Brevet FR2502861A1 — publié le 19821001

La présente invention concerne un moteur à courant continu. On connaît déjà des moteurs à courant continu. La figure 1 montre un exemple de moteur à courant continu sans balai et de son circuit de commande. Selon la figure 1, les références Ll, L2, L3 s'appliquent aux enroulements du stator du moteur à courant continu sans balai; ces enroulements sont branchés en étoile et font entre eux un angle de 1200. Le rotor Rt du moteur est un aimant permanent tournant à l'intérieur des enroulements Ll, L2, L3; la position de rotation du rotor Rt est détectée par les détecteurs de posi- tion Hi, H2, H3 disposés autour du rotor Rt; les détecteurs Hi, H2, H3 sont séparés l'un de l'autre d'un angle de 1200. Les détecteurs de position Hi, H2, H3 sont par exemple des composants à effet Hall et fournissent des signaux de position Pi, P2, P3 appliqués à un générateur d'impulsions d'entraînement 1; le générateur 1 fournit les impulsions de commutation appliquées aux transistors de sortie Q1-Q6 montés comme cela est indiqué. La tension d'entraînement Vm du moteur est appliquée à la borne d'alimentation 2 pour être appliquée séquentiellement aux enroulements Ll, L2, L3 du moteur par les transistors Ql-Q6 à partir du générateur d'impulsions d'entraî- nement 1. La figure 2A représente un ensemble de signaux de position Pi, P2, P3 générés par les composants à effet Hall Hi, H2, H3 respectifs. La figure 2B donne la direction des courants dans le moteur traversant deux des trois enroulements à chaque instant, lorsque le rotor Rt tourne, des forces contre-électro- motrices El, E2, E3 sont générées dans les enroulements de sta- tor (figure 2D). Les figures 2A-2D sont des chronogrammes de la rotation du rotor Rt pour un sens de rotation correspondant au sens des aiguilles d'une montre; et pour une impulsion de com- mande de direction appliquée à la borne 3 lors du changement de séquence des impulsions de commutation appliquées aux tran- sistors pour faire tourner le moteur Rt dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Si le moteur sans balai est monté dans un magnétoscope par exemple comme moteur d'entraînement d'une bobine, le moteur sans balai doit pouvoir se commander entre une vitesse de rotation de 100 tours par minute en sens inverse jusqu'à 100 tours par minute en sens direct suivant une variation linéaire. La commande de la vitesse de défilement de la bande nécessite une commande linéaire du couple d'entraîne- ment du moteur ainsi que du couple de freinage du moteur. Dans les circuits d'entraînement connus tels que celui de la figure 1, les transistors Ql-Q6 sont assimilables à des diodes Dn et Dn+l, car les transistors Ql-Q6 sont des composants unidirectionnels. Le circuit équivalent du circuit d'entraînement pendant une opération d'entraînement est repré- senté à la figure 3A. Pour une opération de freinage, on a le circuit équivalent représenté à la figure 3B. Dans ces figures, la résistance Rm représente la valeur de la résistance des enroulements; Im représente le courant qui passe dans les enroulements. Le moteur fournit un couple d'entraînement ou couple moteur lorsque le courant Im passe dans le sens opposé de celui de la tension En donnant la force contre-électromotrice. Dans ce cas, la valeur absolue de Vm doit être supérieure à la valeur absolue de En. Par ailleurs, on a un couple de freinage lorsque le courant Im passe dans le même sens que la tension En de la force contreélectromotrice, pour un freinage moteur inverse. Comme cela apparaît dans le schéma équivalent de la figure 3B, lorsque la tension Vm est nulle, le courant Im traversant les enroulements correspond à la tension contre- électromotrice En; on a un couple correspondant qui est propor- tionnel au courant Im, si bien qu'il est très difficile de régler le couple du moteur de façon linéaire dans une plage étendue. Pour éviter cette difficulté, on a proposé des diodes supplémentaires D'n et D'n+l pour former un chemin de courant inverse. Si la tension Vm est inférieure à En, le courant qui traverse les diodes D'n et D'n+l peut créer un couple de freinage, régénéré. Dans ce montage, il y a une commande de commuta- tion entre le freinage inverse et le freinage régénéré, en fonction de la vitesse de rotation du rotor Rt, et