Brevet FR2383543A1 — publié le 19781006

La présente invention concerne les moteurs électromagnétiques et plus particulièrement aux moteurs à solénolde fournissant un mouvement de va-et-vient dans lesquels la machine motrice est un noyau magnétisable qui entre et sort d'un solénoïde en fonction de courants électriques dans le solénoïde. Des moteurs à solénoïde fournissant un mouvement de va-et-vient de types différents ont êê proposés et sont utilisés. Le mouvement de base d'un tel moteur est d'imprimer un mouvement de va-et-vient à un noyau magnétisable, nommé piston, dans un solénoïde en variant le courant électriquedans le solénode. Des moteurs de ce genre ont été utilisés comme vibrateurs pour outils de gravure et marteaux frappeurs, comme pompes et aussi comme unités rotatives.Bien qu'une unité rotative puisse utiliser seulement un piston, ces unités peuvent aussi utiliser deux ou plus de pistons en arrangement opposé ou radial autour d'un vilebrequin comme ceux utilisés dans des machines à combustion interne du type opposé ou radial Des avantages d'un moteur à solénoïde fournissant un mouvement de va-et-vient résident dans le fait que la performance à vitesse élevée et faible sera approximativement la même et également que ces moteurs peuvent fonctionner à une vitesse extrêmement élevée limitée uniquement par les propriétés de saturation magnétique du solénoïde et du piston. La traction magnétique d'une bobine sur un noyau, c'est-à- dire le piston, variera avec la position du piston par rapport à sa longueur qui se trouve dans la bobine, la longueur du piston et aussi en fonction de ses propriétés magnétiques et il est utile de concevoir le moteur de sorte à prendre avantage de cette variation aussi loin que possible. Un mode général de fonctionnement est de prévoir un commutateur qui tourne avec le moteur pour contacter des bornes de commutation pour alimenter les solénoïdes individuels dtun moteur pour un cycle choisi de fonctionnement. Ces bornes sont nécessairement d'un type qui ont une étendue circonférentielle choisie autour du bras commutateur de sorte que le bras commutateur peut glisser sur ses bornes pour le cycle choisi de fonctionnement déterminé par les caractéristiques de la bobine et du piston. On peut nommer ceci commutateur du type à balayage en opposition à un commutateur du type od le bras contacte momentanément un contact pour produire une impulsion. Certains problèmes se sont présentés avec cet arrangement en ce que les contacts balayeurs peuvent s'user facilement, en particu lier si le moteur à mouvement de va-et-vient est relativement lourd et demande une puissance de sortie substantiellement élevée conduisant à la formation d'arcs au commutateur. Le résultat est un besoin de maintenance constante de l'appareil et dans quelques utilisations, où les moteurs à solénoïde fournissant un mouvement de va-et-vient serait autrement avantageux, ils ont été rejetés pour cette raison. La présente invention était conçue et développée en vue des considérations mentionnées ci-dessus,ainsi que d'autres considérations et concerne essentiellement un système de commutation pour un moteur à solénoïde fournissant un mouvement de va-etvient qui comprend un redresseur commandé au silicium dans chaque circuit de solénoïde agissant comme interrupteur. Le contact de-commande du redresseur commandé au silicium est relié à un commutateur du type à impulsion pour fermer l'interrupteur à redresseur commandé au silicium chaque fois que le contact est contacté par un bras de balayage. Un conducteur de coupure dans le circuit à solénoïde connecté à un autre contact du commutateur pour ouvrir l'interrupteur à redresseur commandé au silicium pour couper ce circuit est contacté par le bras de balayage.Ce conducteur producteur de l'impulsion de coupure peut être associé ou bien/un commutateur supplémentaire ou au circuit des autres ou bien u n bobines du moteur. Ainsi l'objet de la présente invention est de fournir un système de commutation perfectionné pour un dispositif à mouvement de va-et-vient à solénoïde qui peut fonctionner facilement cycliquement pour prendre avantage des caractéristiques de fonctionnement du solénoïde. Un objet supplémentaire de l'invention