FR2743957A1

FR2743957A1 - Stepping reversible electric motor

Info

Publication number: FR2743957A1
Application number: FR9600655A
Authority: FR
Inventors: Antoine Caizergues
Original assignee: Magneti Marelli France SAS
Current assignee: Marelli France SAS
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1996-01-22
Publication date: 1997-07-25
Anticipated expiration: 2016-01-22
Also published as: FR2743957B1

Abstract

The motor includes a main magnetic circuit (10), with a rotor area (12) between two poles in the circuit. There is a coil (20) placed in the magnetic circuit, and a rotor (30). A secondary magnetic circuit (40) is placed at the rotor level to ensure an asymmetric position of the stationary rotor, relative to the main magnetic circuit. The motor is provided with a detector (50) which measures the electromagnetic force generated in the coil. When the force is zero the detector generates an alternating signal which is applied to the rotor.

Description

La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques pas à pas. The present invention relates to the field of electric stepper motors.

La présente invention trouve notamment application dans la réalisation de tableaux de bord, en particulier de montres à aiguilles pour tableaux de bord. The present invention finds particular application in the production of dashboards, in particular needle watches for dashboards.

On a illustré sur la figure 1 annexée, la structure classique d'un moteur électrique pas à pas comprenant: - un circuit magnétique principal 10 en forme de boucle ouverte, formé par exemple d'un empilement de toles magnétiques, définissant une chambre de rotor 12 entre les deux poles 14, 16 de ce circuit, - une bobine 20 placée sur le circuit principal 10, - un rotor 30 à aimantation radiale monté à rotation dans ladite chambre 12, entre les deux poles 14, 16 du circuit principal 10, le rotor 30 comprenant typiquement un aimant bipolaire, comme schématisé sur la figure 1, et - un circuit magnétique secondaire 40 placé au niveau de la chambre de rotor 12 pour imposer, au repos, au rotor 30, une position non symétrique par rapport aux poles 14, 16 du circuit principal 10. Is illustrated in Figure 1 attached, the conventional structure of a stepping electric motor comprising: - a main magnetic circuit 10 in the form of an open loop, formed for example of a stack of magnetic sheets, defining a rotor chamber 12 between the two poles 14, 16 of this circuit, - a coil 20 placed on the main circuit 10, - a rotor 30 with radial magnetization rotatably mounted in said chamber 12, between the two poles 14, 16 of the main circuit 10, the rotor 30 typically comprising a bipolar magnet, as shown diagrammatically in FIG. 1, and - a secondary magnetic circuit 40 placed at the level of the rotor chamber 12 to impose, at rest, on the rotor 30, a position that is not symmetrical with respect to the poles 14, 16 of the main circuit 10.

Généralement, le circuit secondaire 40 est constitué d'un anneau 42 comprenant deux dents ou poles radialement internes 44, 46, diamétralement opposés, qui entoure le rotor 30. Generally, the secondary circuit 40 consists of a ring 42 comprising two radially internal teeth or poles 44, 46, which surrounds the rotor 30.

Ainsi, au repos, les poles du rotor 30 s'alignent sur les poles 44, 46 du circuit secondaire 40. Thus, at rest, the poles of the rotor 30 align with the poles 44, 46 of the secondary circuit 40.

Le rotor 30 ainsi positionné par son couple de détente peut démarrer avec un couple optimum. The rotor 30 thus positioned by its expansion torque can start with an optimum torque.

Le bobinage 20 reçoit des séquences d'impulsions de commande de polarités alternées comme illustré sur la figure 2. Ainsi, par rapport à la position de repos illustrée sur la figure 1, pour faire démarrer le moteur, le bobinage 20 reçoit tout d'abord une impulsion de polarité définie pour imposer un pole sud sur le pole 16 du circuit principal 10 et un pole nord sur le pole 14 de ce même circuit principal 10. L'impulsion précitée est ensuite interrompue de sorte que grâce à son inertie et à l'attraction des poles 44, 46 le rotor 30 tend à s'aligner sur ces derniers, puis une impulsion de polarité opposée est appliquée sur le bobinage 20 pour définir un pole sud sur le pole 14 du circuit principal et un pole nord sur le pole 16 de ce dernier. The winding 20 receives sequences of alternating polarity control pulses as illustrated in FIG. 2. Thus, relative to the rest position illustrated in FIG. 1, to start the motor, the winding 20 receives first a polarity pulse defined to impose a south pole on pole 16 of the main circuit 10 and a north pole on pole 14 of this same main circuit 10. The aforementioned pulse is then interrupted so that thanks to its inertia and to the attraction of the poles 44, 46 the rotor 30 tends to align with the latter, then a pulse of opposite polarity is applied to the winding 20 to define a south pole on pole 14 of the main circuit and a north pole on pole 16 of the latter.

