Brevet FR2268387A1 — publié le 19751114

L'invention a pour objet un dispositif de commande et de variation de la vitesve de rotation, destiné plus particulièrement aux moteurs de tourne-discues et permettant d'entraîner les plateaux de ces derniers par un moteur asynchrone à l'aide d'une transmission de ra port constant. L'une des formes les plus conrues de l'enregistrement du son est le disque. L'instrument permettent de reproduire le sor enregistré sur celui-ci est le toure- disques, appareil permettant de faire tourner le disque, a une vitesse correspondant à celle de l'enregistrement, au-dessous d'un transducteur électromécanioue approprié, la tête de lecture, laquelle retransforme les signaux de modulation à frécuence accoustique tracés oblicquement dans le sillon, (en stéréophonie, les signaux de modulation à fréquence acoustique tracés sur les parois inclinées à #45 ), en signaux acoustiques.Lorsque le disque ne tourne pas a la vitesse correspondant à l'enregistrement, la position du son reproduit se trouve décalée dans la gamme des frauences, et lorsque cette vitesse n1 est point re- gulière, la fréquence du S011 reproduit devident variable. Ce phénomène, familièrement appelé "pleurage", est désagréable à ltoreille et constitue une des carae teristisues les plus importantes d'un tourne-disques. Un autre phénomène nocif est la vibration qui accompagne la rotation du plateau et qui prend naissance soit dans le moteur, soit dans le discue ; friction cui transmet la rotation du moteur au plateau, soit encore dans les naliers des nièces tournantes, soit enfin dans d'autres narties mécaniques transmettant le mouvement. Cette vibration mécanique est enregistrée par la tête de lecture et produit au bout de la chaîne de reproduction, c'est-à-dire dans le haut-parleur, un bruit perturbateur qui rate le plaisir de l'écoute. Lorsque le frottement aux paliers est négligeable, ce son parasite peut être défini par lahrelation .^.ethe C tiaue = i 2 i=l suivante: où mi désigne les masses individuelles en mouvement et vi leur vitesse anmulaire. Ainsi qu'il ressort de cette formule, ce bruit parasite, sensible à l'oreille humanine, peut être réduit par la diminution du nomber des pièces en mouvement et nr celle de la masse et de la vitesse de chacune d'elles. Comnte tenu du fait sue les disques sont enregistrés à la vitesse de 331/3, 45 ou 78 tours à la minute tendis sue la vitesse des moteurs correspondants est de l'ordre de 300 à 3000 tours, il est nécessaire d'interro- ser entre le plateau et le moteur une transmisui@@ destinée à réduire la vitesse, cette transmission étant constituée de pièces tournantes. Aussi est-il impossible d'obtenir que le bruit précité d'origine mécanique soit inférieur au niveau de perception de l'oreille, puisque les orantes mobiles de la transmission sont eux-mêmes à l'ol'origine de tels bruits. L'évolution des tourne-disques modernes est, par conséquent, oriente vers une action tendant à créer des anpareils dont le mécanisme moteur engendre le moins de bruit possible.Il en est résulté plusieurs modes de construction. Celles-ci ont pour caractéristioue commune un moteur de petites dimensions, de faible masse et à vitesse réduite, ainsi cue le remplace- ment de la transmission classioue nar disque à friction par une transmission à courroies. Ainsi, on connait un dispositif THORENS, modèle TD I50, comprenant un moteur synchrone à faible vitesse, (I6 pôles, 50 Hz), notant, calée sur son arbre, une poulie à gradins. La courroie est accouplée au plateau à l'aide d'une fourche d'embrayage. Kais ce système ne permet ni d'obtenir une transmission à différentiel important, ni d'effectuer un réglage fin de la vitesse. A titre de dévelonnement de cet annareil, on réalisa ensuite ul'électrophone THORENS Mod. TD I25, qui comporte une seule transmission à courroie incorporée, à rapport constant, la variation de la vitesse d.e