Brevet FR2907912A1 — publié le 20080502

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif pour déterminer une phase de deux champs magnétiques, caractérisé par : - une unité de commande et de calcul ; - deux capteurs de champ magnétique installés à une distance prédéfinie et reliés à l'unité de commande et de calcul ; et - des moyens d'affichage reliés à l'unité de commande et de calcul. Etat de la technique Lors de la fabrication d'un moteur électrique ou d'un générateur, il est nécessaire de contrôler les enroulements de stator et les connexions. En particulier il faut veiller à ce que le sens de rotation du rotor soit défini par rapport à celui du stator après assemblage du moteur ou du générateur. Pour cela il faut relier correctement les enroulements du stator et dans le cas d'un moteur à courant alternatif, il faut associer les phases correctes du courant alternatif. En particulier dans les nouvelles générations de moteurs électriques, les enroulements de stator sont fréquemment seulement connectés après mise en place dans le stator ce qui crée une série de possibilités d'erreurs de connexion ou de câblage. Le risque de mauvaise association des branchements aux phases du courant alternatif a déjà été évoqué. D'autres risques sont celui d'une connexion non faite pour un ou plusieurs enroulements ou la mise en place avec un mauvais sens de rotation d'un enroulement ou l'échange de deux enroulements. Une autre difficulté du contrôle des enroulements de stator d'un moteur ou d'un générateur est qu'habituellement on fabrique de nombreux types différents par exemple de moteurs rotatifs ou de moteurs linéaires, le moteur synchrone ou asynchrone, etc., ainsi que différentes tailles de moteurs ou de générateurs. Il est connu que l'on détermine le sens de rotation communiqué au stator à l'aide d'une sorte de compas. Pour cela on applique par exemple un courant alternatif au branchement prévu pour un stator rond, pour générer un champ magnétique rotatif dans le stator. Le compas est introduit dans le champ magnétique et l'aiguille 2907912 2 commence à tourner. L'utilisateur peut observer le sens de rotation. Mais ce procédé ne permet pas de déceler des enroulements séparés qui seraient mal branchés ou ne seraient pas branchés. Il peut également arriver que la rotation du champ magnétique dans une partie du stator 5 correspondant à un autre sens de rotation que dans les autres parties ne soit pas déceler. Enfin ce procédé ne peut s'appliquer à des stators linéaires. Dans un procédé de contrôle d'un moteur linéaire synchrone on détermine la direction du champ magnétique à l'aide de io trois capteurs de champ magnétique installés sur des dents sélectionnées du stator. Ce procédé est relativement compliqué car il faut un équipement spécial pour une association précise des capteurs de champ magnétique. En outre, il faut une alimentation en tension exceptionnelle pour générer un champ magnétique spécial dans le 15 stator. Ces problèmes sont encore accentués du fait de l'existence de différents types de stator. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé et un dispositif permettant de déterminer un champ 20 magnétique et de contrôler de manière simple et néanmoins précise les enroulements de stator correspondant à différents types de constructions. Exposé et avantages de l'invention Ce problème est résolu par un dispositif du type défini ci- 25 dessus caractérisé en ce que l'unité de commande et de calcul est conçue pour déterminer la phase de deux champs magnétiques appliquée chaque fois à l'un des différents capteurs de champ magnétique à partir des valeurs de mesure des capteurs de champ magnétique, et pour commander les moyens d'affichage pour qu'ils 30 affichent la phase déterminée. L'invention concerne également un procédé de vérification d'enroulements de stator d'un moteur électrique ou d'un générateur auquel on applique un courant électrique alternatif ou courant électrique triphasé. 