[0001] La présente invention est relative à un procédé pour asservir un moteur pas à pas
monophasé alimenté par un train d'impulsions bipolaires à la charge présentée par
le mécanisme d'une pièce d'horlogerie. Elle propose diverses améliorations au système
d'asservissement qui a été décrit dans la demande de brevet EP 0 022 270.
[0002] Dans la demande citée, il est exposé un dispositif d'alimentation permettant de détecter
la position du rotor d'un moteur pas à pas par rapport à la polarité des impulsions
motrices et d'envoyer audit moteur un train d'impulsions de longue durée si cette
polarité est jugée incorrecte. En d'autres termes, si le rotor ne progresse pas d'un
pas après que lui ait été envoyée une impulsion motrice de polarité correcte, il recevra
un laps de temps prédéterminé plus tard (une seconde par exemple) une nouvelle impulsion
de polarité incorrecte et c'est à partir de ce moment-là que le système entre en fonction,
la correction ou le rattrapage s'opérant en envoyant au moteur deux impulsions rapprochées
de longue durée suivies d'un train d'impulsions de grande largeur. Aucun des documents
cités comme antériorités dans la demande en question ne décrit une telle disposition.
[0003] On s'est rendu compte cependant que le détecteur exposé dans cette demande présente
plusieurs inconvénients qui vont être passés en revue maintenant.
[0004] D'abord, 1e système proposé dans la demande citée n'envisage que deux types d'impulsions
: des impulsions étroites quand le couple exercé sur le moteur est faible et des impulsions
larges quand ce couple a augmenté au-delà d'une certaine limite. Dans la pratique,
on constate cependant que ce couple peut prendre des valeurs très diverses dues, par
exemple, à l'un des évènements suivants ou la combinaison de certains de ces évènements
: changement du calendrier, frottement dans les paliers et leur usure, vieillissement
des huiles, baisse de la température, influence d'un champ magnétique extérieur, chocs
linéaires ou angulaires, tolérances de fabrication, etc.. Dans la demande citée, avec
un choix limité à deux largeurs d'impulsions seulement, il faudra ou bien choisir
un premier type d'impulsions à durée très faible avec le risque de voir l'asservissement
fonctionner très souvent lorsque survient le moindre des évènements cités ou bien
choisir un premier type d'impulsions à durée plus grande pour ne faire intervenir
l'asservissement qu'occasionnellement lorsque survient un couple important, celui
du changement de calendrier par exemple. Quelle que soit la solution choisie, on comprendra
que le système proposé, bien que consommant moins d'énergie qu'un système sans asservissement,
n'est pas apte à réagir finement, c'est-à-dire à adapter 1a consommation de courant
à la charge réelle qui se présente sur le moteur de la montre.
[0005] Ensuite, si le système de la demande citée est bien adapté à un moteur pas à pas
dont les pôles du stator sont séparés par un entrefer, il l'est beaucoup moins à un
moteur dit à zones saturables dont les pôles se rejoignent par des isthmes de faible
largeur. La figure 1 du présent exposé montre schématiquement un moteur dont les pôles
du stator sont séparés par des entrefers 1. Dans ce cas, tout le flux JSab issu du
rotor aimanté 2 traverse le noyau de la bobine 3 pour produire aux bornes de cette
bobine une tension induite Ui lorsque le rotor est en mouvement. Dans la demande EP
0 022 270, il est prévu de mesurer la tension induite Ui immédiatement après la fin
de l'impulsion motrice, la bobine étant mise en circuit ouvert. Si le moteur à entrefers
reçoit une impulsion de polarité correcte, la tension Ui recueillie aux bornes de
sa bobine sera d'une amplitude suffisamment élevée pour décider qu'on doit continuer
à l'alimenter avec des impulsions de faible largeur. Il en va autrement si l'on applique
le système décrit dans la demande citée à un moteur à zones saturables. La figure
2 montre schématiquement un tel moteur où les pôles du stator sont réunis par des
isthmes 4. Dans ce cas, on voit que le flux créé par l'aimant se partage en un flux
i
f passant par les isthmes et en un flux φ
ab passant par le noyau de la bobine. Il ressort de ceci que si l'on applique le système
de la demande citée (c'est-à-dire qu'on mesure 1a tension Ui aux bornes d'unebobine
mise à circuit ouvert) à un moteur à zones saturables, on recueillera une tension
induite de faible amplitude, ce qui n'est évidemment pas favorable au bon fonctionnement
de l'électronique de commande.
