Brevet FR2519765A1 — publié le 19830718

La présente invention concerne d'une façon géné- rale un système capteur de la vitesse de rotation de mo- teurs à effet Hall qui font appel à des cellules à effet Hall, et en particulier -un système capteur de la vitesse de rotation d'un moteur à effet Hall agencé pour capter la vitesse de rotation du moteur à effet Hall en utilisant les sorties des cellules à effet Hall qui sont prévues d'origine dans le moteur à effet Hall. Généralement, afin de contrôler la rotation d'un moteur, il est nécessaire de capter la vitesse de rotation du moteur et d'engendrer un courant ou une tension de com- mande de la rotation conforme au résultat détecté De façon conventionnelle, on utilise comme dispositif capteur de la vitesse de rotation d'un moteur à effet Hall un gé- nérateur de fréquences comprenant un circuit imprimé muni d'un aimant multipolaire monté sur un rotor et d'une bo- bine disposée vis-à-vis de cet aimant multipolaire Un appareil capteur utilisant ce générateur de fréquence capte la fréquence d'une tension à forme d'onde alternative en- gendrée sur la bobine en faisant tourner l'aimant solidai- rement avec le rotor, et on obtient le résultat capté de la vitesse de rotation à partir de cette fréquence détectée. Cependant, dans le dispositif capteur de la vi- tesse de rotation conventionnel ci-dessus, il est néces- saire de prévoir, outre le corps principal du moteur à effet Hall, le générateur de fréquence Ceci est désavan- tageux en ce qu'une place supplémentaire est nécessaire pour la bobine capteuse et l'aimant, ce qui rend impossible la miniaturisation de l'ensemble du moteur à effet Hall, et rend le coût de fabrication élevé En outre, si la magné- tisation de l'aimant du générateur de fréquence est irrégu- lière, c'est-à-dire si des irrégularités apparaissent dans la taille, l'intensité de la force magnétique, ou autre, de la partie de pôle N et de la partie de pôle S de l'ai- mant, ou lorsque les surfaces de l'aimant et de la bobine imprimée ne sont pas parallèles et que l'intervalle entre ceux-ci est variable, ou si l'axe de l'aimant est décalé de l'axe d'un arbre rotatif du rotor, un inconvénient apparaît en ce que la vitesse de rotation du moteur ne peut pas être captée avec précision. Ainsi un objet général de la présente invention est de proposer un système capteur de la vitesse de rota- tion d'un moteur à effet Hall nouveau et utile, dans le- quel les inconvénients mentionnés ci-dessus sont palliés. Un autre objet, plus particulier, de la présente invention est de proposer un système de commande de la vi- tesse de rotation d'un moteur à effet Hall dans lequel est utilisée une paire de cellules à effet Hall prévues à l'ori- gine dans le moteur à effet Hall comme cellules de détec- tion pour commuter un courant appliqué à une bobine du mo- teur, afin d'obtenir une tension de sortie fonction d'un intervalle de temps requis par une position particulière sur un aimant du rotor, prévu à l'origine dans le moteur à effet Hall pour engendrer un champ magnétique pour tourner vers une position faisant face à une cellule à effet Hall à partir d'une position faisant face à l'autre cellule à effet Hall, et capter la vitesse de rotation du moteur à effet Hall. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'inven- tion sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig 1 est un schéma illustrant de façon générale le principe d'un moteur à effet Hall. La fig 2 est un graphique représentant l'inten- sité du champ magnétique entre le rotor et la culasse du moteur à effet Hall représenté à la fig 1. Les fig 3 (A) et 3 (B) sont des graphiques re- présentant respectivement les formes d'onde des tensions de sortie des cellules à effet Hall respectives. La fig 4 est le schéma d'un circuit représen- tant un système de commande de la rotation faisant appel à une