Brevet FR2517899A1 — publié le 19830610

Moteur à courant continu sans balai La présente invention se rapporte à un moteur en courant continu sans balai Selon la présente invention, en appliquant alternativement le courant à la bobine d'entraîne- ment, il est possible d'induire électroniquement la rotation du rotor, sans le moyen formant balai. Selon l'invention, le rotor est fait d'un aimant permanent et, dans un micromoteur en courant continu o la bobine d'entraînement est installée sur le stator, perlant chaque rotation du rotor, la bobine d'induction qui produit alternativement un courant diélectrique (+) et (-), par passage dans le champ magnétique du rotor, est placée à la position à 90 par rapport à la bobine d'entraînement et, d'un côté de la bobine d'induction, il y a non seulement le condensateur de changement de phase qui induit réciproquement la charge et la décharge du courant diélectrique (+) et (-) par synchronisme avec la rotation à 90 du rotor, mais également le circuit de commande à transistor qui applique réciproquement le courant di 4 lectrique (+) et (-) à la bobine d'entraînement, par synchronisme sur la rotation à 1800 du rotor. Selon la présente invention, en appliquant électroniquement le courant électrique à la bobine d'entraînement du moteur en courant continu, il est possible, non seulement d'augmenter la sûreté de la vitesse de rotation du moteur mais également d'offrir un micromâteur en courant continu qui est très élaboré, et qui peut s'appliquer à un moyen et un appareil électronique. Selon un moteur courant en courant continu, la dimension du moteur est assez petite et cependant en comparaison à un moteur à induction, le moteur produit une force importante et utilise moins de courant Comme le courant continu est appliqué par le moyen formant balai de la bobine d'entraînement, cela pose un problème de bruit de frottement dû au commutateur et aux balais, et comme le contact avec le commutateur est variable, il apparaît des étincelles entre les balais et ceux-ci doivent donc être fréquemment remplacés. Du fait de la complication ainsi que de la fragilité de la construction, il y a beaucoup de gêne lors du fonctionnement, et il est impossible de s'attendre à un long usage Du fait du manque de stabilité du courant fourni par les balais, il est impossible d'avoir une vitesse fiable de rotation du moteur et par conséquent, à l'exception des cas de l'utilisation d'une faible puissance, dans le but requis, le moteur ne peut être utilisé comme moteur en courant continu demandant une certaine précision. La présente invention a pour but de supprimer les défauts provoqués par le moyen formant balai dans un moteur courant en courant continu et afin d'obtenir un micromoteur en courant continu possédant une rotation très fiable, le rotor du moteur est formé d'un aimant permanent et la bobine de démarrage et la bobine d'induction sont placés entre la bobine d'entraînement du stator A partir de la rotation du rotor amorcée par la force magnétique provenant de la bobine de démarrage, le condensateur convertit le courant diélectrique à un déphasage de 900 et, en provoquant le mouvement d'introduction de l'entrée du circuit de commande à transistor qui contrôleel'alimentation en courant d'entraînement vers la bobine d'entraînement, à chaque fois que le pôle magnétique du rotor est dans une position lui permettant de rencontrer le pôle magnétique du stator, un courant continu (+) et (-) est alternativement appliqué à la bobine d'entraînement et est également réglé de façon que, bien que le moteur ne contienne pas de moyen formant balai, il soit possible d'entraîner continuellement le moteur. Ainsi, la présente invention a pour but le développement d'un nouveau micromoteur en courant continu, ne présentant pas les-défauts du moyen formant balai dans un moteur courant. Selon la présente invention, comme la bobine d'entraînement elle-même ne peut posséder la force de mise en marche, la bobine d'entraînement est mise en marche par la bobine de démarrage et, par le moyen fournissant une source électrique du type à curseur qui agit comme moyen courant formant balai, le courant de démarrage est appliqué à la bobine de démarrage et, après le