2907912 3 Le problème est également résolu par un procédé du type défini ci-dessus caractérisé par les étapes suivantes : a) on détermine une première phase des champs magnétiques générés dans une première paire d'enroulements de stators voisins, ensuite ; 5 b) on compare la première phase ainsi déterminée à une phase prévisible du fait du courant alternatif ou courant triphasé appliqué et/ ou avec une seconde phase de champ magnétique générée par le courant alternatif ou triphasé dans une seconde paire d'enroulements de stators voisins ; et 10 c) on détermine l'absence de défaut des enroulements de stators sur le fondement de la comparaison. Le dispositif selon l'invention pour déterminer une phase de deux champs magnétiques convient pour l'exécution d'un procédé selon l'invention et comprend des moyens appropriés. Un dispositif 15 selon l'invention comporte notamment une unité de commande et de calcul, deux capteurs de champs magnétiques écartés l'un de l'autre et reliés à l'unité de commande et de calcul ; la distance entre les capteurs de champ magnétique est notamment supérieure à 10 mm et inférieure à 30 mm et correspond notamment à 25 mm ; le dispositif comporte 20 également des moyens d'affichage reliés à l'unité de commande et de calcul. L'unité de commande et de calcul est conçue pour déterminer la phase de deux champs magnétiques à partir des valeurs de mesure fournies par deux capteurs de champs magnétiques ; chacun des deux capteurs de champs magnétiques est pratiquement sollicité par l'autre 25 des deux champs magnétiques. Les moyens d'affichage sont commandés par l'unité de commande et de calcul pour indiquer la phase déterminée. Il est avantageux notamment dans le cas de courant alternatif, de prévoir des plages de valeurs telles que ] - (n - a) ; - a[, ]a ;(n - a)[ et [-a ;a] et de les regrouper pour l'affichage ; a est situé dans 30 une plage autour de 0 notamment beaucoup plus petit que it/3. Ces plages peuvent alors être associées aux phases moins plus et défaut ou en phase . Les capteurs de champs magnétiques peuvent être réalisés notamment comme capteurs numériques ou analogiques, Hall ou à magnéto-résistance MR, ou encore des sondes Forster 2907912 4 (Fluxgate). Il est avantageux que l'unité de commande et de calcul soit un circuit intégré ou un micro-processeur. L'invention utilise au moins deux champs magnétiques comme par exemple ceux générés par les enroulements d'un stator. 5 Dans un premier et un second champ magnétique généré par deux enroulements voisins, chaque champ magnétique solliciterait respectivement pratiquement un autre capteur de champ magnétique c'est-à-dire que par exemple le premier champ magnétique est appliqué plus au premier capteur qu'au second capteur et le second champ 10 magnétique sollicite plus le second capteur que le premier. La solution selon l'invention fournit un dispositif permettant une détermination simple et précise de la phase d'enroulement de stator voisin. Le dispositif peut être petit et facile à manipuler. En pratique il s'avère comme particulièrement robuste et 15 fiable grâce à sa construction simple. Le dispositif selon l'invention convient notamment bien pour le procédé selon l'invention. Il est avantageux que l'unité de commande et de calcul soit prévue pour commander les moyens d'affichage pour solliciter chacun des capteurs de champs magnétiques avec un champ 20 magnétique. De façon simple, cela permet de vérifier si les deux capteurs de champs magnétiques sont sollicités par un champ magnétique ce qui permet de vérifier en particulier l'intégrité de chaque enroulement de stator générant un champ magnétique. De façon avantageuse, les moyens d'affichage comportent 25 au moins une diode photo-émissive LED, un afficheur graphique et/ou un afficheur numérique. En plus le dispositif peut comporter une interface pour être par exemple relié à un ordinateur. Un développement préférentiel comporte entre 3 et 5 diodes lumineuses. Un dispositif selon l'invention équipé de diodes lumineuses se fabrique 30 d'une manière particulièrement simple et convient très bien pour afficher la direction du champ magnétique. En particulier on peut associer chaque fois une photodiode à un capteur de champ magnétique. Ainsi comme indiqué cela permet d'afficher la réception d'un champ magnétique par le capteur de champ magnétique. Chaque 2907912 5 diode lumineuse peut être prévue pour afficher les plages de phases indiquées. Le dispositif selon l'invention comporte