Brevet FR2510836A1 — publié le 19830204

MOTEUR ELECTRIQUE A REPULSION SANS COLLECTEUR. L'invention est relative à un moteur électrique à répulsion. Un moteur de ce genre est alimenté en courant alternatif et comprend, comme un moteur à courant continu, un inducteur fixe, ou stator, et un induit tournant, ou rotor, à collecteur dont les lames glissent contre deux balais fixes en court-circuit. Le champ magnétique de valeur variable produit par l'inducteur induit dans les bobinages du rotor un courant sur lequel agit le champ de l'inducteur : si les balais ne sont calés ni dans la direction du champ inducteur ni dans la direction perpendiculaire, on obtient ainsi un couple qui fait tourner le moteur. Un tel moteur présente l'avantage d'assurer un important couple au démarrage, d'être alimenté en courant alternatif et de pouvoir tourner à une vitesse non limitée. De plus cette vitesse peut être rendue variable en faisant varier l'angle d'inclinaison de l'axe des balais par rapport à l'axe de l'inducteur. Malgré ces avantages ce moteur a été cependant peu utilisé jusqu'à présent car on lui préfère habituellement le moteur uni versel, d'une constitution analogue à celle du moteur série à courant continu, en raison de la meilleure caractéristique de couple du moteur universel. Le moteur à répulsion selon l'invention est dépourvu de collecteur et de balai. La simplicité de réalisation et les autres avantages résultant de la suppression du collecteur, en particulier l'absence d'étincelle lors de la commutation, redonnent un intérêt pratique au moteur à répulsion. ll est caractérise en ce qu'il comprend un ensemble d'interrupteurs électroniques dont chacun est connecté entre des spires opposées de l'induit et, grâce à une commande sans contact, notamment optique, est rendu conducteur à chaque tour lorsque la ligne des spires qu'il relie a une orientation déterminée et dont la conduction est interrompue lorsque l'interrupteur suivant est rendu conducteur. Chaque interrupteur électronique comprend, par exemple, un triac dont la gâchette est reliée à une autre électrode de ce triac par l'intermédiaire d'une photorésistance de manière qu'il soit con ducteur lorsque cette photorésistance est éclairée par le pinceau lumineux fourni par une source de position fixe. Cette conduction s'interrompt lorsque le triac suivant est rendu conducteur car, alors, pour des raisons résultant de la loi de Lenz, le courant traversant ce triac suivant a une intensité plus importante que celle du courant traversant le triac précédemment rendu conducteur et le courant 'traversant ce triac précédent a, en conséquence tendance à changer de sens en passant par la valeur nulle; c'est ce passage par zéro qui provoque l'interruption de la conduction du triac. Cette interruption s'effectue donc de façon naturelle. Le nombre d'interrupteurs électroniques d'un tel moteur peut être nettement moins important que le nombre de lames du col lecteur du moteur à répulsion antérieurement connu car, ce moteur étant dépourvu de balai il ne se produit pas d'étincelle lors de la commutation et on sait que ce sont ces problèmes de commutation qui obligent à choisir un grand nombre de lames pour le collecteur du moteur classique. La puissance du moteur, et donc sa vitesse, peut être réglée ou variée en agissant sur la conduction des interrupteurs électroniques c'est-à-dire sur les signaux lumineux dans le cas d'une commande optique. En particulier on peut, dans cette dernière hypothèse, diminuer la puissance du moteur en n'excitant pas la source lumineu se en permanence mais en l'excitant de façon périodique. 11 est également possible de faire varier la vitesse du moteur en agissant sur la position de la source lumineuse. Dans ce cas on peut prévoir plusieurs sources telles que des diodes photoernettrices à faisceau lumineux étroit en des positions angulaires différentes autour du rotor, le choix de la source utilisée déterminant la puissance du moteur.Il est également possible de n'utiliser qu'une seule source à faisceau lumineux large dont l'excitation est à une fréquence fonction de la vitesse de rotation et en synchronisme avec cette rotation; dans ce cas pour faire varier la vitesse on agit sur la phase du signal périodique d'excitation de la source lumineuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celleci étant effectuée en se référant aux messins ci-annexés sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schc--natique d'un moteur a' répulsion d'un type connu, - la figure 2 est un schéma d'un moteur selon l'invention, - la figure 3 est un interrupteur électronique du moteur de la figure 2, - la figure 4 est un schéma servant à expliquer le fonctionnement du moteur de la figure 2, - la figure 5 est un schéma du rotor et de sources lumineuses d'un moteur selon une variante de la figure 2, - la figure 6 est une vue schématique en coupe d'un moteur du type de celui de la figure 2, et - la figure 7 est une vue schématique en coupe d'une autre réalisation d'un moteur selon l'invention. Un moteur à répulsion du type classique (figure 1) est analogue à un moteur à courant continu : il comprend un inducteur