Brevet FR2492533A1 — publié le 19820423

i La présente invention concerne un générateur t signal de détection de position. La figure 1 montre un système de détection de rotation, classique par exemple pour le tambour rotatif d'un magnétoscope à bande. En général, un tel système de détection de rotation nécessite un générateur de fréquence (FG) pour coe mander la vitesse de rotation et un générateur d'impulsions (I pour détecter la phase de rotation de la tête magnétique. A l1 figure 1, le générateur de fréquence est formé d'une tête de détection FG 1 et de plusieurs pièces magnétiques 3 fixées suI le tambour rotatif 2 en regard de la tète de détection FG 1. I générateur d'impulsions est composé d'une tète de détection 4 et d'un aimant en une seule pièce 5. Les signaux de sortie deE têtes de détection de la figure 1 sont donnés à la figure 2. Dans cette figure, la partie A correspond au signal de sortie de la tète de détection PG 4 et la partie B correspond à la sortie de la tête de détection FG 1. Il faut ainsi deux systèmes de commande de rot tion pour les générateurs FG et PG dans cet appareil. Cela se traduit par un grand nombre de pièces. L'appareil électrique est de ce fait coûteux et difficile à miniaturiser. En outre a la position de rotation de l'élément rotatif est détectée de façon exacte à partir du signal de détection de position de rc tion de la courbe A de la figure 2, il faut trouver un point d passage à zéro Z, ce qui complique le circuit. Le système de détection de rotation de la figu 1 utilise une tête de détection magnétique. On utilise égaleme souvent un photo-interrupteur (à intersection de rayon lumineu ou un photoréflecteur (réflecteur de lumière) comme générateur PG et PG dans un appareil d'enregistrement/reproduction à dis- que souple. Toutefois cette solution présente les inconvénient déjà mentionnés. La présente invention a pour but de créer un générateur de signal de détection de position qui permet de détecter la position absolue d'un organe mobile ou organe rota tif, et qui soit de construction simple et travaille de façon très précise tant pour détecter la vitesse de rotation que pou détecter la position de rotation, qui soit peu coûteux et puis être miniaturisé. A cet effet, l'invention concerne un générateu de signal de détection de position comportant un milieu géné- rant un premier signal de position ou de vitesse monté sur l'organe rotatif ou mobiles un milieu générateur d'un second signal de position ou de vitesse monté sur le corps rotatif ou mobile, le premier signal de position ou de vitesse ayant une période différente de celle du second signal de position ou de vitesse, des éléments de détection du premier et du second signal, ces éléments étant répartis en correspondance avec le milieu générateur du premier et du second signal de position ou de vitesse, un circuit de détection de flanc pour différentier celui des premier et second signal dont la période est la plus longue et détecter le flanc avant ou le flanc arrière de celui des signaux de sortie du premier et du second moyens de détec- tion de signal, ainsi que des circuits donnant le produit logi- que des autres signaux de sortie du premier et du second élé- ments de détection par le signal de sortie du circuit de détec- tion de flanc, pour obtenir un signal représentatif de la phase de rotation de l'organe rotatif ou d'uneposition fixe sur l'organe mobile, à partir de la sortie du circuit donnant le produit logique. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'un système de détection de rotation, classique pour le tambour rotatif d'un magnétoscope à bande. - la figure 2 représente les courbes des signaux de sortie fournis par les têtes de détection de la figure 1. - la figure 3 est une vue en perspective sché- matique d'un système rotatif d'un appareil d'enregistrement/ reproduction à disque souple selon un mode de réalisation de l'invention. - la figure 4 est une vue en plan d'un stator du moteur de la figure 3. - la figure 5 est une vue en plan d'un rotor du moteur de la figure 3. - la figure 6 est une coupe transversale du moteur de la figure 3. - la figure 7 est un schéma d'un circuit d'en- traînement du moteur de la figure 3 et d'un circuit générant un signal de détection de position. - la figure 8 représente des chronogrammes ser- vant