Brevet FR2373184A1 — publié le 19780630

La présente invention concerne un moteur électrique à courant continu, et plus particulièrement un moteur électrique du type à déplacement de noyau linéaire te principe de la transmission d'un mouvement linéaire alternatif en un mouvement rotatif continu a été largement ddve- loupé et mis au point en relation avec les moteurs à combustion interne claasiques, du type à deux temps ou à quatre temps. Les moteurs à courant continu développés jusqu'à présent nécessitent la réalisation d'un induit tournant et d'un collecteur et, d'autre part de mettre en oeuvre des dispositifs de sécurité complexes pour les opérations de démarrage. ta présente invention a pour objet d'obvier aux inconvénients des moteurs à courant continu classiques en proposant un moteur à courant continu comportant un seul bobinage fixe. Pour ce faire, et conformément à une caractéristique de la présente invention, un tel moteur à courant continu comporte une source de courant continu, une armature métallique autour de laquelle est enroulée une bobine inductrice, et des conducteurs reliant la bobine inductrice à la source de courant continu, l'ar- mature métallique se présentant essentiellement sous la forme d'un cadre incomplètement fermé réalisant un conduit d'entrefer, un noyau en matériau métallique étant susceptible de coulisser dans ce conduit d'entrefer, ce noyau étant relié de façon articulée à une bielle, elle-meme montée de façon articulée sur un élément de manivelle susceptible de tourillonner autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à la direction de coulissement du noyau, une extrémité de cet élément de manivelle étant solidaire d'un moyen de volant d'inertie, et un moyen de rupteur commandé par la rotation de l'élément de manivelle étant interposé dans l'un des conducteurs reliant la bobine à la source de courant continu. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le moyen de rupteur commandant l'excitation de la bobine induc trice est constitué d'un interrupteur à lamcommandé par un moyen de came monté sur l'arbre de sortie de l'élément de manivelle. Le moteur électrique à courant continu selon la présente invention se présente donc, dans ses grandes lignes, comme un moteur à combustion interne de conception classique, le noyau en matériau métallique réalisant le rôle de piton et ce piston étant mQ, non pas sous l'action d'une combustion et d'une détente d'u mélange explosif, mais par la force électro-mécanique temporair créée par l'assemblaCe de l'armature et de la bobine inductrice 1 qu on applique à cette bobine un courant continu sous forme dti pulsions. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente de façon schématique un moteur électrique à courant continu selon la présente invention ; La figure 2 représente de façon schématique en coupe gitudinale l'équipage mobile du type à piston-manivelle mis en oeuvre dans la présente invention ; La figure 3 représente de façon schématique la consti- tution du circuit magnétique générateur de force temporaire dans le moteur à courant continu selon la présente invention ; et Les figures 4 et 5 représentent les deux temps de fonc tionnement du moteur électrique à courant continu selon la présa invention. Comme on le voit sur la figure 1, le moteur électrique à courant continu de la présente invention est essentiellement constitué d'une armature métallique, généralement référencée 1, autour de laquelle est enroulé un bobinage inducteur, généralemer référencé 2. Comme on le voit mieux sur la figure 2, un noyau plc geur en matériau métallique, généralement référencé 3, est suce; tible de coulisser dans un conduit d'entrerer, référencé 4. Ce piston 3 est relié de façon articulée à une bielle 5 dont l'autre extrémité est montée de façon articulée sur un élément de manivelle ou de villebrequin généralement référencé 6.Cet élément de manivelle 6 est susceptible de tourner autour d'un axe senslblement perpendiculaire à la direction de déplacement du noyau 3 en tourillonnant dans des paliers 7 d'un châssis de moteur, généralement référencé 8. Un volant d'* inertie 9 est fixé à une des extrémités du moyen de manivelle 6, à des fins qui seront expliquée plus avant. Le châssis 8, sur lequel est également montée l'armature 1, comporte un interrupteur à lames 