FR2492605A1 - Moteur electrique transformant les impulsions d'attraction magnetique du rotor par le stator en un mouvement de rotation du rotor - Google Patents

Abstract

MOTEUR ELECTRIQUE COMPRENANT ESSENTIELLEMENT UN STATOR 5 ET UN ROTOR 7 PLACES DANS UN CHASSIS, LES EXTREMITES DE L'AXE DU ROTOR ETANT MONTEES SUR UNE PAIRE DE BAGUES 3, 3, SOLIDAIRES DU CHASSIS, LE DIAMETRE INTERIEUR DE CES BAGUES ETANT SUPERIEUR A CELUI DES EXTREMITES DE L'AXE DU ROTOR. CES EXTREMITES SONT ACCOUPLEES A UNE PAIRE DE DEMI-AXES DE SORTIE 11, 11 DECENTRES PAR RAPPORT A L'AXE DU ROTOR 7 D'UNE LONGUEUR SUPERIEURE A CETTE DIFFERENCE DE DIAMETRE. QUAND LE MOTEUR EST ALIMENTE EN COURANT ALTERNATIF, DES ACCOUPLEMENTS ELASTIQUES 14 DEPLACENT LE ROTOR 7 EN SENS INVERSE DU SENS D'ATTRACTION DU STATOR ET LE ROTOR DECRIT UN MOUVEMENT DE TRANSLATION CIRCULAIRE AINSI QU'UN MOUVEMENT DE ROTATION AUTOUR DE SON PROPRE AXE. APPLICATION NOTAMMENT AUX MOTEURS QUI NECESSITENT UN COUPLE DE DEMARRAGE IMPORTANT OU QUI SONT SOUMIS A DE FREQUENTES VARIATIONS DE LEUR VITESSE DE ROTATION SANS VARIATION APPRECIABLE DU COUPLE MOTEUR.

Description

La présente invention concerne un moteur électrique à impulsions dénommé

'moteur à impulsions" et qui est capable de transformer des impulsions d'attraction magnétique en un mouvement de rotation permettant de réaliser un travail avec un rendement énergétique notable. Ce moteur est utilisable dans le domaine des moteurs nécessitant un couple de démarrage important mais on peut également l'adapter à toute autre application mécanique. Ainsi, convient-il parfaitement dans les applications o l'on a besoin de faire varier fréquemment la vitesse de rotation sans variation appréciable du couple

moteur ainsi que dans d'autres applications.

Le moteur électrique selon l'invention comprend essentiellement un stator et un rotor placés dans un châssis, les extrémités de l'axe du rotor étant montées sur une paire de bagues solidaires du châssis, le diamètre

intérieur de ces bagues étant supérieur à celui des extré-

mités de l'axe du rotor. Ces extrémités sont accouplées à une paire de demi-axes desortie, décentréspar rapport à l'axe du rotor d'une longueur supérieure à cette différence de diamètre. Cette excentricité entre les demi-axes de

sortie et l'axe du rotor est compensée par l'inter-

position d'accouplements élastiques qui se déforment

pendant le fonctionnement du moteur.

Quand le moteur est alimenté en courant alternatif ces accouplements élastiques déplacent le rotor en sens inverse du sens d'attraction du stator et le rotor décrit un mouvement de translation circulaire, son axe demeurant en contact permanent avec la surface intérieure des bagues ainsi qu'un mouvement de rotation autour de son propre axe, qui se traduit par un mouvement de rotation

des demi-axes de sortie.

Les recherches d'antériorités concernant

des moteurs électriques utilisant les déplacements angu-

laires ou circulaires d'un rotor ainsi que les moyens de réponse élastique permettant de produire un mouvement de

rotation classique n'ont pas donné de résultat.

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La description qui va suivre en regard

du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif,

fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.

La figure 1 est une vue en élévation laté-

raie d'un moteur selon l'invention. Les figures 2 et 3 représentent respectivement

des coupes selon les lignes II-II et III-III de la figure 1.

La figure 4 est une vue en perspective

du moteur séparé du châssis et des autres organes auxi-

liaires.

La figure 5 représente schématiquement les positions relatives au repos de l'axe du rotor sur une bague.Cette figure donne aussi deux représentations en pointillés des trajectoires possibles du centre de l'axe du rotor dans son mouvement de translation à l'intérieur

des bagues.

