Brevet FR2055809A1 — publié le 19710430

La présente invention concerne un moteur éléctrique de pui -saner fonnissant un couple moteur élevé et un couple de lbocage important perméttant une cmmande comérique dirècte pour le trai -tement de l'information. Utilisé en générateur de tensimn il sert de pilote pour asservir des moteurs identiqes a des vitesses pro- -portionnelles entre ellea.son courant reduit de demarage lui per -met d'ètre un moteur de traction de véhicules éléctriques alimen -tés par batteries d'accumulateurs. les moteurs a courant continu traditionnels absorbent un conrant considérable suecéptible de détroire les batteries d'accuenulateure; lorsqu'ils démarent. Ils ne s'arretent pas instantané -ment lorsque l'on le déaire, ce qui les rand inaptes aleur atili -sation cor la programmation. Les meteurs pas arpas ne sont pas conque pour founir un couple moteur importaut cet un rendenent élevé Le moteur auivant l'invention done a la foie un coolle me -teur important on un couple de blceage élevé. le dispositif de commutation suivant l'invention permet au moteur de fouationner soit en pourenite, soit en marche pilotée. dans le cas de la mer -che enpoursuite, sa viteane est limitée par la grandeur du cou -ple résistant pour une tension d'alimentation donnée.Rans la marche pilotés l'avancement de chaque pas est commandé par des impulaions qui peuvent être, soit d'origine mécanique provenant de l'ouverture on de la fermeture de contact, soit d'origine éléctri -que, délivrées jpar des cellules photoéléctriques, manétoéléoturiques ou des impulsions éléctriques orées par un générateur de fréquen -Oea QU un moteur identique travaillant en génératenr. Dans en cas sa vitesse est synchronisée par cette commande extérieure si la tension d'alimentation est supérieure a la forcs contreéléctromo -trice induite dans les bobinages a cette vitesse de rotation. la vitesse du moteur croit jusqu'a atteindre cette vitesse de synchronisation. Ce moteur pont @tre téléconmandé a distance par un dispositif de controle a basse puissance. . La dispositif éléatronique lui permet de fournir un couple noteur indépendant de la vitessm si la tonsion d'alimentation est auffieants. . Le motour jpent fonotionner en moteur zynchrone si il gliest alimenté par une tension altoruative triphasée ou diphasée sui -vant le made de gronpement des pôles qui a été adopté, ainsi le moteur de la figure 8 marchera avse une tension triphasés alors que le moteur de la figure 5 marchera avec une tension diphasée. . Avec une tansion d'alimentation alternative il est nécéssaire, soit de lanner le motonr a la vitesse de synchrouisation si son inortie cet trop grande pour qu'ilprenne ceul ectte vitesse : il est posmible de lai adjoindre un dispositif auxilisire, éléctro -nique par eremple. éffectuant une commstation saéquats de la ten -sion d'alimentation int permettant d'angnentes se vitesse jusqu' a celle coraspondent a l'accrochage, Le moteur marche clore en saynchronz-aynchromisé. . Le motmur objet de l'invention sat conetitué d'un rotor et d'un stator et d'un dispositif de commutation. les pôles magnéti -quen du rotor et du stator nont des éléctoaimants on des simants permanants construits avec des matériaux magnétiques, fer, fonte. asier, férrites, tiennal, on agglenérats magnétiques, Les pôles som -mutés mont des éléctro-aimants Ce moteur est réalisé par un ascmblage de cellules compre -nant chacunes un élément moteur et un elérant de verrouillage. Cas cellules sont coastituées par des pôles magnétiques répartis sur le retor ot eur le stater de façon talle qu'a la fin de chaque pas an pôle magnétique B soit placé antre deux pêles magnétiques de polarités différents l'une de l'autre, (pôles 3 et 4 de la fign -re I) . il en résulte un effat pronnlsif. Cet élément moteur est associé a l'élément dje blecage, dont l'effet de vérrouillage est obtens par lamiss en vis a vis de deux pôles de pelarité différen -tes a la fin de chaque pasi pôles 2 et A de la figure I et aussi pôles 5 et C de la figure 2 ). Chaque cellule peut comporter un ou plusieurs éléments moteur ou elements de verrouillage selon