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Linvention concerne un moteur synchrone à induction par.- fectionné et plus particulièrement un tel moteur auquel la construc. tion spéciale du rotor confère des caractéristiques de fonctionne- ment améliorées.
Dans les moteurs à réluctance connus à ce jour, l'accélé- ration jusqu'à la pleine vitesse repose sur le principe de l'induc- tion ; ces moteurs utilisent comme force motrice principale le cou- ple de freinage d'un moteur synchrone sans excitatrice et tournent à une vitesse synchrone. De tels moteurs se caractérisent en géné- ral par de très faibles facteurs de puissance et ou par cle faibles rendements. Il en résulte que les moteurs à réluctance sont de plus grandes dimensions que les moteurs à induction de même puis- sance.
Dans les moteurs à réluctance connus, on utilise des rotors dont on a enlevé certains éléments périphériques de manière
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à former des pôles en saillie. Dans certains types de moteurs à réluctance, des fentes profondes sont prévues dans le rotor pour commander le passage du flux magnétique dans le rotor. Un noteur à induction synchrone avec rotor complètement segmenta, coupe à sa périphérie de fentes sensiblement parallelépipédiques qui s'éten dent dans le sens axial réalise cependant un ensemble dont les ca- ractéristiques de fonctionnement sont très nettement meilleures que celles de n'importe quel autre moteur à réluctance connu de même puissance de régime.
Ces caractéristiques sont le facteur de puissance, le rendement, le couple maximum ou de démarrage et le couple de freinage. L'amélioration d'ensemble des caractéristiques de fonctionnement, qui résulte de l'incorporation de ce type de rotor dans le moteur, permet d'établir un moteur à induction syn- chrone dans un bâti ou carcasse nettement plus petit que pour des me- teurs à réluctance de même puissance actuellement'connus.
Un moteur à induction de type courant combiné avec une carcasse de dimensions restreintes, et avec un rotor subdivisé par des fentes, constitue un ensemble plus économique et de construc- tion plus facile que n'importe quel moteur à réluctance connu de même puissance.
Un premier but de l'invention est donc d'établir un mo- teur à induction de dimensions réduites, plus économique et de construction plus aisée que les moteurs à réluctance actuels de même puissance.
Un autre but de l'invention est d'établir un moteur syn- chrone à induction dont l'ensemble des caractéristiques de fonc- tionnement, savoir, le couple de démarrage, le¯rendement et le fac- teur de puissance est supérieur à une combinaison quelconque des dites caractéristiques correspondant aux moteurs à réluctance ac- tuels de même puissance nominale.
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Conformément à la présente invention, un moteur synchro- ne à induction comportant un stator et un rotor, monté rotatif au- tour de l'axe du stator et constitué par un noyau magnétique cylindrique formé d'un certain nombre de serments séparés répartis dans une circonférence et muni de fentes d'enroulement disposées parallèlement à l'axe du rotor,- consiste essentiellement en ce que les segments sont séparés par des fentes radiales de division et que la surface cylindrique de chaque segment comporte une fente de largeur uniforme s'étendant axialement, les fentes d'enroule- ment et les fentes de division étant remplies d'une substance con- ductrice non-magnétique et interconnectée aux extrémités du rotor, de manière à former un montage de rotor en cage d'écureuil.
Dans ce qui suit, on désigne par "axes directs" les axes des pôles du rotor et par "axes en quadrature", les axes bissec- teurs desdits axes des pôles.
La description ci-après, de diverses formes de réalisa- tion de l'invention, en montrera d'autres caractéristiques, avec référence aux dessins schématiques ci-joints.
Dans ces dessins :
Fig. 1 est une section transversale d'un mode d'exécution préféré du moteur, dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation et montrant le trajet du flux magnétique axial direct ;
Fig. 2 est une section transversale du moteur de figure 1, avec son rotor dans une position différente montrant -le trajet du flux magnétique axial en quadrature;
Fig. 3 est une vue en perspective du rotor, après enlè- vement d'une partie du disque terminal et du dispositif de cercla- ge en bout; Fig. 4 est un diagramme représentant la variation du fac- teur. de puissance du rendement et du couple de démarrage en fonc-
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@ tion du pourcentage d'extension polaire.
