Brevet FR2731852A1 — publié le 19960920

La présente invention est relative à un dispositif pour la commande d'un moteur pas à pas. Elle trouve avantageusement application pour des moteurs pas à pas utilisés pour la commande de mécanismes dans des véhicules automobiles, tels que des mécanismes de réglage de la position des volets de chauffage/ventilation et/ou climatisation. On a représente schématiquement sur la figure 1 et sur la figure 2 un moteur pas à pas de type unipolaire à quatre phases, ainsi qu'un circuit pour la commande de ce moteur. Ce moteur comporte un rotor 1 et deux bobines 2 et 3. Le rotor 1 est constitué par un aimant cylindrique permanent présentant par exemple 24 pôles. Les deux bobines 2 et 3 sont chacune alimentées en tension en un point milieu M relié à une source de tension continue Vc, qui est par exemple la batterie du véhicule délivrant audit point M une tension de +12 Volts. Les extrémités desdites bobines, référencées par M1 et M2 pour la bobine 2 et par M3 et M4 pour la bobine 3, sont chacune reliées au neutre par un interrupteur, référencé respectivement de I1 à I4. Ces différents interrupteurs I1 à I4 sont commandés par une électronique de contrôle 4. Un cycle de commande de ces interrupteurs I1 à I4 a été illustré sur les figures 3a à 3e. Sur la figure 3a, on a représenté en fonction du temps une séquence d'impulsions de l'horloge de l'électronique de contrôle 4. La durée de la période T entre deux impulsions successives est de 10 ms. Sur les figures 3b à 3e, on a représenté en fonction du temps les tensions V1 à V4 imposées aux points M1 à M4 par la séquence d'ouverture ou de fermeture des interrupteurs I1 à I4. Les séquences de tensions représentées sur ces figures 3b à 3e sont synchronisées sur la séquence d'impulsions représentée sur la figure 3a. Comme on peut le voir sur ces figures, la tension V3 est le complément de la tension Vi, la tension V4 étant le complément de la tension V2. La tension V2 est en retard de 900 par rapport à la tension V1. De même, la tension V4 est en retard de 900 par rapport à la tension V3. Ainsi, chaque interrupteur I1 à I4 est fermé pendant deux phases successives, la branche MM1 à MM4 correspondante étant alors traversée par un courant qui engendre un flux magnétique. I1 est ensuite ouvert pendant les deux phases suivantes, sa branche MM1 à MM4 n'étant alors traversée par aucun courant. La séquence de commande illustrée sur les figures 3a à 3e est la suivante - pendant la phase I (pas 1 à pas 2), ce sont les branches MM2 et MM3 qui sont parcourues par un courant et qui engendrent des flux magnétiques, les tensions aux bornes des branches MM1 et MM4 étant nulles - pendant la phase II (pas 2 à pas 3), ce sont les branches MM3 et MM4 de la bobine 3 qui sont parcourues par un courant et qui engendrent des flux magnétiques, les tensions aux bornes des branches MM1 et MM2 de la bobine 1 étant nulles - pendant la phase III (pas 3 à pas 4), ce sont les branches MM1 et MM4 qui sont parcourues par un courant et qui engendrent des flux magnétiques, les tensions aux bornes des branches MM2 et MM3 de la bobine 1 étant nulles - pendant la dernière phase (pas 4 vers nouvelle séquence), les branches MM1 et MM2 de la bobine 1 sont toutes deux parcourues par un courant et engendrent des flux magnétiques, les tensions aux bornes des branches MM3 et MM4 de la bobine 2 étant nulles. Avec une commande de ce type, le couple moteur délivré par le rotor 1 est fonction de la valeur de la tension d'alimentation vc. Si la source de tension n'est pas stable dans le temps, les variations de la tension d'alimentation sont susceptibles de créer des couples moteurs excessifs et, donc, dans certaines conditions, d'entraîner la rupture des mécanismes commandés. En particulier, dans le cas de moteurs pas à pas utilisés pour la commande de mécanismes de véhicules automobiles, la tension d'alimentation délivrée par la batterie du véhicule ne se maintient généralement pas à +12 volts, mais varie entre 8,5 et 16 volts, tandis que la température ambiante à laquelle les mécanismes commandés sont soumis est susceptible de varier entre -300C et +850C. Lorsque la température ambiante est basse et que la tension délivrée par la batterie est proche de +16 volts, les risques de rupture des mécanismes commandés sont importants. Jusqu'à présent, pour réduire le couple d'un moteur pas à pas, on utilisait des circuits régulateurs de tension interposés entre la batterie et les bobines du moteur ou des interrupteurs empêchant que les sorties de ces bobines soient reliées au neutre lorsque la tension d'alimentation délivrée par la batterie devient supérieure à un seuil prédéterminé. Or, on cherche, pour des raisons de réduction d'encombrement