Brevet FR2242722A1 — publié le 19750328

L'invention est relative aux moteurs électriques et elle concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, les moteurs électriques à couple, c'est-à-dire les moteurs propres à engendrer un couple sur une plage de rotation limitée du rotor du moteur. Dans les systèmes entratnés par des moteurs électriques, il est souvent souhaitable d'avoir à sa disposition un signal de rétroaction qui dépende de la vitesse d'un organe mobile entratné par le moteur. Par exemple, dans un enregistreur à entratnement assisté du genre dans lequel un style d'enregistrement est entratné par un moteur qui est commandé en fonction de la différence entre une tension proportionnelle à l'entrée de I'enregistreur et une tension dépendant de la position du style, il est souhaitable d'utiliser une tension de rétroaction qui soit proportionnelle à la vitesse du style en opposition avec la tension différentielle pour assurer en fait un amortissement du mouvement du style lorsque celui-ci s'approche de sa position d'équilibre et pour empocher le tpompagew du style autour de sa position d'équilibre. L'invention a pour objet un moteur à couple caractérisé par le fait qu'il comprend un rotor à aimant permanent monté à rotation à l'intérieur d'un stator; un premier enroulement disposé sur le stator et propre à outre relié à une source d'électricité de façon à exciter cet enroulement et à engendrer ainsi un champ magnétique qui, par interaction avec le champ magnétique du rotor, produit un couple tendant à provoquer une rotation relative entre le rotor et le stator; et un second enroulement disposé de façon telle sur le stator que la rotation du champ magnétique du rotor par rapport au stator induise dans le second enroulement une tension dont l'amplitude dépend de la vitesse de rotation relative entre le rotor et le stator. De préférence, les premier et second enroulements sont bobinés coaxialement sur le stator. Le moteur à couple peut etre utilisé comme moteur d'entratne- ment dans un enregistreur à style ou graphique à entratnement as sisté du genre défini ci-dessus, la tension de rétroaction étant dérivée de la tension induite dans le second enroulement du moteur. L'invention a également pour objet un appareil pour régler la position d'un organe mobile en fonction de l'amplitude d'une tension variable d'entrée,qui comprend un moteur électrique accouple à l'organe mobile de façon à déplacer ce dernier lorsqu'il est excité; des moyens de rétroaction reliés à l'organe mobile et propres à fournir un signal de tension de rétroaction dont l'amplitude dépende de la position de ltorgane mobile; et des moyens de commande comportant un comparateur agencé pour recevoir le signal d'entrée et le signal de rétroaction et pour régir l'excitation du moteur électrique en fonction de la différence d'amplitude entre le signal d'entrée et le signal de rétroaction, caractérisé par le fait que le moteur électrique comprend un premier et un second organes, capables de tourner l'un par rapport à l'autre, dont le premier est agencé pour produire un champ magnétique constant et dont le second possède un premier enroulement propre à être relié à une source d'électricité de façon à exciter cet enroulement et à engendrer ainsi un champ magnétique qui, par interaction avec le champ magnétique du premier organe, produit un couple tendant à provoquer une rotation relative entre les deux organes, et un second enroulement disposé de façon telle sur le deuxième organe que la rotation relative entre le second organe et le champ magnétique du premier organe induise dans le second enroulement une tension dont l'ampli- tude dépend de la vitesse de rotation relative entre les premier et second organes, le second enroulement étant connecté de façon telle aux moyens de commande que, en fonctionnement, l'excitation du moteur soit réduite en fonction de l'amplitude de la tension induite dans le second enroulement. L'invention va etre maintenant décrite à titre d'exemple à l'aide des dessins ci-annexés. La fig. 1 montre un moteur à couple établi conformément à l'invention, en coupe axiale verticale selon la ligne I-I de la fig. 3. La fig. 2 est une coupe selon la ligne II-II de la fig. 3. La fig. 3 montre, en vue extérieure, le moteur vu de la droite de la fig. 1, sa plaque de montage étant enlevée. La fig. 4 est une coupe transversale selon la ligne IV-IV de la fig. 1. La fig. 5 montre, en plan, un enregistreur à style à entrat- nement assisté, utilisant le moteur des fig. 1 à 4. La fig. 6 est une coupe selon la ligne VI-VI de la fig. 5. La fig. 7 montre schématiquement le circuit de l'enregistreur à style des fig. 5 et 6. La fig. 8 montre schématiquement deux variantes possibles du circuit de la fig. 7. Si lton se reporte aux fig. 1 à 4, un moteur à couple 10 comprend