[0006] Enfin, puisque la demande citée n'envisage une détection de tension induite qu'après
les seules impulsions de faible largeur où on peut détecter une tension d'amplitude
confortable, on ne sait rien du procédé qu'il faudrait mettre en oeuvre si l'on voulait
détecter une tension encore suffisante produite après une impulsion de plus longue
durée, tant il est vrai, comme cela apparaîtra par la suite, que la tension induite
diminue rapidement lorsque l'impulsion de commande s'allonge.
[0007] C'est le but de la présente invention de remédier aux inconvénients qui viennent
d'être cités en proposant un procédé et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce
procédé qui apparaissent dans les revendications.
[0008] L'invention sera mieux comprise maintenant à la lumière de la description qui suit
et pour l'intelligence de laquelle on se référera, à titre d'exemple, au dessin dans
lequel :
La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur connu dont les pôles du
stator sont séparés par des entrefers.
La figure 2 est une représentation schématique d'un moteur connu dont les pôles du
stator sont séparés par des isthmes.
La figure 3 est un diagramme représentant les diverses impulsions appliquées au moteur
selon une première variante de l'invention.
La figure 4 est un diagramme représentant les diverses impulsions appliquées au moteur
selon une seconde variante de l'invention.
La figure 5 est un graphique représentant les couples mutuel et de positionnement
du moteur en fonction de la position 0{ de son rotor.
La figure 6 est un diagramme montrant comment est alimenté le moteur par des impulsions
de sécurité selon l'invention.
La figure 7 montre le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention.
La figure 8 est un graphique qui représente les diverses tensions que l'on trouve
aux bornes de la bobine du moteur de même que le courant qui la traverse.
La figure 9 est une représentation schématique d'un moteur dont les pôles du stator
sont séparés par des isthmes auquel est appliqué le dispositif selon l'invention.
La figure 10 est un graphique qui montre comment évolue l'amplitude de la tension
induite quand l'impulsion motrice s'allonge.
La figure 11 est un graphique qui montre comment on procède pour mesurer la tension
induite quand l'impulsion de commande dépasse une durée déterminée.
La figure 12 est un diagramme illustrant les diverses durées d'impulsion qui se présentent
dans l'alimentation du moteur selon l'invention.
[0009] On se reportera d'abord au diagramme de la figure 3 pour comprendre comment on procède
pour asservir le moteur pas à pas selon une première variante de l'invention. Les
impulsions référencées n - 2 à n + 4 sont les impulsions de commande que reçoit la
bobine du moteur. Le début de chacune d'elles est séparé par un laps de temps constant,
par exemple une seconde, ce qui fait progresser l'aiguille des secondes de la montre
par pas de une seconde. Ce signal d'horloge provient de la sortie d'une chaîne de
diviseurs de fréquence alimentée elle-même par un oscillateur formant base de temps
selon une disposition désormais bien connue.
[0010] Dans les conditions de marche optimum, c'est-à-dire lorsque les évènements contraignants
dont il a été parlé plus haut ne se présentent pas, le moteur travaille pratiquement
à vide et une impulsion de très faible largeur T
l, telle celle représentée en n - 2 sur le diagramme, suffit à faire avancer normalement
l'aiguille des secondes. On va supposer maintenant qu'après l'impulsion n - 2, à laquelle
le moteur a encore répondu, le couple mécanique augmente subitement dû au concours
conjugué de plusieurs événements contraignants. Le rotor ne réagira donc pas à l'impulsion
n - 1 et lors de l'arrivée de 1a prochaine impulsion n, il ne réagira pas non plus
puisque pour le faire progresser il lui faudrait recevoir à ce moment-là une impulsion
de signe négatif. Ainsi, le rotor a perdu deux pas qu'il s'agit de rattraper. Selon
l'idée déjà exprimée dans la demande EP 0 022 270, on envoie au moteur pour rattraper
ce retard deux impulsions de rattrapage de grande largeur T
a un court laps de temps après la fin de l'impulsion n. Comme on le voit sur la figure
3, la première impulsion de rattrapage se présente dans le même sens que l'impulsion
n-1 et la seconde dans le sens opposé de telle sorte que les impulsions de grande
largeur T
a se substituent en quelque sorte aux impulsions de commande n - 1 et n de largeur
T
l qui n'ont pas été à même de faire progresser le rotor du moteur. La durée T
a est choisie naturellement assez longue pour provoquer à coup sûr la progression du
rotor dans les conditions de charge les plus défavorables. Le graphique de la figure
3 exagère cependant cette durée T
a par rapport à la durée T
l dans le but de bien faire ressortir le fonctionnement du système. L'invention présente
l'originalité, par rapport à l'invention revendiquée dans la demande déjà citée, de
ne pas poursuivre avec un train d'impulsions fixes de grande largeur sitôt après les
impulsions de rattrapage, mais d'allonger quelque peu l'impulsion de commande de durée
T
l en durée T
2 et d'essayer si cette nouvelle impulsion pourrait être de durée suffisamment longue
pour faire tourner le rotor. Si tel n'est pas le cas, on fait suivre les nouvelles
impulsions n+1 et n + 2 de durée T
2 par deux nouvelles impulsions de rattrapage de durée T
a comme cela est illustré en figure 3. A leur tour, les impulsions de rattrapage sont
suivies par de nouvelles impulsions de commande n + 3, n + 4 de durée T
3 légèrement supérieure à la durée T
2. Si elles sont capables de mettre le moteur en rotation, on poursuit avec les impulsions
de durée T
3, sinon on envoie les impulsions de rattrapage pour procéder ensuite avec des impulsions
de largeur T
4 ou T
3 < T
4 et ainsi de suite.