l'impor -tance relative des couples moteur et de celui de blocage que l'on désire obtenir.A la fin de chaque pas, la commutation éléctronique peut soit assurer la poursuite de la marche du moteur. soit arrèter et vérroniller le moteur apr ce pas suivant le choix qui été fait. Pour éffoctuer ce vérrouillage, elle supprime l'alimentation des pôles de l'élément moteur (pôles 3 et 4) en maintenant l'alimanta -tion qui stait appliquée sur les pôles de l'élément de blocage (pôles 2 et A. 5 et C). Par ce vorronillage il en résulte un arret immédiat du moteur dans cette position et a ce pas. Pour assurer la poursuite de la marche, la commutation maintient 1 alimentation de l'ensemble des trois pales moteurs ,4 et B et inverse le sens de l'alimentation de l'un des pales de blocage lorsque ces pôles arrivent exactement en face l'un de l'autre. Il en résulte que les p81es de blocage prennent un effet propulsif apres sette commntetion et la marche se poursait, tous les pôles fosrnissant un conple moteur. Les figures 1 et 2 représentant la polarité des pôles avant la commutation et les figures 5 It 4 repressntentent respectivement ces pôles apres commutation. Par la commutation. chacun des pôles prennent succéssivement un role moteur et un role de vérrouillage. La totalité des pôles partioipent au couple moteur, dans l'exemple ci-dessus la moitié des pôles a un effet de verrouillage, Cette commutation peut Stre aoit un distributeur mecanique utilisant des balais,soit des relais,soit un en -semble éléctronique. Dans ce cas d'une commutation éléctronique, le rotor entraine un dispositif capable de fournir un impulsion de tension éléctrique de basse puisanas,provenant soit d'un contact, soit d'une déllule photoéléctrique, soit d'une céllule magnétoéléc -trique lorsque le rotor arrive en fin de pas.Cette impulsion est destinée a commander le dispositif de commutation éléctronique qui doit inverser l'alimentation des pôles de blocage loraque ceux-ci arrivent juste en face des pôles magnétiques de polarité opposée Plusieurs types de réslisatioes sont possibles selon la loi de groupement des pôles motenr et des pôles de blcoage des différentes céllules que l'on pourra adopter, et anssi selon la disposition. par rapport a l'axe, Ainsi les pôles moteur de toutes les céllules peu -vent être groupés ensemble et de même seront groupés ensemble tousles pôles de blocage de tontes les céllules, chacun d'eux êtant éloi -gné des pôles de sa céllule. Le groupement des pôles moteur et das pôles de blocage pout n'être que partiel ou total. Au centraire les pôles moteur et les pôles de blocage d'une même céllule peuvant être rassemblés de façon mitoyen -ne. La répartition des pôles moteur et de blocage est alors alter -nés. Les pôles commutés penvent être placés, soit sur le rotor, soit sar le stator. La commutation des pôles de stater est plus façile Les pôles du stator et cour du roter pouvant être placés dans un même plan sur des rayons concentriques passent par l'arnisoit montés en tambour, soit placés en ligne pour conatituer un moteur linéaire, soit montés perpendicnlairement sur des oulasses magné -tiques constituée de disques plaqés normalement a l'axe de rotation . - L'are des pôles et l'axe de rotation sont parelléles. on réalise dans ce cas un moteur plan qui peut comporter soit un seul rotor et un seul stator, soit deux rotors et deux statore placés symétri -quement par rapport a un plan médiant normal a l'axe. La loi de distribution de la commutation doit s'adapter a cha -cun de ces cas de réalisation, elle dépend du mede de groupement des pôles moteur et des pôles de blocage des différentes céllules adopté sur le moteur. Nous n'alyserens enalg@@@@@ @@@ que trois exemples qui ne sont pas limitatifs. Ler caz- Tous les pôles mnteur sont rassentlée encambles et branchée en nérie, ile sont séparés des pôles de blosage, eux même groupée enaemble et branchés en série. Ceci part se réaliser par exemple avec un moteur plan symétrique comportant deux rotors et deux statore identiques ayant le même nombre de pêles sud et nord alternés. A la fin de chaque pas de rang pair, le stator A de