Brevet FR2262882A1 — publié le 19750926

La présente invention concerne un moteur à courant continu sans balais du type comportant un stator muni d'au moins deux pièces polaires magnétiques, un rotor présentant, au moins, deux enroulements, un circuit de commutation électronique monté sur le rotor et inséré entre chaque enroulement dudit rotor et une source de courant continu, un élément récepteur de rayonnement pour chaque enroulement monté sur le rotor et qui commande le circuit de commutation correspondant, et une source de rayonnement montée fixe par rapport audit stator et qui envoie un faisceau de rayonnement sur une partie limitée de la course desdits éléments récepteurs. Daps les moteurs connus de ce type, on utilise pour produire des impulsions pour la commande du circuit commutateur fixé sur le totor des rayonnements électromagnétiques produisant des impulsions par induction dans un enroulement auxiliaire formant l'élément récepteur. Un tel moteur est par exemple décrit dans la demande de brevet allemand publiée sous le numéro 1 265 277. Dans un autre moteur connu décrit par exemple dans la première addition n" 92 404 au brevet français 1 540 812, le rayonnement utilisé est un rayonnement de lumière produit par une source de lumière et envoyé sur un élément récepteur photosensible commandant le circuit de commutation constitué par un transistor de puissance. Ces moteurs connus présentent plusieurs inconvénients et soit ils sont d'une construction complexe et conteuse, soit ils ne permettent pas de faire varier leur puissance et sont ainsi d'un rendement peu avantageux. De plus, ils nécessitent pour chaque sens de rotation un enroulement séparé ce qui complique leur structure et augmente considérablement leur cotit de far brication. La présente invention a pour objet de concevoir un moteur à courant continu dudit type d'une construction simple peu conteuse et qui permet de remédier auxdits inconvénients des moteurs connus. Dans le moteur selon l'invention, lesdits éléments récepteurs sont constitués par une série d'éléments séparés disposés suivant un arc de cercle sur un disque calé sur 1' arbre dudit rotor, ladite source de rayonnement étant constituée par une série d'éléments émetteurs séparés disposés suivant un arc de cercle sur un autre disque monté fou sur l'arbre du rotor à une distance prédéterminée du premier dit disque, les arcs de cercles suivant lesquels sont disposées lesdites séries d'éléments récepteurs et émetteurs présentant sensiblement le même rayon de sorte que, lorsque les éléments récepteurs passent dans les faisceaux des éléments émetteurs, ils produisent un signal de commande actionnant les circuits de mutation correspondants pour fermer le circuit d'alimentation des enroulements du rotor.De préférence, le moteur selon l'invention comporte des moyens de commutation permettant de mettre en circuit ou d'actionner sélectivement un ou plusieurs desdits éléments émetteurs. On obtient ainsi un moteur d'une construction très simple et compact dans lequel l'émission et la réception du rayonnement peuvent être réalisées d'une manière quasi ponctuelle ce qui permet de régler la puissance du moteur avec précision suivant chaque application pour ainsi éviter toute surcharge et toute perte d'énergie. Ce réglage est d'une extrême souplesse et peut être réalisé à l'aide d'un simple commutateur électrique permettant de mettre en circuit un nombre plus ou moins important d'éléments émetteurs et ainsi de déterminer l'angle sur lequel est alimenté chaque enroulement.Ceci permet de réaliser un démarrage très progressif du moteur Suivant un mode de réalisation préféré, le moteur selon l'invention comporte une deuxième série d'éléments émetteurs et une deuxième série d'éléments récepteurs disposés suivant des arcs de cercle correspondants sur lesdits disques fixe et mobile respectivement, et pour chaque enroulement du rotor un deuxième circuit de commutation actionné par un élément de ladite deuxième me série d'éléments récepteurs et qui commande une alimentation inversée de l'enroulement correspondant. Dans ce cas, le moteur selon l'invention comporte des moyens de commutation permettant de mettre en circuit ou d'actionner