ce circuit de commutation présente un fonctionnement très critique. La présente invention crée un circuit de commande d'un moteur à courant continu comportant un ensemble d'amplifi- cateurs linéaires reliés respectivement à chacun des enroule- ments de stator du moteur à courant continu et un générateur - impulsionnel qui génère un train d'impulsions de rotation repré- sentant les phases de rotation du rotor de ce moteur à courant continu. Un générateur d'impulsions de commande d'impédance de sortie génère des impulsions de commande qui règlent sélective- ment les amplificateurs linéaires de façon à leur donner une impédance de sortie pratiquement infinie, et la tension de com- mande du moteur et l'inverseur de signal pour inverser la ten- sion de commande du moteur sont utilisés avec un ensemble de circuits de commutation reliés à chaque circuit d'entrée des amplificateurs linéaires pour fournir la tension de commande du moteur et la tension de commande en inversion de phase, sélecti- vement à chacun des amplificateurs linéaires. Le générateur d'impulsions de commande du circuit de commutation génère des impulsions de commutation en fonction du train d'impulsions de rotation appliqué au circuit de commutation. La présente invention sera décrite plus en détail a l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente un circuit de commande de moteur selon l'art antérieur. - les figures 2A-2D représentent des signaux ser- vant à expliquer le fonctionnement du circuit de la figure 1. - les figures 3A, 3B sont des schémas servant à expliquer l'invention. - la figure 4 montre une variante de schéma. - la figure 5 montre un mode de réalisation de l'invention représenté de façon schématique. - la figure 6 donne un schéma d'un amplificateur linéaire selon la figure 5. - les figures 7A-7C sont des chronogrammes servant à expliquer le fonctionnement de l'invention. - la figure 8 représente les enroulements Ll, L2 en circuit avec les amplificateurs Al, A2. DESCRIPTION DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION PREFERENTIELS La figure 5 représente un schéma d'un mode de réa- lisation préférentiel d'un circuit d'entraînement d'un moteur à courant continu selon l'invention; dans ce schéma, le moteur à courant continu, sans balai, comporte des enroulements de stator Ll, L2, L3, un rotor Rt et des détecteurs de position Hl, H2, H3 comme déjà décrit. Trois amplificateurs linéaires Ai, A2, A3 donnent des signaux de sortie pour les enroulements de stator Ll, L2, L3 respectifs comme cela est représenté aux dessins. Une ten- sion continue d'entraînement Vr est appliquée aux amplificateurs Ai, A2, A3 par la source d'alimentation 4. La tension continue d'entraînement Vr est divisée en deux moitiés par les résistan- ces Rl, R2 branchées entre la sortie de l'alimentation 4 et la masse, les entrées non inversées des amplificateurs Ai, A2, A3 étant reliées au point de jonction des résistances comme le montre le schéma. Les résistances d'entrée R3, R5, R7 sont reliées par une borne aux entrées d'inversion des amplificateurs Al, A2, A3 (figure 5). Les résistances Ri, R2 sont choisies de façon à Vr donner une valeur égale à 2 a la sortie des amplificateurs Al, A2, A3 pour une tension Vm = 0. Les amplificateurs Al-A3 ont des bornes de commande pour régler l'impédance de sortie de façon que celles-ci soient à une valeur élevée et des impulsions de commande OP1, OP2, OP3 fournies respectivement aux bornes de commande des amplifica- teurs Al-A3 par le générateur d'impulsions 1. Les secondes bornes des résistances d'entrée R3, R5, R7 sont reliées aux circuits de commutation Sl, S2, S3 formés par exemple par des transistors de type CMOS. Comme représenté à la figure 5, chacun des circuits de commutation comporte un contact mobile qui choisit l'un des trois contacts fixes. Les contacts mobiles ghi commutent en fonction des impul- sions de commutation du générateur d'impulsions 1. Une tension de commande de moteur Vm est appliquée à la borne d'entrée 2 et est fournie aux contacts fixes a, c, e des circuits de commutation Si, S2, S3. La tension Vm est égale- ment fournie à un inverseur 5 qui donne une tension de commande de moteur, inversée -Vm. La tension -Vm ainsi générée est appliquée aux bornes fixes b, d, f des circuits de commutation