FR3004872A1

FR3004872A1 - Dispositif de controle d'un frein a manque de courant.

Info

Publication number: FR3004872A1
Application number: FR1353484A
Authority: FR
Inventors: Benoit Vincent
Original assignee: Moteurs Leroy Somer SA
Current assignee: Moteurs Leroy Somer SA
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2014-10-24
Anticipated expiration: 2033-04-17
Also published as: WO2014170806A2; CN204342203U; CN105246812B; FR3004872B1; EP2986547A2; CN105246812A; WO2014170806A3

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de contrôle (10) d'au moins un frein (11) à manque de courant équipant un rotor, comportant un système de régulation pour amener le frein (11), en contrôlant son alimentation, dans un état diminuant le couple de friction appliqué, de façon à permettre un glissement et l'entraînement du rotor sous l'effet d'une charge, la régulation s'effectuant au moins en fonction d'un retour représentatif de la vitesse de la charge, de façon à maintenir la vitesse de la charge en dessous d'un seuil prédéfini.

Description

La présente invention concerne les moteurs électriques et notamment ceux destinés à l'entraînement d'une charge, et plus particulièrement mais non exclusivement ceux destinés à l'entraînement d'une cabine d'ascenseur. Les moteurs électriques, qu'ils soient utilisés pour le levage ou l'entraînement 5 d'une cabine d'ascenseur, sont généralement équipés d'un ou plusieurs freins à manque de courant, c'est-à-dire que le frein bloque la rotation du rotor en l'absence d'alimentation électrique. Pour ce faire, le frein comporte une armature qui est rappelée en position de freinage par une sollicitation élastique, l'armature étant déplacée lorsque le frein est alimenté sous l'effet d'un électroaimant. 10 En cas de panne, la remise en service suppose d'utiliser un système auxiliaire pour desserrer le ou les freins. Ce système auxiliaire est souvent contrôlé manuellement par un levier mécanique, ce qui pose un certain nombre de problèmes techniques. En effet, cela demande des réglages très fins et fréquents, qui peuvent souffiir d'un certain jeu, peu souhaitable. Par ailleurs, l'actionnement du levier se faisant manuellement, il est difficile 15 de garantir une vitesse confortable et sans à-coups de la charge jusqu'à sa position d'arrivée. FR 2563642 décrit un escalier roulant dont l'arrêt est contrôlé par un comparateur mesurant l'écart entre un signal de vitesse de référence et un signal de vitesse réelle, de façon à éviter un arrêt brutal de l'escalier roulant. 20 EP 1674417 décrit un dispositif de contrôle pour ascenseur permettant d'ouvrir un système de freins à manque de courant jusqu'à ce que la vitesse atteigne un certain seuil, à ce moment-là les freins sont alors refermés, l'ascenseur s'arrête, puis les freins sont rouverts. La séquence est répétée jusqu'à l'arrivée à un étage. Un tel dispositif permet à la vitesse de la cabine de rester en dessous d'un certain seuil mais n'empêche pas les à-coups. 25 En effet, les freins sont soit en position complètement fermée, soit en position complètement ouverte : ce système n'intègre pas de régulation fine et pose donc des problèmes de confort aux passagers de la cabine. La présente invention vise à perfectionner encore un dispositif de contrôle d'au moins un frein à manque-de courant équipant un rotor, notamment un rotor appartenant à 30 un moteur électrique, et elle y parvient grâce au fait que le dispositif de contrôle comporte un système de régulation pour amener le frein, en contrôlant son alimentation, dans un état diminuant le couple de friction appliqué, de façon à permettre un glissement et l'entraînement du rotor sous l'effet d'une charge, la régulation s'effectuant au moins en fonction d'un retour représentatif de la vitesse de la charge, de façon à maintenir la vitesse de la charge en dessous d'un seuil prédéfini. Grâce à l'invention, le déplacement de la charge peut s'opérer sans à-coups jusqu'à par exemple l'arrivée à l'étage dans le cas d'une cabine d'ascenseur. De plus, l'invention permet d'éviter si on le souhaite l'emploi d'un levier de déverrouillage manuel avec les inconvénients associés. Le système de régulation peut mettre en oeuvre un asservissement du courant et/ou de la tension d'alimentation du frein à une ou plusieurs valeurs de consigne de la vitesse de la charge, notamment lorsque le frein est alimenté par une tension redressée à partir d'une tension de réseau ou d'onduleur sinusoïdale, par exemple par l'intermédiaire d'un redresseur commandé. Cet asservissement peut notamment, mais non exclusivement, comprendre l'ajout ou la suppression d'une ou plusieurs arches de tension de redressement, en fonction d'un écart observé entre la vitesse de la charge et la ou les valeurs de consigne.

