Brevet FR2045549A1 — publié le 19710305

La présente.invention concerne un servomoteur dont la position angulaire d'un équipage rotatif est proportionnelle au signal appliqué par un détecteur d'erreur. On connaît dans 1'art antérieur d:s servomoteurs pas-à—pas 5 qui, as.ociés à des systèmes à impulsons, peuvent tourner d'un an, le préJ'-terminé à cl.aquo ii-pulsion cai'il..> reçoivent» Ces déplacements angulaires ou "pas" peuvent être, soit de sens direct, soit de sens inverse, leur sens étant déterminé par l'ordre dans lequel les enroulements d'un tel servomoteur sont 10 excités. À ce sujet, on pourra se repox-ter à l'article de J. JACQUXN et A.P» MORREALE, intitulé "Tliéorie et utilisation des moteurs pas-a-pas", paru dans la revue "L'Onde Electrique", qij.ème Année, N° 445, Avril 1964, pages 396 à 402. Les servomoteurs de l'invention dif-.'orent des jorvGijoteurs 15 pas-à-pas en ce qu'ils peuvent tourner d'un an,-;le -donné, dans un sens ou dans l'autre, d'unie manière continue. En d'chaires termes, ils px-oii-iont une position angulaire sous la commande d'un signal analogique. Mais si le signal de coi.imandc est quantifié et correspond 2.0 à un petit angle et s'il est répété périodiquement à des intervalles de temps suffisamment rapprocliés, le servomoteur avancera d'une manière saccadée et se comportera comme un servomoteur pas—à-pas, donc numérique. XI en résulte eue les servomoteurs de l'invention présentent non seulement les avantages qui leur 25 son; propres mais -également ceux des moteurs pas-à-pas. Dans les dispositifs d'asservissement-utilisant des servomoteurs de type classique et destinés à obtenir des asservissements de position, cette position est obtenue à partir de l'intégration première ou seconde du signal ce coo.tuide, 30 Par exemple, la vites-.o de ré-iœe dot/dt d'un servomoteur, pour un co;:ple do.;né, est proportionnelle au signal de commande dans le cas d'un servomoteur dip~tasé, ou d'un servomoteur à courant concinu commande par variation du courant inducteur. Pour -un moteur—couple à courant continu ou alternatif, 35 c'est 1'accélération qui est proportionnelle au signal de commande. Dans le cas des servomoteurs de l'invention comme a suis celui des moteurs pas- ..-pas, • les asservissements de position sont directement assurés san^ avoir recours aux intégrations Iiabi-tuelles• Cn peut ainsi augmenter le ,;ain jlobal de la c.aîne de 40 réaction et aiL'uler le.- erreurs de position par une intégration BAS 13446 2 2045549 placée le plus en amont possible dans la chaîne d'action. En effet, comme il sera vu ci-après, le dépla.cernent angulaire 05 du servomoteur de l'invention est obtenu avec un système dépha-setir, en relation avec les enroulements d'excitation dudit servomoteur, La rotation de ce système déplias eur est commandée par le signal de commande lui—même, ce qui nécessite un dispositif d ' asservissement auxiliaiï*e pour lequel on peut avoir recours aux intégrations habituelles susmentionnées. L'intégration est donc bien placée le plus en amont possible dans la chaîne d'action, A ce sujet, on pourra se reporter par exemple au livre de J.P. GXLLE,M.PBLEGRIN,P.DECÀULS!E intitulé "Théorie et Techniques des asservissements",pages 30k à 305,Edition 1956,Editeur DuNOD-Paris. Le servomoteur de l'invention est constitué par deux moteurs synchrones diphasés,du type à hystéx'ésis ou à reluctance variable de préférence, de spécifications électriques et mécaniques identiques ou différentes judicieusement accouplés mécaniquement. Cet accouplement peut être effectué de quatre manières différentes. A savoir : 1°) L'axe ae rotation du rotor du premier moteur est solidaire de celui du rotor R,, du second moteur. L'ensemble (R^jR.,) peut tourner lorsque les C.eux moteurs sont excités simultanément. Le stator du premier moteur est maintenu fixe. Le- stator- S g du second, moteur est muni d'un axe de rotation autour duquel il peut tourner fou lorsque les deux moteurs ne sont pas excités. 2°) L'axe de rotation du rotor du premier moteur est solidaire d'un axe de rotation dont est muni le stator S£ du second moteur. L'ensemble (R^ ,) peut tcunici' lorscmc lus eux moteurs sont excités simultanément. Le stator du premier aotevj est maintenu fixe. Le rotor Rg du second moteur peut tourner fou lorsque les deux moteurs ne sont pas excités. 