démarrage, l'alimentation en courant de démarrage est interrompue. Ainsi, il est possible d'utiliser un moyen approprié de séparation comme, par exemple,-un moyen formant balai du type à séparation centrifuge, un moyen formant balai du type à autoséparation ou un autre moyen, permettant d'obtenir une séparation automatique quand le rotor est mis en marche. Cependant, dans un tel cas, le rotor ne tourne pas et est fixé d'un côté du pourtour de l'axe dé rotation. Le condensateur de changement de phase et le circuit de commande à transistor sont connectés d'un côté de la bobine d'induction Selon les circuits de commande à transistors les pôles des transistors sont connectés symétriquement A chaque fois que le rotor est entraîné en rotation une fois, par le croisement du pôle différent du rotor fait d'un aimant permanent et de la bobine d'induction, la bobine d'induction produit un courant diélectrique (+) et (-) à chaque rotation de 1200 du rotor, et ce courant diélectrique charge le condensateur et décharge celui-ci. La charge et la décharge du condensateur se produisent à chaque fois que le rotor est synchronisé sur la rotation de Quand le rotor tourne de 90 et que la production est élevée, la production du courant charge et par ailleurs quand le rotor tourne de façon répétée sur une autre rotation de , et que la production du courant diélectrique est basse, le courant décharge Comme le courant diélectrique (+) et (-) est produit pendant la rotation du-rotor à chaque fois, le condensateur peut alternativement charger et décharger le courant (+) et (-). Le circuit de commande à transistors est un circuit rimplificateur à transistors o sont combinés un transistor du type NPN et un transistor du type PNP, qui sont connectés symétriquement La sortie de chaque transistor est connectée au deux sources électriques dont la direction de courant est différente et d'o le courant peut être appliqué à la bobine d'entraînement Comme le courant (+) et (-) qui se décharge du condensateur et synchrorisé sur la rotation sur 180 ' du rotor est appliqué au circuit de commande, chacun des transistors fonctionne alternativement et, par ailleurs, par la rotation synchrone sur 1800 du rotor, comme le courant d'entraînement qui circule dans une direction différente est appliqué alternativement à la bobine d'entraînement, il apparaît un champ magnétique provoquant la rotation par le changement du pôle magnétique de la bobine d'entraînement, donc le rotor peut être entraîné continuellement en rotation et possède également une certaine stabilité de rotation, - Selon la présente invention, comme ce moteur en courant continu peut fournir électroniquement le courant d'entraînement après démarrage du moteur, il n'y a ni étincelle ni bruit de frottement provoqués par le moyen formant balai du moteur en courant continu, en comparaison à un moteur en courant continu selon l'art antérieur, et il ne risque pas non plus d'y avoir de gêne du fait du frottement et/ou d'une faiblesse de la mécanique reposant sur le problème mécanique du moyen d'alimentation en courant. Du fait de la stabilité de l'alimentation en courant, la vitesse de rotation du moteur peut également être très stable Comme la phase du courant est convertie à la position o le pôle magnétique du stator et le pôle magnétique du rotor sont face à face, le rotor peut être régulièrement entraîné en rotation et par conséquent le moteur peut avoir une très bonne fiabilité, il est donc possible d'utiliser ce moteur en courant continu très élaboré pour un moyen ou un dispositif électronique dans toutes sortes de domaines industriels - D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif Irais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels La Figure 1 montre le schéma du circuit électrique illustrant la c On Structi Qn de la présente inven- tion La Figure 2 montre le moyen d'alimentation en courant électrique du type à curseur selon l'invention, dont une partie est arrachée pour montrer la construction. Le rotor 2 du moteur est fait d'un aimant permanent Le stator 1 est enroulé, par la bobine d'entraînement L 21 à l'état o les pôles magnétiques se font face en direction opposée Sur la position à 90 degrés entre la bobine d'entraînement, la