10, relié , par I'intermédiair des conducteurs 11 et 11', à la bobine inductrice 2 de l'armature Cet interrupteur sert, ainsi qu'on le voit mieux sur les figures 4 et 5, à mettre en communication de façon sélective ce bobinage 2 avec une source 12 de courant continu. Un élément de came 13 est solidaire en rotation du moyen de manivelle 10 et permet, en fonction de cette rotation, d'ouvrir ou de fermer le circuit d'alimentation de la bobine 2. Comme on l'a représenté de façon schématique sur la figure 3, l'armature 1 et le noyau coulissant 3 constituent un cir ouit magnétique réalisant un entrefer variable, de sorte qu'il se crée dans cet entrefer, lorsque la bobine 2 est reliée à la source de courant continu 12, une force proportionnelle au courant traversant la bobine inductrice, cette force tendant à réduire l'entrefer du circuit magnétique. Il s'ensuit donc, sous l'action de cette force, un mouvement de translation de la partie mobile 3 vers la partie fixe constituée par l'armature 1. Comme on le voit mieux sur la figure 2, cette force est transformée, par l'intermédiaire du système bielle-manivelle, en un couple moteur agissant sur le volant cinétique 9. Ce volant cinétique, de la même façon que dans un moteur à combustion interne, sert d'organe de régulation, sa vitesse de rotation croissant au démarrage jusqu'à obtention d'une stabilisation entre les couples moteur et résistant. Comme on l'a représenté de façon schématique sur les figures 4 et 5, lorsque le commutateur 10 est en position fermée (figure 4),le rlux magnétique créé par la bobine inductrice 2 dans le circuit magnétique à entrefer variable constitué de l'armature 1 et du noyau 3 exerce une force ascensionnelle sur ce noyau 3 pour tendre à fermer l'entrefer du circuit magnétique. te volant o se met donc à tourner dans la direction horaire représentée par la flèche 14 sur la figure 4. Cette rotation du moyen de manivelle 6 provoque simultanément une rotation dans le sens horaire, representée par la flèche 15 sur la figure 4, de la came 13 pour amener celle-ci dans la position représentée sur la figure 5, c'est-a- dire dans la position d'ouverture de l'interrupteur 10. Le circuit d'excitation de la bobine 2 étant ouvert, le flux magnétique exerçant une force dlattracWlon sur le noyau j disparatt,mais, du fait de l'inertie du volant 9, le mouvement de rotation dans le sens horaire de l'équipage mobile se poursuit et le noyau 3 atteint et dépasse sa position de point mort bas pour revenir vers la position représentée sur la anoure 4 o , la came 13 ayant tourné d'un angle correspondant, l'interrupteur 10 se referme de nouveau, et, le circuit d'alimentation de la bobine 2 étant de nouveau fermé, le flux magnétique exerce de nouveau une force ascensionnelle sur le noyau 3 pour l'amener dans sa position de point mort haut, le cycle à deux temps se poursuivant ainsi tant que la source de courant continu 12 n'est pas déconnectée du circuit Il. L'armature 1 peut être constituée de façon traditionnelle d'un feuilleté métallique, ainsi que le noyau coulissant 3. On notera ici que, contrairement aux moteurs à combustion interne, le noyau coulissant 3 peut avoir une section rectanFulaire, ce qui permet une réduction notable des colts de faorication. Le noyau 3 étant amené coulisser dans l'armature 1, les parois de l'en- trefer 4 délimitées par cette armature 1 peuvent être revêtues d'une couche 16 d'un matériau à faible effet de friction facili- tant le coulissement du noyau 3 dans l'armature 1. En variante, le noyau 3 peut comporter des segments constitués d'un matériau à faible effet de friction, tel que par exemple du téflon. On peut également prévoir, pour des installations de plus grande puissance, un circuit de lubrification et de refroidissement du noyau 5 dans l'entrefer 4. Comme dans le cas des moteurs à. combustion interne, il est possible d'aligner des batteries d'éléments du type de celai représenté sur la figure 1 polir constituer des moteurs à 2, 4, 6 etc... pistons, la forme du moyen de vilebrequin 6 étant adaptée en conséquence. A l'opposé des moteurs à combustion interne, avec un moteur selon la présente invention on peut étalement réaliser en variante des batteries à 3, 6, 9 pistons, sans dommages pour le cycle de fonctionnement du moteur global. De façon analogue au