EP0361209A1 - Procédé et dispositif de détection de l'instant de passage du rotor d'un moteur pas à pas par une position prédéterminée et procédé de commande de ce moteur - Google Patents
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- EP0361209A1 EP0361209A1 EP89116922A EP89116922A EP0361209A1 EP 0361209 A1 EP0361209 A1 EP 0361209A1 EP 89116922 A EP89116922 A EP 89116922A EP 89116922 A EP89116922 A EP 89116922A EP 0361209 A1 EP0361209 A1 EP 0361209A1
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- G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
- G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
- 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
Definitions
- the present invention relates to 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 permanent magnet. It also relates to a device for the implementation of this detection method, and a method of controlling this engine.
- An object of the present invention is to overcome this drawback by proposing a very precise method for detecting the instant of passage of the rotor of a stepping motor through any predetermined position.
- Another object of the present invention is to provide a device for the implementation of this detection method.
- Another object of the invention is to propose a method of controlling a stepping motor making it possible to rotate the rotor thereof more efficiently than the known methods.
- FIG. 1 a stepping motor for a watch.
- This well-known Lavet type motor comprises a stator 1, a rotor not shown in detail and comprising a permanent magnet 2, and a coil 3.
- the stator 1, which forms the magnetic circuit of the motor comprises a main body in which is formed a circular opening 4 with center 0, this opening 4 serving as a housing for the permanent magnet 2, and a rectilinear auxiliary branch 5 around which is wound the wire forming the coil 3.
- the stator 1 has two high reluctance zones 1a and 1b located on the same diameter of the opening 4.
- the permanent magnet 2 is cylindrical and pivots with the rotor around the center 0. It has in this example a pair of North- South defining a magnetization axis 2a.
- the opening 4 also has two diametrically opposite notches 6 and 7, the presence of which has the effect, in a well known manner, of causing the positioning torque C to be applied to the rotor.
- This positioning torque C tends to maintain or return the rotor to one or the other of two stable equilibrium positions in which the magnetization axis 2a of the magnet 2 is substantially perpendicular to the diameter of the opening 4 joining the notches 6 and 7.
- the axis of rotation of the rotor which will coincide with the magnetization axis 2a of the magnet 2 will be taken arbitrarily as the origin of the rotor angle when the rotor occupies one of these stable equilibrium positions. This axis will be designated by 0x and this angle of rotation by X.
- the positioning torque C is zero when the angle X is 0 ° (or 360 °) and 180 °, that is to say when the rotor occupies one or the other. from its stable equilibrium positions.
- the magnet 2 creates in the branch 5 an induction field, which in turn produces a magnetic flux F in the coil 3.
- the flux F depends on the angular position X of the rotor, and its variation as a function of this angle X is of course periodic, and generally almost sinusoidal.
- the maximum absolute value, or extremum, of this flux F, designated by Fm, is reached when the motor rotor occupies one or the other of the two angular positions where the axis 2a magnetization of the magnet 2 is parallel to an axis Oy substantially perpendicular to the diameter joining the areas 1a and 1b. If we designate by A the smallest of the angles formed by the axes Ox and Oy, we see that the extremes of the flow F are reached when the angle X is worth - A (or 360 ° - A) and 180 ° - A .
- FIG. 2 represents the variations of F and C as a function of the angle X of the rotor.
- the magnet 2 has only one pair of poles, the flux F performs one period, and the torque C two periods, for each complete revolution of the rotor.
- 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, in this example, one of the positions of stable rotor balance. We will see later that the determination of other positions can be done very easily using this same control circuit.
- the reference 10 designates in this FIG. 3 a control circuit supplying the coil 3 of the motor of FIG. 1 with the driving pulses Io, I1, ... In necessary to rotate its rotor continuously. It will be assumed that, in the present example, the output impedance of this circuit 10 is made practically infinite between the pulses to prevent the rotor from being braked.