rotation étant obtenue en alimentant le moteur synchrone par un amnlificateur de puissance, ce dernier étant commandé par un oscillateur de fréouence variable, comportant un pont de ien. Cette solution présente une bonne qualité technique, mais l'amplificateur de puissance incorpore la rend conpexe, donc onéreuse.On connaît, en outre, des électrophones dans lescuels une transmission à courroie de rapport constant est interposée entre le plateau et le moteur à courant continu, la vitesse de rotation dudit moteur pou- vent autre réglée. Ce dispositif ne donne pas davantage satisfaction, car dans un moteur a courant continu, la comautation empêche une rotation régulière du rotor. Si, nar ailleurs, on utilise des moteurs à balais, il se pro- duit en outre un bruit intense de commutation. De plus, la durée de vi des balais est limitée.D'autre part, si l'on utilise des @teurs dont la commutation se fait par un générateur de Hall, le tourne-disques atteint un prix de revient prohibitif, sans même mentionner la. complexité de l'appareil. D'habitude, les moteurs à courant continu et à vitesse réglable sont pourvus dwune génératrice ta- chymétricue incorporée. ta commande de la vitesse est assurée soit par la variation de la tension aux bornes, proportionnelle à la vitesse de rotation, soit en réglant la fréouence par comparaison avec une fréquence de référence déterminée.Un exemple de cette technique est fourni par le dispositif PHILIPS Electronic 202, ainsi que par le SONY TTS 3000, où l'on se sert de la fréquence du tachymètre pour régler la vitesse, la référence étant fournie par la fréquence limite d'un filtre passe-bas, ce qui oblià a incorporer un filtre spécial pour chaque vitesse imposée On- connaît en outre des transmissions pilotées par la. vitesse du moteur, qui dépend de la tension, la variation de vitesse due à la variation de charge étant compensée par une résistance interne montée du côté négatif de l'unité d'alimentation. Ce dispositif est connu sous le nom de "Type NORELCO 202". Il résulte de ce qui précède que si de nombreuses variantes ont été réalisées pour résoudre ce problème, elles consistent exclusivement dans l'incor oration de oteurs snchrones ou à courant continu. tant donné cue 1? vitesse de rotation d'un moteur synchrone ne pe t être modifiée cue r un procédé electrioue, en faisant varier la fréquence de l'alimentation, on choisit soit cette solution compliquée et onéreuse, soit une variante de réducteur nécanique. En ce qui concerne le moteur à courant continu, on peut, il est vrai, faire varier la tension de l'alimentation, mais les problèmes de commutation créent des difficultés et engendrent des irrégularités de la marche. Dans le procédé selon l'invention, le plateau du tourne-disques est entraîné en faisant varier sa vitesse de rotation dont le problème du rémlage fin à été résolu en disposant en. tête d'un moteur asynchrore, considéré jusqu'à ce jour co-me inapte à la régulation, un variateur de vitesse et un régulateur à by-nass, ce dernier pouvant agir sur une plage de vitesses étendue et actuellement classique, alors qu'une seule transmission à courroie, de rammort constant, relie le plateau au noteur. L'objet de l'invention est donc un dispositif de commande et de variation de la vitesse embrassant une vaste gamme, se prêtant à l'emploi dans les moteurs de tourne-disques, et où le moteur est entraîné par une transà rapport constant mission/constituée par une poulie à gorge et une courroie élastique en caoutchouc, l'invention étant caractérisée en ce oue le signal émis par le générateur tachymétrique calé sur l'arbre, qui détecte la vitesse de rotation, est envoya, par l'intermédiaire d'un transducteur amplifica- teur, à l'entrée d'un nultivibrateur monostable à réarmement, la sortie de ce dernier étant connectée, par l'intermédiaire d'un détecteur d'impulsions et d'un filtre passebas, avec l'entrée d'un