Brevet FR3035754A1 — publié le 20161104

Description de l'invention La présente invention concerne un module variateur de vitesse. Un variateur de vitesse est généralement conçu pour réguler la vitesse d'un moteur électrique, comme un moteur utilisé dans une pompe, un ventilateur, un élévateur ou un transporteur. Un variateur de vitesse est généralement conçu pour réguler un moteur de sorte que les variations de la vitesse de rotation du moteur se produisent sans à-coups. Un variateur de vitesse comprend un montage de commutation qui module une tension d'entrée afin de fournir un signal de puissance à fréquence variable convenant à l'entraînement d'un moteur. Par exemple, un variateur de vitesse peut comprendre un convertisseur CA-CA qui convertit une ligne d'entrée à courant alternatif en une sortie d'onduleur à courant alternatif convenant à l'entraînement d'un moteur à courant alternatif. Le variateur de vitesse régule la vitesse du moteur en réglant la fréquence et la tension du signal de sortie à courant alternatif qui entraîne le moteur. Un variateur de vitesse classique comprend une unité de contrôle conçue pour contrôler le montage de commutation afin d'émettre les signaux d'entraînement à fréquence variable requis pour entraîner un moteur. L'unité de contrôle communique généralement avec une interface utilisateur dont se sert un utilisateur pour définir des paramètres de contrôle utilisés par l'unité de contrôle. L'unité de contrôle peut aussi comprendre un port d'entrée/sortie qui peut être connecté à un bus de communication et qui permet à un utilisateur de programmer l'unité de contrôle en envoyant des instructions à l'unité de contrôle par l'intermédiaire du bus de communications. On constate une demande croissante de variateurs de vitesse, en raison notamment de leur rendement élevé en cours de fonctionnement. Il en découle un avantage considérable pour l'environnement par rapport aux 3035754 2 commandes de moteur classiques moins efficaces. Il est donc souhaitable d'utiliser des variateurs de vitesse dès que possible. Toutefois, à l'heure actuelle, il n'y a pas de variateurs de vitesse disponibles pour les applications de bas de gamme en raison de la relative complexité des circuits. Par 5 conséquent, des applications de bas de gamme qui n'utilisent pas encore cette technologie pourraient tirer parti du meilleur rendement et du faible impact environnemental des variateurs de vitesse. Par conséquent, il s'avère nécessaire de disposer d'un variateur de vitesse 10 convenant à toutes les applications, y compris celles qui exigent un faible coût de mise en place. L'objet de la présente invention est de fournir un module variateur de vitesse amélioré. 15 Selon un aspect de la présente invention, l'invention concerne un module variateur de vitesse comprenant : une entrée d'alimentation à connecter à une source d'alimentation ; un montage de commutation pouvant être contrôlé pour moduler la tension d'entrée par l'intermédiaire de l'alimentation d'entrée, 20 et pour fournir à une sortie de moteur des signaux de commande à fréquence variable ; et un premier connecteur de contrôle couplé au montage de commutation et conçu pour être connecté de façon amovible à un second connecteur de contrôle situé sur un montage de contrôle, afin de recevoir des signaux de contrôle provenant du montage de contrôle et de communiquer les 25 signaux de contrôle au montage de commutation dans le but de le contrôler, le montage de commutation n'étant pas capable de fournir des signaux de commande à fréquence variable si les connecteurs de contrôle sont déconnectés l'un de l'autre. 30 Dans un mode de réalisation, le module variateur de vitesse comprend en outre : un montage de contrôle comprenant un module de contrôle, le module 3035754 3 de contrôle comprenant : le second connecteur de contrôle conçu pour être connecté de façon amovible au premier connecteur de contrôle ; et un agencement de fixation conçu pour fixe le module de contrôle de façon amovible au module variateur de vitesse quand les connecteurs de contrôle 5 sont connectés l'un à l'autre. De préférence, l'agencement de fixation est conçu pour permettre une fixation sans outil du module de contrôle au module variateur de vitesse, et une séparation sans outil du module de contrôle à partir du module variateur de 10 vitesse. Dans un autre mode de réalisation, le module variateur de vitesse comprend en outre : un montage de contrôle qui comprend : un module de contrôle ; un câble allongé ; et le second connecteur de contrôle conçu pour être connecté 15 de façon amovible au premier connecteur de contrôle, une extrémité du câble portant le second connecteur de contrôle, et l'autre extrémité du câble étant connectée au module de contrôle de sorte que le module de contrôle puisse être positionné à distance du montage de commutation, les signaux de contrôle étant communiqués par l'intermédiaire du câble. 