Brevet FR2551934A1 — publié le 19850315

La présente invention concerne un circuit de commande de moteur pas-àpas. On connait des dispositifs de ce genre, ils assurent le contrôle d'un moteur pas-à-pas par commutation de courants continus dans les bobinages. Le cycle de base, défini par le constructeur de moteur, est assuré par des circuits de commande simples, mais d'autres plus complexes sont généralement employés, car le bon fonctionnement d'un moteur pas-à-pas est essentiellement lié à la nature de ces circuits. On trouve par exemple des circuits avec étages de puissance à découpage ou du type bipolaire et des translateurs en demi-pas ou en micro-pas. L'utilisation des circuits les plus simples - fait apparaître des vibrations importantes du moteur à basse vitesse et un manque de couple aux vitesses moyennes d'où un positionnement très incertain. A l'arrêt le moteur est toujours alimenté à pleine puissance quelle que soit la charge ce qui entraine des pertes et un échauffement important. Les circuits plus performants corrigent ces défauts, mais d'autres limitations apparaissent, leur coût de mise en oeuvre est élevé, aussi bien par le prix des éléments que par le temps nécessaire à la mise au point, leur spécialisation très poussée fige le montage et rend très difficile toute interchangeabilité. Le circuit inventé assure le contrôle d'un moteur pas-à-pas à partir de courants alternatifs sinusoïdaux. Ce montage simple fait tourner le moteur à une vitesse constante, définie par la fréquence des tensions d'alimentation sans aucune vibration et avec un couple important. Il limite le nombre de pas par tour mais assure une grande fiabilité de positionnement et supprime la surchauffe à l'arrêt par l'ajustement ou la suppression du courant de maintien. Il peut commander sans modification une gamme importante de moteurs et même en alimenter plusieurs en parallèle, car aucune mise au point sur le site n'est nécessaire. Il génère lui-même les signaux d'horloge nécessaires au contrôle du moteur et n'a pas besoin d'alimentation de courant continu de puissance, d'où un allegement sensible de l'installation. Ce circuit de commande, par sa simplicité et ses performances, devrait favoriser l'emploi du moteur pas-à-pas pour tous les positionnements courants. A partir d'un réseau de tensions correctement déphasées9 le circuit de commande assure la rotation du moteur pas-à-pas par le passage d'un nombre entier d'arches de sinusoldes (voir figure 1). Pour un moteur à 2 groupes d'enroulements, on utilise un réseau diphasé. Ces tensions d'alimentation sont appliquées en E1, E2 et E3 en respectant les déphasages suivants : E2 en avance de t /2 sur E1 et E3 en retard de Les éléments de commutation 1-2-3 sont des redresseurs controlés semiconducteurs. Ce sont trois couples de deux thyristors à gachette photocommandée afin d'assurer une isolation entre courants forts et faibles. Ces composants de grande diffusion peuvent commander des courants importants avec un encombrement réduit et une dissipation thermique faible. Les enroulements du moteur sont connectés en 51-S23, S4 et la rotation s'obtient par la conduction simultanée de deux couples de thyristors: 1 et 2 ou 1 et 3 suivant le sens désiré. Le nombre d'arches entières autorisées définit le déplacement angulaire du rotor. Ces fonctions sont réalisées grâce à quelques circuits intégrés. Le temps de conduction des thyristors est défini par les deux monostables 5 et 6 dont la commutation est synchronisée sur le zéro de la tension de chaque voie par les comparateurs 7 et 8. Le réglage de la durée de créneau n'est pas critique puisque le désamorça ce des thyristors se fait automatiquement au zéro de la tension. Le porte 9 prend en compte deux informations pour autoriser le signal "marche", la temporisation à la mise sous tension et la sécurité de changement de sens. Le bistable 10, le monostable 11 et la porte 12 imposent une temporisation dans l'exécution de l'ordre de changement de sens pour permettre de retrouver le synchronisme, cela se traduit par un bref arrêt du moteur. L'inverseur 13 met en forme les impulsions d'horloge délivrées en Elles sont directement exploitables dans un système de comptage donnant la position du moteur. Le signal "marche" arrive en E5 et celui de sens en E6. Ils sont mis en forme respectivement par les inverseurs 14 et 15. En