Brevet FR2853161A1 — publié le 20041001

Domaine de l'invention L'invention concerne une installation de détection de la position du rotor d'une machine électrique comportant un dispositif de commutation électronique avec une installation de détection de la position 5 du rotor pour solliciter au moins un enroulement de la machine avec des impulsions de mesure servant à la détection de la position du rotor. L'invention concerne également un procédé de détection de la position du rotor d'une machine électrique notamment par application d'une installation du type mentionné ci-dessus. 10 Etat de la technique Pour commander des moteurs électriques à courant continu commuté, on dispose principalement de deux solutions. Les moteurs peuvent être commandés soit sans capteurs, soit avec des capteurs qui permettent de détecter la position respective du rotor. Une détection de la 15 position du rotor assistée par des capteurs magnétiques et des capteurs Hall est une solution décrite par exemple dans le document DE 39 32 762 Al ou dans le document DE 44 10 005 Al. Dans cette commande par des capteurs on peut avoir des tolérances de montage et/ou de fabrication des différents composants entraînant des défauts de 20 décalage ou des défauts angulaires. Ces défauts peuvent limiter la puissance fournie par le moteur et en cas de différence importante ils peuvent entraîner la défaillance du moteur. Ces défauts peuvent également se produire, pour des moteurs neufs, après un temps de fonctionnement prolongé du moteur, du fait du 25 réglage ultérieur de la position des capteurs. On connaît également des commandes sans capteur pour des moteurs électriques à courant continu commuté. Dans ces commandes, par les inductances associées aux phases, on induit des tensions alternatives dans l'enroulement du moteur et on détecte ainsi la position. 30 Une telle installation de détection de position sans capteur dans les moteurs est par exemple décrite dans les documents DE 100 36 413 Al et DE 100 64 486 Al. Dans ce procédé, déjà à l'arrêt du moteur on peut détecter la position du rotor par des impulsions d'essai si bien que le moteur démarrera immédiatement dans le sens de rotation correct. Toutefois, les 35 impulsions d'essai engendrent des bruits perceptibles. Dans le cas d'une commande sans capteur on a en outre l'éventuel inconvénient d'un démarrage globalement relativement lent du moteur à cause de la détection de la position du rotor par les impulsions d'essai et par leur exploitation. Cela peut être gênant en particulier dans le cas d'actionneurs. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne une installation du type défini ci5 dessus, caractérisée en ce qu'à côté de la première installation de détection de position de rotor, il est prévu une seconde installation de détection de la position du rotor avec au moins un capteur de détection de position et il est prévu une installation d'exploitation déterminant la déviation possible entre les valeurs de mesure de la première et de la seconde installai0 tion de détection de la position de rotor, et qui influence la commutation pour des états de fonctionnement déterminés de la machine électrique. Cette combinaison selon l'invention d'une commande sans capteur et de capteurs supplémentaires permet d'accélérer rapidement le moteur électrique en charge sans avoir les inconvénients relatifs au ren15 dement de l'entraînement. En même temps, les tolérances imposées aux capteurs sont réduites. La combinaison permettant, grâce aux capteurs supplémentaires, de détecter d'éventuels défauts par la commande sans capteur et de corriger ces défauts, on améliore d'autant le rendement de la machine. De tels défauts peuvent être par exemple des tolérances de 20 montage ou des tolérances de fabrication des pièces. Dans l'installation selon l'invention de détection de la position du rotor il est important que la première et la seconde installation de détection de la position du rotor puissent fonctionner indépendamment l'une de l'autre et que l'enroulement de la machine électrique soit un en25 roulement existant servant normalement à générer un couple. La machine électrique peut être notamment un moteur à courant continu fonctionnent comme moteur d'actionneur. Un tel moteur d'actionneur peut être utilisé par exemple de diverses manières dans des véhicules automobiles. Grâce au meilleur dé30 marrage, accéléré, on aura des mouvements de commande et d'actionnement ou de réglage plus précis du moteur par comparaison à une commande sans capteur. Cela permet des mouvements de réglage ou d'actionnement plus rapides. On peut également réaliser avantageusement des commandes critiques dans le temps. Le capteur de détection de position peut être notamment un capteur à effet Hall ou un capteur à résistance magnétique. Ces deux capteurs fournissent des valeurs de mesure exactes et permettent une fabrication économique. De plus, ces capteurs Hall et à résistance magnéti- que sont très compacts ce qui facilite l'intégration dans l'espace de montage disponible d'une machine électrique. Un développement de l'invention prévoit une électronique de régulation et/ou de commande influençant le fonctionnement de la ma5 chine électrique à commander par la commutation. De plus, on peut prévoir une mémoire électronique de données