Brevet FR2663799A1 — publié le 19911227

"Circuit de commande d'un moteur synchrone polyphasé relié à un circuit de tension redressée " Etat de la technique: L'invention concerne un circuit de commande d'un moteur synchrone à enroulement d'induit polyphasé relié à un réseau de tension continue et un circuit équipé de plusieurs commutateurs électroniques pour brancher successivement les enroulements de phase de l'induit sur la tension continue du réseau, avec une logique de commutation pour appliquer dans l'ordre correct, des signaux de commande aux commutateurs électroniques en coïncidence avec la position de rotation du rotor du moteur synchrone et un capteur pour détecter la position angulaire du rotor, celui-ci comportant un montage à capteurs magnétiques tournant en synchronisme avec le rotor et un convertisseur magnéto-électrique fixe, ce convertisseur fournissant un signal électrique de capteur correspondant à l'intensité de champ ou à l'induction du champ magnétique créé dans l'enroulement de phase par le montage à capteurs magnétiques. Dans un circuit connu pour un moteur synchrone à quatre phases (DE 30 42 819 Ai), le signal de commutation combiné directement à l'angle de rotation du rotor n'est pas obtenu à partir du signal d'un capteur surveillant la rotation du rotor, mais à partir des tensions de ligne ou des phases de l'enroulement d'induit lorsque les phases d'enroulement sont bloquées Pour cela, les commutateurs du circuit de commande en forme de transistors de puissance sont branchés en série avec l'une des phases de l'enroulement prévu dans le stator du moteur synchrone, entre une extrémité de l'enroulement et le potentiel nul Les autres extrémités des enroulements de phase de l'induit sont réunies en un point étoile qui est relié par un commutateur de réseau au potentiel positif de la tension continue du réseau. La logique de commutation est réalisée par des comparateurs de tension, utilisant des éléments de combinaison logiques et par un compteur en anneau dont les sorties de comptage en parallèle sont reliées aux entrées de commande des transistors Dans les comparateurs de tension, on compare les tensions induites dans les enroulements de phase qui se suivent cycliquement du fait du blocage des transistors et un signal de sortie est émis si la tension de l'enroulement de phase, se suivant de manière cyclique dépasse la tension induite de manière cyclique dans l'enroulement de phase précédent Ces signaux de sortie des comparateurs de tension sont combinés aux signaux de sortie du compteur en anneau suivant une combinaison logique ET et cela de manière à transmettre un signal de commutation à une bascule monostable (monobloc) uniquement lorsque l'enroulement de phase qui suit de manière cyclique l'enroulement à tension la plus élevée, est traversé par le courant par l'ouverture du transistor correspondant La sortie du compteur en anneau reliée à l'entrée de commande du transistor aboutit ainsi à un potentiel haut Le flanc positif de l'impulsion de sortie de la bascule monostable fait avancer le compteur en anneau, de sorte que le potentiel haut H est alors appliqué à la sortie de comptage suivant du compteur en anneau et que le transistor instantanément ouvert se bloque et que le transistor suivant dans le cycle s'ouvre. Dans ce circuit, on commande les transistors avec des impulsions à flanc rectangulaire; le flanc positif (flanc montant) de l'impulsion de commutation destiné au transistor à rendre passant arrive en même temps que le flanc négatif (flanc descendant) de l'impulsion de commutation destiné au transistor à bloquer Un tel circuit engendre dans le moteur synchrone en liaison avec le circuit encore appelé moteur EC, des bruits considérables lors de la commutation du courant, c'est-à-dire lors du passage du courant d'un enroulement de phase conducteur à ce moment (enroulement de phase qui est à couper) sur l'enroulement de phase suivant qui doit conduire le courant (enroulement qui doit devenir conducteur) et constitue également l'origine des parasites radiaux. Avantages de l'invention: Le circuit selon l'invention est caractérisé en ce qu'à partir de chaque signal de capteur, on