CH673750B5 - - Google Patents
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- CH673750B5 CH673750B5 CH3556/88A CH355688A CH673750B5 CH 673750 B5 CH673750 B5 CH 673750B5 CH 3556/88 A CH3556/88 A CH 3556/88A CH 355688 A CH355688 A CH 355688A CH 673750 B5 CH673750 B5 CH 673750B5
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- G04C3/14—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor
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Abstract
Description
DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé permettant de détecter dans un moteur pas à pas, notamment pour pièce 25 d'horlogerie, les instants de passage du rotor par une position angulaire prédéterminée, ces instants pouvant servir à définir, par exemple, le début des impulsions motrices appliquées à ce moteur. L'invention concerne également un circuit mettant en œuvre ce procédé. 30 En fonctionnement normal, le rotor d'un moteur pas à pas s'arrête entre deux pas consécutifs. Les impulsions motrices sont donc nécessairement appliquées à la bobine du moteur alors que le rotor se trouve dans une position d'équilibre statique stable. Chaque pas est ainsi effectué dans 35 des conditions identiques. DESCRIPTION The present invention relates to a method making it possible to detect in a stepping motor, in particular for a timepiece, the instants of passage of the rotor through a predetermined angular position, these instants being able to be used to define, for example, the start of the motor impulses applied to this motor. The invention also relates to a circuit implementing this method. 30 In normal operation, the rotor of a stepping motor stops between two consecutive steps. The driving pulses are therefore necessarily applied to the motor coil while the rotor is in a stable static equilibrium position. Each step is thus carried out under identical conditions.
Dans certaines circonstances, il peut être intéressant de pouvoir faire tourner le rotor du moteur de façon continue à vitesse élevée, par exemple, s'il équipe une montre, pour mettre celle-ci à l'heure rapidement. A cet effet, l'énergie et 40 la fréquence des impulsions motrices sont augmentées. Cependant, le rotor ne marquant alors aucun arrêt, l'instant d'application de ces impulsions doit être déterminé différemment, par exemple par l'instant où la tension induite dans la bobine par le mouvement du rotor atteint, par valeurs 45 croissantes, une tension de référence. Cette manière de faire présente toutefois l'inconvénient que, suivant la vitesse du moteur, cet instant correspond à des positions angulaires différentes du rotor. L'application des impulsions motrices n'ayant plus lieu au moment du passage du rotor par une so position bien définie, le moteur ne saurait fonctionner dans les meilleures conditions à tous les régimes. In certain circumstances, it may be advantageous to be able to rotate the rotor of the engine continuously at high speed, for example, if it is fitted to a watch, to set the watch quickly. For this purpose, the energy and the frequency of the driving pulses are increased. However, the rotor then not marking any stop, the moment of application of these pulses must be determined differently, for example by the moment when the tension induced in the coil by the movement of the rotor reaches, by increasing values 45, a reference voltage. This way of doing things, however, has the drawback that, depending on the speed of the motor, this instant corresponds to different angular positions of the rotor. The application of the driving impulses no longer taking place when the rotor passes through a well defined position, the engine cannot operate in the best conditions at all speeds.
Un but de la présente invention est de pallier cet inconvénient en proposant un procédé de détection de l'instant de passage du rotor d'un moteur pas à pas par une 55 position prédéterminée, le rotor comprenant un aimant permanent et présentant au moins une position d'équilibre statique stable, et le moteur comportant une bobine couplée magnétiquement au rotor, le flux magnétique produit par le rotor dans le bobine prenant une première valeur, égale à la 60 valeur maximum du flux, lorsque le rotor est décalé d'un angle A par rapport à la position d'équilibre, et une deuxième valeur lorsque le rotor se trouve dans la position prédéterminée, ce procédé étant particulièrement remarquable en ce qu'il consiste: An object of the present invention is to overcome this drawback by proposing a method for detecting the instant of passage of the rotor of a stepping motor through a predetermined position, the rotor comprising a permanent magnet and having at least one position. of stable static equilibrium, and the motor comprising a coil magnetically coupled to the rotor, the magnetic flux produced by the rotor in the coil taking a first value, equal to the maximum value of the flux, when the rotor is offset by an angle A with respect to the equilibrium position, and a second value when the rotor is in the predetermined position, this process being particularly remarkable in that it consists:
65 — à déterminer le moment où ledit flux dans la bobine passe par la première valeur et qui correspond au moment du passage par zéro de la tension induite dans la bobine par le mouvement du rotor; et 65 - determining the moment when said flux in the coil passes through the first value and which corresponds to the moment when the voltage induced in the coil by the movement of the rotor passes through zero; and
673 750 G 673,750 G
4 4
— à déterminer, à partir de ce moment, l'instant auquel le flux a varié d'une valeur donnée, égale à la différence ente la première et la deuxième valeur de ce flux, cet instant correspondant à l'instant de passage du rotor par la position prédéterminée. To determine, from this moment, the instant at which the flux has varied by a given value, equal to the difference between the first and the second value of this flux, this instant corresponding to the instant of passage of the rotor by the predetermined position.
