Brevet FR2728740A3 — publié le 19960628

FR 2728740 A3 19960628 FR 9406785 A 19940601 La présente invention concerne un dispositif de type moteur à courant continu, sans balai ni collecteur, générant simultanément avec la pu issance mécanique les ordres ou signaux nécessaires à sa commutation lorsqu'ils sont adressés à des circuits appro priés et à sa régulation (élaboration d'un signal tachymétrique). Les différents types de moteurs électriques connus, destinés à l'asservissement de grandeurs physiques - vitesse, position, couple - nécessitent pour élaborer la fonction adéquate, l'adjonction d'organes d'asservissement annexes dont les plus courants sont : les dynamos tachymétriques, les roues phoniques ou codeurs, les selsyns etc On peut distinguer actuellemnt trois types principaux de moteurs électriques destinés aux asservissements ; ce sont les moteurs à courant continu, les moteurs alternatifs le plus souvent triphasés, les moteurs "pas à pas. En grande majorité actuellemnt les moteurs à courant continu sont de construction classique avec collecteur et balais et ceux dits "brushless", sans balai, semblent conçus dans l'optique d'un asservissement numérique (adjonction de codeur ou autres, bagues tronquées et curseurs, roues phoniques et éléments à effet "hall" etc Les moteurs alternatifs polyphasés nécessitent un accompagnement électronique compliqué. A partir d'une source continue, il faut reconstituer un réseau polyphasé à tension et fréquence variables, lequel s'accommode mal si une grande précision est requise pour le résultat, de l'asservissemnt des moteurs de construction courante. Les moteurs "pas à pas" procédent par quantité de mouvement et, par construction, délivrent un mouvement d'amplitude minimale qui ne peut être réduit. Ce mouvement est un choc ou une succession de chocs identiques qui génèrent dans les mécanismes qu'il pénètre des vibrations souvent néfastes à la précision et à la durée d'utilisation des matériels entrainés. Le dispositif selon l'invention permet de remédier aux inconvénients de l'un ou l'autre de ces types de moteurs tout en conservant -les qualités de chacun d'eux-et cumulant en particulier la simpligie de construction des moteurs alternatifs, ia souplesse de commande , la régularité de couple indépendemment de la vitesse acquise, l'étendue de gamme de vitesse des moteurs à courant continu. Il comporte à cet effet un rotor, simple pièce magnétique portant des pôles en nombre pair. libre en rotation à l'intérieur ou à l'extérieur d'un c:rlindre creux, dans le cas où le rotor est intérieur. C/e cylindre est constitué d'un matériau magnétique et porte des conducteurs fixés à lui en regard du rotor. Au cours d'une rotation complète du rotor, chacun des pôles magnétiques de ce rotor doit irrigué@ magnétique- ment de son champ une suit de @onducteurs déposés dans un même sens et activés par @n même courant sous les mêmes conditions de vitesse pour obtenir le résultat. es conducteurs disposés e n nappes alternées dans leur sens de bobinage, chaque nappe tant constituée à partir d'un seul f il qui se superpose ou non, @oivent à la cons truc t ion représenter trois circuit identiques décalés entre eux et se superposant en partie , il est toutefois possible de construire un tel moteur à partir de deux circuits identiques juxtaposés en ajoutant un troisième circuit de moindre surface aux points de commutation - Une nappe est définie par un groupe de conducteurs juxtaposés de même sens, en couche répétée ou non, dans ces connotions, pour un circuit le nombre de nappes est égal au nombre de pôles. Selon des modes particuliers de réalisation - des aimants permanents pourront être fixés, colles sur les pôles du rotor, un ou plusieurs de meme signe par pôle et en signe alterne d'un pôle au pôle voisin - les aimants pourront etre armés par un empilage de tôles magnétiques pour amener le flux de l'aimant à l'entrefer et protéger ainsi l'aimant des effets des courants démagné @tisants dus au courant stator - les conducteurs pourront être imbriqués dans la masse statorique en les logeant dans les encoches taillées à cet effet - la masse @fer@ constituant le stator et celle constituant le rotor peuvent être réalisées au moyen de tôles magnétiques empilées, fixées les us aux autres mécaniquement par collage ou tout autre moyen ;; -la construction d un moteur dit" plat" peut etre réalisée avec une architecture de bobinages analogue,ce moteur étant réalisé en scindant le stator en deux partie constituée chacune ,d'un anneau en matériau magnétique et placé en vis à vis l'un par rapport à l'autre,l'axe du cylindre ainsi constitué étant muni d'un disque portant les poles qui peuvent ètre des paires d/aimants alternés sans aucune autre pièce magnétique. Dans cette structure les bobinages envisàvis sur l'une et l'autre pièce statorique doivent porter envisà vis un