Brevet FR2464478A1 — publié le 19810306

La présente invention a pour objet un dispositif d'alimentation d'un moteur pas à pas monophasé pour pièce d'horlogerie arrangé pour commander la marche du moteur par un premier type d'impulsions bipolaires de faible largeur ou par un second type d'impulsions bipolaires de plus grande lar- geur, un train dudit second type d'impulsions étant envoyé au moteur si ce derniern'a pas progressé d'un pas en réponse audit premier type d'impul- sions. Des dispositifs de commande de ce type sont connus et pour remédier aux inconvénients qu'ils présentent, la requérante a proposé une solution nouvelle dans sa demande de brevet qui porte le numéro d'enregistrement national français 79-16 816 et qui revendique le fait que le dispositif de commande comprend un détecteur de pas comprenant des premiers moyens pour prélever un premier signal Ud développé par le courant qui parcourt la bo- bine dudit moteur et des seconds moyens pour créer un second signal Uc = Ud dt dont la valeur indique si le moteur a progressé d'un pas en réponse à une impulsion-de faible largeur. La demande de brevet citée propose deux premiers moyens possibles pour prélever le premier signal Ud développé par le courant qui parcourt la bobine du moteur. Un moyen de détection comporte un pont dont une des branches est oc- cupée par la bobine du moteur, l'une des diagonales étant alimentée par les impulsions motrices et l'autre des diagonales délivrant le signal Ud. Si ce système présente de grands avantages sur ceux que propose l'état de la technique, il a l'inconvénient de ne prélever qu'une tension Ud très faible (de l'ordre de 20 mV) qui est une différence entre deux tensions de grande amplitude (de l'ordre de 1,5 V). Comme le coefficient de tem- pérature de la résistance de la bobine du moteur et celui des autres ré- sistances du pont ne sont pas les mêmes, on peut montrer que le dispositif ne fonctionnera pas de façon sûre dans une gamme étendue de température (par exemple de - 100C à + 600C). Un autre moyen de détection proposé par la demande citée comprend une bobine captrice insérée dans le circuit magnétique du moteur, la tension développée aux bornes de ladite bobine délivrant le signal Ud. Ce signal présente l'avantage de supprimer l* pont de résistance cité plus haut ain- si que les pertes qu'il entraîne et si la bobine comporte-un nombre suf- fisant de spires la tension Ud recueillie sera d'une amplitude plus con- fortable que celle prenant naissance sur la diagonale du pont. Il présente cependant l'inconvénient de nécessiter une bobine auxiliaire dans le cir- cuit magnétique du moteur, ce qui accroît le coût de construction et com- plique le câblage de la montre. C'est le but de la présente invention d'éliminer les inconvénients cidessus et de réaliser un dispositif de commande qui, s'il reste basé sur le principe général décrit dans la demande de brevet citée, propose des moyens nouveaux pour prélever le signal Ud aux bornes du moteur. Ce but est atteint grâce aux moyens revendiqués. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre et des dessins qui représentent le fonctionnement du moteur et de son dispositif de commande. La figure 1 est l'organigramme d'une alimentation avec contrôle du pas. La figure 2 représente les divers signaux appliqués au moteur. La figure 3 représente l'allure du couple mutuel,du couple de posi- tionnement et du flux mutuel aimant - bobine en fonction de la position du rotor. La figure 4 montre le schéma de principe du détecteur de position se- lon 1 'invention. La figure 5 est un graphique représentant la tension d'alimentation Ua, la tension induite Ui, la tension Uc à la sortie de l'intégrateur quand le rotor a franchi son pas. La figure 6 est un graphique représentant les mêmes données qu'en fi- gure 5 quand le rotor n'a pas franchi son pas. L'invention qui va être décrite vise en premier lieu la réduction de la consommation de la pièce d'horlogerie. On constate en effet qu'un mi- cromoteur de montre travaille en général pratiquement à vide. Toutefois, pour assurer un bon fonctionnement dans des cas particuliers comme varia- tion de température, champ magnétique extérieur, choc, accélération angu- laire, etc., on est obligé de le suralimenter, ce qui conduit à une con- sommation inutile de l'énergie de la pile. L'invention propose un nouveau dispositif du contrôle du pas du moteur qui permet d'adapter, avec de grandes marges de sécurité, l'alimentation en fonction de la charge, d'o il résulte un gain appéciable sur la consommation d'énergie. Le principe général d'alimentation du moteur tel