Fig. 5 représente une variante du feuilletage d'un rotor non segmenté.
Fig. 6 montre une modification d'un rotor feuilleté., dans lequel les segments sont connectés au bord extérieur des fen- tes radiales, Fig. 7 représente une variante de rotor feuilleté, où. les segments sont connectés au bord intérieur des fentes radiales.
Fig. 8 montre une autre forme de rotor feuilleté compor- tant un dispositif central reliant un segment sur deux.
Fig. 9 représente une vue en perspective du rotor feuil- leté de Figure 8.
Comme représenté aux dessins, le moteur à induction syn- chrone 10 comporte un stator 11 du type usuel dans les moteurs à induction, un rotor 12 pouvant être mis en rotation par rapport au stator 11 et un arbre 13 sur lequel est monté le rotor 12.
Le rotor est constitué par un noyau magnétique cylindri- que 15 de préférence feuilleté, divisé en un certain nombre de seg- ments 16 décalés suivant une circonférence et séparés les uns des autres par des fentes radiales 17 et par un alésage 18. Comme on le voit en fig. 5, des feuilles non segmentées peuvent être inter- calées de place en place dans le noyau magnétique 15 pour aider à la fixation des segments 16 entre eux. Les fentes de division 17 s'étendent de l'alésage 18 jusqu'à la périphérie du noyau et peuvent être remplies de n'importe quelle substance appropriée non-magnéti- que, électriquement conductrice.
Mais, comme représente, il est cependant préférable de munir les fentes de division 17 de cales d'espacement 20, en substance non -magné tique, de préférence du lai- ton, dans la partie interne des fentes 17, et de remplir d'alumi- nium le reste de l'espace libre. A chacune des extrémités du ro-
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tor 12, ces calfs d'espacement 20 sont reliées entre elles par un disoue 21 en laiton ou autre substance métallique. L'arbre 13 on peut être/une substance magnétique ou non magnétique, tel que de l'acier inoxydable.
Lorsque 1.'arbre 13 est en une substance magné- tique, un manchon non-magnétique 22 de préférence du laiton, est inséré entre l'arbre 13 et l'alésage 18 du noyau magnétique 15, afin d'isoler magnétiquement l'arbre 13 des segments 16 du noyau magnétique 15.et de coopérer avec les fentes radiales 17, pour iso- ler magnétiquement les segments les uns des autres.. Une rainure 23 s'étendant axialement, de profondeur sensiblement uniforme., est taillée sur la surface cylindrique 25 de chacun des segmenta.
La profondeur des rainures 23 est suffisante pour réduire sensiblement le flux magnétique en quadrature. Dans le mode d'exé- cution proféré représentée la profondeur des rainures 23 est égale à celle des fentes d'enroulement 26. La longueur d'arc 27, des rainures 23, .oeuf varier entre 45 % et 55% de celle de l'arc de cercle 28 des -segments 16, mais, comme indiqua il est préférable que l'arc 27 soit sensiblement égal à 50% de l'arc 28. Desrainu- res adjacentes 23 définissent entre elles les pôles en saillie 30, lesquels sont uniformément espacés, une fente radiale de division 17 bissectant chaque pôle en saillie 30.
Les fentes de division radiales 17 se trouvent suivant les axes directs 31 du flux d'en- tre-fer, et les fentes axiales 23 sont disposées selon les axes en quadrature 32 du flux d'entre-fer, chaque rainure 23 étant placée symétriquement par rapport à un axe 32.
Sur le rotor, la longueur d'arc périphérique, entre doux axes 32 successifs, est le pas des pôles. L'ouverture polaire 35 est la longueur d'arc de l'épanouissement du pôle saillant 30. Le pourcentage d'ouverture polaire du rotor est égal au produit pc.r 100 du quotient de l'ouverture polaire par le pas de pole.
