FR2478896A1

FR2478896A1 - Moteur a courant continu sans collecteur

Info

Publication number: FR2478896A1
Application number: FR8105405A
Authority: FR
Inventors: Rolf Muller; Muller Rolf
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1980-03-19
Filing date: 1981-03-18
Publication date: 1981-09-25
Also published as: DE3010435C2; SG56287G; GB2075288B; DE3010435A1; FR2478896B1; GB2075288A; HK31688A; US4374347A

Abstract

INVENTION CONCERNANT UN MOTEUR ELECTRIQUE. MOTEUR A COURANT CONTINU SANS COLLECTEUR, AVEC BOBINAGE STATORIQUE A DEUX ENROULEMENTS 20, 21 ET ROTOR 11 EN FORME D'ANNEAU AIMANTE DE FACON PERMANENTE. LE BOBINAGE EST PARCOURU PAR UN COURANT BI-IMPULSIONNEL PAR TOUR DE ROTOR DE 360 ELECTRIQUES, GRACE A UN CAPTEUR 25 DEPENDANT DE LA POSITION DU ROTOR, QUI PILOTE LE COURANT DE FACON QUE LES EXTREMITES A1, E1, A2, E2 DES ENROULEMENTS SOIENTS RELIEES DE FACON CONVENABLE A UN RESEAU A COURANT CONTINU BIPOLAIRE PAR L'INTERMEDIAIRE DE MOYENS DE COMMANDE A SEMI-CONDUCTEURS. APPLICATION A LA REALISATION D'UN TEL MOTEUR POUR VENTILATEUR, DONT L'ENERGIE EMMAGASINEE DANS LES ENROULEMENTS EST BIEN RECUPEREE LORS DE LEUR DECONNEXION, AVEC UN CIRCUIT DE SELECTION SIMPLE ET PEU COUTEUX.

Description

L'invention, concernant un moteur électrique, est plus spécifiquement

relative à un moteur à courant

continu sans collecteur, possédant un bobinage stato-

rique à deux enroulements qui reçoit, lors du fonc-

tionnement, seulement deux impulsions de courant par

tour de rotor de 360e électriq.es (moteur dit Itbi-

impulsionnel") et des moyens de commande à semiconduc-

teurs pilotés par des moyens capteurs dépendant de la position du rotor pour commander les courants dans les deux enroulements, les extrémités reliées aux moyens de commande à semiconducteurs des enroulements comportant un couplage pour tensions alternatives, des diodes ou éléments analogues étant branchés de

façon antiparallèle sur les moyens de commande à semi-

conducteurs pour récupérer l'énergie accumulée dans les enroulements lors de la commutation. ti Habituellement les moteurs à courant/sans collecteur sont alimentés à partir d'un réseau bipolaire à courant continu, par exemple à part.r de la batterie

d'un véhicule (12 Volt ou 24 Volt) ou/celle d'un stan-

dard téléphonique (48 Volt ou 60 Volt) ou à partir

de la partie basse fréquence d'une armoire de distri-

bution. On dispose donc habituellement seulement d'un réseau bipolaire en continu. Ceci limite le choix des circuits dont on peut disposer, voir à cet effet, comme référence, l'article du Dr. Rolf MIUller, "Zweipulsige kollektorlose Gleichstrommotoren" dans la revue "asr - digest fiir angewandte Antriebstechnik", 1977, pages 27 à 31 (Vol. 1-2) et en particulier les figures 1 à 6. Si en fait on dispose d'un réseau à courant continu tripolaire, soit par exemple

+ 12 Volt, Masse et - 12 Volt, on peut avoir des cir-

cuits très simples, tels que ceux que montrent les figures 2 et 5 de la référence, et en pratique on ne rencontre pas de difficulté lors de la coupure des tensions induites qui se produisent dans les enroulements. On peut aussi établir artificiellement un tel réseau tripolaire, en créant un point zéro artificiel au moyen de deux condensateurs, mais il faut alors des condensateurs de grande taille; pour un moteur fonctionnant sur 24 Volt, et de 4 Watt de puissance, il faudrait deux condensateurs de chacun

220/40ff, 35 Volt. On encourt le risque de court-

circuits lorsque les deux transistors d'étage terminal sont branchés simultanément et ceci oblige à prendre

des mesures de précaution particulières.

Avec un réseau bipolaire à courant continu on peut utiliser ou bien un circuit en pont intégral - relativement cofteux - tel qu'illustré par la

figure 5 de la référence ou aussi bien un enroule-

ment monté en étoile pour un moteur bi-impulsionnel & deux enroulements, soit donc un enroulement avec prise médiane (voir figure 3 de la référence) ou,

avec un moteur quadri-impulsionnel, quatre enroule-

ments montés en étoile (voir figure 6 de la référence).

En fait un circuit en pont intégral utilise bien le cuivre de l'enroulement et permet également

une bonne récupération des énergies inductives libé-

rées par la commutation, mais du c8té de l'électroni-

que il entraîne une grande complication, car il faut quatre transistors d'étage terminal, quatre signaux

de commande pour ces transistors, dont deux en push-

pull, et en outre les signaux de commande doivent

ttre séparés dans le temps; en effet si deux tran-

sistors montés en série sur le réseau à courant continu sont branchés en même temps, même pendant quelques micro-secondes seulement, ils sont détruits par le courant de court-circuit qui s'établit. C'est pourquoi des moteurs travaillant de façon fiable

impliquent une grande complication.

