FR2510836A1 - Brushless repulsion motor using electronic rotor switching - uses triacs cross coupled to opposing winding segments and activated by optical switches mounted round stator - Google Patents
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Abstract
Description
MOTEUR ELECTRIQUE A REPULSION
SANS COLLECTEUR.ELECTRIC REPULSION MOTOR
WITHOUT COLLECTOR.
L'invention est relative à un moteur électrique à répulsion. The invention relates to an electric repulsion motor.
Un moteur de ce genre est alimenté en courant alternatif et comprend, comme un moteur à courant continu, un inducteur fixe, ou stator, et un induit tournant, ou rotor, à collecteur dont les lames glissent contre deux balais fixes en court-circuit. A motor of this kind is supplied with alternating current and includes, like a direct current motor, a fixed inductor, or stator, and a rotary armature, or rotor, with collector whose blades slide against two fixed brushes in short circuit.
Le champ magnétique de valeur variable produit par l'inducteur induit dans les bobinages du rotor un courant sur lequel agit le champ de l'inducteur : si les balais ne sont calés ni dans la direction du champ inducteur ni dans la direction perpendiculaire, on obtient ainsi un couple qui fait tourner le moteur. The magnetic field of variable value produced by the inductor induces in the windings of the rotor a current on which the field of the inductor acts: if the brushes are not wedged neither in the direction of the inductive field nor in the perpendicular direction, one obtains thus a torque which turns the engine.
Un tel moteur présente l'avantage d'assurer un important couple au démarrage, d'être alimenté en courant alternatif et de pouvoir tourner à une vitesse non limitée. De plus cette vitesse peut être rendue variable en faisant varier l'angle d'inclinaison de l'axe des balais par rapport à l'axe de l'inducteur. Such an engine has the advantage of ensuring a high starting torque, of being supplied with alternating current and of being able to rotate at an unlimited speed. In addition, this speed can be made variable by varying the angle of inclination of the axis of the brushes relative to the axis of the inductor.
Malgré ces avantages ce moteur a été cependant peu utilisé jusqu'à présent car on lui préfère habituellement le moteur uni versel, d'une constitution analogue à celle du moteur série à courant continu, en raison de la meilleure caractéristique de couple du moteur universel. Despite these advantages, this motor has so far been little used since it is usually preferred the universal motor, of a constitution similar to that of the series DC motor, due to the better torque characteristic of the universal motor.
Le moteur à répulsion selon l'invention est dépourvu de collecteur et de balai. La simplicité de réalisation et les autres avantages résultant de la suppression du collecteur, en particulier l'absence d'étincelle lors de la commutation, redonnent un intérêt pratique au moteur à répulsion. The repulsion motor according to the invention is devoid of manifold and brush. The simplicity of construction and the other advantages resulting from the elimination of the collector, in particular the absence of a spark during switching, give practical interest to the repulsion motor.
ll est caractérise en ce qu'il comprend un ensemble d'interrupteurs électroniques dont chacun est connecté entre des spires opposées de l'induit et, grâce à une commande sans contact, notamment optique, est rendu conducteur à chaque tour lorsque la ligne des spires qu'il relie a une orientation déterminée et dont la
conduction est interrompue lorsque l'interrupteur suivant est rendu
conducteur.It is characterized in that it comprises a set of electronic switches, each of which is connected between opposite turns of the armature and, thanks to a contactless control, in particular optical, is made conductive at each turn when the line of turns that it links to a determined orientation and whose
conduction is interrupted when the next switch is returned
driver.