à expliquer le fonctionnement du schéma de la figure 7. -,la figure 9 représente des chronogrammes d'un exemple dans lequel le nombre de pôles magnétiques est égal à 6 et le nombre de parties de dents de détection FG est égal à dans le cas du moteur de la figure 3. - les figures 10 et Il sont des schémas de variante de la partie de détection FG de la figure 7, avec modi- fication électrique des rapports de travail des signaux FG. - la figure 12 est un schéma d'un moteur corres- pondant à un autre mode de réalisation de l'invention, avec détection du signal FG par un circuit DME. - la figure 13 représente des chronogrammes correspondant à un exemple dans lequel le nombre de pôles magné- tiques est égal à 8 et le nombre de parties de détection FG égal à 5 dans le cas du moteur des figures 3 ou 12. DESCRIPTION DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION PREFERENTIELS La figure 3 est une vue en perspective schéma- tique d'un système de rotation d'un appareil d'enregistrement/ reproduction à disque souple correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, on obtient un signal de détection de la phase de rotation du dis- que souple à partir du signal FG du système de détection de la rotation et du signal de détection de position du rotor d'un moteur sans balai pour commander le système de rotation. La figure 4 est une vue en plan du stator du moteur. La figure 5 est une vue en plan du rotor. La figure 6 est une coupe par- tielle du moteur. A la figure 3, le disque souple 8 est fixé à la culasse 10 du moteur d'entraînement 9 par exemple à laide d'un mandrin magnétique (non représenté). Un aimant magnétique 11 est fixé contre la surface inférieure de la culasse 10 du rotor. Un ensemble d'enroulements 12 est monté sur la plaque de base 15 du stator (figure 4) en regard de l'aimant de champ 11. Les enroulements 12 sont alimentés alternativement pour entrai- ner la culasse 10 du rotor. La culasse 10 est chromée. Comme représenté à la figure 5, des découpes 13 sont réalisées à intervalles réguliers dans la paroi périphérique de la culasse 10. Un photo-réflecteur 14 est monté sur la plaque de base 15 du stator au voisinage de la paroi périphérique de la culasse 10 du rotor; ce photoréflecteur 14 se compose d'un élément photo-émetteur et d'un élément photosensible. L'élément photosensible reçoit la lumière réfléchie par la partie dentée 17 mais non par la découpe 13 de la paroi périphérique de la culasse 10; l'élément photosensible génère ainsi un signal de détection de vitesse de rotation ayant une fréquence prédéter- minée.. En outre un élément à effet Hall 16 est monté sur la plaque de base 15 pour détecter la position de rotation du rotor. L'élément à effet Hall 16 détecte l'inversion de champ de l'aimant de champ 11 pour donner un signal dit "de détection de position de rotor" qui est utilisé comme signal de commutation à alimentation/coupure pour commuter l'alimentation des enroulements 12. Le moteur correspondant à ce mode de réalisation est un moteur sans balai à commutation biphase utilisant un élément de détection de position de rotor. Pour éviter le point mort de rotation auquel le couple de rotation s'annule au moment de la commutation, les plages angulaires du p8le N et du pôle S de l'aimant de champ Ll-ne sont pas symétriques. Ainsi les pôles N et S sont formés à intervalles réguliers à la sur- face périphérique de l'aimant de champ 11 (rapport de travail de 50 %) uniquement pour la détection de position. La figure 7 montre un exemple de circuit d'en- trainement des deux générateurs de signal de détection de posi- tion pour le moteur représenté aux figures 3 à 6. La figure 8 représente des chronogrammes servant à expliquer le fonctionne- ment du circuit de la figure 7. Le nombre de pôles de l'aimant de champ du moteur correspondant à ce mode de réalisation est égal à quatre et le nombre de parties en forme de dents 17 pour la détection FG est égal à cinq. Selon la figure 7, le signal de sortie de l'élé- ment à effet Hall 16 est appliqué à un amplificateur opération- nel 20. Le signal de détection de position de rotor PS à deux périodes par rotation comme représenté par le chronogramme A (figure 8) est fourni par l'amplificateur opérationnel 20. Ce signal PS est appliqué au transistor T1. Pour la partie de niveau bas du signal