EP4643451A1 - Dispositif et procede de controle d'un moteur electrique avec une loi de commande de type pas a pas - Google Patents

Dispositif et procede de controle d'un moteur electrique avec une loi de commande de type pas a pas

Info

Publication number
EP4643451A1
EP4643451A1 EP23836903.7A EP23836903A EP4643451A1 EP 4643451 A1 EP4643451 A1 EP 4643451A1 EP 23836903 A EP23836903 A EP 23836903A EP 4643451 A1 EP4643451 A1 EP 4643451A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
control
sms
control signal
power converter
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP23836903.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
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 EP4643451A1 publication Critical patent/EP4643451A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/14—Arrangements for controlling speed or speed and torque
    • H02P8/18—Shaping of pulses, e.g. to reduce torque ripple

Definitions

  • TITLE Device and method for controlling an electric motor with a step-by-step control law
  • the invention relates to the field of electric motors and more particularly a device for controlling an electric motor, an electromechanical actuator intended for driving a concealment device in a home automation installation and a control method.
  • the invention applies in the field of home automation installations comprising a device for concealing an opening in a building such as a door or a window.
  • Said concealment device for example an interior screen, a roller blind or a Venetian blind, can be operated by means of an electromechanical actuator.
  • the maneuver, carried out by an electric motor of the electromechanical actuator consists of a deployment or a folding of the concealment device and/or a modification of the orientation, that is to say of the angle of inclination, blades of the concealment device.
  • a known synchronous electric motor for such an electromechanical actuator conventionally comprises a rotor comprising several poles, constituted in particular by permanent magnets, and a stator comprising at least one winding.
  • a synchronous motor is for example a “brushless” direct current motor, also designated by the terminology BLDC (Brushless DC), or permanent magnet synchronous motor, also designated by the English acronym PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) or a rereluctant synch motor with or without permanent magnet.
  • stator comprises three windings.
  • Each winding of the stator is powered by a three-phase periodic electrical supply current via three electrical phases, designated by U, V and W in the remainder of the description, of a power converter.
  • the power converter is configured to generate the supply current on each electrical phase so as to power each winding or group of windings, in order to create a rotating magnetic field relative to the stator and thus rotate the rotor.
  • the power converter comprises a plurality of switching cells, for example of the MOSFET type, which are controlled in opening and closing by a control law determined by a control device.
  • the control law generates at least one control signal comprising a plurality of pulses.
  • the control law makes it possible to vary a rotational speed of the rotor, in particular in the form of a ramp during the transient phases of starting, stopping or modifying a nominal speed to adapt to different situations.
  • step by step control it is also known to control electric motors using so-called “step by step” control.
  • the windings are supplied so as to rotate the rotor by a determined angle corresponding to a “step”.
  • the angle of rotation, or the pitch of rotation of the motor depends on the number of electrical phases of the stator and the number of pole pairs of the rotor.
  • Several successive steps can be taken in the same direction of rotation with or without stopping the rotor between each step.
  • a step corresponds to a movement between two stable angular positions of the motor.
  • Such step-by-step control is performed in an open loop.
  • the aim of the invention is to propose a step-by-step control law requiring little computing power and making it possible to reduce vibrations and noise emitted compared to conventional step-by-step control for an electromechanical actuator usable in home automation applications, especially inside a building.
  • the subject of the invention is a device for controlling a synchronous electric motor comprising at least one rotor and at least one stator, said at least one stator being provided with at least one winding electrically supplied by an electrical phase of a converter power, said power converter comprising for each electrical phase, at least one electrical line provided with switching cells, the control device controlling the power converter by means of a step-by-step type control law, characterized in that that the control law controls each switching cell by means of a control signal which comprises a plurality of pulses over a period of the control signal corresponding to a rotation step of the rotor, said pulses having a pulse duty cycle increasing over the period of the control signal.
  • the power converter contains at least one electrical line of which each of the parts of the electrical line linked to an electrical mass of the power converter will be described as “mass side”, or “low side” in English, and each of the parts of the electrical line linked to a power supply of the power converter will be described as “power side” or “high side” in English.
  • Each electrical line comprises on the ground side a first switching cell, for example of the MOSFET type or transistor of the type “IGBT” (acronym for the Anglo-Saxon term Insulated Gate Bipolar Transistor), also called “low side” and on the power supply side a second switching cell, for example of the MOSFET type or “IGBT” type transistor, also called “IGBT” high side", according to a diagram known to those skilled in the art.
  • Each winding, or group of windings, of the motor stator is powered by an electrical phase of the power converter. More particularly, each electrical phase is connected to an electrical line between the ground side switching cell and the power supply side switching cell.
  • Each switching cell of the power converter comprises an activated state in which the switching cell allows a passage of a current and a blocking state in which said switching cell blocks said current passage.
  • Each switching cell is controlled by a control signal.
  • the control law of the control device corresponds to all the control signals.
  • the control device is therefore a set of electronic components, and a set of software programs which make it possible to control the switching cells of the power converter.
  • the control law generates, at each step of rotation of the rotor, that is to say over a period of the control signal, a control signal for each controlled switching cell.
  • Said control signal includes a plurality of pulses, one pulse corresponding to the control signal at a high level.
  • control law is of the step-by-step type.
  • a period of the control signal therefore corresponds to a rotation step.
  • a new period of the control signal is created.
  • Each signal period also corresponds to a switching sequence of the switching cells.
  • the control is carried out in open loop.
  • the duty cycle of modulation of the control signal is defined as the ratio between the sum of the pulse durations and the period of the control signal, according to the formula: [Math 1]
  • R m duty cycle of modulation of the control signal tin: time of pulse n
  • the pulses are produced according to a pulse frequency, or in other words following a pulse period.
  • the pulse frequency can be fixed or variable over the period of the control signal.
  • the pulse duty cycle is defined as the ratio between the duration of the pulse and the period of the pulse, according to the formula:
  • Rin duty cycle of pulse n tin: time of pulse n
  • Tin the period of impulse n
  • a pulse duty cycle of 50% means that the control signal is high 50% of the time in the pulse period.
  • the pulses of the control signal according to the invention have an increasing duty cycle over each period of the control signal. In other words, over each period of the control signal, the duration of each successive pulse increases.
  • the control signal therefore comprises a plurality of pulses whose duration of each pulse increases over the period of the control signal.
  • an average supply voltage of the at least one electrical phase and therefore a supply current, varies increasingly between a minimum supply value and a maximum supply value, at each period of the power signal. order.
  • the invention and more particularly the creation of a gradually increasing supply voltage, makes it possible to operate the motor at very low rotation speed with a low speed variation and torque variation over one step.
  • the position of the rotor varies in a less jerky manner, which reduces the noise and vibrations emitted during engine operation.
  • the invention may also have one or more of the following characteristics taken alone or in combination.
  • the minimum value of the average supply voltage is zero between two successive periods of the control signal.
  • the movement of the motor has a stop between two successive steps.
  • the minimum value of the average supply voltage is different from zero between two successive periods of the control signal.
  • the step-by-step control law is carried out by means of a pulse width modulation control law.
  • the step-by-step control law can be carried out by pulse width modulation control law, also called “pulse width modulation” (PWM) in English.
  • PWM pulse width modulation
  • a modulation So-called “rotating” modulation is a modulation in which a different switching cell of the power converter is modulated at each switching.
  • This command has the advantage of being robust and requiring little computing power.
  • the step-by-step control law is carried out by means of a pulse frequency modulation control law. This reduces a maximum value of the harmonics generated during motor operation.
  • the pulse duty cycle increases linearly over the period of the control signal.
  • the increase in the pulse duty cycle has a growth slope dependent on a desired rotation speed of the rotor and/or a desired working torque.
  • the pulse duty cycle varies over the period of the control signal and/or at each control signal.
  • a pulse frequency of the control signal varies as a function of a desired motor rotation speed.
  • the period of the control signal is determined by a stopping condition dependent on a movement of the motor rotor by a predefined angle of rotation and/or a maximum supply voltage threshold.
  • the stopping condition determines the period of the control signal and therefore a frequency between each rotation step.
  • the stopping condition dependent on the movement of the rotor makes it possible to start a new period of the control signal as soon as the movement of one step of the rotor is achieved.
  • the maximum value of the supply voltage supplied to the electrical phase corresponds to the minimum necessary to achieve the movement of the rotor by one rotation step.
  • This stopping condition therefore allows a reduction in the electrical consumption of the motor by taking into account a load from an external environment of the motor, in particular the weight of a screen of the concealment device to be driven by the motor.
  • the maximum value of the supply voltage therefore varies between each step, or between each period of the control signal.
  • the stopping condition dependent on a maximum voltage threshold corresponds to a supply of the electrical phase as long as the maximum value of the supply voltage has not reached the maximum voltage threshold.
  • the maximum voltage threshold must therefore be chosen so as to ensure the movement of the rotor.
  • the maximum voltage threshold takes into account the load of the engine's external environment.
  • this stopping condition does not require determining whether the rotor movement has occurred.
  • the movement of the rotor is determined by at least one position sensor.
  • the movement of the rotor is determined by means of at least one signal representative of the position of the rotor, different from a signal emitted by a position sensor.
  • the signal representative of the angular position of the rotor may relate to the counter-electromotive force generated by the motor at one or more of the windings as described in document WO2014/207387.
  • the invention also relates to an electromechanical actuator intended for driving a concealment device in a home automation installation, the electromechanical actuator comprising a synchronous electric motor provided with at least one rotor and at least one stator, the actuator also comprising a power converter, said at least one stator being provided with at least one winding electrically powered by an electrical phase of the power converter, said power converter comprising for each electrical phase, at least one electrical line provided with switching cells, the actuator also comprising a control device according to the invention, for controlling the power converter.
  • the invention also relates to a control method implementing a device for controlling a synchronous electric motor comprising at least one rotor and at least one stator, said at least one stator being provided with at least one winding electrically powered by an electrical phase of a power converter, said power converter comprising for each electrical phase, at least one electrical line provided with switching cells, the control device controlling the power converter by means of a control law of the type step by step, characterized in that the control law determines at least one variation of a pulse duty cycle over a period of a control signal corresponding to a step of rotation of the rotor, the control device comprising a step controlling a first switching cell with a first control signal, said control step comprising, as long as a stopping condition is not reached: a first phase in which the control signal comprises a first pulse with a first duty cycle value; then a second phase in which the control signal comprises a second pulse with a second duty cycle value, greater than the first duty cycle value.
