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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/228555023 Actionneur linéaire intégré pour application domotique Article · June 2000 CITATIONS 3 READS 1,428 4 authors, including: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: ONDALU View project RennesGrid View project H. Ben Ahmed École normale supérieure de Rennes 207 PUBLICATIONS 2,691 CITATIONS SEE PROFILE Bernard Multon École normale supérieure de Rennes 228 PUBLICATIONS 2,272 CITATIONS SEE PROFILE L. Prevond Conservatoire National des Arts et Métiers 33 PUBLICATIONS 152 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by H. Ben Ahmed on 16 May 2014. The user has requested enhancement of the downloaded file. ACTIONNEUR LINEAIRE INTEGRE POUR APPLICATION DOMOTIQUE H. BEN AHMED, B. MULTON, L. PREVOND (*), J. LUCIDARME (*) Laboratoire d'Electricité, Signaux et Robotique (LESIR UPRESA CNRS 8029) Ecole Normale Supérieure de Cachan Antenne de Bretagne, Campus de Ker Lann 35170 BRUZ (*) Campus de Cachan, 61 Avenue du Président Wilson 94235 Cachan-Cedex E-mail : benahmed@bretagne.ens-cachan.fr I- INTRODUCTION – ETAT DE L’ART Le besoin d’un confort toujours croissant et la nécessité d'une plus grande sécurité, conjugués à un impératif économique à long terme (plus grande fiabilité et de durée de vies) exprimée notamment par les gestionnaires des parcs des matériels domotiques (office HLM, …etc.) ont engendré le développement d'entraînements électromécaniques dans presque tous les domaines de la vie courante et tout particulièrement dans l'habitat (portes, volets, stores, et même les lits !, ...) [1]. D'une manière générale, ces entraînements électriques requièrent une grande discrétion aussi bien sonore que visuelle (et donc une forte intégration dans leur environnement), un faible coût et enfin une fiabilité élevée tant au niveau du fonctionnement que de celui de la sécurité des personnes (normes d'isolation électrique). D’autre part, Ces entraînements ne sont appelés à fonctionner que quelques minutes par jour. De ce fait, le rendement énergétique ne représente pas une contrainte majeure pour leur dimensionnement (les valeurs de rendement couramment rencontrées sont faibles, 25 % environ), mais c'est le couple ou la poussée nécessaires (et la puissance concernant les entraînements indirects) qui est la grandeur dimensionnante. Concernant les systèmes d'ouverture/fermeture (O/F) dans l'habitat, nous pouvons distinguer deux catégories de charges entraînées : - Charge de type levage (O/F verticale) où il s'agit de soulever et de freiner une masse donnée ; - Charge de type traction (O/F horizontale) où il s'agit ici d'entraîner une masse à une certaine vitesse. Une fois la masse mise en mouvement, l'actionneur ne devra vaincre que les frottements générés par le déplacement. La première catégorie, généralement réalisée à partir de systèmes à entraînement indirects, est associé à un enrouleur. Ce dernier adjoint à un guidage linéaire joue le rôle d'un système de transformation rotation/translation. I-1 Entraînements de type levage Les technologies utilisées pour l'entraînement de ce type de charge combinent un moteur tournant, asynchrone monophasé dans la plus part des cas, un réducteur à grand rapport de réduction (quelques centaines) et enfin des systèmes de fin de course et de blocage [2]. Les figures suivantes montrent deux exemples d'entraînement de charge de type levage où il s'agit donc dans les deux cas de soulever un tablier de masse allant de quelques kg à quelques centaines de kg. Le premier exemple (figure 1) met en œuvre un moteur asynchrone tournant classique, la fonction réducteur est réalisée par la couronne d'enroulement. Figure 1 - Exemple d'entraînement type levage (SIMU) [18] Un exemple de caractéristiques du moteur et de la charge est donné au tableau suivant. Tension 230 V monophasé Couple 75 à 180 Nm Nombre de cycles par jour 5 Poids du tablier 320 kg maxi. Tableau 1 - Exemple de caractéristiques pour enrouleur forte charge [20] Le second exemple (figure 2), développé par le groupe SOMFY pour des entraînements de stores ou de volets roulants, est un moteur asynchrone tubulaire monophasé à condensateur de déphasage [1]. Les différents éléments (réducteur, frein, moteur, système de comptage) sont noyés dans un tube d'un certain diamètre correspondant au diamètre du tube d'enroulement. La longueur est fonction de la puissance nominale du moteur. Figure 2 - Vue éclatée d'un “actionneur tubulaire” moteur tournant asynchrone en prise indirecte [18] Les différentes gammes développées sont au nombre de 3 suivant les diamètres des tubes d'enroulement les plus rencontrés sur le marché. Quelques caractéristiques sont données au tableau 2. Diamètre (mm) 40, 50, 60 Couples (Nm) 3 à 130 Rapport réducteur 100 à 300 Vitesse charge (tr/mn) 8 à 35 Tableau 2 - Gamme des moteurs SOMFY Notons que l’utilisation d’un moteur asynchrone dans ce type d’application, outre l’avantage