quadripôle à impédance réglable dont la sortie, qui s'effectue @ar ladite impédance, est montée en parallèle avec le moteur asynchrone. Au multivi- breteur monostable précité se raccordent, à titre d'organes retard, une batterie de condensateurs en série et un circuit à résistances. Le générateur tachymétrique qui détecte la vitesse de rotation est formé d'un discue calé sur l'arbre moteur et portant une danture, en ragard ducuel est montée une lampe à incandescence dont la lumière frappe un élément photosersible disnosé du cöté opposé du disque. La sortie de l'lément photosensible, -qui peut cenendant être remplacé par n'importe cuel autre orsane détectant la vitesse oe rotation,- est connecté avec l'entrée d'un transducteur consistant soit en circuits logiques ET-NON, (montage selon la méthode TTL), soit en un inverseur composé de ces éléments,la sortie dudit transducteur étant. reliée, par l'intermédiaire d'une diode, à l'en- trée du multivibrateur monostable à réarmement auquel aboutissent aussi d'une part, les condensateurs en série et le circuit à résistances servant d'organe de temporisation, d'autre part l'émetteur d'un transistor de compensation lequel forme Lui-même une partie dudit multivibrateur, tandis que la base de ce transistor est reliée à un diviseur de tension composé d'une diode compensatrice et de résistances; quant au collecteur, il est relié à une terre commune à laquelle se raccorde également l'entrée d'une chaîne d'inverseurs en série, composée de trois portes ET-NON de type TTL, dont la seconde est connectée, à sa sortie, avec une résistance de contre-réaction.La sortie du troisième inverseur, qui est en mme temps celle du multivibrateur monos table tout entier, est raccordee, en passant. par un diviseur à résistances, à la base d'un transistor d'un détecteur d'impulsions, l'émetteur dudit transistor étant relié à la tension d'alimentation, tandis que son collecteur va à un condensateur. Ce condensateur est cormecté avec l'entrée d'un filtre passe- bas dont la sortie est raccordée à l'entrée d'un organe à impédance variable composé d'un transformateur dont le secon daire est monté en parallèle avec un transistor ar l'intermédiaire de diodes, tandis que le primaire, raccordé au réseau, est en série avec le moteur, te dispositif reut aussi coenor- ter une variante dans laquelle le générateur tachy@étrique est formé d'un détecteur électromagnéticue conjugué avec un disque formé d'un matériau aimanté. L'invention est expliouée de faço plus déteillée à l'aide des dessies annexés. Fig. I illastre sch@@tiquement la dioposition de l'annareil. Fig. 2 montre, à l'aide d'un gra@@ique, la relation entre la vitesse de rotation du moteur et la tension pilote. Fig. 3 présente le montage de principe des circuits dans un exemple d'exécution nréférentiel de l'invention. T!e dispositif selon l'invention fonctionne selon le schéma illustre Fig. I, dans les conditions suivantes. te temps de récurrence de la série de signaux émis par le générateur tachymétrioue calé sur l'arbre du moteur 1, pour détecter sa vitesse de rotation, est noté TM, et sa valeur est inversement pronortionnelle à la vitesse de rotation dudit moteur 1, c'est-à-dire ou'on peut l'écrire sous la forme d'une relation telle cue:: TM = NmoteurZ où Z est la constante du générateur et N le nombre de tours du moteur par minute. ta série de signaux ainsi obtenue est envoyée, par l'intermédiaire d'un transducteur 6, vers l'entrée d'un multivibrateur monostable à réarmement automaticue, qui compare le temps TM avec son propre temps de référence TR. De cette comparaison émerge une série d'impulsions relativement étroites, dont le ra@port simnal/intervalle est proportionnel à l'écoart entre la vitesse de rotation du moteur et la vitesse de référence NR. Ce dernier terme dé désinme une vitesse telle cue TM = TM. Ia série d'impulsions ainsi produites est dirigée vers un détecteur