CH646285A5 - Procede de commande d'un moteur a courant continu sans collecteur et circuit de commande pour la mise en oeuvre. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé de commande d'un moteur à courant continu sans collecteur ayant des champs magnétiques alternés série et un stator ayant une pluralité d'enroulements d'induit, pour lequel les enroulements d'induit sont alimentés séquentiellement avec un signal d'entrée quand le rotor se trouve à une position prédéterminée par rapport au stator, le signal d'entrée étant corrigé par un signal de contre-réaction négatif délivré par un capteur captant l'intensité du courant généré dans les enroulements d'induit. L'invention concerne également un circuit de commande pour la mise in oeuvre du procédé.

L'invention est destinée particulièrement pour la commande de moteurs utilisés dans les appareils acoustiques ou vidéos lesquels requièrent un haut degré de précision concernant le couple.

Des moteurs à courant continu sans collecteur et leurs circuits de commande pour l'utilisation dans les appareils acoustiques et vidéos sont destinés à minimiser les vibrations mécaniques et satisfaire aux exigences très strictes imposées. Un exemple typique d'un tel circuit de commande comprend au moins une paire de générateurs de Hall montés stationnaires par rapport au rotor. Chaque générateur de Hall est associé à un circuit de commande lequel fourni sélectivement un signal de commande aux enroulements d'induit pour commander le couple en réponse à un signal de tension développé par le générateur de Hall correspondant pour causer la rotation du rotor. Le circuit comprend un chemin de contreréaction à travers lequel la quantité de courant circulant dans les enroulements est soustrait du signal d'entrée.

Pendant que la valeur moyenne du couple est maintenue constante à cause de l'opération de contre-réaction, la valeur instantanée du couple varie au fur et à mesure que le rotor se déplace d'un enroulement d'induit à l'autre. H est considéré que la camposante ondulatoire augmente à cause du fait que l'opération de contre-réaction est basée uniquement sur le courant d'induit lequel n'est pas une véritable indication de la quantité du couple nécessaire pour compenser la perte du couple.

La présente invention permet de remédier à ces inconvénients et elle est basée sur le fait qu'un moteur à courant continu est à la base un convertisseur courant couple pour lequel le couple donné par chaque enroulement d'induit est représenté par le produit du courant traversant chaque enroulement et le champ magnétique couplé avec cet enroulement, ainsi le couple du moteur est la somme des couples données par les enroulements.

Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que l'on capte l'intensité du champ magnétique couplé avec les enroulements d'induit et que l'on multiplie l'intensité captée du champ magnétique et l'intensité captée du courant pour générer un signal représentant le couple qui est ledit signal de contre-réaction négative.

La présente invention concerne également un circuit de commande pour la mise en oeuvre du procédé.

La figure 1 représente un diagramme d'un moteur à courant continu sans collecteur en forme développée;

La figure 2 représente un diagramme bloc d'un circuit de contrôle selon une variante de l'invention pour commander le moteur de la figure 1;

La figure 3 représente une partie modifiée du diagramme de la figure 2;

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La figure 4 représente un diagramme d'un circuit de commande d'une seconde variante selon l'invention;

La figure 5 représente schématiquement un arrangement comprenant deux résistances magnétiques et des générateurs de Hall, cet arrangement doit être associé avec le circuit de commande de la figure 4;

La figure 6 représente un moteur à courant continu sans collecteur avec des bobines de détection utilisées à la place de générateurs de Hall de la figure 1;

La figure 7 représente un diagramme d'un circuit de commande associé au moteur de la figure 6;

La figure 8 représente un diagramme d'un circuit de commande utilisé pour conserver la vitesse d'un moteur à courant continu à une valeur constante.