L'alimentation peut également se faire en variante par l'intermédiaire d'un hacheur de tension, l'asservissement pouvant alors mettre en oeuvre une modification de la fréquence et/ou du rapport cyclique de la tension délivrée au(x) frein(s) en fonction d'un écart observé entre la vitesse de la charge et la ou les valeurs de consigne. La mesure de la vitesse de la charge peut être effectuée à partir de signaux produits par au moins deux capteurs inductif, notamment en quadrature de phase, faisant correspondre une fréquence à la vitesse mesurée, le système de régulation étant de préférence agencé pour déterminer à partir du déphasage des signaux provenant de ces capteurs le sens de rotation du rotor, les capteurs inductifs en quadrature de phase délivrant chacun de préférence un signal carré avec par exemple un rapport cyclique de 50%.

Avantageusement, le dispositif de contrôle est agencé pour prélever l'énergie d'alimentation du ou des freins sur plusieurs sources, par exemple sur un réseau ou sur une batterie de secours, notamment via un onduleur. L'invention a encore pour objet un procédé pour contrôler le déplacement d'une charge entraînée par un moteur électrique comportant un rotor équipé d'un frein à manque de courant, en utilisant le dispositif de contrôle selon l'invention, ce procédé comportant les étapes suivantes : - augmentation progressive du courant d'alimentation du frein jusqu'à la détection d'une vitesse de glissement non nulle, le moteur étant entraîné par la charge, notamment sous l'effet du poids de celle-ci, - régulation de l'alimentation du ou des freins de façon à maintenir la vitesse 5 de déplacement de la charge entre des valeurs prédéfinies, - coupure de l'alimentation du frein lorsque la charge a atteint une position finale voulue. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, et à l'examen du 10 dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente de façon schématique un exemple de système de régulation, - la figure 2 est une vue en perspective d'un exemple de moteur à freins auquel peut s'appliquer l'invention, 15 - la figure 3 est un schéma en blocs illustrant un exemple de boucle de régulation, - la figure 4 est un graphique représentant un exemple d'évolution de la vitesse en fonction du temps, et - la figure 5 illustre différents motifs de redressement pouvant être générés 20 pour l'alimentation du ou des freins. On a représenté à la figure 1 un exemple de dispositif de contrôle 10 réalisé conformément à l'invention. Ce dispositif de contrôle 10 est associé à un moteur électrique M équipé d'un ou plusieurs freins électromagnétiques 11 à manque de courant, par exemple au moins 25 deux freins comme illustré. Un ou plusieurs capteurs 12 peuvent fournir une information représentative de la vitesse de rotation de l'arbre du moteur M et de son sens de rotation. L'information permettant de connaître la vitesse de la cabine peut également être fournie par au moins une grandeur électrique du moteur, notamment la tension rémanente. Cela peut permettre d'éviter de prévoir un capteur spécifique et peut accroître la fiabilité tout en diminuant le coût du dispositif de sécurité. Le dispositif de contrôle 10 peut être agencé pour analyser l'amplitude de la tension rémanente induite par la rotation du rotor et la fréquence de cette tension et, en cas de non-cohérence, générer un signal d'erreur. Le dispositif de contrôle 10 comporte un système de régulation formé de tout circuit électronique 13 adapté, dont certaines fonctionnalités sont décrites ci-après, ce circuit électronique 13 étant par exemple directement relié au(x) frein(s) 11 et au(x) capteur(s) 12.

