FR2843248A1 - Procede de commande de fonctionnement synchronise d'au moins deux moteurs electriques polyphases - Google Patents
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Abstract
Procédé de commande de fonctionnement synchronisé d'au moins deux moteurs électriques polyphasés pourvus, chacun, d'une partie statorique (4) équipée de bobines électriques (5) et d'un rotor (8) à N paires de pôles aimantés radialement en sens alterné, caractérisé par le fait que :• On détermine, grâce à des moyens de détection (12), la position du rotor (8) de ces moteurs (2, 3) ;• On définit, par une électronique logique de synchronisation (19), une séquence d'alimentation unique des phases (6) pour les moteurs (2, 3) ;• On applique ladite séquence d'alimentation définie aux bobines (5) des phases (6) des moteurs (2, 3) de manière identique à l'aide d'une électronique de puissance (18).L'invention concerne encore un dispositif d'entraînement pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Description
L'invention concerne un procédé de commande de fonctionnement synchronisé
d'au moins deux moteurs électriques polyphasés à fonctionnement synchronisé, chaque moteur étant pourvu d'une partie statorique équipée de bobines électriques et d'un rotor à N paires de pôles aimantés radialement en sens alterné. L'invention a trait également à un dispositif d'entraînement comportant au moins deux de ces moteurs polyphasés auxquels sont associés des moyens de détection de la position dudit rotor et une électronique de puissance pour l'alimentation des bobines de chacune de leurs
phases.
La présente invention concerne le domaine des moteurs de type synchrone sans balai, à aimants permanents au rotor et bobinages au stator. Ainsi, le document FR-2.754.953 décrit d'ores et déjà un tel moteur électrique polyphasé constitué, d'une part, d'une partie fixe ou stator équipé par des bobines électriques et, d'autre part, d'une partie mobile ou rotor. Celui-ci présente Ni paires de pôles aimantés radialement en sens alterné, Ni étant égal à 4 ou 5. Quant au stator, il comporte N2 pôles identiques, N2 étant égal à 9 de sorte que ces pôles sont espacés de 400. Ils sont par ailleurs regroupés consécutivement par trois de façon à ce que chaque phase soit constituée d'un circuit en W regroupant trois pôles consécutifs
du stator. Le pôle central du W porte le bobinage de ladite phase.
En outre, les pôles centraux de deux circuits en W sont espacés
angulairement de 1200.
Pour ce type de moteur, il est usuel de détecter le déplacement de la partie rotorique mobile dans le circuit magnétique. En fait, ces moyens de détection de la position du rotor peuvent emprunter différentes formes de réalisation, en particulier celle d'un encodeur optique, d'un système de détection de la tension induite,
d'au moins un élément magnétique, etc...
Ainsi, partant de la position connue du rotor détecté par les moyens précités auxquels est associée une électronique logique adéquate, une électronique de puissance, généralement constituée de transistors, vient gérer l'alimentation des bobines correspondant aux phases du moteur. Plus particulièrement en fonction de cette position du rotor, ces phases sont alimentées selon des séquences choisies. En fait, si de tels moteurs synchrones sans balai trouvent leur application dans de nombreux domaines, l'on rencontre de plus en plus de situations o l'on est amené à faire fonctionner plusieurs d'entre eux de manière synchrone. Ainsi, dans le domaine des ascenseurs et autres appareils de levage, on citera, à titre d'exemple, le document EP-1.178.598, o l'on utilise quatre de ces moteurs synchrones sans balai, montés aux quatre coins d'une plate10 forme, chaque moteur possédant ses électroniques logique et de puissance. Par ailleurs, il est adressé un signal de vitesse provenant de chaque moteur à un circuit de synchronisation. Celui-ci compare ces vitesses deux à deux, sachant qu'au travers du résultat obtenu il est ordonné l'arrêt ou le fonctionnement d'un moteur. A ce propos, la commande de fonctionnement d'un moteur s'effectue en appliquant aux phases de ce dernier des séquences d'alimentation
selon un cycle prédéterminé.
En fait, cette méthode ne permet pas d'avoir un positionnement et un synchronisme rigoureux de tous les moteurs dans la mesure o la position de chaque rotor n'est pas gérée directement par le circuit de synchronisation. Il est donc, par exemple, possible qu'un des rotors ait plusieurs tours électriques (cycles d'alimentation des phases) d'avance sur les autres, puisque le repérage de la
position d'un rotor n'intervient que sur un tour complet du rotor.
