Brevet FR2638302A1 — publié le 19900427

i PROCEDE DE SECURITE POUR MOTEUR PAS-A-PAS La présente invention se rapporte à un procédé de sécurité apte à entrainer l'arrêt d'un moteur pas-à-pas en cas de décrochage de ce dernier en raison d'une anomalie. Un moteur pas-à-pas est un moteur souvent utilisé pour assu- rer l'entrainement d'équipements mécaniques de précision. Son rotor, ou induit, est équipé d'aimants permanents, et ses enroulements induc- teurs, qui sont portés par son stator, sont parcourus par des courants périodiques en forme de signaux carrés ou rectangulaires et décalés dans le temps d'un enroulement, ou phase, à l'autre. Dans le cas des moteurs diphasés par exemple, les deux enroulements inducteurs sont parcourus respectivement par des courants périodiques, souvent en forme de signaux carrés ou rectangulaires, déphasés d'un quart de pé- riode d'une des deux phases à l'autre. Pour les moteurs pas-à-pas les plus répandus actuellement, chaque palier de courant inducteur est avantageusement maintenu cons- tant grace à un "découpage" en palier de ce courant inducteur, ou courant de phase, réalisé en dents de scie entre deux seuilsd'intensité prédéfinis et très proches l'un de l'autre. En cas d'anomalie, par exem- ple en cas de "décrochage" du moteur - qui n'est alors plus commandé par les signaux adéquats - dû par exemple à un "point dur" dans l'équipement mécanique entraîné ou à un incident sur le réseau électri- que d'alimentation, ou en cas de fonctionnement du moteur en décélé- ration forcée, il y a naissance d'une surtension dans les enroulements inducteurs lors de la coupure des interrupteurs électroniques servant au hachage du courant d'alimentation de ces inducteurs, de sorte que le courant des inducteurs diminue alors plus lentement que dans les conditions normales de fonctionnement, ce qui entrafne une diminution de la fréquence dudit "découpage" de ce courant. En cas de décrochage du moteur, ce dernier vient à tourner de manière incontrôlée, ce qui peut avoir des conséquences dommagea- bles sur l'équipement mécanique qu'il entrafne, en provoquant par ex- emple des collisions mécaniques que le moteur pas-à-pas avait justement pour but d'éviter. Pour enrayer ce danger, il a déjà été proposé de détecter la surtension précitée, apparaissant hors programme dans les inducteurs en cas de décrochage du moteur, et d'entraîner en consé- quence la coupure immédiate des interrupteurs électroniques d'alinmtation de ces inducteurs, et par suite l'arrêt du moteur. Cet arrêt n'est ce- pendant pas immédiat, et n'a en général lieu qu'au bout d'au moins plu- sieurs secondes, de sorte que les risques d'accident précités subsistent malgré tout. L'invention, qui vise à remédier à cet inconvénient, a pour objet un procédé de sécurité permettant d'entraîner l'arrêt quasi- instantané d'un moteur pas-à-pas en cas d'anomalie. Ce procédé consis- te à détecter cette anomalie, à déconnecter alors le programme de créa- tion des signaux périodiques de courant inducteur sans déconnecter celui de découpage en palier de ce courant puis, pour chaque phase d'enroulement inducteur, à mesurer l'intervalle de temps entre le mo- ment o la surtension anormale créée dans cette phase par le décrochage disparaît et celui o elle réapparaft ensuite, à inverser ensuite, après un intervalle de temps sensiblement égal à la moitié T/2 de cet interval- le mesuré T, le courant inducteur dans les enroulements de cette phase, à mesurer de même l'intervalle de temps T' entre ce dernier moment o la surtension anormale était réapparue et celui o elle disparaît à nou- veau, à inverser ensuite à nouveau, au bout d'un nouvel intervalle de temps sensiblement moitié T'/2, le courant dans les enroulements de cette phase, et ainsi de suite jusqu'à arrêt complet du moteur. Selon une forme avantageuse de ce procédé, la fréquence de découpage du courant inducteur est mesurée en permanence pour cha- cune des phases. Cette fréquence sert d'une part, en corrélation avec le programme de formation des signaux périodiques, à détecter l'anoma- lie de fonctionnement du moteur, et elle sert d'autre part à déterminer l'instant de passage entre une surtension normale et anormale, et vice- versa, par définition d'un seuil de fréquence de découpage S. Si la fréquence de découpage est supérieure à ce seuil, on a affaire à une surtension "normale", qui est d'ailleurs la surtension que, en corréla- tion toutefois avec le programme, l'on trouve en régime de fonctionne- ment normal du moteur. Si cette fréquence est au contraire inférieure à ce seuil S, on a affaire à une surtension "anormalement" élevée. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avanta- ges et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description sui- vante d'un exemple non limitatif de mise en oeuvre de ce procédé de de sécurité pour moteur pas-à-pas, en référence au dessin schématique annexé dans lequel - Figure 1 montre les courbes de variation du flux magnétique, en fonction du temps, dans les enroulements inducteurs de chacune des deux phases du moteur; - Figure 2 est une vue agrandie du détail A de la figure 1; et - Figure 3 est un schéma synoptique d'ensemble de l'installation. En se reportant tout d'abord à la figure 1, les courbes de variation du flux magnétique k en fonction du temps t.dans les deux enroulements inducteurs, ou autrement dit dans les deux phases, d'un moteur pas-à-pas de. type diphasé, sont rappelées. Comme on le voit sur le dessin, il s'agit dans cet exemple de signaux carrés, et la cour- be 1 relative à la première phase est décalée, par rapport à la courbe 2 relative à la deuxième phase, d'une valeur 't égale à un quart de période des signaux carrés et représentant un demi-pas électrique du moteur. De manière aujourd'hui très classique, ces signaux carrés sont créés en alimentant chacune des deux phases par l'intermédiaire d'un pont de transistors (ou autres interrupteurs électroniques) en "H", sous commande programmée provenant d'un séquenceur. Afin d'éviter l'utilisation de résistances de limitation de courant, il est usuel de main- tenir chaque palier 3 de flux, c'est à dire de courant, au moyen d'un découpage en dents de scie, représenté en vue agrandie sur la figure 2, le flux _ (donc le courant) étant maintenu entre deux seuils haut 4 et bas 5 très rapprochés l'un de l'autre. Le programme relatif à ce découpage enpalier est lui-aussi fourni par le séquenceur précité, mais la période t (ou la fréquence f) de découpage est dépendante de la surtension dans les enroulements inducteurs relatifs à la phase considérée: plus la surtension est gran- de, plus cette période t est grande, ou autrement dit plus la fréquence de découpage f est faible. Au cas o une des phases, en raison par exemple d'un phénomène de décrochage ou en raison d'une auto-décélé- ration du moteur, est le siège d'une surtension anormalement grande, la fréquence de découpage vient à baisser en dessous d'un seuil déter- miné, ce qui permet de détecter cet état de décrochage ou cet état d'auto-décélération. La figure 3 est un schéma synoptique de l'installation de mise en oeuvre de l'invention, dans le cas d'un moteur diphasé, à deux en- roulements inducteurs 6 et 7, l'enroulement 6 étant celui relatif à la phase I (courbe 1 sur la figure 1) et l'enroulement 7 étant celui rela- tif à la phase II (courbe 2 sur la figure 2). Chacun de ces enroulements 6 et 7 est classiquement alimenté, entre la borne d'alimentation V et la masse, par un pont en H, respectivement 8 et 9, à chacun quatre transistors de commutation, respectivement les transistors 10 à 13 et les transistors 14 à 17. Les bornes d'entrée, respectivement 18 à 25, des circuits de commande de ces transistors 10 à 17 sont connectés à l'organe central de commande et de calcul 26 par des connexions respec- tives 27 à 34. En série avec chacun des deux ponts 8 et 9 sont en outre prévues deux résistances de mesure, respectivement 35 et 36, et les tensions aux bornes de ces deux résistances sont transmises à l'organe central 26 au moyen des connexions respectives 37 et 38. Ces deux tensions permettent à l'ordinateur 26 de calculer la fréquence f de dé- coupage en palier précitée, car celle-ci, de même que la tension sur ou 36, est directement dépendante de la surtension dans les enroule- ments respectifs 6 ou 7. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante En régime de fonctionnement normal, le moteur pas-à-pas à enroulements diphasés 6 et 7 fonctionne conformément aux diagrammes des figures 1 et 2 et, en particulier, la fréquence de découpage f préci- tée est supérieure à un seuil défini S, en mémoire dans l'ordinateur 26, qui lui-même mesure en permanence, pour chaque phase, cette fré- quence f et la compare à ce seuil S. Supposons maintenant qu'il se produise un "décrochage" du moteur, en raison par exemple d'un "point dur" dans l'équipement méca- nique entrainé ou d'une perturbation de la tension d'alimentation V. Il se produit dans un tel cas immédiatement une surtension dans les en- roulements 6 et 7. Cette surtension entraine une baisse anormale, c'est à dire non conforme au programme, de la fréquence de découpage f en dessous du seuil S, ce que détecte