Brevet FR2467503A1 — publié le 19810417

"Moteur à courant continu, muni d'un circuit de commutation électronique" L'invention concerne un moteur à courant continu, muni d'un rotor magnétiquement permanent et d'un circuit de commutation commandé par le champ magnétique du rotor. On connaît déjà des moteurs à courant continu du genre précisé ci-dessus. (Voir par exemple la publica- tion "Philips Technische Rundschau", Volume 31, 11/12, page 383, parue en 1970/71). Dans ces moteurs connus, la position"instantanée du rotor est détectée à l'aide d'élé- ments de Hall, le signal de positionnement ainsi obtenu étant utilisé pour commander le circuit de commutation formé par des composants discrets. Le circuit de commutation d'un tel moteur à courant continu est relativement coûteux, puisque ledit circuit nécessite l'emploi de nombreux composants. De plus, la construction du moteur est compliquée, étant donné que par exemple les éléments de Hall sont montés à l'inté- rieur de l'enroulement de stator, l'échange et le position- nement de ces éléments de Hall n'étant plus possibles après le bobinage de l'enroulement de stator. De plus, les cir- cuits de commutation utilisés ne donnent pas lieu à une commutation réelle dans le sens d'une inversion de sens de passage de courant dans chaque bobine de stator mais ne donnent lieu qu'à des enclenchement et déclenchement périodiques. L'invention a pour but de procurer un moteur à courant continu qui tout en appartenant au genre mention- né dans le préambule est réalisé de façon à simplifier essentiellement la réalisation du moteur lui-même ainsi que du circuit de commutation utilisé en combinaison avec ce moteur, et à mettre utilement à profit les enroulements du moteur. Conformément à l'invention, le but précisé ci- dessus est atteint du fait que l'enroulement d'induit placé dans le stator est formé par m torons (11a à le) branchés en triangle ou en étoile, qu'une extrémité de chaque toron est raccordée à la borne de sortie (2) d'un commutateur (10, 20, 30, 40, 50) commandé par voie magnétique et réalisé sous forme de circuit semiconducteur intégré, qu'entre les première-et deuxième bornes d'entrée (1, 4) de chaque commutateur est branchée une source de courant d'alimentation (12), qu'entre la première borne d'entrée (1) et la borne de sortie (2) de chaque commutateur est formé un premier trajet de commutation (3) alors qu'un second trajet de commutation (5) est formé entre la deuxième borne d'entrée (4) et ladite borne de sortie (2), que la commande desdits premier et second trajets de commutation est possible de façon que dans le cas o un commutateur est soumis à l'in- fluence d'un champ magnétique à intensité B, le premier trajet de courant (3) du commutateur est fermé lorsque B >B0 + &, que son second trajet de commutation (5) est fermé lorsque B alors que 0 tateurs sont élaborés symétriquement sur le stator de façon à être commandés, dans un ordre de succession cyclique, par le champ magnétique du rotor. D'autres modes de réalisation du moteur à courant continu conforme à l'invention-sont précisés dans les reven- dications 2 à 9 de la présente demande de brevet. Les avantages dont on profite grâce à l'inven- tion résident en particulier en ce que, exception faite d'un commutateur commandable par voie magnétique et appar- tenant au genre précisé ci-dessus, le moteur ne nécessite par phase pas d'autres composants électroniques, que le moteur ne comporte qu'un petit nombre de parties simples, permettant une automatisation très poussée, et pouvant être montées de façon très simple,que les enroulements d'induit sont mis utilement à profit, que grâce aux commuta- teurs utilisés, le passage de courant dans deux sens est possible, et que par la façon dont sont élaborés les com- mutateurs, on a la garantie d'un découplage prononcé entre les éléments de Hall dans les commutateurs et le champ d'induit, de sorte que la commande des commutateurs est possible à l'aide du champ magnétique du rotor. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien compren- dre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est le schéma de connexion d'un moteur à courant continu, muni d'un enroulement de stator pentapolaire et d'un circuit de commutation formé par cinq commutateurs commandés par voie magnétique. Les figures 2a et 2b sont deux vues schématiques d'un moteur à courant continu, muni de trois enroulements de stator et de trois commutateurs commandés par voie magné- tique. La figure 3 montre une carcasse portant les enroulements de stator du moteur selon la figure 2, ladite carcasse portant également les commutateurs commandés par voie magnétique. Les figures 4a et 4b illustrent deux modes de réalisation d'une platinecarte de circuit imprimé pouvant être liée à une carcasse selon la figure 3 et portant trois commutateurs commandés par voie magnétique. La figure 5 illustre une variante de la liaison entre une carcasse d'enroulements et une platine-carte de circuit imprimé pour un moteur selon la figure 2. La figure 6 illustre par deux vues schématiques un