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Title:
DEVICE FOR PILOTING AN ELECTRIC MOTOR DRIVING A POWER SWITCH ELEMENT, AND MODULE FORMING A SWITCH PROVIDED WITH SAID DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/018503
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a device for piloting an electric motor (20) for driving a mobile conductor element (18) of a power switch connected to a power circuit (28) connected to two terminals (P, M) of an electrical battery pack, especially pertaining to a motor vehicle. The mobile element (18) can be displaced between opening and closing positions of the power switch. Said piloting device comprises static-type means (36) forming a power supply switch for the motor, said means comprising at least one transistor (T1, T'1) and being connected to a power supply circuit (40) for the motor (20), which, in turn, is connected to two terminals (P, M) of the battery. The inventive device also comprises static-type safety means (50) provided with a freewheeling diode (R1, R'1) connected to each transistor (T1, T'1), for the automatic displacement of the power mobile element (18) into the opening position when the polarities of the terminals (P, M) of the battery are inopportunely inverted.

Inventors:
Bosnjak, Joseph (7 rue des Coteaux de Chatron, Saint Gemain de la Grange, Saint Gemain de la Grange, F-78640, FR)
Application Number:
PCT/FR2005/001864
Publication Date:
February 23, 2006
Filing Date:
July 20, 2005
Export Citation:
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Assignee:
Valeo, Electronique Systemes Liaison ET. DE. (ZAC du Pas du Lac, 5 avenue Newton, Montigny le Bretonneux, F-78180, FR)
Bosnjak, Joseph (7 rue des Coteaux de Chatron, Saint Gemain de la Grange, Saint Gemain de la Grange, F-78640, FR)
International Classes:
H02H7/08; H01H3/26; H02H11/00; H02P7/00
Foreign References:
EP1026042A22000-08-09
US5451848A1995-09-19
US5296788A1994-03-22
FR2841681A12004-01-02
US4527103A1985-07-02
EP0315597A21989-05-10
US5142433A1992-08-25
Attorney, Agent or Firm:
De La, Bigne Guillaume (Cabinet Lhermet La Bigne & Remy, 11 boulevard de Sébastopol, Paris, F-75001, FR)
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Description:
Dispositif de pilotage d'un moteur électrique d'entraînement d'un organe d'interrupteur de puissance et module formant interrupteur muni de ce dispositif

La présente invention concerne un dispositif de pilotage d'un moteur électrique d'entraînement d'un organe d'interrupteur de puissance et un module formant interrupteur muni de ce dispositif. Un interrupteur électrique de puissance permet notamment de commander l'alimentation d'un organe électrique de véhicule automobile. A cet effet, l'interrupteur de puissance est agencé dans un circuit de puissance reliant l'organe électrique à une batterie d'alimentation électrique du véhicule. En général, l'interrupteur de puissance comprend des organes conducteurs fixe et mobile destinés à venir en contact entre eux pour le passage de courant de puissance. Habituellement, l'organe conducteur mobile est entraîné entre des positions d'ouverture et de fermeture de l'interrupteur de puissance par des moyens à moteur. Selon le sens de rotation du moteur, l'organe conducteur mobile est entraîné vers sa position d'ouverture ou de fermeture. Ainsi, on connaît déjà dans l'état de la technique, notamment d'après EP-A-1 026 042, un dispositif de pilotage d'un moteur électrique d'entraînement d'un organe conducteur mobile d'un interrupteur de puissance raccordé à un circuit de puissance relié à deux bornes d'une batterie d'alimentation électrique, notamment de véhicule automobile, l'organe mobile étant déplaçable entre des positions d'ouverture et de fermeture de l'interrupteur de puissance, le dispositif de pilotage étant du type comprenant des moyens, formant interrupteur d'alimentation du moteur, raccordés à un circuit d'alimentation du moteur relié aux deux bornes de la batterie. Par ailleurs, il est connu de loger dans un même boîtier l'organe conducteur mobile de l'interrupteur de puissance et le moteur électrique d'entraînement de cet organe conducteur