EP3732778A1 - Procédé de commande électronique d'un moteur - Google Patents

Procédé de commande électronique d'un moteur

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Publication number
EP3732778A1
EP3732778A1 EP18825737.2A EP18825737A EP3732778A1 EP 3732778 A1 EP3732778 A1 EP 3732778A1 EP 18825737 A EP18825737 A EP 18825737A EP 3732778 A1 EP3732778 A1 EP 3732778A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor
frequency
electrical signal
signal
engine
Prior art date
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Pending
Application number
EP18825737.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien LEMAITRE
Serge Bruno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Somfy Activites SA
Original Assignee
Somfy Activites SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Somfy Activites SA filed Critical Somfy Activites SA
Publication of EP3732778A1 publication Critical patent/EP3732778A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B3/00—Audible signalling systems, e.g. audible personal calling systems
    • G08B3/10—Audible signalling systems, e.g. audible personal calling systems using electric transmission; using electromagnetic transmission
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01M—CATCHING, TRAPPING OR SCARING OF ANIMALS; APPARATUS FOR THE DESTRUCTION OF NOXIOUS ANIMALS OR NOXIOUS PLANTS
    • A01M29/00—Scaring or repelling devices, e.g. bird-scaring apparatus
    • A01M29/16—Scaring or repelling devices, e.g. bird-scaring apparatus using sound waves
    • A01M29/18—Scaring or repelling devices, e.g. bird-scaring apparatus using sound waves using ultrasonic signals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207—Driving circuits
    • B06B1/0223—Driving circuits for generating signals continuous in time
    • B06B1/0269—Driving circuits for generating signals continuous in time for generating multiple frequencies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/04—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0004—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P31/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors not provided for in groups H02P1/00 - H02P5/00, H02P7/00 or H02P21/00 - H02P29/00

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the power supply of an engine.
  • the invention also relates to a device for electronically controlling the power supply of an engine.
  • the invention further relates to an actuator.
  • the invention also relates to an actuator system.
  • the invention also relates to a computer program product.
  • the invention finally relates to a data recording medium.
  • the perception of information by users is usually visual or sound.
  • the visual information is for example displayed using a screen or indicator lights or projection means.
  • the sound information is for example emitted using a loudspeaker, a piezoelectric element or a buzzer.
  • This information may have been transmitted by a material means (cable) or immaterial (radio wave, RFID, optical) by means of visualization or sound emission.
  • This information therefore requires additional technical means dedicated to the transmission and / or visualization of information.
  • the object of the invention is to provide a control method of an electric motor to overcome the disadvantages mentioned and improving the control methods known from the prior art.
  • the invention provides a method of controlling an electric motor for transmitting information from the engine, in particular to the attention of a user and / or a third party.
  • the method for electronically controlling the power supply of a polyphase motor comprises a supply of at least one phase of the motor with a first periodic or pseudo-periodic electrical signal suitable for the electric motor and / or a structure related to the engine emits a first sound signal, the power supply occurring while a motor rotor is kept stopped relative to a stator of the engine.
  • the method may comprise a definition of a first frequency of a first portion of the first electrical signal as a function of a first portion of the first sound signal to be emitted by the engine and / or the structure and an engine supply with the first portion. from the first electrical signal to the first defined frequency.
  • the method may comprise a definition of a second frequency of a second portion of the first electrical signal as a function of a second portion of the first sound signal to be emitted by the engine and / or the structure and an engine power supply with the second portion. from the first electrical signal to the second defined frequency.
  • the method may comprise the definition of a plurality of different electrical signals suitable for the motor and / or the structure to emit several sound signals without the motor rotor rotating relative to a stator of the motor, each sound signal being associated with information particular for a user, including:
  • the method may comprise the definition of an electrical signal allowing the emission, by the engine and / or the structure, of an animal repelling sound signal without the engine rotor rotating relative to the engine stator, in particular an ultrasonic sound signal.
  • the method may comprise the definition of an electrical signal allowing the emission by the motor and / or the structure of an alarm sound signal without the motor rotor rotating relative to the motor stator, in particular an electrical signal enabling a resonance of the electric motor and / or the structure, in particular of a shutter or a blind.
  • the method may comprise the definition of the first electrical signal having a frequency progressively evolving over a range of frequencies, in particular a range extending from 500 Hz to 10000 Hz, or even from 1000 Hz to 5000 Hz.
  • the method may comprise a configuration phase in which:
  • a second electrical signal having a frequency progressively evolving over a range of frequencies ranging from 500 Hz to 10000 Hz, or even from 1000 Hz to 5000 Hz; the motor is powered with the second electrical signal; the user indicates when the engine and / or the structure emits a sound that suits him while the engine is being powered with the second electrical signal;
  • the frequency of the second electrical signal corresponding to the moment indicated by the user is recorded as the frequency of the first electrical signal to be used for subsequently transmitting the first sound signal.
  • the first electrical signal may be a signal sampled at a frequency greater than or equal to 16kHz, even greater than or equal to 20kHz, even greater than or equal to 40kHz, even greater than or equal to 50kHz, or even approximately 100kHz, or the first electrical signal may be a polyphase signal, each phase of which is fed by a signal sampled at a frequency greater than or equal to 16 kHz, or even greater than or equal to 20kHz, even greater than or equal to 40kHz, even greater than or equal to 50kHz, or even approximately 100kHz.
  • the first electrical signal may be a trapezoidal signal or a pseudo-sinusoidal signal or a sinusoidal signal or the first electrical signal may be a three-phase signal of which each phase is trapezoidal or pseudo-sinusoidal or sinusoidal.
  • the motor may be a three-phase electric motor and the first power signal may be generated by a three-phase inverter, in particular a three-phase inverter with controlled switches and / or a three-phase inverter with PWM-controlled switches and / or a three-phase inverter with six switches. orders.
  • a device for electronically controlling the power supply of an engine in particular an inverter, in particular a three-phase inverter with controlled switches and / or a three-phase inverter with PWM-controlled switches and / or a three-phase inverter with six inverters.
  • controlled switches comprises hardware and / or software elements implementing the method defined above, in particular hardware and / or software elements designed to implement the method defined above, and / or the device comprising means for implementing the previously defined method.
  • an actuator comprises a mechanical structure comprising a resonant element at a given frequency, in particular a frequency between 500 Hz to 10000 Hz, or even between 1000 Hz to 5000 Hz.
  • an actuator system comprises a previously defined electronic control device and an actuator, in particular a three-phase electric motor and / or an actuator defined above.
  • the invention also relates to a computer program product downloadable from a communication network and / or recorded on a data carrier readable by a computer and / or executable by a computer, comprising instructions for implementing computer program code.
  • a computer program product downloadable from a communication network and / or recorded on a data carrier readable by a computer and / or executable by a computer, comprising instructions for implementing computer program code.
  • the invention also relates to a data storage medium, readable by a computer, on which is recorded a computer program comprising program code instructions implementing the previously defined method or a readable recording medium by computer comprising instructions which, when executed by a computer, lead it to implement the method defined above.
  • Figure 1 is a longitudinal section of an engine embodiment.
  • Figure 2 is a cross section of the motor embodiment.
  • Figure 3 is an electrical diagram of a first embodiment of motor powered by an inverter.
  • Figure 4 is a diagram of a home automation system including the motor embodiment.
  • Figure 5 is a flowchart of an embodiment of a control method.
  • Figure 6 is a timing diagram of a first example of inverter control and power signals of a three-phase motor.
  • Figure 7 is a timing chart of a second example of inverter control and power signals of a three-phase motor.
  • FIG. 8 is an example of power signals of a three-phase motor, the motor being powered to turn in a first mode, then fed in a second mode, then powered to emit a sound (without turning) in a third mode .
  • Figure 9 is a timing diagram of the intensity of a power supply of a motor whose power supply voltage varies between 500Hz and 5000Hz over a period of one second.
  • Fig. 10 is a timing diagram of a motor supply signal and a sound signal produced as a result of this supply signal.
  • Figure 11 is a stall characteristic diagram of an engine.
  • Figure 12 is a circuit diagram of a second embodiment of a motor powered by an inverter.
  • Figure 13 is a circuit diagram of a third embodiment of motor powered by an inverter.
  • the installation comprises an actuator system 5 and a movable element 3, 4.
  • the actuator system 5 comprises an electronic control device 1, in particular an inverter, and an actuator 16 of the electric motor type.
  • the electronic control method of the invention applies to electronically controlled polyphase motors.
  • a motor is constituted by a stator, by fixed definition, on which is made a coil of copper wire, and a rotor, by definition movable relative to the stator.
  • the rotor can also be wound, or be equipped with magnets, or even made of ferromagnetic sheets.
  • the geometry of the assembly may be variable: the stator may surround the rotor (the most common case, it is called a centered rotor), or the rotor may be around the stator (we speak of rotor bell or outer rotor), or well still both elements can face each other.
  • the power supply of the stator windings generates a magnetic field that allows the rotor to move.
  • the motor is preferably of the brushless magnet type or wound rotor or permanent magnet synchronous-reluctant type. It can also be an alternator-starter.
  • the motor can also be an asynchronous motor or a synchro-reluctant motor.
  • the electronic control method applies to polyphase motors irrespective of the phase connection configuration, such as, for example, motors with triangular or star-connected coils or two-phase motors.
  • the electric motor 16 is for example polyphase type (or BLDC motor, according to the acronym for "BrushLess Direct Current").
  • the motor 16 comprises a rotor 13 including a rotor body 31 provided with magnetic elements 32 and a stator 14.
  • the stator surrounds the magnetic elements 32 of the rotor.
  • the rotor is rotatably mounted in the stator about an axis X.
  • the rotor is for example guided in the bearing by bearings 26 and 27.
  • the magnetic elements 32 are arranged on the outer circumference of the rotor body 31.
  • the magnetic elements 32 of the rotor 13 are, for example, ferrite permanent magnets.
  • the magnetic elements 32 are separated from the stator 14 by an air gap 25, radial with respect to the axis of rotation X.
  • the magnetic elements or permanent magnets 32 may be attached to the outer circumference of the rotor body 13 by gluing, overmolding or any other known technique.
  • the rotor body 31 is integrally connected in rotation to a rotor shaft 24.
  • the rotor shaft 24 is centered on the axis of rotation X and protrudes on either side of the rotor body 31.
  • the rotor body 31 is formed from a stack of sheets.
  • the rotor body 31 is made of a solid shaft.
  • the rotor body 31 is in the form of a bell-shaped bell.
  • the stator 14 is formed by a stator core 41 of magnetizable material, more specifically ferromagnetic material, which is generally formed by a stack, or package, of sheets and provided with insulating fittings.
  • the stator core 41 comprises polar elements 28 distributed on a peripheral wall 30 of the stator core 41, preferentially on the inside of the peripheral wall 30 of the stator core 41.
  • the stator 14 is obtained from a stator core 41 comprising a stack of laminations each forming a closed circumference, on which a winding assembly is attached.
  • a single coil 29 is shown in place around a single polar element 28, for the sake of clarity.
  • the polar elements 28 of the core 41 project inwardly from the electric motor 16, from the peripheral wall 30.
  • stator 14 there are six in number, uniformly distributed on the peripheral wall 30, thus forming a stator 14 six poles.
  • the space E28 formed between two adjacent polar elements 28 is called notch.
  • Windings 29 are positioned in the notches, around the pole elements 28 of the stator 14.
  • each pole element 28 is surrounded by a coil 29 which is specific to it. It is nevertheless possible to have only a partial winding such as a winding on a pole element out of two. These coils 29 are such that they have the same number of turns per polar element.
  • the coils 29 of diametrically opposed polar elements are connected at the ends of the stator core 14 to form a phase.
  • the stator 14 thus comprises three phases, forming in particular a triangle configuration.
  • the coils 29 are connected so that, when traversed by a current, they produce a rotating magnetic field which rotates the rotor 13.
  • the coils 29 are electrically isolated from the stator core 41 by an insulating element.
  • the pole elements 28 of the stator core 41 comprise, at the end of a tooth 28a projecting from the peripheral wall 30 of the stator 14, a step 28b in the stack of laminations forming the stator core.
  • the electronic control method uses any type of control electronics for generating a magnetic field in a wound stator.
  • the control may for example comprise trapezoidal or sinusoidal type or pseudo-sinusoidal type supply signals.
  • the electronic control device 1 comprises a plurality of output terminals U, V, W configured to be electrically connected to a plurality of input terminals of the polyphase motor 16.
  • the control device electronics 1 comprises three output terminals intended to be electrically connected to three input terminals of the three-phase electric motor.
  • the electric motor 16 may be a two-phase electric motor or any other type of polyphase electric motor comprising a greater number of phases.
  • the electronic control device 1 is a polyphase inverter configured to deliver, sequentially, electrical signals between two output terminals of the plurality of output terminals.
  • the inverter comprises a plurality of branches B1, B2, B3 electrically connected in parallel between a first connection point C1 and a second connection point C2.
  • Each branch B1, B2, B3 comprises a first electronic switch K1, K2, K3 electrically connected to the first connection point C1 and electrically connected in series with a second associated electronic switch K4, K5, K6.
  • the second electronic switch is connected electrically at the second connection point C2. The simultaneous switching of a first electronic switch and a second electronic switch other than its associated electronic switch makes it possible to supply at least one winding 29U, 29V, 29W of the motor.
  • Electronic switches K1 to K6 or controlled switches are preferably transistors.
  • the inverter shown is a three-phase inverter and the motor is a three-phase electric motor whose 29U, 29V, 29W are electrically connected in a triangle assembly.
  • This mounting example is in no way limiting.
  • the windings of the motor 16 may be electrically connected in a star arrangement.
  • a first connection point C1 of the inverter is electrically connected to a first + V terminal of an electrical power supply source and a second connection point C2 is electrically connected to a second terminal Gnd of the power supply , especially via a current sensor.
  • Each branch B1, B2, B3 of the inverter comprises a midpoint electrically connected to an output terminal.
  • the first electronic switches K1, K2, K3 are distributed in a first group of switches and the second electronic switches K4, K5, K6 are distributed in a second group of switches.
  • the switching of the electronic switches K1, K2, K3, K4, K5, K6 is controlled by control signals generated by the control unit.
  • control 7 forming a predetermined control law.
  • the control law is broken down into a succession of switching sequences, each sequence corresponding to a set of signals during a determined period of time.
  • the control law is programmed so that the inverter sequentially outputs a voltage between two output terminals of the plurality of output terminals of the electronic controller 1.
