Brevet FR2574554A1 — publié le 19860613

Dispositif de détection de la position et de la vitesse d'un rotor. La présente invention a trait à un dispositif de détection de ia position et de la vitesse d'un rotor tel que notamment un rotor à aimant(s) permanent(s) d'un moteur ou d'un alternateur, On tend actuellement à développer des machines tournantes électriques, telles que moteurs ou génératrices de hautes performances possédant un rotor à aimant permanent. On évite ainsi tes. problèmes liés à l'alimentation électrique d'un rotor destine à tourner à très grande vitesse. Il est important de connaitre la position .angulare du rotor pendant le fonctionnement du moteur, par exemple pour reconstituer une onde triphasée alternative destinée à l'alimentation du stator d'un moteur synchrone à aimant(s) permanents(s). Il est connu, à cet effet, d'utiliser des sondes ou capteurs à effet Hall, ces capteurs comprenant un aimant permanent fixe disposé en face et à une certaine distance de la sonde alors qu'un disque est monté sur le rotor pour défiler entre la sonde et l'aimant, ce disque étant échancré ou ajouré de façon à faire défiler alternativement l'échancrure et la matière du disque entre l'aimant et la sonde, laquelle se trouve excitée lorsqu'elle se trouve en face d'une échancrure du disque alors que le flux de l'aimant fixe est court-circuité lorsque la partie pleine du disque défile entre la sonde et l'aimant. Un tel dispositif est décrit par exemple dans le brevet français nO 2493981 de la déposante déposé le 7 novembre 1980. On prévoit en général trois capteurs disposés à 1200 alors que le disque présente généralement la forme d'un demi-disque dans le cas d'une machine à deux pôles ou de deux quarts de disques opposés dans le cas d'une machine à quatre pôles. Un circuit logique combinatoire traite les signaux délivrés par les oedes et contrôle un montage de transistors permettant de connartre Sa position du rotor à tout instant et en conséquence de piloter l'one d'alimentation de la machine tournante. Il peut être intéressant dans certains cas de connaître non seulement la position du rotor de la machine telle qu'un moteur ou un alternateur mais également sa vitesse et ceci avec une grande précision et il existe déjà des génératrices tachymétriques qui, couplées à la machine, permettent d'en connaître la vitesse. Cependant ces génératrices tachymétriques présentent divers inconvénients, notamment la nécessité d'une excitation du rotor ou la présence d'aimants sur cetui-ci, ce qui complique et alourdit l'ensemble du dispositif. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients -et de fournir, pour une machine électrique telle que par exemple un alternateur ou un moteur synchrone à aimant(s) permanent(s) au rotor, un dispositif utilisant des sondes à effet Hall et permettant de connaître instantanément avec une grande précision à la fois la position et la vitesse du rotor. L'invention a également pour objectif de réaliser un tel dispositif qui soit simple, peu sujet aux pannes et peu encombrant. L'invention a pour objet un dispositif de détection de la position et de la vitesse d'un organe rotatif, tel que par exemple un rotor de machine électrique tournante comprenant des moyens de détection de la position du rotor utilisant, d'une façon en. soi déjà connue, des sondes à effet Hall convenablement disposées et excitées par un ou plusieurs aimants permanents, et un disque ajouré en matériau magnétique susceptible de défiler, pour chaque capteur, entre la sonde et l'aimant, et caractérisé en ce que la périphérie du disque ajouré présente une pluralité de dents se déplaçant au voisinage d'une couronne dentée fixe disposée sur le circuit de retour du flux provenant du ou des aimants associés aux sondes de Hall, ladite couronne dentée étant associée à une bobine qui embrasse un flux maximal lorsque les dents du disque et de la couronne son. en conjonction et tir0 f'ux minimal lorsnue les dents du disque et Ce e couronne sert n disjonction. De préférence le disque r-t réalisé sous une forme plane, par exemple par estampage et présente une denture périphérique radiale provenant de li même opération, cette denture coopérant avec une court orne de préféren radiale, dentée en correspondance, de préférence au même pas. L'ensemble est non seulement facile à réaliser mais présente encore un encombrement réduit et un poids minime. La bobine peut avantageusement être concentrique à un aimant annulaire d'excitation des sondes à effet Hall. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre C'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel La figure l représente une vue d'un dispositif associé à un moteur synchrone à aimant(s) permanent(s) au rotor à quatre pôles. La figure 2 représente une vue de face du disque et de la couronne de ce dispositif. Le dispositif représenté est associé à un moteur synchrone à rotor à amants permanents à quatre pôles, non représenté. Il comporte un boîtier 1 en matériau magnétique, tel que de l'acier doux, présentant une forme généralement cylindrique dont une des extrémités, 2, est destinée à être fixée contre le carter statorique (non représenté3 du moteur. L'autre extrémité, 3, est recouverte par un couvercle 4, également en matériau magnétique portant un aimant annulaire 5, par exemple du type terre rare - cobalt dont la face de gauche présente par exemple le pôle sud et la face de droite le pôle nord. Devant cet aimant 5 défile un disque 6 en matériau magnétique, tel que par exemple en tôle d'acier doux, muni d'un moyeu 7 destiné à être calé sur l'extrémi-té de l'axe rotatif du rotor du moteur synchrone (non représenté). De l'autre