De plus, ce système requiert énormément de composants, en particulier, pour chaque moteur, une électronique logique gérant, partant de la détermination de la position du rotor, la commutation des phases au travers de leur électronique de puissance. Un circuit
de synchronisation complète, finalement, cet ensemble.
La présente invention a pour objectif d'apporter une solution aux problèmes précités. En particulier, elle permet d'éviter tout risque que les moteurs, destinés à fonctionner de manière synchronisée, puissent se décaler les uns par rapport aux autres,
sur plus d'un tour électrique.
Par ailleurs, dans la mesure o ces moteurs multiples à fonctionnement synchronisé trouvent, très fréquemment, des applications dans des produits fabriqués en très grande série, tels que les automobiles, l'invention, au travers de moyens techniques rationalisés et d'une conception simplifiée, permet encore de
répondre aux difficultés rencontrées dans ces situations.
Ainsi, c'est dans le cadre d'une démarche inventive que l'on a imaginé associer, à un montage à moteurs multiples, une seule électronique logique de synchronisation et à raccorder celle-ci aux moyens de détection de la position des rotors de chacun de ces moteurs, pour, en fonction de cette position détectée des rotors, commander, selon une même séquence d'alimentation, les phases de
chaque moteur.
En somme, si, jusqu'à présent, pour la synchronisation des moteurs l'on interrompait, simplement, le cycle prédéfini des séquences d'alimentation des phases de l'un et/ou l'autre d'entre eux, dans le cas présent, ce cycle de séquences d'alimentation des phases d'un moteur est variable, puisqu'il dépend de la position de son rotor par rapport aux rotors des autres moteurs qui subissent
des séquences identiques d'alimentation de leurs phases.
L'on comprend bien, dans ces conditions, que les moteurs ne peuvent se décaler d'une amplitude supérieure à un tour électrique, c'est à dire un cycle normal d'alimentation des phases. De plus, dans la mesure o en fonction de la séquence appliquée à un moteur, l'on gère le couple imprimé au rotor, voire sa mise en rotation ou son arrêt, cette variation, vue d'un moteur, dans son cycle des séquences d'alimentation de ses phases conduit, davantage, à des accélérations ou des freinages de la rotation de son rotor qu'à des
ordres, simples, de mise en marche ou d'arrêt.
Ainsi, l'invention concerne un procédé de commande de fonctionnement synchronisé d'au moins deux moteurs électriques polyphasés pourvus, chacun, d'une partie statorique équipée de bobines électriques et d'un rotor à N paires de pôles aimantés radialement en sens alterné, caractérisé par le fait que * on détermine, grâce à des moyens de détection la position du rotor de ces moteurs; * on définit, par une électronique logique de synchronisation, une séquence d'alimentation unique des phases pour les moteurs; * on applique ladite séquence d'alimentation définie aux bobines des phases des moteurs de manière identique à
l'aide d'au moins une électronique de puissance.
L'invention concerne encore un dispositif d'entraînement pour la mise en oeuvre du procédé, comportant au moins deux moteurs électriques polyphasés à fonctionnement synchronisé, chaque moteur étant pourvu d'une partie statorique équipée de bobines électriques et d'un rotor à N paires de pôles aimantés radialement en sens alterné, à ces moteurs étant associés des moyens de détection de la position de leur rotor et une électronique de puissance pour l'alimentation des bobines de chacune de leurs phases, ce dispositif comportant encore une électronique logique de synchronisation raccordée aux moyens de détection de la position du rotor de chacun de ces moteurs pour, en fonction de la position détectée des rotors commander, selon une même séquence d'alimentation, les phases de
chaque moteur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description
qui va suivre se rapportant à un mode de réalisation donné à titre
d'exemple indicatif et non limitatif.
La compréhension de cette description sera facilitée en se
référant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématisée et synoptique d'un dispositif d'entraînement conforme à l'invention comportant deux moteurs synchrones sans balai; la figure 2 est une représentation identique à la figure 1 correspondant au cas o les moteurs sont identiques permettant l'usage d'une seule électronique de puissance; la figure 3 est une représentation schématisée d'un exemple de moteur triphasé; - la figure 4 représente le schéma électrique de connexion des trois phases du moteur et également des trois sondes de Hall constituant les moyens de détection et de position du rotor - la figure 5 est une représentation vectorielle des trois phases du moteur et la représentation des six secteurs angulaires déterminés par les trois détecteurs
de position.