20 De préférence, le module de contrôle comprend : un processeur ; un module de communication conçu pour communiquer des signaux de contrôle entre le processeur et le second connecteur de contrôle ; et une mémoire stockant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par le processeur, permettent au 25 processeur d'envoyer des signaux de contrôle au module de communication de sorte que le module de communication puisse communiquer les signaux de contrôle au module variateur de vitesse par l'intermédiaire des connecteurs de contrôle. 3035754 4 Idéalement, le module de contrôle est conçu pour être reprogrammé en remplaçant au moins une partie des instructions stockées dans la mémoire par des instructions personnalisées. 5 Avantageusement, le module de contrôle comprend au moins un composant matériel conçu pour être personnalisé selon les exigences de l'utilisateur. De préférence, le module variateur de vitesse et le module de contrôle comprennent chacun des boîtiers autonomes respectifs. 10 Idéalement, les boîtiers sont isolés électriquement l'un de l'autre. Selon un autre aspect de la présente invention, l'invention concerne un montage variateur de vitesse comprenant un premier module variateur de 15 vitesse et un second module variateur de vitesse, chaque module variateur de vitesse étant conforme à un ou plusieurs des aspects décrits dans la présente invention pour le module variateur de vitesse réalisé selon l'invention, le premier module variateur de vitesse ayant une puissance nominale de sortie supérieure à celle du second module variateur de vitesse, et le montage 20 variateur de vitesse comprenant en outre au moins un module de contrôle selon un ou plusieurs des aspects décrits dans la présente invention pour le module de contrôle réalisé selon l'invention, conçu pour être fixé de façon amovible à l'un quelconque des premier et second modules variateurs de vitesse. 25 Selon un autre aspect de la présente invention, l'invention concerne un montage variateur de vitesse comprenant des premier et second modules de contrôle selon un ou plusieurs des aspects décrits dans la présente invention pour le module de contrôle réalisé selon l'invention, les premier et second 30 modules de contrôle étant conçus différemment l'un de l'autre, les modules de contrôle étant chacun conçus pour être fixés de façon amovible à un module 3035754 5 variateur de vitesse selon un ou plusieurs des aspects décrits dans la présente invention pour le module variateur de vitesse réalisé selon l'invention. 5 Afin que l'invention soit mieux comprise et d'autres caractéristiques puissent être appréciées, des modes de réalisation de l'invention sont décrits ci-après, au moyen d'exemples, en référence aux dessins annexés suivants. La figure 1 est une vue schématique d'un module variateur de vitesse selon un 10 mode de réalisation de l'invention ; La figure 2 est un schéma de composants du module variateur de vitesse de la figure 1 ; La figure 3 est une vue schématique en perspective du module variateur de vitesse de la figure 1 et d'un module de contrôle qui n'est pas encore connecté 15 au module variateur de vitesse ; La figure 4 est un schéma de composants du module de contrôle de la figure 3 ; et La figure 5 est une vue schématique du module variateur de vitesse de la figure 1 avec un module de contrôle connecté de façon amovible au module 20 variateur de vitesse. En référence tout d'abord aux figures 1 et 2 des dessins annexés, un module variateur de vitesse selon un mode de réalisation de l'invention comprend un bloc d'alimentation modulaire 1 qui comprend un boîtier 2. Dans ce mode de 25 réalisation, le boîtier 2 est un boîtier autonome qui renferme les composants du bloc d'alimentation 1. Le boîtier 2 est muni d'ouvertures de ventilation, mais il faut noter que dans d'autres modes de réalisation, le boîtier 2 est un boîtier 3035754 6 étanche ou pratiquement étanche qui n'est pas muni d'ouvertures de ventilation. Dans un mode de réalisation préféré, le bloc d'alimentation 1 est conçu pour 5 être monté sur un module dissipateur de chaleur (non illustré) permettant de dissiper la chaleur du bloc d'alimentation 1. Le boîtier 2 renferme les composants du bloc d'alimentation 1, notamment une entrée de tension 3 et un montage de commutation 4. L'entrée de tension 3 10 est conçue pour être connectée à une source d'alimentation 3A, telle qu'une alimentation secteur à courant alternatif. Dans d'autres modes de réalisation, l'entrée de tension 3 est conçue pour être connectée à une source d'alimentation différente, telle qu'une alimentation triphasée ou à courant continu. L'entrée d'alimentation 3 se présente de préférence sous la forme 15 d'un connecteur amovible. Le