Brevet FR2950207A1 — publié le 20110318

Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de moteur à collecteur comportant une ou plusieurs unités de mesure pour mesurer la vitesse de rotation par l'exploitation d'une courbe de courant. Etat de la technique On détermine en général la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu à l'aide de capteurs de position, supplémentaires tels que des capteurs à effet Hall, des capteurs GMR (magnétorésistant géant) ou des capteurs analogues comme cela est connu. Le capteur de position est couplé au rotor du moteur à courant continu si bien qu'une partie du capteur de position, se déplace avec le mouvement du rotor. Le capteur de position génère une impulsion de courant ou de tension. L'impulsion de courant ou de tension est exploitée, ce qui consiste par exemple à exploiter les impulsions produites dans une fenêtre de temps prédéfini que l'on compte pour obtenir une indication relative à la vitesse de rotation du moteur à courant continu. Des variantes de possibilités pour déterminer la vitesse de rotation sans utiliser de capteur prévoient l'exploitation de l'ondulation du courant dans les lignes d'alimentation du moteur à courant continu. Pour cela, on exploite le courant passant dans les lignes d'alimentation qui en cas de mouvement du rotor du moteur à courant continu, du fait des rainures de l'induit et de la commutation dépendant du mouvement du rotor, présente une ondulation régulière. Du fait d'une patine irrégulière, d'oscillations mécaniques ou de défaut de concentri- cité au niveau du collecteur, l'ondulation du courant peut devenir irrégulière de sorte que ce procédé de mesure de vitesse de rotation ne peut pas s'appliquer en toute sécurité dans tous les cas. En outre, on a un inconvénient pour la mesure de la vitesse de rotation sans capteur sur des moteurs à courant continu à col- lecteur ayant plus de deux balais. Dans de tels systèmes de moteur, en général on a au moins deux des balais alimentés en courant par une ligne d'alimentation commune. Du fait du montage décalé des balais, les ondulations des courants traversant les différents balais de même polarité, se combinent dans la ligne d'alimentation commune et affai- blissent ainsi leur déphasage. C'est pourquoi, les moyens à mettre en 2 oeuvre pour détecter et exploiter les ondulations du courant dans la ligne d'alimentation de tels systèmes de moteur, sont augmentés de manière significative puisqu'il faut choisir une sensibilité correspondante pour mesurer la vitesse de rotation sans capteur. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un système de moteur à courant continu permettant une meilleure détermination de la vitesse de rotation à l'aide de la courbe de courant ou de l'exploitation d'une ondulation du courant. L'invention a également io pour but de développer un dispositif pour déterminer la vitesse de rotation d'un système de moteur ainsi qu'un procédé pour sa mise en oeuvre. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini 15 ci-dessus, caractérisé en ce que - le moteur électrique comporte un collecteur et au moins trois balais, - au moins plusieurs balais ont la même polarité et ces balais sont re- liés à un potentiel d'alimentation par une ligne d'alimentation, com- mune, 20 - entre la ligne d'alimentation et au moins l'un des balais, il y a une unité de mesure qui mesure une indication concernant le courant passant dans le balai correspondant. L'invention concerne également un procédé de mesure d'une indication de vitesse de rotation d'un moteur électrique dans un 25 système de moteur, comprenant les étapes suivantes : - recevoir au moins un signal de détection provenant d'une ou plu-sieurs unités de mesure, - déterminer l'indication de vitesse de rotation comme fréquence d'un ou plusieurs signaux de détection ou comme fréquence d'un signal 30 de différence qui correspond à une différence de plusieurs signaux de détection. Selon une première caractéristique, le système de moteur comportant un moteur électrique à collecteur, est équipé d'une ou plu-sieurs unités de mesure. Le moteur électrique comporte un collecteur 35 avec au moins trois balais et plusieurs balais de même polarité sont re- 3 liés à un potentiel d'alimentation par une ligne d'alimentation commune, et entre la ligne d'alimentation et au