forme de réalisation du système capteur de la vi- tesse de rotation selon la présente invention. Les fig 5 (A) à 5 (F) sont des graphiques repré- sentant respectivement les formes d'onde des signaux dans chaque partie du système représenté à la fig 4. La fig 1 est un schéma illustrant de façon gé- nérale un moteur à effet Hall à 6 pôles et à 2 phases, au- quel peut être appliqué le système capteur de la vitesse de rotation selon la présente invention Des bobines de sta- tor 13 a à 13 d et des cellules à effet Hall 14 et 15, dispo- sées mutuellement de façon à être séparées les unes des au- tres d'un angle électrique de 90 , sont prévues respective- ment entre une-culasse de stator 12 et un aimant de rotor 11 de l'aimant à 6 pôles, qui est alternativement magné- tisé en pôles N et en pôles S A la fig 1, un symbole "x" dans un cercle indique un courant circulant vers la feuille, et un symbole circulaire noir dans un cercle indi- que un courant circulant en s'éloignant de la feuille. Lorsque les tensions d'un circuit de commande de bobines 33 représenté à la fig 4 sont appliquées entre les bornes 16 a et 16 b et les bornes 16 c et 16 d de façon à ce que des courants circulent à travers les bobines 13 a à 13 d dans les directions indiquées par les symboles, l'aimant du rotor 11 tourne dans la direction de la flèche A Puis les di- rections des courants circulant vers les bobines 13 a et 13 b, et les bobines 13 c et 13 d sont respectivement inversées, de sorte que l'aimant du rotor 11 continue à tourner dans une direction constante La structure et le fonctionnement décrits ci-dessus sont les mêmes que dans un moteur à effet Hall conventionnel. L'intensité du champ magnétique entre l'aimant du rotor 11 et la culasse 12 est telle que représentée à la fig 2 A la fig 2, l'axe vertical indique l'inten- sitê du champ magnétique, et l'axe horizontal indique la distance selon la direction longitudinale lors de 1 'évolu- tion de l'aimant du rotor 11 et de la culasse 12. Une tension de sortie VI représentée à la fig. 3 (A) est obtenue entre les bornes électriques de sortie 17 a et 17 b de la cellule à effet Hall 14, et une tension de sortie V 2 représentée à la fig 3 (B) est obtenue entre les bornes de sortie 18 a et 18 b de la cellule à effet Hall 15, avec une différence de phase de 90 en angle élec- trique Une tension d'entrée, provenant d'un circuit gé- nérateur'de tension d'entrée 30, représenté à la fig 4, est appliquée aux bornes électriques d'entrée 19 a et 19 b des cellules à effet Hall 14 et 15 Un intervalle de temps t entre un point de passage à zéro de la forme d'onde de la tension de sortie VI de la cellule à effet Hall pendant une montée d'une crête négative à une crête positive, et un point de passage à zéro de la forme d'onde de la tension de sortie V 2 de la cellule à effet Hall 15 pendant une mon- tée d'une crête négative à une crête positive, est égal au temps nécessaire pour un point frontière particulier 20 entre un certain pôle N et un certain p 6 le S de l'aimant du rotor pour atteindre une position faisant face à la cel- lule à effet Hall 15, par la rotation de l'aimant du rotor 11, à partir d'une position faisant face à la cellule à effet Hall 14. Les bornes de sortie 17 a et 17 b de la cellule à effet Hall 14 sont respectivement reliées à la borne d'en- trée non inverseuse et à la borne d'entrée inverseuse d'un comparateur 31 dans lequel la tension de sortie VI est sou- mise à une comparaison de tension Ainsi une tension à forme d'onde carrée a représentée à la fig 5 (A), qui monte et descend aux passages à zéro pendant la montée de la crête négative à la crête positive et pendant la chute de la crête positive à la crête négative de la tension VI, est engendrée par le comparateur 31 De façon analogue, les bornes de sortie 18 a et 18 b de la cellule à effet Hall 15 sont respectivement reliées à