Procédé et dispositif de commande d'un moteur pas-à-pas

Abstract

 Le rotor d'un moteur pas-à-pas (101) peut rester bloqué dans une position intermédiaire différente d'une position de repos si son circuit de commande (102) ajuste l'énergie électrique des impulsions motrices au minimum correspondant à la charge mécanique réelle du moteur déterminée par un circuit de mesure (105).
Pour supprimer ce risque, le procédé consiste à produire à l'aide d'un générateur (106) et à appliquer au moteur des impulsions qui permettent le déblocage du rotor lorsque celui-ci est resté bloqué dans une position intermédiaire en réponse à une impulsion motrice.
Ce procédé s'applique notamment à la commande du moteur pas-à-pas d'une pièce d'horlogerie électronique.

Description

[0001] Un des objets de la présente invention concerne un procédé de commande d'un moteur pas-à-pas ayant une bobine, un rotor couplé magnétiquement à la bobine et des moyens pour amener ou maintenir le rotor dans au moins une position de repos déterminée en l'absence de courant dans la bobine, consistant à appliquer à la bobine une impulsion motrice chaque fois que le rotor doit tourner d'un pas, à produire un signal de détection si le rotor n'a pas tourné correctement en réponse à l'impulsion motrice, et à appliquer à la bobine une impulsion de rattrapage en réponse au signal de détection. Un autre objet de la présente invention concerne un dispositif de commande d'un moteur pas-à-pas ayant une bobine, un rotor couplé magnétiquement à la bobine et des moyens pour amener ou maintenir le rotor dans au moins une position de repos déterminée en l'absence de courant dans la bobine, comportant des moyens pour appliquer à la bobine une impulsion motrice chaque fois que le rotor doit tourner d'un pas, des moyens pour produire un signal de détection si le rotor n'a pas tourné correctement en réponse à l'impulsion motrice, et des moyens pour appliquer à la bobine une impulsion de rattrapage en réponse au signal de détection.

[0002] L'énergie électrique nécessaire à l'entraînement des éléments mécaniques reliés à un moteur pas-à-pas, qui peuvent être, par exemple, les éléments d'affichage des informations horaires d'une pièce d'horlogerie électronique constitués par des aiguilles et/ou des disques, lui est généralement fournie par un circuit de commande qui délivre une impulsion motrice chaque fois qu'il doit avancer d'un pas.

[0003] Une diminution importante de cette énergie électrique consommée par le moteur peut être obtenue en prévoyant dans le circuit de commande un circuit qui ajuste l'énergie des impulsions motrices au minimum correspondant à la charge mécanique réelle entraînée par le moteur.

[0004] Il existe différents types de circuits de mesure de cette charge mécanique réelle et d'ajustement de l'énergie des impulsions motrices.

[0005] Le brevet US no 4,212,156, par exemple, décrit un circuit de commande dans lequel la durée de chaque impulsion motrice est déjà déterminée avant qu'elle ne commence. Un circuit détecteur mesure le temps qui s'écoule entre la fin de chaque impulsion motrice et l'apparition du premier minimum du courant induit dans la bobine par les oscillations du rotor autour de sa position d'équilibre.

[0006] Si ce temps est faible, cela indique que la charge entraînée par le rotor pendant cette impulsion motrice était également faible, et donc que le rotor a certainement terminé son pas. Le circuit de commande ne modifie pas la durée des impulsions motrices suivantes, ou, selon les cas, diminue cette durée.

[0007] Si par contre ce temps est long, cela indique que la charge entraînée par le rotor était importante, et que le rotor n'a peut- être pas tourné en réponse à cette impulsion motrice. Le circuit de commande envoie alors une impulsion de rattrapage de longue durée et de même polarité que l'impulsion motrice qui vient de se terminer et augmente la durée de l'impulsion motrice suivante. Dans de tels circuits, la détection de la rotation ou de la non-rotation du rotor est donc effectuée immédiatement, ou presque, après chaque impulsion motrice. Ces circuits seront appelés circuits à détection immédiate dans la suite de cette description.

[0008] Le brevet US no 4,300,223 décrit un autre genre de circuit de commande dans lequel la durée de chaque impulsion motrice est prédéterminée. Dans ce circuit, un circuit détecteur mesure l'intensité du courant circulant dans la bobine du moteur deux millisecondes environ après le début de chaque impulsion motrice. Si cette intensité est inférieure a une valeur prédéterminée, cela indique que le rotor se trouve dans la position correcte pour tourner en réponse à cette impulsion motrice, et donc qu'il a tourné en réponse à l'impulsion motrice précédente. Si cette intensité est supérieure à la valeur prédéterminée, cela indique que le rotor ne se trouve pas dans la position correcte, et donc qu'il n'a pas tourné en réponse à l'impulsion motrice précédente. Dans ce cas, le circuit de commande interrompt alors l'impulsion motrice en cours, envoie au moteur une impulsion de rattrapage de même polarité que l'impulsion motrice précédente, puis envoie à nouveau l'impulsion motrice normale. Dans de tels circuits, la détection de la rotation ou de la non-rotation du rotor en réponse à une impulsion motrice est donc effectuée longtemps après la fin de cette impulsion motrice. Ces circuits seront appelés circuits à détection différée dans la suite de cette description.

[0009] Il faut noter que, quel que soit le genre de circuit de commande et d'ajustement utilisé, la durée des impulsions motrices est généralement inférieure au temps mis par le rotor pour effectuer son pas. L'énergie électrique fournie au moteur par chaque impulsion motrice est, en principe, suffisante pour que le rotor termine son pas grâce à l'énergie cinétique qu'il a accumulée et à un couple de positionnement qui tend à le ramener ou à le maintenir, en l'absence de courant dans la bobine, dans une position de repos, ou d'équilibre, stable et déterminée.

[0010] Ce couple de positionnement est créé par une forme particulière donnée aux pièces polaires qui entourent le rotor du moteur, ou par un ou plusieurs aimants de positionnement.

[0011] La courbe 1 de la figure 1 illustre schématiquement la variation de ce couple de positionnement en fonction de l'angle a de rotation du rotor, entre deux positions d'équilibre stable correspondant aux points A et B. Lorsque ce couple est positif, il tend à faire tourner le rotor dans le sens croissant de l'angle a et, lorsqu'il est négatif, il tend à le faire tourner dans le sens décroissant de cet angle a.