La disposition avec enroulement à prise médiane (figure 3 de la référence) est fréquemment utilisée en pratique, car elle ne nécessite que deux transistors d'étage terminal et qu'une source de

tension bipolaire et il n'y a pas de risque de court-

circuit, même lorsque les transistors d'étage terminal sont simultanément conducteurs pendant un cours laps de temps; ceci réduit seulement le rendement. Mais dans ce cas il est désavantageux que l'énergie libérée lors de la commutation ne puisse #tre récupérée que difficilement et produise en pratique de fortes pointes de tension sur l'enroulement devant être

chaque fois coupé, ces pointes ne pouvant être suppri-

mées qu'au moyen de diodes de Zener ou de combinaisons RC peu efficaces. Suivant une autre possibilité, on peut éviter ces pointes de courant, comme exposé dans

le brevet allemand NI 2.612.464, en coupant les cou-

rants dans les différents enroulements de façon "molle", mais ceci entra ne également une complication supplémentaire. On peut obtenir une certaine amélioration, comme indiqué dans la publication allemande de brevet NI 2.239.167, en exécutant dans un tel moteur les deux enroulements avec des fils parallèles, conformément à la figure 3 de ladite référence asr. De cette manière on obtient un couplage étroit des deux enroulements et on évite les pointes de tension en question. Mais dans ce cas, on rencontre un inconvénient, non visible au premier coup d'oeil, qui est le suivant: sur toute la longueur des deux fils d'enroulement, il existe une tension régulière ayant la pleine amplitude de la tension d'alimentation, soit donc par exemple, pour une tension de moteur de 24 V, une tension rectangulaire d'environ 48V et de plus cette tension rectangulaire présente des flancs abrupts. Les deux caractères, c'est-à-dire la tension relativement élevée et en particulier les flancs de tension abrupts, sollicitent fortement l'isolation de l'enroulement et la "pourrissent" avec le temps. C'est pourquoi l'emploi de ce genre

de bobinage est limité à de faibles tensions d'alimen-

tation (12... 24V) ou bien, pour des tensions assez élevées ou pour des conditions assez dures imposées à la fiabilité il est nécessaire d'employer des fils

métalliques doublement isolés à la laque.

C'est pourquoi l'invention a pour objet, en partant de ce nombre difficilement détaillable de solutions connues, d'établir un moteur qui pourra fonctionner sur un réseau de courant continu bipolaire

et permettra la récupération la plus complète possi-

ble de l'énergie emmagasinée inductivement dans les enroulements lors de la coupure, qui ne produira pas de pointe de tension sur l'enroulement devant être chaque fois coupé; en outre avec ce moteur l'isolation des enroulements ne sera pas exagérément menacée et les moyens de commande à semiconducteurs pourront

être commandés aussi simplement que possible, ou, autre-

-ment dit, le circuit de sélection peut 9tre établi de

façon très simple et peu cofteuse.

Ce résultat est obtenu, conformément à l'in-

vention, grâce au fait que: a1) l'un des enroulements peut 8tre relié par une extrémité, par l'intermédiaire d'un moyen de commande à semiconducteur d'un type de conduction, à un premier p8le (par exemple au p8le moins) du réseau à courant continu et a2) l'autre enroulement peut être relié par une extrémité, par l'intermédiaire d'un moyen de commande à semiconducteur du type de conduction opposé, a l'autre p8le (par exemple au p8le plus) du réseau de courant continu et ah) ces enroulements étant reliés de manière alternative, en étant pilotés par des moyens capteurs, b) l'un des enroulements peut ttre relié par son autre extrémité audit autre p8le (par exemple au

p8le plus) et l'autre enroulement par son autre extré-

mité audit premier p8le (par exemple au p8le moins) et

c) les deux moyens de commande à semiconduc-

teurs de types de conduction opposés sont commandés par

des signaux ayant la même phase.

Gr9ce au couplage étroit l'énergie accumulée

inductivement dans les enroulements peut 9tre récupé-

rée pratiquement complètement, de sorte qu'il ne peut se produire de pointes de tension perturbatrices sur les enroulements à déconnecter. En outre, il n'apparatt pas, entre les deux enroulements d'une paire, de différences de tension qui seraient plus grandes que la

tension d'alimentation. Egalement, il n'apparatt pra-

tiquement pas de tension de commutation qui pourrait "pourrir" l'isolation, c'est-à-dire qu'entre les

enroulements il existe pratiquement une tension con-

tinue, de sorte que même avec une réalisation à fils parallèles, qui présente, dans le cadre de l'invention, de gros avantages, la sollicitation de l'isolation des enroulements est faible et on peut espérer obtenir une

grande durée de vie et une fiabilité élevée.

Le couplage en alternatif est déterminant pour la réalimentation complète de l'énergie complète accumulée par voie inductive et pour la surpression des pointes de tension, car l'enroulement à déconnecter

ne peut céder directement au réseau (ou à un conden-

sateur accumulateur) l'énergie qui y est emmagasinée, mais par voie indirecte, par l'intermédiaire de la

diode de "roue libre", qui est branchée de façon anti-

parallèle sur l'élément de commande à semiconducteurs relatif à l'autre enroulement lors de la mise en service de cet élément. Grfce à l'invention, on crée donc un "pont d'énergie" entre l'entraînement en train d'ttre déconnecté et celui en train d'ttre connecté, ce pont transmettant l'énergie emmagasinée par voie inductive autant que possible sans perte ni retard à l'autre

enroulement qui cède cette énergie au réseau d'alimen-

tation ou à un condensateur accumulateur (par l'inter-

médiaire de la diode de roue libre correspondante).

La transmission de cette énergie s'effectue dans ce cas sans risquer d'endommager l'isolation de l'enroulement par de fortes pointes de tension, contrairement à la solution que propose la publication allemande

No 2.239.167 déjà mentionnée.

On obtient en outre un avantage supplémentaire important, les deux moyens de commande à semiconducteurs de type de conduction opposé peuvent être commandés à partir d'une seule source de signal, c'est-à-dire que

la commande de commut ation, également appelée cir-

cuit de sélection, devient extrêmement simple et peu

cofteuse.

D'autres particularités et aspects avantageux

de la présente invention résulteront de exemples de réali-

sation qui vont 9tre décrits par la suite et qui sont

représentés sur les dessins ci-annexés de façon abso-

lument non limitative pour l'invention.