Un avantage de l'invention est de permettre la détermination d'un instant qui, s'il est pris comme origine de l'impulsion motrice, assure au moteur des conditions de fonctionnement favorables quelle que soit sa vitesse de rotation. An advantage of the invention is to allow the determination of an instant which, if taken as the origin of the driving pulse, provides the motor with favorable operating conditions whatever its speed of rotation.
Un autre but de l'invention est de fournir un circuit mettant en œuvre le présent procédé. Another object of the invention is to provide a circuit implementing the present method.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortirontde la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et représentant, à titre explicatif mais nullement limitatif, un exemple de circuit de commande d'un moteur pas à pas, ce circuit détectant le passage du rotor par une position angulaire donnée. Sur ces dessins, où les mêmes références se rapportent à des éléments analogues: Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, given with reference to the appended drawings and representing, by way of explanation but in no way limiting, an example of a control circuit for a stepping motor, this circuit detecting the passage of the rotor through a given angular position. In these drawings, where the same references relate to similar elements:
— la figure 1 représente un moteur pas à pas de type connu; - Figure 1 shows a stepping motor of known type;
— la figure 2 est un diagramme montrant, en fonction de la position angulaire du rotor du moteur, les variations du couple de positionnement C, du flux magnétique F produit par l'aimant du rotor dans la bobine, et de la tension U induite dans cette bobine par la rotation du rotor. FIG. 2 is a diagram showing, as a function of the angular position of the motor rotor, the variations in the positioning torque C, the magnetic flux F produced by the rotor magnet in the coil, and the voltage U induced in this coil by the rotation of the rotor.
— la figure 3 est un exemple de circuit de commande d'un moteur pas à pas dans lequel chaque impulsion motrice est déclenchée à l'instant où le rotor passe par une position angulaire donnée; et FIG. 3 is an example of a control circuit for a stepping motor in which each driving pulse is triggered at the moment when the rotor passes through a given angular position; and
— la figure 4 est un diagramme des principaux signaux apparaissant dans le circuit de commande. - Figure 4 is a diagram of the main signals appearing in the control circuit.
Sur la figure 1 est représenté un moteur pas à pas pour montre. Ce moteur, du type Lavet bien connu, comprend un stator 1, un rotor 2, et une bobine 3. Le stator, qui forme le circuit magnétique du moteur, comporte un corps principal dans lequel est ménagée une ouverture circulaire 4 de centre 0, cette ouverture servant de logement au rotor, et une branche auxiliaire rectiligne 5 autour de laquelle est enroulé le fil formant la bobine. En outre, le stator 1 présente deux zones à réluctance élevée la et lb situées sur un même diamètre de l'ouverture 4. Le rotor 2 est constitué par un aimant permanent circulaire pivotant autour du centre 0 et présentant au moins une paire de pôles Nord-Sud. Enfin, l'ouverture 4 comporte encore deux encoches 6 et 7 diamétralement opposées dont le rôle sera précisé plus loin. In Figure 1 is shown a stepping motor for a watch. This well-known Lavet type motor comprises a stator 1, a rotor 2, and a coil 3. The stator, which forms the magnetic circuit of the motor, comprises a main body in which is formed a circular opening 4 of center 0, this opening serving as a housing for the rotor, and a rectilinear auxiliary branch 5 around which the wire forming the coil is wound. In addition, the stator 1 has two high reluctance zones 1a and 1b located on the same diameter of the opening 4. The rotor 2 is constituted by a circular permanent magnet pivoting around the center 0 and having at least one pair of North poles -South. Finally, the opening 4 still has two diametrically opposite notches 6 and 7 whose role will be explained below.
Le rotor 2 crée dans la branche 5 un champ d'induction, ce champ produisant à son tour un flux magnétique F dans la bobine 3. Le flux F dépend de la position angulaire du rotor, position définie par l'angle X que fait l'axe Nord-Sud de l'aimant avec un axe de référence Ox. La variation de F en fonction de X est bien entendu périodique, et généralement quasi sinusoïdale. La valeur maximum du flux, The rotor 2 creates in the branch 5 an induction field, this field in turn producing a magnetic flux F in the coil 3. The flux F depends on the angular position of the rotor, position defined by the angle X made by l North-South axis of the magnet with a reference axis Ox. The variation of F as a function of X is of course periodic, and generally almost sinusoidal. The maximum value of the flow,
désignée par Fm, est atteinte lorsque l'axe Nord-Sud coïncide avec un axe Oy sensiblement perpendiculaire au diamètre joignant les zones la et lb. Cette position du rotor 2 aurait été une position d'équilibre statique stable, si les encoches 6 et 7 n'existaient pas. designated by Fm, is reached when the North-South axis coincides with an Oy axis substantially perpendicular to the diameter joining the zones la and lb. This position of the rotor 2 would have been a position of stable static equilibrium, if the notches 6 and 7 did not exist.