d’un coût réduit, permet de s’affranchir d’un dissipateur lors du freinage, l’énergie dans ce cas est dissipée directement par effet Joule dans le rotor de la machine. Revue 3EI juin 2000 ENS de Cachan – LESiR – Antenne de Bretagne 49 I-2 Entraînements de type traction Concernant les charges de type traction (rideaux, portes coulissante, ...), il existe tout d'abord des entraînements indirects de type linéaires composés donc d'un moteur tournant et d'un système de transformation rotation/translation le plus souvent de type vis/écrou (voir figure ci-dessous). Figure 3 - Schéma de principe d’un actioneur linéaire indirect [4] Il existe également des entraînements directs pour lesquels le moteur linéaire entraîne directement la charge sans intermédiaire mécanique. Plusieurs principes existent [5], [15] et se développent sur le plan industriel peu à peu. Néanmoins, la quasi-totalité des principes de conversion électromécanique, de type synchrone, utilisent des rails actifs comportant des aimants permanents (ou encore des enroulements d'excitation). Nous donnons dans ce qui suit quelques exemples industriels. 1-2 1 Actionneurs polyphasés synchrones plans à bobine mobile a- Bobine dans l'entrefer : Une bobine plate montée sur un support ou auto- portée est placée dans un entrefer magnétique où est généré un flux magnétique d'excitation obtenu par un assemblage plan d'aimants permanents alternés (voir figure 4). aimants fixes rail fixe bobinage mobile (a) (b) Figure 4 - Schéma de principe (a) et actionneur linéaire polyphasé à bobine mobile de chez ETEL [7] b- Structure triphasée à plots : Des circuits magnétiques en "U" (référencés 22 sur la figure 5a) dont chaque jambe comporte un bobinage (102, figure 5b) sont mobiles et disposés parallèlement au déplacement. A l'intérieur de ces circuits est disposé, sans contacts, un parallélépipède (14) aimanté alternativement dans le sens perpendiculaire au déplacement. La partie mobile est guidée par un chariot avec roulettes (122) faisant office également de porte crochet pour les rideaux (123). L'ensemble est inséré dans un profilé de tringle à rideaux relativement encombrant nécessitant deux étages : étage moteur et étage guidage (tringle non standard). Figure 5a - Eléments de l'actionneur synchrone à plots [8] Figure 5b - Schéma de l'ensemble monté dans une tringle spéciale [8] 1-2 2 Actionneur synchrone tubulaire : Ce type d’actionneur, développé notamment par la société Linear Drives [22], se compose d’une partie fixe en forme de barreau constitué d’aimants permanents placés à l’intérieur d’un tube en acier inoxydable amagnétique. Figure 6a - Schéma de principe La partie mobile entoure le barreau et comprend trois phases reliées à l’extérieur par un câble souple. Revue 3EI juin 2000 ENS de Cachan – LESiR – Antenne de Bretagne 50 Figure 6b - Actionneur linéaire tubulaire Linear Drives [22] II- TRINGLE A RIDEAUX - PROBLEMATIQUE Les raisons de confort et de durée de vie des systèmes mécaniques domestiques mentionnées en introduction ont incités la société SIMU (groupe SOMFY) à s'intéresser à la motorisation des tringles à rideaux grand public, motorisation nécessitant des entraînements de type traction. Les solutions que nous avons illustrées précédemment peuvent s'adapter à ce type d'entraînement. Néanmoins, toutes ces solutions utilisent des rails actifs composés donc d'aimants ou de bobinages d'excitation sur toute la course ce qui les rend peu adaptées à une application grand public. De plus, de part leur architecture, certaines solutions ne permettent pas une intégration suffisante dans des tringles de dimensions standards (par exemple 24*16 mm²). La société SIMU (groupe SOMFY) a donc contacté l'équipe "conception d'actionneurs" du LESIR pour étudier ce type de motorisation avec comme soucis majeurs une intégration maximale et un coût minimal. II-1 Cahier des charges Il s'agit d'assurer l'entraînement d'un rideau (charge inertielle, voir figure 7) sur une course pré-définie. Les contraintes approximatives d'un tel système sont les suivantes : - Intégration complète du système d'entraînement à une tringle de dimensions standards de section 24*16 mm² ; - Respect des normes en vigueur en termes de tension et d'isolation électrique ; - coût minimal ; - Longueur maximale de la partie mobile du moteur = 200 mm ; - Masse entraînée = 1 kg ; - Vitesse de déplacement > 0.2 m/s ; - Effort moyen utile = 5 N ; - 2 cycles A/R sur une course de 4 m puis refroidissement ; - facilités de fabrication en série du dispositif. déplacement voilage tringle standard course maximale Figure 7 II-2 Solution LESIR Le LESIR conçoit et étudie depuis les années 80 des structures tournantes et linéaires associant effet de réluctance variable et uploads/Finance/ actionneur-lineaire-integre-pour-application-domot.pdf
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- Publié le Mai 11, 2022
- Catégorie Business / Finance
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