  • the electrical signals delivered by the inverter are programmed to sequentially feed the stator windings of the polyphase electric motor to generate a rotating electric field adapted to drive the rotating rotor in normal or nominal operation mode of the engine.
  • the control unit may include a microprocessor or a microcontroller.
  • This control unit can be programmed or arranged so as to produce a control of the controlled switches at a frequency greater than or equal to 16kHz, even greater than or equal to 20kHz, even greater than or equal to 40kHz, or even greater than 50kHz, or even order of 100 kHz, in particular a command according to a pulse width modulation technique (PWM for Pulse Width Modulation) at a frequency greater than or equal to 16 kHz, or even greater than or equal to 20 kHz, or even greater than or equal to 40 kHz, or even higher at 50kHz, or even of the order of 100kHz.
  • PWM pulse width modulation technique
  • the first electrical signal is a signal sampled at a a frequency greater than or equal to 16 kHz, even greater than or equal to 20 kHz, even greater than or equal to 40 kHz, or even greater than 50 kHz, or even of the order of 100 kHz, or in that the first electrical signal is a three-phase signal of which each phase is sampled at a frequency greater than or equal to 16kHz, even greater than or equal to 20kHz, even greater than or equal to 40kHz, even greater than 50kHz, or even of the order of 100kHz.
  • a control frequency or control switches as high as possible. However, high frequencies pose thermal and economic constraints.
  • the number of switches ordered may be different.
  • the electronic control device may comprise fewer than six controlled switches or more than six controlled switches, including four controlled switches or eight controlled switches.
  • four or eight controlled switches can be used to control a two-phase motor.
  • the electronic control device 1, in particular the control unit 7, comprises hardware and / or software elements governing its operation, in particular the hardware and / or software elements comprise all the means making it possible to implement the electronic control method of the invention, in particular the embodiments of the electronic control method described below.
  • the hardware and / or software elements may comprise software modules.
  • actuator systems 5 relate to actuator systems 5 comprising a two-phase motor including a first winding A and a second winding B.
  • a first example comprises an inverter with four controlled switches mounted relative to the windings A and B as illustrated in FIG. 12.
  • a second example comprises an inverter with eight controlled switches mounted relative to the windings A and B as illustrated in FIG. 13.
  • the method according to the invention proposes to use a polyphase motor of an installation as a means of generating vibrations while maintaining the rotor of the engine stopped.
  • the vibrations are transmitted from the engine to a surrounding structure to which the motor is linked.
  • the vibrations are radiated as noise by the engine and / or the structure.
  • the method therefore allows the emission of airborne noise without the addition of additional physical element or modification of the physical elements of an existing installation.
  • the structure includes all the elements directly or indirectly related to the engine and likely to emit an audible sound or not when they are traversed by the vibrations generated by the engine, the engine itself can be counted among the elements of structure radiating noise.
  • the invention also relates to a control program or algorithm able to use the motor as a vibration generator without rotating the rotor, which vibrations propagate step by step in the structure of the installation.
  • the mentioned structure may comprise the mobile element to be driven, the support 10 on which the engine rests or another exogenous element or attached to the engine or on the support or on the movable element.
  • This structure constitutes, with the engine itself, a means of transmitting airborne sound from solid sound. To maximize the noise level, it is envisaged to cause resonances of the structure and / or the motor. They can be determined at conception or during supervised learning.
  • the excitation is characterized by spatial wave numbers and frequencies.
  • the structure is characterized by eigen modes and eigenfrequencies. In normal operation, that is to say when the engine is powered so that its rotor rotates, it is committed to clearly separate the two to reduce the noise level. On the other hand, in a particular mode of operation where the objective is to maximize noise and vibration, it is possible to tune the excitation and the structure to maximize the response.
  • the motor In normal or nominal operation mode of the motor, the motor is autopilot or closed loop controlled, the signals injected into the motor being determined by the position of the rotor in the stator.
  • One or more position sensors are used.
  • the sensors are physical or virtual. Indeed, virtual sensors may be calculating means for reconstructing a position information of the rotor of the motor relative to the stator from other characteristics of the motor (current for example).
  • the electrical supply signal is applied to the motor according to the position of the stator.
  • Sensor signals CAPT J, CAPT_V and CAPT_W are represented and determine for example the states of the controlled switches K1 to K6 defining the power supply of the motor.
  • the electronic control device advantageously comprises sensors, in particular sensors 8U, 8V and 8W, making it possible to determine the position of the rotor 13 relative to the stator 14.
  • sensors in particular sensors 8U, 8V and 8W
  • the signals injected into the motor produce a rotating magnetic field in the stator.
  • This magnetic field is followed by the rotor which also produces a magnetic field in the case of a rotor equipped with permanent magnets, or which will close the magnetic field lines in the case of a motor without magnet (reluctant synchro for example) ).
  • the electrical signal is here provided to minimize the noise emissions produced by the engine and / or the structure surrounding the engine.
  • This electronic control method has the effect of producing noise or sound.
  • this method is also a method of producing or generating sound.
  • This control method causes a particular mode of operation of the engine, different from the nominal or usual operating mode. This particular mode of operation is characterized by vibrations at the motor while the rotor is stationary or does not rotate.
  • the first supply signal may be a signal obtained by the addition of several periodic signals having different frequencies (and not necessarily multiples of each other). It follows that it is not always possible to identify a period of the first signal. We can however identify a pseudo-period of this first signal. In this case of supplying the motor with a first signal constituted by the addition of several signals having different frequencies, it is possible to create a sound having several frequencies transmitted simultaneously. It is thus possible to produce several sound notes simultaneously in the same command.
  • the method includes generating a magnetic field at the stator whose period or pseudo-period is too small for the rotor to be driven. Indeed, because of the frequency of the supply signal, the rotor fails to hook the fundamental of the magnetic field generated by the power supply or control signal. It follows as previously mentioned vibrations in the engine while the rotor is stationary or kept stopped.
  • This frequency depends on the inertia of the rotor, the friction in the bearings, the number of pairs of motor poles and the electrical parameters of the motor (inductance, resistance, force against electromotive, etc ). This frequency is called the frequency of stall. This frequency also depends on the power of the power signal. The frequency finally depends on the resisting torque exerted by the movable element which constitutes a load for the motor.
  • An example of a DC characteristic stall curve of a polyphase brusless motor is illustrated by a graph in FIG. As seen above, for a polyphase motor, the stall frequency depends on the power of the power supply signal.
  • the graph shows, on the ordinate, the power of the supply signal and on the abscissa, the frequency of the supply signal. For each given power, there is therefore a stall frequency.
  • the domain between DC characteristic and a line defined by the maximum power Pmax in Figure 1 1 represents the set of power and frequency pairs for the rotation of the motor rotor.
  • the rotor remains stationary. It should be noted that the range of possible parameters of the supply signal is further limited by the maximum power Pmax that the inverter can provide. It is particularly noted that the rotor remains at a standstill, when it is powered with an electrical signal whose parameters are:
  • the engine can therefore be kept at a standstill by supplying the motor with a sufficiently high frequency, in particular a frequency higher than the maximum stall frequency fd.
  • a safety coefficient for example 5%, to be certain that the motor supply frequency is greater than the maximum stall frequency.
  • PWM-controlled switches are used to drive a duty cycle which can be in a wide range, preferably between 10% and 100% (switch closed between 10% and 100% of its time). Whichever frequency one wishes to generate the vibrations, preferably operates at a duty cycle greater than that for creating a limit power supply signal power PO allowing the rotor drive while away from the curve stall by higher frequencies. This mode of operation makes it possible to generate a sound with an acoustic power such that it is clearly perceived by a human ear when it is in an audible frequency range.
  • a single-phase DC motor can only emit sounds of low acoustic power because it must be undernourished, that is to say, apply a current lower than its starting current so that it can not overcome the mechanical resistance provided by the load associated with it. Frequency, this starting current value varies little, and therefore the power to the engine to start it will vary little with the frequency. As a result, the power injected into the engine in order to be able to make it emit a sound without it starting is limited to a lower power range than this starting power, hence sounds of low acoustic power.
  • the change in load resistance can displace the characteristic curve by limiting the area of the previously mentioned domain.
  • An example of displacement is illustrated by the dotted curve CC '. This displacement is due to an increase in mechanical strength.
  • the characteristic curve of the vacuum motor there is a decrease in the operating area by shifting the stall curve to the left and the top of the graph.
  • the maximum stall frequency fd is preferably defined as the limit frequency at which the motor picks up when it is powered to its maximum or nominal operating power.
  • the stall frequency fd is preferably defined as the limit frequency at which the engine stalls when it is powered to the maximum or nominal operating power of the inverter-motor assembly.
  • the stall frequency can be modified by modifying the mechanical strength of the load. As indicated in FIG. 11, when the engine is in conditions defining its characteristic CC ', its stall frequency is then fd'.
  • the engine can therefore be kept at a standstill by supplying the motor with a sufficiently high frequency, in particular a frequency higher than the maximum stall frequency fd'.
  • a safety coefficient for example 5%, to be certain that the motor supply frequency is greater than the maximum stall frequency fd '.
  • the method ensures the engine stop by feeding a single phase of the engine.
  • the vibratory and acoustic level obtained is then lower.
  • stopping the engine can be ensured by feeding all the phases simultaneously so as to create a pulsating field. It is then typically sought to appropriate a wave number of order 0.
  • the magnetic field produced in the stator is static but of variable intensity, in particular of periodic intensity.
  • the motor can be stopped by creating two opposing rotating fields of the same intensity.
  • the method ensures the stopping of the motor by activating a brake, that is to say a locking means of the rotor.
  • a brake that is to say a locking means of the rotor.
  • the movable element driven by the motor may also be a rotor locking means in a certain operating range of the engine. In other words, for given power characteristics, the motor can idle and not rotate due to the resistance of the load to which it is coupled.
  • the control is not enslaved to the latter, whether in position or speed.
  • the polyphase motor is said to be controlled in open loop or direct control.
  • the method comprises a step 1 of supplying the motor with a first electrical signal capable of causing the electric motor and / or the structure to emit a first sound signal without the Motor rotor rotates relatively to the motor stator.
  • This power supply is performed with a first portion of the first signal whose first frequency is for example sufficiently high so that the motor can not rotate.
  • This power supply is maintained for a duration t1.
  • This supply can nevertheless cause small angular displacements of the rotor relative to the stator. These small movements may not be visible to the naked eye. These movements have in any case an amplitude less than an angle of 5 ° or 10 °.
  • the supply also causes deformation of the stator and / or the rotor. All these phenomena cause vibrations at the engine that radiate the environment, possibly via the structure, in the form of sounds.
  • the inverter In a phase of powering the motor to rotate it, the inverter is used to generate an electrical signal generating a rotating magnetic field in the stator of the motor when it feeds the stator windings. The rotor then rotates at the rotation frequency determined by the frequency of the electrical signal. In a phase of powering the engine to produce a sound without turning, the inverter is used to generate the first electrical signal thereby generating a magnetic field in the stator of the motor when it feeds the stator windings.
  • the frequency of the first electrical signal is for example greater than the frequency of the evoked signal to rotate the motor.
  • the rotor, equipped with magnets can not follow the rotation of the rotating magnetic field determined by the frequency of the first electrical signal, in particular because of its inertia and friction. It then occurs the vibration phenomena and sounds explained above. The rotor remains motionless or almost immobile and the frequencies present in the sounds are not related to the rotation of the rotor.
  • the motor control method makes it possible to generate forces in the air gap of the motor, which is the location of the conversion of electrical energy into mechanical energy. These efforts propagate by vibration to the structure. These forces are created without causing any noticeable movement of the rotor. It is therefore a question of creating solid noise independent of the movements of the rotor.
  • the magnetic forces are proportional to the square of the magnetic field. The latter is the sum of the field generated by the rotor magnets, or by the electromagnet in the case of a wound rotor for example, and the field generated by the stator windings.
  • the development of the square shows three terms. The square of the field of the magnets represents a static force and does not intervene in the noise generation.
  • the double product of the field of the magnets and the field of the armature is much larger than the square of the field of the coils. It is therefore the magnets, or electromagnets, that give the bulk of the power.
  • the double product of magnetic fields causes forces at the same frequencies as the electrical signal.
  • the frequency of this electrical signal is much lower than that of the PWM that generates it.
  • the relationship between the two Frequencies can typically range from 1/3 to 1/40.
  • PWM mode control generates vibrations at the PWM frequency. Their emission is then inaudible for the human ear beyond 20kHz.
  • the invention does not exploit the vibrations generated by the PWM which are of a markedly lower intensity than that of the periodic or pseudo-periodic control signal generated by the electronic control device 1 of the power supply.
  • the production of vibrations is independent of the position of the rotor relative to the stator or at least the level of the sound volume appears independent of the position of the motor rotor for the human ear. It is therefore possible to produce sounds without worrying about the position of the motor rotor. Moreover, the generation of vibrations and sounds is achieved without a privileged spatial direction.
  • the method comprises a step 100 of defining this first frequency f1 of the first portion P1 of the first electrical signal 90.
  • This definition is a function of a first portion p1 of the first sound signal 91 to be emitted by the engine and / or the structure.
  • the first frequency can be defined as follows. It is assumed that it is desired to transmit a sound having a frequency of 1 kHz or a main frequency of 1 kHz. The controlled switches K1 to K6 are then driven to generate the first electrical signal with the first frequency equal to 1 kHz.
  • the method comprises a step 120 of defining a second frequency f2 of a second portion P2 of the first electrical signal 90.
  • This definition is a function of a second portion P2 of the first sound signal 91 to be emitted by the engine and / or the structure.
  • the second frequency can be defined as follows. It is assumed that it is desired to transmit a sound having a frequency of 5 kHz or a main frequency of 5 kHz. The controlled switches K1 to K6 are then driven to generate the first electrical signal with the second frequency equal to 5 kHz.
  • a step 130 the motor is supplied with the second portion P2 of the first electrical signal 90 at the second defined frequency f2.
  • This power supply is maintained for a period t2.
  • an emission of a first sound signal 91 having a first portion p1, of a first duration t1, emitted at a first frequency f 1, for example 1 kHz, then a second portion p2, of a second duration is obtained.
  • the first duration t1 can be worth a few tenths of seconds, even a few seconds and / or the second duration t2 can be worth a few tenths of seconds, even a few seconds.
  • the first portion P1 of the first electrical signal is applied to the motor during the first duration t1, then the second portion P2 of the first electrical signal is applied to the motor during the second duration t2.