Parmi ces dessins: - la figure 1 fournit en a) la représentation

schématique d'un moteur à rotor extérieur biimpulsion-

nel à deux enroulements, d'un type de construction connu et en b), une représentation des deux enroulements du même moteur, avec l'indication suivant la convention

dite par points (dot convention), du signe de l'induc-

tance mutuelle; est - la figure 2/le schéma d'un circuit de commande de commutation pour le moteur de la Figure 1, d'après l'état de la technique; - la figure 3, un premier exemple de schéma de circuit pour moteur selon l'invention; - la figure 4, la représentation schématique d'une disposition de bobinage à fils parallèles, ainsi que la représentation correspondante selon la convention par points; - les figures 5A, 5B, 50 sont des graphiques servant à expliquer le fonctionnement du moteur selon figure 3; - la figure 6 est un deuxième exemple de schéma de réalisation de l'invention et

- la figure 7, un troisième exemple de réali-

sation, préféré, de l'invention.

La figure 1 montre un moteur 10 à rotor ex-

térieur bipolaire 11, constitué sous forme d'anneau magnétique continu extérieur, dont l'aimantation est établie avec une allure sensiblement trapézoïdale, soit donc avec une induction pratiquement constante dans la région des p8les et avec des espaces interpolaires étroits. Sur la figure I., les endroits ayant une

induction pratiquement constante sont indiqués symbo-

liquement, pour le pôle nord, par des hachures et, pour le p8le sud, par une zone grise & pointillé, afin de faciliter la compréhension de l'invention. Le rotor 11 est constitué par une pièce magnétique permanente, aimantée dans le sens radial, par exemple en ferrite de baryum-ou par un "aimant au caoutchouc". Les deux espaces interpolaires sont également indiqués de façon symbolique et désignés par 12 et 13. La figure 1 montre le rotor 11 dans l'une de ses deux positions de repos stables qu'il peut prendre lorsque le moteur n'est pas parcouru par un courant. Ces positions de repos sont déterminées par la forme de l'entrefer et par la forme de l'aimantation. En fonctionnement, le rotor 11

tourne dans le sens de la flèche 14.

Le stator 15 du moteur 10 est constitué sous la forme d'une pièce en double T, comportant un pôle supérieur 16 et un p8le inférieur 17, qui ont tous deux sensiblement le contour d'un parapluie couvrant chacun presque tout un arc polaire; entre ces pOles s'insèrent deux encoches 18 et 19 dans lesquelles deux enroulements 20 et 21 d'un bobinage à deux enroulements sont disposés. Les bornes de l'enroulement 20 sont désignées par ai et el et celles de l'enroulement 21, par a2 et e2. Les enroulements 20 et 21 possèdent le même nombre de tours et le même sens d'enroulement, c'est-à-dire que si un courant continu circule de ai

vers el on obtient une aimantation du stator 15 iden-

tique à celle produite par le même courant continu

circulant de a2 vers e2. Dans ce cas, on obtient la re-

présentation par point selon la figure 1 en b), c'es-

à-dire que pour l'enroulement 20 le point se trouve près de la borne al et, pour l'enroulement 21, près

de la borne a2. Ce mode de représentation sera égale-

ment utilisé de la m9me façon que/les figures suivantes.

Un capteur 25, dépendant de la position du rotor, qui est constitué ici par un dispositif de Hall, à circuit intégré, est disposé sur 'le stator 15 dans une position angulaire, correspondant sensiblement à l'ouverture de la rainure 18 ou décalé de quelques degrés par rapport à cette ouverture, contrairement au sens de rotation 14, soit donc en sens inverse des aiguilles d'une montre. Le dispositif de Hall 25 est piloté ici par le champ magnétique du rotor 11 aimanté de façon permanente et fournit un signal intense ou faible suivant la position de rotor, soit donc, lorsque

le rotor 11 tourne, pratiquement un signal rectangu-

laire dont les parties hautes et basses ont chaque

fois une longueur voisine de 1800 électriques.

L'entrefer 26 en regard du p8le statorique 16 et l'entrefer 27 en regard du p8le statorique 17 sont constitués d'une manière particulière. Partant

de la rainure 18, l'entrefer 26, mesuré dans la direc-

tion de rotation 14, augmente sur environ 10 à 150 de façon monotone jusqu'à un premier endroit 30 o il atteint son maximum. A partir de là, l'entrefer 26 décrolt de façon monotone sur environ 1700 à peu près Jusqu'à l'ouverture de la rainure 19 o il prend sa

valeur minimale dl. Ainsi qu'il est représenté, l'en-

trefer 27 a une allure identique. Cette forme d'entrefer, en coopération avec le genre décrit d'aimentation du rotor 11 suscite, lors du fonctionnement, la naissance d'un couple de réluctance ayant une forme déterminée, comme cela est décrit en détail dans le brevet allemand NI 2. 346.380, auquel on peut se référer pour éviter des longueurs. Naturellement, au lieu d'un moteur du genre décrit avec référence à la figure 1, on peut aussi employer un moteur plat avec stator sans fer selon la publication allemande NI 2.259.167 déjà

mentionnée, ou par exemple un moteur dit quadri-impul-

sionnel à quatre enroulements, tel qu'il a été exposé, dans la référence bibliographique asr citée dans l'introduction, à la figure 6. Ainsi l'invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation de la figure 1, mais celle-ci sert à faire comprendre

l'invention sur un exemple concret.

La figure 2 montre un circuit usuel pour le moteur de la figure 1. Uneligne plus 33 va à une tension positive UWB par exemple celle d'une batterie 34, et une ligne moins 35 peut 9tre raccordée par exemple au p8le moins de la même batterie 34 (par exemple de 12, 24 ou 48 V). Les bornes el et a2 des deux enroulements 20 et 21 sont reliées à la ligne plus 33 et les bornes ai et e2 aux collecteurs de deux

transistors npn 36 et 37 dont les émetteurs sont rat-

tachés à la ligne moins 35 et sur lesquels une diode

respective, 38 ou 39, est branchée de façon anti-

parallèle. Le capteur 25, dépendant de la position du rotor, commande un circuit 42 dit de sélection, aux bornes duquel les bases des transistors 36 et 37 sont reliées. Lorsque le transistor 37 reçoit un signal

positif 43, pour qu'un courant circule dans l'enrou-

lement 21, le transistor 36 doit en même temps recevoir un signal négatif 44 qui fait qu'il se "bloque" (ou se "coupe", devenant non conducteur et la meme chose se produit avec signe inverse, lorsque le transistor 36 est conducteur et le transistor 37 bloqué. On a besoin donc de signaux anticolncidents 43, 44 et la structure du circuit de sélection 42 est compliquée de façon correspondante, particulièrement lorsqu'on cherche à obtenir une coupure "molle" des courants dans les enroulements 20 et 21. Si cette coupure molle n'est pas possible, on doit constituer les diodes 38 et 39

sous forme de diodes de Zener et on obtient des pertur-

bations parasites relativement fortes qui sont indési-

rables ou même inadmissibles dans bien des cas. Un

condensateur accumulateur 45 sert à éliminer partielle-

ment ces perturbations.