fixe ou stator 1, qui dans l'exemple est en deux parties 1 et a t 1b' un induit bobiné 2 dont les spires 3 sont reliées aux lames 4 d'un collecteur 5 sur lesquelles glissent deux balais 6 et 7 fixés en des positions angulaires à 1800 I'une de l'autre. Un tel moteur se distingue du moteur à courant continu par le fait que les enroulements la et lb de l'inducteur 1 sont alimentés en courant alternatif, notamment monophasé. En outre, les balais 6 et 7 sont en court-circuit, c'est-àdire au même potentiel, et la ligne des balais 8 forme un angle différent de 0 et de 900, en général de l'ordre de 450, avec la ligne 9 correspondant à la direction du champ magnétique produit par l'inducteur 1. Lorsque les balais sont en court-circuit l'induit peut être assimilé à une bobine d'axe 8 dans laquelle l'inducteur induit un courant et le champ magnétique de l'inducteur exerce alors sur la bobine une force qui tend à la faire tourner. Le sens de rotation est, en raison de la loi de Lenz, celui qui correspond à une diminution de l'intensité du courant dans la bobine. La bobine ne tourne que si l'axe 8 a une direction faisant un angle différent de 0 et 900 avec l'axe 9 de l'inducteur. Le moteur selon l'invention se distingue du moteur classique représenté sur la figure 1 par le fait qu'il ne comporte ni collecteur 5 ni balai 6, 7 mais, à la place, on prévoit un ensemble de triacs dont chacun est connecté entre des spires diamétralement opposées de l'induit 2 et est rendu conducteur lorsque ces deux spires diamétralement reliées occupent une position déterminée qui correspond à la direction des balais. Dans l'exemple de la figure 2 le triac 111 relie entre elles les spires diamétralement opposées 121 et 131 de l'induit 2; de même le triac 112 relie entre elles les spires 122 et 132 diamétralement opposées; etc... Les triacs Il et les spires correspondantes sont régulièrement répartis autour de l'axe 14 de l'induit. Entre l'électrode de gâchette 15 (figure 3) de chaque triac Il et une anode 16 de ce triac est disposée une photorésistance 17. Les caractéristiques du triac 11 et de la résistance 17 sont telles que lorsque celleci reçoit le pinceau lumineux étroit 18 produit par une diode photo-émettrice 19 ledit triac est rendu conducteur. La diode 19 est disposée de façon telle qu'elle rende conducteur le triac 11 lorsque la ligne des spires opposées 12 et 13 auxquelles il est connecté forme un angle de 450 environ avec la ligne 9 du champ magnétique de l'inducteur 1. Sur la figure 4 on a représenté par des flèches F1, F2 et F3 en traits interrompus le courant traversant les spires de l'induit lorsque le triac 111 vient de s'allumer. Le courant électrique converge vers la spire 121 pour revenir à cette spire en passant par le triac 111, la spire 131 (non représentée sur la figure 4) et les autres spires du bobinage de l'induit. 3600 Lorsque le rotor a tourné d'un angle de 360, n étant le nombre de triacs, le triac 112 est rendu conducteur à son tour et appelle des courants représentés par les flèches F'1, F'2 et F'3 en traits pleins. Ces courants ont alors une intensité plus importante que les courants correspondants appelés par le triac 11. Ce courant dans le triac 111 tend donc à changer de sens en passant ainsi par 0. Ce passage par la valeur nulle provoque l'ex-inction du triac 111 dont la photorésistance n'est plus illuminée- extinction qui est nécessaire pour le fonctionnement correct du moteur. Il n'est pas indispensable que le nombre de triacs 11 soit égal au nombre de couples de spires opposées de l'induit. Les triacs peuvent être en nombre sensiblement inférieur au nombre de lames du collecteur d'un moteur à répulsion classique car, dans ces moteurs connus, le nombre de lames doit être important pour éviter des étincelles entre balais et lames de collecteur lors de la commutation alors que les problèmes de ce type ne se posent pas dans un moteur selon l'invention. Le nombre de triacs peut encore être réduit en augmentant le nombre de photodiodes. Ainsi dans l'exemple de la figure 5 on prévoit deux photodiodes 20 et 21 en des positions diamétralement opposées et le nombre de triacs est, par rapport à l'exemple de la figure 2, divisé par deux. La répartition est telle que les triacs sont par couples 221, 222 sur des lignes formant entre elles un angle A = 360 , n étant le nombre de triacs alors que les triacs les plus rapprochés de couples distincts sont sur des lignes formant entre elles un angle de 3y ans un exemple n = 6 et A = 300. La vitesse de rotation du moteur peut être modifiée par la variation de la position angulaire des photodiodes, de manière analogue au déplacement des balais dans Je moteur à répulsion classique. A cet effet on peut disposer la photodiode sur un support mobile ou prévoir plusieurs photodiodes en des positions angulaires différentes, le choix de la photodiode excitée correspondant au choix de la vitesse désirée. On peut également, au lieu d'exciter en permanence la photodiode, prévoir des signaux d'excitation de celleci qui sont synchronisés avec la rotation des triacs, la vitesse pouvant alors varier en modifiant la phase du signal