FR2728740A3

FR2728740A3 - DC brushless electric motor generating its own switching signals

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Publication number: FR2728740A3
Application number: FR9406785A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-01
Filing date: 1994-06-01
Publication date: 1996-06-28
Also published as: FR2728741A1; FR2728741B1

Abstract

The motor includes the rotor which comprises a single magnetic piece to which permanent magnets (4) are stuck with alternate polarity. The sheets are defined by a group of adjacent conductors acting in the same direction in a layer which may or may not be repeated so that the number of sheets equals the number of poles. The stator may also be wound in only two coils in adjacent sheets, the junction of the sheet of the first circuit being assured by a switching coil, so as to access the sheet of the second sheet. The switching signals are obtained from the motor signals using the switching coil to enable and validate them.

Description

La présente invention concerne un dispositif de type moteur à courant continu, sans balai ni collecteur, générant simultanément avec la pu issance mécanique les ordres ou signaux nécessaires à sa commutation lorsqu'ils sont adressés à des circuits appro priés et à sa régulation (élaboration d'un signal tachymétrique).The present invention relates to a device of the direct current motor type, without brush or collector, simultaneously generating with the mechanical power the orders or signals necessary for its switching when they are addressed to appropriate circuits and for its regulation (elaboration of 'a tachometric signal).

Les différents types de moteurs électriques connus, destinés à l'asservissement de grandeurs physiques - vitesse, position, couple - nécessitent pour élaborer la fonction adéquate, l'adjonction d'organes d'asservissement annexes dont les plus courants sont : les dynamos tachymétriques, les roues phoniques ou codeurs, les selsyns etc
On peut distinguer actuellemnt trois types principaux de moteurs électriques destinés aux asservissements ; ce sont les moteurs à courant continu, les moteurs alternatifs le plus souvent triphasés, les moteurs "pas à pas. The different types of known electric motors, intended for the control of physical quantities - speed, position, torque - require, in order to develop the appropriate function, the addition of additional control devices, the most common of which are: tachometric dynamos, the tonewheels or encoders, the saltsyns etc
We can currently distinguish three main types of electric motors intended for servos; these are DC motors, most often three-phase AC motors, "stepper" motors.

En grande majorité actuellemnt les moteurs à courant continu sont de construction classique avec collecteur et balais et ceux dits "brushless", sans balai, semblent conçus dans l'optique d'un asservissement numérique (adjonction de codeur ou autres, bagues tronquées et curseurs, roues phoniques et éléments à effet "hall" etc
Les moteurs alternatifs polyphasés nécessitent un accompagnement électronique compliqué. A partir d'une source continue, il faut reconstituer un réseau polyphasé à tension et fréquence variables, lequel s'accommode mal si une grande précision est requise pour le résultat, de l'asservissemnt des moteurs de construction courante.Most DC motors are currently of conventional construction with collector and brushes and those called "brushless", brushless, seem designed with a digital servo in mind (addition of encoder or other, truncated rings and sliders, tone wheels and hall effect elements etc
Polyphase reciprocating motors require complicated electronic support. From a continuous source, it is necessary to reconstitute a polyphase network with variable voltage and frequency, which does not adapt well if high precision is required for the result, of the control of the engines of current construction.

Les moteurs "pas à pas" procédent par quantité de mouvement et, par construction, délivrent un mouvement d'amplitude minimale qui ne peut être réduit. Ce mouvement est un choc ou une succession de chocs identiques qui génèrent dans les mécanismes qu'il pénètre des vibrations souvent néfastes à la précision et à la durée d'utilisation des matériels entrainés. The "stepper" motors proceed by quantity of movement and, by construction, deliver a movement of minimum amplitude which cannot be reduced. This movement is a shock or a succession of identical shocks which generate in the mechanisms that it penetrates vibrations often harmful to the precision and the duration of use of the trained materials.

Le dispositif selon l'invention permet de remédier aux inconvénients de l'un ou l'autre de ces types de moteurs tout en conservant -les qualités de chacun d'eux-et cumulant en particulier la simpligie de construction des moteurs alternatifs, ia souplesse de commande , la régularité de couple indépendemment de la vitesse acquise, l'étendue de gamme de vitesse des moteurs à courant continu. The device according to the invention overcomes the drawbacks of one or other of these types of motors while retaining -the qualities of each of them-and in particular combining the simplicity of construction of the alternative motors, ia flexibility control, the regularity of torque independently of the speed acquired, the range of speed range of DC motors.

Il comporte à cet effet un rotor, simple pièce magnétique portant des pôles en nombre pair. libre en rotation à l'intérieur ou à l'extérieur d'un c:rlindre creux, dans le cas où le rotor est intérieur. C/e cylindre est constitué d'un matériau magnétique et porte des conducteurs fixés à lui en regard du rotor. To this end, it comprises a rotor, a single magnetic piece carrying poles in even numbers. free to rotate inside or outside a hollow c: roll, if the rotor is inside. This cylinder is made of a magnetic material and carries conductors attached to it opposite the rotor.

