Brevet FR2645686A1 — publié le 19901012

La presente invention concerne un moteur électrique à courant continu sans collecteur. Les moteurs électriques à courant continu, à l'exception des moteurs dit pas à pas ", qui ne sont, pour des questions de prix, utilisés qu'en asservissement, comportent tous un collecteur. Cet organe, une sorte d'auto-commutateur mécanique tournant à balais est chargé de raccorder l'alimentation aux bobines du rotor de telle façon que quelque soit la vitesse de celui-ci, l'angle des axes magnétiques rotor-stator reste constant. Cet organe est aussi malheureusement responsable de la plupart des pannes survenant à ce type de moteur. Le moteur selon l'invention permet, en supprimant le collecteur, de remédier à cet inconvénient. Pour ce faire, le moteur de base utilisé sera un moteur à courant alternatif, de préférence asynchrone, ici, fig I, un monophasé, dont le bobinage est constitué de deux bobines identiques (I) et (2) couplées en série, montées sur un même circuit magnétique (4). Le point milieu (3) des bobines (I) et (r) est relié à une des bornes de l'alimentation électrique (10), leurs deux autres extrémités étant reliées à une paire de commutateurs statiques complé- mentaires (Sorties O et W de (6) ), pilotés par l'horloge (7). Ces commutateurs alternativement, mais jamais ensemble, relient, suivant un cycle 50 / 50 les bobines et (2) avec l'autre borne de l'alimentation électrique. L'horloge (7) peut au choix être un oscillateur à fréquence fixe, ou à fréquence variable en fonction d'une variation de résistance, d'une tension, d'une réaction tachymétrique ou être constitué par organe de commande externe lui même. (Commande en fréquence). En fréquence variable, il faudra en même temps, faire varier la tension d'alimentation (IO) de façon à éviter en basse fré quence la saturation du circuit magnétique (4) ou en fréquence élevée d'avoir une induction trop faiole ce qui entrainerait une perte de couple. Pour ce faire, on peut soit utiliser une alimentation (IO) à puissance ou intensité constante, ou asservir l'alimentation (IO) à la fréquence de l'horloge (7). Ce moteur à courant continu peut s'assimiler à un convertisseur continu-continu, système dans lequel les bobines (I) et (2) forment le primaire, le rotor jouant le role du secondaire du transformateur du convertisseur. Cette interprétation du fonctionnement électrique de ce moteur est en conformité avec la théorie des moteurs électriques alternatifs asynchrones leurs simulations mathématiques les réduisant à un transformateur. Suivant la théorie de fonctionnement des convertisseurs continu-continu, le bobinage (I) et (2) sera donc soumis à une tension alternative de forme grossièrement rectangulaire, dont la valeur efficace sera environ de deux fois la tension d'alimentation continu, et le circuit magnétique (4) sera aussi le siège d'un flux d'induction magnétique alternatif de forme triangulaire, trés proche d'une forme sinusoidale.En première approche, du point de vue du rotor(5), tout se passe comme si le moteur était alimenté en alternatif, la fréquence d'oscillation de l'horloge (7) définissant la vitesse de rotation du rotor (5). Si le moteur utilisé comporte plusieurs bobinages (moteur polyphasé), on peut, comTe en alternatif, en fréquence fixe, ou quasiment fixe, utiliser le montage en pointillé de la fig I , ou la bobine diphasée (8) est reliée par un condensateur de déphasage (9) aux bornes du bobinage (I)-(2), celui-ci faisant alors office de générateur de puissance pour le bobinage (8). La tension résultante aux bornes de (8) sera de même amplitude que celle existante aux bornes de (I)-(2), mais aura une forme grossièrement sinusoidale, et on devra donner au condensateur (9) une valeur telle que ces deux tensions soit correctement déphasées (Ici 90Q). Si partant d'un moteur polyphasé on désire faire varier la fréquence de l'horloge (7), il sera alors nécessaire que ce ou ces deux booinages suplémentaires comportent eux aussi un point milieu et il faudra le ou les alimenter d'une façon similaire au bobinage (I)-(2). Dans cette application, le signal d'horloge est commun aux commutateurs (6), ma s déphase. Selon une variante à fréquence fixe particulièrement économique, illustrée par la fig 2, on peut faire fonctionner 1' ensemble suivant le principe du convertisseur continu-continu auto-oscillant. Dans ce montage, le flux magnétique generé par les bobines (I) et (2) fait apparaitre par induction aux bornes de la bobine horloge (I2) une tension alternative de forme rectangulaire, en phase avec celle présente aux bornes du bobinage (I)-(2). Cette tension fournira, via la résistance de limitation d'intensité (II) et les diodes (I6) et (17), un courant aux bases des transistors de commutations (I4) et (15), la résistance (I3) constituant l'élément de démarrage. Les condensateurs (ld) ct (19), ainsi que le limiteur de surtension (20) servant à étouffer les pics de commutations présents aux bornes de (I > -(2). Comme dans un convertisseur continu-continu auto-oscillant, la fréquence de fonctionnements'auto-optimisera d'elle-même en fonction de la tension d'alimentation, des caracteristiques magnétiques du circuit (5) et des bobines (I)-(2), et en conséquence, pour une tension d'alimentation donnée, la fréquence sera fixe et sera déterrinée une fois pour toute au moment de la construction du moteur. Selon d'autres variantes de la même fig, on peut avoir une bobine (I2) par transistor (I4)-(I5), d'autres types de transistor, pas de diodes (I6)-(I7) cu de conaensateurs (18)-(19) ou remplacer (20) par un condensateur, ou le supriner. REVENDICATIONS I) Moteur à courant continu sans collecteur caractérisé en ce qu'il est construit, d'une part mécaniquement à la façon d' un moteur à courant alternatif, et d'autre part électriquement, en ce qu'il comporte au moins un bobinage (I)-(2) à point milieu (n) raccordé à l'une des bornes de l'alimentation continu (IO), ses deux autres extrémités étant réunies à une paire de commutateurs complémentaires (6), pilotée par une horloge (7). Ces commutateurs relient alternativement les extrémités du bobinage (I)-(2) à l'autre pale de l'alimentation (IO). 2)Moteur selon la revendication I caractérisé en ce que la fréquence de l'horloge pilote (7) pourra varier en fonction d' un paramètre externe. 3) Moteur selon la revendication I caractérisé en ce que la fréquence de base de l'horloge pilote (7) sera celle d'une fréquence externe. 4) Moteur selon la revendication I caractérisé en ce comporte en plus du bobinage à point milieu (I)-(2), une ou plusieurs autres bovines (8) raccordées chacune au moyen d'un condensateur de déphasage (9) aux bornes du bobinage (I)-(2). 5) Moteur selon la revendication I caractérisé en ce qutil comporte plusieurs bobinages à point milieu, raccordés chacun à une paire de commutateurs complémentaires (6), la fréquence de l'horloge pilote (7) leur est commune, mais est déphasée à chaque commutateur. 6) Moteur selon la revendication I caractérisé en ce que l'horloge pilote (7) est constituée par un bobinage (I2) couplé magnétiquement avec le bobinage à point milieu (I)-(2).