Le système de régulation est de préférence agencé pour recevoir grâce à une entrée 15 une information A représentative de l'arrivée de la cabine à l'étage d'évacuation et interrompre automatiquement l'alimentation du ou des freins 11 lorsque cette information est reçue. L'interruption de l'alimentation du ou des freins 11 se fait préférentiellement 15 de façon à éviter les à-coups, par exemple en appliquant une rampe de courant descendante. L'étage d'évacuation peut être autre que ceux entre lesquels la cabine se situait initialement. L'étage d'évacuation peut notamment être un étage prédéfini, par exemple le rez-de-chaussée. 20 Le dispositif de contrôle 10 comporte avantageusement une batterie (non représentée) pour alimenter le ou les freins 11 en l'absence de courant sur le réseau. Le dispositif de contrôle 10 peut alors comporter, si nécessaire, un dispositif élévateur de tension pour élever la tension délivrée par la batterie à une valeur compatible avec l'alimentation du ou des freins 11. 25 La batterie est par exemple une batterie Pb, NiCd, NiMH, lithium ion ou lithium polymère de tension 12 V ou 24 V et le dispositif élévateur est par exemple agencé pour délivrer 200 V continu. Un exemple non limitatif de moteur M a été représenté à la figure 2. Un tel moteur est décrit par exemple dans la publication FR 2 949 625. 30 Le moteur M, qui est par exemple à induction ou à aimants permanents, comporte un rotor qui entraîne une poulie 5 sur laquelle sont montés des câbles d'ascenseur.

Bien entendu, l'invention n'est pas limité à un type de frein en particulier et ceux-ci sont par exemple uniquement des freins axiaux tels que décrits dans la demande FR 2 800 528. Les freins peuvent encore être de types différents, par exemple tels que décrit dans la demande FR 2 894 731.

Dans l'exemple de la figure 2, le moteur M comporte un frein de service axial 11, situé à l'arrière du moteur. A l'opposé du frein de service 11, à l'avant du moteur 1, figurent deux freins d'urgence à étrier 11, agissant sur un disque de frein 4 de la poulie 5. Le dispositif de contrôle peut agir sur le frein de service et les freins d'urgence. D'une façon générale, le ou chaque frein 11 comporte une armature mobile 10 portant une garniture de frein, cette armature étant entraînée en déplacement par un électroaimant et rappelée dans une position de freinage par sollicitation élastique, grâce à l'emploi d'un ou plusieurs ressorts. Lorsque le frein 11 est alimenté, l'électroaimant déplace l'armature à l'encontre du ou des ressort, ce qui libère le rotor. Lorsque l'alimentation est coupée, la garniture de frein s'applique sur la surface de freinage du 15 rotor, qui est ainsi bloqué en rotation. Conformément à l'invention, le système de régulation du dispositif de contrôle 10 met en oeuvre une régulation dans laquelle l'alimentation du ou des freins 11 est contrôlée de manière à permettre un glissement de surface de freinage relativement la garniture de frein, et une rotation contrôlée du rotor. 20 La garniture de frein n'est pas totalement éloignée de la surface de freinage durant cette régulation et un contact peut être maintenu entre la garniture de frein et la surface de freinage, de façon à maintenir un certain couple de freinage tout en permettant néanmoins une rotation du rotor sous l'effet de l'entraînement de la charge, par exemple en raison de son poids ou de la présence d'un contrepoids. 25 Plusieurs types de régulation peuvent être utilisés pour contrôler l'alimentation électrique du ou des freins 11, de façon à asservir cette alimentation à la vitesse de déplacement recherchée pour la charge. De préférence, la régulation s'effectue de sorte que la vitesse de la charge puisse croître jusqu'à une certaine valeur puis évoluer entre des valeurs VCmin et VCmax 30 autour d'une valeur consigne VC, avec par exemple VC=0,2 m/s, sans revenir à 0, comme illustré sur la figure 4.