  • first sound signal comprising a first sound portion, then a second sound portion, two sounds emitted sequentially one after the other.
  • first sound signal may comprise only a sound portion, that is to say that it is transmitted at the same frequency from its beginning to its end.
  • the first sound signal may alternatively comprise more than two sound portions, each portion having a frequency or a main frequency different from the frequency of the preceding portion and the frequency of the portion following the portion considered.
  • the PWM control frequency is chosen according to the range of vibrations to be created. The higher their frequencies, the higher the PWM driving frequency is to obtain a sufficient sampling of the sounds to be emitted.
  • the chosen frequency is however a compromise between the sharpness or the quality of the sound signal on the one hand and the computing resources, the energy consumption, the possibilities of heat dissipation and the economic constraints on the other hand.
  • the method comprises the definition of several different electrical signals capable of causing the motor and / or the structure to emit several sound signals without the motor rotor rotating relative to the motor stator, each sound signal being associated with a particular piece of information. intended for a user. It follows that each electrical signal is associated with a particular information for a user.
  • Each sound signal has its own meaning.
  • the sound signals can be distinguished from each other by their melodies. These different melodies correspond to different information.
  • the actuator improves security and user experience by providing new functions.
  • the sound generation makes it possible to create a sound link between the actuator and the user, the sound then being an information vector.
  • the objective is in certain cases to emit a signifying sound or carrying an understandable sound message, that is to say that one gives for example meaning to some melodies. It will prevent this direction being altered through the device which constitutes a filter for certain frequencies and / or an amplifier for other frequencies.
  • the first electrical signal is for example of the trapezoidal type as described below with reference to FIG. 6.
  • the duty cycle is constant. However, as illustrated in FIG. 6, the intensity of the current varies over time periodically due to an impedance variation of the motor when the frequency of the supply signal varies.
  • the Applicant has found that it is unnecessary to use the maximum power of the inverter in the phase of sound generation. Indeed, from a threshold defined for each engine, the sound level is maximum. Thus, one can have a growth of the sound level on power levels lower than this threshold, then a saturation at this maximum level. For reasons of optimization of the motor overheating and therefore indirectly to maximize the possible duration of emission of a sound, the power of the inverter used will be limited to the predefined threshold. Such threshold power Pseuil is illustrated in Figure 1 1.
  • the intensity of the current supplied to the motor due to the first electrical signal can be limited to reduce the power consumption. Therefore, it will be possible to emit a sound, or a melody, longer for the same level of warm-up. For example, this can be interesting if the sound is an alarm signal.
  • the first power supply signal of the engine to allow the sound to be produced is not necessarily a malfunction signal from the engine to prevent it from spinning.
  • the choice of The power of the feed signal is advantageously guided by considerations of energy efficiency and heating relative to a sound volume produced. In particular, it is possible to supply the motor at a frequency greater than a threshold frequency beyond which it can not rotate.
  • the first electrical signal is a trapezoidal three-phase electrical signal.
  • a period of the first electrical signal is represented between times T0 and T6. This period is divided into six sequences of identical durations, a switching of two of the 6 controlled switches occurring at the end of each of the sequences.
  • the control signals of the 6 controlled switches are also represented.
  • a control signal at state 1 represents a switch in the on state.
  • This control logic makes it possible to generate a first electrical power supply signal for the motor at a first frequency equal to 1 / (T6-T0).
  • the first electrical signal comprises three phase signals producing at each of the stator windings 120 ° phase-shifted signals relative to each other.
  • the three signals at the windings are alternative signals.
  • the intensity of the current supplying the coils can be controlled by acting on the duty cycle of the first electrical signal which is of the pulse width modulation type.
  • the different gray levels indicate the different times of the PWM mode of the switches.
  • the gray slots indicate the PWM controlled switches at a constant duty cycle to achieve the appropriate voltage drop to power the motor.
  • the example below allows to realize the rotating magnetic field in the stator. As seen previously, it is possible to pilot the switches controlled differently to vary the magnetic field differently. In particular, it is possible to control a different number of switches and / or it is possible to phase out differently the supply signals applied to the coils.
  • the first electrical signal is a three-phase electrical signal of pseudo-sinusoidal shape.
  • a period of the first electrical signal is represented between times T0 and T6. This period is divided into six sequences of identical durations. The controls of the 6 switches are different in each of these sequences.
  • the signals of the switches K1 to K3 are represented. They are controlled with a variation of the duty cycle between a minimum duty cycle value and a maximum duty cycle value.
  • the signals at the terminals U, V and W (shown in FIG. 3) are 120 ° out of phase with each other and represented by the curves K1, K2 and K3.
  • the control signals of the switches K1 and K4, K2 and K5, K3 and K6 are complementary to each other.
  • the duty cycle of the control signal of the switch K1 is maximum when the duty cycle of the control signal of the switch K4 is minimal and the duty cycle of the control signal of the switch K4 is maximum when the duty cycle of the control signal of the switch K1 is minimal.
  • This control logic makes it possible to generate a first electrical power supply signal for the motor at a first frequency equal to 1 / (T6-T0).
  • the first electrical signal comprises three phase signals producing at each of the stator windings 120 ° phase-shifted signals relative to each other.
  • the three signals at the windings are alternative signals represented on the last three chronograms of Figure 7.
  • the first electrical signal could still be a sinusoidal electrical signal.
  • the embodiment of the electronic control method may comprise three successive modes of operation as shown in FIG. 8.
  • the first mode M1 an electrical signal is applied to the motor to rotate it as explained more above.
  • the power supply to the motor is cut off.
  • the engine stops.
  • the first electrical signal is applied to the motor so that the electric motor and / or the structure emits the first sound signal without the motor rotor rotating relative to the motor stator. This supply is performed in open loop, that is to say without taking into account the position of the rotor.
  • the invention also relates to a computer program product downloadable from a communication network and / or recorded on a data medium readable by a computer and / or executable by a computer, characterized in that it comprises code instructions of computer program for implementing the method described above, when the program is executed by a computer and / or in that it comprises instructions which, when the program is executed by a computer, lead it to implement the previously described method.
  • the invention also relates to a computer readable data storage medium on which a computer program including program code instructions is stored.
  • implementation of the previously described method or computer readable recording medium comprising instructions which, when executed by a computer, lead it to implement the method described above.
  • the method of electronically controlling the power supply of an engine or the method of generating sound by an engine is particularly efficient for brushless magnet motors and coiled rotor motors.
  • a DC motor controlled in this way would inevitably turn. To prevent its rotation, it would then be necessary to under-feed it.
  • the sound generation process is less efficient since the absence of the magnets field limits the vibration and acoustic level.
  • the first electrical signal may also have a first frequency for producing an animal repulsion sound, in particular a first ultrasonic type sound signal.
  • the method comprises a step of defining the first electrical signal allowing the emission, by the motor and / or the structure, of an ultrasonic sound signal without the motor rotor rotating relative to the motor stator and a step of supplying the motor with the first electrical signal.
  • a signal could be issued periodically at a fixed interval or more permanently. Beyond 16kHz or 20kHz, the electrical control signal makes it possible to create an ultrasound signal. This could especially be used to prevent a pet from staying between a shutter and a window and is trapped.
  • the method which is the subject of the invention can be applied to various technical fields, in particular in the field of home automation equipment, in the field of automotive equipment and in the field of household electrical appliances.
  • electric motors are used to produce actuators.
  • these motors are discrete and they produce a minimum of noise when their rotors rotate relative to their stators.
  • the motor is not directly related to the user that is to say that the sound emitted by the engine itself is not sufficiently audible.
  • the noise emitted by the engine is of little importance.
  • the motor is inserted into a tube of the actuator, which itself is inserted into a home automation device.
  • the home automation device can be the home automation device and / or the structure of the building which, subjected to the vibrations of the engine, radiates the environment by emitting the sounds as a result of vibrations produced by the engine.
  • the device is for example a home automation device for closing, occultation, sun protection or screen. It comprises, for example, a winding tube 3 to which an apron 4 is bonded.
  • the home automation device may in particular be a shutter or a blind or a door or a gate or a screen.
  • the structure surrounding the engine or linked to the engine may include all or part of the following elements directly or indirectly related to the engine:
  • a movable element 3, 4 intended to be driven by the motor; and / or - a support 10 intended to receive the engine; and or - A trunk or box in which is enclosed the motor and the movable member in the folded or wound position; and or
  • a resonant element 9 attached to the motor or to one of the elements listed earlier in this list.
  • each emitted sound means information.
  • the information may include:
  • anomaly information in particular control information in contradiction with a management logic (for example thermal)
  • orientation information orientation of a device to fix in a building
  • a setting information of the motorization of a bay window an alarm information in case of intrusion into a space (alarm siren).
  • the information may include in particular:
  • a positioning information in the space vehicle reversing radar
  • ground marking line crossing information on a roadway ground marking line crossing information on a roadway
  • a buzzer in particular by vibrating the traction motor of an electric or hybrid vehicle.
  • the information may include in particular:
  • a frequency sweep can be performed to determine the vibration frequencies of the engine that generate sounds at a loud volume level. This maximizes the sound level.
  • the method comprises the definition of the first electrical signal allowing the emission by the engine of an alarm sound signal without the motor rotor rotating relative to the motor stator.
  • the first electrical signal it is possible in particular to define the first electrical signal so that it generates a resonance of the electric motor and / or the structure or to create an excitation at a close frequency a resonant frequency of the electric motor and / or the structure, in particular between 0.8 times and 1.2 times the resonant frequency.
  • a resonance is preferably defined as a local maximum of sound volume (over a range of frequencies).
  • first electrical signal whose first frequency changes temporally and periodically between a first lower terminal and a second upper terminal.
  • Evolution is preferably progressive.
  • the evolution can be carried out continuously in frequency or by jumping by selecting one after another, different discrete values of frequencies.
  • the first lower bound is for example greater than or equal to 500 Hz, or even greater than or equal to 1000 Hz
  • / or the second upper bound is for example less than or equal to 5000 Hz, or even less than or equal to 10000 Hz.
  • the motor and / or the structure is necessarily excited at one or more frequencies generating sounds with a high sound level or volume.
  • the method may comprise a configuration phase in which:
  • a second electrical signal is defined whose frequency evolves temporally and, optionally periodically, between a first lower bound and a second upper bound. Evolution is preferably progressive. The evolution can be performed continuously in frequency or jump by selecting one after the other different discrete values of frequencies.
  • the first terminal lower is for example greater than or equal to 500 Hz, or even greater than or equal to 1000 Hz and / or the second upper bound is for example less than or equal to 5000 Hz, or even less than or equal to 10000 Hz;
  • the motor is powered with the second electrical signal
  • the user indicates, by an appropriate action, for example by an action on a key of a control point of the engine, the moment when the motor and / or the structure emits a sound that suits him. during the second substep;
  • the frequency of the second electrical signal corresponding to the moment indicated by the user is recorded as the first frequency of the first electric signal to be used for subsequently transmitting the first sound signal, in particular the first siren-type sound signal.
  • the frequency of the first electrical signal periodically changes between 500 Hz and 5 kHz.
  • the period of evolution of the frequency is 1 second.
  • the electronic control device or, more generally, the actuator system may comprise an element of wired or wireless communication for sending a control command directly or indirectly to at least one other actuator system also having a second motor.
  • This control command is advantageously a power control command of the second engine for producing a sound, in particular an alarm siren sound, without the second motor running.
  • the sound is radiated by a mechanical structure.
  • the structure can be the structure of the engine itself. The latter then emits a sound in connection with the command. It is usually sought to avoid the resonances of the engine, especially in a usual mode of operation for the purpose of driving the movable element. In a particular mode of operation of the engine for emitting sounds, to maximize the radiated noise, it is envisaged to cause one or more particular resonances of the engine, its housing or its cylinder head for example. To do so, we must focus on creating a spatial and temporal coincidence between the excitation and the response of the structure. This means creating a conjunction between a waveform and a frequency of the excitation with a proper mode and a natural frequency of the motor.
  • small wave numbers will be favored, especially, but not exclusively, the 0-order, just as the frequencies between 1 kHz and 5 kHz, which correspond to the interval in which the human ear is most sensitive. More generally, it is possible to produce sounds in the range of frequencies audible by the human ear, or even the range of ultrasonic frequencies.
  • the mentioned structure may also be the support 10 or the engine reception equipment. Again, it is possible to maximize the sound level by seeking a resonance of the structure. This can be achieved by a frequency sweep. It can be permanent in the life of the product; it is then a siren whose amplitude varies with the frequency thanks to the impedance of the circuit and the maintenance of the duty cycle of the PWM. Naturally, it is possible to enslave to obtain a constant amplitude.
  • the frequency sweep can also be supervised by a PLC or an individual. The frequency at which the response is maximal can be used as the frequency of utility for transmitting the information. In the case of supervision by an individual, the frequency chosen is not necessarily that or the answer is maximum but could be the one where the sound or a succession of sound is the most pleasant.
  • the structure may include the mobile element to be driven and the same principles apply.
  • the structure may be an external element added to the equipment in order to act as a means of transmitting and maximizing noise.
  • the installation or the actuator system or the actuator then comprises an additional reported mechanical structure including an element 9 resonating at a sound frequency audible by the human ear or ultrasound.
  • a sound frequency audible by the human ear or ultrasound.
  • a frequency is between 500Hz and 20kHz.
  • This element can for example act in a similar way to a tuning fork, so that after an excitation it vibrates at its own frequency and radiates a sound accordingly in its environment. This element can only be added to make a noise.
  • the method described above makes it possible to use an engine as a vibration generator by driving at least one of the phases without the rotor rotating relative to the stator. It is therefore possible to generate vibrations II and consequently sounds without physical means additional than the existing motor and electric converter to create solidarity / aerial sound. For example, it is sufficient to program software means of an inverter to obtain such a result.
  • home appliances could benefit from this invention by using the motors present as a washing machine motor, or a pump motor of a dishwasher, or even a motor of a mixer.
  • the invention can be applied to the automotive field which loads many actuators to start with engines for mirrors, or for windshield wipers, or even for ventilation.

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Abstract

Procédé de commande électronique de l'alimentation électrique d'un moteur polyphasé, le procédé comprenant une alimentation d'au moins une phase du moteur avec un premier signal électrique périodique ou pseudo-périodique apte à ce que le moteur électrique et/ou une structure liée au moteur émette un premier signal sonore, l'alimentation ayant lieu alors qu'un rotor du moteur est maintenu arrêté relativement à un stator du moteur.

Description

Procédé de commande électronique d’un moteur.