C'est pourquoi on a réalisé autrement l'inven-

tion. La figure 3 en montre un premier exemple de réali-

sation. On doit signaler qu'en fait la figure 3 inclut deux variantes, dont l'une est relative au mode de réalisation à fils parallèles, tel que représenté sur la figure 4. Dans une telle réalisation, on a seulement besoin d'un très petit condensateur de couplage 47 ou même on peut se dispenser d'un condensateur de couplage, tandis qu'avec un moteur dont les enroulements 20, 21 ne seraient couplés que faiblement ou même pas du tout, par exemple avec un moteur avec enroulement statorique sans fer, comme celui qu'on trouve dans la publication de brevet allemand NO 2.225. 442, à la figure 1, dans lequel les deux enroulements ne sont que faiblement couplés, on a besoin d'un condensateur 47 plus gros en

conséquence pour transmettre l'énergie inductive accu-

mulée dans l'enroulement à déconnecter. Le condensateur

de couplage 47 peut servir aussi lui-même d'accumula-

teur d'énergie, de sorte que le condensateur accumula-

teur 45 peut n'avoir qu'une capacité d'un ordre de grandeur de quelques nF et sert alors seulement à éliminer les perturbations parasites sur les lignes 33

et 35.

On décrira tout d'abord la version comportant le condensateur de couplage 47. Les parties identiques ou équivalentes à celles des figures précédentes sont désignées sur la figure 3 par les mêmes repères et on

ne les décrira pas à nouveau.

Le dispositif de Hall 25 servant de capteur dépendant de la position du rotor est relié par une borne

à la ligne moins 35 et par l'autre borne, par l'inter-

médiaire d'une résistance 48, à la ligne plus 33. En parallèle sur lui on a branché une diode de Zener 49 qui règle la tension sur le dispositif de Hall 25, par exemple à 5 V. La sortie 50 du dispositif de Hall 25 est reliée à un réseau de résistances 53 comportant trois résistances 54, 55, 56. La résistance 54 va de la sortie 50 & la base d'un transistor pnp 57; la résistance 55 va de cette base à la ligne plus 33 et la résistance 56, de la sortie 50 à la base d'un transistor npn 58, de type complémentaire à celui du transistor 57. L'émetteur du transistor 57 est relié à la ligne plus 33, son collecteur est relié à la borne al de l'enroulement 20 et une diode de roue

libre 59 est branchée sur lui de façon antiparallèle.

La borne el de l'enroulement 20 est rattachée & la

ligne moins 35.

L'émetteur du transistor 58 est rattaché à la ligne moins 35; son collecteur est relié à la borne a2 de l'enroulement 21, dont l'autre borne e2

est rattachée à la ligne plus 33. Une diode de roue li-

bre 60 shunte de façon antiparallèle le transistor 58. Entre les collecteurs des transistors 57 et 58, soit donc entre les bornes al et a2 des enroulements 20

et 21, se trouve le condensateur de couplage 47. Celui-

ci est dimensionné, conformément à l'invention, de façon qu'il puisse capter au moins une partie de l'énergie inductive accumulée dans les enroulements et 21, sans que sa tension de charge Uc s'élève sensiblement, par exemple peu au-dessus de la tension

du réseau établie entre les lignes 35 et 35-.

En ce qui concerne les bornes al, el et a2,

e2, on se réfèrera expressément à ce qui a été repré-

senté sur les figures la et lb. Si par exemple le transistor 57 est mis en service, un courant circule de al à el et le p8le statorique 16 devient un p8le sud; le p8le statorique 17 par contre devient un p8le nord. Si au contraire c'est le transistor 58 qui est mis en service, un. courant circule de e2 à a2, c'est-à-dire que le p8le statorique 16 devient un p8le nord et le p8le statorique 17, un p8le sud. Dans la position représentée sur la figure 1, dans laquelle en regard du dispositif de Hall 25 il se trouve un p8le nord du rotor 11, le transistor 57 et de ce fait l'enroulement 20 sont branchés et dans le

cas opposé (p8le sud du rotor 11 en regard du disposi-

tif de Hall 25) c'est l'enroulement 21, afin que le

sens de rotation 14 soit obtenu. Si en face du dispo-

sitif de Hall 25 il y a un p8le Nord, sa sortie 50 est donc à un niveau bas, en ayant ainsi sensiblement le potentiel de la ligne moins 35 et de ce fait le transistor 58 se bloque et le transistor 57 devient conducteur. Si inversement un p8le sud se trouve en regard du dispositif de Hall 25, la sortie 50 est à un niveau haut, donc positive, le transistor 58 devient conducteur et le transistor 57 se bloque. Ainsi, le signal de sortie sur la sortie 50 permet de commander avec des phases inverses les deux transistors 57 et 58 par l'intermédiaire du simple réseau de résistances 53, c'est-à-dire que le "circuit de sélection" 42 selon

figure 2 se réduit dans l'invention à trois résistances.