Chaque interrupteur électronique comprend, par exemple, un
triac dont la gâchette est reliée à une autre électrode de ce triac
par l'intermédiaire d'une photorésistance de manière qu'il soit con
ducteur lorsque cette photorésistance est éclairée par le pinceau
lumineux fourni par une source de position fixe. Cette conduction
s'interrompt lorsque le triac suivant est rendu conducteur car, alors,
pour des raisons résultant de la loi de Lenz, le courant traversant ce
triac suivant a une intensité plus importante que celle du courant
traversant le triac précédemment rendu conducteur et le courant 'traversant ce triac précédent a, en conséquence tendance à changer
de sens en passant par la valeur nulle; c'est ce passage par zéro qui
provoque l'interruption de la conduction du triac. Cette interruption
s'effectue donc de façon naturelle.Each electronic switch includes, for example, a
triac whose trigger is connected to another electrode of this triac
through a photoresistor so that it is con
conductor when this photoresistor is illuminated by the brush
light supplied by a fixed position source. This conduction
stops when the next triac is made conductive because, then,
for reasons resulting from Lenz's law, the current flowing through this
next triac has a higher intensity than the current
crossing the previously made triac and the current flowing through this previous triac tends to change
meaning by going through the null value; it is this zero crossing that
causes the conduction of the triac to be interrupted. This interruption
therefore takes place naturally.
Le nombre d'interrupteurs électroniques d'un tel moteur peut
être nettement moins important que le nombre de lames du col
lecteur du moteur à répulsion antérieurement connu car, ce moteur
étant dépourvu de balai il ne se produit pas d'étincelle lors de la
commutation et on sait que ce sont ces problèmes de commutation
qui obligent à choisir un grand nombre de lames pour le collecteur
du moteur classique.The number of electronic switches of such a motor can
be significantly less than the number of cervical blades
drive of the repulsion motor previously known because, this motor
being devoid of broom there is no spark when
switching and we know these are these switching problems
which require choosing a large number of blades for the collector
of the classic engine.
La puissance du moteur, et donc sa vitesse, peut être réglée ou
variée en agissant sur la conduction des interrupteurs électroniques
c'est-à-dire sur les signaux lumineux dans le cas d'une commande
optique. En particulier on peut, dans cette dernière hypothèse,
diminuer la puissance du moteur en n'excitant pas la source lumineu
se en permanence mais en l'excitant de façon périodique. 11 est
également possible de faire varier la vitesse du moteur en agissant
sur la position de la source lumineuse. Dans ce cas on peut prévoir
plusieurs sources telles que des diodes photoernettrices à faisceau
lumineux étroit en des positions angulaires différentes autour du
rotor, le choix de la source utilisée déterminant la puissance du
moteur.Il est également possible de n'utiliser qu'une seule source à faisceau lumineux large dont l'excitation est à une fréquence fonction de la vitesse de rotation et en synchronisme avec cette rotation; dans ce cas pour faire varier la vitesse on agit sur la phase du signal périodique d'excitation de la source lumineuse.The engine power, and therefore its speed, can be adjusted or
varied by acting on the conduction of electronic switches
that is to say on the light signals in the case of an order
optical. In particular we can, in this latter hypothesis,
decrease the engine power by not exciting the light source
constantly but exciting it periodically. 11 is
also possible to vary the motor speed by acting
on the position of the light source. In this case we can plan
multiple sources such as beam light emitting diodes
narrow light in different angular positions around the
rotor, the choice of the source used determining the power of the
It is also possible to use only one source with a wide light beam, the excitation of which is at a frequency dependent on the speed of rotation and in synchronism with this rotation; in this case, to vary the speed, the phase of the periodic signal from the light source is acted on.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celleci étant effectuée en se référant aux messins ci-annexés sur lesquels:
- la figure 1 est une représentation schc--natique d'un moteur a' répulsion d'un type connu,
- la figure 2 est un schéma d'un moteur selon l'invention,
- la figure 3 est un interrupteur électronique du moteur de la figure 2,
- la figure 4 est un schéma servant à expliquer le fonctionnement du moteur de la figure 2,
- la figure 5 est un schéma du rotor et de sources lumineuses d'un moteur selon une variante de la figure 2,
- la figure 6 est une vue schématique en coupe d'un moteur du type de celui de la figure 2, et
- la figure 7 est une vue schématique en coupe d'une autre réalisation d'un moteur selon l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will appear with the description of some of its embodiments, this being carried out with reference to the appended messins on which:
FIG. 1 is a schematic representation of a repulsion engine of a known type,
FIG. 2 is a diagram of an engine according to the invention,
FIG. 3 is an electronic switch of the motor in FIG. 2,
FIG. 4 is a diagram used to explain the operation of the engine of FIG. 2,
FIG. 5 is a diagram of the rotor and of light sources of an engine according to a variant of FIG. 2,
FIG. 6 is a schematic sectional view of an engine of the type of that of FIG. 2, and
- Figure 7 is a schematic sectional view of another embodiment of an engine according to the invention.