enregistrant toute déviation ou plusieurs déviations dépendant des états de fonctionnement. Cette mémoire de données peut enregistrer les valeurs caractéristiques, en particulier sous la forme d'une matrice, d'une courbe caractéristique et/ou i0 d'un champ de courbes caractéristiques. Cela permet ainsi une commande précise qui peut être accordée ou le cas échéant être transformée par programmation suivant l'application souhaitée pour la machine électrique. L'électronique de commande et/ou de régulation ainsi que sa mémoire électronique de données permettent d'enregistrer des dévia15 tions liées aux tolérances de montage ou de fabrication comme décalage ou dérive permanente dans l'électronique de commande. L'interrogation concernant la saisie de corrections peut se faire dans une fenêtre de temps quelconque après le démarrage du moteur. Il est en outre possible d'avoir une commande redondante de l'entraînement à commutation élec20 tronique. Si un système de commande devait être défaillant, l'autre peut assurer un fonctionnement de secours pour la commutation. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'utilisation de l'électronique complémentaire en combinaison avec la commande sans capteur améliore le comportement du moteur au démarrage. Par la com25 mutation par les capteurs supplémentaires on supprime toute interrogation supplémentaire comme celle nécessaire pour une commande sans capteur. Le moteur démarre ainsi plus rapidement que dans le cas d'une pure commande sans capteur. On évite ou on supprime dans une très large mesure les 30 bruits le cas échéant gênants qui se produisent éventuellement dans le cas d'une commande sans capteur lors de la détection de la position du moteur au démarrage, grâce à la commutation par les capteurs supplémentaires. L'invention concerne également un procédé de détection de 35 la position du rotor tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'à côté de la première détection de position de rotor, il est prévu une seconde détection de position de rotor avec un capteur de détection de position, et les valeurs de mesure de la première et de la seconde détection de position de rotor sont exploitées pour déterminer au moins une déviation possible et dans certains états de fonctionnement de la machine électrique on influence la commutation à partir de la déviation. Les valeurs de mesure de la première et de la seconde dé5 tection de position de rotor sont exploitées pour déterminer au moins une déviation possible. Dans certains états de fonctionnement de la machine électrique, on influence la commutation à partir de cette déviation. Les déviations peuvent également être enregistrées en mémoire et servir pour un certain mode de fonctionnement à influencer la commutation pour 1o l'opération de commande et/ou de régulation de la machine électrique. Au démarrage de la machine électrique, on peut mesurer la position du rotor à l'aide de la seconde détection de position du rotor. Cette valeur de mesure peut être corrigée pour influencer la commutation à l'aide de la déviation. Dans un tel procédé selon l'un des modes de réalisation décrits, i5 on a les mêmes avantages que dans l'installation décrite ci-dessus pour la détection de la position du rotor. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide du dessin annexé dans lequel: - l'unique figure est un schéma de principe d'un moteur à courant continu à commutation électrique avec une installation de détection de la position du rotor selon l'invention. Description du mode de réalisation La figure montre la structure de principe d'une machine 25 électrique 10 à commutation électronique selon l'invention. La machine électrique 10 peut être notamment un moteur synchrone. Le rotor 12 comporte un capteur magnétique 13 utilisé pour détecter la position angulaire. Le stator 14 de la machine électrique 10 de l'exemple de réalisation présenté comporte trois éléments de stator 16 déphasés chaque fois 30 de 1200. Chaque élément de stator 16 porte un enroulement 18, 20, 22. Les trois enroulements 18, 20, 22 de l'exemple de réalisation présenté sont branchés en étoile. Mais cela n'est pas une condition pour le fonctionnement de la détection de la position du rotor selon l'invention. La disposition des enroulements correspond du reste à celle d'un moteur à 35 courant alternatif. Le stator 14 avec les trois enroulements 18, 20, 22 peut être utilisé pour convertir et transmettre des informations angulaires. Pour cela, sa structure triphasée s'utilise pour les commandes de commutation de machines également triphasées avec une association directe des tensions de sortie aux phases de la machine. Dans le cas d'une détection sans capteur de l'angle de rotation, la tension de la source appliquée à la machine électrique 10, c'est-à5 dire la tension induite par le champ magnétique tournant dans les enroulements 18, 20, 22, est utilisée pour déterminer la position du rotor. Il faut dans ces conditions que la machine électrique 10 tourne à une certaine vitesse pour permettre d'exploiter ces signaux car à l'arrêt, la tension de la source est nulle. Pendant une courte phase de démarrage au cours 1o de laquelle les enroulements du moteur sont alimentés de manière arbitraire sans permettre de réagir sur la position du rotor, le cas échéant la machine peut tourner de quelques degrés dans la mauvaise direction avant de permettre un mode de commande défini. Cela peut conduire, par exemple dans le cas de machines-outils à des dommages considérables. 