Les figures 1 à 2 représentent une première variante selon l'invention. 1 (fig. 1) représente le rotor d'un moteur M à courant continu sans collecteur montré en forme développée et ayant à sa circonférence une pluralité de pièces polaires magnétiques alternées N et S, l'espace angulaire entre deux pièces polaires adjacentes correspond à un angle électrique de 180°. Le stator 2 comprend une première paire d'enroulements d'induit désignés par Lll et L12 et une seconde paire d'enroulements d'induit L21 et L22. Les enroulements d'induit de chaque paire sont imbriqués avec ceux de l'autre paire et électriquement espacés de 540° ainsi chaque enroulement est positionné pour être couplé avec le champ magnétique de polarité opposé par rapport à l'autre enroulement de la même paire, mais électriquement espacé de 270° par rapport aux enroulements de l'autre paire. Dans le but d'alimenter sélectivement les enroulements d'induit de la première et de la seconde paire on a prévu une paire de générateurs de Hall H10 et H20 lesquels sont espacés du même angle électrique que ceux des enroulements d'induit Lll et L21 pour détecter la position angulaire du rotor 1 par rapport aux enroulements d'induit de chaque paire. Il est possible de disposer le générateur de Hall sous les enroulements L12 et L22.

Une partie de générateurs de Hall H21 et Hll travaillant comme détecteurs de couple sont montés respectivement alignés avec les générateurs de Hall H10 et H20 qui sont des commutateurs de courant. Comme il sera décrit plus loin, les générateurs de Hall travaillant comme détecteurs de couple sont utilisés pour capter le courant passant à travers les enroulements d'induit Lll, L12, L21 et L22 et en même temps l'intensité du champ magnétique couplée avec chaque paire des enroulements d'induit.

Nous nous référons maintenant à la figure 2. Un circuit de commande 10 pour un moteur à courant continu sans collecteur est illustré. Le circuit de commande comprend un additionneur 11 lequel reçoit une tension de commande du couple à la borne d'entrée 12 par une source extérieure non représentée et un signal de contre-réaction négative comme deuxième signal d'entrée d'un second additionneur 13. Une unité d'amplification symmétrique sans transformateur est prévue comprenant une paire d'un premier et second amplificateur 14 et 15 chacun générant un signal de sortie de polarité opposée. La sortie de l'amplificateur 11 est couplée à l'amplificateur 14 et de là à l'amplificateur 15 pour générer une paire de tensions d'erreur de couple de polarité opposée. Les tensions d'erreur alimentent les bornes d'entrée du courant 16 et 17 du générateur de Hall H10 travaillant comme commutateur de courant. Une borne de sortie de tension 18 du générateur de Hall H10 est couplée à l'entrée de l'amplificateur 19 et de là à l'amplificateur 20 formant ainsi une unité d'amplification équilibrée sans transformateur: Ici les amplificateurs 19 et 20 génèrent des tensions de polarité opposée lesquelles sont proportionnelles à l'amplitude du champ magnétique à proximité des enroulements d'enduit Lll et L12 et à la tension d'erreur de l'additionneur 11.

Entre les sorties des amplificateurs 19 et 20 est connecté un circuit série comprenant les enroulements d'induit Lll s et L12 et une résistance 21 fonctionnant en tant que détecteur de courant. La tension aux bornes de la résistance 21, représentant le courant circulant à travers les enroulements Lll et L12, est appliquée aux bornes d'entrée du courant 22 et 23 du générateur de Hall Hll, Il a été vu que la tension io développée par la borne de sortie de tension 24 du générateur de Hall Hll est proportionnelle au produit de l'intensité du champ magnétique B à l'endroit des enroulements Lll et L12 et du courant d'induit I circulant à travers ces enroulements. Les quantités multipliées B et I sont appliquées à une 15 des entrées de l'additionneur 13 lequel reçoit également les autres quantités multipliées B', I' développées dans un circuit similaire prévu pour les générateurs de Hall H20 et H21. Les éléments de ce circuit sont désignés par des numéros avec prime correspondant à ceux du circuit prévu pour 20 les générateurs de Hall H10 et Hll. Précisément, les générateurs de Hall H20 fonctionnant comme commutateurs de courant à ses entrées de courant 16' et 17' connectées aux sorties des amplificateurs 14' et 15' lesquelles sont à leur tour couplées à la sortie de l'additionneur 11, la tension appa-25 raissant à la borne de sortie de tension 18' étant proportionnelle à l'intensité du champ à l'endroit de l'enroulement d'induit L21 et L22 et à la tension d'erreur de couple de l'additionneur 11. Les enroulements d'induit L21 etL22 sont connectés en série avec le détecteur de courant résistif 21' 30 entre les sorties des amplificateurs 19' et 20' lesquels sont couplés à la borne de sortie de tension 18' du générateur de Hall H20.