mobile. On souhaite loger dans ce boîtier le plus possible d'éléments du dispositif de pilotage du moteur électrique. Or, les moyens formant interrupteur d'alimentation du moteur décrits dans EP-A-1 026 042 comprennent des relais et sont donc relativement encombrants. Par conséquent, il est difficile de loger ces moyens formant interrupteur d'alimentation dans le boîtier contenant le moteur sans augmenter notablement le volume de ce boîtier. L'invention a notamment pour but de limiter l'encombrement des moyens formant interrupteur d'alimentation du moteur afin de pouvoir les loger dans le boîtier contenant l'organe conducteur mobile de l'interrupteur de puissance et le moteur électrique d'entraînement de cet organe mobile, ceci sans augmenter, ou très peu, le volume d'un boîtier classique. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de pilotage du type pré-cité, caractérisé en ce que les moyens formant interrupteur d'alimentation du moteur sont de type statique et comprennent un premier interrupteur statique, muni d'au moins un transistor, ce premier interrupteur statique, lorsqu'il est fermé, alimentant le moteur (20) dans un sens de déplacement de l'organe mobile de puissance (18) vers sa position de fermeture, et en ce qu'il comprend de plus des moyens de sécurité (50) de type statique, munis d'une diode de roue libre reliée à chaque transistor, pour le déplacement automatique de l'organe mobile de puissance en position d'ouverture lorsque les polarités des bornes de la batterie sont inversées intempestivement. Grâce à l'invention, les moyens formant interrupteur d'alimentation du moteur sont peu volumineux car de type statique. Ces moyens formant interrupteur se présentent généralement sous la forme d'un composant électronique porté par une carte électronique. L'ensemble carte/composant est facile à loger dans le boîtier contenant l'organe conducteur mobile de l'interrupteur de puissance et le moteur électrique d'entraînement de cet organe mobile, car l'épaisseur de cet ensemble est relativement faible. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles du dispositif de pilotage : - les moyens formant interrupteur d'alimentation du moteur comprennent un second interrupteur statique qui, lorsqu'il est fermé, alimente le moteur dans un sens de déplacement de l'organe mobile de puissance vers sa position d'ouverture ; - les premier et second interrupteurs statiques sont formés respectivement par des première et seconde paires de transistors opposés d'un pont de transistors, ce pont comportant quatre branches portant chacune un transistor correspondant, les moyens de sécurité comprenant de plus deux diodes anti-court-circuit raccordées chacune en série avec un transistor correspondant de la seconde paire, de manière que, en considérant deux branches du pont reliées à une même borne commune du moteur, les sens passants, d'une part, de la diode de roue libre du transistor de la première paire et, d'autre part, de la diode anti-court-circuit, convergent ou divergent tous les deux vers ou à partir de la borne commune reliant les deux branches considérées ; - le dispositif comprend des moyens thermiques de coupure du circuit d'alimentation du moteur, par exemple une résistance de type à Coefficient de Température Positif (PTC). L'invention a également pour objet un module formant interrupteur électrique de puissance, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant un support portant, d'une part, des organes conducteurs fixe et mobile destinés à venir en contact entre eux pour le passage de courant de puissance et, d'autre part, des moyens d'entraînement de l'organe conducteur mobile comportant un moteur électrique, caractérisé en ce que le support porte également un dispositif de pilotage du moteur électrique tel que défini ci-dessus. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de ce module : - le support forme un boîtier dans lequel sont logés l'organe conducteur mobile, les moyens d'entraînement de cet organe conducteur mobile et le dispositif de pilotage du moteur électrique ; - l'organe conducteur fixe s'étend, au moins partiellement, à l'extérieur du boîtier et forme des moyens de fixation du module sur un support, notamment dans un véhicule automobile ; - les moyens d'entraînement de l'organe conducteur mobile comprennent des moyens de couplage d'un arbre du moteur électrique avec l'organe conducteur mobile, de préférence du type à réduction. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un module formant interrupteur électrique de puissance pour véhicule automobile, selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma d'un dispositif, selon l'invention, pour le pilotage d'un moteur électrique du module représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 est un exemple de courbe d'évolution en fonction du temps de la tension d'alimentation du moteur électrique générée par le dispositif de pilotage de la figure 2. On a représenté sur la figure 1 un module selon l'invention, désigné par la référence générale 10, formant un interrupteur électrique de puissance bistable pour véhicule automobile. Le module 10 comprend un boîtier 12 muni d'un corps 14 destiné à être fermé par un couvercle non représenté. -A-

Le corps 14 forme un support portant, d'une part, des organes conducteurs fixe 16 et mobile 18 destinés à venir en contact entre eux pour autoriser le passage de courant de puissance entre ces organes 16, 18 et, d'autre part, des moyens classiques d'entraînement de l'organe conducteur mobile 18. On notera que l'organe conducteur fixe 16 comporte généralement deux parties 16A, 16B destinées à être reliées électriquement entre elles par l'organe mobile 18. Les moyens d'entraînement comportent un moteur électrique 20 et des moyens 22 de couplage d'un arbre 24 du moteur 20 avec l'organe conducteur mobile18. Ces moyens de couplage sont de préférence du type à réduction. Selon le sens de rotation de l'arbre 24, le moteur 20 est susceptible de déplacer l'organe conducteur 18 entre des positions d'ouverture et de fermeture de l'interrupteur de puissance 10. Le corps 14 forme un support également pour un dispositif 26 de pilotage du moteur électrique 20. Ce dispositif 26 est représenté schématiquement plus en détail sur la figure 2. On notera que l'organe conducteur mobile 18, le moteur électrique 20, les moyens de couplage 22 et le dispositif de pilotage 26 sont logés à l'intérieur du corps 14 de boîtier. Par contre, l'organe conducteur fixe 16 s'étend en partie à l'intérieur du corps 14 et en partie à l'extérieur de ce corps 14, de manière à former des moyens de fixation du module 10 sur le véhicule automobile. En se référant à la figure 2, on voit que l'interrupteur électrique de puissance 10 est raccordé par l'intermédiaire des organes conducteurs 16, 18 à un circuit de puissance 28 relié, par l'intermédiaire d'au moins une charge, aux deux bornes P, M d'une batterie d'alimentation électrique du véhicule automobile. La première borne de la batterie est la borne positive P. La seconde borne de la batterie est la masse M. Le circuit de puissance 28 est susceptible d'être raccordé à divers organes électriques 30 tels que celui représenté sur la figure 2. L'organe électrique 30, qui est par exemple un alternateur, est relié à la masse M et à la borne positive P de la batterie par l'intermédiaire du module 10 formant interrupteur électrique de puissance. Le dispositif de pilotage 26 comprend des moyens 32 de génération d'une tension d'alimentation du moteur électrique 20 à partir de la tension de la batterie. La tension de la batterie varie classiquement entre 9 et 16 V selon son état de charge, la tension de recharge de la batterie par un alternateur et le nombre d'organes électriques raccordés à cette batterie. Afin de limiter les variations de la vitesse du moteur 20, les moyens de génération de tension 32 comprennent des moyens de stabilisation de la valeur moyenne de la tension d'alimentation du moteur à une valeur stabilisée, par exemple voisine de 8 V. Ces moyens de stabilisation sont activés lorsque la tension de batterie est supérieure à un seuil prédéterminé. Ce seuil est de préférence sensiblement égal 8 V, c'est dire à la valeur stabilisée de la valeur moyenne de la tension d'alimentation du