La présente invention concerne un moteur électrique destiné à être utilisé pour la conversion de signaux électriques de polarité variante en un mouvement de révolution mécanique. Un tel moteur peut être en particulier adapté pour une utilisation en tant que transducteur pour convertir des signaux électriques en une rotation mécanique, ou en tant que moteur pas à pas pour commander la position de nombreux types de dispositifs devant être déplacés avec un haut degré de précision.
Les moteurs électriques classiques n'ont pas été employés en tant que transducteurs ou en tant que dispositifs de commande de position requérant un haut degré de précision, ceci du fait de leurs dimensions relativement grandes et de leur inévitable instabilité à l'égard de la fréquence du signal d'entrée. Un moteur réalisé dans des dimensions relativement petites présente de notables désavantages, en ce sens qu'il est difficile d'obtenir un renforcement du flux magnétique dans le rotor lorsque celui-ci est constitué d'un aimant permanent, et que l'utilisation d'un rotor magnétisé par voie électromagnétique s'est avérée impossible du fait des grandes dimensions inhérentes à un tel dispositif.
D'autre part, on connaît un moteur pas à pas classique alimenté par du courant triphasé dans lequel un rotor muni d'une pluralité de pôles est entouré de trois pièces de stator munies d'une pluralité de pôles disposés de telle manière que les poles de chaque stator, dont les champs magnétiques différent de 120 l'un de l'autre, sont répartis d'une ma niére différente des pôles du rotor afin de mouvoir ce dernier en réponse à des signaux triphasés appliqués aux parties de stator correspondantes. Un tel moteur peut être mû pas à pas, mais sans grande précision du fait que le rotor est commandé sur la base d'un agencement de pôles triphasés.
Par ailleurs, un moteur pas à pas classique ne peut pas être convenablement actionné lorsque, au lieu d'impulsions, un signal électrique sinusoïdal lui est appliqué et de ce fait ne peut pas être mû en rotation de manière continue. On note de plus que, dans un tel moteur pas à pas, un flux magnétique alternatif irrégulier est produit autour de la surface du rotor, ce dont résulte une application inadéquate du flux magnétique et donc un couple de moteur irrégulier.
Le but de la présente invention consiste notamment à fournir un moteur électrique amélioré capable d'être mû en rotation d'une manière continue et avec précision en réponse à des variations de fréquence de signaux électriques qui lui sont appliqués, et capable également d'être mû en rotation pas à pas en réponse à
un signal pulsatoire, ce but étant également de fournir un moteur se mouvant en rotation d'une manière uniforme et exempte de
saccades: une importante performance visée par l'invention con
siste encore à fournir un moteur électrique qui soit de petites dimensions et de faible coût.
Le moteur électrique selon l'invention, destiné à être utilisé pour la conversion de signaux électriques de polarité variante en
un mouvement de révolution, est caractérisé en ce qu'il comprend
un rotor muni de dents régulièrement réparties sur sa surface cir
confèrentielle, et un stator comprenant un ou plusieurs premiers
et un ou plusieurs seconds électro-aimants composites dont chacun comporte deux noyaux de transmission du champ magnétique
disposés prés dudit rotor en face duquel leur surface intérieure
présente des dents, des entrefers subsistant entre les noyaux et le
rotor, des moyens étant prévus pour produire un flux magnétique
de polarisation à l'endroit desdits entrefers, et des moyens étant
également prévus pour moduler en amplitude ledit flux magnéti
que de polarisation en réponse à des variations de polarité desdits
signaux électriques,
lesdites dents des deux noyaux de chaque pre
mier électro-aimant composite étant disposées de manière telle
qu'une partie d'entre elles se trouve déphasée de 180t par rapport
aux dents du rotor pendant que l'autre partie d'entre ces dents est
en alignement avec les dents du rotor, et lesdites dents des deux
noyaux de chaque second électro-aimant composite étant dispo
sées de manière à se trouver, lorsque la relation de phase précitée
est établie entre les dents du rotor et celles des noyaux de chaque
premier électro-aimant composite, déphasées par rapport aux dents du rotor respectivement de 90'' pour une partie des dents des noyaux du second électro-aimant composite, et de 270 pour l'autre partie de ces dents des noyaux du second électro-aimant composite,
lesdits moyens de modulation d'amplitude du flux magnétique étant agencés pour produire un maximum de flux magnétique qui passe de l'un à l'autre des endroits de noyaux ou sont respectées les quatre dites différentes relations de phase entre les dents de noyaux et les dents du rotor pour une position déterminée de celui-ci, ceci de manière telle que ledit maximum, après avoir passé par un de ces quatre endroits et après y avoir amené les dents du rotor en alignement avec les dents de noyaux à cet endroit, passe à un autre de ces quatre endroits où, dans la position du rotor ainsi précédemment atteinte, un déphasage de 90' existe entre les dents du rotor et les dents de noyaux.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, des formes d'exécution du moteur électrique objet de l'invention. Dans ce dessin:
La fig. I est une vue en coupe d'une forme d'exécution d'un moteur électrique, montrant les passages de flux magnétiques produits par des électro-aimants composites.