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Les parties en saillie des segments 16 forment les pâles saillants 30 et sont munies sur leur pourtour de fentes d'enroule- ment 26 oui s'étendent dans .le sens axial. Ces fentes d'enroule- ment 26 et les rainures axiales 23, sont remplies d'une substance conductrice non-magnétique et sont aux extrémités du rotor, reliées entre elles ainsi qu'aux fentes de division 17 par des bagues 36, de manière à former un enroulement en cage d'écureuil. Les bagues 36 sont faites de la même substance que les barres des rainures et fentes et elles sont fixées par dessus les disques 21 reliant les calos non-magnétiques d'espacement 20. Des ailettes de ventilateur 38 peuvent *être venues de fonderie avec les bagues 36. L'enroule- ment 37, donne au moteur les bonnes caractéristiques de démarrage d'un moteur à induction.
Un moteur muni de cet enroulement 37 a également de bonnes caractéristiques de synchronisation.
Le meilleur moyen de construire ce rotor 12 consiste à remplir les fentes de division 17, les fentes d'enroulement 26 et les rainures axiales 23, d'une même substance non-magnétique et conductrice de courant - de l'aluminium, de préférence. Le rotor peut être ainsi fondu en une seu.-j. opération, l'aluminium étant logé autour des segments feuilletés l6 du noyau, de manière à for- mer un rotor cylindrique et réduisant ainsi au minimum les pertes par enroulement du moteur.
Lorsque le moteur doit fonctionner à grande vitesse, le rotor 12 peut être fixé à des plaques 39 non-magnétiques et les segments 16 peuvent être fixés à l'arbre 13 par des écrous 40 non- magnétiques..-
Ce moteur est prévu pour fournir un couple de démarrage élevé, tout en maintenant lo facteur de puissance et le rendement au voisinage de leurs maxima respectifs. Ceci est indiqué par les courbes de Figure 4, où le couple de démarrage 41, le rendement 42,
A
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et le facteur de puissance 43, sont reportes en fonction du pour- centage d'ouverture polaire du rotor.
Le couple de démarrage du moteur est une fonction de la réactance suivant l'axe direct et suivant l'axe en quadrature du circuit magné tiqua. Le couple de démarrage (C.D.) est proportionnel au produit par une constante (k) de la différence entre l'inverse de la. réactance selon l'axe en quadrature (xq0 et l'inverse de la réactance selon l'axe di- rect (xd):
EMI7.1
Pour obtenir le couple do démarrage maximum, la reactane de l'axe en quadrature doit être ramenée au minimum., tandis que l'on maintient au maximum la réactanco de l'axe direct. La réac- tance est proportionnelle au flux magnétique. C'est pourquoi, pour approcher du minimum de réactance dans l'axe en quadrature) le flux magnétique suivant cet axe doit être réduit au minimum.
Le flux magnétique suivant l'axe en quadrature du rotorpeut âtre ré- duit en augmentant la réluctance suivant le trajet dudit flux. les rainures axiales 23 et les fentes de division axiales 17 dans ce rotor 12 accroissent la réluctance sur le trajet du flux magnétique selon les axes en quadrature et diminuent de ce fait ledit flux.
La réactance suivant l'axe en quadrature est donc diminuée. Quant au flux selon l'axe direct, il n'est guère influencé ni par les fontes de division 17, ni par les rainures axiales 23. La réactanc' suivant cet axe reste donc à peu près constante.
La présence dans le rotor 12, des rainures axiales 23 et des fentes de division 17 provoque une différence plus grande entre les réactances suivant l'axe en quadrature et celle suivant l'axe direct. Il en résulte un accroissement du couple de démarrage.
La longueur d'arc des rainures axiales 23 est choisie de
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telle manière que le moteur conserve un couple de démarrage élevé en fonctionnant au voisinage de ses maxima de facteur de puissance et de rendement. Dans ce rotor 12, la longueur d'arc des rainures axiales 23 doit être comprise entre 45% et 55 '; de celle des seg- ments 16 pour réaliser un moteur à induction synchrone ayant li combinaison des caractéristiques nécessaires pour un fonctionnement économiquement avantageux,
Dans le feuilletage représenté à la Figure 6, les seg- ments l6 se rejoignent à l'extrémité extérieure de la fente de di- vision 44 par des ponts 45 saturables magnétiquement.