L’invention concerne un procédé de commande de l’alimentation électrique d’un moteur. L’invention concerne aussi un dispositif de commande électronique de l’alimentation d’un moteur. L’invention concerne encore un actionneur. L’invention concerne aussi un système d’actionneur. L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur. L’invention concerne enfin un support d’enregistrement de données.
Dans de nombreux domaines techniques, comme, de manière non exhaustive, la domotique, l’automobile ou l’électroménager, il est nécessaire que des équipements émettent des informations à d’autres équipements et/ou à des utilisateurs et/ou à des tiers, notamment des alarmes. La transmission d’informations à ces utilisateurs peut être réalisée éventuellement via d’autres équipements. La nature des informations peut être variée, comme par exemple, rendre compte d’état, d’un évènement ou encore servir au diagnostic d’un équipement.
La perception des informations par les utilisateurs est généralement visuelle ou sonore. Les informations visuelles sont par exemple affichées à l’aide d’un écran ou de voyants lumineux ou de moyens de projections. Les informations sonores sont par exemple émises à l’aide d’un haut- parleur, d’un élément piézoélectrique ou d’un buzzer. Ces informations peuvent avoir été transmises par un moyen matériel (câble) ou immatériel (onde radio, RFID, optique) au moyen de visualisation ou d’émission sonore. Ces informations nécessitent donc des moyens techniques supplémentaires dédiés à l’émission et/ou à la visualisation des informations. Le but de l’invention est de fournir un procédé de commande d’un moteur électrique permettant de remédier aux inconvénients mentionnés et améliorant les procédés de commande connus de l’art antérieur. En particulier, l’invention propose un procédé de commande d’un moteur électrique permettant une émission d’information depuis le moteur, notamment à l’attention d’un utilisateur et/ou d’un tiers.
Selon l’invention, le procédé de commande électronique de l’alimentation électrique d’un moteur polyphasé comprend une alimentation d’au moins une phase du moteur avec un premier signal électrique périodique ou pseudo-périodique apte à ce que le moteur électrique et/ou une structure liée au moteur émette un premier signal sonore, l’alimentation ayant lieu alors qu’un rotor du moteur est maintenu arrêté relativement à un stator du moteur.
On peut maintenir le moteur arrêté :
en alimentant plusieurs phases du moteur avec un premier signal électrique générant dans le moteur un champ magnétique tournant à une fréquence supérieure à la fréquence de décrochage du moteur ; et/ou
en alimentant l’au moins une phase du moteur avec un premier signal électrique générant dans le moteur un champ magnétique statique et puisant ; et/ou
en alimentant plusieurs phases du moteur avec un premier signal électrique générant dans le moteur deux champs magnétiques tournant en sens inverses à la même fréquence ; et/ou ;
en bloquant le rotor au moyen d’un frein ou tout autre organe de blocage ; et/ou
en freinant ou en chargeant le moteur de sorte à augmenter la résistance de la charge entraînée par le moteur. Le procédé peut comprendre une définition d’une première fréquence d’une première portion du premier signal électrique en fonction d’une première portion du premier signal sonore à émettre par le moteur et/ou la structure et une alimentation du moteur avec la première portion du premier signal électrique à la première fréquence définie.
Le procédé peut comprendre une définition d’une deuxième fréquence d’une deuxième portion du premier signal électrique en fonction d’une deuxième portion du premier signal sonore à émettre par le moteur et/ou la structure et une alimentation du moteur avec la deuxième portion du premier signal électrique à la deuxième fréquence définie.
Le procédé peut comprendre la définition de plusieurs signaux électriques différents aptes à ce que le moteur et/ou la structure émette plusieurs signaux sonores sans qu’un rotor du moteur ne tourne relativement à un stator du moteur, chaque signal sonore étant associé à une information particulière destinée à un utilisateur, notamment :
une information de confirmation d’un réglage ou d’une configuration, en particulier un réglage de fin de course, un appairage de télécommande
une information de défaut,
une information d’erreur,
une information d’anomalie.
Le procédé peut comprendre la définition d’un signal électrique permettant l’émission, par le moteur et/ou la structure, d’un signal sonore de répulsion d’animaux sans que le rotor du moteur ne tourne relativement au stator du moteur, notamment un signal sonore ultrason. Le procédé peut comprendre la définition d’un signal électrique permettant l’émission par le moteur et/ou la structure d’un signal sonore d’alarme sans que le rotor du moteur ne tourne relativement au stator du moteur, notamment un signal électrique permettant une résonance du moteur électrique et/ou de la structure, notamment d’un volet roulant ou d’un store.
Le procédé peut comprendre la définition du premier signal électrique ayant une fréquence évoluant progressivement sur toute une plage de fréquences, notamment une plage s’étendant de 500Hz à 10000Hz, voire de 1000Hz à 5000Hz.
Le procédé peut comprendre une phase de configuration dans laquelle :
on définit un deuxième signal électrique ayant une fréquence évoluant progressivement sur toute une plage de fréquences s’étendant de 500Hz à 10000 Hz, voire de 1000Hz à 5000Hz ; on alimente le moteur avec le deuxième signal électrique ; l’utilisateur indique le moment où le moteur et/ou la structure émet un son qui lui convient pendant qu’on alimente le moteur avec le deuxième signal électrique ;
on enregistre la fréquence du deuxième signal électrique correspondant au moment indiqué par l’utilisateur comme fréquence du premier signal électrique à utiliser pour émettre ultérieurement le premier signal sonore.
Le premier signal électrique peut être un signal échantillonné à une fréquence supérieure ou égale à 16kHz, voire supérieure ou égale à 20kHz, voire supérieure ou égale à 40kHz, voire supérieure ou égale à 50kHz, voire environ 100kHz, ou le premier signal électrique peut être un signal polyphasé dont chaque phase est alimentée par un signal échantillonné à une fréquence supérieure ou égale à 16kHz, voire supérieure ou égale à 20kHz, voire supérieure ou égale à 40kHz, voire supérieure ou égale à 50kHz, voire environ 100kHz.
Le premier signal électrique peut être un signal trapézoïdal ou un signal pseudo-sinusoïdal ou un signal sinusoïdal ou le premier signal électrique peut être un signal triphasé dont chaque phase est trapézoïdale ou pseudo-sinusoïdale ou sinusoïdale.
Le moteur peut être un moteur électrique triphasé et le premier signal d’alimentation peut être généré par un onduleur triphasé, notamment un onduleur triphasé à interrupteurs commandés et/ou un onduleur triphasé à interrupteurs commandés en PWM et/ou un onduleur triphasé à six interrupteurs commandés.
Selon l’invention, un dispositif de commande électronique de l’alimentation d’un moteur, notamment un onduleur, en particulier un onduleur triphasé à interrupteurs commandés et/ou un onduleur triphasé à interrupteurs commandés en PWM et/ou un onduleur triphasé à six interrupteurs commandés, comprend des éléments matériels et/ou logiciels mettant en oeuvre le procédé défini précédemment, notamment des éléments matériels et/ou logiciels conçus pour mettre en oeuvre le procédé défini précédemment, et/ou le dispositif comprenant des moyens de mettre en oeuvre le procédé défini précédemment.
Selon l’invention, un actionneur comprend une structure mécanique comprenant un élément résonnant à une fréquence donnée, notamment une fréquence comprise entre 500Hz à 10000Hz, voire entre 1000Hz à 5000Hz.
Selon l’invention, un système d’actionneur comprend un dispositif de commande électronique défini précédemment et un actionneur, notamment un moteur électrique triphasé et/ou un actionneur défini précédemment.
L’invention porte aussi sur un produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support de données lisible par un calculateur et/ou exécutable par un calculateur, comprenant des instructions de code de programme informatique de mise en oeuvre du procédé défini précédemment, lorsque le programme est exécuté par un calculateur et/ou en ce qu’il comprend des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé défini précédemment.
L’invention porte aussi sur un support d’enregistrement de données, lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme de mise en oeuvre du procédé défini précédemment ou un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé défini précédemment.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description de modes de réalisation qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une coupe longitudinale d’un mode de réalisation de moteur.
La figure 2 est une coupe transversale du mode de réalisation de moteur. La figure 3 est un schéma électrique d’un premier mode de réalisation de moteur alimenté par un onduleur.
La figure 4 est un schéma d’une installation domotique comprenant le mode de réalisation de moteur. La figure 5 est un ordinogramme d’un mode d’exécution d’un procédé de commande.
La figure 6 est un chronogramme d’un premier exemple de commande d’onduleur et de signaux d’alimentation d’un moteur triphasé.
La figure 7 est un chronogramme d’un deuxième exemple de commande d’onduleur et de signaux d’alimentation d’un moteur triphasé.
La figure 8 est un exemple de signaux d’alimentation d’un moteur triphasé, le moteur étant alimenté pour tourner dans un premier mode, puis plus alimenté dans un deuxième mode, puis alimenté pour émettre un son (sans tourner) dans un troisième mode.
La figure 9 est un chronogramme de l’intensité d’un courant d’alimentation d’un moteur dont la tension d’alimentation évolue entre 500Hz et 5000Hz sur une période d’une seconde.
La figure 10 est un chronogramme d’un signal d’alimentation du moteur et d’un signal sonore produit en conséquence de ce signal d’alimentation. La figure 11 est un diagramme de caractéristique de décrochage d’un moteur.
La figure 12 est un schéma électrique d’un deuxième mode de réalisation de moteur alimenté par un onduleur.
La figure 13 est un schéma électrique d’un troisième mode de réalisation de moteur alimenté par un onduleur.
Un mode de réalisation d’une installation 6 est décrit ci-après en référence aux figures 1 à 4.
L’installation comprend un système d’actionneur 5 et un élément mobile 3, 4.
Le système d’actionneur 5 comprend un dispositif de commande électronique 1 , notamment un onduleur, et un actionneur 16 de type moteur électrique. De manière générale, le procédé de commande électronique objet de l’invention s’applique aux moteurs polyphasés commandés électroniquement.
Typiquement un moteur est constitué d’un stator, par définition fixe, sur lequel est réalisé un bobinage de fil de cuivre, et d’un rotor, par définition mobile relativement au stator. Le rotor peut être lui aussi bobiné, ou être équipé d’aimants, ou bien encore réalisé à base de tôles ferromagnétiques. La géométrie de l’ensemble peut être variable : le stator peut entourer le rotor (cas le plus fréquent, on parle de rotor centré), ou bien le rotor peut être autour du stator (on parle de rotor cloche ou rotor extérieur), ou bien encore les deux éléments peuvent se faire face. L’alimentation électrique des bobinages du stator génère un champ magnétique qui permet au rotor de se mettre en mouvement.
Le moteur est de préférence du type à aimants sans balai ou à rotor bobiné ou synchro-réluctant à aimants permanents. Il peut également s’agir d’un alterno-démarreur. Le moteur peut également être un moteur asynchrone ou un moteur synchro-réluctant. Le procédé de commande électronique s’applique aux moteurs polyphasés quelle que soit la configuration de connexion des phases, comme par exemple, les moteurs dont les bobinages sont connectés en triangle ou en étoile ou encore les moteurs biphasés.
Dans la suite de la description du mode de réalisation, le moteur électrique 16 est par exemple de type polyphasé (ou moteur BLDC, selon l’acronyme Anglais pour « BrushLess Direct Current »). Le moteur 16 comprend un rotor 13 incluant un corps de rotor 31 muni d'éléments magnétiques 32 et un stator 14. Le stator entoure les éléments magnétiques 32 du rotor. Le rotor est monté mobile en rotation dans le stator autour d’un axe X. Le rotor est par exemple guidé dans le palier par des roulements 26 et 27.
Les éléments magnétiques 32 sont disposés sur la circonférence extérieure du corps de rotor 31. Les éléments magnétiques 32 du rotor 13 sont par exemple des aimants permanents en ferrite.
Les éléments magnétiques 32 sont séparés du stator 14 par un entrefer 25, radial par rapport à l'axe de rotation X. Les éléments magnétiques ou aimants permanents 32 peuvent être rapportés sur la circonférence extérieure du corps de rotor 13 par collage, surmoulage ou toute autre technique connue. Le corps de rotor 31 est relié solidairement en rotation à un arbre de rotor 24. L'arbre de rotor 24 est centré sur l'axe de rotation X et dépasse de part et d'autre du corps de rotor 31.
Avantageusement, le corps de rotor 31 est formé à partir d'un empilage de tôles. Dans un autre mode de réalisation, le corps de rotor 31 est réalisé par un arbre massif. Dans un autre mode de réalisation correspondant au cas d’un rotor creux, le corps de rotor 31 est réalisé en forme de cloche emboutie.
Par exemple, on utilise quatre aimants formant chacun un élément magnétique 32 et répartis autour du corps de rotor 31 , formant ainsi un rotor 13 à quatre pôles.
Le stator 14 est formé par un noyau de stator 41 en matériau magnétisable, plus spécifiquement en matériau ferromagnétique, qui est généralement formé par un empilage, ou paquet, de tôles et muni de garnitures isolantes. Le noyau de stator 41 comprend des éléments polaires 28 répartis sur une paroi périphérique 30 du noyau de stator 41 , préférentiellement sur l’intérieur de la paroi périphérique 30 du noyau de stator 41. Le stator 14 est obtenu à partir d’un noyau de stator 41 comprenant un empilement de tôles formant chacune une circonférence fermée, sur lequel est rapporté un ensemble de bobinage. Sur la figure 2, un seul bobinage 29 est représenté en place autour d’un seul élément polaire 28, pour la clarté du dessin. Les éléments polaires 28 du noyau 41 sont en saillie vers l’intérieur du moteur électrique 16, à partir de la paroi périphérique 30. Par exemple, ils sont au nombre de six, uniformément répartis sur la paroi périphérique 30, formant ainsi un stator 14 à six pôles. On appelle encoche l’espace E28 formé entre deux éléments polaires 28 adjacents. Des bobinages 29 sont positionnés dans les encoches, autour des éléments polaires 28 du stator 14. Préférentiellement, chaque élément polaire 28 est entouré par un bobinage 29 qui lui est propre. Il est néanmoins possible de n’avoir qu’un bobinage partiel comme par exemple un bobinage sur un élément polaire sur deux. Ces bobinages 29 sont tels qu’ils ont le même nombre de spires par élément polaire. Les bobinages 29 des éléments polaires diamétralement opposés sont reliés au niveau des extrémités du noyau de stator 14 pour former une phase. Les six bobinages 29 étant reliés deux à deux, le stator 14 comprend donc trois phases, formant en particulier une configuration en triangle. Les bobinages 29 sont reliés de sorte que, lorsqu'ils sont parcourus par un courant, ils produisent un champ magnétique tournant qui entraîne en rotation le rotor 13. Les bobinages 29 sont isolés électriquement du noyau de stator 41 par un élément isolant.