La fig. 2 est un diagramme représentant, en fonction du temps,
I'évolution des signaux d'entrée appliqués à chacun des électroaimants composites que comprend le moteur de la fig. 1.
La fig. 3 est un diagramme illustrant la modulation d'amplitude d'un flux magnétique de polarisation par un flux alternatif produit par l'application des signaux d'entrée.
La fig. 4 représente schématiquement le moteur de la fig. I dans la situation où les courants des signaux d'entrée appliqués aux électro-aimants composites passent respectivement par un maximum positif et par zéro.
La fig. 5 est une vue similaire à celle de la fig. 4, représentant
le moteur un quart de cycle après l'état correspondant à cette dernière figure, en une situation dans laquelle les courants appliqués aux électro-aimants composites passent respectivement par zéro et par un maximum positif.
La fig. 6 est une vue similaire à celle de la fig. 5 représentant le
moteur dans l'état où il se trouve un demi-cycle après l'état repré
senté à la fig. 4, les courants appliqués aux électro-aimants composites passant alors respectivement par un maximum négatif et par zéro.
La fig. 7 est une vue similaire à celle des fig. 4 à 6, représentant
le moteur trois-quarts de cycle après l'état représenté à la fig. 4,
les courants appliqués aux électro-aimants composites passant
alors respectivement par zéro et par un maximum négatif.
La fig. 8 est une vue en coupe d'une variante d'exécution du
moteur électrique dans laquelle le rotor est magnétisé radialement
pour établir le flux magnétique de polarisation.
La fig. 9 est une vue en plan montrant des moyens pour ajus
ter la relation de phase et l'entrefer entre les dents du rotor et du
stator.
La fig. 10 est une vue fragmentaire en plan montrant des
moyens de couplage magnétique entre les dents du rotor et les
dents du stator, avec une forme particulière de l'entrefer.
La fig. 1 1 est une vue en coupe selon la ligne XI-XI de la
fig. 10.
La fig. 12 est une vue en coupe d'une seconde forme d'exécu
tion d'un moteur électrique, dans laquelle une pluralité d'unités
d'électro-aimants composites est disposée selon un espacement ré
gulier autour de la surface périphérique du rotor.
La fig. 13 est une vue schématique en coupe d'une unité d'élec
tro-aimants composites dont le moteur électrique de la fig. 12
comprend une pluralité.
Les fig. 14 et 14a à 14c sont des représentations schématiques
illustrant la manière dont le rotor se meut en réponse aux vana
tions de polarité des signaux d'entrée.
La fig. 15 est un diagramme réprésentant en fonction du temps
des signaux pulsatoires modulés en amplitude par un signal sinu
soïdal, ces signaux étant appliqués à chacun des électro-aimants
composites.
La fig. 16 montre la forme d'ondes caractéristique des signaux pulsatoires à un instant donné où ils sont appliqués aux électroaimants composites, et
la fig. 17 est une vue schématique en coupe d'un moteur électrique analogue à celui de la fig. 1, avec illustration du cas où des flux magnétiques sont produits par application des signaux d'entrée représentés à la fig. 16.
En considérant la fig. 1 on voit que le moteur électrique comprend un stator 20 et un rotor 10. Sur sa surface périphérique extérieure, le rotor 10 est muni d'un nombre prédéterminé de dents ou pôles 1 1 situés angulairement à égale distance les uns des autres et qui se projettent vers l'extérieur. Par ailleurs, l'assemblage de stator 20, à l'intérieur duquel le rotor 10 est mû d'une manière qui sera mentionnée plus loin, comprend un cadre 21 de forme rectangulaire, formé communément d'une substance magnétisable telle que le fer doux ou le permaloy, et une paire d'électro-aimants composites 22 et 23.
L'électro-aimant composite 22 comprend deux noyaux 24 et 25 de transmission du champ et un barreau 28 autour duquel est bobiné un bobinage 29; I'électro-aimant composite 23 est composé de la même manière que l'électro-aimant composite 22, il comprend deux noyaux conducteurs de champ 26 et 27 et un barreau 30 autour duquel est bobiné un bobinage 31.
Les barreaux 28 et 30 peuvent être formés en une seule pièce avec les noyaux respectivement 24, 25 et 26, 27, bien qu'ils soient, pour des raisons de facilité de fabrication, de préférence constitués chacun d'une pièce séparée. Les bobinages 29 et 31 comportent à leurs deux extrémités des connexions d'entrée, respectivement 36, 37 et 38, 39, connexions auxquelles sont appliqués, en réponse à des instructions d'opération, des signaux électriques tels que des signaux d'entrée sinusoïdaux ou des signaux pulsatoires modulés en amplitude de manière sinusoïdale.