Un moteur à répulsion du type classique (figure 1) est analogue à un moteur à courant continu : il comprend un inducteur fixe ou stator 1, qui dans l'exemple est en deux parties 1 et
a t 1b' un induit bobiné 2 dont les spires 3 sont reliées aux lames 4 d'un collecteur 5 sur lesquelles glissent deux balais 6 et 7 fixés en des positions angulaires à 1800 I'une de l'autre. Un tel moteur se distingue du moteur à courant continu par le fait que les enroulements la et lb de l'inducteur 1 sont alimentés en courant alternatif, notamment monophasé. En outre, les balais 6 et 7 sont en court-circuit, c'est-àdire au même potentiel, et la ligne des balais 8 forme un angle différent de 0 et de 900, en général de l'ordre de 450, avec la ligne 9 correspondant à la direction du champ magnétique produit par l'inducteur 1. A repulsion motor of the conventional type (FIG. 1) is analogous to a direct current motor: it comprises a fixed inductor or stator 1, which in the example is in two parts 1 and
at t 1b a wound armature 2 whose turns 3 are connected to the blades 4 of a collector 5 on which slide two brushes 6 and 7 fixed in angular positions at 1800 to one another. Such a motor is distinguished from the direct current motor by the fact that the windings la and lb of the inductor 1 are supplied with alternating current, in particular single phase. In addition, the brushes 6 and 7 are short-circuited, that is to say at the same potential, and the line of the brushes 8 forms an angle different from 0 and 900, in general of the order of 450, with the line 9 corresponding to the direction of the magnetic field produced by the inductor 1.
Lorsque les balais sont en court-circuit l'induit peut être assimilé à une bobine d'axe 8 dans laquelle l'inducteur induit un courant et le champ magnétique de l'inducteur exerce alors sur la bobine une force qui tend à la faire tourner. Le sens de rotation est, en raison de la loi de Lenz, celui qui correspond à une diminution de l'intensité du courant dans la bobine. La bobine ne tourne que si l'axe 8 a une direction faisant un angle différent de 0 et 900 avec l'axe 9 de l'inducteur. When the brushes are in short circuit the armature can be compared to a coil of axis 8 in which the inductor induces a current and the magnetic field of the inductor then exerts on the coil a force which tends to make it turn . The direction of rotation is, because of Lenz's law, that which corresponds to a decrease in the intensity of the current in the coil. The coil turns only if the axis 8 has a direction making an angle different from 0 and 900 with the axis 9 of the inductor.
Le moteur selon l'invention se distingue du moteur classique représenté sur la figure 1 par le fait qu'il ne comporte ni collecteur 5 ni balai 6, 7 mais, à la place, on prévoit un ensemble de triacs dont chacun est connecté entre des spires diamétralement opposées de l'induit 2 et est rendu conducteur lorsque ces deux spires diamétralement reliées occupent une position déterminée qui correspond à la direction des balais. The motor according to the invention differs from the conventional motor shown in FIG. 1 by the fact that it does not include a manifold 5 or a brush 6, 7 but, instead, a set of triacs is provided, each of which is connected between diametrically opposite turns of the armature 2 and is made conductive when these two diametrically connected turns occupy a determined position which corresponds to the direction of the brushes.