Tel que représenté dans la figure 1, la présente invention a trait à un dispositif d'entraînement 1 intégrant au moins deux moteurs électriques synchrones 2, 3 sans balai dont un mode de réalisation est illustré dans la figure 2, les figures 3 et 4
contribuant à la compréhension de son fonctionnement.
Tout particulièrement, un tel moteur électrique synchrone sans balai est du type polyphasé et comporte une partie statorique 4 excitée par des bobines électriques 5 correspondant aux différentes phases 6, sachant que ce moteur 2, 3 comporte encore un rotor 8 à N
paires de pôles rotoriques 9 aimantés radialement en sens alterné.
Dans le cadre du mode de réalisation correspondant aux figures
du dessin joint, N est égal à 5.
La partie statorique 4 comporte P pôles 10. Ceux-ci sont regroupés consécutivement par trois de manière à définir une phase constituée d'un circuit en W regroupant trois pôles statoriques consécutifs, le pôle statorique central 11 portant le bobinage 3 de
la phase 6 correspondante.
Un tel moteur 2, 3 comporte des moyens de détection 12 de la position du rotor 8, ces moyens étant illustrés dans les dessins sous forme de capteurs magnétiques, plus précisément de sondes à effet Hall 13. De manière avantageuse, ces moyens de détection 12 prennent position, entre chacune des phases 6, dans un logement 14 à équidistance entre deux pôles statoriques 10 consécutifs
n'appartenant pas à une même phase 6.
La figure 4 représente le schéma électrique de connexion des trois phases 6 d'un moteur 2, notées respectivement 6a, 6b, 6c, ainsi que des trois sondes de Hall 13, notées, respectivement, 13a, 13b, 13c. Le montage en étoiles des bobinages 5 nécessite trois fils de sortie pour l'alimentation des phases 6. Il y a toujours deux bobinages 5 alimentés en même temps et un bobinage 5 dans lequel ne
circule aucun courant.
Dans ce mode de réalisation utilisant en tant que moyens de détection 12 des sondes à effet Hall 13, celles-ci ont une alimentation et une masse commune, d'o un montage classique avec
cinq fils dédiés.
La figure 5 est une représentation vectorielle des trois phases 6a, 6b, 6c du moteur 2, 3 et la représentation des six secteurs angulaires 15 déterminés par les trois éléments de détection de position 13 et notés, respectivement, 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f
dans le sens anti-trigonométrique.
Les trois phases 6a, 6b, 6c sont décalées électriquement de 1200. En utilisant un mode d'alimentation bipolaire, il est obtenu, à l'intérieur d'une paire de pôles, six positions stables, ici représentées par les vecteurs 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f. Par exemple, le vecteur 16a représente la position stable obtenue en alimentant le moteur entre les fils de sortie 17a et 17b, le courant
circulant de 17a vers 17b.
Les points de commutation des détecteurs de position 13 se situent graphiquement sur les mêmes vecteurs. Par conséquent et au travers de ce type de montage, la rotation du moteur est obtenue en appliquant deux à deux aux bobines des phases, des séquences
d'alimentation successives, bien connues par l'homme du métier.
En fin de compte, conformément à l'invention le dispositif d'entraînement 1, comportant au moins deux de ce type de moteurs 2, 3, est pourvu d'au moins une électronique de puissance 18 pour l'alimentation de leurs bobines 5 des phases 6, sachant qu'il comporte, par ailleurs, une électronique logique de synchronisation
19 unique pour leur fonctionnement.
Tout particulièrement, cette électronique logique de synchronisation 19 est prévue apte, en fonction de la position déterminée par les moyens de détection 12 des rotors 8 de chaque moteur 2, 3, à commander, selon une séquence d'alimentation
identique, les phases 6 de chacun de ces moteurs 2, 3.
Ainsi, au travers du dispositif d'entraînement 1 selon l'invention, les moteurs 2, 3 ne comportent pas une électronique logique qui leur est propre, pilotée par un circuit de synchronisation indépendant pour commander les séquences d'alimentation de leurs phases. En effet, l'on ne dispose, dans ce cas, que d'une seule et même électronique logique de synchronisation qui n'est en mesure d'appliquer aux moteurs que des séquences
d'alimentation de leurs phases qui sont nécessairement identiques.
Finalement, l'on comprend bien qu'aucun des moteurs 2, 3 prévus aptes à fonctionner de manière synchrone du dispositif d'entraînement 1 ne peut se décaler de plus d'un tour électrique par
rapport aux autres moteurs.