- Each driving pulse is triggered by a brief pulse, denoted So, S1, ... Sn, of a signal S applied to an input E of this circuit 10 in a manner which will be described later.
- the duration and polarity of these motor pulses are determined in any of the various ways which are well known to those skilled in the art and which will not be described here.
- each position Xj of the rotor corresponds to an instant noted t (Xj) on a time axis t.
- t time axis
- the circuit 11 receives on its input the induced movement voltage Ui 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 Ui changes sign passing through zero, that is to say when the rotor passes through the positions Zo, ... Zn to which the instants t (Zo), respectively correspond. . t (Zn).
- the voltage Ui cannot be measured in a simple manner during the driving pulses Io, ... In but, as will be made clear later on in this description, it is not necessary to know its value during these driving pulses.
- the circuit 11 comprises a high gain differential amplifier 15, an EXCLUSIVE OR gate 16, and two inverters 17 and 18.
- the induced voltage Ui is applied to the input of the amplifier 15 which provides at its output a signal S15.
- This signal thanks to the high gain of this amplifier 15, can be assimilated to a logic signal, the transition of this logic signal from one level to the other taking place when the voltage Ui goes through zero.
- the signal S15 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 other door entrance 16.
- the output of this gate which constitutes the output of circuit 11, provides the signal T.
- the operation of the circuit 11 is as follows. As long as the voltage Ui is different from zero, the signals S15 and S18 are at the same logic level, high or low depending on the sign of Ui. The output of the EXCLUSIVE OR gate 16 is, under these conditions, at the low logic level. On the other hand, when the voltage Ui is canceled, the signal S15 changes logic level while the signal S18 follows the same transition only with a slight delay resulting from the propagation time of the signal S15 through the inverters 17 and 18. Thus, at each passage of Ui through zero, the signals S15 and S18 are found for a short time at different logic levels, which causes the appearance at the output of the gate 16 of 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 an extremum Fm.
- 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.
- the circuit 20 is an analog integrator of known type, receiving at its input the induced voltage of movement Ui and supplying at its output a voltage v (t) which is a function of time, and representative of the value of the integral.
- the circuit 20 also includes 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.
- 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 through the stable equilibrium position Ri.
- V (t) reaches the value Vr
- the comparator circuit 21 of the circuit 12 which comprises, for this purpose, a voltage source SVr supplying the reference voltage Vr, two differential gain amplifiers 22, 23 high, an amplifier 24 with a gain of - 1, and an OR gate 25 with two inputs.
- 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 amplifier 22 and on the input of amplifier 24, the output of which is connected to the non-inverting input of amplifier 23. It is assumed that the gain of 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.
- V (t) 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 amplifier 24, which would have determined this instant.
- the output of gate 25 goes from low logic level to high logic level at time t (Ri) where the absolute value of the voltage V (t) reaches the reference voltage Vr.
- 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 activate the driving pulse Ii.
- 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 activate the driving pulse Ii.
- the predetermined position which, in the example described, is that of a stable equilibrium position Ri of the rotor, can be chosen at will.
- Vr reference voltage
- 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 Ui is canceled, at the new predetermined position.
- 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.
- the detection of the passage of the rotor through the predetermined position is used, still in the example described, to trigger a driving pulse. It is however obvious that this detection can be used for any other purpose, for example for indirectly detecting the passage of a movable member driven by the stepping motor through a particular position.
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Abstract
Le procédé consiste à détecter, au moyen d'un circuit de coïnc(dence (11), l'instant t(Zi) où la tension (Ui) induite dans la bobine (3) par la rotation de l'aimant permanent (2) du rotor du moteur passe par zéro. A l'aide d'un circuit intégrateur-comparateur (12), on détermine l'instant, correspondant à l'instant recherché, auquel la fonction atteint une valeur, représentée par une tension de référence (Vr). Celle-ci est égale à la variation du flux dans la bobine (3) produite par le passage du rotor de la position où la tension induite de mouvement (Ui) est nulle, à celle correspondant à un équilibre statique stable.
