Brevet FR2943840A1 — publié le 20101001

ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE COMPORTANT DES MOYENS DE FONCTIONNEMENT SECURISES DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention est relative à un actionneur électromagnétique comprenant une armature mobile, une culasse fixe magnétique et au moins deux bobinages ayant respectivement une même résistance calibrée, une même inductance calibrée et un même nombre de spires, ladite résistance calibrée étant fonction de la température. Une unité de traitement comprend des moyens commande reliés auxdits bobinages pour les alimenter simultanément, chaque bobinage étant destiné à recevoir 50% de l'énergie électrique totale produite par lesdits moyens de commande. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE L'utilisation de moyens de contrôle du fonctionnement des actionneurs électromagnétiques, notamment des appareils type contacteur est connue. Les moyens de contrôle fournissent en temps réel ou différé un certain nombre de paramètres de fonctionnement telles que la température du ou des bobinages, les temps de fermeture et/ou d'ouverture. Ces paramètres de fonctionnement peuvent varier dans le temps en fonction des conditions internes ou externes d'utilisation. En cas de défaillance de l'actionneur électromagnétique, des moyens de communication reliés aux moyens de contrôle peuvent informer l'utilisateur que l'actionneur est défectueux et nécessite par exemple un remplacement. A titre d'exemple, une des raisons de fin de vie d'un actionneur électromagnétique de type contacteur est la défaillance de la bobine d'actionnement. Les deux principales défaillances de la bobine d'actionnement sont une coupure du fil du bobinage ou un court-circuit entre au moins deux spires. 2 Dans le cas d'une coupure du fil, le contacteur par exemple s'ouvre et ne remplit plus ses fonctions de commutation. L'utilisateur est contraint d'intervenir immédiatement en remplaçant l'appareil. Dans le cas d'un court-circuit entre spires, le déclenchement des organes de sécurité classiques tels que les fusibles ou les disjoncteurs indiquent à l'utilisateur un défaut dans son installation électrique. L'utilisateur doit donc intervenir pour procéder à une recherche du défaut et le remplacement du produit défectueux. Un défaut de la bobine du contacteur peut entrainer un arrêt du fonctionnement du contacteur et un disfonctionnement ou arrêt de l'installation électrique. Ceci peut avoir des conséquences économiques néfastes, lorsque l'arrêt du contacteur entraine par exemple l'arrêt d'une chaine de fabrication ou l'arrêt du déroulement d'un processus industriel. Des problèmes de sécurité peuvent aussi être observés lorsque le fonctionnement en continu d'une installation est directement dépendant du fonctionnement dudit contacteur. Pour remédier à ces problèmes, certaine solution telle que décrite dans le brevet DE3642233, privilégie la redondance en utilisant au moins deux contacteurs en parallèle. Un premier contacteur est utilisé de manière courante et un second contacteur, placé en réserve, sera utilisé seulement si le premier est défectueux. Cette redondance entraine un surcoût dans le prix d'une installation. II est aussi obligatoire de subir au moins un défaut avant de basculer d'appareil. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un actionneur électromagnétique comportant des moyens de fonctionnement sécurisé garantissant un fonctionnement de l'actionneur sans discontinuité. L'unité de traitement de l'actionneur électromagnétique selon l'invention comporte des moyens de mesure de la variation, en cours d'utilisation, de la résistance de chaque bobinage. Des moyens de déconnection sont destinés à déconnecter un premier bobinage ayant une résistance distincte de celle du second bobinage, et égale un premier ou un second seuil d'alerte. Le second bobinage reçoit alors 100% de l'énergie électrique totale produite. Selon un mode préférentiel de réalisation, le premier seuil d'alerte est égal à une valeur absolue de résistance, ladite valeur absolue étant supérieure à une valeur de résistance théorique maximale. Ladite valeur de résistance maximale est atteinte lorsque les bobinages sont à la température maximale fonctionnement. De préférence, le premier seuil d'alerte est au moins deux fois supérieur à la valeur de résistance maximale. Selon un mode préférentiel de réalisation, le second seuil d'alerte est égal à une io valeur relative de résistance, ladite valeur relative étant inférieure à une valeur de résistance théorique déterminée à une température de fonctionnement. De préférence, le second seuil d'alerte est au moins 30% inférieur à la valeur de résistance théorique déterminée à une température de fonctionnement. De préférence, lesdits au moins deux bobinages sont connectées en parallèle 15 ou en série aux moyens commande. Dans un mode de réalisation particulier, la culasse fixe comporte un axe longitudinal, l'armature mobile étant montée à coulissement axial selon l'axe longitudinal de ladite culasse. Avantageusement, l'unité de traitement comporte des moyens de 20 communication à distance de l'état de déconnexion des bobinages. Avantageusement, l'actionneur comporte au moins une sonde de température destinée à la mesure de la température d'au moins un bobinage en cours d'utilisation dudit actionneur, ladite au moins une sondes de température étant reliées à l'unité de traitement. 