Brevet FR2001900A1 — publié le 19691003

La présente invention est relative à la commande de moteurs électriques pas à pas, c'est-à-dire des moteurs du type comportant une série de bobinages fixes qui sont alimentés successivement pour faire tourner un rotor magnétique suivant une succession de pas angulaires Un but de l'invention est de fournir un dispositif à moteur électrique pas à pas sous une forme commode Selon l'invention, il est fourni un dispositif à moteur électrique pas à pas comprenant en combinaison un moteur électrique pas à pas qui comporte une série de bobinages fixes et un rotor aimanté, les bobinages pouvant être alimentés en succession suivant des combinaisons prédéterminées polir taisre tourner le rotor suivant une suite de pas angulaires réguliers, un circuit de commande connecté aux bobinages et ayant deux connexions d'entrée, des impulsions appliquées à une connexion d'entrée provoquant l'alimentation des bobinages suivant une certaine succession pour faire tourner le rotor dans un sens et des impulsions appliquées à l'autre connexion d'entrée provoquant l'alimentation des bobinages suivant une succession différente pour faire tourner le rotor dans le sens opposé, et un élément de circuit électrique variable entraSné par le rotor de sorte qu'un signal électrique dépendant de la position angulaire du rotor et par suite de la différence entre les nombres d'impulsions qui ont été reçues aux connexions d'entrée respectivement, peut être produit Le dispositif défini ci-dessus peut être utilisé comme convertisseur électrique numérique-analogique qui peut également fonctionner en organe de mémoire analogique Selon une variante , le dispositif peut être utilisé en combinaison avec un moyen pour engendrer un signal de rerPnence va dit6mPnt ale riable, deux circuits de déclenchement connectés aucircuit électrique variable, et au moye; de production de signaux de. référence, l'un des circuits de déclenchement étaht amorcé lorsque le signal de référence excède le signal provenant dudit élément et l'autre étant amorcé lorsque le signal provenant dudit élément excède le signal de référence et un montage à portes commandé par les circuits de déclenchement pour acheminer les impulsions vers une connexion d'entrée du circuit de commande lorsqu'un circuit de déclenchement est amorcé et vers l'autre connexion d'entrée, lorsque l'autre circuit de déclenchement est amorcé pour faire tourner le moteur dans un sens tel que la valeur du signal provenant de l'élément de circuit électrique variable avoisine la valeur du signal de référence D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparateront au cours de la description suivante, donne à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels:: la Fig.l est une vue en coupe partielle d'un exemple d'un dispositif à moteur électrique pas à pas selon l'invention la Fig.2 est un schéma électrique du dispositif Comme représenté à la Fig.l, l'ensemble comprend un moteur électrique pas à pas 17 contenu dans un boîtier 16 qui loge également un dispositif de commande 15 pour le moteur .Le moteur et le dispositif de commande sont enrobés à l'intérieur du bo- tier dans une résine synthétique convenable .L'arbre de sortie 18 du moteur supporte une roue dentée 19 qui engrène avec un pignon 20 monté sur un élément de circuit électrique variable constitué par un potentiomètre 34. En se référant à la Fig.2, on voit que le schéma électrique comporte une légère modification en ce sens qu'il existe deux moteurs 17 dont les arbres de sortie sont couplés l'un à l'autre Les roues dentées 19 et 20 sont reçrésentées sur ce schéma par la boîte de démultiplication 35. Le circuit représenté à la Fig.2 commande l'alimentation en impulsions des moteurs 17.Comme représenté, chaque moteur 17 comporte quatre bobinages 27,28,29,30. Les bobinages 27 et 29 sont connectés de manière à produire, lorsqu'ils sont alimentés des pôles sud agissant sur le rotor aimanté et les bobinages 29 et 30 sont connectés de manière à