FR2574554A1 - Device for detecting the position and the speed of a rotor - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de détection de la position et de la vitesse d'un rotor.Device for detecting the position and speed of a rotor.
La présente invention a trait à un dispositif de détection de ia position et de la vitesse d'un rotor tel que notamment un rotor à aimant(s) permanent(s) d'un moteur ou d'un alternateur,
On tend actuellement à développer des machines tournantes électriques, telles que moteurs ou génératrices de hautes performances possédant un rotor à aimant permanent. On évite ainsi tes. problèmes liés à l'alimentation électrique d'un rotor destine à tourner à très grande vitesse.The present invention relates to a device for detecting the position and the speed of a rotor such as in particular a permanent magnet rotor (s) of an engine or an alternator,
There is currently a tendency to develop electric rotating machines, such as motors or generators of high performance having a permanent magnet rotor. This avoids your. problems related to the power supply of a rotor intended to rotate at very high speed.
Il est important de connaitre la position .angulare du rotor pendant le fonctionnement du moteur, par exemple pour reconstituer une onde triphasée alternative destinée à l'alimentation du stator d'un moteur synchrone à aimant(s) permanents(s). It is important to know the angular position of the rotor during motor operation, for example to reconstitute an alternative three-phase wave intended to supply the stator of a synchronous motor with permanent magnet (s).
Il est connu, à cet effet, d'utiliser des sondes ou capteurs à effet Hall, ces capteurs comprenant un aimant permanent fixe disposé en face et à une certaine distance de la sonde alors qu'un disque est monté sur le rotor pour défiler entre la sonde et l'aimant, ce disque étant échancré ou ajouré de façon à faire défiler alternativement l'échancrure et la matière du disque entre l'aimant et la sonde, laquelle se trouve excitée lorsqu'elle se trouve en face d'une échancrure du disque alors que le flux de l'aimant fixe est court-circuité lorsque la partie pleine du disque défile entre la sonde et l'aimant. It is known, for this purpose, to use Hall effect probes or sensors, these sensors comprising a fixed permanent magnet disposed opposite and at a certain distance from the probe while a disc is mounted on the rotor to scroll between the probe and the magnet, this disc being scalloped or perforated so as to cycle through the scallop and the material of the disc between the magnet and the probe, which is excited when it is in front of a scallop of the disc while the flux of the fixed magnet is short-circuited when the solid part of the disc passes between the probe and the magnet.
Un tel dispositif est décrit par exemple dans le brevet français nO 2493981 de la déposante déposé le 7 novembre 1980. Such a device is described, for example, in French patent no. 2493981 of the applicant filed on November 7, 1980.
On prévoit en général trois capteurs disposés à 1200 alors que le disque présente généralement la forme d'un demi-disque dans le cas d'une machine à deux pôles ou de deux quarts de disques opposés dans le cas d'une machine à quatre pôles. In general, three sensors are provided at 1200, while the disc generally has the shape of a half-disc in the case of a two-pole machine or two quarters of opposite discs in the case of a four-pole machine. .
Un circuit logique combinatoire traite les signaux délivrés par les oedes et contrôle un montage de transistors permettant de connartre Sa position du rotor à tout instant et en conséquence de piloter l'one d'alimentation de la machine tournante. A combinatorial logic circuit processes the signals delivered by the oedes and controls a mounting of transistors making it possible to know its position of the rotor at any time and consequently to control the supplying one of the rotating machine.
Il peut être intéressant dans certains cas de connaître non seulement la position du rotor de la machine telle qu'un moteur ou un alternateur mais également sa vitesse et ceci avec une grande précision et il existe déjà des génératrices tachymétriques qui, couplées à la machine, permettent d'en connaître la vitesse. It may be interesting in certain cases to know not only the position of the rotor of the machine such as an engine or an alternator but also its speed and this with great precision and there are already tachymeter generators which, coupled to the machine, allow to know the speed.
Cependant ces génératrices tachymétriques présentent divers inconvénients, notamment la nécessité d'une excitation du rotor ou la présence d'aimants sur cetui-ci, ce qui complique et alourdit l'ensemble du dispositif. However, these tachometric generators have various drawbacks, in particular the need for excitation of the rotor or the presence of magnets on this one, which complicates and weighs down the whole device.