d'excitation de la photodiode.En effet, la position angulaire de la ligne sur laquelle se trouve le triac allumé dépend de la phase du signal d'excitation de la photodiode; dans ce cas il est nécessaire que la, ou les, source(s) lumineuse(s) émette(nt) un faisceau lumineux qui ne soit pas un pinceau trop étroit. Pour modifier la vitesse il est bien entendu possible de combiner deux ou trois des réalisations évoquées cidessus, par exemple le choix de la source lumineuse à allumer avec le choix de la phase du signal d'excitation de cette source. Pour faire varier la vitesse il est également possible de faire varier la fréquence d'alimentation de la source lumineuse. Le moteur selon l'invention présente l'avantage de pouvoir tourner à une vitesse variable qui n'est pas limitée, sa réalisation est simple car il est dépourvu de collecteur, son couple au démarrage est élevé et, enfin, comme il est alimenté en courant alternatif il ne fait pas intervenir de redresseur pouvant induire des parasites sur le réseau. A la place d'un triac on peut prévoir tout autre interrupteur électronique susceptible de s'éteindre lorsque l'intensité du courant qui le traverse passe par la valeur 0. On peut également prévoir d'autres interrupteurs électroniques à électrodes de commande sur lesquelles on applique un signal d'extinction lorsque l'un des autres interrupteurs reçoit un signal de commande d'allumage. Dans l'exemple de la figure 6, les triacs 11 sont en saillie d'une face latérale 25 du rotor 2 et la photodiode 19 est dans le boîtier 26 du moteur sur un support 27 fixé à ce moteur. Dans l'exemple de la figure 7 les triacs 22 sont également en saillie d'une face latérale 30 du rotor 2. Mais, en plus, ils sont comme les sources lumineuses 20 et 21, enfermés dans un boîtier tournant 31 solidaire du rotor 2. Les sources lumineuses 20 et 21 sont à l'extrémité d'une tige 32 dirigée suivant l'axe de l'arbre 33 du moteur, à l'opposé de ce dernier par rapport au rotor 2, et qui est solidaire d'une face d'extrémité 34 du boîtier 26' du moteur. Cette tige 32 est entourée par un coussinet 35 constitué par un feutre gras ou une bague en téflon, la séparant d'un arbre creux coaxial 36 prolongeant le bottier 31. Les sources lumineuses 20 et 21 et les triacs 22 sont ainsi disposés dans un boîtier étanche solidaire du rotor 2, ce qui évite que les photorésistances et les sources lumineuses ne soient obscurcies par des particules de salissures provenant de l'environnement et/ou du fonctionnement du moteur, cet obscurcissement risquant de nuire au bon fonctionnement dudit moteur. Pour améliorer la protection des sources lumineuses et des triacs on peut encore prévoir de conférer une aimantation au support 32 et à l'arbre creux 36 pour éloigner les particules ferromagnétiques des sources et du triac à protéger. Le moteur selon l'invention est particulièrement utile pour des appareils à usage domestique. REVENDICATIONS 1. Moteur électrique à répulsion, caractérisé en ce qu'étant dépourvu de collecteur et de balai, il- comprend des interrupteurs électroniques (11, 22) dont chacun relie deux spires opposées (12, 13) de l'induit (2),- est fermé par une commande sans contact lorsque les spires correspondantes occupent une position angulaire déterminée et est ouvert lorsque l'un des autres interrupteurs est fermé. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande de la conduction de l'interrupteur électronique est optique. 3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'interrupteur électronique s'ouvre de lui-même lorsque l'intensité du courant le traversant passe par la valeur nulle. 4. Moteur selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'interrupteur électronique comprend un élément sensible à la lumière, telle qu'une photorésistance (17), dans le circuit de son électrode de commande (15). 5. Moteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'interrupteur électronique est un triac. 6. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les interrupteurs électroniques sont régulièrement répartis autour de l'axe du moteur et en ce que la fermeture de chaque interrupteur est obtenue lors du passage devant une source lumineuse telle qu'une photodiode (-19) ayant une position angulaire déterminée autour de l'axe. 7. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des couples d'interrupteurs électroniques (22) disposés de façoR régulière autour de l'axe du moteur et deux sources lumineuses (20, 21) pour commander la fermeture de ces interrupteurs qui sont disposées en des positions angulaires déterminées par rapport à l'axe et diamétralement opposées. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les interrupteurs électroniques sont enfermés dans un boîtier étanche solidaire du rotor. 9. Moteur selon les revendications 2 et 8, caractérisé en ce que la (les) source(s) lumineuse(s) d'excitation des interrupteurs électroniques est (sont) enfermée(s) dans le même boîtier étanche solidaire du rotor que les interrupteurs électroniques. 10. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les interrupteurs électroniques sont en saillie d'une face transversale du rotor (2).