  • the average supply voltage of the at least one electrical phase and therefore
  • the stopping condition depends on a movement of the motor rotor by a predefined rotation angle and/or a maximum supply voltage threshold.
  • the method comprises a phase of determining the movement of the motor rotor by a predefined angle of rotation.
  • the phase of determining the movement of the rotor uses at least one position sensor.
  • the phase of determining the movement of the rotor determines the movement of the rotor relative to a signal representative of the position of the rotor, different from a signal emitted by a position sensor.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a period of a control signal according to the invention for a switching cell
  • FIG. 2 is a schematic representation of a control law according to the invention over an electrical period
  • FIG. 3 is a schematic cross section of an installation conforming to one embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of the installation illustrated in Figure 3,
  • Figure 3 is a schematic section of an electromechanical actuator of the installation illustrated in Figures 3 and 4, along a section plane passing through an axis of rotation of an output shaft of the electromechanical actuator,
  • FIG. 6 is a schematic representation of a power converter and an electric motor
  • FIG. 7 is a modeling of a rotation speed, a torque, a position and the currents of each electrical phase of a motor controlled by means of a step-by-step type control law according to the state art ;
  • FIG. 8 is a modeling of the rotation speed, torque, position and currents of each electrical phase of the motor controlled by means of a step-by-step control law according to the invention
  • the concealment device 3 can alternatively be a rolling shutter, a blind with adjustable slats, or even a roll-up door.
  • the present invention applies to all types of concealment device comprising a motorized rotating winding shaft.
  • the screen 2 of the concealment device 3 is wound on a winding shaft 4, provided in the form of a winding tube, driven by a motorized drive device 5.
  • the screen 2 is movable between a rolled up position, particularly high, and an unrolled position, particularly low.
  • the motorized drive device 5 comprises an electromechanical actuator 11, in particular of the tubular type, making it possible to rotate the winding tube 4 so as to unwind or roll up the screen 2 of the concealment device 3, this is that is to say that the winding tube allows deployment or folding of the concealment device 3.
  • the concealment device 3 includes the winding tube 4 for rolling up the screen 2.
  • the electromechanical actuator 11 is inserted into the winding tube 4.
  • the electromechanical actuator 11 and the winding tube 4 are both positioned coaxially along a longitudinal axis X.
  • the internal diameter of the winding tube 4 is substantially equivalent to the external diameter of the electromechanical actuator 11, so that the electromechanical actuator 11 can be inserted into the winding tube 4 when assembling the concealment device 3.
  • the screen 2 of the concealment device 3 is formed by a canvas, which is attached by one end to the winding tube and by the other end to a weighted bar 8.
  • the high rolled up position of the screen corresponds to the position of the weighted bar at the level of the winding tube and the low unrolled position corresponds to the position of the weighted bar 8 of the screen 2 at the level of the threshold 7 of the opening 1.
  • the deployment of the screen can be guided by slides 6.
  • the winding tube 4 can be placed inside a box 9 or be visible.
  • the winding tube 4 is movable in rotation relative to a support 10, such as a cheek, of the trunk 9.
  • the motorized drive device 5 is controlled by a control unit.
  • the control unit can be, for example, a local control unit 12, where the local control unit 12 can be connected in wired or non-wired connection with a central control unit 13.
  • the control unit 12 is shown here in radio version with an antenna 12a.
  • the central control unit 13 controls the local control unit 12, as well as other similar local control units distributed throughout the building. It is shown here equipped with a radio antenna 13a.
  • the central control unit 13 can be in communication with one or more sensors, not shown, which can be configured to determine, for example, a temperature, an interior or exterior brightness.
  • a remote control 14 which may be a type of local control unit, and provided with a control keyboard, which includes selection and possibly display means, also allows a user to intervene on the electromechanical actuator 11 and/or the local control unit 12 and/or central 13.
  • the motorized drive device 5 is preferably configured to execute the commands for unwinding or rolling up the screen 2 of the concealment device 3, which can be issued in particular by the remote control 14, the local control unit 12, the central control unit 13 or a sensor.
  • the electromechanical actuator 11 is supplied with electrical energy by a building electrical supply network, for example by the alternating sector network or by a direct current bus, or by means of a battery not shown, which can be recharged , for example, by a photovoltaic panel.
  • the electromechanical actuator 11 comprises an electrical power cable 18 allowing its supply of electrical energy from the sector electrical supply network.
  • Means for controlling the electromechanical actuator 11, allowing the movement of the screen 2 of the concealment device 3, are constituted by at least one control device 15.
  • the means for controlling the electromechanical actuator 11 comprise means hardware and/or software.
  • the hardware means may include at least one microcontroller.
  • the control device 15 is capable of putting into operation an electric motor 16 of the electromechanical actuator 11 and, in particular, of allowing the supply of electrical energy to the electric motor 16.
  • the control device 15 controls, in particular, the electric motor 16, so as to open or close the screen 2, as described previously.
  • the control device 15 is in particular configured to control the electric motor 16 so as to set the screen 2 in motion to move it between a current position and a desired stopping position.
  • the control device 15 of the electromechanical actuator 11 may include an obstacle and end-of-travel detection device (not shown) when the screen 2 is rolled up and when this screen is unrolled.
  • the control device 15 comprises a module for receiving orders, in particular radio orders transmitted by an order transmitter, such as the remote control 14, intended to control the electromechanical actuator 11.
  • the order receiving module can thus receive position instructions and/or movement orders, such as, for example, opening or closing the screen 2, coming for example from a local control unit 12, from a remote control 14, from a unit central control 13 or a sensor from the home automation installation.
  • the order reception module can also allow the reception of orders transmitted by wired means.
  • control device 15 is arranged inside a casing 17 of the electromechanical actuator 11.
  • the electromechanical actuator 11 is intended to be placed in a U-shaped rail and intended to rotate a winding shaft on which cords associated with the screen wind.
  • the casing 17 of the electromechanical actuator 11 is, preferably, cylindrical in shape.
  • the casing 17 can be made of a metallic material.
  • the material of the electromechanical actuator housing is in no way restrictive and may be different, in particular it may be plastic.
  • the electromechanical actuator 11 also comprises a reduction gear 19, in particular an epicyclic gear reducer and an output shaft 20.
  • the electric motor 16 and the reduction gear 19 are arranged inside the casing 17 of the electromechanical actuator 11.
  • the output shaft 20 of the electromechanical actuator 11 is arranged inside the winding tube 4 and, at least in part, outside the casing 17 of the electromechanical actuator 11.
  • the output shaft 20 of the electromechanical actuator 11 is coupled by a connecting accessory 30 to the winding tube 4, in particular a connecting accessory in the form of a wheel.
  • the electromechanical actuator 11 also comprises a torque support 21, mounted at one end of the housing 17 opposite the output shaft 20 and closing the end of the housing 17.
  • the housing 17 and the torque support 21 are fixed in rotation relative to each other.
  • the torque support 21 of the electromechanical actuator 11 is fixed to the support 10 of the trunk 9 of the concealment device 3.
  • the torque support 21 is also called “fixed point” of the electromechanical actuator 11.
  • the electromechanical actuator 11 also comprises a crown-bearing mounted on the casing 17 and free to rotate relative to the casing 17.
  • the crown-bearing is fixed in rotation to the winding tube 4, so that the crown-bearing provides a bearing function in rotation of the winding tube 4 on the casing 17, close to the torque support 21.
  • the control device 15 of the electromechanical actuator 11 comprises a rectification circuit D1, D2, D3, D4 of the alternating voltage of the electrical supply network making it possible to transform the alternating current of the supply network into a direct current, and a power converter.
  • the power converter is thus electrically connected to an alternating voltage source V1.
  • the value of the alternating voltage V1 is defined in relation to a reference voltage.
  • the circuit for rectifying the alternating voltage of the electrical supply network can be external to the electromechanical actuator 11.
  • the power converter contains three electrical lines, each of the parts of the electrical lines linked to an electrical mass of the alternating voltage source V1 of the power converter will be described as “mass side”, or “low side” in English, and each parts of the electrical lines linked to a supply of the alternating voltage source V1 of the power converter will be qualified as “power side” or “high side” in English.
  • Each electrical line comprises on the ground side a first switching cell M4, M5, M6, for example of the MOSFET type or “IGBT” type transistor (acronym for the Anglo-Saxon term Insulated Gate Bipolar Transistor), also called “low side » and on the power supply side a second switching cell M1, M2, M3, for example of MOSFET type or “IGBT” type transistor, also called “high side”, as shown in Figure 6.
  • M4, M5, M6 for example of the MOSFET type or “IGBT” type transistor (acronym for the Anglo-Saxon term Insulated Gate Bipolar Transistor), also called “low side »
  • a second switching cell M1, M2, M3, for example of MOSFET type or “IGBT” type transistor, also called “high side”, as shown in Figure 6.
  • each phase U, V, W is connected to an electrical line of the power converter, between the ground side switching cell M4, M5, M6 and the power supply side switching cell M1, M2, M3.
  • Each switching cell M1, M2, M3, M4, M5, M6 of the power converter comprises an activated state in which the switching cell M1, M2, M3, M4, M5, M6 allows a passage of a current and a state blocking in which said switching cell M1, M2, M3, M4, M5, M6 blocks said current passage.
  • Each switching cell is controlled by a control signal.
  • a power converter control law corresponds to all of the control signals.
  • the electric converter thus supplies electrical energy to the windings, or group of windings, Ph1, Ph2, Ph3, so as to produce the rotating electromagnetic field causing the rotation of the rotor of the electric motor 16.
  • the power converter comprises an electrical resistance R2 positioned in series between the electrical supply network V1 and the switching cell M6. This resistance is also called shunt resistance R2.
  • the electric motor 16 comprises a stator and a rotor positioned coaxially around the longitudinal axis or axis of rotation X.
  • the electric motor 16 is synchronous, for example a “brushless” motor with electronic switching, or a synchronous motor with permanent magnets, called “PMSM” (acronym for the English term Permanent Magnetic Synchron Motor), or a synchro-reluctant motor with or without a magnet. permanent.