De manière avantageuse, les éléments polaires 28 du noyau de stator 41 comprennent, en extrémité d’une dent 28a en saillie vis à vis de la paroi périphérique 30 du stator 14, un épanouissement 28b dans l’empilement de tôles formant le noyau de stator 41. Le procédé de commande électronique utilise tout type d’électronique de commande permettant de générer un champ magnétique dans un stator bobiné. La commande peut par exemple comprendre des signaux d’alimentation de type trapézoïdal ou de type sinusoïdal ou de type pseudo-sinusoïdal.
Le dispositif de commande électronique 1 comprend une pluralité de bornes de sortie U, V, W configurées pour être connectées électriquement avec une pluralité de bornes d’entrée du moteur polyphasé 16. Dans l’exemple illustré sur la figure 3, le dispositif de commande électronique 1 comprend trois bornes de sortie destinées à être connectées électriquement avec trois bornes d’entrée du moteur électrique triphasé.
Bien entendu, cet exemple n’est nullement limitatif et le moteur électrique 16 peut être un moteur électrique à courant biphasé ou tout autre type de moteur électrique à courant polyphasé comprenant un nombre supérieur de phases.
Comme vu précédemment, le dispositif de commande électronique 1 est un onduleur polyphasé configuré pour délivrer, de façon séquentielle, des signaux électriques entre deux bornes de sortie prises parmi la pluralité de bornes de sortie.
L’onduleur comporte une pluralité de branches B1 , B2, B3 connectées électriquement en parallèle entre un premier point de connexion C1 et un deuxième point de connexion C2. Chaque branche B1 , B2, B3 comprend un premier commutateur électronique K1 , K2, K3 connecté électriquement au premier point de connexion C1 et connecté électriquement en série avec un deuxième commutateur électronique associé K4, K5, K6. Le deuxième commutateur électronique est connecté électriquement au deuxième point de connexion C2. La commutation simultanée d’un premier commutateur électronique et d’un deuxième commutateur électronique autre que son commutateur électronique associé permet d’alimenter au moins un enroulement 29U, 29V, 29W du moteur.
Les commutateurs électroniques K1 à K6 ou interrupteurs commandés sont de préférence des transistors.
Sur l’exemple de la figure 3, l’onduleur présenté est un onduleur triphasé et le moteur est un moteur électrique triphasé dont les 29U, 29V, 29W sont connectés électriquement selon un montage triangle. Cet exemple de montage n’est nullement limitatif. Les enroulements du moteur 16 peuvent être connectés électriquement suivant un montage en étoile.
Un premier point de connexion C1 de l’onduleur est connecté électriquement à une première borne +V d’une source d’alimentation en énergie électrique et un deuxième point de connexion C2 est connecté électriquement à une deuxième borne Gnd de la source d’alimentation, notamment par l’intermédiaire d’un capteur de courant.
Chaque branche B1 , B2, B3 de l’onduleur comprend un point milieu connecté électriquement à une borne de sortie.
Les premiers commutateurs électroniques K1 , K2, K3 sont répartis dans un premier groupe de commutateurs et les deuxième commutateurs électroniques K4, K5, K6 sont répartis dans un deuxième groupe de commutateurs.
La commutation des commutateurs électroniques K1 , K2, K3, K4, K5, K6 est commandée par des signaux de commande générés par l’unité de commande 7 formant une loi de commande prédéterminée. La loi de commande se décompose en une succession de séquences de commutation, chaque séquence correspondant à un ensemble de signaux pendant une durée déterminée. A chaque commutation d’un premier commutateur électronique K1 , K2, K3 et d’un deuxième commutateur électronique autre que son commutateur associé K4, K5, K6 de son état bloquant vers son état passant, au moins un des enroulements E1 , E2 et E3 du moteur est alimenté. La loi de commande est programmée de sorte que l’onduleur délivre, de façon séquentielle, une tension entre deux bornes de sortie prise parmi la pluralité de bornes de sortie du dispositif de commande électronique 1.
Lorsque les bornes d’entrée du moteur électrique 16 sont connectées électriquement aux bornes de sortie du dispositif de commande électronique 1 , les signaux électriques délivrés par l’onduleur, sont programmés pour alimenter séquentiellement les enroulements du stator du moteur électrique polyphasé afin de générer un champ électrique tournant apte à entraîner le rotor en rotation en mode de fonctionnement habituel ou nominal du moteur.
L’unité de commande peut comprendre un microprocesseur ou un microcontrôleur. Cette unité de commande peut être programmée ou agencée de sorte à produire une commande des interrupteurs commandés à une fréquence supérieure ou égale à 16kHz, voire supérieure ou égale à 20kHz, voire supérieure ou égale à 40kHz, voire supérieure à 50kHz, voire de l’ordre de 100kHz, notamment une commande selon une technique de modulation de largeur d’impulsions (soit PWM pour Puise Width Modulation) à une fréquence supérieure ou égale à 16kHz, voire supérieure ou égale à 20kHz, voire supérieure ou égale à 40kHz, voire supérieure à 50kHz, voire de l’ordre de 100kHz. Ainsi, le premier signal électrique est un signal échantillonné à une fréquence supérieure ou égale à 16kHz, voire supérieure ou égale à 20kHz, voire supérieure ou égale à 40kHz, voire supérieure à 50kHz, voire de l’ordre de 100kHz, ou en ce que le premier signal électrique est un signal triphasé dont chaque phase est échantillonnée à une fréquence supérieure ou égale à 16kHz, voire supérieure ou égale à 20kHz, voire supérieure ou égale à 40kHz, voire supérieure à 50kHz, voire de l’ordre de 100kHz. Comme il est expliqué plus bas, il est intéressant de disposer d’une fréquence de commande ou de pilotage des interrupteurs la plus élevée possible. Toutefois, les fréquences élevées posent des contraintes thermiques et économiques.
Le nombre d’interrupteurs commandés peut être différent. Par exemple, le dispositif de commande électronique peut comprendre moins de six interrupteurs commandés ou plus de six interrupteurs commandés, notamment quatre interrupteurs commandés ou huit interrupteurs commandés. En particulier, quatre ou huit interrupteurs commandés peuvent être utilisés pour commander un moteur biphasé.
Le dispositif de commande électronique 1 , notamment l’unité de commande 7, comprend des éléments matériels et/ou logiciels régissant son fonctionnement, notamment les éléments matériels et/ou logiciels comprennent tous les moyens permettant de mettre en oeuvre le procédé de commande électronique objet de l’invention, en particulier les modes d’exécution du procédé de commande électronique décrits plus bas. Les éléments matériels et/ou logiciels peuvent comprendre des modules logiciels.
D’autres exemples de systèmes d’actionneur 5 sont décrits ci-après en référence aux figures 12 et 13. Ils se rapportent à des systèmes d’actionneur 5 comprenant un moteur biphasé incluant un premier bobinage A et un deuxième bobinage B. Un premier exemple comprend un onduleur à quatre interrupteurs commandés montés relativement aux bobinages A et B comme illustré sur la figure 12.
Un deuxième exemple comprend un onduleur à huit interrupteurs commandés montés relativement aux bobinages A et B comme illustré sur la figure 13. Le procédé selon l’invention propose d’employer un moteur polyphasé d’une installation comme moyen de génération de vibrations en maintenant le rotor du moteur à l’arrêt. Les vibrations sont transmises du moteur à une structure environnante à laquelle le moteur est lié. Les vibrations sont rayonnées sous forme de bruit par le moteur et/ou la structure. Le procédé permet donc l’émission d’un bruit aérien sans ajout d’élément physique supplémentaire ou modification des éléments physique d’une installation existante.
La structure inclut l’ensemble des éléments en lien direct ou indirect avec le moteur et susceptibles d’émettre un son audible ou non lorsqu’ils sont parcourus par les vibrations générées par le moteur, le moteur lui-même pouvant être compté parmi les éléments de structure rayonnant du bruit.
Finalement, l’invention concerne aussi un programme ou un algorithme de commande apte à employer le moteur comme générateur de vibrations sans rotation du rotor, lesquelles vibrations se propagent de proche en proche dans la structure de l’installation. La structure mentionnée peut comprendre l’élément mobile à entraîner, le support 10 sur lequel le moteur repose ou encore un autre élément exogène ou rapporté sur le moteur ou sur le support ou sur l’élément mobile. Cette structure constitue, avec le moteur lui-même, un moyen d’émission de bruit aérien à partir de bruit solidien. Pour maximiser le niveau de bruit, il est envisagé de provoquer des résonances de la structure et/ou du moteur. Elles peuvent être déterminées dès la conception ou alors au cours d’un apprentissage supervisé.
Généralement, il est possible de concevoir le moteur afin qu’il n’y ait pas de coïncidence spatiale et temporelle entre l’excitation et la structure du moteur. L’excitation est caractérisée par des nombres d’ondes spatiaux et des fréquences. La structure est caractérisée par des modes propres et des fréquences propres. En fonctionnement normal, c’est-à-dire lorsque le moteur est alimenté pour que son rotor tourne, on s’attache à clairement dissocier les deux pour diminuer le niveau de bruit. En revanche, dans un mode de fonctionnement particulier où l’objectif est de maximiser le bruit et les vibrations, il est possible d’accorder l’excitation et la structure pour maximiser la réponse.
En mode de fonctionnement habituel ou nominal du moteur, le moteur est autopiloté ou commandé en boucle fermée, les signaux injectés dans le moteur étant déterminés par la position du rotor dans le stator. On utilise un ou plusieurs capteurs de position. Les capteurs sont physiques ou virtuels. En effet, des capteurs virtuels peuvent être des moyens de calcul permettant de reconstituer une information de position du rotor du moteur par rapport au stator à partir d’autres caractéristiques du moteur (courant par exemple). On applique le signal électrique d’alimentation au moteur en fonction de la position du stator. Des signaux de capteurs CAPT J, CAPT_V et CAPT_W sont représentés et déterminent par exemple les états des interrupteurs commandés K1 à K6 définissant l’alimentation du moteur. A cette fin, le dispositif de commande électronique comprend avantageusement des capteurs, notamment des capteurs 8U, 8V et 8W, permettant de déterminer la position du rotor 13 relativement au stator 14. Un tel mode de fonctionnement M1 est illustré sur la figure 8. Dans un tel mode de fonctionnement, les signaux injectés dans le moteur produisent un champ magnétique tournant dans le stator. Ce champ magnétique est suivi par le rotor qui produit lui aussi un champ magnétique dans le cas d’un rotor équipé d’aimant permanents, ou qui fermera les lignes de champ magnétique dans le cas d’un moteur sans aimant (synchro reluctant par exemple). De préférence, le signal électrique est ici prévu pour minimiser les émissions sonores produites par le moteur et/ou la structure environnant le moteur.
Un mode d’exécution d’un procédé de commande électronique est décrit ci-après en référence aux figures 5 à 8. Ce procédé de commande électronique a pour effet de produire du bruit ou du son. Ainsi, ce procédé est aussi un procédé de production ou de génération de son. Ce procédé de commande provoque un mode de fonctionnement particulier du moteur, différent du mode de fonctionnement nominal ou habituel. Ce mode de fonctionnement particulier est caractérisé par des vibrations au niveau du moteur alors que le rotor est à l’arrêt ou ne tourne pas.
Lorsqu’on alimente le moteur avec un premier signal électrique d’alimentation ayant une période ou une pseudo-période de durée déterminée, on s’aperçoit que les vibrations produites dans le moteur et/ou dans la structure environnant le moteur présentent une période ou une pseudo-période de même durée ou sensiblement. Le premier signal d’alimentation peut être un signal obtenu par l’addition de plusieurs signaux périodiques ayant des fréquences différentes (et non nécessairement multiples les unes des autres). Il s’ensuit qu’il n’est pas toujours possible d’identifier une période du premier signal. On peut toutefois identifier une pseudo-période de ce premier signal. Dans ce cas d’alimentation du moteur avec un premier signal constitué par l’addition de plusieurs signaux présentant des fréquences différentes, il est possible de créer un son présentant plusieurs fréquences émises simultanément. On peut ainsi produire plusieurs notes sonores simultanément dans une même commande.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend la génération d’un champ magnétique au stator dont la période ou pseudo-période est trop petite pour que le rotor puisse être entraîné. En effet, du fait de la fréquence du signal d’alimentation, le rotor ne parvient pas à accrocher le fondamental du champ magnétique généré par le signal d’alimentation ou de commande. Il s’ensuit comme évoqué précédemment des vibrations dans le moteur tandis que le rotor est immobile ou maintenu arrêté.
En conséquence, la génération de vibrations sans rotation du rotor ne fonctionne que dans certaines conditions d’alimentation, notamment au- delà d’une certaine fréquence. Cette fréquence dépend de l’inertie du rotor, du frottement dans les paliers, du nombre de paires de pôles du moteur et des paramètres électriques du moteur (inductance, résistance, force contre électromotrice, etc...) Cette fréquence est appelée fréquence de décrochage. Cette fréquence dépend aussi de la puissance du signal d’alimentation. La fréquence dépend enfin du couple résistant exercé par l’élément mobile qui constitue une charge pour le moteur. Un exemple de courbe caractéristique CC de décrochage d’un moteur brusless polyphasé est illustré par un graphique sur la figure 1 1 . Comme vu précédemment, pour un moteur polyphasé, la fréquence de décrochage dépend de la puissance du signal d’alimentation. Elle est indépendante de la fréquence du PWM. Le graphique présente en ordonnées, la puissance du signal d’alimentation et en abscisses, la fréquence du signal d’alimentation. Pour chaque puissance donnée, on a donc une fréquence de décrochage. Le domaine compris entre la caractéristique CC et une droite définie par la puissance maximale Pmax sur la figure 1 1 représente l’ensemble des couples puissance et fréquence permettant la rotation du rotor du moteur. Lorsqu’on soumet le moteur à un signal électrique dont le couple de paramètres puissance et fréquence se situe hors de ce domaine précédemment mentionné, le rotor demeure à l’arrêt. Il est à noter que le domaine des paramètres possibles du signal d’alimentation est en outre limité par la puissance maximale Pmax que peut fournir l’onduleur. On remarque en particulier que le rotor demeure à l’arrêt, lorsqu’on l’alimente avec un signal électrique dont les paramètres se situent :
- en dessous de la courbe CC ; et
- à droite de la courbe CC, c’est-à-dire pour une fréquence du signal d’alimentation supérieure à une fréquence fd dite fréquence de décrochage maximale à vide.