Dans le cas des moteurs 2, 3 triphasés décrits précédemment, ce décalage électrique maximum correspond à une rotation de 1800 du
rotor 8.
Partant de ce constat et du principe même du fonctionnement de ce type de moteur synchrone sans balai, l'électronique logique de synchronisation 19 est prévue apte à déterminer, en fonction du positionnement repéré de leur rotor 8, la séquence d'alimentation à
appliquer de manière identique aux phases 6 de ces moteurs 2, 3.
Plus précisément, par ce biais l'on alimente les bobines 5 de ces moteurs 2, 3 de manière identique pour l'obtention, selon le cas, d'un couple maximum au niveau du rotor du moteur en retard et, au contraire, d'un couple plus réduit, voire nul, au rotor
correspondant au moteur qui a de l'avance.
Finalement, comme on le constate au travers de la description
qui précède, le dispositif d'entraînement selon l'invention est, non seulement, de conception très simple par rapport aux dispositifs connus dans la mesure o il ne comporte plus qu'une seule électronique logique 19, mais en outre, il permet de garantir une parfaite synchronisation de fonctionnement des moteurs 2, 3 puisque aucun décalage de plus d'un tour électrique ne peut se produire dans
ce cas.
On observera que si les moteurs 2, 3 sont en plus identiques et sont prévus aptes à fonctionner sous une même tension, le dispositif d'entraînement peut se contenter d'une seule électronique de puissance 18 pour la commande de tous les moteurs, comme cela
apparaît dans la figure 2.
Par ailleurs, puisque pour l'alimentation de manière identique des phases des moteurs 2, 3 il est tenu compte de la position de chacun de leur rotor, le blocage de l'un d'entre eux pour une raison quelconque provoque, nécessairement, l'alimentation de ces moteurs selon des séquences toujours identiques de sorte que tous les rotors sont alors maintenus en position fixe jusqu'au déblocage du moteur
en panne.
Le dispositif d'entraînement selon l'invention peut trouver son
application, typiquement dans le domaine de la commande des essuiesglace de véhicules automobiles.
Dans ce cas, il est très fréquent que l'on dispose de plusieurs balais d'essuie-glace entraînés, de manière synchrone, par des
moteurs qui leurs sont propres.
Il est également connu des systèmes de réglage des pédaliers d'un tel véhicule, réglage qui doit être identique pour chacune des
pédales. Aussi, il est associé à chacune de ces dernières un moteur.
Les différents moteurs sont prévus aptes à fonctionner de manière synchrone par l'intermédiaire du dispositif d'entraînement selon l'invention. 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 formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments sans
pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention.
Claims (3)
1) Procédé de commande de fonctionnement synchronisé d'au moins deux moteurs électriques polyphasés pourvus, chacun, d'une partie statorique (4) équipée de bobines électriques (5) et d'un rotor (8) à N paires de pôles aimantés radialement en sens alterné, caractérisé par le fait que: * on détermine, grâce à des moyens de détection (12) la position du rotor (8) de ces moteurs (2, 3); * on définit, par une électronique logique de synchronisation (19), une séquence d'alimentation unique des phases (6) pour les moteurs (2, 3); * on applique ladite séquence d'alimentation définie aux bobines <5) des phases (6) des moteurs (2, 3) de manière identique à
l'aide d'au moins une électronique de puissance (18).
2) Dispositif d'entraînement pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant au moins deux moteurs (2, 3) électriques polyphasés à fonctionnement synchronisé, chaque moteur (2, 3) étant pourvu d'une partie statorique (4) équipée de bobines électriques (5) et d'un rotor (8) à N paires de pôles (9) aimantés radialement en sens alterné, à ces moteurs (2, 3) étant associés des moyens de détection (12) de la position de leur rotor (8) et une électronique de puissance (18) pour l'alimentation des bobines (5) de chacune de leurs phases (6), caractérisé par le fait qu'il comporte une électronique logique de synchronisation (19) raccordée aux moyens de détection (12) de la position du rotor (2) de chacun de ces moteurs (2, 3) pour, en fonction de la position détectée des rotors (8), commander, selon une même séquence d'alimentation, les
phases (6) de chaque moteur (2, 3).
3) Dispositif d'entraînement selon la revendication 2 comportant au moins deux moteurs électriques polyphasés sensiblement identiques, caractérisé en ce qu'il comporte une seule électronique de puissance (18) pour la commande de tous les moteurs (2, 3) par
l'intermédiaire de l'électronique logique de synchronisation (19).
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