Que se passe-t-il alors lors de la commutation ? Avant déconnexion du transistor à commuter,

par exemple du transistor 57, il y a, sur le condensa-

teur de couplage 47, une tension uC dont la polarité est indiquée sur la figure 3 et qui correspond à celle des bornes el et e2. (Les potentiels de el et e2 diffèrent constamment de la tension d'alimentation UB, car ces bornes sont reliées aux lignes 35 et 33). Cette tension uC est sensiblement égale à l'amplitude moyenne de la tension qui est induite par la rotation du rotor magnétique permanent 11 dans les enroulements , 21. Dès que lors de la commutation, à cause de la déconnexion du transistor 58, le courant i21 dans l'enroulement 21 commence à diminuer, le potentiel P2

monte à la borne a2 et ceci tant qu'il est plus posi-

tif, d'à peu près la valeur u., que le potentiel UB de la ligne plus 33, voir figure 5B. A cet instant,

par suite du couplage des bornes ai et a2 par le conden-

sateur de couplage 47, le potentiel pI a monté, sur la borne ai, sensiblement à la valeur du potentiel U, voir figure 5B. Lors d'un nouveau et faible dépassement de ce potentiel UB de plus de 0,6 V, la diode de

roue libre 59 est conductrice et traversée par un cou-

rant i59 (figure 50) allant au condensateur accumula-

teur 45 ou passant dans le réseau à courant continu,

ce qui fait que l'énergie inductive à partir de l'enrou-

lement 21 est récupérée par ce "pont d'énergie". L'état conducteur que prend la diode 59 emp8che une nouvelle croissance du potentiel p1 et par suite (à cause du couplage étroit en alternatif entre les points ai et a2 par le condensateur de couplage 47) et emptche donc une nouvelle augmentation du potentiel p2 au-dessus d'une valeur supérieure à (UB + uc) . Voir la Figure 5B (Ma Figure 5A fournit les courants i2, et i21 dans les deux

enroulements 20 et 21).

On obtient donc, grtce à l'invention, un trans-

fert d'énergie de l'enroulement 21 au moment de sa

déconnexion, par l'intermédiaire du condensateur de cou-

plage 47 et de la diode 59, à la source de la tension du réseau, par exemple à la batterie 34 de la figure 1 ou au condensateur accumulateur 45. A cet égard, il est important que le condensateur 47 solidarise les potentiels des bornes ai et a2, c'est-à-dire que si pI augmente, il en soit de même de p2, et entre ces deux

bornes il n'y aura jamais que la tension (essentielle-

ment constante) du condensateur de couplage 47, tandis

qu'entre les bornes e2 et el il y a toujours et seu-

lement la tension d'alimentation (constante) UB. L'iso-

lation des enroulements 20 et 21 n'est donc sollicitée que par une tension continue modérée et elle n'est

aucunement surchargée.

Si les enroulements 20 et 21, comme il est montré sur la figure 1, sont couplés par le fer du

stator comme dans un transformateur, une partie de l'éner-

gie de l'enroulement 21 à déconnecter est transmise à l'enroulement 20 (ou inversement) et de ce dernier enroulement à la diode de roue libre 59, ce qui fait qu'on a alors deux "ponts d'énergie", à savoir l'un par le condensateur de couplage 47 et l'autre par l'accouplement inductif (de transformateur) entre les

enroulements 20 et 21. On doit dimensionner le conden-

sateur de couplage 47 suivant la grandeur de ce couplage inductif: Si ce couplage est très petit, comme c'est le cas par exemple pour le moteur plat selon la figure 1 de la publication de brevet allemand NO 2.225.442, on a besoin d'un gros condensateur de couplage. Dans la disposition selon figure 1 de la

présente demande de brevet, on se contente d'un conden-

sateur de couplage 47 sensiblement plus petit. Si par contre on emploie un couplage très serré grgce au bobinage en fils parallèles des deux enroulements 20' et 21', comme le montre très schématiquement la figure 4, le condensateur de couplage 47 peut 9tre totalement omis, car alors ce couplage serré peut constituer le

seul "pont d'énergie".

A cet effet, il convient de remarquer ceci: selon l'enseignement découlant de l'invention, dans le mode de réalisation sans condensateur de couplage 47, il ne suffit pas seulement de loger les deux enroulements dans une rainure commune pour les coupler l'un à l'autre inductivement. Avec une telle disposition de bobinage, l'écart existant dans l'espace entre les enroulements

produit une dispersion qui rend le couplage entre enrou-

lements imparfait. C'est le cas par exemple avec la disposition du bobinage selon figure 1, de sorte que dans le circuit de la figure 2 o l'on met à profit cette disposition et en particulier lors de processus de commutation rapides, le transfert d'énergie est incomplet et il se produit des pointes de tension sur l'enroulement en déconnexion. Par contre le couplage est très bon si les enroulements sont bobinés en commun sous forme d'un enroulement bifilaire, de sorte qu'ils sont emm8lés l'un dans l'autre et que la

dispersion du couplage inductif est pratiquement com-plêtement supprimée.

Avec un tel enroulement bifilaire en combinai-

son avec le circuit selon l'invention, il appara t de façon surprenante, entre les deux enroulements ', 21', une tension pratiquement continue constituant

une tension de différence dont la grandeur aux extré-

mités el, e2 des enroulements est égale à la tension d'alimentation UB et dont la grandeur aux extrémités

ai, a2 des enroulements correspond à peu près à l'ampli-

tude de la tension qui est induite par le rotor magné-

tique permanent tournant dans les enroulements pendant le fonctionnement et à laquelle une petite tension alternative peut être superposée. (L'amplitude de cette tension induite est d'environ 50 à 70 de la tension d'alimentation). La petite tension alternative qui apparatt peut 9tre éliminée par un condensateur de couplage 47 branché entre les collecteurs des transistors 57 et 58 ou, tout au moins en ce qui concerne la pente de ses flancs, elle peut ttre aplanie comme on le désire, de sorte qu'elle constitue un danger

moins grand pour l'isolation qu'une tension rectangu-

laire de plus grande amplitude et avec des flancs pré-

sentant une plus grande pente.

Il va de soi qu'à cause de la symétrie du circuit le transfert de l'énergie induite, à partir de l'enroulement 20 (ou 20') à déconnecter, vers la diode 60 s'effectue de façon tout-à-fait analogue ( voir la représentation de la figure 5B) sans qu'il soit nécessaire de le décrire encore en détail l'énergie accumulée dans l'enroulement 20 (ou 20') est transmise, par l'intermédiaire du condensateur de

couplage 47 et/ou par l'intermédiaire de l'accouple-

ment inductif (de transformateur) et la diode 60, à

la source de la tension d'alimentation ou au condensa-

teur accumulateur 45.