Le générauteur de Hall H21 a ses bornes d'entrée de courant 22' et 23' couplées à travers le détecteur de courant 35 résistif 21' pour générer une tension de sortie laquelle est proportionnelle à l'intensité du champ magnétique B' à l'endroit des enroulements d'induit L21 et L22 et du courant I' circulant à travers ces enroulements.

Les quantités multipliées B X I et B' X I' sont addi-40 tionnées dans l'additionneur 13 et appliquées à l'entrée négative de l'additionneur 11. De cette manière les enroulements d'induit de la première et de la seconde paire sont excités les deux par des courants proportionnels à la tension de commande du couple compensé, ainsi la fonction de trans-45 fert du moteur à courant continu sans collecteur M entre son entrée et sa sortie est rendue linéaire.

Le circuit 10 peut être modifié concernant certains détails. Par exemple, les amplificateurs peuvent être rémplacés alternativement par des amplificateurs opérationnels inverso seurs de gain unitaire. En plus, les bornes de sortie de tension de chaque générateur de Hall pourraient être couplées respectivement à l'entrée positive et négative d'un amplificateur différentiel 30 comme il est montré à la figure 3.

L'utilisation des amplificateurs opérationnels 30 pour 55 les générateurs de Hall H10, H20, Hll et H21 est préférée à cause de l'effet de l'effacement du bruit des amplificateurs 30.

Dans la variante du circuit de commande illustré à la figure 4 les résistances magnétiques MR1 et MR2 sont utili-6o sées à la place des générateurs de Hall Hll et H21 détecteurs de couple de la variante précédente. Le générateur de Hall H10 a une borne d'entrée de courant 31 reliée à travers une résistance 33 à la tension d'alimentation Vcc et une autre borne de courant 32 reliée à la terre par une résistance 65 34. De la même manière, le générateur de Hall H20 a une entrée du courant 35 reliée à l'alimentation de tension à travers une résistance 37 et une autre entrée 36 reliée à terre à travers la résistance 38. La tension de commande de couple

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à la borne 12 est appliquée à la base d'un transistor 40 ayant ses collecteurs émetteurs connectés dans un circuit série comprenant les résistances 41, 42 et 43 entre la tension d'alimentation Vcc et la terre. Au point de jonction entre la résistance 41 et le collecteur du transistor 40 est connectée la base d'un transistor 44. Ce transistor 44 a son émetteur relié par une résistance 45 à la tension d'alimentation et son collecteur relié aux émetteurs de transistor p-n-p 46, 47,48 et 49. Les bases de transistors 46 et 47 sont reliées aux bornes de sortie de tension 50 et 51 du générateur de courant H10. De manière similaire, les bases de transistors 48 et 49 sont reliées aux bornes de sortie de tension 52 et 53 du générateur de Hall H20. Les transistors p-n-p 46, 47, 48 et 49 ont leurs collecteurs connectée respectivement aux transistors de puissance n-p-n 56, 57, 58 et 59. Les enroulements d'induit LI 1, L12 sont connectés par une borne à la tension d'alimentation Vcc et par l'autre borne aux collecteurs des transistors de puissance 56 et 57 lesquels ont à leur tour leurs émetteurs reliés ensemble au noeud 54. De manière similaire les enroulements d'induit L21 et L22 sont reliés à la tension d'alimentation et aux collecteurs de transistors de puissance 58 et 59 lesquels ont leurs émetteurs reliés en-semple au noeud 55.

Les résistances magnétiques MR1 et MR2 sont respectivement comprises dans un pont de résistances 61 et 62 lesquelles sont respectivement connectées aux noeuds 54 et 55. Le pont 61 est formé par les résistances 63 et 64 connectées en série entre le noeud 54 et la terre et une résistance 65 laquelle est couplée en série avec la résistance MR1 entre le noeud 54 et la terre, la jonction entre les résistances 63 et 64 et la jonction entre l'élément MR1 et la résistance 65 étant respectivement connectées à l'entrée négative et positive de l'additionneur 66. De même, le pont 62 est formé par les résistances 67 et 68 connectées en série entre le noeud 55 et la terre et une résistance 69 laquelle est connectée en série avec la résistance magnétique MR2 entre le noeud 55 et la terre, la jonction entre les résistances 67 et 68 et la jonction entre l'élément MR2 et la résistance 69 étant respectivement connectées à l'entrée négative et positive de l'additionneur 70. Le pont est un arrangement particulièrement avantageux parce que les changements de résistance dus à la température sont automatiquement annulés dans l'additionneur. Les sorties de l'additionneur 66 et 70 sont sommées dans l'additionneur 71 duquel la sortie est connectée à la jonction entre les résistances 42 et 43 à travers la ligne de contre-réaction 72.

