Brevet FR3114706A1 — publié le 20220401

Dispositif de conversion (1) d’un signal de position (2) de type sinus et/ou cosinus issu d’un résolveur ou équivalent en un signal de vitesse (3), comprenant un filtre passe haut (4) suivi d’un redresseur (5). Figure d’abrégé : Figure 1 Dispositif de conversion d’un signal de position sinus / cosinus en un signal de vitesse L’invention concerne le domaine de la mesure de vitesse et plus précisément pour des machines à haute vitesse, soit une vitesse angulaire supérieure à 50000 tr.min -1 . Plus particulièrement l’invention propose un convertisseur apte à reconstruire un signal de vitesse à partir d’un signal sinus et/ou cosinus, du type de celui produit par un capteur habituellement utilisé pour de telles machines. Il est connu de mesurer directement une vitesse d’une pièce en mouvement linéaire ou rotatif par un capteur de vitesse. Cependant, dans certaines applications il n’est pas possible, pour des questions de coût ou d’encombrement, d’employer un tel capteur de vitesse. Une alternative avantageuse, lorsqu’un capteur de position est présent consiste à reconstruire un signal de vitesse à partir du signal de position. Une reconstruction d’un signal de vitesse peut être calculatoire. Une telle approche nécessite un calculateur relativement puissant pour reconstruire un signal de vitesse à partir d’un signal de position. Selon un premier mode de réalisation, ceci se fait par dérivation du signal de position en fonction du temps. Cependant un tel mode de réalisation produit un signal vitesse très bruité, le rendant inexploitable, notamment pour une application de pilotage à haute vitesse. Selon un autre mode de réalisation, ceci se fait, toujours par calcul, au moyen de régulateurs. Cependant pour des vitesses ou des accélérations élevées, une approche calculatoire rencontre ses limites en termes de temps de réponse. Un pilotage basé sur un signal de vitesse ainsi obtenu conduit à un dépassement ou débordement (en anglais « overshot ») au niveau du pilotage. Aussi il est recherché une autre approche permettant d’améliorer notamment le temps de réponse lors de la reconstruction d’un signal vitesse. Afin de résoudre ce problème, l’invention concerne un dispositif de conversion d’un signal de position de type sinus et/ou cosinus issu d’un résolveur ou équivalent en un signal de vitesse, comprenant un filtre passe haut suivi d’un redresseur. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - le filtre passe haut est du premier ordre, - la fréquence de coupure du filtre passe haut est supérieure à la vitesse la plus rapide mesurable, - le filtre passe haut comprend un premier condensateur en série et une première résistance en parallèle, - le redresseur comprend un pont de diodes, - le dispositif comprend encore un deuxième condensateur disposé en parallèle à l’aval du redresseur et une deuxième résistance disposée en parallèle à l’aval du deuxième condensateur, - le dispositif est appliqué au signal sinus ou au signal cosinus. Dans un deuxième aspect de l’invention, un dispositif de conversion d’un signal de position de type sinus et cosinus issu d’un résolveur ou équivalent en un signal de vitesse, comprend un premier tel dispositif appliqué au signal sinus et un deuxième tel dispositif appliqué au signal cosinus, additionnés en sortie. Dans un troisième aspect de l’invention, un capteur de vitesse comprenant un capteur de position de type résolveur ou équivalent apte à fournir un signal de position de type sinus et/ou cosinus, comprenant encore un tel dispositif, appliqué au signal de position de type sinus et/ou cosinus, afin de le convertir en un signal de vitesse. Dans un quatrième aspect de l’invention, un système de pilotage d’un moteur synchrone à aimant permanent comprenant un moteur, un capteur de position de type résolveur ou équivalent apte à fournir un signal de position de type sinus et/ou cosinus, un contrôleur apte à piloter le moteur à partir d’une mesure de position obtenue à partir du capteur de position et d’une mesure de vitesse, comprenant encore un tel dispositif, afin de convertir le signal de position de type sinus et/ou cosinus en un signal de vitesse, à l’attention du contrôleur. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : montre un schéma d’un convertisseur selon un premier mode de réalisation, montre un schéma d’un convertisseur selon un deuxième mode de réalisation, montre un synoptique d’un système de pilotage d’un moteur synchrone à aimant permanent, montre un diagramme temporel figurant les différents signaux, montre la fonction de transfert d’un filtre passe haut. L’invention concerne un dispositif de conversion 1 d’un signal de position 2 de type sinus et/ou cosinus issu d’un résolveur ou équivalent en un signal de vitesse 3. L’invention s’applique plus particulièrement aux machines à haute vitesse. On entend par haute vitesse une vitesse angulaire supérieure à 50000 tr.min -1 . De manière connu, un résolveur P est un capteur qui observe un déplacement, linéaire ou rotatif, et qui fournit en sortie au moins un signal sinusoïdal. Ce signal sinusoïdal est un signal alternatif d’amplitude fixe et dont la fréquence varie en fonction de la vitesse de rotation. Ce signal