Ainsi la séquence d'impulsions illustrée sur la figure 2 permet d'entrainer le rotor 30 toujours dans le même sens, correspondant au sens des aiguilles d'une montre, selon l'illustration de la figure 2. Thus the sequence of pulses illustrated in FIG. 2 makes it possible to drive the rotor 30 always in the same direction, corresponding to the clockwise direction, according to the illustration in FIG. 2.

Cependant, dans certaines applications, il est nécessaire de permettre un entraînement du moteur alternativement dans un sens ou dans l'autre. However, in certain applications, it is necessary to allow the motor to be driven alternately in one direction or the other.

Diverses solutions électrotechniques peuvent être proposées à cette fin : on peut par exemple réaliser un moteur à deux bobines sur le circuit magnétique principal 10, ou encore on peut modifier mécaniquement la position du circuit magnétique secondaire 40 pour déplacer les poles 44, 46 respectivement de part et d'autre du plan de symétrie défini par les poles 14, 16 du circuit magnétique principal 10. Various electrotechnical solutions can be proposed for this purpose: it is possible, for example, to produce a motor with two coils on the main magnetic circuit 10, or else the position of the secondary magnetic circuit 40 can be mechanically modified to move the poles 44, 46 respectively and on the other side of the plane of symmetry defined by the poles 14, 16 of the main magnetic circuit 10.

Ces solutions connues ne donnent cependant pas totalement satisfaction. Elles sont en effet relativement complexes. These known solutions are however not entirely satisfactory. They are indeed relatively complex.

La présente invention a maintenant pour but de perfectionner les moteurs électriques pas à pas pour permettre sélectivement une rotation dans un sens ou dans l'autre. The present invention now aims to improve the electric stepper motors to selectively allow rotation in one direction or the other.

Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grace à un moteur électrique pas à pas du type décrit précédemment dans lequel il est prévu en outre un moyen de détection de la force électromotrice générée dans la bobine, apte à détecter l'alignement du rotor sur les poles du circuit magnétique principal et pour commander l'application d'impulsions d'entrainement après franchissement de cette position d'alignement. This object is achieved in the context of the present invention by means of a stepping electric motor of the type described above in which there is further provided a means for detecting the electromotive force generated in the coil, capable of detecting the alignment of the rotor on the poles of the main magnetic circuit and to control the application of drive pulses after crossing this alignment position.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 précédemment décrite représente schématiquement un moteur électrique pas à pas conforme à l'état de la technique, - la figure 2 illustre les impulsions de commande appliquées à un tel moteur pas à pas, - la figure 3 illustre schématiquement un moteur électrique pas à pas conforme à la présente invention, et - la figure 4a illustre schématiquement l'allure des impulsions de commande conforme à la présente invention et de la force électromotrice détectée dans la bobine et résultant du flux qui traverse celle-ci, tandis que la figure 4b sous jacente représente les positions correspondantes du rotor. Other characteristics, objects and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows, and with reference to the appended drawings given by way of nonlimiting example and in which - FIG. 1 previously described schematically represents a electric stepping motor according to the state of the art, - Figure 2 illustrates the control pulses applied to such a stepping motor, - Figure 3 schematically illustrates a electric stepping motor according to the present invention, and - Figure 4a schematically illustrates the shape of the control pulses according to the present invention and of the electromotive force detected in the coil and resulting from the flux which crosses it, while the underlying Figure 4b represents the corresponding positions of the rotor.

On retrouve sur la figure 3 annexée qui représente un moteur électrique pas à pas conforme à la présente invention, un circuit magnétique principal 10, une bobine 20, un rotor 30 et un circuit magnétique secondaire 40 conformes aux dispositions décrites précédemment en regard de la figure 1. Found in Figure 3 attached which shows a stepping electric motor according to the present invention, a main magnetic circuit 10, a coil 20, a rotor 30 and a secondary magnetic circuit 40 in accordance with the provisions described above with reference to the figure 1.

Cependant, conformément à la présente invention, comme mentionné précédemment, il est prévu des moyens 50 aptes à détecter la force électromotrice générée dans la bobine 20 par le flux. Plus précisément encore, ces moyens 50 sont adaptés pour détecter l'instant d'annulation de cette force électromotrice générée dans la bobine 20. Cet instant coïncide avec l'alignement du rotor 30 sur les poles 14, 16 du circuit principal 10. Les moyens 50 sont conçus pour appliquer les impulsions de polarités alternées, consécutives à l'impulsion de démarrage, après franchissement de cette position d'alignement sous l'effet de l'inertie du rotor 30. However, in accordance with the present invention, as mentioned previously, means 50 are provided capable of detecting the electromotive force generated in the coil 20 by the flux. More precisely still, these means 50 are adapted to detect the instant of cancellation of this electromotive force generated in the coil 20. This instant coincides with the alignment of the rotor 30 on the poles 14, 16 of the main circuit 10. The means 50 are designed to apply the pulses of alternating polarities, consecutive to the starting pulse, after crossing this alignment position under the effect of the inertia of the rotor 30.