En fonctionnement, le courant du collecteur du transistor 40 et de là le potentiel à la base du transistor 44 est commandé en réponse à la tension de commande de couple appliqué à sa base et par la suite en réponse au potentiel appliqué à la jonction entre les résistances 42 et 43. Le dernier potentiel contre-réagit à l'entrée de commande de couple ainsi le transistor 40 fonctionne de la même manière que l'additionneur 11 de la variante précédente.

Les générateurs de Hall H10 et H20 sont respectivement alimentés par un courant continu constant pour générer une tension d'amplitude constante en réponse au passage du rotor à leur proximité, la tension étant appliquée aux bases de transistors 46 à 49 lesquelles sont alimentées par un courant d'erreur de couple fournit par le collecteur du transistor 44. Ainsi, en présence d'une tension de Hall dans chaque générateur de Hall les potentiels de base de transistors de puissance 56, 57, 58, 59 sont rendus variables en réponse à la tension d'erreur du couple au collecteur du transistor 40. Comme la résistance magnétique a une valeur de résistance variable en fonction de l'intensité du champ, et comme les courants d'induit sont drainés à travers les résistances magnétiques MR1 et MR2, la sortie de chacun des additionneurs 66 et 70 varie en fonction du produit de courant d'induit et de l'intensité du champ. Ainsi, la sortie de l'additionneur 71 représente la quantité de couple par laquelle l'entrée de commande du couple à la borne 12 est compensée.

Une troisième variante de l'invention est illustrée à la figure 6 laquelle diffère par rapport à la variante de la figure 2 en ce que les détecteurs de couple Hll et H21 sont remplacés par des bobines de détection LDI et LD2 lesquelles sont montées sur le même noyau statorique que les enroulements d'induit Lll et L21.

Le circuit de commande 10 pour le moteur à courant continu sans collecteur de la figure 6, est montré à la figure 7 laquelle est similaire aux circuits de contrôle de la figure 2. Les éléments de la figure 7 correspondant aux éléments de la figure 2 sont représentés par les mêmes références. La bobine de détection LDI est connectée à un circuit multiplicateur 81 (multiplicateur du type MC-1494 de Motorola) lequel est relié aux bornes du détecteur de courant résistif 21. De la même manière, la bobine de détection LD2 est reliée au circuit multiplicateur 81 lequel est relié aux bornes du détecteur de courant résistif 21'. La sortie de chacune des multiplicateurs 80 et 81 représente les produits du courant d'induit et de l'intensité du champ.

Il est à noter pourtant que, puisque la tension développée dans chaque bobine de détection est variable en fonction de la vitesse de rotation du rotor 1 et de l'intensité du champ magnétique, il est nécessaire d'annuler les composantes vitesses contenues dans le signal de sortie de l'additionneur 13. A cet effet, la sortie de l'additionneur 13 est connectée à un multiplicateur 82 dont une autre sortie est connectée à un générateur 82 couplé à l'arbre du rotor 1 et à un circuit d'échantillonnage 84. Le générateur 83 est du type conventionnel et capable de générer un nombre variable d'impulsions de durée constante en fonction de la vitesse du rotor. La fonction du circuit d'échantillonnage 84 est d'integrér le signal d'impulsions à un signal de tension. Puisque l'intervalle entre ces impulsions est inversement proportionnel à la vitesse du rotor, la tension délivrée par l'échantillonneur est la réciproque de la vitesse de rotation du rotor. Les multiplicateurs 82 multiplient la sortie de l'additionneur 13 par la valeur réciproque pour annuler les facteurs de vitesse, fournissant une tension indiquant le couple à l'entrée négative de l'additionneur 11.