La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients -et de fournir, pour une machine électrique telle que par exemple un alternateur ou un moteur synchrone à aimant(s) permanent(s) au rotor, un dispositif utilisant des sondes à effet Hall et permettant de connaître instantanément avec une grande précision à la fois la position et la vitesse du rotor. The present invention proposes to remedy these drawbacks - and to provide, for an electric machine such as for example an alternator or a synchronous motor with permanent magnet (s) to the rotor, a device using Hall effect probes and allowing to know instantly with great precision both the position and the speed of the rotor.
L'invention a également pour objectif de réaliser un tel dispositif qui soit simple, peu sujet aux pannes et peu encombrant. The invention also aims to provide such a device which is simple, not very prone to breakdowns and compact.
L'invention a pour objet un dispositif de détection de la position et de la vitesse d'un organe rotatif, tel que par exemple un rotor de machine électrique tournante comprenant des moyens de détection de la position du rotor utilisant, d'une façon en. soi déjà connue, des sondes à effet Hall convenablement disposées et excitées par un ou plusieurs aimants permanents, et un disque ajouré en matériau magnétique susceptible de défiler, pour chaque capteur, entre la sonde et l'aimant, et caractérisé en ce que la périphérie du disque ajouré présente une pluralité de dents se déplaçant au voisinage d'une couronne dentée fixe disposée sur le circuit de retour du flux provenant du ou des aimants associés aux sondes de Hall, ladite couronne dentée étant associée à une bobine qui embrasse un flux maximal lorsque les dents du disque et de la couronne son. en conjonction et tir0 f'ux minimal lorsnue les dents du disque et Ce e couronne sert n disjonction. The subject of the invention is a device for detecting the position and the speed of a rotary member, such as for example a rotor of a rotating electrical machine comprising means for detecting the position of the rotor using, in a . itself known, Hall effect probes suitably arranged and excited by one or more permanent magnets, and an openwork disc of magnetic material capable of running, for each sensor, between the probe and the magnet, and characterized in that the periphery of the perforated disc has a plurality of teeth moving in the vicinity of a fixed toothed crown disposed on the return circuit of the flux coming from the magnet or magnets associated with the Hall probes, said toothed crown being associated with a coil which embraces a maximum flux when the disc teeth and the crown sound. in conjunction and minimal pulling out of the disc teeth and this crown serves as a disjunction.
De préférence le disque r-t réalisé sous une forme plane, par exemple par estampage et présente une denture périphérique radiale provenant de li même opération, cette denture coopérant avec une court orne de préféren radiale, dentée en correspondance, de préférence au même pas. L'ensemble est non seulement facile à réaliser mais présente encore un encombrement réduit et un poids minime. Preferably the r-t disc produced in a flat form, for example by stamping and has a radial peripheral toothing originating from the same operation, this toothing cooperating with a short ornament of radial preference, toothed in correspondence, preferably at the same pitch. The assembly is not only easy to make but also has a reduced bulk and a minimal weight.
La bobine peut avantageusement être concentrique à un aimant annulaire d'excitation des sondes à effet Hall. The coil can advantageously be concentric with an annular magnet for exciting Hall effect probes.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre
C'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel
La figure l représente une vue d'un dispositif associé à un moteur synchrone à aimant(s) permanent(s) au rotor à quatre pôles.Other advantages and characteristics of the invention will appear on reading the following description given by way of
This is non-limiting example and referring to the attached drawing in which
Figure l shows a view of a device associated with a synchronous motor with permanent magnet (s) to the four-pole rotor.
La figure 2 représente une vue de face du disque et de la couronne de ce dispositif. FIG. 2 represents a front view of the disc and of the crown of this device.
Le dispositif représenté est associé à un moteur synchrone à rotor à amants permanents à quatre pôles, non représenté. Il comporte un boîtier 1 en matériau magnétique, tel que de l'acier doux, présentant une forme généralement cylindrique dont une des extrémités, 2, est destinée à être fixée contre le carter statorique (non représenté3 du moteur. The device shown is associated with a synchronous motor with permanent magnet rotor with four poles, not shown. It comprises a housing 1 made of magnetic material, such as mild steel, having a generally cylindrical shape, one of the ends 2 of which is intended to be fixed against the stator casing (not shown3 of the motor).
