Machine électrique tournante à courant continu ou alternatif La présente invention est relative à une machine électrique tournante, génératrice ou motrice, à cou rant continu ou alternatif, dont l'induit est muni d'un collecteur.
On connaît les avantages que présentent ces machines dans de nombreuses applications ; ce pendant ces avantages sont souvent contrebalancés par les, inconvénients qui résultent de la présence du collecteur effectuant la commutation des courants de forte intensité engendrés ou envoyés dans l'induit de la machine selon qu'elle fonctionne en génératrice ou en moteur, inconvénients qui consistent en pro duction, malgré l'utilisation de pôles de commutation munis d'enroulements de compensation, d'étincelles aux balais d'où résulte une usure rapide du collec teur, la production de parasites, radioélectriques et autres défauts qui font parfois préférer les machines à courant alternatif malgré une moindre commodité d'emploi.
En tout état de cause, le collecteur dont les dimensions doivent être proportionnées à l'inten sité du courant de l'induit, constitue un organe coû teux.
La présente invention a pour objet une machine électrique tournante à courant continu ou alternatif qui permet de remédier à tous les inconvénients cités ci-dessus du collecteur ; cette machine est caractéri sée par le fait qu'elle comporte un collecteur de di mensions réduites dont les lames sont reliées aux bobines de l'induit par des relais amplificateurs de courant du type transistor, et par le fait que ces relais solidaires en rotation de l'induit sont groupés par paires comprenant chacune un transistor PNP et un transistor NPN qui ont leurs bases connectées aux lames du collecteur,
tandis que leurs émetteurs et leurs collecteurs sont connectés respectivement aux points de jonction des bobines de l'induit et aux bornes d'une source d'alimentation ou d'un circuit d'utilisation par l'intermédiaire de bagues et de balais.
Il en résulte que l'intensité du courant dont la commutation est effectuée par le collecteur se trouve réduite dans un rapport égal au gain en courant des relais amplificateurs, de sorte que les dimensions du collecteur, donc son prix et son entretien, sont con sidérablement diminués, tandis que la sécurité de fonctionnement se trouve au contraire accrue. Il est notamment possible d'envisager de réaliser des ma chines importantes sans avoir recours aux pôles de commutation et en utilisant simplement,
comme dans des machines connues de puissance plus restreinte, un décalage des balais par rapport à la ligne neutre pour supprimer les étincelles, ce qui représente éga lement une importante économie à la construction.
La faible intensité du courant à travers -le collec teur permet d'envisager la réalisation de celui-ci sous forme de circuit imprimé.
A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et re présenté au dessin annexé une forme de réalisation de l'invention.
La fig. 1 est un schéma permettant d'expliquer le principe du fonctionnement de la machine.
La fig. 2 est une vue schématique en coupe transversale d'un moteur bipolaire.
Les explications ci-dessous seront données, pour simplifier, dans le cas d'une machine bipolaire, les pôles inducteurs étant désignés par les chiffres de référence 1 et 2. On sait que dans les machines à courant continu habituelles, chaque bobine de l'en roulement induit est reliée par ses extrémités à deux lames successives du collecteur et les balais sont dis posés sensiblement suivant la ligne neutre, c'est-à- dire dans un plan perpendiculaire au champ induc teur de façon à commuter le courant au moment où le champ inducteur à travers ces bobines change de sens.
Les extrémités de chaque bobine de l'enroulement induit de la machine représentée sont reliées respec tivement aux lames successives du collecteur, cha cune par l'intermédiaire de deux relais électroniques polarisés, solidaires en rotation de l'induit et montés en parallèle, de sorte qu'au moment du passage d'une lame du collecteur sous un balai relié à une borne positive ou négative de la source d'alimentation ou du circuit d'utilisation, le courant s'établit à travers l'un des relais et se trouve coupé à travers l'autre,
de sorte que le sens du courant dans la bobine con sidérée se trouve inversé. Dans le schéma de la fig. 1, on a représenté un induit à quatre bobines 3, 4, 5, 6, et un collecteur comportant quatre lames 7, 8, 9, 10 sur lesquelles frottent deux balais 11 et 12 reliés respectivement à la borne négative et à la borne positive de la source d'alimentation (cas du moteur) ou du circuit d'utilisation (cas de la génératrice).