La fonction de transfert linéaire de la commande de couple du motor selon l'invention peut être avantageusement utilisée pour commander la vitesse d'un motor à une valeur constante. Un exemple d'une commande à vitesse constante est montré à la figure 8 dans laquelle l'arbre du rotor est couplé un générateur 90 pour générer un train d'impulsions de durée constante en relation avec la vitesse. Un circuit échantillonneur 91 convertit les impulsions à un signal de tension en relation avec la vitesse, lequel est appliqué à l'entrée négative de l'additionneur 92 comme signal de contre-réaction négative.

Un signal de commande de vitesse, appliqué à la borne d'entrée 93, est fourni à l'entrée positive de l'additionneur 92. La sortie de l'additionneur 92 est alors appliquée à la borne d'entrée 13 du circuit de commande du moteur 10. A cause de la fonction de transfert linéaire du circuit de contrôle 10, la vitesse du moteur est maintenue constante sans fluctuation du couple.

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3 feuilles dessins

Claims (6)

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1. Procédé de commande d'un moteur à courant continu sans collecteur comprenant un rotor ayant des champs magnétiques alternés série et un stator ayant une pluralité d'enroulements d'induit, pour lequel les enroulements d'induit sont alimentés séquentiellement par un signal d'entrée quand le rotor se trouve à une position prédéterminée par rapport au stator le signal d'entrée étant corrigé par un signal de contre-réaction négative lequel est délivré par un capteur captant l'intensité du courant généré dans les enroulements d'un induit, caractérisé par le fait que l'on capte l'intensité du champ magnétique couplé avec les enroulements d'induit (Lll, L12, L21, L22) et que l'on multiplie l'intensité captée du champ magnétique et l'intensité captée du courant pour générer un signal représentant le couple qui est ledit signal de contre-réaction négative.

2. Circuit de commande pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, comprenant des moyens captant l'intensité du champ magnétique et des moyens de commutation du courant montés stationnaires par rapport au rotor pour détecter une position prédéterminée du rotor par rapport au stator et générer par là un signal de commutation, des moyens générant un courant pour appliquer séquentiellement un signal d'entrée auxdits enroulements en réponse audit signal de commutation pour générer un courant, des moyens pour capter l'amplitude de courant dans lesdits enroulements, caractérisée par le fait qu'il comprend des moyens (Hll, H21; MR1, MR2; LDI, LD2) pour capter l'intensité du champ magnétique couplé avec lesdits enroulements (LU, L12, L21, L22), et des moyens (Hll, H21; MR1, MR2;

80, 81) pour multiplier l'amplitude captée du courant et l'intensité captée du champ magnétique et générer un signal de sortie représentant le couple lequel est utilisé comme signal de contre-réaction négative.

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REVENDICATIONS

3. Circuit de commande selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens de multiplication comprennent deux générateurs de Hall (Hll, H21) montés respectivement adjacents au premier et au second enroulements d'induit, et que chaque générateur de Hall a une paire de bornes d'entrée de courant couplées au capteur de courant pour générer ledit signal de contre-réaction.

4. Circuit de commande selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens de multiplication comprennent deux résistances magnétiques (MR1, MR2) montées respectivement adjacentes au premier et au second enroulements (Lll, L12, L21, L22) et couplées respectivement en série.

5. Circuit de commande selon la revendication 4, caractérisé per le fait que lesdits moyens de multiplication sont formés par deux montages en pont (61, 62) chaque montage comprenant une première branche composée d'une première et d'une seconde résistances en série (63, 64; 67, 68), une seconde branche comprenant en série une des résistances magnétiques (MR1, MR2) et d'une troisième résistance (65; 69), et des moyens (66; 70) soustrayant la tension prélevée

à la jonction entre la première et la seconde résistance que la tension prélevée à la jonction entre la résistance magnétique et la troisième résistance pour générer ledit signal de sortie, et que la première et la seconde branche de chaque montage en pont (61, 62) sont connectées ensemble à une borne laquelle est connectée respectivement à un desdits enroulements.

6. Circuit de commande selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens de multiplication comprennent une première et une seconde bobine (LDI, LD2) pour capter le champ magnétique montées respectivement adjacentes au premier et second enroulements d'enduit (Lll, L12, L21, L22) et un circuit multiplicateur pour multiplier le courant capté par le capteur de courant (21,21') par une tension générée dans ladite bobine.