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BREVET D'INVENTION Moteur à courant continu sans balaie
La présente invention est relative aux moteurs à courant Continu sans balais, dans lesquels la fonction du collecteur est remplacée par des semi-conducteurs commandés, ce qui re- présente en particulier une construction simple et peu dis- pendieuse, dans laquelle l'enroulement statorique est ..cons- titué par un nombre pair de faisceaux d'enroulement, au moins quatre, qui sont opposés deux à deux de 180 degrés électriques et sont connectés entre eux, par un côté par un couplage en étoile.
Les semi-conducteurs commandés peuvent être par exemple des transistors ou des thyristors.Lorsque de telles soupapes de- viennent conductrices, il se produit, lors de la commutation du courantedes pointes de tension, parce que l'énergie magnétique emmagasinée dans un en@@@lement doit s'amortir. Par conséquent,
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des tensions de pointe fort élevées se manifestent aux semi- conducteurs commandés. La tension de blocage admissible des semi-conducteurs commandés doit dans ce cas être notablement plus élevée que la tension d'alimentation du moteur. Ceci implique des frais élevés pour les semi-conducteurs commandés. ,
Pour réduire de telles pointes de tension, on fait appel à des diodes dites tables.
Celles-ci sont branchées, en ce qui concerne leur sens de conduction, de telle manière que, lorsque le, semi-conducteur commandé est ouvert, elles ne laissent pas passer un courant. Elles peuvent être branchées en parallèle avec un récepteur inductif.Lorsque le semi- conducteur commandé interrompt le circuit de courant, le cou- rant continue à passer par la diode astable branchée en paral lèle,jusqu'à ce 'que l'énergie magnétique emmagasinée ait disparu.Ce montage ne convient toutefois pas pour les moteurs à courant continu sans balais, parce que les pâles magnétiques du rotor induisent dans les faisceaux d'enroulements du sta- tor des demi-ondes de tension tant négatives que positives.
Or, pour une de ces demi-ondes, une diode astable branchée en parallèle avec le faisceau d'enroulement constituerait un court-circuit'Pour cette raison, on a conçu, pour des moteurs sans balais,commandés en deux alternances,des diodes astables, par exemple suivant la demande de brevet publiée en Allemagne Fédérale sous le n 1.208.803, diodes qui, en montage anti- parallèle avec le système des demi- conducteurs commandés, relient les faisceaux d'enroulement, en un montage à deux alternances, aux p8les do la source de courant continu,Ces diodes sont branchées dans le sens du blocage, de sorte qu'aucun courant ne peut s'écouler à travers elles de la batterie vers le @ tr.
Inversement, les tensions/du moteur qui dépassent @ de la tension de batterie sont court-circuits par
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des courants qui s'écoulent vers la batterie. Un tel montage pleine-onde des diodes astables est toutefois impossible lors- que les faisceaux d'enroulement d'un moteur sont branchés en étoile et sont commutés en montage d emi-onde par des semi-con- ducteurs commandés.
L'invention a pour but d'établir, pour ces moteurs éga- lement,un montage pour la suppression des pointes de tension qui se manifestent lors de la commutation des semi-conducteurs commandés.
Partant de ce qui précède, et conformément à la solution suggérée par l'inention,un moteur à courant continu sans balais, dont l'enroulement statorique est constitué par un nombre pair - au moins quatre- de faisceaux d'enroulements qui s'opposent par paires décalées à 180 degrés électriques et sont réunis entre eux en étoile par une de leurs extrémités, le point neutre de ces faisceaux étant raccordé à un pôle d'une suource de cou- rant continu,tandis que les connexions libres des enroulements sont reliées chacune par un semi-conducteur commandé à l'autre pôle de la source de courant continu, est caractérisé en ce que les connexions libres des enroulements sont en outre con- nectées au poôle opposé de la source de courant continu par des diodes astables,
branchées en antiparallèle avec les semi- conducteurs commandés.
On a constaté avec surprise qu'en dépit des diodes asta- bles fonctionnant en demi-onde,les pointes de tension apparai- sant aux semi-conducteurs commandés sont limitées au double de la valeur de la tension continue d'alimentation. Or, ceci représente précisément la valeur pou. laquelle les semi- con- ducteurs commandés doivent de toute manière être calculés, étant donné que, dans la période de blocage,les tensions induites dans un faisceau d'enroulement par les pôles magnétiques du rotor se superposent à la tension d'alimentation, au maximum
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en une hauteur égale à cette dernière.