l'un des cotés est en position dje blocage alors que le stator B de l' antre coté est en position motrice, Alors qu'a la fin de chaque pas de rang impair A sera moteur et B sera en poêition de verroui -llage. Ce résultat sera obtenu par un décalage de l'angle d'un demi pôles aménagé soit entre les deux rotors si le calage des sta -tore est identique, soit entre les deux stators si les deux rotors ont le même salage.Danr ce premier cas la commutation inverse al -ternativement la polrité des bobinages de l'un des etators a cha -que fin de pas (figare 7)., Le roter pout être réalisé avec un erce un nombre de pôles infériour a calat du stator. Un tel moteur pourra être alimonté par une tension diphasse. 2en. cas- Groupement partiel des pôles moteur et des pôles du blocage. Nous jprendrons conne exemple un moteur constitué d'une auite du pôles nord et and altornde. Ze stator peut être réalisé par une smite de pôles nord et Sud alternés. ces pôles sont ras -semblés pour constituer des groupes alternativement propulseurs et bloquant, ; sépares entre eux par un décalage angulaire d'un demi pôle. Les bobinages de même groupe sont montés an série entre aux et avec ceux des groupes identiques. La commutation inverse alterna -tivement la polerité de ces deux ensemble de bobinages. Nous avons choisis comme exemple non limitatif un rotor de dix-huit pôles sud et nord alternés, et un stator de seize pôles rassemmblée par grou -par de quatre pôles que noms arons roprocpntés de façon développée linéairament sur les figures 5 et 6.Les figures 5 et 6 représen -tent la polarité magnétique des greupes de pôles respéctivement aurant et apres la commutation. La dispositif de commutation éléctro -nique nécéssaire a ce cas est représenté figure 7. Un tel moteur peut être alimanté par une tenaion altennative di -phasée. 3en. can. - Les pôles moteur et les pôles de bloeage sont adjac -ants et alternés sur le stator. Dans l'exemple cheisis représenté figure 8, le retor comporte seize pôles équidistants alternés nord et sud. le stator est réalié -isé avec vingt-quatre pôles équidistants qui sont commutés. Bans cet exemple non limitatif nous arens papresenté sur la figure 8 les pôles du stator et les pôles du rotor de façon conçentrique arec des diamètres différente, la polarité indiquée sur la partie centrale de chaque pôle est celle existant a la fin du pas avant la commntation. la polaxité indiquée sur le diamètre extérieur est celle obtenu au temps t@dt apres la commutation. Fans ce cas la commutation inverse un pôle sur trois a la tin de abaque pas suivant la loi ci-dessous rang T 2 ;; 4 5 drmpalsion " LL-- f . B ; D? 1 i B PI ff' I T L s tribu t D T1 -IB al -tear - - -L I 'L P3 qrl I (n,DT? I DrG 6 II Q jbc ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 62 G )Gir r Drr DrHf PO +7 ~ > I I { iE ~ tIs --4S 63 1 1I]r I G G 3-54 ] 1 S &verbar; S &verbar; Sil I N PogIa-r ,19 1 S S s - ss LEGENDE : Pour les distributeurs F (T : travail. - B : bloqué.) Pour lea inverseurs G , Dr représente le coté droit des bistables lorsque ce coté devient conducteur apres commutation, G:represente le coté gauche lorqu'il devient conducteur. La modi - fication apportée par le commation est représentée parhne fiéce -che/. Les hobinages corespondants respèctivement a tous les pôles I, et 3 des différentes céllules sont branchés en série, cons -tituant trois groupes de bobinages commutés altrenativement. Cette Ici de commutation est obtenue avec le dispositf éléctronique re -présenté figure 9 , Un tel moteur peut être alimenté par une ten -sion alternative triphasée. La commutation éléctronique est composée de deux parties. La première assure I'invresion de polarité de l'alimentation sur les bobinages du moteur. Elle est réalisée a l'aide de transistors de paissance ou de thyristors pilotes par le dispositf de distribu -tion éléetronique. Celui-ci permet au moteur fe fonctionner soit ou pourauite, sait un commande pilotée par l'extéieur. Cette com araude pout être l'ouvorture on la formature d'un contant en une impulsion éléctrique. Ce dispositif de distribution éléctronique comports deoz bistables