est de fournir ce système de commutation perfectionné qui est sûr dans son fonctionnement et qui exige un minimum absolu de maintenance. Encore un objet de l'invention est de fournir ce système de commutation perfectionné de sorte qu'il puisse être efficacement utilisé avec de nombreux types de dispositifs à solénoïde fournissant un mouvement de va-et-vient. En plus le système de commutation fourni devrait être simple, économique et facile à installer. D'autres buts, caractéristiques et avantaqes de l'invention apparaitront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre de modes de réalisation préférés de l'invention représentés dans les dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un moteur à solénoïde du type opposé fournissant un mouvement de va-et-vient comprenant un commutateur du type impulsion, la représentation montrant également les circuits menant d'une source de tension vers le commutateur et vers les bobines; la figure 2 est un diagramme du circuit du moteur à solénoïde représente dans la fig. 1;; la figure 3 est un diagramme similaire à celui de la fig. 2, mais représentant un diagramme modifié pour un circuit comprenant un commutateur ajustable pour varier les cycles de marche des solénoïdes la figure 4 est une vue schématique d'une partie du commutateur qui peut être ajusté pour varier les périodes de marche des solénoïdes; la figure 5 est une représentation schématique én coupe d'un type radial de moteur à solénoïde comprenant huit solénoïdes; la figure 6 est un diagramme du circuit pour le dispositif représenté dans la figure 5; et la figure 7 est une vue schématique d'une partie d'un commutateur utilisé dans le circuit représenté dans la figure 6 pour permettre à l'unité d'être ajustée pour varier les cycles de marche de chacun des solénoïdes. Nous référant d'abord à l'arrangement représenté dans les figures 1 et 2, le dispositif à solénoïdes opposés fournissant un mouvement de va-et-vient représenté dans la fig. 1 est monté sur une base 20 allongée, appropriée de sorte à arranger les deux solénoïdes opposés 21R et 21L aux extrémités opposées de cette base. Un palier 22 se trouve sur la base entre les deux solénoïdes. Des pistons magnétiques 23 sont reçus de façon à pouvoir glisser dans les solénoïdes 21R et 21L. Des tiges de connexion 24 s'étendent de ces pistons vers un vilebrequin 25 monté sur un axe 26 dans le palier 22. La distance des pistons par rapport au solénoïde est telle que ces pistons exécutent un mouvement de va-et-vient dans et hors des solénoïdes en opposition de phase en fonction de la traction magnétique des solénoïdes, quand ceux-ci sont alimentés par un courant électrique. Le mouvement de va-etvient fait tourner l'axe 26. Dans la présente invention une source de tension de courant continu est prévue et il faudra noter que la tension continue peut être fournie de batteries ou d'une source de courant alterna tive à 60 périodes, 110 volts, ou toute autre source appropriée. Si on utilise une source de tension alternative, un redresseur, non représenté, convertira la tension alternative en tension continue pour faire fonctionner l'unité. La puissance est dirigée vers les solénoïdes pendant des cycles choisis de leur mouvement par un commutateur 30, qui est relié directement à l'axe 26 d'une manière quelconque appropriée, p.ex., à l'aide d'une roue sonnée 31 sur l'axe/connectee à une roue dontée sur l'axe 33 du commutateur par l'intermédiaire d'une chaine 34. Ce commutateur commande le fonctionnement du moteur à mouvement de va-et-vient par un bras balayeur tournant 35 sur l'axe 33 qui contacte momentanément les contacts 36R et 36L dans le circuit de l'unité pour produire des impulsions dans le circuit qui va être décrit. Selon le circuit représenté dans la figure 2 le conducteur positif 37 de la source de tension est relié à chaque solénoïde 21R et 21L et au bras balayeur 35. Le conducteur négatif 38 de la source de tension est relié aux extrémités opposées des solénoïdes 21R et 21L et chaque conducteur négatif contient un redresseur commandé au silicium 39R et 39L respectivement. Un conducteur de commande 40, contenant une résistance 41, s'étend de chaque redresseur commandé au silicium 39R et 39L vers un contact