La présence des encoches 6 et 7 a pour effet de décaler cette position d'équilibre statique stable vers une position définissant une direction de l'axe Nord-Sud qui est prise comme référence, et qui détermine celle de l'axe Ox. L'angle entre les axes Ox et Oy est désigné par A dans sa détermination inférieure à 90e pour un rotor ne comportant qu'une paire de pôles, et le flux magnétique correspondant à la position d'équilibre du rotor est désigné par Fo. L'angle A vaut typiquement 45 \ The presence of the notches 6 and 7 has the effect of shifting this position of stable static equilibrium towards a position defining a direction of the North-South axis which is taken as a reference, and which determines that of the Ox axis. The angle between the axes Ox and Oy is designated by A in its determination less than 90e for a rotor having only one pair of poles, and the magnetic flux corresponding to the equilibrium position of the rotor is designated by Fo. The angle A is typically 45 \
Pour écarter le rotor 2 de la position d'équilibre, un ÛÔUfllô C dôît êfïê èxerce sur son axe. Ce couple, dont la variation est sensiblement sinusoïdale en fonction de l'angle X, s'annule à 90°, 180°, 270e et 360°, les angles 180° et 360e correspondant à des positions d'équilibre statique stables, et les angles 90e et 270° à des positions d'équilibre instables. Comme les extrema de F sont décalés de l'angle A par rapport aux positions d'équilibre stables du rotor, ces extrema correspondent aux angles — A (ou 360° — A) et 180° -A. To move the rotor 2 from the equilibrium position, a ÛÔUfllô C must be applied on its axis. This couple, the variation of which is substantially sinusoidal as a function of the angle X, vanishes at 90 °, 180 °, 270th and 360 °, the angles 180 ° and 360e corresponding to stable static equilibrium positions, and the 90th and 270 ° angles at unstable equilibrium positions. As the extrema of F are offset by the angle A with respect to the stable equilibrium positions of the rotor, these extrema correspond to the angles - A (or 360 ° - A) and 180 ° -A.
La figure 2 représente les variations de F et de C en fonction de l'angle X du rotor 2, celui-ci étant pourvu d'une seule paire de pôles. Sur un tour complet du rotor, le flux F effectue une période, alors que le couple C en effectue deux. La variation du flux F produit dans la bobine 3 une tension induite U, de même période que F, et qui est également représentée sur la figure 2. Cette tension n'est cependant produite que lorsque le rotor tourne, c'est-à-dire lorsque X et F varient avec le temps, désigné par t. Il en résulte que cette tension induite, qui sera appelée tension induite de mouvement dans la suite de cette description, est essentiellement une fonction de t, et pour le mettre en évidence elle sera notée U(t). FIG. 2 represents the variations of F and C as a function of the angle X of the rotor 2, the latter being provided with a single pair of poles. On a complete revolution of the rotor, the flow F performs one period, while the torque C performs two. The variation of the flux F produces in the coil 3 an induced voltage U, of the same period as F, and which is also represented in FIG. 2. This voltage is however produced only when the rotor turns, that is to say say when X and F vary over time, designated by t. It follows that this induced voltage, which will be called motion induced voltage in the remainder of this description, is essentially a function of t, and to demonstrate this it will be denoted U (t).
Il faut noter que cette tension U(t) dépend également de la vitesse de rotation du rotor, et qu'elle n'a donc généralement pas la variation sinusoïdale représentée à la figure 2. Mais, comme cela sera rendu évident par la suite de cette description la forme exacte de la variation de cette tension U(t) ne joue aucun rôle dans la présente invention. It should be noted that this voltage U (t) also depends on the speed of rotation of the rotor, and that it therefore generally does not have the sinusoidal variation represented in FIG. 2. But, as will be made evident below this description the exact form of the variation of this voltage U (t) does not play any role in the present invention.
L'entretien du mouvement du rotor 2 dans un tel moteur nécessite l'application d'un signal I aux bornes de la bobine 3,-ce signal contenant des impulsions motrices, alternativement positives et négatives, désignées par Io, Il et 12 sur la figure 2. Maintenance of the movement of the rotor 2 in such a motor requires the application of a signal I across the terminals of the coil 3, this signal containing driving impulses, alternately positive and negative, designated by Io, Il and 12 on the figure 2.