l'ordinateur central 26. Cet organe central 26 commande alors aussitôt la déconnexion du programme de création des signaux carrés 1 et 2, sans toutefois déconnecter le pro- gramme de création du découpage en palier, de sorte que les courants dans les inducteurs 6 et 7 sont maintenus, tandis que les mesures de fréquence de découpage f continuent elles-aussi. Le moteur continuant sa rotation, la position des pôles continue à varier avec cette rotation, de sorte que la fréquence f vient à dépas- ser à nouveau le seuil S à un instant to, puis elle baisse jusqu'à passer à nouveau sous ce seuil S à un instant t1. L'ordinateur 26 mesure l'intervalle de temps: T = tI - to et il commande l'inversion, dans la phase considérée du moteur (Phase I dans l'enroulement ou Phase II dans l'enroulement 7) du courant induc- teur au temps t1 + T/2 ce qui entraine une auto-décélération du moteur. La rotation du moteur continue, de sorte qu'à un instant ulté- rieur t2, supérieur à tl + T/2, la fréquence f pour l'enroulement consi- déré, 6 ou 7, vient à dépasser à nouveau le seuil S. L'ordinateur mesu- re à nouveau l'intervalle de temps T' = t2 - t1 et il commande comme précédemment l'inversion dans cette phase, I ou II, du courant inducteur au temps t2 + T'/2 ce qui entraine une nouvelle auto-décélération du moteur, et ainsi de suite jusqu'à l'arrêt complet de ce moteur au bout de quelques cycles identiques au dernier cycle qui vient d'être décrit. Le temps nécessaire à cet arrêt complet dépend bien entendu de l'inertie du moteur et de celle de l'équipement qu'il entraine, mais il est de toute façon très infé- rieur à celui consécutif à l'arrêt total de la commande de fermeture des interrupteurs électroniques des ponts en H, qui était la méthode géné- ralement utilisée jusqu'à présent. Pour fixer les idées, il peut être de l'ordre de plusieurs dizaines de foix inférieur de sorte qu'en pratique, l'arrêt du moteur pas-à-pas est quasi-instantané. Comme il va de soi, l'invertion n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. Le procédé est applicable quelque soit le nombre de phases du moteur. Il n'est pas obligatoire d'utiliser la mesure de la fréquence de découpage en palier pour détecteur les surtensions non programmées dans les enroulements inducteurs, et un autre effet caractéristique d'une telle surtension anormale pourrait tout aussi bien être utilisé pour la mise en oeuvre le présente invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à une commande périodique du moteur par signaux carrés ou rectangulaires; elle s'applique aussi bien au cas d'autres modes de commande périodiques, par exemple ceux utilisant des paliers successifs en forme de gradins. REVENDICATIONS 1 - Procédé de sécurité apte à entrafner l'arrêt d'un moteur pas-à-pas en cas d'anomalie, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter cette anomalie, à déconnecter alors le programme de création des signaux périodiques (1, 2) de courant inducteur sans déconnecter celui de dé- coupage (3) de ce courant, puis, pour chaque phase (1, II) d'enroule- ment inducteur (6, 7), à mesurer l'intervalle de temps (T) entre l'ins- tant (t0) o la surtension anormale créée dans cette phase (I ou Il) disparait et celui (t1) o elle réapparaît ensuite, à inverser alors, après un nouvel intervalle de temps sensiblement égal à la moitié (T/2) de cet intervalle mesuré (T), le courant inducteur dans les enroulements (6 ou 7) de cette phase (I ou II), à mesurer de même l'intervalle de temps (T') entre ce dernier moment (t1) o la surtension anormale était réapparue et celui (t2) o elle disparaft à nouveau, à inverser ensuite à nouveau, au bout d'un nouvel intervalle de temps sensiblement moitié (T'/2), le courant inducteur dans les enroulements (6 ou 7) de cette phase (I ou II), et ainsi de suite jusqu'à arrêt complet du moteur. 2 - Procédé de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer en permanence, pour chacune des pha- ses (I, II) du moteur, la fréquence (f) de découpage du courant induc- teur en palier (3), et à utiliser la valeur de cette fréquence f() pour d'une part, en corrélation avec le programme de création desdits si- gnaux périodiques (1, 2), détecter ladite anomalie de fonctionnement du moteur, et d'autre part détecter l'instant (t1) de passage d'une surtension anormale, et vice-versa (t0, t2), par définition d'un seuil de fréquence de découpage (S) déterminé de sorte que si cette fréquen- ce de découpage (f) est supérieure à ce seuil (S), il s'agit d'une sur- tension normale, tandis que si elle est inférieure à ce seuil (S), il s'agit d'une surtension anormale.