produire des pôles nord. Pour provoquer une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, les bobinages doivent être alimentés dans l'ordre suivant: 27 et 29 , 27 et 30, 28 et 30, 28 et 29, 27 et 29 etc.. Pour obtenir une rotation dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre , les bobinages doivent être alimentés dans l'ordre suivant: 27 et 29 28 et 29, 28 et 30, 27 et 30, 27 et 29, etc..Le rotor du moteur comporte 12 paires de pales et les deux ensembles de.bobinages sont décalés d'un angle de 90 de sorte qu'un pas unique fait tour- ner le rotor de 7 1/2",Le rotor est maintenu magnétiquement à cha- sue position nouvelle en conservant l'alimentation des deux bobinages alimentés en dernier jusqu a ce que l'impuision suivante soit appliquée pour faire avancer le moteur d un pas Les points communs des bobinages 27 et 28 et des bobinages 29 et 30 sont connectés l'un à l'autre ainsi qu a une ligne 31 maintenue à un potentiel positif .Les autres extrémités des deux bobinages 27 sont reliées à la masse par l'intermédiaire du circuit metteur-collecteur d'un transistor NPN, T1. Les bobinages 28,29 et 30 sont associés de même à des transistors NPN, T2,T3 et T4 respectivement Les transistors T1 à T4 sont commandés respettivement par quatre transistors T5 à T8 montés en deux circuits bistables connectés en croix .Les transistors T5 et T6 dont les émetteurs sont connectés aux bases des transistors T1 et T2 respective- ment , des résistances R1 et R2 connectant leurs collecteurs respectifs à la ligne 31, et des résistances de réaction R7 et R4 connectant en croix leurs bases et leurs collecteurs ,forment an circuit bistable .L'autre circuit bistable est constitué par les transistors T7 et T8 et les résistances R5 à R8 . Les entrées des circuits bistables sont constituées par des diodes D1 à DE , les cathodes des diodes impaires étant connectées par l'intermédiaire de condensateurs C1,C2,C3 et C4 à une ligne 32 et les diodes paires ayant leurs cathodes connectées par l'in- termédiaire de condensateurs C5,C6,C7 et C8 à une ligne 33.Les anodes des diodes D1,D2 sont connectées à la base du transistor T5 et les diodes D3 et D4 , D5 et D6, D7 et D8 sont connectées de même aux transistors T6,T7,T8 respectivement Les connexions en croix entre les deux circuits bistables sont réalisées par huit résistances R9 à R16 .La résistance R9 connecte le collecteur du transistor T7 à la cathode de la ding t1 et les résistances R10 à R16 interconnectent de même le train sistor T8 et la diode D2 , le transistor T8 et la diode D3, le transistor T7 et la diode D4, le transistor T6 et la diode t5 le transistor T5 et la diode D6 ,le transistor T5 et la diode D7 et le transistor T6 et la diode D8 .Le circuit est tel que l'un des transistons T5 à T8 qui est conducteur ne devient non conducteur que lorsqu'une impulsion est appliquée à l'une des lignes 32,33 , si l'une des diodes associées qui est connectée à la ligne 32 ou 33 à laquelle l'impulsion est appliquée est polarisée par suite des connexions en croix entre les deux circuits bistables de manière à être rendueconductrice .Ainsi, par exemple, il existe un état pour lequel les transistors T5 et T7 sont conducteurs; la diode t1 est alors conductrice du fait qu'elle est en série avec les résistances R4 et R9 .D'autre part, la diode D n'est pas conductrice du fait que les deux extrémités 5 de son circuit série (c'est-à-dire celui passant par la résistance R7 et R1,) sont toutes les deux au même potentiel.par c-onséquent lorsqu une impulsion est reçue au niveau de la ligne 32 le condensateur C1 peut se charger négativement à travers la diode D1 ce qui commute le transistor T5 à l'état bloqué . Toutefois le condensateur C3 ne peut pas se charger, de sorte que l'é- tat du transistor T7 reste inchangé .I1 existe ainsi un passage d'un état dans lequel les bobinages 27 et 29 sont alimentés à un état dans lequel les bobinages 28 et 29 sont alimentés, ce qui produit un pas dans le sens des aiguilles d'une montre .De mê- me, une