et de coûts, à supprimer ces interrupteurs et circuits régulateurs. Selon l'invention, ce problème est résolu grâce à un dispositif de commande d'un moteur pas à pas comportant un rotor magnétique et un stator qui présente une pluralité de bobines destinées à entraîner ledit rotor, ledit dispositif de commande comprenant une source de tension continue à laquelle lesdites bobines sont reliées, ainsi qu'une pluralité d'interrupteurs qui commandent en tension lesdites bobines, l'ouverture et la fermeture desdits interrupteurs étant commandées par une unité de contrôle selon une séquence répétitive qui correspond à plusieurs phases de commande successives, caractérisé en ces que lorsque la tension de la source devient supérieure à un seuil determiné, l'unité de contrôle commande l'ouverture et la fermeture des interrupteurs selon une séquence modifiée qui permet, par rapport à la séquence correspondant au régime nominal, de réduire l'intensité des courants circulant dans les bobines et donc de réduire le couple du rotor. Selon un mode de réalisation avantageux pour chaque phase de la séquence de commande en régime nominal, la séquence de commande modifiée présente au moins une sous-phase pendant laquelle les interrupteurs sont commandés de façon que les tensions imposées entre les différentes bornes des bobines soient toutes nulles, les interrupteurs étant, sur le reste de la phase, commandés de la même façon qu'en régime nominal et imposant aux bobines des tensions entraînant le déplacement du rotor entre deux positions qui correspondent à deux pas successifs. L'invention concerne également un moteur pas à pas comportant un tel dispositif de commande. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels . la figure 1 et la figure 2, déjà analysées, sont des représentations schématiques d'un moteur pas à pas les figures 3a et 3e, également déjà analysées, sont des diagrammes temporels illustrant une commande conforme à un art antérieur connu d'un moteur pas à pas des figures 1 et 2 les figures 4a à 4e sont des représentations analogues aux figures 3a à 3e, illustrant une commande par un dispositif conforme à l'invention. Les figures 4b à 4e représentent les tensions V1 à V4 pendant la séquence d'impulsions de la figure 4a, lorsque la tension d'alimentation Vc devient supérieure à un seuil donné. Dans le cas de moteurs électriques de commande de mécanismes de véhicules automobiles, cette tension seuil est une tension supérieure à +12 volts, par exemple égale à 14,5 volts. Comme on peut le voir sur ces figures 4b à 4e, lorsque la tension d'alimentation Vc devient supérieure à cette tension seuil, la séquence de commande des interrupteurs I1 à I4 est modifiée, de façon à réduire, pour chaque phase de passage d'un pas à un autre, le courant dans les bobines 2 et 3 et donc à réduire le couple moteur du rotor 1. Chacune des phases de la séquence modifiée se décompose en deux sous-phases successives - l'une pendant laquelle les interrupteurs I1 à I4 sont commandés de la même façon qu'en régime nominal pour la même phase, - l'autre pendant laquelle les interrupteurs I1 à I4 sont commandées de façon à imposer des tensions nulles à toutes les branches des différentes bobines (tensions de sortie V1 à V4 égales à la tension d'alimentation Vc). Entre chaque pas, le rotor est entraîné d'une position à la position suivante par l'alimentation délivrée pendant la première sous-phase. Etant donné que l'alimentation des bobines est coupée pendant la deuxième sous-phase, le courant qui circule dans chacune des demibobines MM1 à MM4 est divisé par deux. Ainsi, sur l'exemple illustré sur les figures 4a à 4e, l'interrupteur I1 qui commande la tension V1 n'est fermé (tension V1 nulle) que pendant la première moitié de la phase III et la première moitié de la phase IV. I1 est ouvert (tension V1 à la valeur de la tension d'alimentation Vc) pendant le reste de la séquence. La branche MM1 n'est donc parcourue par un courant que pendant les premières moitiés des phases III et IV. On notera que les tensions V2 à V4 se déduisent de la tension V1, la tension V2 étant en retard de 900 par rapport à V1, les tensions V3 et V4 étant en avance de 1800 et 900 par rapport à V1. Par conséquent, les interrupteurs I1 à I4 sont commandés par un même signal, plus ou moins retardé selon les interrupteurs. Bien entendu, d'autres séquences de commande que celle illustrée sur les figures 4a à 4e sont envisageables. Notamment, les deux sous-phases peuvent avoir des durées différentes. De même, il est possible d'utiliser un nombre quelconque de sous-phases. On pourrait également moduler la durée des sous-phases de manière à obtenir un réglage progressif de la valeur du courant circulant dans les demi bobines et donc du couple du- moteur. Comme on l'azura compris, l'invention a été ici décrite dans le cas d'un moteur de type unipolaire, mais s'applique de la même façon à tout moteur pas à pas et en particulier dans le cas de moteurs pas à pas de type bipolaire. Notamment, l'invention s'applique pour la commande de moteurs pas à pas bipolaires comportant deux bobines dont les extrémités sont commandées en tension par des ponts de quatre interrupteurs en H. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la commande d'un moteur pas à pas comportant un rotor magnétique (1) et un stator qui présente une pluralité de bobines (2, 3) destinées à entraîner ledit rotor (1), ledit dispositif de commande comprenant une source de tension continue (Vc) à laquelle lesdites bobines (2, 3) sont reliées, ainsi qu'une pluralité d'interrupteurs (I1 à I4) qui commandent en tension lesdites bobines (2, 3), l'ouverture et la fermeture desdits interrupteurs (I1 à I4) étant commandées par une unité de contrôle (4) selon une séquence répétitive qui correspond à plusieurs phases de commande successives (I à IV), caractérisé en ce que lorsque la tension (Vc) de la source devient supérieure à un seuil déterminé, l'unité de contrôle (4) commande l'ouverture et la fermeture des interrupteurs (I1 à I4) selon une séquence modifiée (Fig. 4a à 4e), qui permet, par rapport à la séquence correspondant au régime nominal, de réduire l'intensité des courants circulant dans les bobines (2, 3) et donc de réduire le couple du rotor (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chaque phase (I à IV) de la séquence de commande en régime nominal, la séquence de commande modifiée présente au moins une sous-phase pendant laquelle les interrupteurs (I1 à I4) sont commandés de façon que les tensions imposées entre les différentes bornes des bobines (2, 3) soient toutes nulles, les interrupteurs (I1 à I4) étant, sur le reste de la phase, commandés de la même façon qu'en régime nominal et imposant aux bobines (2, 3) des tensions entraînant le déplacement du rotor (1) entre deux positions qui correspondent à deux pas successifs. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chaque phase (I à IV) de la séquence de commande en régime nominal, la séquence de commande modifiée présente deux sous-phases successives, la première pendant laquelle les interrupteurs (I1 à I4) sont commandés de la même façon qu'en régime nominal, la deuxième pendant laquelle les interrupteurs (I1 à I4) sont commandés de façon que les tensions imposées aux bobines (2, 3) soient toutes nulles. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la durée de la ou des sous-phases est modulée de manière à réaliser un réglage progressif de l'intensité du courant circulant dans les bobines. 5. Dispositif pour la commande d'un moteur pas à pas de type unipolaire, caractérisé en ce qu'il est constitué par un dispositif selon l'une des revendications 1 à 4. 6. Dispositif selon la revendication 5 pour la commande d'un moteur pas à pas unipolaire à quatre phases comportant deux bobines (2, 3) dont les extrémités (M1 à M4) sont reliées au neutre par l'intermédiaire chacune d'un interrupteur (I1 à I4) commandé par l'unité de contrôle (4), chacune de ces bobines (2, 3) présentant un point milieu (M) relié à la source de tension et maintenu à un potentiel d'alimentation (Vc) par celle-ci, caractérisé en ce que l'unité de contrôle (4) maintient, pendant la séquence modifiée, les interrupteurs (I1 à I4) ouverts pendant la deuxième moitié de chaque phase. 7. Dispositif pour la commande d'un moteur pas à pas de type bipolaire, caractérisé en ce qu'il est constitué par un dispositif selon lune des revendications 1 à 4. 8. Moteur pas à pas, notamment pour la commande d'un mécanisme de véhicule automobile, comportant un rotor (1) magnétique et un stator qui présente une pluralité de bobines (2, 3) destinées à entraîner ledit rotor (1), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 pour la commande en tension de ses bobines. 9. Moteur pas à pas de type unipolaire, caractérisé en ce qu'il consiste en un moteur selon la revendication 8. 10. Moteur pas à pas unipolaire à quatre phases comportant deux bobines (2, 3) dont les extrémités (M1 à M4) sont reliées au neutre par l'intermédiaire chacune d'un interrupteur (I1 à I4) commandé par l'unité de contrôle (4), chacune de ces bobines (2, 3) présentant un point milieu (M) relié à la source de tension et maintenu à un potentiel d'alimentation (Vc) par celle-ci, caractérisé en ce que son dispositif de commande est constitué par un dispositif selon la revendication 6. 11. Moteur pas à pas de type bipolaire, caractérisé en ce qu'il consiste en un moteur selon la revendication 8.