avantageusement une installation d'alimentation électrique notamment une batterie. La 5 batterie permet de réaliser le dispositif d'une manière particulièrement simple et facile à utiliser et à transporter. En variante ou en plus, le dispositif peut également être conçu pour une alimentation à partir d'une installation électrique externe particulièrement le réseau. Dans le procédé selon l'invention pour contrôler les 10 enroulements de stator d'un moteur électrique ou d'un générateur auquel sont appliqués un courant alternatif ou un courant électrique tournant, on détermine tout d'abord la première phase des champs magnétiques générés par le courant alternatif ou courant tournant dans une première paire d'enroulement de stators voisins. Ensuite on 15 compare la première phase obtenue à la phase prévisible selon le courant alternatif ou courant tournant appliqué et/ ou on compare à une seconde phase du courant alternatif ou courant tournant dans une seconde paire d'enroulement de stators voisins. Ensuite on détermine l'absence de défaut des enroulements de stator à partir de cette 20 comparaison. Le procédé s'exécute d'une manière particulièrement simple et convient pour différents types de moteurs et générateurs. De façon avantageuse dans le procédé selon l'invention, les étapes de détermination d'une première phase et la comparaison de la première phase ainsi déterminée à la phase prévisible et/ ou la phase 25 déterminée en second lieu sera répétée pour d'autres enroulements des paires d'enroulements de stators voisins. Cela permet d'une manière particulièrement simple et rapide de contrôler complètement tous les enroulements de stators. Il est avantageux d'émettre numériquement la phase 30 déterminée. Cela peut se faire notamment sur un afficheur numérique relié par l'interface existante. Il est particulièrement avantageux d'utiliser le dispositif e le procédé selon l'invention pour déterminer la phase. Le dispositif selon l'invention convient tout particulièrement bien pour être appliqué avec 35 le procédé de l'invention et de façon générale pour un procédé de 2907912 6 contrôle d'enroulement de stator d'un moteur électrique ou d'un générateur, car ces moyens sont d'une construction particulièrement réduite et facile à manipuler. Ils sont également économiques. Dessins 5 La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre schématiquement une forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention installée sur un stator d'un moteur 10 linéaire, - la figure 2 est un diagramme de signaux de capteur de deux champs magnétiques saisis par le dispositif de la figure 1, et - la figure 3 est un ordinogramme d'une forme de réalisation du procédé selon l'invention. 15 La figure 1 montre schématiquement un mode de réalisation préférentiel du dispositif selon l'invention portant globalement la référence 100. Le dispositif 100 comporte deux capteurs à champs magnétiques sous la forme de capteurs Hall, numériques 101, 102 ainsi que deux moyens d'affichage associés sous formes de 20 diodes LED 103, 104. Le dispositif 100 comporte des éléments d'affichage 105, 106, 107 sous la forme de diodes LED ainsi qu'une unité de commande et de calcul sous la forme d'un micro-processeur 108 et une installation d'alimentation électrique sous la forme d'une batterie 109. Les capteurs Hall 101, 102, les diodes LED 103-107, le 25 microprocesseur 108 et la batterie 109 sont reliés par d'autres composants tels que des résistances, des condensateurs, des transistors et autres comme cela est connu de l'homme du métier. Les capteurs Hall sont écartés d'une distance (d) qui dans le présent exemple est égale à 25 mm. La distance (d) est choisie pour 30 que le dispositif puisse être appliqué à des stators usuels. A titre d'exemple, les dents de stator des moteurs actuels ont une distance D de l'ordre de 25 mm. Le dispositif peut être appliqué d'une manière particulièrement avantageuse à des stators dont l'intervalle entre les dents est plus faible et pour cela on incline le dispositif par rapport aux 2907912 7 dents. La distance (d) correspond alors à la diagonale d'un rectangle dont un côté est égal à la distance entre les dents D. La diode LED du capteur 101, la diode LED 