FR2822605A1 - Determination of the position of the shaft of an electric motor, senses e.m.f. generated in operating relay coils and motor winding passes to generate signal that is processed to determine rotor position and speed - Google Patents
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Abstract
Description
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PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETERMINATION DE LA POSITION DE
L'ARBRE D'UN MOTEUR ELECTRIQUE
L'invention concerne les moteurs électriques, et plus spécifiquement le repérage de la position, de la direction ou de la vitesse de rotation des arbres des moteurs électriques à courant continu à balais. METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION OF
THE SHAFT OF AN ELECTRIC MOTOR
The invention relates to electric motors, and more specifically the identification of the position, direction or speed of rotation of the shafts of brushed direct current electric motors.
On utilise couramment dans l'industrie automobile, des moteurs électriques pour déplacer des équipements. Ainsi, des moteurs sont utilisés pour lever ou baisser les vitres, pour régler la position des sièges, ou encore pour ouvrir et fermer les toits ouvrants. Pour toutes ces applications, il est utilise de connaître avec précision la position de l'équipement entraîné par le moteur. Cette position peut être déterminée à partir de la position en rotation de l'arbre du moteur. On peut aussi intégrer la vitesse de rotation du moteur ; une autre information utile est la direction de rotation. In the automotive industry, electric motors are commonly used to move equipment. Motors are used to raise or lower the windows, to adjust the position of the seats, or to open and close the sunroofs. For all these applications, it is used to know precisely the position of the equipment driven by the motor. This position can be determined from the rotational position of the motor shaft. It is also possible to integrate the speed of rotation of the motor; another useful information is the direction of rotation.
A titre d'exemple d'utilisation de cette position, dans les cas des lève-vitres est prévu une fonction anti-pincement : le moteur est arrêté en cas d'effort important ; cette fonction permet d'éviter de blesser un passager lors de la fermeture de la vitre. As an example of using this position, in the case of the window regulators, an anti-pinch function is provided: the motor is stopped in the event of significant effort; this function avoids injuring a passenger when the window is closed.
Le repérage de la position permet d'inactiver cette fonction anti-pincement à la fin de la course de fermeture de la vitre ; ceci permet une fermeture complète de la vitre malgré les efforts exercés sur la vitre lors de la pénétration de la vitre dans les joints. Position marking enables this anti-pinch function to be deactivated at the end of the window closing stroke; this allows complete closing of the window despite the forces exerted on the window during penetration of the window into the seals.
Dans le cas des sièges, un repérage de la position permet de revenir à des positions programmées. Pour les toits ouvrants, le repérage de la position permet de programmer des positions d'ouverture du toit ; ce repérage permet aussi de désactiver une fonction anti-pincement lors de la fin de la course de fermeture du toit ouvrant. In the case of seats, a position marker allows you to return to programmed positions. For opening roofs, the position marking allows programming of roof opening positions; this marking also makes it possible to deactivate an anti-pinch function at the end of the sunroof closing stroke.
Pour assurer un repérage en position de l'arbre d'un moteur électrique, il a été proposé de munir l'arbre d'un anneau présentant un aimant et de disposer sur la carcasse du moteur un capteur à effet Hall sensible au passage de l'aimant. Cette solution permet de compter le nombre de tours de l'arbre du moteur, et d'en déduire la position de l'équipement déplacé par le moteur. Cette solution implique d'une part une modification du moteur pour munir son arbre de l'anneau, et d'autre part de prévoir un capteur spécifique dans le circuit de commande du moteur. Il existe donc un besoin d'une solution plus simple et moins onéreuse permettant de repérer la position en rotation de l'arbre d'un moteur. In order to identify the shaft of an electric motor in position, it has been proposed to provide the shaft with a ring having a magnet and to have a Hall effect sensor sensitive to the passage of the motor on the carcass of the motor. 'magnet. This solution makes it possible to count the number of revolutions of the motor shaft, and to deduce therefrom the position of the equipment moved by the motor. This solution involves on the one hand a modification of the engine to provide its shaft with the ring, and on the other hand to provide a specific sensor in the engine control circuit. There is therefore a need for a simpler and less expensive solution making it possible to identify the rotational position of the motor shaft.