[0011] Ainsi, le procédé qui vient d'être décrit montre qu'on adapte la durée des impulsions
de commande à la charge imposée au moteur par niveaux successifs montants lorsque
la charge augmente. Le procédé permet donc d'économiser de l'énergie et ceci dans
des proportions encore plus importantes que si l'on n'avait à disposition que deux
types d'impulsions seulement, comme cela était prévu dans la demande citée. Dans une
réalisation particulière, on a choisi six impulsions différentes dont les durées motrices
s'étendent de 3 à 9 ms par niveaux successifs montants de 0,5 ms pour les trois premières,
de 1,5 ms pour les quatrième et cinquième et de 2 ms pour la sixième. Dans cette même
réalisation, la durée de l'impulsion de rattrapage a été choisie à 8 ms. Ceci apparaîtra
plus en détail lorsqu'on expliquera le diagramme représenté en figure 12.
[0012] On va supposer maintenant que, pour des impulsions n + 3, n + 4, etc., de durée T
3, le moteur progresse normalement sans détection d'absence de pas. On peut penser
qu'au bout d'une période prédéterminée les évènements contraignants qui avaient fait
passer la durée des impulsions de T
l à T
3 ont cessé. On va donc faire descendre la durée des impulsions de commande de T
3 à T
2. Si le résultat est satisfaisant pendant une même période prédéterminée, on pourra
encore baisser d'un niveau et passer de la durée T
2 à la durée T
l. Ladite période prédéterminée sera choisie à la suite d'observations qui auront été
conduites sur la marche de la pièce d'horlogerie en fonction des diverses circonstances
qui peuvent se présenter. Elle a été choisie dans la réalisation particulière dont
il a été question plus haut à 512 secondes. En résumé, on adapte la durée des impulsions
de commande à la charge imposée au moteur par niveaux successifs descendants lorsque
la charge diminue.
[0013] La figure 4 présente une seconde variante du procédé selon l'invention où, après
l'envoi de deux impulsions de rattrapage, on alimente encore le moteur par une paire
d'impulsions de même durée que celle qui existait avant la correction. Dans la figure,
les impulsions de commande n + 1 et n + 2 ont la même durée T
l que celle des impulsions n - 1 et n. On peut penser en effet qu'en certaines circonstances
les évènements contraignants ont un caractère fugitif tel qu'ils disparaissent très
rapidement. Une tentative de réalimenter le moteur une seconde fois par des impulsions
dont la durée n'a pas fait progresser son rotor une première fois peut être fructueuse.car,si
la tentative aboutit, on aura évité une augmentation de consommation due à un élargissement
inutile des impulsions de commande. Si la tentative n'aboutit pas, on alimente le
moteur avec des impulsions de durée plus longue T
2 après lui avoir envoyé les deux impulsions de rattrapage.
[0014] Cette seconde variante n'est pas limitée à l'envoi renouvelé d'une seule paire d'impulsions
de même durée T
l et on comprendra que des moyens peuvent être mis en oeuvre pour continuer à alimenter
le moteur avec les impulsions T
l tant qu'un nombre donné d'impulsions de rattrapage n'aura pas été compté dans un
intervalle prédéterminé. Ainsi, par exemple, on peut décider que si le rotor a manqué
quatre fois son pas pendant 60 secondes, ces pas manqués ayant été suivis par quatre
impulsions de rattrapage, on alimente alors le moteur par des impulsions de durée
T
2.