Au cours d'une rotation complète du rotor, chacun des pôles magnétiques de ce rotor doit irrigué@ magnétique- ment de son champ une suit de @onducteurs déposés dans un même sens et activés par @n même courant sous les mêmes conditions de vitesse pour obtenir le résultat. During a complete rotation of the rotor, each of the magnetic poles of this rotor must irrigate magnetically from its field a series of conductors deposited in the same direction and activated by the same current under the same speed conditions for get the result.

es conducteurs disposés e n nappes alternées dans leur sens de bobinage, chaque nappe tant constituée à partir d'un seul f il qui se superpose ou non, @oivent à la cons truc t ion représenter trois circuit identiques décalés entre eux et se superposant en partie , il est toutefois possible de construire un tel moteur à partir de deux circuits identiques juxtaposés en ajoutant un troisième circuit de moindre surface aux points de commutation - Une nappe est définie par un groupe de conducteurs juxtaposés de même sens, en couche répétée ou non, dans ces connotions, pour un circuit le nombre de nappes est égal au nombre de pôles. es conductors arranged in alternating layers in their winding direction, each layer being formed from a single wire which is superimposed or not, @ have to cons cons t ion represent three identical circuits offset between them and partly superimposed , it is however possible to build such a motor from two identical circuits juxtaposed by adding a third circuit of smaller area at the switching points - A ribbon cable is defined by a group of conductors juxtaposed in the same direction, in a repeated layer or not, in these connotations, for a circuit the number of layers is equal to the number of poles.

Selon des modes particuliers de réalisation
- des aimants permanents pourront être fixés, colles sur les pôles du rotor, un ou plusieurs de meme signe par pôle et en signe alterne d'un pôle au pôle voisin
- les aimants pourront etre armés par un empilage de tôles magnétiques pour amener le flux de l'aimant à l'entrefer et protéger ainsi l'aimant des effets des courants démagné @tisants dus au courant stator
- les conducteurs pourront être imbriqués dans la masse statorique en les logeant dans les encoches taillées à cet effet
- la masse @fer@ constituant le stator et celle constituant le rotor peuvent être réalisées au moyen de tôles magnétiques empilées, fixées les us aux autres mécaniquement par collage ou tout autre moyen ;;
-la construction d un moteur dit" plat" peut etre réalisée avec
une architecture de bobinages analogue,ce moteur étant réalisé
en scindant le stator en deux partie constituée chacune ,d'un
anneau en matériau magnétique et placé en vis à vis l'un par
rapport à l'autre,l'axe du cylindre ainsi constitué étant muni
d'un disque portant les poles qui peuvent ètre des paires d/aimants
alternés sans aucune autre pièce magnétique. Dans cette structure
les bobinages envisàvis sur l'une et l'autre pièce statorique
doivent porter envisà vis un conducteur de sens opposé,cette
opposition étant conservée tout au long des bobinages.Cette
structure présente l'avantage de minimiser l'inertie du rotor
Pour multiplier la puissance fournie d'un tel moteur,un empilage
de stator et de rotor peut etre constitué,les rotors étant portés
par un axe unique et correctement répartis entre des stators
- un conducteur dit "de lecture" peut e t re adjoint aux points de
recouvrement des bobinages entre eux pour échapper à toute ambi
-guité de commutation sous des sollicitations de très faible am
-plitude et de féquence basse
Les dessins annexés illustrent l'invention
La figure 1 symbolise les bobinages,décalés entre effet repré
sentés sur des plans séparés pour facilitér la compréension.De haut
en bas ils sont représentés par les trois pL-emiers dessins.According to particular embodiments
- permanent magnets can be fixed, glued to the rotor poles, one or more of the same sign per pole and in alternating sign from one pole to the neighboring pole
- the magnets can be armed by a stack of magnetic sheets to bring the flux of the magnet to the air gap and thus protect the magnet from the effects of demagnetized currents @ atisants due to the stator current
- the conductors can be nested in the stator mass by housing them in the notches cut for this purpose
- the mass @ iron @ constituting the stator and that constituting the rotor can be produced by means of stacked magnetic sheets, fixed to the others mechanically by gluing or any other means;
-the construction of a so-called "flat" motor can be achieved with
a similar winding architecture, this motor being produced
by dividing the stator into two parts, each consisting of a
ring made of magnetic material and placed opposite one by
relative to the other, the axis of the cylinder thus formed being provided
of a disc carrying the poles which can be pairs of magnets
alternated without any other magnetic parts. In this structure
the windings envisàvis on one and the other stator part
must bear visà a conductor of opposite direction, this
opposition being kept throughout the windings.
structure has the advantage of minimizing the inertia of the rotor
To multiply the power supplied by such an engine, stacking
stator and rotor can be formed, the rotors being worn
by a single axis and correctly distributed between stators
- a driver called "reading" can and re-added to the points of
overlapping of the coils between them to escape any ambi
- switching pleasure under very low loads
-plitude and low frequency
The accompanying drawings illustrate the invention
Figure 1 symbolizes the windings, offset between effect shown
on separate planes to facilitate comprehension.
below they are represented by the three first drawings.