Par ailleurs, existent pour déplacer des équipements, des moteurs à courant continu à balais ; ces moteurs sont commandés par deux relais disposés sur une carte électronique associée au moteur. L'activation d'un relais ou de l'autre permet d'entraîner le moteur dans un sens de rotation ou dans l'autre. La société demanderesse commercialise ainsi sous la référence 400 463 des ensembles constitués d'un moteur à courant continu à balais, d'une carte électronique présentant In addition, exist for moving equipment, brushed DC motors; these motors are controlled by two relays arranged on an electronic card associated with the motor. Activation of one relay or the other allows the motor to be driven in one direction of rotation or the other. The applicant company thus markets, under the reference 400 463, sets consisting of a brushed DC motor, an electronic card having
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deux relais et d'un réducteur ; la sortie du réducteur est adaptée à entraîner des équipements. two relays and a reducer; the output of the reducer is adapted to drive equipment.
Dans un mode de réalisation, l'invention propose d'utiliser les bobines d'un relais de commande du moteur pour détecter la rotation de l'arbre du moteur. Cette solution utilise le fait que la rotation du moteur génère des variations de champ magnétique et donc un courant dans la bobine du relais. Cette solution évite de devoir prévoir sur l'arbre du moteur un anneau avec un aimant ; elle évite aussi de devoir prévoir un capteur spécifique pour repérer la position de l'arbre du moteur ou sa vitesse de rotation. In one embodiment, the invention proposes to use the coils of a motor control relay to detect the rotation of the motor shaft. This solution uses the fact that the rotation of the motor generates variations in the magnetic field and therefore a current in the relay coil. This solution avoids having to provide a ring with a magnet on the motor shaft; it also avoids having to provide a specific sensor to identify the position of the motor shaft or its rotation speed.
Plus spécifiquement, l'invention propose un procédé de détermination de la position ou de la vitesse de l'arbre d'un moteur commandé par un relais, comprenant la détection dans une bobine du relais d'une force électromotrice induite par la rotation de l'arbre du moteur, le calcul de la position ou de la vitesse de l'arbre du moteur à partir de la force électromotrice détectée. More specifically, the invention proposes a method for determining the position or the speed of the shaft of a motor controlled by a relay, comprising the detection in a coil of the relay of an electromotive force induced by the rotation of the motor shaft, the calculation of the position or the speed of the motor shaft from the detected electromotive force.
Selon une variante, l'étape de détection comprend la suppression de la composante continue aux bornes de la bobine. According to a variant, the detection step comprises the elimination of the DC component at the terminals of the coil.
Selon une autre variante, l'étape de détection comprend l'amplification de la force électromotrice induite dans la bobine. According to another variant, the detection step comprises the amplification of the electromotive force induced in the coil.
Selon encore une variante, l'étape de détection comprend la comparaison de la force électromotrice induite dans la bobine à un signal de référence. According to yet another variant, the detection step comprises the comparison of the electromotive force induced in the coil to a reference signal.
Selon encore une autre variante, le moteur est commandé par deux relais et l'étape de détection comprend la détection d'une force électromotrice induite dans une bobine d'un relais qui n'est pas excitée. According to yet another variant, the motor is controlled by two relays and the detection step comprises the detection of an electromotive force induced in a coil of a relay which is not excited.
Selon encore une variante, le moteur est un moteur à courant continu à balais. According to yet another variant, the motor is a brushed direct current motor.
L'invention concerne également un moteur commandé par au moins un relais, comprenant un circuit de détection dans une bobine du relais d'une force électromotrice induite par la rotation de l'arbre du moteur. The invention also relates to a motor controlled by at least one relay, comprising a detection circuit in a coil of the relay of an electromotive force induced by the rotation of the motor shaft.
Selon une variante, le circuit de détection comprend un filtre coupe-bas. Alternatively, the detection circuit includes a low-cut filter.
Selon encore une variante, le circuit de détection comprend un amplificateur recevant les signaux filtrés par le filtre coupe-bas. According to yet another variant, the detection circuit comprises an amplifier receiving the signals filtered by the low-cut filter.
Selon une autre variante, le circuit de détection comprend un comparateur recevant les signaux amplifiés par l'amplificateur. According to another variant, the detection circuit comprises a comparator receiving the signals amplified by the amplifier.
Selon encore une autre variante, la bobine est orthoradiale à l'arbre du moteur. According to yet another variant, the coil is orthoradial to the motor shaft.
On peut également prévoir un moteur du type à courant continu à balais présentant au moins un aimant permanent, la bobine étant disposée au voisinage d'un aimant permanent. It is also possible to provide a brush type DC motor having at least one permanent magnet, the coil being arranged in the vicinity of a permanent magnet.