Pour entrainer le moteur illustré sur la figure 3 dans un sens normal (correspondant au sens des aiguilles d'une montre), la première impulsion de démarrage appliquée au bobinage 20 est adaptée pour déplacer les poles du rotor 30 vers les poles complémentaires du circuit magnétique principal 10 les plus éloignés. En d'autres termes, I'impulsion de démarrage appliquée à la bobine 20 est conçue pour générer un pole sud sur le pole 16 et un pole nord sur le pole 14 du circuit magnétique principal 10. To drive the motor illustrated in FIG. 3 in a normal direction (corresponding to the clockwise direction), the first starting pulse applied to the winding 20 is adapted to move the poles of the rotor 30 to the complementary poles of the magnetic circuit main 10 most distant. In other words, the starting pulse applied to the coil 20 is designed to generate a south pole on pole 16 and a north pole on pole 14 of the main magnetic circuit 10.

Au contraire, pour entraîner le rotor 30 dans le sens inverse (soit le sens contraire des aiguilles d'une montre), I'impulsion de démarrage référencée 1 sur la figure 4a est adaptée pour déplacer les poles du rotor 30 vers les poles les plus proches du circuit magnétique principal 10. En d'autres termes, comme illustré sur la figure 4b, la première impulsion 1 est adaptée pour générer un pole sud sur le pole 14 et un pole nord sur le pole 16 du circuit magnétique principal 10. On the contrary, to drive the rotor 30 in the opposite direction (that is to say anticlockwise), the starting pulse referenced 1 in FIG. 4a is adapted to move the poles of the rotor 30 towards the most close to the main magnetic circuit 10. In other words, as illustrated in FIG. 4b, the first pulse 1 is adapted to generate a south pole on pole 14 and a north pole on pole 16 of the main magnetic circuit 10.

Après l'application de cette impulsion de démarrage 1, les moyens 50 analysent la force électromotrice F générée dans la bobine 20. After the application of this starting pulse 1, the means 50 analyze the electromotive force F generated in the coil 20.

Comme illustré en F0 sur la figure 4a, cette force électromotrice
F s'annule lorsque le rotor 30 est aligné sur les poles 14, 16 du circuit principal 10. Les moyens 50 sont conçus pour appliquer la seconde impulsion 2, de polarité opposée à l'impulsion 1 après franchissement de cette position d'alignement sous l'effet de l'inertie du rotor 30.As illustrated in F0 in FIG. 4a, this electromotive force
F is canceled when the rotor 30 is aligned with the poles 14, 16 of the main circuit 10. The means 50 are designed to apply the second pulse 2, of opposite polarity to the pulse 1 after crossing this alignment position under the effect of the inertia of the rotor 30.

En d'autres termes, la seconde impulsion 2 est conçue pour générer un pole nord sur le pole 14 et un pole sud sur le pole 16 du circuit magnétique principal 10. In other words, the second pulse 2 is designed to generate a north pole on pole 14 and a south pole on pole 16 of the main magnetic circuit 10.

Par la suite, les moyens 50 appliquent successivement des impulsions de type 1 et des impulsions de type 2 après franchissement de la position d'alignement du rotor grâce aux moyens 50 comme indiqué précédemment, si l'on souhaite maintenir une rotation dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Thereafter, the means 50 successively apply type 1 pulses and type 2 pulses after crossing the alignment position of the rotor by means 50 as indicated above, if it is desired to maintain a rotation in the opposite direction. clockwise.

Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. Of course the present invention is not limited to the particular embodiment which has just been described, but extends to any variant in accordance with its spirit.

Claims

1. A stepping electric motor of the known type comprising: - a main magnetic circuit (10) in the form of an open loop defining a rotor chamber (12) between two poles (14, 16) of this circuit, - a coil (20 ) placed on the main circuit (10), - a rotor (30) with radial magnetization rotatably mounted in said chamber (12) between two poles (14, 16) of the main circuit (10), - a secondary magnetic circuit (40 ) placed at the level of the rotor chamber (12) to impose, at rest, on the rotor (30), a non-symmetrical position with respect to the poles (14, 16) of the main circuit (10), characterized in that it further comprises means (50) for detecting the electromotive force (F) generated in the coil (20), capable of detecting the alignment of the rotor (30) on the poles (14, 16) of the main circuit (10 ) and to control the application of pulses on the coil (20) after crossing the alignment position of the rotor on the poles (14, 16) of the main circuit (10).

2. Motor according to claim 1, characterized in that the detection and control means (50) are adapted to apply to the coil (20) a starting pulse capable of driving the poles of the rotor (30) towards the poles (14, 16) of the nearest main circuit (10), followed by pulses of alternating polarities.

3. Motor according to one of claims 1 or 2, characterized in that the detection and control means (50) are adapted to apply to the coil (20) a starting pulse capable of driving the poles of the rotor ( 30) to the most distant poles (14, 16) of the main circuit (10), followed by alternating polarity control pulses for driving in the normal direction.