autre exemple de réalisation d'un moteur à courant conti- nu. La figure 1 est le schéma de connexion d'un moteur à courant continu, muni de cinq torons d'induit lia à lie placés dans le stator et réunis de façon à former un pentagone. La commande de ces torons est assurée par un montage en pont pentaphasé, formé par cinq commutateurs , 20, 30, 40 et 50, commandés par le champ magnétique du rotor magnétiquement permanent. L'élaboration symétrique des différents commuta- teurs sur le stator est telle que ces commutateurs soient suffisamment proches du rotor magnétiquement permanent pour subir l'influence de son champ magnétique dans un ordre de succession cyclique. Entre des première et deuxiè- me bornes d'entrée 1 et 4, chaque commutateur est raccordé à une source de courant d'alimentation 12, et chaque commu- tateur comporte, entre la première borne'd'entrée 1 et une borne de sortie 2, un premier trajet de commutation 3, tandis qu'entre la deuxième borne d'entrée 4 et la même borne de sortie 2, chaque commutateur comporte un second trajet de commutation 5, alors que la commande de ces deux trajets de commutation est possible de façon que dans le cas o un commutateur est soumis à l'influence d'un champ magnétique à intensité E du rotor, le premier trajet de commutation 3 du commutateur est fermé lorsque B >B +A4LB 0 25' que son second trajet de commutation 5 est fermé lorsque B en pratique. De son côté, E indique une valeur qui résul- te de la dispersion à laquelle donnent lieu les composants dans le commutateur, la valeur 6 étant comprise entre 0,5 et 1 pour un commutateur réalisé en pratique. Les commutateurs commandés par voie magnétique et appartenant au genre précisé ci-dessus constituent l'ob- jet dela dedmnde de brevet allemand N<>P 2939917.5 déposée le 2/10/79 au nom de PHILIPS PATFNTVERWALTUNG G.m.b.H. et sont expliqués plus en détail dans ladite demande. Dans chaque commutateur, chaque trajet de commutation est shunté efficacement par une diode de libre passage 6, 7. Dans le schéma que montre la figure 1, les dif- férents enroulements de stator sont interconnectés de façon à former un circuit polygonal fermé, notamment un pentagone. Toutefois, il est possible aussi de pratiquer d'autres liaisons entre les torons, et il est par exemple possible de connecter en étoile les différents enroulements du stator. La figure 2a est une coupe schématique et la figure 2b une vue en plan schématique d'un moteur à courant continu muni de trois enroulements de stator et de trois commutateurs commandés par voie magnétique et formant le circuit de commutation du moteur en question dont les enrou- lements de stator peuvent être branchés en triangle ou en étoile. En plus de son boîtier, le moteur en question comporte essentiellement un rotor magnétiquement permanent 21 et trois ensembles lamellés 22, 23 et 24 en forme de U, montés dans des carcasses qui portent les trois enroule- ments de stator 25, 26 et 27. Les trois carcasses forment ensemble une unité 28, ce par quoi l'on veut dire que les trois carcasses sont réalisées d'une seule pièce 28, en matière synthétique. A cette unité 28 est liée une platine- carte de circuit imprimé 29 munie d'évidements dans lesquels sont placés, de façon équidistante suivant la circonférence, les trois commutateurs 29 commandés par voie magnétique, réalisés comme circuit intégré et commandant les enroulements de stator 25, 26 et 27. La figure 2 ne représente qu'un seul des commutateurs en question. Le positionnement symé- trique des commutateurs en question est, comme déjà précisé, tel que les enroulements de stator soient commandés, dans un ordre de succession cyclique, par le champ magnétique du rotor 21. Ladite unité 28 formée par les trois carcasses et portant les trois enroulements de stator est dessinée une fois de plus en vue en plan sur la figure 3; en plus des trois carcasses, cette figure montre trois évidements 31, 32 et 33 dont les positions correspondent aux posi- tions des commutateurs sur la platine montée sur ladite unité 28. Il est évidemment possible aussi d'utiliser ladite unité 28 elle-même comme platine-carte de circuit imprimé, c'est-à-dire d'imprimer sur ladite unité les pis- tes conductrices nécessaires, et de monter sur la platine directement les commutateurs, c'est-à-dire dans les évide- ments 31 à 33 en question. Toutefois, il est plus efficace de monter les commutateurs, réalisés sous forme de circuits intégrés, sur une platine spéciale 29 dont les figures 4a et 4b illus- trent deux modes de réalisation possibles. La platine 29a que montre la figure 4a convient en particulier pour des commutateurs réalisés sous forme de circuit intégré a enrobé d'une matière plastique. Ces circuits intégrés sont posés dans les évidements (31 à 33) de la platine de façon que l'épaisseur de l'ensemble combiné que forment la platine et les circuits intégrés constituant les commu- tateurs, soit aussi petite que possible. Cela permet d'éla- borer les commutateurs dans l'entrefer entre le rotor et le stator. La figure 4b montre un mode de réalisation