Brevet FR2476933A1 — publié le 19810828

i La présente invention concerne un circuit d'entraî- nement d'un moteur et notamment d'un moteur à courant continu sans balai, permettant de linéariser la commande du couple fourni par le moteur. La figure 1 montre un moteur à courant continu, sans balai et son circuit d'entraînement théorique. Selon la figure 1, les enroulements de stator Ll, L2 et L3 du moteur sont répartis à un intervalle angulaire de 1200 entre eux. Le rotor Rt est un aimant permanent et le dispositif comporte des détecteurs Hi, H2, H3 qui se composent chacun par exemple d'un élément à effet Hall. Les dispositifs Hl-H3 sont disposés de façon équi-angulaire à 1200 en regard du rotor Rt pour détecter une phase de rotation du rotor Rt. Les signaux de sortie fournis par les dispositifs Hl-H3 sont appliqués a un circuit de commande logique de commutation Al qui assure la commande de commutation des transistors de commu- tation de sortie Ql-Q6 de façon cyclique. Les enroulements Ll-L3 reçoivent les impulsions d'entraînement Vl-V3 comme le montre la figure 2A; le rotor Rt tourne dans ce cas dans le sens direct. En même temps, les enroulements Ll-L3 génèrent des tensions contre-électromotrices El-E3 (figure 2B). Lorsque le niveau logique sur la borne Ti du circuit de commande Ai change, l'impulsion d'entraînement V2 est fournie à l'enroulement L3 et l'impulsion d'entraînement V3 est fournie à l'enroulement L2, si bien que le moteur tourne en sens inverse. Lorsqu'un moteur comme celui décrit ci-dessus effectue une accélération ou une décélération dans une plage de rotation étendue, par exemple en passant de 1000 tours par minute en sens direct à 1000 tours en sens inverse ou encore lorsque le moteur est utilisé dans un entraînement de bobine d'un magnétos- cope (encore appelé appareil "VTR") pour régler toute tension de bande ou effectuer l'accélération et la décélération de la vitesse de la bande, il faut que le couple du moteur soit réglé de façon linéaire pendant le freinage ainsi que pendant l'en- traînement. Toutefois dans un circuit d'entraînement classique tel que celui de la figure 1, on ne peut régler le couple à une valeur déterminée. En d'autres termes, les transistors Ql-Q6 sont considérés chacun comme une diode puisqu'il s'agit de dispositifs unidirectionnels, on obtient pendant le fonctionne- ment en entraînement, le circuit équivalent représenté à la figure 3; pendant le fonctionnement en freinage, on obtient le circuit équivalent représenté à la figure 4; dans ces schémas Rn est la résistance d'un certain enroulement de stator; In est le courant qui traverse l'enroulement ci-dessus, et Vn est la tension d'alimentation. Ainsi pendant le freinage (figure 4), même si on a Vm = 0, le courant In correspond à la tension contre-électromotrice En pour donner un couple corres- pondant au courant In si bien que l'on ne peut régler le couple à une valeur déterminée. La présente invention a pour but de créer un circuit d'entraînement d'un moteur à courant continu, et notamment d'un moteur à courant continu sans balai, présentant moins de perte de puissance. A cet effet, l'invention concerne un circuit à cou- rant constant, variable branché en série sur un moteur à cou- rant continu sans balai, et un couple moteur présente un couple de freinage déterminé par l'intensité fixée par le circuit de courant constant variable donné ci-dessus. Pour l'alimentation dynamique de la polarisation de fonctionnement minimale du circuit à courant constant variable, branché en série sur les enroulements du moteur, il.est prévu une boucle de commande de la tension d'alimentation. - Comme exemple d'application de l'invention, on a un circuit de commande d'un moteur d'entraînement de bobine pour un magnétophone ou un magnétoscope. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un circuit d'entratne- ment d'un moteur à courant continu, sans balai selon l'art antérieur. - les figures 2A et 2B sont des chronogrammes ser- vant à expliquer le fonctionnement du circuit d'entraînement selon l'art antérieur. - les figures 3 et 4 sont des circuits équivalents du circuit d'entraînement de la figure 1. - la figure 5 est un schéma d'un exemple de circuit d'entraînement de moteur à courant continu selon l'invention. - les figures 6-8 sont des schémas d'autres exemples de l'invention. - les figures 9 et 10 sont des schémas d'exemples pratiques de l'invention correspondant aux circuits des figures et 7 respectives. la figure Il est un schéma d'un exemple plus pratique d'un circuit d'entraînement d'un moteur à courant continu selon l'invention. - les figures 12A, 12B, 12C sont des courbes caracté- ristiques de la tension en fonction du couple servant à expli- quer le fonctionnement du circuit de la figure 1. - les figures 13 et 14 sont des circuits complémen- taires du circuit d'entraînement de la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION: Selon la figure 5, un montage en série formé par le chemin émetteurcollecteur d'un transistor QI, des diodes Dl et D4 et du chemin émetteurcollecteur d'un transistor Q4, et d'un circuit d'un courant constant, variable A2 du type à puits de courant est branché entre la borne d'alimentation T2 fournissant la tension continue Vm et la