forme un signal de commande pour le commutateur électronique associé à l'enroulement de phase de manière que ce commutateur se ferme pour le flanc descendant du signal de capteur négatif et qu'il s'ouvre pour le flanc descendant du signal de capteur, positif. Ce circuit offre vis-à-vis de l'état de la technique, l'avantage qu'indépendamment du sens de rotation du moteur synchrone ou moteur EC, on arrive à une commutation anticipée; cela signifie que la commutation se fait avant l'instant théorique prévu pour la commutation et qui est fixé par l'identité des tensions des enroulements successifs Le gain en flux magnétique ainsi obtenu augmente le rendement du moteur Les pointes de courant qui existent usuellement à la commutation existent a peine selon l'invention, si bien que les parasites électromagnétiques et les bruits de commutation sont réduits. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur comporte un nombre d'éléments à effet Hall correspondant au nombre de phases de l'enroulement d'induit et en ce qu'à partir de chaque signal de capteur émis par l'un des éléments à effet Hall, le signal de commande est formé à partir de la suite des impulsions de commande pour que les flancs montants des impulsions de commande se trouvent au niveau du flanc descendant du signal négatif de capteur et que les flancs descendants des impulsions de commande se situent au niveau des flancs descendants du signal de capteur, positif ou inversement. Suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque élément à effet Hall fait partie d'un capteur à effet Hall connu en soi comportant deux sorties qui, lors de la rotation du montage à capteurs magnétiques fournissent deux suites d'impulsions rectangulaires déphasées respectivement de 90 et ayant un rapport de travail supérieur à 1 et en ce que pour obtenir les signaux de commande, on combine de manière logique les deux signaux de sortie d'un capteur à effet Hall. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la combinaison logique est réalisée par une bascule bistable commandée par les flancs et dont l'entrée ou l'entrée est reliée respectivement à chacune des sorties du capteur à effet Hall et dont l'entrée de cadence (horloge) est reliée aux deux sorties du capteur à effet Hall chaque fois par un élément différentiateur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le montage à capteurs magnétiques du capteur est formé par les pâles du rotor de préférence excités par un aimant permanent. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les éléments à effet Hall ou les capteurs à effet Hall sont montés à la périphérie du rotor de façon équi-angulaire, ce décalage angulaire étant chaque fois égal au produit du nombre de phases m de l'enroulement d'induit par l'angle complet de 3600 divisé par le nombre de paires de pôles p du rotor Comme tels capteurs à effet Hall, on peut par exemple utiliser le capteur UGN 3235 K de la Société Sprague Les deux signaux de sortie de chaque capteur à effet Hall sont combinés dans la logique de commutation pour donner le signal de commande du commutateur de l'enroulement de phase correspondant. La combinaison logique des signaux de sortie utilisant de tels capteurs à effet Hall se fait selon un autre mode de réalisation de l'invention, avantageusement à l'aide d'un flip-flop JK commandé par un flanc (bascule bistable de type JK) dont l'entrée J ou l'entrée K reçoivent chacune l'une des sorties du capteur à effet Hall et dont l'entrée de cadence ou d'horloge est reliée aux deux sorties du capteur à effet Hall par l'intermédiaire d'un élément de différentiation. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le montage des capteurs magnétiques du capteur pour détecter la position angulaire du rotor est constitué par les pôles mêmes du rotor du moteur synchrone Dans ce cas, le décalage angulaire des capteurs à effet Hall prévus à la périphérie du rotor et dont le nombre correspond au nombre des phases de l'enroulement de l'induit est égal au produit du nombre des phases M de l'enroulement d'induit et de l'angle obtenu en divisant 3600 par le nombre de paires de pâles p du rotor. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté aux dessins, dans lesquels: la figure 1 est un schéma de principe d'un moteur EC. la figure 2 est un schéma de principe de l'ensemble de combinaisons de la logique de commutation du moteur EC à la figure 1. la figure 3 montre différents chronogrammes en fonction de l'angle de rotation a du rotor du moteur EC à la figure 1. Description de l'exemple de réalisation Dans le schéma de principe d'un moteur EC représenté à la figure 1, on a désigné par la référence 10 l'enroulement d'induit triphasé d'un moteur synchrone dont les enroulements de phase u, v, W sont prévus dans le stator du moteur synchrone Le rotor 11 du moteur synchrone est représenté par un rotor à deux pâles (nombre de paires de pôles p = 1). Dans l'exemple représenté, le champ d'excitation est généré par un aimant permanent 12. Les enroulements de phase u, v, W sont réunis par une de leurs extrémités à un point étoile relié au pâle négatif de la tension continue d'un réseau de tension continue caractérisé par les symboles "+" et "-" L'autre extrémité de chaque enroulement de phase u, v, W est reliée par un transistor de puissance 13-15 d'un dispositif de commutation au pâle positif de la tension continue du réseau L'entrée de commande des transistors 13-15 est reliée aux sorties d'une logique de commutation 16. Cette logique de commutation 16 garantit la commande correcte dans le temps des transistors 13-15 en correspondance avec la position angulaire du rotor 11. Pour cela, la logique de commutation 16 est reliée à un capteur détectant la position angulaire du rotor 11 Ce capteur se compose d'un montage à générateur magnétique tournant en synchronisme avec le rotor 11; ce montage est constitué ici du rotor bipolaire 11 du moteur synchrone et d'un convertisseur magnéto- électrique fixe dans l'espace, qui comporte un nombre d'éléments à effet Hall prévus de manière équi- angulaire à la périphérie du rotor 11, le nombre de ces éléments à effet Hall correspondant au nombre de phases de l'enroulement d'induit 10; dans le cas présent, on a trois éléments à effet Hall et pour chaque phase d'enroulement u, v, w, l'émetteur fournit un signal électrique de capteur qui correspond au tracé de l'intensité du champ ou l'induction magnétique du champ magnétique qui, au moment de la rotation du montage à capteurs magnétiques correspond à l'enroulement de phase respectif u, v, W traversé par le flux magnétique Un tel signal de capteur est représenté à titre d'exemple pour l'enroulement de phase u de l'enroulement 10 à la figure 3 a en fonction de l'angle de rotation a du rotor A partir de ce signal de capteur, par enroulement de phase u, v, w, on dérive un signal de commande du transistor 13-15 correspondant dans le cas de l'exemple, il s'agit de l'enroulement de phase u pour le transistor 13; cela permet à chaque transistor 13-15 de se bloquer pour le flanc descendant du signal de détection négatif et d'ouvrir avec le flanc descendant, le signal de détection de capteur Le signal de commande ainsi destiné au transistor 13 est représenté à la figure 3 d Le signal de commande se compose d'une suite d'impulsions de commande En comparant avec le signal de capteur de la figure 3 a, il apparait clairement que le flanc montant de l'impulsion de commande se trouve au niveau du flanc descendant correspondant du signal négatif du capteur et les flancs descendants des impulsions de commande se trouvent au niveau des flancs descendants du signal positif de capteur. Pour obtenir le signal de commande à partir du signal de capteur, chaque élément à effet Hall est intégré dans un capteur à effet Hall 17-19, connu, dans lequel le signal de sortie est transmis par deux déclencheurs de Schmitt à seuils de commutation différents pour être appliqué aux deux sorties du capteur à effet Hall 17-19 lors de la rotation du montage de générateurs magnétiques, avec deux suites d'impulsions rectangulaires déphasées de 90 , et ayant un rapport de travail supérieur à 1. Les signaux de sortie Q 1, Q 2 sont représentés à titre d'exemple pour le capteur à effet Hall 17 aux figures 3 b, 3 c De tels capteurs à effet Hall 17-19 sont des composants du commerce Les deux sorties de chaque