qu'il a déjà été mentionné dans la demande de brevet citée plus haut est représenté dans la figure 1 qui est un organigramme d'alimentation avec contrôle du pas. Le moteur est alimenté normalement par des impulsions de courte durée (par exemple 6 ms) émises par le générateur 1. Un détecteur de position 2, ob- jet de la présente invention et qui sera décrit en détail plus loin permet de contrôler si le moteur a fait son pas. Si oui, l'organe de décision 3 fait savoir via la ligne 4 au générateur 1 qu'il doit continuer à alimen- ter le moteur. Si non, le même organe de décision commande par la ligne 5 le générateur 6 qui émet des impulsions de longue durée (par exemple 8 ms) qui alimentent le moteur et se substituent aux impulsions de courte durée. Cette substitution a lieu pendant un temps de n secondes fixé par le comp- teur 7. Aprés ce laps de temps, le moteur est à nouveau alimenté par des impulsions de courte durée. On voit que le moteur est alimenté alternati- vement et suivant les besoins soit par la boucle 8 donnant des impulsions de courte durée, le détecteur étant en fonctionnement, soit par la boucle 9 donnant des impulsions de longue durée pendant un temps déterminé par le compteur, le détecteur étant hors circuit. Les différentes anomalies qui peuvent se présenter lors du fonctionnement dues aux causes dont il a été question plus haut durent un certain temps. On comprendra donc qu'envoyer systématiquement une impulsion longue après chaque impulsion courte n'ayant pas réussi à faire progresser le moteur d'un pas serait dispendieux en é- nergie consommée et contraire au but que l'invention se propose d'attein- dre. La durée pendant laquelle sont envoyées au moteur les impulsions lon- gues est de l'ordre de 5 minutes, mais d'autres valeurs pourraient être choisies. La figure 2a représente-le train d'impulsions courtes qui.est envoyé au moteur lorsque celui-ci franchit son pas. Les impulsions 10, bipolaires et d'une durée de l'ordre de 6 ms, sont émises toutes les secondes par le générateur 1. La figure 2b représente le train d'impulsions longues Il d'une durée de l'ordre de 8 ms émis par le générateur 6, impulsions se succédant à un rythme de une seconde. Pour les raisons qui seront expli- quées plus loin, le début de l'impulsion longue est décalé de 40 ms par rapport au début de l'impulsion courte et lorsque le détecteur de position, après l'impulsion 12 montrée en figure 2c, décelle une absence de rota- tion, le train d'impulsions longues 13 est envoyé au moteur pendant envi- ron 5 minutes, après quoi le moteur est commuté à nouveau sur les impul- sions courtes 14. La figure 3 représente la valeur des couples C qui agissent sur le rotor en fonction de son angle de rotation o tor du moteur pas à pas est soumis à deux sortes de couples: un couple. statique de maintien Ca dû à l'aimant seul et un couple dynamique moteur Cab dû à l'interaction du flux de l'aimant avec le flux de la bobine lors- quecelle-ci est alimentée. Initialement le rotor est en position S1. Si une impulsion est envoyée au moteur et qu'il franchit son pas, il se re- trouvera en position S2. Sur la même figure 3, on a représenté la valeur du flux mutuel aimant - bobine y en fonction de l'angle de rotation du rotor. La présente invention est justement basée sur la valeur de ce flux qui prend des valeurs différentes selon que le moteur a progressé d'un pas ou non. Dans la demande de brevet citée plus haut, la requérante propose d'intégrer la tension recueillie aux bornes du moteur entre un temps t = O et un temps t = T _' 30 ms pour lequel tout courant a cessé dans la bobine du moteur. Cette façon de faire oblige l'utilisation du pont de résistan- ces ou de la bobine auxiliaire, comme cela a été expliqué. La présente invention, elle, propose de n'utiliser que la bobine prin- cipale du moteur pour détecter la différence de flux qui est égale à la tension induite développée aux bornes de la bobine, intégrée entre deux limites qui seront définies plus bas. Comme cette bobine n'est pas dispo- nible pendant le temps d'alimentation ou d'impulsion motrice, l'intégra- tion ne pourra plus avoir lieu à partir du temps t = 0, mais à partir d'un temps t = t2 qui est le temps nécessaire au rotor du moteur pour franchir un pas, c'est-à-dire passer de-la position S1 à la position S2. Comme le montre la figure 3, la valeur du flux y vaut 4J (t2) si le rotor a franchi son pas et qu'il se trouve en position S2. Cette valeur sera la même si on la mesure à un temps t3 qui suit le temps t2 et qui lui est distant de plusieurs millisecondes. En conséquence 1 t3 _ 1 [ Uc = Ad 2 Ui