Moteur électrique synchrone à hystérésis. La présente invention se rapporte à un moteur électrique synchrone d'une grandeur ne dépassant par exemple par une consom mation .d'énergie de quelques watts, et elle concerne en particulier un moteur électrique à hystérésis du genre susmentionné, connu souvent comme moteur à rémanence.
Le moteur électrique à hystérésis suivant l'invention comporte un, élément de champ, un élément d'hystérésis rotatif par rapport à l'élément .de champ et séparé -de celui-ci par un entrefer, et des moyens d'excitation de cet élément de champ.
Le but de l'invention est de créer un mo teur électrique à hystérésis du genre précité, dans lequel l'élément à hystérésis possède une certaine épaisseur la plus favorable, ou ap proximativement cette épaisseur, afin d'ob tenir un torque élevé dans un espace donné, ou inversement d'obtenir un moteur à encom brement relativement petit pour un torque donné, contrairement aux moteurs à hysté- résis connus jusqu'à présent dont l'élément d'hystérésis est beaucoup trop épais pour donner des résultats satisfaisants.
Le moteur à hystérésis suivant l'inven tion se caractérise en ce que les proportions des parties du moteur sont telles que la moitié environ -de la force magnétomotrice des moyens d'excitation est dépensée dans l'élément à hystérésis.
On .d-écrira maintenant une forme d'exé cution de l'objet de l'invention représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé.
La fig. 1 montre, à une échelle agrandie, une vue en plan d'un moteur électrique, dont une moitié est dessinée en coupe suivant la ligne I-I de la fig. 2; La fig. 2 montre une coupe verticale du même moteur, la moitié du stator étant re présentée en élévation, et La fig. 3 montre une vue en perspective des pièces séparées du moteur. Dans la. forme d'exécution représentée au dessin, le moteur comporte un élément de champ ou stator 4 et un rotor 5.
Le stator comporte un noyau magnétisable creux ou tubulaire 6 entouré d'un enroulement mono phasé 7, ce noyau portant des éléments ma gnétiques à chacune de ses extrémités. Ces éléments magnétiques comportent quatre pièces sensiblement identiques 11, 12, 13 et 14 en matière magnétisable, dont chacune comprend un disque magnétisable 15 et un certain nombre de dents magnétisables 16 formant des pièces polaires disposées perpen diculairement par rapport à ce disque.
Deux de ces disques magnétisables 15 sont disposés à chaque extrémité du noyau, avec des disques de cuivre ou d'autres dis ques de retardement 17 et 18, disposés res pectivement entre les disques magnétisables et les extrémités correspondantes du noyau 6, c'est-à-dire les disques sont arrangés dans l'ordre 11, 17, 12 à l'une des extrémités du noyau et dans l'ordre 13, 18, 14 à l'autre extrémité du noyau.
Les pièces magnétiques 11, 12, 13 et 14 sont réunies avec leurs dents formant saillie vers l'intérieur par-dessus. l'enroulement 7, en un ensemble multipolaire cylindrique au tour de l'enroulement avec les dents progres sant autour de la circonférence dans l'ordre:
10 une dent 1611 à partir de la section inté rieure 11 à une extrémité du noyau 6, 20 une dent 1612 à. partir de la section extérieure 12 à. la même extrémité du noyau 6, 30 une dent 1613 de la section intérieure à l'autre extrémité du noyau 6, 40 une dent 161 à partir de la section extérieure 14 à cette autre extrémité du noyau 6, et ainsi de suite autour de toute la circonférence -du cylindre.
Le rotor 5 comprend une légère pièce de support en forme de coupe 23 établie en une matière telle que de l'aluminium qui ne dé veloppe sensiblement point de torque d'hys- térésis, cette pièce de support 23 étant mon tée sur un arbre 24 et fixée sur l'arbre 24 près d'une extrémité de celui-ci qui se pro longe en un court prolongement 25 muni d'un pignon denté pour transmettre son torque aux parties qui doivent être commandées par le moteur.
La pièce de support 23 comporte une partie en disque 28 et une partie cylindrique 29 supportée sur le bord -de ce disque 28, la partie cylindrique 29 formant saillie par dessus l'élément stator 4 duquel elle est sé parée par un entrefer 31.
La partie produisant un torque de l'élé ment rotor 5 est constituée par une bande très mince d'une matière d'hystérésis élevée en forme d'une bande d'acier de ressort 3?, dont l'épaisseur est nécessairement représen tée d'une façon très exagérée au dessin.
Il est prévu une seule bande 32 d'une matière ayant une -rémanence élevée qui est soumise à un certain effort pour la courber complè tement autour d'un cylindre de façon que ses extrémités 33 viennent se toucher ou se rapprocher de près l'une de l'autre, ou se trouvent dans une, relation libre l'une par rapport à l'autre sans être réunies, dans quelle condition la bande d'hystérésis 32 vient se loger à l'intérieur de la partie cylin drique 29 de l'élément en forme de coupe ?3 et est maintenue en place par suite de son action de ressort, sur la face intérieure de cet élément. Le centre de gravité du rotor 5 tombe dans le palier -de l'arbre 24.