103 est associée au capteur 101. La diode 104 est associée au capteur 102. Les 5 diodes LED 103, 104 sont commandées par le micro-processeur 108 pour qu'en s'allumant ou en clignotant elles signalent que le capteur 101 ou 102 correspondant reçoit un champ magnétique. Les diodes LED assistent l'utilisateur à installer le dispositif 100 correctement au-dessus des enroulements de stator ou des dents de stator. Les diodes 10 103, 104 indiquent également l'activité magnétique des différents enroulements de stator. La figure 1 montre également un segment d'un stator 150. Le stator 150 a des dents équidistantes 151-154. La distance entre les dents 151-154 est égale à D. Dans l'exemple présenté, la distance D 15 entre les dents 151-154 correspond à la distance (d) des capteurs 101 et 102 à savoir 25 mm. Chacune des dents 151-154 porte un enroulement 151'-154'. Comme cela est habituel pour les moteurs à courant tournant ou courant alternatif, les enroulements 151'-154' séparés sont combinés 20 pour que chaque fois les troisièmes enroulements soient reliés. Dans l'exemple présenté, l'enroulement 151' est relié à l'enroulement 154' selon un branchement en série. Il est évident que l'on peut également envisager un montage en parallèle. Lors de l'assemblage du moteur ou du générateur, il faut s'assurer notamment du câblage correct ou de la 25 connexion correcte des différents enroulements entre eux et de l'association correcte aux phases U, V, W. Un courant passant dans l'enroulement 151' génère un champ magnétique Hl. Pour contrôler le stator on le relie à une source de courant triphasé pour des branchements U, V, W. Il se développe un 30 champ magnétique tournant que l'on peut vérifier à l'aide du dispositif 100. Le dispositif 100 est installé successivement au-dessus de chaque paire de dents voisines 151, 152 ; 152, 153 ; 153, 154 ; etc... Les diodes LED 105, 106 sont prévues pour afficher la phase des deux 35 champs magnétiques appliquée aux capteurs Hall 101, 102. La phase 2907912 8 d'un moteur électrique peut être associée au sens de rotation du rotor. Les diodes LED 105, 106 sont commandées par le micro-processeur 108 pour que la diode LED 105 s'éclaire (ou clignote) si le champ magnétique tourne derrière vers la gauche dans le plan du dispositif 5 (correspondant au plan du dessin) alors que la diode LED 106 s'éclaire (ou clignote) si le champ magnétique tourne derrière vers la droite dans le plan du dispositif (correspondant au plan du dessin). Le sens de rotation ou déplacement peut se déduire de la phase des champs magnétiques. Si un champ magnétique H2 appliqué 10 au capteur 102 est en avance par rapport au champ magnétique H1 appliqué au capteur 101, cela correspond à un mouvement vers la gauche ; si un champ magnétique H2 appliqué au capteur 102 est en retard par rapport au champ magnétique H 1 appliqué au capteur 101 comme le montre la figure 2, cela correspond à un mouvement vers la 15 droite. La diode LED 107 est prévue pour afficher les défauts de fonctionnement. Si par exemple un enroulement situé sous l'un des capteurs 101, 102 n'est pas alimenté ou si le déphasage détecté n'est pas suffisant, la diode LED 107 l'affiche. Dans ce contexte on se 20 reportera à la constante (a) déjà décrite ci-dessus et qui correspond à un déphasage suffisant. Selon un mode de réalisation préférentiel du procédé selon l'invention, pour vérifier des enroulements de stator d'un moteur ou d'un générateur électriques, l'utilisateur applique successivement le 25 dispositif 100 au dessus de toutes les paires d'enroulements de stators 151', 152' ; 152', 153' ; 153', 154' ; ou des dents de stators 151, 152 ; 152, 153 ; 153, 154 et compare la direction indiquée (phase) avec ce qui est prévu ou indiqué précédemment. Dans le second cas il faut veiller à ce que pour chaque paire on aura la même direction signalée soit par la 30 diode LED 105 soit par la diode LED 106. A l'aide de la figure 2, comme décrit, on peut déterminer la phase de deux champs magnétiques et ainsi le sens de rotation. A la figure 2 on a présenté un diagramme des signaux de sortie des capteurs de champs magnétiques 101, 102 en fonction du temps. Les signaux de 35 sortie sont représentés par leur tension U