<Desc/Clms Page number 1>
Demande de brevet français du 26 Janvier 1949 en sa faveur.
La présente invention, système Roger, Pierre DUBUSC, concerne un moteur synchrone à caractéristiques dynamiques per- fectionnées, capable de fonctionner à des fréquences du domaine des fréquences musicales, .capable également de démarrer et de s'arrêter en moins d'une demi-période du courant d'excitation.
Un tel moteur trouve de nombreuses applications comme compteur d'intervalles de temps, comme moteur d'horloge, comme servo- moteur à réponse instantanée, comme compteur d'impulsions dans les systèmes de numération rapide : de particules, machines à calculer, etc.., et enfin comme redresseur ou onduleur de courant en particulier dans les applications de mesures électrioues.
<Desc/Clms Page number 2>
moteur synchrone selon l'invention. Sur ces ligures, 10 est un circuit magnétique à 4 pâles, 11, 12, 11', 12', munis chacun a'une bobine 13, 14, 13', 14'. Ce circuit magnétique comporte en son centre un trou cylindrique, à l'intérieur duquel se trouve un cylindre de fer doux mobile, 15, dont le diamètre est légèrement inférieur au trou du circuit magnétique fixe.
Ce cir- cuit magnétique est polarisé radialement par un aimant permanent 16 de forme cylindrique, aimanté suivant ses génératrices et dont le flux se referme par une culasse de fer doux 17. Cette culasse est percée en son centre d'un trou 18, à l'intérieur duquel passe l'arbre 19 sur lequel est calé le cylindre mobile 15. Cet arbre est teruiné à sa partie inférieure par une bille d'acier 20 s'appuyant sur une crapaudine 21. Sur la figure 1 les flèches indiquent le sens du flux de l'aimant qui traverse les pales.
Sur la figure 3, on a représenté schématiquement le développement des surfaces polaires et les sens respectifs des flux qui traversent ces surfaces aux époques t = 0, t = T
EMI2.1
t = Si t = T T étant la période du courant alternatif d'excitation aes bobines, les enroulements 11 et 11' étant montés en série, d'une part, les enroulements 12 et 12' étant montés en série d'autre part, et les courants dans ces deux groupes d'enroulements étant déphasés te Ò. Les flèches en
2 traits pleins représentent les flux continus et les flèches en traits pointillés représentent les flux alternatifs. On voit qu'à l'époque 1 = 0 les deux flux s'ajoutent dans le pôle 11.
L'attraction magnétique est donc maximum dans ce pôle. A l'époque t=T l'attraction est maximum dans le pôle 12, à l'époque t = T dans le pôle 11', etc. Il en résulte que le fer mobile va rouler à l'intérieur de l'alésage central du circuit magné- tique, son axe décrivant un cône ayant la crapaudine 21 pour sommet. Il en résulte encore que ce cylindre de fer doux va
EMI2.2
tniirnor c"r 1"i-m8rr.", eva>t- un vit-,.c:c:,. nrnnnrti nnnoi 1 a roze
<Desc/Clms Page number 3>
différence des diamètres au rotor et du stator.
Par exemple, si le courant d'excitation a pour fréquence 50 périodes par seconae, et si les diamètres respectifs du rotor et du stator sont de 10 et 10,2 mm, le rotor va tourner sur lui-même à la vitesse de 1 tour par seconde, en oscillant circulairement à la vitesse de 50 tours par seconde.
Suivant cet exemple d'exécution, représenté et décrit sous une forme schématique, le mouvement de rotation du cylindre mobile est bien entendu pseudo-synchrone, puisqu'il n'est défini que par l'adhérence des surfaces et la différence des diamètres du stator et du rotor. Par contre, son mouvement d'oscillation circulaire est toujours synchrone, et la fréquence de ce mouve- ment est la même que celle du champ tournant. Elle est indépen- dante de l'adhérence des surfaces de roulement et des diamètres respectifs du stator et du rotor. C'est l'amplitude de cette oscillation qui est égale à la différence des diamètres du stator et du rotor.
Pour synchroniser de façon rigoureuse le mouvement de rotation du fer mobile il suffit, au lieu de faire rouler l'une sur l'autre deux surfaces lisses, de faire rouler l'un sur l'autre deux engrenages intérieurs, la roule mâle étant montée, par exemple, sur le rotor, et la roue femelle sur le stator, ces deux roues ayant des dents de même module, mais de nombreslcgèrement différents. A titre d'exemple, et pour les diamètres respectifs du rotor et du st&tor indiqués précé- demment, la roue mâle pourra avoir 50 dents, et la roue femelle bl dents. Bien entendu les deux engrenages pourront être placés ailleurs que dans l'entrefer, par exemple au-dessus, comme il est indiqué sur la figure 4, où 22 représente la roue mâle, et 23 la roue femelle. Les diamètres de ces roues pourront être differents de ceux du rotor et du stator.