Un tel mon- tage permet d'établir le feuilletage en une seule pièce, ce qui accroît la résistance mécanique du rotor, sans affecter sensible- ment les caractéristiques de marche du moteur.
Dans la variante de figure 7, les segments 16 sont réunis à l'extrémité de la fente de division 46 voisine de l'arbre, par le moyen de ponts 47 saturables magnétiquement. Dans cette variante, la fente de division s'évase à mesure qu'elle serapproche du pont saturable magnétiquement 47,accroissant ainsi la réluctance à tra- vers la fente de division 46 pour compenser la chute de réluctance provoquée par le pont 47 à traversladite fente 46. En évasant cette dernière à mesure qu'elle se rapproche de l'alésage du rotor, on accroît la longueur du pont 47 en travers de la fente de divi- sion auprès de l'arbre. Il se produit davantage de réluctance au travers du pont 47 large et étroit réunissant les segments par pon- tage d'une fente radiale évasée, qu'à travers un pont plus court mais non évasé.
De ce fait, la réluctance à travers la-fente de séparation est encore accrue davantage, du fait de l'emploi d'une fente évasée au lieu d'une fente de section constante. Un disposi- tif da feuilletage avec segments reliés entre eux par des ponts peut être réalisé en une seule pièce, donnant ainsi un rotor de
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plus grande résistance mécanique.
Dans une autre variante de feuilletage, représentée on Figure 8, la feuille 111 entoure une âme centrale ou élément annu- 3.aire 112, de nombres égaux de segments 113 et 113(a) et une jante périphérique ou élément annulaire 114. Deux segments adjacents 113 et 113(a) sont séparés par une fente radiale 116, Les segments non adjacents 113 ont leurs extrémités internes réunies à la péri- phérie de l'âme centrale 112. Les segments restants 113(a) sont écartés radialement de l'âme centrale 112 par des fentes 117 en forme d'arc de cercle. On donne do préférence à la fente 117 en forme d'arc la même largeur qu'aux fontes radiales 116 de division.
Chaque segment 113, 113(a) présente des portions en saillie 118, 118(a) qui sont adjacentes aux fontes de division 116 et sont sé- parées par une rainure 119. La longueur d'arc 121 de la rainure 119 sous-tend de préférence entre 45% et 55 % de l'angle 122 du secteur correspondant à un segment 113 ou 113(a). Les parties saillantes 118 et 118(a) des segments 113 et 113(a) comportent des fontes d'enroulement 123, réparties sur la circonférence et s'é- tendant radialement. L'élément annulaire ou jante 114 réunit les parties saillantes 118, 118(a) en formant un feuilletage annulaire.
Le rotor 124 de Figure 9 est constitué par une sério de feuilletés 111 montés sur un axe comme on le voit à la Figure 8.
Les rainures 119 et les fentes 116, 117, 123 sont alignées axiale- ment et remplies d'une substance non-magnétique conductrice.,de préférence de l'aluminium. Un anneau 126 assure l'interconnexion de la substance qui remplit les fentes 116, 117, 123 et les rainu- res 119, aux extrémités du rotor 124, de manière à réaliser un mon- tage en cage d'écureuil 127.
Le rotor 124 est monté sur'un arbre et passé au tour pour enlever la jante 114 de/périphérie du rotor et pour segmenter les éléments de chaque feuilleté.
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établis Le rotor peut comporter des cerclages non magnétiques 128, /pour maintenir les segments entre eux et empocher leur dépla- cement radial sous 1* effet de la force centrifuge engendrée dans le rotor pondant un fonctionnement à grande vitesse.
Dans un roter magnétique, le flux chemine le long de la . ligne de moindre réluctance, Conformément à l'invention, ce che- minement à travers le feuilletage est réglé, en augmentant la ré- luctance aux points où l'on veut éviter le passage du flux magnéti- que. Dans le montage feuilleté des Figures 8 et 9,les fentes 116,
117 et les rainures 119 ont une largeur et une profondeur suffisan- tes pour que le flux magnétique qui les traverse se maintienne au minimum et sont dans des positions telles qu'elles permettent de régler le passage du flux magnétique dans le feuilletage. Les fen- tes de division 116, sont reliées aux fentes en arc 117, pour iso- ler magnétiquement les uns des autres les segments 113, 113 (a).
