Brevet FR3017010A1 — publié le 20150731

Dispositif de détection de sous-vitesse, système de ventilation et véhicule associés La présente invention concerne un dispositif de détection de sous-vitesse d'un moteur comportant un stator et un rotor mobile par rapport au stator, le dispositif de détection comprenant des moyens de détection propres à générer un signal électrique de rotation représentatif de la vitesse de rotation du rotor, et des moyens électroniques d'analyse propres à analyser le signal de rotation pour détecter une situation de sous-vitesse. L'invention s'applique à la commande de la vitesse de rotation du rotor d'un moteur, par exemple un moteur d'un système de ventilation embarqué à bord d'un véhicule. De tels systèmes de ventilation sont généralement dédiés à des fonctions telles que le refroidissement, l'extraction de gaz ou la ventilation à destination des passagers du véhicule. En général, un système de ventilation doit assurer un débit de gaz supérieur à un débit minimal prédéterminé. Par conséquent, la vitesse de rotation du rotor du moteur du système de ventilation doit être supérieure à une vitesse minimale prédéterminée. L'invention s'applique notamment à la détection de sous-vitesse du moteur. Par « sous-vitesse », on entend au sens de la présente invention une situation dans laquelle la vitesse de rotation du rotor du moteur est inférieure à la vitesse minimale prédéterminée. Il est connu d'utiliser des dispositifs de détection de sous-vitesse. Ces dispositifs comprennent généralement une roue phonique, solidaire du rotor du moteur, et un détecteur à effet Hall, solidaire de son stator et disposé en regard de la roue phonique. La roue phonique comporte un élément magnétique propre à émettre un champ magnétique, par exemple un aimant permanent. Le détecteur est propre à détecter le passage de l'élément magnétique et générer un signal électrique de rotation représentatif de la vitesse de rotation du rotor. Ces dispositifs de détection de sous-vitesse comportent également des moyens d'analyse électroniques pour l'analyse du signal de rotation et la détection de sous-vitesse. De façon classique, le courant d'alimentation de ces dispositifs de détection provient du réseau électrique de bord, qui est généralement triphasé, haute tension (115VAC ou 230VAC) à fréquence et tension variables. Les caractéristiques électriques de ce type de réseau triphasé telles que le déséquilibre des phases et des tensions, les surtensions et les interruptions de tension impliquent la mise en oeuvre de dispositifs électroniques complexes et à haut niveau de robustesse pour alimenter, de façon isolée, les moyens d'analyse en courant continu. Ceci implique le recours à un transformateur, pour assurer l'isolement électrique, et à des dispositifs de protection et de filtrage électriques, pour alimenter les moyens d'analyse en courant continu depuis le réseau électrique de bord triphasé. La présence d'un transformateur et des dispositifs de protection et de filtrage électriques réduit les possibilités de miniaturisation et d'allègement du dispositif de détection. Or, le volume et la masse sont des paramètres critiques des systèmes embarqués. Un but de l'invention est de proposer un dispositif de détection de sous-vitesse d'un moteur qui est plus compact, plus léger et indépendant des caractéristiques du réseau électrique de bord triphasé, ce qui contribue à augmenter la fiabilité du dispositif. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de détection de sous-vitesse d'un moteur du type précité, comportant en outre des moyens de conversion propres à convertir une partie du signal électrique de rotation en un courant d'alimentation des moyens d'analyse, et des moyens pour appliquer le courant d'alimentation aux moyens d'analyse pour leur alimentation électrique. En effet, le courant d'alimentation des moyens d'analyse provenant du courant de rotation, la présence d'un transformateur est superflue et le dispositif est donc plus compact, plus léger, plus fiable et robuste. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention présente l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - les moyens de conversion sont propres à convertir la partie du signal électrique de rotation en un courant d'alimentation sensiblement continu ; - les moyens d'analyse sont propres à être alimentés uniquement par le courant d'alimentation provenant des moyens de conversion ; - les moyens de détection comportent d'une part un détecteur comprenant au moins une spire fixe par rapport au stator et un élément magnétique mobile en rotation avec le rotor et au moins partiellement en regard de la ou chaque spire ; - l'élément magnétique est un aimant permanent ; - le détecteur comporte une pluralité de spires électriquement reliées pour former une bobine ; - la bobine est réalisée dans un circuit imprimé multicouche. En outre, l'invention a pour objet un système de ventilation comportant un moteur et un dispositif de détection de sous-vitesse du moteur, tel que défini ci-dessus. En outre, l'invention a pour objet un véhicule comportant un système de ventilation tel que défini ci-dessus. Suivant un autre aspect avantageux de l'invention, le véhicule est un aéronef. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un détail d'une représentation schématique d'un système de ventilation comportant un dispositif de détection selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du moteur du système de ventilation de la figure 1. Un dispositif 2 de détection de sous-vitesse selon l'invention est représenté sur la figure 1. Le dispositif 2 de détection de sous-vitesse est propre à détecter la sous-vitesse d'un moteur 4 d'un système de ventilation, par exemple un système de ventilation pour un aéronef. Le dispositif de détection de sous-vitesse 2 est également propre à envoyer un signal d'alerte vers des moyens de commande (non représentés) du moteur en cas de détection d'une situation de sous-vitesse. Le moteur 4 est un moteur électrique, par exemple un moteur asynchrone. Le moteur 4 est alimenté par le réseau électrique de bord 6, par exemple un réseau électrique triphasé. Le moteur 4 comporte un rotor 8, visible sur la figure 2, dont est solidaire un arbre 10. L'arbre 10 s'étend le long d'un axe longitudinal X-X et est propre à être entraîné en rotation autour de l'axe longitudinal X-X par le rotor 8. Comme illustré par la figure 1, le dispositif 2 de détection de sous-vitesse comporte des moyens de détection 12 de la vitesse de rotation du rotor 8, des moyens 16 de prélèvement d'une partie d'un courant électrique, des moyens 18 de conversion d'un courant alternatif en un courant alternatif ou continu, et des moyens électroniques 20 d'analyse du spectre d'un courant alternatif. Les moyens de détection 12 sont propres à fournir un courant électrique de rotation ir alternatif. La fréquence centrale du courant de rotation ir est représentative de la vitesse de rotation du rotor 8. Les moyens d'analyse 20 sont propres à comparer la fréquence centrale du courant électrique de rotation ir à une fréquence de référence fo prédéterminée. Comme cela apparaît sur la figure 2, les moyens de détection 12 comportent une roue phonique 30 et un détecteur 32. La roue phonique 30 est solidaire du rotor 8 du moteur 4 et est propre à être entraînée en rotation autour de l'axe X-X par le rotor 8. La roue phonique 30 comporte une face avant 34 et un élément magnétique 36 désaxé. L'élément magnétique 36 est propre à émettre un champ magnétique selon un axe d'émission A-A parallèle à l'axe longitudinal X-X. De préférence, l'élément magnétique 36 est un aimant permanent. La face avant 34 délimite une surface S1 de l'élément magnétique 36. Le détecteur 32 est propre à détecter le champ magnétique émis par l'élément magnétique 36. Le détecteur 32 est également propre à générer le courant de rotation ir. Le détecteur 32 est fixe par rapport au stator 38 du moteur 4. Le détecteur 32 comporte une face avant 40 et une pluralité de spires 42 d'axe magnétique commun B-B parallèle à l'axe longitudinal X-X. Les spires 42 sont électriquement reliées pour former une bobine 44 s'étendant le long de l'axe B-B. Les bornes de la bobine 44 forment la sortie des moyens de détection 12. Une spire de courant 42 de la bobine 44 délimite une surface S2 de la face avant 40 du détecteur 32. Le détecteur 32 est, par exemple, constitué par un circuit imprimé 46 multicouche comportant une pluralité de couches 48 superposées. Chaque couche 48 du circuit imprimé 46 est ainsi gravée pour définir une spire de courant 42. Les spires sont connectées électriquement, par exemple par des vies, pour former la bobine 44. Le détecteur 32 est disposé en regard de la roue phonique 30, à distance de la roue phonique 30, la surface S1 étant parallèle à la surface S2. Le détecteur 32 est disposé de telle façon qu'il existe un angle de rotation de la roue phonique 30 tel que les surfaces S1 et S2 sont en regard, les axes A-A de l'élément magnétique 36 et B-B de la bobine 44 étant confondus. Les moyens de prélèvement 16 comportent une entrée connectée en sortie des moyens de détection 12 et deux sorties 50, 52. Les moyens de prélèvement 16 sont propres à prélever une partie du courant de rotation ir capté à leur entrée et provenant des moyens de détection 12 pour l'appliquer sous forme d'un courant prélevé ip à l'une de leur sorties, dite sortie d'alimentation 50. En outre, les moyens de prélèvement 16 sont propres à appliquer à une autre de leurs sorties, dite sortie de signal 52, une autre partie du courant de rotation provenant des moyens de détection 12, sous forme d'un courant de signal is de fréquence sensiblement égale à la fréquence du courant de rotation ir. Les moyens de prélèvement 16 sont par exemple un pont redresseur, une pompe de charge ou un convertisseur courant-tension. Les moyens de conversion 18 sont reliés à la sortie d'alimentation 50 des moyens de prélèvement 16 et sont propres à convertir le courant alternatif prélevé ip en un courant électrique ial destiné à alimenter les moyens d'analyse 20. Le courant ial est par exemple continu. Les moyens de conversion 18 sont par exemple un étage de régulation de tension linéaire. Les moyens d'analyse 20 comportent deux entrées 54 et 56 et une sortie connectée aux moyens de commande du moteur 4. Les moyens d'analyse 20 sont propres à capter à leur entrée 54, dite entrée de signal, le courant de signal is provenant des moyens de prélèvement 16. Les moyens d'analyse 20 sont également propres à capter à leur entrée 56, dite entrée d'alimentation, le courant d'alimentation ial provenant des moyens de conversion 18. Les moyens d'analyse 20 sont propres à