Dans le cas présent, chacun des noyaux 24 et 25 est configuré pour présenter deux extrémités de forme concave dont la surface intérieure est prévue avec des dents et des encoches qui se succèdent alternativement avec le même pas que les dents 1 1 dont est munie la surface du rotor 10.
L'électro-aimant composite 22 est monté de manière fixe sur le bas du cadre 21 de manière telle que la partie inférieure du rotor 10 se trouve entourée par les noyaux 24 et 25 avec un entrefer d, et que de plus, lorsque les dents 12 du rotor 10 voisines du noyau 24 se trouvent en alignement avec les dents 32 de celui-ci (situation qui sera désignée par la suite comme position en phase ), les dents 13 voisines du noyau 25 se trouvent disposées pour être alignées avec les encoches formées entre les dents 33 de ce noyau (situation qui sera désignée par la suite comme position décalée de 180 , ou déphasée d'un demi-pas) > ). On voit d'autre part que l'électro-aimant composite 23 est monté de manière fixe à la partie supérieure du cadre 21 de la même manière que l'électro-aimant composite 22,
excepté le fait que lorsque les dents 12 du rotor sont en phase avec les dents 32 du noyau 24, les axes (ou lignes radiales centrales) des dents de rotor 14 et 15 voisines des noyaux 26 et 27 sont en alignement respectivement avec le flanc droit des dents 34 du noyau 26 et le flanc gauche des dents 35 du noyau 27 (ces situations seront désignées par la suite comme position décalée de 90 ou de 270" , respectivement ou comme position déphasée d'un quart ou de trois quarts de pas respectivement).
Il y a lieu de noter que chacune des dents du rotor qui sont voisines d'un des noyaux 24 à 27 se trouve par rapport aux dents du noyau dont elles sont voisines, dans une même des quatre positions susmentionnées, étant donné que le pas selon lequel les dents se répartissent dans les concavités des noyaux est le même que le pas selon lequel les dents du rotor se répartissent à la surface périphérique de celui-ci.
Le cadre 21 du stator 20, fait, comme on l'a déjà mentionné, d'une substance magnétisable, se trouve magnétisé sous un fort champ magnétique de manière à présenter une polarité magnétique, par exemple la polarité Nord, dans sa portion supérieure (tel que représenté à la fig. 1), et à présenter la polarité magnétique inverse, dans l'exemple la polarité magnétique Sud, dans sa portion inférieure; ainsi le flux magnétique provenant de cette magnétisation passe depuis les noyaux 26 et 27, à travers le rotor 10, jusqu'aux noyaux 24 et 25, comme cela est indiqué par les fle- ches H sur la fig. 1.
L'intensité du flux magnétique ainsi produit et passant à travers le rotor 10 comme mentionné ci-dessus, est ajustée pour être plus grande que celle du flux provoqué par chacun des électro-aimants composites 22 et 23 lorsqu'un signal électrique leur est appliqué par l'intermédiaire des bobinages 29 et 31, comme cela sera expliqué plus loin. Il est à noter que le cadre pourrait être magnétisé de manière à présenter les deux dites polarités magnétiques opposées non pas par utilisation d'une substance magnétisable de manière permanente, mais par l'action d'un électro-aimant. Par la suite, pour la commodité de la description, les bobinages électro-magnétiques 29 et 31 seront considérés comme enroulés dans la direction représentée à la fig. 1.
Le moteur électrique étant ainsi agencé, le rotor 10 reste stationnaire dans le stator 20 pour autant que les électro-aimants composites 22 et 23 ne soient pas alimentés en énergie, c'est-àdire qu'aucun signal électrique ne soit appliqué aux bobinages 29 et 31 respectivement par les connexions 36, 37 et 38, 39; cela provient de ce qu'il n'existe aucune différence affectant les flux magnétiques H produits par la magnétisation permanente du cadre 21 et passant à travers les noyaux 24 à 27 perpendiculairement à la circonférence du rotor 10, comme cela est représenté à la fig. 1. Ensuite, un courant A, variant sinusoidalement avec le temps comme le représente la fig. 2, est appliqué au bobinage électromagnétique 29 tandis qu'un courant B, déphasé de 90' par rapport au courant A, est appliqué au bobinage 31.
Le courant A ainsi appliqué amène un flux magnétique H' (montré en traits pointillés sur la fig. 4), à passer depuis le noyau 24, à travers le rotor 10, jsuque dans le noyau 25 (ou vice versa selon la polarité du courant appliqué), le courant B produisant également un flux magnétique, mais qui est déphasé de 90 par rapport au flux engendré par le courant A. Les caractéristiques des variations des flux magnétiques sont sinusoïdales puisque les intensités de ces flux sont proportionnelles aux courants respectivement appliqués, c'est pourquoi dans l'ordonnée de la fig. 3 on a indiqué également flux magnétique entre parenthèses.