Selon une variante, le moteur est du type à courant continu à balais et la bobine est disposée au voisinage du collecteur du moteur. Alternatively, the motor is of the brushed direct current type and the coil is arranged in the vicinity of the motor manifold.
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L'invention concerne en outre un circuit de commande d'un moteur, comprenant un relais de commande du moteur et un circuit de détection d'une force électromotrice dans une bobine du relais. The invention further relates to a motor control circuit comprising a motor control relay and a circuit for detecting an electromotive force in a coil of the relay.
Selon une variante, le circuit comprend un filtre coupe-bas. Alternatively, the circuit includes a low-cut filter.
Selon une autre variante, le circuit comprend un amplificateur recevant les signaux filtrés par le filtre coupe-bas. According to another variant, the circuit comprises an amplifier receiving the signals filtered by the low-cut filter.
Selon encore une variante, le circuit comprend un comparateur recevant les signaux amplifiés par l'amplificateur. According to yet another variant, the circuit comprises a comparator receiving the signals amplified by the amplifier.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation, donnés à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent : - figure 1, une vue d'ensemble en perspective d'un moteur auquel s'applique l'invention ; figure 2, une représentation schématique partielle du circuit de commande du moteur de la figure 1 ;
figure 3, un tempogramme des signaux relevés sur le circuit de la figure 2 ; figure 4, une représentation schématique en coupe du moteur de la figure 1. Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of embodiments, given by way of example only and with reference to the drawings which show: - Figure 1, an overall perspective view an engine to which the invention applies; Figure 2, a partial schematic representation of the motor control circuit of Figure 1;
Figure 3, a tempogram of the signals recorded on the circuit of Figure 2; FIG. 4, a schematic sectional representation of the motor of FIG. 1.
L'invention propose, dans un mode de réalisation, d'utiliser les bobines des relais de commande du moteur pour détecter les mouvements du moteur. De fait, la rotation d'un moteur s'accompagne de variations du champ magnétique au voisinage du moteur ; ces variations induisent dans les bobines des relais des forces électromotrices qui peuvent être détectées. Cette détection permet de déterminer la position de l'arbre du moteur, ou encore sa vitesse. Les bobines du relais sont donc utilisées non seulement pour la commande du moteur, mais encore comme détecteurs de la rotation du moteur. L'invention repose donc sur le couplage inductif entre les bobinages du rotor du moteur et les bobines des relais. Elle présente l'avantage de ne pas nécessiter de matériel supplémentaire sur le rotor ; l'utilisation de la bobine du relais n'implique pas de prévoir une bobine supplémentaire, mais nécessite simplement quelques composants simples pour la détection des forces électromotrices. The invention proposes, in one embodiment, to use the coils of the motor control relays to detect motor movements. In fact, the rotation of an engine is accompanied by variations in the magnetic field in the vicinity of the engine; these variations induce in the coils of the relays electromotive forces which can be detected. This detection makes it possible to determine the position of the motor shaft, or even its speed. The relay coils are therefore used not only for controlling the motor, but also as detectors of motor rotation. The invention therefore relies on the inductive coupling between the windings of the motor rotor and the coils of the relays. It has the advantage of not requiring additional equipment on the rotor; the use of the relay coil does not imply providing an additional coil, but simply requires a few simple components for the detection of electromotive forces.
La figure 1 montre en perspective une vue d'ensemble d'un moteur auquel peut s'appliquer l'invention. On reconnaît sur la figure le moteur 2, qui est par exemple un moteur à courant continu à balais. Sur la carcasse du moteur est fixée une carte à circuit imprimé, cette carte contient les circuits électroniques de commande du moteur ; elle comprend notamment deux relais de commande du moteur ; le fonctionnement de ces relais est décrit plus en détail en référence à la figure 2. La fixation de la carte sur le moteur permet de fournir un ensemble monobloc assurant les fonctions de déplacement d'un équipement, sans nécessiter de câblage autre que Figure 1 shows in perspective an overview of an engine to which the invention can be applied. The motor 2 is recognized in the figure, which is for example a brushed direct current motor. A printed circuit board is attached to the motor housing, this card contains the electronic engine control circuits; it includes in particular two engine control relays; the operation of these relays is described in more detail with reference to FIG. 2. The fixing of the card to the motor makes it possible to provide a one-piece assembly ensuring the functions of moving an item of equipment, without requiring wiring other than
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l'alimentation et la commande. On voit encore sur la figure 1 un réducteur 6 ; le réducteur est entraîné par le mouvement de l'arbre du moteur et présente un arbre de sortie 8 qui tourne à une vitesse adaptée à l'entraînement d'un équipement tel un lèvevitre, un siège, un toit ouvrant ou autre. power and control. We still see in Figure 1 a reducer 6; the reduction gear is driven by the movement of the motor shaft and has an output shaft 8 which rotates at a speed suitable for driving equipment such as a window regulator, a seat, a sunroof or the like.