conducteur de sens opposé,cette opposition étant conservée tout au long des bobinages.Cette structure présente l'avantage de minimiser l'inertie du rotor Pour multiplier la puissance fournie d'un tel moteur,un empilage de stator et de rotor peut etre constitué,les rotors étant portés par un axe unique et correctement répartis entre des stators - un conducteur dit "de lecture" peut e t re adjoint aux points de recouvrement des bobinages entre eux pour échapper à toute ambi -guité de commutation sous des sollicitations de très faible am -plitude et de féquence basse Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 symbolise les bobinages,décalés entre effet repré sentés sur des plans séparés pour facilitér la compréension.De haut en bas ils sont représentés par les trois pL-emiers dessins. groupe des trois lignes suivant représente enregard de l'un et l'autre des bobinages les zones ou la présence d'un pôle nécessi -tra une commutation pour assurer un sens de rotation Le second groupe de tr@@s lignej représente les lieux de commuta -tion des bobinages pour assurer le sens de rotation inverse du précédent sous les memes polarité de l'alimentation Sur la première "alternance du bobinage de la premièe ligne est représenté en pointillé le cheminement d'un conducteur qui doit se poursuivre vers la drt te nar des conducteurs de meme sens recouvrant "l'alternance en son entier En bas de la figure sur chaque ligne de l'un ou l'autre des groupes de trois sont portées les indications qu'il convient de lire comme suit "un- deux signifiant:arret du du courant dans le bobinage un,présence du courant dans le bobinage deux etc..... La lecture du signal du circuit non moteur: "trois" lorsque un deuxisont moteurs,"un" lorsque@deux-trois sont moteursetc. permet d'élaborer un signal tachtr,utile à l'asservissement La figure 2 représente la vue en coupe d'un moteur à trois paires de poles. L'anneau extérieur 5 porte les bobinages dont les conducteurs entrant sont repérés chacun par les chiffres 1, 2,3,.pour une lecture aisée du dessin seules deux nappes de con -ducteurs du premier bobinage sont représentées,l'une entrant se dirigeant vers l'arrière du stator,ses conducteurs sont représen -tés par une flèche,l'autre nappe,décalée de soixante degrés vers la droite,sortante ,ses conducteurs sont figurés par un point 7 A cent vingt degrés de l'originel une nouvelle nappe entrante sera bobinée correspondant à unenappe sortante à cent quatre ving@ degrés de ces deux dernières nappesvseuls deux premiers conducteu@s de chacune d'elles sont figurés,les flèches représentant les con -ducteurs entrant,les points les conducteurs sortant. Les deux autres bobinages sont symbolisés par leur conducteur d'entrée 2 et3 décallés par rapport à I de la valeur adéquate pour assu -rer une continuité de conducteurs entrant ou sortant au cours d'une révolution compléte du rotor,lui-même constitué d'un axe porteur des poles 4 Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à l'entraînement de systemes asservis REVENDICATIONS 1)Dispositif moteur électrique à courant continu sans balai caractérisé en ce qu'il comporte un stator constitué d'un matériau magnétique porteur de trois circuits et d'un rotor porteur de pales magnétiques en nombre pair 2)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que cha - -que circuit porté par le stator est constitué de nappes(une par pôle du rotor)ou les conducteurs d'une nappe ont tous la même direction,les conducteurs de la nappe suivante allant dans l'au tre direction 3)Dispositif selon les revendications let2 caractérisé en ce eux que les circuits sont décalés entreYde sorte que une nappe de conducteurs de l'un soit recouverte par une nappe homtogue (con -ducteurs de meme sens) de l'autre sous la largeur d'un pôle 4) dispositif selon les revendications précédente@ caractérisé en ce que le stator peut être bobiné en seulement deux bobinages à nappes juxtaposées,la jonctior/de la lalnappe du premier circuit étant assurée par un bobinage de commutation,pour solliciter la nappe correspondante du second circuit 5) Dispositif selon les revendications précédentes caractérise en ce que les signaux indicateurs de commutation peuvent etre éla. -borés à partir des signaux moteur 6) dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu' un bobinage de commutation dit de lecture peut être incorporé pour faciliter ou valider les signaux de commutation 7) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé en ce que le rotor peut/être à faible inertie,disque non magnétique porteur des poles(aimants) 8) dispositif selon les revendications précédentes carctérisé en ce que le le moteur peut etre constitué déléments répétés,roto@ et stator 9)Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé enke que le circuit du bobinage chaque instant non moteur, peut être utilisé en dynamo tachymétrique