Par ailleurs, le flux magnétique H produit par la magnétisation du cadre 21 continue d'entrer dans chacun des noyaux 24-27 (ou plus exactement, pour deux d'entre eux, continue d'en sortir), de sorte que les flux magnétiques résultant formés dans les entrefers entre le rotor et les noyaux ont des valeurs correspondant à la superposition d'une si nusoide et d'une valeur constante provenant du flux magnétique H; ces valeurs passent par un maximum H + H', et par un minimum H - H', comme cela est représenté à la fig. 3. On notera que l'intensité du flux magnétique H est égale ou supérieure à celui qui provient de l'application des signaux électriques aux bobinages.
A l'instant tl, lorsque le courant A appliqué à l'électro-aimant composite 22 passe par son maximum positif tandis que le courant B est égal à zéro, seul est engendré le flux magnétique H' produit par l'électro-aimant composite 22, flux magnétique qui passe depuis le noyau 25, à travers le rotor 10, jusqu'au noyau 24, comme cela est représenté en traits pointillés à la fig. 4. Il en résulte que les flux magnétiques résultants produits par les électroaimants composites et par la magnétisation du cadre au voisinage de chacun des noyaux 24 à 27 deviennent respectivement: H + H',
H-H', H et H, le plus grand de ces flux magnétiques, H + H', étant produit à l'endroit du noyau 24, là où les dents 12 du rotor sont en alignement avec les dents 32 du noyau, de sorte que le rotor 10 reste en équilibre et n'effectue encore aucun mouvement.
Ensuite, au temps t2, lorsque les courants A et B passent respectivement par zéro et par un maximum positif, un flux magnétique H', engendré électriquement, passe depuis le noyau 26, à travers le rotor 10, jusqu'au noyau 27. Le flux résultant le plus fort,
H + H', est donc produit maintenant dans l'entrefer entre les dents 14 du rotor et les dents du noyau 26. qui sont décalées de 90 (c'est-à-dire déphasées d'un quart de pas) les unes par rapport aux autres: de ce fait les dents 34 du noyau 26 attirent les dents 14 du rotor 10 sur une distance d'un quart de pas et ainsi le rotor effectue une rotation d'un quart de pas dans le sens antihoraire, comme cela est représenté à la fig. 5.
Cette rotation d'un quart de pas du rotor 10 établit une nouvelle relation de phase; on a une position en phase pour le noyau 26, une position déphasée de 180 pour le noyau 27, une position déphasée de 90' pour le noyau 25, et une position déphasée de 270 pour le noyau 24.
Ensuite, au temps t3 où le courant A passe par un maximum négatif tandis que le courant B est égal à zéro, le flux magnétique le plus grand, H + H', se produit à l'endroit du noyau 25 (fig. 6), là où la relation de phase entre les dents est un déphasage de 90 ; cela est dû à la formation d'un flux magnétique, engendré dans l'electro-aimant composite 22, qui part du noyau 24 pour aller dans le noyau 25 en passant par le rotor 10, et cette situation provoque une nouvelle rotation d'un quart de pas de ce rotor 10 dans la même direction que précédemment. II résulte de cette nouvelle rotation d'un quart de pas que l'on a maintenant une relation de phase correspondant à un déphasage de 90- à l'endroit du noyau 27.
Similairement à ce qui s'est passé précédemment, un flux magnétique de valeur supérieure H + H' est produit à l'endroit du noyau 27 (fig. 7) au temps t4 où les courants A et B passent respectivement par 0 et par un maximum négatif; cela amène le rotor à effectuer une nouvelle rotation d'un quart de pas dans la même direction que précédemment.
On comprend aisément que le rotor 10 effectue une rotation d'un pas pour chaque cycle des signaux d'entrée appliqués aux électro- aimants composites 22 et 23, et que ce rotor se meut en rotation d'une manière continue, toujours dans la même direction, en réponse à la répétition d'un cycle de signaux. Par ailleurs, on notera que la direction de rotation du rotor 10 peut être inversée en modifiant la relation de phase des courants appliqués aux électro-aimants composites 22 et 23, ce qui peut être fait notamment par croisement des connexions sur le bobinage d'un de ces électro-aimants composites.
Le flux magnétique H, qui sert à polariser les flux magnétiques produits par l'action des électro-aimants composites, peut, au lieu d'être engendré par une magnétisation permanente du cadre 21 ou par l'utilisation d'un bobinage d'électro-aimant supplémentaire, être produit par une magnétisation radiale du rotor 10, lequel est amené à présenter des pôles N à sa périphérie et des pôles S dans sa portion centrale, comme cela est représenté à la fig. 8.
Dans ce cas, les flux magnétiques de polarisation circulent depuis les pôles N, et reviennent aux pôles S, quittant les noyaux 24 à 27 dans une direction approximativement perpendiculaire au plan de la figure, I'intensité de ces flux se trouvant réduite aux endroits plus éloignés du rotor 10; ainsi les flux magnétiques H ont été représentés sur la fig. 8 comme apparaissant aux environs des entrefers entre les dents du rotor et du stator.