bloc d'alimentation 1 comprend en outre une sortie de moteur 5 conçue pour être connectée à un moteur 6. La sortie de moteur 5 se présente de préférence sous la forme d'un connecteur amovible. Lors de l'utilisation, le 20 montage de commutation 4 envoie un signal de puissance modulé à la sortie de moteur 5 de sorte qu'un moteur 6 connecté à la sortie de moteur 5 puisse être alimenté par le signal modulé. Dans des modes de réalisation de l'invention, le bloc d'alimentation 1 est 25 conçu pour alimenter un moteur choisi dans un groupe de types de moteur comprenant des machines à induction, des machines synchrones à aimants permanents, des machines à courant continu sans balais et des machines synchrones à réluctance. 30 Le bloc d'alimentation 1 comprend en outre un premier connecteur de contrôle 7 couplé au montage de commutation 4. Le premier connecteur de 3035754 7 contrôle 7 du bloc d'alimentation 1 est conçu pour être connecté de façon amovible à un second connecteur de contrôle 8 situé sur un montage de contrôle. Dans ce mode de réalisation, le montage de contrôle se présente sous la forme d'un module de contrôle 9, comme le montrent les figures 3 et 4. 5 Le module de contrôle 9 comprend un boîtier 10. Dans ce mode de réalisation, le boîtier 10 est un boîtier autonome qui renferme les composants du module de contrôle 9, et le boîtier 10 est muni d'ouvertures de ventilation 11. Toutefois, dans d'autres modes de réalisation, le boîtier 10 est un boîtier 10 étanche ou pratiquement étanche qui n'est pas muni d'ouvertures de ventilation. Dans des modes de réalisation de l'invention, le boîtier 10 du module de contrôle 9 est un boîtier indépendant du boîtier 2 du bloc d'alimentation 1. Les deux boîtiers distincts 2, 10 sont conçus pour être fournis indépendamment l'un de l'autre, chaque boîtier 2, 10 renfermant 15 respectivement les composants du bloc d'alimentation 1 et du module de contrôle 9. Les boîtiers 2, 10 sont de préférence indépendants et isolés électriquement l'un de l'autre. Dans ce mode de réalisation, un élément de fixation amovible 12 fait saillie par 20 rapport au boîtier de module de contrôle 10 pour être fixé de manière amovible à une formation de fixation correspondante 13 sur le boîtier de bloc d'alimentation 2. Quand les connecteurs de contrôle 7, 8 sont connectés ensemble et que les boîtiers 2, 10 du module de contrôle 9 et du bloc d'alimentation 1 sont adjacents l'un à l'autre, l'élément de fixation amovible 12 25 se solidarise à la formation de fixation 13 pour former une fixation ajustée avec serrage (ou un autre type de fixation amovible) pour fixer de façon amovible le module de contrôle 9 au bloc d'alimentation 1. Un utilisateur peut ensuite désolidariser l'élément de fixation 12 de la formation de fixation 13 afin de séparer le module de contrôle 9 du bloc d'alimentation 1. 30 303 5 7 5 4 8 L'agencement de fixation 12, 13 est conçu pour permettre une fixation sans outil du module de contrôle 9 au bloc d'alimentation 1, et une séparation sans outil du module de contrôle 9 à partir du bloc d'alimentation 1. La fixation est sans outil dans le sens où aucun outil, comme un fer à souder ou une pince 5 coupante, n'est requis pour désolidariser l'élément de fixation 12 de la formation de fixation 13. Dans un autre mode de réalisation, on utilise un câble allongé dont une extrémité porte ou est configurée pour porter le second connecteur de 10 contrôle 8, et dont l'autre extrémité est connectée ou connectée de façon amovible au module de contrôle. Ce mode de réalisation permet de positionner le module de contrôle 9 à distance du montage de commutation 4 et du bloc d'alimentation 1, les signaux de contrôle étant communiqués par l'intermédiaire du câble. 15 Le module de contrôle 9 comprend des composants qui sont contenus dans le boîtier 10. Les composants incluent un processeur 14 et un module de communication 15 conçu pour communiquer des données entre le processeur 14 et le second connecteur de contrôle 8. Le module de contrôle 9 20 comprend en outre une mémoire 15 conçue pour stocker des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par le processeur 14, permettent au processeur 14 d'envoyer des signaux de contrôle au module de communication 16. Dans d'autres modes de réalisation, le module de contrôle 9 est conçu pour 25 être reprogrammé par un utilisateur en remplaçant au moins une partie des instructions stockées dans la mémoire 15 par des instructions personnalisées. Dans d'autres modes de réalisation, le module de contrôle 9 comprend au moins un composant matériel conçu pour être personnalisé selon les exigences de l'utilisateur. 30 3035754 9 Le module de communication 16 est conçu pour communiquer les signaux de contrôle via les connecteurs de contrôle 7, 8 pour contrôler le montage de commutation 4 dans le bloc d'alimentation 1. 