Les quatre bobines 3, 4, 5, 6 sont reliées en série et chacun des points communs 13, 14, 15, 16 à deux bobines voisines est relié à une lame du col lecteur par l'intermédiaire d'une paire de relais élec troniques complémentairesi l'un de l'autre du type transistor, l'un des transistors de chaque paire, par exemple les transistors 17, 19, 21, 23, étant du type PNP, c'est-à-dire devenant conducteur lorsqu'une tension négative est appliquée à leur électrode dite base , et l'autre transistor de chaque paire, soit les transistors 18, 20, 22, 24, étant du type NPN, c'est-à-dire devenant conducteur lorsqu'une tension positive est appliquée à sa base.
Comme visible au schéma de la fig. 1, les bases des transistors de chaque paire sont reliées d'une part à une lame du collecteur et d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance 25, 26, 27, 28 à une source de polarisa tion.
Les électrodes dites émetteurs de chaque paire de transistors, par exemple les émetteurs 17', 18', des transistors 17, 18, sont reliées entre elles et au point commun de deux bobines voisines, tandis que leurs. électrodes dites collecteurs 17", 18" sont reliées aux bornes respectivement négative et positive de la source d'alimentation ou à celle du circuit d'utilisation, ces liaisons des électrodes des transistors aux sources ou circuits extérieurs étant effectuées au moyen de bagues et de frotteurs.
Le fonctionnement de cette machine est le sui vant Dans le cas du fonctionnement en moteur, le balai 12 est connecté à la borne positive et le balai 11 à la borne négative de la source d'alimentation en courant continu ; de même, les collecteurs 17", 19", 21", 23" des transistors PNP 17, 19, 21, 23 sont reliés à la borne négative de cette source, tandis que les collecteurs 18", 20", 22", 24" des trans istors NPN 18, 20, 22, 24 sont reliés à sa borne positive.
Dans la position représentée en fig. 1, les bases de la paire de transistors 17, 18 se trouvent reliées par la lame de collecteur 7 et le balai 11 à la borne négative de la source, de sorte que c'est le transistor 17 qui est conducteur, tandis que les bases de la paire de transistors 21, 22 étant reliées par la lame 9 et le balai 12 à la borne positive, c'est le transistor 22 qui est rendu conducteur.
Le courant passe donc de la borne positive par le transistor 22, le point 15, les deux paires de bobines en parallèle 4-3 et 5-6 dans le sens des flèches, au point 13 puis par le transistor 17 à la borne négative de la source. Lors que les lames 7, 9 quittent les balais 11, 12, elles sont remplacées par les lames 10 et 8 et le courant continue à passer de la même façon et dans le même sens à travers les bobines 3-6 et 4-5 grâce aux trans istors 20 et 23.
Au bout d'un demi-tour, la lame 9 vient en contact avec le balai négatif 11 et la lame 7 en contact avec le balai positif 12 et le courant passe à travers les bobines 6-5 et 3-4 mais cette fois ce sont les transistors 18 et 21 qui sont conducteurs tandis que les transistors 17 et 22 sont bloqués.
On voit donc que tout se passe comme dans une machine normale où l'induit est connecté directement au col lecteur avec cette différence essentielle que le collec teur est traversé par un courant de commande faible, tandis que le courant de forte intensité passe direc tement de la source aux enroulements induits par les électrodes collecteurs et émetteurs des trans istors qui effectuent également la coupure électroni que de ce courant au moment de la commutation.