II y a lieu de noter, concernant cette forme d'exécution de la fig. 8, que les flux magnétiques de polarisation apparaissent dans les noyaux 26 et 27 selon une direction opposée à celle dans laquelle ils apparaissaient lorsque la magnétisation de polarisation provenait, comme c'était le cas dans la forme d'exécution selon la fig. 1, d'une magnétisation du cadre 21 amené à présenter des pôles permanents N et S. II apparait toutefois bien clairement que le rotor 10 peut être mû en rotation dans une direction en réponse à l'application aux électro-aimants composites 22 et 23 de signaux électriques déphasés de 90- I'un par rapport à l'autre, pourvu que, lorsque les dents 32 du noyau 24 sont en phase avec les dents 12 du rotor.
les dents 34 du noyau 26 soient déphasées de 270 par rapport aux dents du rotor et les dents 35 du noyau 27 soient dé phasées de 90 par rapport aux dents du rotor.
En vue d'obtenir effectivement les caractéristiques susmentionnées du moteur électrique en question, il est d'une grande importance d'établir avec précision les relations de phase prédéterminées de chacune des dents des noyaux avec les dents du rotor, et en même temps d'établir avec précision l'ajustement des entrefers entre ces dents. Dans ce but, comme le montre la fig. 9, chacun des noyaux 24 à 27 présente à ses deux extrémités des fenêtres allongées tangentiellement 42 et 43, de même que, dans sa partie centrale, une fenêtre allongée radialement 44. Des tétons excentriques 45 et 46 sont insérés dans les fenêtres (ou ouvertures) 42 et 43, respectivement, de manière à permettre l'ajustement des relations de phase et des entrefers entre les dents du rotor et les dents du stator.
Chacun des noyaux 24 à 27, après avoir été ajusté, est assuré de manière fixe sur un membre support adéquat, au moyen de vis 40 et 41.
Dans les formes d'exécution précédemment mentionnées. les dents du stator, lorsqu'elles ont avec les dents du rotor une relation de phase comportant un certain décalage, se trouvent à une certaine distance de ces dents du stator, comme cela est visible aux fig. 1 et 8. On a de ce fait un certain désavantage en ce sens que le moteur électrique a plus de dispersion de flux magnétique et donc davantage de perte magnétique, excepté à l'endroit où les dents du rotor et du stator se trouvent juste en face les unes des autres (en alignement). Ceci les rend moins adéquates pour un usage en tant que moteur de très faibles dimensions.
Les fig. 10 et 11 illustrent une autre variante d'exécution des moyens pour le couplage magnétique du rotor avec le stator, cette variante éliminant le désavantage susmentionné. Dans cette forme d'exécution préférée, chacune des dents 11 du rotor présente à sa surface extérieure une rainure 62 en forme de U ou de U à fond plat , de sorte que chacune des dents du stator peut passer à travers cette encoche. Comme le montre la fig. Il, des projections 60 et 61 viennent de part et d'autre de l'extrémité de la dent de stator 63, et en conséquence on a moins de perte magnétique et de dissipation de puissance, du fait de l'agrandissement des aires où les dents du rotor et du stator se font face.
Par ailleurs, on comprendra aisément que le même effet susmentionné pourrait aussi bien être obtenu par une manière légèrement différente de coupler les dents du stator avec les dents du rotor, manière différente qui consisterait à prévoir les rainures dans les dents du stator, les dents du rotor pouvant alors passer à travers ces rainures.
La fig. 12 représente une autre forme d'exécution du moteur électrique selon la conception ci-décrite. Cette autre forme d'exécution comprend un stator 70 de construction creuse et de section circulaire, et un rotor 71 disposé coaxialement au stator 70 avec un entrefer d, et monté de manière rotative autour d'un arbre 72.
Similairement à ce qu'il en était pour la première forme d'exécution décrite, le rotor 71 est muni d'un nombre prédéterminé de dents 73 disposées en espacement angulaire régulier sur la surface circonférencielle du rotor. Par ailleurs, sur la surface circonférentielle intérieure du stator 70, se trouvent placés, en répartition régulière, une pluralité d'électro-aimants composites 74 dont chacun comprend un barreau 75 de fer doux ou de permaloy fixé contre la surface intérieure du stator 70 par une vis 76, deux aimants permanents 77 et 78 fixement montés sur le barreau 75 de manière telle que les pôles magnétiques de ces aimants 77 et 78 qui touchent le barreau 75 soient inverses l'un de l'autre, et un électroaimant comprenant deux noyaux conducteurs de champ magnétique 79 et 80 à travers lesquels un bobinage 81 est bobiné.
