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Moteur à courant continu à rendement élevé.
La présente invention concerne un moteur à courant continu ayant un stator à aimant permanent.
D'une façon générale, les moteurs de ce genre ont un rotor à fer feuilleté portant trois bobines de rotor et en- touré par le stator à aimant permanent. Le rendement de tels moteurs dont la puissance débitée est de 0,5 watt par exemple, est d'environ 50%.
En particulier, dans le cas de moteurs utilisés dans des appareils alimentés par batteries comme des rasoirs électriques, des tourne-disques et des magnétophones, le ren- dement doit être aussi élevé que possible, par exemple 80%, parce
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qu'un rendement.élevé permet d'augmenter la durée de vie des batteries.
A cette fin, il faut diminuer les pertes qui abaissent le rendement. Ces pertes consistent entre autres en des pertes dans le fer du rotor et des pertes dans les con tacts entre les balais et le collecteur, ces dernières pertes venant surtout en ligne de compte lorsque la tension d'alimehta- tion est faible.
On peut diminuer les pertes dans le fer en dimi- nuant les pertes par courants de Foucault, cette réduction étant possible en diminuant l'induction dans le rotor. Si on veut laisser le nombre de spires du moteur inchangé, il faut alors augmenter le nombre de bobines sur 'le rotor ou bien augmenter la surface utile du rotor pour le flux afin d'obtenir une même force contre-.électromotrice.
Cependant, si on augmente le nombre de bobine., on augmente les pertes dans le cuivre, ce qui annule l'avantage espéré. ,
On peut diminuer les pertes par centimètre cube de matière de rotor en augmentant la surface utile du rotor pour le flux, mais puisque, dans ce cas, la quantité de centimètres cubes augmente, cela n'a pas de sens non plus.
On peut réduire les pertes dans le fer jusqu'à zéro si on utilise un rotor sans fer. A cet effet, on doit disposer d'un entrefer relativement grand et ceci limite, en outre, le nombre de bobines de rotor, de sorte que de tels moteurs ne conviennent pas dans le cas d'un grand nombre de spires,
Selon la présente invention, on élimine les inconvénients précités en construisant la partie ferromagnétique du' rotor en une matière céramique à aimantation douée..!
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Ceci permet de réduire les courants de Foucault à zéro tout en diminuant les pertes par hystérésis, de sorte que le rendement du moteur augmente.
Pour obtenir un rendement aussi élevé que possible, il est indispensable de réduire au minimum les ondulations de la force contre-électromotrice sur les balais, cette ondulation , étant réduite à zéro dans le cas idéal. Cette ondulation diminue lorsque le nombre de pôles de rotor augmente, tant pour la série ayant un nombre de pôles de rotor impair, cette ondulation série ayant un nombre de p8les de rotor impair, cette ondulation étant plus petite pour tout nombre impair n de pôles de rotor que pour tout nombre de pôles de rotor pair, c'est-à-dire (n-1) ou (n+l).
Selon une forme d'exéoution d'un moteur selon la présente invention, le nombre de pôles de rotor est plus grand que trois et est, de préférence, égal à cinq.
La diminution de rendement du moteur du fait de la présence de l'ondulation est, dans le cas d'un rotor à cinq pôles, moindre que 20% de la diminution dans le cas d'un rotor à trois pôles, et une augmentation encore plus importante du nombre de p8les entraîne une amélioration qui est une fraction de celle- ci ; par exemple, dans le cas d'un rotor à sept pôles, la diminu tion de rendement n'est plus que 3% de celle d'un rotor à trois pôles.
C'est surtout dans le des moteurs alimentés à basse tension que les pertes dans les balais sont importantes, c'est-à-dire que la perte de tension dans les contacts entre balais et collecteur est très grande comparativement à la tension d'alimentation.
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Dans une autre forme d'exécution d'un moteur
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selon la présexte inventicr,, les contacts entre balais et co7.lpc- teur sont en des métaux dont la corrosion n'influence en subs- tance pas la résistance de contact. De tels contacts consistent, par exemple, en argent et palladium avec du bronze phosphoreux ou encore de l'or sur de l'or.
Dans une autre variante encore d'un moteur selon la présente invention, le stator consiste en un anneau aimanté dans le sens diamétral se composant de segments en une matière céramique à aimantation permanente orientée. Ceci permet aussi de. diminuer les pertes par courants de Fouoault dans le stator, ceci entraînant une augmentation supplémentaire du ren- dement.
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High efficiency DC motor.
The present invention relates to a DC motor having a permanent magnet stator.
Generally, motors of this type have a laminated iron rotor carrying three rotor coils and surrounded by the permanent magnet stator. The efficiency of such motors, the output power of which is 0.5 watt for example, is approximately 50%.
In particular, in the case of motors used in battery powered devices such as electric razors, record players and tape recorders, the efficiency should be as high as possible, for example 80%, because
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that a high performance increases the life of the batteries.
To this end, it is necessary to reduce losses which lower the yield. These losses consist inter alia of losses in the rotor iron and losses in the contacts between the brushes and the collector, the latter losses being taken into account above all when the supply voltage is low.
The losses in the iron can be reduced by reducing the eddy current losses, this reduction being possible by reducing the induction in the rotor. If one wants to leave the number of turns of the motor unchanged, it is then necessary to increase the number of coils on the rotor or else to increase the useful surface of the rotor for the flux in order to obtain the same counter-electromotive force.
However, if the number of coils is increased, the losses in the copper are increased, which cancels out the expected advantage. ,
The losses per cubic centimeter of rotor material can be reduced by increasing the useful area of the rotor for the flux, but since in this case the amount of cubic centimeters increases, this does not make sense either.
Iron losses can be reduced to zero if an ironless rotor is used. For this purpose, a relatively large air gap must be available and this further limits the number of rotor coils, so that such motors are not suitable in the case of a large number of turns,
According to the present invention, the aforementioned drawbacks are overcome by constructing the ferromagnetic part of the rotor of a gifted magnetizing ceramic material.
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This makes it possible to reduce the eddy currents to zero while reducing the hysteresis losses, so that the efficiency of the motor increases.
In order to obtain as high an efficiency as possible, it is essential to reduce the ripples of the back-electromotive force on the brushes to a minimum, this ripple being reduced to zero in the ideal case. This ripple decreases as the number of rotor poles increases, both for the series having an odd number of rotor poles, this series ripple having an odd number of rotor poles, this ripple being smaller for any odd number n of poles. rotor only for any number of even rotor poles, i.e. (n-1) or (n + l).
According to one embodiment of a motor according to the present invention, the number of rotor poles is greater than three and is preferably equal to five.
The reduction in motor efficiency due to the presence of the ripple is, in the case of a five-pole rotor, less than 20% of the reduction in the case of a three-pole rotor, and a further increase a greater number of poles results in an improvement which is a fraction thereof; for example, in the case of a seven-pole rotor, the reduction in efficiency is only 3% of that of a three-pole rotor.
It is especially in motors supplied at low voltage that the losses in the brushes are important, that is to say that the voltage loss in the contacts between brushes and collector is very large compared to the supply voltage. .
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In another embodiment of an engine
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according to the inventicr premise ,, the contacts between brushes and co7.lpc- tor are made of metals whose corrosion does not substantially influence the contact resistance. Such contacts consist, for example, of silver and palladium with phosphor bronze or also of gold on gold.
In yet another variant of a motor according to the present invention, the stator consists of a magnetized ring in the diametral direction consisting of segments of an oriented permanent magnet ceramic material. This also helps. reduce the losses by Fouoault currents in the stator, this resulting in an additional increase in efficiency.