Brevet FR2209244A1 — publié le 19740628

La présente invention concerne un dispositif de protection contre la démagnétisation des aimants inducteurs de moteurs à courant continu à excitation par aimants permanents. Fn particulier, l'invention concerne un dispositif de ce genre destiné à éviter la démagnétisation des aimants permanents qui constituent le stator de ces moteurs à courant continu, démagnétisation pouvant être due aux surintensités dans le circuit du rotor Il est connu en fait que le champ magnétique développé par le rotor ou l'induit d'un moteur à courant continu contient des composantes démagnétisantes qui s'opposent au champ magnétique du stator développé par les aimants permanents et qui, dans les conditions normales prévues par le constructeur, ne provoquent pas la démagnétisation des aimants permanents. l'invention concerne donc une disposition d'enroulements inducteurs auxiliaires connectés en série avec le circuit du rotor et dimensionnés de manière à introduire des composantes magnétiques qui s'opposent aux composantes démagnétisantes développées par le rotor en présence de surcharges électriques, de manière à éviter les inconvénients précités dans le cas d'une charge excessive des enroulements du rotor. D'autres caractéristiques de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre : Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple nullement limitatif - la Fig. 1 représenté schématiquement un moteur à courant continu à excitation par aimants permanents auxquels la présente invention peut s'appliquer - les Fig. 2a et 2b représentent un premier dispositif de protection selon l'invention, et - les Fig. 3a et 3b représentent un second dispositif selon l'invention et qui convient particulièrement aux moteurs qui peuvent fonctionner dans deux sens de rotation. les Fig. se rapportent particulièrement à un moteur avec un inducteur bipolaire, mais il est évident que la disposition selon l'invention s'applique aux moteurs comportant un nombre quelconque de paires de piles. Sur la Fig. 1, les zones désignées par A, B et C, D (affectées en fonction du sens de rotation du moteur et par conséquent, en fonction de l'orientation du champ du rotor) représentent les parties des aimants permanents qui sont les plus sujettes à un proces sus de démagnétisation en présence de valeurs trop élevées de 1'in- tensité du courant dans le rotor, compte tenu d'une configuration dans laquelle le champ du rotor se trouve en présence d'un couple puissant ou d'un état de blocage. le problème est particulièrement sérieux lorsque les moteurs de ce genre sont alimentés par un courant alternatif simplement redressé et où la commande de l'intensité du courant dans les enroulements du rotor est effectuée au moyen d'une commande de phase par des composants semi-conducteurs à conduction commandée pour déterminer des vitesses avec de grandes-variations dynamiques, par exemples dans les rapports de 1 à 15. En fait, le moteur est généralement réalisé pour développer, à la vitesse maximale de rotation du rotor, une force contre-électromotrice E voisine de la valeur de crête de la tension alternative redressée, la forme du rotor étant telle que dans ces conditions il présente une impédance pour laquelle le courant nécessaire pour développer le couple moteur voulu soit absorbé.Dans le cas où le moteur tourne à une vitesse réduite par suite d'un blocage du signal de la source de tension alternative pour une commande électronique de la vitesse au moyen de composants semi-conducteurs à conduction commandée (par exemple au 1/15 de la vitesse maximale à laquelle correspond une force contre-électromotrice égale à 1/15 de celle à la vitesse maximale) et en présence d'une alternance complète de la tension alternative due par exemple à un déblocage erronné d'un composant semi-conducteur ou à tout autre raison, un courant d'un intensité extrêmement élevée circule dans les enroulements du rotor, ce dont il résulte la production d'un champ démagnétisant les aimants permanents du moteur qui fournissent -le- champ d'excitation.Cela peut provoquer, mdme localement, une démagnétisation de ces aimants permanents, avec le dommage qui en résulte au moteur qui n'est plus alors capable de retrouver ses caractéristiques précédentes. Selon l'invention, il est prévu de disposer sur les aimants permanents qui développent le champ d'excitation du moteur, un enroulement traversé par le courant dans le rotor et qui est agencé de manière que le champ magnétique qu'il développe s'ajoute luimême au champ magnétique produit par les aimants permanents, en présence de ces surintensités du moteur qui pourraient autrement amener une démagnétisation partielle ou totale des aimants. les enroulements auxiliaires du stator sont dimensionnés de telle sorte quten présence du courant de rotor le plus élevé possible, le champ magnétique résultant auquel sont soumis les aimants permanents est dans tous les cas inférieur à celui capable de provoquer une démagnétisation partielle ou totale des aimants permanents. La Fig. 2a représente schématiquement un circuit selon un premier mode de réalisation de l'invention. La tension alternative ap- pliquée aux bornes A et B est redressée au moyen d'un circuit en pont de Graetz constitué par des diodes D1 et D2 et des composants semi-conducteurs SCB1 et SCR2 à conduction commandée par un circuit électronique de commande EC. le courant continu-à la sortie du circuit en pont circule dans les enroulements Si et S2 connectés en série l'un avec l'autre, et en série avec les enroulements du rotor RW (voir également Fig. 2b). Dans le cas d'une surintensité due à une raison ou une autre, le courant excessif qui passe dans le rotor traverse également les enroulements S1, 52 agencés de manière à renforcer le champ zagn6- tique statique développé par les éléments