Rotor d'un moteur asynchrone synchronisé La présente invention concerne un rotor d'un moteur asynchrone synchronisé qui est agencé de manière à permettre à ce moteur de démarrer avec un courant d'intensité réduite.
Les moteurs asynchrones synchronisés démar rent en moteur à induction jusqu'à une vitesse légè rement inférieure à celle du synchronisme, puis un couple synchronisant s'établit et le moteur tourne à la vitesse de synchronisme en machine synchrone non excitée. Ces moteurs sont généralement utilisés lorsqu'une vitesse précise est exigée. Toutefois, sur tout quand il s'agit de grands moteurs, la forte inten sité du courant de démarrage est un inconvénient, car cela est très gênant pour les autres appareils et machines raccordés au même circuit que ces moteurs. C'est ainsi, par exemple, que ce fort à-coup de cou rant peut provoquer une diminution ou une fluctua tion de l'intensité lumineuse des lampes et un ralen tissement, voire même un arrêt, d'autres machines.
Ces effets sont particulièrement indésirables dans certaines industries, telles que celle des fibres syn thétiques où une commande précise de la vitesse est indispensable.
L'un des buts de l'invention est donc de fournir un rotor qui permet d'obtenir un moteur démarrant en moteur à induction, tout en présentant en outre l'avantage d'un courant de démarrage d'une inten sité moins élevée que dans le cas d'autres moteurs analogues.
Le rotor selon l'invention comporte un noyau magnétique ayant plusieurs pôles saillants espacés sur sa circonférence, les pôles saillants adjacents étant séparés par des rainures longitudinales s'éten dant axialement, ces rainures étant remplies de maté riau non magnétique, mais électriquement conduc teur et est caractérisé en ce qu'un prolongement en matériau magnétique est disposé au moins à l'une des extrémités du noyau du rotor et séparé axiale- ment de celui-ci par un séparateur en matériau non magnétique, ce prolongement et ce séparateur com portant chacun des encoches d'enroulements alignées et remplies de matériau non magnétique,
mais élec triquement conducteur, relié au matériau non magné tique, mais électriquement conducteur, qui remplit les rainures dudit noyau, ces remplissages étant reliés entre eux à chaque extrémité du rotor, de manière à constituer un enroulement en cage d'écureuil.
Le prolongement du noyau fournit une impé dance accrue dans le circuit de démarrage du moteur, ce qui a pour effet de réduire l'intensité du courant absorbé par le moteur durant le démarrage.
Une forme d'exécution de l'invention est repré sentée, à titre d'exemple, aux dessins annexés, où La fig. 1 est une vue en coupe d'un rotor de moteur asynchrone synchronisé, la section du rotor étant celle de la ligne II-II de la fig. 2.
La fig. 2 est une vue en coupe du rotor du mo teur représenté à la fig. 1, selon la ligne I-I de la fig. 1, le stator étant également représenté.
La fig. 3 représente un détail du rotor repré senté à la fig. 2, et la fig. 4 représente une modification du détail représenté à la fig. 3.
En se référant à ces dessins, notamment aux fig. 1 et 2, un moteur asynchrone synchronisé, indiqué d'une manière générale en 10, se compose d'un sta tor 11 du genre utilisé pour un moteur à induction normal, d'un rotor 12 pouvant tourner par rapport au stator et d'un arbre 13 portant le rotor.
Le rotor 12 comporte un noyau magnétique 14 présentant plusieurs pôles saillants 16, espacés sur sa circon férence, des pôles saillants adjacents étant séparés par des rainures longitudinales 17 s'étendant axiale- ment. Les rainures 17 sont remplies d'un matériau non magnétique, mais électriquement conducteur, tel que de l'aluminium.
En théorie simplifiée, le couple développé par un moteur asynchrone synchronisé peut s'exprimer comme une fonction d'une constante, divisée par la différence entre le flux direct et le flux transver sal. En réduisant le flux transversal à une valeur minimale, tout en maintenant le flux direct proche de sa valeur maximale, le moteur peut donc être agencé de manière à développer un couple maximal. Pour cela, des barrières sont sélectivement disposées dans le noyau 14 du rotor, de manière à entraver le flux transversal, mais pratiquement pas le flux direct.
Dans ce but, la profondeur de chacune des rai nures longitudinales 17 s'étendant axialement est suf fisante pour réduire le flux transversal du rotor dans toute l'étendue de la rainure. De plus, les pôles 16 sont subdivisés chacun par une paire d'encoches longitudinales 18 s'étendant axialement à partir de la périphérie du rotor, l'extrémité interne de cha cune de ces encoches étant reliée à l'extrémité in terne de l'encoche 18 d'un pôle saillant 16 adjacent, par une encoche de connexion 19. Toutefois, si cela est désiré, chaque pôle 16 pourrait être subdivisé par une encoche unique s'étendant vers l'intérieur.
Les encoches 18 et 19 sont remplies d'un matériau non magnétique, mais électriquement conducteur, tel que de l'aluminium. Le but de ces encoches 18 et 19 est de subdiviser le noyau 14 du rotor en plusieurs segments isolés magnétiquement et indiqués d'une manière générale en 22, afin de créer des che mins de faible réluctance pour le flux direct. De plus, les encoches 18 et leurs encoches de connexion 19 s'opposent au passage du flux transversal, qui contourne les rainures longitudinales 17 s'étendant axialement et qui tend à circuler d'une région inter polaire à une autre.
En d'autres termes, le flux qui contourne les rainures 17 est arrêté par les enco ches de subdivision radiales 18 ou par les encoches de connexion 19. D'autre part, le flux direct désirable ou utile peut circuler pratiquement sans entrave d'un pôle saillant à un autre, à travers le fer à faible réluctance.
