Brevet FR3099662A1 — publié le 20210205

Description Titre de l'invention : ENSEMBLE MOTEUR [0001] La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques et porte plus par- ticulièrement sur un ensemble moteur électrique avec circuit accélérateur de la vitesse du moteur électrique. [0002] Les moteurs électriques sont maintenant bien connus et largement utilisés, que ce soit dans le domaine de l'électroménager, de l'outillage, ou encore dans le domaine automobile. [0003] Classiquement pour les moteurs à courant continu, la vitesse de rotation du moteur est limitée par la valeur de l'alimentation électrique et les contraintes mécaniques engendrées par la rotation du moteur. Ainsi, contraintes mécaniques mises à part, plus la valeur de l'alimentation électrique est importante, plus la vitesse de rotation du moteur électrique sera importante. [0004] A valeur d'alimentation électrique continue constante imposée, le seul moyen d'augmenter la vitesse de rotation du moteur est d'introduire un autre circuit actif injectant un courant supplémentaire dans le moteur pour augmenter sa vitesse de rotation, à condition encore une fois que le moteur puisse supporter une telle vitesse de rotation augmentée. L'inconvénient de cette solution est évidemment qu'elle impose une consommation d'énergie supplémentaire. [0005] A la connaissance du Demandeur, il n'existe pas de dispositif passif permettant de faire varier en l'augmentant la vitesse de rotation d'un moteur électrique à courant continu avec une valeur d'alimentation électrique continue constante donnée. [0006] Le Demandeur a résolu le problème et a trouvé un ensemble moteur permettant d'augmenter la vitesse de rotation du moteur de l'ensemble moteur par un circuit accélérateur passif. [0007] La présente invention a donc pour objet un ensemble moteur, caractérisé par le fait qu'il comprend : [0008] - un moteur comprenant un rotor portant des aimants permanents et un point de syn- chronisation conducteur et un stator en regard du rotor, le stator étant constitué par un bobinage pour entraîner en rotation le rotor, [0009] - une alimentation électrique continue du moteur, pour entraîner en rotation le rotor par rapport au stator par le champ magnétique créé dans le stator par le courant fourni par l'alimentation électrique, [0010] - une première borne du moteur étant reliée à une première borne de l'alimentation électrique continue et une deuxième borne du moteur étant reliée à un interrupteur à trois états, un premier état dans lequel la deuxième borne du moteur est reliée à la deuxième borne de l'alimentation électrique continue, un deuxième état dans lequel la 2 deuxième borne du moteur est reliée à la première borne de l'alimentation électrique continue, et un troisième état dans lequel la deuxième borne du moteur est non connectée, les états de l'interrupteur étant commandés par la vitesse de rotation du rotor, une première position du point de synchronisation correspondant au premier état de l'interrupteur et une deuxième position du point de synchronisation correspondant au deuxième état de l'interrupteur, [0011] - un condensateur de décharge reliant en série la première borne du moteur à la deuxième borne de l'alimentation électrique continue lorsque l'interrupteur n'est pas dans le premier état ; [0012] - au moins un circuit accélérateur comprenant un bobinage en série avec un condensateur, le bobinage du circuit accélérateur étant disposé de telle sorte que le rotor du moteur soit dans le champ magnétique créé par le bobinage de circuit accélérateur. [0013] Ainsi, la rotation du rotor du moteur met successivement l'interrupteur dans l'un de ses trois états. Dans le premier état de r interrupteur, le bobinage du stator se charge, et dans le deuxième état de l'interrupteur, le bobinage du stator créé un champ induit sur le bobinage du circuit accélérateur, ce qui va générer un courant dans le circuit accélérateur qui va charger le condensateur du circuit accélérateur. La décharge du condensateur va quant à elle générer