  • PMSM synchronous motor with permanent magnets
  • synchro-reluctant motor with or without a magnet. permanent.
  • the motor comprises a rotor provided with poles and a stator comprising the windings, or group of windings Ph1, Ph2, Ph3, in this case three, electrically connected to each other, as illustrated schematically in Figure 6. More precisely, the windings Ph1, Ph2, Ph3 are connected together so that when they are passed alternately by a supply current, they produce a rotating electromagnetic field which causes the rotor to rotate.
  • Each winding, or group of windings, Ph1, Ph2, Ph3 of the stator is powered by an electrical phase U, V, W as can be seen in Figure 6.
  • the control device 15 of the electromechanical actuator 11 also includes a device for determining the angular position of the rotor (not shown). This device is configured to provide the control device 15 with a signal representative of the angular position of the rotor relative to the stator.
  • the angular position is here defined in relation to the positions of the windings Ph1, Ph2, Ph3 on the stator and expressed in the form of an angle, called electrical angle, which can take a value included in the interval [0°, 360° ] modulo 360°.
  • the 360° angle corresponds to the 0° angle.
  • the original position of the angle is here chosen equal to 0°.
  • the determination device may be a physical sensor.
  • the device for determining the angular position of the rotor comprises at least one sensor positioned fixedly relative to the stator, preferably integrated therein.
  • this angular position determination device comprises at least one Hall effect sensor with binary output.
  • sensors are configured to react to the magnetic fluxes of the rotor magnets and to each provide a signal representative of the angular position of the rotor making it possible to determine the position and speed of the rotor.
  • the at least one sensor is capable of providing an angular position of the rotor of the electric motor around the axis X and therefore an equivalent angular position of the output shaft of the electromechanical actuator 11.
  • other types of sensors can also be used, such as wheel encoders.
  • the device for determining the angular position of the rotor determines the position of the rotor by means of at least one signal representative of the position of the rotor, different from a signal emitted by a position sensor, by example by measuring the counter-electromotive force generated by the motor at one or more of the windings Ph1, Ph2, Ph3.
  • the step-by-step type control law according to the invention will be described in detail with reference to Figures 1 and 2.
  • the control law comprises a control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SM6 for each cell of switching M1, M2, M3, M4, M5, M6.
  • the control law generates, at each step of rotation of the rotor, that is to say over a period T P of the control signal, a control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS for each cell of switching M1, M2, M3, M4, M5, M6 controlled.
  • Said control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SM6 comprises a plurality of pulses h, I2, I3, k, I5, a pulse h, I2, I3, k, I5, corresponding to the control signal at a high level.
  • the control law is of the step-by-step type.
  • the power supply of the windings Ph1, Ph2, Ph3 is carried out so as to rotate the rotor by a determined angle corresponding to a “step”.
  • the angle of rotation, or the pitch of rotation of the motor depends on the number of electrical phases of the stator and the number of pole pairs of the rotor. Several successive steps can be taken in the same direction of rotation with or without stopping the rotor between each step. In other words, a step corresponds to a movement between two stable angular positions of the motor.
  • Such step-by-step control is performed in an open loop.
  • the period T P of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS therefore corresponds to a rotation step.
  • a new period Tp of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMB is created.
  • a cyclic ratio of modulation of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMB is the ratio between the sum of the durations tu, ti2, ti3, ti4, tis of pulse h, I2, h, k, Is, and the period T P of the control signal, according to the formula:
  • R m duty cycle of modulation of the control signal tin: time of pulse n
  • the pulses h, I2, I3, k, Is are produced following a pulse frequency, or in other words following a period Impulse Ti.
  • the pulse frequency can be fixed or variable over the period T P of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS.
  • the pulse duty cycle is the ratio between the duration tu, ti2, ti3, ti4, tis of the pulse h, I2, I3, k, I5 and the period Ti of the pulse pulses h, I2, I3, k , I5, following the formula:
  • Rin duty cycle of pulse n tin: time of pulse n Tin: period of pulse n
  • a pulse duty cycle Rin of 50% means that the control signal SMI, SM2, SMS, SM4, SM5, SM6 is at the high level 50% of the time of the pulse period Ti h, I2, h, k, I5.
  • the pulses h, I2, h, I4, of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS according to the invention have an increasing duty cycle.
  • the duration tu, ti2, ti3, ti4, tis of each successive pulse h, I2, I3, I4, h increases.
  • the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS therefore comprises a plurality of pulses h, I2, I3, k, h whose duration of each pulse h, I2, h, k, b is increasing over the period Tp of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS.
  • the control signals of two switching cells are modulated over a period T P of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS.
  • the electrical phase U is supplied, when the switching cell M2 is modulated and another cell M4 or M6 is switched to a high state, the electrical phase V is powered, when the switching cell M3 is modulated and another cell M4 or M5 is switched to a high state, the electrical phase W is powered.
  • an average supply voltage of each electrical phase U, V, W, and therefore a supply current varies increasingly between a minimum supply value and a maximum supply value at each period Tp of the signal command SMI, SM2, SM3, SM4, SM5, SM6.
  • the minimum value of the average supply voltage is zero between two successive periods Tp of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SM5, SM6.
  • the movement of the motor has a stop between two successive steps.
  • the minimum value of the average supply voltage is different from zero between two successive periods Tp of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SM5, SM6.
  • the movement of the motor is relatively constant.
  • the step-by-step control law is carried out by means of a pulse width modulation control law.
  • the step-by-step control law can be carried out by pulse width modulation control law, also called “pulse width modulation” (PWM) in English.
  • PWM pulse width modulation
  • a so-called “rotating” modulation is a modulation in which a switching cell M1, M2, M3, M4, M5, M6 different from the power converter is modulated at each switching.
  • This command has the advantage of being robust and requiring little computing power.
  • the step-by-step control law is carried out by means of a pulse frequency modulation control law. This reduces a maximum value of the harmonics generated during motor operation.
  • the pulse duty cycle Rin increases linearly over the period Tp of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS.
  • the increase in the pulse duty cycle in has a growth slope dependent on a desired rotation speed of the rotor and/or a desired working torque.
  • a pulse frequency of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SM5, SM6 varies as a function of a desired motor rotation speed.
  • the period Tp of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS is determined by a stopping condition dependent on a movement of the motor rotor of a predefined angle of rotation and/or or a maximum supply voltage threshold.
  • the stopping condition determines the period Tp of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS and therefore a frequency between each rotation step.
  • the stopping condition dependent on the movement of the rotor makes it possible to start a new period Tp of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS as soon as the movement of one step of the rotor is achieved.
  • the maximum value of the supply voltage supplied to the electrical phase U, V, W corresponds to the minimum necessary to achieve the movement of the rotor by one rotation step.
  • This stopping condition therefore allows a reduction in the electrical consumption of the motor by taking into account a load from an external environment of the motor, in particular the weight of a screen 2 of the concealment device 3 to be driven by the motor .
  • the maximum value of the supply voltage therefore varies between each step, or between each period Tp of the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS.
  • the stopping condition dependent on a maximum voltage threshold corresponds to a supply of the electrical phase U, V, W as long as the maximum value of the supply voltage has not reached the maximum voltage threshold.
  • the maximum voltage threshold must therefore be chosen so to ensure the movement of the rotor. In other words, the maximum voltage threshold takes into account the highest load from the external environment of the motor. However, this stopping condition does not require determining whether the rotor movement has occurred.
  • the control device 15 implements a control method comprising a step of controlling a first switching cell M1, M2, M3, M4, M5, M6 with a first control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SMS , SMS, said control step comprising, as long as a stopping condition is not reached: a first phase in which the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SM5, SM6 comprises a first pulse h with a first duty cycle value; then a second phase in which the control signal SMI, SM2, SM3, SM4, SM5, SM6 comprises a second pulse h with a second duty cycle value, greater than the first duty cycle value.
  • the method comprises a phase of determining the movement of the motor rotor by a predefined angle of rotation implementing at least one position sensor and/or determining the movement of the rotor by means of at least one signal representative of the position of the rotor, different from a signal emitted by the position sensor.
  • Figure 7 illustrates a modeling of a rotation speed, a torque, a position and the currents of each electrical phase U, V, W, of a motor controlled by means of a control law of the type step by step according to the state of the art, the control imposing a speed setpoint of 30rpm and a resistance torque of 10mNm.
  • each motor phase U, V, W has a substantially square shape at each step of the motor or over each period Tp of the control signal.
  • the rotation speed presents fluctuations varying by 44rad/s
  • the motor torque varies by 22mNm
  • the position of the rotor quickly reaches the position of step P'1 then oscillates around this position before stabilizing.
  • Figure 8 illustrates a modeling of the rotation speed, torque, position and currents of each electrical phase U, V, W, of the motor controlled by means of the step-by-step type control law. not according to the invention, the control imposing a speed setpoint of 30rpm and a resistant torque of 10mNm as previously.
  • the current of each motor phase U, V, W has a substantially linearly increasing form at each step of the motor or over each period Tp of the control signal.
  • the rotation speed presents fluctuations varying by 16rad/s
  • the motor torque varies by 2mNm, it is therefore strongly smoothed, and the position P1 of the rotor is reached progressively.
  • the movement of the motor carried out with the control law according to the invention allows a less jerky movement than in the state of the art.
  • the invention and more particularly the creation of a gradually increasing supply voltage, makes it possible to operate the motor at very low rotation speed with a low speed variation and a low torque variation over one step.