Cet instant est donné par une brève impulsion d'un signal (S) fourni par le circuit intégrateur-comparateur (12), et appliqué à l'entrée d'un circuit d'attaque (10) pour enclencher une impulsion motrice aux bornes de la bobine (3) du moteur.
Application notamment aux moteurs pas à pas pour pièces d'horlogerie.
Description
- La présente invention a pour objet un procédé de détection de l'instant de passage du rotor d'un moteur pas à pas par une 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 à l'aimant permanent. Elle a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé de détection, et un procédé de commande de ce moteur.
- 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 des conditions identiques et, pour que ce moteur fonctionne correctement, il n'est en général pas nécessaire de savoir à quel instant son rotor passe par telle ou telle position particulière.
- Dans certaines circonstances, il peut être intéressant de pouvoir faire tourner le rotor du moteur de façon continue à vitesse élevée, par exemple, si ce moteur équipe une montre, pour mettre celle-ci à l'heure rapidement. Pour obtenir cette rotation continue, il est connu d'augmenter l'énergie et la fréquence des impulsions motrices appliquées au moteur. Cependant, le rotor de celui-ci ne marquant alors aucun arrêt, l'instant d'application de ces impulsions doit être déterminé différemment. Cet instant peut ainsi être, par exemple, celui où la tension induite dans la bobine par le mouvement du rotor atteint, par valeurs 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 pas lieu au moment du passage du rotor par une position bien définie, le moteur ne fonctionne pas dans les meilleures conditions à tous les régimes.
- Un but de la présente invention est de pallier cet inconvénient en proposant un procédé de détection très précis de l'instant de passage du rotor d'un moteur pas à pas par une position prédéterminée quelconque.
- Ce but est atteint par le procédé de détection revendiqué.
- Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé de détection.
- Ce but est atteint par le dispositif revendiqué.
- Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de commande d'un moteur pas à pas permettant de faire tourner le rotor de celui-ci de manière plus efficace que les procédés connus.
- Ce but est atteint par le procédé de commande revendiqué.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va être faite maintenant à l'aide du dessin annexé. Dans ce dessin, où les mêmes références se rapportent à des éléments analogues :
- - la figure 1 représente un moteur pas à pas de type connu;
- - la figure 2 est un diagramme montrant, en fonction de la position angulaire du rotor de ce 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 Ui induite dans cette bobine par la rotation du rotor ;
- - la figure 3 est un exemple de circuit de commande d'un moteur pas à pas dans lequel chaque impulsion motrice est enclenchée à l'instant où le rotor passe par une position angulaire donnée ; et
- - la figure 4 est un diagramme des principaux signaux apparaissant dans le circuit de commande.
- 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 non représenté en détail et comportant un aimant permanent 2, et une bobine 3. Le stator 1, qui forme le circuit magnétique du moteur, comporte un corps principal dans lequel est ménagée une ouverture circulaire 4 de centre 0, cette ouverture 4 servant de logement à l'aimant permanent 2, et une branche auxiliaire rectiligne 5 autour de laquelle est enroulé le fil formant la bobine 3. En outre, le stator 1 présente deux zones à réluctance élevée 1a et 1b situées sur un même diamètre de l'ouverture 4. L'aimant permanent 2 est cylindrique et pivote avec le rotor autour du centre 0. Il présente dans cet exemple une paire de pôles Nord-Sud définissant un axe d'aimantation 2a. Enfin, l'ouverture 4 comporte encore deux encoches 6 et 7 diamétralement opposées dont la présence a pour effet, de manière bien connue, de provoquer l'application au rotor d'un couple de positionnement C. Ce couple de positionnement C a tendance à maintenir ou à ramener le rotor dans l'une ou l'autre de deux positions d'équilibre stables dans lesquelles l'axe d'aimantation 2a de l'aimant 2 est sensiblement perpendiculaire au diamètre de l'ouverture 4 joignant les encoches 6 et 7. Dans la suite de cette description, on prendra arbitrairement comme origine de l'angle de rotation du rotor l'axe qui est confondu avec l'axe d'aimantation 2a de l'aimant 2 lorsque le rotor occupe l'une de ces positions d'équilibre stable. Cet axe sera désigné par 0x et cet angle de rotation par X.