Le moteur est constitué d'un support ou châssis de forme sensiblement parallélépipédique sur l'exemple représenté mais qui pourrait revêtir une toute autre forme. Il est divisé en deux moitiés symétriques ou demichâssis portant les références 1, 1l, ces deux moitiés présentant les structures suivantes

Sur leur face latérale de plus grande super-

ficie, comme le montre la figure 1, elles présentent un ren-

foncement cylindrique dans lequel s'emboîtent par pression à l'aide d'un anneau ou-au. moyen de vis des carcasses

cylindriques 2 et 2' qui renferment les mécanismes de trans-

formation du mouvement à base d'accouplements élastiques.

Le fond circulaire des renfoncements pré-

cités des demi-chassis 1 et 1' présente à son tour, en son centre un orifice de passage o on loge par pression,

des bagues métalliques cylindriques 3 et 3' par l'inté-

rieur desquels on fait passer les extrémités de l'axe 4 au rotor du moteur. Le diamètre de cet axe 4 est inférieur au diamètre intérieur des bagues 3 et 3'. Cette différence de diamètre entre le diamètre des bagues 3 et 3' et celui de l'axe 4 du rotor assure un jeu déterminé et nécessaire

au fonctionnement du moteur.

Chaque demi-châssis 1, 1' présente sur sa face opposée à celle qui vient d'être décrite un logement de forme appropriée permettant de loger à l'intérieur de celui-ci une moitié du noyau magnétique 5 de la bobine 6 et du rotor 7 avec son axe 4. On entend par moitiés chacune des parties formées lorsqu'on coupe le moteur par un plan fictif

passant par l'axe de symétrie longitudinal du rotor 7.

Le noyau magnétique 5 du moteur est cons-

titué d'un empilement de tôles de qualité convenable formé de trois colonnes. Autour de la colonne centrale on enroule le fil de cuivre enrobé de matière isolante du bobinage 6

qui constitue dans son ensemble l'enroulement du stator.

A, la partie supérieure, les extrémités des colonnes sont découpées circulairement afin de loger le

rotor 7, lui aussi formé d'un empilement de tôles magné-

tiques de façon que seule la moitié inférieure du rotor 7

soit entourée (sans contact) par le noyau magnétique 5.

Le bobinage 6 du stator est réalisé en enroulant un fil en cuivre, ou en toute autre matière conductrice de l'électricité, selon le cas, ce fil ayant une section et un isolement appropriés, autour d'une bobine 8, convenant dans le cas considéré et que l'on dispose autour de la colonne centrale du noyau magnétique 5, comme on l'a

déjà dit.

Le rotor 7 est constitué d'une pièce cylin-

drique en matériau ferromagnétique, par exemple un empilement de tôles de diamètre et de longueur choisis selon leur

fonction, cette pièce étant montée sur l'axe 4, les extré-

mités coniques de-cet axe faisant saillie à l'extérieur.

Le rotor 7 et son axe 4 forment une unité, le rotor 7 étant logé entre les demi-châssis 1 et 1' et le noyau magnétique 5, tandis que les extrémités de l'axe 4 traversent ces demi-chassis par l'intérieur des bagues 3,-3'

dont le diamètre intérieur est supérieur à celui de l'axe 4.

La distance qui sépare les surfaces externes opposées du rotor 7 etles colonnes du noyau magnétique 5 est supérieure au jeu ou à la différence de diamètre qui existe entre le diamètre de l'axe 4 et le diamètre intérieur des bagues 3 et 3'. On procède ainsi pour qu'il n'y ait pas de contact entre le rotor 7 et le noyau 5 pendant le fonctionnement du moteur et d'une manière qui sera exposée plus loin.

Les carcasses 2 et 2' qui cachent le méca-

nisme de-transformation du mouvement sont constituées de cylindres creux que l'on fixe de façon convenable par une de leurs bases à chaque demichâssis 1, 1' et qui reçoivent sur l'autre base, fixées par exemple à l'aide de vis des chapes 9, 9' portant des roulements 10, 10' dans lesquels

on introduit les demi-axes de sortie du moteur 11, 11'.