une borne d'entrée non inverseuse et à une borne d'entrée inverseuse d'un compara- teur 32 Ainsi une tension à forme d'onde carrée b repré- sentée à la fig 5 (B), qui présente un décalage de phase de 90 en angle électrique avec la tension de forme d'onde carrée a, est engendrée par le comparateur 32 Les tensions de sortie à forme d'onde carrée a et b sont respectivement appliquées au circuit de commande des bobines 33 et transformées en une tension de commande des bobines, comme dans le système conventionnel La tension de sortie de commande du circuit de commande des bobines 33 est appliquée aux bornes 16 a à 16 d. En même temps, la tension de sortie a du comparateur 31 est appliquée à un circuit différentiateur 34 comprenant un condensateur C 1, une diode D 1 et une résistance R 1, dans lequel la tension est différentiée et transformée en une impulsion différentiée c représentée à la fig 5 (C). De même la tension de sortie b du comparateur 32 est appliquée à un circuit différentiateur 35 comprenant un condensateur C 2, une diode D 2 et une résistance R 2, dans lequel la tension est différentiée et transformée en une impulsion différentiée d représentée à la fig 5 (D). L'impu 3 sion c est appliquée sur la base d'un transistor Q 1 à travers une résistance R 2, et l'impulsion d est ap- pliquée sur la base d'un transistor Q 2 à travers une résis- tance R 4. Le transistor Q 1 devient passant lorsqu'il est soumis à l'impulsion c et, à cet instant, un condensateur C 3 est chargé par un courant provenant d'une source d'alimentation stabilisée 36, et la tension de collecteur e du transistor Q 1 devient nulle aux ins- tants tl, t 3, t 5, coroe représenté à la fig 5 (E) Puis le transistor Q 1 devient bloqué et le condensateur C 3 se décharge à travers une résistance R 5 Ainsi la tension de collecteur e du transistor Q 1 monte entre les instants tl et t 3, t 3 et t 5, avec une constante de temps R 5 C 3 déterminée par la résistance R 5 et le condensateur C 3, comme le montre la fig 5 (E) Pendant la montée de la tension e, l'impulsion d 19765 est appliquée sur la base du transistor Q 2 aux instants t 2, t 4, t 6, et le transistor Q 2 devient passant à l'instant o l'impulsion d est appliquée Lorsque le transistor Q 2 est rendu passant, un condensateur C 4 se charge et une tension de collecteur f sur le transistor Q 2, pendant que le transistor Q 2 est passant, devient sen- siblement égale à la tension de collecteur e du transistor QI Cette tension de collecteur f est fournie à un ampli- ficateur tampon 37 Puisque l'impédance d'entrée de l'am- plificateur tampon 37 est élevée, la tension de collecteur f du transistor Q 2 aux instants t 2, t 4, pendant la période bloquée du transistor Q 2 est maintenue et une ten- sion maintenue f représentée à la fig 5 (F) est obtenue de l'amplificateur tampon 37 Dans le cas présent, la ten- sion f peut être exprimée par l'équation suivante, dans la 7 quelle E est la tension de la source d'alimentation 36: f = E Eexp(-t/C 3 R 5). Dans l'équation ci-dessus, E, C 3 et R 5, respecti- vement, sont des constantes Ainsi le temps t est évalué. Par conséquent, la vitesse de rotation, qui est proportion- nelle à l'inverse du temps t, est évaluée, la constante de proportionnalité étant déterminée par le nombre de pôles de l'aimant du rotor 11. En fait, comme décrit ci-dessus, l'intervalle de temps t entre les temps tl et t 2, t 3 et t 4, t 5 et t 6, correspond au temps dont le point particulier 20 de l'aimant du rotor 11 a besoin pour passer entre les cellules à effet Hall 14 et 15 Cet intervalle de temps t est inversement proportionnel à la vitesse de rotation de l'aimant du rotor 11 D'un autre côté, la tension f échantillonnée et main- tenue décrite ci-dessus est proportionnelle à l'intervalle de temps t C'est pourquoi la tension f est inversement proportionnelle à la vitesse de rotation de