[0015] Puisque dans le procédé décrit, on fait en sorte que la durée des impulsions de commande
soit juste suffisante pour entraîner le mécanisme, on s'est rendu compte que dans
certains cas, assez rares il est vrai, le rotor, après avoir démarré normalement à
la suite d'une impulsion de polarité correcte, s'arrête après avoir parcouru un demi-pas
seulement.
[0016] La figure 5 montre l'évolution du couple de positionnement Ca et du couple mutuel
Cab-tels qu'on les trouve dans un moteur pas à pas. Les positions angulaires S'
2, S
1 et S
2 sont les positions d'équilibre stable du rotor et les positions I'
1 et Il sont les positions d'équilibre instable de ce rotor. Normalement si le rotor
franchit son pas en réponse à une impulsion positive, il passe de la position S
1 à la position S
2. Dans le cas particulier qui vient d'être évoqué, il se peut donc que le rotor s'arrête
en position Il qui ne représente qu'une course d'un demi-pas. Bien que cette position
soit instable, il est possible que le rotor s'y maintienne par les frottements qui
agissent sur lui. Si avant que ne survienne la prochaine impulsion de commande une
perturbation quelconque est appliquée à la montre, le rotor soit reculera en position
S
l, soit avancera en position 5
2. Dans le premier cas, la nouvelle impulsion de commande présentera une polarité incorrecte
et les impulsions de rattrapage T
a feront rattraper les deux pas perdus. Dans le second cas, le rotor aura rat- trappé
lui-même le pas perdu et aucune impulsion de rattrapage ne lui sera envoyée. La situation
se présente différemment si le rotor reste fixé sur la position Il quand survient
la prochaine impulsion. En effet, cette prochaine impulsion négative développe le
couple mutuel -Cab qui se trouve être dans le même sens que le couple négatif de positionnement
-Ca. Si le couple -Cab est très élevé, il est possible alors que, conjugué au couple
-Ca, il développe assez d'énergie pour déplacer le rotor de la position Il à la position
S'
2 sans s'arrêter à la position S
1, ce déplacement s'opérant sans qu'il y ait eu détection de polarité incorrecte. Le
rotor se fixe de façon stable en position S'
2. A partir de ce moment-là, la prochaine impulsion, dirigée dans le sens positif,
développera le couple mutuel Cab dessiné en traits interrompus et le rotor progressera
normalement. On tire de ce raisonnement que le rotor a perdu définitivement deux pas
qu'il ne sera pas possible de rattraper.
[0017] La figure 6 montre un arrangement qui palie l'inconvénient cité en proposant selon
l'invention d'envoyer à la bobine du moteur un laps de temps prédéterminé après la
fin de l'impulsion de commande de durée Tt, une impulsion de sécurité de durée T
s. Si l'on se reporte de nouveau à la figure 5, on comprendra que,si le rotor est bloqué
en position I
1, il suffira d'une impulsion de durée très courte pour le faire parvenir soit en S
1 soit en S
2. Une impulsion de sécurité négative le ramènera en S
1 et la prochaine impulsion de commande normale se présentera comme incorrecte, ce
qui déclenchera les deux impulsions de rattrapage comme cela a été expliqué plus haut.
Une impulsion de sécurité positive amènera le rotor en S
2; dans ce cas, la prochaine impulsion de commande se présentera comme correcte et
aucun rattrapage n'aura lieu. Dans la pratique, on préférera une impulsion de sécurité
négative car il faut moins d'énergie pour amener le rotor de la position Il à la position
S
1 que de la position Il à la position S
2. Dans un exemple de réalisation de l'invention, on choisit pour T
s une durée comprise entre 0,2 et 0,5 ms et pour le laps de temps séparant la fin de
l'impulsion de commande de l'impulsion de sécurité une durée de l'ordre de 50 ms.
[0018] On vient d'expliquer comment les diverses impulsions de commande sont arrangées les
unes par rapport aux autres, comment leurs durées s'adaptent à la charge présentée
par le mécanisme et comment il convient de rattraper les pas perdus. Ceci présuppose
naturellement qu'on dispose de moyens pour détecter les pas qui n'ont pas été franchis.
