EP0281466A1 - Dispositif de motorisation d'un papillon rotatif - Google Patents

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EP0281466A1
EP0281466A1 EP88400405A EP88400405A EP0281466A1 EP 0281466 A1 EP0281466 A1 EP 0281466A1 EP 88400405 A EP88400405 A EP 88400405A EP 88400405 A EP88400405 A EP 88400405A EP 0281466 A1 EP0281466 A1 EP 0281466A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
sensor
actuator
rotor
notches
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP88400405A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gérard Herent
Benoît Hofferer
Paul Alex Romagny
Nicolas Wavre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SA
Original Assignee
Renault SA
Regie Nationale des Usines Renault
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SA, Regie Nationale des Usines Renault filed Critical Renault SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F02D2011/101—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the means for actuating the throttles
    • F02D2011/102—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the means for actuating the throttles at least one throttle being moved only by an electric actuator

Definitions

  • the present invention relates to a device for motorizing a throttle housed in a rotary housing, comprising a rotary electromagnetic actuator composed of a wound stator and a rotor secured directly to the butterfly, an electronic circuit connected to a sensor ensuring the control of the actuator.
  • the object of the present invention is to provide a motorized drive of a rotary throttle for a heat engine, offering great simplicity of assembly, devoid of collector or reducer and having low inertia and good dynamics.
  • the actuator used delivers a constant torque, independent of the position at an angle of 90 ° and proportional to the supply current.
  • the actuator has infinite resolution and therefore the accuracy of the angular positioning only depends on the resolution of the sensor.
  • the device is characterized in that the actuator comprises on the one hand a bipolar rotor composed of permanent magnets extending over an angle of up to 180 °, said magnets being with radial magnetization and on the other hand a bipolar stator and a single-phase winding housed in semi-closed notches of said stator, said windings being distributed over an angle ⁇ around the stator and that the sensor is an angular position sensor integral in rotation of the butterfly.
  • the actuator comprises on the one hand a bipolar rotor composed of permanent magnets extending over an angle of up to 180 °, said magnets being with radial magnetization and on the other hand a bipolar stator and a single-phase winding housed in semi-closed notches of said stator, said windings being distributed over an angle ⁇ around the stator and that the sensor is an angular position sensor integral in rotation of the butterfly.
  • the stator is provided with notches regularly distributed over its entire periphery, only the notches located inside the angle ⁇ being provided with winding.
  • the device comprises a rotary actuator 1 composed of a laminated stator 2 and a rotor 3.
  • the rotor is provided with a rotary shaft 81 secured to the butterfly 82 housed in a rotary housing 8, in particular of injection engine.
  • Led rotor 3 of bipolar type is constituted by radially magnetized sectors 31 and 32 (permanent magnets) forming a ring and maintained on a ferromagnetic core 33, for example by gluing.
  • the rotor can advantageously consist of a solid permanent magnet.
  • the bipolar stator has two poles 21 and 22 each extending over at least 90 ° and a series of semi-closed notches 24 intended to receive the single-phase winding 4, on the rest of the periphery.
  • Each of the notch feet has an opening (notch nose) 23 to minimize the effects of variable reluctance.
  • the pack 2 of sheets is twisted so as to cancel the parasitic effects of variable reluctance which could have remained.
  • the single-phase winding 4 which is housed in the notches is diametral.
  • the windings and the associated notches are distributed inside two opposite dihedrons whose angles ⁇ are acute.
  • stator 2 is provided with notches regularly distributed over the entire periphery, only the notches located inside the corner dihedrons ⁇ being provided with winding.
  • the angle ⁇ can take values as a function of the angle of movement which it is desired to obtain at constant torque or not.
  • the rotor axis is integral with an angular position sensor 5.
  • This sensor is of the potentiometer type or of the inductive (resolving) type.
  • the intensity and the direction of the current applied to the winding are controlled by an electronic control circuit 6 with closed loop controlled by a control signal 76 representative of the position of the accelerator pedal and by a signal given by the sensor 5 .
  • the electronic servo circuit has three servo loops including a current loop, a speed loop and a position loop, the assembly thus forming a variable gain amplifier.
  • the position signal supplied by the sensor 5 is filtered by a 2nd order filter 61 and then compared with a position reference signal 76 at 75.
  • the deviation signal 77 is injected into a position regulator 64.
  • the position signal of the sensor 5 is taken up by a differentiator 62 which supplies a derivative value as a function of time, then is filtered by a filter 63. It is processed by a speed regulator 65.
  • the signal ic which delivers the speed regulator 65 is sent to a circuit 66 giving a signal equal to the absolute value
  • the output signal of circuit 66 is compared with the current measurement signal
  • the deviation signal is sent to a current regulator 70.
  • a generator 69 provides a sawtooth signal which is sent to a comparator 71 with the output signal from regulator 70.
  • the elements 69, 70, 71 form a converter pulse width modulation (PWM converter).
  • the signal from the comparator 71 is sent to a power amplifier 74 (driver) which supplies the winding of the actuator.
  • the sign detector 72 controls combinatorial logic 73 which acts on the power amplifier 74.
  • FIG. 5 shows the variation of the torque C as a function of the angular position of the rotor.
  • the work area is delimited at around 90 °. In this area the torque is constant and proportional to the current.