impulsion présente sur la ligne 33 produit un pas dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre Les deux lignes à impulsions 32 et 33 peuvent recevoir des impulsions d'une source convenable quelconque,étant bien entendu que le nombre d'impulsions reçues détermine l'angle de rotation du rotor et que le choix de la ligne à impulsion détermine le sens de rotation Dans l'exemple représenté, le circuit comprend une source d'impulsions qui fait partie d'une commande électrique analogique.Les moteurs 17 entralnent un potentiomètre 34 par médiaire d'un engrenage réducteur 35.Le curseur du potentiomètre est connecté par deux résistances R17,R18 à deux circuits bas culeur de Schmitt S1 et S2 à point d'amorçage variable respec tivement .Une tension de référence variable, obtenue d'un diviseur de potentiel 36 en y faisant circuler une intensité de signal variable , est appliquée de même par l'intermédiaire des résistances R19,R20, aux circuits S1 et S2 .Le circuit S1 est connecté de -aniere à produire une sortie continue lorsque l'entrée provenant du diviseur 36 excède l'entrée provenant du potentiomè tre 34. Le circuit S2 est connecté de façon opposée, c'est-àdire qu'il délivre une sortie lorsque l'entrée provenant du po tentiomètre 34 excède l'entrée provenant du diviseur 36. Un multivibrateur 37 délivre de façon continue une sortie pulsée qui est appliquée à deux portes 3E et 39 colr,mandées par les circuits S1 et S2 respectivement .Les portes 38, et 39 sont connectées res pective.rrnt aux lignes d'impulsions 33,32.Ainsi, lorsque le signal provenant du potentiomètre 34 est inférieur au signal de référence, le circuit S1 est amorcé et un signal pulsé est appliqué à la ligne 33, ce qui provoque la rotation dans le sens des ai guilles d'une montre des rotQrs des moteurs .Le potentiomètre 34 est connecté de manière à délivrer une sortie croissante lorsque les rotors tournent dans le s-ns des aiguilles d'une montre, de sorte qu'une certaine position sera atteinte lorsque le signal provenant du potentiomètre 34 deviendra identique au signal de référence .Le circuit S1 ne délivre ensuite aucune sortie de sorte que la ligne 33 ne reçoit plus aucune impulsion .Les rotors sont ainsi arrêtés très rapidement à la nouvelle position correspondant au signal de référence .Le montage est apériodique en raison de la nature des moteurs pas à pas La nécessité d'un couple relativement élevé à une fréquence supérieure à celle normalement utilisée pour les moteurs pas à pas a conduit également à utiliser deux moteurs .Up moteur qui peut produire la moitié du couple requis à la fréquence relative- ment élevée appropriée ne peut être modifié pour produire le couple requis à cette fréquence .L'augmentation de dimension des composants électromagnétiques introduit des périodes plus longues d'établissement du flux de sorte que le flux requis ne peut s'établir pendant l'impulsion relativement courte.On a découvert que l'emploi de petits moteurs séparés qui sont raccordés mecani- quement de manière à entraîner un arbre commun et connectés électriquement en parallèle permet d'obtenir la caractéristique couple/fréquence requise L'agencement décrit ci-dessus peut faire partie d'un servomécanisme électro-pneumatique décrit dans la demande de brevet français déposée le même jour par la Demanderesse pour!'Servo mécanisme comprenant des moteurs électriques pas à pas Selon une variante, le dispositif peut être utilisé comme mémoire analogique pour fonctionner en combinaison avec un appareillage commandé par calculateur avec un appareillage mécanique ou d'appoint qui n'est mis en service que dans le cas d'une défaillance du calculateur .Lorsque l'appareillage commandé par calculateur est à fonctionnement numérique, l'ensemble reçoit des impulsions de calculateur au niveau des connexions d'entrée du circuit de commande c'est-à-dire sur les lignes 32 et 33. L'ensemble intègre ensuite ces impulsions et, à tout moment le signal qui peut être prélevé sur le potentiomètre 34 par