EP0060806A1 - Method of reducing the power consumption of a stepping motor, and device for carrying out this method - Google Patents
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- G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
- G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
- G04C3/14—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor
- G04C3/143—Means to reduce power consumption by reducing pulse width or amplitude and related problems, e.g. detection of unwanted or missing step
Definitions
- the present invention relates to a method for reducing the consumption of a stepping motor by automatically adapting the duration of each driving pulse supplied to it to the load which it must drive in response to this driving pulse.
- the present invention also relates to a device implementing this method.
- Stepper motors are used in many devices where a mechanical member has to be moved a determined amount in response to an electrical signal. They are used in particular in electronic timepieces. In these, the time display hands must be moved by a specified amount in response to very precise period pulses provided by a time base.
- the duration of the driving pulses sent at regular intervals to the motor is fixed. This duration is chosen so as to guarantee the proper functioning of the motor even in the worst conditions, that is to say with a low battery voltage, during the drive of the calendar mechanism, in the presence of shock or field external magnetic, etc. As these bad conditions occur only rarely, the engine is most often supercharged.
- One solution to this problem consists in providing a pulse-forming circuit capable of producing pulses of different durations and a device which detects the rotation or the absence of rotation of the motor.
- the duration of the driving pulses sent to the motor is gradually reduced until a step not taken is detected.
- a catch-up pulse is then sent to the motor and the energy of the normal driving pulses is fixed at a higher value. This value is maintained for a certain time. If the engine has been running normally during this period, the pulse duration is further reduced.
- Such a solution does not allow permanent and rapid adaptation of the driving pulses to the motor load.
- this slow adaptation and the sending of catch-up pulses in the event of non-rotation means that the energy consumption is higher than necessary.
- US Patent 3,500,103 describes a device which detects the movement of the movable member of the motor by means of the voltage induced in a detection coil separate from the drive coil and which interrupts the drive pulse when the movable member reaches either a position or a determined speed.
- French patent 2,200,675 proposes to detect the current variation in the motor control coil and to interrupt the driving pulse when this current passes through a minimum.
- the limits of this detection are imposed by the shape of the current which depends on the time constant of the circuit, on the induced electromotive force, as well as on the load of the motor. In some cases, the minimum current may disappear, which makes the servo device ineffective.
- American patent 4,114,364 describes a circuit for controlling the duration of the driving pulses at the load of the motor, which comprises means for detecting the current in the control coil and means for interrupting the pulse when this current reaches a value equal to the ratio between the supply voltage of the coil and its resistance in direct current, that is to say when the rotor has completed its pitch. Provision is also made for interrupting the pulse before the current has reached this value.
- This tension induced in the coil by the movement of the rotor is closely related to the mechanical energy supplied by the motor, by the relation where U r is this induced voltage, i is the current flowing in the coil, C the torque supplied by the motor and w the angular speed of the rotor.
- the second term in the above equation represents the total mechanical energy supplied by the motor during one of its steps, and the first term represents the electrical energy which is transformed, by the motor, into this mechanical energy.
- the above relationship shows that the voltage U induced in the coil by the rotation of the rotor is directly related to the mechanical energy supplied by the motor.
- the current i which is also involved in this relationship, as well as all the other physical quantities which can be measured on a rotating motor, also depend on factors not related to this mechanical energy, such as the voltage of the power source and the ohmic resistance of the coil. It follows that the measurement of the induced voltage U constitutes the most adequate method for determining with precision and security the optimal instant of interruption of the driving pulse.
- the voltage induced in the coil by the movement of the rotor constitutes only part of the overall induced voltage which is cited in French patent 2,200,675 and the maximum of which coincides with the minimum of the current flowing in the coil, when this minimum exists.
- the other part of the global induced voltage consists of the self-induction voltage created in the coil by the variations of the current which circulates there.
- this self-induction voltage is not directly linked to the energy supplied by the motor, the overall induced voltage does not constitute an adequate quantity for determining the optimum moment of interruption of the driving pulse. Added to this is the fact, already mentioned, that the current in the coil does not always have a minimum. In addition, this minimum, when present, is not sharp enough for it to be detected with precision.
- Figure 1 shows the equivalent diagram of a stepping motor.
- the coil of this motor is represented by a coil 1, of inductivity L and zero resistance, and by a resistance 2, of value R equal to the resistance of the motor coil.
- the voltage source induced in the coil by the rotation of the rotor is symbolized by a voltage source 3.
- the value of this induced voltage is designated by U.
- the curves 4 and 5 of FIG. 2a which are well known, illustrate the variation of the current i in the motor coil as a function of time, during the driving pulse, in cases where the load driven by the motor is low, respectively strong.
- the curves 6 and 7 of FIG. 2b illustrate, in the same load cases, the variation of the voltage U r , measured by a device which will be described later.
- Curves 4 and 5 show that, just after the moment t 0 of activation of the driving pulse, the current in the coil increases according to an exponential law, with a time constant equal to L / R, independently of the load that the motor should drive.
- the rotor is still stationary and the voltage U is zero r ( Figure 2b).
- the rotor begins to rotate.
- the source 3 begins to supply the voltage U induced by the rotation of the rotor, and the current i in the coil therefore ceases to have an exponential variation. It follows a curve which depends on the load driven by the motor, and of which curves 4 and 5 are two examples.
- the voltage U r follows a curve which also depends on the load driven by the motor. Curve 6 in Figure 2b corresponds to curve 4 in Figure 2a, and curve 7 in curve 5.
- the voltage U r goes through a maximum, before going through zero the moment the rotor passes through its equilibrium position with current, that is to say the position which it ends up taking, after a few oscillations, if the driving pulse is not interrupted.
- the voltage U r then oscillates around zero until the rotor comes to a stop.
- FIG. 3 illustrates the variation of the minimum duration Tl of the driving pulse necessary to turn an engine as a function of the torque C that this engine must provide.
- This variation is substantially linear and has a fairly low dispersion for a given type of engine. It can be expressed by the relation where T01 is the minimum duration of the driving pulse for a zero load and has the slope of the line.
- T2 put by the voltage U r to reach a determined threshold U s has also been reported in this figure 3. It is also substantially linear and can be expressed by the relation where T02 is the time taken by the voltage U r to reach the threshold voltage U in the absence of load and b is the slope of the line.
- k and K can be easily calculated from the measurement of times T01 and T02 and times Tl and T2 for a known charge. Once they have been determined, for a type of engine, they can be used in the control circuit of this type of engine, the diagram of which gives the diagram. Figure 5 shows the variation of the signals at some points in this figure 4.
- the reference 8 designates a circuit whose output delivers a signal S8 to a control circuit 9 each time that the motor 10 must advance by one step.
- Circuit 8 can be constituted, by way of nonlimiting example, by the oscillator and the frequency division chain of an electronic watch, and it can be arranged so as to deliver periodic signals having various frequencies. These signals will be described later.
- the control circuit 9 delivers a driving pulse I to the motor 10.
- this motor 10 is a stepping motor as it is commonly used in watches, the correct polarity of the driving pulse 1 is also determined by the circuit 9.
- a measuring circuit 11 is connected to the motor 10. It is arranged, in a manner which examples will be given later, to deliver a voltage U proportional to the voltage U r induced in the motor coil by the rotation of the rotor.
- the measured voltage U m is applied to a detector circuit 12 which delivers a signal S12 at the instant when this voltage U exceeds a reference voltage U s ' judiciously chosen.
- a calculation circuit 13 of which exemplary embodiments will be described later, delivers a signal S13 a certain time after having received the signal S12. The instant when this signal S13 is delivered depends on the time which has elapsed between the start of the driving pulse and the appearance of the signal S12, and on the two constants k and K which are also provided, in an adequate form, to the calculation circuit 13.
- the signal S13 is used by the control circuit 9 to interrupt the driving pulse I.
- FIG. 6 gives the block diagram of an example of a circuit 11 for measuring the voltage U.
- This circuit 11 like the other circuits which will be described later, is supplied by a voltage source, not shown.
- This source delivers a positive voltage + U a and a negative voltage -U a with respect to a midpoint which is grounded to the circuit.
- the voltage -U a is intended, in particular, to supply the differential amplifiers used in these circuits.
- FIG. 6 shows the motor 10 connected, in a conventional manner, in a bridge of four MOS transistors 14, 15, 16 and 17 forming part of the control circuit 9 of FIG. 4.
- the transistors 14 and 15, of type p have their sources connected to the positive pole + U a of the power source, not shown.
- Transistors 16 and 17, of type n have their source connected to the ground of the circuit, through a measurement resistor 18, of low value, forming part of the measurement circuit 11 of FIG. 4.
- the drains of transistors 14 and 16 are connected to one of the terminals of the motor 10, and the drains of the transistors 15 and 17 to the other.
- the control electrodes of the four transistors 14 to 17 are connected to a logic circuit, not shown in this figure 6, which delivers the logic signals necessary for the control of these transistors.
- a logic circuit not shown in this figure 6, which delivers the logic signals necessary for the control of these transistors.
- An example of this logic circuit will be given later.
- the measurement circuit 11 comprises an amplifier 20 whose input is connected to the point 19 common to the sources of the transistors 16 and 17 and to the resistor 18.
- the gain of this amplifier 20 is chosen so that its output voltage U20 is equal at the supply voltage + U when the current i flowing in the motor coil is equal to U a / R.
- the output of this amplifier 20 is connected to the input of a transmission gate 21, and to the inverting input of a differential amplifier 22.
- the transmission gate 21 is controlled by a logic signal 21C which is supplied, for example , by the circuit 8 of Figure 4, and which will be described later.
- This transmission gate 21 is connected to the junction point 23 of a resistor 24, having a value R24, and of a capacitor 25 having a capacitance C25. Point 23 is also connected, through an amplifier 26, to the non-inverting input of the differential amplifier 22.
- the sole purpose of the amplifier 26 is to reduce the load that the input of the amplifier 22 would constitute for the R-C circuit 24-25.
- the gain of this amplifier 26 is chosen to be equal to 1.
- the circuit formed by the resistor 24 and the capacitor 25 is connected between the + U terminal of the power source and the ground.
- the value R24-of resistance 24 and the capacity C25 of capacitor 25 are chosen so that where L and R are, as above, the inductance and resistance of the motor coil.
- the transmission gate 21 When the signal 21C is in the "0" state, the transmission gate 21 is in its blocking state.
- the voltage at point 23 is equal to the output voltage of the amplifier 20.
- Figure 7 illustrates the principle of operation of this circuit.
- the curve 27 represents the variation, during a driving pulse, of the output voltage U20 of the amplifier 20.
- This curve 27 is an image of the current i which flows in the coil of the motor 10.
- the voltage U23 at point 23 follows the same curve 27.
- the voltage U22 at the output of the differential amplifier 22 therefore remains zero. If, at any instant t, the gate 21 becomes blocking, the voltage U20 continues to follow the curve 27.
- This curve 28 is exactly the same as that which the voltage U20 would follow if, at time t, the rotor were suddenly blocked, which would cancel the voltage U. It is therefore the image of the current i 'which would circulate, under these conditions, in the motor coil.
- the voltage U20 is proportional to the current i which flows in the coil during a driving pulse.
- this current i can be expressed by the relation which is easily deduced from the circuit of FIG. 1 in the case where the voltage + U is applied to the motor by its control circuit, not shown in this FIG. 1.
- this slope is given by: where U rx and i x are respectively the values of U r and i at point X.
- U rx is equal to the length of the segment Z '- Y' in Figure 7, where Y 'and Z' are the points of the tangents 29 and 30 located on the abscissa (t x + ⁇ ).
- the ordinate of point Z ' is equal to U a / R which is the asymptotic value of the exponential 28.
- Figures 8a and 8b illustrate the operation of the circuit of Figure 6 when the transmission gate 21 is controlled by a signal 21C such as that shown in Figure 8c.
- the transmission gate 21 is conductive when the signal 21C is in the logic state "1", and blocked when this signal 21C is in logic state "0".
- the control signal 21C is constituted, for example, by pulses having a period of approximately 250 micro-seconds which are in the logic state "1" for a few microseconds, and in state "0" the rest of the time.
- the transmission gate 21 therefore becomes conductive for a few microseconds every 250 microseconds, and it is blocking the rest of the time.
- the curve 31 again represents the voltage U20, which is an image of the current i in the coil.
- the sawtooth curve 32 which is superposed on it represents the voltage U23. Indeed, each time the transmission gate 21 becomes conductive, that is to say when the signal 21C is in the state "1", the voltage U23 becomes equal to the voltage U20.
- the transmission door 21 is blocking, that is to say when the signal 21C is in the "0" state, the voltage U23 varies according to a curve such as the exponential curve 28 shown in FIG. 7.
- the sawtooth curve 33 of FIG. 8b represents, on a different scale from that of FIG. 8a, the output voltage U22 of the differential amplifier 22.
- This voltage U22 is equal to zero each time the transmission gate 21 is conductive, and it is equal to the difference of the voltages U23 and U20 when the transmission door 21 is blocked.
- the curve 34 which is the envelope of the curve 33, is an image of the voltage U induced in the motor coil by the rotation of the rotor.
- This envelope 34 could be obtained by filtering the voltage U22 in a low-pass filter.