Avec une tension d'alimentation de 24 V, on obtient, pour un moteur de puissance 4W, tournant à 3000 tours/mn, les valeurs suivantes pour le circuit de la figure 3 avec un bobinage selon la figure 1, constitué donc par deux enroulements séparés 20 et 21, en appelant ohm = R et Kohm K: Diode de Zener 49: 5,1 V Dispositif de Hall 25: TL 170 Résistance 54: 2, 2k Résistance 55: 100 R Résistance 56: 5,1k Résistance 48: 3,3k Condensateurs 45 et 47: 22/-F Transistor 57 BD 136 Transistor 58: BD 135

Diodes 59, 60: N 4148.

On voit d'après cet exposé qu'on n'a besoin

que de très peu de composants, ce qui est très impor-

tant pour l'emploi dans des ventilateurs d'appareils

présentant une courte longueur axiale, car à cet en-

droit, pour placer la partie électronique dans le moteur lui-mgme, on ne dispose que de très peu de

place.

Ainsi qu'il a déjà été dit, un autre avantage important de la disposition selon l'invention réside en ce que les deux transistors 57 et 58 peuvent être actionnés par des signaux rectangulaires ayant la

même phase et qui ne doivent se distinguer essentielle-

ment que par leur potentiel continu.

Les deux signaux de commande pour les transis-

tors 57 et 58 peuvent être donc établis sans étage d'inversion de phase intermédiaire, par exemple comme il est représenté par le signal de sortie unique du dispositif de Hall 25 par l'intermédiaire d'un réseau à résistances 53 de dimensions appropriées. Ainsi la disposition de circuit selon l'invention permet de

réaliser une commande simple et à bon marché.

Dans la disposition selon figure 3 les bases des transistors 57 et 58 sont directement reliées, en

ce qui concerne la tension continue, par des résis-

tances. Or on a trouvé, dans le cadre de l'invention, qu'un découplage de ces bases, en ce qui concerne la tension continue, apporte différents avantages. Une telle séparation préférable des potentiels continus

aux bases des transistors d'étage terminal est repré-

sentée sur les figures 6 et 7. Les parties identiques ou équivalentes à celle des figures précédentes sont désignées sur ces figures par les mêmes repères et

normalement on ne les décrira pas à nouveau.

Le branchement du dispositif de Hall 25 est

dans les deux cas le même que pour la figure 3.

Sur la figure 6, on a prévu un réseau d'adaptation 65 constitué par trois résistances et, dans le cas présent, à partir de la sortie 50, une résistance 66 est reliée à la ligne plus 33, une résistance 67 en série avec un condensateur 68 va à la base d'un transistor pnp 69, cette base étant reliée par l'intermédiaire d'une résistance de dérivation

70 à la ligne plus 33 à laquelle est également ratta-

ché l'émetteur du transistor 69. En outre, à partir de la sortie 50 une résistance 73 est reliée, en série avec un condensateur 74, à la base d'un transistor npn , raccordé également par une résistance de dérivation

76 à la ligne moins 35 à laquelle est également ratta-

ché l'émetteur de ce transistor. Le collecteur du transistor 69 est relié à la borne ai de l'enroulement t

(ou 20' sur la figure 4) et le collecteur du tran-

sistor 75, à la borne a2 de l'enroulement 21 (ou 21' sur la figure 4). Les diodes de roue libre 59 et 60

sont branchées de façon antiparallèle sur les tran-

sistors 69 ou 75 correspondants. Entre les bornes ai

et a2 se trouve le condensateur de couplage 47.

Lorsque, lors du démarrage par exemple, il se trouve un pôle nord en regard du dispositif de Hall , comme cela est représenté sur la figure 1, son potentiel de sortie est bas et il prend sensiblement

le potentiel de la ligne moins 35. Par suite un cou-

rant de charge circule par l'intermédiaire du trajet émetteur - base du transistor 69 jusqu'au condensateur 68 et ce courant charge ce dernier avec la polarité

marquée sur la figure 6-et rend le transistor 69 conduc-

teur, de sorte qu'un courant passe dans l'enroulement (ou 20' sur la figure 4). Si ensuite ce courant est coupé, l'énergie dans l'enroulement 20 est récupérée, comme il a déjà été exposé, par l'intermédiaire du couplage de transformateur, du condensateur de couplage 47 et de la diode 60. Ensuite le transistor 75 est excité pour devenir conducteur et pendant ce temps le condensateur 68 se décharge partiellement par l'intermédiaire des résistances 66, 67 et 70. Le même

* processus se répète avec le condensateur 74. Les résis-

tances 70 et 76 servent également à dériver d'éventuels

courants de fuites par les condensateurs 68 et 74.

Pendant le fonctionnement, les deux condensateurs 68 et 74 augmentent constamment leur charge, qui fluctue légèrement à cause des phénomènes décrits de charge et de décharge, mais au total un potentiel relativement constant agit sur ces condensateurs, ce potentiel pouvant avoir par exemple une valeur de quelques volts, c'est-à-dire que ces condensateurs équivalent en fonctionnement à de petites batteries qui font que

les transistors 69 et 75 se bloquent avec certitude.

On voit que le condensateur 74 est chargé avec une polarité inverse à celle du condensateur 68. Si le rotor 11 est bloqué, le transistor 69 ou 75, qui est conducteur à ce moment, reçoit du courant seulement jusqu'à ce que le condensateur correspondant 68 ou 74 soit complètement chargé. Ensuite ce transistor, ainsi que le moteur 10 avec lui, sont sans courant, ce qui

constitue un avantage supplémentaire de cette disposi-

tion. La diode 77 dans la ligne plus 33 sert à garantir l'impossibilité de brancher le moteur avec une polarité

incorrecte.

De circuit de la figure 6, pour une tension d'alimentation de 24 V et avec un moteur de 4 W de puissance, tournant à 3000 tours/mn comportera les valeurs suivantes, ici aussi avec kOhm = k: Diode de Zener 49: 5,1 V Dispositif de Hall 25: TL 170 Résistance 48: 3,3 k Résistance 66: 1,2 k Résistances 67, 73: 5,1 k Résistances 70, 76: 22 k Condensateurs 68, 74, 45:15/AF Condensateur 47: 10 p Transistor 69: BD 136 Transistor 75: BD 135

Diodes 59, 60 1 N 4148.