L'alimentation du ou des freins 11 peut se faire par une tension redressée avec un nombre d'arches sinusoïdales variable, cela permet d'éviter les fronts de tension et donc de prévenir la propagation éventuelle d'une surtension par amplification. Les capteurs 12 utilisés peuvent être de plusieurs types. Lors de l'utilisation de deux capteurs inductifs en quadrature de phase, les signaux des deux capteurs sont combinés pour obtenir un certain nombre de fronts par tour pour la mesure de la vitesse V. Le déphasage des signaux est utilisé pour la mesure du sens de rotation du rotor. Chaque capteur 12 délivre par exemple un signal carré de 16 périodes par tour, rapport cyclique de 50%; les signaux des deux capteurs 12 sont combinés pour obtenir 64 fronts par tour pour la mesure de la vitesse. Bien entendu la vitesse de rotation du rotor peut être mesurée par d'autres moyens, notamment à l'aide d'un codeur optique ou magnétique à effet Hall et/ou en utilisant la tension induite aux bornes des phases du moteur. On va maintenant décrire un exemple de boucle de régulation en se référant à la figure 3. On suppose l'équipement à l'arrêt. Au début de la régulation (étape 20), le système de régulation de tension génère une rampe de courant pour progressivement desserrer les freins 11, en surveillant (étape 21) l'apparition d'un premier signal représentatif d'une rotation du rotor, en l'espèce l'apparition d'un premier front de tension des capteurs inductifs 12 témoignant de la mise en mouvement de l'équipement. Le système de régulation peut par exemple réaliser la rampe de courant suivante en entrée de l'alimentation des freins 11, en générant un motif de redressement composé de 2 arches sur 8 pendant 2s, puis 4 arches sur 8 pendant 2s, 6 arches sur 8 pendant 2s, et un redressement complet par la suite.

Une fois le premier signal représentatif d'une rotation du rotor détecté (étape 22), en l'espèce l'apparition d'un premier front de tension des capteurs inductifs 12 témoignant de la mise en mouvement de l'équipement, la mesure de la vitesse V s'effectue par échantillonnage sur une période-étalon n/Fr, soit n fois la période 1/Fr représentative de la vitesse de consigne, avec par exemple n=10. Le système de régulation est agencé pour incrémenter ou décrémenter la quantité de courant alimentant le ou les freins 11 tant que le signal représentatif de la vitesse V n'est pas dans la plage recherchée (étape 24), en l'espèce tant que l'on n'a pas le nombre n de fronts correspondant à la vitesse de consigne VC. Le choix du nombre d'arches du motif de redressement appliqué à l'issue de chaque période d'échantillonnage peut par exemple être déterminé comme suit : Si NF est inférieur n fronts, on ajoute une arche au motif de redressement (étape 25), Si NF est supérieur à n fronts, on retire une arche au motif de redressement (étape 26), Si NF vaut exactement n fronts, on conserve le motif de redressement (étape 27). Le motif de redressement appliqué est de préférence celui qui répartit au mieux les arches temporellement, comme illustré sur la figure 5. Ce fonctionnement permet de faire glisser le ou les freins 11 sur la surface de freinage sans le ou les ouvrir, afin d'éviter autant que possible les à-coups des séquences marche/arrêt produits par l'ouverture totale du ou des freins 11. La séquence s'arrête (étape 28) et l'on coupe alors le courant dans les freins 11 si une variable extérieure s'active, par exemple la réception de l'information A signalant l'arrivée à un étage ou le retour du fonctionnement normal de l'ascenseur, ou si l'on compte un nombre des fronts supérieur à un nombre prédéfmi sur une période d'échantillonnage. Dans ce dernier cas la séquence redémarre automatiquement dès qu'il n'y a plus de front sur la période d'échantillonnage Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. On peut par exemple choisir une période d'échantillonnage différente, prévoir d'autres conditions d'arrêt de la séquence, d'autres types de capteurs de vitesse ou encore 25 une autre valeur de consigne de la vitesse. L'invention peut également s'appliquer à d'autres dispositifs que des ascenseurs, notamment à d'autres dispositifs de levage comme des grues ou des charriots élévateurs. La régulation peut être de tout type et par exemple de type correcteur PID, ou correcteur à avance et retard de phase.