masse. Il est prévu de même un montage en série formé d'un transistor Q2, des diodes D2et D5 et d'un transistor Q5 ainsi que d'un montage en série formé du transistor Q3, des diodes D3, D6 et d'un transistor Q6, respectivement en parallèle sur le montage en série formé par le transistor Ql, les diodes Dl, D4 et le transistor Q4. En outre aux différents points de jonction des diodes Dl et D4, D2, D5, D3 et D6, on a branché les enroulements de stator Ll-L3 du moteur. L'intensité du courant du circuit à courant constant A2 est réglée par le signal de commande fourni par la borne T3. Dans le montage ci-dessus, les intensités ou courants Il-I3 traversant les enroulements Ll-L3 sont absorbées par le circuit à courant constant A2, séquentiellement de façon que ces courants puissent être commandés par le tircuit à courant cons- tant A2. On peut ainsi régler librement et de façon linéaire le couple du moteur en changeant le circuit à courant constant A2. Dans ces conditions, les diodes Dl-D6 servent à protéger les transistors Al-A6 contre les tensions de claquage base-émetteur. Dans l'exemple de la figure 6, le circuit à courant constant A2 est à source de courant; ce circuit est branché sur la sortie chaude des enroulements du moteur. Dans le circuit de la figure 7, les transistors Q4- Q6 sont polarisés de façon à travailler en classe A; ces transistors constituent un dispositif de commutation ainsi qu'un circuit à courant constant A2. Le circuit de commande AI com- mande l'état de blocage et de conduction des transistors Qll à Q13. Le courant du moteur In est détecté par la résistance Ro; le signal de sortie de détection est appliqué à un comparateur A3 qui le compare au signal de commande de la borne 3. Puis, le signal de sortie de comparaison fourni par le comparateur A3 est appliqué par les transistors Qll-Q13 aux transistors Q4-Q6 de façon que les transistors Q4-Q6 fonctionnent comme circuits à courant constant A2. Dans l'exemple ci-dessus, comme les transistors Q4-Q6 jouent le r8le de dispositifs de commutation constituant une source de courant constant, on ne peut réduire l'enveloppe de l'ensemble du circuit. De même chacun des transistors Q4-Q6 fonctionne comme circuit à courant constant pendant seulement 1/3 du temps si bien que chaque transistor génère moins de chaleur, ce qui est intéressant pour le rayonnement calorifique. Dans l'exemple de la figure 8, les transistors Ql-Q3 sont égaux aux transistors Q4-Q6 de la figure 7 et tra- vaillent comme des circuits à courant constant ainsi que comme des circuits de commutation. La figure 9 donne un exemple pratiqued'un circuit correspondant à celui de la figure 5. Dans ce circuit, les transistors Ql-Q6 sont constitués par des montages Darlington et le circuit à courant constant A2 est formé d'un amplifica- teur opérationnel Ao, d'un transistor de sortie Qo et d'une résistance de détection de courant Ro. Si la tension de com- mande sur la borne T3 change, le courant de collecteur du transistor Qo change et régle librement le couple du moteur en fonction de la tension de commande. Les transistors Q7-Q9 et Q15-Q17 constituent des transistors tampons de commutation commandés chacun par le c8té émetteur. La figure 10 donne un exemple de circuit pratique correspondant au circuit de la figure 7. Dans ce circuit, le comparateur A3est constitué par un amplificateur opérationnel Ao et par la résistance de détection de courant Ro. La figure 11 montre un exemple plus pratique qui est en fait destiné à un moteur de bobine d'un magnétoscope. Dans l'exemple de la figure 11, on effectue également la commande dynamique de la tension d'alimentation du moteur. Comme le circuit à courant constant A2 branché en série sur le moteur à courant continu utilise le chemin collecteur-émetteur du transistor pour générer un courant constant, au moins une chute de tension de la tension collecteurémetteur VcE provoque une perte de puissance d'une valeur égale au produit de la chute de tension VcE par le courant du moteur. Pour fixer la perte de puissance ci-dessus à une valeur minimale, le circuit de la figure 11 utilise un circuit complémentaire comme celui repré- senté aux figures 13 ou 14. Selon la figure 13, le circuit comporte un amplifi- cateur opérationnel A7 qui reçoit une tension de référence Vr sur son entrée non inversée; cette tension est fournie par la source de tension Vo. Le moteur M et le circuit à courant cons- tant A2 sont branchés en série entre la sortie de l'amplifica- teur A7 et la masse; le point de jonction du moteur M et du circuit à courant constant A2 est relié à l'entrée inversée de l'amplificateur A7. Dans le montage ci-dessus, le courant qui traverse le moteur M est déterminé par le circuit à courant constant A2; ainsi le couple du moteur M peut se commander librement par la tension de commande de la borne TI. Dans ces conditions, la chute de tension VcE dans le circuit à courant constant A2 est comparée à la tension de référence Vr dans l'amplificateur opérationnel A7; le signal de sortie de comparaison Vh est appliqué au moteur M, ce qui donne VcE=Vr. Si la tension de référence Vr peut être maintenue à la valeur minimale néces- saire au fonctionnement du transistor à courant constant, la chute de tension VcE peut