3°) Le stator du premier moteur est muni d'un axe de rotation solidaix-e de celui du rotor du second moteur. L'ensemble (S^ .R^) peut tourner lorsque les deux moteurs sont excités simultanément. Le rotor R^ du premier moteur est maintenu fixe. Le stator du second moteur est muni d'un axe de rotation autour duquel il peut tourner fou lorsque les deux moteurs ne sont pas excités. k°) Les stators 3„ et S„ possèdent un axe ae rotation commun l d BAD ORIGINAL 69 13446 3 2045549 autour duquel ils- peuvent tourner lorsque les deux moteurs sont excités„ Le rotor du premier moteur est maintenu fixe» Le rotor du second moteur peut tourner fou lorsque 5 les doux moteurs ne sont pas excités„ En ce qui concerne la disposition des pôles et, par suite, des enroulements d'excitation, ils peuvent être soit sur le rotor, soit sur le stator,. Quel que soit l'accouplement utilisé : 10 a) - le premier moteur est excité par du.courant diphasé, l'une des phases donnant un champ magnétique excitateur : H = H sin 601 o et l'autre phase produisant un champ magnétique : (^y * W t + T ) = H cos tôt d. ' o 15 La partie tournante du premier moteur (R^ ou suivant les cas) est donc sous la dépendance d'un champ tournant circulaire de ^vitesse angulaire et de valeur Hq« b) - le deuxième moteur est excité par du courant diphasé déphasé de di par rapport au courant diphasé du premier moteur. 20 Ce déphasage est produit par un système déphaseur sous la dépendance du signal de commande du servomoteur de l'invention Les champs magnétiques excitateurs sont donc de la forme : H = H sin/cot + ) ° Tf H = H sin(wt + di. + -zr) = H cosfwt + o( ) o v d o x 25 La partie tournante du second moteur (R^ ou S,, suivant les est donc sous la dépendance d'un champ tournant circulaire de vitesse angulaire W et de valeur Hq, mais décalé de l'angle Ot par rapport au champ tournant du premier moteur. XI en résulte que la partie tournante du premier moteur 30 tourne en synchronisme avec la composante Hq de son champ tournant et que la partie tournante du second moteur, du fait qu'elle est solidaire de celle du premier moteur, tourne en synchronisme avec la composante H cosoç de son champ tournant. La partie tournante du second moteur, qui peut tourner fou 35 lorsque celui-ci n'est pas excité, va donc tourner de l'angle c(, dans lin. sens ou doias l'autre siiivaiio le siyae de & , pour compenser ce retard. Autrement dit, dès au'un déphasage ot apparaît à la suite d'un signal de commande, cette partie tournante du second moteur est soumise à un couple mécanique : 40 C = k sin C& 69 13446 k 2045549 lequel diminue avec l'angle Ç dont elle tourne, c'est-à-dire que la valeur du couple devient : C = k sin(oC - 6 ) puisqu'il s'annule quand £ = of0 5 En conclusion, si le servomoteur ne reçoit pas de signal de commande, la partie tournante considérée reste immobile; dès la réception d'un signal de commande, elle tourne d'un angle o{ proportionnel au signal de commande. Le servomoteur peut donc actionner l'organe qui lui est accouplé. 10 L'invention sera mieux comprise à la suite de la descrip tion détaillée d'un servomoteur faite ci-après en relation avec les dessins annexés dans lesquels t - la Fig«> 1 représenté en coupe une première variante du servomoteur de l'invention ; 15 - la Fig. 2 représente en coupe une seconde variante du servomoteur de l'invention ; — la Fig. 3 représente, sous la forme d'un diagramme de blocs, un dispositif d'asservissement utilisant un servomoteur de l'invention ; et 20 - la Fig. 4 montre la composition-du servomécanisme affecté à l'asservissement du dépliaseur qui déphasé les courants d'excitation de l'un des moteurs du servomoteur de l'invention. Les exemples qui vont être décrits appartiennent tous deux à la catégorie visée dans le paragraphe 4 de l'entrée en matière, 25 c'est-à-dire que les deux stators et sont solidaires l'un de l'autre et peuvent donc tourner autour d'un même axe. Le rotor R.j est fixe et le rotor R^, tourne lorsque le servomoteur reçoit un