IO qui engendre, à sa sortie, une tension nilote Usz. Pans cette installation, le multivibrateur monostable 7, a socié au détecteur d'i@pulsions IO, joue le rôle d'un discriminateur de temps à pente très raide et caractéristique saturable. ta tension continue USZ, produite à la sortie, varie en fonction du temps de récurrence TM dans les conditions suivantes (cf. et, en faisant i. 2): Tt. T IJd T intervenir la vZ t e s e de rotation du moteur: où K est un paramètre, rémlable en agissant sur les éléments composant le détecteur d'impulsions, et qui caractérise la raideur de la courbe de réponse. (Le fonctionnement est illustré par le granhigue de la fig. 2). La tepsion pilote USZ a impédance, variable est appliquée à un organe/12, réglable bar une tension continue distincte, qui pilote la tension du moteur, monté en série avec lui, de telle manière oue la vitesse de rotation de celui-ci reste constante et régulière pour un moment résistant donné, quelles que soient la tehsion du reseau, la fréquence et la température.Etant donné que le moteeur asynchrone tourne ainsi de façon régulière et qu'il n'engendre aucun bruit, surtout sous une tension oue l'organe pilote a ramenee i une valeur nettement inférieure à celle du réseau, et pour une vitesse de rotation nettement inférieure que celle du champ tournant du moteur, et compte tenu, d'autre part, du fait que, mis à part le plateau et le moteur l'appareil ne commorte aucune pièce en mouvement, il devient possible de sup- primer dans une large mesure les bruits indésirables. #insi, le dispositif selon l'invention, oui pilote la vitesse de rotation du moteur 1, permet de régler celle-ci en agissant sur le temps de référence du multivibrateur monostable 7, ce temps pouvant être modifié de façon discrète par une batterie de condensateurs en série 8, de façon continue rar un potentiomètre , selon des rapports indépendants l'un de l'autre. La fig. 3 illugtre et explioue le montage électrique des circuits incorporés. le générateur tachymétrique du dispositif est de conception opticue. La Lampe à incandescence Jl, en série avec une résistance réductrice Rl, fonctionne sous une tension qui permet de lui donner une durée de vie irfinie. le pinceau lumineux, interrompu par la denture du disque calé sur l'arbre du moteur, frappe l'élément photosensible Fl, aux bornes duquel apparaît une série de signaux dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. Cette série de signaux est amplifiée par le transistor Tl du trausducteur 6, puis tramsformée en une série de signaux carrés arâce au dé clencheur de Smitt, composé des deux nrimières portes logioues du circuit imprimé IC-l, TTL (circuit intégré).Des pentes descendantes des signaux car-és, le second groupe de portes logicues ou circuit IC-l tire une série d'impulsions d.e polarité zéro, dont le temns de récurrence est T@. Ies impulsions de durée TM déchargent le comdensateur 8 qui est chargé selon une fonction emponentielle par la tension d'alimentation en passant par le potentiométre 9, destiné au réglage fin, e surie avec sa résistance. lorsque le condensateur 8 est déchargé, il peut atteindre de nouveau, après un temps déterminé TR, une certaine tension de seuil qui sera utilement de UT/2 + UBE = +3,1 V, tension qui ouvre le transistor T2 du multivibrateur mono- stable 7, ce qui a pour effet de faire passer le niveau logi- cue au collecteur de celui-ci de zéro à 1. Cette aummentation de la tension fait basculer le déclencheur de Smitt constitué par les deux premières portes logiques du circuit intégré, et à la sortie de l'inverseur qui reçoit son signal, il se produit un saut transformant le "l" logique précédent en "O". Grâce à ce zéro logicue, le transistor T3 du détecteur d'imnulsions IO s'ouvre, et le condensateur C4, monté sur le circuit du collecteur de celui-ci, se charge répideent jusou'àune tension proche de celle de l'alimentation, créant