sur l'axe y 201 en fonction du 2907912 9 temps t représenté sur l'axe x, 202. Dans le diagramme 200 on a représenté les développements en fonction du temps 211, 212 des tensions de sortie des capteurs 101, 102. La courbe de tension représentée se compose de plusieurs valeurs de mesure distinctes (non 5 présentées) qui ont chaque fois un intervalle de temps de l'ordre de quelques ns. Les capteurs sont réalisés sous la forme de capteurs Hall numériques, bipolaires. Les capteurs Hall numériques bipolaires fournissent habituellement en présence d'un champ magnétique d'une certaine direction (par exemple du sud vers le nord), une tension alors 10 que pour un champ magnétique correspondant à la direction opposée (par exemple du nord vers le sud) ils ne fournissent aucune tension. La courbe de mesure (courbe de tension) 211 correspond pour l'essentiel à l'évolution dans le temps du signe algébrique du champ magnétique H 1 appliqué au capteur 101. De même la courbe de 15 mesure 112 correspond pour l'essentiel à l'évolution dans le temps du signe algébrique du champ magnétique H2 appliqué au capteur 102. Le micro-processeur 108 de la courbe présente peut déterminer la phase des deux champs magnétiques. Il peut déduire la phase notamment à partir du rapport des points de montée ou de descente d'un capteur 20 sélectionné. Dans l'exemple présenté, on sélectionne le capteur 101 et on compare son signal de sortie 211 à un instant de montée (quelconque) (flanc positif) à la valeur émise par l'autre capteur. Actuellement on compare un instant de monté 213 de la courbe de 25 mesure 211 à une valeur de mesure correspondante 214 de la courbe 212. Si comme dans l'exemple présenté, la valeur de sortie fournie par le capteur 102 à l'instant de montée 213 du capteur 101 est égale à zéro, le champ magnétique Hl appliqué au capteur 201 ou 30 donnant la courbe de mesure 211 est en avance du champ magnétique H2 appliqué au capteur 202 ou générant la courbe de mesure 212. A ce comportement on associe un sens de mouvement ou un sens de rotation dans la direction du capteur de champ magnétique 102. Le micro-processeur 108 commande ensuite la diode LED 106. 2907912 10 Si en revanche la valeur émise par le capteur 102 au point de montée du capteur 213 du capteur 101 est positive (non représentée) alors le champ magnétique Hl qui génère la courbe de mesure 211 est en retard du champ magnétique H2 générant la courbe 5 de mesure 212. Ce comportement permet d'associer un sens de déplacement ou de rotation à la direction du capteur de champs magnétique 101. Le micro-processeur 108 commande ensuite la diode LED 105. On peut également prendre en compte le flanc 10 descendant. Il est également possible pour l'homme du métier de déduire la phase par exemple des données fournies par des capteurs de type analogique. La figure 3 montre un mode de réalisation préférentiel du procédé selon l'invention pour vérifier les enroulements de stator d'un 15 moteur électrique ou d'un générateur auquel on applique un courant électrique alternatif ou triphasé. Le procédé sera décrit à l'aide d'un ordinogramme. Le procédé commence par une étape de procédé 301. Dans l'étape de procédé 302 suivante on installe notamment le 20 dispositif 100 selon la figure 1 au dessus d'une première paire d'enroulements de stators voisins de façon que chacun des deux capteurs de champ magnétique puisse détecter le champ magnétique d'un enroulement de stators. La mise en place est assistée par les diodes LED 103, 104 qui s'allument ou clignotent dès que le capteur de 25 champ magnétique 101, 102 associé détecte un champ magnétique. Dès que le dispositif est installé correctement, le micro-processeur 108 détermine la phase et l'indique par les diodes LED 105 à 107 correspondantes. Dans l'étape de procédé 303 suivante, l'utilisateur répète 30 son action selon l'étape de procédé 302 pour la paire directement suivante d'enroulement de stator. A la fin de cette étape de procédé 303 on pourra lire la phase de cette paire d'enroulements de stators. Dans l'étape de procédé 304 suivante on compare entre elles les deux phases obtenues jusqu'alors. Si les deux phases sont 35 identiques, soit on revient à l'étape de procédé 303 en considérant