bobine d'induction Lla et la bobine de démarrage Llb sont enroulées La bobine de démarrage est connectée au moyen d'alimentation en courant électrique du type à curseur qui, par exemple, se compose des balais du type à séparation centrifuge et du commutateur 3. Le commutateur 3 est différent d'un commutateur courant et, comme le montre-la Figure 2, il est fixé d'un côté du boîtier 6 de l'axe de rotation 5 Les balais B 1 et B 2 sont fixés à un côté du rotor 2 et ils servent de séparation centrifuge pendant la rotation en même temps que la rotation du rotor 2 D'un côté du fil de la bobine d'induction L 1 l, il y a le condensateur C 1 de changement de phase, la résistance variable de réglage du courant diélectrique VR et le circuit de commande à transistors 4, o sont connectés symétriquement le transistor Q 1 du type NPN et le transistor du type PNP et le fil de la bobine d'entraînement L 2 est mutuellement connecté à la sortie de ce circuit de commande à transistors 4 Les deux sources E 1 et E 2 d'alimentation en courant fournissent un courant ayant une direction différente, à la bobine d'entraînement par les parties a 1 et a 2 de commutateur, de façon que le rotor puisse être entraîné en rotation. Le moteur de petite dimension selon l'invention a l'action et l'effet qui seront décrits ci-après. Quand le commutateur S d'alimentation en courant est connecté, il apparaît un circuit électrique dans la bobine de démarrage 1 lb comme suit En effet, le processus montre que l'on a: le pôle (+) de la source de courant électrique E 1 la partie de commutateur a 1 le balai b - la partie de commutateur a 3 et a 4 la bobine de démarrage Ti 1 b le commutateur S le pôle (-) de la source de courant électrique E 1. En conséquence, il faut remarquer que, par la force magnétique de la bobine de démarrage Llb, le rotor 2 fait en un aimant permanent tourne et, à ce moment, les balais B et B 2 sont également entraînés en rotation par la rotation du rotor 2 Quand le rotor 2 tourne sur un angle de 90 degrés, le circuit électrique de la bobine d'entraînement apparaît comme suit: en effet, on a le pôle (+) de la source E 2 de courant électrique le commutateur S la bobine d'entraînement L 2 les parties b 4 du- commutateur le balai B 2 les parties b 2 et a 2 du commutateur le pôle (-) de la source de courant électrique E 2. En conséquence, on peut remamrquer que le rotor 2 est entraîné en rotation par-le pouvoir répulsif du pôle magnétique parce que les pôles magnétiques de la bobine d'entraînement L 2 peuvent se rencontrer de façon opposée, et qu'il n'y a pas de différence du fonctionnement d'entraînement de base en comparaison avec un moteur en courant continu commun Cependant, dans la présente invention, pendant la rotation du rotor, les balais B 1 et B 2 du type à séparation centrifuge sont connectés à la séparation centrifuge du commutateur 3 et bar conséquent, l'alimentation en courant électrique à travers les balais cesse en réalité et, par ailleurs, du fait de la rotation du rotor, comme le champ magnétique du rotor fait d'un aimant permanent est croisé par la bobine d'induction Lla, il y a production de courant diélectrique Pendant lé moment o le rotor 2 est tourné d'un angle de 90-degrés à partir d'une position o le pôle magnétique du-rotor 2 fait face à la direction opposée du pôle magnétique du stator 1, il est possible d'obtenir la plus grande vitesse du courant diélectrique de la bobine d'induction Lla et, quand le rotor 2 est entraîné sur 90 degrés, la charge du condensateur C 1 est complète et il n'y a plus de courant qui circule. Quand le rotor 2 tourne encore sur 90 degrés à partir de la position faisant face à la direction opposée à la bobine d'induction Lla et que la valeur du courant d'induction baisse, le condensateur C 1 se décharge Comme seul le courant I+) est appliqué à l'entrée du circuit de commande à transistors 4 en maintenant la différence de phase de 90 degrés avec le courant électrique de la bobine d'entraînement L 2 et que le courant diélectrique complète cette entrée, le transistor Q 1 du type NPN agit et donc-le courant est appliqué à la direction (+) de la bobine d'entraînement L 2 par l'émetteur et le collecteur du transistor Q à partir du côté