De ce qui précède, il ressort que le rotor 2 présente, lorsque le moteur fonctionne en pas à pas, deux séries de positions remarquables. D'abord les positions d'équilibre stables, ou de repos, dans lesquelles le moteur s'arrête en l'absence de courant dans la bobine, ensuite les positions, faciles à déterminer, dans lesquelles la tension induite de mouvement U(t) s'annule. Les premières positions seront désignées par la suite par Ro, RI,... Rn, et les deuxièmes par Zo, ZI,... Zn, Ro étant pris comme origine de l'angle X. Etant donné que la tension U(t) est égale à la dérivée de F par rapport au temps, à chaque position Zo,... Zn du rotor 2, correspond un extremum Fm de F. Bien entendu, dans ce mode de fonctionnement du moteur, les impulsions motrices Io, II, 12 ... sont appliquées, avec la polarité adéquate, From the above, it appears that the rotor 2 has, when the motor operates in stepper, two series of remarkable positions. First the stable equilibrium, or rest, positions in which the motor stops in the absence of current in the coil, then the positions, easy to determine, in which the induced voltage of movement U (t) is canceled. The first positions will be designated subsequently by Ro, RI, ... Rn, and the second by Zo, ZI, ... Zn, Ro being taken as the origin of the angle X. Since the voltage U (t ) is equal to the derivative of F with respect to time, at each position Zo, ... Zn of the rotor 2, corresponds to an extremum Fm of F. Of course, in this operating mode of the motor, the driving pulses Io, II , 12 ... are applied, with the correct polarity,
quand le rotor 2 se trouve approximativement dans les positions d'équilibre Ro, RI, R2 ... when the rotor 2 is approximately in the equilibrium positions Ro, RI, R2 ...
Par contre, lorsque le rotor 2 du moteur tourne de façon continue, c'est-à-dire sans s'arrêter sur une révolution complète,^ vitesse moyenne constante ou variable, les positions d'équilibre stables Ro,... Rn ne sont plus directement détectables. Ces positions sont pourtant particulièrement favorables pour déclencher les impulsions motrices. La détermination de ces positions, ou plus généralement de toute position angulaire prédéterminée, alors que le rotor tourne sans marquer d'arrêt, constitue l'objet principal de la présente invention. On the other hand, when the rotor 2 of the motor turns continuously, that is to say without stopping on a complete revolution, ^ constant or variable average speed, the stable equilibrium positions Ro, ... Rn do are more directly detectable. These positions are however particularly favorable for triggering motor impulses. The determination of these positions, or more generally of any predetermined angular position, while the rotor turns without stopping, constitutes the main object of the present invention.
Pour illustrer l'invention, on va maintenant décrire un circuit de commande pour moteur pas à pas dont une forme de réalisation est représentée sur la figure 3, étant entendu que la position prédéterminée à rechercher est, à titre d'exemple, la position d'équilibre stable du rotor. On verra par la suite que la détermination d'autres positions peut être faite très facilement à l'aide de ce même circuit de commande. To illustrate the invention, a control circuit for a stepping motor will now be described, an embodiment of which is shown in FIG. 3, it being understood that the predetermined position to be sought is, for example, the position d stable rotor balance. We will see later that the determination of other positions can be done very easily using this same control circuit.
s s
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
673 750 G 673,750 G
La référence 10 désigne sur cette figure un circuit d'attaque fournissant à la bobine 3 du moteur qui vient d'être décrit les impulsions motrices 10, II,... In nécessaires pour faire tourner le rotor 2 de façon continue. Dans le présent exemple, l'impédance de sortie de ce circuit 10 est par ailleurs rendue infinie entre les impulsions pour éviter que le rotor ne soit freiné. Chaque impulsion motrice dont la durée et la polarité sont déterminées de manière connue par le circuit 10, est déclenchée par une brève impulsion, notée So, SI,... Sn, d'un signal S appliqué sur une entrée E de ce circuit. The reference 10 designates in this figure a driving circuit supplying the coil 3 of the motor which has just been described, the driving pulses 10, II, ... Not necessary to rotate the rotor 2 continuously. In the present example, the output impedance of this circuit 10 is moreover made infinite between the pulses to prevent the rotor from being braked. Each driving pulse, the duration and polarity of which are determined in a known manner by circuit 10, is triggered by a brief pulse, denoted So, SI, ... Sn, of a signal S applied to an input E of this circuit.
Les signaux I et S sont représentés en fonction de l'angle X sur la figure 4. Le moteur étant en rotation continue, à chaque position Xj du rotor correspond un instant noté t(Xj) sur un axe de temps t. Bien entendu, la relation entre les positions successives et les instants correspondants est parfaitement définie, mais ce n'est pas une fonction linéaire car la vitesse du rotor n'est pas constante. The signals I and S are represented as a function of the angle X in FIG. 4. The motor being in continuous rotation, each position Xj of the rotor corresponds to an instant noted t (Xj) on a time axis t. Of course, the relationship between the successive positions and the corresponding times is perfectly defined, but it is not a linear function because the speed of the rotor is not constant.