respectif 36R et 36L. Pour compléter le circuit un conducteur d'arrêt 40' contenant un condensateur 41' s'étend du côté positif d'un redresseur commandé au silicium vers le coté positif de l'autre redresseur commandé au silicium en un point de jonction entre le solénoïde et le redresseur commandé au silicium. Le fonctionnement du circuit est comme suit: Quand le dispositif est au repos, le bras balayeur 35 ne se trouvant pas sur les contacts 36R et 36L, aucun courant ne circule dans une des bobines. Quand la rotation de l'axe commence, le bras balayeur se déplace vers un contact, p.ex. le contact 36L. Le redresseur commandé au silicium 39L ouvert,la tension de commande est imprimée sur le conducteur de commande du redresseur commandé au silicium 39R de sorte qu'un courant passe par le redresseur commandé au silicium et le solénoïde 21L. Le solénoïde 21L conduit un courant jusaut ce que le bras balayeur 35 a tourné de 1800 pour contacter le contact 36R pour exciter la bobine opposée 21R. Quand la bobine 21L était d'abord alimentée, le condensateur 41' dans le conducteur d'arrêt 46 était chargé de sorte que son potentiel positif se trouve du côté du solénoïde 21R.Cependant, après que le bras balayeur a contacté le contact 36R, le redresseur commandé au silicium 39R conduit un courant qui passe par le solénoïde 21R. Ceci renverse la charge du condensateur 41' pour inverser la polarisation au redresseur commandé au silicium 39R pour bloquer ce redresseur et disconnecter le solénoïde 21R. Le solénoïde 21R conduit le courant juqu'à ce que le bras balayeur tourne de 1800 supplémentaires pour contacter le contact 36L et répéter le cycle décrit. I1 faudra noter que la position du bras balayeur 35 sur l'axe 33 peut être variée de sorte à permettre au solénoïde de tirer un courant à n'importe quelle position choisie des pistons 23 dans leurs soléno3desrespectiB; et non-nécessairement à leurs positions extrêmes. Cependant, avec l'arrangement de la fig. 2, les solénoïdes 21R et 21L sont alimentés et disconnectés suivant des cycles de 1800. S'il devenait désirable de varier le o cycle de chacun des solénoïdes à plus ou moins que 180 , il sera nécessaire de modifier le circuit de la manière représentée dans la fig. 3. Dans cet arrangement un second bras balayeur 35a est utilise pour contacterdes contacts 42 de circuit d'arrêt individuel 43R et 43L au lieu du conducteur d'arret 40 décrit ci-dessus. Chaque circuit d'arrêt est connecté entre son solénoïde respectif 21 et son redresseur commandé au silicium et comprendra un condensateur 44 équivalent au condensateur 41' décrit est ci-dessus. Le fonctionnement de llappareil/similaire au fonctionne ment qui vient d'être décrit.Cependant, le bras balayeur 35 engageant les contacts 36R ou 36L rendra conducteur le redresseur commandé au silicium respectif et le bras balayeur 35, contactant les contacts 42R et 42L respectifs, bloquera le redresseur commandé au silicium respectif. La position relative des contacts 42 et des contacts 36 déterminera l'arc par lequel tourneront les axes 26 et 33 avec alimentation des solénoïdes respectifs. I1 t utile de prévoir un moyen pour tourner les contacts 42 par rapport aux contacts 36 pour varier de façon sélective cet arc de mouvement. Un simple mode pour réaliser cette variation est représenté dans la figure 4, dans laquelle une partie du commuta teur 30, un cadre 43', comprend un rotor ajustable 44' centré sur l'axe 33 pour obtenir les contacts 42. Une échelle 45 peut être marquée sur le cadre 43' et une marque de référence 46 peut être prévue sur le rotor 42', permettant ainsi à l'opérateur de tourner le rotor 44' et de varier facilement la position des contacts 42 par rapport aux contacts 36 qui sont fixés au cadre du commutateur 30. Le moteur radial à solénoïde représenté dans la fig. 5 est construit de façon quelque peu similaire à un moteur à combustion interne conventionnel radial. Un cadre circulaire 50 porte un arrangement de solénoïdes 51; le dessin représente huit solénoïdes espacés de façon égale autour du cadre. Chaque solénoïde contient un piston 53 d'où une tige de connexion 54 s'étend vers un vilebrequin 55. Dans le mode de réalisation représenté les tiges de connexion sont toutes