un stator 12 contenu dans un carter cylindrique 14 qui est fermé par une plaque circulaire d'extrémité 16 et par une plaque de montage 18 qui fait saillie extérieurement par rapport au carter 14 pour permettre le montage du moteur 10. Un rotor cylindrique 20 tourner l'intérieur du stator 12 et est calé sur un arbre 22, lequel est porté par le stator 12 par l'intermédiaire de paliers 24 et fait saillie extérieurement par des trous traversant la plaque d'extrémité 16 et la plaque de montage 18. Le rotor 20 est un rotor à aimant permanent, formé d'une matière ferromagnétique appropriée et aimanté dans une direction perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor. Le stator 12 est fait d'une matière plastique rigide et a généralement la forme d'un cylindre creux possédant, sur sa surface extérieure, un certain nombre d'encoches de bobinage 26 délimitées par des nervures 28. Les encoches -26 sont agencées de façon que les spires des enroulements bobinés dans les encoches se trouvent dans des plans parallèles, ces spires ayant un axe géométrique commun perpendiculaire à ltaxe du rotor 20. Le stator 12 est constitué de deux éléments accolés selon un plan 30 (voir fig. 2) perpendiculaire à l'axe du rotor 20, de sorte qu'on peut assembler, autour du rotor, le stator avant de bobiner sur celui-ci les enroulements. Un enroulement d'entrainement unique 32 est bobiné dans les encoches 26 du stator 12, cet enroulement ayant son axe perpendiculaire à celui du rotor 20. Les extrémités de l'enroulement 32 sont connectées à deux bornes 34 appartenant à un bloc de connexion 36, lequel est fixé au stator 12 à l'aide d'une vis 38. Dans deux 26' des encoches 26 qui sont les plus proches - du plan médian du stator est bobiné un second enroulement 40 qui est coaxial à la bobine dtentratnement 32 et dont les extrémités sont connectées à des bornes séparées 42 appartenant au bloc de connexion 36. En pratique, comme le montre la fig. 4, le second enroulement 40 est d' abord bobiné dans les encoches 26', puis l'enroulement d'entratnement 32 est bobiné autour de l'enroulement 40. Les deux enroulements 32 et 40 sont isolés l'un de l'autre d'une manière appropriée, par exemple à l'aide d'un ruban isolant placé entre les enroulements dans les encoches 26'. Lors du fonctionnement du moteur 10, une tension conti nue, appliquée aux bornes 34 de l'enroulement d'entratnement 32, fait passer dans cet enroulement un courant qui engendre un champ magnétique produisant un couple sur le rotor 20. Ce couple est proportionnel au courant passant dans l'enroulement 32 et il varie aussi, en fonction de la position angulaire du rotor 20, selon une loi à peu près sinusofdale. Si l'on suppose que le rotor ne se trouve pas initialement à la position donnant une valeur nulle au couple, le couple exercé sur le rotor fait tourner ce dernier. La rotation du champ magnétique du rotor 20, par rapport au second enroulement 40, induit une tension à travers l'enroulement 40.L'amplitude de cette tension est proportionnelle à la vitesse angulaire du rotor 20 et varie aussi, en fonction de la position angulaire du rotor, selon une loi à peu près sinusotdale. La tension apparaissant aux bornes 42 de l'enroulement 40 fournit ainsi un signal qui dépend de la vitesse angulaire du rotor. Le rotor 20 peut autre fait d'un matériau possédant un champ coercitif élevé, de sorte que l'effet du champ magnétique engendré par le courant qui passe dans l'enroulement d'entratnernent 32 a peu d'effet sur le flux magnétique à travers l'enroulement 40 et, par conséquent, sur la tension induite dans l'enroulement 40 par la rotation du rotor. Les fig. 5 à 7 illustrent un enregistreur à style à entratnement assisté qui utilise le moteur a couple des fig. 1 à 4. Un levier 44, calé sur l'arbre 22 du moteur, est accouplé par une biellette 46 à un bras enregistreur 48. A l'une de ses extrémités, il est fixé au bras 48 un porte-style 50 qui est contraint, par contact avec des rails 52, à se déplacer en ligne droite. A son autre extrémité, le bras 48 est articulé à l'une des extrémités d' une biellette 54 dont l'autre extrémité est articuléeà un montant fixé au chassis de l'enregistreur. Un contact 58, fixé au portestyle 50, est en contact glissant avec le fil 60 d'un potentiomè- tre à fil, une tension constante étant appliquée aux extrémités du fil 60 de sorte que la tension au contact 58 fournit un signal indiquant la position du style qui est comparée, comme indiqué ciaprès, à une tension qui dépend de l'entrée à l'enregistreur. Comme le montre la fig. 7, la tension au contact 58 est appliquée aux bornes d'un diviseur de tension formé par des résistances 62 et 64 dont les valeurs déterminent la gamme de tension de l'enregistreur. La jonction entre les résistances 62 et 64 est reliée, par l'enroulement 40 du moteur 10, à