- Il est évident que la variation en fonction de l'angle X du couple de positionnement C, ainsi que celle des autres variables qui seront définies plus loin, est périodique. Pour ne pas compliquer inutilement la présente description, on ne considérera donc cette variation que pour les valeurs de l'angle X allant de 0° à 360°, c'est-à-dire pour un tour complet du rotor.
- Il découle des considérations ci-dessus que le couple de positionnement C est nul lorsque l'angle X vaut 0° (ou 360°) et 180°, c'est-à-dire lorsque le rotor occupe l'une ou l'autre de ses positions d'équilibre stable.
- Il en découle également que ce couple de positionnement C s'annule également lorsque X est égal à 90° ou 270°, ces deux positions étant des positions d'équilibre instable du rotor.
- L'aimant 2 crée dans la branche 5 un champ d'induction, qui produit à son tour un flux magnétique F dans la bobine 3. Le flux F dépend de la position angulaire X du rotor, et sa variation en fonction de cet angle X est bien entendu périodique, et généralement quasi sinusoïdale. La valeur absolue maximum, ou extremum, de ce flux F, désignée par Fm, est atteinte lorsque le rotor du moteur occupe l'une ou l'autre des deux positions angulaires où l'axe d'aimantation 2a de l'aimant 2 est parallèle à un axe Oy sensiblement perpendiculaire au diamètre joignant les zones 1a et 1b. Si l'on désigne par A le plus petit des angles formés par les axes Ox et Oy, on voit que les extrema du flux F sont atteints lorsque l'angle X vaut - A (ou 360°- A) et 180°- A.
- La figure 2 représente les variations de F et de C en fonction de l'angle X du rotor. Comme dans le présent exemple l'aimant 2 ne comporte qu'une seule paire de pôles, le flux F effectue une période, et le couple C deux périodes, pour chaque tour complet du rotor.
- La variation du flux F produite par la rotation du rotor induit dans la bobine 3 une tension Ui, de même période que F, et qui est également représentée sur la figure 2. Cette tension Ui n'est évidemment produite que lorsque le rotor tourne, c'est-à-dire lorsque X et F varient avec le temps, désigné par t. C'est pour cette raison que cette tension induite sera appelée tension induite de mouvement dans la suite de cette description.
- Il faut noter que la variation du flux F et donc de cette tension Ui dépendent de la vitesse de rotation du rotor qui n'est généralement pas constante. Cette tension Ui 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 Ui ne joue aucun rôle dans la présente invention.
- L'entretien du mouvement du rotor 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 1o, I1 et 12 sur la figure 2.
- De ce qui précède, il ressort que, lorsque le moteur fonctionne en pas à pas, le rotor présente deux séries de positions remarquables. D'abord les positions d'équilibre stables, ou de repos, dans lesquelles le rotor s'arrête en l'absence de courant dans la bobine 3, ensuite les positions, faciles à déterminer, dans lesquelles la tension induite de mouvement Ui s'annule. Les premières positions seront désignées par la suite par Ro, R1, .... Rn, et les deuxièmes par Zo, Z1,.... Zn, Ro étant la position pour laquelle l'angle X vaut 0°. Etant donné que la tension Ui est égale à la dérivée de F par rapport au temps, à chaque position Zo,... Zn du rotor correspond un extrêmum Fm de F. Bien entendu, dans ce mode de fonctionnement du moteur, les impulsions motrices Io, I1, I2 ... sont appliquées, avec la polarité adéquate, quand le rotor se trouve approximativement dans les positions d'équilibre Ro, R1, R2...