capteur à effet Hall 17-19 sont reliées par une ligne bifilaire à un ensemble de combinaisons 20 de la logique de commutation 16 Le schéma de l'ensemble de combinaisons 20 est représenté à la figure 2 dans le cas du capteur Hall 17. L'ensemble de combinaisons 20 pour les capteurs à effet Hall 18 et 19 est identique. Les deux sorties Qi, Q 2 du capteur à effet Hall 17 sont reliées à une bascule bistable JK 21 commandée par le flanc de l'impulsion; ainsi la reliée à l'entrée J et la sortie Q 2 est reliée à l'entrée K de la bascule bistable 21 En outre, les deux sorties Q 1, Q 2 du capteur à effet Hall 17 sont reliées chacune par un élément de différentiation à l'entrée de cadence "horloge" de la bascule bistable JK 21 L'un des éléments de différentiation est formé par le montage en série d'un condensateur 22 et d'une résistance 24; l'autre élément de différentiation est formé du montage en série d'un condensateur 23 et de la même résistance 24 Le flanc montant de chacune des impulsions créé dans les deux suites rectangulaires d'impulsions provenant des sorties Q 1, Q 2 du capteur à effet Hall 17, une impulsion de cadence appliquée à l'entrée de cadence de la bascule bistable 21; ainsi pour chaque impulsion de cadence du potentiel appliquée à chacune des entrées J et K, la bascule bistable passe sur sa sortie Il en résulte qu'à la sortie de la bascule bistable 21, on a le signal de commande de la figure 3 d qui est appliqué par un amplificateur 25 à la base du transistor 13; ce dernier est en série avec la phase d'enroulement u de l'enroulement d'induit 10 Le transistor 13 est commandé dans le sens de l'ouverture avant le point de commutation théorique Il assure le passage du courant Les signaux de commande pour les autres transistors 14, 15 sont créés de la même manière par les autres unités de combinaison 20, les signaux de commande étant toutefois déphasés de 1800. Lorsque pour la commande des transistors, il faut des impulsions de commande inversées, alors l'ensemble de combinaisons logiques 20 doit être réalisé pour que les flancs descendants des impulsions de commande de la suite des impulsions de commande correspondent aux flancs descendants du signal de capteur négatif et et que les flancs montants des impulsions de commande se trouvent au niveau du flanc descendant du signal positif de capteur Pour cela, il suffit d'échanger les bornes des sorties Q 1, Q 2 du capteur à effet Hall 17 sur les entrées JK de la bascule bistable 21 pour que la sortie Ql soit maintenant reliée à l'entrée K et que la sortie Q 2 soit reliée à l'entrée J de la bascule bistable 21 Il faut effectuer les mêmes modifications sur les unités de combinaison 20 qui son reliées aux capteurs à effet Hall 17, 18. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit Ainsi, le rotor 11 peut comporter plus de deux pôles c'est-à-dire quatre, six ou mêmes plus de pôles et en tout il comporte p paires de pôles; p est un nombre commençant par p. L'enroulement d'induit peut également avoir plusieurs enroulements de phase par exemple être réalisé de manière tétraphasée De façon générale, la lettre m désigne le nombre de phases de l'enroulement d'induit 10 Dans tous les cas, le nombre des capteurs à effet Hall, nécessaires est égal au nombre de phases m de l'enroulement d'induit 10 et le décalage d'angle dans le montage des capteurs à effet Hall sur la périphérie du rotor est égal au produit du nombre de phases m de l'enroulement d'induit 10 et l'angle de 3600 divisé par le nombre de paires de pôles p du rotor 11. Les transistors peuvent également être prévus entre les enroulements de phase u, v, W de l'enroulement 10 et le potentiel négatif de la tension continue du réseau Le point étoile est alors relié au potentiel positif. En outre, on peut utiliser des capteurs à effet Hall dont le circuit interne est déjà réalisé pour qu'il fournisse un signal de sortie correspondant au signal de commande représenté à la figure 3 d Cela la est par exemple possible du fait que les déclencheurs de Schmitt sont conçus pour que leur point de commutation se situe au niveau des flancs descendants de l'intensité de champ du montage à capteurs magnétiques Un circuit