La figure 2 est une vue partielle du circuit de commande du moteur de la figure 1. Ne sont représentés à la figure que les éléments du circuit nécessaires à la compréhension de l'invention. Sont représentées sur la figure quatre ensemble de bornes de sortie de la carte, notés JI à J4 sur la figure, et référencés 12,14, 16 et 18. Figure 2 is a partial view of the engine control circuit of Figure 1. Are shown in the figure that the circuit elements necessary for understanding the invention. Are shown in the figure four sets of output terminals of the card, noted JI to J4 in the figure, and referenced 12,14, 16 and 18.
Les bornes 1 et 2 de l'ensemble 12 sont reliées au moteur ; les bornes 1 et 2 de l'ensemble 14 reçoivent la tension d'alimentation du moteur ; les bornes 1 et 2 de l'ensemble 16 reçoivent les signaux de commande du moteur, pour l'entraîner en rotation dans une direction ou dans l'autre ; de ce fait, les signaux appliqués aux bornes de l'ensemble 16 ne sont pas tous les deux ensemble à une valeur non nulle. The terminals 1 and 2 of the assembly 12 are connected to the motor; the terminals 1 and 2 of the assembly 14 receive the supply voltage of the motor; the terminals 1 and 2 of the assembly 16 receive the motor control signals, to drive it in rotation in one direction or the other; therefore, the signals applied to the terminals of the assembly 16 are not both together at a non-zero value.
La borne 1 de l'ensemble 18 fournit le signal de sortie représenté à la figure 3, tandis que la borne 2 de cet ensemble est à la masse. Terminal 1 of assembly 18 provides the output signal shown in Figure 3, while terminal 2 of this assembly is grounded.
La carte présente deux relais 20 et 22. Chacun des relais est utilisé pour la commande d'alimentation du moteur, dans une des deux directions de rotation du moteur. La bobine d'un relais est reliée d'une part à une tension d'alimentation, notée +ALIM sur la figure, et d'autre part à une borne de l'ensemble 16 ; dans l'exemple de la figure, la bobine du relais 20 est reliée à la borne 1 de l'ensemble 16 et la bobine du relais 22 est reliés à la borne 2 de l'ensemble 16. De la sorte, l'application d'une tension nulle sur la borne 1 de l'ensemble 16 excite la bobine du relais 20, tandis que l'application d'une tension nulle sur la borne 2 de l'ensemble 16 excite la bobine du relais 22 ; si les bornes de l'ensemble 16 ne sont pas à la masse, mais à un potentiel flottant, les relais 20 ou 22 sont en l'air-les bobines n'étant pas excitées. Comme symbolisé sur la figure par le trait pointillé, le passage d'un relais dans une position fermée relie les bornes de l'ensemble 14 aux bornes de l'ensemble 12, comme représenté sur la figure 2-les bornes référencées identiquement de chaque ensemble sont reliées. Inversement, le passage de l'autre relais dans une position fermée relie les bornes de l'ensemble 14 aux bornes de l'ensemble 12, en inversant les bornes : chaque borne de l'un des ensemble est reliée la borne de l'autre ensemble référencée différemment. Lorsque aucune des bobines n'est excitée, les bornes des ensembles 12 sont court-circuitées par le relais et reliées à une des bornes de l'ensemble 14. Ce montage connu en soit permet d'appliquer dans un sens ou dans l'autre la tension d'alimentation du moteur aux bornes du moteur, en fonction des tensions appliquées à l'ensemble 16 pour la commande des relais. The card has two relays 20 and 22. Each of the relays is used for controlling the supply of the motor, in one of the two directions of rotation of the motor. The coil of a relay is connected on the one hand to a supply voltage, denoted + ALIM in the figure, and on the other hand to a terminal of the assembly 16; in the example in the figure, the coil of relay 20 is connected to terminal 1 of assembly 16 and the coil of relay 22 is connected to terminal 2 of assembly 16. In this way, the application of 'a zero voltage on terminal 1 of assembly 16 energizes the coil of relay 20, while the application of zero voltage on terminal 2 of assembly 16 energizes the coil of relay 22; if the terminals of the assembly 16 are not grounded, but at a floating potential, the relays 20 or 22 are in the air - the coils not being excited. As symbolized in the figure by the dotted line, the passage of a relay in a closed position connects the terminals of the assembly 14 to the terminals of the assembly 12, as represented in FIG. 2-the terminals referenced identically of each assembly are connected. Conversely, the passage of the other relay in a closed position connects the terminals of the assembly 14 to the terminals of the assembly 12, by reversing the terminals: each terminal of one of the sets is connected the terminal of the other together referenced differently. When none of the coils is energized, the terminals of the assemblies 12 are short-circuited by the relay and connected to one of the terminals of the assembly 14. This arrangement, known in itself, makes it possible to apply in one direction or the other. the motor supply voltage at the motor terminals, as a function of the voltages applied to assembly 16 for controlling the relays.
