Brevet FR2043652A1 — publié le 19710219

i 2043652 L'invention se rapporte à un dispositif pour obtenir une tension continue proportionnelle à la vitesse en utilisant une machine alternative à n phases avec inducteur tournant. Des transmetteurs de vitesse de ce genres, sans collecteur, 5 sont nécessaires dans de nombreux applications, dans lesquelles., par suite des conditions d'ambiance;, il ne peut être question d'employer des collecteurs ou des balais ou bien quand on exige pour le transmetteur de vitesse une absence complète d'entretien» On connaît déjà un transmetteur de vitesse répondant à ces 10 conditions, qui comporte un générateur de mesure réalisé sous la forme d'une machine alternative polyphasée avec un aimant permanent tournant. Ce générateur de mesure fonctionne avec un générateur de commande qui comporte également un inducteur tournant à aimant permanent, l'inducteur du générateur de commande ayant seulement 15 la moitié du nombre de pôles du générateur de mesure. Les tensions de sortie du générateur de commande sont envoyées dans un circuit modulateur en anneau équipé de diodes de façon telle que les tensions de sortie du générateur de mesure sont redressées avec le signe correct. (Elektroansenger, 21. Jg» , n° 19 du 2 Octobre 20 1968, pages 392 et 393)» L'inconvénient de ce transmetteur de vitesse est qu'il est relativement coûteux car il nécessite deux machines. En outre, on a dans le circuit de mesure les diodes du modulateur en anneau dont les tensions de seuil doivent être dépassées par la tension de 25 mesure de sorte qu'il en résulte de grandes imprécisions quand on mesure de faibles vitesses, en particulier dans le cas où. il y a changement de sens de marche. La présente invention se propose de résoudre le problème au moyen d'une seule machine et d'améliorer la précision des mesures, 30 en particulier dans la gamme des faibles vitesses» Suivant l'invention, le problème est résolu au moyen d'un organe de manoeuvre tournant pour des capteurs fixes disposés sur le stator, qui agissent sur des interrupteurs électroniques pour appliquer cycliquement des tensions de phase de même polarité sur 35 une ligne de sortie commune. Pour éviter des chutes brusques dans la tension continue apparaissant sur la ligne de sortie, i.1 est avantageux, suivant une autre réalisation de l'invention, que le branchement se fasse au moins pendant 2/n fois la durée de chaque demi-période ou alter-40 nance de la tension de phase. 70 18799 2 2043652 Suivant une autre caractéristique de lrinvention, il est avantageux pour obtenir une tension de sortie dépourvue d'harmoniques de réaliser l'entrefer et la disposition des enroulements de la machine alternative de manière à obtenir une courbe de l'induction 5 qui alternativement augmente puis diminue suivant une loi sensi-blement linéaire en fonction de la rotation du rotor» L'application cyclique de n tensions de phase demanderait normalement n capteurs différents qui devraient être actionnés par les organes de manoeuvre qui leur sont associés respectivement 10 pendant un angle de rotation du rotor égal à 2 TC . n Suivant une autre façon de réaliser l'invention, on obtient une réduction notable du nombre de capteurs en utilisant comme organe 15 de manoeuvre un disque muni d'un modèle de codage à plusieurs pistes, chaque piste étant explorée par un capteur» Avec ce dispositif connu pour les codeurs angulaires on peut au moyen de a capteurs détecter chaque fois 2a positions discrètes du rotor» Pour appliquer par exemple huit tensions de phaseP il ne faudrait 20 alors que trois capteurs» Dans ces conditions^ il est préférable d'employer un code réfléchi comme par exemple le code Gray qui permet de réduire la probabilité d'erreur lors de 1'exploration par le capteur» Suivant une autre caractéristique de 111 invent ion , il se 25 présente une façon particulièrement simple pour réaliser l'organe de manoeuvres, par exemple dans le cas d'une machine alternative quadriphaséeP en utilisant comme organe de manoeuvre un disque non métallique portant un revêtement métallique. qui s'étend "sur un angle au centre de 180° et comme capteur deux interrupteurs de 30 proximité du type inductif qui sont disposés avec un décalage de 90° l'un par rapport à l'autre» On a en outre constaté qu'il était avantageux, pour éviter des contacts mécaniques , de relier les sorties