dt = Tc- (t3) - y (t2) = O puisque y (t2) = ' (t3) comme cela vient d'être dit. Ceci signifie que si le rotor a franchi son pas, la tension à la sortie de l'intégrateur est substantiellement nulle. On supposera maintenant que, à la suite d'une augmentation de charge, le rotor n'a pas franchi son pas. Dans ce cas, comme le montre la figure 3, le rotor se trouvera au temps t = t2, par exemple au point M situé en- tre SI et S2. A cette position correspond une valeur de flux Y (M). Au temps t = t3,-le rotor sera retourné à son point de départ Sl pour lequel la valeur du flux est dé Y (S1). En conséquence >Ui dt= - yF (si)M RC Jt2 RC L - J O ce qui signifie que si le rotor n'a pas franchi son pas, la tension à la sortie de l'intégrateur est différehte de zéro. Cette démonstration montre bien qu'en intégrant la tension induite développée par le moteur entre un temps t = t2 qui est celui nécessaire au déplacement du rotor à sa nouvelle position S2 et un temps t = t3 qui suit le temps t2 et qui lui est distant de plusieurs millisecondes, on obtient deux niveaux de tension très différents suivant que le moteur a fait son pas ou non. Pour cette mesure, il est nécessaire de mettre le moteur en circuit ouvert entre les temps t2 et t3, ce qui est réalisé par un circuit de commutation qui sera expliqué plus loin. Entre la période d'alimenta- tion (O à tl) et la période de mesure de la tension induite (t2 à t3), il est prévu une période de court-circuit de la bobine (tl à t2) qui sert à stabiliser le mouvement du rotor. De même, il est prévu entre la période t2 à t3 et le moment del'arrivée d'une nouvelle impulsion motrice en t4 une pé- riode t3 à t4 o la bobine du moteur est mise en court-circuit, ceci per- mettant au moteur de mieux résister aux chocs qui peuvent se présenter. La-figure 4 montre un schéma de principe possible pour mettre en oeuvre l'invention. Dans ce schéma, la bobine 15 du moteur reçoit des im- pulsions alternées lorsque les interrupteurs 31 - 32, respectivement 33 - 34 sont fermés. Ces interrupteurs forment un circuit de commutation. Le tableau ci-après indique la position des interrupteurs 31 à 34 en fonction des périodes (0 à tl) à (t3 à t4) définies plus haut et selon l'invention. Pour une impulsion positive, la séquence de commande des interrupteurs s'é- tablit de la façon suivante: Il est bien clair que dans les techniques actuelles se sont des tran- sistors qui jouent le rôle des interrupteurs. De plus, les valeurs des pé- riodes sont indicatives et conviennent pour une certaine construction de moteur. D'autres valeurs pourraient être choisies sans s'écarter pour au- tant de l'objet de l'invention. Le circuit de commutation 31 à 34 est commandé par un circuit de re- mise en forme 21 lui-même recevant ses informations d'un circuit oscilla- Période Interrupteurs 31 32 33 34 0 à tl ( 0 à 5,5 ms) fenné fermé ouvert ouvert tl à t2 ( 5,5 à 12 ms) fermé ouvert fermé ouvert t2 à t3 (12 à 30 ms) ouvert ouvert ouvert ouvert t3 à t4 (30 ms à 1 s) fermé ouvert fermé ouvert 6 2464478 teur - diviseur 20. Ce circuit 21 comprend le générateur d'impulsions cour- tes 1 et le générateur d'impulsions longues 6 et le compteur 7, tel que cela a été expliqué à propos de la figure 1. Les électrodes de commande des transistors 31 à 34 sont commandées par les signaux de la figure 2a selon les séquences du tableau ci-dessus ou par les signaux de la figure 2c suivant que le rotor du moteur a franchi son pas ou non. La tension Ui recueillie aux bornes de la bobine 15 est connectée à l'entrée d'un cir- cuit différentiel 22. Un signal de commande 23 ouvre ce circuit pendant la seule période t2 à t3, c'est-à-dire pendant le temps o doit être lue la tension induite développée par le moteur. La tension Ui recueillie à la sortie du circuit 22, rendue asymétrique, peut attaquer l'intégrateur 28. A la sortie de l'intégrateur, le signal rt3 Uc = I Ui dt d 2 est comparée à un signal de référence Ur dans un comparateur 25. Cette comparaison a lieu à la fin de la période d'intégration, c'est-à-dire au temps t3 grâce à un signal d'horloge provenant du diviseur de fréquence. Si Uc est plus petit que Ur, le moteur a franchi son pas et il n'apparaît aucun signal à la sortie du comparateur: le circuit de commande continue à émettre des impulsions de courte durée. Si au contraire Uc est plus grand que Ur, le moteur n'a pas franchi son pas et il apparaît un signal Us à la sortie du comparateur qui, par la ligne 26, oblige le circuit de commande à émettre un train d'impulsions de longue durée 13 comme cela est montré en figure 2c. Pendant le temps o sont émises les