- the output signal of this filter could be amplified in an amplifier, the gain of which would be chosen taking into account all the proportionality factors introduced into the circuit of FIG. 6 by the choice of the measurement resistance 18, of the gain of the amplifier 20 and the period of the control signal 21C.
- the output signal from this amplifier would then be equal to the induced voltage U. But this filtering and this amplification are not necessary.
- the voltage U22 itself can be directly used as the measurement voltage U in the circuit of FIG. 4.
- the voltage U 'at which the voltage U m is compared in circuit 12 of FIG. 4 must of course be chosen taking into account the proportionality factors above.
- the voltage U22 is independent of the supply voltage U a , since the voltages U23 and U20 are both proportional to this voltage U.
- Equation (8) above can therefore be written:
- Figure 9 shows the block diagram of a measurement circuit 11 ( Figure 4) providing a voltage U ml proportional to U rx based on equation (9) above.
- the resistor 18 for measuring the current flowing in the motor (not shown in this FIG. 9) and the amplifier 20 whose output voltage is an image of this current are identical to the resistor 18 and to the amplifier 20 of FIG. 6.
- the output of amplifier 20 is connected, via diary of a transmission gate 61 to a first terminal of a capacitor 62 of capacitance C62, and to the non-inverting input of a differential amplifier 63.
- the second terminal of the capacitor 62 is connected to the ground of the circuit.
- the output of amplifier 63 is connected to its inverting input.
- the gain of this amplifier is therefore equal to one. Its output is also connected, through two transmission doors 64 and 65, to the first terminals of two capacitors 66 and 67, of capacity C66 and C67.
- the second terminal of the capacitor 66 is connected through a transmission gate 68 to the + U terminal of the power source and the second terminal of the capacitor 67 is connected to the output of the amplifier 20 by a transmission gate 69.
- the first terminal of the capacitor 66 and the second terminal of the capacitor 67 are connected to a first output terminal of the circuit, designated by B1, by transmission gates 70, respectively 71.
- the second terminal of the capacitor 66 and the first terminal of the capacitor 67 are connected to a second output terminal of the circuit, designated by B2, by transmission doors 72, 73 respectively.
- the transmission doors 61 and 70 to 73 are controlled together by a signal designated by C1, and the transmission doors 64, 65, 68 and 69 are controlled, also together, by a signal designated by C2.
- These signals C1 and C2 which can be delivered, for example, by the circuit 8 of FIG. 4, and which are represented in FIG. 10, have identical periods of 0.5 milliseconds for example and equally short durations, compared to their period, 30 microseconds for example. Each of them appears in the middle of the other's period.
- FIG. 7 can also be used to understand the operation of the circuit of FIG. 9.
- the signal C2 makes the transmission doors 64, 65, 68 and 69 conductive.
- the voltage U memorized by the capacitor 62 and the amplifier 63 is therefore applied to the first terminal of the capacitor 66 and of the capacitor 67.
- the voltage U a is applied to the second terminal of the capacitor 66 and a voltage proportional to the the current flowing at this instant t y in the motor coil is applied to the second terminal of the capacitor 67.
- this voltage can be considered to be the voltage U of FIG. 7.
- the following pulse C1 makes the transmission doors 70 to 73 conductive.
- the capacitors 66 and 67 are therefore connected in parallel with the output terminals B1 and B2 of the circuit.
- the voltage U m1 which then appears at these terminals is equal to:
- either of the output terminals B1 and B2 can be grounded to the circuit without the operation of the latter being modified.
- the accuracy of the measured value depends directly on the accuracy of the value of the resistor 24 and of the capacitor 25. It is well known that it is difficult, in mass production, to obtain great precision for such elements.
- the circuit of FIG. 9 does not have this drawback.
- the precision of the measurement depends only on the ratio of the capacitors 66 and 67 capacitors. However, even in mass production, this ratio can be guaranteed with very good precision.
- figure II shows the diagram of a third measurement circuit which eliminates this source of error.
- the output terminal B1 of the circuit of FIG. 9 is connected to the inverting input of a differential amplifier 74.
- the non-inverting input of this amplifier 74 is connected to ground.
- the output of this amplifier 74 is connected to its inverting input by a capacitor 75 connected in parallel with a transmission gate 76.
- the output of the amplifier 74 is further connected, through a transmission gate 77, to the input non-inverting of a differential amplifier 78.
- a capacitor 79 and a transmission gate 80 are connected in parallel between this non-inverting input of amplifier 78 and ground.
- the output of amplifier 78 constitutes the output of measurement circuit 11. This output is connected to the inverting input of amplifier 78 by a resistor 81 and to the ground of the circuit by a resistor 82.
- the non-input amplifier 78 is further connected by a transmission gate 83 to the non-inverting input of a differential amplifier 84.
- a capacitor 85 and a transmission gate 86 are connected in parallel between this input of the amplifier 84 and the mass.
- the output of amplifier 84 is connected to its inverting input.
- the gain of this amplifier 84 is therefore equal to one. Its output is also connected, by a transmission gate 87, to a first terminal of a capacitor 88. The other terminal of this capacitor 88 is connected to ground. Finally, the first terminal of the capacitor 88 is connected by a transmission gate 89 to the inverting input of the amplifier 74.
- the transmission doors 77 and 89 are controlled by the signal C1 described above, at the same time as the transmission doors 61, 70, 71 and 73.
- the transmission doors 76 and 87 are controlled by the signal C2 also described here above, like the transmission doors 64, 65 and 69.
- the transmission doors 80 and 86 are controlled by a signal C3 which can be, for example, delivered by the circuit 9 for controlling the motor 10 and which is at state "0" during motor impulses and state "1" the rest of the time.
- the doors 80 and 86 are therefore conductive between the driving pulses and blocked during these driving pulses.
- the transmission gate 83 is controlled by a signal C4 which is normally at "0" and which passes to the state "1" for a few microseconds approximately one millisecond after the start of the driving pulse.
- Signals C3 and C4 are also shown in Figure 10.
- the capacitor 88 is discharged since the output of the amplifier 84, which is grounded, is connected to it at each pulse C2 by the transmission gate 87.
- the capacitor 75 is also discharged through the transmission gate 76 which. short-circuit. Immediately after each of these pulses C2, the output of the amplifier 74 is therefore also at ground potential.
- a pulse C1 makes the transmission gates 70, 71, 73, 77 and 89 conductive.
- the sum of the charges contained at this time in the capacitors 66, 67 and 88 is therefore transferred to the capacitor 75.
- the voltage U75 at the terminals of this capacitor would then be: if the transmission door 80 was not conductive.
- the sign - which appears in this equation results from the fact that the terminal B1 is connected to the inverting input of the amplifier 74.
- this voltage U75 remains zero as long as the signal C3 is in the state "1" and the charges Q66 and Q67 are transmitted to ground by this transmission gate 80.
- the charge Q88 of the capacitor 88 is in any case zero at this moment.
- the output of amplifier 78 therefore remains at ground potential.
- this voltage U75 has the value where U xD and D yD are the values of U x and U at this instant D.
- the C4 pulse is produced approximately one millisecond after the start of the driving pulse, at a time when the rotor is still stationary.
- This pulse C4 briefly opens the transmission gate 83.
- the capacitor 85 is therefore charged at this voltage U75 D which also appears at the output of the amplifier 84.
- the pulse C2 following this pulse C4 opens the transmission gate 87 and the capacitor 88 therefore also charges at voltage U75 D.
- the electrical charge Q88 of the capacitor 88 therefore becomes equal to:
- the capacitor 85 remains practically charged at the voltage U75 D as long as the transmission gate 86 remains blocked, if the input resistance of the amplifier 84 is large, which is the case. Subsequent changes in the output voltage of amplifier 74 no longer have any influence on this voltage since the transmission gate 83 is permanently blocked again.
- the capacitor 88 discharges into the capacitor 75, at the same time as the capacitors 66 and 67.
- the charge of the capacitor 75 therefore becomes
- the capacitor 88 recharges at the voltage U75 D which is memorized by the capacitor 85.
- This voltage U75 is independent of the voltage U, or of the voltage U a ⁇ . In addition, it is proportional to the voltage U rx induced in the motor coil at time t by the rotation of the rotor. Indeed, at time D defined above, the voltage U m2 given by equation (12) is written:
- the reset input R of the flip-flop 46 is connected to the output of the differential amplifier 41.
- Three transmission doors 49, 50 and 51 have their control input respectively connected to the outputs of doors 47 and 48, and to the output Q * of the flip-flop 45. These transmission doors 49, 50 and 51 are similar to the door transmission 21 of FIG. 6. When their command input is in logic state "0", they are in their blocking state and when their command input is in logic state "1", they are in their state driver.
- the transmission door 49 is connected between the positive pole + U of the power source and a resistor 52, of value R52.
- the transmission door 50 is connected between the negative pole -U of the power source and a resistor 53, of value R53.
- the transmission gate 51 is connected between a voltage U b , which will be defined below, and a resistor 54, of value R54.
- the second terminals of resistors 52, 53 and 54 are connected to each other and to the inverting input of a differential amplifier 55, the non-inverting input of which is connected to a determined voltage, which is that of ground in the present example. .
- a capacitor 56 of capacity C56, is connected between the common point of the resistors 52 to 54 and the ground.
- the output of the amplifier 55 is connected to a first input of an AND gate 57 whose second input is connected to the output Q * of the flip-flop 46.
- the output of this gate 57 is connected to the input R of resetting the flip-flop 45.
- FIG. 12 shows an example of a circuit realizing the function of the circuits 9, 12 and 13 of FIG. 4.
- the circuit 12 is constituted by a simple differential amplifier 41.
- the voltage U constituted by the output voltage of one of the circuits 11 described above is applied to the non-inverting input of this amplifier 41, the inverting input of which receives a voltage U s chosen as has been explained above.
- This voltage U ′ can be supplied by a separate source or by a simple voltage divider connected to the terminals of the source supplying the entire circuit.
- the control circuit 9 of the motor 10 comprises the transistors 14 to 17 described in connection with FIG. 6. It also comprises a type D flip-flop 42 whose clock input Ck is connected to the output S8 of circuit 8 of FIG. 4. The input D of this flip-flop 42 is connected to its inverse output Q * so that it changes state each time the signal S8 passes from the logic state "0" in logic state "1".
- the direct output Q of the flip-flop 42 is connected to a first input of an AND gate 43 whose output is connected to the control electrodes of the transistors 14 and 16.
- the output Q * of the flip-flop 42 is connected to a first input of an AND gate 44, the output of which is connected to the control electrodes of the transistors 15 and 17.
- the control circuit 9 also comprises a flip-flop 45, of type D, the clock input Ck of which is connected to the output S8 of the circuit 8 by means of an inverter 58.
- This flip-flop 45 is permanently in the logic state "1", and its output Q is connected to the second input of the gates 43 and 44.
- the calculation circuit 13 comprises a flip-flop 46, also of type D, whose clock input Ck is connected to the output S8 of circuit 8 and whose input D is permanently in the logic state "1 ".
- the outputs Q and Q * of the flip-flop 46 are respectively connected to the first inputs of two AND gates 47 and 48, the second inputs of which are connected, together, to the output Q of the flip-flop 45.
- the voltage U56 across the capacitor 56 is therefore equal to the voltage U b . If this voltage is positive, as in this example, the outputs of amplifier 55 and of gate 57 are at "0".
- the output of gate 43 therefore also changes to "1".
- the transistor 14 is blocked and the transistor 16 becomes conductive.
- the current i begins to circulate in the coil of the motor 10, through the transistors 15 and 16.
- the voltage at point 19 begins to increase and act on the measurement circuit 11 as has been explained with reference to FIGS. 6, 9 or 12.
- the output Q * of the flip-flop 45 changes to "0", which blocks the transmission door 51.
- the output of the door 47 changes to "1", which makes the transmission door 49 conductive.
- the voltage + U is therefore applied to the capacitor 56 through the resistor 52, and the voltage U56 begins to increase according to an exponential curve having a time constant ⁇ 1 determined by the product R52.C56.
- the variation of the voltage U56 has been represented, in FIG. 13, as a linear variation.
- the output of the amplifier 41 changes to "1".
- the output Q of the flip-flop 46 therefore returns to "0", which causes the blocking of the transmission door 49.
- the value Ud reached by the voltage U56 at time t d depends on the time T2 taken by the induced voltage U to reach the threshold voltage U, the value of the voltage U b and the time constant ⁇ 1.
- This voltage U56 becomes equal to a determined voltage, which is the voltage of the ground in the present example, the output of the amplifier 55 changes to "1", which resets the flip-flop 45 in its rest state, that is to say with its Q output at "0" and its Q * output at "1".
- the output of the gate 43 therefore returns to "0", which blocks the transistor 16 and makes the transistor 14 conductive.
- the current i is therefore interrupted, and the motor rotor ends its pitch thanks to its inertia and thanks to a. part of the energy that is stored, in the form of magnetic energy, in the inductivity of the coil.
- the rotor is braked by the short circuit which is established through the transistors 14 and 15.
- the time T3 taken by the voltage U56 to become equal to zero depends on the voltage U d that it had reached at the instant t d and hence the time constant t2.
- the duration Tl of the driving pulse is equal to the sum of the durations T2 and T3. As T3 depends on the voltage U d , and this voltage U d itself depends on the duration T2, we see that this duration Tl depends directly on the time T2 put by the voltage U r induced in the motor coil by the rotation of the rotor to reach a predetermined U value.