l'aimant du rotor il. La tension de sortie f de l'amplificateur tampon 37 est obtenue sur une borne de sortie 38 comme signal du capteur de la rotation et est appliquée à la borne d'en- trée non inverseuse d'un amplificateur comparateur 39. Une tension de référence provenant d'une borne 40 est ap- pliquée à la borne d'entrée inverseuse de l'amplificateur comparateur 39 La tension f est ainsi comparée avec la tension de référence par l'amplificateur comparateur 39, amplifiée, et fournie au circuit de commande des bobines 33 comme signal de commande de la rotation. Aux fig 5 (A) à 5 (D), sur une partie intermé- diaire de l'axe des temps o les intervalles des formes d'onde sont raccourcis, c'est-à-dire o le temps t est petit, la vitesse de rotation du moteur est élevée et la tension de sortie f du capteur décroît La commande de la rotation est effectuée en fonction du signal de commande de sortie de l'amplificateur comparateur 39 pour commander la rotation du moteur, de façon à ce que la tension de sortie f du capteur s'approche de la tension de référence ci-dessus, c'est-à-dire de façon à ce que l'intervalle de temps t devienne constant. Des exemples de constantes des éléments du cir- cuit représenté à la fig 4 sont donnés ci-dessous. Résistance Valeur Condensateur Capacité Rl 1 k JA Cl 1500 p F R 2 10 k JI C 2 1500 p F R 3 1 k Sb C 3 O 1 y F R 4 10 k J C 4 O 01 y F R 5 144 k Jt La tension E de la source d'alimentation 36 est de 5 V et la tension de référence appliquée à la borne 40 est de 2,5 V. En outre, lorsque la vitesse de rotation du moteur est de tours/sec, l'intervalle de temps t est approximativement égal à l Oms. Comme il a été décrit jusqu'à présent, selon le système de la présente invention, les sorties de cellules à effet Hall prévues à l'origine dans le moteur à effet Hall comme éléments de détection pour la commutation des courants appliqués aux bobines du moteur sont utilisées pour capter la vitesse de rotation du moteur et les cel- lules à effet Hall prévues à l'origine sont également utilisées comme éléments pour capter la vitesse En outre l'aimant du rotor qui est prévu à l'origine dans le moteur à effet Hall comme aimant destiné à engendrer le champ ma- gnétique est également utilisé comme aimant pour capter la vitesse Ainsi il n'est pas nécessaire de prévoir une bobine de détection indépendante supplémentaire, ni un ai- mant, ni autres éléments, comme dans le générateur de fré- quences conventionnel C'est pourquoi la structure du sys- tème peut être simplifiée et les coûts de fabrication sont dijninués De plus, il n'est pas nécessaire de prévoir un es- pace supplémentaire pour y loger des dispositifs supplé- mentaires particuliers et la conception du système peut être miniaturisée. En outre la vitesse de rotation du moteur est captée à partir de l'intervalle de temps nécessaire au point particulier (le point de changement entre le pôle N et le p Ole S dans la forme de réalisation décrite jusqu'ici) de l'aimant du rotor pour tourner jusqu'à la position fai- sant face à la cellule à effet Hall 15 à partir de la posi- tion faisant face à la cellule à effet Hall 14 Ainsi, même si apparaissent des irrégularités dans la taille des p Oles de l'aimant, l'intensité du champ magnétique, ou autre, ou une excentricité ou autre dans l'aimant du rotor, la pré- cision du capteur de la vitesse de rotation n'est pas affec- tée et le captage de la vitesse de rotation peut être effec- tué de façon précise Le point particulier de l'aimant du rotor peut être toute position prédéterminée, tant que sa po- sition est la même Cependant si le point particulier de l'aimant du rotor est choisi de façon à être un point de changement d'un p Ole N à un pôle S, comme dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, les signaux représentés aux fig 5 (A) à 5 (D) peuvent être facilement obtenus en détec- tant les