Le passage de flux magnétique par l'âme centrale 112 d'un segment
113 à un autre segment 113 non adjacent, est négligeable, car ce chemin relativement long a une réluctance supérieure à celle du chemin entre les parties saillantes 118, 118(a) du même segment qui sont de polarité opposée. Il en résulte que le parcours de moindre réluctance du flux magnétique est entre los parties sail- lantes d'un même segment, et que les pôles du rotor se concentrent dans les parties saillantes du feuilletage.
Dans le noyau feuilleté 111 du rotor des variantes re- présentées aux Figures 8 et 9. l'âme "ou bague centrale 112 assure un montage convenable du rotor sur l'arbre . Les segments adja- cents sont isolés magnétiquement l'un de l'autre, par les*fentes radiales de division et par les fentes en arc, éliminant ainsi la nécessité de manchon ou arbres non magnétiques pour assurer l'iso- lement magnétique des segments. La suppression dos paliers ou @
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manchons non-magnétiques entre le rotor et l'arbre, diminue ou évite même entièrement tout glissement du rotor sur l'arbro, ce qui se produit parfois avec des paliers on aluminium, à cause de la déformation do l'aluminium lorsque le palier est monté à force sur le rotor.
Un segment sur deux étant fixé à le. bague centrale entourant le rotor ne peut glisser sur cet arbre en casd'un dé- placement possible des segments du rotor s'écartant de l'arbre ou du palier lorsque l'aluminium se dilate sous l'effet de la chaleur dé- gagée dans le rotor.
La jante périphérique maintient les segments assemblés entre eux lors du martiçage/noyau/rotor. On enlève la jante péri- phérique pour dégager les segments du noyau du rotor, en usinant au tour le rotor monté, après matriçage du noyau du rotor. Cette segmentation du rotor opérée dans ces conditions ne nécossite au- cune opération supplémentaire, mais exige seulement l'enlèvement par usinage d'un pou de matière lorsqu'on passe le rotor au tour pour obtenir,entre le rotor et le stator, un entre fer ou ospace d'air de l'épaisseur exactement désirée.
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The invention relates to a par.- fectionne synchronous induction motor and more particularly to such a motor to which the construc. special rotor design provides improved operating characteristics.
In reluctance motors known to date, the acceleration to full speed is based on the principle of induction; these motors use the braking torque of a synchronous motor without an exciter as the main motive force and run at synchronous speed. Such engines are generally characterized by very low power factors and / or by low efficiency. As a result, reluctance motors are larger in size than induction motors of the same power.
In known reluctance motors, rotors are used from which certain peripheral elements have been removed in such a manner.
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to form protruding poles. In some types of reluctance motors, deep slots are provided in the rotor to control the passage of magnetic flux through the rotor. A synchronous induction rater with a completely segmented rotor, cuts at its periphery substantially parallelepipedal slots which extend in the axial direction, however, achieves an assembly whose operating characteristics are very clearly better than those of any other. known reluctance motor with the same engine speed.
These characteristics are power factor, efficiency, maximum or starting torque and braking torque. The overall improvement in operating characteristics, which results from the incorporation of this type of rotor in the motor, makes it possible to establish a synchronous induction motor in a frame or casing which is significantly smaller than for standard measurements. currently known reluctance cores of the same power.
An induction motor of the common type combined with a casing of small dimensions, and with a rotor subdivided by slits, constitutes a more economical and easier to construct assembly than any known reluctance motor of the same power.
A first object of the invention is therefore to establish an induction motor of reduced dimensions, more economical and of easier construction than current reluctance motors of the same power.
Another object of the invention is to establish a synchronous induction motor whose set of operating characteristics, namely, the starting torque, the efficiency and the power factor, is greater than one. any combination of said characteristics corresponding to current reluctance motors of the same nominal power.