  • the position of the rotor varies in a less jerky manner, which reduces the noise and vibrations emitted during engine operation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Dispositif de contrôle (15) d'un moteur électrique (16) synchrone comprenant un stator alimenté électriquement par une phase électrique (U, V, W) d'un convertisseur de puissance, le convertisseur de puissance comprenant une ligne électrique munie de cellules de commutation (M1, M2, M3, M4, M5, M6), le convertisseur de puissance pilote au moyen d'une loi de commande de type pas à pas chaque cellule de commutation (M1, M2, M3, M4, M5, M6) au moyen d'un signal de commande (SM1, SM2, SM3, SM4, SM5, SM6) qui comprend une pluralité d'impulsions (11, 12, 13, 14, 15) sur une période (Tp) du signal de commande (SM1, SM2, SM3, SM4, SM5, SM6) correspondant à un pas de rotation du rotor, lesdites impulsions (11, 12, 13, 14, 15) présentant un rapport cyclique d'impulsion (Rln) croissant sur la période (Tp) du signal de commande (SM1, SM2, SM3, SM4, SM5, SM6).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Dispositif et procédé de contrôle d’un moteur électrique avec une loi de commande de type pas à pas
L’invention concerne le domaine des moteurs électriques et plus particulièrement un dispositif de contrôle d’un moteur électrique, un actionneur électromécanique destiné à un entraînement d’un dispositif d’occultation dans une installation domotique et un procédé de contrôle.
L’invention s’applique dans le domaine des installations domotiques comprenant un dispositif d’occultation d’une ouverture d’un bâtiment telle qu’une porte ou une fenêtre. Ledit dispositif d’occultation, par exemple un écran intérieur, un store enroulable ou un store vénitien, est manœuvrable par le biais d’un actionneur électromécanique. La manœuvre, réalisée par un moteur électrique de l’actionneur électromécanique, consiste en un déploiement ou un repli du dispositif d’occultation et/ou en une modification de l’orientation, c'est-à-dire de l’angle d’inclinaison, de lames du dispositif d’occultation.
Un moteur électrique synchrone connu pour un tel actionneur électromécanique comporte classiquement un rotor comprenant plusieurs pôles, constitués notamment par des aimants permanents, et un stator comprenant au moins un enroulement. Un tel moteur synchrone est par exemple un moteur « sans balais » à courant continu, également désigné par la terminologie BLDC (Brushless DC), ou moteur synchrone à aimants permanents, également désigné par l’acronyme anglais PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) ou un moteur synch roréluctant avec ou sans aimant permanent.
Dans la suite de la description, on considère de manière non limitative que le stator comprend trois enroulements.
Chaque enroulement du stator est alimenté par un courant d’alimentation électrique périodique triphasé via trois phases électriques, désignées par U, V et W dans la suite de la description, d’un convertisseur de puissance.
Le convertisseur de puissance est configuré pour générer le courant d'alimentation sur chaque phase électrique de façon à alimenter chaque enroulement ou groupe d’enroulements, afin de créer un champ magnétique tournant par rapport au stator et ainsi entraîner en rotation le rotor. Le convertisseur de puissance comprend une pluralité de cellules de commutation, par exemple de type MOSFET, qui sont commandées en ouverture et fermeture par une loi de commande déterminée par un dispositif de contrôle. La loi de commande génère au moins un signal de commande comprenant une pluralité d’impulsions. La loi de commande permet de faire varier une vitesse de rotation du rotor, notamment sous la forme d’une rampe lors des phases transitoires de démarrage, d’arrêt ou de modification d’une vitesse nominale pour s’adapter à différentes situations.
Il est par ailleurs connu de commander des moteurs électriques en utilisant une commande dite « pas à pas ». Dans une telle commande, l’alimentation des enroulements est réalisée de sorte à faire tourner le rotor d’un angle déterminé correspondant à un « pas ». L’angle de rotation, ou le pas de rotation du moteur, dépend du nombre de phases électriques du stator et du nombre de paires de pôles du rotor. Plusieurs pas successifs peuvent être effectués dans le même sens de rotation avec ou sans un arrêt du rotor entre chaque pas. Autrement dit, un pas correspond à un mouvement entre deux positions angulaires stables du moteur. Une telle commande pas à pas est effectuée en boucle ouverte.
Cette commande à l’avantage de permettre une rotation à très faible vitesse et une bonne précision de la position du rotor. Cependant, elle génère des saccades d’ordres successifs qui entrainent des variations importantes d’un couple exercé par le moteur. Ainsi la commande pas à pas crée des vibrations et un bruit audible lors du fonctionnement du moteur. Ces vibrations et ce bruit seraient considérés comme particulièrement gênants dans les installations domotiques. L’invention a pour but de proposer une loi de commande pas à pas nécessitant peu de puissance de calcul et permettant de diminuer les vibrations et le bruit émis par rapport à une commande pas à pas classique pour un actionneur électromécanique utilisable dans des applications domotiques, notamment à l’intérieur d’un bâtiment.
L’invention a pour objet un dispositif de contrôle d’un moteur électrique synchrone comprenant au moins un rotor et au moins un stator, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement alimenté électriquement par une phase électrique d’un convertisseur de puissance, ledit convertisseur de puissance comprenant pour chaque phase électrique, au moins une ligne électrique munie de cellules de commutation, le dispositif de contrôle pilotant le convertisseur de puissance au moyen d’une loi de commande de type pas à pas, caractérisé en ce que la loi de commande pilote chaque cellule de commutation au moyen d’un signal de commande qui comprend une pluralité d’impulsions sur une période du signal de commande correspondant à un pas de rotation du rotor, lesdites impulsions présentant un rapport cyclique d’impulsion croissant sur la période du signal de commande.
Le convertisseur de puissance contient au moins une ligne électrique dont chacune des parties de la ligne électrique en lien avec une masse électrique du convertisseur de puissance sera qualifiée de « côté masse », ou « low side » en anglais, et chacune des parties de la ligne électrique en lien avec une alimentation du convertisseur de puissance sera qualifiée de « côté alimentation » ou « high side » en anglais. Chaque ligne électrique comporte sur le côté masse une première cellule de commutation, par exemple de type MOSFET ou transistor de type «IGBT» (acronyme du terme anglo-saxon Insulated Gate Bipolar Transistor), aussi qualifiée de « low side » et sur le côté alimentation une seconde cellule de commutation, par exemple de type MOSFET ou transistor de type «IGBT», aussi appelée « high side », selon un schéma connu de l’Homme du Métier.
Chaque enroulement, ou groupe d’enroulements, du stator du moteur est alimenté par une phase électriques du convertisseur de puissance. Plus particulièrement, chaque phase électrique est reliée à une ligne électrique entre la cellule de commutation côté masse et la cellule de commutation côté alimentation.
Chaque cellule de commutation du convertisseur de puissance comprend un état activé dans lequel la cellule de commutation permet un passage d’un courant et un état bloquant dans lequel ladite cellule de commutation bloque ledit passage de courant. Chaque cellule de commutation est commandée par un signal de commande.
La loi de commande du dispositif de contrôle correspond à l’ensemble des signaux de commande. Le dispositif de contrôle est donc un ensemble de composants électroniques, et un ensemble de programmes logiciels qui permettent de piloter les cellules de commutation du convertisseur de puissance.
La loi de commande génère, à chaque pas de rotation du rotor, c'est-à-dire sur une période du signal de commande, un signal de commande pour chaque cellule de commutation commandée. Ledit signal de commande comprend une pluralité d’impulsions, une impulsion correspondant au signal de commande à un niveau haut.
Selon l’invention, la loi de commande est de type pas à pas. Une période du signal de commande correspond donc à un pas de rotation. Autrement dit, à chaque pas, une nouvelle période du signal de commande est créée. A chaque période de signal correspond également une séquence de commutation des cellules de commutation. La commande est réalisée en boucle ouverte.
On définit le rapport cyclique de modulation du signal de commande comme le rapport entre la somme des durées d’impulsion, et la période du signal de commande, suivant la formule : [Math 1]
Avec
Rm : rapport cyclique de modulation du signal de commande tin : temps de l’impulsion n
TP : période du signal de commande
Pendant la période du signal de commande, les impulsions sont réalisées suivant une fréquence d’impulsion, ou autrement dit suivant une période d’impulsion. La fréquence d’impulsion peut être fixe ou variable sur la période du signal de commande. On définit le rapport cyclique d’impulsion comme le rapport entre la durée de l’impulsion et la période de l’impulsion, suivant la formule :
[Math 2]
K pIn _ — T tln In
Avec
Rin : rapport cyclique de l’impulsion n tin : temps de l’impulsion n
Tin : la période de l’impulsion n
Ainsi, un rapport cyclique d’impulsion de 50% signifie que le signal de commande est au niveau haut 50% du temps de la période d’impulsion.
Les impulsions du signal de commande selon l’invention présentent un rapport cyclique croissant sur chaque période du signal de commande. Autrement dit, sur chaque période du signal de commande, la durée de chaque impulsion successive augmente. Le signal de commande comprend donc une pluralité d’impulsions dont la durée de chaque impulsion est croissante sur la période du signal de commande.
Ainsi, une tension d’alimentation moyenne de l’au moins une phase électrique, et donc un courant d’alimentation, varie de manière croissante entre une valeur minimale d’alimentation et une valeur maximale d’alimentation, à chaque période du signal de commande.
L’invention, et plus particulièrement la création d’une tension d’alimentation graduellement croissante, permet de faire fonctionner le moteur à très faible vitesse de rotation avec une variation de vitesse et une variation de couple faibles sur un pas. Ainsi, la position du rotor varie de manière moins saccadée ce qui diminue le bruit et les vibrations émis lors du fonctionnement du moteur.
L’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation non représenté, la valeur minimale de la tension d’alimentation moyenne vaut zéro entre deux périodes successives du signal de commande.
Ainsi, le mouvement du moteur présente un arrêt entre deux pas successifs.
Selon un mode de réalisation, la valeur minimale de la tension d’alimentation moyenne est différente de zéro entre deux périodes successives du signal de commande.
Ainsi, le mouvement du moteur est relativement constant.
Selon un mode de réalisation, la loi de commande pas à pas est réalisée au moyen d’une loi de commande en modulation de largeur d’impulsion.
Afin de pouvoir régler le niveau de la tension alimentant les phases électriques du moteur, la loi de commande pas à pas peut être réalisée par loi de commande en modulation de largeur d’impulsion, également appelée « pulse width modulation » (PWM) en anglais. Une modulation dite « tournante » est une modulation dans laquelle une cellule de commutation différente du convertisseur de puissance est modulée à chaque commutation.
Cette commande a l’avantage d’être robuste et de requérir peu de puissance de calcul.
Selon un mode de réalisation, la loi de commande pas à pas est réalisée au moyen d’une loi de commande en modulation de fréquence d’impulsion. Ainsi on diminue une valeur maximale des harmoniques générées lors du fonctionnement du moteur.