A l'intérieur de chacune des carcasses 2, 2' déjàdécrites, se trouve logé le mécanisme de transformation

du mouvement. Ce mécanisme repose sur un accouplement élas-

tique constitué de paires de disques 12, 12' en acier, chadun de ces disques étant lisse sur l'une de ses faces, l'autre face présentant une saillie cylindrique qui, en ce qui concerne le disque extérieur est le demi-axe de sortie 11, 11' et qui, dans le cas du disque intérieur est un mandrin

conique 13 de dimensions appropriées pour recevoir l'extré-

mité conique correspondante de l'axe 4 du rotor 7.

Ces deux paires de disques 12, 12' sont

respectivement solidaires entre elles moyennant l'intro-

duction entre leurs faces lisses d'un troisième disque 14 en une matière élastique, telle que du caoutchouc ou un autre matériau offrant des caractéristiques qui conviennent à l'application. Le diamètre de ce disque intermédiaire 14 peut être égal ou légèrement inférieur à celui des disques 12, 12' et son épaisseur supérieure ou inférieure à celle de ces disques, selon les caractéristiques d'élasticité du-matériau qui le compose. De toute manière, il adhère asx faces lisses des disques 12, 12' grâce à un moyen de

collage puissant.

On voit, sur les figures 2 et 3, que l'axe de symétrie des demi-axes 11, 11' situé dans les roulements , 10' est décalé par rapport à l'axe de symétrie du rotor 7 et de l'axe 4, d'une longueur légèrement supérieure à celle

du jeu existant entre l'axe 4 et les bagues 3, 3'. Ce déplace-

ment de l'excentricité provient du choix de l'emplacement des roulements 10, 10' dans les chapes 9, 9' et il est rendu possible grâce à la déformation élastique du disque 14 quand on introduit à force les chapes 9, 9' dans leurs logements sur des carcasses 2, 2'. Il existe cependant un point de

contact constant entre la périphérie de chacune des extré-

mités de l'axe 4 et la surface intérieure des bagues 3, 3', qui résulte de la transmission de cette excentricité par l'intermédiaire de chacun des demi-axes 11, il' des disques extérieurs 12, 12' du disque élastique 14, des disques intérieurs 12, 12' et des accouplements 13 avec chaque

extrémité de l'axe 4.

Le tout étant ainsi assemblé, dès que la bobine 6 du moteur est alimentée en courant alternatif, celui-ci crée un flux magnétique alternatif de fréquence égale à celle du courant d'alimentation, soit 50/60 Hz, dans le cas du réseau d'alimentation normal. La valeur de ce flux varie de zéro jusqu'à un maximum positif ou négatif, deux fois pour chaque cycle du courant d'alimentation. On crée ainsi une force d'attraction linéaire du rotor 7 en direction du noyau 5 du stator, la grandeur de cette force étant fonction du flux magnétique existant et variant de zéro à un maximum correspondant à l'instant o le flux

magnétique est maximum.

Cependant, le rotor 7 ne peut se déplacer linéairement vers le stator 5 comme la force d'attraction

le sollicite. En effet, les extrémités de son axe 4 s'ap-

puient sur les bagues 3, 3' et comme il existe un seul point de contact permanent entre eux, l'axe 4 du rotor doit suivre dans son déplacement la trajectoire en arc de cercle que lui imposent les bagues 3,3'. Etant donné qu'il se produit une pression et un frottement au point de contacte chaque extrémité de l'axe 4 et des bagues 3, 3' cet axe 4 est amené àgLisser en rotation, c'est-à-dire à effectuer un mouvement de translation et de rotation à l'intérieur desdites bagues 3, 3'. Dans ce but, les bagues

3, 3' sont pourvues d'une piste de glissement en acier trempé.

Au cours du déplacement du rotor 7 et de l'axe 4 et en raison de l'attraction exercée par le noyau 5 du stator, les disques de caoutchouc 14 se déforment et engendrent ainsi une force opposée au déplacement du rotor 7; cette force étant fonction de la constante d'élasticité. Dès que le flux magnétique a atteint sa valeur maximale, il commence à décroître et, par voie de conséquence, la force d'attraction qu'exerce le noyau 5 du stator sur le rotor 7 commence à diminuer. La force exercée par les disques élastiques 14 sur le rotor 7 est alors supérieure (à partir de chaque disque intérieur 12, 12' relié à chaque extrémité de l'axe 4) à la force d'attraction magnétique produite par le stator. Elle repousse ainsi le rotor 7 vers sa position initiale afin de renouveler le cycle indéfiniment tandis

que le stator est alimenté en courant.