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According to the present invention, a synchronous induction motor comprising a stator and a rotor, mounted to rotate around the axis of the stator and constituted by a cylindrical magnetic core formed from a number of separate oaths distributed in a circumference and provided with winding slots arranged parallel to the axis of the rotor, - consists essentially that the segments are separated by radial dividing slots and that the cylindrical surface of each segment has a slot of uniform width extending axially, the winding slits and dividing slits being filled with a non-magnetic conductive substance and interconnected at the ends of the rotor, so as to form a squirrel cage rotor assembly.
In what follows, “direct axes” denote the axes of the rotor poles and “quadrature axes” denote the bisecting axes of said pole axes.
The following description of various embodiments of the invention will show further characteristics thereof, with reference to the accompanying schematic drawings.
In these drawings:
Fig. 1 is a cross section of a preferred embodiment of the motor, in a plane perpendicular to the axis of rotation and showing the path of the direct axial magnetic flux;
Fig. 2 is a cross section of the motor of FIG. 1, with its rotor in a different position showing the path of the axial magnetic flux in quadrature;
Fig. 3 is a perspective view of the rotor, after removal of a part of the end disc and the end strapping device; Fig. 4 is a diagram showing the variation of the factor. power output and starting torque depending on
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@ tion of the percentage of polar extension.
Fig. 5 shows a variant of the lamination of a non-segmented rotor.
Fig. 6 shows a modification of a laminated rotor, in which the segments are connected to the outer edge of the radial slots, FIG. 7 shows a variant of a laminated rotor, where. the segments are connected to the inner edge of the radial slots.
Fig. 8 shows another form of laminated rotor with a central device connecting every other segment.
Fig. 9 is a perspective view of the laminated rotor of Figure 8.
As shown in the drawings, the synchronous induction motor 10 comprises a stator 11 of the type customary in induction motors, a rotor 12 capable of being rotated relative to the stator 11 and a shaft 13 on which the rotor 12 is mounted. .
The rotor consists of a cylindrical magnetic core 15, preferably laminated, divided into a number of segments 16 offset by a circumference and separated from each other by radial slots 17 and by a bore 18. As shown. see in fig. 5, unsegmented sheets may be wedged from place to place in magnetic core 15 to aid in securing segments 16 together. The dividing slits 17 extend from the bore 18 to the periphery of the core and may be filled with any suitable non-magnetic, electrically conductive substance.
As shown, however, it is preferable to provide the dividing slits 17 with spacers 20, substantially non-magnetic, preferably brass, in the inner part of the slits 17, and to fill with spacer. aluminum the rest of the free space. At each end of the ro-
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tor 12, these spacers 20 are interconnected by a disc 21 made of brass or other metallic substance. The shaft 13 may be a magnetic or non-magnetic substance, such as stainless steel.
When the shaft 13 is of a magnetic substance, a non-magnetic sleeve 22, preferably brass, is inserted between the shaft 13 and the bore 18 of the magnetic core 15, in order to magnetically isolate the shaft. 13 of the segments 16 of the magnetic core 15 and to cooperate with the radial slots 17, to magnetically isolate the segments from each other. An axially extending groove 23, of substantially uniform depth., Is cut on the surface. cylindrical 25 of each segmenta.
The depth of the grooves 23 is sufficient to significantly reduce the magnetic flux in quadrature. In the proffered embodiment shown, the depth of the grooves 23 is equal to that of the winding slots 26. The arc length 27 of the grooves 23, .oeuf vary between 45% and 55% of that of the the arc 28 of the segments 16, but as indicated it is preferred that the arc 27 be substantially equal to 50% of the arc 28. Adjacent lines 23 define between them the protruding poles 30, which are evenly spaced, a radial dividing slot 17 bisecting each protruding pole 30.
The radial dividing slits 17 lie along the direct axes 31 of the inter-iron flow, and the axial slots 23 are arranged along the quadrature axes 32 of the inter-iron flow, each groove 23 being placed symmetrically. with respect to an axis 32.
On the rotor, the length of the peripheral arc, between soft axes 32 successive, is the pitch of the poles. The pole opening 35 is the arc length of the opening of the salient pole 30. The percentage of the pole opening of the rotor is equal to the product pc.r 100 of the quotient of the pole opening times the pole pitch.