PS, on alimente l'enroulement de phase A 12a. Le signal inverse P obtenu sur le collecteur du transistor T1 est appliqué au transistor T2. Pour la partie de niveau bai du signal PS, on alimente l'enroulement de phase B, 12b. Par ailleurs, la lumière de la diode photo- émettrice 21 du photoréflecteur 14 est réfléchie par la partii en forme de dent 17 du rotor 10 pour revenir sur le photo- transistor 22. Sur l'émetteur du phototransistor 22, on obtiei un signal de détection de fréquence FG de cinq périodes par rotation (chronogramme C, figure 8). Ce signal est fourni à l'amplificateur opéra- tionnel 23 qui l'amplifie et le met en forme. Le signal de sortie de l'amplificateur 23 est appliqué à un convertisseur fréquence/tension 24 qui le transforme en une tension Vf pro- portionnelle à la vitesse de rotation du rotor. La tension Vf est comparée au signal de sortie Vr de la source de tension dE référence 26 dans le comparateur 25. Le signal de sortie d'erreur Vs du comparateur 25 est appliqué comme tension d'as- servissement au transistor de commande T3 pour commander l'in- tensité du courant qui traverse les enroulements 12a, 12b et maintenir constante la vitesse de rotation du rotor. Les positions relatives des p8les de l'aimant de champ 11 par rapport aux parties en forme de dents 17 du rotor 10 de la figure 5 et de l'élément à effet Hall 16 pour 1 détection de position du rotor pour le photoréflecteur de détection FG sont déterminées pour que le flanc avant d'un signal PS par tour corresponde à la partie de niveau bas du signal FG (chronogrammes A, C, figure 8). Le signal de sortie de l'amplificateur opéra- tionnel 20 est appliqué à un différentiateur formé d'un conden sateur 27 et d'une résistance 28 pour être différentié (chrono gramme B, figure 8). On détecte ainsi la position du flanc avant du signal PS. L'impulsion négative du signal de différen tiation PS' ne peut traverser la porte ET 29 en aval du diffé- rentiateur. Ainsi ce signal n'apparait pas dans le chronogramm B de la figure 8. Par ailleurs, le signal de sortie de l'ampli ficateur opérationnel 23 comme signal FG est fourni par l'inve seur 30 à la porte ET 29. Selon la figure 8D, la porte ET 29 donne un signal de détection de phase de rotation PG par tour. Pour l'angle de rotation égal à 1800 , on obtient une impulsion de différentiation PS' à partir du signal PS. Toutefois comme représenté dans le chronogramme C de la figure 8, le signal FG est alors au niveau hautAinsi pour l'angle de rotation de 1800, on n'extrait pas la position du flanc avant du signal PS comme le signal PG de la porte ET 29. Le signal de sortie de la porte ET 29 est fourni comme signal PG à un circuit de commande (non représenté) pour régler l'opération reproduction/enregistrement du disque souple 8. Le signal FG tel que représenté à la figure 8 est au niveau haut pour un angle de rotation égal à 00. Dans ces conditions, l'inverseur 30 n'est pas nécessaire dans le montage de la figure 7. De plus un élément de détection magnétique tel qu'un composant DME peut être utilisé à la place du photoréflecteur 14 selon la figure 7. Le nombre de parties en forme de dents 17 pour FG n'est pas nécessairement un nombre entier supérieur à trois ou non divisible par deux. La figure 9 montre divers chronogrammes corres- pondant au cas d'un nombre de pôles de l'aimant de champ.ll et du nombre de parties en forme de dents 17 de détection FG égaux respectivement à six et cinq dans le moteur. De même dans ce cas, on règle un signal de différentiation PS0 correspondant au flanc avant du signal PS de détection de la position du rotor pour un angle de rotation égal à O' réglé pour correspondre à la partie de niveau bas du signal FG. Selon le chronogramme D de la figure 9, on peut obtenir un signal de détection de phase de rotation PG par tour. Les signaux différentiés PS' et PS2 pour les angles de rotation de 120' et 2400 correspondent à la partie de niveau supérieur du signal FG. De ce fait, ces signaux ne sont pas extraits comme signal PG par la porte ET 29. Toute- fois une distance angulaire entre le signal de différentiation PS' ou PS' et le flanc arrière ou le flanc avant du signal FG est seulement d'environ 12'. Il y a ainsi un faible jeu pour l'omission des signaux de différentiation PS{ et P82. Pour avoir un jeu suffisant, on