On a constaté que, lors de la déconnexion d'un courant de fais ceau, le changement de flux est retardé d'une façon avantageuse, parce que, dans le faisceau opposé, a lieu une induction de tensions antagonistes, lesquelles donnent naissance à des courants qui sont ramenés à la.source de courant continu par les diodes astables. Le couplage magnétique entre chaque deux faisceaux d'enroulement calés à 180 degrés électriques est si important que l'on ne constate pratiquement plus de pointes de tension inadmissi- bles.Un autre avantage des diodes astables branchées suivant l'invention réside en ce que les condensateurs d'extinction requis lorsqu'on fait appel à des thyristors,peuvent pré- senter des cotes moindres, parce que l'extinction du courant est notablement facilitée par les diodes astables.
Le couplage de deux faisceaux ' d'enroulement opposés est avantageusement élevé lorsque,conformément à l'invention, les deux conducteurs sont enroulés dans les mêmes encoches en particulier lorsqu'ils sont tous les deux enroulés este à cote à fils parallèles.
Le fonctionnement de l'invention sera exposé ci-après, en se reportant au dessin.
Ce dessin représente le montage de principe d'un moteur à courant continu sans balais branché suivant l'invention.
Le point neutre 1 des faisceaux d'enroulement 2,3,4 et est connecté directement au pôle/positif de la batterie 6. Les faisceaux denroulement sont alimentés respectivement par des thyristors 7,8,9 et 10 qui sont raccordés au pôle positif de la batterie à travers une inductance copmune 11.Aux extrémités libres des faisceaux d'enroulement sont raccordés des condensateurs d' , extinction 11,13,14 et 15.Des diodes/astables 16 à 19, branchées en antiparallèle avec les thyristors 7 à 10,connectent les faisceaux d'enroulement directement au polo négatif de la
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batterie 6.
On supposera que le thyristor 9 est débloqué. Lorsque, dans la suite,le thyristor 8 s'amorce, le thyristor 9 se désamorce..
Or, et vu la coupure du courant dans le faisceau d'enrou- lement 5, ceci donne lieu à une pointe de tension dans le faisceau d'enroulement 3.La pointe de tension qui se manifeste dans le faisceau 3 et qui est d'un sens opposé à celui de la tension de la batterie, donne naissance à des courants de court-circuit à travers la diode astable 16 et la batterie 6.
Lorsque les faisceaux d'enroulement calés à 180 degrés élec- triques sont couplés d'une manière adéquate,les pointes de tension induites dans ces faisceaux sont pratiquement les images-reflets les uns des autres. Les pointes de tension survenant dans un faisceau d'enroulement par suite d'une in- version de courant sont donc amorties par les courants de court- circuit engendrés dans le faisceau opposé,.
L'inductance 11 facilite d'une part la commutation des courants d'un thyristor au suivant. D'autre part, l'apparition d'un court-circuit est empêchée, par exemple par le conden- sateur d'extinction 14 et à l'aide du thyristor,8, et de la diode astable 18.
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PATENT OF INVENTION Brushless DC motor
The present invention relates to brushless DC motors, in which the function of the collector is replaced by controlled semiconductors, which in particular represents a simple and inexpensive construction, in which the stator winding is.. made up of an even number of winding beams, at least four, which are opposite in pairs by 180 electrical degrees and are connected to each other, on one side by a star coupling.
The controlled semiconductors can be, for example, transistors or thyristors. When such valves become conductive, voltage peaks occur during switching of the current, because the magnetic energy stored in a @@ @lement must amortize. Therefore,
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very high peak voltages are manifested at the controlled semiconductors. The permissible blocking voltage of the controlled semiconductors must in this case be significantly higher than the supply voltage of the motor. This implies high costs for the semiconductors ordered. ,
To reduce such voltage peaks, so-called table diodes are used.
These are connected, with regard to their direction of conduction, in such a way that, when the controlled semiconductor is open, they do not allow a current to pass. They can be connected in parallel with an inductive receiver. When the controlled semiconductor interrupts the current circuit, the current continues to pass through the astable diode connected in parallel, until the stored magnetic energy. This arrangement is not suitable for brushless DC motors, however, because the magnetic rotor blades induce both negative and positive voltage half waves in the stator winding bundles.