DI et DE plasés a l'entrés, travaillant en mémoirs.L'un est commandé par l'information venant du dietri- -buteur B2 solidaie du rotor, l'antre est basoulé par le signal BI venant de le'xtérieur. les signaux appliquée s ces bistables sont mis en forme par les trigers GI et G2. Ces mémoires permet -tent le choix entre la pousuite de La marche et l'arret au pas choisis. Une porte ET "E" est ouverte lorsque les deux bistables DI et D2 ont basculés. Cette porte ET envoie une impulsion de sortie et procède a la remise a zäro des mémoires DI et D2 lorsque le rotor arrive en fin de pas, si l'impuleion d'entrée venant de BI a été mise en méjmoire par DI. L'impulsion de sertis de "E" bas -cola l'un des bietables du distributeur F ou G. Dans le cas de la distribution altérnée de trois bobinages. celle gui est réalisée figure 9, pour le moteur de la figure 8. Ce dis -tributeur comporte trois bietables F1,F2,F3 couplés en anneau ; ces bistables sont polarisés au cut-off et la tension d'impulsion de "E" n'est pas d'une amplitade suffisante pour les faire basou -ler. Cette tension de polarisation est annulée sur l'un des bis -tables par une tension envoyée par le bistable qui le précède dans le montage en anneau. lorsque ce bistable précédent a basculé en positionne travail, Ainsi, a l'impulsion suivante venant de "E" , le bistable dépolarisé pourra basculer. Lors de som basculement en position de travail, il envoie une impulsion au bis table qui le précède pour le faire basculer et lui faire reprendre sa posi- -tion de repos, Il envoie aussi une tension d'éffacement de pola -risation au bistable mitoyen qui le snit dans le montage en -sau. Dans sa position de travial il commande le bistable "G" dont le basculement pilote les memi-conducteurs de puissance qui lui sont associés. Les bistables G1,G2,G3 commendent les sami-conduoteurs de pois -sanoe de façon talle que les pies soient de polarité lord lors -que l'élément de drcite de ces bistables conduit, alors que la polarité sera Sud lorsque l'élément de gauche conduira, Dans le cas du groupement total ou partiel des pôles moteur et des pôles de blocage, corespondant aux figures 5 et 6, le même die -positif de mémoires D I et D2, ainsi que la porte Et "E" sont uti -lisés pour la commutation, Le montage en diffère oomme indiqué figure 7. Ioi la porte ET "E" commande un bistable inverseur "K" qui controle deux bistables G4 et G5 dont les quatre sortise oom -mandent l'inversion de l'alimentation des deux groupes de bobinages des pôles moteur et des pôles de blocage. Les bistables G1,G2,G3 d'une part et G4,G5 d'autre part peuvent être conplés en anneau pour affectuer la commutation alternée des pôles. La marche du moteur a couple constant indépandemment de la vitesse est obtenue par la mise en série dans le circuit d'alimen- -tation d'une force contre éléctromotrios dont la valeur est réglés par un servomoteur pour obtenir un courant d'alimentation constant. Cette forcs contre éléctromotice set prélevée sur la diagonal d'un pont de Weaston déséquilibré.Ce pont est consti -tué d'éléments non linéaire mentés dans les branches du sont, Ces éléments non linéaire sont controlés par le servomoteur com -portant un détésteur d'écart par rapport a un courant de réfé- -renoe et un amplificateur, ta tension de déséquilibre du pont est introduite dans le circuit par un transformateur après décou- -page éléotronique de ostte tensiont Le découpeur éléotronique pilote le démodulateur plaué a la sortie du transformateur, pour que la tension de controle redevienne continne. L'energie éléctomagnétique emmagasinée dans les pôles serait pardue a chaque commutation, il en résulterit une diminution du rendement du moteur. ainsi que des sur tensions capables de détui- -r. les semi-conducteurs. On peut y remédier en récupérant grener. -gie éléctromagnétique, soit avec des condensateurs et des diodes ,aoit par voie magnétique, La réoupération par voie magnétique est obtenus en bobinant un enroulement secondaire sur chaque pôles. Â chaque fin de pas.une commutations auxiliaire couple le secondaire de la bobine qui est coupée avec les sacondaires des