[0012] Dans la plupart des moteurs utilisés actuellement dans les pièces d'horlogerie, le rotor tourne par pas de 180 degrés, ce qui signifie qu'il a deux positions d'équilibre stable par tour. Dans d'autres types de moteur, le pas du rotor correspond à une rotation de 360 degrés, ce qui signifie que le rotor n'a qu'une position d'équilibre stable.

[0013] La période du couple de positionnement est égale à l'angle qui sépare deux positions d'équilibre stable successives du rotor. Il existe donc une position du rotor, représentée.par le point C de la figure 1, et qui correspond approximativement à une rotation d'un demi-pas, pour laquelle ce couple s'annule et change de signe. Ce point C correspond donc à une position d'équilibre instable du rotor.

[0014] La charge mécanique entraînée par le moteur est constituée pour une grande partie par le couple résistant dû au frottement inévitable des pivots du rotor et des roues dentées qu'il entraîne dans leurs paliers, ainsi que par le frottement des dents de ces roues entre elles. Ce couple de frottement est représenté schématiquement par les courbes 2 et 3 de la figure 1.

[0015] Autour du point C d'équilibre instable mentionné ci-dessus, il existe une zone, délimitée par les points D et E, dans laquelle le couple de frottement est supérieur au couple de posi.tionnement.

[0016] Si l'énergie fournie au rotor par une impulsion motrice est suffisante pour que le rotor atteigne le point D mais n'est pas suffisante pour qu'il atteigne et dépasse le point E, le rotor reste donc bloqué dans une position intermédiaire qui peut être située n'importe où entre ces points D et E.

[0017] La figure 2 illustre schématiquement un moteur du type le plus couramment utilisé dans les pièces d'horlogerie électroniques dans la situation où son rotor est bloqué dans une telle position intermédiaire. Cette figure 2 montre la bobine 11, deux pièces polaires 12 et 13 qui font partie du stator du moteur, et l'aimant 14 du rotor.

[0018] L'axe d'aimantation de cet aimant 14 est représenté par la flèche 15 qui est dirigée de son pôle sud vers son pôle nord.

[0019] Le couple de positionnement du rotor est créé, dans cet exemple, par les encoches 16 et 17 ménagées respectivement dans les pièces polaires 12 et 13.

[0020] En fonctionnement normal, le circuit de commande du moteur, non représenté dans cette figure 2, délivre des impulsions motrices à la bobine 11 en réponse à des impulsions de commande fournies, par exemple, par un circuit de base de temps chaque fois que le rotor doit avancer d'un pas.

[0021] Toutes les explications qui vont suivre seront données en prenant pour exemple un tel moteur. Toutefois, l'homme du métier constatera qu'elles s'appliquent sans difficulté à n'importe quel type de moteur pas-à-pas.

[0022] Pour ces explications, on admettra que le point A de la figure 1 correspond à la position du rotor où l'axe d'aimantation de son aimant est représenté par la flèche 15' dessinée en pointillés à la figure 2, et que le rotor a été amené à la position représentée par la flèche 15 par une impulsion motrice désignée par la référence 18 à la figure 3 et appliquée à la bobine 11 de manière que la pièce polaire 12 joue le rôle d'un pôle magnétique sud et que la pièce polaire 13 joue le rôle d'un pôle magnétique nord. L'énergie fournie au moteur par cette impulsion a été suffisante pour que le rotor atteigne une position située au delà du point D de la figure 1, mais, pour une raison quelconque, elle a été insuffisante pour que ce rotor dépasse la position correspondant au point E. Le rotor est donc resté bloqué dans la position intermédiaire représentée à la figure 2.

[0023] Si cette situation se présente avec un circuit de commande à détection immédiate du genre de celui qui est décrit par le brevet US no 4,212,156 cité ci-dessus, ce circuit de commande envoie au moteur une impulsion de rattrapage dès qu'il a détecté que le rotor n'a pas terminé son pas. Cette impulsion de rattrapage, qui est désignée par la référence 19 à la figure 3, a la même polarité que l'impulsion motrice 18 et une durée déterminée pour faire tourner le rotor d'un pas complet, du point A au point B. Comme le rotor est, dans ce cas, dans une position située entre les points A et B, cette impulsion de rattrapage n'est pas encore terminée lorsque le rotor atteint un point B' qui est le point ou le couple de positionnement et le couple créé par le courant dans la bobine s'annulent. Le rotor oscille autour de ce point B', et à l'instant où l'impulsion de rattrapage se termine, il est très possible qu'il ait une vitesse et une direction de rotation telles qu'il reparte en direction du point A et refasse un pas complet en sens inverse.

[0024] Ce cas est illustré à la figure 3 où les références 18 et 19 désignent respectivement l'impulsion motrice qui a amené le rotor dans la position de la figure 2 et l'impulsion de rattrapage, et où la courbe 20 représente schématiquement la position angulaire du rotor en fonction du temps.

[0025] Dans un tel cas, l'impulsion de rattrapage n'atteint pas son but, qui est de remplacer une impulsion motrice précédente dont l'énergie a été insuffisante pour faire tourner le rotor correctement.

[0026] La même situation peut se présenter si le rotor n'est pas vraiment resté bloqué à la fin d'une impulsion motrice, mais si sa rotation a été simplement retardée, pour une raison ou une autre. Dans ce cas également l'impulsion de rattrapage envoyée par le circuit de commande provoque des oscillations du rotor autour du point B', et le rotor peut très bien être renvoyé au point A à la fin de cette impulsion de rattrapage.

[0027] Dans le cas où le circuit de commande du moteur est à détection différée, comme celui qui est décrit par le brevet US no 4,300,223 déjà cité, le circuit détecteur peut ne pas fournir son signal de détection si le rotor s'est bloqué dans une position intermédiaire proche de la position B. L'impulsion motrice qui suit celle pendant laquelle le rotor s'est bloqué n'est alors pas interrompue, et le rotor retourne à sa position de départ.