  • the work area extends substantially from 45 ° to 135 °.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif d'entraînement motorisé d'un papillon logé rotatif dans un boîtier, comportant un actionneur électromagnétique rotatif (1) composé d'un stator bobiné (2) et d'un rotor (3) solidaire directement du papillon (82), un circuit électronique relié à un capteur (5) assurant la commande de l'actionneur, caractérisé par le fait que l'actionneur (1) comporte un stator bipolaire et un enroulement monophasé et un rotor bipolaire à aimants permanents à aimantation radiale et que le capteur (5) est un capteur de position angulaire solidaire en rotation du papillon.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de motorisation d'un papillon logé rotatif dans un boîtier, comportant un actionneur électromagnétique rotatif composé d'un stator bobiné et d'un rotor solidaire directement du papillon, un circuit électronique relié à un capteur assurant la commande de l'actionneur.
  • Il existe déjà des commandes de papillon motorisées pour les carburateurs. Ainsi, le brevet US 4 541 378 décrit une commande motorisée dans laquelle le papillon est accouplé à un moteur du type pas à pas commandé par un circuit de contrôle recevant les signaux d'un capteur de dépression. La précision du positionnement angulaire du papillon dépend de la longueur du pas.
  • La présente invention a pour objet de fournir un entraînement motorisé d'un papillon rotatif pour un moteur thermique, offrant une grande simplicité de montage, dépourvu de collecteur ou de réducteur et présentant une faible inertie et une bonne dynamique. L'actionneur utilisé délivre un couple constant, indépendant de la position sur un angle de 90° et proportionnel au courant d'alimentation. L'actionneur présente une résolution infinie et de ce fait la précision du positionnement angulaire ne dépend que de la résolution du capteur.
  • Conformément à l'invention, le dispositif est caractérisé par le fait que l'actionneur comporte d'une part un rotor bipolaire composé d'aiments permanents s'étendant sur un angle pouvant aller jusqu'à 180°, lesdits aimants étant à aimantation radiale et d'autre part un stator bipolaire et un enroulement monophasé logé dans des encoches semi-fermées dudit stator, lesdits enroulements étant répartis sur un angle β autour du stator et que le capteur est un capteur de position angulaire solidaire en rotation du papillon.
  • Selon une caractéristique, le stator est pourvu d'encoches régulièrement réparties sur toute sa périphérie, seules les encoches situées à l'intérieur de l'angle β étant munies de bobinage.
  • L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés, sur lesquels :
    • - la figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif ;
    • - la figure 2 est une vue axiale d'un mode de réalisation de l'actionneur électromagnétique ;
    • - la figure 3 est une vue extérieure de l'actionneur de la figure 1 ;
    • - la figure 4 est le schéma fonctionnel de l'unité de commande électronique assurant l'asservissement de l'actionneur ;
    • - la figure 5 est une schéma donnant le couple C développé par l'actionneur en fonction du déplacement angulaire α.
  • En se référant aux dessins, le dispositif comporte un actionneur rotatif 1 composé d'un stator feuilleté 2 et d'un rotor 3. Le rotor est muni d'un arbre rotatif 81 solidaire du papillon 82 logé rotatif dans un boîtier 8, notamment de moteur à injection.
  • Led rotor 3 de type bipolaire est constitué par des secteurs aimantés radialement 31 et 32 (aimants permanents) formant un anneau et maintenus sur un noyau ferromagnétique 33, par exemple par collage. Le rotor peut être avantageusement constitué d'un aimant permanent massif.
  • Le stator bipolaire présente deux pôles 21 et 22 s'étendant chacun sur au moins 90° et une série d'encoches semi-fermées 24 destinées à recevoir le bobinage monophasé 4, sur le reste de la périphérie. Chacun des pieds d'encoches présentent un épanouissement (nez d'encoche) 23 pour minimiser les effets de reluctance variable. Le paquet 2 de tôles est vrillé de manière à annuler les effets parasites de reluctance variable qui auraient pu subsister. Le bobinage monophasé 4 qui se loge dans les encoches est diamétral. Les enroulements et les encoches associées sont répartis à l'intérieur de deux dièdres opposés dont les angles β sont aigus.
  • En variante, le stator 2 est pourvu d'encoches régulièrement réparties sur toute la périphérie, seules les encoches situées à l'intérieur des dièdres d'angle β étant munies de bobinage. L'angle β peut prendre des valeurs fonction de l'angle de débattement que l'on souhaite obtenir à couple constant ou non.
  • L'axe du rotor est solidaire d'un capteur angulaire de position 5. Ce capteur est du type potentiomètre ou du type inductif (résolver).
  • L'intensité et le sens du courant appliqués au bobinage sont contrôlés par un circuit électronique d'asservissement 6 à boucle fermée piloté par un signal de commande 76 représentatif de la position de la pédale d'accélérateur et par un signal donné par le capteur 5.
  • Le circuit électronique d'asservissement comporte trois boucles d'asservissement dont une boucle de courant, une boucle de vitesse et une boucle de position, l'ensemble formant ainsi un amplificateur à gain variable.
  • Le signal de position fourni par le capteur 5 est filtré par un filtre de 2ème ordre 61 puis comparé à un signal de consigne de position 76 en 75. Le signal d'écart 77 est injecté dans un régulateur de position 64.
  • Le signal de position du capteur 5 est repris par un dérivateur 62 qui en fournit une valeur dérivée en fonction du temps puis est filtré par un filtre 63. Il est traité par un régulateur de vitesse 65.
  • Le signal ic qui délivre le régulateur de vitesse 65 est envoyé sur un circuit 66 donnant un signal égal à la valeur absolue | ic | et sur un circuit 72 de détection du signe du signal ic.
  • Le signal de sortie du circuit 66 est comparé au signal de mesure du courant | im | d'alimentation du bobinage. Le signal d'écart est envoyé à un régulateur de courant 70. Un générateur 69 fournit un signal en dents de scie qui est envoyé à un comparateur 71 avec le signal de sortie du régulateur 70. Les éléments 69, 70, 71 forment un convertisseur à modulation de largeur d'impulsion (convertisseur MLI). Le signal du comparateur 71 est envoyé à un amplificateur de puissance 74 (driver) qui alimente le bobinage de l'actionneur.
  • Le détecteur de signe 72 contrôle une logique combinatoire 73 qui agit sur l'amplificateur de puissance 74.
  • La figure 5 montre la variation du couple C en fonction de la position angulaire du rotor. La zone de travail est délimitée à environ 90°. Sur cette zone le couple est constant et proportionnel au courant. La zone de travail s'étend sensiblement de 45° à 135°.
  • Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de même envisager l'emploi de moyens équivalents.