Ainsi qu'il a été exposé, la grandeur du condensateur 47 dépend de la valeur de l'accouplement inductif. En pratique, on est souvent gêné par la taille assez grande des condensateurs 68, 74. Le schéma

de la figure 7 permet d'utiliser de plus petits con-

densateurs et est établi pour le genre de bobinage de la figure 4, soit donc pour un enroulement à fils parallèles (dit enroulement "bifilaire"); on n'a pas besoin donc d'un condensateur de couplage entre les bornes ai et a2 des enroulements 20' et 21' ou bien

ce condensateur est très petit.

Au lieu des transistors ordinaires 69 et 75

selon figure 6, on emploie ici des transistors complé-

mentaires type Darlington 80, 81 et même de préférence

des ensembles miniaturisés incorporant déjà les résis-

tances de dérivation 80', 81' et les diodes de roue

libres 80", 81". Comme les transistors Darlington pré-

sentent une amplification de courant bien supérieure à celle des transistors ordinaires, on peut les

commander par des éléments RC de forte impédance.

Le réseau de résistances 82 servant d'élément d'adaptation est ici construit en principe de façon identique au réseau 65 de la figure 6. Entre la sortie 50 et un noeud ou point de jonction 83, on branche, pour d'assez grandes tensions d'alimentation (dépassant 30 V), une diode de Zener 84, par exemple pour une tension d'alimentation allant jusqu'à 60 V, une diode de Zener 84 pour 30 V, afin de protéger le dispositif de Hall 25 à sa sortie 50 à l'encontre de tensions trop élevées. (Pour des tensions inférieures

à 30 V, cette diode de Zener sera omise; on peut l'u-

tiliser également avec les dispositions selon les figures 3 et 6). Le point de jonction 83 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 85 à la ligne plus 35; également, par l'intermédiaire d'une résistance 86 en série avec un condensateur 87, à la base du transistor , et par l'intermédiaire d'une résistance 88 en série avec un condensateur 89, à la base du transistor

81. Entre collecteur et base, pour chacun des transis-

tors 80 et 81, on a monté un petit condensateur

(de Miller) 91 ou 92 de façon à supprimer les perturba-

tions HF. Ici l'émetteur du transistor pnp 80 est également relié à la ligne plus 53, et son collecteur est relié à la borne ai de l'enroulement 20', ainsi que l'émetteur du transistor npn 81 à la ligne moins 55, tandis que son collecteur est raccordé à la borne

a2 de l'enroulement 21'.

Le mode de fonctionnement est identique à celui de la figure 6, c'est-àdire qu'ici aussi les condensateurs 87 et 89 se chargent, en fonctionnement, avec la polarité indiquée sur le dessin et agissent comme de petites batteries, ce qui produit le blocage cer- tain des transistors 80 et 81 et en même temps, lors

du blocage du rotor 11, une déconnexion rapide.

Les composants s'écartant de ceux de la figure 6 peuvent avoir les valeurs suivantes, pour un moteur sur 24V, tournant à 3000 tours/mn, avec une puissance de 4 W. Diode de Zener 84: non nécessaire Résistance 85: 3, 3k Résistances 86, 88: 10k Condensateurs 87, 89: 4,7/Av Condensateurs 91, 92: 100.... 220 pF Transistor 80: BD 678

Transistor 81: BD 677.

On voit, d'après cet exposé, que cette disposition préférée avec enroulement "bifilaire" requiert des composants peu nombreux et petits, ce qui fournit, d'après l'état actuel des connaissances, la

solution optimale.

Pour une tension d'alimentation de par exem-

ple 24V, l'amplitude de la tension rectangulaire entre les enroulements partiels, pour le circuit selon la publication du brevet allemand N 2. 259.167, est d'environ 36 à 44 V. Par contre, avec un circuit selon l'invention, entre les enroulements partiels, pour la même tension d'alimentation et toutes choses égales

d'ailleurs, il s'établit une tension continue d'en-

viron 12 à 24Vqui peut ttre superposée à une faible composante de tension alternative d'environ 2 à 5 V. On peut admettre qu'une telle différence de tension soit aisément contr8lable du point de vue de la technique de l'isolement et, comme on peut éliminer de façon complète les composantes de tension alternative à haute fréquence, on ne doit pas non plus craindre d'endommager l'isolation pendant assez longtemps, c'est-à-dire que grâce à l'invention et avec les moyens les plus simples,

on obtient un moteur à grande fiabilité de fonctionne-

ment et longue durée de vie.

Si un moteur possède 4 ou 6 brins ou enroule-

ments, toute la disposition est simplement doublée et

triplée, en décalant naturellement de façon correspon-

dante les capteurs à la périphérie du stator, par exem-

ple pour un moteur quadriimpulsionnel, de 900 élec-

triques, ainsi que cela est connu par de nombreuses publications. Les extrémités d'enroulements sont indiquées par des points d'après la convention suivante: lorsque, dans un moteur, le rotor magnétique permanent tourne, des tensions sont induites dans les enroulements qui habituellement ont la meme phase. Si par exemple, pour deux enroulements ayant des bornes ai - el et a2 - e2, une tension positive est chaque fois induite au même moment sur les bornes ai et a2 et une tension négative par contre chaque fois sur les bornes el et e2, ai et a2 sont chaque fois caractérisés par un point comme

ayant la même action. Un point signifie donc: extré-

mité d'enroulement à action identique à l'intérieur

du système (du moteur).

Dans la forme de réalisation selon figure 7,

soit donc sans condensateur de couplage 47 ou avec seu-

lement un très petit condensateur de couplage 47, on obtient en outre le gros avantage qu'un recouvrement dans le temps, de peu de durée, des courants dans les transistors 80 et 81 ne risque pas de provoquer de perturbation, tandis qu'un tel recouvrement dans le temps pour le circuit de la figure 6 produirait la mise en série des condensateurs chargés 45 et 47 et

pourrait par suite amener la destruction des transis-

tors 69 et 75.

