Moteur synchrone La présente invention a pour objet un moteur synchrone.
Ce moteur synchrone présente une disposition des pôles du stator telle que ses caractéristiques de démarrage et de couple sont supérieures à celles qu'on peut obtenir avec les moteurs connus de di mensions comparables. Le stator de ce moteur est d'une construction particulièrement simple et écono mique.
Le moteur synchrone faisant l'objet de la pré sente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un stator comportant un enroulement d'excitation destiné à être parcouru par un courant alternatif pour produire un flux magnétique variable, un cir cuit magnétique présentant des pôles répartis en au moins deux groupes de pôles traversés par une partie dudit flux non déphasée et au moins deux groupes de pôles traversés par une autre partie du flux qui est déphasée, chaque groupe de pôles non déphasés comprenant m pôles de chaque polarité, chaque groupe dé pôles déphasés comprenant n pôles de chaque polarité,<I>n</I> étant différent de<I>m,
</I> ces groupes de pôles non déphasés et déphasés étant disposés autour de l'axe de rotation du rotor de manière qu'un groupes de pôles déphasés soit situé entre deux grou pes adjacents de pôles non déphasés, et des moyens de déphasage agencés de manière à retarder le flux magnétique traversant lesdits pôles déphasés. par rapport au flux traversant lesdits pôles non déphasés.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du moteur selon l'invention. La fig. 1 est une vue en perspective des diffé rents éléments de cette forme d'exécution séparés les uns des autres.
La fig. 2 est une vue latérale, partiellement en coupe, du moteur représenté à la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en perspective du rotor de ce moteur.
La fig. 4 est une vue développée du stator de ce moteur.
Le moteur représenté est un moteur fonctionnant sous une tension alternative de 110 volts, dont la fréquence peut être de 50-60 périodes par seconde, et tournant à 300 tours par minute avec une fré quence de 60 périodes, la puissance consommée étant approximativement de 2 à 3 watts.
Le moteur représenté (fig. 1 et 2) comprend une carcasse 1 en forme de cuvette, faite d'une matière métallique magnétique, une première bague de dé phasage 2 d'un métal non magnétique, une première pièce polaire 3 non déphasée de forme annulaire en métal magnétique, une bobine d'excitation 4 des tinée à être alimentée en courant alternatif, une seconde pièce polaire 5 non déphasée de forme an nulaire en métal magnétique, une deuxième bague de déphasage 6 en métal non magnétique, et un couvercle métallique 7 qui constitue une seconde pièce polaire déphasée. Le moteur comprend encore un rotor 8 qui sera décrit plus loin.
La bobine d'excitation 4 comprend un corps de bobine 12 en matière plastique moulée présentant une ouverture centrale 13. L'enroulement annulaire 14 est de section transversale rectangulaire et com prend environ 5000 tours de fils de cuivre isolé. Des conducteurs 15 permettent de relier l'enroule ment à une source de courant alternatif.
L'ouverture centrale 13 du corps de bobine pré sente un diamètre légèrement plus grand que celui du rotor 8, de manière que le rotor puisse tourner dans cette ouverture quand le moteur est monté (fig. 2). Des paliers de rotor 16 et 17 sont montés dans des ouvertures centrales de la paroi extrême 11 de la carcasse 1 et du couvercle 7.
La carcasse 1 est de préférence constituée en tôle d'acier laminé à froid, et après que toutes les opéra tion d'usinage ont été faites, elle est recuite pour restaurer les propriétés magnétiques optimum de la matière. Cette carcasse comprend une paroi latérale 10 et la paroi extrême 11 qui sert aussi de première pièce polaire déphasée. L'extrémité de la carcasse opposée à cette paroi extrême est ouverte.
Pour faciliter la description du circuit magnétique du stator, on désignera comme éléments nord les éléments figurant à la droite de la bobine 4 à la fig. 2 et comprenant la paroi extrême 11, la bague de déphasage 2 et la pièce polaire 3, tandis que les éléments figurant à gauche de la bobine et compre nant la pièce polaire 7, la bague de déphasage 6 et la pièce polaire 5 seront désignés comme éléments sud . Il est bien entendu cependant que, puisqu'il s'agit d'un moteur à courant alternatif, les éléments ne sont pas constamment de la même polarité, mais que cette dernière change en suivant la fréquence du courant d'excitation.