On remarque qu’on peut donc maintenir le moteur à l’arrêt en alimentant le moteur avec une fréquence suffisamment élevée, en particulier une fréquence supérieure à la fréquence de décrochage maximale fd. De préférence, on peut encore utiliser un coefficient de sécurité, par exemple de 5%, pour être certain que la fréquence d’alimentation du moteur est supérieure à la fréquence de décrochage maximale.
On utilise pour piloter les interrupteurs commandés en PWM un rapport cyclique qui peut être dans une large plage comme préférentiellement entre 10% et 100% (interrupteur fermé entre 10% et 100% de son temps). Quelle que soit la fréquence à laquelle on souhaite générer les vibrations, on fonctionne de préférence à un rapport cyclique supérieur à celui permettant de créer une puissance de signal d’alimentation limite PO permettant l’entraînement du rotor tout en s’éloignant de la courbe de décrochage par des fréquences plus élevées. Ce mode de fonctionnement permet de générer un son avec une puissance acoustique telle qu’il est clairement perçu par une oreille humaine lorsqu’il est dans une gamme de fréquence audible.
Par opposition, un moteur à courant continu monophasé ne peut émettre que des sons d’une faible puissance acoustique car il faut le sous- alimenter, c’est-à-dire lui appliquer un courant inférieur à son courant de démarrage afin qu’il ne puisse pas vaincre la résistance mécanique apportée par la charge qui lui est associée. En fréquence, cette valeur de courant de démarrage varie peu, et par conséquent la puissance apportée au moteur pour le faire démarrer variera peu avec la fréquence. De ce fait la puissance injectée dans le moteur afin de pouvoir lui faire émettre un son sans qu’il ne démarre est limitée à un domaine de puissance inférieure à cette puissance de démarrage, d’où des sons de faible puissance acoustique.
Comme évoqué précédemment pour un moteur donné, la modification de résistance de la charge peut déplacer la courbe caractéristique en limitant l’aire du domaine précédemment mentionné. Un exemple de déplacement est illustré par la courbe en pointillé CC’. Ce déplacement est dû à une augmentation de résistance mécanique. Ainsi, par rapport à la courbe caractéristique du moteur à vide, on constate une diminution de la zone de fonctionnement par décalage de la courbe de décrochage vers la gauche et le haut du graphe.
La fréquence de décrochage maximale fd est de préférence définie comme la fréquence limite à laquelle le moteur décroche lorsqu’il est alimenté à sa puissance maximale ou nominale de fonctionnement. Alternativement, la fréquence de décrochage fd est de préférence définie comme la fréquence limite à laquelle le moteur décroche lorsqu’il est alimenté à la puissance maximale ou nominale de fonctionnement de l’ensemble onduleur-moteur.
Il est donc à noter que l’on peut modifier la fréquence de décrochage en modifiant la résistance mécanique de la charge. Comme indiqué sur la figure 11 , lorsque le moteur est dans des conditions définissant sa caractéristique CC’, sa fréquence de décrochage est alors fd’.
On remarque, que dans les conditions définissant la courbe CC’, on peut donc maintenir le moteur à l’arrêt en alimentant le moteur avec une fréquence suffisamment élevée, en particulier une fréquence supérieure à la fréquence de décrochage maximale fd’. De préférence, on peut encore utiliser un coefficient de sécurité, par exemple de 5%, pour être certain que la fréquence d’alimentation du moteur est supérieure à la fréquence de décrochage maximale fd’.
Dans un autre mode de réalisation, le procédé assure l’arrêt du moteur en alimentant une seule phase du moteur. Le niveau vibratoire et acoustique obtenu est alors plus faible. Alternativement, l’arrêt du moteur peut être assuré en alimentant toutes les phases simultanément de manière à créer un champ puisant. On cherche alors typiquement alors à approprier un nombre d’onde d’ordre 0. Ainsi, le champ magnétique produit dans le stator est statique mais d’intensité variable, en particulier d’intensité périodique. Alternativement encore, l’arrêt du moteur peut être assuré en créant deux champs tournants antagonistes et de mêmes intensités.
Enfin, dans un autre mode de réalisation, le procédé assure l’arrêt du moteur en activant un frein, c’est-à-dire un moyen de blocage du rotor. L’élément mobile entraîné par le moteur peut également être un moyen de blocage du rotor dans une certaine plage de fonctionnement du moteur. Autrement dit, pour des caractéristiques d’alimentation données, le moteur peut tourner à vide et ne pas tourner du fait de la résistance de la charge à laquelle il est accouplé.
Dans ces différents modes de réalisation, puisque le rotor ne tourne pas, la commande n’est pas asservie à ce dernier, que ce soit en position ou en vitesse. Dans ces cas, le moteur polyphasé est dit commandé en boucle ouverte ou commande directe.
Comme représenté sur la figure 5 en lien avec la figure 10, le procédé comprend une étape 1 10 d’alimentation du moteur avec un premier signal électrique apte à ce que le moteur électrique et/ou la structure émette un premier signal sonore sans que le rotor du moteur ne tourne relativement au stator du moteur. Cette alimentation est réalisée avec une première portion du premier signal dont la première fréquence est par exemple suffisamment élevée pour que le moteur ne puisse pas tourner. Cette alimentation est maintenue pendant une durée t1. Cette alimentation peut néanmoins provoquer de petits déplacements angulaires du rotor relativement au stator. Ces petits déplacements peuvent ne pas être visibles à l’œil nu. Ces déplacements ont en tout cas une amplitude inférieure à un angle de 5° ou de 10°. L’alimentation provoque également des déformations du stator et/ou du rotor. Tous ces phénomènes provoquent des vibrations au niveau du moteur qui irradient l’environnement, éventuellement via la structure, sous forme de sons.
Dans une phase d’alimentation du moteur pour le faire tourner, l’onduleur est utilisé pour générer un signal électrique générant un champ magnétique tournant dans le stator du moteur lorsqu’il alimente les bobinages du stator. Le rotor tourne alors à la fréquence de rotation déterminée par la fréquence du signal électrique. Dans une phase d’alimentation du moteur pour lui faire produire un son sans tourner, l’onduleur est utilisé pour générer le premier signal électrique générant ainsi un champ magnétique dans le stator du moteur lorsqu’il alimente les bobinages du stator. La fréquence du premier signal électrique est par exemple supérieure à la fréquence du signal évoquée pour faire tourner le moteur. Le rotor, équipé d’aimants, ne peut pas suivre la rotation du champ magnétique tournant déterminée par la fréquence du premier signal électrique, notamment du fait de son inertie et des frottements. Il se produit alors les phénomènes de vibrations et les sons expliqués plus haut. Le rotor reste immobile ou presque immobile et les fréquences présentes dans les sons ne sont pas liées à la rotation du rotor.
Le procédé de commande du moteur permet de générer des efforts dans l’entrefer du moteur, lieu de la conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique. Ces efforts se propagent par vibration à la structure. Ces efforts sont créés sans provoquer de mouvement perceptible du rotor. Il s’agit donc de créer du bruit solidien indépendant des mouvements du rotor. Les efforts magnétiques sont proportionnels au carré du champ magnétique. Ce dernier est la somme du champ généré par les aimants du rotor, ou par l’électro-aimant dans le cas d’un rotor bobiné par exemple, et du champ généré par les bobinages du stator. Le développement du carré montre trois termes. Le carré du champ des aimants représente un effort statique et n’intervient donc pas dans la génération de bruit. Le double produit du champ des aimants et du champ de l’armature est nettement plus important que le carré du champ des bobinages. Ce sont donc les aimants, ou électro-aimants, qui donnent l’essentiel de la puissance. En conséquence, le double produit des champs magnétiques provoque des efforts aux mêmes fréquences que le signal électrique. La fréquence de ce signal électrique est bien inférieure à celle du PWM qui le génère. Le rapport entre les deux fréquences peut typiquement varier entre 1/3 et 1/40. Le pilotage en mode PWM génère des vibrations à la fréquence du PWM. Leur émission est alors inaudible pour l’oreille humaine au-delà de 20kHz. L’invention n’exploite pas les vibrations générées par le PWM qui sont d’une intensité nettement inférieure à celle du signal de commande périodique ou pseudo périodique généré par le dispositif 1 de commande électronique de l’alimentation.
Ce sont les efforts évoqués précédemment qui vont majoritairement générer des vibrations, et par conséquent, le son. Ainsi, il est possible de contrôler le son en agissant directement sur le signal électrique. L’intensité de ce son ne dépend qu’au second ordre de l’intensité du courant circulant dans les bobinages du stator. La puissance vibratoire est essentiellement donnée par le champ magnétique des aimants ou électro-aimants. Enfin, du fait de l’impédance du circuit, il faut noter que pour une tension d’alimentation donnée, l’intensité du courant varie avec la fréquence du signal comme dans l’exemple représenté sur la figure 9.
Enfin, dans le cas où le procédé de production de son est basé sur l’emploi d’un champ magnétique tournant généré par les bobinages du stator couplé au champ statique des aimants, la production de vibrations est indépendante de la position du rotor relativement au stator ou tout au moins le niveau du volume sonore apparaît indépendant de la position du rotor du moteur pour l’oreille humaine. Il est donc possible de produire des sons sans se soucier de la position du rotor du moteur. Par ailleurs, la génération de vibrations et de sons est réalisée sans direction spatiale privilégiée.
Précédemment à l’étape 1 10 décrite plus haut où on alimente le moteur avec une première portion P1 du premier signal électrique 90 à la première fréquence f1 définie, le procédé comprend une étape 100 de définition de cette première fréquence f1 de la première portion P1 du premier signal électrique 90. Cette définition est fonction d’une première portion p1 de premier signal sonore 91 à émettre par le moteur et/ou la structure. Par exemple, la première fréquence peut être définie comme suit. On suppose qu’on souhaite émettre un son ayant une fréquence de 1 kHz ou une fréquence principale de 1 kHz. On pilote alors les interrupteurs commandés K1 à K6 pour générer le premier signal électrique avec la première fréquence égale à 1 kHz.
De préférence, postérieurement à l’étape 1 10 ou simultanément à l’étape 1 10, le procédé comprend une étape 120 de définition d’une deuxième fréquence f2 d’une deuxième portion P2 du premier signal électrique 90. Cette définition est fonction d’une deuxième portion p2 de premier signal sonore 91 à émettre par le moteur et/ou la structure. Par exemple, la deuxième fréquence peut être définie comme suit. On suppose qu’on souhaite émettre un son ayant une fréquence de 5kHz ou une fréquence principale de 5kHz. On pilote alors les interrupteurs commandés K1 à K6 pour générer le premier signal électrique avec la deuxième fréquence égale à 5kHz.
Ensuite, dans une étape 130, on alimente le moteur avec la deuxième portion P2 du premier signal électrique 90 à la deuxième fréquence f2 définie. Cette alimentation est maintenue pendant une durée t2. Ainsi, on obtient une émission d’un premier signal 91 sonore présentant une première portion p1 , d’une première durée t1 , émise à une première fréquence f 1 , par exemple 1 kHz, puis une deuxième portion p2, d’une deuxième durée t2 émise à une deuxième fréquence, par exemple 5kHz. La première durée t1 peut valoir quelques dixièmes de secondes, voire quelques secondes et/ou la deuxième durée t2 peut valoir quelques dixièmes de secondes, voire quelques secondes. La première portion P1 de premier signal électrique est appliquée au moteur pendant la première durée t1 , puis la deuxième portion P2 de premier signal électrique est appliquée au moteur pendant la deuxième durée t2.
Il a précédemment été décrit un premier signal sonore comprenant une première portion sonore, puis une deuxième portion sonore, soit deux sons émis séquentiellement l’un après l’autre. Bien évidemment, le premier signal sonore peut ne comporter qu’une portion sonore, c’est-à- dire qu’il est émis à la même fréquence de son début à sa fin. Le premier signal sonore peut encore alternativement comprendre plus de deux portions sonores, chaque portion ayant une fréquence ou une fréquence principale différente de la fréquence de la portion qui précède et de la fréquence de la portion qui suit la portion considérée.
En effet, il est possible de modifier séquentiellement et très rapidement la fréquence du premier signal électrique. Il s’ensuit qu’il est possible de générer une succession de vibrations à des fréquences précises. Cela permet de reproduire une partition musicale ou de générer une mélodie, soit un ensemble de notes de musique à un rythme défini. La qualité du son produit dépend grandement de la fréquence à laquelle il est possible de piloter les interrupteurs commandés K1 à K6. Plus cette fréquence de pilotage est élevée, plus la qualité sonore est bonne. D’ailleurs, en augmentant cette fréquence jusqu’à une certaine valeur, le niveau vibratoire ou sonore augmente également. Il est possible d’utiliser une première fréquence de pilotage des interrupteurs commandés (première fréquence PWM) dans le mode de fonctionnement habituel du moteur permettant de faire tourner le moteur et d’utiliser une deuxième fréquence de pilotage des interrupteurs commandés (deuxième fréquence PWM) dans le mode de fonctionnement particulier du moteur permettant d’émettre des sons. Alternativement, la deuxième fréquence de pilotage des interrupteurs peut être utilisée dans les deux modes de fonctionnement. Le procédé de commande électronique de l’alimentation permet enfin de combiner et/ou d’activer séquentiellement des signaux électriques afin de créer une mélodie.
La fréquence de pilotage PWM est choisie selon la gamme des vibrations à créer. Plus leurs fréquences sont élevées, plus la fréquence de pilotage PWM est élevée pour obtenir un échantillonnage suffisant des sons à émettre. La fréquence choisie est toutefois un compromis entre la netteté ou la qualité du signal sonore d’une part et les ressources de calcul, la consommation énergétique, les possibilités de dissipation thermique et les contraintes économiques d’autre part.
Avantageusement, le procédé comprend la définition de plusieurs signaux électriques différents aptes à ce que le moteur et/ou la structure émette plusieurs signaux sonores sans que le rotor du moteur ne tourne relativement au stator du moteur, chaque signal sonore étant associé à une information particulière destinée à un utilisateur. Il s’ensuit que chaque signal électrique est associé à une information particulière destinée à un utilisateur.