Outre ce montage, le circuit de la figure 2 montre que la bobine du relais 20respectivement du relais 22-est reliée, en parallèle à l'ensemble 16, à une entrée In addition to this assembly, the circuit of FIG. 2 shows that the coil of the relay 20, respectively of the relay 22, is connected, in parallel to the assembly 16, to an input
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passante d'une diode 24-respectivement 26. Les sorties des diodes 24 et 26 sont reliées et constituent la borne d'entrée d'un circuit 28 d'analyse des signaux aux bornes des bobines des relais. La présence des diodes évite qu'un signal de masse sur l'une des bornes de l'ensemble 16 ne soit appliqué aux deux relais. of a diode 24-respectively 26. The outputs of diodes 24 and 26 are connected and constitute the input terminal of a circuit 28 for analyzing signals at the terminals of the relay coils. The presence of the diodes prevents a ground signal on one of the terminals of the assembly 16 from being applied to the two relays.
Le montage décrit jusqu'à présent permet d'appliquer au moteur une tension d'alimentation ; en outre, il permet de disposer en entrée du circuit d'analyse 28 du signal aux bornes du ou des relais. Plus spécifiquement, on dispose en entrée du circuit d'analyse 28 d'un signal représentatif de la tension dans la ou les bobines du relais qui sont en l'air ; de fait, lorsqu'une bobine est excitée-la borne de l'ensemble 16 étant à la masse-cette bobine ne contribue pas au signal appliqué au circuit d'analyse 28. The assembly described so far makes it possible to apply a supply voltage to the motor; in addition, it makes it possible to have, at the input of the analysis circuit 28 of the signal at the terminals of the relay (s). More specifically, there is at the input of the analysis circuit 28 a signal representative of the voltage in the coil or coils of the relay which are in the air; in fact, when a coil is energized - the terminal of the assembly 16 being grounded - this coil does not contribute to the signal applied to the analysis circuit 28.
Le circuit 28 d'analyse reçoit donc en entrée le signal aux bornes des bobines du ou des relais. Ce circuit comprend un condensateur 30 supprimant la composante continue du signal ; ce condensateur agit donc comme filtre coupe-bas. En sortie du condensateur est prévu un amplificateur opérationnel 32 monté en amplificateur. On obtient en sortie de l'amplificateur 32 un signal représentatif de la composante noncontinue aux bornes des bobines. Ce signal est appliqué à un amplificateur opérationnel 34 monté en comparateur ; la tension de référence est réglable par une résistance variable 36 ; ce réglage permet d'adapter à un moteur donné la tension de référence. La sortie de l'amplificateur opérationnel 34 est reliée à la borne 1 de l'ensemble 18 et constitue le signal de sortie du circuit 28 d'analyse des signaux. The analysis circuit 28 therefore receives the signal at the terminals of the coils of the relay (s) as an input. This circuit includes a capacitor 30 suppressing the DC component of the signal; this capacitor therefore acts as a low-cut filter. An operational amplifier 32 mounted as an amplifier is provided at the output of the capacitor. A signal representative of the noncontinuous component at the terminals of the coils is obtained at the output of amplifier 32. This signal is applied to an operational amplifier 34 mounted as a comparator; the reference voltage is adjustable by a variable resistor 36; this setting allows the reference voltage to be adapted to a given motor. The output of the operational amplifier 34 is connected to terminal 1 of the assembly 18 and constitutes the output signal of the circuit 28 for analyzing the signals.
Le fonctionnement du circuit de la figure 2 est le suivant. La composante noncontinue du signal aux bornes des relais est isolée, puis amplifiée ; cette composante est ensuite comparée à une tension de référence-cette tension de référence peut être réglée. The operation of the circuit of FIG. 2 is as follows. The non-continuous component of the signal across the relay is isolated, then amplified; this component is then compared to a reference voltage - this reference voltage can be adjusted.