moins l'un des balais, il y a une unité de mesure servant à mesurer une indication concernant le courant traversant le balai correspondant. Une caractéristique de l'invention consiste à développer un système de moteur permettant de mieux déterminer la vitesse de rotation d'un moteur électrique. Grâce à l'unité de mesure pour saisir le courant entre la ligne d'alimentation et l'un des balais de même polarité, permet de saisir les variations d'intensité liées à la commutation du moteur électrique avant la combinaison de ces variations dans une ligne d'alimentation commune pour les utiliser pour déterminer l'indication de vitesse de rotation. En outre, le collecteur peut comporter un nombre de lamelles qui se branchent par plusieurs balais et ce nombre correspond à un multiple entier d'un nombre de paires polaires. Selon un mode de réalisation, le nombre de lamelles de collecteur sera augmenté d'une unité ou diminué d'une unité par rapport au produit du nombre de paires polaires par un entier naturel. Ainsi, dans le cas de moteurs à courant continu ayant plus d'un balai par polarité, on garantit que les balais de même polarité ne commuteront pas simultanément. Cela se traduit par un déphasage entre les courants de balais de sorte que sur la même ligne d'alimentation commune, les ondulations des courants s'additionnent et du fait de la commutation non simultanée, les ondulations se compensent au moins partiellement. Cela est souhaitable car les variations de courant résultant conduisent à des variations de tension perturbées sur la tension de compensation d'alimentation. Cela complique toutefois la détection de la fréquence de l'ondulation du courant qui est une indication de la vitesse de rotation du moteur électrique. Le système de moteur ci- dessus peut saisir les différents courants dans les balais et en même temps seulement une faible ondulation existe sur la ligne d'alimentation qui correspond à la somme de plusieurs courants de balais, déphasés. L'ondulation du couple reste ainsi petite. En outre, on peut associer une unité de mesure respec- tive aux différents balais. Selon un mode de réalisation, l'unité de me- 4 sure comporte une résistance de mesure ou un élément de couplage inductif. Selon un mode de réalisation, les unités de mesure sont installées entre la ligne d'alimentation et les différents balais de même polarité. On peut prévoir le même décalage entre les différents ba-lais. Selon une autre caractéristique, un dispositif de mesure de la vitesse de rotation du moteur électrique équipe le système de moteur décrit ci-dessus. Le dispositif comporte une unité d'exploitation recevant au moins un signal de détection de l'une ou de plusieurs unités de mesure et le dispositif est réalisé pour déterminer l'indication de vitesse de rotation en fonction d'un ou de plusieurs signaux de détection. L'unité d'exploitation peut en outre être réalisée pour dé- 15 terminer l'indication de vitesse de rotation comme fréquence d'un ou de plusieurs signaux de détection. En variante, l'unité d'exploitation est réalisée pour déterminer un signal de différence comme différence entre plusieurs signaux de détection et pour déterminer l'indication de vitesse de rotation comme fréquence du signal de différence. 20 Selon une autre caractéristique, l'invention concerne un procédé de mesure d'une indication de vitesse de rotation comme décrit ci-dessus. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide 25 d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système de moteur à moteur à courant continu à quatre pôles et quinze lamelles de collecteur branchées respectivement par deux balais de même polarité, 30 - la figure 2 est une vue schématique d'un système de moteur à courant continu à six pôles et vingt lamelles de collecteur ainsi que trois balais de même polarité, et - la figure 3 est une vue schématique d'un système de moteur à courant continu à six pôles, vingt lamelles de collecteur et deux balais 35 d'une polarité et un balai de l'autre polarité. Dans les différentes figures et la description suivante, on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes éléments ou des éléments de même fonction. Description de modes de réalisation 5 La figure 1 montre schématiquement un système de moteur 1. Le système de moteur 1 comprend un moteur à courant continu 2 dont le rotor 12 est équipé d'un collecteur 3. Le rotor 12 porte des en-roulements de rotor 11 branchés électriquement par les lamelles 13 du collecteur 3. Les lamelles 13 du collecteur sont mises en contact électrique par les balais 4, lorsque le rotor 12 tourne, les balais 4 glissent le long des lamelles 13 du collecteur et réalisent ainsi la liaison électrique avec une ou deux lamelles de collecteur 13. La tension appliquée aux balais 4, est alors appliquée aux enroulements de rotor 11 associés aux lamelles de collecteur 13 ainsi mises en contact. 