sutres pôles. La tension d'extra rupturs indoits dans le macondaire du pôle coupé débits un cou -rant dans les antres secondaires, dont les pôles sont en jphase motrice a ce moment, il en réeulte un accroissement du couple éléctromanétique créé par ces pôles. L'énergie éléctromagnétique a été récupérée par sa conversion en énérgie éléctemécanique.La surtension d'extra rupture est réduite d'amplitude par son débit dans les bobines secondaires. le bobinage du pôle se comportant comme le primaire d'un transformateur dont le secondaire serait en court circuit, les résultats identiques peuvent Stre obtenus avec le montage de la figure 10 utilisant des condensatemrs et des - dipodes montes en pont les condensateurs travaillent ici en con- tie batterie pour éviter que les diodes court-circuitant la ten -sion d'alimentation et les bobinages.Ils constituent un cout oircuit de la sur tension d 'extra rupture dont ils limitent l' amplitude. Le moteur objet de l'invention peut être utilisé a la place des réducteurs mécanique a engrenages il trouve Son-application pour l'entraînement des poupées etdes vis mères des machines ontils. partionlièrement lorsque celles-ci sent a commande numé -rique. la commande au motaur par des impulsions rermet une pro -grammation directe, de qui supprime les armoires de traitement de l'information qui sont habituellement nécéssaire. Ce mateur pou -vant s'arrèter apres un nombre de pas préaffiché, convient pour le traitement de l'information et le téléaffichage. Son couple de blo -cage important et ses facilités de programmation en font le moteur idéal des presses a injection de matiére plastique. Cette proprié.- -té luipermet d'être utilisé comme moteur de edcurité pour les as -censeur, Son couple moteur élevé et la valeur réduite de son con- -rant de damarage permet de l'utiliser pour la traction de vehicu- -les éléctriques, sans risquer la destruction des batteries d'ac- -cumulateurs d'alimentation par un appel de courant considérable, Lorque l'on le fait fonctionner en genérateur,il ae pilote a des moteurs identiques poru que ceux-ci marchaut e des sitesses choisis différentes mais proportionnelles et synchrones les unes au autres, R E V E N DI C A T I O N S MOTEOR ELEOTRIQUE PAS APPAS DE PUTSSANCE 1- Constitué par dos séllules couprenant des pôles magnétiques moteur associés a des pôles magnétiques de blocage, la commutation de ces derniers efféctnée en fin de pas, transforme leur couple de blocage en couple moteur lorsque l'on ne désire pas vérrouiller le moteur sur le pas considéré. 2- Dispositif selon la revendication I Les pôles moteur peuvent tre groupes ensemble et les pôles de blocage peuvent être anssi groupés ansemble et cela, soit tota -lement, soit partiellement. Les pôles moteur et les pôles de blo -cage pauvent être imbriqués et adjacents. 3- Dispositif selon la revendication I La commutation éléctronique permet au choix. soit une marche en poursuite. soit une narche pilotés par des impulsions extérieures . soit l'arret sur un pae choisis. 4- Dispositif selon les revendications I et 3 La commutation éléctronique comporte des dispositifs de mémoire qui peuvent Stre des bis tables qat permèttent le ohoix entre la la poursuite de la marche et l'armet au pas choisis, 5- Dispositif selon la revendication 3 Distributeur éléctronique invers eur pour commander la commutation des pôles. 6- Dispositif selon les revendications 3 et 4 Distributeur éléctronique commandant la commutation alternée a trois groupes ou a deux roupies de bobinages 7- Dispositif salon les revendications 3,4,5 et 6 Dispositif éléctronique assurant une marche a couple constant in -dépendant de la vitesse, 8- Dispositif selon les revendications 2,3,4,5 et 6 Marche du moteur alimenté par une tension alternative diphasée triphasée, 9- Dispositif selon les revendications 1,2,3,5 et 6 Récupération de l'énergie éléctromagnétique et réduction des surétensions d'extrarupture par voie magnétique. IO- Dispositif selon les revendications 1,2,3,5 et 6 Récupération de l'énergie éléstromagnétique et réduction des sur -tensions d'extra-rupture par condensateurs et diodes,