groupe des trois lignes suivant représente enregard de l'un et
l'autre des bobinages les zones ou la présence d'un pôle nécessi
-tra une commutation pour assurer un sens de rotation
Le second groupe de tr@@s lignej représente les lieux de commuta
-tion des bobinages pour assurer le sens de rotation inverse du
précédent sous les memes polarité de l'alimentation
Sur la première "alternance du bobinage de la premièe ligne est
représenté en pointillé le cheminement d'un conducteur qui doit
se poursuivre vers la drt te nar des conducteurs de meme sens
recouvrant "l'alternance en son entier
En bas de la figure sur chaque ligne de l'un ou l'autre des
groupes de trois sont portées les indications qu'il convient de lire comme suit "un- deux signifiant:arret du du courant dans le
bobinage un,présence du courant dans le bobinage deux etc..... group of the following three lines represents a record of one and
the other of the windings the areas where the presence of a pole requires
-will switch to ensure a direction of rotation
The second group of tr @@ s lignej represents the switching places
-tion of the windings to ensure the reverse direction of rotation of the
previous under the same polarity of the power supply
On the first "alternation of the winding of the first line is
shown in dotted lines the path of a driver who must
continue towards the drt te nar of drivers of the same direction
covering "the entire work-study program
At the bottom of the figure on each line of one or other of the
groups of three are given the indications which should be read as follows "one- two signifying: stopping of the current in the
winding one, presence of current in winding two etc .....

La lecture du signal du circuit non moteur: "trois" lorsque un deuxisont moteurs,"un" lorsque@deux-trois sont moteursetc. Reading of the signal from the non-motor circuit: "three" when one is motor, "one" when @ two-three are motor, etc.

permet d'élaborer un signal tachtr,utile à l'asservissement
La figure 2 représente la vue en coupe d'un moteur à trois paires de poles. L'anneau extérieur 5 porte les bobinages dont les conducteurs entrant sont repérés chacun par les chiffres 1, 2,3,.pour une lecture aisée du dessin seules deux nappes de con -ducteurs du premier bobinage sont représentées,l'une entrant se dirigeant vers l'arrière du stator,ses conducteurs sont représen -tés par une flèche,l'autre nappe,décalée de soixante degrés vers la droite,sortante ,ses conducteurs sont figurés par un point 7
A cent vingt degrés de l'originel une nouvelle nappe entrante sera bobinée correspondant à unenappe sortante à cent quatre ving@ degrés de ces deux dernières nappesvseuls deux premiers conducteu@s de chacune d'elles sont figurés,les flèches représentant les con -ducteurs entrant,les points les conducteurs sortant. Les deux autres bobinages sont symbolisés par leur conducteur d'entrée 2 et3 décallés par rapport à I de la valeur adéquate pour assu -rer une continuité de conducteurs entrant ou sortant au cours d'une révolution compléte du rotor,lui-même constitué d'un axe porteur des poles 4
Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à l'entraînement de systemes asservis allows to develop a tachtr signal, useful for the enslavement
Figure 2 shows the sectional view of a motor with three pairs of poles. The outer ring 5 carries the windings whose incoming conductors are each identified by the numbers 1, 2,3, .for an easy reading of the drawing only two layers of conductors of the first winding are shown, the incoming one going towards the rear of the stator, its conductors are represented by an arrow, the other cable, offset by sixty degrees to the right, outgoing, its conductors are represented by a point 7
At one hundred and twenty degrees from the original, a new incoming sheet will be wound corresponding to an outgoing sheet at one hundred and eighty degrees from these last two sheets, only the first two conductors of each of them are shown, the arrows representing the incoming drivers. , points outgoing conductors. The other two windings are symbolized by their input conductor 2 and 3 offset from I by the appropriate value to ensure a continuity of conductors entering or leaving during a complete revolution of the rotor, itself made up of a pole carrying axis 4
The device according to the invention is particularly intended for driving slave systems

Claims

1) Brushless DC electric motor device

characterized in that it comprises a stator made of a material

magnetic carrier of three circuits and a rotor carrying

even number of magnetic blades

2) Device according to claim 1 characterized in that cha -

-that circuit carried by the stator is made up of layers (one per

rotor pole) or the conductors of a ribbon cable all have the same

direction, the conductors of the next layer going into the

be direction

3) Device according to claims let2 characterized in that

them

that the circuits are shifted between Yde so that a sheet of

conductors of one is covered by a homogeneous sheet (con

-reducers of the same direction) of the other under the width of a pole

4) device according to the preceding claims @ characterized

in that the stator can be wound in only two windings with juxtaposed plies, the junction / of the lalnappe of the first circuit

being provided by a switching winding, to solicit the

corresponding layer of the second circuit

5) Device according to the preceding claims, characterized

in that the switching indicator signals can be displayed.

-bored from engine signals

6) device according to claim 5 characterized in that

a so-called reading switching winding can be incorporated

to facilitate or validate switching signals

7) Device according to the preceding claims characterized

in that the rotor can / be of low inertia, non-magnetic disc

pole wearer (magnets)

8) device according to the preceding claims characterized

in that the motor can consist of repeated elements, roto @

and stator

9) Device according to the preceding claims characterized enke that the winding circuit each non-motor instant, can be used in tachometric dynamo