Brevet FR2092771A1 — publié le 19720128

La présente invention due à la collaboration de Monsieur Jean JACQUIN concerne un système d'amplification électronique de puissance. Ce système peut etre en particulier utilisé pour l'amplification de la puissance de moteurs pas à pas mais, peut également etre utilisé pour amplifier tout mouvement de rotation de faible puissance. C'est dans le cas des moteurs pas à pas que le problème de la puissance se pose avec le plus d'acuité car il est connu qu'il est très difficile de réaliser des moteurs pas à pas à la fois rapides et de fort couple (voir en particulier la demande de brevet nO 7002730 du 27.I.70 de la Sté S.F.M.I.). Le principe de la présente invention consiste dans l'accouplement dtun moteur dont le couple doit etre amplifié avec un moteur de forte puissance par l'intermédiaire d'un organe susceptible de détecter l'erreur angulaire entre les deux appareils. Cette erreur, une fois détectée, est transformée par un dispositif approprié, en un signal de puissance qui commande la rotation du moteur de puissance. A - Organe de détection L'organe de détection peut etre conçu de très nombreuses façons différentes mécanique - électro-mécanique - électro-magnétique - fluidique - photo électrique Ces trois derniers systèmes comportant obligatoirement des moyens de détec- tion du sens de l'écart. Un exemple d'organe de détection mécanique a été décrit dans la demande de brevet n 7002730 du 27.I.70. La figure 1 représente un autre organe de détection mécanique qui consiste en un système de vis-écrou, la vis 3 étant solidaire du moteur pas à pas, et l'écrou 4 du moteur de puissance. La différence de rotation entre les deux moteurs entraînera un déplacement axial de ltécrou, ce mouvement étant détecté par une jauge de contrainte 5 , un palpeur ou tout autre dispositif approprié. La figure 2 représente à titre d'exemple un système électro-mécanique constitué par une machine du type synchro ou resolver dont le stator 6 est fixé au moteur de puissance et le rotor 7 au moteur dont le couple doit etre amplifié. Les quelques difficultés d'un tel système peuvent etre aisément résolues ; par exemple les connections électriques avec le stator du synchro revolver peuvent se faire au mcyen de bagues 8 et de frotteurs 9 La figure 3 représente à titre d'exemple un organe de détection électromagnétique consistant en un aimant permanent IO présentant des pièces polaires axiales et solidaires du moteur pas a' pas et un noyau de fer doux 1l présentant des pièces polaires en regard de celles de l'aimant et solidaire du moteur de puissance. Tout écart angulaire entre les deux axes se traduit par une variation du flux magnétique.Cette variation est détectée par une diode magnétique ou un autre dispositif sensible à de telles variations I2 , ce dispositif étant solidaire de l'un des axes. Le signal ainsi obtenu est transmis à l'amplificateur au moyen de bagues et de frotteurs. La figure 4 représente à titre d'exemple un organe de détection fluidique consistant en une pièce I3 solidaire du moteur pas à pas et présentant des saillies axiales, une pièce semblable I4 solidaire du moteur de puissance mais creuse, en sorte qu'un canal aboutisse à l'une des saillies, ce canal étant relié par ailleurs à un joint tournant sur l'axe du moteur de puissance. Le fluide sous pression est amené à ce joint. Tout écart angulaire entre les deux axes se traduira par une augmentation du passage de fuite du fluide et donc par une baisse de pression. I1 est à noter que le signal ainsi obtenu peut etre - soit immédiatement converti en un signal électrique qui est ensuite transmis à l'amplificateur électronique - soit exploité par un amplificateur fluidique, la conversion en signal électrique pour la commande du moteur n'intervenant qu'au dernier moment. La figure 5 représente un organe de détection photo-électrique constitué par des disques perforés I5 fixés sur les axes des deux moteurs et placés en regard l'un de l'autre, la détection d'un écart angulaire se faisant par une cellule photo-électrique I6 B - Moteur de puissance. Dans l'état actuel de la technologie, le moteur de puissance le mieux adapté est le moteur å courant continu à faible inertie. Cependant, d'autres types de moteur peuvent parfaitement être envisagés notamment des moteurs asynchrones du type couple. I1 est à remarquer, cependant, que lorsque le moteur dont le couple est à amplifier est un moteur pas à pas, il est préfé ràble de choisir un moteur de puissance présentant une constante de temps assez faible. C - L'amplificateur L'amplificateur le mieux approprié est un amplificateur électronique, soit transistors, soit à thyristors ; l'amplificateur à thyristors étant mieux adapté pour les fortes puissances. Cet amplificateur doit etre conçu de façon à éviter les erreurs de calage entre les deux moteurs, c'est à dire qu'il doit avoir un seuil de détection très