L'élément stator 4 est également munie d'une pièce de support 34 qui est fixée au moyen d'un filetage 35, dans le noyau de stator creux 6.
La pièce de support 34 comporte une enveloppe tubulaire 36 qui s'étend dans le noyau creux 6 et comporte une partie annu laire d'emmagasinage de lubrifiant ayant une tête creuse élargie 37 qui forme butée pour maintenir l'élément de support 34 en place par frottement lorsqu'il est vissé dans l'élé ment de noyau de stator 6. De préférence, la tête 37 sert également de moyen pour assujettir le moteur sur une plaque de mon tage ou support 38 .(fig. 2) qui a une perfo ration pour recevoir la partie tubulaire file tée de l'enveloppe tubulaire 36 de façon que la plaque de montage 38 est serrée entre la tête 37 et la section d'enveloppe de champ extérieure 14 de l'élément stator du moteur.
L'élément de support 34 est également muni d'un manchon 39 formant coussinet à l'intérieur de l'enveloppe tubulaire 36. Le manchon 39 est muni d'un certain nombre de canaux extérieurs 41 et 42 qui peuvent être formés en donnant audit manchon une section carrée, comme représenté à la fig. 1.
Les canaux 41 servent à la lubrification et contiennent dans ce but une mèche 43 constituée par deux ou trois fibres de fil de laine et qui s'étend à partir de la tête de réservoir de lubrifiant 37, dans l'extrémité arrière de l'élément de support, vers un point 1-1 près de l'extrémité avant de l'élément de support,,à quel endroit le manchon coussinet 39 est muni d'un orifice 44 par lequel l'huile est amenée à l'arbre 24 en un point près du côté avant du palier. L'excédent d'huile ou de lubrifiant est ramené au moyen d'une rainure spirale 45 à la surface intérieure du manchon 39 de façon que l'huile ou le lubri fiant est ramené vers le réservoir annulaire ou tête 37.
Les autres canaux 42 entre le manchon 39 et l'enveloppe tubulaire<B>M</B> servent à la ventilation en formant des rainures de venti lation s'étendant longitudinalement, et ces rainures de ventilation 42 sont reliées ensem ble à leur extrémité avant par une rainure transversale 46 fraisée dans l'extrémité avant du manchon 39 -de façon @à relier le réservoir de lubrifiant dans la tête 37 à l'extrémité arrière de l'élément de palier avec l'air atmo sphérique qui accède à l'extrémité avant de l'élément de palier autour de l'arbre 24.
Cette ventilation est nécessaire afin d'empé- cher que l'huile ne soit refoulée en dehors du palier par suite de changements thermi ques et barométriques, étant donné que l'extrémité arrière du palier est obturée par un couvercle amovible hermétiquement étan che 47 qui peut être enlevé afin de complé ter la provision de lubrifiant, et qui sert en outre de butée axiale pour l'arbre 24.
De préférence, le réservoir de lubrifiant annulaire dans la tête 37 est rempli d'un corps annulaire ou d'une rondelle 48 en feu tre de laine ou d'une autre matière absor- bante de façon que, sensiblement, toute la provision de lubrifiant est contenue dans cette matière absorbante.
Lorsque du courant alternatif monophasé est envoyé dans la bobine de stator 7, les sections magnétiques 11, 12, 13 et 14 sont magnétisées, le flux dans les sections exté rieures 12 et 14 étant décalé en arrière du flux dans les sections intérieures 11 et 13, respectivement, à cause de l'action des dis ques de retardement 17 et 18, respectivement. Il en résulte un champ tournant dans l'entre- fer 31, ce champ étant similaire à celui qui serait produit par un enroulement de champ polyphasé multipolaire ayant autant de paires de pôles qu'il y a de dents 16 sur cha cune des sections magnétiques 11, 12, 13 ou 14.
Dans le moteur représenté, chaque section a six dents, de sorte que l'élément de stator est équivalent à un stator de 12 pôles en pro duisant un champ qui tourne avec 600 révo lutions par minute sur un réseau de 60 pé riodes.
Ce champ tournant du stator entraîne avec lui l'élément en fer à hystérésis 32 de l'élé ment rotor en formant un moteur démarrant de lui-même en fonctionnant d'après le prin cipe du moteur à hystérésis bien connu, le glissement étant éliminé grâce à l'asymétrie magnétique produite par les extrémités 33 de la bande d'hystérésis 32.
Un chemin du flux peut être tracé comme entrant dans l'élément d'hystérésis du rotor 32 à l'un des douze pôles de stator en traversant l'entrefer 31 dans ce but; ensuite, le flux circule circonférentielle- ment par un secteur de la bande à hystérésis élevée 32 vers le prochain pôle de stator, à quel point il traverse de nouveau l'entrefer 31 et retourne dans l'élément de stator.
Le problème d'obtenir la marche syn chrone d'un moteur électrique à hystérésis est pour ainsi dire résolu en trouvant les propor tions exactes des parties du moteur. L'élé ment de rotor doit nécessairement être ac tionné par le champ tournant du stator en série avec un entrefer.