ordre. Dans la variante préférée, le rotor R^ fixe porte les 30 enroulements d'excitation et le rotor R,, mobile porte les anneaux magnétiques constituant les induits propres au moteurs synchrones diphasés du type à hystérésis. Dans la seconde variante, c'est l'inverse. Dans ce second cas, le moment d'inertie du rotor R2 est 35 beaucoup plus grand que celui du rotor R^ du premier cas. Les couples mécanioues recueillis sur les deux rotors R2 étant sensiblement les mêmes, il en résulte que le servomoteur, réalisé suivant la variante px-éférée, présente un rapport du couple au moment d'inertie de valeur élevée et que le servomoteur de la 40 seconde variante présente un rapport du couple au moment d'inertie 69 13446 5 2045549 de valeur faibleo Le rapport du couple au moment d'inertie déterminant la constante de temps du servomoteur, on voit que l'on peut disposer de plusieurs solutions suivant les besoins. Poux- terminer ces remarques préliminaires, il convient de 5 si£jnaler que les servomoteurs décrits ci-après comportent des moteurs à une seule paire de pôles par phase0 Cette particularité n'est pas limitative. Dans le cas où l'on désire utiliser des moteurs comprenant p paires de pôles par phase, l'angle cK de positionnement de la charge à asservir est obtenu 10 en déphasant les courants diphasés qui excitent les deux moteurs d'un servomoteur de l'invention, d'un angle ai/p, La Fig, 1. représente, en co\ipe longitudinale, un servomoteur conforme à la variante préférée de l'invention. Cette figure montre que les deux moteurs synchrones dipha-15 sés 2 et 3 (2 est le moteur R-jS-j de l'entrée en matière et 3 le moteur R^S^) sont entourés d'une enveloppe cylindrique 10 fermée par un flasque 11. Cette enveloppe' et son flasque sont nécessaires. pour porter les différents paliers permettant les rotations du porte-stators 12 et du rotor 31 du moteur 3« 20 A cet effet,une tige cylindrique 13» dont l'axe est confondu avec celui de l'enveloppe 10, est encastrée dans le fond de ladite enveloppe 10® Cette tige 13 porte, au voisinage de son encastrement, un roulement' à billes 14 qui, enfoncé à force dans le flasque 15 du porte-stators 12, constitue l'un des paliers de 25 celui-ci; dans sa partie centrale, le rotor fixe 21 du moteur 2 qui comprend les deux paires de pôles, dont une seule paire 211-212 est vue sur la Fig. 1, et deux paires d'enroulements d'excitation,dont une seule paire^221-222 est vue sur la Fig. 1; enfin à son extrémité libre, un logement 16 qui est affecté au 30 roulement à billes 17 qui constitue l'un des paliers de l'axe de rotation 30 du rotor 31• * La même tige 13 comporte, en son centre, du côté de son encastrement, un canal 18 débouchant à l'intérieur de l'enveloppe 10. Ce canal permet le passage des fils 25 permettant d'alimenter 35 les enroulements d'excitation 221 et 222 et les deux enroulements non vus du moteur 2. Le flasque 11 de l'enveloppe 10 est percé, en son centre, d'un trou circulaire 41 permettant le passage de l'axe de rotation 30 du rotor 31 du moteur 3« L'ouverture 41 est entourée, 40 à l'intérieur de 1'enveloppe 10, par un opaulement 42, dans lequel 69 13446 6 2045549 s 'e;;ï:ia.iclie une pièce cylincirique creuse 43 munie d'une embase annulaire 44 appliquée sur la paroi plane du flasque 11. A l'intérieur de la pièce creuse 43 est disposé un roulement à billes 45 qui est le second palier de l'axe de rotation 5 30 du rotor 31 du moteur 3« A l'extérieur de la même pièce 43 est disposé un roulement à billes 46 qui est le second palier du pox^te-stators 12. La partie dLi porte-stators 12, affectée au stator 23 du inoteuï" 2, sorte les anneaux, tels que 231 , en manière magné-10 tique spéciale formant l'induit du moteur 2. La pai"tie du porte-stators 12, affectée au stator 33 du moteur 3 j porte deux paires de pôles dont une seule paire / 331-332 est vue sur la Fig. 1 et deux paires d'enroulements d'excitation dont une seule paire 341-342 est vue sur la Fig. 1. 