moteur 20. De manière à pouvoir comparer la tension de la batterie au seuil prédéterminé, les moyens de génération de tension 32 comprennent des moyens 34 de comparaison de cette tension de batterie et de ce seuil prédéterminé. De préférence, les moyens de stabilisation de la valeur moyenne de la tension d'alimentation du moteur 20 comprennent des moyens 36 de hachage de la tension de batterie et des moyens 38 de réglage du rapport cyclique de la tension hachée. Ce réglage du rapport cyclique est réalisé en fonction de l'écart entre la tension de batterie et le seuil prédéterminé, de façon que le rapport cyclique soit d'autant plus faible que la tension de batterie est supérieure au seuil prédéterminé. Les moyens de hachage 36 comprennent des moyens formant interrupteur raccordé à un circuit 40 d'alimentation du moteur 20. Ce circuit 40 est relié aux deux bornes P, M de la batterie. Les moyens de hachage 36, qui forment un interrupteur d'alimentation du moteur 20, sont de type statique et comprennent, de préférence, un pont de transistors par exemple de type à effet de champs MOSFET (Métal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor). Les deux bornes d'entrée du pont de transistors sont reliées aux deux bornes P, M de la batterie par l'intermédiaire du circuit 40. Les deux bornes de sortie du pont de transistors sont reliées à deux bornes B1 , B2 du moteur 20. Le pont de transistors comprend une première paire de transistors T1 , T'1 formant un premier interrupteur statique et une seconde paire de transistors T2, T'2, opposés aux transistors T1 , T'1 , formant un second interrupteur statique. Le pont de transistors comporte donc quatre branches portant chacune un transistor correspondant T1 , T'1 , T2, T'2. Dans le circuit 40 d'alimentation du moteur 20, chaque paire de transistor T1 , T'1 , T2, T'2 est susceptible de relier une borne P, M de Ia batterie à une borne B1 , B2 du moteur 20. De façon classique, chaque transistor MOSFET T1 , T'1 , T2, T'2 comprend quatre électrodes formant un drain D, une source S, une grille G et un substrat généralement porté au même potentiel que la source S. A chaque transistor T1, T'1, T2, T'2, est associée, généralement dès la construction du transistor MOSFET, une diode de roue libre R1 , R'1 , R2, R'2 raccordée de façon connue en soi à la source S et au drain D. La diode de roue libre R1 , R'1 , R2, R'2 est passante dans le sens allant de la source S au drain D. Sur la figure 2, on a schématisé des enroulements 42 du moteur 20 reliant les bornes B1 , B2 de ce moteur. Une résistance 44 de type à Coefficient de Température Positif (PTC) est montée en série avec les enroulements 42 entre les bornes B1 , B2 du moteur. Cette résistance 44 forme des moyens thermiques de coupure du circuit 40 d'alimentation du moteur 20. En effet, la valeur de la résistance augmente avec la température. Les moyens de génération de tension 32 comprennent de plus des moyens de temporisation 46 destinés à commander l'alimentation du moteur 20 pendant une durée prédéterminée T. Ainsi, l'alimentation du moteur 20 est maintenue pendant une durée suffisante T afin d'assurer l'aboutissement des actions d'ouverture et de fermeture de l'interrupteur de puissance 10. Les moyens de comparaison 34, les moyens 38 de réglage du rapport cyclique et les moyens de temporisation 46 peuvent être intégrés dans un premier composant électronique C1 tel que celui représenté sur les figures 1 et 2. Ce composant C1 est alimenté de façon connue en soi en étant relié aux bornes P, M de la batterie. Le cas échéant, le composant C1 est relié à la borne positive P de la batterie par l'intermédiaire d'une diode 48 qui est passante de la borne P vers le composant C1. Les moyens 36 de hachage de la tension de batterie peuvent être intégrés dans un second composant électronique C2 représenté sur la figure 1. En variante, les deux composants C1 , C2 pourraient être remplacés par un circuit intégré à application spécifique (ASIC). Dans l'exemple illustré, le premier composant C1 comporte des première S1 et seconde S2 sorties pour l'émission de premier et second signaux de sortie. Ces