On comprend que le déplacement angulaire ou circulaire de-l'axe 4 pour chaque impulsion d'attraction

du -rotor 7 est fonction de la force de cette attraction.

Comme le montre la figure 5, le rotor 7, ou mieux l'axe 4 de ce rotor à l'intérieur de chaque bague 3, 3' peut suivre différentes trajectoires possibles. Si la force d'attraction exercée par le stator sur le rotor est telle qu'elle oblige celui-ci à se déplacer vers le point le plus bas que les bagues 3, 3' lui permettent d'atteindre, l'attraction exercée sur le rotor 7 diminuant et l'énergie emmagasinée dans les disques élastiques 14 étant restituée, le rotor 7, en raison de l'inertie, fera en sorte que son axe 4 monte en tournant sur la surface intérieure des bagues 3, 3' selon une trajectoire diamétralement opposée à celle qui a été parcourue à la descente. Il achève ainsi un tour complet de glissement et de rotation. Ce mouvement correspond à la trajectoire "a" illustrée en traits interrompus sur la

figure 5 et parcourue par le centre de l'axe 4. La réfé-

rence "b" désigne, sur cette même figure, le type le plus défavorable de trajectoire suivie par le centre de l'axe 4 lorsque le moteur s'arrête. En pratique dans la plupart des cas, l'axe 4 retourne à sa position de départ ou de repos en parcourant une trajectoire identique mais de sens inverse au sens de la trajectoire suivie pour la

descente au moment de l'arrêt du moteur.

Comneon l'a déjà indiqué, l'excentricité créée par chaque demi-axe de sortie 11, il' en raison de la position des roulements 10, 10' par rapport à l'axe de symétrie du rotor 7 et de son axe 4 est supérieure au jeu défini par la différence des diamètres de l'axe 4 et des bagues 3, 3'. Ainsi le pourtour de l'axe 4 est obligé de faire pression contre, ou d'être en contact permanent avec

la surface intérieure de rotation de chaque bague 3,3'.

Mais,en outre, l'excentricité créée par les demi-axes 11, il' est calculée de manière que le point de contact obligatoire entre l'axe 4 et la surface intérieure des bagues 3, 3' se situe à l'emplacement le plus favorable au démarrage du moteur ou, ce qui revient au même pour que l'axe 4 du rotor 7 retourne à cette position initiale favorable chaque fois que.le moteur s'arrête. En même temps, cette excentricité prédéterminée sert à commander le sens de rotation du moteur. En effet, la trajectoire circulaire suivie par l'axe 4 à l'intérieur des bagues 3, 3' étant donnée, on calcule l'excentricité transmise aux demi-axes 11, il' de manière que la position initiale ou de repos de l'axe 4 se trouve en un point du premier ou du quatrième quadrant de la trajectoire circulaire à décrire ou, ce qui revient

au même, du cercle intérieur délimité par les bagues 3, 3'.

Ainsi lorsqu'on fait passer du courant dans le stator afin

de faire démarrer le moteur, on produit une attraction magné-

tique du rotor 7 qui le fait descendre et qui marque le début de son cycle d'impulsions de fonctionnement. Le sens de rotation du moteur dépend du quadrant, le premier ou le quatrième, dans lequel on aura choisi le point de repos de

l'axe 4 dans les bagues 3, 3'. Cette variation d'excentri-

cité du montage permettant de changer le sens de rotation du moteur est prévue dans les-moyens de fixation des chapes

9, 9' sur les carcasses 2, 2'.

Selon ce qui précède, la rotation effectuée par les demi-axes de sortie 11, il' est produite par les impulsions répétées et cycliques d'attraction entre le

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stator et le rotor. Comme cette attraction est fonction du flux et que le flux dépend, à son tour, du courant circulant dans le bobinage, il est évident que l'on peut facilement régler la vitesse de rotation du moteur en faisant varier l'excitation. Dans l'exemple représenté la surface interne ou piste de rotation des bagues 3, 3' ainsi que la surtace

externe de l'axe 4 sont lisses. Cependant, ces surfaces pour-

raient également être rugueuses, striées, moletées etc...,

ou présenter une forme dentée afin de faciliter la rota-

tion des extrémités de l'axe 4 au cours de son glissement à l'intérieur des bagues 3, 3'. Cependant de telles formes de réalisation ne conviennent parfaitement que si les

moteurs ont de grandes dimensions.