25 Selon un mode de développement, l'actionneur électromagnétique comporte trois bobinages ayant respectivement une même résistance calibrée, une même inductance calibrée et un même nombre de spires, les trois bobinages étant connectées en parallèle ou en série aux moyens commande. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente un schéma d'un actionneur électromagnétique en position ouverte selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 représente un schéma d'un actionneur électromagnétique en position fermée selon la figure 1 ; la figure 3 représente un schéma électrique de principe d'un premier mode de réalisation de l'unité de traitement d'un actionneur électromagnétique selon la figure 1 ; la figure 4 représente un schéma électrique de principe d'un second mode de réalisation de l'unité de traitement d'un actionneur électromagnétique selon la figure 1 ; la figure 5 représente une courbe d'évolution de la résistance d'un bobinage en fonction de la température d'un actionneur électromagnétique selon la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Selon un premier mode de réalisation, l'actionneur électromagnétique 100 comporte une armature mobile 12 et une culasse fixe 11 magnétique. L'armature mobile 12 et la culasse fixe 11 forment ainsi un circuit magnétique 1 déformable présentant un entrefer variable. Ladite armature mobile 12 est mobile entre une position ouverte K1 et une position fermée K2. A titre d'exemple de fonctionnement, la position fermée K2 telle que représentée sur la figure 2 correspond habituellement au minimum de l'entrefer existant entre l'armature mobile 12 et la culasse fixe 11 et la position ouverte correspond au maximum de l'entrefer. 4 L'actionneur électromagnétique 100 comprend au moins deux bobinages L1, L2 identiques ayant respectivement une même résistance calibrée Rcal, une même inductance calibrée Lcal et un même nombre de spires. La résistance calibrée Rcal est généralement déterminée à température ambiante. En cours d'utilisation, la résistance de chaque R1, R2 bobinage L1, L2 varie en fonction de la température. A titre d'exemple, la figure 5 représente la courbe d'évolution de la valeur théorique de résistance d'un bobinage selon un mode particulier de réalisation. En fonctionnement normal de l'actionneur, les courbes d'évolution des résistances R1, R2 de chaque bobinage L1, L2 sont sensiblement confondues. io L'actionneur électromagnétique 100 comprend aussi une unité de traitement 2 comprenant des moyens de commande 21 reliés auxdits bobinages L1, L2 pour les alimenter simultanément. Selon un mode préférentiel de réalisation, chaque bobinage est destiné à recevoir 50% de l'énergie électrique totale produite par lesdits moyens de commande 21 pour le déplacement de ladite armature mobile 15 12. Cette répartition équitable de l'énergie dans les deux bobinages L1, L2 permet d'utiliser le maximum de cuivre de bobinage et de réduire les pertes par effet Joule (RI2). L'unité de traitement 2 comporte de préférence un microcontrôleur ou un microprocesseur 23 implantée dans un circuit intégré. 20 L'unité de traitement 2 comporte des moyens de mesure de la variation, en cours d'utilisation, de la résistance R1, R2 de chaque bobinage L1, L2. Des moyens de déconnection Ti, T2, T2A, T2B sont destinés à déconnecter un premier bobinage ayant une résistance à la fois distincte de celle du second bobinage, et aussi égale à au moins un seuil d'alerte S1, S2. Le second bobinage 25 reçoit alors 100% de l'énergie électrique totale produite par les moyens de commande 21. Selon un premier mode préférentiel de réalisation, un premier seuil d'alerte S1 est égal à une valeur absolue de résistance déterminée afin d'être supérieure à une valeur de résistance théorique maximale Rmaxi. La valeur de résistance 30 maximale Rmaxi est atteinte lorsque les bobinages L1, L2 sont à la température maximale fonctionnement. Ainsi, si un premier bobinage comporte une valeur de 6 résistance qui augmente significativement de manière à être supérieure ou égale au premier seuil d'alerte S1 et que le second bobinage a une résistance dont la valeur est sensiblement égale à la valeur théorique, alors l'unité de traitement 2 détecte la présence d'un défaut. En effet, le bobinage dont la résistance est supérieure ou égale au premier seuil d'alerte S1 comporte généralement un fil coupé. A titre d'exemple, le premier seuil d'alerte S1 est au moins deux fois supérieur à la valeur de résistance maximale Rmaxi. Selon ce premier mode préférentiel de réalisation, un second seuil d'alerte S2 correspond à une valeur relative de résistance, ladite valeur relative étant inférieure à une valeur de résistance théorique déterminée à une température de fonctionnement. A titre