Claims

REVENDICATIONS

1. Moteur à courant continu sans collecteur possédant un bobinage statorique à deux enroulements, qui reçoit, lors du fonctionnement, seulement deux impulsions de courant par tour de rotor de 5600 électriques, et des moyens de commande à semiconducteurs

pilotés par des moyens capteurs dépendant de la posi-

tion du rotor pour commander les courants dans les deux enroulements, les extrémités reliées aux moyens

de commande à semiconducteurs des enroulements compor-

tant un couplage pour tensions alternatives, des diodes

ou éléments analogues étant-branchés de façon antiparal-

lèle sur les moyens de commande à semiconducteurs pour récupérer l'énergie accumulée dans les enroulements lors de la commutation, ledit moteur étant caractérisé en ce que: ai) l'un (21-21') des enroulements peut #tre relié par une extrémité (a2) par l'intermédiaire d'un

moyen de commande à semiconducteur d'un type de conduc-

tion (par exemple transistor npn 58; 75; 81) à un premier p8le (par exemple au p8le moins) d'un réseau à courant continu; a2) l'autre enroulement (20;20') peut 8tre relié par une extrémité (ai) par l'intermédiaire d'un moyen de commande à semiconducteur du type de conduction opposé (par exemple transistor pnp 57; 69; 80) à l'autre p8le (par exemple au p8le plus) du réseau à courant continu et a5) ces enroulements étant reliés de manière alternative, en étant pilotés par les moyens capteurs (25); b) en ce que l'un des enroulements (21; 21') peut 9tre relié par son autre extrémité (a2) audit autre p8le (par exemple au p8le plus) du réseau à courant continu et l'autre enroulement (20; 20') par son autre extrémité (el) à son dit premier p8le (par exemple au p8le moins); c) et en ce que les deux moyens de commande à semiconducteurs de types de conduction opposés sont

commandés par des signaux ayant la même phase.

2. Moteur selon revendication 1, caractérisé en ce que le signal de sortie des moyens capteurs (25),

dépendant de la position du rotor, peut être appli-

qué au moyen de commande à semi-conducteurs de type de conduction opposé par l'intermédiaire d'un réseau

de résistances (53; 65; 82).

3. Moteur selon revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend, dans chacune des liaisons allant du

réseau de résistances (65; 82) aux entrées de comman-

de des moyens de commande à semiconducteurs de types de conduction opposés, un condensateur de couplage

(68, 74 ou 87, 89) pourvu d'un circuit de décharge.

4. Moteur selon revendication 3, caractérisé en ceque les valeurs de capacité desdits condensateurs

de couplage ont un ordre de grandeur voisin du micro-

farad.

5. Moteur selon l'une des revendications 2 à

4, caractérisé en ce que les moyens capteurs, dépen-

dant de la position du rotor, sont constitués par un dispositif de Hall (25) qui peut 8tre directement relié & un pôle (35) du réseau à courant continu et en ce que le réseau de résistances comporte une première résistance (73; 88) qui va de la sortie (50) de ce dispositif de Hall (25) à l'entrée de commande du moyen de commande à semiconducteurs (75; 81) relié au même p8le, une deuxième résistance (66; 85) qui va de cette sortie (50) à l'autre pôle (33), et une troisième résistance (67; 86), qui va de cette sortie à l'entrée de commande du moyen de commande à semiconducteurs

(69; 80) relié à l'autre pôle.

6. Moteur selon revendication 5, caractérisé

en ce qu'il comprend, entre la sortie (50) du disposi-

tif de Hall (25) et la deuxième et la troisième résis-

tances(85 et 86), un élément à tension constante, en particulier une diode de Zener (84), pour protéger la sortie (50) du dispositif de Hall (25) à l'encontre

de tensions d'alimentation trop élevées.

7. Moteur selon revendication 5 ou 6, et aussi selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que

la première résistance (73); (88) et la troisième résis-

tance (67; 86) sont chacune couplées en série avec

un condensateur de couplage (74, 68 ou 89, 87).

8. Moteur selon revendication 7, caractérisé en ce que le condensateur de couplage concerné (74, 68 ou 89, 87) est monté en série avec l'entrée de commande du moyen de commande à semiconducteurs correspondants (69, 75 ou 80, 81) et la première (73; 88) ou la

troisième (67; 86) résistance.

9. Moteur selon l'une des revendications

précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande à semiconducteurs prévus pour commander les courants d'une paire d'enroulements sont constitués sous forme de transistors complémentaires, de préférence

du type Darlington (80, 81).

10. Moteur selon l'une des revendications pré-

cédentes, caractérisé en ce que les deux enroulements

(20', 21') présentent un couplage inductif serré.

11. Moteur selon revendication 10, caracté-

risé en ce que les deux enroulements (20', 21') sont enroulés à fils parallèles (bobinage dit bifilaire)

(figure 4).

12. Moteur selon l'une des revendications

précédentes, caractérisé en ce qu'un condensateur de couplage (47) est disposé entre les extrémités (al, a2) reliées aux deux moyens de commande à semiconducteurs (57, 58), des deux enroulements (20, 21) de façon

à produire un couplage étroit en alternatif.

15. Moteur selon la revendication 12, carac-

térisé en ce que la capacité d'accumulation d'énergie du condensateur de couplage (47) correspond par son ordre de grandeur à l'énergie de réalimentation, lors de la commutation d'un enroulement, dans le réseau à courant continu ou dans un élément d'accumulation (45)

du moteur (10).

14. Moteur selon l'une des revendications pré-

cédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, pour com- mander les deux moyens de commande & semiconducteurs de type de conduction opposé (57, 58; 69, 75; 80, 81), des moyens capteurs (25) dépendant de la position du

rotor, avec seulement une élévation de tension correspon-

dant au signal de sortie qui dépend de la position du rotor, ce signal de sortie étant appliqué aux deux moyens de commande à semiconducteurs et commandant alternativement, dans ses états "haut" et "bas", l'un de ces deux moyens de commande pour 9tre conducteur et

l'autre pour être bloqué.

15. Emploi d'un moteur selon l'une des reven-

dications précédentes, pour entra!ner un ventilateur

d'appareil, en particulier de courte longueur axiale.