- the duration T01 of the driving impulse necessary to run the motor without load the time T02 put by the induced voltage U r to reach the value U s when the motor is also without load, and the coefficients a and b of the lines which represent the variation as a function of the motor load of the duration of the driving pulse and of the time taken by the voltage U r to reach the threshold U, it is easy to determine the time constant tl and t2 as well as the voltage U b so that the relation (1) mentioned above is verified. It is therefore in the form of these parameters t1, t2 and U b that the constants k and K of this relation (1) are introduced in the present example of the calculation circuit 13.
- the voltage U b can be chosen to be negative, if necessary, to take account of the sign of the constant K.
- the state "0" of the output Q of the flip-flop 45 causes the blocking of the transmission gate 50.
- the state “1" of the output Q * of this flip-flop 45 makes the conductive transmission door 51.
- the voltage U b is therefore again applied to the capacitor 56 through the resistor 54.
- the voltage U56 therefore increases again, until it reaches, after a certain time, the voltage U b .
- FIG. 14 illustrates another example of a circuit realizing the function of the calculation circuit 13 of FIG. 4.
- This circuit includes a flip-flop 91, of type D, the clock input Ck of which receives the signal S8 from the output of circuit 8 in FIG. 4.
- the input D of this flip-flop 91 is permanently at l 'logical state "1".
- Its output Q is connected to the U / D input for determining the counting direction of a reversible counter 92.
- This counter 92 is also preselectable, which means that, in response to a pulse on a control input C, its content takes a value determined by the logic states "0" or "1" which are applied to preselection inputs designated together by P.
- control input C of the counter 92 is also connected to the output S8 of the circuit 8, and its inputs P are connected, in a fixed or modifiable manner which will be described below, to the potentials representing the logic states "0" and "1".
- the counter 92 also includes a clock input Ck which is connected to the output of an OR gate 93 whose inputs are respectively connected to the outputs of two AND gates 94 and 95.
- gate 94 The inputs of gate 94 are respectively connected to the output Q of the flip-flop 45 of FIG. 12, not shown in this FIG. 14, to the output Q of the flip-flop 91, and to a circuit, also not shown, which delivers a periodic signal having a frequency fl.
- This circuit can be circuit 8 in FIG. 4 and the frequency f1 is chosen in a manner which will be described later.
- gate 95 The inputs of gate 95 are respectively connected to the output Q of the flip-flop 45, to the output Q * of the flip-flop 91 and to a circuit, which can also be circuit 8 of FIG. 4, and which delivers a periodic signal having a frequency f2, the choice of which will also be described below.
- the outputs of counter 92 are connected to a detection circuit 96, the output of which takes the state "1" when the content of counter 92 is equal to zero.
- This detection circuit 96 can simply consist of a reverse OR gate, each input of which is connected to an output of the counter 92.
- This detection circuit 96 is connected to an input of an AND gate 97, the other input of which is connected to the output Q * of the flip-flop 91.
- gate 97 is connected to the reset input R of flip-flop 45 of FIG. 12, not shown in FIG. 14.
- the value Nd of the content of the counter 92 at this instant depends on the time T2 'taken by the induced voltage U to reach the threshold voltage U, of the initial value Ni taken by the content of this counter 92 in response to the signal S8, and of the frequency f1.
- the time T3 'taken by the counter 92 to reach the zero state depends on the value Nd reached by its content at the time when the output S12 of the circuit 12 changes to the state "1" and on the frequency f2.
- the duration T1 'of the driving pulse is equal to the sum of the durations T2' and T3 '.
- the duration T3 ' depends on the value Nd, and since this value Nd itself depends on the duration T2', the duration Tl 'of the driving pulse depends directly on the time T2' set by the voltage U r induced in the motor coil by the rotation of the rotor to reach the predetermined U value.
- the frequencies fl and f2 play the role of the cons time uncles ⁇ 1 and t2 in the case of FIG. 12, and the initial value Ni plays that of the voltage Ub.
- a negative initial value Ni must be introduced into the counter 92.
- the value of the content of a counter is always a positive number, it is necessary in this case to enter into the counter 92 an initial value Ni 'equal to the difference between the counting capacity of the counter 92 and the absolute value of Ni.
- the content of the counter 92 goes through zero after Ni frequency pulses f1 have been received by its input Ck. But as at this moment the output Q * of the flip-flop 91 is still in the state "0", the signal "1" delivered by the output of the circuit 96 is blocked by the gate 97. The driving pulse is not therefore not interrupted at this time.
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un procédé pour réduire la consommation d'un moteur pas-à-pas en adaptant automatiquement la durée de chaque impulsion motrice qui lui est fournie à la charge qu'il doit entraîner en réponse à cette impulsion motrice.The present invention relates to a method for reducing the consumption of a stepping motor by automatically adapting the duration of each driving pulse supplied to it to the load which it must drive in response to this driving pulse.
La présente invention se rapporte également à un dispositif mettant en oeuvre ce procédé.The present invention also relates to a device implementing this method.
Les moteurs pas-à-pas sont utilisés dans de nombreux dispositifs où un organe mécanique doit être déplacé d'une quantité déterminée en réponse à un signal électrique. Ils sont notamment utilisés dans les pièces d'horlogerie électroniques. Dans celles-ci, les aiguilles d'affichage de l'heure doivent être déplacées d'une quantité déterminée en réponse à des impulsions de période très précise fournies par une base de temps.Stepper motors are used in many devices where a mechanical member has to be moved a determined amount in response to an electrical signal. They are used in particular in electronic timepieces. In these, the time display hands must be moved by a specified amount in response to very precise period pulses provided by a time base.
Dans ces pièces d'horlogerie, la plus grande partie de l'énergie fournie par la source d'alimentation électrique, qui est en général une pile, est consommée par le moteur pas-à-pas. Le volume à disposition dans ces pièces d'horlogerie étant très restreint, il est important de limiter autant que possible la consommation de ce moteur pour augmenter la durée de vie de la pile ou, pour une durée de-vie donnée, pour pouvoir diminuer son volume.In these timepieces, most of the energy supplied by the electrical power source, which is generally a battery, is consumed by the stepping motor. The volume available in these timepieces being very limited, it is important to limit as much as possible the consumption of this engine to increase the lifespan of the battery or, for a given lifespan, to be able to decrease its volume.
Dans la plupart des pièces d'horlogerie actuelles, la durée des impulsions motrices envoyées à intervalle régulier au moteur est fixe. Cette durée est choisie de manière à garantir le bon fonctionnement du moteur même dans les plus mauvaises conditions, c'est-à-dire avec une tension de pile faible, pendant l'entraînement du mécanisme de calendrier, en présence de choc ou de champ magnétique externe, etc. Comme ces mauvaises conditions ne se présentent que rarement, le moteur est le plus souvent suralimenté.In most of the current timepieces, the duration of the driving pulses sent at regular intervals to the motor is fixed. This duration is chosen so as to guarantee the proper functioning of the motor even in the worst conditions, that is to say with a low battery voltage, during the drive of the calendar mechanism, in the presence of shock or field external magnetic, etc. As these bad conditions occur only rarely, the engine is most often supercharged.
Il est possible de réduire notablement la consommation en énergie du moteur en adaptant l'énergie fournie par les impulsions motrices à la charge momentanée qu'il doit entraîner et à la tension d'alimentation.It is possible to significantly reduce the energy consumption of the motor by adapting the energy supplied by the pulses power to the momentary load it must drive and to the supply voltage.
Une solution à ce problème consiste à prévoir un circuit formateur d'impulsions capable de produire des impulsions de durées différentes et un dispositif qui détecte la rotation ou l'absence de rotation du moteur. La durée des impulsions motrices envoyées au moteur est progressivement réduite jusqu'à ce qu'un pas non effectué soit détecté. Une impulsion de rattrapage est alors envoyée au moteur et l'énergie des impulsions motrices normales est fixée à une valeur supérieure. Cette valeur est maintenue pendant un certain temps. Si le moteur a tourné normalement pendant cette période, la durée des impulsions est à nouveau réduite. Une telle solution ne permet pas une adaptation permanente et rapide des impulsions motrices à la charge du moteur. De plus, cette adaptation lente et l'envoi d'impulsions de rattrapage en cas de non rotation fait que la consommation en énergie est plus élevée qu'il n'est nécessaire.One solution to this problem consists in providing a pulse-forming circuit capable of producing pulses of different durations and a device which detects the rotation or the absence of rotation of the motor. The duration of the driving pulses sent to the motor is gradually reduced until a step not taken is detected. A catch-up pulse is then sent to the motor and the energy of the normal driving pulses is fixed at a higher value. This value is maintained for a certain time. If the engine has been running normally during this period, the pulse duration is further reduced. Such a solution does not allow permanent and rapid adaptation of the driving pulses to the motor load. In addition, this slow adaptation and the sending of catch-up pulses in the event of non-rotation means that the energy consumption is higher than necessary.
Pour éviter cet inconvénient, il est connu de prévoir des dispositifs qui adaptent la durée de chaque impulsion motrice à la charge que le moteur doit entraîner en réponse à cette impulsion motrice.To avoid this drawback, it is known to provide devices which adapt the duration of each driving pulse to the load that the motor must drive in response to this driving pulse.
Le brevet américain 3.500.103 décrit un dispositif qui détecte le mouvement de l'organe mobile du moteur par l'intermédiaire de là tension induite dans une bobine de détection distincte de la bobine motrice et qui interrompt l'impulsion motrice lorsque l'organe mobile atteint soit une position soit une vitesse déterminée.US Patent 3,500,103 describes a device which detects the movement of the movable member of the motor by means of the voltage induced in a detection coil separate from the drive coil and which interrupts the drive pulse when the movable member reaches either a position or a determined speed.
Le brevet américain 3.855.781 propose des solutions selon lesquelles la position du rotor est détectée par la mesure de la tension induite dans une bobine auxiliaire ou créée par la déformation d'un capteur piézo-électrique au passage des dents d'une des roues du train d'engrenage entraîné par le moteur. Cette tension est utilisée pour interrompre l'impulsion motrice.American patent 3,855,781 proposes solutions according to which the position of the rotor is detected by measuring the voltage induced in an auxiliary coil or created by the deformation of a piezoelectric sensor when the teeth of one of the wheels of the gear train driven by the motor. This voltage is used to interrupt the driving pulse.
Les dispositifs décrits dans les deux brevets ci-dessus nécessitent des éléments supplémentaires pour fonctionner, ce qui rend leur mise en oeuvre chère et compliquée.The devices described in the two above patents require additional elements to operate, which makes their implementation expensive and complicated.
Le brevet français 2.200.675 propose de détecter la variation de courant dans la bobine de commande du moteur et d'interrompre l'impulsion motrice lorsque ce courant passe par un minimum. Les limites de cette détection sont imposées par la forme du courant qui dépend de la constante de temps du circuit, de la force contre-électromotrice induite, ainsi que de la charge du moteur. Dans certains cas, le minimum de courant peut disparaître, ce qui rend inefficace le dispositif d'asservissement.French patent 2,200,675 proposes to detect the current variation in the motor control coil and to interrupt the driving pulse when this current passes through a minimum. The limits of this detection are imposed by the shape of the current which depends on the time constant of the circuit, on the induced electromotive force, as well as on the load of the motor. In some cases, the minimum current may disappear, which makes the servo device ineffective.
Par ailleurs, le brevet américain 4.114.364 décrit un circuit d'asservissement de la durée des impulsions motrices à la charge du moteur, qui comporte des moyens pour détecter le courant dans la bobine de commande et des moyens pour interrompre l'impulsion lorsque ce courant atteint une valeur égale au rapport entre la tension d'alimentation de la bobine et sa résistance en courant continu, c'est-à-dire lorsque le rotor a terminé son pas. On prévoit également la possibilité d'interrompre l'impulsion avant que le courant ait atteint cette valeur.Furthermore, American patent 4,114,364 describes a circuit for controlling the duration of the driving pulses at the load of the motor, which comprises means for detecting the current in the control coil and means for interrupting the pulse when this current reaches a value equal to the ratio between the supply voltage of the coil and its resistance in direct current, that is to say when the rotor has completed its pitch. Provision is also made for interrupting the pulse before the current has reached this value.
Tous les dispositifs décrits ci-dessus utilisent la mesure d'une grandeur physique telle que la vitesse ou la position du rotor ou telle - que le courant circulant dans la bobine. Cette mesure est utilisée directement ou par comparaison avec une valeur de référence pour commander l'interruption de l'impulsion motrice. Or aucune de ces grandeurs physiques ne donne d'indication absolue sur l'instant exact où cette impulsion motrice doit être interrompue pour que la consommation d'énergie du moteur soit réellement minimale. Tous ces dispositifs provoquent donc l'interruption de l'impulsion motrice à un instant choisi arbitrairement et qui n'est en général pas l'instant optimum. Dans la pratique, ces dispositifs doivent tenir compte de facteurs de sécurité tels que, la plupart du temps, le moteur consomme trop d'énergie ou ne fonctionne pas avec sécurité.All the devices described above use the measurement of a physical quantity such as the speed or the position of the rotor or such that the current flowing in the coil. This measurement is used directly or by comparison with a reference value to control the interruption of the driving pulse. However, none of these physical quantities gives an absolute indication of the exact instant when this driving impulse must be interrupted so that the energy consumption of the motor is truly minimal. All these devices therefore cause the interruption of the motor pulse at an arbitrarily chosen instant and which is generally not the optimum instant. In practice, these devices must take into account safety factors such that, most of the time, the motor consumes too much energy or does not operate safely.