Il est à noter que les résistances de polarisation 25, 26, 27, 28 des bases des collecteurs et la tension de polarisation sont choisies de façon, d'une part, à empêcher le passage du courant à travers les trans istors PNP et NPN en l'absence de la tension de commande amenée par le collecteur et, d'autre part, à rendre l'effet de cette polarisation permanente négligeable au moment où la tension de commande est appliquée aux bases des transistors.
Le moteur décrit ci-dessus peut être également alimenté en courant alternatif en reliant à la source de courant alternatif les collecteurs des trans istors, les balais 11 et 12 étant toujours alimentés par une tension de commande continue. Les trans istors ne devenant conducteurs que lorsque des ten sions de signe convenable sont appliquées aux ba ses et aux collecteurs des transistors, il se pro duit une détection automatique et tout se passe comme si le moteur était alimenté en courant con tinu. Le passage des harmoniques, du courant alter natif dans les enroulements de l'induit peut être em pêché en les shuntant par des condensateurs.
Dans le cas de fonctionnement en génératrice de courant continu, il suffit d'entrainer en rotation l'ar bre de l'induit à la vitesse et avec un couple voulus en reliant aux bornes du circuit d'utilisation les élec trodes collecteurs des transistors, tandis que les électrodes émetteurs sont reliées à l'induit comme ci-dessus et les balais du collecteur sont ali- mentés en courant continu de la même façon que dans le cas du moteur, par exemple branchés sur le circuit d'excitation. La commutation s'effectuant exactement dans les mêmes conditions que ci-dessus, le courant débité par les électrodes collecteurs sera toujours de même sens.
Comme visible en fig. 2, dans laquelle on a re présenté schématiquement, mais avec plus de détails constructifs, la même machine bipolaire à quatre bobines 3, 4, 5, 6 portées, par l'induit 35, qu'en fig. 1, les bases des transistors 17"', 18"', 19"' ... sont reliées par les résistances 25, 26, 27, 28 à une bague isolée 29 tournant avec l'induit et sur laquelle est appliqué un frotteur 30 relié à la masse ou à une source de polarisation.
Les collecteurs 17", 19", 21", 23" des transistors PNP 17, 19, 21, 23 sont reliés à une bague tournante isolée 31 sur laquelle frotte un frotteur 32 relié à la borne négative de la source d'alimentation ou à une des bornes de la charge, tandis que les collecteurs 18", 20", 22", 24" des transistors NPN 18, 20, 22, 24 sont reliés à une bague tournante isolée 33 sur laquelle porte un frotteur 34 relié à la borne positive de la source ou à l'autre borne de la charge.
Le refroidissement des transistors peut être faci lement assuré en les munissant d'ailettes, pouvant constituer les pales du ventilateur nécessaire par ailleurs au refroidissement de l'induit.
Dans les applications à un servomécanisme, on peut supprimer l'étage de puissance de l'amplificateur puisqu'il se trouve en quelque sorte incorporé dans l'induit ; l'amplificateur pourra être aussi bien du type à courant continu que du type à courant alter natif.
Dans l'application à la traction électrique, on pourra alimenter la machine aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif ; l'alimentation de la polarisation des bases pourra être assurée soit à l'aide de ponts de résistance dans le cas du continu, soit à l'aide de redresseurs, voire même à l'aide d'accumulateurs dans le cas de l'alternatif.
Dans les applications à l'automobile ou à l'avia tion, où la machine fonctionnera tantôt en moteur au démarrage, tantôt en génératrice pendant la mar che, on obtiendra une diminution considérable des parasites radioélectriques gênants aussi bien pour la radio ou la télévision de bord que pour celles des autres utilisateurs ; de toute façon un déparasitage supplémentaire, s'il s'avère nécessaire, sera chose aisée puisque la commutation électromécanique due au collecteur et qui est productrice de parasites ne porte que sur des courants très faibles.
Il est également bien évident que la machine dé crite ci-dessus peut être montée avec excitation série, parallèle ou séparée.