E4 on applique la tension continue nécessaire au générateur de courant. Celui-ci est essentiellement composé d'un transistor PNP dont le courant émetteurcollecteur est réglé grâce à la résistance variable 16. La diode 17 isole le circuit des tensions alternatives présentes dans le bobinage. Ce courant continu injecté dans un enroulement assure un couple de maintien adaptable à la charge et ne perturbe pas la rotation. Tous les arrêts se font sur des positions préférentielles du moteur, elles peuvent donc être conservées même lors de coupures de courant si le couple de rappel de la charge est faible, dans ce cas le générateur peut éventuellement être supprimé ou simplifié. A titre d'exemple non limitatif, on va décrire ci-dessous un prototype qui a été réalisé pour la commande du moteur pas-à-pas (M) d'entraînement de la vis micrométrique d'une glissière à billes (G) (voir figure 2). Ce montage est destiné à échantillonner une zone de détection de 80 mm de long à l'aide d'une fente mobile de l'ordre de 1/10 mm. Le moteur (M) est un 200 pas par tour de taille 23 avec 2 séries d'enroulements. Par le circuit de commande en courant alternatif C.C, il assure 50 positions d'arrêt par tour de vis avec une fiabilité excellente, donc un déplacement minimum de la fente de 2/100 de mm, ce qui est nettement inférieur au pas d'échantillonnage (1/10 mm). Ces positions d'arrêt sont vérrouillées par courant continu généré dans R, mais elles sont insensibles aux coupures secteur. L'échauffement très faible du moteur autorise un montage mécanique direct sur la glissière de précision sans craindre les dilatations. Les démarrages et arrêts commandés par le circuit C.C sont instantanés et la rotation se fait à la vitesse de un tour par seconde. Le déplacement du chariot d'une extrêmité à l'autre dure 1 mn 20 s et par le fait de l'absence de toute vibration l'axe moteur est couplé directement à la vis micrométrique. Les transformateurs T1 et T2, d'une puissance de 96 VA, sont de fabrication standard. Au primaire T1 est branché entre phase et neutre (220 V) et T2 entre phases (380 V). Au secondaire, ils ont chacun deux enroulements basse tension (24 V) qui alimentent par le circuit de commande C.C et le redresseur R les enroulements du moteur M. Les thyristors 1, 2, 3 ont un courant anodique maximum de 8 A, une tension de claquage inverse de 800 V et peuvent donc éventuellement commander des moteurs plus puissants. Leur temps d'ouverture pour un pas élémentaire (1/50 de tour) est de 30 ms, soit trois arches de sinusolde pour le NO 1 et de 20 ms soit une période pour le N02 ou le N03. La durée des créneaux des monostables d'amorçage est de 20 à 30 ms pour le N05 et de 10 à 20 ms pour le N06. La temporisation au changement de sens est de l'ordre d'une période, soit 20 ms. La gestion du circuit peut se faire soit manuellement (MA) soit par l'intermédiaire d'un ordinateur. L'affichage local de la position au 1/100 de mm est assuré (AF) et le bon fonctionnement du moteur pas-à-pas est testé par un codeur angulaire (C). Les principales fonctions annexes assurées par le circuit de contrôle (MA) sont : rotation pas par pas ou tour par tour, arrêt sur une position zéro dans le tour, retour à l'origine du chariot, arrêt sur butées électroniques ajustables, succession automatique de brefs temps d'arrêt et de rotation (réduction de la vitesse moyenne), enfin mise en mémoire de la position du chariot avec cycle de sauvegarde pour l'arrêt général. Ce montage est prévu pour faire fonctionner indépendamment deux moteurs identiques avec comme seuls éléments en double exemplaire, la série de thyristors. Le dispositif selon l'invention peut être utilisée chaque fois que l'on a besoin d'un positionneur fiable, facile à adapter et à mettre en oeuvre et s'intégrant parfaitement dans une commande en numérique. REVENDICATIONS Dispositif de commande de moteur pas à pas en courant alternatif comportant des redresseurs contrôlés semi-conducteurs, des circuits de logique intégrée et un générateur de courant, permettant d'atteindre une grande sécurité de fonctionnement et une bonne souplesse de mise en oeuvre, caractérisé par le fait qu'il utilise des arches entières de sinusoïdes pour assurer la rotation et le positionnement du moteur pas-à-pas et un courant continu indépendant pour vérouiller, si nécessaire, les positions d'arrêt.