Cet inconvénient est évité par le procédé selon l'invention, qui consiste à mesurer la tension induite dans la bobine du moteur par le mouvement du rotor, et à interrompre l'impulsion motrice en dépendance de cette mesure de tension induite.This drawback is avoided by the method according to the invention, which consists in measuring the voltage induced in the motor coil by the movement of the rotor, and in interrupting the driving pulse in dependence on this measurement of induced voltage.
Cette tension induite dans la bobine par le mouvement du rotor est étroitement liée à l'énergie mécanique fournie par le moteur, par la relation
Le second terme de l'équation ci-dessus représente l'énergie mécanique totale fournie par le moteur pendant un de ses pas, et le premier terme représente l'énergie électrique qui est transformée, par le moteur, en cette énergie mécanique.The second term in the above equation represents the total mechanical energy supplied by the motor during one of its steps, and the first term represents the electrical energy which is transformed, by the motor, into this mechanical energy.
La relation ci-dessus montre que la tension U induite dans la bobine par la rotation du rotor est directement liée à l'énergie mécanique fournie par le moteur. Le courant i qui intervient également dans cette relation, ainsi que toutes les autres grandeurs physiques qui peuvent être mesurées sur un moteur en rotation, dépendent également de facteurs non liés à cette énergie mécanique, telles que la tension de la source d'alimentation et la résistance ohmique de la bobine. Il en découle que la mesure de la tension induite U constitue le procédé le plus adéquat pour déterminer avec précision et sécurité l'instant optimal d'interruption de l'impulsion motrice.The above relationship shows that the voltage U induced in the coil by the rotation of the rotor is directly related to the mechanical energy supplied by the motor. The current i which is also involved in this relationship, as well as all the other physical quantities which can be measured on a rotating motor, also depend on factors not related to this mechanical energy, such as the voltage of the power source and the ohmic resistance of the coil. It follows that the measurement of the induced voltage U constitutes the most adequate method for determining with precision and security the optimal instant of interruption of the driving pulse.
- Il faut noter que la tension induite dans la bobine par le mouvement du rotor ne constitue qu'une partie de la tension induite globale qui est citée dans le brevet français 2.200.675 et dont le maximum coïncide avec le minimum du courant circulant dans la bobine, lorsque ce minimum existe. L'autre partie de la tension induite globale est constituée par la tension d'auto-induction créée dans la bobine par les variations du courant qui y circule.- It should be noted that the voltage induced in the coil by the movement of the rotor constitutes only part of the overall induced voltage which is cited in French patent 2,200,675 and the maximum of which coincides with the minimum of the current flowing in the coil, when this minimum exists. The other part of the global induced voltage consists of the self-induction voltage created in the coil by the variations of the current which circulates there.
Cette tension d'auto-induction n'étant pas liée directement à l'énergie fournie par le moteur, la tension induite globale ne constitue pas une grandeur adéquate pour déterminer l'instant optimum d'interruption de l'impulsion motrice. A cela s'ajoute le fait, déjà cité, que le courant dans la bobine ne présente pas toujours de minimum. En outre, ce minimum, lorsqu'il est présent, n'est pas suffisamment net pour que sa détection puisse se faire avec précision.Since this self-induction voltage is not directly linked to the energy supplied by the motor, the overall induced voltage does not constitute an adequate quantity for determining the optimum moment of interruption of the driving pulse. Added to this is the fact, already mentioned, that the current in the coil does not always have a minimum. In addition, this minimum, when present, is not sharp enough for it to be detected with precision.
L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide du dessin dans lequel :
- - La figure 1 représente le schéma équivalent d'un moteur pas-à-pas;
- - La figure 2a illustre la variation du courant dans la bobine du moteur dans deux cas de charge de ce moteur;
- - La figure 2b illustre la variation de la tension induite dans la bobine par la rotation du rotor dans les mêmes cas de charge;
- - La figure 3 illustre la variation de la durée de l'impulsion motrice minimum et du temps mis par la tension induite pour atteindre un seuil déterminé en fonction de la charge entraînée par le moteur;
- - La figure 4 est un schéma bloc d'un exemple de dispositif selon l'invention;
- - La figure 5 illustre le fonctionnement du dispositif de la figure 4;
- - La figure 6 est un schéma d'un premier exemple de circuit de mesure de la tension induite dans la bobine par la rotation du rotor;
- - La figure 7 illustre le principe de fonctionnement du circuit de la figure 6;
- - - La figure 8 illustre le fonctionnement du circuit de la figure 6;
- - La figure 9 est un schéma d'un deuxième exemple de circuit de mesure de la tension induite dans la bobine par la rotation du rotor;
- - La figure 10 illustre le fonctionnement du circuit de la figure 9;
- - La figure 11 est un schéma d'un troisième exemple de circuit de mesure de la tension induite dans la bobine par la rotation du rotor;
- - La figure 12 est un schéma d'un premier exemple de circuit utilisant la mesure de la tension induite dans la bobine par la rotation du rotor pour interrompre l'impulsion motrice;
- - La figure 13 illustre le fonctionnement du circuit de la figure 12;
- - La figure 14 est un schéma d'un deuxième exemple de circuit utilisant la mesure de la tension induite dans la bobine par la rotation du rotor pour interrompre l'impulsion motrice; et
- - La figure 15 illustre le fonctionnement du circuit de la figure 14.
- - Figure 1 shows the equivalent diagram of a stepping motor;
- - Figure 2a illustrates the variation of the current in the motor coil in two cases of load of this motor;
- - Figure 2b illustrates the variation of the voltage induced in the coil by the rotation of the rotor in the same load cases;
- - Figure 3 illustrates the variation of the duration of the minimum driving pulse and the time taken by the induced voltage to reach a threshold determined according to the load driven by the motor;
- - Figure 4 is a block diagram of an exemplary device according to the invention;
- - Figure 5 illustrates the operation of the device of Figure 4;
- - Figure 6 is a diagram of a first example of a circuit for measuring the voltage induced in the coil by the rotation of the rotor;
- - Figure 7 illustrates the operating principle of the circuit of Figure 6;
- - - Figure 8 illustrates the operation of the circuit of Figure 6;
- - Figure 9 is a diagram of a second example of a circuit for measuring the voltage induced in the coil by the rotation of the rotor;
- - Figure 10 illustrates the operation of the circuit of Figure 9;
- - Figure 11 is a diagram of a third example of a circuit for measuring the voltage induced in the coil by the rotation of the rotor;
- - Figure 12 is a diagram of a first example of a circuit using the measurement of the voltage induced in the coil by the rotation of the rotor to interrupt the driving pulse;
- - Figure 13 illustrates the operation of the circuit of Figure 12;
- - Figure 14 is a diagram of a second example of a circuit using the measurement of the voltage induced in the coil by the rotation of the rotor to interrupt the driving pulse; and
- - Figure 15 illustrates the operation of the circuit of Figure 14.
La figure 1 représente le schéma équivalent d'un moteur pas-à-pas. La bobine de ce moteur est représentée par une bobine 1, d'inductivité L et de résistance nulle, et par une résistance 2, de valeur R égale à la résistance de la bobine du moteur. La source de tension induite dans la bobine par la rotation du rotor est symbolisée par une source de tension 3. La valeur de cette tension induite est désignée par U .Figure 1 shows the equivalent diagram of a stepping motor. The coil of this motor is represented by a
Les courbes 4 et 5 de la figure 2a, qui sont bien connues, illustrent la variation du courant i dans la bobine du moteur en fonction du temps, pendant l'impulsion motrice, dans des cas où la charge entraînée par le moteur est faible, respectivement forte.The curves 4 and 5 of FIG. 2a, which are well known, illustrate the variation of the current i in the motor coil as a function of time, during the driving pulse, in cases where the load driven by the motor is low, respectively strong.
Les courbes 6 et 7 de la figure 2b illustrent, dans les mêmes cas de charge, la variation de la tension Ur, mesurée par un dispositif qui sera décrit plus loin.The
Les courbes 4 et 5 montrent que, juste après l'instant t0 d'enclenchement de l'impulsion motrice, le courant dans la bobine croît suivant une loi exponentielle, avec une constante de temps égale à L/R, indépendamment de la charge que doit entraîner le moteur. Le rotor est encore immobile et la tension U est nulle r (figure 2b).Curves 4 and 5 show that, just after the moment t 0 of activation of the driving pulse, the current in the coil increases according to an exponential law, with a time constant equal to L / R, independently of the load that the motor should drive. The rotor is still stationary and the voltage U is zero r (Figure 2b).
A l'instant t1, le rotor commence à tourner. La source 3 commence à fournir la tension U induite par la rotation du rotor, et le courant i dans la bobine cesse donc d'avoir une variation exponentielle. Il suit une courbe qui dépend de la charge entraînée par le moteur, et dont les courbes 4 et 5 sont deux exemples. La tension Ur suit unÉ courbe qui dépend également de la charge entraînée par le moteur. La courbe 6 de la figure 2b correspond à la courbe 4 de la figure 2a, et la courbe 7 à la courbe 5. Quelle que soit la charge entraînée par le moteur, la tension Ur passe par un maximum, avant de passer par zéro à l'instant où le rotor passe par sa position d'équilibre avec courant, c'est-à-dire la position qu'il finit par prendre, après quelques oscillations, si l'impulsion motrice n'est pas interrompue.At time t 1 , the rotor begins to rotate. The
La tension Ur oscille ensuite autour de zéro jusqu'à ce que le rotor s'immobilise.The voltage U r then oscillates around zero until the rotor comes to a stop.
Il existe plusieurs possibilités d'exploiter l'information fournie par la mesure de la tension U . Celle-ci, comme les autres grandeurs physiques qui peuvent être mesurées sur le moteur, ne présente pas de point particulier qui coïncide exactement avec l'instant où l'impulsion motrice doit être interrompue pour que la consommation du moteur soit minimum.There are several possibilities of exploiting the information provided by the measurement of the voltage U. This, like the other physical quantities which can be measured on the motor, does not present any particular point which coincides exactly with the moment when the driving impulse must be interrupted for the consumption of the motor to be minimum.
Cependant, des mesures ont montré que quelle que soit l'information qui est extraite de la mesure, cette information est liée très directement à la durée optimum de l'impulsion motrice. La loi qui lie cette information et cette durée est toujours une loi simple, qui permet d'exploiter facilement l'information extraite de la mesure de la tension U .However, measurements have shown that whatever information is extracted from the measurement, this information is very directly linked to the optimum duration of the motor pulse. The law which links this information and this duration is always a simple law, which makes it possible to easily exploit the information extracted from the measurement of the voltage U.
Parmi les informations qui peuvent être extraites de la mesure de la tension U , on peut citer la position dans le temps ou l'amplitude du maximum de cette tension U , le temps mis par cette tension U pour atteindre un certain seuil sur son flanc montant ou sur son flanc descendant, sa dérivée ou son intégrale, etc. Des essais ont montré que l'information donnée par le temps mis par la tension Ur pour atteindre un certain seuil est la plus facile à extraire de la mesure de la tension U et à exploiter pour déterminer la durée optimum de l'impulsion motrice.Among the information which can be extracted from the measurement of the voltage U, one can cite the position in time or the amplitude of the maximum of this voltage U, the time taken by this voltage U to reach a certain threshold on its rising edge or on its falling edge, its derivative or its integral, etc. Tests have shown that the information given by the time taken by the voltage U r to reach a certain threshold is the easiest to extract from the measurement of the voltage U and to use it to determine the optimum duration of the driving pulse.
La figure 3 illustre la variation de la durée minimum Tl de l'impulsion motrice nécessaire pour faire tourner un moteur en fonction du couple C que ce moteur doit fournir. Cette variation est sensiblement linéaire et présente une dispersion assez faible pour un type de moteur déterminé. Elle peut être exprimée par la relation
La variation du temps T2 mis par la tension Ur pour atteindre un seuil Us déterminé a également été reportée sur cette figure 3. Elle est également sensiblement linéaire et peut être exprimée par la relation
Il est intéressant de noter que, dans une assez large gamme de valeurs de la tension de seuil U , la relation entre T2 et C reste linéaire. Les termes T02 et b dépendent bien entendu de la tension U choisie. sIt is interesting to note that, in a fairly wide range of values of the threshold voltage U, the relationship between T2 and C remains linear. The terms T02 and b depend of course on the voltage U chosen. s
La relation entre les temps T1 et T2 est également linéaire et elle est donnée par l'équation :
Dans cette équation, les termes a, b, TOI et T02 sont des constantes pour un type de moteur donné et pour une tension de seuil Us déterminée. Elle peut donc s'écrire sous la forme
Les termes k et K peuvent être facilement calculés à partir de la mesure des temps T01 et T02 et des temps Tl et T2 pour une charge connue. Une fois qu'ils ont été déterminés, pour un type de moteur, ils peuvent être utilisés dans le circuit de commande de ce type de moteur, dont la figure 4 donne le schéma de principe. La figure 5 montre la variation des signaux en quelques points de cette figure 4.The terms k and K can be easily calculated from the measurement of times T01 and T02 and times Tl and T2 for a known charge. Once they have been determined, for a type of engine, they can be used in the control circuit of this type of engine, the diagram of which gives the diagram. Figure 5 shows the variation of the signals at some points in this figure 4.