[0028] Si la position où le rotor est bloqué est telle que le circuit détecteur réagit à cette situation, le circuit de commande envoie une impulsion de rattrapage dont l'effet peut être le même que dans les cas décrits ci-dessus.

[0029] En résumé, on voit que si le rotor du moteur reste bloqué dans . une position intermédiaire, les circuits de commande connus comprenant un circuit détecteur de la non-rotation du rotor ne garantissent pas un fonctionnement parfait du moteur dans tous les cas.

[0030] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de commande d'un moteur pas-à-pas qui ne présente pas ce grave inconvénient.

[0031] Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de commande d'un moteur pas-à-pas pour la mise en oeuvre de ce procédé.

[0032] Ces buts sont atteints par le procédé et par le dispositif de commande revendiqués.

[0033] L'invention va maintenant être décrite en détail à l'aide du dessin dans lequel:

- la figure 1, déjà citée, représente la variation du couple de positionnement d'un moteur pas-à-pas en fonction de l'angle de rotation du rotor entre deux positions d'équilibre stable;

- la figure 2, déjà citée, illustre schématiquement un moteur pas-à-pas, du type le plus fréquemment utilisé dans les pièces d'horlogerie électroniques, dont le rotor est bloqué dans une position intermédiaire;

- la figure 3, déjà citée, illustre l'effet d'une impulsion de rattrapage appliquée à un moteur pas-à-pas dont le rotor est bloqué dans la position illustrée par la figure 2;

- la figure 4 est un schéma bloc d'un circuit permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention;

- les figures 5a et 5b illustrent des signaux mesurés en quelques points du circuit de la figure 4;

- la figure 6 représente le schéma détaillé d'une première forme d'exécution d'un circuit de commande selon l'invention;

- les figures 7a et 7b dont des diagrammes représentant des signaux mesurés en quelques points du circuit de la figure 6;

- la figure 8 est un schéma d'une deuxième forme d'exécution d'un circuit de commande selon l'invention; et

- la figure 9 est un diagramme représentant des signaux mesurés en quelques points du circuit de la figure 8.

[0034] La figure 4 est un schéma bloc d'une pièce d'horlogerie électronique prise comme exemple non limitatif de dispositif dans lequel le procédé selon l'invention est mis en oeuvre.

[0035] Cette pièce d'horlogerie comporte un moteur pas-à-pas 101 qui entraîne des aiguilles d'affichage de l'heure, de la minute et de la seconde, non représentées, par l'intermédiaire d'un train d'engrenage également non représenté.

[0036] La figure 4 montre un circuit de commande selon l'invention désigné par la référence 102, qui fournit des impulsions motrices au moteur 101 en réponse à un signal de commande délivré par un circuit de base de temps 103 chaque fois que le rotor du moteur doit tourner d'un pas, c'est-à-dire chaque seconde dans cet exemple. Le circuit de base de temps 103 comporte, de manière classique, un circuit oscillateur et un circuit diviseur de fréquence qui ne sont pas représentés.

[0037] Le circuit de commande 102 se compose, dans cet exemple, d'un circuit formateur 104, d'un circuit détecteur 105 et d'un générateur d'impulsions 106.

[0038] Le circuit détecteur 105 est relié au moteur 101 et fournit à sa sortie un signal de détection si le rotor n'a pas tourné en réponse à l'impulsion motrice précédente.

[0039] Le circuit formateur 104 utilise ce signal de détection notamment pour déterminer la quantité d'énergie électrique fournie au moteur par chaque impulsion motrice.

[0040] Dans des conditions qui seront précisées ci-dessous, le générateur d'impulsions 106 fournit au circuit formateur 104 des impulsions qui sont transmises au moteur 101 pour débloquer son rotor si nécessaire.

[0041] La figure 5a illustre le fonctionnement du circuit de la figure 4 dans le cas où le circuit détecteur 105- est du même genre que celui qui est décrit dans le brevet US no 4,212,156 mentionné ci-dessus, c'est-à-dire un circuit à détection immédiate.

[0042] Dans cette figure 5a, et dans la figure 5b qui sera décrite plus loin, les diagrammes désignés par les références 103 à 106 représentent les signaux mesurés aux sorties des circuits désignés par les mêmes références dans la figure 4.

[0043] Chaque fois que le circuit de base de temps 103 fournit un signal de commande, le circuit formateur 104 délivre au moteur 101 une impulsion motrice de durée prédéterminée. Le circuit détecteur 105 ne délivre un signal que si le rotor du moteur 101 ne termine pas correctement sa rotation en réponse à une de ces impulsions motrices.

[0044] Tant que le circuit détecteur105 ne délivre pas de signal, le circuit formateur 104 délivre au moteur 101 des impulsions motrices de polarités alternées et de durées prédéterminées et égales. Le générateur 106, qui est dans ce cas relié au circuit de mesure 105 par la liaison 107 dessinée en pointillés à la figure 4, ne délivre pas non plus d'impulsion. Cette situation, qui est la situation normale, n'est pas illustrée.

[0045] La figure 5a illustre un cas où le rotor ne termine pas correctement sa rotation en réponse à une impulsion motrice désignée par la référence 111, ayant une durée qui est, par exemple, la durée minimum que peuvent prendre ces impulsions motrices.

[0046] Un certain temps après le début de l'impulsion motrice 111, 1e circuit détecteur 105 délivre un signal 112 qui indique que le rotor n'a pas terminé son pas. Ce signal 112 provoque la formation par le générateur 106 d'une impulsion 113. Cette impulsion 113, de faible durée, est transmise par le circuit formateur 104 au moteur 101 sous la forme d'une impulsion 114 ayant la polarité inverse de celle de l'impulsion motrice 111.

[0047] Le signal 112 provoque également la formation par le circuit de commande 104, après l'impulsion 114, d'une impulsion 115 ayant une durée plus grande que la durée de l'impulsion 111, et la même polarité que cette impulsion 111.

[0048] Si le rotor n'a pas terminé son pas parce qu'il est resté bloqué dans une position intermédiaire telle que celle qui est représentée à la figure 2, l'impulsion 114 le débloque et le fait revenir à sa position de départ. Le rotor se trouve ainsi dans une position bien déterminée au moment où le circuit formateur 104 délivre l'impulsion 115 destinée à lui faire rattrapper le pas qu'il vient-de rater.