L'autre extrémité, 3, est recouverte par un couvercle 4, également en matériau magnétique portant un aimant annulaire 5, par exemple du type terre rare - cobalt dont la face de gauche présente par exemple le pôle sud et la face de droite le pôle nord. Devant cet aimant 5 défile un disque 6 en matériau magnétique, tel que par exemple en tôle d'acier doux, muni d'un moyeu 7 destiné à être calé sur l'extrémi-té de l'axe rotatif du rotor du moteur synchrone (non représenté). The other end, 3, is covered by a cover 4, also made of magnetic material carrying an annular magnet 5, for example of the rare earth - cobalt type, the left face of which has for example the south pole and the right face the pole North. In front of this magnet 5 a disc 6 made of magnetic material, such as for example made of mild steel sheet, runs with a hub 7 intended to be wedged on the end of the rotary axis of the rotor of the synchronous motor ( not shown).
De l'autre côté du disque 6 par rapport à l'aimant 4, se trouve disposée une bague annulaire 8 en acier doux munie de trois pattes radiales 8a dirigées vers l'axe de rotor et sur lesquelles sont
ixodes respectivement trois sondes à effet de Hall 10 décalées à 1200, la bague 2 étant reliée au bDitier 1. Une piaque de circuiterie
électrique 9 est également supportée par la bague 2 avec ses pattes 8a.On the other side of the disc 6 relative to the magnet 4, there is disposed an annular ring 8 made of mild steel provided with three radial lugs 8a directed towards the rotor axis and on which are
ixodes respectively three Hall effect probes 10 shifted to 1200, the ring 2 being connected to bDitier 1. A circuit board
electric 9 is also supported by the ring 2 with its legs 8a.
Seule la sonde supérieure est visible sur le dessin ; chaque sonde 1 est disposée e face du pre sud de lYIimìnt 5 dont elle est séparée par le disque 6. Only the upper probe is visible in the drawing; each probe 1 is placed opposite the southern meadow of Lyimim 5 from which it is separated by the disc 6.
Le disque 6 présente en fait deux tarties en fcrn:e de secteurs en quart de cercle 11, 12 séparé par des échancrures étalement en quart de cercle 13. The disc 6 in fact has two tarties at the end: e of sectors in a quarter circle 11, 12 separated by notches spreading in a quarter circle 13.
Conformément à l';nvention la périphérie des secteurs 11 et 12 présente une denture désignée généralrnent par 14. Cette denture 14 dont les dents sont orientées radlalement vers l'extérieur, se déplace devant une denture interne correspondante 15 d'une couronne radiale 16 formée par une projection interne de l'enveloppe 1. In accordance with the invention, the periphery of sectors 11 and 12 has a toothing generally designated by 14. This toothing 14, the teeth of which are oriented radially outwards, moves in front of a corresponding internal toothing 15 of a radial crown 16 formed by an internal projection of the envelope 1.
Un bobinage 17 est logé contre la paroi intérieure de l'extrémité 3 du boîtier 1 en étant sensiblement concentrique è l'aimant 5 pour être traversé par son flux. A coil 17 is housed against the inner wall of the end 3 of the housing 1 while being substantially concentric to the magnet 5 so as to be traversed by its flux.
Le fonctionnement est le suivant
En ce qui concerne la sonde à effet Hall 10, la partie du flux de l'aimant 5 qui, sortant du pôle sud, se dirige droit vers la sonde 10, peut traverser celle-ci lorsqu'une échancrure 13 est disposée devant la sonde. Le flux se referme alors par la piéce 9, le boîtier 1 avec son extrémité 3, le couvercle 4 et le pôle nord de l'aimant annulaire 5. Si par contre, comme représenté sur la figure 1, un secteur 11 ou 12 est interposé entre l'aimant et la sonde 10 le flux est intercepté par le disque 6 et renvoyé à l'aimant par l'intermédiaire du boltier 1. Les informations en provenance des capteurs 10 sont utilisées, d'une façon connue, pour indiquer la position angulaire du disque ajouré 6, et donc du rotor du moteur.The operation is as follows
With regard to the Hall effect probe 10, the part of the flux of the magnet 5 which, leaving the south pole, goes straight towards the probe 10, can pass through the latter when a notch 13 is placed in front of the probe . The flow then closes through the piece 9, the housing 1 with its end 3, the cover 4 and the north pole of the annular magnet 5. If on the other hand, as shown in FIG. 1, a sector 11 or 12 is interposed between the magnet and the probe 10 the flux is intercepted by the disc 6 and returned to the magnet by means of the bolt box 1. The information coming from the sensors 10 is used, in a known manner, to indicate the position angular of the perforated disc 6, and therefore of the motor rotor.