L'engrenage intérieur ainsi réalise constituera la butée latérale du rotor, ce qui
<Desc/Clms Page number 4>
tion avantageuse pour un fonctionnement correct.
±tant donné que l'arbre au rotor est animé d'un mouve- ment ae vibration conique, en plus de son mouvement de rotation, il est nécessaire, pour transmettre ce seul mouvement de rota- tion aux organes commandés par le moteur, d'entraîner lesdits organes par un dispositif de liaison présentant un degré de liberté selon le rayon, par exemple : joint flexible, joint homocinétique,etc.... Le plus simple de ces dispositifs est constitué par un aoigt solidaire de l'axe menant, engagé dans une fourchette solidaire de l'axe mené. Les dispositifs de ce genre sont trop connus pour avoir besoin d'être plus amplement décrits.
Un moteur selon l'invention n'exécutant qu'un mouve- ment d'oscillation de très faible amplitude à la fréquence du champ tournant, est à mise en marche et arrêt pratiquement instantanés. Son mouvement de rotation étant à vitesse très réduite, par exemple 1 de la vitesse du champ tournant, la
50 force vive du rotor est réduite par le carré du rapport de reduction. Elle n'est donc que de 1 de celle d'un rotor
2500 identique qui tournerait à la vitesse du champ tournant.
Le circuit magnétique représenté sur les figures 1 et comporte, comme il a été dit, deux paires de pales dont les flux magnétiques sont déphasés de 90 . Il est connu d'obtenir ce résultat à partir d'une tension monophasée, en montant une résistance en série avec l'une des paires de bobines, et un condensateur en série avec l'autre. On peut utiliser également une self-inductance et une résistance, ou une combi- naison appropriée de résistanc de condensateurs et de self- inauctances. Si la source de tension est diphasée il suffit, bien entendu, d'alimenter chacune des paires de bobines par chacune des tensions diphasées.
On peut aussi utiliser un circuit magnétique avec
<Desc/Clms Page number 5>
destensions polyphasées appropriées, obtenues soit en partant d'une source de tension polyphasée, soit en partant d'une source monophasée et en déphasant les courants dans les bobines par des moyens connus. La figure 5 représente, à titre d'exemple, un circuit magnétique à 3 pôles, 24, 25, 26, munis chacun d'une oobine 27, 28, 29.
On peut encore, ainsi qu'il est connu, obtenir le champ tournant avec un circuit magnétique à deux pales, ces pêles étant munis de bagues de déphasage. La figure 6 représente un tel circuit magnétique, dont les pales sont 30 et 31, les enroulements 32 et 33, et les bagues en court-circuit 34 et 35.
La ligure 7 représente en coupe verticale une variante d'exécution du moteur synchrone suivant l'invention. Suivant cette variante, le cylindre de fer doux 15 est monté sur une tige encastrée dans la culasse 17. Cette disposition supprime les inconvénients dûs a l'usure du pivotage de la tige, cette usure provenant au fait que le cylindre mobile est soumis à une lorte attraction magnétique qui se traduit par une forte pression sur le pivot.
On voit sur la figure 7, une tige 36 encastrée en 37 dans la culasse 17. Cette tige traverse le cylinure de fer doux 15 par une partie terminale de plus faible diamètre 38, sur laquelle le cylindre de fer doux est emmanché à force, jusqu'à l'épaulement constitué par la partie de plus grand diamètre .
Dans ces conaitions le cylindre Ib peut encore vibrer circulai- rement à la fréquence du courant d'excitation, mais ne peut plus tourner sur lui-même, puisqu'il est solidaire de la tige encas- trée. On monte alors la roue mâle 22 de l'engrenage intérieur sur une tige creuse 39, qui peut tourner librement autour de la partie supérieure 38 de la tige 36. La roue femelle 23 est lixe, comme aans le cas de la figure 4. Le fonctionnement est alors le suivant : la roue mâle 22 est entraînée par son
<Desc/Clms Page number 6>
arbre 38 suivant la vibration circulaire de ce dernier. Comme elle s'appuie sur la roue femelle 23, et qu'elle est folle sur son arbre, elle tournera autour de celui-ci avec une vitesse définie, comme dans le cas précédent, par les nombres de dents respectifs des deux roues dentées.
L'entraînement de l'arbre mené se lera, par exemple, au moyen d'une goupille 40, fixée sur la roue 22, et engagée dans une fourchette non représentée.
Ce mode de montage de la partie mobile du moteur peut présenter, en outre, d'autres avantages. L'élasticité de la tige o6 produit une force qui tend à rappeler le cylindre de fer doux vers le centre, iorce qui est, par conséquent, antagoniste à la force d'attraction magnétique entre le cylindre et le surface inté- rieure au trou du circuit magnétique f ixe. En donnant à la tige 36 des dimensions appropriées on peut diminuer apprécia- blement la force d'appui de la roue mâle sur la roue femelle, en l'absence du courant d'excitation, jusqu'à la rendre pratique- ment nulle (équilibre indifférent). On peut aussi, par des moyens similaires, obtenir que la variation de la force élastique de la suspension soit plus grande que la variation de la force d'attraction magnétique, auquel cas l'équilibre est stable.