- Par contre, lorsque le rotor du moteur tourne de façon continue, à vitesse moyenne constante ou variable, les positions d'équilibre stable Ro,... Rn ne sont plus directement détectables. Ces positions sont pourtant particulièrement favorables pour enclencher les impulsions motrices. La détermination de ces positions, ou plus généralement de toute position angulaire prédéterminée, notamment lorsque le rotor tourne sans marquer d'arrêt, constitue l'objet principal de la présente 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, dans cet exemple, une des positions 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.
- La référence 10 désigne sur cette figure 3 un circuit de commande fournissant à la bobine 3 du moteur de la figure 1 les impulsions motrices Io, I1, ... In nécessaires pour faire tourner son rotor de façon continue. On admettra que, dans le présent exemple, l'impédance de sortie de ce circuit 10 est rendue pratiquement infinie entre les impulsions pour éviter que le rotor ne soit freiné. Chaque impulsion motrice est enclenchée par une brève impulsion, notée So, S1, ... Sn, d'un signal S appliqué sur une entrée E de ce circuit 10 d'une manière qui sera décrite plus loin. La durée et la polarité de ces impulsions motrices sont déterminées de l'une quelconque des diverses manières qui sont bien connues des spécialistes et qui ne seront pas décrites ici.
- 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 relation linéaire car la vitesse du rotor n'est pas constante.
- Afin que les impulsions motrices Io ... In soient appliquées à la bobine 3 lorsque le rotor 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.
- Le circuit 11 reçoit sur son entrée la tension induite de mouvement Ui 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 Ui change de signe en passant par zéro, c'est-à-dire lorsque le rotor passe par les positions Zo, ... Zn auxquelles correspondent respectivement les instants t(Zo), ... t(Zn).
- La tension Ui n'est pas mesurable de manière simple pendant les impulsions motrices Io, ... In mais, comme cela sera rendu évident par la suite de cette description, il n'est pas nécessaire de connaître sa valeur pendant ces impulsions motrices.
- Pour des raisons de rendement énergétique, ces impulsions motrices sont en effet interrompues avant que la tension Ui ne s'annule. Comme par ailleurs, l'impédance de sortie du circuit 10 est alors pratiquement infinie, cette tension Ui apparaît donc aux bornes de la bobine 3 entre ces impulsions motrices, et notamment 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.
- 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 Ui 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 15, 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 Ui passe par zéro. Le signal S15 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.
- Le fonctionnement du circuit 11 est le suivant. Aussi longtemps que la tension Ui est différente de zéro, les signaux S15 et S18 se trouvent au même niveau logique, haut ou bas suivant le signe de Ui. La sortie de la porte OU EXCLUSIF 16 est, dans ces conditions, au niveau logique bas. Par contre, lorsque la tension Ui s'annule, le signal S15 change de niveau logique alors que le signal S18 ne suit la même transition qu'avec un léger retard résultant du temps de propagation du signal S15 à travers les inverseurs 17 et 18. Ainsi, à chaque passage de Ui par zéro, les signaux S15 et S18 se trouvent un court moment à des niveaux logiques différents, ce qui provoque l'apparition 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 extremum Fm.
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- Cette relation signifie que le déplacement du rotor 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 Ui entre les instants t(Xa) et t(Xb), ces instants correspondant respectivement aux moments de passage du rotor par les positions Xa et 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. Cette 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.
- Il y a lieu de remarquer qu'avec Xa = Z1 et Xb = R1, on aurait abouti aux mêmes résultats qu'avec Xa = Zo et Xb = Ro, sauf que la variation du flux aurait eu un signe opposé.
- 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.
- 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.
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- Le circuit 20 comporte en 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.
- 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 'instant t(Ri) recherché du passage du rotor par la position d'équilibre stable 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 élevé, un amplificateur 24 ayant un gain de - 1, et une porte OU 25 à deux entrées.
