Brevet FR2531285A1 — publié le 19840203

moteur électrique à aimants permanents La présente invention se situe dans le domaine des moteurs électriques à aimants permanents. Les moteurs à aimants permanents sont bien connus pour leur relative simplicité structurelle, pour leur uni- versalité d'emploi dans bon nombre d'applications et pour leur grande robustesse, Toutefois, les moteurs à aimants permanents actuelle- ment connus sont classiquement constitués sous forme d'un rotor tournant à l'intérieur d'un stator, avec entrefer réduit nécessaire à un fonctionnement satisfaisant ; ces dispositions structurelles entraident des usinages relativement onéreux qui, s'ajoutant aux coûts des matières premières, rendent ces moteurs relativement chers9 tout au moins pour certaines applications où une plus grande rus- ticité serait acceptable.Enfin, ces moteurs ont 9 en cours d'utilisation, une consommation notable d'énergie électrique. l'invention a donc essentiellement pour but la réali- saton d'un moteur électrique à aimants permanents possédant la structure la plus simple possible 9 ne nécessitant aucun usinage et aucune procédure complexe pour son monta ge, qui puisse fonctionner de façon sûre sans entretien notable et avec une consommation minimum d'énergie électrique, et qui soit apte à être alimenté aussi bien à par- tir d'une source alternative que d'une source continue, en particulier dgune source de faible puissance (telle que par exemple des cellules solaires). h ces fins, le moteur électrique à aimants permanents conforme à l'invention se caractérise en ce qu'il comporte, en combinaison : - au moins une plaque en forme de disque calée sur un ar- bre et portant, sur au moins une de ses faces, au moins un ensemble d'aimants permanents répartis circonféren tiellement et disposés de manière que leurs extrémités libres présentent alternativement des pôles nord et des pôles sud, - au moins un enroulement inducteur et au moins un enrou liement induit disposés de façon fixe en regard du susdit ensemble d'aimants permanents, - et des moyens de commande placés sous la dépendance de l'enroulement induit et interposes entre une source d'é nergie électrique et le susdit enroulement inducteur pour commander périodiquement l'excitation de celui-ci. Le moteur électrique ainsi constitué possède, conformément au but que l'on s'était fixé, une structure simple et est facile à fabriquer ; en particulier, il ne présente aucune pièce nécessitant un usinage précis et tous les or- ganes composants sont couramment disponibles. En outre, il est susceptible de fonctionner-aussi bien à partir d'une source d'énergie électrique alternative que d'une source d'énergIe électrique continue. Pans un mode de réalisation préféré, les plaques sont au nombre d2au moins deux, cal&num;cs- sur le même arbre et per- tent9 sur leurs faces mutuellement en regard, respective- ment deux ensembles d'aimants permanents comprenant le même- nombre d'aimants de manière telle que les piles libres des aimants de chaque ensemble soient tournés vers l'ensemble situé en regard et que l'enroùiement inducteur et l'enroulement induit soient disposés entre les deux ensembles d'aimants permanents situés en regard.Dans ce cas, on peut prévoir que, sur l'une des plaques, les aimants soient agencés de manière que des piles nord et sud alternativement soient tournés vers l'autre plaque située en regard tandis que, sur l'autre plaque, les aimants soient agencés de manière que la même polarité soit tournée vers la plaque située en regard. Avantageusement, les moyens de commande comprennent un interrupteur par tout ou rieno Pans un mode de réalisation remarquablement simple, l'interrupteur est un transistor dont le circuit collecteur-émetteur est connecté en série dans la ligne d'alimentation de l'enroulement inducteur et dont la base est raccordée à une borne de l'enroulement induit. De préférence, les aimants sont régulièrement répartis circonférentiellement. Pour accroître la régularité de rotation du moteur et augmenter sa puissance, il est avantageux qu'il comprenne plusieurs enroulements inducteurs répartis régulièrement circonférentiellement Egalement dans le même but, on peut envisager que le moteur comporte plusieurs paires de plaques porteuses d'aimants calées les unes à la suite des autres sur