côté du disque 6 par rapport à l'aimant 4, se trouve disposée une bague annulaire 8 en acier doux munie de trois pattes radiales 8a dirigées vers l'axe de rotor et sur lesquelles sont ixodes respectivement trois sondes à effet de Hall 10 décalées à 1200, la bague 2 étant reliée au bDitier 1. Une piaque de circuiterie électrique 9 est également supportée par la bague 2 avec ses pattes 8a. Seule la sonde supérieure est visible sur le dessin ; chaque sonde 1 est disposée e face du pre sud de lYIimìnt 5 dont elle est séparée par le disque 6. Le disque 6 présente en fait deux tarties en fcrn:e de secteurs en quart de cercle 11, 12 séparé par des échancrures étalement en quart de cercle 13. Conformément à l';nvention la périphérie des secteurs 11 et 12 présente une denture désignée généralrnent par 14. Cette denture 14 dont les dents sont orientées radlalement vers l'extérieur, se déplace devant une denture interne correspondante 15 d'une couronne radiale 16 formée par une projection interne de l'enveloppe 1. Un bobinage 17 est logé contre la paroi intérieure de l'extrémité 3 du boîtier 1 en étant sensiblement concentrique è l'aimant 5 pour être traversé par son flux. Le fonctionnement est le suivant En ce qui concerne la sonde à effet Hall 10, la partie du flux de l'aimant 5 qui, sortant du pôle sud, se dirige droit vers la sonde 10, peut traverser celle-ci lorsqu'une échancrure 13 est disposée devant la sonde. Le flux se referme alors par la piéce 9, le boîtier 1 avec son extrémité 3, le couvercle 4 et le pôle nord de l'aimant annulaire 5. Si par contre, comme représenté sur la figure 1, un secteur 11 ou 12 est interposé entre l'aimant et la sonde 10 le flux est intercepté par le disque 6 et renvoyé à l'aimant par l'intermédiaire du boltier 1. Les informations en provenance des capteurs 10 sont utilisées, d'une façon connue, pour indiquer la position angulaire du disque ajouré 6, et donc du rotor du moteur. En ce qui concerne la détection de la vitesse de rotation on voit que les deux secteurs 11 et 12, défilant constamment en face de l'aimant annulaire 5, interceptent chacun une partie de flux de cet aimant qu'ils dérivent radia!ement vers l'extérieur, le flux pénétrant dans la couronne 16 étant renvoyé au pôle sud de l'aimant nar l'extrémité 3 et le couvercle 4, ce flux étant embrassé par la bobine 17. On comprend que lorsque les dents de la denture 14 du disque 6 sont en conjonction avec les dents correspondantes de la denture 15 de la couronne 16 le flux est maximal.Au contraire lorsque les dents de la denture 14 sont disposées au regard des gorges de la denture 15 de la couronne 16 et vice-versa, c'es±à-dire lorsque les dents sont en disjonction, la bobine 17 embrasse un flux minimal. On obtient donc un flux variable dans la bobine dont la fréquence est liée à la vitesse de rotation et au nombre de dents de la couronne. Pour des dimensions données de la couronne et du disque 6, on peut hien entendu faire varier le nombre de dents des dentures 14 et 15 ainsi que la valeur de l'entrefer radial entre une dent de la couronne 14 et une dent de la couronne 15. A titre d'exemple on obtient d'excellents résultats avec une couronne portant un nombre de dents égal à 150, le disque 6 présentant des dents au même pas, I'entrefer étant de l'ordre de 0,1 mm lorsque les dents sont en conjonction. La tension efficace relevée sur un dispositif réalisé selon l'intervention est de 24 mV!rdls aux basses vitesses et de 11 mVlrd!s aux vitesses élevées, le domaine de vitesses allant d'environ 1 tourin à pius de 20 000 tours/mn. Le signal à fréquence variable généré dans la bobine 17. est ensuite traité par des moyens logiques convenables et utilisé par exemple pour améliorer la réponse d'un asservissement de position du rotor, d'un asservissement en vitesse ou pour piloter le moteur électrique avec une avance de phase et améliorer ses performances. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de forme ou de matériau sans pour cela s'éloigner ni de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1) Dispositif de détection de la position et de la vitesse d'un organe rotatif, tel que par exemple un rotor de machine électrique tournante, comprenant des moyens de détection de la position du rotor utilisant, d'une façon en soi déjà connue, des sondes à effet Hall (10) convenablement disposées et excitées par un ou plusieurs aimants permanents (5), et un disque ajouré en matériau magnétique (6) susceptible de défiler, pour chaque capteur, entre la sonde (10) et l'aimant (5), et caractérisé en ce que la périphérie du disque ajouré (6) présente une pluralité de dents (14) se déplaçant au voisinage d'une couroonne dentée fixe (15) disposée sur le circuit de-retour du flux provenant du ou des aimants (5) associés aux sondes de Hall (10), ladite couronne dentée (16) étant associée à une bobine (17) qui embrasse un flux maximal lorsque les dents (14, 15) du disque et de la couronne (16) sont en conjonction et un flux minimal lorsque les dents (14, 15) du disque et de la couronne (16) sont en disjonction. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque (6) est plat et sa denture (14) est radiale. 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la couronne (16) présente une denture radiale (15) 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la bobine (17) est sensiblement concentrique à ou aux aimant (s) (5). 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couronne (16) est formée par une projection interne d'un boîtier (1)-. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le boîtier est refermé par un couvercle (4-), portant un aimant (5) d'excitation des sondes (10).