Brevet FR2325237A1 — publié le 19770415

La présente invention concerne un moteur à induit mobile à aimants permanents et à inducteur fixe alimenté par courant continu* Hue particulièrement, l'invention a pour objet un type réversible d'un tel moteur ainsi que les moyens pour l'alimentation dece dernier en courant continu. On connaît déjà un grand- nombre de moteurs utilisant par exemple un bloc rotor à aimants permanents (pour supprimer les collecteurs mécaniques de courant sur l'arbre du rotor) et un stator bobiné. Par exemple, les moteurs synchrones sont de ce type et, comme leur nom l'indique, la vitesse de rotation de ces moteurs dépend de la fréquence du courant alternatif d'alimentation du stator, de. sorte que la variation de vitesse sur ces moteurs pose des problèmes dont les solutions connues et utili ~sëes-(variatìons de la fréquence) nécessitent des. moyens de commande compliqués et coûteux.D'autre part, dans les conditions extrêmes de fonctionnement, les aimants permanents utilisés, s'ils -ne sont pas d'une très grande qualité, ont tendance à se désaimanter à cause de l'utilisation d'un courant alternatif pour l'alimentation. La présente invention a principalement pour objet de proposes un moteur sans collecteur ne présentant pas les inconvénients susmentionnés, grâce en particulier à l'utilisation du courant continu pour l'alimentation de l'inducteur. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif formant moteur électrique réversible du type comportant au moins un bloc mobile aimanté formant induit, se déplaçant relativement à un système de bobines formant inducteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour alimenter séquentiellement ruses bobines dudit système à partir d'impulsions de courant continu appliquées auxdites bobines suivant une succession prététerminéé, la polarité constante desdites impulsions permettant d'éviter la désaimantation dudit bloc mobile. Le moteur selon le principe de l'invention définit ci-dessus peut indifféremment etre à déplacement rotatif ou bien encore à déplacement linéaire et mouvement alternatif , comme on le verra plus loin. D'autres caractéristiques importantes de l'invention con?is- tuent à améliorer le rendement et Ie couple de ces moteurs grâce à des perfectionnements portant sur les conditions d'-alimentation-des bobines de l'inducteur, par des impulsions d'une fréquence telle que des conditions de résonance électrique soient créées dans les enroulements dudit inducteur. Selon un autre aspect de l'invention, la variation de vitesse peut être obtenue en faisant varier le rapport cyclique des impulsions d'alimentation. En outre, selon une autre particularité importante de l'inyen- tion, il est possible dans le cas des moteurs rotatifs, d'obtenir une très grande vitesse de rotation en réalisant un encastrement rigide des aimants dans la masse du rotor grâce à un enrobage de ces derniers dans une matière en résine synthétique (constituant ledit rotor) de préférence armée par des fibres de verre. L'utilisation d'aimants à haute performance n'est même pas nécessaire dans ce cas puisque le frettage empêche la désagrégation des aimants sous l'effet d'une force centrifuge élevée. Enfin, une autre caractéristique importante de l'invention réside -dans le fait que le système est parfaitement réversible et peut aussi bien fonc- tionner n générateur. Ceci permet de prévoir l'utilisation du principe de l'invention pour la réalisation de système de freinage (comme par exemple un ralentisseur de camion), ne fonctionnant pas par utilisation des courants de Foucault, comme c'est le cas de la plupart des dispositifs connus. En effet, les ralentisseurs à courant de Foucault ont le défaut bien connu de s'échauffer rapidement d'où un risque de désaimantation brusque (entranant l'arrêt immédiat et dangereux du fonctionnement du ralentiseur) lorsque le point de Curie des éléments magnétiques utilisés est atteint.Au contraire, avec un ralentisseur utilisant le fonctionnement en génératrice du dispositif selon l'invention, la chaleur n'est pas produite dans l'appareil lui-meme (mais par exemple dans des résistances de charge extérieures) d'où un fonctionnement sar pendant de très longues périodes dtutiiisation. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation d'un dispositif conforme au principe de l'invention, donnée uniquement à titre d'esemple, faite en référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels -la figure 1 représente unpremier mode de réalisation d'un moteur se- lon l'invention, dans lequel l'organe mobile du moteur est animé d'un mouvement linéaire alternatif - la figure 2 représente un moteur rotatif selon l'invention - la figure 3 est une vue du même dispositif suivant la flèche TEl de la figure 2 ; et - la figure 4 est un schéma électrique illustrant le circuit d'alimentation des bobines de l'inducteur du dispositif représenté sur la figure 1 , pour l'alimentation de ces bobines sous des conditions de résonance. En se reportant plus particulièrement à la figure 1, le dispositif selon l'invention est essentiellement constitué d'un bloc mobile Il comportant notamment un barreau aimanté 12 susceptible d'efSeetuCr un mouvement linéaire à l'intérieur de deux bobines 13 et 14 disposées côte à côte en alignement ; les axes de ces bobines étant confondus avec l'axe longitudinal 15 du barreau 12-.Le bloc mobile il est susceptible de se déplacer le long del'axe t5 suivant un mouvement alternatif, comme on le verra plus loin. Un aimant fixe de positionnement 16 surmonte les deux bobines 13 et 14 de façon à définir une position stable de repos pour le bloc mobile 11.On voit donc que la structure générale du moteur selon l'invention est celle d'un moteur diphasé (deux bobines) à noyaizmagnétiquescommunsformant bloc mobile. Bien entendu, il est p faitement possible d'envisager ltadjonction d'un système bielle-manivelle, non représenté, audit bloc mobile 11 pour obtenir un mouvement rotatif, si cela est nécessaire. Le chiffre de référence 17 désigne l'ensemble d'un circuit dtalimenta tion en impulsions déphasées de courant continu des bobines 13 et 14. Plusieurs systèmes peuvent être utilisés indifféremment pour réaliser un tel circuit, c'est pourquoi ce dernier n'a pas été décrit plus en détails. Par exemple, pour le cas représenté sur la figure 1, d'un moteur diphasé, ce circuit peut se ramener à un simple multivibrateur fournissant aux sorties S1 et S2 des séries respectives d'impulsiona de courant continu décalées les unes par rapport aux autres. Cesséries d'impulsions décalées sont appliquées par l'intermédiaire des conducteurs doubles respectifs 18 et 19 aux deux bobines 13 et 14.Dans ces conditions, on peut considérer que chaque transistor du-multivibrateur constitue avec ses éléments résistifs et capacitifs associés un générateur d'impulsions pour la bobine 13 ou 14 correspondante, le déphasage entre les deux séries d'impulsions disponibles aux sorties S1 et S2 étant assuré automatiquement par le fonctionnement correct du multivibrateur. Le fonctionnement découle avec évidence de la description qui précède. Le bloc mobile Il qui; au repos, est maintenu dans une position stahle prédéterminée, grâce à l'action de l'aimant de positionnement 16, est déplacé successivement à droite puis à gauche de sa position d'équilibre sous l'action des bobines 13 et 14 alimentées séquentiellement par le circuit 17. L'énergie électrique nécessaire au fonctionnement du circuit 17 peut provenir indifSéremment d'une batterie d'accumulateur ou bien d'un circuit de redressement et de filtrage du courant alternatif fourni par le secteur. La figure 4 représente un schéma électrique illustrant une autre caractéristique importante de l'invention appliquée à titre d'exemple à l'alimentation en impulsions de courant décalées d'un moteur selon le mode de réalisation de la figure 1. On retrouve donc le circuit formant multivibrateur 17 dont les sorties S1 et S2 fournissent des séries d'impulsions décalées aux bobines 13 et 14.Cependant, selon le perfectionnement de l'invention, Jes condensateurs 23 et 24 sont connectés en parallèle sur les bobines 13 et 14, respectivement.Les valeurs des condensateurs 23, 24, celles des inductances des bobines respectives 13, 14 et la valeur de la fréquence d'oscillation du multivibrateur 17 sont choisies pour que les circuits L-C (13, 23 et 14, 24) ainsi définis soient accordés à ladite fréquence d'oscillation du multivibrateur qui est en~fait la fréquenee des signaux impulsionnels périodiques disponibles aux sorties S1 et S2. On a pu constater que dans ces conditions, le couple disponible était largement augmenté ainsi que le rendement.Bien entendu,alors que dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4 les moyens pour engendrer les impulsions décalées (le circuit 17) sont ramenés à un simple multivibrateur, il est bien évident que pour un moteur comportant un plus grand nombre de pôles, le circuit électronique correspondant drra être sensiblement différent. Un tel circuit comprendra notamment un nombre correspondant de générateurs d'impulsions de courant continu et des moyens électroniques supplémentaires pour régler la valeur du déphasage entre les différentes séries d'impulsions destinées à alimenter les bobines correspondantes du système formant inducteur. Dans tous les cas, la fréquence de ces différents générateurs sera la meme et les circuits a formés à-partir desdites bobines seront accordés sur cette fréquence. Des circuits