d'une platine lors de l'emploi de laquelle il est possible de réduire encore davantage ladite épaisseur. On y parvient du fait que les commutateurs sont réalisés sous forme de circuits intégrés sur une feuille de contact, l'épaisseur de ceux-ci étant réellement très petite. De préférence, l'unité constituant les trois carcasses et représentée sur la figure 3 est munie des trois broches métalliques 40 sur lesquelles il est possi- ble de glisser les platines munies d'ouvertures correspon- dantes. Lorsque la largeur de l'entrefer du moteur doit être maintenue petite au point qu'il n'est pas possible de monter dans cet entrefer la platine 28, les circuits intégrés 30c formant les commutateurs peuvent, comme le montre la figure 5 pour un commutateur, être soudés, à l'intérieur d'un boîtier à raccords perpendiculaires séparés par une distance adéquate, sur une platine montéeà l'exté- rieur de l'entrefer de façon que les commutateurs pénètrent suffisamment loin dans l'évidement 50 de l'unité 28 pour pouvoir être commandés par le champ magnétique du rotor 21. La figure 6 enfin représente un moteur à courant continu dont le circuit magnétique est conçu de façon con- ventionnelle. Contrairement à ce qui est le cas du moteur que montre la figure 2 et qui comporte un rotor quadripolai- re aimanté suivant son axe, il s'agit sur la figure 6 d'un rotor bipolaire aimanté suivant son diamètre. En particu- lier, dans le cas o les commutateurs 65 à 67 sont réalisés sous forme de circuit intégré plan dont les contacts sont formés sur une feuille, il serait possible d'élaborer les- dits commutateurs entre le rotor et les ensembles lamellés du stator. Toutefois, cela a l'inconvénient que lesdits commutateurs éprouvent fortement l'influence des champs des enroulements de stator 61. Il est donc plus efficace, comme le montre d'ailleurs la figure 6, de mettre à profit la dispersion frontale du rotor 62 et d'élaborer à la face frontale du rotor une platine à câblage imprimé 68 qui porte les commutateurs 65 à 67. REVENDICATIONS 1. Moteur à courant continu, muni d'un rotor magnétiquement permanent et d'un circuit de commutation commandé par le champ magnétique du rotor, caractérisé en ce que l'enroulement d'induit placé dans le stator est formé par m torons (11a à lie) branchés en triangle ou en étoile, qu'une extrémité de chaque toron est raccordée à la borne de sortie (2) d'un commutateur (10, 20, 30, , 50) commandé par voie magnétique et réalisé sous forme de circuit semiconducteur intégré, qu'entre les première et deuxième bornes d'entrée (1, 4) de chaque commutateur est branchée une source de courant d'alimentation (12), qu'entre la première borne d'entrée (1) et la borne de sortie (2) de chaque commutateur est formé un premier trajet de commutation (3) alors qu'un second trajet de commutation (5) est formé entre la deuxième borne d'entrée (4) et ladi- te borne de sortie (2), que la commande desdits premier et second trajets de commutation est possible de façon que dans le cas o un commutateur est soumis à l'influence d'un champ magnétique à intensité B, le premier trajet de courant (3) du commutateur est fermé lorsque B>B + &B O 2' que son second trajet de commutation (5) est fermé lors- que B B0 B., et que ses deux trajets de commutation (3, 5) sont ouverts lorsque IB-B0I - champ magnétique du rotor. 2. Moteur à courant continu selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que chaque trajet de commutation (3, 5) de chaque commutateur est shunté par une diode de libre passage (6, 7). 3. Moteur à courant continu selon la-revendi- cation 1, caractérisé en ce que le rotor est aimanté sui- vant son axe, et que sỉvant la circonférence du rotor, les commutateurs sont élaborés devant une face frontale ou devant les deux faces frontales. 4. Moteur à courant continu selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les commutateurs (30) sont élaborés ensemble sur une platine-carte de circuit impri- mé (29). 5. Moteur à courant continu selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que les commutateurs (30a) sont placés dans des évidements de la platine-carte de circuit imprimé (29a). 6. Moteur à courant continu selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que la platine-carte de circuit imprimé et les carcasses portant les enroulements de stator sont réalisées d'une seule pièce. 7. Moteur à courant continu selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les circuits intégrés for- mant les commutateurs sont montés sur une feuille de contact et élaborés dans l'entrefer entre le stator et le rotor. 8. Moteur à courant continu selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le rotor est aimanté suivant son diamètre ou suivant son rayon, et que les commutateurs subissent l'influence du champ principal ou du champ de dispersion du rotor. 9. Moteur à courant continu selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les ensembles lamellés de stator et les commutateurs sont positionnés de façon que l'influence du champ de stator sur les commutateurs soit négligeable.