sélectivement un ou plusieurs des éléments de ladite deuxième série d'éléments émetteurs. Ce moteur comporte ainsi un même enroulement pour ses deux sens de marche, ce qui permet de réaliser une réduction considérable du coût de fabrication du rotor portant les enroulements. La commande du circuit de commutation du moteur selon l'invention peut être assurée par un rayonnement quelconque, par exemple par rayonnement magnétique, c'est-à-dire par induction, en utilisant d'une manière connue des éléments émetteurs et récepteurs convenables. De préférence, le circuit de commutation est commandé par des faisceaux de lumière et dans ce cas lesdits éléments émetteurs sont des diodes luminescentes et lesdits éléments récepteurs des photodiodes0 Ces diodes sont d'un fonctionnement très str et leur consommation de courant électrique est extrèmement faible. Pqur différencier les couples émetteur-récepteur pour les deux sens de marche du moteur, les deux séries d'éléments récepteurs et les deux séries d'éléments émetteurs sont disposées sur des arcs de cercle diamétralement opposés de rayons différents et qui couvrent de préférence 1800. De plus, selon l'invention, ledit premier circuit commutateur comporte deux transistors insérés par leur trajets émetteur-collecteur dans chacune des lignes d'alimentation de l'en- roulement à commander et dont les bases sont reliées à l'élément récepteur correspondant de ladite première série d'éléments récepteurs de sorte que lorsque ce dernier fournit un signal de commande, les deux transistors sont débloqués et l'enroulement mis en circuit Jusqu'à ce que 1 1élément récepteur ne fournisse plus de signal de commande, ledit second circuit commutateur comprenant une deuxième paire de transistors montés par leur trajet émetteur-collecteur également dans les lignes d'alimentation du ci meme enroulement, mais en branchant celui-dans le sens inverses les bases de ces transistors étant reliées à l'élément récepteur correspondant de ladite deuxième série de récepteurs de sorte que lorsque ce dernier fournit un signal de commande, les transistors sont débloqués et l'enroulement est alimenté dans le sens inverse. Suivant un mode de réalisation préferé encore plus simple,le premier circuit commutateur comporte un transistor insére par son trajet émetteur-collecteur entre la première borne de ltenroulement et la borne positive de 11 alimentation de courant continu, le deuxième circuit commutateur comportant un transistor inséré par son trajet émetteur-collecteur entre cette même première borne de l'enroulement et la borne d'alimentation négative, 1' autre borne de l'enroulement étant reliée à une borne d'alimentation neutre et les bases des deux transistors étant reliées à la sortie d'un amplificateur de courant continu dont les lignes d'entrée comprennent l'une un élément récepteur de ladite première série et l'autre un élément récepteur de ladite deuxième série de sorte que l'excitation de l'un ou l'autre éld- ment récepteur se traduit par le déblocage de l'un ou l'autre transistor. Enfin, suivant l'invention les différents circuits de commutation sont montés sur un disque calé sur l'arbre du rotor et disposé derrière ledit disque portant lesdits éléments récepteurs. On assure ainsi un montage facile économique et un refroidissement convenable des différents circuits. D'autres réalisations et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, et en se référant aux dessins annexés montrant plusieurs modes de réalisation préférés du moteur selon 11 invention0 Sur ces dessins Fig. 1 est une vue schématique d'un moteur selon l'invention, Fig. 2 est une vue en coupe axiale schématique du rotor et des moyens de commutation d'un mode de réalisation préféré du moteur selon l'invention, Fig. 3 montre le schéma des connexions électriques du circuit de commutation d'un enroulement du moteur selon l'invention, Fig. 4 montre le schéma des connexions électriques d'un autre mode de réalisation du circuit de commutation représenté à la figure 3, Fig. 5 montre un mode de réalisation préféré de l'alimentation électrique des diodes émettrices du moteur selon l'invention. Le moteur selon l'invention comporte, d'une manière connue, un