Dans la figure 4, la référence 8 désigne un circuit dont la sortie délivre un signal S8 à un circuit de commande 9 chaque fois que le moteur 10 doit avancer d'un pas.In FIG. 4, the reference 8 designates a circuit whose output delivers a signal S8 to a control circuit 9 each time that the
Le circuit 8 peut être constitué, à titre d'exemple non limitatif, par l'oscillateur et la chaîne de division de fréquence d'une montre électronique, et il peut être agencé de manière à délivrer des signaux périodiques ayant diverses fréquences. Ces signaux seront décrits plus loin.Circuit 8 can be constituted, by way of nonlimiting example, by the oscillator and the frequency division chain of an electronic watch, and it can be arranged so as to deliver periodic signals having various frequencies. These signals will be described later.
En réponse au signal S8, le circuit de commande 9 délivre une impulsion motrice I au moteur 10. Dans le cas où ce moteur 10 est un moteur pas-à-pas tel qu'il est couramment utilisé dans les montres, la polarité correcte de l'impulsion motrice 1 est déterminée également par le circuit 9.In response to the signal S8, the control circuit 9 delivers a driving pulse I to the
Un circuit de mesure 11 est relié au moteur 10. Il est agencé, d'une manière dont des exemples seront donnés plus loin, pour délivrer une tension U proportionnelle à la tension Ur induite dans la bobine du moteur par la rotation du rotor.A measuring
La tension mesurée Um est appliquée à un circuit détecteur 12 qui délivre un signal S12 à l'instant où cette tension U dépasse une tension de référence Us' judicieusement choisie.The measured voltage U m is applied to a
Un circuit de calcul 13, dont des exemples de réalisation seront décrits plus loin, délivre un signal S13 un certain temps après avoir reçu le signal S12. L'instant où ce signal S13 est délivré dépend du temps qui s'est écoulé entre le début de l'impulsion motrice et l'apparition du signal S12, et des deux constantes k et K qui sont également fournies, sous une forme adéquate, au circuit de calcul 13. Le signal S13 est utilisé par le circuit de commande 9 pour interrompre l'impulsion motrice I.A
La figure 6 donne le schéma de principe d'un exemple de circuit 11 de mesure de la tension U . Ce circuit 11, comme les autres circuits qui seront décrits plus loin, est alimenté par une source de tension, non représentée. Cette source délivre une tension positive +Ua et une tension négative -U a par rapport à un point milieu qui est mis à la masse du circuit. La tension -U a est destinée, notamment, à alimenter les amplificateurs différentiels utilisés dans ces circuits.FIG. 6 gives the block diagram of an example of a
Cette figure 6 montre le moteur 10 branché, de manière classique, dans un pont de quatre transistors MOS 14, 15, 16 et 17 faisant partie du circuit de commande 9 de la figure 4. Les transistors 14 et 15, de type p, ont leurs sources reliées au pôle positif +Ua de la source d'alimentation, non représentée. Les transistors 16 et 17, de type n, ont leur source reliée à la masse du circuit, à travers une résistance de mesure 18, de faible valeur, faisant partie du circuit de mesure 11 de la figure 4. Les drains des transistors 14 et 16 sont reliés à l'une des bornes du moteur 10, et les drains des transistors 15 et 17 à l'autre.This FIG. 6 shows the
Les électrodes de commande des quatre transistors 14 à 17 sont reliées à un circuit logique, non représenté dans cette figure 6, qui délivre les signaux logiques nécessaires à la commande de ces transistors. Un exemple de ce circuit logique sera donné plus loin.The control electrodes of the four
Le circuit de mesure 11 comporte un amplificateur 20 dont l'entrée est reliée au point 19 commun aux sources des transistors 16 et 17 et à la résistance 18. Le gain de cet amplificateur 20 est choisi de manière que sa tension de sortie U20 soit égale à la tension d'alimentation +U lorsque le courant i circulant dans la bobine du moteur est égale à Ua/R.The
La sortie de cet amplificateur 20 est reliée à l'entrée d'une porte de transmission 21, et à l'entrée inverseused'un amplificateur différentiel 22. La porte de transmission 21 est commandée par un signal logique 21C qui est fourni, par exemple, par le circuit 8 de la figure 4, et qui sera décrit plus loin.The output of this
La sortie de cette porte de transmission 21 est reliée au point 23 de jonction d'une résistance 24, ayant une valeur R24, et d'un condensateur 25 ayant une capacité C25. Le point 23 est également relié, à travers un amplificateur 26, à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur différentiel 22.The output of this
L'amplificateur 26 a pour seul but de diminuer la charge que constituerait, pour le circuit R-C 24-25, l'entrée de l'amplificateur 22. Le gain de cet amplificateur 26 est choisi égal à 1.The sole purpose of the
Le circuit formé par la résistance 24 et le condensateur 25 est branché entre la borne +U de la source d'alimentation et la a masse. La valeur R24-de la résistance 24 et la capacité C25 du condensateur 25 sont choisies de manière que
Lorsque le signal 21C est à l'état "0", la porte de transmission 21 est dans son état bloquant. La tension au point 23 varie donc de manière exponentielle, vers sa valeur asymptotique, qui est égale à la tension d'alimentation +U , avec la même constante de temps t = R24.C25 que le courant qui circulerait dans la bobine du moteur si le rotor était bloqué, c'est-à-dire si la tension U était nulle.When the
Lorsque la porte de transmission 21 est dans son état conducteur, la tension au point 23 est égale à la tension de sortie de l'amplificateur 20.When the
La figure 7 illustre le principe de fonctionnement de ce circuit. Dans cette figure 7, la courbe 27 représente la variation, pendant une impulsion motrice, de la tension U20 de sortie de l'amplificateur 20. Cette courbe 27 est une image du courant i qui circule dans la bobine du moteur 10.Figure 7 illustrates the principle of operation of this circuit. In this FIG. 7, the
Tant que la porte de transmission 21 reste conductrice, la tension U23 au point 23 suit la même courbe 27. La tension U22 de sortie de l'amplificateur différentiel 22 reste donc nulle. Si, à un instant t quelconque, la porte 21 devient bloquante, la tension U20 continue à suivre la courbe 27. La tension U23, par contre, commence à suivre la courbe 28, qui est la courbe exponentielle passant par le point X, de constante de temps τ = R24.C25 et de valeur asymptotique égale à +U . Cette courbe 28 est exacte- ment la même que celle que suivrait la tension U20 si, à l'instant t , le rotor était brusquement bloqué, ce qui annulerait la ten- sion U . Elle est donc l'image du courant i' qui circulerait, dans ces conditions, dans la bobine du moteur.As long as the
Les tensions U20 et U23 étant appliquées aux entrées inver- seuses et directes de l'amplificateur différentiel 22, la tension de sortie U22 de ce dernier vaut donc U23 - U20.The voltages U20 and U23 being applied to the reverse and direct inputs of the
On va montrer ci-dessous que, pendant un court instant après que la porte 21 est devenue bloquante, cette tension U22 = U23 - U20 est proportionnelle à la tension U , c'est-à-dire à la valeur de la tension induite dans la bobine du moteur par la rotation du rotor à l'instant t .We will show below that, for a short time after the
x La tension U20 est proportionnelle au courant i qui circule dans la bobine pendant une impulsion motrice. D'une manière générale, ce courant i peut être exprimé par la relation
En chaque point de la courbe 27, la pente est donnée par l'équation suivante, qui se déduit facilement de l'équation (2):
Au point X, cette pente est donnée par :
La tangente 29 à la courbe 27 au point X a donc pour équation
Tous calculs faits, l'équation de la tangente 29 devient :
Au point Y, pour lequel t = t , on trouve :
On a vu ci-dessus que si, à l'instant t , le rotor était brusquement bloqué, ce qui annulerait la tension U , le courant i circulant dans la bobine suivrait, après cet instant tx, une courbe exponentielle dont la courbe 28 est une image.We have seen above that if, at time t, the rotor was suddenly blocked, which would cancel the voltage U, the current i flowing in the coil would follow, after this time t x , an exponential curve whose
Dans ce cas, l'équation (2) ci-dessus deviendrait :
Les mêmes raisonnements que ci-dessus montrent que l'ordonnée i"y du point Z situé en t = ty sur la tangente 30 à l'exponentielle 28 est égale à
y x En soustrayant l'équation (4) ci-dessus de cette équation (6), on trouve
On voit donc que en chaque point X de la courbe 27, la tension Urx induite dans la bobine par la rotation du rotor est proportionnelle au segment Y - Z, pour un temps de mesure Δt = t - t donné.It can therefore be seen that at each point X of
Notamment, pour Δt = t, Urx est égale à la longueur du segment Z' - Y' de la figure 7, où Y' et Z' sont les points des tangentes 29 et 30 situés à l'abscisse (tx + τ). L'ordonnée du point Z' est égale à Ua/R qui est la valeur asymptotique de l'exponentielle 28.In particular, for Δt = t, U rx is equal to the length of the segment Z '- Y' in Figure 7, where Y 'and Z' are the points of the
Si Δt est choisi suffisamment petit, les tangentes 29 et 30 peuvent être confondues avec les courbes 27 et 28. Le courant i' peut être remplacé par le courant iy et le courant i"y par le courant qui circulerait dans la bobine à l'instant ty si la tension induite U était annulée à l'instant t .If Δt is chosen sufficiently small, the
Si on se souvient que la tension U20 est proportionnelle au courant i et que la tension U23 est proportionnelle au courant qui circulerait dans la bobine après l'instant tx si la tension induite était annulée à cet instant t , on voit que l'équation (7) ci-dessus peut s'écrire
Les figures 8a et 8b illustrent le fonctionnement du circuit de la figure 6 lorsque la porte de transmission 21 est commandée par un signal 21C tel que celui qui est représenté à la figure 8c.Figures 8a and 8b illustrate the operation of the circuit of Figure 6 when the
Dans le présent exemple, la porte de transmission 21 est conductrice lorsque le signal 21C est à l'état logique "1", et bloquée lorsque ce signal 21C est à l'état logique "0". Le signal de commande 21C est constitué, par exemple, par des impulsions ayant une période de 250 micro-secondes environ qui sont à l'état logique "1" pendant quelques micro-secondes, et à l'état "0" le reste du temps. La porte de transmission 21 devient donc conductrice pendant quelques microsecondes toutes les 250 microsecondes, et elle est bloquante le reste du temps.In the present example, the
A la figure 8a, la courbe 31 représente à nouveau la tension U20, qui est une image du courant i dans la bobine. La courbe 32 en dents de scie qui lui est superposée représente la tension U23. En effet, chaque fois que la porte de transmission 21 devient conductrice, c'est-à-dire lorsque le signal 21C est à l'état "1", la tension U23 devient égale à la tension U20. Lorsque la porte de transmission 21 est bloquante, c'est-à-dire lorsque le signal 21C est à l'état "0", la tension U23 varie selon une courbe telle que la courbe exponentielle 28 représentée à la figure 7.In FIG. 8a, the
La courbe en dents de scie 33 de la figure 8b représente, à une échelle différente de celle de la figure 8a, la tension U22 de sortie de l'amplificateur différentiel 22. Cette tension U22 est égale à zéro chaque fois que la porte de transmission 21 est conductrice, et elle est égale à la différence des tensions U23 et U20 lorsque la porte de transmission 21 est bloquée. Comme les intervalles de temps pendant lesquels la porte de transmission 21 est bloquée sont égaux entre eux, la courbe 34, qui est l'enveloppe de la courbe 33, est une image de la tension U induite dans la bobine du moteur par la rotation du rotor.The
Cette enveloppe 34 pourrait être obtenue en filtrant la tension U22 dans un filtre passe-bas. Le signal de sortie de ce filtre pourrait être amplifié dans un amplificateur dont le gain serait choisi en tenant compte de tous les facteurs de proportionnalité introduits dans le circuit de la figure 6 par le choix de la résistance de mesure 18, du gain de l'amplificateur 20 et de la période du signal de commande 21C. Le signal de sortie de cet amplificateur serait alors égal à la tension induite U . Mais ce filtrage et cette amplification ne sont pas nécessaires. La tension U22 elle-même peut être directement utilisée comme tension de mesure U dans le circuit de la figure 4. La tension U ' à laquel- le la tension Um est comparée dans le circuit 12 de la figure 4 doit bien entendu être choisie en tenant compte des facteurs de proportionnalité ci-dessus.This
Il faut noter que la tension U22 est indépendante de la tension d'alimentation Ua, puisque les tensions U23 et U20 sont toutes deux proportionnelles à cette tension U .It should be noted that the voltage U22 is independent of the supply voltage U a , since the voltages U23 and U20 are both proportional to this voltage U.
