Brevet FR2717964A1 — publié le 19950929

l " Générateur de position d'un rotor comprenant un émetteur magnétique et des capteurs à effet Hall " Etat de la technique La présente invention concerne générateur de position de rotor pour créer trois signaux de commande cou- plés rigidement à l'angle de rotation du rotor, notamment pour créer des signaux de commutation pour commuter des éléments de commutation électroniques montés dans des en- roulements d'induit de moteur à courant continu et à commu- tation électronique, comprenant un émetteur magnétique aimanté solidaire du rotor et des capteurs à effet Hall montés fixes en position à la périphérie du rotor, en étant décalés d'un angle électrique de 1200. Dans le cas d'un générateur de position de ro- tor, connu, correspondant à ce type (DE 39 32 762 AI), on détermine pour une machine à courant continu à commutation électronique, la position instantanée respective du rotor à l'aide d'au moins un capteur à effet Hall par phase. Les capteurs à effet Hall sont excités par un aimant solidaire en position du rotor. Les signaux ainsi obtenus servent à commander des commutateurs électroniques de puissance asso- ciés aux différentes phases. Dans le cas de ce générateur de position de rotor, connu, pour chaque phase il faut un capteur à effet Hall ce qui se traduit par une fabrication coûteuse. Le document DE 39 31 651 A1 décrit un disposi- tif d'entraînement d'un ensemble de construction, mobile, comme par exemple un lève-glace équipant les véhicules au- tomobiles; la course et les positions de fin de course sont surveillées par un capteur et sont commandées. Le cap- teur comporte un aimant permanent monté sur l'axe du rotor et deux détecteurs à effet Hall. L'aimant permanent est monté solidairement en rotation sur l'axe du rotor et les deux capteurs à effet Hall sont montés fixes dans l'espace par rapport à l'axe du rotor, les deux capteurs étant déca- lés l'un de l'autre de 90 . Les deux canaux de sortie du circuit intégré à effet Hall fournissent les deux signaux de sortie générés par l'axe de rotation du rotor; il s'agit d'une succession d'impulsions rectangulaires ayant chacune une longueur de 180 . Chaque période impulsionnelle caractérise une rotation de l'axe du rotor. La fréquence des impulsions dépend de la vitesse de rotation de l'axe du rotor. Les deux suites d'impulsions sont déphasées l'une de l'autre de 90 si bien que le sens du déphasage permet de reconnaître le sens de rotation de l'axe du rotor. Le document DE 40 40 926 C1 décrit un circuit de mise en oeuvre d'un moteur synchrone polyphasé relié à un réseau de tension continu. Pour commander les commuta- teurs à semi-conducteurs, dans l'ordre correct, dans les différentes phases des enroulements, on utilise des signaux de commutation en concordance avec la position du rotor. Ces signaux de commutation sont générés à l'aide de trois capteurs de position; ces capteurs sont montés fixes en position à la périphérie du rotor en étant chaque fois dé- calés d'un même angle périphérique. Ces capteurs de posi- tion sont des éléments à effet Hall commandés par un aimant de générateur, aimanté de manière symétrique sur l'axe du rotor; ils fournissent des signaux disponibles chaque fois à 1800. A partir des flancs décalés d'un angle électrique de 120 , de ces signaux, par combinaison logique on crée trois signaux de phase qui ne se chevauchent pas et qui sont déphasés de 1200. Ainsi, pour chaque phase, il faut un capteur à effet Hall. Les dispositifs décrits ci-dessus nécessitent des éléments à effet Hall comme capteurs de position pour chaque phase. Cette solution est relativement compliquée et ainsi sa fabrication est relativement coûteuse. La présente invention a pour but de remédier aux inconvé- nients des solutions connues et concerne à cet effet un gé- nérateur de position de rotor correspondant au type défini ci-dessus, caractérisé en ce que - l'émetteur magnétique se compose d'une partie polaire correspondant à une partie périphérique de 120 du rotor, et présentant une polarité magnétique ainsi qu'une partie polaire correspondant à une partie périphérique de 240 sur le rotor et ayant une polarité magnétique opposée, - deux capteurs à effet Hall pour émettre des signaux de commande, qui sont montés fixes en position avec un déca- lage dans l'espace de 1200à la périphérie du rotor et, - les signaux de commande des deux capteurs à effet Hall sont combinés de manière logique pour créer le troisième signal de commande pour que l'on obtienne un troisième si- gnal de commande de préférence à la sortie d'un élément lo- gique NOR (non-ou), qui reçoit sur ses entrées les deux signaux de commande des deux capteurs à effet Hall lors- qu'aucun des deux signaux de commande des capteurs à effet Hall n'est présent. Le générateur de position de rotor selon l'invention présente l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique, de nécessiter moins de composants tant