Brevet FR2578120A1 — publié le 19860829

MOTEUR AUTOSYNCHRONE A DISPOSITIF DE REPERAGE DE LA POSITION DU ROTOR PAR RAPPORT AU STATOR ET PROCEDE DE DEMARRAGE D'UN TEL MOTEUR. L'invention est relative à une machine autosynchrone compor- tant un dispositif de repérage de la position du rotor par rapport à celle du stator. Un moteur synchrone est formé d'un rotor à aimant permanent et d'un stator bobin alimnenté en courant alternratif pour produire un champ tournant qui entraine le rotor. La viitesse du rotor est égale à celle du charmp tournant. Dans un générateur synchrone c'est la rotation du rotor à aimant permanent qui Induit des courants alternatifs dans les bobinages du stator. Les enrouements statoriques d'un moteur autosynchrone sont alhinentes par lu courant continu découpé par de. interrFupteurs comnmandés, tels que des transistors ou thyritsors2 la commanede etant telle que le charmp tournant a une postion optimum par rapport - cele du rotor afin d'obtenir un couple rmotetur de valeur maximum0 Pour asservir la phase des courants staloriques à la position du rotor on fait appel à un dispositif de reopérage de la position angulaire du rotor par rapport à celle du statoro Ce disposi- tif de repérage engendre une impulsion par tour du rotor et la phase du courant statorique est asservie à l'instant d'apparition de cette impulsion. Le dispositif de repérage comporte par exemple une roue codeuse entrainée par le rotor et un détecteur fixe, par exemple un couple source lumineusedétecteur de lumière, le tout étant agencé de façon telle que l'impulsion soit engendrée quand un pôle de l'almant du rotor a une position déterminée (par la position du détecteur) par rapport au stator. Ce dispositif comporte dans cet exemple deux autres roues codeuses qui émettent chacune 2n im- pulsions par tour, n étant le nombre de pôles du rotor. Ces deux autres roues codeuses détectent le sens de rotation et les impulsions produites sont utilisées pour engendrer les signaux de commande des interrupteurs commandés, c'est-à-dire pour déterminer la phase des courants alimentant le stator. Chaque dispositif de repérage présente une partie fixe soli- daire du stator et une partie mobile solidaire du rotor. La partie fixe doit avoir une position déterminée par rapport aux enroulements du stator et la partie mobile doit avoir une position déterminée par rapport aux pôles du rotor. Si la position de la partie fixe du dispositif de repérage est modifiée par rapport au stator le fonction- nement correct du moteur peut être compromis car dans ce cas le champ tournant n'a pas la direction idéale par rapport aux pôles du rotor. Au démarrage, lors de la mise sous tension, la position du rotor étant inconnue, le stator est alimenté par un générateur indépendant afin de fonctionner pas à pas. Ce n'est que lorsque l'impulsion provenant de la première roue codeuse a été émise, que la phase du courant dans les enroulements statoriques peut être asservie à la position du rotor afin de produire le couple maximum. On a constaté que pour certaines applications il était gênant qu'au démarrage le moteur tourne pas à pas, c'est-à-dire par à- coups; de plus, pour des raisons d'encombrement, il est souvent gênant que la partie du dispositif de repérage fixée au stator ait une position inamovible par rapport à ce dernier. L'invention remédie à ces inconvénients. Elle est caractérisée en ce que la partie du dispositif de repérage qui est solidaire du stator comporte des moyens pour qu'elle puisse tourner par rapport à ce dernier autour de l'axe du moteur afin que sa position angulaire puisse être modifiée manuel- lement, cette partie du dispositif de repérage et le stator compre- nant cependant des repères complémentaires correspondant aux positions optimales du dispositif de repérage par rapport aux enrou- lements du stator. Le nombre maximum de ces positions angulaires est de préférence égal au nombre de paires de pôles du rotor. Dans une réalisation préférée on prévoit dans ladite partie statorique du dispositif de repérage et dans la carcasse du stator des moyens complémentaires qui coopèrent pour quele couple résistant s'opposant à la rotation de ladite partie statorique soit plus impor- tant lorsque cette dernière est dans une position angulaire prédéterminée que dans une position intermédiaire. Ces moyens comptlé mentaires sont par exemple constitués par n creusures, n étant le nombre de paires de pôles du rotor, à la périphérie de la partie statorique du dispositif de repérage et par une bille poussée par ressort dans la carcasse du stator. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un mo'eur au'o- synchrone, - la figure 2 est une coupe perpendiculaire à l'axe d'un moteur autosynchrone, - la figure 3 est une coupe selon l'axe du moteur d'un dispositif de repérage de la position angulaire du rotor par rapport au stator, ce dispositif étant fixé à la carcasse du stator conformément à l'invention, et - la figure 4 est une vue selon la flèche F de la figure 3. On va maintenant décrire en relation avec la figure I le principe, déjà connu, d'un moteur autosynchrone. Un tel moteur comporte un stator polyphasé 10 et un rotor 11 à aimant(s) permanent(s) qui, pour simplifier, a été représenté avec une seule paire de pôles, nord (N) 12 et sud (S) 13. De l'arbre 14 du rotor 11 est solidaire l'élément tournant (non représenté sur la figure 1) d'un codeur 15 formant dispositif de repérage de la position angulaire du rotor par rapport au stator. Ce codeur 15 comporte une partie (également non représentée en détail) fixée à la carcasse du stator. Dans l'exemple l'élément tournant du codeur 15 comporte trois roues dont l'une présente un seul trou ou encoche et les deux autres 2n trous ou encoches, n étant le nombre de pôles du rotor. L'organe statorique du codeur comporte trois couples source lumineusedétecteur, un pour chaque roue codeuse; un détecteur de lumière reçoit le faisceau de la source correspondante lorsqu'un trou ou encoche interrompt l'occultation de ce faisceau lumineux par la roue codeuse. La première roue codeuse avec le couple source lumineuse-détecteur associé permet l'émission d'une impulsion par tour; l'instant d'apparition de cette impulsion est fonction de la position angulaire du rotor par rapport au stator, et cette impulsion est utilisée pour assurer une mise en phase correcte des courants d'excitation du stator par rapport à la position du rotor afin d'obtenir le couple maximum. Les deux autres roues codeuses permettent de produire des impulsions de commande des inter- rupteurs statiques 16 d'alimentation des enroulements statoriques à une fréquence correspondant à la vitesse de rotation du rotor 11. Ainsi les impulsions produites par les trois détecteurs sont ap- pliquées à des entrées respectives d'un circuit de commande 17 agissant sur la conduction des interrupteurs statiques 16. Ces inter- rupteurs statiques sont interposés entre une source de courant continu et un étage amplificateur 18 directemrpent relié aux enrou- lements statoriques composés, dans l'exemple simplifié de la fi- gure 1, de trois enroulements 19I, 192, 193. Sur la figure 2 le rotor 1l comporte quatre paires de pÈles réalisées à partir de huit aimants 201, 202...208 disposés régulière- ment autour de l'axe 141 avec une aimantation orthoradiale, c'est-à- dire perpendiculaire au rayon, l'aimentation de deux aimants per- manents voisins étant de sens opposés. A la périphérie du rotor l'aimantation est radiale grâce à des pièces polaires 21, 22 inter- posées entre les aimants adjacents. Dans l'exemple les pièces polaires 21I, 221 sont appliquées contre les faces correspondantes des aimants voisins 201, 202 grâce à une goupille fendue 231 dis- posée dans une cavité cylindrique d'axe parallèle à l'axe 141 et 2 5 7 8 1 20 formée par des creusures des faces adjacentes des pièces polai- res 211, 221. Les deux bords de la goupille fendue 231 appliquent, du fait de ses propriétés de ressort, une force élastique contre les deux parties de son logement, ce qui assure ladite application des pièces polaires contre les aimants correspondantso On se réfère maintenant à la figure 3 qui montre le montage, conforme à l'invention, de la partie fixe 25 (non entrainée par le rotor) du dispositif 15 sur la carcasse (ou carter) 26 du statoro Pour simplfi.er on n'a pas représenté la partie du dispositif 159 à roue codeuse, qui est entrainée par l'arbre 14. Pour recevoir une extrcmité cylindrique, ou nez, 28 du bohtier de l'organe sÉa'torique 25 lec:e:rmité de la carcasse 26 du s'talor présente une ouverture cylindrique 27 de même axe M ' que l'aro bre t4.o Le diamètre ex'érieur de lex'trémit- 28 est légemrien' infé- rieur au diamètre intérieur de la cavi'é 27 afin que cette extré- mité 28 puisse tourner dans la cavitéo Ladite extréimité de la carcasse 26 du stator présente un logement 29 pour un- ressort 30 qui exerce une force centripète radiale contre une bille 31 en légère saillie vers l'intérieur de la cavité cylindrique 27 Cette partie en saillie de la bile 31 se loge dans l'une des ouvertures 32 que comporte le nez 28 à sa périphérieo Le nombre d'ouvertures 32 est égal au nombre (4) de paires de pâles du rotor et ces ouvertures sont réguli.