Le circuit de la figure 2 permet de déterminer la position ou la vitesse de rotation du moteur ; en effet, la rotation du moteur entraîne des variations de flux magnétique au voisinage du rotor du moteur ; dans les bobines des relais, ces variations de flux induisent une force électromotrice. La détection de cette force électromotrice induite fournit un signal représentatif des variations de flux magnétique, et donc représentatif de la rotation du moteur. The circuit of FIG. 2 makes it possible to determine the position or the speed of rotation of the motor; indeed, the rotation of the motor causes variations in magnetic flux in the vicinity of the motor rotor; in the relay coils, these flux variations induce an electromotive force. The detection of this induced electromotive force provides a signal representative of the variations in magnetic flux, and therefore representative of the rotation of the motor.
A titre d'exemple, dans le montage de la figure, les relais sont des relais vendus sous la référence ACT212 par la société NAIS. Chaque bobine est constituée d'un enroulement de 1000 fils, et présente une surface de 20mm2. Pour un moteur à courant continu à balais, avec deux aimants permanents et 10 bobinages, fonctionnant sous une tension de 12 V, et d'une puissance de 100 W, la force électromotrice induite dans la bobine d'un relais par la rotation du rotor présente une amplitude de l'ordre de 1 mV. On peut choisir un gain de 470 pour l'amplificateur For example, in the assembly of the figure, the relays are relays sold under the reference ACT212 by the company NAIS. Each coil consists of a winding of 1000 wires, and has a surface of 20mm2. For a brushed DC motor, with two permanent magnets and 10 windings, operating at a voltage of 12 V, and a power of 100 W, the electromotive force induced in the coil of a relay by the rotation of the rotor has an amplitude of the order of 1 mV. You can choose a gain of 470 for the amplifier
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opérationnel monté en amplificateur, et utiliser comme tension de référence une tension de 12 V. operational mounted as an amplifier, and use as a reference voltage a voltage of 12 V.
La figure 3 montre un tempogramme des signaux de sortie du circuit de la figure 2. En abscisse figure le temps en secondes, et en ordonnée la tension en volts. FIG. 3 shows a timing diagram of the output signals of the circuit of FIG. 2. On the abscissa is the time in seconds, and on the ordinate the voltage in volts.
Est portée à la figure en traits gras le signal de sortie du circuit de la figure 2, et en traits fins un signal obtenu sur le même moteur par un capteur optique. La figure montre que le signal de sortie du circuit de la figure 2 est un signal en créneaux ; le signal de sortie de la figure 2 présente la même allure que le signal de référence : le nombre de créneaux est le même, et l'intervalle entre les créneaux est le même. La figure 3 montre que les signaux obtenus dans le circuit de la figure 2 sont bien représentatifs de la rotation du moteur. Is shown in bold lines the output signal of the circuit of Figure 2, and in thin lines a signal obtained on the same motor by an optical sensor. The figure shows that the output signal of the circuit of figure 2 is a signal in slots; the output signal of FIG. 2 has the same shape as the reference signal: the number of slots is the same, and the interval between slots is the same. Figure 3 shows that the signals obtained in the circuit of Figure 2 are representative of the rotation of the motor.
La figure 4 est une représentation schématique du moteur de la figure 1, en coupe perpendiculairement à l'axe de rotation du moteur. On reconnaît sur la figure l'axe 40 de rotation du moteur, ainsi que son rotor 42. Les aimants permanents 44 et 46 sont au nombre de deux dans l'exemple de la figure. La figure montre en outre les bobines 48 et 50 des relais. Comme le montre la figure, le plan d'une bobine est de préférence orthoradial par rapport à l'axe du moteur-autrement dit, l'axe de la bobine est sécant à l'axe du moteur, et perpendiculaire à cet axe : cette position de la bobine maximise la force électromotrice induite dans la bobine ; de fait, les variations de champ magnétique au voisinage du moteur sont maximales dans une direction radiale ; la force électromotrice induite dans la bobine est donc maximale lorsque le plan de la bobine est perpendiculaire à la direction du champ magnétique-c'est-àdire dans la position représentée à la figure. Figure 4 is a schematic representation of the engine of Figure 1, in section perpendicular to the axis of rotation of the engine. We recognize in the figure the axis 40 of rotation of the motor, as well as its rotor 42. The permanent magnets 44 and 46 are two in number in the example of the figure. The figure also shows the coils 48 and 50 of the relays. As shown in the figure, the plane of a coil is preferably orthoradial with respect to the axis of the motor - in other words, the axis of the coil is intersecting with the axis of the motor, and perpendicular to this axis: this position of the coil maximizes the electromotive force induced in the coil; in fact, the magnetic field variations in the vicinity of the motor are maximum in a radial direction; the electromotive force induced in the coil is therefore maximum when the plane of the coil is perpendicular to the direction of the magnetic field - that is to say in the position shown in the figure.