électroniques de commande de cette nature peuvent être réalisés d'un grande nombre de façon par un technicien compétent dans la technique et c'est pourquoi ils ne seront pas dé critsplus en détails. En outre, lorsque le moteur fonctionne avec des circuits I-C accordés,pourchacun de ses enroulements de stator, il n'est pas souhaitable de faire varier la fréquence des impulsions d'alimentation pour obtenir une variation de vitesse, puisque les conditions de résonance seraient ainsi détruites. En conséquence, on peut prévoir des moyens supplémentaires associés au générateur d' impulsions précité pour tbevarBrl'a$Ehde vaner q t;sé des impulsions de courant continu appliquéssaux bobines du stator.De cette façon, une variation de vitesse particulièrement souple peut etre obtenue. Les figures 2 et 3 montrent un autre mode de réalisation d'un moteur électrique construit selon les principes de la présente invention appliqués au cas d'un moteur à mouvement rotatif . Ce dispositif comporte un rotor en forme de disque plein 25 mobile en rotation autour d'un axe 26 porté par des paliers solidaires de deux montants latéraux 27 et 28. Sur chacune des faces du rotor 25 est incrustée une série 29, 30 respeetivement, d'aimants rectangulaires 31. La série 30 d'aimants 31 est disposée circonférentiellement à intervalles réguliers sur la surface du rotor 25 et un système 32 de quatre bobines 33 formant inducteur est disposé en regatd de ces aimants de sorte que les noyaux 34 des bobines 33 constituant les pôles du moteur sient disposés circonférentiellement en regard du parcours 35 des aimants-31 du système 30.De même, la série 29 a-ses aimants 31 disposés circonférentiellement à intervalles réguliers-sur l'autre surface du rotor 25 tandis -qu'un autre- système 36 de quatre bobines 33 formant un autre inducteur est disposé en regard des aimants de la série 29 de sorte que les noyaux 34 des bobines du système 36 soient aussi disposés circonférentiellement en regard du parcours rotatif des aimants correspondants. Dans l'exemple représenté sur les figures 2 et 3, le moteur est alimenté à partir d'un circuit générateur d'impulsions de courant continu 17a analogue au circuit 1-7 précédemment décrit. Ce circuit 17a fournissant deux sériesd'impulsions de courant déphasées, il est nécessaire que les bobines des deux inducteurs soient connectées pour constituer un moteur diphasé.Ainsi, on voit nettement sur la figure 2 que les bobines du système 3d sont connectées deux à deux en parallèle. Il est bien évident cependant qu'on pourrait constituer un moteur quadriphasé à partir de la même structure en changeant le circuit d'alimentation 17a ; chaque bobine étant alors alimentée par une série propre d'impulsions de courant. En outre, comme il apparaît clairement sur la figure 3, la structure du dispositif représenté est symétrique ; deux systèmes formant inducteurs 32 et 36 étant disposés en regard de chaque face du rotor 25 sur lesquelles sontdEplesgiux aziesd'ai- mants. Il est bien évident cependant qu'un fonctionnement correct du moteur sera assuré avec un seul de ces systèmes inducteurs 32 ou 36 disposé en regard de la face rotor portant les aimants correspondants. La structure représentée est cependant avantageuse pour plusieurs raisons. Il est aisé effet d'envisager des moyens de commutation simples pour le couplage des bobines. Par exemple, on peut connecter les deux systèmes 32 et 36 en parallèle, ce qui assure une puissance double aussi bien dans le cas où on utilise le dispositifel moteur, (c'est-à-dire en liaison avec le circuit générateur d'impulsions 17cl) que dans le cas où on utilise le même dispositif en génératrice de courant,lorsque l'arbre 26 en entra-é' en rotation par un autre moteur.On peut également connecter les enroulements pour que l'un des systèmes fonctionne normalement en inducteur et provoque la rotation du rotor 25 tandis que l'autre système est utilisé en génératrice de courant. in outre, dans le cas du fonctionnement en moteur, on peut prévoir de décaler angulairement les pôles 34 des bobines 33 de l'un des systèmes inducteurs par rapport à l'autre, ce qui facilite le démarrage. En outre, toutes ces caractéristiques peuvent être appliquées aussi bien à un entrefer plan qu a un moteur cylindrique. Il convient également de signaler une application particulièrement importante de l'invention aux ralentisseurs, systèmes de freinage ou analogues. En effet, l'ensemble formé par les deux systèmes de bobines 32 et 36 et par le rotor 25 peut très bien être utilisé en ralentisseur, par exemple pour un camion, si on prévoit de connecter aux bornes des bobines 33 un jeu de résistances de charge ou même encore de connecter ces bobines au circuit de recharge de la batterie du véhicule ; l'arbre 26 étant quant à lui couplé mécaniquement à l'arbre vilebrequin ou à la boîte de vitesses du véhicule. Enfin, il convient de noter une autre particularité importante de l'invention liée à la structure du rotor 25. Le disque relativement épais formant ce rotor est constitué de résine synthétique armée de préférence par des fibres de verre ou analogues. Les aimants 31 sont logés dans l'épaisseur de ce disque de sorte que la résine qui les enrobe presque entièrement réalise une sorte de frettage qui permet aux aimants 31 de mieux résister à la force centrifuge. On peut ainsi atteindre des vitesses très élevées de rotation du rotor 25 sans que la désagrégation des aimants 31 soit à craindre même si ces derniers ont des performances mécaniques moyennes. L'invention permet donc de réaliser des moteurs à très grande vitesse de rotation sans pour autant nécessiter l'utilisation de maté rivaux à très grande performance mécanique. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, elle comprend tous les équivalents techniques des moyens mise en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. RBVENDICATIONS 1 - Dispositif formant moteur électrique réversible du type comportant au moins un bloc mobile aimanté formant induit se déplaçant relativement à un système de bobines formant inducteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour alimenter séquentiellement des bobines dudit système à partir d'impulsion de courant continu appliquées auxdites bobines suivant une succession prédéterminée, la polarité constante desdites impulsions permettant d'éviter la déaaimantation duditEloc mobile. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation précités comprennent des générateurs d'impulsions respectifs pour l'alimentation desdites bobines, de même fréquence mais de phases décalées, et que des condensateurs respectifs sont associés à chacun de ces générateurs pour former avec les bobines correspondantes dudit système formant stator des circuits L-C accordés à ladite fréquence. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens électroniques de variation dsam- plitude cyclique desdites impulsions, dans le but d'obtenir une variation de la vitesse dudit moteur. 4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bloc mobile aimanté comporte un barreau aimanté et que ledit système de bobines comporte au moins deux bobines alignées les long de l'ase longitudinal dudit barreau à l'intérieur desquelles ce dernier peut effectuer un mouvement linéaire alternatif, lesdites bobines étant connectées à des génératetus d'impulsions respectifs. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un aimant fixe de positionnement permettant de définir une position stable de repos dudit bloc mobile. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à S, caractérisé en ce que ledit bloc mobile aimanté se compose essentiellement Cl'un rotor en forme de disque portant sur au moins une de ses faces une série d'aimants disposés eirconférentiellement à intervalles réguliers et qu'un système de bobines formant inducteur est disposé en regard de ladite face et comporte un nombre cor respondant de bobines dont les noyaux constituent les pôles dudit moteur et sont disposés circonférentiellement en regard du parcours desdits aimants dudit rotor. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit rotor est constitué d'un disque de résine synthétique encastrant lesdits aimants de façon à réaliser un enrobage de ces derniers, ledit disque de résine étant de préférence armé par des fibres de verre ou analogues. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte deux séries d'aimants sur chacune des fanes dudit rotor en forme de disque, ainsi que deux-systèmes de bobines identiques correspondants, disposés de chaque coté dudit rotor en regard desdites faces et qu'il comporte en outre des moyens de commutation pour le couplage desdites bobines soit pour le fonctionnement en parallèle des deux systèmes de bobines en moteur ou en génératrice, soit pour le fonctionnement de l'un des systèmes en moteur et de l'autre en génératrice. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce -que les pôles des bobines des deux systèmes précités disposés de chaque côté dudit rotor sont décalés angulairement, pour faciliter le démarrage dans le mode de fonctionnement en moteur. 10 - Dispositif selon ltune des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de bobines précité est associé, par l'intermédiaire d'un circuit de commutation approprié, avec un jeu de résistances de charge et/ou avec le circuit de recharge d'une batterie, pour le fonctionnement dudit dispositif en ralentisseur ou en organe de freinage lorsque le toc mobile aimanté précité est entraîné par un autre moteur.