15 De plus, le démarrage sera relativement ralenti dans le cas d'une telle détection sans capteur de l'angle de rotation. Pour éviter ces inconvénients la machine électrique 10 selon l'invention comporte une installation supplémentaire de détection de la position du rotor sous la forme de capteurs de détection de position 24, 20 26, 28 et d'un circuit d'exploitation en aval. Ce circuit n'est pas représenté. Les trois capteurs peuvent être des capteurs Hall ou des capteurs magnétiques à résistance. Ils permettent un démarrage rapide de la machine électrique 10 et la compensation des tolérances de fabrication et de montage des autres capteurs. Les trois capteurs 24, 26, 28 prévus entre les enroulements 18, 20, 22 sont également décalés chaque fois d'un angle de 120 . Les capteurs Hall ne sont installés dans la figure qu'entre les bobines car cette présentation est plus facile pour les dessins. En principe la position des capteurs Hall ne dépend que de la disposition du générateur magnétique 30 13. Les capteurs ne sont pas nécessairement écartés chaque fois d'un angle de 1200 suivant la conception du moteur. La combinaison des deux installations de détection de position permet à tout moment une commande précise de la machine électrique à la fois au démarrage et pendant son fonctionnement. La machine électrique 10 selon l'invention peut en outre prévoir que les tolérances détectées et les déviations de position et autres déviations dépendant de l'état de fonctionnement sont enregistrées dans des mémoires électroniques de données. Le cas échéant, les déviations obtenues lors du montage de la machine peuvent être enregistrées directement dans une mémoire. Une telle mémoire de données peut également recevoir les paramètres de commande et de régulation caractéristiques de la machine électrique sous la forme d'une prescription d'association ou 5 d'une matrice, encore sous la forme de courbes caractéristiques et/ou de champ de courbes caractéristiques. REVENDICATIONS 10) Installation de détection de la position du rotor d'une machine électrique comportant un dispositif de commutation électronique avec une installation de détection de la position du rotor pour solliciter au moins un 5 enroulement de la machine avec des impulsions de mesure servant à la détection de la position du rotor, caractérisée en ce qu' à côté de la première installation de détection de position de rotor, il est prévu une seconde installation de détection de la position du rotor avec au 10 moins un capteur de détection de position (24, 26, 28) et il est prévu une installation d'exploitation déterminant la déviation possible entre les valeurs de mesure de la première et de la seconde installation de détection de la position de rotor, et qui influence la commutation pour des états de fonctionnement déterminés de la machine électrique (10). 15 20) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la machine électrique (10) est un moteur à courant continu. 30) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la machine électrique (10) est un moteur de réglage. 40) Installation selon la revendication 1, 25 caractérisée en ce que le capteur de détection de position (24, 26, 28) est un capteur Hall. 5 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capteur de détection de position (24, 26, 28) est un capteur magnétique à résistance. 6 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée par une électronique de commande et/ou de régulation contrôlant le fonctionnement de la machine électrique (10) et influençant la commutation. 70) Installation selon la revendication 1, caractérisée par une mémoire électronique de données qui enregistre la déviation ou les déviations dépendant de plusieurs états de fonctionnement. 80) Procédé de détection de la position du rotor d'une machine électrique notamment par application d'une installation selon l'une des revendications 1 à 7, la machine comportant un dispositif de commutation électronique et une détection de position de rotor étant faite à l'aide de l'application d'impulsions de mesure à au moins un enroulement de la 1o machine, caractérisé en ce qu' à côté de la première détection de position de rotor, il est prévu une seconde détection de position de rotor avec un capteur de détection de position (24, 26, 28), et les valeurs de mesure de la première et de la seconde détection de position de rotor sont exploitées pour déterminer au moins une déviation possible et dans certains états de fonctionnement de la machine électrique (10) on influence la commutation à partir de la déviation. 20 90) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' on enregistre la déviation et on l'utilise pour une conduite de fonctionnement en influençant la commutation par une opération de commande 25 et/ou de régulation de la machine électrique (10). 10 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' au démarrage de la machine électrique (10) on mesure la position du rotor 30 à l'aide de la seconde détection de position de rotor et on corrige cette valeur de mesure pour influencer la commutation à l'aide de la déviation.