être réduite à un niveau faible et le transistor à courant constant est maintenu à l'état de fonc- tionnement normal. Il en résulte que l'addition du circuit ci-dessus permet de commander librement le couple du moteur à courant continu et de réduire ainsi la perte de puissance. Dans l'exemple de la figure 14, il est prévu un additionneur Ad entre la sortie de l'amplificateur opérationnel A7 et le moteur M; la tension de commande de la borne Tl est appliquée par la résistance Rm à l'additionneur Ad. La valeur de la résistance Rm est rendue égale à la résistance en courant continu du moteur M. Ainsi dans ce cas la résistance en courant continu du moteur M est compensée par la résistance Rm, si bien que la tension de commande de la borne Tl permet de régler dans une très large mesure le couple du moteur M. Pour le fonctionnement ci-dessus du circuit de la figure 11, il faut l'amplificateur opérationnel A7 et une boucle de commande par les diodes D7, D8, D9. Les tensions de fonction- nement des transistors Q4-Q6 sont ainsi appliquées en retour à l'amplificateur opérationnel A7 et la tension minimale nécessaire est appliquée au circuit du moteur. Le circuit-de la figure 11 est en outre complété par un comparateur A6, un amplificateur opérationnel A4 et un circuit de commutation AS pour sa commande bidirectionnelle. En d'autres termes, la borne T3 reçoit une tension de commande dont la polarité et le niveau varient en fonction du couple nécessaire comme l'indique la courbe en trait plein à la figure 12A; cette tension de commande est appliquée à l'amplificateur opérationnel A4 pour donner une tension de commande qui varie de façon complémentaire à la tension de commande d'origine représentée par un trait en pointillé à la figure 12A. Les tensions de commande sont fournies au circuit de commutation AS. La tension de commande de la borne T3 est également fournie au comparateur A6 qui transforme cette tension en un signal dont le niveau varie suivant la direction du couple (figure 12B); ce signal.est appliqué comme signal de commande au circuit de commutation A5 pour dériver une tension continue dont le niveau correspond à la valeur absolue du couple (figure 12C) du circuit de commutation AS. Cette tension continue est appliquée à l'amplificateur opérationnel A3 de commande de couple du moteur. La tension de sortie du comparateur A6 est également fournie à la borne Tl comme signal de commande du sens du couple (c'est-à-dire du sens de rotation). De plus l'amplificateur opérationnel A7 commande la tension d'entraînement du moteur selon les figures 12A-12C pour donner un circuit d'entraînement du couple du moteur qui soit très efficace. R E V E N D I C A T I 0 N S ) Circuit d'entraînement d'un moteur à courant continu pour commander le couple du moteur à courant continu, circuit comportant une première borne d'alimentation (T2) et une seconde borne d'alimentation ainsi que les enroulements de moteur (Ll, L2, L3) branchées entre la première borne d'alimen- tation et la seconde borne d'alimentation pour recevoir la puissance d'entraînement, circuit caractérisé par un circuit à courant constant variable (Ql-Q6, Dl-D6),- branché entre les enroulements (Ll^ L2, L3) du moteur et l'une des deux bornes d'alimentation pour régler le couple du moteur à courant con- tinu en fonction d'un signal de commande (T3) appliqué à un circuit de courant constant (A2) variable. ) Circuit d'entratnement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de détection (A3) relié au circuit à courant constant variable (A2) pour détecter les chutes de tension aux bornes du circuit à courant constant et un circuit de commande d'alimentation relié au circuit de détection pour régler la tension d'alimentation entre la première et la seconde bornes d'alimentation et la fixer à une valeur déterminée. ) Circuit d'entra nement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur à courant continu est un moteur sans balai à plusieurs enroulements (Ll, L2, L3) et un détecteur de position (Hl, H2, H3) ainsi que plusieurs ensembles de circuits de commutation (Ql,Q4, Q2, Q5, Q3, Q6) en fonction des signaux de sortie des détecteurs de position pour entraîner le moteur à courant continu dans le sens direct ou dans le sens inverse. 4 ) Circuit d'entraînement selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun des différents ensembles de circuits de commutation se compose d'une paire de dispositifs de commutation branchés en série et chaque enroulement du moteur est relié au point de jonction de ces différents dispo- sitifs de commutation branchés en série. ) Circuit d'entraînement selon la revendication 4, caractérisé en'ce que l'un des dispositifs de commutation de chacun des ensembles de circuits de commutation est polarisé pour travailler comme circuit à courant constant variable. 6 ) Circuit d'entraînement selon la revendication , caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de détection relié au point de jonction pour détecter la chute de tension aux bornes de l'un des dispositifs de commutation et un circuit de commande d'alimentation relié au circuit de détection pour régler la tension d'alimentation entre la première et la seconde bornes d'alimentation à une valeur prédéterminée.