Claims (4)

1) Dispositif d'entraînement motorisé d'un papillon (82) logé rotatif dans un boîtier (8), comportant un actionneur électromagnétique rotatif (1) composé d'un stator bobiné (2) et d'un rotor solidaire directement du papillon (82), un circuit électronique relié à un capteur (5) assurant la commande de l'actionneur, caractérisé par le fait que l'actionneur comporte d'une part un rotor bipolaire (3) composé d'aimants permanents (31, 32) s'étendant sur un angle pouvant aller jusqu'à 180°, lesdits aimants étant à aimantation radiale et d'autre part un stator bipolaire (2) et un enroulement monophasé (4) logé dans des encoches (24) semi-fermées dudit stator, lesdits enroulements étant répartis sur un angle β autour du stator et que le capteur (5) est un capteur de position angulaire solidaire en rotation du papillon.
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le stator (2) est pourvu d'encoches (24) régulièrement réparties sur toute sa périphérie, seules les encoches situées à l'intérieur de l'angle β étant munies de bobinage.
3) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le rotor est constitué d'un aimant permanent massif.
4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit électronique est un circuit d'asservissement à boucle fermée recevant un signal représentatif de la position de la pédale d'accélérateur et un signal donné par le capteur de position.
EP88400405A 1987-02-23 1988-02-23 Dispositif de motorisation d'un papillon rotatif Withdrawn EP0281466A1 (fr)

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