S, S2, S3. L'autre contact fixe de chacun des circuits de commutation est ouvert comme cela est représenté. La source d'alimentation 4 est commandée par une tension de commande d'un additionneur 6 qui reçoit une polarisa- tion de décalage de la borne 7 ainsi qu'une paire de tensions de commande de moteur Vm et -Vm appliquées par les diodes 8a, 8b. La source d'alimentation 4 réalisée comme décrit ci-dessus peut fournir une tension de fonctionnement minimale aux amplificateurs Al-A3 pour réduire les dissipations gênantes de puissance. La figure 6 donne un exemple d'amplificateurs linéaires Al, A2, A3; dans chacun de ces amplificateurs repré- sentés par l'amplificateur Ai, on a un amplificateur opération- nel 9 ayant une entrée positive et une entrée négative et for- mant l'étage d'entrée de l'amplificateur linéaire Al. La base du transistor 10 est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 9. L'émetteur et le collecteur du transistor 10 sont reliés à un transistor d'entrainement 11 de type PNP et à un transistor d'entraînement 12 de type NPN comme cela est indiqué à la figure 6. Le point de jonction des collecteurs des transistors 11 et 12 est relié en commun à la base du transis- tor de sortie 13 de type NPN et du transistor de sortie 14 de type PNP. L'émetteur du transistor d'entraînement 11 et le collecteur du transistor de sortie 13 sont reliés à la tension continue d'entraînement Vr fournie par la source d'alimentation 4. Un commutateur électrique 18 est branché entre la borne 17 négative de la source d'alimentation et l'électrode de base du transistor d'entraînement 10; le fonctionnement du commutateur 18 est commandé par l'impulsion de commande OPI du générateur d'impulsions 1. Dans l'amplificateur Ai, lorsque le niveau dé l'im- pulsion de commande OP1 est élevé, le commutateur 18 se ferme, de sorte que son impédance de sortie est très élevée, et corres- pond à un circuit ouvert. Dans ces conditions, lorsque le niveau de l'impul- sion de commande est élevé, le circuit de commutation Sl est commandé pour que le contact mobile g choisisse la borne ouverte étant donné la commande de l'impulsion de commutation par le générateur d'impulsions. Le fonctionnement du circuit d'entraînement du moteur selon l'invention sera expliqué à l'aide des figures 7A- 7C. La figure 7A représente les signaux de sortie fournis par les circuits de commutation Sl, S2, S3. Le circuit de commutation Sl choisit la borne fixe a pendant l'angle de rotation compris entre O et 1200 du rotor Rt; le commutateur choisit la borne fixe b dans l'angle de rotation compris entre 1800 et 3000. A tout autre moment, le commutateur Sl choisit la borne ouverte entre les bornes a et b. La figure 7B représente un ensemble d'impulsions de commande OP1, OP2, OP3 fournies aux amplificateurs Al, A2, A3 respectifs. Lorsque le rotor Rt tourne dans le sens des ai- guilles d'une montre, les tensions VI, V2, V3 aux bornes, telles qu'elles sont représentées à la figure 7A sont appliquées aux enroulements de stator Ll, L2, L3 respectifs. Les polarités et amplitudes de ces tensions Vi, V2, V3 dépendent de la polarité et dé l'amplitude de la tension de commande Vm du moteur. Il découle clairement des figures 7A-7C que l'un des amplificateurs linéaires Al, A2, A3 est toujours bloqué. Par exemple lorsque l'amplificateur A3 est bloqué, le circuit équivalent est tel que les enroulements de stator LI, et L2 sont branchés entre les amplificateurs linéaires Al et A2 comme le montre la figure 8. A ce moment, la tension d'entraînement Vd du moteur est égale à la valeur absolue de VA-VB avec V = kVm + 2 V et 1 A 2 r VB = -kVm + 2 Vr, tensions qui sont appliquées aux enroulements 11, L2 en série du moteur. La lettre k est un coefficient d'am- plification pour les amplificateurs linéaires Al, A2. La tension d'entraînement Vd devient égale à 2kVm et le sens du couple ainsi que son amplitude dépendent de l'am- plitude et de la polarité de la tension de commande continue Vm et cette commande peut se faire en douceur, même lorsque la vitesse du rotor Rt est voisine de la vitesse nulle. R E V E N D I C A T I O N S ) Moteur à courant continu à circuit de commande de la rotation, moteur caractérisé en ce que le circuit de com- mande comporte un ensemble d'amplificateurs linéaires (Al-A3) reliés respectivement à chaque enroulement de stator (Ll-L3) du moteur à courant continu, un générateur d'impulsions (1, Hl-H3) pour générer des trains d'impulsions de rotation représentant les phases de rotation du rotor (Rt) du moteur à courant continu, un générateur d'impulsions de commande d'impédance de sortie (1) pour générer des impulsions de commande en fonction du train d'impulsions de rotation et commander sélectivement l'ensemble d'amplificateurs linéaires (Al-A3) de façon que ceux-ci présen- tent des impédances de sortie pratiquement infinies, une tension de commande du moteur, un inverseur de signal pour inverser la tension de commande du moteur, un ensemble de circuits de commu- tation (S1-S3) reliés respectivement aux circuits d'entrée de l'ensemble des amplificateurs linéaires (Al-A3) et fournir la tension de commande du moteur et la tension de commande en oppo- sition de phase du moteur, sélectivement à chacun des amplifi- cateurs linéaires (Al-A3) ainsi qu'un générateur d'impulsions de commande de commutation (1) pour générer en fonction du train d'impulsions de rotation, les impulsions de commutation qui sont appliquées à chacun des circuits de commutation (Sl-S3). ) Moteur à courant continu selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que chaque circuit de commutation (Sl-S3) présente trois positions au choix (a, b, g; c, d, h; e, f, i), l'une recevant la tension de commande, l'autre la tension de commande inverse et la troisième correspondant à l'ouverture du circuit. 3 ) Moteur à courant continu selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte une source d'alimenta- tion variable (4) fournissant la puissance d'entraînement et le potentiel de polarisation à l'ensemble des amplificateurs linéai- res (Al, A2, A3), proportionnellement à la tension de commande du moteur. ) Moteur à courant continu selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les enroulements de stator (Ll-L3) sont branchés en étoile et les extrémités libres de ces enrou- lements de stator (Ll-L3) en étoile sont reliées aux bornes de sortie des amplificateurs linéaires (Al-A3). ) Moteur à courant continu, réversible compor- tant un circuit de commande, moteur caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'enroulements de stator (Ll-L3) et un rotor (Rt), des moyens (Hl-H3) pour détecter la position du rotor (Rt), un ensemble d'amplificateurs linéaires (A1-A3) dont les sorties sont respectivement reliées à l'ensemble des enrou- lements de stator (Ll-L3), un générateur d'impulsions (1) rece- vant le signal de sortie du détecteur (Hl-H3) et fournissant des signaux d'entrée à l'ensemble des amplificateurs linéaires (Al-A3), une source de tension de moteur positive et négative, un ensemble de moyens de commutation (Sl-S3) commandés par le générateur d'impulsions (1) et reliés aux sources positive et négative de tensions du moteur et des circuits de commutation (Sl-S3) fournissant des signaux d'entrée à l'ensemble des ampli- ficateurs linéaires (Al-A3) ainsi qu'une source d'alimentation (4) fournissant des signaux d'entrée à l'ensemble des amplifi- cateurs linéaires (Al-A3). ) Moteur à courant continu selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que la tension du moteur est appliquée à la source d'alimentation (4). ) Moteur à courant continu selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce que le moyen de détection (Hl-H3) de la position du rotor (Rt) se compose d'au moins un détecteur à effet Hall. 8 ) Moteur à courant continu selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce que les amplificateurs linéaires (Al- A3) sont des amplificateurs opérationnels (9) recevant les signaux d'entrée d'un moyen de commutation (Sl-S3) et la source d'alimentation (4) , le second commutateur (18) recevant le signal d'entrée du générateur d'impulsions (1) et le moyen de sortie à transistors (11-14) est relié à l'amplificateur opéra- tionnel (9) ainsi qu'aux enroulements de stator (Ll-L3) et au second moyen de commutation (18). ) Moteur à courant continu selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce qu'il comporte un diviseur de tension (Rl-R2) relié à la sortie de la source d'alimentation (4) et fournissant des signaux d'entrée à l'ensemble des amplificateurs linéaires (Al-A3).