l'in- termédiaire d'une borne de sortie analogique 40 connectée au cur- seur du potentiomètre, dépend de la différence entre les nombres d'impulsions qui ont été reçues jusqutà.ce moment par les lignes 32 et 33 respectivemept .Ce signal de sortie peut être utilisé comme signal de référence pour l'appareillage de secours .Lorsque l'appareillage commandé par calculateur reçoit des signaux analogiques du calculateur, l'ensemble reçoit ces signaux analogiques par le potentiomètre 36.Dans ce cas, la sortie de la borne 40 est toujours proportionnelle au signal qui existe sur le potentiomètre 36, de sorte que dans le cas d'une défaillance du calculateur, l'appareillage de secours peut recevoir un signal de référence d'entrée de la borne 40 pour maintenir la commande dans 11 état qui précédait immédiatement la défaillance On notera que lorsque le dispositif est utilisé de la manière décrite ci-dessus wwMc une entrée numérique, il fonctionne en convertisseur numérique-analogique.Ainsi, le dispositif peut également être utilisé d'une manière plus générale comme convertisseur numérique-analogique dont la forme d'exécution est relativement économique et fiable .On notera également que lorsque le dispositif n'est utilisé que pour obtenir un signal analogique, il n'est pas nécessaire en général de disposer de deux moteurs 17. Deux moteurs sont nécessaires uniquement lorsqu'il faut un couple relativement élevé pour entraSner un autre appareillage, tel que le servo-mécanisme de la demande de brevet français précitée Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à ti tre d'exemple REVENDICATIONS l-Dispositif à moteur électrique pas à pas caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un moteur électrique pas à pas qui comporte une série de bobinages fixes et un rotor aimanté,les bobinages pouvant Etre alimentés en succession suivant des combinaisons prédéterminées pour faire tourner le rotor suivant une suite de pas angulaires réguliers, un circuit de commande connecté aux bobinages et ayant deux connexions d'entrée, des impulsions appliquées à une connexion d'entrée provoquant l'alimentation des bobinages suivant une certaine succession pour faire tourner le rotor dans un sens et les impulsions appliquées à l'autre connexion d'entrée provoquant l'alimentation des bobinages suivant une succession différente pour faire tourner le rotor dans le sens opposé, et un élément de circuit électrique variable entraîné par le rotor de sorte qu'un signal électrique dépendant de la position angulaire du rotor et par suite de la différence entre les nombres d'impulsions qui ont été reçues aux connexions d'entrée respects vement, peut Etre produit 2-Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de circuit électrique est un potentiomètre connecté par un engrenage réducteur au moteur )~Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour produire un signal de référence variable, deux circuits de déclenchement connectés à l'élé- ment de circuit électrique variable et au moyen de production de signal de référence ,l'un des circuits de déclenchement étant amorcé lorsque le signal de référence excède le signal provenant de l'élément et l'autre étant amorcé lorsque le signal provenant de l'été ment excède le signal de référence,et un montage à portes commandé par les circuits de déclenchement pour acheminer les impulsions vers une connexion d'entrée du circuit de commande lorsqu'un circuit de déclenchement est amorcé et vers l'antre connexion d'entrée lorsque l'autre circuit de déclenchement est amorcé pour faire tourner le moteur dans un sens tel que la valeur du signal provenant de l'élément de circuit électrique variable avoisine la valeur du signal de référence 4-Dispositif suivant la revendication 1,caractérisé en ce que le circuit de commande comprend deux circuits bistables connectés en croix les connexions en croix étant effectuées au moyen de condensateurs connectés aux bornes d'entrée de sorte que la commutation des cricuits bistabies est effectuée.