15 Le moteur à courant continu 2 a quatre pôles 14, c'est-à-dire deux paires de pôles qui peuvent être réalisées chaque fois par un aimant permanent pour générer le champ magnétique d'excitation. Habituellement, on prévoit un nombre de quatre balais pour le collecteur 3; deux balais 4 ont ainsi la même polarité. Les balais 4 de cet exemple 20 de réalisation sont répartis régulièrement autour du collecteur 3, c'est-à-dire que les balais 4 sont décalés de 90° autour du collecteur 3 et les balais voisins ont des polarités différentes. Le nombre de lamelles de collecteur 13 du mode de réalisation de la figure 1, est fixé à 15, de sorte que les balais 4 du collec- 25 teur, décalés de 90°, arrivent à des instants différents en contact avec chaque fois la lamelle 5 suivante du collecteur pour réaliser la liaison électrique avec l'enroulement de collecteur 11 associé à la lamelle sui-vante 5. Les balais 4 de même polarité, sont reliés par une liaison électrique à une ligne d'alimentation 6 correspondante. Les lignes 30 d'alimentation 6 fournissent la tension d'alimentation qui est ainsi appliquée chaque fois entre deux balais 4 de polarité différente. La ligne d'alimentation 6 reliée aux balais 4 de même polarité, est ainsi traversée par un courant total qui est la somme des courants passant dans les balais 4 de même polarité. 6 Du fait du nombre impaire de lamelles de commutateur 13, les enroulements de rotor sont réalisés sous la forme d'enroulements en boucle et chacun des enroulements de rotor 11 se branche par des lamelles de collecteur 13, voisines. Dans le courant-somme, passant dans les lignes d'alimentation 6, pour les deux balais 4 d'une paire de balais, l'onde de base des courants des balais (ordre 15 de la fréquence de rotation), est éliminée par la combinaison des courants des balais. Il ne reste que la première harmonique avec une amplitude significativement plus faible dans la ligne d'alimentation 6. Le signal de la première harmonique est ainsi significativement plus faible que l'onde fondamentale bien qu'il est difficile de le détecter. Pour disposer d'un signal d'intensité d'amplitude suffisante, il est ainsi proposé de prévoir un dispositif de mesure correspondant qui exploite le flux de courant dans l'un ou dans les deux balais 4 de même polarité. Dans le système de moteur de la figure 1, les balais 4 qui sont au potentiel d'alimentation positif sont reliés respectivement par une résistance de mesure 9 à la ligne d'alimentation 6 pour le potentiel d'alimentation haut, si bien que la résistance de mesure respective, n'est traversée que par le courant des balais comme courant partiel. On pourrait également prévoir en variante ou en plus, des résistances de mesure sur les balais 4 pour le potentiel d'alimentation bas. Sur la résistance de mesure 9, on recueille ainsi en fonction du courant des balais, une tension de mesure comme signal de détection qui est indiquée de manière qualitative dans les diagrammes tension-temps des résistances de mesure 9. L'exploitation de l'ondulation de l'intensité ainsi mesurée, peut se faire à l'aide d'une unité d'exploitation 10 reliée aux résistances de mesure 9 pour y détecter la tension de mesure appliquée comme indication du courant respectif des balais. De plus, on peut exploiter le signal de détection correspondant associé à l'un des balais 4. L'unité d'exploitation 10 reçoit un signal pour lequel l'onde de base des courants dans les balais n'est pas éliminée par combinaison de sorte qu'avec le signal de détection correspondant on pourra détecter de manière simple la vitesse de rotation. 