Comme on peut le voir le mieux sur la fig. 13, la surface intérieure de chacun de ces noyaux présente une pluralité de dents ayant chacune la même largeur et le même pas que les dents de rotor 73. Ces dents de stator se présentent avec une relation de phase telle que, dans l'électro-aimant composite 74a, lorsque les dents de gauche 95 du noyau 79a sont en phase avec les dents du rotor 85, les dents de droite 96 de ce noyau sont déphasées de 180 ¯ avec les dents du rotor 86, tandis que les dents gauches et droites 97 et 98 du noyau 80a sont respectivement en phase et déphasées de 180 par rapport aux dents de rotor 87 et 88;
d'autre part, pour l'électro-aimant composite voisin 74b, les dents de gauche 99 et 101 des noyaux 79b et 80b sont disposées de manière à être déphasées de 90 par rapport aux dents 89 et 91 du rotor, tandis que les dents de droite 100 et 102 des noyaux 100a et 102a sont déphasées de 270 par rapport aux dents de rotor respectivement 90 et 92. Ensuite, les électro-aimants composites sont alternativement disposés une fois d'une manière correspondante à la disposition de l'élec- tro-aimant composite 74a (avec la même relation de phase que celui-ci entre les dents des noyaux et les dents du rotor). et une fois d'une manière correspondante à la disposition de l'électro-aimant composite 74b (avec la même relation de phase que celui-ci entre les dents des noyaux et du rotor).
On comprend donc bien que la pluralité d'électro-aimants composites 74a. 75b. 74c, 74d, etc., représentés à la fig. 12 constitue une pluralité d'unités qui comprennent chacune un couple d'électro-aimants composites semblable au couple 74a, 74b, fournissant la relation de phase prédéterminée mentionnée plus haut.
Dans le moteur électrique ainsi construit, le flux magnétique H de polarisation est produit par la paire d'aimants permanents 77a et 78a, pour chaque électro-aimant composite, de manière telle que ce champ H part du pôle N de l'aimant 77a, passe à travers le noyau 79a et le rotor 71, pour retourner à travers le noyau 80a au pôle S de cet aimant 77a, après renforcement par passage à travers l'aimant 78a qui est ainsi disposé en série avec l'élément 77a.
Ainsi un flux magnétique dirigé de haut en bas (par rapport à l'illustration de la fig. 13, et en admettant le sens N-S) apparaît dans l'entrefer entre le rotor et le noyau gauche 79 de chaque électro-aimant composite, tandis qu'un flux magnétique dirigé de bas en haut (avec les mêmes conventions) apparaît dans l'entrefer entre le rotor et le noyau droit 80 de chaque électro-aimant composite, cette situation étant illustrée à la fig. 14.
En vue de faire fonctionner le moteur électrique, un signal électrique variant sinusoïdalement avec le temps. comme représenté en A à la fig. 2, est appliqué aux bobinages de chacun des électro-aimants 74 et des autres électro-aimants correspondant à celui-ci selon l'alternance (modulo 2) mentionnée plus haut, tandis qu'un signal électrique B, déphasé de 907 par rapport au signal A, est appliqué aux bobinages des autres électro-aimants composites (un électro-aimant recevant le signal A, le suivant le signal B, le suivant de nouveau le signal A, le suivant le signal B, et ainsi de suite...).
Ainsi un flux magnétique H' de direction horaire ou antihoraire est produit à l'intérieur et au droit de chaque noyau, la direction de ce flux dépendant de la polarité du signal électrique: elle sera par exemple antihoraire pour chaque noyau gauche des électro-aimants composites 74a, 74c, etc.. et horaire pour chaque noyau droit des électro-aimants composites 74b, 74d, etc., à un instant donné, comme le montre la fig. 14.
En conséquence, le flux magnétique de polarisation H, provenant des aimants permanents, est modulé par le flux magnéti
que H' produit par les électro-aimants composites dans et devant
les noyaux de ceux-ci, cette modulation dépendant de l'amplitude du signal appliqué, comme représenté à la fig. 3. Dans ce cas l'intensité du flux magnétique H' est adaptée pour être égale ou infé
rieure à celle du flux magnétique H, comme cela était déjà le cas
avec la première forme d'exécution précédemment mentionnée.
Au temps tl, lorsque les courants A et B passent respective
ment par un maximum positif et par zéro, les flux magnétiques
horaires et antihoraires se développent dans les noyaux respective
ment 79a et 80a, sans apparition d'un tel flux magnétique dans les
autres noyaux. Ainsi le flux magnétique résultant dans chacun des
noyaux 79a à 80b devient H + H' aux dents de noyaux 95 et 97,
H-H' aux dents de noyaux 96 et 98, et H à toutes les autres
dents de noyaux, comme on le voit à la fig. 14a. Le flux magnéti
que le plus important, H + H', est ainsi produit à l'endroit des en
trefers entre les dents de noyaux 95 et 97 et les dents de rotor 85
et 87 qui sont en correspondance de phase l'une avec l'autre, et il
ne se produit donc pas encore de mouvement du rotor 71.