Dans ce aernier cas, le mouvement libre de la partie mobile est périodique. Il y a résonance pour une fréquence déterminée du courant d'excitation, et cette fréquence de résonance est d'autant plus elevee que la tige est plus raide. Toutes ces pos- sibilités peuvent être avantageuses, à des degrés divers, selon l'application envisagée. On diminue considérablement la puissance nécessaire au fonctionnement du moteur en se plaçant au voisi- nage ae l'équilibre indifférent. Si l'équilibre est stable la puissance nécessaire au fonctionnement est indépendante de la fréquence, pour les fréquences inférieures à la fréquence de résonance.
On peut, dans tous les cas, éviter qu'après la coupure du courant d'excitation le fer mobile ne continue à .
<Desc/Clms Page number 7>
vibrer a sa fréquence propre, en prévoyant un amortissement convenable, par shunt sur les bobines d'excitation, cage en court-circuit, etc.., selon la technique habituelle des appareils de mesure, (oscillographes à fer doux, par exemple). Enfin, si le mouvement de l'équipage mobile n'est pas amorti, on peut obtenir un moteur qui soit accordé à une fréquence déterminée, c'est-à-dire qui ne fonctionne que pour cette fréquence, ce qui peut être intéressant pour des dispositifs actionnés à distance par des courants de fréquences déterminées, transmis par radio ou par fil.
Dans ce qui a ets ait jusqu'ici on a fait état du mouvement ae rotation synchrone de l'équipage mobile di moteur selon l'invention. Les applications de ce type d'appareil comprennent la transmission synchrone du mouvement d'arbres mobiles, l'horlogerie synchrone, la mesure d'intervalles de temps, le comptage d'impulsions alternatives (numération rapide), les servo-commandes instantanées, etc... maie on peut également faire état du mouvement d'oscillation synchrone pour la commande de contacte, soit en vue de redresser une tension ou un courant alternatif, soit en vue d'onduler un courant ou une tension continue. On peut utiliser pour cette application soit le moteur des ligures 2 et 4, soit le moteur de la figure 7.
Dans le cas, par exemple, de la figure 7, la roue dentée 22 sera remplacée par un disque circulaire en métal noble, tel que l'argent, rou- lant sur deux ou plusieurs secteurs circulaires fixes, isolés, également en métaux nobles.
La figure 8 représente la vue en plan ae ce système ae contacta Le disque 41 est monté librement sur l'arbre 38, partie terminale ae la tige de suspension du fer mobile. Ce aisque roule sur les deux secteurs semi-circulaires 42 et 43.
Ln calant ae façon appropriée l'ensemble des deux secteurs, on obtient que le contact entre le disque 41 et le secteur 42 soit
<Desc/Clms Page number 8>
établi, par exemple, pendant les alternances positives de la tension d'excitation, tandis que le contact entre le disque 41 et le secteur 43 sera établi pendant les alternances négatives.
On pourra monter l'ensemble des deux secteurs 42 et 43 sur une pièce qui peut tourner autour de l'axe de symétrie de faço que les contacts s'établissent à des phases déterminées. Un tel appareil constitue un redresseur synchrone à phase réglable, et remplace à lui seul deux appareils employés jusqu'à présent : un redresseur vibrant et un décaleur de phase alimentant l'enrou- lement au vribreur. Cet appareil peut d'ailleurs être utilisé comme onduleur, en coupant et en établissant périodiquement un courent continu, afin ae le transformer en courant alternatif ae fréquence imposée, d'amplitude proportionnelle à la valeur de la tension continue, et, éventuellement de phase réglable par décalage des secteurs semi-circulaires.
On utilise de tels appareils dans le but d'amplifier de faibles tensions continues, en les transformant en tensions alternatives. Enfin l'appareil décrit peut comporter un nombre quelconque de secteurs de contacts, par exemple 4 ou 6 au lieu de 2, ce qui permet très simplement de multiplier par deux ou par trois la fréquence du courant onaulé par rapport à la fréquence du courant d'excita- tion. bien entencu, les formes de réalisation représentées et décrites n'ont été données qu'à titre d'exemple sans aucun caractère restrictif. Par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.
En particulier l'aimant et son circuit magnétique peuvent avoir toutes formes et dispositions permettant d'obtenir un champ rayonnant dans le fer mobile. Ces formes et dispositions sont bien connues dans la technique des nuits parleurs à bobine mobile. L'aimant permanent peut, bien entendu, être remplacé parun clectro-aimaiit excité par une source de tension continue.
<Desc/Clms Page number 9>
Enfin les pâles uu circuit magnétique peuvent être multipliés ue façon à réduire la vitesse de rotation du champ tournant, ainsi qu'il est bien connu dans la technique des moteurs à champ tournant.