l'une des bornes d'entrée 68 d'un amplificateur différentiel 66. La tension d'entrée variable E de l'enregistreur est appliquée à l'autre borne d'entrée 70 de l'amplificateur 66, par l'intermédiaire des bornes d'entrée 72 et 74. La sortie de l'amplificateur 66 excite l'enroulement d'entratnement 32 du moteur 10.L'enroulement 40 est branché de telle sorte sur le circuit que la tension induite dans l'enroulement 40 par la rotation du rotor 20 est en opposition avec la tension de rétroaction appliquée à l'amplificateur 66 a partir du fil de potentiomètre 60. I1 est clair que l'amplificateur 66 agit en comparateur pour comparer la tension d'entrée E à la tension de rétroaction provenant du fil de potentiomètre 60, la sortie de l'amplificateur 66 fournissant un signal d'erreur pour provoquer l'entratnement du moteur 10 jusqu'à ce que le contact 58 ait atteint une position pour laquelle la tension à la jonction entre les résistances 62 et 64 est égale à la tension d'entrée.La tension induite dans l'enroulement 40 réduit la tension de rétroaction appliquée à l'amplificateur 66, d'une quantité qui dépend de la vitesse angulaire du rotor 20 et, par conséquent, de la vitesse de translation du contact 58. Un amortissement du mouvement du contact 58 sous l'influence du moteur 10 est ainsi assuré de sorte que le contact 58, avec le style tenu par le porte-style 50, se déplace sans "pompage" vers sa position d'équilibre. La constante de temps de l'approche vers la position d'équilibre, pour tout changement graduel donné de la tension d'entrée E, dépend dans une large mesure du nombre de spires de l'enroulement 40 et du flux magnétique embrassant 1' enrou- lement 40 sous l'effet du rotor 20.On peut ainsi déterminer une constante de temps convenant à tout enregistreur particulier en choisissant le nombre de spires à attribuer à l'enroulement 40. Il est clair que le gain de l'amplificateur 66 doit ne pas titre suffisamment élevé pour provoquer l'instabilité de fonctionnement de la boucle de rétroaction comprenant l'amplificateur, le moteur 10 et le potentiomètre à fil 58, 60. L'amplificateur peut etre muni d'un réglage de gain permettant au gain d'entre ajusté à une valeur appropriée. La fig. 8 montre deux emplacements différents que l'on peut adopter pour la connexion de l'enroulement 40. Comme il est indiqué par la référence 40', l'enroulement 40 peut etre branché entre la borne 72 et la borne d'entrée 70 de l'amplificateur 66, de sorte que la tension induite dans 1l'enroulement 40 est en opposition avec la tension d'entrée E. Selon l'autre solution indiquée par la référence 40", l'enroulement 40 est monté en série avec le diviseur de tension formé par les résistances 62 et 64 de sorte que la tension induite dans l'enroulement 40 accrott la tension positive qui apparatt à la jonction entre les résistances 62 et 64 et réduit par conséquent la tension différentielle appliquée à l'amplificateur 66. Avec l'agencement mécanique montré aux fig. 5 et 6, le déplacement linéaire d'un style tenu par le porte-style 50 varie de façon à peu près sinusoidale avec le déplacement angulaire de l'arbre 22. La vitesse linéaire du style dépend donc à la fois de la vitesse angulaire de l'arbre 22 et de la position angulaire de l'arbre 22 et, par conséquent, du rotor 20. Par conséquent, si le rotor 20 est initialement orienté convenablement par rapport à la tringlerie, on peut faire varier la tension de sortie de l'enroulement 40 du moteur 10 de façon approximativement linéaire en fonction de la vitesse du style, bien que la tension induite dans l'enroulement 40 dépende de la position angulaire du rotor 20. Cet agencement assure donc un amortissement à peu près linéaire du mouvement du style. La tringlerie décrite a aussi pour effet de rendre la force qui est appliquée au style approximativement constante sur sa plage de mouvement. Au lieu d'utiliser une tringlerie mécanique de compensation, on pourrait modifier le moteur à couple de façon à lui donner une tension de rétroaction qui varierait de façon à peu près linéaire avec la vitesse du rotor, sur la plage requise de mouvement du rotor. On pourrait obtenir ce résultat, par exemple, dans le moteur décrit en bobinant les deux parties de l'enroulement 40 respectivement dans les deux encoches 26 du stator les plus extérieures, au lieu de les bobiner dans les encoches 26' les plus intérieures. On comprendra facilement que d'autres modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et que le moteur à couple pourrait être utilisé dans d'autres applications que l'enregistreur à style décrit. REVENDICATIONS 1 - Appareil pour régler la position d'un organe mobile en fonction de l'amplitude d'une tension variable d'entrée, qui comprend un moteur électrique accouplé à l'organe mobile de façon à déplacer ce dernier lorsqu'il est