sorties S1 , S2 sont reliées aux grilles G des transistors T1 , T'1 , T2, T'2 afin de piloter ces transistors en tension. Les signaux de sortie sont mis en forme par les moyens 38 de réglage du rapport cyclique de la tension hachée. Le premier signal de sortie (émis par S1) commande le premier interrupteur statique formé par la première paire de transistors T1 , T'1. Le seconde signal de sortie (émis par S2) commande le second interrupteur statique formé par la seconde paire de transistors T2, T'2. Le premier composant C1 comporte de plus une entrée E pour un signal d'entrée destiné à activer les moyens de temporisation 46 afin de piloter les moyens de génération de tension 32 de la façon suivante. Les moyens de temporisation 46 sont activés par certaines caractéristiques du signal d'entrée reçu en E. Dans l'exemple décrit, les moyens de temporisation 46 sont activés par un front montant ou descendant du signal d'entrée reçu en E. Les moyens de temporisation 46, activés par un front montant du signal entrant en E, pilotent les moyens 32 de façon à générer une tension d'alimentation du moteur 20 telle que l'arbre 24 tourne dans un sens de déplacement de l'organe 18 vers sa position de fermeture de l'interrupteur de puissance 10. A cet effet, les moyens 38 de réglage du rapport cyclique répondent à un front montant du signal d'activation entrant en E en émettant en S1 le premier signal de sortie commandant la première paire de transistors T1 , T'1. Les moyens de temporisation 46, activés par un front descendant du signal entrant en E, pilotent les moyens 32 de façon à générer une tension d'alimentation du moteur 20 telle que l'arbre 24 tourne dans un sens de déplacement de l'organe mobile 18 vers sa position d'ouverture de l'interrupteur de puissance 10. A cet effet, les moyens 38 de réglage du rapport cyclique répondent à un front descendant du signal entrant en E en émettant en S2 le second signal de sortie commandant la seconde paire de transistors T2, T'2. Sur la figure 3, on a représenté le signal émis par S1 ou S2 pour la commande du premier ou second interrupteur des moyens de hachage 36. A la suite de la détection d'un front montant ou descendant du signal entrant en E, les moyens de temporisation 46 sont activés. La tension d'alimentation du moteur 20 est générée pendant la durée T de la façon suivante. La tension de la batterie est comparée au seuil prédéterminé (environ 8 V dans l'exemple décrit). Lorsque la tension de la batterie est supérieure au seuil prédéterminé (la tension de la batterie est sensiblement égale à 16 V dans l'exemple illustré sur la figure 3), on stabilise la valeur moyenne de Ia tension d'alimentation à Ia valeur stabilisée égale à environ 8 V dans l'exemple décrit. La stabilisation de la valeur moyenne de la tension d'alimentation du moteur est réalisée en hachant la tension de la batterie à l'aide des moyens 36 et en réglant le rapport cyclique de Ia tension hachée à l'aide des moyens 38, en fonction du résultat de la comparaison de la tension de batterie avec le seuil prédéterminé. Le rapport cyclique est d'autant plus faible que la tension de la batterie est supérieure au seuil prédéterminé. Le signal de commande des transistors de hachage ont la forme en créneaux représentée sur la figure 3. Les créneaux sont formés par une série d'impulsions. Les créneaux provoquent la fermeture de l'interrupteur statique formé, selon le cas, par la première ou seconde paire de transistors T1 , T'1 , T2, T'2. Le réglage du rapport cyclique est réalisé en réglant la largeur d'impulsion. Il arrive parfois que les polarités des bornes de la batterie soient inversées intempestivement. Cette inversion accidentelle peut survenir notamment lorsque, la batterie étant déchargée, l'utilisateur branche les bornes de la batterie déchargée à celles d'une batterie de secours en intervertissant involontairement les connecteurs destinés normalement à relier entre elles les bornes de même polarité de la batterie déchargée et de la batterie de secours. L'inversion intempestive des polarités de la batterie peut, dans certains cas, endommager les organes électriques raccordés