faible et qu'il doit etre capable à'apporter les corrections nécessaires, par exemple au moyen d'une boucle de réaction de couple pour réduire au maximum les erreurs de positionnement dues au couple résiduel qui s'exerce sur le moteur de puissance une fois le système stabilisé. I1 est muni en outre de moyens destinés à éliminer des oscillations dues à l'inertie de la charge. Performances du système Nous décrirons ci-dessous plus particulièrement les performances obtenues dans l'amplification du couple d'un moteur pas à pas 10) le moteur pas à pas de pilotage n'entraînant qu'unie charge infime peut etre choisi en fonction uniquement de ses possibilités en vitesse. I1 peut donc etre extrêmement rapide et le gain de l'amplificateur pouvant être aussi grand que l'on veut, la puissance disponible en sortie devient extremement élevée. L'inventeur travaille actuellement sur des systèmes de plusieurs k, cette valeur n'étant pas limitative. 20) Ce résultat est d'autant plus facilement acquis que le mouvement en sortie de moteur de puissance est continu. En effet, s'il est exact que le moteur de puissance s'arretera aux memes positions que le moteur pas à pas, par exemple au bout de n pas, il nten reste pas moins vrai que le déplacement de la position O a' la position n se fera de façon continue ou, en tout cas, avec des pas beaucoup moins marqués que-ceux du moteur pas à pas pilote. Ceci est dû au fait que le moteur de puissance a toujours un très léger retard par rapport au moteur pas à pas lorsque celui-ci fonctionne et que ce retard suffit pour que le signal fourni par l'ampli ficateur ne pansue pas par la valeur 0, I1 s'ensuit que le mouvement est beaucoup plus doux, ce qui permet dans le travail de la machine outil, des états de surface meilleurs, que le rendement de l'ensemble est bien meilleur q'aveçun système pas a' pas normal, puisque, au niveau de la puissance, il n' a plus: plus gaspillage d'énergie dans les décélérations et accélérations et enfin que la longé vité de la mécanique entralnée par le moteur est beaucoup plus grande. REVENDICATIONS 1. Un système de commande de moteur électrique de puissance accouplé à un moteur pas à pas, constitué par des moyens propres à détecter l'erreur angulaire entre les deux appareils accouplés et par des moyens amplificateurs transformant ce signal d'erreur en un signal de puissance qui commande la rotation du moteur de puissance ou du mouvement de rotation. 2. Système de commande suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de détection sont des moyens mécaniques. 3. Système de commande suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de détection mécaniques sont constitués par un écrou et une vis. 4. Système de commande suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de déctection sont des moyens électromécaniques. 5. Système de commande suivant la revendication 4 caractérisé en ce que les moyens électromécaniques sont constitués par une machine du type synchro ou resolver. 6. Système de commande suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de détection sont du type électromagnétique. 7. Système de commande suivant la revendication 6 caractérisé en ce que les moyens électromécaniques sont constitués par un aimant, une pièce en fer doux et un organe de détection de variation de flux, par exemple une diode magnétique. 8. Système de commande suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de détection sont du type fluidique. 9. Système de commande suivant larevendication 8 caractérisé en ce que les moyens fluidiques sont constitués par une pièce creuse solidaire de l'axe du moteur de puissance avec un système d'amenée du fluide sous pression et une pièce en regard mais solidaire de l'axe du moteur pas à pas. Les écarts angulaires entre les deux pièces étant mesurés par la variation de la pression du fluide. IO. Système de commande suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de détection sont des moyens photoélectriques. II. Système de commande suivant la revendication IO caractérisé en ce que les moyens de détection sont constitués par deux disques perforés comportant l'un une lampe, l'autre une cellule réceptrice. I2. Système de commande suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens amplificateurs sont constitués par un amplificateur à transistors. I3. Système de commande suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens amplificateurs sont constitués par un amplificateur à thyristors. I4. Système de commande suivant ltune quelconque des revendications I2 ou I3 caractérisé en ce que l'amplificateur comporte des circuits électroniques tels qu'ils permettent un seuil de détection très faible, qu'ils possèdent une boucle de réaction de couple destinée à réduire au maximum les erreurs de positionnement dues au couple résiduel ainsi que des moyens destinés à éliminer les suroscillations dues à l'inertie de la charge.