est présenté en entrée du dispositif 1, qui assure une démodulation et une conversion de ce signal. Un tel résolveur P fournit généralement en sortie deux signaux déphasés de π/2 : un signal nommé sinus et un signal nommé cosinus. La position est obtenue de manière connue au moyen de la formule position = arctangente (sinus/cosinus). Un résolveur P peut être un résolveur classique, un capteur à effet hall de type AMR ou TMR ou encore un capteur inductif. Tel qu’illustré à la figure 1, un dispositif de conversion 1 est un dispositif électronique. Il reçoit en entrée, à gauche de la figure, un signal de position 2 de type sinus et/ou cosinus issu d’un résolveur P ou équivalent, tel que décrit précédemment, pour le convertir en un signal de vitesse 3, à droite de la figure. Pour réaliser une telle conversion, selon une caractéristique de l’invention, le dispositif 1 comprend un filtre passe haut 4 suivi d’un redresseur 5. Pour le bon fonctionnement de l’invention, l’ordre du filtre passe haut 4 peut être quelconque. Cependant un fonctionnement satisfaisant est observé dès le premier ordre. Aussi, afin de simplifier et réduire les coûts, selon une autre caractéristique, le filtre passe haut 4 est du premier ordre. La partie utile du filtre passe haut 4 est, paradoxalement, la partie située en dessous de la fréquence de coupure. Tel qu’illustrée à la figure 5, montrant la fonction de transfert du filtre passe haut 4 d’un dispositif 1, 10, la rampe initiale, ou partie en dessous de la fréquence de coupure Fc, présente une pente sensiblement constante, de -20 dB / décade. La pente de la rampe initiale du filtre passe haut 4 permet de produire un gain variable en fonction de la fréquence du signal de position 2. Ce gain variable assure la conversion et l’obtention du signal de vitesse 3. Ainsi, le dispositif 1, 10 selon l’invention fonctionne y compris dans le cas où le signal d’entrée 2 présente une porteuse haute fréquence à 10 ou 11 kHz, correspondant à la fréquence d’excitation d’un résolveur classique ou à effet hall, cette fréquence n’entraînant pas de variation de gain. La figure 4 montre sur un graphique en fonction du temps, le signal d’entrée 2 du dispositif 1. Il s’agit donc du signal sinus ou cosinus issu du capteur de position P. La figure 4 montre encore un signal intermédiaire 6, mesurable à la sortie de l’étage d’entrée comprenant le filtre passe haut, avant le pont de diodes. La vitesse recherchée est proportionnelle à l’amplitude du signal intermédiaire 6. La figure 4 montre encore le signal de sortie 3, soit le signal mesuré après l’étage de sortie comprenant le pont de diode et le filtre de sortie R4, C6, indicatif de la vitesse. Afin que le dispositif 1 puisse être utilisé sur toute la plage de fonctionnement de vitesse, il convient que sa fréquence de coupure soit supérieure à la vitesse la plus rapide mesurable, soit à la vitesse maximale de l’objet mobile observé. Il convient encore que la fréquence de coupure soit inférieure à la fréquence de la porteuse ou fréquence d’excitation appliqué à la bobine primaire dans le cas d’un capteur P présentant une telle fréquence d’excitation, tel un résolveur classique. Ainsi pour une machine tournante pouvant atteindre une vitesse de 100 000 tr/mn, soit 1666 tr/s, le filtre passe haut est configuré pour présenter une fréquence de coupure de 1666 Hz. Selon une autre caractéristique, le filtre passe haut 4, comprend un premier condensateur C3, C5 en série et une première résistance R6, R11 en parallèle. De manière connue, ces deux composants C3, C5, R6, R11, déterminent la fréquence de coupure Fc, selon la formule Fc=1/2πRC, avec Fc la fréquence de coupure, C la capacité du premier condensateur C3, C5 et R la valeur de la première résistance R6, R11. Ainsi le filtre passe haut 5 illustré, à titre illustratif, présente une fréquence de coupure Fc = 339 Hz. Selon une autre caractéristique, le redresseur 5 comprend un pont de diodes D2-D5, D6-D8, D10. Ce pont redresseur a pour fonction de redresser le signal en un signal sensiblement continu. De plus le redresseur a pour fonction d’adapter le signal dans une plage de tension, par exemple 0 -3V, compatible d’un port d’entrée d’un calculateur. Selon une autre caractéristique, le dispositif 1 comprend encore un deuxième condensateur C6, C11 disposé en parallèle à l’aval du redresseur 5. Ce condensateur a pour fonction de réaliser un filtrage du signal. Le dispositif 1 comprend encore une deuxième résistance R4, R5 disposée en parallèle à l’aval du deuxième condensateur C6, C11. Cette résistance a pour fonction de charger le circuit. Selon une autre caractéristique, un dispositif 1, tel que précédemment décrit peut être appliqué soit au signal sinus, soit au signal cosinus. Tel qu’illustrée à la figure 2, l’invention concerne encore, afin d’utiliser les deux signaux, sinus et cosinus, issus d’un résolveur ou équivalent, un dispositif de conversion 10 d’un signal de position 2 de type sinus et cosinus en un signal de vitesse 3, réalisé en combinant deux dispositifs 1 tels que décrits précédemment. Un premier tel dispositif 1 traite le signal sinus et un deuxième tel dispositif 1traite le signal cosinus. Les sorties respectives des deux dispositifs 1 sont