Dans l'exemple de la figure 2 le triac 111 relie entre elles les spires diamétralement opposées 121 et 131 de l'induit 2; de même le triac 112 relie entre elles les spires 122 et 132 diamétralement opposées; etc... Les triacs Il et les spires correspondantes sont régulièrement répartis autour de l'axe 14 de l'induit. In the example of FIG. 2, the triac 111 connects the diametrically opposite turns 121 and 131 of the armature 2 together; similarly the triac 112 connects the turns 122 and 132 diametrically opposite; etc ... The triacs II and the corresponding turns are regularly distributed around the axis 14 of the armature.
Entre l'électrode de gâchette 15 (figure 3) de chaque triac Il et une anode 16 de ce triac est disposée une photorésistance 17. Les caractéristiques du triac 11 et de la résistance 17 sont telles que lorsque celleci reçoit le pinceau lumineux étroit 18 produit par une diode photo-émettrice 19 ledit triac est rendu conducteur. La diode 19 est disposée de façon telle qu'elle rende conducteur le triac 11 lorsque la ligne des spires opposées 12 et 13 auxquelles il est connecté forme un angle de 450 environ avec la ligne 9 du champ magnétique de l'inducteur 1. Between the trigger electrode 15 (FIG. 3) of each triac II and an anode 16 of this triac is disposed a photoresistor 17. The characteristics of the triac 11 and of the resistor 17 are such that when this receives the narrow light brush 18 produced by a photo-emitting diode 19 said triac is made conductive. The diode 19 is arranged in such a way that it makes the triac 11 conductive when the line of opposite turns 12 and 13 to which it is connected forms an angle of approximately 450 with the line 9 of the magnetic field of the inductor 1.
Sur la figure 4 on a représenté par des flèches F1, F2 et F3 en traits interrompus le courant traversant les spires de l'induit lorsque le triac 111 vient de s'allumer. Le courant électrique converge vers la spire 121 pour revenir à cette spire en passant par le triac 111, la spire 131 (non représentée sur la figure 4) et les autres spires du bobinage de l'induit. In Figure 4 there is shown by arrows F1, F2 and F3 in broken lines the current passing through the turns of the armature when the triac 111 has just turned on. The electric current converges towards the turn 121 to return to this turn through the triac 111, the turn 131 (not shown in Figure 4) and the other turns of the armature winding.
3600
Lorsque le rotor a tourné d'un angle de 360, n étant le nombre de triacs, le triac 112 est rendu conducteur à son tour et appelle des courants représentés par les flèches F'1, F'2 et F'3 en traits pleins. Ces courants ont alors une intensité plus importante que les courants correspondants appelés par le triac 11. Ce courant dans le triac 111 tend donc à changer de sens en passant ainsi par 0.
3600
When the rotor has rotated by an angle of 360, n being the number of triacs, the triac 112 is made conductive in turn and calls up currents represented by the arrows F'1, F'2 and F'3 in solid lines . These currents then have a greater intensity than the corresponding currents called by the triac 11. This current in the triac 111 therefore tends to change direction, thus passing through 0.
Ce passage par la valeur nulle provoque l'ex-inction du triac 111 dont la photorésistance n'est plus illuminée- extinction qui est nécessaire pour le fonctionnement correct du moteur.This passage by the zero value causes the ex-inction of the triac 111 whose photoresistor is no longer illuminated - extinction which is necessary for the correct functioning of the engine.
Il n'est pas indispensable que le nombre de triacs 11 soit égal au nombre de couples de spires opposées de l'induit. Les triacs peuvent être en nombre sensiblement inférieur au nombre de lames du collecteur d'un moteur à répulsion classique car, dans ces moteurs connus, le nombre de lames doit être important pour éviter des étincelles entre balais et lames de collecteur lors de la commutation alors que les problèmes de ce type ne se posent pas dans un moteur selon l'invention. It is not essential that the number of triacs 11 be equal to the number of pairs of opposite turns of the armature. The triacs can be in a number substantially less than the number of blades of the collector of a conventional repulsion motor because, in these known motors, the number of blades must be large to avoid sparks between brushes and collector blades when switching then that problems of this type do not arise in an engine according to the invention.