[0049] Si le rotor est revenu à sa position de départ avant que l'impulsion 114 soit délivrée, cette dernière n'a aucun effet, et l'impulsion de rattrapage 115 provoque normalement la rotation du rotor.

[0050] Si enfin le rotor a simplement été retardé et qu'il termine son pas après que le circuit détecteur 105 a délivré le signal 112, les impulsions de déblocage 114 et de rattrapage 115 n'ont pas d'effet.

[0051] Le signal 112 agit également sur le circuit formateur 104 de manière que ce dernier augmente la durée des impulsions motrices qu'il délivre ensuite. Une telle impulsion, de durée supérieure à la durée de l'impulsion 111, est représentée à la figure 5a avec la référence 111'. Elle a évidemment la polarité inverse de celle de l'impulsion 111.

[0052] Il est évident que, quelle que soit la durée des impulsions motrices 111 ou 111', le circuit détecteur 105 délivre un signal tel que le signal 112 chaque fois que le rotor ne termine pas son pas correctement. Chaque signal 112 provoque la formation d'une impulsion de déblocage telle que l'impulsion 114 et d'une impulsion de rattrapage telle que l'impulsion 115. Après chacun de ces signaux 112, le circuit formateur 104 délivre au moins un nombre prédéterminé d'impulsions motrices de même durée que l'impulsion 111'. Lorsque ce nombre est atteint, le circuit formateur 104 ramène la durée des impulsions motrices à celle de l'impulsion 111.

[0053] La figure 5b illustre le fonctionnement du circuit de la figure 4 dans le cas où le circuit détecteur 105 est du même genre que celui qui est décrit dans le brevet US no 4,300,223 mentionné ci-dessus, c'est-à-dire un circuit à détection différée.

[0054] Comme dans le cas de la figure 5a, le circuit formateur 104 délivre au moteur 101 une impulsion motrice de durée prédéterminée désignée par-la référence 116 à la figure 5b chaque fois que le circuit de base de temps 103 fournit un signal de commande. Si le rotor du moteur 101 a tourné correctement en réponse à l'impulsion motrice précédente, le circuit détecteur 105 ne délivre pas de signal. Le générateur 106, qui est dans ce cas relié au circuit formateur 104 par la liaison 107', également représenté en pointillés à la figure 4, délivre une impulsion courte désignée par la référence 117 après chaque impulsion motrice.

[0055] Le circuit formateur 104 transmet cette impulsion 117 au moteur 101 sous la forme d'une impulsion de déblocage 118 ayant la polarité inverse de celle de l'impulsion motrice qu'il vient de délivrer. Si le rotor du moteur 101 a tourné correctement en réponse à l'impulsion motrice 116, cette impulsion de déblocage 118 n'a aucun effet. Si par contre le rotor est resté bloqué dans la position illustrée à la figure 2, ce qui est le cas dans cette figure 5b, cette impulsion 118 provoque son déblocage et son retour à la position qu'il avait avant l'impulsion motrice 116. De cette manière, lorsque le circuit formateur 104 enclenche l'impulsion motrice suivante 119 avec la polarité inverse de celle de l'impulsion motrice 116 en réponse à un nouveau signal de commande fourni par le circuit de base de temps 103, le circuit détecteur 105 fournit à coup sur le signal de détection désigné par la référence 120. Le circuit formateur 104 interrompt l'impulsion motrice 119 en réponse à ce signal de détection 120 et enclenche une impulsion de rattrapage 121.

[0056] Cette impulsion de rattrapage 121, qui a la même polarité que l'impulsion 116 et une durée plus grande que les impulsions motrices normales, fait exécuter au rotor du moteur 101 la rotation qu'il n'avait pas terminée en réponse à l'impulsion motrice 116. Le circuit formateur 104 applique ensuite une nouvelle impulsion motrice 122, destinée à faire exécuter au rotor la rotation qu'il aurait dû exécuter en réponse à l'impulsion motrice 119 qui a été interrompue. Après cette impulsion 122, dont la durée est plus grande que celle de l'impulsion motrice -116, le générateur 106 délivre une impulsion courte 117' que le circuit formateur 104 transmet au moteur 101 sous la forme d'une impulsion de déblocage 118'. Si le rotor est de nouveau resté bloqué dans une position intermédiaire en réponse à l'impulsion motrice 122, cette impulsion 118' le débloque et le ramène à sa position de départ. Le même processus recommence alors lorsque le circuit 104 enclenche l'impulsion motrice suivante, non représentée.

[0057] Dans les deux cas décrits ci-dessus, il serait possible d'agencer le circuit formateur 104 de manière qu'il délivre des impulsions de déblocage ayant la même polarité que l'impulsion motrice précédente. Ces impulsions auraient pour effet de débloquer le rotor et de lui faire terminer sa rotation. Il ne serait évidemment alors plus nécessaire de prévoir les impulsions de rattrapage telles que les impulsions 115 et 121.

[0058] Il est cependant préférable, pour des raisons de sécurité de fonctionnement, de faire fonctionner le circuit de la manière décrite à l'aide de ces figures 5a et 5b.

[0059] La courbe 4 de la figure 1 représente schématiquement le couple créé par une impulsion de déblocage ayant la même polarité que l'impulsion motrice qui a amené le rotor dans la position où il s'est bloqué, entre les points D et E. Ce couple diminue pendant la rotation qu'il provoque en direction du point B et devient inférieur au couple de frottement représente par la courbe 3. Il pourrait donc arriver que cette impulsion ne débloque pas complètement le rotor. Par contre, le couple créé par une impulsion de déblocage ayant la polarité inverse de celle de l'impulsion motrice en réponse a laquelle le rotor s'est bloqué, qui est représenté schématiquement par la courbe 5, augmente pendant la rotation qu'il provoque en direction du point A. Cette impulsion provoque donc avec sécurité le déblocage.du rotor.