Les ouvertures centrales ménagées dans les pièces polaires non déphasées 3 et " 5 présentent des dia mètres qui sont pratiquement égaux au diamètre de l'ouverture centrale 13 du corps de bobine. Des pôles allongés 22 et 23 qui s'étendent perpendicu lairement au plan des pièces polaires 3 et 5 sont fixés à la périphérie interne 20, 21, respectivement, des pièces polaires. D'une manière générale, ces pôles 22 et 23 sont disposés de telle manière et présentent une longueur telle que lorsque les pièces polaires sont assemblées sur la bobine, les pôles 22 et 23 s'intercalent les uns entre les autres. Ces pôles sont espacés autour de l'ouverture 13, de manière que les pôles 22 alternent avec les pôles 23.
Bien que les pôles sur les pièces 3 et 5 puissent être formés sépa rément et ensuite soudés dans la position voulue, on préfère former chaque pièce polaire et ses pôles, par exemple la pièce polaire 3 et les pôles 22, d'un seul bloc en découpant la pièce dans une ébauche d'une matière métallique magnétique, par exemple dans une tôle d'acier laminé à froid. Si on utilise cette technique, les pôles 22, par exemple, sont cou pés dans la partie de l'ébauche qui correspond à l'ouverture centrale de la pièce 3, mais sont laissés attachés à une extrémité à la périphérie de l'ouver ture.
Les pôles sont alors repliés hors du plan de la pièce polaire dans la position perpendiculaire re présentée à la fig. 1. Comme on l'a vu précédemment, les pièces 11 et 7, qui constituent les pièces polaires déphasées nord et sud, respectivement, sont également faites en une matière métallique magnétique, par exemple en tôle d'acier laminé à froid. La pièce 11 comprend plusieurs pôles 24 et la pièce 7 un nombre égal de pôles 25. Dans chaque cas, les pôles sur les pièces polaires déphasées sont fixés aux pièces par une de leurs extrémités et s'étendent perpendiculairement au plan desdites pièces. Ils sont espacés autour d'une circonférence qui présente un diamètre sensiblement égal au diamètre de l'ouverture 13.
Les pôles 24 et 25 sont formés de la même manière que les pôles 22 et 23, par découpage et par pliage. Les pôles 24 et 25 sont également disposés de manière qu'une fois le moteur monté, ils s'intercalent les uns entre les autres.
Le stator dont on vient de décrire les divers élé ments peut coopérer avec un rotor de type connu, à pôles saillants ou non saillants. Cependant, on peut l'utiliser aussi avec un rotor qui présente des carac téristiques magnétiques et mécaniques particulières. Ce rotor 8 (fig. 1, 2 et 3) comprend un anneau cylindrique 28 constitué en une ferrite du type céra mique à propriétés magnétiques permanentes, com posée de baryum et d'oxydes de fer, de formule Ba0(Fe.,03)U ou BaFe01q par exemple.
Cette ferrite présente un poids spécifique relativement faible qui peut être de l'ordre de 4,5 kg/dm3, ce qui conduit à une inertie relativement faible du rotor. Cette ma tière est également magnétiquement dure . On veut dire par là qu'elle présente un champ coercitif très élevé, de l'ordre de 1600 oersteds. Cela permet de placer les pôles de polarités opposées à proximité les uns des autres sur la périphérie du rotor pour former un rotor à pôles non saillants.
Ce rotor est constitué de telle façon que cette ferrite présente une perméabilité sensiblement égale à celle de l'air pour les champs magnétiques produits par la bobine d'ex citation. Des régions limitées indiquées en pointillés et situées à la périphérie de l'anneau cylindrique 28, sont magnétisées dans un sens de manière à former des pôles nord , les régions adjacentes étant ma gnétisées en sens opposé de manière à former des pôles sud . L'anneau 28 est monté sur un arbre 29 coaxial avec l'axe du stator.
L'arbre 29, par exemple en acier, présente une partie centrale cannelée. Un gabarit est utilisé pour maintenir l'anneau 28 et l'arbre 29 coaxialement ali gnés de manière précise, la partie cannelée de l'arbre étant placée dans l'ouverture centrale de l'anneau. Une fois l'arbre et l'anneau alignés, une matière thermodurcissable est versée dans l'ouverture et laissée jusqu'à la prise. De cette manière, on forme un ensemble unique à la fois simple et économique, exempt de déséquilibre statique ou dynamique. La partie cannelée de l'arbre empêche l'anneau de tour ner sur cet arbre.
Les régions susdites constituent des pôles diamé tralement opposés, formant des paires, disposés à la périphérie de la matière ferritique. Il existe douze paires de pôles comprenant chacune deux pôles de même polarité diamétralement opposés, situés à la périphérie du rotor. Les pôles adjacents sont de polarité opposée. Un courant unidirectionnel relati vement élevé s'écoulant dans un bobinage prévu à cet effet est nécessaire pendant une courte période pour induire les pôles dans cette matière ; le fort champ coercitif de celle-ci fait que le champ magné tique du stator auquel le rotor est soumis pendant le fonctionnement normal du moteur ne modifie pas la force magnétique de ces pôles.