peut augmenter la largeur de la dent de détection FG de l'angle de 360 (rapport de la découpe 13 égal à i:1) jusqu'à un angle de 48' (rapport de la découpe 13 égal à 2:1) conme cela est représenté en pointillés dans le chrono- gramme C de la figure 9. Comme indiqué, on peut modifier le rapport de travail du signal FG en fonction de la largeur de la partie de dent de détection FG. De plus, on peut modifier de façon à changer la tension de décalage de l'amplificateur opérationnel 23 qui reçoit le signal de sortie du photoréflecteur 14 à l'aide de la résistance variable 31 (figure 10). Lorsque l'élément de détection magnétique par exemple un élément DME (composant magnétorésistant de type Devider) détecte le signal FG, la largeur du pôle magnétique constituant l'object à détecter est modifiée pour donner le rapport voulu pour le signal FG. On peut également modifier la tension de décalage de l'amplifica- teur opérationnel 23 qui reçoit le signal de sortie du détecteur D!E 32 en modifiant la résistance variable 31 (figure 11). La figure 12 est une vue en perspective schéma- tique d'un moteur correspondant à un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel le signal FG est détecté par un composant DME. Un anneau magnétique 33 de détection FG est fixé à la périphérie extérieure de la surface de la culasse 10 du rotor. Un composant DME 32 est monté sur le stator en regard de l'anneau de l'aimant FG 33 au voisinage de ce dernier. Dans l'exemple de la figure 9, le nombre de parties de dents de détection peut être supérieur à trois et non divisible par trois (4, 5, 7, 8 et 10.. .). Le rapport de travail entre la partie de niveau haut et la partie de niveau bas du signal FG peut être de l'ordre de 2: 1. Dans l'exemple de la figure 13, le nombre de pôles de l'aimant de champ 11 est égal à huit et le nombre de parties de dents de détection FG 17 est égal à cinq. Selon le chronogramme D de la figure 13, le signal de détection de phase de rotation PG s'obtient pour l'angle de rotation 0 pour lequel le flanc avant du signal de détection de position PS correspond à la partie de niveau bas du signal FG. Toutefois les inter- valles entre les signaux de différentiation PSI (pour l'angle de rotation égal à 900), PS3 (pour l'angle de rotation égal à 270 ) à partir du signal de détection de position PS et des flancs des signaux FG sont pratiquement égaux à zéro. Suivant la précision d'assemblage du moteur, il est possible de générer plus de deux signaux PG par tour. Pour cela, le rapport de travail du signal FG (courbe en pointillés dans le chronogramme C de la figure 13) est augmenté de 1: 1 (360) à 5: 1 (60 ). On peut ainsi obtenir de façon certaine un signal PG par tour ou rotation. Dans le cas du rapport de travail 5: 1, le jeu angulaire pour extraire le signal de différentiation PS' est o égal aux jeux angulaires d'omission des signaux de différentiation PS1Y PS3. Le rapport de travail peut être différent du rapport l Dans le mode de réalisation ci-dessus, on détecte le signal PG en fonction du signal de différentiation pour le signal PS. Ainsi, contrairement à un système classique de détection du signal PG, il n'est pas nécessaire de rechercher le point de passage à zéro du signal de détection. La détection est très précise et la réalisation du circuit très simple. Dans les modes de réalisation ci-dessus, on a décrit un moteur sans balai, à commutation biphase. Toutefois l'invention n'est pas limitée à un tel moteur et peut s'appli- quer à un moteur sans balai aussi bien qu'à un moteur à commu- tation biphase, bidirectionnelle, à un moteur sans balai à commutation bidirectionnelle, triphase, à un moteur sans balai, à commutation unidirectionnelle, triphase et à un moteur sans balai à entraînement sinusoïdal, biphase. L'invention peut également s'appliquer à un moteur à courant continu. Dans un tel moteur, on détecte l'instant de la commutation de l'alimen- tation des enroulements et on génère un signal PG à partir de la combinaison de l'instant détecté du signal PG. Dans les modes de réalisation ci-dessus, le nom- bre de pôles de l'aimant de champ est égal à 4, 6 et 8. Toute- fois, l'invention peut également s'appliquer à un moteur ayant un aimant de champ à plus de 8 p8les. En outre, l'invention n'est pas limitée à un organe rotatif tel qu'un élément de