du transistor Q 1 qui est connecté à la direction (+) Comme ce courant est différent, par sa direction, à la première source de courant E 2 que reçoit la bobine d'entraînement, le pôle magnétique du stator 1 est tourné de façon inverse et le pôle magnétique du rotor qui est placé en une position opposée au stator, est également repoussé pour provoquer la rotation. Pendant la rotation de 180 degrés du rotor 2, comme le pôle magnétique du rotor 2, quand il croise la bobine d'induction, est placé de façon inversée, la bobine d'induction Lla induit un courant diélectrique (-) dé la même façon au début et ce courant diélectrique charge et décharge le condensateur C 1. Le courant déchargé est appliqué à l'entrée de la partie d'entrée du circuit de commande à transistors 4 et comme l'entrée est le courant (-), seul le transistor Q 2 du type PNP agit et le fonctionnement de l'autre transistor Q 1 cesse. Par le fonctionnement du transistor Q 2 V le courant est appliqué en direction inversée, de la source E 2 connectée à la direction (-) à la bobine d'entraînement et alors, le pôle magnétique du stator 1 est de nouveau tourné en sens inverse et, en agissant de façon répétée, le champ magnétique apparaît autour du stator et par conséquent le rotor 2 est entraîné continuellement en rotation. Selon la présente invention, après avoir converti le courant diélectrique à une phase à 90 degrés au condensateur C 1, le circuit de commande à transistors fonctionne et le courant d'entraînement est appliqué à la bobine d'entraînement L 2 donc, quand le pôle magnétique du rotor 2 maintient une position à 90 degrés par rapport au pôle magnétique du stator 1, le courant fourni est très puissant et donc la force d'absorption du pôle -,magnétiqiie est très forte Quand le pôle magnétique du rotor et le pôle magnétique du stator se font face en direction opposées le courant fourni devient nul et donc la force d'absorption disparaît et alors, le courant est appliqué à un é tat de phase inversée et induit régulièrement la rotation dans une seule direction. Le condensateur C 1 de la présente invention a pour fonction, non seulement de convertir la phase du courant 0 diélectrique mais également d'améliorer l'activité de rotation du moteur En d'autres termes, si la capacité du condensateur est ajustée à une valeur différente en utilisant la résistance variable et autres, la quantité de courant en circulation vers la bobine d'induction augmente également et la quantité du courant fourni à la bobine d'entraînement augmente également, donc le couple de rotation du moteur augmente également Cependant, comme le cercle de la charge et de là décharge au condensateur est étendue pendant longtemps, le nombre de tours du moteur est réduit et le moteur a la caractéristique d'un faible vitesse et d'un couple élevé. Selon les caractéristiques ci-dessus mentionnées, comme le moteur tourne toujours-à un état de démarrage, il est possible de l'utiliser efficacement dans toute charge de forte capacité et, en ajustant l'augmentation et la diminution de la capacité du condensateur, il est possible d'ajuster librement le couple de rotation du moteur -Ainsi, il est vrai que le moteur en courant continu selon l'invention présente la nouvelle caractéristique ci-dessus Mentionnée que l'on n'a jamais pu obtenir dans un moteur en courant continu selon l'art antérieur. Le condensateur Cg 1 a pour autre fonction d'élargir le territoire de rotation du moteur Comme le montre la Figure 1, comme le circuit du moteur est connecté à l'inductance par par les transistors Q 1 et Q 21 s'il n'y a pas de connexion du condensateur, il apparaît une sorte de circuit oscillant et,, quand le champ magnétique du rotor fait d'un aimant permanent est dans une position de croisement avec la bobine d'induction Lla, la plus grande partie du courant d'entraînement est appliquée à la bobine d'entraînement L 2 Quand le champ magnétique du rotor est dans une position de moindre croisement, une quantité moindre de courant est appliquée à la bobine d'entraînement Comme une telle action est toujours la même dans tous les cas à chaque fois que le champ magnétique du rotor est placé du côté droit ou du côté gauche au centre de la bobine d'induction, le