Selon un mode de réalisation, le rapport cyclique d’impulsion augmente linéairement sur la période du signal de commande.
Selon un mode de réalisation, l’augmentation du rapport cyclique d’impulsion a une pente de croissance dépendante d’une vitesse de rotation souhaitée du rotor et/ou d’un couple de travail souhaité.
Autrement dit, le rapport cyclique d’impulsion varie sur la période du signal de commande et/ou à chaque signal de commande.
Ainsi, le mouvement du moteur est parfaitement adapté aux contraintes s’exerçant sur celui-ci.
Selon un mode de réalisation, une fréquence d’impulsion du signal de commande varie en fonction d’une vitesse de rotation moteur souhaitée.
Plus la vitesse de rotation du moteur souhaitée est faible et plus la fréquence d’impulsion est importante.
Selon un mode de réalisation, la période du signal de commande est déterminée par une condition d’arrêt dépendante d’un mouvement du rotor du moteur d’un angle de rotation prédéfini et/ou d’un seuil de tension d’alimentation maximale.
La condition d’arrêt détermine la période du signal de commande et donc une fréquence entre chaque pas de rotation.
La condition d’arrêt dépendante du mouvement du rotor permet de débuter une nouvelle période du signal de commande dès la réalisation du mouvement d’un pas du rotor. Autrement dit, la valeur maximale de la tension d’alimentation fournie à la phase électrique correspond au minimum nécessaire pour réaliser le mouvement du rotor d’un pas de rotation. Cette condition d’arrêt permet donc une diminution de la consommation électrique du moteur par une prise en compte d’une charge d’un environnement extérieur du moteur, notamment du poids d’un écran du dispositif d’occultation à entrainer par le moteur. La valeur maximale de la tension d’alimentation varie donc entre chaque pas, ou entre chaque période du signal de commande.
La condition d’arrêt dépendante d’un seuil de tension maximale correspond à une alimentation de la phase électrique tant que la valeur maximale de la tension d’alimentation n’a pas atteint le seuil de tension maximale. Le seuil de tension maximale doit donc être choisi de sorte à assurer le mouvement du rotor. Autrement dit, le seuil de tension maximale prend en compte la charge de l’environnement extérieur du moteur la plus élevée. Cependant, cette condition d’arrêt ne nécessite pas de déterminer la réalisation du mouvement du rotor.
Selon un mode de réalisation, le mouvement du rotor est déterminé par au moins un capteur de position.
Selon un mode de réalisation, le mouvement du rotor est déterminé au moyen d’au moins un signal représentatif de la position du rotor, différent d’un signal émis par un capteur de position. Par exemple, le signal représentatif de la position angulaire du rotor peut être relatif à la force contre-électromotrice générée par le moteur au niveau d'un ou plusieurs des enroulements tel que cela est décrit dans le document WO2014/207387.
L’invention porte également sur un actionneur électromécanique destiné à un entraînement d’un dispositif d’occultation dans une installation domotique, l’actionneur électromécanique comprenant un moteur électrique synchrone muni d’au moins un rotor et d’au moins un stator, l’actionneur comprenant également un convertisseur de puissance, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement alimenté électriquement par une phase électrique du convertisseur de puissance, ledit convertisseur de puissance comprenant pour chaque phase électrique, au moins une ligne électrique munie de cellules de commutation, l’actionneur comprenant également un dispositif de contrôle conforme à l’invention, pour le pilotage du convertisseur de puissance.
L’invention porte également sur un procédé de contrôle mettant en œuvre un dispositif de contrôle d’un moteur électrique synchrone comprenant au moins un rotor et au moins un stator, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement alimenté électriquement par une phase électrique d’un convertisseur de puissance, ledit convertisseur de puissance comprenant pour chaque phase électrique, au moins une ligne électrique munie de cellules de commutation, le dispositif de contrôle pilotant le convertisseur de puissance au moyen d’une loi de commande de type pas à pas, caractérisé en ce que la loi de commande détermine au moins une variation d’un rapport cyclique d’impulsion sur une période d’un signal de commande correspondant à un pas de rotation du rotor, le dispositif de contrôle comprenant une étape de commande d’une première cellule de commutation avec un premier signal de commande, ladite étape de commande comprenant, tant qu’une condition d’arrêt n’est pas atteinte: une première phase dans laquelle le signal de commande comprend une première impulsion avec une première valeur de rapport cyclique; puis une deuxième phase dans laquelle le signal de commande comprend une deuxième impulsion avec une deuxième valeur de rapport cyclique, supérieure à la première valeur de rapport cyclique. Ainsi, la tension d’alimentation moyenne de l’au moins une phase électrique, et donc un courant d’alimentation, varie de manière croissante entre une première valeur d’alimentation et une deuxième valeur d’alimentation.
Selon un mode de réalisation, la condition d’arrêt dépend d’un mouvement du rotor du moteur d’un angle de rotation prédéfini et/ou d’un seuil de tension d’alimentation maximale.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une phase de détermination du mouvement du rotor du moteur d’un angle de rotation prédéfini.
Selon un mode de réalisation, la phase de détermination du mouvement du rotor met en œuvre au moins un capteur de position.
Selon un mode de réalisation, la phase de détermination du mouvement du rotor détermine le mouvement du rotor relativement à un signal représentatif de la position du rotor, différent d’un signal émis par un capteur de position..
L’invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à plusieurs modes de réalisation selon la présente invention, donné à titre d’exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
[Fig. 1] est une représentation schématique d’une période d’un signal de commande selon l’invention pour une cellule de commutation;
[Fig. 2] est une représentation schématique d’une loi de commande selon l’invention sur une période électrique;
[Fig. 3] est une coupe schématique transversale d’une installation conforme à un mode de réalisation de l’invention,
[Fig. 4] est une vue schématique en perspective de l’installation illustrée à la figure 3,
[Fig. 5] la figure 3 est une coupe schématique d’un actionneur électromécanique de l’installation illustrée aux figures 3 et 4, selon un plan de coupe passant par un axe de rotation d’un arbre de sortie de l’actionneur électromécanique,
[Fig. 6] est une représentation schématique d’un convertisseur de puissance et d’un moteur électrique ;
[Fig. 7] est une modélisation d’une vitesse de rotation, d’un couple, d’une position et des courants de chaque phase électrique d’un moteur piloté au moyen d’une loi de commande de type pas à pas selon l’état de l’art ;
[Fig. 8] est une modélisation de la vitesse de rotation, du couple, de la position et des courants de chaque phase électrique du moteur piloté au moyen d’une loi de commande de type pas à pas selon l’invention ;
Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. Pour faciliter la lecture des dessins, les mêmes éléments portent les mêmes références d'une figure à l'autre. On va décrire tout d’abord, en référence aux figures 3 et 4, une installation conforme à l’invention et installée dans un bâtiment B comportant une ouverture 1 , fenêtre ou porte, équipée d’un écran 2 appartenant à un dispositif d’occultation 3, en particulier un store enroulable motorisé.
Le dispositif d’occultation 3 peut être alternativement un volet roulant, un store avec des lames orientables, ou encore une porte enroulable. En pratique, la présente invention s’applique à tous les types de dispositif d’occultation comprenant un arbre d’enroulement motorisé en rotation.
On va décrire, en référence aux figures 3 à 5, un store motorisé conforme à un mode de réalisation de l’invention.
L’écran 2 du dispositif d’occultation 3 est enroulé sur un arbre d’enroulement 4, prévu sous la forme d’un tube d’enroulement, entraîné par un dispositif d’entraînement motorisé 5. L’écran 2 est mobile entre une position enroulée, en particulier haute, et une position déroulée, en particulier basse.
Le dispositif d’entraînement motorisé 5 comprend un actionneur électromécanique 11 , en particulier de type tubulaire, permettant de mettre en rotation le tube d’enroulement 4 de sorte à dérouler ou enrouler l’écran 2 du dispositif d’occultation 3, c’est-à-dire que le tube d’enroulement permet un déploiement ou un repliement du dispositif d’occultation 3.
Le dispositif d’occultation 3 comprend le tube d’enroulement 4 pour enrouler l’écran 2. Dans l’état monté de l’installation domotique, l’actionneur électromécanique 11 est inséré dans le tube d’enroulement 4.
L’actionneur électromécanique 11 et le tube d’enroulement 4 sont tous deux positionnés de manière coaxiale le long d’un axe longitudinal X. Le diamètre intérieur du tube d’enroulement 4 est sensiblement équivalent au diamètre externe de l’actionneur électromécanique 11 , de sorte que l’actionneur électromécanique 11 peut être inséré dans le tube d’enroulement 4 lors de l’assemblage du dispositif d’occultation 3.
De manière connue, l’écran 2 du dispositif d’occultation 3 est formé par une toile, laquelle s’accroche par une première extrémité, au tube d’enroulement et par l’autre extrémité à une barre lestée 8.
La position haute enroulée de l’écran correspond à la position de la barre lestée au niveau du tube d’enroulement et la position basse déroulée correspond à la position de la barre lestée 8 de l’écran 2 au niveau du seuil 7 de l'ouverture 1 . Le déploiement de l’écran peut être guidé par des coulisses 6.
Le tube d’enroulement 4 peut être disposé à l’intérieur d’un coffre 9 ou être apparent. Le tube d’enroulement 4 est mobile en rotation par rapport à un support 10, tel qu’une joue, du coffre 9. Le dispositif d’entraînement motorisé 5 est commandé par une unité de commande. L’unité de commande peut être, par exemple, une unité de commande locale 12, où l’unité de commande locale 12 peut être reliée en liaison filaire ou non filaire avec une unité de commande centrale 13. L’unité de commande 12 est représentée ici en version radio avec une antenne 12a. L’unité de commande centrale 13 pilote l’unité de commande locale 12, ainsi que d'autres unités de commande locales similaires et réparties dans le bâtiment. Elle est représentée ici munie d’une antenne radio 13a.
L'unité de commande centrale 13 peut être en communication avec un ou plusieurs capteurs, non représentés, pouvant être configurés pour déterminer, par exemple, une température, une luminosité intérieure ou extérieure.