la 2907912 11 paire suivante d'enroulements de stators ou on termine le procédé dans l'étape 305 si toutes les paires enroulements de stators ont déjà été contrôlées. Si la phase de deux paires d'enroulement de stators 5 diffère cela signifie qu'il y a un enroulement de stator défectueux et on passe à l'étape 306 et on termine le programme. L'enroulement de stator doit être réparé ou changé ou la connexion doit être reprise. Les figures montrent des modes de réalisation préférentiels de l'invention. Mais d'autres modes de réalisation sont 10 possibles notamment par une autre disposition ou un autre nombre de capteur et d'autres composants sans sortir du cadre de l'invention. 15 2907912 12 NOMENCLATURE 100 Dispositif 5 101, 102 Capteurs Hall numériques 103 - 107 Diodes LED 108 Micro-processeur 109 Batterie 150 Stator 10 151 - 154 Dent de stator 151'- 154' Enroulement de stators 200 Diagramme 201 Axe y donnant U 202 Axe x donnant t 15 211, 212 Données de capteur 213 Flanc montant 214 Valeur de mesure à l'instant 213 301 - 306 Etape de procédé H1 - H4 Champ magnétique 20 U, V, W Phases du courant triphasé 25 REVENDICATIONS 1 ) Dispositif pour déterminer une phase de deux champs magnétiques (H1, H2), caractérisé par : - une unité de commande et de calcul (108) ; - deux capteurs de champ magnétique (101, 102) installés à une distance prédéfinie (d) et reliés à l'unité de commande et de calcul (108) ; et -des moyens d'affichage (103 - 107) reliés à l'unité de commande et de calcul (108) ; l'unité de commande et de calcul (108) étant conçue pour déterminer la phase de deux champs magnétiques (H1, H2) appliquée chaque fois à l'un des différents capteurs de champ magnétique (101, 102) à partir des valeurs de mesure (211, 212, 213, 214) des capteurs de champ magnétique (101, 102), et pour commander les moyens d'affichage (103 -107) pour qu'ils affichent la phase déterminée. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de commande et de calcul (108) est conçue pour commander les moyens d'affichage (103 - 107) pour qu'ils affichent l'application d'un champ magnétique (Hl, H2) à chaque capteur de champ magnétique (101, 102). 3 ) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'affichage comportent au moins une diode électroluminescente (103 - 107), un afficheur graphique et/ou un afficheur numérique. 4 ) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par une installation d'alimentation électrique notamment une batterie (109). 2907912 14 5 ) Procédé de vérification d'enroulements de stator (151' - 154') d'un moteur électrique ou d'un générateur auquel on applique un courant électrique alternatif ou courant électrique triphasé, caractérisé par les étapes suivantes : 5 a) on détermine une première phase des champs magnétiques (H1, H2) générés dans une première paire (151', 152' ; 152', 153' ; 153', 154') d'enroulements de stators voisins (151' - 154'), ensuite ; b) on compare la première phase ainsi déterminée à une phase 10 prévisible du fait du courant alternatif ou courant triphasé appliqué et/ ou avec une seconde phase de champ magnétique (H2, H3) générée par le courant alternatif ou triphasé dans une seconde paire (151', 152' ; 152', 153' ; 153', 154') d'enroulements de stators voisins (151' - 154) ; et 15 c) on détermine l'absence de défaut des enroulements de stators (151' - 154') sur le fondement de la comparaison. 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que 20 l'on répète les étapes de détermination d'une première phase et de la comparaison de la première phase ainsi déterminée à la phase prévisible et/ou à la seconde phase prédéterminée pour d'autres paires notamment toutes les paires (151', 152' ; 152', 153' ; 153', 154') d'enroulements de stators voisins (151' - 154'). 25 7 ) Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu' on émet la phase déterminée de façon numérique. 30 8 ) Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu' on utilise un dispositif (100) selon l'une des revendications 1 à 4 pour déterminer la position de la phase. 2907912 15 9 ) Application d'un dispositif (100) selon l'une des revendications 1 à 4, pour vérifier les enroulements de stators (151' - 154') d'un moteur électrique ou d'un générateur. 5