15 Les enroulements 341, 342 et les doux enroulements d'ali mentation. non vus sont connectés par soudure à des bagues 47 frettées sur la périphérie du porte-stators 12. Ces bagues sont en relation avec l'alimentation extérieure par des balais 4o# 20 Le rotor 31 du moteur 3 porte les anneaux, tels que 311» qoi consci tuent son induit. La Fig. 2 représente la seconde variante du servomoteur de l'invention. Sur cette figure, les éléments identiques ou semblables à ceux de la Fig. 1 portent les mêmes numéros de 25 référence. Le rotor 31 du moteur 3 porte les pôles 311'» 312',... et les enroulement d'excitation 321', 322',..., ce qui modifie, sxir quelques points c-e détail, l'organisation adoptée pour le servomoteur de la Fig. 1 . 30 L'agencement de la partie droite du servomoteur est sensi blement 'analogue à celle représentée sur la Fig. 1. L'agencement de la partie gauche du servomoteur diffère, du fait qu'il faut prévoir l'alimentation des enroulements d'excitation 321', 322',,.. du moteur 3 qui sont devenus mobiles, 35 avec l'arbre 30 du second moteur et non plus avec le porte-stators, A et of:J*ct, la ti~e 13 co:::pcx-te tor. jours un canal 19 pour les fils 69 13446 7 2045549 prolongement 50 de l'axe de rotation 30 qui émerge du canal 49 à 1* extrémité gauche de celui-ci. Ce prolongement d'axe est creux et permet ainsi le passage des fils d'alimentation ues enroulements d'excitation 321', 322',.». 5 Ces fils traversent, à l'extrémité de l'arbre 50, un bouchon 51 dont la partie émergente porte des bagues 47' reliées auxdits fils. Les balais frottant sur ces bagues, assurent la liaison de ces fils aux accès do 1'alimentation extérieure. La Pig. 3 montre un exemple d'organisation d'ion dispositif 10 d'asservissement utilisant un servomoteur de l'invention (2eme variante)« Sur cette figure, 61 est le servomoteur de 1'invention, lequel est alimenté par une source de courant alternatif monophasé 62 qui peut être le réseau alternatif urbain,, 15 Le rocor fixe est alimenté directement par cette source 62. Un condensateur 63, disposé en série dans l'un des enroulements d'excitation du rotor R^ , pei-met d'alimenter celui-ci en diphasé. Le rotor mobile est alimenté à travers un système dépha-seur 64 qui, comme il sera précisé ci-après, déphase de l'angle cS 20 le courant d'alimentation du rotor R^ lorsqu'il reçoit un ordre. La tension déphasée qui sort du déphaseur 64 est appliquée aux enroulements d'excitation du rotor R^ à travers deux amplificateurs 65^, 65g» Ie circuit d'entrée de 1 'amplificateux- 65-j étant connecté en série avec un condensateur 66. 25 Ces amplificateurs 65^ et 65^ permettent de rendre égales les tensions diphasées appliquées aux deux rotors R^ et R^o Le numéro de référence 67 est tin réducteur de vitesse à engrenages de type classique qui relie mécaniquement le rotor R^ à la charge à asservir 68. 69 est un détecteur d'écart angulaire 30 de type connu qui émet un signal en rapport avec la position instantanée angulaire de la charge 68 à asservir. Ce signal est appliqué à l'une des entrées d'un coimarateur 70. A l'autre entrée de ce comparateur 70 est appliqué le signal de commande en rapport avec la position an-ulaire oC que doit occuper la 35 charge 680 Le signal d'erreur qui sort du comparateur 70 est appliqué à l'une des entrées d'un second comparateur 71 affecté au servomécanisme 72 qui met en action le déphaseur 64 dès la réception d'un ordre. 40 Ce servomécanisme 72 comporte une dynamo tachymétrique qui rBAD ORIGINAL 69 13446 8 2045549 fournit le signal appliqué à la seconde entrée du comparateur 71. Le signal d'erreur , issu de celui-ci, permet au servomécanisme 72 de positionner convenablement le déphaseur 64. La Pig. 4 donne la composition du servomécanisme 72 5 (Fig. 3) qui asservit le déphaseur 64 En ce fui concerne ce déphaseur 64» le dispositif» connu sous le nom de "transformateur de coordonnées" ou "resolver", donne entière satisfaction. A ce sujet, on pourra se reporter à 11 article de J. ' PANDîSLLE, C.A. de OÂMBRAY, B. GMSFCOIN inti-10 tulé "Les transformateurs de coordomiées" paru dans la revue française "L'Onde Electrique", Zj^ènie N° 412—413, Juillet- Août 1961, pages 628 à 646» Le servomécanisme 72 comporte : — un amplificateur 721 qui amplifie le signal d'erreur B-g* issu 15 du comparateur 71» pour alimenter les enroulements d'excitation de l'une dee