[0060] La figure 6 illustre un exemple de circuit de commande d'un moteur pas-à-pas selon l'invention, dans lequel la détection de la rotation ou de la non-rotation du rotor a lieu immédiatement après chaque impulsion motrice, comme dans le circuit qui est décrit dans le brevet US no 4,212,156 déjà cité. Les figures 7a et 7b montrent des signaux mesurés en quelques points du circuit de la figure 6 dans deux cas de fonctionnement de ce circuit. Chaque diagramme de ces figures 7a et 7b est désigné par la référence du point de la figure 6 où le signal qu'il représente est mesuré, et le diagramme désigné par la référence 11 représente la tension mesurée aux bornes de la bobine du moteur.

[0061] La bobine 11 du moteur est branchée de manière classique dans un pont formé par 4 transistors MOS 21 à 24.

[0062] Un oscillateur 34 est relié à l'entrée d'un diviseur de fréquence 51 dont les sorties 51a à 51e délivrent par exemple des signaux ayant respectivement des fréquences de 0,5 Hz, 1 Hz, 8 Hz, 16 Hz et 1'024 Hz. D'autres sorties, désignées ensembles par la référence 51f, délivrent des signaux ayant d'autres fréquences, qui ne seront pas détaillés ici.

[0063] Tous ces signaux sont appliqués aux entrées d'un circuit. de commande 52 qui comprend des portes, des flip-flops et des compteurs dont l'agencement est décrit en détail dans le brevet US no 4,212,156 déjà cité. Certaines de ces portes utilisent les signaux fournis notamment par les sorties 51f du diviseur 51 pour former des impulsions ayant diverses durées. Chaque fois que le signal à 1 Hz délivré par la sortie 51b du diviseur 51 passe à l'état "1", par exemple, le circuit 52 délivre une impulsion sur sa sortie 52a ou sur sa sortie 52b selon que la sortie 51a du diviseur 51 est à l'état "0" ou à l'état "1". Cette impulsion est sélectionnée parmi les impulsions de durées différentes mentionnées ci-dessus en fonction de l'état d'une entrée 52e du circuit 52. Cette entrée 52e est reliée à la sortie d'un circuit détecteur de la rotation du rotor qui sera décrit ci-dessous.

[0064] Chaque impulsion délivrée par la sortie 52a du circuit 52 est transmise aux grilles des transistors 21 et 23 par l'intermédiaire d'une porte OU 53. La bobine 11 reçoit donc une impulsion motrice qui provoque le passage, dans cette bobine 11, d'un courant dans le sens de la flèche 39. De même, chaque impulsion délivrée par la sortie 52b est transmise aux grilles des transistors 22 et 24 par l'intermédiaire d'une porte OU 54, ce qui provoque l'application à la bobine 11 d'une impulsion motrice ayant la polarité inverse de la précédente et le passage dans cette bobine 11 d'un courant dans le sens inverse de celui de la flèche 39.

[0065] Normalement, l'entrée 52e du circuit 52 est à l'état logique "0", et les impulsions délivrées par les sorties 52a ou 52b ont une durée faible, de 5,1 millisecondes par exemple. Lorsque le rotor ne termine pas correctement son pas en réponse à une impulsion motrice, la sortie du détecteur de rotation, et donc l'entrée 52e du circuit 52, passent à l'état "1" dix millisecondes environ après le début de cette impulsion motrice. Lorsque, après ce passage à l'état "1", la sortie 51c du diviseur 51 passe à l'état "1", c'est-à-dire 62,5 millisecondes après le début de l'impulsion motrice, la sortie 52a ou 52b qui a délivré la dernière impulsion délivre une nouvelle impulsion, d'une durée de, par exemple, 7,8 millisecondes. Cette impulsion, dite impulsion de rattrapage, est destinée à faire exécuter au rotor le pas qu'il vient de rater.

[0066] A partir de ce moment, et pour un temps prédéterminé, la durée des impulsions délivrées alternativement par les sorties 52a et 52b en réponse au passage à l'état "1" du signal à 1 Hz, est augmentée à, par exemple, 7,8 millisecondes. Si l'entrée 52e reste à l'état "0" pendant tout le temps prédéterminé, c'est-à-dire si le rotor a tourné correctement, la durée des impulsions délivrées par les sorties 52a et 52b est ramenée à 5,1 millisecondes.

[0067] Le circuit 52 comporte également deux sorties 52c et 52d qui délivrent chacune une impulsion chaque fois que la sortie 52a ou la sortie 52b délivre une impulsion normale. L'impulsion délivrée par la sortie 52c a une durée de dix millisecondes environ, et l'impulsion délivrée par la sortie 52d a une durée égale à celle des impulsions délivrées par la sortie 52a ou 52b.

[0068] Les bornes de la bobine 11 sont reliées aux entrées 55a et 55b d'un circuit 55, qui est également décrit dans le brevet US no 4,212,156. Ce circuit 55 comprend un circuit différenciateur et des portes de transmission commandées par le signal à 0,5 Hz qui est appliqué à une entrée 55c. Selon l'état de ce signal à 0,5 Hz, le circuit différenciateur est relié à l'une ou l'autre des bornes de la bobine 11. Ce circuit différenciateur est agencé de manière à fournir une impulsion à la sortie 55d chaque fois. que le courant dans la bobine 11 passe par un minimum.

[0069] Cette impulsion est appliquée à une première entrée d'une porte ET 56 dont une deuxième et une troisième entrée sont respectivement reliées à la sortie 52c et, par l'intermédiaire d'un inverseur 57, à la sortie 52d du circuit de commande 52. La sortie de la porte 56 est reliée à l'entrée d'horloge Cl d'un flip-flop 58 de type T.

[0070] La sortie Q du flip-flop 58 est reliée à une première entrée d'une porte ET 59 dont la deuxième entrée est reliée à la sortie 52c du circuit 52 par l'intermédiaire d'un inverseur 60.

[0071] La sortie de la porte 59 est reliée à l'entrée d'horloge Cl d'un flip-flop 61, également de type- T, dont la sortie Q est reliée à l'entrée 52e du circuit 52.

[0072] Les entrées R de remise à zéro des flip-flops 58 et 61 sont reliées à la sortie 51b du diviseur 51 par l'intermédiaire d'un inverseur 62.