le mEme arbre, au moins un enroulement inducteur étant associé à chaque paire de plaques0 Le moteur conforme à l'invention, en raison même de sa simplicité structurelle, est peu onéreux, aussi bien à la fabrication qu'à l'entretien, et nécessite peu d'entretien; il est à mme de fonctionner dans des conditions difficiles que des moteurs classiques supporteraient malO Enfin, sa consommation en énergie électrique est très minime et autorise son emploi lorsque cette énergie n'est disponible qu'en petite quantité (cas de lVénergie solaire par exemple).L'absence de pertes par effet Joule est particulièrement avantageuse dans ce contestez 11 invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de certains modes de réalisation don- nés uniquement à titre d'exemples non limitatifs ; dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique de côté d'un moteur électrique à aimants permanents agencé conformément à l'invention ; - la figure 2 est une vue selon la ligne II-II de la figu re 1 ; et - la figure 3 est un schéma électrique d'une partie du mo teur de la figure 1. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, un mode de réalisation du moteur de l'invention comprend, calées sur un même arbre i, deux plaques 2, 3 en forme de disques distantes axialement l'une de l'autre. L'une des plaques, par exemple la plaque 2 (plaque su- périeure sur la figure 1), porte, sur sa face (inférieure) tournée vers l'autre plaque 3, une pluralité d'aimants permanents 4 montés alternativement de façon inversée et ayant des polarités alternativement opposées N et S tournées vers la plaque 3 en regard. De la même manière, l'autre plaque 3 (plaque inférieure sur la figure 1) porte, sa face (supérieure) tournée vers la plaque 2, une pluralité aimants permanents 5 tous montés de la même manière et ayant tous la même polarité, par exemple de-polarité N, tournée vers la plaque 2 en re- garde Les aimants 4 et 5- sont régulièrement disposés circon férentiellement et sont respectivement en nombres égaux. les plaques peuvent être constituées en tous matériaux appropriés offrant une résistance mécanique suffisante, tels que métaux ferreux ou non ferreux, bois, agglomérés, etc. Les aimants peuvent eAtre en ferrite électriquement non conductrice et sont fixés sur les plaques de toute façon appropriée, par exemple par collage. Entre les aimants 4 et 5 sont disposées deux bobines 6, 7, diamétralement opposées par rapport à l'arbre 1, avec ou sans symétrie, avec un intervalle minimum e entre les faCes d'extrémité des bobines et les faces en regard des aimants 4, 5. Les bobines 6, 7 sont respectivement reliées par des conducteurs électriques à un dispositif de commande 8 qui, à partir d'une source d'alimentation électrique continue (repérée - et + sur la figure 1) ou alternative, est apte à les exciter de façon appropriée. Un exemple du dispositif de commande 8 est représenté à la figure DO Chacune des bobines 6 et 7 comprend deux enroulements, savoir un enroulement de commande ou enroulement induit respectivement 6a, 7a et un enroulement d'entraînement ou enroulement inducteur respectivement 6b, 7b. Pour ce qui concerne par exemple la bobine 6, les bornes de lenroulement induit 6a sont raccordées respectivement à la base et à l'émetteur d'un transistor 9 de type npn dont le collecteur est relié à une borne de sortie d'un variateur de tension 10. Un condensateur de temporisation 11 es-t connecté entre la base et le collecteur du transistor 9. L'enroulement inducteur 6b est raccordé entre l'émet- teur du transistor 9 et l'autre borne de sortie du variateur de tension 10. Le variateur de tension 109 dont les bornes d'entrée sont raccordées à toute source d'alimentation électrique continue (repérée par - et + sur la figure 3) ou alterna- tive, est destiné à faire varier la tension appliquée aux bornes de l'enroulement inducteur de manière à faire ainsi varier la vitesse de rotation du moteur9 comme cela sera indiqué plus loin L'agencement de commande associé à la bobine 7 est strictement identique à celui de la bobine 6 et l'ensemble est branché en parallèle aux bornes de sortie du variateur de tension 100 Le fonctionnement du moteur de l'invention est le -sui- vante En limitant l'explication à la bobine 6, lorsque le moteur est en rotation, un courant est induit dans