Il est possible d'établir l'élément à hystérésis en fer 32 du rotor d'une épaisseur telle que la plus grande partie de la force magnétomotrice du stator est dépensée pour établir le flux à travers l'entrefer 31, de sorte qu'on obtienne une faible densité de flux dans le rotor d'où résultent de faibles pertes d'hystérésis et un faible torque.
D'au tre part. il est possible de faire l'élément de rotor en fer 32 tellement mince que la force magnétomotrice du stator est dépensée prin cipalement dans le fer de rotor 39, d'où ré sultent des pertes d'hystérésis élevées, mais un torque réduit grâce à la petite quantité de matériel employée. Evidemment, il y a entre ces limites une proportion qui permet de réaliser les meilleurs résultats.
Pour un stator donné, les aires polaires sont fixées, tandis que l'entrefer, la force magnétomotrice ainsi que la section du fer de rotor peuvent varier indépendamment. En admettant qu'une certaine densité de flux donne les meilleurs résultats, ou un maximum de perte d'énergie dans l'élément de rotor par suite de l'hy stérésis, la perte d'hystérésis sera proportionnelle au volume du fer de rotor.
La section de la. bande de fer de rotor 32 sera proportionnelle au flux de rotor par pôle et la longueur en sera proportionnelle à la force magnétomotrice nécessaire pour faire circuler le flux circonférentiellement à ira,- vers une seule distance de division polaire. Par conséquent, le volume du fer de rotor sera déterminé par le produit du flux et de la force magnétomotrice qui y sont néces saires. Pour obtenir les meilleurs résultats, il est désirable d'utiliser le fer de rotor à son point d'efficacité maximum.
Ce point sera près du point de perméabilité maximum parce que, au-dessus de cette densité de flux, un grand accroissement de la force magnéto- motrice produira de faibles changements de flux. Une perméabilité pratiquement cons tante peut être admise dans cette région; le produit maximum du flux et de la perméabi lité dans le fer sera donc atteint lorsque la moitié de la force magnétomotrice disponible est anéantie dans 1_e fer de rotor 32.
La longueur d'une section polaire du fer de rotor sera une division polaire P, et on admettra son épaisseur en direction perpendi- culaire à l'entrefer, c'est-à-dire mesurée ra- dialement, égale<I>T</I> avec sa largeur<I>w,</I> mesurée axialement. La force magnétomotrice requise pour le fer sera OP/,uTw, où 0 est le flux par secteur et ,a la perméabilité. L'entrefer a une aire de Pie/2, avec une longueur<I>L à</I> travers laquelle le flux passe deux fois.
Sa force magnétimotrice est, par conséquent, 40L/Pw. En faisant ces deux forces magnéto- motrices égales l'une à l'autre, (PP/,uT-zv <I>=</I> 40/Pw, d'où<I>T =</I> Pû/4,uL. Pour un acier très dur à teneur en carbone élevée, ,u = environ 120 et<I>T</I> = P=/480 <I>L.</I>
Le moteur particulier représenté au des sin a une consommation d'énergie de 1,1 watts à 115 volts et possède un entrefer ayant une longueur L - 0,508 mm, une division po laire P = 8,890 mm, et une épaisseur de l'élément d'hystérésis T = 0,305 mm, ces valeurs étant seulement approximatives et celles-ci ne sont cités que pour donner une idée de l'ordre de grandeur telle qu'il peut se présenter en général. Cette bande d'hysté- résis est beaucoup plus mince que toutes ban des d'hystérésis utilisées jusqu'à présent.
En général, dans un petit moteur électrique à hystérésis dont la. consommation d'énergie ne dépasse pas quelques watts, le produit<I>TL</I> sera plus petit que P'/100.
En considérant le développement du tor- que dans l'élément rotor. on a négligé l'élé ment en forme de coupe en aluminium 23. Il en est ainsi, et le fait de pouvoir le négli ger a été prouvé expérimentalement, parce que, pratiquement, tout le flux du rotor est conduit par la bande de fer 32 interposée entre la. coupe d'aluminium et l'entrefer de façon qu'un flux très faible atteint l'alumi nium. Tout flux pouvant s'égarer dans l'alu minium serait promptement repoussé, pendant.
la période @de démarrage, par les courants de Foucault dans l'aluminium, pendant la pé riode de marche normale à la vitesse syn chrone, la coupe d'aluminium ne saurait en gendrer un torque de moteur à induction quelconque parce qu'il n'y a aucun glisse- ment. La coupe de rotor \L3 peut donc être établie en toute matière sensiblement anti- magnétique, qu'elle soit conductrice ou non.
L'arbre 24 de l'élément rotor 5 est inséré dans l'extrémité avant de l'élément palier 34 et cet arbre traverse sur toute sa longueur la pièce 39 jusqu'à l'extrémité arrière de l'élément palier, où l'extrémité de l'arbre vient buter contre la face intérieure du cou vercle amovible 47 en formant ainsi la butée qui limite le mouvement axial de l'arbre dans une direction.