pour lui- même que pour son intégration et son positionnement correct en fabrication. Cela est vrai pour un résultat de qualité cons- tante pour générer trois signaux de commande associés rigi- dement aux angles de rotation du rotor. L'émetteur magnéti- que de conception particulière avec sa division à 120 /240 se suffit de seulement deux capteurs à effet Hall car à l'aide d'un simple élément NOR, peu coûteux, à partir des deux signaux des capteurs à effet Hall, on obtient de ma- nière simple le troisième signal de commande couplé rigide- ment à l'axe de rotation du rotor. Le générateur de position de rotation selon l'invention comporte des pièces polaires de l'émetteur ma- gnétique qui sont réalisées avantageusement des pièces à aimantation permanente. Selon un autre mode de réalisation particuliè- rement avantageux de l'invention, les pièces polaires du générateur magnétique sont adaptées par leur forme à la forme périphérique respective du rotor correspondant. Selon un mode de réalisation préférentiel, la forme des segments de coquille ont une forme de segments de cercle qui épousent suivant leur division de 120 /240 , de manière annulaire la forme cylindrique de l'axe du rotor. Selon un autre développement avantageux de l'invention, les parties polaires de l'émetteur magnétique sont fixées à l'axe du rotor de préférence par collage. Ce- la permet une fabrication particulièrement simple. Selon un autre développement avantageux de la conception de l'émetteur magnétique selon l'invention, les pièces polaires sont aimantées directement sur le rotor ou sur l'axe du rotor suivant une répartition à 120 /240 . Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté aux dessins. Ainsi: - la figure 1 montre schématiquement un axe de rotor portant des pièces polaires magnétiques avec une dis- tribution selon l'invention à 120 /240 , et deux capteurs à effet Hall décalés de 120 , - la figure 2 montre un diagramme des signaux des deux capteurs à effet Hall et du troisième signal obte- nu à partir de ces deux signaux, - la figure 3 montre un schéma par blocs du circuit créant le troisième signal à l'aide d'un élément logique NOR (non-ou). Description de l'exemple de réalisation La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un générateur de position de rotor 11. Les composants principaux de ce générateur de position de rotor 11 sont des pièces polaires 13 et 14 d'un émetteur magnétique monté sur un axe de rotor 12 qui figure ci-après le rotor de ma- nière générale, ainsi que deux capteurs à effet Hall Hi et H2 portant les références 15 et 16. L'axe de rotor 12 est monté à rotation autour du centre 17 de l'axe géométrique, en tournant par exemple dans le sens de la flèche 18 telle que représentée. Selon l'invention, l'émetteur magnétique com- porte des pièces polaires 13, 14 réparties suivant une ré- partition à 120/240 . Cela signifie, comme le montre la figure 1, que le pôle Nord N de l'émetteur magnétique oc- cupe la position angulaire de 120 du rotor ou de l'axe 12 du rotor et que le pôle Sud S occupe la position à 240 à la périphérie du rotor ou de l'axe du rotor 12. L'une des pièces polaires 13 de polarité magnétique N entoure ainsi l'axe de rotor 12 sur 120 et l'autre pièce polaire 14 cor- respondant à l'autre polarité magnétique S entoure l'axe de rotor 12 sur 240 . Les deux pièces polaires 13 et 14 entou- rent ainsi l'axe de rotor 12 à la manière d'une bague. Les deux capteurs à effet Hall 15 et 16 sont montés fixes en position à la périphérie de l'axe 12 du rotor avec un déca- lage de 120 . Dans la vue de la figure 1, les deux capteurs sont figurés à la ligne de jonction des deux pièces polai- res 13 et 14 qui sont montrés décalés par rapport à la pièce polaire 13 représentée, avec la polarité N, pour . La vue simplifiée du schéma par blocs selon la figure 3 montre les deux capteurs à effet Hall Hi 15 et H2 16 branchés respectivement au potentiel de la masse et au potentiel positif. La sortie du capteur à effet Hall 15 est reliée au point 31 et la sortie du capteur à effet Hall 16 est reliée au point 32. Ces deux sorties sont appliquées selon l'invention comme entrées à un élément logique NOR (non-ou) 30. La combinaison logique que l'on obtient comme signal à la sortie 33 de l'élément NOR, lorsqu'il n'y a pas de signal d'entrée, génère selon l'invention le troisième signal couplé rigidement à l'angle de rotation du rotor. Ainsi, à la sortie 31 du capteur à effet Hall Hi on obtient le signal U1; à la sortie 32 du capteur à effet Hall H2 on obtient le signal U2 et à la sortie 33 de l'élément NOR 30 on obtient le signal U3 (=UlVU2). Ainsi, on obtient de ma- nière avantageuse les trois signaux de commande de phase à l'aide de seulement deux capteurs à effet Hall. La figure 2 montre à l'aide du diagramme, la forme des signaux fournis par les deux capteurs à effet Hall Hi et H2. Le signal de sortie U1 du capteur à effet Hall Hi, 15 n'est présent ou n'est