permanents du stator MN et MS et à éviter ainsi les effets de démagnétisation. lorsque dans un moteur du type décrit, il est souhaité inverser le sens de fonctionnement, il est nécessaire d'inverser la polarité de la tension appliquée aux balais du collecteur du rotor, mais sans inverser le sens du courant électrique dans les enroulements auxiliaires des stators S1 et S2. I1 est donc nécessaire en pratique de disposer de quatre conducteurs électriques à la sortie du moteur et de prévoir un dispositif de commutation pour choisir les sens appropriés des enroulements inducteurs et de l'enroulement du rotor. les Fig. 3a et 3b illustrent un second mode de réalisation du dispositif de protection, destiné à protéger les aimants permanents d'excitation d'un moteur à courant continu du type considéré, et modifié par rapport au premier mode de réalisation, en ce sens qutil n'est pas nécessaire de disposer de quatre conducteurs à la sortie du moteur. Ces Fig. représentent à titre d'exemple, deux paires d'aimants permanents. N et S subdivisés en deux aimants N1 et N2 de polarité N0rd', et deux aimants S1 et S2 de polarité "Sud". Dans un but de simplification, seul sera considéré l'enroule- ment de compensation ou de protection de l'aimant N subdivisé en deux piles Ni et N2, étant entendu que le même raisonnement stappli- que au second aimant S. :enroulement SS dans lequel circule le courant du rotor est subdivisé en deux enroulements SS1 et SS2 bobinés dans des sens opposés de manière qutun courant d'un sens donné qui circule dans l'ensemble de l'enroulement SS produise un flux magnétique qui s1 additionne ou se retranche du flux produit par les aimants permanents N1 ou N2.La somme ou la différence des flux magnétiques dans les aimants permanents N1 ou N2 dépend du sens de circulation du courant électrique et du sens de bobinage des enroulements SS1 et SS2 qui sont disposés de manière à-avoir un effet de renforcement du flux développé par celui des deux aimants permanents qui est soumis au champ démagnétisant de la part du rot or. le second aimant reçoit un flux démagnétisant, mais qui est compensé par l'effet magnétisant du second coté du rotor du moteur. I1 en est ainsi lorsque le rotor du moteur tourne dans un certain sens. lorsque la polarité du courant d'alimentation est inversée, la situation est également inversée ; l'aimant qui était soumis au flux magnétique de renforcement est maintenant soumis à un flux magnétique contraire compensé par les effets du rotor et en mEme temps, ltailnant qui était soumis à un flux magnétique contraire est maintenant soumis à un flux magnétique de renforcement qui s'oppose à l'action démagnétisante du rotor. Il faut remarquer à propos de l'invention, que les enroulements inducteurs auxiliaires considérés ne sont pas entièrement assimilables aux enroulements auxiliaires classiques connectés en série qui se rencontrent quelquefois dans des moteurs à courant continu excités autrement que par des aimants permanents.Selon l'invention, il s'agit d'enroulements avec des nombres d'ampèrestours réduits, calculés pour n'intervenir que dans des conditions de surcharge exceptionnelles qui peuvent produire les effets néfastes mentionnés ci-dessus. Pendant le fonctionnement normal du moteur, la composante magnétique développée par les enroulements auxiliaires est pratiquement négligeable en ce qui concerne le fonctionnement dn moteur. I1 faut remarquer en outre que selon le second mode de réalisation de l'invention, deux conducteurs de sortie seulement sont nécessaires et l'inversion du sens de rotation du moteur peut entre effectuée par une simple inversion de la polarité de la tension d'alimentation. Bien que deux modes particuliers de réalisation aient été décrits ci-dessus, il est bien entendu que de nombreuses modifications peuvent y être apportées en pratique sans sortir du cadre de l'invention. - REVENDICATIONS 1 - Dispositif de protection contre la démagnétisation des aimants inducteurs de moteurs à courant continu à excitation par aimants permanents, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif e-t un enroulement inducteur auxiliaire agencés de manière à produire dans au moins une partie des épanouissements polaires du stator, un champ magnétique continu contraire à la force magnétomotrice de démagnétisation développée par le rotor, ledit enroulement auxiliaire étant connecté en série avec le circuit du rotor dudit moteur. 2 - Dispositif de protection contre la démagnétisation des aimants inducteurs des moteurs à courant continu à excitation par aimants permanents, dispositif caractérisé en ce que les épanouissements polaires du stator associés aux aimants permanents sont subdivisés en deux demi-sections symétriques sur chacune desquelles est disposé un enroulement inducteur auxiliaire qui s'oppose à la force magnéto-motrice de démagnétisation développée par le rotor, lesdits enroulements auxiliaires étant agencés de manière à produire des champs magnétiques de polarités opposées sur chaque épanouissement polaire, le dispositif étant tel que chaque demi-section des épanouissements polaires produisent ledit champ qui s'oppose à- la force magnéto-motrice de démagnétisation développée par les rotors quel que soit le sens de rotation du moteur, ledit enroulement auxiliaire étant connecté en série avec le circuit du rotor dudit moteur 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits enroulements inducteurs auxiliaires sont calculés de manière à n'intervenir qu'en présence de surintensités dans le moteur suffisamment élevées pour endommager lesdits élements permanents. 4 - Moteur à courant continu à excitation par aimants permanents, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de protection contre la démagnétisation par les surintensités, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.