Le nombre de triacs peut encore être réduit en augmentant le nombre de photodiodes. Ainsi dans l'exemple de la figure 5 on prévoit deux photodiodes 20 et 21 en des positions diamétralement opposées et le nombre de triacs est, par rapport à l'exemple de la figure 2, divisé par deux. La répartition est telle que les triacs sont par couples 221, 222 sur des lignes formant entre elles un angle A = 360 , n étant le nombre de triacs alors que les triacs les plus rapprochés de couples distincts sont sur des lignes formant entre elles un angle de 3y ans un exemple n = 6 et A = 300. The number of triacs can be further reduced by increasing the number of photodiodes. Thus in the example of FIG. 5, two photodiodes 20 and 21 are provided in diametrically opposite positions and the number of triacs is, compared to the example in FIG. 2, divided by two. The distribution is such that the triacs are in pairs 221, 222 on lines forming between them an angle A = 360, n being the number of triacs while the closest triacs of distinct couples are on lines forming between them an angle 3y years old an example n = 6 and A = 300.
La vitesse de rotation du moteur peut être modifiée par la variation de la position angulaire des photodiodes, de manière analogue au déplacement des balais dans Je moteur à répulsion classique. A cet effet on peut disposer la photodiode sur un support mobile ou prévoir plusieurs photodiodes en des positions angulaires différentes, le choix de la photodiode excitée correspondant au choix de la vitesse désirée. On peut également, au lieu d'exciter en permanence la photodiode, prévoir des signaux d'excitation de celleci qui sont synchronisés avec la rotation des triacs, la vitesse pouvant alors varier en modifiant la phase du signal d'excitation de la photodiode.En effet, la position angulaire de la ligne sur laquelle se trouve le triac allumé dépend de la phase du signal d'excitation de la photodiode; dans ce cas il est nécessaire que la, ou les, source(s) lumineuse(s) émette(nt) un faisceau lumineux qui ne soit pas un pinceau trop étroit. Pour modifier la vitesse il est bien entendu possible de combiner deux ou trois des réalisations évoquées cidessus, par exemple le choix de la source lumineuse à allumer avec le choix de la phase du signal d'excitation de cette source. The speed of rotation of the motor can be modified by the variation of the angular position of the photodiodes, in a similar manner to the displacement of the brushes in the conventional repulsion motor. To this end, the photodiode can be placed on a mobile support or provision may be made for several photodiodes at different angular positions, the choice of the excited photodiode corresponding to the choice of the desired speed. It is also possible, instead of permanently exciting the photodiode, to provide excitation signals for this which are synchronized with the rotation of the triacs, the speed then being able to vary by modifying the phase of the excitation signal of the photodiode. Indeed, the angular position of the line on which the lit triac is located depends on the phase of the photodiode excitation signal; in this case it is necessary that the light source (s) emit (s) a light beam which is not a too narrow brush. To modify the speed, it is of course possible to combine two or three of the embodiments mentioned above, for example the choice of the light source to be switched on with the choice of the phase of the excitation signal of this source.
Pour faire varier la vitesse il est également possible de faire varier la fréquence d'alimentation de la source lumineuse. To vary the speed, it is also possible to vary the frequency of supply of the light source.
Le moteur selon l'invention présente l'avantage de pouvoir tourner à une vitesse variable qui n'est pas limitée, sa réalisation est simple car il est dépourvu de collecteur, son couple au démarrage est élevé et, enfin, comme il est alimenté en courant alternatif il ne fait pas intervenir de redresseur pouvant induire des parasites sur le réseau. The motor according to the invention has the advantage of being able to rotate at a variable speed which is not limited, its realization is simple because it has no manifold, its starting torque is high and, finally, as it is supplied with alternating current it does not involve a rectifier which can induce interference on the network.
