrique. Si l'on suppose que la dérivée (dRA/dT) est une constante positive, et si lA est également constant, il y aura lA et (dRA/dT) = c>0. Par l'intégration, on obtient l'équation suivante : U=U;lnT+cT. L'équation ci-dessus donne à titre d'exemple une relation simplifiée entre la tension de commande U et la température T du moteur électrique 1. La figure 5 montre l'évolution de la tension d'alimentation U en fonction de la température T pour des températures supérieures à 263K; dans cette représentation, la composante proportionnelle "cT" domine la composante logarithmique. Dans ces conditions, à la figure 5, la tension de commande U est représentée par une droite montante, comme à la résistance d'induit RA. La tension d'alimentation U peut être fournie, dans ce cas, selon l'équation (3) comme grandeur électrique modulée en impulsion pour régler la puissance électrique alimentant le moteur électrique en fonction de la température T. Le rapport de travail utilisé pour la commande du moteur électrique 1 est obtenu dans l'installation de réglage 5, c'est-à-dire en fonction de la grandeur de réglage SG et de la température. A côté de la commande décrite ci-dessus selon une caractéristique linéaire, l'installation de réglage 5 peut également comporter un champ de caractéristiques, qui donne la relation entre la tension de commande U du moteur électrique en fonction d'une grandeur de réglage et de la température T, reçues. On peut en outre prévoir que la relation entre la tension de commande et la température ne s'applique que dans une plage de température inférieure à une température-limite, alors qu'au-dessus de cette température-limite, la tension de commande est générée à partir de la grandeur de réglage, indépendamment de la température. 2935848 lo Bien que la présente invention soit explicitement présentée et décrite, elle n'est pas limitée à cette description. De nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. 5 REVENDICATIONS1 °) Système de moteur pour entraîner un système mécanique (3), comprenant : - un moteur électrique (1), - une installation de réglage (5) du moteur (1) pour régler la puissance électrique alimentant le moteur pour fournir un couple moteur, caractérisé en ce que l'installation de réglage (5) règle la puissance électrique d'alimentation en fonction d'une température (T). 2°) Système de moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend en outre : - une installation de saisie de température (7) associée au moteur électrique (1) pour saisir comme température (T) la température du moteur électrique (1). 3°) Système de moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'installation de saisie de température (7) fait partie de l'installation de réglage (5). 4°) Système de moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'installation de réglage (5) est intégrée et l'installation de saisie de température (7) est réalisée dans l'installation de réglage (5), pour saisir la température (T) de l'installation de réglage (5) prévue sur le moteur électrique (1) . 5°) Système de moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'installation de réglage (5) comporte un microcontrôleur, l'installation de saisie de température (7) fait partie du microcontrôleur, l'installation de saisie de température (7) comprend un composant électronique du microcontrôleur ayant une fonction électrique pour 30 12 compenser la température, notamment pour générer un signal de cadence ou un signal d'amplification. 6°) Système de moteur selon la revendication 1, caractérisé par une unité de commande extérieure au moteur électrique (1) et comportant une installation de saisie de température (7) qui saisit comme température (T), la température ambiante et fournit une grandeur de réglage de l'installation de réglage (5) indiquant la puissance électrique à fournir. 7°) Système de moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation de réglage (5) comprend une unité de régulation pour réguler la puissance électrique fournie en fonction de la température pour ne pas avoir de variation du couple moteur pour une grandeur de réglage constante. 8°) Procédé de gestion d'un moteur électrique (1) entraînant un système mécanique (3), selon lequel la puissance électrique alimentant le moteur (1) est réglée pour fournir un couple moteur, caractérisé en ce qu' on règle la puissance électrique d'alimentation en fonction de la température (T) du moteur électrique (1). 9°) Procédé de gestion selon la revendication 8, caractérisé en ce que la puissance électrique fournie est réglée par une grandeur électrique à modulation d'impulsion, notamment par son rapport de travail. 10°) Procédé de gestion selon la revendication 8, caractérisé en ce que la puissance électrique fournie est réglée en fonction de la grandeur de réglage fournie (SG). 3513 11 °) Procédé de gestion selon la revendication 8, caractérisé en ce que la puissance électrique fournie est réglée en fonction de la température du moteur électrique (1) seulement dans une plage de température 5 inférieure à une température limite. 12°) Procédé de gestion selon la revendication 8, caractérisé en ce que la puissance électrique fournie est réglée en fonction de la température 10 pour ne pas avoir de variation de couple moteur pour une grandeur de réglage constante. 13°) Application d'un système de moteur selon les revendications 1 à 7 à un système d'essuie-glace, un système de réglage de siège ou un 15 système de lève-vitre d'un véhicule automobile. 20