CA1072194A - Codeur de position associe a une machine a reluctance variable - Google Patents

Codeur de position associe a une machine a reluctance variable

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CA1072194A
CA1072194A CA250,160A CA250160A CA1072194A CA 1072194 A CA1072194 A CA 1072194A CA 250160 A CA250160 A CA 250160A CA 1072194 A CA1072194 A CA 1072194A
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CA
Canada
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stator
coils
rotor
coil
excitation
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CA250,160A
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Michel Deplante
Didier Minesi
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Engins Matra SA
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Engins Matra SA
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/12Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using detecting coils using the machine windings as detecting coil
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/22Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators
    • H02K19/24Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding

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Abstract

Codeur de position associé à une machine à réluctance variable pour commander les commutations des enroulements statoriques de cette machine. Il comporte des circuits magnétiques rotoriques et statoriques identiques à ceux de la machine à réluctance variable et calés de façon identique. Son rotor et son stator comportent des empilages de couronnes de tale magnétique respectivement identiques aux empilages de couronnes de tôle magnétique du rotor et du stator de la machine à réluctance variable et dont les dents et les encoches sont alignées respectivement avec les demts et les encoches du rotor et du stator de la machine à réluctance variable dans une direction parallèle à l'axe de celle-ci.

Description

~ 'invention concerne un codeur da position associé à une machine ~ raluctance ~ariable telle qu'un moteur ~ réluctance variable.
~n moteur ~ réluctance variable comporte généralement un rotor constitué par un empilage de couronnes de t81e magnétique muni à sa périphérie de dents réparties sui~ant un pas constant. Un stator constitué également par un empilage de couronnas de tôle magnétique entoure concentriquement ce rotor, un entrefer réduit étant ménagé entre le rotor et le stator. Sur sa face interne tournée vers le rotor, le stator comporte deæ encoches régulièrement reparties suiv~nt un pas polaire et dans lesquelles se logent les enroulements statoriques~
Sur cette m8me face tournée vers le rotor, le stator comporte en outre des dents analogues à celles du rotor et dont le pa~9 à
l~int~rieur de chaque enroulement statorique, est identi~ue au pas des dents du rotor. ~oute~ois9 d'un enroulement ~tatorique ~-au suivant, les dents du stator présentent~par rapport ~ celles du rotor,un décalage progressif engendrant un e~-~et de "vernier".
L'ensemble correspondant à la partie du stator englobant deux enroulements statoriques succes~ifs et à la partie du rotor qui lui ~ait ~ace constitue un cirauit magnétique dont la réluctance varie selon la position angulaire du rotor par rapport au stator. ~es commutations séquentielle~
des enroulements statoriques doivent s'ef~ectuer chaque ~oi~
que le circuit magnétique correspondant ~l un enroulement ~tato-rique quelcon~ue e~t en état de réluctance ma~imale ou minimale.
aeci impli~ue une synchronisation rigoureuse de ces commutation~
séquentielles en fonction de la position angulaire du rotor . Bn principe, du fait que les dents du rotor sont uniforméme~t répar-ties, n'lmporte quel codeur incr~ental statique peut assurercette synchronisation, pourvu que ~on nombre de pas soit égal au nombre des dents du rotor et que ce codeur soit calé de ~aço~
que ses transitions correspondent à des positions de réIuctanc~
extr8mes.
~5 ~n pratique, et compte tenu notamment des tolérances de construction du moteur à réluctance variable, par e~emple des défauts de concentrici-té du rotor et du stator, il est extrêmement délicat d'obtenir un tel calage avec la précision suf~isante pour assurer un ~onctionnement correct du 4 moteur à réluctance variable.
,~,~