A la place d'un triac on peut prévoir tout autre interrupteur électronique susceptible de s'éteindre lorsque l'intensité du courant qui le traverse passe par la valeur 0. On peut également prévoir d'autres interrupteurs électroniques à électrodes de commande sur lesquelles on applique un signal d'extinction lorsque l'un des autres interrupteurs reçoit un signal de commande d'allumage. Instead of a triac, any other electronic switch may be provided which may turn off when the intensity of the current flowing through it passes through the value 0. It is also possible to provide other electronic switches with control electrodes on which applies an extinction signal when one of the other switches receives an ignition control signal.
Dans l'exemple de la figure 6, les triacs 11 sont en saillie d'une face latérale 25 du rotor 2 et la photodiode 19 est dans le boîtier 26 du moteur sur un support 27 fixé à ce moteur. In the example of FIG. 6, the triacs 11 project from a lateral face 25 of the rotor 2 and the photodiode 19 is in the housing 26 of the motor on a support 27 fixed to this motor.
Dans l'exemple de la figure 7 les triacs 22 sont également en saillie d'une face latérale 30 du rotor 2. Mais, en plus, ils sont comme les sources lumineuses 20 et 21, enfermés dans un boîtier tournant 31 solidaire du rotor 2. In the example of FIG. 7, the triacs 22 are also projecting from a lateral face 30 of the rotor 2. But, in addition, they are like the light sources 20 and 21, enclosed in a rotating box 31 secured to the rotor 2 .
Les sources lumineuses 20 et 21 sont à l'extrémité d'une tige 32 dirigée suivant l'axe de l'arbre 33 du moteur, à l'opposé de ce dernier par rapport au rotor 2, et qui est solidaire d'une face d'extrémité 34 du boîtier 26' du moteur. Cette tige 32 est entourée par un coussinet 35 constitué par un feutre gras ou une bague en téflon, la séparant d'un arbre creux coaxial 36 prolongeant le bottier 31. The light sources 20 and 21 are at the end of a rod 32 directed along the axis of the shaft 33 of the motor, opposite the latter relative to the rotor 2, and which is integral with one face end 34 of the housing 26 'of the engine. This rod 32 is surrounded by a pad 35 constituted by a fatty felt or a teflon ring, separating it from a hollow coaxial shaft 36 extending the shoemaker 31.
Les sources lumineuses 20 et 21 et les triacs 22 sont ainsi disposés dans un boîtier étanche solidaire du rotor 2, ce qui évite que les photorésistances et les sources lumineuses ne soient obscurcies par des particules de salissures provenant de l'environnement et/ou du fonctionnement du moteur, cet obscurcissement risquant de nuire au bon fonctionnement dudit moteur. The light sources 20 and 21 and the triacs 22 are thus arranged in a sealed housing secured to the rotor 2, which prevents the photoresist and the light sources from being obscured by dirt particles coming from the environment and / or from the operation. of the engine, this darkening being likely to harm the proper functioning of said engine.
Pour améliorer la protection des sources lumineuses et des triacs on peut encore prévoir de conférer une aimantation au support 32 et à l'arbre creux 36 pour éloigner les particules ferromagnétiques des sources et du triac à protéger. To improve the protection of light sources and triacs, provision can also be made to confer magnetization on the support 32 and on the hollow shaft 36 to distance the ferromagnetic particles from the sources and from the triac to be protected.
Le moteur selon l'invention est particulièrement utile pour des appareils à usage domestique. The motor according to the invention is particularly useful for devices for domestic use.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8114928A FR2510836A1 (en) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | Brushless repulsion motor using electronic rotor switching - uses triacs cross coupled to opposing winding segments and activated by optical switches mounted round stator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8114928A FR2510836A1 (en) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | Brushless repulsion motor using electronic rotor switching - uses triacs cross coupled to opposing winding segments and activated by optical switches mounted round stator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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FR2510836A1 true FR2510836A1 (en) | 1983-02-04 |
Family
ID=9261046
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR8114928A Pending FR2510836A1 (en) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | Brushless repulsion motor using electronic rotor switching - uses triacs cross coupled to opposing winding segments and activated by optical switches mounted round stator |
Country Status (1)
Country | Link |
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