5 Quand le montage de commutation 4 dans le bloc d'alimentation 1 est contrôlé par des signaux de contrôle provenant du montage de contrôle, le montage de commutation 4 envoie des signaux de commande à fréquence variable à la sortie de moteur 5. Ces signaux de commande à fréquence variable peuvent ensuite commander un moteur 6 connecté à la sortie de moteur 5. 10 Le bloc d'alimentation 1 est capable uniquement d'envoyer des signaux de commande à fréquence variable par l'intermédiaire de la sortie de moteur 5 si les signaux de contrôle requis sont fournis au bloc d'alimentation 1. Par conséquent, si le module de contrôle 9 est séparé du bloc d'alimentation 1, de 15 sorte que les connecteurs de contrôle 7, 8 soient déconnectés l'un de l'autre, le bloc d'alimentation 1 est incapable d'envoyer des signaux de commande à fréquence variable par l'intermédiaire de la sortie de moteur 5. En référence désormais à la figure 5 des dessins annexés, le module de 20 contrôle 9 de ce mode de réalisation comprend en outre un port de communication 17 conçu pour être connecté à une unité de contrôle externe qui peut être utilisée pour configurer et programmer le module de contrôle 9. Dans ce mode de réalisation, le module de contrôle 9 comprend en outre des commandes d'entrée et de sortie numériques ou analogiques configurables 25 par l'utilisateur 18 conçues pour être utilisées par un utilisateur pour configurer le module de contrôle 9. Dans ce mode de réalisation, le module de contrôle 9 comprend également une connexion de relais 19. Il faut toutefois comprendre que dans d'autres modes de réalisation de l'invention, le port de communication 17, les commandes d'entrée et de sortie configurables par 30 l'utilisateur 18 et/ou la connexion de relais 19 peuvent être omis. 3035754 10 Un mode de réalisation de l'invention est un système modulaire conçu uniquement pour fonctionner comme variateur de vitesse envoyant des signaux de commande à fréquence variable quand un montage de contrôle est connecté au premier connecteur de contrôle 7 sur le bloc d'alimentation 1. Le 5 montage de contrôle est toutefois conçu pour être séparé du bloc d'alimentation 1. Un bloc d'alimentation standard peut donc être utilisé avec plusieurs types de moteur différents, les modules de contrôle étant sélectionnés et conçus de façon appropriée pour chaque type de moteur. Par exemple, le même bloc d'alimentation standard peut être utilisé avec un 10 moteur à aimants permanents ou un moteur synchrone à réluctance, un module de contrôle étant sélectionné et conçu pour pouvoir être utilisé avec le bloc d'alimentation afin de contrôler chaque type de moteur. Par conséquent, c'est le module de contrôle, et non le bloc d'alimentation, qui 15 doit être personnalisé et programmé en fonction du type de moteur. L'avantage de ce montage est que le coût de production du bloc d'alimentation standard est considérablement réduit, car le bloc d'alimentation standard peut être fabriqué en gros volumes. Il n'est ainsi pas nécessaire de reconcevoir et fabriquer différents blocs d'alimentation pour différents types de moteur ou 20 applications. La réduction du coût de fabrication permet d'utiliser un variateur de vitesse dans des applications de bas de gamme. Par conséquent, des applications de bas de gamme peuvent également bénéficier du rendement élevé et du faible impact environnemental d'un variateur de vitesse. 25 À l'inverse, la configuration de modes de réalisation de l'invention permet également d'utiliser le même montage de contrôle avec différents blocs d'alimentation. Par exemple, le même montage de contrôle ou module de contrôle peut être utilisé avec différentes tailles de bloc d'alimentation offrant différentes puissances de sortie. 30 3035754 11 Bien que certains modes de réalisation de l'invention soient applicables à des applications de bas de gamme, il faut comprendre que des modes de réalisation de l'invention sont également applicables à n'importe quelle application pouvant comprendre un variateur de vitesse, y compris des 5 applications qui ne sont pas nécessairement bas de gamme. Lorsqu'ils sont utilisés dans la présente description et les présentes revendications, les termes « comprend » et « comprenant » et leurs dérivés signifient que les caractéristiques, les étapes ou les composants spécifiés sont 10 inclus. Les termes ne doivent pas être interprétés comme excluant la présence d'autres caractéristiques, étapes ou composants. Les caractéristiques décrites dans la description précédente, dans les revendications suivantes ou dans les dessins annexés, exprimées sous leurs 15 formes spécifiques ou en termes d'un moyen de réalisation de la fonction décrite, ou d'une méthode ou d'un procédé d'obtention du résultat décrit, selon le cas, peuvent, séparément ou en combinaison