7 L'exploitation peut se faire à la fois à l'aide de l'un des signaux de détection et aussi à l'aide de plusieurs signaux de détection correspondant à plusieurs balais 4. L'exploitation peut se faire séparé-ment et les indications de vitesses de rotation obtenues, qui sont pour l'essentiel proportionnelles à la fréquence du signal de détection, peu-vent être vérifiées en plausibilité l'une par rapport à l'autre. En variante, on peut former la différence des signaux de détection pour obtenir un signal de différence. On peut former la différence dans l'unité d'exploitation 10, par exemple à l'aide d'un amplificateur de différence (non représenté) ou d'un moyen analogue. Dans l'exemple présenté, on saisit comme signaux de détection, les indications des intensités de courant dans les balais correspondant aux balais 4 qui sont opposés au niveau du collecteur 3 et ont entre eux un déphasage de 180°. Ainsi, la formation de la différence double l'amplitude 15 du signal de différence à exploiter. Cela simplifie considérablement l'exploitation dans l'unité d'exploitation 10. La figure 2 montre schématiquement un système de moteur 1 équipé d'un moteur à courant continu 2. Le moteur à courant continu 2 a six pôles 14 et 20 lamelles 13 de collecteur. Les 20 lamelles 20 13 de collecteur sont branchées par trois balais 4 de polarité positive et par trois balais 4 de polarité négative. Les trois balais 4 de polarité négative sont déphasés de 120°. Les balais de polarité positive 4 sont dé-calés respectivement de 60° par rapport aux balais 4 de polarité négative. En d'autres termes, les balais 4 ont un décalage de 60° et les 25 balais voisins sont de polarité différente. Les unités de mesure sous la forme de résistances de mesure 9 sont installées respectivement entre la ligne d'alimentation 6 et les balais 4 de polarité négative. Dans le courant-somme, traversant tous les balais 4 de polarité négative, l'onde fondamentale des courants des balais est éli- 30 minée (20ème ordre de la fréquence de rotation). Comme résultat il subsiste dans la ligne d'alimentation 6 correspondante dans laquelle s'additionnent, les courants traversant les balais 4 de polarité négative, la seconde harmonique (20ème ordre de la fréquence de rotation) avec une amplitude significativement réduite. 8 Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, les courants des balais traversant tous les balais de polarité négative se détectent à l'aide des résistances de mesure 9 et les signaux de détection correspondants sont fournis à l'unité d'exploitation 10. On peut y déterminer la vitesse de rotation comme cela a été décrit ci-dessus par une mesure de la fréquence de l'un des signaux de détection ou à l'aide d'une différence entre plusieurs signaux de détection, car les signaux de détection sont déphasés par les balais 4 du fait du déphasage de la commutation des lamelles de collecteur 13. La figure 3 montre un autre mode de réalisation d'un système de moteur 1 avec un moteur à courant continu 2 comportant six pôles et 20 lamelles de collecteur 13. Les 20 lamelles de collecteur 13 sont branchées par deux balais 4 de polarité positive et un balai de polarité négative. Les deux balais de polarité positive sont déphasés de 120° sur le collecteur, alors que le balai de polarité négative 60 est dé-calé par rapport à un balai de polarité positive, de préférence en étant installé entre les balais de polarité positive. Alors que le courant-somme dans la ligne d'alimentation 6 pour les deux balais 4, de polarité positive, contient l'onde fondamentale des courants de balais, réduite par le déphasage (20ème ordre de la fréquence de rotation), s'il n'y a qu'une unité de mesure, c'est-à-dire une résistance de mesure 9 dans la branche d'alimentation d'un balai 4 de polarité positive, on peut réduire la puissance perdue car seulement la moitié du courant d'alimentation total passera par l'unité de mesure. L'unité de mesure est réalisée de préférence sous la forme d'une résistance de mesure de sorte que le courant qui la traverse, sera pris sous la forme d'une tension de détection. Des variantes de mesure du courant sont également possibles comme par exemple la mesure de la partie alternative du courant par couplage inductif ou des moyens analogues, ce qui a en outre l'avantage que la partie continue du courant d'alimentation n'arrive pas dans l'unité d'exploitation 10. En va-riante à la résistance de mesure 9, on peut également prévoir un simple chemin conducteur pour fournir le courant aux balais respectifs 4 et la chute de tension sera prise sur un segment du chemin conducteur comme signal de détection de l'unité d'exploitation. 