Moteur électrique Pour l'entretien de mouvements mécaniques quel conques à l'aide d'une source de courant continu, on utilise généralement des moteurs à courant con tinu comportant, en principe, un stator, un rotor, et un dispositif de commutation ou d'interruption du courant constitué, dans la plupart des cas, par un collecteur.
Lorsqu'il s'agit de micro-moteurs ayant à fournir une très faible puissance mécanique et ali mentés par une faible source de courant à basse ten sion telle que, par exemple, une pile, un accumula teur, un convertisseur de rayonnement électromagné tique ou corpusculaire en énergie électrique ou un convertisseur d'énergie calorique ou mécanique, le collecteur présente divers inconvénients ; ces incon vénients, dus principalement au fait que le collecteur fonctionne par contacts, sont les suivants. : incertitude de fermeture intime du contact, altération due à la corrosion, poussière ou usure, variations de tension et résistance de contact, frottement mécanique, etc.
Le frottement mécanique et la chute de tension au contact absorbent dans le cas des micro-moteurs une partie importante de l'énergie fournie par la source de courant ; il en résulte une diminution du rende ment du moteur et une augmentation de la consom mation de courant à vide et en charge: au surplus la vie des dispositifs à contacts est limitée (1000 heures environ pour les micro-moteurs).
La présente invention vise à remédier à ces in convénients en remplaçant le dispositif commutateur par un dispositif amplificateur électronique recevant à l'entrée une tension induite dérivée du mouvement du moteur par induction électrodynamique et four nissant à la sortie la puissance nécessaire pour entre tenir le mouvement du moteur.
Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet un moteur électrique, notamment de faible puissance, comprenant un rotor et un stator, et caractérisé en ce que l'un de ces éléments comporte au moins deux bobines dont l'une est une bobine de commande et l'autre une bobine d'entretien du mouvement du rotor, ces bobines étant connectées respectivement dans les circuits d'entrée et de sortie d'un dispositif amplificateur électronique, tandis que l'autre élément comporte au moins un aimant permanent destiné d'une part à induire une tension de commande dans la bobine de commande, et, d'autre part, à coopérer avec la bobine d'entretien pour fournir un couple mécanique assurant l'entretien du mouvement du rotor,
le dispositif amplificateur électronique réglant le débit du courant alimentant la bobine d'entretien.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du moteur objet de l'in vention. La fig. 1 représente un schéma du circuit électri que d'un moteur comprenant un transistor comme amplificateur.
La fig. 2 est une vue en perspective d'une pre mière forme d'exécution, dont la fig. 3 est une vue schématique en coupe ver ticale et la fig. 4 une vue schématique en plan.
La fig. 5 est une coupe verticale d'une seconde forme d'exécution, dont la fig. 6 est une vue en plan avec parties en coupe. Le circuit électrique représenté dans la fig. 1 est celui du micro-moteur des fig. 2 à 4. Il comporte une batterie 1 qui peut être, par exemple, une pile de lampe de poche à 1,5 volt, un transistor 2, une résistance 3, une bobine de commande 4 connectée à l'entrée (entre l'émetteur et la base) du transistor 2 à travers ladite résistance 3, et une bobine 5 dite d'entretien du mouvement, connectée d'une part à la batterie 1 et d'autre part à l'émetteur du transistor 2.
Les bobines de commande 4 et d'entretien 5 sont des solénoïdes sans matière aimantable qui forment le stator du moteur dont le rotor est constitué par un axe 6 portant deux culasses rectilignes parallèles 7 et 8 en matière aimantable douce, aux extrémités desquelles sont fixés des aimants permanents 9, 10, 11, 12 à grande force coercitive (par exemple supé rieure à 300 Oersted).
L'axe 6 est pivoté d'une part dans un palier de butée 13 noyé dans une platine l4a qui forme le fond d'un boitier 14 en matière synthétique isolante moulée, et d'autre part dans un palier 15 fixé dans un pont 16 vissé audit boitier par des pieds 17 et 18 (fig. 2). Les deux culasses 7 et 8 sont fixées sur l'axe respectivement au-dessus et au-dessous des bobines 4 et 5.
Ces dernières sont des bobines plates de faible épaisseur, sans matière aimantable, de forme générale ovale dont l'axe de symétrie commun passe par l'axe 6 et dont les pointes sont dirigées vers cet axe et les flancs au moins approximativement radiaux (fig. 4). La bobine de commande 4 est plus. étroite que la bobine d'entre tien 5.
Les aimants permanents 9, 10, 11 et 12 sont disposés de telle façon que lorsqu'un côté d'une des bobines se trouve entre les aimants 9 et 11, le côté opposé de l'autre bobine se trouve entre les aimants 10 et 12. Les bobines 4 et 5 sont fixées aux parois latérales du boitier 14 par des brides non représen tées. Le socle 14 porte encore un levier de lancement du rotor non représenté.
Le fonctionnement du micro-moteur représenté dans les fig. 1 à 4 est le suivant : le rotor ayant été préalablement lancé, indifféremment dans un sens ou dans l'autre, les aimants permanents 10 et 12 indui sent dans la bobine de commande 4 une tension qui est appliquée à l'entrée du transistor 2 à travers la résistance 3 à laquelle on donne une valeur appro priée pour obtenir un rendement optimum du moteur et, suivant le couplage magnétique entre la bobine de commande et la bobine d'entretien, diminuer ou sup primer l'amorçage éventuel d'une auto-oscillation entre ces deux bobines. La puissance fournie par la batterie 1 commandée par le transistor 2 est débitée dans le circuit de sortie de ce dernier à travers la bobine d'entretien 5.