[0073] Le circuit 55, les portes 56 et 59, les inverseurs 57 et 60 et les flip-flops 58 et 61 se retrouvent, avec d'autres références, dans le brevet US no 4,212,156, et forment un détecteur de rotation du rotor qui fonctionne de la manière suivante :

L'impulsion fournie normalement par la sortie 55d du circuit 55 pendant chaque impulsion motrice au moment où le courant dans la bobine 11 passe, de manière bien connue, par un minimum est bloquée par la porte 56 dont l'entrée reliée à l'inverseur 57 est à l'état "0" à ce moment.

[0074] Si le rotor termine correctement son pas, le courant induit dans la.bobine 11 par les oscillations qu'il exécute après la fin de l'impulsion motrice présente un minimum à un instant situé moins de dix millisecondes après le début de cette impulsion motrice. L'impulsion fournie à cet instant par la sortie 55d du circuit 55 passe par la porte 56 et fait basculer le flip-flop 58, dont la sortie Q passe à l'état "0". Cet état "0" bloque la porte 59. Le flip-flop 61, dont la sortie Q constitue la sortie du détecteur de rotation, ne peut donc pas basculer lorque la sortie 52c du circuit 52 passe à l'état "0" dix millisecondes environ après le début de l'impulsion motrice. L'entrée 52e du circuit 52 reste donc à l'état "0" avec les conséquences décrites ci-dessus. Ce cas est illustré par la figure 7a.

[0075] Si par contre le rotor ne tourne pas correctement en réponse à une impulsion motrice, à cause d'une charge mécanique trop.élevée, le minimum du courant induit dans la bobine 11 par les oscillations du rotor se produit plus de dix millisecondes après le début de l'impulsion motrice. Le flip-flop 58 est donc encore dans son état de repos au moment où la sortie 52c du circuit 52 repasse à l'état "0". Ce passage à l'état "0" provoque le basculement du flip-flop 61 par l'intermédiaire de l'inverseur 60 et de la porte 59. L'entrée 52e du circuit 52, qui est reliée à la sortie Q du flip-flop 61, passe donc à l'état "1", avec les conséquences décrites ci-dessus.

[0076] Cette situation se présente également dans le cas où le rotor reste bloqué dans une position telle que celle qui est représentée à la figure 2. Dans ce cas, la sortie 55d du circuit 55 ne produit pas d'impulsion, car le courant circulant dans la bobine 11 ne présente pas de minimum. Ce cas est illustré par la figure 7b.

[0077] Le flip-flop 58 ou le flip-flop 61 qui a basculé comme décrit ci-dessus est remis dans son état de repos par l'état "1" qui est appliqué à son entrée R par l'inverseur 62 lorsque le signal à 1 Hz repasse à l'état "0".

[0078] En plus de ces circuits, qui se retrouvent dans le brevet US no 4,212,156 avec d'autres références, le circuit de la figure 6 comporte une porte ET 71 ayant deux entrées reliées respectivement à la sortie Q du flip-flop 61 et à la sortie 51d du diviseur 51. La sortie de cette porte 71 est reliée à l'entrée d'horloge Cl d'un flip-flop 72, de type T. L'entrée d'horloge Cl d'un flip-fl-op 73, de type D, est reliée à la sortie 51e du diviseur 51, et son entrée D est reliée à la sortie Q du flip-flop 72. La sortie Q du flip-flop 73 est reliée aux premières entrées de deux portes ET 74 et 75. La sortie 51a du diviseur 51 est reliée à la deuxième entrée de la porte 74 et, par l'intermédiaire d'un inverseur 76, à la deuxième entrée de la porte 75. Les sorties de ces portes 74 et 75 sont reliées respectivement aux deuxièmes entrées des portes 53 et 54.

[0079] L'entrée R de remise à zéro du flip-flop 72 est reliée à la sortie d'une porte ET 77 dont une première entrée est reliée à la sortie du flip-flop 73 et dont une deuxième entrée est reliée à la sortie 51e du diviseur 51 par l'intermédiaire d'un inverseur 78.

[0080] Ces circuits forment un générateur d'impulsions qui joue le rôle du générateur 106 de la figure 4 et qui fonctionne de la manière suivante :

Si le rotor ne tourne pas correctement en réponse à une impulsion motrice, la sortie Q du flip-flop 61 passe a l'état "1" de la manière décrite ci-dessus, et la sortie de la porte 71 passe également à l'état "1" au moment où la sortie 51d passe elle-même à l'état "1", c'est-à-dire trente millisecondes environ après-le début de l'impulsion motrice. Le flip-flop 72 bascule donc à ce moment, et sa sortie Q passe à.l'état "1".

[0081] Lorsque l'entrée Cl du flip-flop 73 passe également à l'état "1" une demi-milliseconde environ plus tard, ce flip-flop 73 bascule également et sa sortie Q passe à l'état "1". Lorsque la sortie 51e du diviseur 51 repasse à l'état "0", une autre demi-milliseconde plus tard, l'entrée R de remise à zéro du flip-flop 72 passe à l'état "1", et sa sortie Q passe à l'état "0". Lorsque, encore une demi-milliseconde plus tard, la sortie 51e du diviseur 51 repasse à l'état "1", la sortie Q du flip-flop 73 .repasse à l'état "0". Cette sortie Q du flip-flop 73 délivre donc une impulsion d'une durée de une milliseconde environ qui commence trente millisecondes environ après le début de l'impulsion motrice. Cette impulsion correspond à l'impulsion 113 de la figure 5a.

[0082] Si la sortie 51a du diviseur 51 est à l'état "0", c'est-à-dire si c'est la sortie 52a du circuit de commande 52 qui a délivré l'impulsion en réponse à laquelle le rotor n'a pas tourné correctement, l'impulsion délivrée par la sortie Q du flip-flop 73 est transmise aux grilles des transistors 22 et 24 à travers les portes 75 et 54. Ce cas est illustré par la figure 7b.

[0083] Si au contraire la sortie 51a du diviseur 51 est à l'état "1", c'est-à-dire si c'est la sortie 52b du circuit de commande 52 qui a délivré l'impulsion en réponse à laquelle le rotor n'a pas tourné correctement, l'impulsion délivrée par la sortie Q du flip-flop 73 est transmise aux grilles des transistors 21 et 23 à travers les portes 74 et 53.