Il s'avère aussi que la position d'une bobine au voisinage des aimants permanents augmente aussi les signaux détectés par la bobine ; on a représenté à la figure en traits pointillés en 52 une bobine placée à mi-chemin entre les aimants permanents de polarité opposée. En cette position, le signal détecté aux bornes de la bobine est plus faible que le signal détecté aux bornes des bobines 48 ou 50. Ceci est en fait fonction de la position radiale des balais du moteur, et de la position angulaire en laquelle la polarité change dans les bobinages du rotor. Dans le moteur donné en exemple, le champ magnétique généré par un bobinage du moteur est maximal en intensité lorsque le bobinage est parallèle aux bobines 48 et 50. En revanche, dans l'exemple, le champ magnétique généré par un bobinage du rotor est minimal lorsque le bobinage est parallèle à la bobine 52. It also turns out that the position of a coil in the vicinity of the permanent magnets also increases the signals detected by the coil; there is shown in the figure in dotted lines at 52 a coil placed halfway between the permanent magnets of opposite polarity. In this position, the signal detected at the terminals of the coil is weaker than the signal detected at the terminals of the coils 48 or 50. This is in fact a function of the radial position of the brushes of the motor, and of the angular position in which the polarity changes in the rotor windings. In the motor given in example, the magnetic field generated by a winding of the motor is maximum in intensity when the winding is parallel to the coils 48 and 50. On the other hand, in the example, the magnetic field generated by a winding of the rotor is minimal when the winding is parallel to the reel 52.
Dans la direction de l'axe de rotation du moteur, la position des bobines peut être modifiée de sorte à maximiser la force électromotrice induite détectée dans la bobine ; il s'avère que cette force est maximale pour un moteur à courant continu à In the direction of the axis of rotation of the motor, the position of the coils can be changed so as to maximize the induced electromotive force detected in the coil; it turns out that this force is maximum for a DC motor at
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balais au voisinage du boîtier collecteur du moteur ; cette position est donc préférable ; dans la mesure où elle facilite la détection. brushes in the vicinity of the motor manifold; this position is therefore preferable; insofar as it facilitates detection.
Dans l'exemple des figures précédentes, on détecte dans les bobines du relais les variations du flux magnétique résultant de la rotation du rotor, au moment où le champ magnétique généré par les bobinages du rotor est maximal. Ceci explique l'allure des signaux de la figure 3 : on repère en fait le moment où un bobinage du moteur est parallèle à la bobine du relais. Le signal de position de l'arbre du moteur est ainsi détecté avec une précision angulaire qui dépend du nombre de bobinages du rotor ; le nombre de tour peut se déduire des signaux de la figure 3 en connaissant le nombre de bobinages du rotor ; dans l'exemple de la figure, le nombre de bobinages du rotor est de 10, de sorte qu'un tour de l'arbre du moteur correspond à 10 créneaux. In the example of the preceding figures, the variations in the magnetic flux resulting from the rotation of the rotor are detected in the coils of the relay, at the moment when the magnetic field generated by the windings of the rotor is at a maximum. This explains the appearance of the signals in FIG. 3: in fact, the time when a motor winding is parallel to the relay coil is identified. The position signal of the motor shaft is thus detected with angular precision which depends on the number of windings of the rotor; the number of turns can be deduced from the signals of FIG. 3 by knowing the number of windings of the rotor; in the example in the figure, the number of rotor windings is 10, so that one revolution of the motor shaft corresponds to 10 slots.
Il est aussi possible de détecter une variation de champ magnétique d'un autre type ; ainsi, on pourrait détecter la variation du champ magnétique dans un bobinage du rotor, lorsque le courant dans le bobinage change de sens. It is also possible to detect a variation in magnetic field of another type; thus, one could detect the variation of the magnetic field in a winding of the rotor, when the current in the winding changes direction.