Afin que les impulsions motrices 10 ... In soient appliquées à la bobine 3 lorsque le rotor 2 passe par ses positions d'équilibre stables, Ro ... Rn, il faut, bien entendu, que les impulsions So ... Sn soient produites aux instants t(Ro),... t(Rn) correspondant à ces positions. Ceci est obtenu grâce à un circuit de coïncidence 11 et à un circuit intégrateur-comparateur 12, ces circuits faisant partie du circuit de commande représenté sur la figure 3. So that the driving pulses 10 ... In are applied to the coil 3 when the rotor 2 passes through its stable equilibrium positions, Ro ... Rn, it is of course necessary that the pulses So ... Sn are produced at times t (Ro), ... t (Rn) corresponding to these positions. This is obtained by means of a coincidence circuit 11 and an integrator-comparator circuit 12, these circuits being part of the control circuit shown in FIG. 3.
Le circuit 11 reçoit sur son entrée la tension induite de mouvement U(t) et il fournit, à sa sortie, un signal T représenté sur la figure 4. Ce signal est formé d'une suite de brèves impulsions To,... Tn, chaque impulsion étant produite à l'instant où la tension U(t) change de signe en passant par zéro, c'est-à-dire lorsque le rotor 2 passe par les positions Zo,... Zn auxquelles correspondent respectivement les instants t(Zo),... t(Zn). The circuit 11 receives on its input the induced movement voltage U (t) and it supplies, at its output, a signal T shown in FIG. 4. This signal is formed by a series of brief pulses To, ... Tn , each pulse being produced at the moment when the voltage U (t) changes sign passing through zero, that is to say when the rotor 2 passes through the positions Zo, ... Zn to which the instants correspond respectively t (Zo), ... t (Zn).
La tension U(t) n'est pas mesurable de manière simple durant les impulsions motrices Io,... In. Pour des raisons de rendement énergétique, ces impulsions motrices sont cependant interrompues avant que la tension U(t) ne s'annule. Comme par ailleurs, l'impédance de sortie du circuit 10 est alors infinie, la tension U(t) apparaît donc aux bornes de la bobine 3 entre ces impulsions motrices, c'est-à-dire pendant que le rotor se trouve au voisinage des positions Zo,... Zn, positions pour lesquelles le flux F passe par un extremum Fm, ainsi que cela a déjà été relevé. The voltage U (t) cannot be measured in a simple manner during the driving pulses Io, ... In. For reasons of energy efficiency, these driving pulses are however interrupted before the voltage U (t) is canceled . As in addition, the output impedance of circuit 10 is then infinite, the voltage U (t) therefore appears at the terminals of the coil 3 between these driving pulses, that is to say while the rotor is in the vicinity positions Zo, ... Zn, positions for which the flow F passes through an extremum Fm, as has already been noted.
Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 3, le circuit 11 comprend un amplificateur différentiel 15 de gain élevé, une porte OU EXCLUSIF 16, et deux inverseurs 17 et 18. La tension induite U(t) est appliquée à l'entrée de l'amplificateur 15 qui fournit à sa sortie un signal S15. Ce signal, grâce au gain élevé de cet amplificateur, peut être assimilé à un signal logique, la transition de ce signal logique d'un niveau à l'autre se faisant au moment où la tension U(t) passe par zéro. Le signal SI5 est appliqué à une entrée de la porte 16 et à l'entrée de l'inverseur 17 dont la sortie est connectée à l'entrée de l'inverseur 18. La sortie de ce dernier fournit un signal logique S18 à l'autre entrée de la porte 16. La sortie de cette porte, qui constitue la sortie du circuit 11, fournit le signal T. In the embodiment shown in FIG. 3, the circuit 11 comprises a differential amplifier 15 of high gain, an EXCLUSIVE OR gate 16, and two inverters 17 and 18. The induced voltage U (t) is applied to the input of amplifier 15 which supplies a signal S15 at its output. This signal, thanks to the high gain of this amplifier, can be assimilated to a logic signal, the transition of this logic signal from one level to the other taking place when the voltage U (t) goes through zero. The signal SI5 is applied to an input of the gate 16 and to the input of the inverter 17 whose output is connected to the input of the inverter 18. The output of the latter provides a logic signal S18 to the another input of door 16. The output of this door, which constitutes the output of circuit 11, supplies the signal T.