d'exemple, le second seuil d'alerte S2 est au moins 30% inférieur à la valeur de résistance théorique déterminée à une température de fonctionnement. Ainsi, si un premier bobinage comporte une valeur de résistance qui diminue significativement de manière à être inférieure ou égale au second seuil d'alerte S2 et que le second bobinage a une résistance dont la valeur est sensiblement égale à la valeur théorique, alors l'unité de traitement 2 détecte la présence d'un défaut. En effet, le bobinage dont la résistance est inférieure ou égale au second seuil d'alerte S2 comporte généralement au moins deux spires en court-circuit. Selon un premier mode de réalisation tel que représenté sur la figure 3, l'actionneur électromagnétique comporte deux bobinages L1, L2 connectées en parallèle l'un par rapport à l'autre. Une première branche comporte un premier bobinage L1 connecté en série avec un premier moyen de commutation Ti commandé par l'unité de traitement 2. A titre d'exemple de réalisation, le moyen de commutation Ti comporte un transistor bipolaire dont la base est reliée au micro contrôleur 23 de l'unité de traitement 2. Une seconde branche, parallèle à la première, comporte un second bobinage L2 connecté en série avec un second moyen de commutation T2 commandé par l'unité de traitement. A titre d'exemple de réalisation le moyen de commutation comporte un transistor bipolaire dont la base est reliée au micro contrôleur 23 de l'unité de traitement 2. Des premiers moyens de mesure de courant et des seconds moyens de mesure de courant mesurent respectivement les courants électriques 11 et 12 circulant dans lesdites branches. Les moyens de mesure de courant sont reliés à l'unité de traitement. Des premiers moyens de mesure de tension et des seconds moyens de mesure de tension mesurent respectivement les tensions électriques U1 et U2 aux bornes des bobinages L1, L2. Les moyens de mesure de tension sont reliés au micro contrôleur 23 de l'unité de traitement 2. En cours de fonctionnement, l'unité de traitement 2 comporte des moyens de mesure pour déterminer les résistances R1, R2 respectives des deux bobinages L1, L2 en fonction des mesures des courants 11, 12 et des tensions U1, U2. Les valeurs calculées des résistances R1, R2 en cours de fonctionnement de l'actionneur sont ensuite comparées aux premier et au second seuils d'alerte S1, S2. Si une valeur de résistance calculée dépasse un des deux seuils, la branche comportant le bobinage dont la résistance dépasse un des deux seuils est déconnectée. En effet, selon le mode de réalisation représenté sur la figure 3, le moyen de commutation Ti, T2 de ladite branche est commandé en ouverture. L'unité de traitement 2 commande alors les moyens de commande 21 pour que toute l'énergie nécessaire au fonctionnement de l'actionneur passe dans la branche qui n'est pas déconnectée. Selon une variante de réalisation, l'unité de traitement 2 comporte des moyens de communication 22 à distance de l'état de déconnexion d'un des bobinages L1, L2. Selon un second mode de réalisation tel que représenté sur la figure 4, l'actionneur électromagnétique comporte au moins deux bobinages L1, L2 connectées en série l'un par rapport à l'autre. Un premier moyen de commutation Ti commandé par l'unité de traitement 2 est connecté en série avec les deux bobinages L1, L2. A titre d'exemple de réalisation 7 le moyen de commutation Ti comporte un transistor bipolaire dont la base est reliée au micro contrôleur 23 de l'unité de traitement 2. Des moyens de mesure de courant mesurent le courant électrique I circulant dans les bobinages. Les moyens de mesure de courant sont reliés au micro contrôleur 23 de l'unité de traitement 2. Des seconds moyens de commutation T2A, T2B sont connectés en parallèle sur chaque bobinage. A titre d'exemple de réalisation, les seconds moyens de commutation T2A, T2B comportent respectivement un transistor bipolaire dont la base est reliée au micro contrôleur 23 de l'unité de traitement 2. Des premiers moyens de mesure de tension et des seconds moyens de mesure de tension mesurent respectivement les tensions électriques U1 et U2 aux bornes des bobinages L1, L2. Les moyens de mesure de tension sont reliés au micro contrôleur 23 de l'unité de traitement 2. En cours de fonctionnement, l'unité de traitement 2 comporte des moyens de 15 mesure pour déterminer les résistances R1, R2 respectives des deux bobinages L1, L2 en fonction des mesures du courant I et des tensions U1, U2. Les valeurs calculées des résistances R1, R2 sont ensuite comparées aux premier et au second seuil d'alerte S1, S2. Si une valeur de résistance calculée dépasse un des deux seuils, le bobinage dont la résistance dépasse un des deux 20 seuils est court-circuité. En effet, le second moyen de commutation T2A, T2B placé en parallèle sur ledit bobinage est commandé en fermeture. L'unité de traitement commande alors les moyens de commande 21 pour doubler la valeur du courant électrique dans le bobinage restant opérationnel de manière à ce que l'actionneur puisse fonctionner avec l'énergie nécessaire. 