moteur à combustion interne, le moteur électrique selon-la présente invention doit être lançé au démarrage, dans le cas dtun seul piston comme représenté sur la figure 1. rependant, on peut choisir un nombre suffisant de pistons et un réglage adéquat du calage des cames 1.5 de sorte qu'une bobine au moins soit à chaque instant sous excitation, pour permettre ainsi un auto-démarraoe du moteur. ta vitesse de rotation du moteur étant fonction de la tension appliquée à la bobine inductrice, une variation de cette tension permettra d'obtenir une variation de la vitesse de rotation. De la même façon, une régulation de l'intensIté débitée par la source de courant continu 12 permettra d'obtenir des variations de la vitesse du moteur.Une variation combinée de la tension et de l'intensité de la source permettra également de façon simple de faire varier les couples des moteurs ainsi cons- titués. C'est ainsi que, pour une tension de démarrage déterminée, il est possible d'augmenter proportionnellement à la vitesse croissante du moteur la tension d'alimentation de la bobine tout cn conservant l'intensité nominale constante, la résistance ohmique du bobinage au demarrage se transformant en impédance croissante avec la croissance de la vitesse du moteur. De façon analogue, pour une tension déterminée,l'inten- sité requise est maximale au moment du démarrage pour décroltre ensuite avec la croissance de la vitesse de rotation du moteur. I1 est possible toute.50is de maintenir constante l'intensité en augmentant progressivement la tension d'alimentation de la bobine. Pour une tension déterminée, le couple moteur étant ainsi fonction de l'intensité passant dans la bobine, le couple est maximum au démarrage pour déoroitre ensuite lorsque la vitesse de rotation du moteur croft. On peut ainsi maintenir un couple moteur constant pour une vitesse de rotation croissante en augmentant la tension d'alimentation de la bobine. On voit donc que le moteur à courant continu selon la présente invention présente, par rapport aux moteurs à courant continu habituellement connus, despossiblités particulièrement intéressantes dé régulation de la vitesse et Ju couple moteur, notamment au point de vue de la souplesse et des coûts de fabrication. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, on comprendra qu'elle ne s'en trouve pas limitée mais qu'elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Moteur électrique à courant continu, comportant une source de courant continus une armature métallique autour de laquelle est enroulée une bobine inductrice, et des conducteurs e- liant la bobine à la source de courant continu caractérisé en ce que l'armature métallique se présente sous la forme d'un cadre ifl complètement fermé réalisant un conduit d'entrefer, un noyau en matériau magnétique étant susceptible de coulisser dans eue conduit d'entrefer, ce noyau étant relié de façon articulée à une bielle elle-m8me montée de façon articulée sur un élément de .- nivelle suscepti;;ble de tourillonner autour d'un axe sensiblemeit perpendiculaire à la direction de coulissement du noyau, une extrémité de cet élément de manivelle étant solidaire d'un moyen de volant d'inertie, un moyen de rupteur commandé par la rotation de l'élément de manivelle é$-ant interposé dans l'un des conducteurs reliant la bobine à la source de courant continu. 2 - Moteur électrique selon la revendicatior; 1, carac- térisé en ce que le moyen de rupteur est constitué d'un interrupteur à lames. 3 - Moteur électrique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de rupteur est actionné par un élément de came solidaire en rotation de l'élément de manivelle. 4 - Moteur électrique selon l'une quelconque des rexren- dications précédentes. caractérisé en ce que le conduit d'entre-. fer de l'armature est chemisé avec un matériau présentant un faible coefficient de friction. 5 - Moteur électrique selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le noyau coulissant présente sur sa périphérie des segments en matériau à faible coefficient de friction. 6 - Moteur électrique, caractérisé en ce qu'il est cons- titué par une série de moteurs élémentaires selon l'une quelconque. des revendications précédentes, les éléments de manivelle de cha--- que moteur élémentaire formant partie d'un moyen de vilebrequin.