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The protruding portions of the segments 16 form the protruding blades 30 and are provided on their periphery with winding slots 26 which extend axially. These winding slots 26 and the axial grooves 23, are filled with a non-magnetic conductive substance and are at the ends of the rotor, connected to each other as well as to the dividing slots 17 by rings 36, so as to form a winding squirrel cage. The rings 36 are made of the same substance as the bars of the grooves and slots and they are attached over the discs 21 connecting the non-magnetic spacers 20. Fan fins 38 may have come from foundry with the rings. 36. Winding 37, gives the motor the good starting characteristics of an induction motor.
A motor provided with this winding 37 also has good timing characteristics.
The best way to construct this rotor 12 is to fill the dividing slits 17, winding slits 26, and axial grooves 23 with the same non-magnetic, current-conducting substance - preferably aluminum. The rotor can thus be melted in just one day. operation, the aluminum being housed around the laminated segments 16 of the core, so as to form a cylindrical rotor and thus minimizing the winding losses of the motor.
When the motor has to run at high speed, the rotor 12 can be attached to non-magnetic plates 39 and the segments 16 can be attached to the shaft 13 by non-magnetic nuts 40.
This motor is designed to provide a high starting torque, while maintaining the power factor and the efficiency in the vicinity of their respective maximums. This is indicated by the curves in Figure 4, where the starting torque 41, the efficiency 42,
AT
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and the power factor 43, are reported as a function of the rotor pole opening percentage.
The starting torque of the motor is a function of the reactance along the direct axis and along the quadrature axis of the magnetic circuit. The starting torque (C.D.) is proportional to the product by a constant (k) of the difference between the reciprocal of the. reactance along the quadrature axis (xq0 and the inverse of the reactance along the direct axis (xd):
EMI7.1
To obtain the maximum starting torque, the reactane of the quadrature axis must be reduced to the minimum, while the reactance of the direct axis is maintained as much as possible. The reactance is proportional to the magnetic flux. This is why, to approach the minimum of reactance in the quadrature axis) the magnetic flux along this axis must be reduced to a minimum.
The magnetic flux along the quadrature axis of the hearth can be reduced by increasing the reluctance along the path of said flux. the axial grooves 23 and the axial dividing slots 17 in this rotor 12 increase the reluctance on the path of the magnetic flux along the quadrature axes and thereby decrease said flux.
The reactance along the quadrature axis is therefore reduced. As for the flow along the direct axis, it is hardly influenced either by the dividing castings 17, or by the axial grooves 23. The reactance along this axis therefore remains approximately constant.
The presence in the rotor 12 of the axial grooves 23 and of the dividing slots 17 causes a greater difference between the reactances along the quadrature axis and that along the direct axis. This results in an increase in the starting torque.
The arc length of the axial grooves 23 is chosen from
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such that the motor maintains a high starting torque by operating near its maximum power factor and efficiency. In this rotor 12, the arc length of the axial grooves 23 must be between 45% and 55 '; that of the segments 16 to produce a synchronous induction motor having the combination of the characteristics necessary for economically advantageous operation,
In the lamination shown in Figure 6, the segments 16 meet at the outer end of the divider slit 44 by magnetically saturable bridges 45.
Such an arrangement makes it possible to establish the lamination in a single piece, which increases the mechanical resistance of the rotor, without appreciably affecting the running characteristics of the motor.
In the variant of FIG. 7, the segments 16 are joined at the end of the dividing slot 46 adjacent to the shaft, by means of magnetically saturable bridges 47. In this variation, the dividing slit widens as it approaches the magnetically saturable bridge 47, thereby increasing the reluctance through the dividing slit 46 to compensate for the drop in reluctance caused by the bridge 47 through said slit. 46. By flaring the latter as it approaches the rotor bore, the length of the bridge 47 is increased across the splitting slot near the shaft. More reluctance occurs through the wide, narrow bridge 47 joining the segments by bridging a flared radial slot, than through a shorter but not flared bridge.