èrement réparties autour de l'axe 14f. Lorsque l'organe 25 est dans une position telle qu'une ouver- ture 32 loge la bille 31 les courants d'alimentation des enroule- ments 19 du stator ont une phase telle que le couple moteur a une valeur maximum. Le bâti 33 de l'organe statorique 25 qui se termine par le nez 28 est prolongé, à l'opposé de ce nez, par un capot 34 qui lui est fixé par des vis 35 et à l'intérieur duquel se trouvent les couples source lumineusedétecteur (non représentés) coopérant avec les roues codeuses entrainées par l'arbre 14 ainsi que les connexions 24 desdits couples aux alimentations externes et au circuit de com- mande 17. A cet effet le capot 34 présente un méplat 36 et une paroi oblique 31 de laquelle est solidaire un connecteur 38 établis- sant lesdites connexions électriques. Les roues codeuses ainsi que lesdits couples sont disposés à l'intérieur d'un boîtier 39 sous le capot 34. Le boîtier 39 est fixé au bâti 33 par des moyens qui n'ont pas tous été représentés. Ce boîtier 39 a une position angulaire réglable par rapport au bâti 33. A cet effet dudit boîtier 39 est en saillie, en direction du moteur, un doigt 40 logé dans une encoche 41 (figure 4) d'une pièce 42 en forme d'arc de cercle centré sur l'axe 14! qui présente une lumière 43 également en forme d'arc de cercle centré sur l'axe 141 traversée par une vis 44 coopérant avec un trou taraudé du bâti 33. C'est la position de la vis 44 dans la lumière 43 qui détermine la position angulaire du boîtier 39 par rapport au bâti 33. Au démarrage on ne peut fournir de façon immédiate au circuit 17 un signal représentant la position du rotor 1 par rapport au stator pour conférer au courant statorique la phase optimum permettant d'obtenir l'angle optimum entre le champ tournant et l'aimantation du rotor. En effet il faut attendre que l'encoche de la roue codeuse destinée à produire une impulsion par tour, soit dans une position angulaire telle qu'elle découvre le faisceau lumineux du couple source-détecteur associé. C'est pourquoi on prévoit généra- lement une commande pas à pas au démarrage. Pour éviter cette commande pas à pas, qui présente l'inconvénient d'entrainer le rotor 1 par à-coups, on fait tourner manuellement le dispositif 25 d'un tour; au cours de cette rotation on passe obligatoirement par la position pour laquelle se produit -l'impulsion, on évite ainsi la commande pas à pas, c'est-à-dire par à-coups. La possibilité de rotation autour de l'axe 141 de l'organe statorique du dispositif 15 est également utile pour résoudre des problèmes de positionnement. En effet l'organe 25 n'ayant pas une forme extérieure de révolution, il peut se produire que lorsqu'on dispose d'un espace réduit pour le moteur certaines positions angu- laires soient plus favorables que d'autres. La pièce de fixation 42 avec sa lumière 43 permet un réglage lors du premier montage, généralement en usine, du dispositif 15 sur le moteur. REVENDICATIONS I. Moteur autosynchrone comprenant un circuit de commande et d'alimentation (16, 17, 18) des enroulements (19) du stator (10) engendrant un champ tournant dont la direction angulaire est fonction de la direction de l'aimantation de l'aimant permanent du rotor (11) grâce à un dispositif (15) produisant un signal représentant la position angulaire du rotor (11) par rapport aux enroulements statoriques (19), ce dispositif de repérage (15) comportant un moyen pour émettre une impulsion par tour qui comprend un organe mobile solidaire du rotor (11) et un organe fixe (25) solidaire du stator, caractérisé en ce que l'organe statorique (25) du dispositif de repérage (15) et le stator comportent des moyens complémentai- res (31, 32) pour que ledit organe statorique (25) puisse être tourné manuellement autour de l'axe (141) du moteur, des repères étant prévus pour repérer des positions angulaires prédéterminées de cet organe statorique. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de repérage complémentaires sont tels que le couple résis- tant s'opposant à la rotation manuelle de l'organe statorique (25) du dispositif de repérage (15) soit le plus important lorsque cet organe se trouve dans une position angulaire prédéterminée. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens complémentaires comportent, sur le stator, une bille (31) poussée par un ressort (30) et, sur l'organe statorique (25), des encoches (32) en nombre égal au nombre de paires de pôles du rotor et réparties régulièrement à la périphérie d'un nez (28) de cet organe (25). 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le nez (28) pénètre à l'intérieur d'une ouverture cylindrique (27) à une extrémité de la carcasse (26) du stator. 5. Procédé pour démarrer un moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à la mise sous tension on fait tourner manuellement d'un tour l'organe statori- que (25) du dispositif de repérage (15).