stator 1 dont on voit à la figure 1 deux pièces polaires opposées N et S, et un rotor 2 comprenant une série d'enroulements logés par exemple dans des encoches 3 pratiquées dans le corps du rotor 2 (figure 2). A la figure 1 n'est représenté qu'un seul enroulement 4 tandis qu'à la figure 2, on voit par exempledeux enroulements 4 et 5. Les enroulements du rotor sont alimentés par une source de courant continu 6 et par l'intermé- diaire d'un circuit de commutation 7 assurant une alimentation de l'enroulement 4 sur une distance angulaire prédéterminée de chaque rotation du rotor 2. Cette alimentation peut être assurée d'une manière connue par des conducteurs traversant l'arbre creux du rotor.Le circuit de commutation 7 de chaque enroulement est commandé par des moyens capteurs actionnés à distance par un faisceau de rayonnement notamment un faisceau de lumière. Dans le mode de réalisation préféré du moteur selon l'invention représenté aux figures 1 et 2i, les moyens capteurs sont constitués par une série de photodiodes 8 dispesées suivant un arc de cercle sur un disque 9 calé sur 11 arbre 10 du rotor et qui est ainsi entrainé en rotation avec ce dernier; les photodiodes 8 sont reliées à un circuit de commande il porté par un deuxième disque 12 calé également sur l'arbre 10 et dont la sortie est reliée au circuit commutateur 7. La série de diodes 8 de préférence divisée en deux séries 8, 8' couvrant chacune 180 du disque 9 et qui commandent respectivement un circuit 11,11' pour pouvoir obtenir un inversement du sens de rotation du rotor 2 comme décrit plus loin en se référant aux figures 3 et 4. Les photodiodes 8,8' sont commandées par une série de diodes luminescentes 15 montées sur un disque 16 monté fou sur l'arbre 10 à une distance prédéterminée dudit disque 9. Les diodes 15 sont également disposées suivant un cercle sur le disque de sorte quelles se trouvent en regard des diodes réceptrices 8,8'. Elles sont de préférence également divisées en deux séries 15, 15' occupant, chacune, 180 du disque 16 et qui sont alimentées séparément par un circuit d'alimentation représenté schématiquement en 17 à la figure 1. Pour faire varier la puissance du moteur, on fait varier le nombre d'éléments émetteurs mis en circuit (figure 5). Comme on le voit à la figure 3, le circuit de commutation 7 de chaque enroulement 4 comporte deux transistors de puissance T1, T2 insérés par leur trajet émetteur-collecteur entre une borne de l'enroulement 4 et la borne d'alimentation en courant continu a, b correspondante. Les bases des transistors T1 et T2 sont reliées à la sortie du circuit de commande 11 commandé par l'une ou plusieurs diodes réceptrices 8. Lorsque ces diodes 8 passent devant les diodes 15 alimentées et émettant de la lumière, elles sont excitées et le circuit Il applique aux bases des transistors T1, T2 un potentiel convenable pour débloquer ses transistors et ainsi mettre en circuit l'enroulement 4.Lors aue a ou les diodes réceptrices correspondant à l'enroulement 4 quittent la plage éclairée des diodes luminescentes 15, le potentiel appliqué aux bases des transistors T1, T2 tombe au-dessous du seuil de déblocage des transistors et l'enroulement 4 est ainsi mis hors circuit. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 3, le circuit de commutation comporte deux autres transistors T3, T4 insérés également par leur trajet émetteur-collecteur dans le circuit d'alimentation de l'enroulement 4 mais avec un branchement inversé de sorte que le déblocage de ces transistors T3,-T4 se traduit par un inversement du courant d'alimentation de ltenrou- lement 4 et ainsi du sens de rotation du rotor 2. Les bases des transistors T3, T4 sont reliées à la sortie du circuit 11' commandé par la série 8' de diodes réceptrices, recevant la lumière de la série de diodes luminescentes 15.Pour inverser le sens de rotation du moteur, il suffit ainsi de prévoir dans le circuit d'alimentation 17 un inverseur (non représenté) permettant d'alimenter sélectivement les sÉries de diodes luminescentes 15 et 15'. Pour différencier l'émission et la réception correspondant à la marche avant et la marche arrière du moteur, les fré- quences d'émission et de réception des couples