- 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'amplificateur 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.
- 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'amplificateur 24, qui aurait déterminé cet instant.
- Ainsi, la sortie de la porte 25 passe 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.
- 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 enclencher l'impulsion motrice Ii.
- Le circuit de la figure 3 qui vient d'être décrit appelle plusieurs remarques. D'abord, si le flux F varie sinusoïdalement 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
F(Xb) - F(Xa) = Fm cos (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 = - A et Xb = 0. La variation du flux qui était notée Fm - Fo, devient ainsi
Fm - Fo = Fm (1 - cos A).
Lorsque l'angle A vaut 45°, ce qui est généralement le cas dans les moteurs pas à pas tels que celui de la figure 1, il vient finalement
Fm - Fo = 0. 293 Fm.
Le même calcul fait pour les points Z1 et R1, aurait donné une valeur identique, mais de signe oppose. - Il convient de remarquer ensuite que la position prédéterminée qui, dans l'exemple décrit, est celle d'une position d'équilibre stable Ri du rotor, 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 Ui 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.
- En outre, la détection du passage du rotor par la position prédéterminée est utilisée, toujours dans l'exemple décrit, pour enclencher une impulsion motrice. Il est cependant évident que cette détection peut être utilisée dans n'importe quel autre but, par exemple pour détecter indirectement le passage d'un organe mobile entraîné par le moteur pas à pas par une position particulière.
- Il faut également 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 cablés 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 Ui, au moyen d'un convertisseur analogique/numérique, en un signal logique codé représentatif de cette tension.
- 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 décrit, et aux procédés de détection et de commande qui en découlent.
Claims (7)
1. Procédé de détection de l'instant de passage du rotor d'un moteur pas à pas par une position prédéterminée, le rotor comprenant un aimant permanent (2) et présentant au moins une position d'équilibre statique stable (Ri), et le moteur comportant une bobine (3) couplée magnétiquement à 'aimant permanent (2), caractérisé par le fait qu'il comporte :
- la détermination d'un premier instant (t(Zi)) qui est celui où la valeur absolue du flux magnétique (F) produit par l'aimant permanent (2) dans la bobine (3) prend sa valeur maximum (Fm) ; et
- la détermination, après ce premier instant (t(Zi)), d'un deuxième instant (t(Ri)) qui est celui auquel la valeur absolue dudit flux (F) a varié d'une quantité déterminée (Fm - Fo), égale à la différence entre ladite valeur absolue maximum (Fm) et une deuxième valeur (Fo) qui est la valeur absolue dudit flux lorsque le rotor se trouve dans ladite position prédéterminée, ledit deuxième instant (t(Ri)) étant ledit instant de passage du rotor par ladite position prédéterminée.
- la détermination d'un premier instant (t(Zi)) qui est celui où la valeur absolue du flux magnétique (F) produit par l'aimant permanent (2) dans la bobine (3) prend sa valeur maximum (Fm) ; et
- la détermination, après ce premier instant (t(Zi)), d'un deuxième instant (t(Ri)) qui est celui auquel la valeur absolue dudit flux (F) a varié d'une quantité déterminée (Fm - Fo), égale à la différence entre ladite valeur absolue maximum (Fm) et une deuxième valeur (Fo) qui est la valeur absolue dudit flux lorsque le rotor se trouve dans ladite position prédéterminée, ledit deuxième instant (t(Ri)) étant ledit instant de passage du rotor par ladite position prédéterminée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite position prédéterminée est ladite position d'équilibre statique stable du rotor (Ri).