La différence des courants i" et i' dont il a été montré y y ci-dessus qu'elle est proportionnelle à la tension Urx induite dans la bobine du moteur par la rotation du rotor au temps t (voir la figure 7), peut être écrite de la manière suivante :
En termes de tension, cette équation peut s'écrire :
La figure 7 montre que :
L'équation (8) ci-dessus peut donc s'écrire :
Cette expression montre que la tension Urx, qui est propor- tionnelle à (Uz - U ), peut être mesurée sans que la tension U elle-même doive être mesurée.This expression shows that the voltage U rx , which is proportional to (U z - U), can be measured without the voltage U itself having to be measured.
La figure 9 montre le schéma de principe d'un circuit de mesure 11 (figure 4) fournissant une tension Uml proportionnelle à Urx sur la base de l'équation (9) ci-dessus.Figure 9 shows the block diagram of a measurement circuit 11 (Figure 4) providing a voltage U ml proportional to U rx based on equation (9) above.
Dans cette figure 9, la résistance 18 de mesure du courant circulant dans le moteur (non représenté dans cette figure 9) et l'amplificateur 20 dont la tension de sortie est une image de ce courant sont identiques à la résistance 18 et à l'amplificateur 20 de la figure 6.In this FIG. 9, the
La sortie de l'amplificateur 20 est reliée, par l'intermédiaire d'une porte de transmission 61 à une première borne d'un condensateur 62 de capacité C62, et à l'entrée non-inverseuse d'un amplificateur différentiel 63. La deuxième borne du condensateur 62 est reliée à la masse du circuit.The output of
La sortie de l'amplificateur 63 est reliée à son entrée inverseuse. Le gain de cet amplificateur est donc égal à un. Sa sortie est également reliée, à travers deux portes de transmission 64 et 65, aux premières bornes de deux condensateurs 66 et 67, de capacité C66 et C67.The output of
La deuxième borne du condensateur 66 est reliée à travers une porte de transmission 68 à la borne + U de la source d'alimentation et la deuxième borne du condensateur 67 est reliée à la sortie de l'amplificateur 20 par une porte de transmission 69.The second terminal of the
La première borne du condensateur 66 et la deuxième borne du condensateur 67 sont reliées à une première borne de sortie du circuit, désignée par Bl, par des portes de transmission 70, respectivement 71. La deuxième borne du condensateur 66 et la première borne du condensateur 67 sont reliées à une deuxième borne de sortie du circuit, désignée par B2, par des portes de transmission 72, respectivement 73.The first terminal of the
Les portes de transmission 61 et 70 à 73 sont commandées ensemble par un signal désigné par C1, et les portes de transmission 64, 65, 68 et 69 sont commandées, également ensemble, par un signal désigné par C2.The
Ces signaux C1 et C2, qui peuvent être délivrés, par exemple, par le circuit 8 de la figure 4, et qui sont représentés à la figure 10, ont des périodes identiques de 0,5 millisecondes par exemple et des durées également identiques, faibles par rapport à leur période, de 30 microsecondes par exemple. Chacun d'eux apparaît au milieu de la période de l'autre. La figure 7 peut également être utilisée pour comprendre le fonctionnement du circuit de la figure 9.These signals C1 and C2, which can be delivered, for example, by the circuit 8 of FIG. 4, and which are represented in FIG. 10, have identical periods of 0.5 milliseconds for example and equally short durations, compared to their period, 30 microseconds for example. Each of them appears in the middle of the other's period. FIG. 7 can also be used to understand the operation of the circuit of FIG. 9.
Lorsque, à un instant t le signal C1 met la porte de transmission 61 dans son état conducteur, le condensateur 62 se charge à la tension U qui est proportionnelle au courant ix circulant à cet instant dans la bobine. La tension Ux apparaît à la sortie de l'amplificateur 63. Le rôle des portes de transmission 70 à 73 qui sont également rendues conductrices à cet instant sera discuté plus loin.When, at an instant t the signal C1 puts the
A l'instant t , le signal C2 rend les portes de transmission 64, 65, 68 et 69 conductrices. La tension U mémorisée par le condensateur 62 et l'amplificateur 63 est donc appliquée à la première borne du condensateur 66 et du condensateur 67. En même temps, la tension Ua est appliquée à la deuxième borne du condensateur 66 et une tension proportionnelle au courant qui circule à cet instant ty dans la bobine du moteur est appliquée à la deuxième borne du condensateur 67. Comme le temps Δt qui sépare les instants tx et ty est court, cette tension peut être considérée comme étant la tension U de la figure 7. A cet instant t , le condensa- teur 66 se charge donc à une tension U66 = Ua - Ux et le condensateur 67 se charge à une tension U67 = U - U .At time t, the signal C2 makes the
Les charges Q66 et Q67 emmagasinées dans ces condensateurs sont donc respectivement : et
L'impulsion C1 suivante rend les portes de transmission 70 à 73 conductrices. Pendant cette impulsion C1, les condensateurs 66 et 67 sont donc branchés en parallèle avec les bornes de sortie B1 et B2 du circuit. La tension Um1 qui apparaît alors à ces bornes est égale à :
Si les condensateurs 66 et 67 sont choisis de manière que C66 = C67
L'expression entre les crochets est proportionnelle à la tension Urx (voir l'équation 9 ci-dessus). La tension Uml est donc également proportionnelle à Urx.The expression between the brackets is proportional to the voltage U rx (see equation 9 above). The voltage U ml is therefore also proportional to U rx .
Il faut noter que, avec ce circuit, la tension Uml représentative de la tension U induite à l'instant tx dans la bobine par la rotation du rotor n'apparaît à la sortie du circuit que à un instant tx + 2Δt. Ce retard n'est pas gênant puisque At est court.It should be noted that, with this circuit, the voltage U ml representative of the voltage U induced at the instant t x in the coil by the rotation of the rotor only appears at the output of the circuit at an instant t x + 2Δt. This delay is not a problem since At is short.
Il faut également noter que l'une ou l'autre des bornes de sortie B1 et B2 peut être mise à la masse du circuit sans que le fonctionnement de celui-ci soit modifié.It should also be noted that either of the output terminals B1 and B2 can be grounded to the circuit without the operation of the latter being modified.
Dans le circuit de la figure 6, la précision de la valeur mesurée dépend directement de la précision de la valeur de la résistance 24 et du condensateur 25. Il est bien connu qu'il est difficile, dans une fabrication de série, d'obtenir une grande précision pour de tels éléments. Le circuit de la figure 9 ne présente pas cet inconvénient. La précision de la mesure ne dépend en effet que du rapport des capacités des condensateurs 66 et 67. Or, même en fabrication de grande série, ce rapport peut être garanti avec une très bonne précision.In the circuit of FIG. 6, the accuracy of the measured value depends directly on the accuracy of the value of the resistor 24 and of the
Le circuit de la figure 9, comme celui de la figure 6 d'ailleurs, présente cependant un autre petit inconvénient. Pour faire les calculs et les raisonnements ci-dessus, il a été admis que les transistors 14 à 17 du circuit de commande du moteur (figure 6) ne présentent aucune résistance interne lorsqu'ils sont conducteurs. En réalité, cette résistance interne n'est pas nulle, et l'asymptote des courbes exponentielles telles que la courbe 28 de la figure 7 n'est pas située à l'ordonnée U a mais à une ordonnée Ua'= U - ΣRT.
L'erreur sur la mesure de la valeur de la tension induite par la rotation du rotor causée par le remplacement de U ' par U n'est pas très importante. Néanmoins la figure Il montre le schéma d'un troisième circuit de mesure qui élimine cette source d'erreur.The error in the measurement of the value of the voltage induced by the rotation of the rotor caused by the replacement of U 'by U is not very large. However, figure II shows the diagram of a third measurement circuit which eliminates this source of error.
Tous les éléments décrits à propos de la figure 9 se retrouvent dans la figure 11, à l'exception des portes de transmission 68 et 72 qui ne figurent pas dans ce schéma. En outre, la deuxième borne du condensateur 66 et la borne de sortie B2 sont reliées directement à la masse.All of the elements described in connection with Figure 9 are retrou wind in Figure 11, with the exception of
La borne de sortie Bl du circuit de la figure 9 est reliée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur différentiel 74. L'entrée non-inverseuse de cet amplificateur 74 est reliée à la masse. La sortie de cet amplificateur 74 est reliée à son entrée inverseuse par un condensateur 75 branché en parallèle avec une porte de transmission 76. La sortie de l'amplificateur 74 est en outre reliée, à travers une porte de transmission 77, à l'entrée non-inverseuse d'un amplificateur différentiel 78. Un condensateur 79 et une porte de transmission 80 sont branchés en parallèle entre cette entrée non-inverseuse de l'amplificateur 78 et la masse.The output terminal B1 of the circuit of FIG. 9 is connected to the inverting input of a
La sortie de l'amplificateur 78 constitue la sortie du circuit de mesure 11. Cette sortie est reliée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur 78 par une résistance 81 et à la masse du circuit par une résistance 82. L'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 78 est en outre reliée par une porte de transmission 83 à l'entrée non-inverseuse d'un amplificateur différentiel 84. Un condensateur 85 et une porte de transmission 86 sont branchés en parallèle entre cette entrée de l'amplificateur 84 et la masse.The output of
La sortie de l'amplificateur 84 est reliée à son entrée inverseuse. Le gain de cet amplificateur 84 est donc égal à un. Sa sortie est également reliée, par une porte de transmission 87, à une première borne d'un condensateur 88. L'autre borne de ce condensateur 88 est reliée à la masse. Enfin, la première borne du condensateur 88 est reliée par une porte de transmission 89 à l'entrée inverseuse de l'amplificateur 74.The output of
Les portes de transmission 77 et 89 sont commandées par le signal C1 décrit ci-dessus, en même temps que les portes de transmission 61, 70, 71 et 73. Les portes de transmission 76 et 87 sont commandées par le signal C2 également décrit ci-dessus, comme les portes de transmission 64, 65 et 69. Les portes de transmission 80 et 86 sont commandées par un signal C3 qui peut être, par exemple, délivré par le circuit 9 de commande du moteur 10 et qui est à l'état "0" pendant les-impulsions motrices et à l'état "1" le reste du temps. Les portes 80 et 86 sont donc conductrices entre les impulsions motrices et bloquées pendant ces impulsions motrices. Enfin, la porte de transmission 83 est commandée par un signal C4 qui est normalement à "0" et qui passe à l'état "1" pendant quelques microsecondes environ une milliseconde après le début de l'impulsion motrice. Les signaux C3 et C4 sont également représentés à la figure 10.The
Le fonctionnement du circuit situé entre la sortie de l'amplificateur 20 et la borne B1 est identique à celui du circuit de la figure 9. Cependant, du fait que la deuxième borne du condensateur 66 est reliée à la masse du circuit et non à la tension U , ce condensateur 66 se charge à la tension - U , et non à la tension (Ua - Ux) en réponse au signal C2. L'expression de la charge Q66 devient donc:
L'équation (11) ci-dessus dans laquelle le terme U est remplacé par 0 montre que la tension Um2 qui apparaîtrait à la borne B1 en réponse au signal CI si les éléments 74 à 89 n'existaient pas serait :
Une comparaison de cette équation (12) avec l'équation (11) ci-dessus montre que :
Il faut noter que tant que le rotor est immobile, c'est-à-dire entre les impulsions motrices et tout au début de celles-ci, la tension Um1 est nulle. La tension Um2r qui apparaîtrait à la borne B1 dans ces conditions serait donc :
Le fonctionnement du circuit composé des éléments 74 à 89 est le suivant :
- Entre les impulsions motrices, le signal C3 est à "1". Les condensateurs 79
et 85 sont donc court-circuités par les portes detransmission 80 et 86 qui sont conductrices. La sortie de l'amplificateur 78, qui est la sortie du circuit de mesure, et la sortie de l'amplificateur 84 sont au potentiel de la masse.
- Between the driving pulses, the signal C3 is at "1". The
79 and 85 are therefore short-circuited by thecapacitors 80 and 86 which are conductive. The output oftransmission doors amplifier 78, which is the output of the measurement circuit, and the output ofamplifier 84 are at ground potential.