Dans un moteur de ce genre, le courant de dé marrage est une fonction de la tension appliquée, divisée par l'impédance des enroulements du rotor du moteur. Cette impédance est constituée par des éléments de résistance et de réactance. Par consé quent, en augmentant les. éléments de réactance et/ou les éléments de résistance, le courant de démarrage de la machine est réduit. La résistance est propor tionnelle à la longueur du conducteur, divisée par la surface de sa section transversale. La réactance est plus compliquée et dépend de la forme des con ducteurs dans le noyau du rotor. En général, un rapport élevé entre la profondeur radiale et la lar geur d'un conducteur correspond à une réactance élevée.
Ainsi, dans le moteur asynchrone synchro nisé décrit, la surface relativement grande et le rap- port nécessairement faible entre la profondeur ra diale et la largeur du conducteur dans les rainures longitudinales 17 s'étendant axialement, font que ce moteur asynchrone synchronisé est un moteur à faible impédance, absorbant un fort courant de démarrage. Toutefois, en prévoyant une impédance additionnelle, en série avec les enroulements du rotor du moteur asynchrone synchronisé, le courant de démarrage peut être réduit.
Le rotor 12 comporte des prolongements en ma tériau magnétique, indiqués d'une manière générale en 25 et disposés de part et d'autre du noyau 14, chacun de ces prolongements étant formé d'un em pilage de tôles de fer 26. Ces tôles 26 ont, à leur périphérie, des encoches 27 pour enroulements nor maux de moteur à induction, comme cela est indiqué par la fig. 3.
Entre ces empilages de tôles et chaque extrémité du noyau 14 du rotor se trouve un sépa rateur 30 en matériau non magnétique, servant à isoler magnétiquement ces empilages de tôles du noyau 14 du rotor, afin de réduire au minimum le flux de dispersion pénétrant dans ces empilages d'extrémités durant le fonctionnement synchrone. Les séparateurs non magnétiques 30 peuvent être en n'importe quel matériau approprié, notamment en isolant organique ou inorganique ou en métal con ducteur non magnétique, tel que le cuivre ou l'alu minium, mais de préférence en isolant stratifié.
Dans les dessins, ces séparateurs ont des encoches 32 à leur périphérie, alignées avec les encoches d'enroulements 27 des prolongements 25 du rotor, ainsi qu'avec les encoches 18 et les rainures 17 du noyau 14 du rotor, pour recevoir les conducteurs électriques. Lorsque les encoches du rotor 12 sont remplies de matériau non magnétique moulé, ce ma tériau qui remplit les encoches d'enroulements dans les prolongements 25 du rotor et les séparateurs non magnétiques 30 est en série avec les remplissages dans le noyau 14 du rotor, ce qui augmente l'impé dance du rotor du moteur et diminue par conséquent l'intensité du courant absorbé lors du démarrage.
Aux fig. 1 et 2, le rotor est représenté avec des encoches d'enroulements 35 dans les pôles saillants 16, ces encoches étant remplies d'un matériau non magnétique, mais électriquement conducteur, sem blable à celui qui remplit les rainures 17 et les en coches 18 et 19. Ces encoches d'enroulements 35 sont généralement désirables, mais pas absolument nécessaires, car les rainures 17 peuvent, dans cer tains cas et pour obtenir des caractéristiques de per formances désirées, agir comme des enroulements rotoriques ou constituer de tels enroulements.
La forme exacte des encoches d'enroulements 27 dans les prolongements 25 du rotor n'est pas essen tielle. Toutefois, des résultats favorables supplémen taires peuvent être obtenus en prévoyant ces enco ches de façon à tirer profit de l'effet de barre pro fonde et également de celui de double cage. L'effet de barre profonde résulte du fait que les encoches sont plus profondes, de sorte que le rapport entre leur longueur radiale et leur largeur est élevé, ce qui augmente la réactance du conducteur logé dans l'encoche.
L'empilage de tôles modifié 26a de la fig. 4, destiné à former les prolongements 25 du rotor, comporte deux groupes d'encoches d'enroule ments, à savoir des encoches extérieures 28 de forme circulaire et des encoches intérieures 29, de forme rectangulaire allongée. Les encoches 28 et 29 sont reliées entre elles par une étroite fente 40, bien que cela ne soit pas essentiel pour la fonction désirée de ces encoches, de sorte que dans certains cas les encoches 28 et 29 peuvent être physiquement sépa rées.
En tout cas, lorsque les encoches extérieures 28 renferment un conducteur électrique, elles cons tituent un enroulement présentant une résistance élevée et une faible impédance, du fait du faible rapport entre leur longueur et leur largeur, tandis que les encoches intérieures 29 constituent un enrou lement présentant une faible résistance et une réac tance élevée, du fait du rapport élevé entre leur lon gueur et leur largeur. Les deux enroulements coo pèrent pour produire un démarrage à courant d'in tensité réduite et à couple normal.
Lorsque le rotor s'accélère et se rapproche de la vitesse synchrone, l'effet combiné est de produire un faible glissement, qui permet au moteur d'entrer en synchronisme plus aisément, bien que cela soit entravé par l'iner tie accrue des prolongements. Ces effets: ne concer nent toutefois que les prolongements 25 du rotor. L'effet global sur le rotor 12, y compris l'enroule ment du noyau, est de réduire considérablement l'in tensité du courant de démarrage.
Les rainures 17, les encoches 18 et 19, ainsi que les encoches d'enroulements 27, sont toutes reliées à chaque extrémité extérieure des prolongements du rotor par un anneau 41, afin de constituer un enrou lement en cage d'écureuil.