connectées à une tige de commande 54a qui est fixée au vilebrequin 55 à l'aide de paliers 55a. Le vilebrequin 55 forme une partie intégrale de l'axe 56 représentée en pointillés dans et qui est fixé dans des paliers non représentés. Le moteur est actionné à l'aide d'un commutateur 60 indiqué de façon schématique dans la fig. 6. Le bras balayeur 61 du commutateur est directement relié à l'axe d'entraînement 56 pour tourner avec celle-ci en synchronisme. Cette liaison est faite d'une manière quelconque appropriée, ou bien en montant le commutateur sur une extrémité de l'axe ou en utilisant des roues dontées et une chaîne, tel que représentées dans la fig. 1. La position des pistons 53 par rapport aux solénoïdes est telle qu ils se déplacent dans et hors de leur solénoïde respectif quand le vilebrequin touret l'action d'entraînement des pistons se fera en fonction de la traction magnétique des solénoïdes quand ceux-ci sont alimentés par un courant électrique. Le diagramme représenté dans la fig. 5 est similaire au circuit représenté dans la fig. 2, bien que le nombre des composants individuels soit nécessairement plus grand. Un conducteur négatif et un conducteur positif d'une source de courant continu sont prévus et chaque conducteur s'étend vers chacune des huit bobines de solénoïdes dans un arrangement parallèiw chaque solénoïde comprenant un redresseur commandé au silicium au coté négatif de la bobine, tel que décrit plus haut Le commutateur comprend un bras tournant qui tourne en synchronisme avec I'axe pour contacter les contacts séquentiellement dont chacun est connecté au conducteur de commande de son redresseur commandé au silicium correspondant. Ainsi, quand le bras du commutateur tourne, il engage séquentiellement les contacts pour les huit redresseurs à commander au silicium dans les circuits de solénoïdes respectifs pour alimenter chacun des solénoïdes l'un après l'autre. Les solénoïdes conduisent un courant pendant une partie ou un cycle choisi de la rotation de l'axe et après ils sont disconnectés. Chaque redresseur commandé au silicium est bloqué,quand un redresseur commandé au silicium suivant est rendu conducteur; ce blocage se fait à l'aide d'un conducteur pulsateur qui comprend un condensateur et s'étend d'un point de jonction entre le solénoïde et le redresseur commandé au silicium et le contact pour un redresseur suivant.Ainsi, si le bras du commutateur se déplace sur un contact pour imprimer une tension sur le conducteur de commande de ce point pour fermer le circuit de solénoïde, le changement dé tension provoquer une impulsion pour bloquer le redresseur commandé au silicium précédent. Une bague collectrice munie de huit contacts et huit contacts correspondant sur le cadre de l'interrupteur sont prévus dans ces conducteurs pulsateurs pour permettre le blocage d'un redresseur commandé au silicium d'un des solénoïdes au moment où le contact suivant adjacent est contacté par le bras balayeur ou quand le second contact est touché ou le troisième ou le quatrième contact est touché. En d'autres mots, l'interrupteur tournant peut être placé d'une manière telle à permettre que deux, trois ou quatre bobines sont alimentées en même temps. L'interrupteur tournant comprend huit conducteurs pulsateurs espacés s'étendant à partir des huit contacts autour de l'interrupteur vers les solénoïdes respectifs, tandis que le rotor de cet interrupteur comprend huit contacts correspondants qui sont reliés aux conducteurs principaux entre les bobines et les redresseurs commandés au silicium. Les différentes combinaisons qui peuvent être obtenues avec cet arrangement par rotation du rotor sont montrées de façon exemplaire par la position représentée dans la fig. 7 dans laquelle la bague collectrice est placée en sorte que le circuit de blocage pour le premier redresseur commandé au silicium est connecté au quatrième circuit de solénoïde, de sorte que si le bras commutateur contacte le contact du quatrième solénoïde, le circuit de blocage du premier solénoïde produit une impulsion pour disconnecter le premier solénoïde.Avec cet arrangement le premier solénoïde sera de nouveau alimenté quand le bras du commutateur contacte le premier contact et conduira un courant