Chaque signal sonore a une signification propre. Les signaux sonores peuvent notamment se distinguer les uns des autres par leurs mélodies. Ces différentes mélodies correspondent à des informations différentes. Ainsi, l’actionneur permet d’améliorer la sécurité et l’expérience utilisateur en assurant de nouvelles fonctions. La génération de sons permet en effet de créer un lien sonore entre l’actionneur et l’utilisateur, le son étant alors un vecteur d’information.
L’objectif est dans certains cas d’émettre un son signifiant ou portant un message sonore compréhensible, c’est-à-dire qu’on donne par exemple des sens à quelques mélodies. On évitera que ce sens soit altéré au travers du dispositif qui constitue un filtre pour certaines fréquences et/ou un amplificateur pour d’autres fréquences.
Le premier signal électrique est par exemple de type trapèze comme décrit plus bas en référence à la figure 6. Le rapport cyclique est constant. Toutefois, comme illustré sur la figure 6, l’intensité du courant varie au fil du temps de manière périodique du fait d’une variation d’impédance du moteur lorsque la fréquence du signal d’alimentation varie.
La demanderesse a constaté qu’il était inutile d’utiliser la puissance maximale de l’onduleur dans la phase de génération de son. En effet, à partir d’un seuil défini pour chaque moteur, le niveau sonore est maximum. Ainsi, on peut avoir une croissance du niveau sonore sur des niveaux de puissance inférieurs à ce seuil, puis une saturation à ce niveau maximum. Pour des raisons d’optimisation des échauffements du moteur et donc indirectement pour maximiser la durée possible d’émission d’un son, la puissance de l’onduleur utilisée sera limitée au seuil prédéfini. Une telle puissance seuil Pseuil est illustrée sur la figure 1 1 .
Il est donc à noter que l’intensité du courant fourni au moteur du fait du premier signal électrique peut être limitée pour réduire la consommation d’énergie. De ce fait, il sera possible d’émettre un son, ou une mélodie, plus longtemps pour un même niveau d’échauffement. Par exemple, cela peut être intéressant si le son émis est un signal d’alarme.
Toutefois, le premier signal d’alimentation du moteur pour permettre la production de son n’est pas nécessairement un signal de sous- alimentation du moteur pour éviter qu’il ne tourne. Le choix de la puissance du signal d’alimentation est avantageusement guidé par des considérations de rendement énergétique et d’échauffement relativement à un volume sonore produit. Notamment, il est possible d’alimenter le moteur à une fréquence supérieure à une fréquence seuil au-delà de laquelle il ne peut pas tourner.
Un premier exemple de premier signal électrique est décrit ci-après en référence à la figure 6. Dans ce premier mode de réalisation, le premier signal électrique est un signal électrique triphasé de forme trapézoïdale. Une période du premier signal électrique est représentée entre des instants T0 et T6. Cette période est divisée en six séquences de durées identiques, une commutation de deux des 6 interrupteurs commandés se produisant à fin de chacune des séquences. Les signaux de pilotage des 6 interrupteurs commandés sont également représentés. Un signal de pilotage à l’état 1 représente un interrupteur à l’état passant. Cette logique de pilotage permet de générer un premier signal électrique d’alimentation du moteur à une première fréquence égale à 1/(T6-T0). Le premier signal électrique comprend trois signaux de phases produisant au niveau de chacun des bobinages du stator des signaux déphasés les uns par rapport aux autres de 120°. Les trois signaux au niveau des bobinages sont des signaux alternatifs. L’intensité du courant alimentant les bobinages peut être contrôlée en agissant sur le rapport cyclique du premier signal électrique qui est de type modulation de largeur d’impulsions. Sur la figure 6, les différents niveaux de gris indiquent les différents instants du mode PWM des interrupteurs. Les créneaux grisés indiquent les interrupteurs commandés pilotés en PWM à un rapport cyclique constant permettant de réaliser l’abaissement de tension adéquate pour alimenter le moteur.
L’exemple ci-dessous permet de réaliser le champ magnétique tournant dans le stator. Comme vu précédemment, il est possible de piloter les interrupteurs commandés différemment pour faire varier le champ magnétique différemment. En particulier, il est possible de piloter un nombre différent d’interrupteurs et/ou il est possible de déphaser différemment les signaux d’alimentation appliqués aux bobinages.
Un deuxième exemple de premier signal électrique est décrit ci-après en référence à la figure 7. Dans ce deuxième exemple de réalisation, le premier signal électrique est un signal électrique triphasé de forme pseudo-sinusoïdale. Une période du premier signal électrique est représentée entre des instants T0 et T6. Cette période est divisée en six séquences de durées identiques. Les pilotages des 6 interrupteurs sont différents dans chacune des ces séquences. Les signaux des interrupteurs K1 à K 3 sont représentés. Ils sont pilotés avec une variation du rapport cyclique entre une valeur de rapport cyclique minimale et une valeur de rapport cyclique maximale. Les signaux aux bornes U, V et W (représentées sur la figure 3) sont déphasés de 120° entre eux et représentés par les courbes K1 , K2 et K3. Les signaux de pilotage des interrupteurs K1 et K4, K2 et K5, K3 et K6 sont complémentaires entre eux. Ainsi, le rapport cyclique du signal de commande de l’interrupteur K1 est maximal lorsque le rapport cyclique du signal de commande de l’interrupteur K4 est minimal et le rapport cyclique du signal de commande de l’interrupteur K4 est maximal lorsque le rapport cyclique du signal de commande de l’interrupteur K1 est minimal. Cette logique de pilotage permet de générer un premier signal électrique d’alimentation du moteur à une première fréquence égale à 1/(T6-T0). Le premier signal électrique comprend trois signaux de phases produisant au niveau de chacun des bobinages du stator des signaux déphasés les uns par rapport aux autres de 120°. Les trois signaux au niveau des bobinages sont des signaux alternatifs représentés sur les trois derniers chronogrammes de la figure 7. En supposant un premier signal électrique ayant une fréquence de 1046Hz pour émettre un son (correspondant à une note de musique Do) et en supposant que le signal puisse être produit avec une technique PWM à 50kHz, on s’aperçoit qu’il est possible d’obtenir 48 commandes de modulation par période du premier signal électrique, soit 8 commandes de modulation par séquence du premier signal électrique, par exemple 8 commandes de modulation entre T0 et T1. En supposant la fréquence PWM constante, il est clair que plus la fréquence sonore doit être élevée, moins on a de commandes à disposition par période pour construire le premier signal électrique. Ce nombre de commandes a un effet direct sur la qualité du son émis : plus on dispose de commandes de modulation dans une période, moins le poids de chaque commande est important. Autrement dit, si une commande est manquée sur une phase et se reporte sur une autre phase, on obtient une commande erronée et le signal sera d’autant moins perturbé et l’influence de cette erreur sera d’autant plus faible que le nombre de commandes sera élevé. En d’autres termes, à fréquence PWM constante, plus la période ou pseudo-période du premier signal électrique d’alimentation du moteur est faible, plus cette période ou pseudo-période du premier signal est échantillonnée par un faible nombre d’échantillons. Comme déjà expliqué, il est donc souhaitable de disposer une fréquence PWM aussi élevée que possible pour obtenir un échantillonnage suffisant du premier signal quelle que soit la période ou la pseudo-période du premier signal.
Le premier signal électrique pourrait encore être un signal électrique de forme sinusoïdale.
Le mode d’exécution du procédé de commande électronique peut comprendre trois modes successifs de fonctionnement comme représenté sur la figure 8. Dans le premier mode M1 , on applique un signal électrique au moteur pour le faire tourner comme expliqué plus haut. Dans un deuxième mode M2, on coupe l’alimentation du moteur. Le moteur s’arrête. Dans un troisième mode M3, on applique le premier signal électrique au moteur de sorte que le moteur électrique et/ou la structure émette le premier signal sonore sans que le rotor du moteur ne tourne relativement au stator du moteur. Cette alimentation est réalisée en boucle ouverte, c’est-à-dire sans qu’on ne tienne compte de la position du rotor.
On remarque que des sons peuvent être produits par un moteur avec de très faibles modifications d’une installation existante. Il suffit d’effectuer des modifications logicielles pour que l’onduleur alimentant le moteur puisse délivrer un premier signal électrique sans tenir compte de la position du rotor du moteur et éventuellement à une fréquence bien supérieure à la fréquence d’un signal d’alimentation permettant la rotation du moteur à sa vitesse nominale. On remarque que les signaux d’alimentation du moteur ne diffèrent que par leurs fréquences entre les modes de fonctionnement M1 et M3.
L’invention concerne aussi un produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support de données lisible par un calculateur et/ou exécutable par un calculateur, caractérisé en ce qu’il comprend des instructions de code de programme informatique de mise en oeuvre du procédé décrit précédemment, lorsque le programme est exécuté par un calculateur et/ou en ce qu’il comprend des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé décrit précédemment.
L’invention concerne aussi un support d’enregistrement de données, lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme de mise en œuvre du procédé décrit précédemment ou support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé décrit précédemment.
Le procédé de commande électronique de l’alimentation d’un moteur ou le procédé de génération de son par un moteur est particulièrement performant pour les moteurs à aimants sans balai et les moteurs à rotor bobiné. Un moteur à courant continu commandé de la sorte tournerait inévitablement. Pour empêcher sa rotation, il faudrait alors le sous- alimenter. Pour les moteurs asynchrones ou synchro-réluctants sans aimant, le procédé de génération de son est moins performant puisque l’absence du champ des aimants limite le niveau vibratoire et acoustique.
Le premier signal électrique peut encore présenter une première fréquence permettant de produire un son de répulsion d’animaux, notamment un premier signal sonore de type ultrason. Dans un tel cas, le procédé comprend une étape de définition du premier signal électrique permettant l’émission, par le moteur et/ou la structure, d’un signal sonore ultrason sans que le rotor du moteur ne tourne relativement au stator du moteur et une étape d’alimentation du moteur avec le premier signal électrique. Un tel signal pourrait être émis périodiquement à intervalle déterminé ou de manière plus permanente. Au-delà de 16kHz ou 20kHz, le signal électrique de commande permet de créer un signal ultrason. Ceci pourrait notamment être utilisé pour éviter qu’un animal domestique ne séjourne entre un volet et une fenêtre et s’y retrouve emprisonné.
Le procédé objet de l’invention peut être appliqué à différents domaines techniques, notamment au domaine des équipements domotiques, au domaine des équipements automobiles et au domaine des équipements électroménagers. Dans le domaine domotique, on utilise des moteurs électriques pour réaliser des actionneurs. Dans la plupart des applications domotiques, on souhaite que ces moteurs soient discrets et qu’ils produisent un minimum de bruit lorsque leurs rotors tournent relativement à leurs stators. Au contraire, on cherche à ce qu’ils produisent des sons dans des modes de fonctionnement particuliers où leurs rotors ne tournent pas dans leurs stators. Dans certaines applications, le moteur n’est pas en lien direct avec l’utilisateur c’est-à-dire que le son émis par le moteur lui-même n’est pas suffisamment audible. Ainsi, dans ces applications, le bruit émis par le moteur n’a que peu d’importance. Par contre, le moteur est inséré dans un tube de l’actionneur, qui lui-même est inséré dans un dispositif domotique. Finalement, ce peut être le dispositif domotique et/ou la structure du bâtiment qui, soumis aux vibrations du moteur, irradie l’environnement en émettant les sons en conséquence des vibrations produites par le moteur. Le dispositif est par exemple un dispositif domotique de fermeture, d’occultation, de protection solaire ou d’écran. Il comprend par exemple un tube d’enroulement 3 auquel est lié un tablier 4. Le dispositif domotique peut notamment être un volet roulant ou un store ou une porte ou un portail ou un écran.
Dans le cas d’un dispositif domotique, la structure environnant le moteur ou liée au moteur peut notamment inclure tout ou partie des éléments suivants liés directement ou indirectement au moteur :
- un élément mobile 3, 4 destiné à être entraîné par le moteur ; et/ou - un support 10 destiné à accueillir le moteur ; et/ou - un coffre ou caisson dans lequel est enfermé le moteur et l’élément mobile en position repliée ou enroulée ; et/ou
- un mur ou des murs du bâtiment sur lequel est installé le dispositif domotique ; et/ou
- un élément résonnant 9 rapporté sur le moteur ou sur l’un des éléments énumérés plus haut dans cette liste.
Comme vu précédemment, les sons émis ont des significations. En d’autres termes, chaque son émis signifie une information. Les informations peuvent notamment comprendre :
une information de confirmation d’un réglage ou d’une configuration, en particulier un réglage de fin de course, un appairage d’une télécommande avec l’actionneur,
une information de défaut,
une information d’erreur,
une information d’anomalie, en particulier une information de commande en contradiction avec une logique de gestion (par exemple thermique),
une information de détection d’un passage d’un seuil de porte
(carillon, ding-dong),
une information de début/fin de cycle,
une information d’orientation (orientation d’un dispositif à fixer dans un bâtiment),
une information de réglage de la motorisation d’une baie vitrée, une information d’alarme en cas d’intrusion dans un espace (sirène d’alarme).
Dans le domaine technique des véhicules automobiles, les informations peuvent notamment comprendre :
une information de positionnement dans l’espace (radar de recul d’un véhicule), une information de franchissement de ligne de marquage au sol sur une chaussée,
une information d’ouverture / fermeture des portes, ou une information de localisation de la voiture dans un parking,
des informations de diagnostic (ceinture non bouclée, réservoir vide),
un avertisseur sonore, notamment en faisant vibrer le moteur de traction d’un véhicule électrique ou hybride.
Dans le domaine technique des équipements électroménagers, les informations peuvent notamment comprendre :
des informations de diagnostic (manque de sel de lavage de la vaisselle, manque de liquide vaisselle, etc...),
des informations d’état ou de changement d’état, notamment information de fin de cycle.
Lorsqu’on alimente le moteur pour émettre un son de sirène, soit un signal d’alarme, il peut être particulièrement intéressant d’utiliser le dispositif domotique. En effet, un balayage en fréquences peut être réalisé pour déterminer les fréquences de vibrations du moteur qui génèrent des sons à un niveau de volume sonore important. Cela permet de maximiser le niveau sonore émis.
Ainsi, lorsque l’on souhaite générer un son de type sirène d’alarme, on cherche à maximiser le niveau ou volume sonore du son. A cet effet, le procédé comprend la définition du premier signal électrique permettant l’émission par le moteur d’un signal sonore d’alarme sans que le rotor du moteur ne tourne relativement au stator du moteur. Pour maximiser le niveau ou volume sonore du son, on peut notamment définir le premier signal électrique pour qu’il génère une résonance du moteur électrique et/ou de la structure ou pour créer une excitation à une fréquence proche d’une fréquence de résonance du moteur électrique et/ou de la structure, notamment entre 0.8 fois et 1.2 fois la fréquence de résonance. Une résonance est de préférence définie comme étant un maximum local de volume sonore (sur un intervalle de fréquences).