détection d'un signal PG elle peut également s'appliquer à un organe oscillant ou à un organe effectuant un mouvement linéaire tel qu'un moteur linéaire. Dans l'invention décrite ci-dessus, le milieu générant le premier et le second signal tels que les parties de dents 17 de détection FG et l'aimant de détection de la position du rotor sont prévus sur un organe rotatif tel que le rotor d'un moteur ou encore un organe mobile; un premier et un second moyen de détection de signal tels qu'un photoréflecteur 14 et un composant à effet Hall 16 sont prévus en correspondance respectivement avec le milieu générant le premier et le second signal. Le premier et le second signal diffèrent l'un de l'autre par la durée. L'un des signaux de sortie du moyen de détection du premier et du second signal tel que le signal de détection de g position de rotor PS qui est plus long que l'autre des signaux de sortie du premier et du second moyens de détection est différentié. Le produit logique du signal différentié, par l'autre, donne le signal de détection de position absolu (sign de détection de phase de rotation PG dans le mode de réalisati cidessus). Ainsi, un milieu de détection de position absolu, particulier et un détecteur de signal particulier ne sont pas nécessairessur l'organe rotatif ou l'organe mobile grâce à l'invention. Le système de détection de signal existant peut s'utiliser pour obtenir le signal de détection de position absolu selon l'invention. Contrairement aux systèmes connus, il n'est pas nécessaire de rechercher le point de passage à zéro du signal de détection. On peut ainsi obtenir un signal di position de détection absolu, dans un circuit de construction simple et avec une grande précision. Le nombre de pièces peut être réduit, l'appareil miniaturisé est rendu peu coûteux. REVEND ICATI ONS ) Générateur de signal de détection de posi- tion comportant un milieu générant un premier signal de posi- tion de vitesse, ce milieu étant monté sur un organe rotatif ou mobile, un milieu générant un second signal de position ou de vitesse monté sur l'organe rotatif ou mobile, le premier signal de position ou de vitesse étant plus long que le second signal de position ou de vitesse, ainsi qu'un moyen de détection du premier et du second signal, en correspondance avec le milieu générant le premier et le second signal de position ou de vitesse, générateur caractérisé en ce qu'il comporte un cir- cuit de détection de flanc (27, 28) pour différentier le signal de sortie du moyen détectant le premier signal (16) et détectant le flanc avant ou le flanc arrière des signaux de sortie du moyen détectant le premier signal ainsi qu'un circuit (29) don- nant le produit logique des signaux de sortie (FG) du moyen de détection (14) du second signal par le signal de sortie (PS') du détecteur de flanc, en générant un signal (PG) représentant la phase de rotation de l'organe rotatif (8 ou 10) ou une posi- tion fixe de l'organe mobile à partir du signal de sortie du circuit donnant le produit logique. ) Générateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le milieu générant le premier signal de position de vitesse est prévu sur un rotor (10) d'un moteur sans balai à courant continu (9) en correspondance avec le nombre de pôles et leurs positions sur l'aimant de champ (11) du rotor, et le moyen de détection (16) du premier signal est prévu sur un stator (15) du moteur en liaison magnétique optique ou électro- magnétique avec le premier milieu, un signal de détection de position de rotation du rotor (PS) étant généré à partir du premier moyen de détection pour être appliqué au circuit d'en- traînement du moteur (20, T1, T2). ) Générateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le milieu (7) générant le second signal de posi- tion de vitesse est prévu à la périphérie du rotor (10) du moteur (9) ou sur un organe rotatif entraîné par le moteur dans un ensemble de segments fractionnés représentant des états physiques alternés tels que des dents de peigne et des fentes, des pôles magnétiques (N et S) ou des parties réfléchissantes et non réfléchissantes ou analogues et le moyen détectant le 1l second signal (14) est monté fixe en liaison optique, magnéti- que ou électromagnétique avec le second milieu, le signal de détection de vitesse de rotation (FG) est généré par