Après
écoulement d'un quart de cycle, c'est-à-dire au temps t2, lorsque
les courants A et B passent respectivement par zéro et par un
maximum positif, les flux magnétiques horaires et antihoraires apparaissent dans les noyaux 79b et 80b, ce qui amène le flux magnétique résultant le plus grand, (H + H'), à l'endroit des entrefers entre les dents de noyaux 79 et les dents de rotor 89 et entre les dents de noyau 101 et les dents de rotor 91, endroits où la relation de phase entre les dents était un déphasage de 90 depuis le pas précédent.
Il en résultera donc que le rotor 71 tournera d'un quart de pas en direction horaire (c'est-à-dire vers la droite relativement à l'illustration de la figure) jusqu'à ce que les dents de noyaux 99 et 101 soient en alignement avec les dents de rotor, établissant une nouvelle relation de phase entre les dents (fig. 14-b), les dents de noyaux 96 et 98 venant maintenant en position de décalage de 90 par rapport aux dents du rotor. Similairement, après un quart de cycle, les noyaux 79a et 80a sont magnétisés électromagnétiquement de sorte que le flux magnétique le plus grand H + H' est produit dans la portion de droite des noyaux 79a et 80a, ce qui amène le rotor 71 à tourner de nouveau d'un quart de pas en direction horaire jusqu'à ce que se présente la relation de phase suivante (fig. 14-c).
Enfin. au temps t4 correspondant à trois quarts de cy cle. les noyaux 79b et 80b sont magnétisés. comme le montre la fig. 14-d, amenant le flux magnétique le plus grand dans la portion de droite de ces noyaux, le rotor étant de ce fait amené à se mouvoir encore une fois d'un quart de pas dans la même direction, ce par quoi le rotor aura achevé une rotation d'un pas, correspondant à un cycle du signal électrique. Ensuite, le rotor 71 continuera à se mouvoir en rotation en réponse à la répétition de ce cycle de signaux.
Il y a lieu de noter que, dans cette forme d'exécution. le rotor 71 peut être amené à se mouvoir dans l'autre direction en ajustant la précession de phase des signaux électriques appliquée aux électro-aimants composites. ce qui peut se faire notamment par croisement des connexions de l'enroulement d'un de ces électroaimants composites sur deux. On notera aussi que le rotor 71 pourrait être magnétisé radialement d'une manière similaire à ce qui a été vu pour la première forme d'exécution, de manière à se mouvoir en rotation de façon continue en réponse à l'application de signaux électriques de polarités variables, cette magnétisation radiale du rotor 71 remplaçant les aimants permanents 77, 78 de polarisation du flux magnétique.
Il y a lieu égalment de bien comprendre que les moyens de couplage magnétique entre les dents du rotor et du stator. représentés aux fig. 10 et 11, peuvent aussi être prévus dans cette seconde forme d'exécution selon les fig. 12 à 14, afin d'y apporter le même avantage. De même. les moyens d'ajustement qui sont utilisés pour tirer le maximum d'avantages de la présente conception par ajustement exact des relations de phase entre les dents du rotor et les dents des noyaux, et ajustement exact aussi de l'entrefer entre ces dents, peuvent fort avantageusement être appliqués dans cette seconde forme d'exécution selon les fig. 12 à 14, malgré que cela ne soit pas expressement représenté au dessin.
Il ressort de ce qui précède que le moteur électrique en question se meut en rotation d'une manière continue en réponse à un changement de polarité de signaux électriques appliqués aux électro-aimants composites. Ainsi, on peut effectivement dire que le moteur électrique en question est un moteur commandé par fréquence électrique .
Un autre avantage du moteur électrique ci-décrit consiste en ce que celui-ci peut être mû pas à pas, avec une plus grande préci
sion, en divisant les signaux d'entrée appliqués en ondes pulsatoires, plus exactement en ondes pulsatoires modulées sinusoïdalement en amplitude, comme cela est représenté à la fig. 15.
Suppo
sons qu'un signal pulsatoire ayant la forme représentée en A à la fig. 16, de même qu'un signal B déphasé de 90- par rapport au si
gnal A de la manière représentée à la fig. 16, soient appliqués respectivement aux électro-aimants composites 22 et 23 de la pre
mière forme d'exécution mentionnée; on voit qu'un flux magnéti
que H'sin wt se présente dans la voie passant depuis le noyau 25,
à travers le rotor 10, jusqu'au noyau 24, tandis qu'un flux magné
tique H'cos wt se présente dans la voie passant depuis le noyau 26 à travers le rotor 10 jusqu'au noyau 27, H' étant le flux magnétique maximum produit, w étant la fréquence circulaire (2 n f) de l'onde sinusoïdale modulant l'amplitude de l'onde pulsatoire, et t étant le temps où les impulsions se produisent.