des capteurs à un cir- . cuit à porte électronique composé de deux portes à inversion et de 35 quatre portes ET9 dont les signaux de sortie actionnent quatre circuits à porte électroniques» Pour compenser les dissymétries dans les tensions de phase obtenues, il peut être avantageux de raccorder les circuits à porte, chaque fois par l'intermédiaire d'une résistance variable, 40 à une entrée d'un amplificateur» 70 18799 3 2043652 line utilisation optimale des tensions fournies par la machine alternative peut être obtenue suivant un autre mode de réalisation de 1*invention en connectant chaque fois en série inverse deux enroulements de phase décalés de 180° électriques qui sont rac=-5 cordés chaque fois par Ieintermédiaire d'un circuit à porte et d'une résistanceg aussi bien à l'une qu'à l'autre entrée d'un amplificateur différentielo De cette manières on peut également avoir recours aux demi-périodes négatives de la tension pour former le signal de sortie constitué par une tension continue» 10 II peut en outre être avantageux de faire fonctionner les circuits à porte qui appliquent les unes après les autres les tensions de phase pour qu'il y ait chevauchement, de sorte que.la porte qui se trouve à l'état conducteur ne passe à l'état bloqué que quand la porte suivante9 qui doit devenir conducteurs se trouve 15 déjà dans cet état» On obtient ainsi une meilleure sécurité vis-à-vis des chutes de tension brusques» Pour celas un autre mode de réalisation de l'invention propose de prévoir pour les portes un retard au déclenchements, par exemple en employant des circuits bascules monostablesp sous la forme déjà connue d'étages de tem-20 porisation» Une courbe d'induction qui augmente puis diminue alternativement suivant une loi linéaire avec la rotation du rotor peut être obtenue d'une manière simple au moyen d'une machine à réluctance de façon à donner une tension de sortie sans harmoniques. Dan3 25 ce buts un rapport particulièrement favorable antre les flux suivant l'axe transversal et l'axe longitudinal du rotor est obtenu,, suivant un autre mode de réalisation de l'invent ion P en réalisant la partie active du rotor au moyen de bande de tôles laminé à froid à partir d'un acier à grains orientés» 30 L'objet de l'invention ainsi que les différents modes de réalisation seront décrits ei=après plus en détail en se référant aux figures du dessin annexé» Sur la fig» lp la référence 1 désigne une machine à courant alternatif quàdriphasée représentée de façon schématique» Elle 35 porte quadre enroulements de phase As Bs C et D aux bornes desquels apparaissent au cours de la rotation d'un inducteur 2 constitué par un aimant permanent 0 quatre tensions de phase décalées chaque fois de 90° électriques % les tensions de phase sont obtenues chaque fois entre les extrémités ap bp c et d des enroulements précités et 40 le potentiel de référence auquel sont reliés les autres extrémités 70 18799 4 2043652 des enroulements de phase» L'arbre du rotor fait tourner une barrette métallique 3 dont le pourtour recouvre exactement 180°. En pratique, cette barrette de métal est réalisée au moyen d'une bande métallique qui est fixée sur un disque non métallique relié rigi-5 dement à l'arbre du rotor» La barrette métallique 3 sert à exciter deux capteurs indue tifs 4 et 5 qui sont montés sur le stator,, décalés de 90° l'un par rapport à l'autre, symétriquement par rapport à l'axe du champ d'un des enroulements de phase» Dans 1*exemple représenté sur le dessin,, il s'agit de l'enroulement de la 10 phase A» Les capteurs peuvent être des interrupteurs inductifs de proximité d'un type connu .et ils comportent essentiellement un circuit oscillant électrique qui est désaccordé à l'approche d'objets métalliques et qui délivre alors un signal à chaque sortie» 13 Les signaux de sortie X et Y des capteurs 4 et 5 sont envoyi® aux bornes d'entrée 6 et 7 d'un circuit à portes 8, Ce circuit à portes 8 comporte deux portes à ia.versi.on 9 et 10 pour l'inversion des signaux d'eatré® X et Y en. signaux I et T ainsi que quatre portes ET 11 à 14 qui sont reliées aux bornes d!entrée 6 et S0 7 de même qu'aux sorties des portes à inversion 9 et 10 de manière tells qu'on découpe au moyen des interrupteurs électroniques 19 à 32 î sticrtriés par les sorties 15 à 18 g ©n fonction de la position •lu rotors des portions déterminées de la courbe