Dans la demande EP 0 022 270, on base cette détection sur la polarité de l'impulsion
de commande par rapport à la position du rotor et, si le moteur est du type à entrefer,
on mesure la tension induite Ui recueillie aux bornes de la bobine, cette dernière
étant mise en circuit ouvert. Si le moteur reçoit une impulsion dirigée dans le bon
sens, on mesure une tension induite Ui de grande amplitude alors que cette tension
est nulle, voire négative si l'impulsion est dirigée dans le mauvais sens. On a exposé
dans le préambule l'inconvénient qu'il y avait à mesurer cette tension à circuit ouvert
pour un moteur qui présente des zones saturables puisque l'amplitude de ladite tension
est relativement faible.
[0019] La figure 7 montre le dispositif mis en oeuvre pour obtenir une tension Ui très confortable
même si le moteur est du type à zones saturables. Le schéma présenté ne se distingue
de l'état de la technique que par l'adjonction d'une résistance 40 branchée en série
avec la bobine 15 du moteur, résistance qui peut être court-circuitée lorsqu'on ferme
l'interrupteur 35. Dans ce schéma, on trouve entre les bornes référencées 41 et 42
des impulsions de commande alternées d'amplitude U en provenance de la source d'alimentation
continue Uplivrée par la pile lorsque les interrupteurs 31-32, respectivement 33-34
sont fermés. Si l'on définit par T
RB la durée pendant laquelle la seule bobine 15 est branchée aux bornes 41 et 42, par
T
x la durée pendant laquelle l'ensemble bobine 15 - résistance 40 est branché auxdites
bornes et par T
cc la durée pendant laquelle la bobine 15 est mise en court-circuit, la séquence de
commande des interrupteurs s'établit selon le tableau ci-après pour une impulsion
positive :

[0020] Dans les techniques actuelles, se sont des transistors qui jouent le rôle des interrupteurs.
Ils reçoivent leurs signaux d'un circuit de mise en forme classique.
[0021] On se reportera maintenant à la figure 8 pour comprendre le rôle joué par la résistance
additionnelle 40. Dans ce graphique, on a représenté en trait plein l'impulsion de
commande U qu'on trouve aux bornes 41 et 42 (voir figure 7). Cette impulsion de commande
est présente tant que les interrupteurs 31 et 32 sont fermés, c'est-à-dire pendant
la période T
RB et la période T
x (voir tableau ci-dessus). On désigne la durée de cette impulsion par T
n. Pendant la période T
RB, la résistance 40 est court-circuitée et la bobine 15 reçoit une tension U
B, représentée en traits interrompus, identique à la tension U si l'on fait abstraction
de la faible chute de tension qui existe aux bornes de l'interrupteur 35. Cette tension
U
B est aussi à peu de chose près celle que l'on trouve aux bornes de la pile (Up). U
B est la tension motrice seule utile à entraîner le rotor. Pendant la période T
x, la résistance 40 est branchée en série avec la bobine 15, l'interrupteur 35 est
ouvert. C'est la période de mesure destinée à prélever aux bornes de la bobine la
tension induite Ui développée par le moteur.
[0022] La figure 9 représente le comportement du moteur pendant la période de mesure T
x. On s'y référera en même temps qu'aux figures 7 et 8. On l'a déjà dit, dès le début
de la période T
x, la tension de commande U est appliquée aux bornes 41 et 42 du circuit qui comprend
la bobine 3 et la résistance 40 connectées en série. On choisit la valeur de la résistance
40 de manière à engendrer dans la bobine 3 un courant LS
AT qui, à son tour, va produire un flux φb suffisant pour saturer les isthmes 4 du stator.