dans le bobinage du circuit accélérateur un champ magnétique qui va agir sur le rotor situé dans son champ magnétique pour accélérer sa vitesse de rotation. [0014] Entre les deux états de l'interrupteur, c'est-à-dire dans le troisième état, le bobinage du stator se décharge dans le condensateur de décharge. [0015] Si la vitesse de rotation de rotation du moteur est adaptée aux cycles de charge/ décharge du condensateur dans le circuit accélérateur, une accélération du moteur va être observée. [0016] Selon un mode de réalisation, l'au moins un circuit accélérateur comprend en outre un interrupteur commandable entre le bobinage et le condensateur. [0017] 11 est ainsi possible de commander l'accélération du moteur. [0018] Selon un mode de réalisation, le bobinage de l'au moins un circuit accélérateur est doté d'un dispositif commandant l'inductance du bobinage. [0019] Selon un mode de réalisation, le condensateur de l'au moins un circuit accélérateur est un condensateur à capacité variable. [0020] 11 est ainsi possible de faire varier les caractéristiques du circuit accélérateur, notamment la durée de ses cycles de charge/décharge, pour accélérer plus ou moins le moteur en temps réel. [0021] Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après à titre illustratif et non limitatif un mode de réalisation préféré, en référence aux dessins 3 annexés. Sur ces dessins : [0022] [fig.1] représente un mode de réalisation d'un ensemble moteur selon l'invention. [0023] [fig.2] représente la face d'un rotor d'un moteur selon un mode de réalisation de l' invention. [0024] Si l'on se réfère à la Figure 1, on peut voir que l'on a représenté un ensemble moteur 1 selon l'invention. [0025] L'ensemble moteur 1 comprend une alimentation électrique continue 2, un moteur électrique 3, schématisé électriquement par un bobinage 5, et un interrupteur 6 permettant de relier le moteur électrique 3 à l'alimentation électrique continue 2 pour déclencher la mise en rotation et l'entraînement en rotation du moteur électrique 3. Un condensateur 4 est ajouté entre la borne négative de l'alimentation électrique continue 2 et le stator du moteur 3. Le stator porte un point de synchronisation P conducteur, permettant de faire un contact électrique pour former un interrupteur 6 à trois états comme cela sera décrit ci-après. [0026] Une première borne du moteur 3 est reliée à une première borne de l'alimentation électrique continue 2 et une deuxième borne du moteur 3 est reliée à l'interrupteur 6 à trois états, un premier état rl dans lequel la deuxième borne du moteur 3 est reliée la deuxième borne de l'alimentation électrique continue 2, un deuxième état r2 dans lequel la deuxième borne du moteur 3 est reliée à la première borne de l'alimentation électrique continue 2, et un troisième état dans lequel la deuxième borne du moteur est non connectée, les états de l'interrupteur étant commandés par la vitesse de rotation du rotor, une première position du point de synchronisation P correspondant au premier état rl de l'interrupteur 6 et une deuxième position du point de synchronisation P correspondant au deuxième état r2 de l'interrupteur 6. Le point de synchronisation P entre en contact électrique, respectivement, dans la première position avec la deuxième borne de l'alimentation électrique continue 2, et dans la deuxième position, avec la première borne de l'alimentation électrique continue 2. [0027] L'ensemble moteur 1 comprend en outre un circuit accélérateur 7, comprenant un bobinage 8 et un condensateur 9 montés en série, sans élément actif. Un interrupteur 10 dans le circuit accélérateur 7 peut autoriser l'ouverture du circuit accélérateur 7. [0028] Le bobinage 8 et le condensateur 9 forment un circuit résonnant, comme cela sera expliqué plus en détail ci-après. [0029] Un condensateur 11 branché sur l'interrupteur 6 permet de supprimer le courant de l'interrupteur 6 lorsque l'interrupteur 6 n'est pas dans l'état rl. [0030] Comme on peut le voir sur la Figure 2, la face avant du rotor 31 du