de diodes 15, 8 et 15', 8' peuvent être différentes. Suivant un mode de réalisation plus simple les couples 15, 8 et 1S', 8' sont disposés sur des arcs de cercle de rayons différents, de sorte que la lumière émise par la série de diodes 15 ne peut pas influencer les diodes réceptrices 8' (voir figure 5). La figure 4 montre un mode de réalisation préféré des circuits de commande et de commutation du moteur selon l'invention. A cette figure, le circuit de commande il est constitué par un amplificateur de courant 20 se présentant avantageusement sous forme d'un circuit intégré et dont les entrées sont pliées par deux résistances R1, R2 à la masse et chacune par une photodiode 8,8' à une borne d'alimentation positive.La sortie de 1'amplificateur 20 est reliée à travers deux résistances R2, R3 à la base de deux transistors de puissance T5 et T6 respectivement, insérées par leur trajet émetteur-collecteur entre l'une des bornes de l'enroulement 4 et la borne positive et la borne négative de l'alimentation de courant, l'autre borne de l'enroulement 4 étant reliée à une borne neutre, Lorsque la diode 8 par exemple est soumise à un rayonnement de lumière, l'amplificateur 20 fournit un signal deblo- quant 1'un des transistors T5, T6 et commandant l'alimentation dans un premier sens de l'enroulement 4.Par contre, lorsque 1' autre diode 8t est soumise au rayonnement de lumière, le signal de sortie de l'amplificateur 20 débloque l'autre transistor de puissance et commande ainsi une alimentation dans le sens opposé de 1' enroulement 4. On obtient ainsi des moyens très simples et économiques permettant d1 inverser le sens de rotation du moteur en utilisant toujours un m enroulement. Ce n'est pas réalisable avec les moteurs connus qui comprennent dans ce cas toujours deux enroulements séparés. A la figure 2-, les amplificateurs 20 sont montés sur un disque supplémentaire 21 calé sur l'arbre 10 entre les disques 9 et 12 et qui se présente sous forme d1 une plaque de circuit imprimé. Les transistors de puissance T5, T6 ou T1 à T4 (figure 3) sont ici montés sur le disque 12 qui peut btre en métal pour permettre un bon refroidissement de ces transistors. La figure 5 montre des moyens permettant de faire varier la puissance du moteur selon l'invention et de commander un démarrage progressif du moteur. A cet effet, les diodes luminescentes de chaque série 15, 15' sont montées en parallèle par groupes pour former des séries 30, 31, 32 couvrant des secteurs de cercle croissants. Le circuit d'alimentation 17 comporte un sélecteur permettant de relier à une source de courant 34 sélectivement le secteur 30, les secteurs 30 et 31 et le secteur 32 respectivement. On peut ainsi faire varier l'angle sur lequel est alimenté chaque enroulement 4 et ainsi la puissance du moteur pour l'adapter avec précision à chaque application pratique et pour commander un démarrage progressif. A la figure 5 on voit que les séries de diodes 15 et 15' pour la marche avant et la marche arrière du moteur sont disposées sur des arcs de cercle de diamètres différents, mais ces arcs de cercle peuvent également présenter un meme diamètre du rotor, et la succession différente des deux commutations détermine le sens de rotation du rotor. Dans ce cas, on obtient deux commutations par rotation. Bien entendu, l'invention ntest pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'autre décrits et représentés, on pourra y apporter de nombreuses modifications de détail sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. R EVENDICAfIONS 1 ) Moteur à courant continu sans balais du type compor- tant un stator muni d'au moins deux pièces polaires magnétiques, un rotor présentant au moins deux enroulements, un circuit de commutation électronique monté sur le rotor et inséré entre chaque enroulement dudit rotor et une source de courant continu, un élément récepteur de rayonnement pour chaque enroulement monté sur le rotor et qui commande le circuit de commutation correspondant, et une source de rayonnement montée fixe par rapport audit stator, et qui envoie un faisceau de rayonnement sur une partie limitée de la course desdits éléments récepteurs, caractérisé-en ce que lesdits éléments récepteurs