rotor peut être basculé vers le côté droit ou le côté gauche Cependant, selon la présente invention, comme le condensateur C 1 est combiné à la bobine d'entraîne- ment L, la phase du courant d'induction est convertie à degrés et, quand le champ magnétique du rotor est dans une position pour un croisement important avec la bobine d'induction L une quantité très inférieure de courant fourni est en circulation vers la bobine d'induction L. Quand le champ magnétique du rotor est dans une position pour croiser le moind possible la bobine d'induction L 2, une quantité bien plus importante de courant circule vers la bobine d'entraînement L 2 A chaque fois que le pôle magnétique du rotor est placé du côté droit ou du côté gauche au centre de la bobine d'induction, comme le courant en circulation vers la bobine d'entraînement peut être inversé, la force magnétique agit toujours d'un côté seul et par conséquent le rotor peut toujours être entraîné en rotation dans une seule direction uniquement sans provoquer aucun basculement vers le côté droit ou le côté gauche Ainsi, bien que le moteur en courant continu selon l'invention soit un moteur électronique selon le circuit, en changeant la capacité du condensateur C 1 J, il est possible de faire tourner efficacement dans une plage de rotation à partir d'une vitesse extrêmement élevée à une vitesse extrêmement faible. Dans ce cas, la limite inférieure de la vitesse de rotation est celle o le balai de démarrage retourne à la plage des plus faibles vitesses et, selon la donstriuction, la limite fiér&ieure de la vitesse de rotation est variable. Le moteur en courant continu selon l'invention est différent de ceux selon l'art antérieur o l'on utilise le changement de la force de rotation selon la capacité des charges et il est possible de toujours offrir une vitesse constante de rotation à toute charge En combinant la partie d'entrée du circuit de commande à transistors au circuit de détection, par exemple, le circuit de commande à tension constante consistant en une diode zener ou tout circuit de commande approprié, le changement de la force de rotation du moteur est détecté par le changement du courant diélectrique, et en appliquant le courant d'entraînement compensant la force de rotation, il est possible de toujours maintenir une vitesse fixe de rotation. Comme la présente invention fournit le courant d'entraînement par un système électronique, il n'y a ni étincelle ni bruit de frottement qui sont produits par le moyen formant balai dans le moteur en courant continu courant et, comme le moteur n'a aucune partie mobile dans le moyen d'alimentation du courant d'entraînement, il n'y a pas à craindre un frottement mécanique ou une faiblesse de construction Du fait de la stabilité de l'alimentation de la source de courant électrique, la force de rotation du moteur maintient sa stabilité et le moteur présente une grande fiabilité de vitesse de rotation, il est donc possible d'utiliser efficacement ce moteur comme moteur très élaboré applicable aux moyens et appareils électroniques dans toutes sortes de domaines industriels. REVENDICATION Moteur en courant continu sans balai qui est mis en marche par un moyen biphasé de démarrage-caractérisé en ce que le rotor est fait d'un aimant permanent et le stator a la bobine d'entraînement, en ce que pendant chaque rotation du rotor, la bobine d'induction (L a) qui produit alternativement le courant d'induction (+) et (-) ayant des pôles magnétiques différents par croisement avec le champ magnétique du rotor, est placée électriquement à une position à 90 degrés entre la bobine d'entraînement (L 2) et le premier côté de la bobine d'induction (L 1) est combiné non seulement au condensateur (C 1) de changement de phase qui charge et décharge le courant diélectrique (+) et (-) par synchronisa- tion sur la rotation sur 90 degrés du rotor, mais également -au circuit de commande à transistors Q 1 et Q 2 qui, par l'entrée et le contrôle du courant électrique (+) et (-) qui est déchargé alternativement par le condensateur, applique et contrôle le courant d'entraînement à la bobine d'entraînement dont la direction de circulation est inversée. 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