Dès l'instant où ces isthmes sont saturés, la quasi totalité du flux φab créé par
l'aimant passe par le noyau de la bobine 3. Le flux Èab produit aux bornes de la bobine
une tension induite

où N
b représente le nombre de spires de la bobine. On se retrouve ainsi dans des conditions
semblables a celles qui ont été décrites dans la demande EP 0 022 270 dans laquelle
à une tension Ui importante correspond l'application d'une impulsion de polarité correcte
au moteur. Cette situation est illustrée sur la figure 8 qui montre qu'à un moment
prédéterminé t
x de la période T
x, la tension Ui, représentée en traits interrompus, est de grande amplitude en suite
de quoi on continuera à alimenter le moteur avec les mêmes impulsions de commande
de largeur T
n. En pratique, on mesurera la tension induite Ui dans un intervalle T
Ui compris dans la période T
x, intervalle qui peut embrasser, par exemple, les deux derniers tiers de la période
T
x. La figure 8 montre aussi que le courant
SAT pendant la période de mesure T
x est de faible amplitude bien que suffisante cependant pour saturer les isthmes. Cet
artifice qui consiste à brancher une résistance en série avec la bobine du moteur
ne consomme donc qu'une énergie négligeable puisque le courant nécessaire est très
faible et que la durée pendant laquelle ce courant est développé est réduite à une
faible fraction de la durée totale de l'impulsion de commande. Enfin, pendant le temps
qui sépare la fin de l'impulsion de commande et l'arrivée d'une nouvelle impulsion,
la bobine est court-circuitée, comme c'est l'usage habituellement pour amortir le
mouvement du rotor.
[0023] Comme on le verra plus loin, la méthode qui vient d'être décrite ne convient que
pour des impulsions de commande dont la durée T
n est relativement courte. Ceci étant, on peut résumer ce qui vient d'être dit en affirmant
que, pour des impulsions de commande dont la largeur est égale ou inférieure à la
durée T
n, on branche une résistance en série avec la bobine du moteur pendant une période
T
x située immédiatement avant la fin de l'impulsion de commande U et qu'on mesure durant
ladite période T
x pendant un intervalle prédéterminé T
Ui la tension induite aux bornes de la bobine du moteur.
[0024] Pour donner un exemple pratique, on choisit pour la période T
RB la plus courte une durée de 3 ms et pour la période T
x une durée de 1 ms tandis que la valeur de la résistance 40 est de 15 kΩ pour une
résistance de la bobine de 3 kt2.
[0025] Si le procédé qui vient d'être décrit a spécialement été développé pour un moteur
à zones saturables, il pourrait aussi être appliqué à un moteur à entrefers bien que
cela pourrait être ressenti comme un luxe inutile puisqu'il suffit, comme on l'a dit,
de mesurer pour ce dernier type de moteur la tension Ui immédiatement après la fin
de l'impulsion Ug, la bobine étant disposée à circuit ouvert. Cependant l'universalité
du procédé permettrait d'utiliser le même circuit électronique de commande pour les
deux types de moteur, ce qui irait dans le sens d'une simplification et d'une diminution
de prix de revient.
[0026] On vient d'expliquer comment on mesure la tension induite Ui aux bornes de la bobine
du moteur en saturant préalablement ses isthmes si l'on a affaire à un moteur à zones
saturables. On a rappelé également l'enseignement de la demande EP 0 022 270 où cette
tension induite est mesurée immédiatement après l'impulsion motrice, la bobine étant
disposée à circuit ouvert. On a expliqué dans la demande citée que la tension Ui est
égale à

où Ω est la vitesse angulaire du rotor et Cab/i est le facteur de couplage. Si l'on
se reporte encore une fois à la figure 5, on se rend compte qu'au-delà d'une certaine
position angulaire correspondant à une durée d'impulsion limite la tension Ui se situera
au-dessous d'une valeur exploitable puisque le facteur de couplage Cab/i diminue.
Or, comme il est nécessaire d'augmenter la durée des impulsions de commande si l'on
désire augmenter le couple mécanique que pourra fournir le moteur, il arrivera bien
un moment où la durée de l'impulsion de commande sera trop longue pour que la bobine
puisse fournir une tension de détection qui soit encore exploitable.
[0027] La figure 10 illustre le phénomène qui vient d'être expliqué et montre comment diminue
l'amplitude de la tension Ui lorsque l'impulsion U
B s'allonge. On constate qu'aux impulsions motrices de durée croissante U
B1, U
B2 et U
B3 correspondent respectivement les tensions induites Ui
l, Ui
2 et Ui
3, le maximum desdites tensions se situant sur une enveloppe dont l'allure est représentative
du facteur de couplage Cab/i, à la vitesse près. Pour l'impulsion U
B4, la figure montre qu'aucune tension induite n'est détectée. Si l'on admet que la
tension induite Ui
3 suivant l'impulsion U
B3 est déjà impropre à faire fonctionner correctement 1e circuit de réglage puisqu'elle
présente une faible amplitude, il faudra avoir recours à un artifice qui permette
une détection sûre pour toutes les impulsions de commande dont la largeur dépasse
la durée limite T
n.