excité; ces moyens de rétroaction reliés à l'organe mobile et propres a fournir un signal de tension de rétroaction dont l'amplitude dépende de la position de l'organe mobile; et des moyens de commande comportant un comparateur agencé pour recevoir le signal d'entrée et le signal de rétroaction et pour régir l'excitation du moteur électrique en fonction de la différence d'amplitude entre le signal d'entrée et le signal de rétroaction, caractérisé par le fait que le moteur électrique comprend un premier et un second organes, capables de tourner l'un par rapport à l'autre, dont le premier est agencé pour produire un champ magnétique constant et dont le second possède un premier enroulement propre à étre relié à une source d'électricité de façon à exciter cet enroulement et à engendrer ainsi un champ magnétique qui, par interaction avec le champ magnétique du premier organe, produit un couple tendant à provoquer une rotation relative entre les deux organes, et un second enroulement disposé de façon telle sur le deuxième organe que la rotation relative entre le second organe et le champ magnétique du premier organe induise dans le second enroulement une tension dont l'amplitude dépend de la vitesse de rotation relative entre les premier et second organes, le second enroulement étant connecté de façon telle aux moyens de commande que, en fonctionnement, l'excitation du moteur soit réduite en fonction de l'amplitude de la tension induite dans le second enroulement. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moteur est un moteur à couple, le premier organe rotatif étant un rotor à aimant permanent monté à rotation à lfinté- rieur d'un stator formant le second organe du moteur. 3 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les premier et second enroulements sont bobinés coaxialement sur le stator. 4 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de rétrapction comprennent un potentiomètre à fil dont le contact se déplace avec l'organe mobile. 5 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le second enroulement du moteur est relié en série avec le contact du potentiomètre a fil et le comparateur de manière que, en fonctionnement, la tension induite dans le second enroulement soit en opposition avec la tension appliquée par le potentiomètre au comparateur. 6 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le second enroulement du moteur est relié en série avec le signal de tension d'entrée et le comparateur de manière que, en fonctionnement, la tension induite dans le second enroulement soit en opposition avec la tension d'entrée. 7 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le signal de tension de rétroaction est appliqué aux bornes d'un diviseur de tension dont la sortie est appliquée au comparateur et par le fait que le second enroulement du moteur est relié à une branche du diviseur de tension de manière que la tension induite dans le second enroulement réduise la différence de tension existant entre la tension d'entrée et la sortie du diviseur de tension. 8 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisé par le fait que le comparateur est un amplificateur différentiel dont la sortie est agencée pour commander l'excitation du premier enroulement du rotor. 9 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'organe mobile est le portestyle d'un enregistreur à style. 10 - Moteur à couple pour l'appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend un rotor a aimant permanent monté à rotation a l'intérieur d'un stator; un premier enroulement disposé sur le stator et propre à titre relié à une source d'électricité de façon à exciter cet enroulement et à engendrer ainsi un champ magnétique qui, par interaction avec le champ magnétique du rotor, produit un couEGe tendant à provoquer une rotation relative entre le rotor et le stator; et un second enroulement disposé de façon telle sur le stator que la rotation du champ magnétique du rotor par rapport - au stator induise dans le second enroulement une tension dont l'amplitude dépend de la vitesse de rotation relative entre le rotor et le stator. 11 i Moteur à couple selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les premier et second enroulements sont bobinés coaxialement sur le stator. 12 - Moteur à couple selon la revendication ll, caractérisé par le fait que les premier et second enroulements sont bobinés chacun dans une série d'encoches formées dans le stator, chaque enroulement possédant des parties bobinées dans des encoches situées dans des plans parallèles et disposés symétriquement par rapport à un plan contenant l'axe de rotation du rotor. 13 - Moteur à couple selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le second enroulement est bobiné dans les mêmes encoches qu'au moins certaines des parties du premier enroulement.