reliées en sortie afin d’être superposées. Cette superposition d’un signal de vitesse issu du signal sinus et d’un signal de vitesse issu du signal cosinus réalise une moyenne des deux et permet de réduire les ondulations, plus particulièrement à basse vitesse, permettant d’améliorer la qualité de la mesure de vitesse finale. De plus, cette superposition permet de réduire le filtre de sortie et ainsi d’assurer une meilleure dynamique du dispositif double 10. L’invention concerne encore un capteur de vitesse. Ce capteur de vitesse comprend un capteur de position P de type résolveur ou équivalent apte à fournir un signal de position 2 de type sinus et/ou cosinus. Ce dernier est équipé d’un dispositif 1, 10 tel que décrit précédemment, appliqué au signal de position 2 de type sinus et/ou cosinus en sortie du capteur de position P afin de le convertir en un signal de vitesse 3. Le pilotage d’un moteur synchrone à aimant permanent M (en anglais : « Permanent Magnet Synchronous Motor » ou PMSM) ou moteur sans balai à courant alternatif (en anglais « BrushLess Alternative Current » ou BLAC) nécessite classiquement une mesure de position 2 et une mesure de vitesse 3 de la partie mobile en translation ou en rotation (rotor). Aussi, il est avantageux de combiner un résolveur P pour obtenir une mesure de position 2 et un dispositif 1, 10 selon l’invention appliqué au résolveur P pour obtenir une mesure de vitesse 3. Aussi, tel qu’illustré à la figure 3, l’invention concerne encore un système de pilotage d’un moteur synchrone à aimant permanent comprenant un moteur M, un capteur de position P de type résolveur ou équivalent, mécaniquement relié au moteur M, apte à fournir un signal de position 2 de type sinus et/ou cosinus, indicatif de la position du moteur M, un contrôleur U apte à piloter le moteur M à partir d’une mesure de position 2 obtenue à partir du capteur de position P et d’une mesure de vitesse 3. Le système de pilotage comprend encore un dispositif 1, 10 tel que décrit précédemment. Ce dispositif, qu’il soit simple 1 (sinus ou cosinus), ou double 10 (sinus et cosinus) convertit le signal de position 2 (sinus et/ou cosinus) en un signal de vitesse 3, à l’attention du contrôleur U, qui peut alors piloter le moteur M. L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. 1 : dispositif simple, 2 : signal de position, 3 : signal de vitesse, 4 : filtre passe haut, 5 : redresseur, 6 : signal intermédiaire, 10 : dispositif double, C3, C5 : condensateur filtre d’entrée, C6, C11 : condensateur filtre de sortie, D2-D8, D10 : diodes, M : moteur, P : capteur de position, résolveur, R6, R11 : résistance filtre d’entrée, R4, R5 : résistance filtre de sortie, U : contrôleur. Dispositif de conversion (1) d’un signal de position (2) de type sinus et/ou cosinus issu d’un résolveur ou équivalent en un signal de vitesse (3), caractérisé en ce qu’il comprend un filtre passe haut (4) suivi d’un redresseur (5). Dispositif (1) selon la revendication précédente, où le filtre passe haut (4) est du premier ordre. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où la fréquence de coupure du filtre passe haut (4) est supérieure à la vitesse la plus rapide mesurable. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le filtre passe haut (4) comprend un premier condensateur (C3, C5) en série et une première résistance (R6, R11) en parallèle. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le redresseur (5) comprend un pont de diodes (D2-D5, D6-D10). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant encore un deuxième condensateur (C6, C11) disposé en parallèle à l’aval du redresseur (5) et une deuxième résistance (R4, R5) disposée en parallèle à l’aval du deuxième condensateur (C6, C11). Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, appliqué au signal sinus ou au signal cosinus. Dispositif de conversion (10) d’un signal de position (2) de type sinus et cosinus issu d’un résolveur ou équivalent en un signal de vitesse (3), caractérisé en ce qu’il comprend un premier dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes appliqué au signal sinus et un deuxième dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes appliqué au signal cosinus, additionnés en sortie. Capteur de vitesse comprenant un capteur de position de type résolveur ou équivalent apte à fournir un signal de position (2) de type sinus et/ou cosinus, caractérisé en ce qu’il comprend encore un dispositif (1, 10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, appliqué au signal de position (2) de type sinus et/ou cosinus, afin de le convertir en un signal de vitesse. Système de pilotage d’un moteur synchrone à aimant permanent comprenant un moteur (M), un capteur de position (P) de type résolveur ou équivalent apte à fournir un signal de position (2) de type sinus et/ou cosinus, un contrôleur (U) apte à piloter le moteur (M) à partir d’une mesure de position (2) obtenue à partir du capteur de position (P) et d’une mesure de vitesse (3), caractérisé en ce qu’il comprend encore un dispositif (1, 10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, afin de convertir le signal de position (2) de type sinus et/ou cosinus en un signal de vitesse (3), à l’attention du contrôleur (U).