Le condensateur 88 est déchargé puisque la sortie de l'amplificateur 84, qui est à la masse, lui est reliée à chaque impulsion C2 par la porte de transmission 87.The
A chaque impulsion C2, le condensateur 75 est également déchargé par la porte de transmission 76 qui. le court-circuite. Immédiatement après chacune de ces impulsions C2, la sortie de l'amplificateur 74 est donc également au potentiel de la masse.At each pulse C2, the
Un instant At après chacune de ces impulsions C2, une impulsion C1 rend les portes de transmission 70, 71, 73, 77 et 89 conductrices. La somme des charges contenues à cet instant dans les condensateurs 66, 67 et 88 est donc transférée dans le condensateur 75. La tension U75 aux bornes de ce condensateur serait alors :
En réalité, cette tension U75 reste nulle tant que le signal C3 est à l'état "1" et les charges Q66 et Q67 sont transmises à la masse par cette porte de transmission 80. La charge Q88 du condensateur 88 est de toute façon nulle à cet instant. La sortie de l'amplificateur 78 reste donc au potentiel de la masse.In reality, this voltage U75 remains zero as long as the signal C3 is in the state "1" and the charges Q66 and Q67 are transmitted to ground by this
Au début de chaque impulsion motrice, le signal C3 passe à l'état "0" et y reste. Les portes de transmission 80 et 86 sont donc bloquées.At the start of each driving pulse, signal C3 goes to state "0" and stays there. The
Le processus décrit ci-dessus se reproduit à la première impulsion C1 qui suit le début de l'impulsion motrice mais, cette fois-ci, le condensateur 79 se charge à la tension U75 définie ci-dessus. La porte de transmission 83 est encore bloquée, ce qui fait que la tension de sortie de l'amplificateur 84 ne change pas, et que le condensateur 88 reste déchargé. La tension U75 ci-dessus devient donc égale à
Comme Q66 = C66 (-U ) et Q67 = C67 (Ux-Uy), on peut écrire :
A l'instant D de la dernière impulsion C1 précédant l'impulsion C4, cette tension U75 a la valeur
L'impulsion C4 est produite environ une milliseconde après le début de l'impulsion motrice, à un instant où le rotor est encore immobile. Cette impulsion C4 ouvre brièvement la porte de transmission 83. Le condensateur 85 se charge donc à cette tension U75D qui apparaît également à la sortie de l'amplificateur 84. L'impulsion C2 suivant cette impulsion C4 ouvre la porte de transmission 87 et le condensateur 88 se charge donc également à la tension U75D. La charge électrique Q88 du condensateur 88 devient donc égale à :
Il faut noter que le condensateur 85 reste pratiquement chargé à la tension U75D tant que la porte de transmission 86 reste bloquée, si la résistance d'entrée de l'amplificateur 84 est grande, ce qui est le cas. Les changements ultérieurs de la tension de sortie de l'amplificateur 74 n'ont plus d'influence sur cette tension puisque la porte de transmission 83 est de nouveau bloquée en permanence.It should be noted that the
A chaque impulsion C1 suivante, le condensateur 88 se décharge dans le condensateur 75, en même temps que les condensateurs 66 et 67. La charge du condensateur 75 devient donc
Il faut encore noter que, à chaque impulsion C2, le condensateur 88 se recharge à la tension U75D qui est mémorisée par le condensateur 85.It should also be noted that, at each pulse C2, the
A n'importe quel instant après l'impulsion C4, on peut donc écrire :
Si C88 = C75, et si, comme ci-dessus, C66 = C67
La tension U75, qui est égale à
Cette tension U75 est indépendante de la tension U , ou de la tension Ua ↑. En outre, elle est proportionnelle à la tension Urx induite dans la bobine du moteur à l'instant t par la rotation du rotor. En effet, à l'instant D défini ci-dessus, la tension Um2 donnée par l'équation (12) s'écrit :
L'équation (14) ci-dessus peut donc s'écrire :
Le rotor étant immobile à l'instant D, la tension Um2 est égale à la tension Um2r, définie par l'équation (13) ci-dessus.The rotor being stationary at time D, the tension Um2 is equal to the tension U m2r , defined by equation (13) above.
En remplaçant dans l'équation (15), le terme Um2 par la valeur de Um2r tirée de cette équation (13), on peut écrire :
Une comparaison de cette équation (16) avec l'équation (11) ci-dessus montre que :
La tension Uml étant proportionnelle à la tension U , la tension U75 l'est également.Since the voltage U ml is proportional to the voltage U, the voltage U75 is also proportional.
Si la capacité C75 est choisie égale à C67 (1 +
Il est bien clair, cependant, qu'un autre rapport peut être choisi entre la capacité C75 et les capacités C67 et C88. De même, le gain des amplificateurs 74 et 84 peut être choisi différent de un. De toute façon la tension U75 restera proportionnelle à Um1, et donc à la tension Urx induite à l'instant tx dans la bobine du moteur par la rotation du rotor.It is quite clear, however, that another relationship can be chosen between the C75 capacity and the C67 and C88 capacities. Likewise, the gain of
Il faut noter que, puisque l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 75 est reliée à la masse, les condensateurs 66, 67 et 88 se déchargent complètement dans le condensateur 75 à chaque impulsion C1. A chaque impulsion C2, ce condensateur 75 est court- circuité par la porte de transmission 76 et la tension U75 calculée ci-dessus retombe à zéro. Le condensateur 79 qui est chargé à cette tension U75 à chaque impulsion C1 assure la mémorisation de cette tension entre deux impulsions C1 successives. La tension U75 mémorisée par le condensateur 79 est amplifiée par l'amplificateur 78 d'un facteur qui peut être fixé librement par le choix du rapport des valeurs des résistances 81 et 82. La tension U78 de sortie de l'amplificateur 78 est également proportionnelle à la tension U , et peut donc constituer la tension U appliquée au circuit de comparaison 12 de la figure 4. La tension de référence U ' appliquée dans ce cas à ce circuit 12 doit évidemment être choisieIt should be noted that, since the non-inverting input of the
L'entrée R de remise à zéro du flip-flop 46 est reliée à la sortie de l'amplificateur différentiel 41.The reset input R of the flip-
Trois portes de transmission 49, 50 et 51 ont leur entrée de commande respectivement reliées aux sorties des portes 47 et 48, et à la sortie Q* du flip-flop 45. Ces portes de transmission 49, 50 et 51 sont semblables à la porte de transmission 21 de la figure 6. Lorsque leur entrée de commande est à l'état logique "0", elles sont dans leur état bloquant et lorsque leur entrée de commande est à l'état logique "1", elles sont dans leur état conducteur.Three
La porte de transmission 49 est branchée entre le pôle positif +U de la source d'alimentation et une résistance 52, de valeur R52.The
La porte de transmission 50 est branchée entre le pôle négatif -U de la source d'alimentation et une résistance 53, de valeur R53.The
Enfin, la porte de transmission 51 est branchée entre une tension Ub, qui sera définie plus loin, et une résistance 54, de valeur R54.Finally, the
Les secondes bornes des résistances 52, 53 et 54 sont reliées entre elles et à l'entrée inverseuse d'un amplificateur différentiel 55, dont l'entrée non inverseuse est reliée à une tension déterminée, qui est celle de la masse dans le présent exemple.The second terminals of
Un condensateur 56, de capacité C56, est branché entre le point commun des résistances 52 à 54 et la masse.A
La sortie de l'amplificateur 55 est reliée à une première entrée d'une porte ET 57 dont la deuxième entrée est reliée à la sortie Q* du flip-flop 46. La sortie de cette porte 57 est reliée à l'entrée R de remise à zéro du flip-flop 45.The output of the
Le fonctionnement de ce circuit va maintenant être expliqué, à l'aide du diagramme de la figure 13. Au repos, la sortie Q des flip-flops 45 et 46 est à l'état "0". La sortie de portes 43, 44, 47 et 48 est donc également à "0". Les transistors 14 et 15 sont donc conducteurs, ce qui court-circuite la bobine du moteur 10. Les transistors 16 et 17 sont bloqués. Les portes de transmission 49 et 50 sont bloquées, alors que la porte de transmission 51 est rendue conductrice par l'état "1" présent à la sortie Q* du flip-flop 45.The operation of this circuit will now be explained, using the diagram in FIG. 13. At rest, the output Q of the flip-
en fonction des caractéristiques des divers composants du circuit de la figure 11, notamment des capacités des divers condensateurs et des gains des amplificateurs.as a function of the characteristics of the various components of the circuit of FIG. 11, in particular of the capacities of the various capacitors and of the gains of the amplifiers.
La figure 12 montre un exemple de circuit réalisant la fonction des circuits 9, 12 et 13 de la figure 4. Dans cet exemple, le circuit 12 est constitué par un simple amplificateur différentiel 41. La tension U , constituée par la tension de sortie de l'un des circuits 11 décrits ci-dessus, est appliquée à l'entrée non inverseuse de cet amplificateur 41, dont l'entrée inverseuse reçoit une tension U s choisie comme cela a été expliqué ci-dessus. Cette tension U ' peut être fournie par une source séparée ou par un simple diviseur de tension branché aux bornes de la source alimentant tout le circuit.FIG. 12 shows an example of a circuit realizing the function of the
Dans cette figure 12, le circuit de commande 9 du moteur 10 comporte les transistors 14 à 17 décrits à propos de la figure 6. Il comporte en outre un flip-flop 42 de type D dont l'entrée d'horloge Ck est reliée à la sortie S8 du circuit 8 de la figure 4. L'entrée D de ce flip-flop 42 est reliée à sa sortie inverse Q* de sorte qu'il change d'état chaque fois que le signal S8 passe de l'état logique "0" à l'état logique "1". La sortie directe Q du flip-flop 42 est reliée à une première entrée d'une porte ET 43 dont la sortie est reliée aux électrodes de commande des transistors 14 et 16. La sortie Q* du flip-flop 42 est reliée à une première entrée d'une porte ET 44 dont la sortie est reliée aux électrodes de commande des transistors 15 et 17.In this FIG. 12, the control circuit 9 of the
Le circuit de commande 9 comporte en outre un flip-flop 45, de type D, dont l'entrée d'horloge Ck est reliée à la sortie S8 du circuit 8 par l'intermédiaire d'un inverseur 58.The control circuit 9 also comprises a flip-
L'entrée D de ce flip-flop 45 est en permanence à l'état logique "1", et sa sortie Q est reliée à la seconde entrée des portes 43 et 44.The input D of this flip-
Le circuit de calcul 13 comporte un flip-flop 46, également de type D, dont l'entrée d'horloge Ck est reliée à la sortie S8 du circuit 8 et dont l'entrée D est en permanence à l'état logique "1". Les sorties Q et Q* du flip-flop 46 sont respectivement reliées aux premières entrées de deux portes ET 47 et 48 dont les deuxièmes entrées sont reliées, ensemble, à la sortie Q du flip-flop 45.The
La tension U56 aux bornes du condensateur 56 est donc égale à la tension Ub. Si cette tension est positive, comme dans cet exemple, les sorties de l'amplificateur 55 et de la porte 57 sont à "0".The voltage U56 across the
Si la tension Ub est négative, la sortie de l'amplificateur 55 et la sortie de la porte 57 sont à "1".If the voltage U b is negative, the output of the
Comme le rotor du moteur 10 est immobile, la tension U22 est nulle, et la sortie de l'amplificateur 41 est à "0".As the rotor of the
On admettra, pour cette explication, que la sortie Q du flip-flop 42 est pour le moment à "0" et que le signal S8 de sortie du circuit 8 prend l'état "1" pour quelques microsecondes chaque fois que le moteur doit avancer d'im pas.We will admit, for this explanation, that the output Q of the flip-
Dès que le signal S8 passe à "1", à l'instant t , les sorties Q des flip-flops 42 et 46 passent à "1".As soon as the signal S8 goes to "1", at time t, the outputs Q of the flip-
La sortie de la porta 57 passe donc à "0", même si la sortie de l'amplificateur 55 est à "1" à cet instant.The output of
Lorsque le signal S8 repasse à "0", quelques microsecondes plus tard, la sortie Q du flip-flop 45 passe également à "1".When signal S8 returns to "0", a few microseconds later, the Q output of flip-
La sortie de la porte 43 passe donc aussi à "1". Le transistor 14 se bloque et le transistor 16 devient conducteur. Le courant i commence à circuler dans la bobine du moteur 10, à travers les transistors 15 et 16. La tension au point 19 commence à augmenter et à agir sur le circuit de mesure 11 comme cela a été expliqué à propos des figures 6, 9 ou 12.The output of
En même temps, la sortie Q* du flip-flop 45 passe à "0", ce qui bloque la porte de transmission 51. La sortie de la porte 47 passe à "1", ce qui rend la porte de transmission 49 conductrice. La tension +U est donc appliquée au condensateur 56 à travers la résistance 52, et la tension U56 commence à augmenter selon une courbe exponentielle ayant une constante de temps τ1 déterminée par le produit R52.C56. Pour simplifier le'dessin, la variation de la tension U56 a été représentée, à la figure 13, comme une variation linéaire.At the same time, the output Q * of the flip-
Lorsque à l'instant td, la tension U22 dépasse la tension de seuil Us', la sortie de l'amplificateur 41 passe à "1". La sortie Q du flip-flop 46 repasse donc à "0", ce qui provoque le blocage de la porte de transmission 49. La valeur Ud atteinte par la tension U56 à l'instant td dépend du temps T2 mis par la tension induite U pour atteindre la tension de seuil U , de la valeur de la tension Ub et de la constante de temps τ1.When at time t d , the voltage U22 exceeds the threshold voltage U s ', the output of the
Au même instant td la sortie Q* de ce flip-flop 46 passe à "1", ce qui rend conductrice la porte de transmission 50. La tension -Ua est donc maintenant appliquée au condensateur 56 à travers la résistance 53. La tension U56 commence donc à diminuer, à partir de la valeur Ud, avec une constante de temps τ2 déterminée par le produit R53.C56.At the same instant t d the output Q * of this flip-
Lorsque à l'instant t., cette tension U56 devient égale à une tension déterminée, qui est la tension de la masse dans le présent exemple, la sortie de l'amplificateur 55 passe à "1", ce qui remet la flip-flop 45 dans son état de repos, c'est-à-dire avec sa sortie Q à "0" et sa sortie Q* à "1". La sortie de la porte 43 repasse donc à "0", ce qui bloque le transistor 16 et rend conducteur le transistor 14. Le courant i est donc interrompu, et le rotor du moteur termine son pas grâce à son inertie et grâce à une . partie de l'énergie qui est emmagasinée, sous forme d'énergie magnétique, dans l'inductivité de la bobine. Le rotor est freiné par le court-circuit qui est établi à travers les transistors 14 et 15.When at time t., This voltage U56 becomes equal to a determined voltage, which is the voltage of the ground in the present example, the output of the
Le temps T3 mis par la tension U56 pour devenir égale à zéro dépend de la tension Ud qu'elle avait atteinte à l'instant td et de là constante de temps t2.The time T3 taken by the voltage U56 to become equal to zero depends on the voltage U d that it had reached at the instant t d and hence the time constant t2.