Le montage du moteur peut se faire très simple ment. Pour assurer un montage rapide et précis, on ménage des fentes d'orientation 31 taillées avec pré cision dans la périphérie externe de chacune des bagues de déphasage 2 et 6 et dans chacune des pièces polaires non déphasées 3 et 5, de même qu'à la périphérie externe de la bobine 12. Des oreilles d'orientation 32, destinées à pénétrer dans ces fentes, sont fixées à la périphérie externe de la pièce polaire déphasée sud et s'étendent perpendiculairement au plan de cette pièce dans le même sens que les pôles 25. Ces oreilles 32 et les fentes 31 correspondantes sont disposées avec précision par rapport aux pôles 22, 23 et 25.
En outre, deux fentes 33 sont ména gées dans la pièce polaire nord, dans lesquelles les oreilles 32 se logent lors de l'assemblage des élé ments composant le moteur. Les fentes 33 sont également disposées avec précision par rapport aux pôles 24 pour que les pôles déphasés et non dépha sés nord et sud soient alternés correctement et espa cés les uns des autres dans le moteur monté.
Quand le moteur est monté, il présente deux ensembles de pièces disposées de part et d'autre de la bobine et comprenant chacun une pièce polaire non déphasée, une bague de déphasage et une pièce polaire déphasée. L'ensemble nord comprend la pièce polaire déphasée 11, la bague de déphasage 2 et la pièce polaire non déphasée 3, tandis que l'en semble sud comprend la pièce polaire déphasée 7, la bague de déphasage 6 et la pièce polaire non déphasée 5. Ces ensembles sont placés sur les côtés opposés de la bobine 4, les pièces polaires non dé phasées étant adjacentes aux faces opposées respec tives de la bobine.
Les pièces sont placées les unes au-dessus des autres dans les positions relatives re présentées à la fig. 1, les fentes d'orientation 31 cor respondant aux oreilles 32 de la pièce polaire dé phasée sud 7. Aucun gabarit ni outil n'est néces saire pour espacer et aligner correctement les diver ses pièces. Les deux bagues, les deux pièces polaires non déphasées et la bobine sur la pièce polaire déphasée sud 7 ayant été groupées, le rotor est inséré dans l'ouverture centrale de l'ensemble, une extré mité de l'arbre 29 étant montée dans le palier 17.
Cet ensemble est alors inséré dans la carcasse 1, les oreilles 32 s'étendant à travers la pièce polaire déphasée nord qui est constituée, comme on l'a vu, par la paroi extrême 11 de la carcasse, et l'autre extrémité de l'arbre du rotor 29 est montée dans le palier 16. Le montage du moteur est alors terminé en repliant les parties des oreilles 32 qui dépassent des fentes 33. Si les diamètres extérieurs des pièces polaires 3, 5 et 7 sont égaux au diamètre intérieur de la paroi latérale 10 de la carcasse 1, un excellent circuit magnétique est établi entre les ensembles de pôles, extérieurement à la bobine 4, à travers la paroi 10 de la carcasse.
Le moteur ainsi formé (fig. 2) comprend un sta tor lamellé présentant une pluralité de pôles dépha sés et non déphasés s'étendant dans l'ouverture cen trale de la bobine, à proximité de la surface de cette ouverture centrale et parallèlement à l'axe de cette dernière. Le rotor 8 est placé à l'intérieur de l'en semble des pôles déphasés et non déphasés et il est libre de tourner autour de son axe. Il faut remar quer que dans cette forme d'exécution, les pôles dé phasés et non déphasés sont disposés parallèlement à la surface périphérique du rotor et présentent leurs plus larges surfaces en regard de cette surface péri phérique.
On peut envisager une variante du stator qui vient d'être décrit. Au lieu d'enrouler le fil sur un corps de bobine rigide 12, il peut être enroulé sur un corps de bobine provisoire d'une forme semblable, l'enroulement étant ensuite rendu rigide en l'impré gnant d'un vernis pour enroulements. L'enroulement est ensuite cuit et séparé du corps de bobine. II peut être alors monté dans le moteur en plaçant les pièces polaires non déphasées directement contre l'enroule ment. Si une isolation supplémentaire de l'enroule ment par rapport aux pièces polaires métalliques est nécessaire, on peut utiliser divers types de résines synthétiques en feuille comme matière isolante.
La disposition des pôles du stator est indiquée à la fig. 4 qui représente une section développée du stator vu depuis l'intérieur du stator en regardant radialement vers l'extérieur dans toutes les directions âutour de l'axe central. On suppose ici que la péri phérie du rotor est au-dessus du plan de la figure et s'étend de gauche à droite. Dans cette vue, on peut voir clairement que les pôles déphasés et non dé phasés présentent leurs larges surfaces planes à pro ximité des pôles du rotor.