de tension des différentes phases qui sont alors cuamulées sur une ligne de sortie 25 commune» La ligne de sortie commune peut être constituée par la liaisons indiquée en pointillé, des sorties d-eg différents inter-rupteurs, liaison qui va à une borne 23 Les interrupteurs inductifs de proximité 4 et 5 donnent un signal binaire MUhw (signal Kl") chaque fois que la barrette métal-35 lique 3 se trouve à proximité immédiate» Ces signaux sont désignés par X et Y. Si aucune partie de la barrette métallique ne se trouve en face des capteurs inductifs 4 et 5t on a aux entrées 6 et 7 -des signaux binaires "zéro" (signal l!0H), tandis qu'aux sorties des portes à inversion 9 et 10c apparaissent des signaux binaires 40 1 désignés par 1 et T» Dans le dispositif de la fig. 1, des signaux 70 18799 5 2043652 apparaissent chaque fois successivement pour les paires de signaux zTp ZTS XIf X% analysés par les portes ET 11 à 14 et cela pendant que l'inducteur à aimant permanent 2 effectue exactement une rotation d'un quart de tour® Si les signaux Mlra qui apparaissent 5 sur les bornes de sortie 15 à 18 font passer les interrupteurs électroniques 19 à 22 à 1°état conducteur^ chaque tension de phase n'est appliquée respectivement que pendant la durée d'un quart de période sur la ligne de sortie commune« Comme l'applica-tion des différentes tensions de phase s'effectue chaque fois en 10 fonction du temps et symétriquement par rapport au passage par zéro du flux qui traverse leurs enroulements g on obtient à la sortie 23 ou 25 une tension continue dont l'amplitude correspond à la vitesse et dont la polarité correspond au sens de rotation du rotor de la machine« 15 la figo 2 montre cinq diagrammes qui représentent la courbe du flux, les courbes des tensions de phase ainsi que la disposition relative des points d'établissement et de coupure des différentes tensions de phase» Le diagramme supérieur montre la courbe du flux qui traverse l'enroulement A lorsque 18inducteur permanent 20 2 tourne d'un, angleot » En dimensionnant de façon adéquate la largeur des pôles ainsi que l'entrefer et en disposant les enroulements, de façon appropriée9 on peut donner à la courbe du flux une forme triangulaire en fonction de l'angle de rotation'o(de l'inducteur permanents c'est-à-dire que la courbe du flux diminue li-25 néairement jusqu'à la valeur c 3. D C CL 35 >-l'inducteur permanent représentée sur la fig» ls on obtients pour un angle de rotation de 45°9 un signal ®1" à l'entrée 6 du circuit à portes 8 et à la sortie de la porte à inversion 10, A la sortie 15 de la porter ET II apparaît par conséquent un signal "1" qui actionne l'interrupteur électronique 19 $ à partir de ce moment 40 la tension de phase U est appliquée à la ligne de sortie jusqu'au cl 70 18799 6 2043652 moment où le pôle Nord - repéré par N - de l'inducteur permanent a tourné d'un angle © La fig. 3 représente un exemple de réalisation dans lequel, grâce à un redressement des deux alternances à commande indépendante, on peut se servir de toutes les demi-périodes des tensions alternatives de phase produites par la machine pour mesurer la 20 vitesse du rotor. Dans cette variante, on connecte inversement en série chaque fois deux enroulements de phase décalés l'un par rapport à l'autre de 180°, de sorte que leurs tensions s'ajoutent dans tous les cas. La disposition des enroulements correspond en elle-même à la disposition de principe de la fig. 1» L'extrémité 25 — repérée par a - de 1'enroulement de phase A avec lequel l'enroulement C est connecté en série, est reliée par l'intermédiaire de l'interrupteur électronique 19 à l'entrée "+" et par l'intermédiaire de l'interrupteur électronique 21 .à l'entrée avec inversion d'un amplificateur différentiel 26. De la même manière, 30 l'extrémité b de l'enroulement de phase B qui est connecté en série avec l'enroulement de phase D, est reliée par l'intermédiaire des interrupteurs électroniques 20 et 22 à l'entrée positive ou négative de l'amplificateur différentiel 26. L'amplificateur différentiel 26 est câblé de façon connue en amplificateur opé-35 rationnel permettant des additions et des soustractions. La commande des interrupteurs électroniques 19 à 22 se fait de la même manière que pour le dispositif de la fig. 1 par les signaux de sortie du circuit à portes 8 qui apparaissent aux bornes 15 à 18. Comme il ressort du diagramme de la fig. 2, on a pour le dis-40 positif de la fig. 3, par suite de la connexion en série de chaque 70 18799 7 2043652 fois deux enroulements de phase, que dans tous les cas le double de l'amplitude d'une tension de phase est appliquée à la ligne de sortie et on utilise donc, avec le signe correct, également les demi-périodes négatives de chaque tension de phase. 