9 Il est important pour réaliser l'invention, de prévoir plu-sieurs balais 4 de même polarité auxquels on applique le potentiel d'alimentation de la tension d'alimentation par des lignes d'alimentation partielles correspondantes. Les moteurs à courant continu 2 décrits ici, ont un nombre de paires de pôles supérieur à 1 car sinon il n'y a pas plusieurs balais de même polarité. Pour avoir un déphasage entre les balais munis des uni-tés de mesure lors de la commutation d'une lamelle 13 chaque fois sui-vante du collecteur sur l'un des balais, le nombre de lamelles de collecteur n'est pas, si possible, un multiple entier du nombre de paires de pôles. Cela s'obtient par exemple en respectant la relation : L=jxp+/- 1 dans cette relation, L est le nombre de lamelles de collecteur 13, p est le nombre de paires de pôles et j est un nombre naturel entier.20 lo NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 système de moteur 2 moteur à courant continu 3 collecteur 4 balai 6 ligne d'alimentation 9 résistance de mesure unité d'exploitation 10 11 enroulement de rotor 12 rotor 13 lamelle de collecteur 14 pôle15 REVENDICATIONS1 °) Système de moteur (1) comportant un moteur électrique à collecteur et une ou plusieurs unités de mesure (9), caractérisé en ce que - le moteur électrique (2) comporte un collecteur (3) et au moins trois balais (4), - au moins plusieurs balais (4) ont la même polarité et ces balais sont reliés à un potentiel d'alimentation par une ligne d'alimentation (6), commune, et - entre la ligne d'alimentation (6) et au moins l'un des balais, il y a une unité de mesure (9) qui mesure une indication concernant le courant passant dans le balai correspondant (4). 2°) Système de moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur comporte un nombre de lamelles (13), pouvant être branchés avec plusieurs balais (4), le nombre de lamelles n'étant pas un multiple entier d'un nombre de paires de pôles. 3°) Système de moteur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre de lamelles (13) de collecteur est supérieur d'une unité ou inférieur d'une unité au produit du nombre de paires de pôles par un nombre naturel entier. 4°) Système de moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé par plusieurs balais associés à une unité de mesure (9). 5°) Système de moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de mesure (9) comporte une résistance de mesure ou un élément de couplage inductif. 56°) Système de moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les unités de mesure sont installées entre la ligne d'alimentation (6) et les balais (4) de même polarité. 7°) Système de moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les balais (4) ont entre eux un décalage régulier. 10 8°) Système de moteur comprenant un dispositif de mesure d'une indication de vitesse d'un moteur électrique (2) dans un système de moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par une unité d'exploitation (10) qui reçoit au moins un signal de détection 15 d'une ou plusieurs unités de mesure (9) et ce dispositif est réalisé pour déterminer l'indication de vitesse de rotation en fonction d'un ou de plusieurs signaux de détection. 9°) Système de moteur selon la revendication 8, 20 caractérisé en ce que l'unité d'exploitation (10) est réalisée pour déterminer l'indication de vitesse de rotation sous la forme d'une fréquence d'un ou de plusieurs signaux de détection. 25 10°) Système de moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation (10) est réalisée pour déterminer un signal de différence correspondant à la différence de plusieurs signaux de détection et l'indication de vitesse de rotation comme fréquence du signal de diffé- 30 rence. 11 °) Procédé de mesure pour un système de moteur selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant les étapes suivantes : - recevoir au moins un signal de détection provenant d'une ou plu-35 sieurs unités de mesure, et.3 déterminer l'indication de vitesse de rotation comme fréquence d'un ou plusieurs signaux de détection ou comme fréquence d'un signal de différence qui correspond à une différence de plusieurs signaux de détection. io