Le fonctionnement du circuit 11 est le suivant. Aussi longtemps que la tension U(t) est différente de zéro, les signaux S15 et S18 se trouvent au même niveau logique, haut ou bas suivant le signe de U(t). La sortie de la porte OU EXCLUSIF 16 est, dans ces conditions, au niveau logique bas. Par contre, lorsque la tension U(t) s'annule, le signal SI5 change de niveau logique alors que le signal SI8 ne suit la même transition qu'avec un léger retard résultant du temps de propagation du signal SI5 à travers les inverseurs 17 et 18. Ainsi, à chaque passage du U(t) par zéro, les signaux S15 et SI8 se trouvent un court moment à des niveaux logiques différents, produisent à la sortie de la porte 16 de brefs signaux positifs correspondant aux impulsions To,... Tn du signal T, ces impulsions déterminant les positions Zo,... Zn auxquelles le flux F passe par un maximum Fm. The operation of the circuit 11 is as follows. As long as the voltage U (t) is different from zero, the signals S15 and S18 are at the same logic level, high or low depending on the sign of U (t). The output of the EXCLUSIVE OR gate 16 is, under these conditions, at the low logic level. On the other hand, when the voltage U (t) is canceled, the signal SI5 changes logic level while the signal SI8 follows the same transition only with a slight delay resulting from the propagation time of the signal SI5 through the inverters 17 and 18. Thus, at each passage of the U (t) through zero, the signals S15 and SI8 are found for a short time at different logic levels, produce at the output of the gate 16 brief positive signals corresponding to the pulses To ,. .. Tn of the signal T, these pulses determining the positions Zo, ... Zn at which the flow F passes through a maximum Fm.
Connaissant Zo,... Zn, la détermination de Ro,... Rn repose sur la relation générale suivante existant entre la tension induite de mouvement U(t) et le flux F dans le circuit magnétique du moteur: Knowing Zo, ... Zn, the determination of Ro, ... Rn is based on the following general relation existing between the induced movement voltage U (t) and the flux F in the magnetic circuit of the motor:
,t(Xb) , t (Xb)
J U(t) dt = F(Xb) - F(Xa). J U (t) dt = F (Xb) - F (Xa).
t(Xa) t (Xa)
Cette relation signifie que le déplacement du rotor 2 d'une position angulaire Xa à une position Xb entraîne une variation de flux F(Xb)—F(Xa) égale à la variation de l'intégrale de la tension induite de mouvement U(t) entre les instants t(Xa) et t(Xb), ces instants correspondant respectivement aux moments de passage du rotor par les positions Xa et Xb. This relation means that the displacement of the rotor 2 from an angular position Xa to a position Xb causes a variation in flux F (Xb) —F (Xa) equal to the variation in the integral of the induced voltage of movement U (t ) between the instants t (Xa) and t (Xb), these instants corresponding respectively to the moments of passage of the rotor through the positions Xa and Xb.
En prenant Xa = Zo et Xb = Ro, la variation du flux devient égale à Fm —Fo. Fm et Fo sont des flux caractéristiques du moteur qui ont déjà été définis et qui peuvent être calculés ou mesurés avec précision. La variation du flux est donc une grandeur connue. L'instant t(Zo) est connu aussi, car il est donné par l'impulsion To du signal T fourni par le circuit 11 déjà décrit. La seule inconnue est l'instant t(Ro) de passage du rotor par la position d'équilibre. By taking Xa = Zo and Xb = Ro, the variation of the flux becomes equal to Fm —Fo. Fm and Fo are characteristic fluxes of the motor which have already been defined and which can be calculated or measured with precision. The variation in flux is therefore a known quantity. The instant t (Zo) is also known, because it is given by the pulse To of the signal T supplied by the circuit 11 already described. The only unknown is the instant t (Ro) of passage of the rotor through the equilibrium position.
Il y a lieu de remarquer qu'avec Xa = ZI et Xb = RI, on aurait abouti aux mêmes résultats qu'avec Xa = Zo et Xb = Ro, sauf que la variation du flux aurait eu un signe opposé. It should be noted that with Xa = ZI and Xb = RI, we would have arrived at the same results as with Xa = Zo and Xb = Ro, except that the variation of the flux would have had an opposite sign.
Pour se placer dans le cas général, on posera ainsi Xa = Zi, Xb = Ri, avec i = 0,1,... n, et on ne considérera que la valeur absolue Fm—Fo de la variation du flux. Bien entendu, l'indice i sera utilisé partout où se trouvent les indices 0, 1,... n. To place ourselves in the general case, we will thus pose Xa = Zi, Xb = Ri, with i = 0.1, ... n, and we will only consider the absolute value Fm — Fo of the variation of the flux. Of course, the index i will be used wherever the indices 0, 1, ... n are found.
L'instant inconnu s'écrit dans ces conditions t(Ri), et il est déterminé par le circuit 12 qui comporte à cet effet un circuit intégrateur 20, un circuit comparateur 21, et avantageusement un circuit formateur d'impulsions 26. The unknown instant is written under these conditions t (Ri), and it is determined by the circuit 12 which for this purpose includes an integrator circuit 20, a comparator circuit 21, and advantageously a pulse forming circuit 26.