En ce qui concerne la détection de la vitesse de rotation on voit que les deux secteurs 11 et 12, défilant constamment en face de l'aimant annulaire 5, interceptent chacun une partie de flux de cet aimant qu'ils dérivent radia!ement vers l'extérieur, le flux pénétrant dans la couronne 16 étant renvoyé au pôle sud de l'aimant nar l'extrémité 3 et le couvercle 4, ce flux étant embrassé par la bobine 17. On comprend que lorsque les dents de la denture 14 du disque 6 sont en conjonction avec les dents correspondantes de la denture 15 de la couronne 16 le flux est maximal.Au contraire lorsque les dents de la denture 14 sont disposées au regard des gorges de la denture 15 de la couronne 16 et vice-versa, c'es±à-dire lorsque les dents sont en disjonction, la bobine 17 embrasse un flux minimal. On obtient donc un flux variable dans la bobine dont la fréquence est liée à la vitesse de rotation et au nombre de dents de la couronne. With regard to the detection of the speed of rotation, it can be seen that the two sectors 11 and 12, constantly passing in front of the annular magnet 5, each intercept part of the flux of this magnet which they radially! exterior, the flux entering the crown 16 being returned to the south pole of the magnet nar the end 3 and the cover 4, this flux being embraced by the coil 17. It is understood that when the teeth of the teeth 14 of the disc 6 are in conjunction with the corresponding teeth of the teeth 15 of the crown 16 the flow is maximum. On the contrary when the teeth of the teeth 14 are arranged facing the grooves of the teeth 15 of the crown 16 and vice versa, c 'es ± ie when the teeth are in disjunction, the coil 17 embraces a minimum flow. A variable flux is therefore obtained in the coil, the frequency of which is linked to the speed of rotation and to the number of teeth of the crown.
Pour des dimensions données de la couronne et du disque 6, on peut hien entendu faire varier le nombre de dents des dentures 14 et 15 ainsi que la valeur de l'entrefer radial entre une dent de la couronne 14 et une dent de la couronne 15. A titre d'exemple on obtient d'excellents résultats avec une couronne portant un nombre de dents égal à 150, le disque 6 présentant des dents au même pas, I'entrefer étant de l'ordre de 0,1 mm lorsque les dents sont en conjonction. For given dimensions of the crown and of the disc 6, one can of course vary the number of teeth of the teeth 14 and 15 as well as the value of the radial air gap between a tooth of the crown 14 and a tooth of the crown 15 By way of example, excellent results are obtained with a crown having a number of teeth equal to 150, the disc 6 having teeth at the same pitch, the air gap being of the order of 0.1 mm when the teeth are in conjunction.
La tension efficace relevée sur un dispositif réalisé selon l'intervention est de 24 mV!rdls aux basses vitesses et de 11 mVlrd!s aux vitesses élevées, le domaine de vitesses allant d'environ 1 tourin à pius de 20 000 tours/mn. The effective voltage recorded on a device produced according to the intervention is 24 mV! Rdls at low speeds and 11 mVlrd! S at high speeds, the speed range going from around 1 rpm to more than 20,000 rpm.
Le signal à fréquence variable généré dans la bobine 17. est ensuite traité par des moyens logiques convenables et utilisé par exemple pour améliorer la réponse d'un asservissement de position du rotor, d'un asservissement en vitesse ou pour piloter le moteur électrique avec une avance de phase et améliorer ses performances. The variable frequency signal generated in the coil 17 is then processed by suitable logic means and used for example to improve the response of a rotor position control, a speed control or to drive the electric motor with a advance phase and improve its performance.
Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de forme ou de matériau sans pour cela s'éloigner ni de son cadre ni de son esprit. Although the invention has been described in connection with a particular embodiment, it is understood that it is in no way limited thereto and that it is possible to make various modifications to it in form or in material without departing from it. neither of its frame nor of its spirit.
Claims (6)
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|---|---|---|---|
| FR8418813A FR2574554B1 (en) | 1984-12-10 | 1984-12-10 | DEVICE FOR DETECTING THE POSITION AND SPEED OF A ROTOR |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR8418813A FR2574554B1 (en) | 1984-12-10 | 1984-12-10 | DEVICE FOR DETECTING THE POSITION AND SPEED OF A ROTOR |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2574554A1 true FR2574554A1 (en) | 1986-06-13 |
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ID=9310409
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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| FR (1) | FR2574554B1 (en) |
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| ST | Notification of lapse |