l'enroulement 6a de la bobine 69 à chaque passage dudit enroule- ment entre deux aimants 49 5 en regard, Ce courant induit, appliqué sur la base du transistor 9, débloque le transis- tor qui devient passant et qui ferme donc le circuit dfali- mentation de l'enroulement inducteur 6b. Cet enroulement engendre alors un autre clamp magne- tique qui tend à repousser la paire d'aimants qui vient de l'engendrer par l'intermédiaire de l'enroulement 6a et qui tend à attirer la paire d'aimants suivante, tandis que, après le passage de la paire d'aimants citée en premier lieu, le courant induit dans l'enroulement 6a disparatt et que le transistor 9 est à nouveau bloqué et ouvre le cir- cuit d'alimentation de l'enroulement 6b. Il en résulte une excitation cyclique de l'enroulement inducteur 6b qui entretient la rotation du rot or ; le con densateur 11 assure la temporisation de relaxation du circuit oscillant ainsi constitué dans le cas d'une alimentation continue. Bien entendu les memes explications sont valables pour la bobine 7. On conçoit dès lors tous les avantages, outre sa simplicité structurelle, sa simplIcité de tabrication et son faible coût de construction, qu'un tel moteur peut présen- ter. Ce moteur peut être alimenté de façon indifférente aussi bien à partir d'une source électrique alternative que d'une source électrique continuez La mise en rotation du rot or est obtenue par des moyens externes appropriés, ce qui n'entrasse donc l'appa= rition d'aucun courant d'appel au moment du démarrage ; les enroulements des bobines et les autres composants peuvent donc être dimensionnes t1iquement pour le fonctionnement nominal.En particulier, au moins pour certaines applications telles que par exemple l'entraînement d'un ventilateur ou d'autres applications dans lesquelles on peut avoir accès t l'arbre sans danger, le lancement du rotor peut être effectué manuellement, dans le sens requis pour l'utilisation envisagée Par ailleurs, lorsque le moteur ne tourne pas tout en étant alimente électriquement, par exemple en cas de ble- cage de l'arbre, on est assure qu'il ue peut pas survenir d'échauffements, et donc pas de détériorations thermiques notamment des enroulements, puisque, en l'absence de courant induit dans les enroulements induit s 6a, 7a, les transistors restent bloqués e-t les enroulements inducteurs 6b, 7b non excités. En outre et par voie de conséquence, la consommation à vide est nulle. De par l'absence de tout organe de consommation, ce moteur n'engendre aucun parasite et peut donc être utilisé, sans adaptation particulière, dans l'environnement immédiat de récepteurs de radio ou de télévision. La commande de la vitesse de rotation du rotor est fort simple puisque obtenue par variation de la tension d'alimentation à l'aide du dispositif 10 qui peut être simplement un diviseur de tension potentiométrique ou bien un dispositif plus évolué et plus performant tel qu'un varia- teur à thyristors par exemple, La possibilité d'obtenir directement la vitesse de rotation requise sur l'arbre de sortie du moteur permet de staffranchir des réducteurs mécaniques à engrenage ou au- tres. De ce fiat, le moteur de l'invention reste silencieux. De plus, pour une tension d'alimentation donnée la vitesse de rotation reste constante. Bien entendu, le couple de sortie sur l'arbre peut être rendu plus ou moins élevés d'une part, en choisissant le nombre approprié de bobines d'induction réparties circonférentiellement et, d'autre part, en multipliant le nombre de paires de plaques calées sur un même arbre Enfin, un autre avantage très intéressant du moteur de l'invention réside dans sa très faible consommation d'énergie électrique.A titre d'exemple, pour fixer les idées, un moteur constitué comme représenté aux figures i à 3, avec deux disques de 105 millimètres de diamètre supportant chacun 16 aimants en ferrite de-12 millimètres de diamètre et de 6 millimètres de hauteur, avec un intervalle de 1 millimètre entre aimants et bobines9 a une consommation de 20 mA lorsque alimenté sous 220 V alternatif et de 80 mA lorsque alimenté sous 220 V continu, Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déåà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés R elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes En particulier, les aimants 5 portés