être alimentés uniquement par le courant d'alimentation ial provenant des moyens de conversion 18. Les moyens d'analyse 20 sont propres à analyser le courant de signal is, provenant de la sortie de signal 52 des moyens de prélèvement 16, pour en déterminer la fréquence centrale. Les moyens d'analyse 20 sont également propres à comparer la fréquence centrale du courant de signal is à la fréquence de référence prédéterminée fo. En fonctionnement, le moteur 4 est relié au réseau électrique 6 pour être alimenté. Le stator 8 entraîne la roue phonique 30 en rotation autour de l'axe X-X par le biais de l'arbre 10, par exemple à une vitesse de 20 000 tr/min. Au cours du temps, la surface S1 se retrouve en regard de la surface S2 à une fréquence dépendant de la vitesse de rotation du rotor 8 du moteur 4. La bobine 44 voit alors un champ magnétique variant au cours du temps à une fréquence dépendant de la vitesse de rotation du rotor 8 du moteur 4. Le courant de rotation ir est généré par induction dans la bobine 44. La fréquence du courant de rotation ir dépend de la vitesse de rotation du rotor 8 du moteur 4. Le courant électrique de rotation ir est appliqué en entrée des moyens de prélèvement 16. Une partie du courant de rotation ir est prélevée par les moyens de prélèvement 16 et forme le courant prélevé ip disponible à la sortie d'alimentation 50 des moyens de prélèvement 16. Les moyens de conversion 18 convertissent le courant prélevé ip en le courant ial d'alimentation des moyens d'analyse 20. Le courant d'alimentation ial est appliquée par la sortie des moyens de conversion 18 à l'entrée d'alimentation 56 des moyens d'analyse 20. L'autre partie du courant électrique de rotation 1 forme le courant de signal is à analyser, disponible à la sortie de signal 52 des moyens de prélèvement 16. La fréquence du courant de signal is est sensiblement égale à la fréquence du courant de rotation 1. Le courant is à analyser est appliquée par la sortie de signal 52 des moyens de prélèvement 16 à l'entrée de signal 54 des moyens d'analyse 20. Les moyens électroniques d'analyse 20, alimentés par le courant d'alimentation ial, analysent le courant de signal is et calculent sa fréquence centrale, représentative de la vitesse de rotation du rotor 8 du moteur 4. Si la fréquence centrale calculée est inférieure à la fréquence de référence prédéterminée fo, les moyens d'analyse 20 détectent une situation de sous-vitesse et envoient un signal d'alerte vers les moyens de commande (non représentés) du moteur 4. En variante, l'axe d'émission A-A de l'élément magnétique 36 n'est pas parallèle à l'axe longitudinal X-X. Par exemple, la direction du champ magnétique est perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X. Le détecteur 32 est agencé de sorte qu'il existe un angle de rotation de la roue phonique 30 tel que les axes A-A de l'élément magnétique 36 et B-B de la bobine 44 sont confondues, par exemple en disposant le détecteur 32 de sorte que l'axe B-B soit perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X. REVENDICATIONS1.- Dispositif (2) de détection de sous-vitesse d'un moteur (4) comportant un stator (38) et un rotor (8) mobile par rapport au stator (38), le dispositif de détection (2) comprenant des moyens (12) de détection propres à générer un signal électrique (ir) de rotation représentatif de la vitesse de rotation du rotor (8), et des moyens électroniques (20) d'analyse propres à analyser le signal de rotation (ir) pour détecter une situation de sous-vitesse, caractérisé en ce que le dispositif de détection (2) comporte en outre des moyens de conversion (18) propres à convertir une partie (ip) du signal électrique de rotation (ir) en un courant (ial) d'alimentation des moyens d'analyse (20), et des moyens pour appliquer le courant d'alimentation (ial) aux moyens d'analyse (20) pour leur alimentation électrique. 2.- Dispositif (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de conversion (18) sont propres à convertir la partie (ip) du signal électrique de rotation (ir) en un courant d'alimentation (ial) continu. 3.- Dispositif (2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce les moyens d'analyse (20) sont propres à être alimentés uniquement par le courant d'alimentation (i,1) provenant des moyens de conversion (18). 4.- Dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection (12) comportent d'une part un détecteur (32) comprenant au moins une spire (42) fixe par rapport au stator (38) et un élément magnétique (36) mobile en rotation avec le rotor (8) et au moins partiellement en regard de la ou chaque spire (42). 5.- Dispositif (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément magnétique (36) est un aimant permanent. 6.- Dispositif (2) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le détecteur (32) comporte une pluralité de spires (42) électriquement reliées pour former une bobine (44). 7.- Dispositif (2) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bobine (44) est réalisée dans un circuit imprimé (46) multicouche. 8.- Système de ventilation comportant un moteur (4) et un dispositif (2) de détection de sous-vitesse du moteur (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9.- Véhicule comportant un système de ventilation selon la revendication 8. 10.- Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est un aéronef.