However, for one of these half-waves, an astable diode connected in parallel with the winding beam would constitute a short-circuit. For this reason, we have designed, for brushless motors, controlled in two halfwaves, astable diodes , for example according to the patent application published in Federal Germany under number 1.208.803, diodes which, in anti-parallel assembly with the system of the controlled half-conductors, connect the winding bundles, in a two-half-wave assembly, at the poles of the direct current source, These diodes are connected in the blocking direction, so that no current can flow through them from the battery to the @ tr.
Conversely, voltages / of the motor which exceed @ the battery voltage are short-circuited by
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currents flowing to the battery. Such a full-wave assembly of astable diodes is, however, impossible when the winding beams of a motor are star-connected and are switched to emi-wave assembly by controlled semiconductors.
The object of the invention is to establish, for these motors as well, an assembly for the suppression of voltage peaks which appear during the switching of the controlled semiconductors.
Starting from the above, and in accordance with the solution suggested by the invention, a brushless direct current motor, the stator winding of which is formed by an even number - at least four - of opposing winding bundles in pairs offset at 180 electrical degrees and are joined together in a star by one of their ends, the neutral point of these beams being connected to a pole of a direct current suource, while the free connections of the windings are connected each by a semiconductor controlled at the other pole of the direct current source, is characterized in that the free connections of the windings are furthermore connected to the opposite pole of the direct current source by astable diodes,
connected in antiparallel with the ordered semiconductors.
Surprisingly, it has been found that despite astable diodes operating in half-wave mode, the voltage peaks appearing in the controlled semiconductors are limited to twice the value of the DC supply voltage. However, this represents precisely the value louse. which the controlled semiconductors have to be calculated anyway, since in the blocking period the voltages induced in a winding bundle by the magnetic poles of the rotor are superimposed on the supply voltage, at the maximum
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at a height equal to the latter.
It has been found that, when disconnecting a beam current, the change of flux is advantageously delayed, because in the opposite beam an induction of antagonistic voltages takes place, which gives rise to currents which are brought back to the direct current source by the astable diodes. The magnetic coupling between each two winding beams wedged at 180 electrical degrees is so important that one hardly notices any more inadmissible voltage peaks. Another advantage of the astable diodes connected according to the invention resides in that the Extinguishing capacitors required when thyristors are used may have smaller dimensions, because current extinction is notably facilitated by astable diodes.
The coupling of two opposite winding bundles is advantageously high when, according to the invention, the two conductors are wound in the same notches, in particular when they are both wound side by side with parallel wires.
The operation of the invention will be explained below, with reference to the drawing.
This drawing shows the basic assembly of a brushless direct current motor connected according to the invention.
The neutral point 1 of the winding beams 2,3,4 and is connected directly to the / positive pole of the battery 6. The winding beams are supplied respectively by thyristors 7,8,9 and 10 which are connected to the positive pole of the battery through a common inductor 11.At the free ends of the winding bundles are connected, extinction capacitors 11,13,14 and 15.Diodes / astables 16 to 19, connected in antiparallel with thyristors 7 to 10 , connect the winding harnesses directly to the negative polo of the
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battery 6.
It will be assumed that thyristor 9 is unlocked. When, in the following, the thyristor 8 starts, the thyristor 9 is deactivated.
Now, and given the interruption of the current in the winding bundle 5, this gives rise to a voltage peak in the winding bundle 3. The voltage peak which manifests itself in the bundle 3 and which is of a direction opposite to that of the battery voltage, gives rise to short-circuit currents through the astable diode 16 and the battery 6.
When the 180 degree electrically wedged winding beams are properly coupled, the voltage spikes induced in these beams are virtually mirror images of each other. The voltage peaks occurring in a winding bundle as a result of a current inversion are therefore damped by the short-circuit currents generated in the opposite bundle.
The inductance 11 facilitates on the one hand the switching of the currents from one thyristor to the next. On the other hand, the appearance of a short-circuit is prevented, for example by the extinguishing capacitor 14 and by means of the thyristor, 8, and the astable diode 18.
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