moteur électrique 3 porte des aimants permanents 32, montés radialement dans le mode de réalisation représenté, et destinés à créer un champ magnétique rotatif lorsque le moteur électrique 3 est entraîné en rotation par l'alimentation électrique continue 2, et un point de synchro- nisation P servant comme expliqué plus haut à établir un contact électrique avec l'une des bornes de l'alimentation électrique continue 2 pour former l'interrupteur 6. [0031] Le circuit électrique passif fermé formé par le circuit accélérateur 7 est un circuit résonnant, disposé de telle sorte que le champ magnétique créé par le moteur électrique 3 soit apte à générer un courant dans le bobinage 8 du circuit accélérateur 7 et que le rotor 31 du moteur électrique 3 soit dans le champ magnétique créé par le bobinage 8 du circuit accélérateur 7, dans le deuxième état r2 de l'interrupteur 6. [0032] Ainsi, en partant d'une situation où le condensateur 9 du circuit accélérateur 7 est déchargé, le moteur électrique 3 étant non alimenté et au repos, une mise en rotation du moteur électrique 3, par alimentation par l'alimentation électrique continue 2 et mise à l'état rl de l'interrupteur 6, fait tourner le rotor et charge le condensateur 4 placé entre une borne du moteur 3 et l'alimentions électrique continue 2. [0033] La rotation du rotor 31 va mettre temporairement l'interrupteur 6 dans son troisième état, puis avec l'entraînement en rotation, le rotor 31 va continuer de tourner pour mettre l'interrupteur 6 dans le deuxième état, dans lequel l'interrupteur 4 se décharge dans la bobine 5 du moteur 3, cc qui créé un champ magnétique, qui va charger le bobinage 8 du circuit accélérateur. Ce champ électrique induit dans le bobinage 8 va générer un courant dans le circuit accélérateur 7 qui va charger le condensateur 9 du circuit accélérateur 7. L'entraînement en rotation du rotor 31 va faire passer l'interrupteur 6 successivement dans ses trois états, avec une accélération observée du rotor 31 au voisinage du deuxième état. [0034] Si la fréquence du résonance du circuit accélérateur 7 est choisie convenablement par rapport à la vitesse du moteur électrique 3, à savoir que la fréquence du champ magnétique créé par le moteur électrique 3 permet une décharge du condensateur 9, la décharge du condensateur 9 dans le bobinage 8 va créer un champ magnétique dans le bobinage 8, lequel champ va agir sur les aimants permanents du rotor 31 du moteur électrique 3, afin d'accélérer sa rotation. [0035] La valeur de capacité du condensateur 9 et d'inductance du bobinage 8 du circuit ac- célérateur 7 doivent donc être choisies en fonction de la vitesse de rotation du rotor 31 pour permettre, à la vitesse de rotation maximale du moteur électrique 3, des cycles de charge et de décharge du condensateur 9 dans le bobinage 8, qui vont accélérer la vitesse de rotation du rotor 31 du moteur électrique 3. [0036] L'homme du métier saura choisir de telles valeurs en fonction des caractéristiques du moteur électrique utilisé. L'homme du métier saura également positionner le circuit accélérateur 7 par rapport au moteur électrique 3 afin que le circuit accélérateur 7 soit dans le champ électrique créé par le moteur électrique 3 et que le moteur électrique 3 soit dans le champ créé par le bobinage 8 du circuit accélérateur. [0037] Afin de garantir l'intégrité du moteur électrique 3, la puissance dans le circuit accé- lérateur 7 devra de préférence être inférieure à la puissance maximale du moteur électrique 3. Cela n'est toutefois pas obligatoire. [0038] Il est à noter que l'invention n'est pas limitée à un unique circuit accélérateur, plusieurs circuits accélérateurs pouvant être envisagés dans le cadre de la présente invention, commandables simultanément et/ou indépendamment, avec des caractéristiques de capacité du condensateur 9 et du bobinage 8 identiques et/ou différentes pour chaque circuit accélérateur, chaque circuit accélérateur pouvant être à plus ou moins grande distance du moteur électrique 3. [0039] En outre, pour