La durée Tl de l'impulsion motrice est égale à la somme des durées T2 et T3. Comme T3 dépend de la tension Ud, et que cette tension Ud dépend elle-même de la durée T2, on voit que cette durée Tl dépend directement du temps T2 mis par la tension Ur induite dans la bobine du moteur par la rotation du rotor pour atteindre une valeur U prédéterminée.The duration Tl of the driving pulse is equal to the sum of the durations T2 and T3. As T3 depends on the voltage U d , and this voltage U d itself depends on the duration T2, we see that this duration Tl depends directly on the time T2 put by the voltage U r induced in the motor coil by the rotation of the rotor to reach a predetermined U value.
Connaissant par des essais, comme cela a été expliqué plus haut, la durée T01 de l'impulsion motrice nécessaire pour faire tourner le moteur sans charge, le temps T02 mis par la tension induite Ur pour atteindre la valeur U s lorsque le moteur est également sans charge, et les coefficients a et b des droites qui représentent la variation en fonction de la charge du moteur de la durée de l'impulsion motrice et du temps mis par la tension Ur pour atteindre le seuil U , il est facile de déterminer les constante de temps tl et t2 ainsi que la tension Ub de manière que la relation (1) mentionnée ci-dessus soit vérifiée. C'est donc sous la forme de ces paramètres t1, t2 et Ub que les constantes k et K de cette relation (1) sont introduites dans le présent exemple du circuit de calcul 13. La tension Ub peut être choisie négative, si nécessaire, pour tenir compte du signe de la constante K.Knowing by tests, as explained above, the duration T01 of the driving impulse necessary to run the motor without load, the time T02 put by the induced voltage U r to reach the value U s when the motor is also without load, and the coefficients a and b of the lines which represent the variation as a function of the motor load of the duration of the driving pulse and of the time taken by the voltage U r to reach the threshold U, it is easy to determine the time constant tl and t2 as well as the voltage U b so that the relation (1) mentioned above is verified. It is therefore in the form of these parameters t1, t2 and U b that the constants k and K of this relation (1) are introduced in the present example of the
A l'instant ti, l'état "0" de la sortie Q du flip-flop 45 provoque le blocage de la porte de transmission 50. L'état "1" de la sortie Q* de ce flip-flop 45 rend la porte de transmission 51 conductrice. La tension Ub est donc à nouveau appliquée au condensateur 56 à travers la résistance 54. La tension U56 augmente donc à nouveau, jusqu'à ce qu'elle atteigne, après un certain temps, la tension U b.At time t i , the state "0" of the output Q of the flip-
Dès que la tension U56 devient à nouveau positive, la sortie de l'amplificateur 55 repasse à "0". Cette sortie ne reste donc à l'état "1" que pendant un temps très court.As soon as the voltage U56 becomes positive again, the output of the
Un certain temps après l'instant td la tension U22 redescend en dessous de la tension Us'. La sortie de l'amplificateur 41 repasse donc à "0". Ce temps, qui ne joue aucun rôle dans le fonctionnement du circuit, dépend de la charge mécanique entraînée par le moteur et de la valeur de la tension U s'.A certain time after the instant t d the voltage U22 falls below the voltage U s '. The output of
Lorsque le signal S8 repasse à "1", le processus décrit ci-dessus recommence, avec la seule différence que cette fois-ci, c'est la sortie Q* du flip-flop 42, et donc la sortie de la porte 44, qui passe à "1". Le transistor 15 se bloque, et le transistor 17 devient conducteur, ce qui provoque le passage du courant i dans le sens inverse de celui qu'il avait dans le cas précédent.When the signal S8 returns to "1", the process described above begins again, with the only difference that this time, it is the output Q * of the flip-
La figure 14 illustre un autre exemple de circuit réalisant la fonction du circuit de calcul 13 de la figure 4.FIG. 14 illustrates another example of a circuit realizing the function of the
Ce circuit comporte un flip-flop 91, de type D, dont l'entrée d'horloge Ck reçoit le signal S8 de sortie du circuit 8 de la figure 4. L'entrée D de ce flip-flop 91 est en permanence à l'état logique "1". Sa sortie Q est reliée à l'entrée U/D de détermination du sens de comptage d'un compteur réversible 92. Ce compteur 92 est également présélectionnable, ce qui signifie que, en réponse à une impulsion sur une entrée de commande C, son contenu prend une valeur déterminée par les états logiques "0" ou "1" qui sont appliqués à des entrées de présélection désignées, ensemble, par P.This circuit includes a flip-
L'entrée de commande C du compteur 92 est également reliée à la sortie S8 du circuit 8, et ses entrées P sont reliées, d'une manière fixe ou modifiable qui sera décrite plus loin, aux potentiels représentant les états logiques "0" et "1".The control input C of the
Le compteur 92 comprend également une entrée d'horloge Ck qui est reliée à la sortie d'une porte OU 93 dont les entrées sont respectivement reliées aux sorties de deux portes ET 94 et 95.The
Les entrées de la porte 94 sont respectivement reliées à la sortie Q du flip-flop 45 de la figure 12, non représenté dans cette figure 14, à la sortie Q du flip-flop 91, et à un circuit, également non représenté, qui délivre un signal périodique ayant une fréquence fl. Ce circuit peut être le circuit 8 de la figure 4 et la fréquence f1 est choisie d'une manière qui sera décrite plus loin.The inputs of
Les entrées de la porte 95 sont respectivement reliées à la sortie Q du flip-flop 45, à la sortie Q* du flip-flop 91 et à un circuit, qui peut être également le circuit 8 de la figure 4, et qui délivre un signal périodique ayant une fréquence f2 dont le choix sera également décrit plus loin.The inputs of
Les sorties du compteur 92, désignées ensemble par S, sont reliées à un circuit de détection 96 dont la sortie prend l'état "1" lorsque le contenu du compteur 92 est égal à zéro. Ce circuit de détection 96 peut être constitué simplement par une porte OU inverse dont chaque entrée est reliée à une sortie du compteur 92.The outputs of
La sortie de ce circuit de détection 96 est reliée à une entrée d'une porte ET 97 dont l'autre entrée est reliée à la sortie Q* du flip-flop 91.The output of this
Enfin, la sortie de la porte 97 est reliée à l'entrée R de remise à zéro du flip-flop 45 de la figure 12, non représenté dans la figure 14.Finally, the output of
Le fonctionnement de ce circuit, qui est illustré par la figure 15, est le suivant :
- Lorsque le signal S8 passe à l'état "1", le contenu N du compteur 92 prend l'état Ni qui lui est imposé par l'état de ses entrées P. En même temps, la sortie Q du flip-
flop 91 passe à l'état "1".
- When the signal S8 changes to state "1", the content N of the
counter 92 takes the state Ni which is imposed on it by the state of its inputs P. At the same time, the output Q of the flip-flop 91 changes to state "1".
Lorsque, à la fin de l'impulsion S8, la sortie Q du flip-flop 45 passe à l'état "1", les impulsions de fréquence fl traversent les portes 94 et 93 et commencent à incrémenter le contenu du compteur 92, à partir de la valeur Ni que ce contenu a pris en réponse au signal S8.When, at the end of the pulse S8, the output Q of the flip-
A la fin du temps T2', la tension induite mesurée par le circuit 12 atteint la valeur de la tension de référence, et la sortie S12 passe à l'état "1". La sortie Q du flip-flop 91 passe donc à l'état "0" et sa sortie Q* à l'état "1".At the end of time T2 ', the induced voltage measured by
La valeur Nd du contenu du compteur 92 à cet instant dépend du temps T2' mis par la tension induite U pour atteindre la tension de seuil U , de la valeur initiale Ni prise par le contenu de ce compteur 92 en réponse au signal S8, et de la fréquence f1.The value Nd of the content of the
La sortie Q* du flip-flop 91 étant maintenant à l'état "1", les impulsions de fréquence f2 traversent les portes 95 et 93, et commencent à décrémenter le contenu du compteur 92, à partir de cet état Nd.The output Q * of the flip-
Lorsque le contenu du compteur 92 atteint la valeur zero, la sortie du circuit de détection 96 et la sortie de la porte 97 passent à l'état "1", ce qui remet à "0" la sortie Q du flip-flop 45. L'impulsion motrice qui avait commencé à la fin du signal S8 est ainsi interrompue.When the content of the
Le temps T3' mis par le compteur 92 pour atteindre l'état zéro dépend de la valeur Nd atteinte par son contenu au moment où la sortie S12 du circuit 12 passe à l'état "1" et de la fréquence f2.The time T3 'taken by the
D'une manière similaire au cas de la figure 13, la durée T1' de l'impulsion motrice est égale à la somme des durées T2' et T3'. Comme la durée T3'dépend de la valeur Nd, et que cette valeur Nd dépend elle-même de la durée T2', la durée Tl' de l'impulsion motrice dépend directement du temps T2' mis par la tension Ur induite dans la bobine du moteur par la rotation du rotor pour atteindre la valeur U prédéterminée.In a similar manner to the case of FIG. 13, the duration T1 'of the driving pulse is equal to the sum of the durations T2' and T3 '. As the duration T3 'depends on the value Nd, and since this value Nd itself depends on the duration T2', the duration Tl 'of the driving pulse depends directly on the time T2' set by the voltage U r induced in the motor coil by the rotation of the rotor to reach the predetermined U value.
Dans ce cas, les fréquences fl et f2 jouent le rôle des constantes de temps τ1 et t2 du cas de la figure 12, et la valeur initiale Ni joue celui de la tension Ub.In this case, the frequencies fl and f2 play the role of the cons time aunts τ1 and t2 in the case of FIG. 12, and the initial value Ni plays that of the voltage Ub.
Ces fréquences f1 et f2 et cette valeur initiale Ni doivent donc être déterminées par les mêmes essais que ceux qui sont nécessaires à la détermination des constantes de temps τ1 et 12 et de la tension Ub dans le cas de la figure 9, de manière que la relation (1) mentionnée ci-dessus soit vérifiée. C'est sous la forme de ces fréquences fl et f2 et de cette valeur initiale Ni que les constantes k et K de cette relation (1) sont introduites dans cet exemple de circuit de calcul 13.These frequencies f1 and f2 and this initial value Ni must therefore be determined by the same tests as those which are necessary for the determination of the time constants τ1 and 12 and of the voltage Ub in the case of FIG. 9, so that the relationship (1) mentioned above is verified. It is in the form of these frequencies fl and f2 and of this initial value Ni that the constants k and K of this relation (1) are introduced in this example of
Le cas échéant, selon le signe de la constante K, il faut introduire dans le compteur 92 une valeur initiale Ni négative. Comme la valeur du contenu d'un compteur est toujours un nombre positif, il faut dans ce cas introduire dans le compteur 92 une valeur initiale Ni' égale à la différence entre la capacité de comptage du compteur 92 et la valeur absolue de Ni.If necessary, according to the sign of the constant K, a negative initial value Ni must be introduced into the
Dans ce cas, le contenu du compteur 92 passe par zéro après que Ni impulsions de fréquence fl ont été reçues par son entrée Ck. Mais comme à ce moment la sortie Q* du flip-flop 91 est encore à l'état "0", le signal "1" délivré par la sortie du circuit 96 est bloqué par la porte 97. L'impulsion motrice n'est donc pas interrompue à cet instant.In this case, the content of the
Il est évident que les circuits décrits ci-dessus ne constituent que des exemples permettant la mise en oeuvre de l'invention. D'autres circuits de mesure de la tension Ur pourraient être réalisés. De même, l'information fournie par cette mesure pourrait être exploitée différemment. Enfin, même dans le cas où cette information est fournie par le temps mis par cette tension Ur pour dépasser un seuil déterminé U , le circuit de calcul 13 pourrait être réalisé différemment.It is obvious that the circuits described above only constitute examples allowing the implementation of the invention. Other circuits for measuring the voltage U r could be produced. Similarly, the information provided by this measure could be used differently. Finally, even in the case where this information is provided by the time taken by this voltage U r to exceed a determined threshold U, the
Cependant, ces différences dans la mise en oeuvre de l'invention ne sortiraient pas du cadre de celle-ci.However, these differences in the implementation of the invention would not go beyond the scope of the latter.
Il faut encore noter que la relation (1) entre la durée optimum de l'impulsion motrice et le temps T2 mis par la tension Ur pour dépasser la tension de seuil U pourrait ne pas être linéaire. Mais, même dans ce cas, elle pourrait être définie par quelques essais. Le circuit de calcul 13 devrait alors simplement être conçu de manière à réaliser la fonction voulue.It should also be noted that the relation (1) between the optimum duration of the driving pulse and the time T2 set by the voltage U r to exceed the threshold voltage U might not be linear. But even then it could be defined by a few tries. The
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