Le circuit de la figure 2 n'est donné qu'à titre d'exemple de circuit permettant d'analyser les variations de force électromotrice induite dans les bobines du relais. The circuit of FIG. 2 is given only as an example of a circuit making it possible to analyze the variations in electromotive force induced in the coils of the relay.
On peut utiliser d'autres types de circuit pour cette analyse, par exemple en numérisant les signaux provenant des bobines. Dans l'exemple de circuit de la figure 2, on notera que les sorties des bobines sont connectées ; il est donc préférable que les bobines soient disposées dans le même sens si elles sont au voisinage l'une de l'autre, de sorte à ce que leurs signaux s'ajoutent. On pourrait aussi disposer les bobines à des endroits différents, et dans ce cas, le sens d'enroulement des bobines dépend du sens des variations du champ. Par exemple, si les bobines étaient disposées sur deux aimants permanents de polarité opposée, il serait avantageux que les enroulements soient dans des sens opposés ; les signaux provenant des deux enroulement s'ajouteraient alors. Other types of circuits can be used for this analysis, for example by digitizing the signals from the coils. In the example of the circuit in FIG. 2, it will be noted that the outputs of the coils are connected; it is therefore preferable that the coils are arranged in the same direction if they are in the vicinity of one another, so that their signals are added. We could also arrange the coils in different places, and in this case, the winding direction of the coils depends on the direction of the field variations. For example, if the coils were placed on two permanent magnets of opposite polarity, it would be advantageous if the windings were in opposite directions; the signals from the two windings would then be added.
Dans le montage de la figure 2, du fait de la connexion des bobines entre la masse et l'alimentation, on ne récupère en entrée du circuit d'analyse 28 que les signaux de la bobine qui n'est pas excitée. On pourrait aussi récupérer les signaux des deux bobines, par exemple en montant une résistance en série avec chacune des bobines, et en prélevant le signal aux bornes de cette résistance ; dans ce cas, on pourrait mettre en oeuvre l'invention, même en n'utilisant qu'une seule bobine pour la commande du moteur. In the assembly of FIG. 2, due to the connection of the coils between the ground and the power supply, only the signals from the coil which is not energized are recovered at the input of the analysis circuit 28. We could also recover the signals from the two coils, for example by mounting a resistor in series with each of the coils, and taking the signal across this resistor; in this case, the invention could be implemented, even using only a single coil for controlling the motor.
On n'a pas détaillé dans la description qui précède l'exploitation qui est faite des signaux du circuit de la figure 2. On peut déduire de ces signaux la position de l'arbre du moteur, en comptant le nombre de créneaux, c'est-à-dire le nombre de bobinages du rotor passant devant les bobines des relais ; on peut aussi en déduire la vitesse instantanée ou moyenne du moteur. We have not detailed in the preceding description the use made of the signals of the circuit of FIG. 2. We can deduce from these signals the position of the motor shaft, by counting the number of slots, c ' that is to say the number of windings of the rotor passing in front of the coils of the relays; we can also deduce the instantaneous or average speed of the motor.
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On notera que la détection ne dépend pas de l'alimentation du moteur et fonctionne encore lorsque le moteur n'est pas alimenté mais continue de tourner du fait de son inertie ; en effet, dans ce cas, la rotation des bobinages du rotor perturbe le champ magnétique généré par les aimants permanents ; cette perturbation peut aussi être détectée par les bobines du relais. It will be noted that the detection does not depend on the supply of the motor and still operates when the motor is not supplied but continues to rotate due to its inertia; in fact, in this case, the rotation of the rotor windings disturbs the magnetic field generated by the permanent magnets; this disturbance can also be detected by the relay coils.
L'exemple des figures précédentes est donné en référence à un moteur à courant continu à balais ; la rotation de l'arbre du moteur dans un tel moteur engendre comme expliqué plus haut des perturbations du champ magnétique, qui peuvent être détectées grâce à la bobine d'un relais ; il est aussi possible d'appliquer cette solution à d'autres types de moteurs, dans lesquels la rotation de l'arbre du moteur engendre des perturbations locales du champ magnétique, de nature à être détectées par les bobines des relais commandant le moteur. The example of the preceding figures is given with reference to a brushed direct current motor; the rotation of the motor shaft in such an engine generates, as explained above, disturbances in the magnetic field, which can be detected by the coil of a relay; it is also possible to apply this solution to other types of motors, in which the rotation of the motor shaft generates local disturbances of the magnetic field, such as to be detected by the coils of the relays controlling the motor.
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2001
- 2001-03-23 FR FR0103942A patent/FR2822605B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2822605B1 (en) | 2003-07-04 |
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