[0084] Dans les deux cas, cette impulsion délivrée par la sortie Q du flip-flop 73 provoque le passage dans la bobine 11 d'une impulsion de courant dans le sens inverse de celui de l'impulsion motrice qui n'a pas réussi à faire tourner le rotor correctement.

[0085] Si le rotor est resté bloqué dans une position intermédiaire en réponse à cette impulsion motrice, cette impulsion de une milliseconde environ provoque le déblocage du rotor et sa rotation dans le sens qui le ramème à sa position de départ. Lorsque, environ trente millisecondes plus tard, le circuit 52 délivre l'impulsion de rattrapage décrite ci-dessus, le rotor se trouve dans la position où cette impulsion de rattrapage provoque son avance d'un seul pas, avec sécurité.

[0086] La figure 8 illustre un autre exemple de circuit de commande d'un moteur pas-à-pas selon l'invention, dans lequel la détection de la rotation ou de la non-rotation du rotor en réponse à une impulsion motrice a lieu au début de l'impulsion motrice suivante, comme dans le brevet US no 4,300,223 déjà cité. La figure 9 montre des signaux mesurés en quelques points du circuit de la figure 8. Chaque diagramme de cette figure 9 est désigné par la référence du point de la figure 8 où le signal qu'il représente est mesuré, et le diagramme désigné par la référence 11 représente la tension aux bornes de la bobine du moteur.

[0087] Comme dans le cas de la figure 6, cette bobine 11 est branchée dans un pont formé par les quatre transistors MOS 21 à 24 identiques aux transistors portant les mêmes références dans la figure 6. Cependant, dans cette figure 8, les sources des transistors 23 et 24 sont reliées au pôle négatif de la source d'alimentation par l'intermédiaire d'une résistance de mesure 81.

[0088] Les sources des transistors 23 et 24 sont également reliées à une entrée 82a d'un circuit détecteur 82 qui comprend une source de tension de référence et un comparateur de tension dont l'agencement est décrit dans le brevet US no 4,300,223 déjà cité. Un circuit formateur 83 reçoit d'un circuit de base de temps formé d'un oscillateur 84 et d'un diviseur de fréquence 85 des signaux ayant diverses fréquences. Le diviseur de fréquence 85 délivre notamment sur ses sorties 85a, 85b et 85c des signaux ayant respectivement une fréquence de 1 Hz, 16 Hz, et 256 Hz. En outre, d'autres sorties désignées ensembles par la référence 85d délivrent des signaux ayant d'autres fréquences qui ne seront pas décrits ici.

[0089] Le circuit formateur 83 utilise ces divers signaux pour délivrer à sa sortie 83b une impulsion de durée prédéterminée en réponse à chaque passage à l'état logique "1" de la sortie 85a du diviseur 85. Chacune de ces impulsions fait basculer un flip-flop 86 de type T dont l'entrée d'horloge Cl est reliée à la sortie 83b du circuit 83. Les sorties Q et Q de ce flip-flop 86 prennent donc alternativement l'une l'état logique "0" et l'autre l'état logique "1" pendant une seconde.

[0090] Selon la sortie Q ou Q du flip-flop 86 qui passe à l'état "1", l'impulsion fournie par la sortie 83b du circuit 83 est transmise aux grilles des transistors 21 et 23 par l'intermédiaire d'une porte ET 87 et d'une porte OU 88, ou aux grilles des transistors 22 et 24 par l'intermédiaire d'une porte ET 89 et d'une porte OU 90. Un courant passe donc dans la bobine 11 dans le sens de la flèche 39 ou dans le sens inverse.

[0091] Le circuit 82 est agencé de manière à comparer la valeur de la tension de mesure qu'il reçoit de la résistance 81 sur son entrée 82a avec la valeur de la tension de référence, en réponse à un signal qu'il reçoit du circuit 83, par une liaison non représentée, environ deux millisecondes après le début de chaque impulsion motrice. Si la valeur de cette tension de mesure est inférieure à la valeur de la tension de référence à l'instant de comparaison, cela indique que le rotor du moteur a correctement tourné en réponse à l'impulsion motrice précédente. Le circuit 82 ne délivre alors pas de signal de détection au circuit 83, et ce dernier laisse alors l'impulsion qu'il délivre à sa sortie 83b se terminer normalement après avoir durée 5,1 millisecondes par exemple. Une telle impulsion est représentée à la figure 9 avec la référence 131.

[0092] Le circuit de commande de la figure 8 comporte également un générateur d'impulsions formé par deux flip-flops 91 et 92 de type T. L'entrée d'horloge C1 du flip-flop 91 est reliéè à la sortie 85a du diviseur de fréquence 85, et son entrée R de remise à zéro est reliée à la sortie 85b de ce diviseur 85. La.sortie Q de ce flip-flop 91 passe donc à l'état "0" chaque fois que la sortie 85a du diviseur 85 passe à l'état "1", c'est-à-dire au début de chaque impulsion motrice, et y reste environ 30 millisecondes, c'est-à-dire jusqu'à ce que la sortie 85b du diviseur 85 passe à l'état "1".

[0093] L'entrée d'horloge Cl du flip-flop 92 est reliée à la sortie Q du flip-flop 91, et son entrée R de remise à zéro est reliée à la sortie 85c du diviseur 85. La sortie Q de ce flip-flop 92 passe donc à l'état "1" environ trente millisecondes après le début de chaque impulsion motrice et reste environ deux millisecondes dans cet état.

[0094] Cette sortie Q du flip-flop 92 est reliée aux premières entrées de deux portes ET 93 et 94. Les deuxièmes entrées, des portes 93 et 94 sont reliées respectivement à la sortie Q et à la sortie Q du flip-flop 86. La sortie de la porte 93 est reliée à la deuxième entrée de la porte 90, et la sortie de la porte 94 est reliée à la deuxième entrée de la porte 88.