positif que pour un an- gle de 120 du fait de la division 120 /240 de l'émetteur magnétique; ce signal est nul ou est absent pour un angle de 2400. Le signal de sortie U2 du capteur à effet Hall H2, 16 est décalé de 120 du fait de la configuration représen- tée à la figure 1 de l'émetteur magnétique selon la pré- sente invention, c'est-à-dire qu'il est positif ou présent seulement pour 120 et qu'il est nul ou absent pour 240 . Lorsque les deux signaux de sortie des deux capteurs à ef- fet Hall 15 et 16 ne sont pas au niveau de tension Ul et U2, on obtient alors le troisième signal U3 (=U1VIU2). Ainsi, selon l'invention, on crée trois signaux couplés rigidement à l'angle de rotation du rotor; d'une manière particulièrement avantageuse, les signaux des deux capteurs à effet Hall existants, ainsi que le signal de sortie qu'en déduit l'élément logique NOR ne sont disponi- bles chaque fois que pour 120 et sont de plus déphasés les uns par rapport aux autres de 120 . Cela permet d'utiliser directement ces signaux comme des signaux de commande. La conception particulière selon l'invention de l'émetteur magnétique avec sa division à 120 /240 offre d'elle-même la possibilité d'avoir les signaux de sortie générés directement par les capteurs à effet Hall, sur 120 et non sur 2400. Cela signifie qu'il ne faut aucune mise en forme particulière des signaux pour commander les commuta- teurs à semi-conducteurs des enroulements d'induit d'un ro- tor. La configuration de l'émetteur magnétique re- présentée à la figure 1 peut se réaliser de différentes ma- nières. Les pièces polaires 13 et 14 et leurs composantes périphériques de dimensions différentes sont réalisées de préférence par des pièces d'aimantation permanente. C'est pourquoi leur forme est adaptée à la forme respective du rotor. Comme le montre la figure 1, l'axe de rotor 12, rond, reçoit des parties de coquille 13, 14 de forme annu- laire ou en forme de secteur de cercle adaptées à l'arrondi du rotor. La fixation se fait de préférence par collage. Une autre possibilité de réalisation consiste à aimanter la matière magnétique directement à la périphérie de l'axe du rotor suivant une division de 120 /240 , par exemple par une application par pulvérisation. R E V E N D I CATIONS 1) Générateur de position de rotor pour créer trois signaux de commande couplés rigidement à l'angle de rotation du rotor, notamment pour créer des signaux de com- mutation pour commuter des éléments de commutation électro- niques montés dans des enroulements d'induit de moteur à courant continu et à commutation électronique, comprenant un émetteur magnétique aimanté solidaire du rotor et des capteurs à effet Hall montés fixes en position à la péri- phérie du rotor, en étant décalés d'un angle électrique de , caractérisé en ce que - l'émetteur magnétique se compose d'une partie polaire (13) correspondant à une partie périphérique de 120 du ro- tor (12), et présentant une polarité magnétique (N) ainsi qu'une partie polaire (14) correspondant à une partie péri- phérique de 240 sur le rotor (12 et ayant une polarité ma- gnétique (S) opposée, - deux capteurs à effet Hall (15, 16) pour émettre des si- gnaux de commande (U1,U2), qui sont montés fixes en posi- tion avec un décalage dans l'espace de 1200à la périphérie du rotor et, - les signaux de commande (Ul, U2) des deux capteurs à ef- fet Hall (15,16) sont combinés de manière logique pour créer le troisième signal de commande (U3) pour que l'on obtienne un troisième signal de commande (U3) de préférence à la sortie (33) d'un élément logique NOR (non-ou) (30), qui reçoit sur ses entrées les deux signaux de commande (U1,U2) des deux capteurs à effet Hall (15,16) lorsqu'aucun des deux signaux de commande (Ul, U2) des capteurs à effet Hall (15,16) n'est présent. 2) Générateur de position de rotor selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que les parties polaires (13, 14) du générateur à effet Hall sont des parties à ai- mantation permanente. 3) Générateur de position de rotor selon la re- vendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les parties po- laires (13, 14) du générateur magnétique sont adaptées par leur forme à la forme périphérique respective du rotor (12) correspondant. 4) Générateur de position de rotor selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parties polaires de l'émetteur magnétique sont des parties de co- quille en forme de secteur de cercle (13, 14) qui entourent le rotor (12) de manière annulaire. ) Générateur de position de rotor selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les parties polaires (13, 14) du générateur magnétique sont fixées de préférence par collage sur le rotor (12). 6) Générateur de position de rotor selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que les parties polaires (13, 14) du générateur magnétique sont aimantées directe- ment sur le rotor ou sur l'axe de rotor (12) suivant une distribution à 120 /2400.