Une télécommande 14, pouvant être un type d’unité de commande locale, et pourvue d'un clavier de commande, qui comprend des moyens de sélection et éventuellement d’affichage, permet, en outre, à un utilisateur d'intervenir sur l’actionneur électromécanique 11 et/ou l’unité de commande locale 12 et/ou centrale 13.
Le dispositif d’entraînement motorisé 5 est, de préférence, configuré pour exécuter les commandes de déroulement ou d'enroulement de l’écran 2 du dispositif d’occultation 3, pouvant être émises notamment par la télécommande 14, l’unité de commande locale 12, l’unité de commande centrale 13 ou un capteur.
On va décrire à présent, plus en détail, l’actionneur électromécanique 11 appartenant à l’installation domotique des figures 3 à 5.
L’actionneur électromécanique 11 est alimenté en énergie électrique par un réseau d’alimentation électrique du bâtiment, par exemple par le réseau alternatif du secteur ou par un bus à courant continu, ou encore au moyen d’une batterie non représentée, pouvant être rechargée, par exemple, par un panneau photovoltaïque. Ici, l’actionneur électromécanique 11 comprend un câble d’alimentation électrique 18 permettant son alimentation en énergie électrique depuis le réseau d’alimentation électrique du secteur.
Des moyens de commande de l’actionneur électromécanique 11 , permettant le déplacement de l’écran 2 du dispositif d’occultation 3, sont constitués par au moins un dispositif de contrôle 15. Les moyens de commande de l’actionneur électromécanique 11 comprennent des moyens matériels et/ou logiciels. A titre d’exemple nullement limitatif, les moyens matériels peuvent comprendre au moins un microcontrôleur.
Le dispositif de contrôle 15 est apte à mettre en fonctionnement un moteur électrique 16 de l’actionneur électromécanique 11 et, en particulier, à permettre l’alimentation en énergie électrique du moteur électrique 16. Ainsi, le dispositif de contrôle 15 commande, notamment, le moteur électrique 16, de sorte à ouvrir ou fermer l’écran 2, comme décrit précédemment.
Le dispositif de contrôle 15 est notamment configuré pour piloter le moteur électrique 16 de manière à mettre en mouvement l’écran 2 pour le déplacer entre une position actuelle et une position d’arrêt souhaitée. Le dispositif de contrôle 15 de l’actionneur électromécanique 11 peut comprendre un dispositif de détection d’obstacle et de fins de course (non représenté) lors de l’enroulement de l’écran 2 et lors du déroulement de cet écran.
Le dispositif de contrôle 15 comprend un module de réception d’ordres, en particulier d’ordres radioélectriques émis par un émetteur d’ordres, tel que la télécommande 14, destiné à commander l’actionneur électromécanique 11. Le module de réception d’ordres peut ainsi recevoir des consignes de position et/ou ordres de mouvement, tels que, par exemple, ouvrir ou fermer l’écran 2, provenant par exemple d’une unité de commande locale 12, d’une télécommande 14, d’une unité de commande centrale 13 ou d’un capteur de l’installation domotique. Le module de réception d’ordres peut également permettre la réception d’ordres transmis par des moyens filaires.
Ici, et tel qu’illustré à la figure 5, le dispositif de contrôle 15 est disposé à l’intérieur d’un carter 17 de l’actionneur électromécanique 11.
Dans un autre mode de réalisation non représenté, l’actionneur électromécanique 11 est destiné à être placé dans un rail profilé en U et destiné à entraîner en rotation un arbre d’enroulement sur lequel s’enroulent des cordons associés à l’écran.
Le carter 17 de l’actionneur électromécanique 11 est, préférentiellement, de forme cylindrique. Dans un mode de réalisation, le carter 17 peut être réalisé dans un matériau métallique. La matière du carter de l’actionneur électromécanique n’est nullement limitative et peut être différente, il peut en particulier s’agir de matière plastique.
L’actionneur électromécanique 11 comprend également un réducteur 19, en particulier un réducteur épicycloïdal et un arbre de sortie 20. Avantageusement, le moteur électrique 16 et le réducteur 19 sont disposés à l’intérieur du carter 17 de l’actionneur électromécanique 11.
L’arbre de sortie 20 de l’actionneur électromécanique 11 est disposé à l’intérieur du tube d’enroulement 4 et, au moins en partie, à l’extérieur du carter 17 de l’actionneur électromécanique 11.
L’arbre de sortie 20 de l’actionneur électromécanique 11 est accouplé par un accessoire de liaison 30 au tube d’enroulement 4, en particulier un accessoire de liaison en forme de roue.
L’actionneur électromécanique 11 comprend également un support de couple 21 , monté au niveau d’une extrémité du carter 17 opposée à l’arbre de sortie 20 et obturant l’extrémité du carter 17. Le carter 17 et le support de couple 21 sont fixes en rotation l’un par rapport à l’autre. Le support de couple 21 de l’actionneur électromécanique 11 est fixé au support 10 du coffre 9 du dispositif d’occultation 3. Le support de couple 21 est également appelé « point fixe » de l’actionneur électromécanique 11 .
L’actionneur électromécanique 11 comprend également une couronne-palier montée sur le carter 17 et libre en rotation par rapport au carter 17. La couronne-palier est fixée en rotation au tube d’enroulement 4, de sorte que la couronne-palier assure une fonction de palier en rotation du tube d’enroulement 4 sur le carter 17, à proximité du support de couple 21 .
Le dispositif de contrôle 15 de l’actionneur électromécanique 11 comprend un circuit de redressement D1 , D2, D3, D4 de la tension alternative du réseau d’alimentation électrique permettant de transformer le courant alternatif du réseau d’alimentation en un courant continu, et un convertisseur de puissance. Le convertisseur de puissance est ainsi connecté électriquement à une source de tension alternative V1 . La valeur de la tension alternative V1 est définie par rapport à une tension de référence. Alternativement, le circuit de redressement de la tension alternative du réseau d’alimentation électrique peut être externe à l’actionneur électromécanique 11.
Le convertisseur de puissance contient trois lignes électriques dont chacune des parties des lignes électriques en lien avec une masse électrique de la source de tension alternative V1 du convertisseur de puissance sera qualifiée de « côté masse », ou « low side » en anglais, et chacune des parties des lignes électriques en lien avec une alimentation de la source de tension alternative V1 du convertisseur de puissance sera qualifiée de « côté alimentation » ou « high side » en anglais. Chaque ligne électrique comporte sur le côté masse une première cellule de commutation M4, M5, M6, par exemple de type MOSFET ou transistor de type «IGBT» (acronyme du terme anglo-saxon Insulated Gate Bipolar Transistor), aussi qualifiée de « low side » et sur le côté alimentation une seconde cellule de commutation M1 , M2, M3, par exemple de type MOSFET ou transistor de type «IGBT», aussi appelée « high side », tel que représenté en figure 6.
Des phases électriques U, V, W alimentant des enroulements, ou groupe d’enroulements, Ph1 , Ph2, Ph3 du stator du moteur sont reliées par les lignes électriques de l’onduleur. Plus particulièrement, chaque phase U, V, W est reliée à une ligne électrique du convertisseur de puissance, entre la cellule de commutation côté masse M4, M5, M6 et la cellule de commutation côté alimentation M1 , M2, M3.
Chaque cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 du convertisseur de puissance comprend un état activé dans lequel la cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 permet un passage d’un courant et un état bloquant dans lequel ladite cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 bloque ledit passage de courant. Chaque cellule de commutation est commandée par un signal de commande.
Une loi de commande du convertisseur de puissance correspond à l’ensemble des signaux de commande. Le convertisseur électrique alimente ainsi en énergie électrique les enroulements, ou groupe d’enroulements, Ph1 , Ph2, Ph3, de sorte à produire le champ électromagnétique tournant provoquant l’entraînement en rotation du rotor du moteur électrique 16. Enfin le convertisseur de puissance comprend une résistance électrique R2 positionnée en série entre le réseau d’alimentation électrique V1 et la cellule de commutation M6. Cette résistance est également appelée résistance de shunt R2.
Le moteur électrique 16 comprend un stator et un rotor positionnés de manière coaxiale autour de l’axe longitudinal ou axe de rotation X.
Le moteur électrique 16 est synchrone, par exemple un moteur « sans balais » à commutation électronique, ou un moteur synchrone à aimants permanents, appelé« PMSM » (acronyme du terme anglais Permanent Magnetic Synchron Motor), ou un moteur synchroréluctant avec ou sans aimant permanents.
Le moteur comprend un rotor muni de pôles et un stator comprenant les enroulements, ou groupe d’enroulements Ph1 , Ph2, Ph3, en l’occurrence trois, reliés électriquement entre eux, tel qu’illustré schématiquement à la figure 6. Plus précisément, les enroulements Ph1 , Ph2, Ph3 sont reliés entre eux de sorte que lorsqu’ils sont parcourus alternativement par un courant d’alimentation, ils produisent un champ électromagnétique tournant qui entraîne en rotation le rotor.
Chaque enroulement, ou groupe d’enroulements, Ph1 , Ph2, Ph3 du stator est alimenté par une phase électrique U, V, W comme cela est visible sur la figure 6.
Le dispositif de contrôle 15 de l’actionneur électromécanique 11 comprend également un dispositif de détermination de la position angulaire du rotor (non représentés). Ce dispositif est configuré pour fournir au dispositif de contrôle 15 un signal représentatif de la position angulaire du rotor par rapport au stator. La position angulaire est ici définie par rapport aux positions des enroulements Ph1 , Ph2, Ph3 sur le stator et exprimée sous la forme d'un angle, dit angle électrique, qui peut prendre une valeur comprise dans l'intervalle [0°, 360°] modulo 360°. Ainsi, l'angle 360° correspond à l'angle 0°. La position d'origine de l'angle est ici choisie égale à 0°. Selon un mode de réalisation, le dispositif de détermination peut être un capteur physique. Le dispositif de détermination de la position angulaire du rotor comprend au moins un capteur positionné de manière fixe par rapport au stator, de préférence intégré à celui-ci. De préférence, ce dispositif de détermination de position angulaire comprend au moins un capteurs à effet Hall à sortie binaire. De façon connue, de tels capteurs sont configurés pour réagir aux flux magnétiques des aimants du rotor et pour fournir chacun un signal représentatif de la position angulaire du rotor permettant de déterminer la position et la vitesse du rotor. Autrement dit, l’au moins un capteur est apte à fournir une position angulaire du rotor du moteur électrique autour de l’axe X et donc une position angulaire équivalente de l’arbre de sortie de l’actionneur électromécanique 11 . En variante, d'autres types de capteurs peuvent aussi être utilisés, comme des codeurs à roue. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de détermination de la position angulaire du rotor détermine la position du rotor au moyen d’au moins un signal représentatif de la position du rotor, différent d’un signal émis par un capteur de position, par exemple en mesurant la force contre- électromotrice générée par le moteur au niveau d'un ou plusieurs des enroulements Ph1 , Ph2, Ph3.