30 Le rotor peut dans une variante, ne pas faire partie d'un moteur électrique, étant par exemple simplement monté sur des paliers et entrainé indirectement par toute machine d'entraînement par l'intermédiaire de câbles ou d'engrenages par exemple.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de contrôle (10) d'au moins un frein (11) à manque de courant équipant un rotor, comportant un système de régulation pour amener le frein (11), en contrôlant son alimentation, dans un état diminuant le couple de friction appliqué, de façon à permettre un glissement et l'entraînement du rotor sous l'effet d'une charge, la régulation s'effectuant au moins en fonction d'un retour représentatif de la vitesse de la charge, de façon à maintenir la vitesse de la charge en dessous d'un seuil prédéfini.
2. Dispositif selon la revendication 1, le système de régulation mettant en oeuvre un asservissement du courant et/ou de la tension d'alimentation du ou des freins 10 (11) à une ou plusieurs valeurs de consigne de la vitesse de la charge.
3. Dispositif selon la revendication 2, l'asservissement mettant en oeuvre l'ajout ou la suppression d'une ou plusieurs arches de tension de redressement, en fonction d'un écart observé entre la vitesse de la charge et la ou les valeurs de consigne.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le 15 système de régulation étant agencé pour mesurer la vitesse à partir des signaux produits par au moins deux capteurs inductifs (12), notamment en quadrature de phase, faisant correspondre une fréquence à la vitesse mesurée, le système de régulation étant agencé pour déterminer à partir du déphasage des signaux le sens de rotation du rotor, les capteurs inductifs (12) en quadrature de phase délivrant chacun de préférence un signal carré avec 20 un rapport cyclique de 50%.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, le rotor appartenant à un moteur électrique.
6. Ascenseur équipé d'un moteur électrique (M) et d'un dispositif de contrôle (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 25
7. Moteur électrique (M) équipé d'un frein (11) à manque de courant et d'un dispositif de contrôle (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
8. Procédé pour contrôler le déplacement d'une charge entraînée par un moteur électrique comportant un rotor équipé d'au moins un frein (11) à manque de courant, en utilisant un dispositif de contrôle (10) selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 5, ce procédé comportant les étapes suivantes;- augmentation progressive du courant d'alimentation du ou des freins (11) jusqu'à la détection d'une vitesse de glissement non nulle, le moteur étant entraîné par la charge, notamment sous l'effet de son poids, - régulation de l'alimentation de façon à maintenir la vitesse de déplacement de la charge entre des valeurs prédéfinies, - coupure de l'alimentation du ou des freins (11) lorsque la charge a atteint une position finale voulue.
9. Procédé selon la revendication 8, la régulation de l'alimentation du ou des freins (11) se faisant selon un échantillonnage de période donnée, la quantité de courant fournie au(x) frein(s) étant incrémentée ou décrémentée toutes lesdites périodes, notamment par incrémentation ou décrémentation du nombre d'arche(s) de tension sinusoïdale(s) d'un motif de redressement.
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, la coupure de l'alimentation du ou des freins (11) se faisant de façon progressive, notamment selon une rampe de courant 15 descendante