phases d'un servomoteur diphasé 722, les enroulements d'excitation, de l'autre phase étant alimentés par une source convenable (non x-eprés entée sur la figure) suivant un procédé connu ; 20 — une génératrice tachymétrique 723 mise en action par le servomoteur 722 ; - un réducteur de vitesse 724 en liaison avec l'arbre de commande du système déphaseur 64. BAD ORIGINAL 69 13446 9 2045549 R D V 1i UDICATIONS 1 - Servomoteur, alimenté eu courant altematii', à réponse aiii..Tilairo pi'oportionnol-le à la phase d'un si liai de coiamande par ra iport audit conraix. alternatif, coEipreixânt deux Moteurs synchrones clinvases composés c.:.acux ct'uix stator industexir ou 5 induit et tlHui rotor induit ou inducteur-, le stator du premier mot eux-1 étant maintenu fixe, des Lioyens d'accoupler les rotors des eux moteurs, des moyens de noater rotatif le stator du second moteur et des moyens d'alimenter les enroulements statoriques du premier moteur par le courant alternatif et le même 10 courant alternatif en quadrature de phase et les enroulements statoriques du second moteur par le si.nal de commande et le même si liai de commande en quadrature de phase, d'où il résulte que le stator du second moteur prend une position angulaire proportion,relie à ladite phase. 15 2 — Servomotetir,- alimenté en courant alternatif, à ropo-ise angulaix-e px'oportionnelie à la phase d'un signal de coim;iande par rapport audit courant alternatif, corapremurc deux moteurs synchrones diphasés composés chactm d'un stator inducteur ou induit et d'uix rotor induit ou ixxducteur, le stator du premier' moteur 20 étant maintenu fixe, des moyens de monter rotatif le'stator du secoxxd moteur, des moyens d'accoupler le rotor du premier mote >r et le stator du second moteur, et des moyens d'alimenter les enroulements statoriques du premier moteur par le courant alternatif et le même courrait i.lteri.ii' en quadrature de phase et 25 les enroulements statoriques du second moteur par le si axai de commande et le même signal de commande en quadrature de phase, d'où il résulte rue le rotor du second moteur pend une position an;jul.'ire proportionnelle à ladite phase. 3. — Servomoteur, alimenté en courant alternatif, à réponse 30 angulaire proportionaello à la phase d'un «signal de corsiruxde par rappoi't audit courant alternatif, comprenant dexix moteurs synchrones diphasés composés chactux d'un s t ; - t o r inducteur ou induit et d'un rotor induit ou inducteur, le rotor du premier moteur étant mainteixu fixe, des moyens de monter x^otatifs les stators des 35 premier et second moteurs, des moyens d'accoupler le stator du premier moteur et le rotor du second moteur, et des moyens d'alimenter les enroulements statoriques du premier moteur par le coux-ant alternatif et le même cournxt alternatif en quadrature BAD ORIGINAL 69 13446 10 2045549 de phase et les enroulements statoriques du second moteur par le signal de commande et le même signal de commande en nuadrature de plia se, d'où il résulte que le stator du second moteur prend une position proportionnelle à ladite phase. 5 4 - Servomoteur, alimenté en courant alternatif, à réponse angulaire proportionnelle à la phase d'un signal de commande par rapport audit courant alternatif, comprenant deux moteurs synchrones diphasés composés chacun d'un stator inducteur ou induit et d'un rotor induit ou inducteur, le rotor du premier moteur 10 étant maintenu fixe,' des moyens de isonter rotatifs les stators des premier et second, moteurs,, des moyens, d'accoupler les stators du premier et du second moteurs, et des moyens d'alimenter les enroulements-statoriques du premier moteur par le courant alternatif et. le.jaêîue* -couratro aitorhâtii" cïi quadrature dé phase et 15 les "'enroulesnents statoriques du .second moteur - par la si.;nal de commande et le même signai dè. eoiranande e,h quadrature de phase, d'où il- résulte que le -.rotor du second moteur prend une position proportionnelle à ladite, "phasé. ; " '. 5 - Servomoteur, conforme à l'.une des revendications 1 à 4 20 dans lequel.les moteurs synchrones diphasés sont de préférence des moteurs à hystérésis ou à-reluctance variable. BAD ORIGINAL