à cette batterie, notamment lorsque l'interrupteur de puissance 10 est fermé. Le dispositif de pilotage 26 comprend des moyens de sécurité 50 permettant, en cas d'inversion intempestive des polarités des bornes de la batterie, d'éviter d'endommager les organes électriques, tel que l'organe 30 représenté sur la figure 2, raccordés à cette batterie. Les moyens de sécurité 50 déplacent automatiquement l'organe mobile 18 de l'interrupteur de puissance 10 en position d'ouverture, lorsque les polarités des bornes de la batterie sont inversées intempestivement. De préférence, les moyens de sécurité 50 sont de type statique et comprennent les diodes de roue libre R1 , R'1 associées aux transistors T1 , T'1 formant le premier interrupteur statique des moyens de hachage 36. Par ailleurs, les moyens de sécurité 50 comprennent deux diodes anti-court- circuit 52, 52' raccordées chacune en série avec un transistor T2, T'2 correspondant formant le second interrupteur statique des moyens de hachage 36. On notera que, dans l'exemple illustré, la cathode de chaque diode anti-court- circuit 52, 52' est raccordée au drain du transistor T2, T'2 correspondant. En variante, l'anode de chaque diode anti-court-circuit 52, 52' pourrait être raccordée à la source du transistor T2, T'2 correspondant. En considérant les deux branches du pont de transistors reliées à une même borne commune B1 (respectivement B2) du moteur 20, les sens passants, d'une part, de la diode de roue libre R1 (respectivement R'1) du transistor T1 (respectivement T'1) de la première paire et, d'autre part, de la diode anti-court-circuit 52 (respectivement 52'), divergent (respectivement convergent) tous les deux à partir de (respectivement vers) cette borne commune B1 (respectivement B2). Sur la figure 2, on a représenté en pointillés les bornes P, M de la batterie à la suite d'une inversion intempestive de leurs polarités. Dans ce cas, en considérant le sens du courant de la borne positive P vers la masse M, les diodes de roue libre R1 , R'1 associées au premier interrupteur statique des moyens de hachage 36 forment automatiquement un circuit fermé d'alimentation du moteur 20. Ce moteur est ainsi alimenté automatiquement de façon à déplacer l'organe mobile 18 vers sa position d'ouverture de l'interrupteur de puissance 10. Les diodes anti- court-circuit 52, 52', dont le sens passant est opposé au sens passant des diodes de roue libre R2, R'2 associées à la seconde paire de transistors T2, T'2, empêchent le passage de courant dans les branches du pont portant les transistors T2, T'2. Après ouverture de l'interrupteur de puissance 10, l'organe électrique 30 est isolé de la batterie dont les polarités ont été inversées intempestivement, si bien que cet organe électrique 30 ne risque pas d'être endommagé. On notera que l'alimentation automatique du moteur 20 en cas d'inversion des polarités de la batterie s'interrompt au bout d'un certain temps (après ouverture de l'interrupteur de puissance 10) grâce aux moyens thermiques 44 de coupure du circuit d'alimentation du moteur comprenant la résistance PTC. Ainsi, lorsque les polarités des bornes de la batterie sont inversées intempestivement, le dispositif de pilotage 26 permet d'alimenter le moteur 20 dans le sens de déplacement de l'organe mobile 18 vers sa position d'ouverture de l'interrupteur de puissance 10. Tant que l'inversion de polarités se prolonge, le moteur 20 reste bloqué en appliquant un couple. Toutefois, la résistance PTC 44 permet d'interrompre l'alimentation du moteur 20 pour le protéger. Lorsque les polarités correctes des bornes de la batterie sont rétablies, les moyens thermiques 44 redeviennent passants et le moteur 20 peut alors fonctionner à nouveau de façon normale. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit. En particulier, l'interrupteur électrique de puissance peut être utilisé dans un autre contexte que celui de l'automobile, en particulier pour la commande d'une porte électrique. Enfin, on notera que, dans le présent mémoire, on appelle moteur électrique notamment un ensemble comprenant un stator et un rotor ou un ensemble formant électro-aimant.