sont constitués par une série d'éléments séparés disppsés suivant un arc de cercle sur un disque calé sur l'arbre dudit rotor, ladite source de rayonnement étant constituée par une série d'éléments émetteurs séparés disposés suivant un arc de cercle sur un autre disque monté fou sur l'arbre du rotor à une distance prédéterminée du premier dit disque, les arcs de cercle suivant lesquels sont disposées lesdites séries d'éléments récepteurs et émetteurs présentant sensiblement le meme rayon de sorte que, lorsque les éléments récepteurs passent dans les faisceaux des éléments émetteurs, ils produisent un signal de commande actionnant les circuits de mutation correspondants pour fermer le circuit d'alimentation des enroulements du rotor. 2 ) Moteur suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commutation permettant de mettre en circuit ou d'actionner sélectivement un ou plusieurs desdits éléments émetteurs. 30) Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième série d'éléments émetteurs et une deuxième série d'éléments récepteurs disposés suivant des arcs de cercle correspondants sur lesdits disques fixe et mobile respettivement, et pour chaque enroulement du rotor un deuxième circuit de commutation actionné par un élément de ladite deuxième série d'éléments récepteurs et qui com- mande une alimentation inversée de 1 'enroulement correspondant. 4 ) Moteur suivant la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commutation permettant de mettre en circuit ou d'actionner sélectivement un ou plusieurs des éléments de ladite deuxième série d'éléments émetteurs. 50) Moteur suivant l'une quelconque des revendications I à 4 caractérisé en ce que lesdits éléments émetteurs sont des diodes luminescentes et lesdits éléments récepteurs des photodiodes. 6 ) Moteur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que les deux séries d'éléments récepteurs et les deux séries d'éléments émetteurs sont disposées sur des arcs de cercle diamétralement opposés de rayons différents et qui couvrent de préférence 180-. 70) Moteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit premier circuit commutateur comporte deux transistors insérés par leur trajet émetteur-collecteur dans chacune des lignes d'alimentation de l'enroulement à commander et dont les bases sont reliées à l'élément récepteur correspondant de ladite première série d'éléments récepteurs de sorte que lorsque ce dernier fournit un signal de commande, les deux transistors sont débloqués et l'enroulement mis en circuit jusqu'a ce que l'élément récepteur ne fournisse plus de signal de commande, ledit second circuit commutateur comprenant une deuxième paire de transistors montés par leur trajet émetteur-collecteur également dans les li dynes d'alimentation du méme enroulement mais en branchant celuici dans le sens inverse, les bases de ces transistors étant reliées à l'élément récepteur correspondant de ladite deuxième série de récepteurs de sorte que lorsque ce dernier fournit un signal de-commande les transistors sont débloqués et l'enroulement est alimenté dans le sens inverse. 8) moteur suivant la revendication 6 caractérisé en ce que le premier circuit commutateur comporte un transistor insé rb par son trajet émetteur-roileteur entre la première borne de l'enroulement et la borne positive de l'alimentation de courant continu, le deuxième circuit commutateur comportant un transistor inséré par son trajet émetteur-collecteur entre cette meme première borne de l'enroulement et la borne d'alimentation négative, l'autre borne de l'enroulement étant reliée à une borne d'ali- mentation neutre et les bases des deux transistors étant reliées à la sortie d'un amplificateur de courant continu dont les lignes d'entrée comprennent l'une un éliment récepteur de ladite premier re série et 1'autre un élément récepteur de ladite deuxième série de sorte que ltexcitation de l'un ou l'autre élément récepteur se traduit par le déblocage de l'un ou l'autre transitor. 9 ) Moteur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les différents circuits de commutation sont montés sur un disque calé sur l'arbre du rotor et disposé derrière ledit disque portant lesdits éléments récepteurs.