Les aimants 9 et 11 et la bobine 5 sont polarisés de telle manière que le cou rant i2 (fig. 1) passant par la bobine 5 donne avec le champ existant entre les aimants 9 et 11 une force dirigée dans le sens de rotation du rotor, et entre tienne par conséquent ce mouvement. Lorsque les aimants 9 et 11 se trouvent en regard de la bobine de commande 4, ils induisent dans cette dernière une tension de sens opposé, mais puisque dans ce sens de polarisation le circuit d'entrée du transistor 2 est pratiquement bloqué, aucun courant 12 ne peut passer par la bobine d'entretien 5. La prochaine impulsion se produit lorsque les aimants 10 et 12 se trouvent à nouveau en regard de la bobine 4 et les aimants 9 et 11 en regard de la bobine 5. Le cycle se répète dans le sens de rotation du rotor.
Il est avantageux de disposer les organes créant le champ magnétique aussi près que possible de l'entrefer traversé par ce champ, de façon à perdre le moins de flux possible par les lignes de fuite qui passent en dehors de l'entrefer utile. Il est aussi avantageux que les deux culasses soient au même potentiel magnétique de façon à ne pas perdre de flux utile par des lignes de force qui pourraient se former directement entre les culasses, des deux côtés de l'entrefer. Les culasses étant en matière aiman- table douce et n'étant pas saturées par le flux magné tique, n'absorbent pratiquement pas de tension ma gnétique.
D'autre part, si ces culasses sont au même potentiel magnétique, on peut les fixer sur un axe 6 en matière magnétique sans risquer une perte de flux utile à travers cet axe. Les aimants 9, 11 sont polarisés comme indiqué dans la fig. 3 et ils sont dimensionnés de façon à fournir chacun le même champ magnétique. On pourrait supprimer les ai mants 11 et 12 en doublant la longueur des aimants 9 et 10 ou vice versa, tout en maintenant les culasses 7 et 8 au même potentiel magnétique.
On pourrait aussi inverser la polarité des aimants 9 et 11 tout en maintenant les culasses 7 et 8 au même potentiel magnétique, mais dans ce cas les deux chemins du flux magnétique, d'une part à tra vers les aimants 9 et 11 et d'autre part à travers les aimants 10 et 12, devraient se fermer à travers l'axe 6 qui devrait alors être obligatoirement en ma tière aimantable douce et d'une section suffisante pour n'être pas saturé par le flux magnétique. Si on renonçait à l'avantage des culasses au même potentiel magnétique, on pourrait remplacer la partie de l'axe 6 située entre les culasses 7 et 8 par un seul aimant et remplacer les aimants 9, 10, 11 et 12 par des pièces polaires en matière aimantable douce.
Il est avantageux de construire les bobines 4 et 5 aussi plates que possible pour réaliser un petit entre- fer et une grande induction magnétique. Il est aussi avantageux de construire ces bobines sans matière aimantable pour éviter les pertes d'énergie dues d'une part aux variations du flux dans les noyaux (par exemple par hystérèse et courants de Foucault), et d'autre part à la friction accrue dans les paliers 13 et 15 qui résulterait d'une attraction magnétique entre la matière aimantable du stator et les aimants du rotor.
En donnant aux bobines 4 et 5 la forme ovale représentée avec leur axe de symétrie commun pas sant par l'axe 6, on vise l'obtention d'une tension induite sur la plus grande partie de la longueur de chaque bobine en diminuant la partie dans laquelle il n'y a pas de tension induite et dans laquelle la bobine ne présente qu'une résistance ohmique con sommant de l'énergie en pure perte.
On obtient un rendement optimum en ne per mettant au courant 12 de circuler que lorsque toutes les spires de la bobine d'entretien 5 se trouvent entièrement entre deux aimants superposés 9 et 11 ou 10 et 12 et sont donc traversées par un flux maximum. Pour parvenir à ce résultat, il est avan tageux de faire les deux bobines moins larges que les aimants et la bobine de commande 4 plus étroite que la bobine d'entretien 5 de façon à induire dans la bobine de commande 4 une tension qui ne fait tra verser le transistor 2 par le courant d'entretien i, que dans une position du rotor oà les spires de la bobine d'entretien 5 sont coupées par le flux magné tique maximum.
Le micro-moteur représenté dans les fig. 5 et 6 comporte un axe 20 pivoté dans des paliers 21 et 22 fixés respectivement dans le fond d'un socle 23 et dans le fond d'un couvercle cylindrique 24. L'axe 20 porte deux culasses annulaires concentriques 25 et 26. Au socle 23 sont fixées quatre bobines en forme de segments annulaires : l'une de ces bobines 27 est une bobine de commande et les trois autres 28 sont des bobines d'entretien. La culasse extérieure 26 est supportée par un moyeu 29 en matière non magnétique fixé sur l'axe 20 et relié à la culasse par quatre bras 30.
La culasse intérieure 25 porte quatre aimants permanents 31 à polarités alternati vement inversées, comme indiqué dans la fig. 6.
Les quatre bobines 27 et 28 ont une forme générale rectangulaire incurvée de façon à épouser l'enveloppe d'un cylindre ; elles n'ont pas de noyau en matière aimantable.
Grâce au fait que ce moteur comprend trois bobines d'entretien pour une seule bobine de com mande, et grâce à la disposition concentrique des culasses et des bobines, ce moteur peut atteindre une plus grande puissance pour un même encombrement que celui des fig. 2 à 4.
Il va sans dire que dans l'une et l'autre forme d'exécution on pourrait inverser la disposition des aimants et des bobines, les aimants faisant partie du stator et les bobines faisant partie du rotor.