[0028] La figure 11 montre comment on procède selon l'invention pour palier l'inconvénient
cité. Dans ce graphique, l'impulsion de commande U est composée de deux impulsions
motrices U
B et U
c séparées par une période T
x pendant laquelle on mesure la tension induite selon le procédé qui a été expliqué
plus haut. Ainsi, si la largeur T
t de l'impulsion de commande U est supérieure à la durée T
n à partir de laquelle l'amplitude de la tension induite Ui serait insuffisante ou
nulle, on mesure ladite tension induite Ui pendant un intervalle T
Ui compris dans la période T
x précédant immédiatement la fin de la période T
n. En d'autres termes, si la durée Tt de l'impulsion U nécessaire à faire progresser
le rotor est trop longue pour qu'on puisse détecter une tension induite d'amplitude
suffisante, comme cela a été expliqué plus haut, on ouvre une fenêtre dans ladite
impulsion U et on mesure dans cette fenêtre la tension induite. Il va de soi que l'emplacement
de cette fenêtre est choisi en un endroit où l'amplitude de la tension induite est
encore importante. Cette fenêtre est réalisée en branchant une résistance en série
avec la bobine pendant la période T
x (résistance 40 de la figure 7) s'il s'agit d'unmoteur à zones saturables (figure
2). Dans ce cas, la séquence de.commande des interrupteurs montrés en figure 7 s'établit
selon le tableau ci-dessous :

Il faut mentionner que la méthode avec fenêtre convient aussi parfaitement si on l'applique
à un moteur avec entrefers (voir figure 1) où le phénomène d'extinction de la tension
induite existe également quand l'impulsion de commande s'allonge. Dans ce cas, on
peut très bien ne rien changer au schéma de la figure 7 et à la séquence du tableau
ci-dessus si l'on veut utiliser une électronique de commande commune aux deux types
de moteur. Mais on peut aussi disposer la bobine du moteur à circuit ouvert, comme
cela est préconisé dans la demande EP 0 022 270, quand on veut mesurer la tension
induite. Si tel est le cas, on supprimera la résistance 40 et l'interrupteur 35 représentés
en figure 7 et on ouvrira tous les interrupteurs 31 à 34 pendant la fenêtre de mesure
de durée T
x. Il faut dire encore que si on mesure la tension Ui à circuit ouvert dans le moteur
à entrefers, le graphique de la figure 11 reste le même sauf en ce qui concerne le
courant i qui s'annule pendant la période T
x.
[0029] La figure 12 illustre de façon exemplaire comment on adapte la largeur de l'impulsion
de commande à la charge imposée au moteur et à quel moment on mesure la tension induite.
Pour la construction donnée en exemple, il a été établi que cette tension induite
est encore suffisante si on la mesure pendant une période T
x = 1 ms précédant immédiatement la fin de l'impulsion de commande dont la durée est
égale ou inférieure à T
n = 5 ms. Du niveau 1 où la charge est la plus faible au niveau 3 où elle est légèrement
plus élevée, la durée de l'impulsion de commande passe de 4 à 5 ms. La mesure de la
tension induite se fait immédiatement avant la fin de l'impulsion de commande puisque
la durée de ladite impulsion est égale (niveau 3) ou inférieure (niveaux 1 et 2) à
la durée T
n. On voit que pour les mêmes niveaux, la durée T
RB de l'impulsion motrice U
B passe de 3 à 4 ms. A partir du niveau 4 adapté à une charge plus importante et jusqu'au
niveau 6 correspondant à la charge maximum que peuvent présenter toutes les contraintes
réunies ensemble, la durée de l'impulsion de commande passe de 6,5 à 10 ms. La mesure
de la tension induite doit se faire dans une fenêtre T
x car, à partir du niveau 4, la largeur de l'impulsion de commande est supérieure à
la durée prédéterminée T
n. Dans ces trois derniers niveaux, la fenêtre sépare les deux impulsions motrices
U
B et U
c dont la première est de durée constante T
RB = 4 ms et dont la seconde T
c est de 1,5, 3 et 5 ms quand ont passe du niveau 4 au niveau 6. La figure 12 montre
aussi l'impulsion de rattrapage de durée T
a dont la largeur est choisie à 8 ms.
[0030] L'invention qui vient d'être décrite poursuit le même but que celui qui a été expliqué
dans la demande EP 0 022 270, à savoir proposer une méthode qui détecte un signal
de tension induite de grande amplitude lorsque la bobine du moteur reçoit une impulsion
de polarité correcte. Cette méthode conduit à un fonctionnement très sûr du système
d'asservissement qui répond par oui ou non, comme c'est le cas dans un système logique.