ainsi la tension pilote USZ Lorsque TM > TR, la sortie du multivibrateur passe, au bout d'un certain temps TR qui suit l'impulsion de déchar- gement, du niveau logicue "l" au niveau "O", oh elle reste jusou'à l'impulsion de déchargement suivante, c'est-à-dire pendant un temps TM - TR. En effet, l'impulsion suivante décharge le condensateur 8, et ferme le transistor T2, au col-- lecteur duquel, c'est-à-dire a' la sortie du multivibrateur, apparaît de nouveau le niveau "l".Le d'tecteur IO devient donc, lui aussi, conducteur pendant un temps TM D TR. lorsque le moteur 1 ne tourne pas, la fréquence du signal du généra- te@r tachymétrieue est nulle, d'o@ TM = #. Le transistor T3 sera donc toujours conducteur et la tension nilote USz attein- dra sensiblement la valeur de la tension d'alimentation. Cette tension pilote est dirigée, par l'intermédiaire d'un filtre à innédance réglable R/C passe-bas 11, vers l'organe/12, re@lable par la tension coptinue, qui sera utilement constitué par un transformateur monté en circuit avec un transistoride puissance T4. Lorsoue USZ = O, le secondaire du transformateur est interromou par le transistor.Il passe néanmoins dans le urimaire un courant magnétisant à vide, insuffisant r!our faire dffm-arrer le moteur. Lorsoue la tension USz est suffisante pour ouvrir le transistor T4, le courant passe dans le primaire comme dans le secondaire, et le moteur 1 peut démarrer. le transistor T@ peut être saturé: dans ee cas, le secondaire du transformateur est en shunt et le moteur se trouve sous une tension voisine de celle du réseau. Cette situation se produit au moment de la mise en service, le moteur accélérant de façon presque linéaire en fonction du moment d'inertie de tout le système tournant et de son propre eouple moteur au démarrage. (C'est une caracté- ristique intégrante). Mais pendant ce temps, TM et(TM - TR) diminuent, et au voisinage du régime de vitesse normal, où Nmoteur tend vers NR, La tension pilote USZ commence, elle aussi, à diminuer (cf. Fig. 2). Par suite de cette réduction de la tension pilote, la charge du transistor 24 diminue, l'impédance qu'il impose au primaire du transformateur augmente -et la tension aux bornes du moteur diminue. Dès lors, le couple moteur diminue, lui aussi, et le moteur n'augmentera plus guère sa vitesse. Une situation d'équilibre intervient au moment où la tension pilote est tombée jusqu'aux environs de 1,5 V. la tension qui s'applique au moteur est alors juste suffisapte pour que le couple de celui-ci assure une vitesse constante, en com- pensant les pertes par frottement.Dans cet état d'équilibre, lecuel est fonction de la valeur"K", TM =(1,02 à 1, 05)TR et le courant de charge qui parviendra au condensateur C4 en tassant par le transistor T3 du détecteur d'impulsions ne sera plus constitué oue d'impulsions très étroittes, le facteur d'utilisation dudit conde-sateur n'atteignant nlus aue 2@ à 5@. Etant donné cue le tensuion pilote attaque en perma nence le transistor T4,le courant corresnondant étant de l'ordre du milliampère, il faut que le courant de charge, qui ne nas--e nue pendant 2@ à 5 du temps, soit d'won ordre de grandeur surérieur.Si l'intensité continue à croître, la largeur utile de l'impulsion diminue, ou en d'autres termes, TI. tend vers TR. Dans le cas d'un courant de charge d'intensité infinie, la largeur des impulosions serait nulle et TI=TR. Il en résulterait une amnlification égale à l'infini dans l'organe de régulation,- si l'on ne tenait pas compte du caractère intégrant ?u moteur. rais si l'on tient compte de cette caractéristique, la valeur efficace de l'amplification du circuit est k = 20 - 40, mais cette grandeur neut être réglée selon les besoins en agissant sur les impulsions de charge, c'est-à-dire en modifiant les résistances disposées sur le circuit de la base du transistor T3. Il résulte de ce oui précède cue la vitesse de rotation du -oteur reste, au fond, de TR, c'est-à-dire du temps de référence du mul- tivibrateur mohostable. Or, la valeur de ce temps TR peut autre déterminée, en principe, à l'aide du condensateur 8. la canacité de En modifiant/celui-ci, on peut donc changer la vitesse de rotation, celle-ci pouvant être réglée par ailleurs, -indépendamment du condensateur précité,- par le potentiomètre dans une faible mesure. qui agit/sur le courant de charge, proportionnellement résistance nontre en série avec ledit potentiomètre. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de commande et de variation de la vitesse de rotation d'un moteur, et plus particulièrement d'un moteur asynchrone incorporé dans un tourne-discues dont le vitesse doit varier dans un domaine étendu, le plateau de l'appareil étant entraîné selon un rapport constant per l'intermédiaire d'une poulie à gorge et d'une courroie élastioue, utilement confectionnée en caoutchouc, ledit dispositif étant caractétisé en ce que la sortie d'un générateur tachymétrique, calé sur l'arbre du moteur asynchrone pour en détecter le vitesse de rotation, est connectée avec l'entrée d'un transducteur amplificateur, que la sortie de celui-ci est connectée avec l'entrée d'un multivibrateur monostable, que la sortie de ce dernier est connectén avec l'entrée d'un détecteur d'impulsions, que la sortie dudit détecteur est connecte avec l'en- trée d'un filtre nasse-bas, et qu'enfin la sortie du filtre est connectée avec l'entrée d'un quadripôle à impédance ré 'glable, ladite impédance étant disposée en série avec le moteur asynchrone, tandis qu'au multivibrateur monostable ont reliés, à titre d'organe de temporisation, un circui-t à condensateur et un circuit à résistance. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur tachymétrique détectant la vitesse de rotation est un disque denté calé sur l'arbre du moteur, une lampe à incandescence étant disposée en retard de l'une de faces dudit disque et un élément photosensible étant disposé en regard de l'autre face; que la sortie dudit élément est reliée à l'entrée-d'untransducteur constitué, selon des errements connus, de portes loqicues ET-NON (type TTL); que la sortie dudit transducteur est reliée, par l'intermédiaire d'une diode, à l'entrée d'un multivibrateur monostable oui est, par ailleurs, reccordé, par une connexion commune, à un circuit à capacité servant d'organe de temporisation, au circuit résistant et, d'autre part,à l'émetteur d'un transistor d'écuilibrage; rue la base d dudit transistor est reliée z un riviseur de tension forné d'une diode correctrice et de résis- tances, tandis que le collecteur de ce même traasistor est relié d'une part, à la terre par l'intermédiaire d'une résis- tance, d'autre part à l'entrée d'une série d'inverseurs compose de trois autres portes logiques ET-NON (type TTL); qu'à l'entrée de cette série est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance de contre-réaction, la sort.ie du second desdits irverseurs; que la sortie du troisième desdits inverseurs est reliée à la bas du transistor du détocteur d'impulsions par l'intermédiaire d'un diviseur à résistances, l'émetteur de ce même transistor tant raccordé à la tension de l'ali mentation, le collecteur étant, lui, raccordé à un condensateur relié lui-même à l'entrée d'un filtre passe-bas; ; que la sortie dudit filtre passe-bas est reliée à l'entrée d'un organe à impédance réglable, lequel est constitué par l'enrou- lement secondaire d'un transformateur, monté en parallèle avec un autre transistor par l'intermédiaire de diodes, tandis oue l'enroulement primaire dudit transformateur est monte en série avec le moteur et relié au réseau d'alimentation. 3~ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le générateur tachymétrique comporte un disque denté confectionné en un matériau magnétique et d'un détecteur électromagnétique monté en regard dudit disque.