Pour des raisons de commodité, on admettra que cent impulsions sont produites durant chaque cycle du signal, bien que cela puisse être modifié en changeant la fréquence des impulsions. Il en résulte qu'une impulsion est produite chaque
EMI5.1
Au temps tl, comme le montre la fig. 16, le flux magnétique produit par l'electro-aimant composite 22 passe par la valeur maximum H', aucun flux magnétique n'étant produit par l'électro-aimant composite 23. Il en résulte qu'un flux magnétique H + H' est produit dans le noyau 24, à l'endroit duquel les dents 12 du rotor se trouvent en alignement (en phase) avec les dents 32 du noyau, comme le montre la fig. 1; aucune rotation du rotor 10 ne se produit donc.
Au temps t2, lorsqu'une impulsion s'est produit après un délai de temps égal à
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les flux magnétiques produits dans les entrefers entre le rotor et chacun des noyaux sont, comme le montre la fig. 17,
H + H' sin wt2 à l'endroit du noyau 24, H-H'sin wt2 à l'endroit du noyau 25, H + H'cos wt2 à l'endroit du noyau 26, et H-
H'cos wt2 à l'endroit du noyau 27.
Ainsi, comparé avec l'état qui se présentait au temps tl, le noyau 26 dont les dents sont déphasées de 901 par rapport aux dents du rotor est sujet à un flux aug menté de H'cos wt tandis que le noyau 24, dont les dents sont en phase avec celles du rotor, est sujet à un flux diminué de H' (1 sin wt), c'est-à-dire qu'il a passé de la valeur H + H' à la valeur H + H'sin wt. De ce fait, le rotor 10 est poussé à effectuer dans le sens antihoraire une rotation pas à pas à raison de 1/100 de pas.
L'impulsion suivante qui se produit au temps t3 (fig. 16) provoque une augmentation du flux magnétique dans le noyau 26 et une diminution du flux magnétique dans le noyau 24, ce dont résulte une nouvelle rotation du rotor 10 de 1/100 de pas en direction antihoraire. Lorsque l'on en arrive au temps t,, plus aucun signal n'est appliqué à l'électro-aimant composite 22 tandis qu'un signal d'amplitude positive maximum est appliqué à l'électrnaimant composite 23, ce qui aura amené le rotor d'un quart de pas pour atteindre une position similaire à celle représentée à la fig. 5.
Ensuite, le rotor 10 continue à se mouvoir en rotation par avances discrètes, à raison de 1/100 de pas chaque f fois, dans la direction antihoraire en réponse à chaque impulsion produite, ce qui finalement produit une rotation d'un pas pour un cycle. Il apparaîtra avec évidence pour l'homme de métier que le rotor 71 du moteur électrique selon la seconde forme d'exécution (fig. 12 à 14) peut être mû en rotation de la même manière en réponse à des signaux pulsatoires similaires appliqués aux électro-aimants composites.
Le moteur électrique en question peut être actionné par l'intermédiaire de circuits de sortie d'un ordinateur, de la maniére suivante: les signaux de sortie fournis par l'ordinateur sont convertis par un analyseur digital différentiel en signaux pulsatoires correspondant à des informations telles que la vitesse, I'accélération ou la distance, et ensuite ces signaux pulsatoires sont convertis en une information de fréquence à l'aide d'un convertisseur continu-alternatif , les signaux de vitesse, d'accélération et de distance, étant, par exemple, altérés pour fournir respectivement une fréquence, une différentielle de fréquence, et une intégrale de fréquence, relativement à un signal sinusoïdal analogique.
Les signaux analogiques engendrés par le convertisseur continu-alternatif sont amplifiés suffisamment pour qu'ils puissent entraîner le moteur électrique, puis ils sont appliqués à celui-ci. Ainsi, la division d'un cycle des ondes sinusoïdales améliore la précision du mouvement de révolution du moteur électrique.
Comme on vient de le voir, le moteur électrique selon la pré
sente conception comprend un stator muni d'une pluralité d'élec
tro-aimants uniformément disposés autour d'un rotor et capables
de produire des flux magnétiques de polarisation et d'action alter
native afin de commander la révolution du rotor, de sorte que ce
dernier peut être mû en rotation d'une manière douce et stable en
réponse à l'application de signaux électriques. De plus, le moteur électrique en question est commandé avec un haut degré de préci
sion, avec une vitesse proportionnelle à la fréquence des signaux
d'entrée, ou en fonctionnement pas à pas en réponse à des signaux divisés à la manière d'impulsions, ce qui permet une commande
très exacte de la rotation et du positionnement du moteur électri
que en liaison avec un ordinateur.
On notera de plus que le mo
teur électrique en question peut être constitué d'une unité ou d'une pluralité d'unités d'électro-aimants composites. de sorte que
son coût est faible et qu'il peut avoir de très petites dimensions.
comparées avec les moteurs électriques.
Il est clair que certaines modifications peuvent être envisagées dans le moteur électrique décrit ci-dessus sans pourtant se départir de la conception divulguée précédemment; tout ce qui a été décrit ci-dessus ou représenté dans ce dessin annexé doit être compris d'une manière illustrative et non pas limitative.