Alternativement, il est possible de générer un premier signal électrique dont la première fréquence évolue temporellement et périodiquement entre une première borne inférieure et une deuxième borne supérieure. L’évolution est de préférence progressive. L’évolution peut être réalisée continûment en fréquence ou par saut en sélectionnant les unes après les autres, différentes valeurs discrètes de fréquences. La première borne inférieure est par exemple supérieure ou égale 500Hz, voire supérieure ou égale 1000Hz, et/ou la deuxième borne supérieure est par exemple inférieure ou égale 5000Hz, voire inférieure ou égale 10000Hz. Au cours de ces balayages de fréquences, on excite alors nécessairement le moteur et/ou la structure à une ou plusieurs fréquences générant des sons avec un niveau sonore ou volume sonore important.
Alternativement encore, il est possible de choisir empiriquement au moins une première fréquence du premier signal électrique qui sera ensuite utilisée lorsqu’on souhaitera émettre un son de type sirène d’alarme. Pour ce faire, le procédé peut comprendre une phase de configuration dans laquelle :
Dans une première sous-étape, on définit un deuxième signal électrique dont la fréquence évolue temporellement et, éventuellement périodiquement, entre une première borne inférieure et une deuxième borne supérieure. L’évolution est de préférence progressive. L’évolution peut être réalisée continûment en fréquence ou par saut en sélectionnant les unes après les autres différentes valeurs discrètes de fréquences. La première borne inférieure est par exemple supérieure ou égale 500Hz, voire supérieure ou égale 1000Hz et/ou la deuxième borne supérieure est par exemple inférieure ou égale 5000Hz, voire inférieure ou égale 10000Hz ;
Dans une deuxième sous-étape, on alimente le moteur avec le deuxième signal électrique ;
Dans une troisième sous-étape, l’utilisateur indique, par une action appropriée, par exemple par une action sur une touche d’un point de commande du moteur, le moment où le moteur et/ou la structure émettent un son qui lui convient pendant la deuxième sous-étape ; Dans une quatrième sous-étape, on enregistre la fréquence du deuxième signal électrique correspondant au moment indiqué par l’utilisateur comme première fréquence du premier électrique à utiliser pour émettre ultérieurement le premier signal sonore, notamment le premier signal sonore de type sirène.
Avantageusement, il est possible de réitérer les troisième et quatrième sous-étapes, voire toutes les sous-étapes précédentes, une fois ou plusieurs fois pour définir une ou plusieurs fréquences complémentaires à utiliser dans le premier signal électrique afin de produire un premier signal sonore choisi présentant plusieurs fréquences sonores, notamment un premier signal sonore de type sirène d’alarme.
Un exemple de réalisation d’un signal sonore d’alarme ou d’un signal sonore de sirène d’alarme est décrit ci-après en référence à la figure 9. Dans cet exemple, la fréquence du premier signal électrique évolue périodiquement entre 500Hz et 5kHz. La période d’évolution de la fréquence est de 1 seconde.
Eventuellement, le dispositif de commande électronique ou plus globalement le système d’actionneur peut comprendre un élément de communication filaire ou sans fil permettant d’envoyer un ordre de commande directement ou indirectement à au moins un autre système d’actionneur comportant également un deuxième moteur. Cet ordre de commande est avantageusement un ordre de commande d’alimentation du deuxième moteur permettant de produire un son, en particulier un son de sirène d’alarme, sans que le deuxième moteur ne tourne.
Dans tous les modes de réalisation, le son est rayonné par une structure mécanique.
La structure peut être la structure du moteur lui-même. Ce dernier émet alors un son en lien avec la commande. On cherche habituellement à éviter les résonances du moteur, notamment dans un mode de fonctionnement habituel ayant pour but l’entraînement de l’élément mobile. Dans un mode de fonctionnement particulier du moteur destiné à émettre des sons, pour maximiser le bruit rayonné, il est envisagé de provoquer une ou des résonances particulières du moteur, de son carter ou de sa culasse par exemple. Pour se faire, il faut s’attacher à créer une coïncidence spatiale et temporelle entre l’excitation et la réponse de la structure. Cela signifie créer une conjonction entre une forme d’onde et une fréquence de l’excitation avec un mode propre et une fréquence propre du moteur. Pour maximiser le bruit, les petits nombres d’onde seront privilégiés, et particulièrement, mais non exclusivement l’ordre 0, tout comme les fréquences entre 1 kHz et 5kHz, qui correspondent à l’intervalle dans lequel l’oreille humaine est la plus sensible. Plus généralement, on peut produire des sons dans la gamme des fréquences audibles par l’oreille humaine, voire la gamme des fréquences ultrasonores.
La structure mentionnée peut également être le support 10 ou l’équipement d’accueil du moteur. Là encore, il est possible de maximiser le niveau sonore en cherchant une résonance de la structure. Cela peut être réalisé par un balayage en fréquence. Il peut être permanent dans la vie du produit ; il s’agit alors d’une sirène dont l’amplitude varie avec la fréquence grâce à l’impédance du circuit et au maintien du rapport cyclique du PWM. Naturellement, il est possible de l’asservir pour obtenir une amplitude constante. Le balayage en fréquence peut également être supervisé par un automate ou un individu. La fréquence à laquelle la réponse est maximale peut être retenue comme la fréquence d’utilité pour transmettre les informations. Dans le cas de la supervision par un individu, la fréquence retenue n’est pas nécessairement celle ou la réponse est maximale mais pourrait être celle ou le son ou une succession de son est la plus agréable.
La structure peut comprendre l’élément mobile à entraîner et les mêmes principes s’appliquent.
Enfin, la structure peut être un élément externe ajouté à l’équipement afin d’agir comme moyen d’émission et de maximisation du bruit. L’installation ou le système d’actionneur ou l’actionneur comprend alors une structure mécanique additionnelle rapportée incluant un élément 9 résonnant à une fréquence sonore audible par l'oreille humaine ou ultrason. Par exemple, une telle fréquence est comprise entre 500Hz et 20kHz. Cet élément peut par exemple agir de manière similaire à un diapason, de sorte que suite à une excitation il vibre à sa fréquence propre et rayonne un son en conséquence dans son environnement. Cet élément peut n’être ajouté que pour émettre un bruit.
Le procédé décrit précédemment permet d’utiliser un moteur comme un générateur de vibrations en pilotant au moins une des phases sans que le rotor ne tourne relativement au stator. Il est donc possible de générer II des vibrations et en conséquence des sons sans moyen physique supplémentaire que le moteur et le convertisseur électrique déjà existant pour créer du bruit solidien/aérien. Il suffit par exemple de programmer des moyens logiciels d’un onduleur pour obtenir un tel résultat.
D’autres exemples d’application peuvent exister dans des domaines très variés.
Par exemple, les produits électroménagers pourraient bénéficier de cette invention en utilisant les moteurs présents comme un moteur de machine à laver le linge, ou bien un moteur de pompe d’un lave-vaisselle, ou bien encore un moteur d’un mixer.
Ces produits sont généralement équipés d’un composant électronique type buzzer ou haut-parleur pour émettre des sons significatifs par exemple du démarrage d’un cycle ou de sa fin, ou bien encore pour signaler une erreur. Grâce à la présente invention, le fonctionnement de ces appareils pour les utilisateurs seraient exactement le même, mais une réduction du nombre de composants utilisés serait constatée. Ceci est bénéfique d’un point de vue éco-conception et du coût de revient des appareils.
De la même manière, l’invention peut s’appliquer au domaine de l’automobile qui embarque de nombreux actionneurs à commencer par des motorisations pour les rétroviseurs, ou pour les essuie-glaces, ou bien encore pour la ventilation.
Là encore, différents buzzers peuvent être remplacés avantageusement par le procédé objet de l’invention. Il est également possible d’envisager des combinaisons de sons provenant de plusieurs moteurs placés dans le véhicule pour un effet de volume du son. L’invention pourrait aussi s’appliquer avantageusement au domaine de la robotique qui utilise de nombreux moteurs. Des sons pourraient être émis par certains moteurs inactifs pendant que d’autres le sont, et ce par exemple pour signaler un mouvement du robot à l’entourage. De la même manière des informations d’erreur pourraient être signalées de cette façon.

Claims

Revendications :
Procédé de commande électronique de l’alimentation électrique d’un moteur (16) polyphasé, le procédé comprenant une alimentation d’au moins une phase du moteur avec un premier signal électrique périodique ou pseudo-périodique apte à ce que le moteur électrique et/ou une structure liée au moteur émette un premier signal sonore, l’alimentation ayant lieu alors qu’un rotor (13) du moteur est maintenu arrêté relativement à un stator (14) du moteur.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on maintient le moteur arrêté :
en alimentant plusieurs phases du moteur avec un premier signal électrique générant dans le moteur un champ magnétique tournant à une fréquence supérieure à la fréquence de décrochage du moteur ; et/ou
en alimentant l’au moins une phase du moteur avec un premier signal électrique générant dans le moteur un champ magnétique statique et puisant ; et/ou
en alimentant plusieurs phases du moteur avec un premier signal électrique générant dans le moteur deux champs magnétiques tournant en sens inverses à la même fréquence ; et/ou ;
en bloquant le rotor au moyen d’un frein ou tout autre organe de blocage ; et/ou
en freinant ou en chargeant le moteur de sorte à augmenter la résistance de la charge entraînée par le moteur.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend une définition d’une première fréquence d’une première portion du premier signal électrique en fonction d’une première portion du premier signal sonore à émettre par le moteur et/ou la structure et une alimentation du moteur avec la première portion du premier signal électrique à la première fréquence définie.
Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le procédé comprend une définition d’une deuxième fréquence d’une deuxième portion du premier signal électrique en fonction d’une deuxième portion du premier signal sonore à émettre par le moteur et/ou la structure et une alimentation du moteur avec la deuxième portion du premier signal électrique à la deuxième fréquence définie.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend la définition de plusieurs signaux électriques différents aptes à ce que le moteur et/ou la structure émette plusieurs signaux sonores sans qu’un rotor (13) du moteur ne tourne relativement à un stator (14) du moteur, chaque signal sonore étant associé à une information particulière destinée à un utilisateur, notamment :
une information de confirmation d’un réglage ou d’une configuration, en particulier un réglage de fin de course, un appairage de télécommande
une information de défaut,
une information d’erreur,
une information d’anomalie.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend la définition d’un signal électrique permettant l’émission, par le moteur et/ou la structure, d’un signal sonore de répulsion d’animaux sans que le rotor (13) du moteur ne tourne relativement au stator (14) du moteur, notamment un signal sonore ultrason.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend la définition d’un signal électrique permettant l’émission par le moteur et/ou la structure d’un signal sonore d’alarme sans que le rotor (13) du moteur ne tourne relativement au stator (14) du moteur, notamment un signal électrique permettant une résonance du moteur électrique et/ou de la structure, notamment d’un volet roulant ou d’un store.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend la définition du premier signal électrique ayant une fréquence évoluant progressivement sur toute une plage de fréquences, notamment une plage s’étendant de 500Hz à 10000Hz, voire de 1000Hz à 5000Hz.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend une phase de configuration dans laquelle :
on définit un deuxième signal électrique ayant une fréquence évoluant progressivement sur toute une plage de fréquences s’étendant de 500Hz à 10000 Hz, voire de 1000Hz à 5000Hz ; on alimente le moteur avec le deuxième signal électrique ; l’utilisateur indique le moment où le moteur et/ou la structure émet un son qui lui convient pendant qu’on alimente le moteur avec le deuxième signal électrique ;
on enregistre la fréquence du deuxième signal électrique correspondant au moment indiqué par l’utilisateur comme fréquence du premier signal électrique à utiliser pour émettre ultérieurement le premier signal sonore.
1 0. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier signal électrique est un signal échantillonné à une fréquence supérieure ou égale à 16kHz, voire supérieure ou égale à 20kHz, voire supérieure ou égale à 40kHz, voire supérieure ou égale à 50kHz, voire environ 100kHz, ou en ce que le premier signal électrique est un signal polyphasé dont chaque phase est alimentée par un signal échantillonné à une fréquence supérieure ou égale à 16kHz, voire supérieure ou égale à 20kHz, voire supérieure ou égale à 40kHz, voire supérieure ou égale à 50kHz, voire environ 100kHz. 1 1. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier signal électrique est un signal trapézoïdal ou un signal pseudo-sinusoïdal ou un signal sinusoïdal ou en ce que le premier signal électrique est un signal triphasé dont chaque phase est trapézoïdale ou pseudo-sinusoïdale ou sinusoïdale.
1 2. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est un moteur électrique triphasé et en ce que le premier signal d’alimentation est généré par un onduleur triphasé, notamment un onduleur triphasé à interrupteurs commandés et/ou un onduleur triphasé à interrupteurs commandés en PWM et/ou un onduleur triphasé à six interrupteurs commandés.
1 3. Dispositif (1 ) de commande électronique de l’alimentation d’un moteur, notamment onduleur, en particulier un onduleur triphasé à interrupteurs commandés et/ou un onduleur triphasé à interrupteurs commandés en PWM et/ou un onduleur triphasé à six interrupteurs commandés, le dispositif comprenant des éléments (7, K1 , K2, K3, K4, K5, K6) matériels et/ou logiciels mettant en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 12, notamment des éléments matériels et/ou logiciels conçus pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 12, et/ou le dispositif comprenant des moyens de mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 12.
1 4. Actionneur (2) comprenant une structure mécanique comprenant un élément résonnant (9) à une fréquence donnée, notamment une fréquence comprise entre 500Hz à 10000Hz, voire entre 1000Hz à 5000Hz.
1 5. Système (5) d’actionneur comprenant un dispositif de commande électronique selon la revendication 13 et un actionneur, notamment un moteur électrique triphasé et/ou un actionneur selon la revendication 14.
1 6. Produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support de données lisible par un calculateur et/ou exécutable par un calculateur, caractérisé en ce qu’il comprend des instructions de code de programme informatique de mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, lorsque le programme est exécuté par un calculateur et/ou en ce qu’il comprend des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12. 1 7. Support (7) d’enregistrement de données, lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme de mise en oeuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 12 ou support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui- ci à mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
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