pendant que le bras commutateur touche les seconds et troisièmes contacts et sera bloqué quand le bras commutateur se place sur le quatrième contact. Le déplacement de la bague collectrice représentée dans la fig. 7 permet de disconnecter le premier solénoïde à différents angles, tels que 45 degrés, 90 degrés, 135 degrés ou 180 degrés suant la position de la bague collecùice. L'alimentation de chacun des solénoïdes est de 45 degrés a 180 degrés de rotation,si le piston se déplace de la position maximum extérieure par rapport a ce solénoïde pour fournir une rotation de 2100 tours par minute ou plus. Le meilleur fonctionnement pour quelques usages a été obtenu en alimentant le solénoïde à 180 degrés (position du piston hors du cylindre), puisque la formation du champ magnétique de la bobine est relativement lente. Cependant, la disparition du champ est rapide de sorte que la coupure de l'alimentation peut se faire quelques degrés avant le point mort supérieur du piston. I1 est aussi possible de déplacer la jonction des tiges de connexion au piston de 2,5 à 5 cm hors du centre. L'augmentation du déplacement hors du centre augmente le moment. I1 faudra noter que le moteur est un dispositif à courant constant et à faible tension, ce qui permet de l'utiliser avec une pile à combustble. Les cylindres peuvent etre réalisés avec des valves à une voie pour comprimer l'air ou réduire la pression (vide) pour actionner des accessoires de l'unité. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'home de l'art aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVEND ICAT IONS 1. Moteur à solénoïde à mouvement de va-et-vient, comprenant un solénoïde, un piston adapté pour exécuter un mouvement de va-et went dans et hors du solénoïde, une source de courant continue pour l'alimentation du solénoïde et un moyen commutateur tournant en synchronisme avec le mouvement de va-et-vient du piston pour faire passer le courant au solénoïde à des intervalles de sorte à actionner le piston dans son mouvement de va-et-vient, caractérisé par un circuit de puissance vers le solénoïde comprenant un redresseur commandé au silicium sur le côté négatif du solénoïde comme interrupteur pour ouvrir et fermer le circuit de puissance, un conducteur de commande passant du redresseur commande au silicium vers un contact pour rendre conducteur le redresseur commandé au silicium pour enclencher le circuit de puissance en réponse à une impulsion positive, un conducteur d'arrêt partant du circuit de puissance d'un point entre le solénoïde et le redresseur commandé au silicium vers un second contact pour bloquer le redresseur commandé au silicium pour couper le circuit de puissance en réponse à une impulsion positive et en ce que le commutateur comprend un bras rotatif connecté au côté positif du circuit de puissance et tournant en réponse au mouvement de va-etvient du piston pour contacter lesdits contacts à des intervalles cycliques choisis du mouvement du piston. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs pistons sont montés radialement sur un axe rotatif. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits pistons sont montés en paires opposées sur ledit axe. -4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit contact de commande est arrangé de sorte à être tourne par rapport au piston de sorte à alimenter ledit solénoïde de 450 à 1800 du trajet du piston par rapport à l'axe. 5. Moteur selon la revendication 4, caractérise en ce que ledit contact de commande est tourné de sorte à alimenter ledit solénoïde à environ 1800 de rotation de l'axeavant le mouvement du piston dans ledit solénoïde. 6. Moteur selon la revendication 1, caractérisé par plusieurs pistons montés radialement sur un axe rotatif, un disque circu laire recevant plusieurs contacts de commande pour lesdits redresseurs commandés au silicium, un bras de balayage monté sur ledit axe pour tourner et un moyen pour tourner ledit disque de sorte à changer la position des contacts par rapport à la position du piston associé. 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque solénoïde est alimenté à environ 1800 en avant du trajet de chaque piston dans chaque solénoïde et est disconnecté après environ 1800 de rotation.