Le circuit 20 est un intégrateur analogique de type connu, recevant sur son entrée la tension induite de mouvement U(t) et fournissant à sa sortie une tension V(t) fonction du temps, et représentative de la valeur de l'intégrale t The circuit 20 is an analog integrator of known type, receiving on its input the induced voltage of movement U (t) and supplying at its output a voltage V (t) function of time, and representative of the value of the integral t
f U(t) dt A(Zi) f U (t) dt A (Zi)
Le circuit 20 comporte ei) outre une entrée de remise à zéro R sur laquelle est appliqué le signal T produit par le circuit 11, de manière que l'impulsion Ti initialise le circuit intégrateur à l'instant t(Zi) en annulant la valeur précédemment déterminée. The circuit 20 includes ei) in addition to a reset input R to which the signal T produced by the circuit 11 is applied, so that the pulse Ti initializes the integrator circuit at the instant t (Zi) by canceling the value previously determined.
La tension V(t) atteint, à un instant donné, une valeur égale à celle d'une tension de référence Vr représentative de la variation du flux Fm —Fo. Il est évident que cet instant correspond à l'instant t(Ri) recherché du passage du rotor 2 par la position d'équilibre stable Ri. The voltage V (t) reaches, at a given instant, a value equal to that of a reference voltage Vr representative of the variation in the flux Fm —Fo. It is obvious that this instant corresponds to the instant t (Ri) sought for the passage of the rotor 2 through the stable equilibrium position Ri.
Cet instant, où V(t) atteint la valeur Vr, est fourni par le circuit comparateur 21 du circuit 12 qui comporte, dans ce but, une source de tension SVr fournissant la tension de référence Vr, deux amplificateurs différentiels 22,23 de gain This instant, when V (t) reaches the value Vr, is supplied by the comparator circuit 21 of the circuit 12 which includes, for this purpose, a voltage source SVr supplying the reference voltage Vr, two differential gain amplifiers 22,23
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élevés, un inverseur 24 ayant un gain de — 1, et une porte OU 25 à deux entrées. high, an inverter 24 with a gain of - 1, and an OR gate 25 with two inputs.
Les entrées inverseuses des amplificateurs 22 et 23 du circuit 21 sont reliées à la source SVr, tandis que les sorties de ces amplificateurs sont connectées chacune à une entrée de la porte 25. La tension V(t) est appliquée sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur 22 et sur l'entrée de l'inverseur 24 dont la sortie est reliée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur 23. On suppose que le gain des amplificateurs 22 et 23 est suffisamment élevé pour que les signaux qu'ils fournissent puissent être considérés comme des signaux logiques ne pouvant se trouver qu'à un niveau bas ou à un niveau haut. The inverting inputs of amplifiers 22 and 23 of circuit 21 are connected to source SVr, while the outputs of these amplifiers are each connected to an input of gate 25. Voltage V (t) is applied to the non-inverting input of the amplifier 22 and on the input of the inverter 24 whose output is connected to the non-inverting input of the amplifier 23. It is assumed that the gain of the amplifiers 22 and 23 is high enough for the signals that 'they provide can be considered as logical signals which can only be found at a low level or at a high level.
Si la tension V(t) est positive mais inférieure à Vr, les sorties des amplificateurs 22 et 23 se trouvent au niveau logique bas, de même que la sortie de la porte OU 25. A l'instant où V(t) atteint Vr, la sortie de l'amplificateur 22, et celle de la porte 25, passent au niveau logique haut. Cette transition détermine l'instant t(Ri) recherché. Si la tension V(t) était négative, c'est l'amplificateur 23, grâce à l'inverseur 24, qui aurait déterminé cet instant. If the voltage V (t) is positive but less than Vr, the outputs of amplifiers 22 and 23 are at low logic level, as is the output of OR gate 25. At the time when V (t) reaches Vr , the output of amplifier 22, and that of gate 25, go to the high logic level. This transition determines the instant t (Ri) sought. If the voltage V (t) was negative, it is the amplifier 23, thanks to the inverter 24, which would have determined this instant.
Ainsi, la sortie de la porte 25 passé du niveau logique bas au niveau logique haut à l'instant t(Ri) où la valeur absolue de la tension V(t) atteint la tension de référence Vr. Thus, the output of the gate 25 passed from the low logic level to the high logic level at the instant t (Ri) where the absolute value of the voltage V (t) reaches the reference voltage Vr.