quelconque, être utilisées pour réaliser l'invention sous diverses formes correspondantes. REVENDICATIONS1. Module variateur de vitesse comprenant : une entrée d'alimentation (3) à connecter à une source d'alimentation (5) ; un montage de commutation (4) pouvant être contrôlé pour moduler la tension d'entrée par l'intermédiaire de l'alimentation d'entrée, et pour fournir à une sortie de moteur (5) des signaux de commande à fréquence variable ; et un premier connecteur de contrôle (7) couplé au montage de 10 commutation et conçu pour être connecté de façon amovible à un second connecteur de contrôle (8) situé sur un montage de contrôle, afin de recevoir des signaux de contrôle provenant du montage de contrôle et de communiquer les signaux de contrôle au montage de commutation dans le but de le contrôler, le montage de commutation n'étant pas capable de fournir des 15 signaux de commande à fréquence variable si les connecteurs de contrôle (7, 8) sont déconnectés l'un de l'autre. 2. Module variateur de vitesse selon la revendication 1, comprenant en outre : 20 un montage de contrôle qui comprend un module de contrôle (9), le module de contrôle (9) comprenant : le second connecteur de contrôle (8) conçu pour être connecté de façon amovible au premier connecteur de contrôle (7) ; et un agencement de fixation conçu pour fixer le module de 25 contrôle (9) de façon amovible au module variateur de vitesse quand les connecteurs de contrôle (7, 8) sont connectés l'un à l'autre. 3. Module variateur de vitesse selon la revendication 2, dans lequel l'agencement de fixation est conçu pour permettre une fixation sans outil du 30 module de contrôle (9) au module variateur de vitesse, et une séparation sans outil du module de contrôle (9) du module variateur de vitesse. 3035754 13 4. Module variateur de vitesse selon la revendication 1, comprenant en outre : un montage de contrôle qui comprend : un module de contrôle (9) ; un câble allongé ; et le second connecteur de contrôle (8) conçu pour être connecté de façon amovible au premier connecteur de contrôle (7), une extrémité du câble comportant le second connecteur de contrôle (8), et l'autre extrémité du câble étant connectée au module de contrôle (9) de sorte que le module de contrôle (9) puisse être positionné à distance du montage de commutation (4), les signaux de contrôle étant communiqués par l'intermédiaire du câble. 5. Module variateur de vitesse selon l'une quelconque des 15 revendications 2 à 4, dans lequel le module de contrôle (9) comprend : un processeur (14) ; un module de communication (16) conçu pour communiquer des signaux de contrôle entre le processeur (14) et le second connecteur de contrôle (8); et 20 une mémoire (15) stockant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par le processeur (14), permettent au processeur (14) d'envoyer des signaux de contrôle au module de communication (16) de sorte que le module de communication (16) puisse communiquer les signaux de contrôle au module variateur de vitesse par l'intermédiaire des connecteurs de contrôle 25 (7, 8). 6. Module variateur de vitesse selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le module de contrôle (9) est conçu pour être reprogrammé en remplaçant au moins une partie des instructions stockées 30 dans la mémoire (15) par des instructions personnalisées. 3035754 14 7. Module de variateur de vitesse selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel le module de contrôle (9) comprend au moins un composant matériel conçu pour être personnalisé selon les exigences de l'utilisateur. 5 8. Module de variateur de vitesse selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, le module variateur de vitesse et le module de contrôle (9) comprenant chacun un boîtier (2, 10) autonome respectif. 10 9. Module variateur de vitesse selon la revendication 8, dans lequel les boîtiers (2, 10) sont isolés électriquement l'un de l'autre. 10. Montage variateur de vitesse comprenant un premier module variateur de vitesse et un second module variateur de vitesse, chaque module variateur de vitesse étant conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, le premier module variateur de vitesse ayant une puissance nominale de sortie supérieure à celle du second module variateur de vitesse. 11. Montage variateur de vitesse selon la revendication 10, dans lequel au 20 moins l'un des premier et second modules variateurs de vitesse est conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 9. 12. Montage variateur de vitesse selon la revendication 10, dans lequel les premier et deuxième modules variateurs de vitesse sont conformes à l'une 25 quelconque des revendications 2 à 9, les modules de contrôle des montages de contrôle des premier et deuxième modules variateurs de vitesse étant conçus différement l'un de l'autre.