~7~g~

Le bu-t de l'invention est de remedier à cette importante difficulte dans la réalisa-tion des moteurs a réluctance variable e-t de creer en conséquence un codeur de position intégrée a la machine permettant de synchroniser rigoureusement les commutations ..
des enroulements sta-toriques, tout en ne nécessitant aucun reglage délicat et en restant insensible dans de larges limites à des défauts de construction, tels qu'un dé~aut de concentrici.te du rotor et du stator.
A cet effet, l'invention concerne un codeur de position d'un arbre ou organe rotatif, caracterisé en ce qu'il se compose d'un stator comportant une première et une seconde bobines d'exci-tation, ainsi qu'une bobine de detection couplee magnétiquemen-t aux bobines d'excitation, une source de tension alternative ali- ~
. mentant les deux bobines dlexcitation de façon que la première bobine crée un champ électromagnétique de polarité opposée à celle de Ia seconde bobine dans la bobine de détection, un rotor se trouvant au niveau des bobines d'excitation et de détection, modi-fiant le couplage électromagnétique entre chaque bobine d'excita- ~
tion et la bobine de détection en fonction de la position angulaire `
~ 20 du rotor par rapport au stator, en modifiant les amplitudes rela~
;: : tives des tensions induites dans la bobine de détec-tion, et un :::
moyen relie électriquement a la bobine de détection et sensible ~ aux tensions induites~dans cette bobine de detection pour deter- :~
.~ mlner la position relative du rotor et du stator. -:
~- ~ L'invention va etre décrite plus en detail en se référant :;
(~ - :: , a un exemple de réalisation representé sur les dessins ci-joints, .
.
.:~ dans lesquels: . .
la figure 1 représente schématiquement, en coupe par . un plan perpendiculaire a l'axe du rotor, la disposition des 30; circuits magnétiques du codeur selon l'invention;
- la f igure la montre une variante des enroulements de detection dans un but de simplification, cette représentation a .
,~;t ~ - 2 -ete limitée au secteur c~efini par les 1 iynes ~-:[', II-II' sur la Eigure l;
t l~i(Jure 2 est un sclle~ pclr l~l.ocs du codeltr (le L)osi.-tion selon l'invention.
Selon la figure 1, le codeur de position comporte un rotor 10 et un stator 20. Le rotor 10 est constitue d'un empilage de couronnes de tôle magnetique identiques aux couronnes de tôle magnetique constituant le rotor du moteur à réluctance variable, et calees de façon identique sur l'arbre de ce moteur. Simplement, l'empilage constltuant le rotor 10 du codeur de position est magné--tiquement isolé de l'empilage constituant le rotor du moteur et il j est moins epais que lui, son épaisseur pouvant, par exemple, être ` de l'ordre de 5 mm.
Le stator 20 est constitué d'un empilage de couronnes de tôle magnétique identiques aux couronnes de tôle magnétique constituant le stator du moteur à reluctance variable et caIe sur ce stator de Eac,on qùe ses encoches et ses dents soient aligrlees dans une direction parallèle à l'axe du mo-teur, avec les encoches et les dents du stator du moteur. Simplement, l'empilacJe consti-: ~ 20 tuant le stator 20 du codeur de position est magne~

, .
. ~ .

'' ' . ' ' tiquement isolé de l'empil~ge consti-tuant le stator du moteur et il est moins épais que lui, son épaisseur étant égale à celle du rotor 10. Ie stator 20 du codeur comporte donc le m~me nombre de p81e~ P1~ P2, P3 P49 qua le stator du moteur lui-m~me et le même nombre d'enroulements statoriques polaires E1, E~, E~
chacun de ces enroulements possède une antrée e et une sortie~s.
~es enroulements de rang pair, par exemple, constitueront les "bobines de détection" (E2, ~4 ..) et les enroulements de rang impair constitueront alors les "bobine~3 d'excitation" (~ E3 . )~
~a figure 2 est un schema par bloc du codeur de position selon l'invention. Un générateur de courant si~usoidal G alimente les bobines dîexcitation (E1 ~3 .0) à
une fréquence ~o comprise entre 10 et 100 KHz par exemple, le sens de branchement étant tel que deux bobines successives d'e~citation engendren-t des flux de sens opposé. ~es bobines de détection (E2, E6, Ø) sont connectées en série.
On a ainsi réalisé l'é~uivalent d'un transformateur di-~férentiel et l'amplitude de la tension recueil-lie sur les bobines de détection s'annule à cha~ue fois que la réluctance du circuit magnétique est extr8male.
~ es bobines de détection connectées en série sont reli~es à un démodulateur synchrone D qui élimine de la tension recueillie la fréquense porteuse ~o et délivre un signal alternati~ S1 dont les passages à zéro corre~pondent aux positions de réluctances extr8males. Ce signal permet donc de commander, en synchronisme rigoureux avec ce~ po~itions de réluotances extremales, les commutations des enroulements ~ta- -~
~;~rlques du moteur.
Pour assurer la commutation dans ds~
condi~ions correctes, il ne su~it toutefois pas de di3poser d'un si~n~.l de 3ynchronisation, il ~aut également conna~tre la sen~
de rotation du moteur. On obtient cette in~ormation de façon simple en créant, ds la ~açon suivante, deux ~ignaux de ~ynchro-nisation en quadrature dont le sen~ de décalage corre~pond ~u 3~ sens de rotation du moteur~ A l'aide, soit d'un deu~ième jeu de bobines parcourues par un courant ~ l~ m~me ~réquenca ~0~ ou par un courant à 1~ ~ré~uence ~19 di~rente de fO, soit d'un deu~ième circuit magn~tique identique au précédent et utilisant la m8me fréquenoe ~0, on peut dé-tecte- de la m8me façon 1e8 positions de réluctances extr8males, par permutation das bobines ,....... .: . - .. . :.. - . , ~ - . . . -. . .. ~ ..
.
~ .: : ~ ,, : .
' .
:

dle~citation et de détection du cas précédent. Par exemple9 sur le ~chéma de la ~igure 2, si l'on remplace E1 par E2 E~ par E49 E5 par B'6, E7 par E8, d'une part, et E2 par E37 E~ par ~?7 ; d'autre part (E2 E6 correspondant à des enroulements bobinés sur les mêmes pôles que ~2i et E6, mai~ sans point commun avec eux)~ on obtiendra ~ la place de Sl un signal S2 qui pour une vitesse de rotation constante du rotor, sera en quadrature acec S1.
La ~igure 1a montre une variante de réalisation des enroulements d'excitation el9 e2, l'un étant sur la première dent dlun p81e et l'autre sur la derniare dent du p~le adjacent9 l'enroulement de prélèvement Bl est bobiné autour des deux dents correspondant à ces enroulements el, e~. ~
~'utilisation de bobines de détection ~ -de dimensions réduites permet de travailler à des ~ré~uenoe~ plus élevée~ et diaméliorer ainsi la sensibilité de détection, donc d'augmenter la précision dans la déterminabion de l'instant de pa~sage à zéro du signal~
~a sommation des tensions issues des bobines de détection permet de réduire à un niveau négligeable ! l'influence des variations d'entre~er due aux défauts de con centricité du rotor et du stator. Par ailleurs, la temperature, la prése~ce d'une force électromotrice induite sur les enrou-Iements, la stabilité de la ~réquence et de l'amplitude de la `~
l 25 porteuse, n'ont aucune influence sur la précision des p~33age3 ~i ~ zéro des tensions détectéies.
'5` ~ ~ Ainsi, le codeur de position qui ~ ~-~ient d'8tre d~?crit présente des avantage~ ~péci~iques pour ~ le~pilotage d'une machine ~ réluctance ~ariable. Ces avantages 5~ 30 réeultent essentiellement de l'e~ploi dans ce codeur, de cir-i~ ~ cuits magnétiques identiques aux circuits magnétiques "moteur", calés de ~açon identique~ et ne nécessitant de ce ~ait aucu~
~ré~lage.
3 Bien entendu, l'invention n'est pas ~5 limitée ~ l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et repré-senté, ~ partlr duquel on pourra prévoir d'autre~1variante~, `
sans pour oela ~ortir du cadre de l'invention.
1~: , ., 3, ~
i~: ''' ' "
,. ~ :.....

Claims (9)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Codeur de position d'un arbre ou organe rotatif, caractérisé en ce qu'il se compose d'un stator comportant une première et une seconde bobines d'excitation, ainsi qu'une bobine de détection couplée magnétiquement aux bobines d'excitation, une source de tension alternative alimentant les deux bobines d'exci-tation de façon que la première bobine crée un champ électromagné-tique de polarité opposée à celle de la seconde bobine dans la bobine de détection, un rotor se trouvant au niveau des bobines d'excitation et de détection, modifiant le couplage électromagné-tique entre chaque bobine d'excitation et la bobine de détection en fonction de la position angulaire du rotor par rapport au stator, en modifiant les amplitudes relatives des tensions indui-tes dans la bobine de détection, et un moyen relié électriquement à la bobine de détection et sensible aux tensions induites dans cette bobine de détection pour déterminer la position relative du rotor et du stator.
2. Codeur de position selon la revendication 1, carac-térisé en ce que le rotor et le stator comportent des moyens de coopération destinés à augmenter le couplage magnétique entre la bobine de détection et l'une des deux bobines d'excitation, tout en réduisant en même temps le couplage magnétique entre la bobine de détection et l'autre bobine d'excitation, par suite d'une va-riation de la position angulaire du rotor par rapport au stator.
3. Codeur de position selon la revendication 2, carac-térisé en ce que les bobines sont réparties en cercle autour du rotor et le moyen de coopération se compose d'un premier ensemble de dents réparti à la périphérie du rotor et d'un second ensemble de dents réparti sur le stator, entre les bobines, les variations de position relatives du premier et du second ensembles de dents modifiant de façon différentielle le couplage magnétique entre chaque bobine d'excitation et la bobine de détection par suite de variations de position angulaire du rotor par rapport au stator.
4. Codeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen sensible aux tensions induites est constitue par un détecteur de passage X zero donnant une indication d'annulation d'une première et une seconde tensions alternatives induites.
5. Codeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit détecteur de passage à zéro comporte un démodulateur synchrone.
6. Codeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator possède un nombre prédéterminé de bobines d'excita-tion et un nombre égal de bobines de détection montées en périphérie, chaque bobine de détection étant interposée entre deux bobines d'excitation, ces deux bobines d'excitation engendrant des tensions de polarité opposée dans les bobines de détection.
7. Codeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite source de tension alternative est reliée électriquement à chacune desdites bobines d'excitation.
8. Codeur selon la revendication 7, dans lequel les bobines de détection sont connectées en série.
9. Codeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit codeur est associé à une machine à reluctance variable ayant un nombre prédéterminé d'enroulements statoriques, et en ce que le nombre de bobines d'excitation est égal au nombre d'enroule-ments statoriques de ladite machine.
CA250,160A 1975-04-14 1976-04-13 Codeur de position associe a une machine a reluctance variable Expired CA1072194A (fr)

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