5 la fig. 4 montre une réalisation de l'organe de manoeuvre destiné à une machine à courant alternatif à 16 phases® Il est constitué par un disque 27 fixé rigidement sur le rotor, qui porte quatre pistes de codage concentriques disposées suivant le code G-ray ; un capteur fixé sur le stator est associé à chacune 10 des pistes pour l'explorera Au moyen des signaux qui apparaissent aux sorties 28 à 31 de ces capteurs, on peut de façon connuej. distinguer seize positions discrètes-du rotor. Dans le cas d'une machine à courant alternatif à 8 (ou bien 4) phases9 on n'utiliserait que les 3 (ou bien les 2) pistes de codage intérieure,.; et 15 par suite il ne faudrait que 3 (ou bien 2) capteurso En général, le nombre de capteurs et par suite le nombre de pistes de codage nécessaires est, dans cette variante de l'organe ds manoeuvre, donné par le logarithme à base 2 du nombre de phases n» Si, en déterminant ainsi le nombre de capteurs nécessairest on trouve 20 un nombre compris entre deux nombres entiers, on utilise le plus grand de ces deux nombres entiers et on fait en sort® que le modèle de codage pour n combinaisons successives des signaux de capteurs soit réparti uniformément sur toute la périphérie du disque. 70 18799 8 2043652 - REVENDICATIONS - 1.- Dispositif pour obtenir une tension continue proportionnelle à la vitesse de rotation en utilisant une machine à courant alternatif à n phases munie d'un inducteur tournants, caractérisé 5 par un organe de manoeuvre tournant avec l'inducteur qui actionne des capteurs montés sur le stator, capteurs qui,, en combinaison avec des interrupteurs électroniques, appliquent de façon cyclique des tensions de phase de même polarité à une ligne dis sortie commune. 10 2„- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'application d'une tension s'effectue pendant une durée égale on supérieure à 2/n fois la durée des demi-périodes ou alternances de chaque tension de phase. 3e 7:0 4* — Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à "V; saraetérisé par le fait qu'on utilise comme organe de mgawaTrç! disque portant un modèle de codage à pistes multiples g> chaque piste de codage étant explorée par un capteur (fig° 4). 5°- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par 25 le fait qu'on utilise un code réfléchi, par exemple le cods G-ray. 6„- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3P avec une machine à courant alternatif à 4 phasess caractérisé par le fait qu'on utilise comme organe de manoeuvre un disque non métallique portant un revêtement métallique qui s'étend sur 30 un angle au centre de 180° et comme capteur deux interrupteurs inductifs de proximité qui sont décalés de 90° l'un par rapport à l'autre® 7.= Dispositif suivant la revendication 6„ caractérisé par le fait que les sorties des capteurs sont reliées à un circuit à 35 portes électroniques qui est composé de deux portes à inversion et de quatre portes ET et dont les signaux de sortie actionnent quatre circuits à porte électroniques. 8.- Dispositif suivant la-revendication 7, caractérisé par le fait que chaque circuit à porte est raccordé par l'intermédiaire 40 d'une résistance variable à l'une des entrées d'un amplificateur. 70 18799 9 2043652 9.- Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'on raccorde chaque fois inversement en série deux enroulements de phase décalés de 180° avant de les relier, chaque fois par l'intermédiaire d'un circuit à porte et d'une résistance, 5 à l'-une et à l'autre entrée d'un amplificateur différentiel (fig. 3)o 10.- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que les circuits à porte sont munis d'un dispositif de retard au déclenchement. 10 11.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'on utilise comme machine à courant alternatif une machine à réluctanceo 12.- Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé par le fait que la partie active du rotor est constituée de bandes 15 de tôle laminé à froid en acier à grains orientés.