La porte 25 peut encore avantageusement être connectée à un circuit formateur d'impulsion 26, par exemple une bascule monostable, produisant, en réponse à ce changement de niveau logique, une brève impulsion Si, cette impulsion faisant partie du signal S fourni par le circuit 12 au circuit 10 pour déclencher l'impulsion motrice Ii. Gate 25 can also advantageously be connected to a pulse forming circuit 26, for example a monostable flip-flop, producing, in response to this change in logic level, a brief pulse Si, this pulse forming part of the signal S supplied by the circuit 12 to circuit 10 to trigger the driving pulse Ii.
Le circuit de la figure 3 qui vient d'être décrit appelle plusieurs remarques. D'abord, si le flux F varie sinusoïdale-ment avec l'angle X, la variation du flux F(Xb)—F(Xa) peut être exprimée en fonction de Fm et de A. En effet, en se référant à la figure 2, le flux F s'écrit F(X) = — Fm cos (A+X), ce qui donne The circuit of FIG. 3 which has just been described calls for several remarks. First, if the flux F varies sinusoidally with the angle X, the variation of the flux F (Xb) —F (Xa) can be expressed as a function of Fm and A. Indeed, by referring to the Figure 2, the flow F is written F (X) = - Fm cos (A + X), which gives
F(Xb) — F(Xa) = Fmcos (A+Xa)— FM cos (A+Xb). F (Xb) - F (Xa) = Fmcos (A + Xa) - FM cos (A + Xb).
Dans le cas qui avait été considéré, Xa correspondait au point Zo et Xb au point Ro, les abscisses de ces points étant respectivement Xa = — AetXb = O. La variation du flux qui était notée Fm—Fo, devient ainsi In the case which had been considered, Xa corresponded to the point Zo and Xb to the point Ro, the abscissa of these points being respectively Xa = - AetXb = O. The variation of the flux which was noted Fm — Fo, thus becomes
Fm—Fo = Fm(l— cos A). Fm — Fo = Fm (l— cos A).
Comme l'angle A vaut typiquement 45°, il vient finalement As the angle A is typically 45 °, it finally comes
Fm—Fo = 0.293 Fm. Fm — Fo = 0.293 Fm.
Le même calcul fait pour les points ZI et RI, aurait donné une valeur identique, mais de signe opposé. The same calculation made for the points ZI and RI, would have given an identical value, but of opposite sign.
Il convient de remarquer ensuite que la position prédéterminée, qui, dans l'exemple décrit, était celle d'une position d'équilibre stable Ri du rotor 2, peut être choisie à volonté. Il suffit pour cela de modifier la valeur de la tension de référence Vr (figure 3) de manière qu'elle soit représentative de la variation du flux F dans la bobine 3 résultant du passage du rotor de la position Zi, où la tension induite de mouvement U(t) s'annule, à la nouvelle position prédéterminée. A la place de la position Zi, une autre position du rotor, choisie arbitrairement, pourrait aussi être prise comme position de départ de la mesure de la variation du flux F. Ceci suppose, bien entendu, que cette position puisse être détectée avec précision par des moyens appropriés, par exemple à l'aide d'un contact fixé sur l'axe du moteur. It should then be noted that the predetermined position, which, in the example described, was that of a stable equilibrium position Ri of the rotor 2, can be chosen at will. To do this, it suffices to modify the value of the reference voltage Vr (FIG. 3) so that it is representative of the variation of the flux F in the coil 3 resulting from the passage of the rotor from the position Zi, where the induced voltage of movement U (t) is canceled, at the new predetermined position. Instead of the position Zi, another position of the rotor, chosen arbitrarily, could also be taken as the starting position for the measurement of the variation of the flux F. This supposes, of course, that this position can be detected with precision by appropriate means, for example using a contact fixed on the motor shaft.
Enfin, comme dernière remarque, il faut noter que toutes les fonctions réalisées par les circuits analogiques 11 et 12 de la figure 3 peuvent aussi être obtenues au moyen de circuits logiques câblés ou programmés dont la réalisation est à la portée de l'homme du métier. Cela nécessite évidemment une transformation préalable de la tension induite de mouvement U(t), au moyen d'un convertisseur analogique/numérique, en un signal logique codé représentatif de cette tension. Finally, as a last remark, it should be noted that all the functions performed by the analog circuits 11 and 12 of FIG. 3 can also be obtained by means of wired or programmed logic circuits, the realization of which is within the reach of those skilled in the art. . This obviously requires a prior transformation of the induced movement voltage U (t), by means of an analog / digital converter, into a coded logic signal representative of this voltage.
Il va de soi que la présente invention englobe toute modification évidente à l'homme de l'art qui pourrait être apportée au circuit de détection des instants de passage du rotor par une position prédéterminée qui vient d'être décrite, et du procédé de détection qui en découle. It goes without saying that the present invention encompasses any modification obvious to a person skilled in the art which could be made to the circuit for detecting the instants of passage of the rotor through a predetermined position which has just been described, and to the detection method. ensuing.
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