Cela rend les caractéris tiques magnétiques des circuits magnétiques compre nant les pôles déphasés et non déphasés plus égales que ce n'est possible dans les moteurs connus com prenant des pôles groupés et permet un meilleur équi libre des. flux effectifs déphasés et non déphasés agis sant sur le rotor. Dans cette vue, les pièces polaires déphasés 7 et 11 apparaissent en coupe.
Les pôles non déphasés 22 et 23 s'étendant de puis les pièces 3 et 5, respectivement, sont intercalés alternativement les uns entre les autres et disposés en deux groupes indiqués par A et C. Chaque groupe A et C comprend quatre pôles nord et sud non dé phasés uniformément espacés. De même, il existe huit pôles déphasés 24 et 25 s'étendant depuis les pièces 11 et 7, respectivement, qui sont intercalés alternativement et disposés en deux groupes B et D, respectivement. Les groupes des pôles déphasés B et D sont placés dans les espaces compris entre les groupes A et C des pôles non déphasés.
Le moteur décrit comprend plus de pôles dé phasés que de pôles. non déphasés pour obtenir des flux efficaces plus égaux agissant sur le rotor. En outre, pour obtenir l'égalité des flux déphasés et non déphasés, on rend l'un des pôles, nord ou sud, dans chaque groupe de pôles déphasés plus long que les autres, afin qu'il constitue un shunt pour le flux. Ces pôles shunts sont indiqués en 25' aux fig. 1 et 4. La longueur exacte de ces pôles-shunts est déter minée, dans un moteur de dimensions données, par l'expérience.
Il peut être nécessaire que ces pôles viennent en contact avec la pièce polaire déphasée opposée, ici la pièce polaire 11, dans quel cas ce pôle-shunt doit avoir une réluctance relativement basse. Par ailleurs, il peut être suffisant d'allonger les pôles-shunts juste assez pour diminuer l'entre- fer à leur extrémité à une faible largeur, de manière à abaisser la réluctance des circuits magnétiques à travers les pôles-shunts.
Il est connu que le déphase pratique maximum du flux dans les pôles déphasés par rapport au flux dans les pôles non déphasés est de 45o environ. Cependant, un déphasage de 45 ne suffit pas tou jours à assurer le démarrage du moteur, quelle que soit la position des pôles du rotor par rapport à ceux du stator, ni à assurer le sens constant du couple résultant sur le rotor. Ces deux conditions ne peu vent être remplies que si toutes les composantes des flux déphasés et non déphasés agissant sur le rotor sont correctement déphasées les unes par rapport aux autres.
Pour cela, les deux groupes de pôles dépha sés B et D sont décalés par rapport aux groupes A et C respectivement le long du stator dans le sens de rotation désiré du moteur, d'une quantité telle qu'elle assure l'atténuation maximum des compo santes du flux total qui agissent dans le sens opposé au sens de rotation désiré. Le meilleur résultat est obtenu quand les groupes de pôles déphasés sont décalés, dans le sens de rotation désiré du rotor, d'un angle qui est le supplément de l'angle de dé phasage des flux. Par exemple, si le déphasage du flux dans les pôles déphasés par rapport au flux dans les pôles non déphasés est de 450 électriques, les groupes de pôles déphasés doivent être décalés de 1351, électriques.
Toutefois, une variation de cet angle de décalage de 15 ou 201, électriques don nent encore des résultats satisfaisants. A la fig. 4, le décalage des pôles est visible, l'un des pôles 22 du groupe A étant plus proche du pôle 24 adjacent du groupe B que les autres pôles entre eux. Il en est de même pour les groupes C et D, les pôles de chaque groupe étant par ailleurs également espacés de 180". Le décalage se mesure entre un point d'un pôle non déphasé et le point similaire d'un pôle déphasé.
La disposition des pôles de stator décrite produit un démarrage unidirectionnel et une distribution des flux effectifs déphasés et non déphasés qui assure un haut couple de démarrage et de régime. Le moteur décrit est facile à fabriquer et d'un coût réduit. En outre, il fonctionne de manière très satisfaisante à des températures ambiantes très différentes.
Le moteur décrit présente, dans chaque groupe, un nombre n de pôles déphasés supérieur au nombre m de pôles non déphasés, ce qui est la condition la plus favorable pour le fonctionnement du moteur. Toutefois, cette condition n'est pas obligatoire, il suf fit que<I>n</I> et in soient différents. De même, le déca lage des pôles déphasés n'est pas indispensable pour le bon fonctionnement du moteur.