[0095] De cette manière, si la sortie Q du flip-flop 86 est à l'état "1", c'est-à-dire si la dernière impulsion motrice a été appliquée au moteur de manière que le courant dans la bobine 11 circule dans le sens de la flèche 39, l'impulsion de deux millisecondes fournie par la sortie Q du flip-flop 92 est transmise à la bobine 11 par les portes 93 et 90 sous la forme d'une impulsion de déblocage qui provoque le passage d'un courant dans le sens inverse de celui de la flèche 39. Au contraire, si la sortie Q du flip-flop 86 est à l'état "1", c'est-à-dire si la dernière impulsion motrice a été appliquée au moteur de manière que le courant dans la bobine 11 circule dans le sens inverse de la flèche 39, l'impulsion de deux millisecondes fournie par la sortie Q du flip-flop 92 est transmise . au moteur par les portes 94 et 88 sous la forme d'une impulsion d_E déblocage qui provoque le passage d'un courant dans le sens de la flèche 39.

[0096] L'impulsion de déblocage est donc toujours appliquée au moteur avec la polarité inverse de l'impulsion motrice précédente.

[0097] Dans le cas de la figure 9, l'impulsion de déblocage qui suit l'impulsion motrice 131 est désignée par la référence 132. On admettra pour la suite de cette description que le rotor est resté bloqué en réponse à cette impulsion motrice 131. L'impulsion de déblocage 132 le ramène donc à la position qu'il avait avant le début de cette impulsion 131.

[0098] Lorsque, une seconde plus tard, la sortie 85a du diviseur de fréquence 85 passe à l'état "1", le circuit formateur 83 commence à délivrer une impulsion. Celle-ci fait basculer le flip-flop 86, et une impulsion motrice, désignée par la référence 133, commence à être appliquée à la bobine 11. Cependant, comme le rotor du moteur ne se trouve pas dans la position qu'il devrait avoir, le courant dans la bobine 11 augmente trop rapidement.

[0099] Deux millisecondes environ après le début de l'impulsion motrice 133, le circuit détecteur 82 constate que la tension de mesure est supérieure à la tension de référence, et il délivre à sa sortie 82b un signal de détection désigné par la référence 134. Ce signal 134 provoque l'interruption de l'impulsion présente à la sortie 83b du circuit formateur 83, et donc l'interruption de l'impulsion motrice 133.

[0100] Le circuit formateur 83 délivre ensuite une impulsion 135 de, par exemple, 7,8 millisecondes de durée. Cette impulsion 135 provoque un nouveau basculement du flip-flop 86. La bobine 11 reçoit donc une impulsion de rattrapage 136 ayant une durée de 7,8 millisecondes et la même polarité que l'impulsion motrice 131 qui n'a pas réussi à faire tourner correctement le rotor.

[0101] Après cette impulsion 135, le circuit formateur délivre une nouvelle impulsion, désignée par 137, qui fait une nouvelle fois basculer le flip-flop 86 et provoque la formation d'une impulsion motrice 138 destinée à amener le rotor à la position qu'il aurait du prendre en réponse à l'impulsion motrice 133 si ce rotor avait tourné correctement en réponse à l'impulsion 131.

[0102] Comme dans le cas précédent, le générateur d'impulsions formé par les flip-flops 91 et 92 délivre ensuite une impulsion de deux millisecondes environ, désignée par la référence 139. Cette impulsion provoque la formation d'une impulsion de déblocage 140 qui, comme ci-dessus, a la polarité inverse de celle de l'impulsion motrice 138 immédiatement précédente. Cette impulsion de déblocage 140 n'a aucun effet si le rotor a tourné correctement en réponse à l'impulsion motrice 138. Par contre, si le rotor est resté bloqué dans une position intermédiaire en réponse à cette impulsion motrice 138, l'impulsion de déblocage 140 le ramène à sa position de départ. Le processus décrit ci-dessus recommence alors au début de l'impulsion motrice suivante, non représentée.

Revendications

1. Procédé de commande d'un moteur pas-à-pas ayant une bobine, un rotor couplé magnétiquement à la bobine et des moyens pour amener ou maintenir le rotor dans au moins une position de repos en l'absence de courant dans la bobine, consistant à appliquer à la bobine une impulsion motrice chaque fois que le rotor doit tourner d'un pas, à produire un signal de détection si le rotor n'a pas tourné correctement en réponse à l'impulsion motrice, et,â appliquer à la bobine une impulsion de rattrapage en réponse au signal de détection, caractérisé par le fait qu'il consiste en outre à appliquer à la bobine (11), au moins lorsque le signal de détection est produit, une impulsion de déblocage qui provoque la rotation du rotor (14) jusqu'à la position de repos si celui-ci a été bloqué dans une autre position.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'impulsion de déblocage est appliquée à la bobine (11) après chaque impulsion motrice.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'impulsion de déblocage est appliquée à la bobine (11) avec la polarité inverse de celle de l'impulsion motrice immédiatement précédente.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'impulsion de déblocage est appliquée à la bobine (11) en réponse au signal de détection.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il consiste à appliquer l'impulsion de déblocage à la bobine (11) avec la polarité inverse de celle de l'impulsion motrice immédiatement précédente.

6. Dispositif de commande d'un moteur pas-à-pas ayant une bobine, un rotor couplé magnétiquement à la bobine et des moyens pour amener ou maintenir le rotor dans au moins une position de repos en l'absence de courant dans la bobine, le dispositif comprenant des moyens pour appliquer à la bobine une impulsion motrice chaque fois que le rotor doit tourner d'un pas, des moyens pour produire un signal de détection si le rotor n'a pas tourné correctement en réponse à l'impulsion motrice, et des moyens pour appliquer à la bobine une impulsion de rattrapage en réponse au signal de détection, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens (72, 73, 74, 75; 91, 92, 93, 94) pour appliquer à la bobine (11), au moins lorsque le signal de détection est produit, une impulsion de déblocage qui provoque la rotation du rotor (14) jusqu'à la position de repos si celui-ci a été bloqué dans une autre position.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens pour appliquer l'impulsion de déblocage appliquent l'impulsion de déblocage à la bobine (11) après chaque impulsion motrice.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que chaque impulsion de déblocage est appliquée à la bobine (11) avec la polarité inverse de celle de l'impulsion motrice immédiatement précédente.

9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens pour appliquer l'impulsion de déblocage répondent au signal de détection pour appliquer l'impulsion de déblocage à la bobine (11).

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que chaque impulsion de déblocage est appliquée à la bobine (11) avec la polarité inverse de celle de l'impulsion motrice immédiatement précédente.

Dessins