points de passage à zéro des formes d'onde repré- senties aux fig 3 (A) et 3 (B) Pour cette raison, il est souhaitable d'utiliser ce point de changement comme point particulier de l'aimant du rotor. En outre, la présente invention n'est pas limitée à ces formes de réalisation mais diverses variations et mo- difications pourront être effectuées sans sortir du cadre de celle-ci. 19765 REVENDICATIONS 1 Système capteur de la vitesse de rotation d'un moteur à effet Hall comprenant une paire de cellules à effet Hall ( 14, 15), un aimant de rotor ( 11) alterna- tivement magnétisé en des pôles N et des pôles S, et des bobines de stator d'un signal ( 31, 32, 34, 35) pour mettre en forme un si- gnal à un instant de points de correspondance situés sur les formes d'onde respectives (Vl, V 2) desdites cellules à effet Hall, produites avec une différence de phase; et des moyens d'obtention d'un signal de sortie de détection (Qi, Q 2, C 3, C 4, C 5) destinés à engendrer un signal de sortie de détection dont la tension est fonction d'un in- tervalle de temps (t) du signal mis en forme par lesdits moyens de mise en forme du signal, l'instant des points de correspondance situés sur lesdites formes d'onde de sortie étant un instant auquel un point particulier dudit aimant du rotor en rotation fait face à l'une ou l'autre desdites cellules à effet Hall. 2 Système capteur de la vitesse de rotation d'un moteur à effet Hall selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que lesdits moyens de mise en forme du signal comprennent un circuit ( 31, 32) destiné à engen- drer des première et seconde séries d'ondes carrées à par- tir de la sortie de chacune des cellules à effet Hall, et un circuit ( 34, 35) destiné à différentier chaque onde carrée desdites première et seconde séries d'ondes car- rées ainsi obtenues pour obtenir des première et seconde séries d'ondes différentiées, et que lesdits moyens d'ob- tention du signal de captage comprennent un circuit de charge et de décharge (Ql, C 3, R 5) destiné à commencer la charge après que la décharge ait été effectuée par ladite première série d'ondes différentiées, et un circuit (Q 2, C 4) pour échantillonner et maintenir une tension de charge dudit circuit de charge et de décharge par ladite seconde série d'ondes différentiées. 3 Système capteur de la vitesse de rotation d'un moteur à effet Hall selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que le point particulier dudit aimant du rotor est un point de changement entre un pôle N et un pôle S, et les points de correspondance sur les formes d'onde de sortie des cellules à effet Hall sont les points de passage à zéro des formes d'onde des tensions de sortie desdites cellules à effet Hall. 4 Système capteur de la vitesse de rotation d'un moteur à effet Hall selon la revendication 1, compre- nant en outre des moyens de commande des bobines du stator ( 33) destinés à contrôler lesdites bobines du stator en fonction des sorties desdites cellules à effet Hall, ca- ractérisé par le fait que sont en outre prévus des moyens de mise en forme d'un signal de commande de la rotation ( 39, 40) destinés à engendrer un signal de commande de la rotation en fonction dudit signal de sortie du capteur, et à appliquer ledit signal de commande de la rotation auxdits moyens de commande des bobines du stator. 5 Système capteur de la vitesse de rotation d'un moteur à effet Hall selon la revendication 4, caracté- risé par le fait que lesdits moyens de mise en forme du signal de commande de la rotation comprennent un amplifica- teur comparateur ( 39) destiné à comparer ledit signal de sortie du capteur avec une tension de référence, pour en- gendrer ledit signal de commande de la rotation, et que la rotation dudit aimant du rotor est contrôlée de façon à ce que ledit signal de sortie du capteur devienne égal à ladite tension de référence. ê