[0031] Par ailleurs, comme cela a été exposé à propos de la demande citée, la tension Ui
est comparée à une tension de référence dans un comparateur. Si Ui est plus grand
que ladite référence, c'est une impulsion de polarité correcte qui a été envoyée au
moteur et il n'ap- parait aucun signal à la sortie du comparateur. Le circuit de commande
continue à envoyer des impulsions de même durée. Si, au contraire, Ui est plus petit
que la référence, c'est une impulsion de polarité incorrecte qui a été envoyée au
moteur et il apparaît un signal à la sortie du comparateur qui oblige le circuit de
commande à envoyer deux impulsions de rattrapage puis un train d'impulsions de commande,
comme cela a été expliqué ci-dessus.
1. Procédé pour asservir un moteur pas à pas alimenté par un train d'impulsions bipolaires
à la charge présentée par le mécanisme d'une pièce d'horlogerie, caractérisé par le
fait qu'on mesure aux bornes de la bobine du moteur la tension induite Ui engendrée
par la rotation du rotor en réponse à une impulsion de commande n de durée Tl, que, si cette tension est inférieure à un seuil prédéterminé, on envoie au moteur,
après ladite impulsion n, deux impulsions de rattrapage de grande largeur de durée
Ta, après quoi on alimente le moteur dès l'impulsion n + 1 par des impulsions de plus
longue durée T2, qu'on mesure la tension induite Ui engendrée par la rotation du rotor en réponse
à l'impulsion n + 2, que, si cette tension est inférieure audit seuil prédéterminé,
on envoie au moteur, après ladite impulsion n + 2, deux impulsions de rattrapage de
ladite durée Ta, après quoi on alimente le moteur dès l'impulsion n + 3 par des impulsions de plus
longue durée T3 et qu'on procède ainsi de suite, le début des impulsions de commande n, n + 1, n
+ 2, n + 3, etc., étant séparé par un laps de temps constant et la durée des impulsions
étant arrangée pour avoir Ti <T2 <T3 <etc..
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'après les deux impulsions
de rattrapage de durée Ta on alimente encore le moteur par des impulsions de commande de durée égale à celle
qui existait avant l'application des deux impulsions de rattrapage tant qu'un nombre
donné d'impulsions de rattrapage n'aura pas été compté dans un laps de temps prédéterminé.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on envoie à la
bobine du moteur, un laps de temps prédéterminé après la fin de l'impulsion de commande,
une impulsion de sécurité de durée Ts qui, si le rotor s'est arrêté à mi-course sur une position d'équilibre instable,
amène ledit rotorsurl'une de ses positions d'équilibre stable immédiatement voisine.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'impulsion de sécurité
de durée Ts est de polarité inverse à la polarité de l'impulsion de commande qui la précède.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, si la largeur de
l'impulsion de commande est égale ou inférieure à une durée prédéterminée Tn, on branche une résistance en série avec la bobine du moteur pendant une période
Tx située immédiatement avant la fin de ladite impulsion de commande et on mesure durant
ladite période Tx oendant un intervalle prédéterminé TUi la tension induite Ui aux bornes de la bobine du moteur.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, si la largeur de
l'impulsion de commande est supérieure à une durée prédéterminée Tn, on branche une résistance en série avec la bobine du moteur pendant une période
Tx située immédiatement avant la fin de la période Tn et on mesure durant ladite période Tx pendant un intervalle prédéterminé TUi la tension induite Ui aux bornes de la bobine du moteur.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on adapte la durée
des impulsions de commande à la charge imposée au moteur par niveaux successifs montants
lorsque la charge augmente et par niveaux successifs descendants lorsque la charge
diminue.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que, si, consécutivement
à la présence d'une tension induite Ui supérieure au seuil prédéterminé, aucune absence
de rotation du rotor n'est détectée pendant une période prédéterminée, on fait descendre
la durée des impulsions de commande d'un niveau et ainsi de suite.
9. Dispositif d'alimentation d'un moteur pas à pas pour la mise en oeuvre du procédé
selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il
comporte une résistance branchée en série avec la bobine du moteur, que ladite résistance
est pontée par un dispositif interrupteur et que des moyens sont mis en action pour
ouvrir ledit dispositif interrupteur quand la tension induite Ui doit être mesurée
aux bornes de la bobine du moteur.