Therefore, the reluctance across the separation slit is further increased, due to the use of a flared slit instead of a slit of constant section. A laminating device with segments interconnected by bridges can be made in one piece, thus giving a rotor of
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greater mechanical resistance.
In another variant of lamination, shown in Figure 8, the sheet 111 surrounds a central web or annular element 112, of equal numbers of segments 113 and 113 (a) and a peripheral rim or annular element 114. Two segments. Adjacent 113 and 113 (a) are separated by a radial slot 116. Nonadjacent segments 113 have their inner ends united at the periphery of central web 112. The remaining segments 113 (a) are spaced radially from the core. central core 112 by slots 117 in the form of a circular arc. The arcuate slit 117 is preferably given the same width as the radial dividing castings 116.
Each segment 113, 113 (a) has protruding portions 118, 118 (a) which are adjacent to the dividing castings 116 and are separated by a groove 119. The arc length 121 of the groove 119 underlies preferably between 45% and 55% of the angle 122 of the sector corresponding to a segment 113 or 113 (a). The protrusions 118 and 118 (a) of the segments 113 and 113 (a) comprise winding castings 123, distributed around the circumference and extending radially. The annular or rim element 114 brings together the protrusions 118, 118 (a) forming an annular lamination.
The rotor 124 of Figure 9 is constituted by a series of laminates 111 mounted on an axis as seen in Figure 8.
The grooves 119 and the slots 116, 117, 123 are axially aligned and filled with a conductive non-magnetic substance, preferably aluminum. A ring 126 interconnects the substance which fills the slots 116, 117, 123 and the grooves 119, at the ends of the rotor 124, so as to provide a squirrel cage mounting 127.
The rotor 124 is mounted on a shaft and rotated to remove the rim 114 from the periphery of the rotor and to segment the elements of each laminate.
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The rotor may have non-magnetic straps 128, / to hold the segments together and pocket their radial displacement under the effect of the centrifugal force generated in the rotor causing high speed operation.
In a magnetic burp, the flow travels along the. line of least reluctance. According to the invention, this path through the lamination is regulated, by increasing the reluctance at the points where it is desired to prevent the passage of the magnetic flux. In the laminated assembly of Figures 8 and 9, the slots 116,
117 and the grooves 119 have a width and a depth sufficient for the magnetic flux passing through them to be kept to a minimum and are in such positions as to allow the passage of the magnetic flux in the lamination to be regulated. The dividing windows 116, are connected to the arc slits 117, to magnetically isolate the segments 113, 113 (a) from each other.
The passage of magnetic flux through the central core 112 of a segment
113 to another non-adjacent segment 113, is negligible, since this relatively long path has a higher reluctance than the path between the protrusions 118, 118 (a) of the same segment which are of opposite polarity. The result is that the path of least reluctance of the magnetic flux is between the protruding parts of the same segment, and that the poles of the rotor are concentrated in the protruding parts of the lamination.
In the laminated rotor core 111 of the variants shown in Figures 8 and 9. the core or central ring 112 ensures proper mounting of the rotor on the shaft. Adjacent segments are magnetically isolated from one of them. the other is by the radial dividing slots and by the arched slots, thus eliminating the need for non-magnetic sleeves or shafts to provide magnetic isolation of the segments.
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non-magnetic sleeves between the rotor and the shaft, reduces or even completely prevents any sliding of the rotor on the shaft, which sometimes occurs with aluminum bearings, due to the deformation of the aluminum when the bearing is force-mounted on the rotor.
Every second segment being fixed to the. the central ring surrounding the rotor cannot slide on this shaft in the event of a possible displacement of the segments of the rotor moving away from the shaft or the bearing when the aluminum expands under the effect of the heat given off in the rotor.
The peripheral rim keeps the segments assembled together during hammering / core / rotor. The peripheral rim is removed to disengage the segments of the rotor core, by turning the mounted rotor, after stamping of the rotor core. This segmentation of the rotor, carried out under these conditions, does not necessitate any additional operation, but only requires the removal by machining of a louse of material when passing the rotor in turn to obtain, between the rotor and the stator, an between. iron or air space of exactly the desired thickness.