par la plaque 3 peuvent avoir soit leur pôle N (comme indiqué plus haut), soit leur pôle S tourné vers la plaque 2 en regard2 De même, dans le cas où le nombre de bobines est un multiple entier du nombre de paires d'aimants, il peut suffire d'un seul circuit oscillant (constitué par un enroulement induit, un transistor et un condensateur) pour commander simultanément tous les enroulements inducteurs, l'en- roulement induit pouvant lui aussi ne pas entre associé à un enroulement inducteur, pourvu que les positions relatives de tous les enroulements (induit s et inducteurs) et des paires d'aimants soient conservées0 Une telle disposition à enroulement induit unique pourrait être retenue également dans le mode de réalisation à plusieurs paires de- plaques porteuses d'aimants calées sur le m8me-arbre. Bien entendu, un agencement à une seule plaque porteu- se d'aimant peut être envisagée, soit avec un seul ensemble d'aimants portés par une de ses faces et coopérant avec au moins une bobine située en regard, soit avec deux ensembles de piles portés respectivement par ses deux faces (par exemple constitués par un seul jeu d'aimant traversant la plaque) et coopérant avec au moins deux bobines situées de part et d'autre de la plaque. REVENDICATIONS 1 - Moteur électrique à aimants permanents, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison - au moins une plaque (2), en forme de disque, calée sur un arbre (1) et portant, sur au moins une de ses faces, au moins un ensemble d'aimants permanents (4) répartis cir conférentiellement et disposés de manière que leurs ex trémités libres présentent alternativement des pâles nord et des pôles sud, - au moins un enroulement inducteur (6b) et au moins un en roulement induit (6a) disposés de façon fixe en regard du susdit ensemble d'aimants permanents, - et des moyens de commande placés sous la dépendance de l'enroulement induit (6a) et interposés entre une source d'énergie électrique et le susdit enroulement inducteur (6b3 pour commander périodiquement l'excitation de celui- ci. 2 - Moteur selon la revendication i, caractérisé en ce que les plaques sont au nombre d'au moins deux (2, 3), calées sur le même arbre (i) et portent, sur leurs faces mutuellement en regard, respectivement deux ensembles diai- mants permanents (4, 5) comprenant le même nombre d'aimants de manière telle que les pôles libres des aimants de chaque ensemble soient tournés vers l'ensemble situé en regard et en ce que l'enroulement inducteur (6b) et l'enroulement induit (6a) sont disposés entre les deux ensembles d'ai- mants permanents situés en regard. 3 - Moteur électrique selon la revendication 2, carac- térisé en ce que, sur l'une (2) des plaques, les aimants (4) sont agencés de manière que des piles nord et sud alternativement soient tournés vers l'autre plaque (3) située en regard tandis que, sur l'autre plaque (3), les aimants (5) sont agencés de manière que la même polarité soit tour- née vers la plaque (2) située en regard. 4 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce- que les moyens de commande comprennent un interrupteur par tout ou rien 5 - Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ee que l'interrupteur est un transistor (9) dont le eircuit collecteur-émetteur est connecté e série dans la ligne d'alimentation de l'enroulement inducteur et dont la base est raccordée à une orne de l'enroulement induit0 6 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les aimants sont régulièrement répartis eirdconférentiellement. 7 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs enroule- ment s inducteurs répartis régulièrement circonférentiellement. 8 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que plusieurs paires de plaques porteuses d'aimants sont calées les unes à la suite des autres sur le même arbre, au soins un enroulement induc teur étant associé à chaque paîre de plaques. 9 - Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce qu'au moins deux enroulez ments inducteurs sont associés à chaque plaque et disposés de part et d'autre de celle-cio 10 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que des moyens variateurs de tension (10) sont prévus dans la ligne d'alimentation du mo- teur pour faire varier la tension d'alimentation et, par là même, la vitesse de rotation du moteur.