chaque circuit accélérateur, la capacité du condensateur 9 et/ou l'inductance du bobinage 8 peuvent être variables. [0040] A titre d'exemple non limitatif, les différents composants de l'ensemble moteur selon la présente invention peuvent avoir les caractéristiques suivantes : [0041] 2 - Alimentation : 12,5 V continu [0042] 3 - Moteur : 25 V, 140 mA, 300 spires, 3,5 W, 1300 tr/min [0043] 4 - Condensateur (2200pF) [0044] 5 - Inductance 300 spires [0045] 8 - Inductance 300 spires [0046] 9 - Condensateur (16pF) [0047] 11 - Condensateur (200 pF) [0048] Le tableau ci-dessous donne, à titre d'exemple non limitatif, des valeurs de puissance mesurées dans le circuit accélérateur pour un circuit ayant les caractéristiques indiquées ci-dessus, en fonction du nombre de spires du bobinage 8 du circuit accélérateur 7 et de la vitesse de rotation du moteur. [0049] [Tableauxl] Spires du bobinage 8 Puissance mesurée dans le circuit accélérateur 7 (W) Vitesse de rotation du rotor (tr/min) 300 0,360 1320 600 1,21 1440 900 2,16 1170 1200 4,42 1080 1500 5,44 930 1800 5,95 910 [0050] Pour mettre en oeuvre l'invention, il est possible, en fonction de l'utilisation, de choisir la vitesse de rotation du moteur ou la puissance. [0051] A la fermeture de l'interrupteur 10, le circuit résonnant entre en fonction, et se syn- 6 chronisc avec le circuit moteur pour former un seul et même couple sans augmentation de la consommation, le Demandeur ayant pu constater expérimentalement qu'un ampèremètre placé dans le circuit restait stable. 7 [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] REVENDICATIONS- Ensemble moteur (1), caractérisé par le fait qu'il comprend : - un moteur (3) comprenant un rotor portant des aimants permanents et un point de synchronisation (P) conducteur et un stator en regard du rotor, le stator étant constitué par un bobinage (5) pour entraîner en rotation le rotor, - une alimentation électrique continue (2) du moteur (3), pour entraîner en rotation le rotor par rapport au stator par le champ magnétique créé dans le stator par le courant fourni par l'alimentation électrique (2), - une première borne du moteur (3) étant reliée à une première borne de l'alimentation électrique continue (2) et une deuxième borne du moteur (3) étant reliée à un interrupteur (6) à trois états, un premier état (d) dans lequel la deuxième borne du moteur (3) est reliée à la deuxième borne de l'alimentation électrique continue (2), un deuxième état (r2) dans lequel la deuxième borne du moteur (3) est reliée à la première borne de l'alimentation élechique continue (2), et un troisième état dans lequel la deuxième borne du moteur est non connectée, les états de l'interrupteur (6) étant commandés par la vitesse de rotation du rotor, une première position du point de synchronisation (P) correspondant au premier état (rl) de l'interrupteur (6) et une deuxième position du point de synchronisation (P) correspondant au deuxième état (r2) de l'interrupteur (6), - un condensateur de décharge (11) reliant en série la première borne du moteur (3) à la deuxième borne de l'alimentation électrique continue (2) lorsque l'interrupteur n'est pas dans le premier état (rl) ; - au moins un circuit accélérateur (7) comprenant un bobinage (8) en série avec un condensateur (9), le bobinage (8) du circuit accélérateur (7) étant disposé de telle sorte que le rotor du moteur (3) soit dans le champ magnétique créé par le bobinage (8) de circuit accélérateur (7). - Ensemble moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'au moins un circuit accélérateur (7) comprend en outre un interrupteur commandable (10) entre le bobinage (8) et le condensateur (9). - Ensemble moteur (1) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le bobinage (8) de l'au moins un circuit accélérateur (7) est doté d'un dispositif commandant l'inductance du bobinage. - Ensemble moteur (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le condensateur (9) de l'au moins un circuit accélérateur (7) est un condensateur à capacité variable.