De toute évidence, on pourrait également utiliser un noyau magnétique différent de celui qui est représenté sur les dessins annexés à condition qu'il permette l'attraction du rotor 7 de la manière que l'on vient de décrire. On pourrait de même donner une toute autre forme aux carcasses 2, 2' qui cachent les mécanismes

de transformation du mouvement à condition que ces car-

casses puissent être convenablement fixées sur les demi-

châssis 1, 1' et qu'elles permettent le déplacement d'excentricité servant à inverser le sens de rotation

du moteur.

Comme organe d'absorption -des déformations et de récupération élastique on a proposé d'adopter un disque de caoutchouc ou un matériau similaire. Toutefois, on réaliserait la même fonction et on obtiendrait les mêmes résultats en intercalant entre les disques 12, 12'

des anneaux en acier fixés perpendiculairement et radiale-

ment aux surfaces lisses opposées de ces disques.

Il va de soi que des modifications peuvent être apportées au mode de réalisation qui vient d'être décrit, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention.

Claims (2)

REVENDICATIONS

1.- Moteur à impulsions caractérisé en ce

qu'il comprend un stator formé d'un noyau de tôles magné-

tiques 5 excité par un bobinage correspondant, noyau dont

la partie supérieure présente un renfoncement semi-cylin-

drique sur lequel on dispose, suspendu par les extrémités de son axe, le rotor cylindrique 7 du moteur, toute la partie antérieure étant logée dans un châssis partagé en

deux moitiés solidement reliées l'une à l'autre, les extré-

mités de l'axe du rotor de forme conique faisant saillie 1o à l'extérieur de chacun de ces demi-châssis 1, 1' lesdites extrémités s'appuyant sur des bagues de roulement 3, 3' encastrées dans les demi-châssis, le diamètre intérieur de ces bagues de roulement étant supérieur au diamètre

de l'axe 4 du rotor 7, des moyens élastiques de transfor-

mation du mouvement étant accouplés à chacune des extré-

mités coniques de l'axe du rotor, ces moyens étant consti-

tués d'une paire de disques 12, 12' dont l'une des faces est lisse, tandis que l'autre face présente une saillie cylindrique centrée par rapport aux disques, qui dans le cas du disque situé vers l'intérieur du moteur, comprend un mandrin conique 13 susceptible de recevoir l'extrémité conique correspondante de l'axe 4 du rotor 7 et qui, dans le cas du disque dirigé vers l'extérieur du moteur est

le demi-axe de sortie 11 ou 11' du moteur, un troisième dis-

que 14 fabriqué en un matériau élastiquement déformable étant intercalé entre les deux disques précédents et

adhérant aux faces lisses de ceux-ci, ces moyens de trans-

formation du mouvement étant cachés par des carcasses 2, 2' solidement rattachées à chacun des demi-châssis 1,1' susceptibles de recevoir, à l'extrémité opposée à celle de leur fixation sur les demi-châssis, des chapes 9, 9' qui comprennent des roulements 10, 10' pour les demi-axes de

sortie du moteur, ces roulements 10, 1O' ayant une excen-

tricité par rapport au rotor 7 du moteur et à son axe 4 supérieure à la différence de diamètre existant entre le diamètre de l'axe du rotor 7 et le diamètre intérieur des bagues de roulement 3, 3' de manière à forcer l'axe du rotor à entrer constamment en contact avec la surface

intérieure des bagues de roulement 3, 3'.

2.- Moteur à impulsions selon la reven-

dication 1, caractérisé en ce que l'excentricité prévue pour les roulements qui supportent les demi-axes de sortie du moteur 11, 11' est calculée de manière que le contact entre les extrémités de l'axe du rotor 7 et l'intérieur des bagues de roulement se situe,lorsque cet axe est immobile,dans l'un des quadrants supérieurs du cercle intérieur délimité par

ces bagues de roulement 3,3'.