impulsions 13, on bloque le circuit 22 par la ligne 27. Comme expliqué plus haut, la mesure de la tension Uc par le compara- teur a lieu à la fin de la période d'intégration, au temps t3. Comme ce temps t3 est de l'ordre de 30 ms, on comprendra la raison du décalage en- tre le début de l'impulsion courte et le début du train d'impulsions lon- gues, comme montré sur la figure 2c. Ce décalage dépend naturellement de l'instant qui a été choisi pour la mesure de la tension Uc puisque le train d'impulsions longues n'interviendra, si nécessaire, qu'après ladite mesure. La figure indique un décalage de 40 ms pour une mesure faite après ms. Si cette mesure est faite plus tôt suivant le type de moteur, par exemple après 20 ms déjà, le décalage pourra être raccourci à 30 ms. La figure 5 est un graphique représentant la tension aux bornes du moteur, Ua étant la tension d'alimentation, Ui la tension induite à par- tir du temps t2 et Uc la tension à la sortie de l'intégrateur. Le graphi- que montre aussi le courant i dans la bobine du moteur. Dans ce cas, la 24l6 4478 charge appliquée au moteur est de 0,05 pNm et on constate que le moteur a franchi son pas. La tension Uc recueillie à la sortie de l'intégrateur.est nulle au temps t3 (30 ms), instant de la mesure par le comparateur, et au- cun signal n'apparaît à la sortie dudit comparateur. La figure 6 est un graphique qui représente la situation dans laquel- le se trouve le même moteur pour une charge de 0,1,pNm et pour laquelle il est constaté que le rotor n'a pas franchi son pas. La tension Uc recueil- lie à la sortie de l'intégrateur est très grande au temps t3 (30 ms), ins- tant de la mesure par le comparateur, et un signal apparaît à la sortie dudit comparateur qui oblige le circuit de commande à émettre un train d'impulsions de longue durée. Les améliorationsqui viennent d'être décrites confèrent au moteur un asservissement très sûr, lequel asservissement a pour but, comme déjà men- tionné auparavant, de diminuer la consommation d'énergie de la pièce dhor- logerie et d'y parvenir en intégrant la tension induite développée aux bornes du moteur. Le système peut convenir à n'importe quel type de moteur pas à pas. Si ce moteur est dimensionné pour l'asservissement que propose la présente invention, une économie d'énergie de l'ordre de 60 % peut être mesurée. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation d'un moteur pas à pas monophasé pour pièce d'horlogerie arrangé pour commander la marche du-moteur par un pre- mier type d'impulsions bipolaires de faible largeur ou par un second type d'impulsions bipolaires de plus grande largeur, un train dudit second type d'impulsions étant envoyé au moteur si ce dernier n'a pas progressé d'un pas en réponse audit premier type d'impulsions, caractérisé par le fait qu'il comprend des premiers moyens grâce auxquels, après chaque im- pulsion bipolaire de faible largeur de première période O à tl, le moteur est mis en circuit ouvert pendant une seconde période t2 à t3 et des se- conds moyens pour détecter un premier signal Ui développé aux bornes du moteur pendant ladite seconde période et pour créer un second signal rt3 Uc Ui dt - U t2 qui, s'il est supérieur à un signal de référence donné, indique que le mo- teur n'a pas progressé d'un pas en réponse à une impulsion de faible lar- geur et qu'il doit être alimenté par ledit train d'impulsions de plus grande largeur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moteur est mis en court-circuit pendant une période tl à t2 située en- tre ladite première période O à tl et ladite seconde période t2 à t3 et pendant une période t3 à t4 située entre ladite seconde période t2 à t3 et l'arrivée de la prochaine impulsion motrice. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que lesdits premiers moyens comportent un système de commande pour commander la marche du moteur par ledit premier type d'impulsions compre- nant un oscillateur, un diviseur de fréquence, un circuit de remise en forme, un circuit de commutation incluant la bobine du moteur et que les- dits seconds moyens comportent un circuit différentiel pour prélever le- dit premier signal Ui, un intégrateur pour intégrer ledit signal Ui et créer ledit second signal Uc et un comparateur pour comparer ledit signal Uc à un signal de référence Ur pour produire un signal de détection Us si le moteur n'a pas progressé d'un pas en réponse à ladite impulsion de faible largeur. 4. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la valeur des temps tl à t3 est comprise dans les fourchettes suivantes: tl de 2 à 7 ms, t2 de 8 à 20 ms et t3 de 20 à 40 ms.