le second moyen de détection pour être appliqué au circuit de com- mande de la vitesse du moteur (24, 25, T3). ) Générateur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le premier milieu est un aimant de champ de rota- tion (11) du moteur à courant continu sans balai (9) et le moyen de détection du premier signal est un générateur à effet Hall (16). ) Générateur selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le second milieu est formé d'un ensemble de segments réfléchissant de la lumière (17) répartis sur la sur- face périphérique du rotor (10) et le moyen détectant le second signal est un capteur optique (14) formé d'un élément photo- émetteur (21) et d'un élément photosensible (22). ) Générateur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'ensemble des segments réfléchissant la lumière est en forme de dents de peigne (17) sur la partie périphérique de la culasse (10) du rotor du moteur (9). ) Générateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'une des phases relatives entre le premier et le second milieux (11, 17) et entre le moyen de détection du premier et du second signal (16, 14) est réglée de façon qu'une seule impulsion (PG) par rotation ou par mouvement de l'organe rotatif ou mobile (10) parmi les impulsions de flanc avant et de flanc arrière à la sortie du détecteur de flanc (27, 28) soit placée dans une période qui correspond à un niveau haut ou à un niveau bas du train d'impulsions unipolaires (PG) fourni par le moyen de détection du second signal (14) et toutes les autres impulsions de flanc sont positionnées dans une période située à un autre niveau haut ou bas du train d'impulsions uni- polaires, l'impulsion unique représentant une phase de rotation de l'organe rotatif ou d'une position fixe de l'organe mobile est séparée par un circuit (29) donnant un produit logique. ) Générateur selon l'une quelconque des reven- dications 2, 3, 7, caractérisé en ce que le moteur (9) a un aimant de champ (11) à quatre pales et le signal de détection de vitesse de rotation (FG) contient des impulsions supé- rieures à trois et dont le nombre n'est pas un multiple de deux par rotation. ) Générateur selon la revendication 8, caracté-- risé en ce que le signal de détection de vitesse de rotation (FG) contient cinq impulsions par tour. ) Générateur selon l'une quelconque des reven- dications 2, 3, 7, caractérisé en ce que le moteur (9) a un aimant de champ (11) a six pôles et le signal de détection ou de vitesse de rotation (FG) contient des impulsions en nombre supérieur à trois sans être un multiple de trois, par tour. ) Générateur selon la revendication 10, caracté- risé en ce que le signal de détection de vitesse de rotation (FG) comporte cinq impulsions par tours. ) Générateur selon la revendication 11, caracté- risé en ce que la période d'un niveau du train d'impulsions unipolaires du signal de détection ou de vitesse de rotation (FG) et la période d'un autre niveau sont de préférence dans un rapport compris entre 1: 1 et 1 2. ) Générateur selon l'une quelconque des reven- dications 2, 3, 7, caractérisé en ce que le moteur (9) a un aimant de champ (11) à huit p8les et le signal de détection de vitesse de rotation (FG) contient cinq impulsions par tour. ) Générateur selon la revendication 13, caracté- risé en ce que la période d'un niveau du train d'impulsions uni- polaires du signal de détection ou de vitesse de rotation (FG) et la période d'un autre niveau de ce signal sont de préférence dans un rapport compris entre 1: 1 et 1: 5. ) Générateur selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le second milieu est un aimant en anneau (33) fixé à la périphérie du rotor (10) et l'aimant en anneau est aimanté le long de la surface périphérique avec des p8les (N) et (S) qui alternent, le moyen de détection du second signal étant un transducteur électromagnétique (32) tel qu'un généra- teur à effet Hall, un élément magnétorésistant, une diode magné- tique ou analogue. ) Générateur selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le signal de détection de vitesse de rotation (FG) est fourni par le second moyen de détection (14, 32) par un amplificateur opérationnel (23) ayant un circuit de commande de niveau de décalage d'entrée (31) pour modifier le rapport de travail du train d'impulsions pour la sortie.