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit premier instant (t(Zi)) est celui auquel la tension (Ui) induite dans la bobine (3) par la rotation de l'aimant (2) passe par zéro.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit deuxième instant (t(Ri)) est celui auquel la valeur absolue de la fonction atteint une valeur égale à ladite quantité déterminée (Fm-Fo), Ui désignant la tension induite dans la bobine (3) par la rotation de l'aimant (2), t(Zi) ledit premier instant et t la variable temps.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans le cas où la variation du flux (F) en fonction de la position angulaire du rotor est sensiblement sinusoïdale, ladite quantité déterminée (Fm - Fo) est égale à :
Fm (1 - cosA),
dans laquelle Fm désigne ledit maximum de la valeur absolue du flux (F) et A l'angle de rotation dudit rotor entre ladite position d'équilibre stable (Ri) et la position pour laquelle ladite valeur absolue du flux (F) a ladite valeur maximum (Fm).
Fm (1 - cosA),
dans laquelle Fm désigne ledit maximum de la valeur absolue du flux (F) et A l'angle de rotation dudit rotor entre ladite position d'équilibre stable (Ri) et la position pour laquelle ladite valeur absolue du flux (F) a ladite valeur maximum (Fm).
6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte :
- des moyens (11) pour produire un premier signal en réponse au passage par zéro de la tension (Ui) induite dans ladite bobine par la rotation dudit rotor, ledit premier signal étant ainsi produit audit premier instant (t(Zi)) ;
- des moyens (20) répondant audit premier signal pour produire un deuxième signal représentatif de l'intégrale en fonction du temps de ladite tension induite (Ui) après ledit premier instant (t(Zi)); et
- des moyens (21) pour fournir un troisième signal en réponse au passage dudit deuxième signal par une valeur représentative de la différence entre ladite valeur maximum (Fm) et ladite deuxième valeur (Fo) de la valeur absolue dudit flux (F), ledit troisième signal étant ainsi produit audit deuxième instant (t(Ri)).
- des moyens (11) pour produire un premier signal en réponse au passage par zéro de la tension (Ui) induite dans ladite bobine par la rotation dudit rotor, ledit premier signal étant ainsi produit audit premier instant (t(Zi)) ;
- des moyens (20) répondant audit premier signal pour produire un deuxième signal représentatif de l'intégrale en fonction du temps de ladite tension induite (Ui) après ledit premier instant (t(Zi)); et
- des moyens (21) pour fournir un troisième signal en réponse au passage dudit deuxième signal par une valeur représentative de la différence entre ladite valeur maximum (Fm) et ladite deuxième valeur (Fo) de la valeur absolue dudit flux (F), ledit troisième signal étant ainsi produit audit deuxième instant (t(Ri)).
7. Procédé de commande d'un moteur pas à pas comportant une bobine (3) et un rotor comprenant un aimant permanent (2) couplé magnétiquement à ladite bobine (3), caractérisé par le fait qu'il comporte la détection de l'instant de passage dudit rotor par une position prédéterminée selon la revendication 1, et l'application d'une impulsion motrice à ladite bobine audit instant de passage.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH3556/88A CH673750B5 (fr) | 1988-09-23 | 1988-09-23 | |
CH3556/88 | 1988-09-23 |
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EP89116922A Withdrawn EP0361209A1 (fr) | 1988-09-23 | 1989-09-13 | Procédé et dispositif de détection de l'instant de passage du rotor d'un moteur pas à pas par une position prédéterminée et procédé de commande de ce moteur |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0744825A1 (fr) * | 1994-12-08 | 1996-11-27 | Citizen Watch Co. Ltd. | Dispositif de commande d'un moteur |
WO2006029648A1 (fr) | 2004-09-17 | 2006-03-23 | Airbus Deutschland Gmbh | Detection d'etat fonctionnel d'un moteur electrique sur la base de la force contre-electromotrice |
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- 1988-09-23 CH CH3556/88A patent/CH673750B5/fr not_active IP Right Cessation
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- 1989-09-13 EP EP89116922A patent/EP0361209A1/fr not_active Withdrawn
- 1989-09-22 JP JP1245349A patent/JPH02124000A/ja active Pending
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