externe tel que celui représenté à la figure 2 et décrit cidessus peut alors être supprimé Les capteurs à effet Hall ainsi modifiés peuvent également avoir deux sorties, l'une des sorties dispose alors du signal de commande de la figure 3 d et l'autre un signal de sortie inverse. Le circuit selon l'invention peut comporter à la place du commutateur électronique branché en série sur les enroulements de phase, un montage en pont et les enroulements de phase de l'induit sont alors reliés aux lignes de jonction entre les deux commutateurs électroniques d'une même branche du pont. Le fonctionnement du montage à capteurs magnétiques n'est pas nécessairement assuré par les aimants permanents du rotor On peut prévoir un capteur à aimant particulier solidarisé au rotor. REVENDICATIONS 1 ) Circuit de commande d'un moteur synchrone à enroulement d'induit à plusieurs phases, avec un réseau de tension continue et un circuit équipé de plusieurs commutateurs électroniques pour brancher successivement les enroulements de phase de l'induit sur la tension continue du réseau, avec une logique de commutation pour appliquer dans l'ordre correct, des signaux de commande aux commutateurs électroniques en coïncidence avec la position de rotation du rotor du moteur synchrone et un capteur pour détecter la position angulaire du rotor, celui-ci comportant un montage à capteurs magnétiques tournant en synchronisme avec le rotor et un convertisseur magnéto-électrique fixe, ce convertisseur fournissant un signal électrique de capteur correspondant à l'intensité de champ ou à l'induction du champ magnétique créé dans l'enroulement de phase par le montage à capteurs magnétiques, circuit caractérisé en ce qu'à partir de chaque signal de capteur, on forme un signal de commande pour le commutateur électronique ( 13, 14, 15) associé à l'enroulement de phase (u, v, w) de manière que ce commutateur se ferme pour le flanc descendant du signal de capteur négatif et qu'il s'ouvre pour le flanc descendant du signal de capteur, positif. ) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur comporte un nombre d'éléments à effet Hall correspondant au nombre de phases de l'enroulement d'induit ( 10) et en ce qu'à partir de chaque signal de capteur émis par l'un des éléments à effet Hall, le signal de commande est formé à partir de la suite des impulsions de commande pour que les flancs montants des impulsions de commande se trouvent au niveau du flanc descendant du signal négatif de capteur et que les flancs descendants des impulsions de commande se situent au niveau des flancs descendants du signal de capteur, positif ou inversement. 30) Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque élément à effet Hall fait partie d'un capteur à effet Hall ( 17-19) connu en soi comportant deux sorties (Q 1, Q 2) qui, lors de la rotation du montage à capteurs magnétiques ( 11) fournissent deux suites d'impulsions rectangulaires déphasées respectivement de 90 et ayant un rapport de travail supérieur à 1 et en ce que pour obtenir les signaux de commande, on combine de manière logique les deux signaux de sortie d'un capteur à effet Hall ( 17- 19). ) Circuit selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la combinaison logique est réalisée par une bascule bistable (JK, 21) commandée par les flancs et dont l'entrée (J) ou l'entrée (K) est reliée respectivement à chacune des sorties (Qi, Q 2) du capteur à effet Hall ( 17, 19) et dont l'entrée de cadence (horloge) est reliée aux deux sorties (Q 1, Q 2) du capteur à effet Hall ( 17-19) chaque fois par un élément différentiateur ( 22, 24; 23, 24). 50) Circuit selon l'une des revendications 1-4, caractérisé en ce que le montage à capteurs magnétiques du capteur est formé par les pôles du rotor ( 11) de préférence excités par un aimant permanent. 60) Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments à effet Hall ou les capteurs à effet Hall ( 17-19) sont montés à la périphérie du rotor de façon équi-angulaire, ce décalage angulaire étant chaque fois égal au produit du nombre de phases (m) de l'enroulement d'induit ( 10) par l'angle complet de 360 divisé par le nombre de paires de pâles (p) du rotor ( 11).