25 Selon une variante de réalisation, l'unité de traitement comporte des moyens de communication 22 à distance de l'état de déconnexion d'un des bobinages. A titre d'exemple de réalisation des modes de réalisation, la culasse fixe 11 comporte un axe longitudinal Y. L'armature mobile 12 est montée à coulissement axial selon l'axe longitudinal Y de ladite culasse. Les bobinages sont de préférence cylindriques et sont de préférence alignés selon le même axe longitudinal Y. Les bobinages L1, L2 sont de préférence disposés sur deux bobines séparées. Les moyens de communication à distance de l'état de déconnexion comportent 5 notamment un contact sec et/ou une liaison réseau et/ou, un voyant lumineux. Selon une variante de réalisation, l'actionneur électromagnétique comporte au moins une sonde de température destinée à mesurer respectivement la température des bobinages en cours d'utilisation dudit actionneur. La ou les sondes de température sont reliées à l'unité de traitement 2. Ladite unité 10 détermine la résistance des bobinages en fonction des mesures de température. Selon une variante de réalisation, l'actionneur électromagnétique comporte trois bobinages ayant respectivement une même résistance calibrée Rcal, une même inductance calibrée Lcal et un même nombre de spires N. Les trois bobinages sont connectés en parallèle ou en série aux moyens commande 21. 15 Selon un premier mode particulier de réalisation tel que représenté sur les figures 1 et 2, l'actionneur électromagnétique peut être monostable. Le mouvement inverse d'ouverture de l'armature mobile 12 est alors engendré par un système de rappel, tel qu'un ressort de rappel. Selon second mode particulier de réalisation, l'actionneur électromagnétique 20 peut être bistable. Le mouvement d'ouverture de l'armature mobile 12 est alors engendré par le passage d'un courant d'excitation inverse dans les bobinages. REVENDICATIONS1. Actionneur électromagnétique (100) comprenant : - une armature mobile (12) et une culasse fixe (11) magnétique, - au moins deux bobinages (L1, L2) ayant respectivement une même résistance calibrée (Rcal), une même inductance calibrée (Lcal) et un même nombre de spires, ladite résistance calibrée étant fonction de la température, - une unité de traitement (2) comprenant des moyens commande (21) reliés auxdits bobinages pour les alimenter simultanément, chaque bobinage étant destiné à recevoir 50% de l'énergie électrique totale produite par lesdits moyens de commande (21), actionneur, caractérisé en ce que l'unité de traitement comporte : - des moyens de mesure de la variation, en cours d'utilisation, de la résistance (R1, R2) de chaque bobinage (L1, L2) ; - des moyens de déconnection (Ti, T2, T2A, T2B) destinés à déconnecter un premier bobinage ayant une résistance : - distincte de celle du second bobinage, et - égale un premier ou un second seuil d'alerte (Si, S2), le second bobinage recevant 100% de l'énergie électrique totale produite. 2. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé que le premier seuil d'alerte (Si) est égal à une valeur absolue de résistance, ladite valeur absolue étant supérieure à une valeur de résistance théorique maximale (Rmaxi), ladite valeur de résistance maximale (Rmaxi) étant atteinte lorsque les bobinages (L1, L2) sont à la température maximale de fonctionnement. 3. Actionneur électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé que le premier seuil d'alerte (Si) est au moins deux fois supérieur à la valeur de résistance maximale (Rmaxi). 10 11 4. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé que le second seuil d'alerte (S2) est égal à une valeur relative de résistance, ladite valeur relative étant inférieure à une valeur de résistance théorique déterminée à une température de fonctionnement. 5. Actionneur électromagnétique selon la revendication 4, caractérisé que le second seuil d'alerte (S2) est au moins 30% inférieur à la valeur de résistance théorique déterminée à une température de fonctionnement. 6. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé que lesdits au moins deux bobinages (L1, L2) sont connectées en parallèle ou en série aux moyens commande (21). 7. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé que la culasse fixe (11) comporte un axe longitudinal (Y), l'armature mobile (12) mobile étant montée à coulissement axial selon l'axe longitudinal (Y) de ladite culasse. 8. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de traitement (2) comporte des moyens de communication (22) à distance de l'état de déconnexion des bobinages (L1, L2). 9. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une sonde de température destinée à la mesure de la température d'au moins un bobinage en cours d'utilisation dudit actionneur, ladite au moins une sonde de température étant reliée à l'unité de traitement (2). 1O.Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte trois bobinages ayant respectivement une même résistance calibrée (Rcal), une même inductance calibrée (Lcal) et un même nombre de spires (N), les trois bobinages étant connectées en parallèle ou en série aux moyens commande (21).