La loi de commande de type pas à pas selon l’invention va être décrite en détail en référence aux figures 1 et 2. La loi de commande comprend un signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SM6 pour chaque cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6. La loi de commande génère, à chaque pas de rotation du rotor, c'est-à-dire sur une période TP du signal de commande, un signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS pour chaque cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 commandée. Ledit signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SM6 comprend une pluralité d’impulsions h, I2, I3, k, I5, une impulsion h, I2, I3, k, I5, correspondant au signal de commande à un niveau haut.
Selon l’invention, la loi de commande est de type pas à pas. Dans une telle commande, l’alimentation des enroulements Ph1 , Ph2, Ph3 est réalisée de sorte à faire tourner le rotor d’un angle déterminé correspondant à un « pas ». L’angle de rotation, ou le pas de rotation du moteur, dépend du nombre de phases électriques du stator et du nombre de paires de pôles du rotor. Plusieurs pas successifs peuvent être effectués dans le même sens de rotation avec ou sans un arrêt du rotor entre chaque pas. Autrement dit, un pas correspond à un mouvement entre deux positions angulaires stables du moteur. Une telle commande pas à pas est effectuée en boucle ouverte.
La période TP du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS correspond donc à un pas de rotation. Autrement dit, à chaque pas, une nouvelle période Tp du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMB est créée.
Un rapport cyclique de modulation du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMB est le rapport entre la somme des durées tu, ti2, ti3, ti4, tis d’impulsion h, I2, h, k, Is, et la période TP du signal de commande, suivant la formule :
[Math 1]
Avec
Rm : rapport cyclique de modulation du signal de commande tin : temps de l’impulsion n
TP : période du signal de commande
Pendant la période TP du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMB, les impulsions h, I2, I3, k, Is, sont réalisées suivant une fréquence d’impulsion, ou autrement dit suivant une période Ti d’impulsion. La fréquence d’impulsion peut être fixe ou variable sur la période TP du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS.
Le rapport cyclique d’impulsion est le rapport entre la durée tu , ti2, ti3, ti4, tis de l’impulsion h, I2, I3, k, I5 et la période Ti de l’impulsion impulsions h, I2, I3, k, I5, suivant la formule :
[Math 2]
Avec
Rin : rapport cyclique de l’impulsion n tin : temps de l’impulsion n Tin : la période de l’impulsion n
Ainsi, un rapport cyclique d’impulsion Rin de 50% signifie que le signal de commande SMI , SM2, SMS, SM4, SM5, SM6 est au niveau haut 50% du temps de la période Ti d’impulsion h, I2, h, k, I5.
Les impulsions h, I2, h, I4, du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS selon l’invention présentent un rapport cyclique croissant. Autrement dit, sur chaque période Tp du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS, la durée tu, ti2, ti3, ti4, tis de chaque impulsion h, I2, I3, I4, h successive augmente. Le signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS comprend donc une pluralité d’impulsions h, I2, I3, k, h dont la durée de chaque impulsion h, I2, h, k, b est croissante sur la période Tp du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS.
Tel qu’illustrée sur la figure 2, les signaux de commande de deux cellules de commutation sont modulées sur une période TP du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS. De manière connue, lorsque la cellule de commutation M1 est modulée et qu’une autre cellule M5 ou M6 est commutée à un état haut, la phase électrique U est alimentée, lorsque la cellule de commutation M2 est modulée et qu’une autre cellule M4 ou M6 est commutée à un état haut, la phase électrique V est alimentée, lorsque la cellule de commutation M3 est modulée et qu’une autre cellule M4 ou M5 est commutée à un état haut, la phase électrique W est alimentée.
Ainsi, une tension d’alimentation moyenne de chaque phase électrique U, V, W, et donc un courant d’alimentation, varie de manière croissante entre une valeur minimale d’alimentation et une valeur maximale d’alimentation à chaque période Tp du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SM5, SM6.
Selon un mode de réalisation non représenté, la valeur minimale de la tension d’alimentation moyenne vaut zéro entre deux périodes Tp successives du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SM5, SM6.
Ainsi, le mouvement du moteur présente un arrêt entre deux pas successifs.
Selon un mode de réalisation, la valeur minimale de la tension d’alimentation moyenne est différente de zéro entre deux périodes Tp successives du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SM5, SM6. Ainsi, le mouvement du moteur est relativement constant.
Selon un mode de réalisation, la loi de commande pas à pas est réalisée au moyen d’une loi de commande en modulation de largeur d’impulsion.
Afin de pouvoir régler le niveau de la tension alimentant les phases électriques du moteur, la loi de commande pas à pas peut être réalisée par loi de commande en modulation de largeur d’impulsion, également appelée « pulse width modulation » (PWM) en anglais. Une modulation dite « tournante » est une modulation dans laquelle une cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 différente du convertisseur de puissance est modulée à chaque commutation.
Cette commande a l’avantage d’être robuste et de requérir peu de puissance de calcul.
Selon un mode de réalisation, la loi de commande pas à pas est réalisée au moyen d’une loi de commande en modulation de fréquence d’impulsion. Ainsi on diminue une valeur maximale des harmoniques générées lors du fonctionnement du moteur.
Selon un mode de réalisation, le rapport cyclique d’impulsion Rin augmente linéairement sur la période Tp du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS.
Selon un mode de réalisation, l’augmentation du rapport cyclique d’impulsion in a une pente de croissance dépendante d’une vitesse de rotation souhaitée du rotor et/ou d’un couple de travail souhaité.
Selon un mode de réalisation, une fréquence d’impulsion du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SM5, SM6 varie en fonction d’une vitesse de rotation moteur souhaitée.
Selon un mode de réalisation, la période Tp du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS est déterminée par une condition d’arrêt dépendante d’un mouvement du rotor du moteur d’un angle de rotation prédéfini et/ou d’un seuil de tension d’alimentation maximale.
La condition d’arrêt détermine la période Tp du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS et donc une fréquence entre chaque pas de rotation.
La condition d’arrêt dépendante du mouvement du rotor permet de débuter une nouvelle période Tp du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS dès la réalisation du mouvement d’un pas du rotor. Autrement dit, la valeur maximale de la tension d’alimentation fournie à la phase électrique U, V, W correspond au minimum nécessaire pour réaliser le mouvement du rotor d’un pas de rotation. Cette condition d’arrêt permet donc une diminution de la consommation électrique du moteur par une prise en compte d’une charge d’un environnement extérieur du moteur, notamment du poids d’un écran 2 du dispositif d’occultation 3à entrainer par le moteur. La valeur maximale de la tension d’alimentation varie donc entre chaque pas, ou entre chaque période Tp du signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS.
La condition d’arrêt dépendante d’un seuil de tension maximale correspond à une alimentation de la phase électrique U, V, W tant que la valeur maximale de la tension d’alimentation n’a pas atteint le seuil de tension maximale. Le seuil de tension maximale doit donc être choisi de sorte à assurer le mouvement du rotor. Autrement dit, le seuil de tension maximale prend en compte la charge de l’environnement extérieur du moteur la plus élevée. Cependant, cette condition d’arrêt ne nécessite pas de déterminer la réalisation du mouvement du rotor.
Le dispositif de contrôle 15 met en œuvre un procédé de contrôle comprenant une étape de commande d’une première cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 avec un premier signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS, ladite étape de commande comprenant, tant qu’une condition d’arrêt n’est pas atteinte: une première phase dans laquelle le signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SM5, SM6 comprend une première impulsion h avec une première valeur de rapport cyclique; puis une deuxième phase dans laquelle le signal de commande SMI , SM2, SM3, SM4, SM5, SM6 comprend une deuxième impulsion h avec une deuxième valeur de rapport cyclique, supérieure à la première valeur de rapport cyclique.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une phase de détermination du mouvement du rotor du moteur d’un angle de rotation prédéfini mettant en œuvre au moins un capteur de position et/ou déterminant le mouvement du rotor au moyen d’au moins un signal représentatif de la position du rotor, différent d’un signal émis par le capteur de position.
La figure 7 illustre une modélisation d’une vitesse de rotation, d’un couple, d’une position et des courants de chaque phase électrique U, V, W, d’un moteur piloté au moyen d’une loi de commande de type pas à pas selon l’état de l’art, la commande imposant une consigne de vitesse à 30rpm et un couple résistant de 10mNm.
Le courant de chaque phase moteur U, V, W présente une forme sensiblement en créneaux à chaque pas du moteur ou sur chaque période Tp du signal de commande. Ainsi, à chaque pas, la vitesse de rotation présente des fluctuations variant de 44rad/s, le couple moteur varie de 22mNm et la position du rotor atteint rapidement la position du pas P’1 puis oscille autour de cette position avant de se stabiliser.
A titre de comparaison, la figure 8 illustre une modélisation de la vitesse de rotation, du couple, de la position et des courants de chaque phase électrique U, V, W, du moteur piloté au moyen de la loi de commande de type pas à pas selon l’invention, la commande imposant une consigne de vitesse à 30rpm et un couple résistant de 10mNm comme précédemment.
Le courant de chaque phase moteur U, V, W présente une forme sensiblement linéairement croissante à chaque pas du moteur ou sur chaque période Tp du signal de commande. Ainsi, à chaque pas, la vitesse de rotation présente des fluctuations variant de 16rad/s, le couple moteur varie de 2mNm, il est donc fortement lissé, et la position P1 du rotor est atteinte de manière progressive. Le mouvement du moteur réalisé avec la loi de commande selon l’invention permet un mouvement moins saccadé que dans l’état de l’art. L’invention, et plus particulièrement la création d’une tension d’alimentation graduellement croissante, permet de faire fonctionner le moteur à très faible vitesse de rotation avec une variation de vitesse et une variation de couple faibles sur un pas. Ainsi, la position du rotor varie de manière moins saccadée ce qui diminue le bruit et les vibrations émis lors du fonctionnement du moteur.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d’équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de contrôle (15) d’un moteur électrique (16) synchrone comprenant au moins un rotor et au moins un stator, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement (Ph1 , Ph2, Ph3) alimenté électriquement par une phase électrique (U, V, W) d’un convertisseur de puissance, ledit convertisseur de puissance comprenant pour chaque phase électrique (U, V, W), au moins une ligne électrique munie de cellules de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6), le dispositif de contrôle (15) pilotant le convertisseur de puissance au moyen d’une loi de commande de type pas à pas, caractérisé en ce que la loi de commande pilote chaque cellule de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6) au moyen d’un signal de commande (SMI , SM2, SM3, SM4, SM5, SMS) qui comprend une pluralité d’impulsions (h, h, I3, I4, I5) sur une période (TP) du signal de commande (SMI , SM2, SM3, SM4, SMS, SMS) correspondant à un pas de rotation du rotor, lesdites impulsions (h, I2, I3, k, I5) présentant un rapport cyclique d’impulsion (Rin) croissant sur la période (TP) du signal de commande (SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS).
2. Dispositif de contrôle (15) selon la revendication 1 , dans lequel le rapport cyclique d’impulsion (Rin) augmente linéairement sur la période (TP) du signal de commande (SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS).
3. Dispositif de contrôle (15) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’augmentation du rapport cyclique d’impulsion (Rin) a une pente de croissance dépendante d’une vitesse de rotation souhaitée du rotor et/ou d’un couple de travail souhaité.
4. Dispositif de contrôle (15) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une fréquence d’impulsion du signal de commande (SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS) varie en fonction d’une vitesse de rotation moteur souhaitée.
5. Dispositif de contrôle (15) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la période (TP) du signal de commande (SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS) est déterminée par une condition d’arrêt dépendante d’un mouvement du rotor du moteur (16) d’un angle de rotation prédéfini et/ou d’un seuil de tension d’alimentation maximale.
6. Dispositif de contrôle (15) selon la revendication 5, dans lequel le mouvement du rotor est déterminé par au moins un capteur de position.
7. Dispositif de contrôle (15) selon la revendication 5, dans lequel le mouvement du rotor est déterminé au moyen d’au moins un signal représentatif de la position du rotor, différent d’un signal émis par un capteur de position.
8. Actionneur électromécanique (11 ) destiné à un entraînement d’un dispositif d’occultation (3) dans une installation domotique, l’actionneur électromécanique (11 ) comprenant un moteur électrique (16) synchrone muni d’au moins un rotor et d’au moins un stator, l’actionneur (1 1 ) comprenant également un convertisseur de puissance, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement (Ph1 , Ph2, Ph3) alimenté électriquement par une phase électrique (U, V, W) du convertisseur de puissance, ledit convertisseur de puissance comprenant pour chaque phase électrique (U, V, W), au moins une ligne électrique munie de cellules de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6), l’actionneur comprenant également un dispositif de contrôle (15) conforme à l’une au moins des revendications précédentes, pour le pilotage du convertisseur de puissance.
9. Procédé de contrôle mettant en œuvre un dispositif de contrôle (15) d’un moteur électrique (16) synchrone comprenant au moins un rotor et au moins un stator, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement (Ph1 , Ph2, Ph3) alimenté électriquement par une phase électrique (U, V, W) d’un convertisseur de puissance, ledit convertisseur de puissance comprenant pour chaque phase électrique (U, V, W), au moins une ligne électrique munie de cellules de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6), le dispositif de contrôle pilotant le convertisseur de puissance au moyen d’une loi de commande de type pas à pas, caractérisé en ce que la loi de commande détermine au moins une variation d’un rapport cyclique d’impulsion (Rin) sur une période (TP) d’un signal de commande (SMI, SM2, SM3, SM4, SMS, SMS) correspondant à un pas de rotation du rotor, le dispositif de contrôle (15) comprenant une étape de commande d’une première cellule de commutation avec un premier signal de commande, ladite étape de commande comprenant, tant qu’une condition d’arrêt n’est pas atteinte: une première phase dans laquelle le signal de commande comprend une première impulsion avec une première valeur de rapport cyclique; puis une deuxième phase dans laquelle le signal de commande comprend une deuxième impulsion avec une deuxième valeur de rapport cyclique, supérieure à la première valeur de rapport cyclique.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la condition d’arrêt dépend d’un mouvement du rotor du moteur d’un angle de rotation prédéfini et/ou d’un seuil de tension d’alimentation maximale.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, comprenant une phase de détermination du mouvement du rotor du moteur d’un angle de rotation prédéfini.
12. Procédé selon la revendication 11 , dans lequel la phase de détermination du mouvement du rotor met en œuvre au moins un capteur de position.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, dans lequel la phase de détermination du mouvement du rotor détermine le mouvement du rotor relativement à un signal représentatif de la position du rotor, différent d’un signal émis par un capteur de position.
EP23836903.7A 2022-12-28 2023-12-12 Dispositif et procede de controle d'un moteur electrique avec une loi de commande de type pas a pas Pending EP4643451A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2214608A FR3144726A1 (fr) 2022-12-28 2022-12-28 Dispositif et procédé de contrôle d’un moteur électrique avec une loi de commande de type pas à pas
PCT/FR2023/051983 WO2024141725A1 (fr) 2022-12-28 2023-12-12 Dispositif et procede de controle d'un moteur electrique avec une loi de commande de type pas a pas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4643451A1 true EP4643451A1 (fr) 2025-11-05

Family

ID=85685660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23836903.7A Pending EP4643451A1 (fr) 2022-12-28 2023-12-12 Dispositif et procede de controle d'un moteur electrique avec une loi de commande de type pas a pas

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4643451A1 (fr)
FR (1) FR3144726A1 (fr)
WO (1) WO2024141725A1 (fr)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3918538A1 (de) * 1989-06-07 1990-12-13 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur ansteuerung eines schrittmotors
EP0832513B1 (fr) * 1996-04-16 2001-10-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Commutation progressive, unite de commande de modulation de largeur d'impulsions et technique permettant de reduire l'ondulation de couple dans un moteur a courant continu polyphase
FR3007911B1 (fr) 2013-06-27 2015-06-26 Somfy Sas Dispositif de controle d’un moteur
US10734935B2 (en) * 2017-09-22 2020-08-04 GM Global Technology Operations LLC Quasi six-step PWM control

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024141725A1 (fr) 2024-07-04
FR3144726A1 (fr) 2024-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4232680B1 (fr) Procédé de commande en fonctionnement d'un dispositif d'occultation et dispositif d'occultation associé
WO2016177736A1 (fr) Procédés de configuration et de commande en fonctionnement d'un dispositif d'entraînement motorisé d'une installation domotique, dispositif d'entraînement motorisé et installation associés
EP4121626A1 (fr) Procédé de détection d'un obstacle, actionneur électromécanique et installation de fermeture ou de protection solaire
EP4272036B1 (fr) Procédé de commande en fonctionnement d'un dispositif d'entraînement motorisé et dispositif d'entraînement motorisé mettant en oeuvre un tel procédé
EP3372774B1 (fr) Procédés de configuration et de commande en fonctionnement d'un dispositif d'entraînement motorisé d'une installation domotique, dispositif d'entraînement motorisé et installation associés
FR3027336B1 (fr) Gamme de dispositifs d'entrainement motorise pour ecrans d'occultation
WO2024141725A1 (fr) Dispositif et procede de controle d'un moteur electrique avec une loi de commande de type pas a pas
EP3729638B1 (fr) Procédé d'estimation de la température interne d'une machine tournante, unité électronique de contrôle, actionneur et dispositif domotique associés
EP4643452A1 (fr) Dispositif et procédé de contrôle d'un moteur électrique prenant en compte un environnement mécanique du moteur
WO2023213786A1 (fr) Procédé de commande en fonctionnement d'un dispositif d'occultation dans une installation domotique et dispositif d'occultation associé
WO2001037410A1 (fr) Actionneur de vanne de climatisation d'air pour vehicule automobile
EP4175116A1 (fr) Dispositif d'entraînement motorisé, dispositif d'occultation et procédé de commande associés
WO2023111415A1 (fr) Dispositif et procédé de contrôle d'un moteur électrique en vue de réduire un bruit de fonctionnement
EP4345243B1 (fr) Dispositif d'occultation
EP4047170B1 (fr) Actionneur électromécanique, dispositif d entraînement motorisé comprenant un tel actionneur électromécanique et dispositif d occultation comprenant un tel dispositif d entraînement motorisé
FR3139592A1 (fr) Dispositif d’entraînement motorisé d’un dispositif d’occultation et dispositif d’occultation associé
FR3128733A1 (fr) Dispositif d’entraînement motorisé, dispositif d’occultation et procédé de commande associés
EP3910780A1 (fr) Dispositif d'alimentation électrique, actionneur électromécanique comportant un tel dispositif d'alimentation électrique, installation de fermeture, d'occultation ou de protection solaire comprenant un tel actionneur électromécanique
EP4230835A1 (fr) Actionneur électromécanique et dispositif d occultation comprenant un tel actionneur électromécanique
FR3159865A1 (fr) Procédé de commande en fonctionnement d’un actionneur électromécanique, actionneur électromécanique associé et dispositif d’occultation comprenant un tel actionneur
EP4278051A1 (fr) Procede de configuration d'au moins un dispositif d'entrainement motorise d'une installation de pergola et installation associee
FR3135295A1 (fr) Accessoire de câblage électrique à un réseau d’alimentation électrique d’un actionneur électromécanique pour un dispositif d’occultation et dispositif d’occultation associé
FR3119953A1 (fr) Procédé de commande d'un dispositif de manœuvre comprenant un actionneur maître et un actionneur esclave et système domotique d'occultation associé

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250701

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)