EP0151159A1 - Moteur polyphase a rotor aimante presentant n/2 paires de poles par face - Google Patents

Moteur polyphase a rotor aimante presentant n/2 paires de poles par face

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Publication number
EP0151159A1
EP0151159A1 EP84902779A EP84902779A EP0151159A1 EP 0151159 A1 EP0151159 A1 EP 0151159A1 EP 84902779 A EP84902779 A EP 84902779A EP 84902779 A EP84902779 A EP 84902779A EP 0151159 A1 EP0151159 A1 EP 0151159A1
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EP
European Patent Office
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poles
rotor
stator
face
motor according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP84902779A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michel Grosjean
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0151159A1 publication Critical patent/EP0151159A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/125—Magnet axially facing armature
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C13/00—Driving mechanisms for clocks by master-clocks
    • G04C13/08—Slave-clocks actuated intermittently
    • G04C13/10—Slave-clocks actuated intermittently by electromechanical step advancing mechanisms
    • G04C13/11—Slave-clocks actuated intermittently by electromechanical step advancing mechanisms with rotating armature
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C15/00—Clocks driven by synchronous motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos

Definitions

  • This invention relates to polyphase motors with ai ⁇ mantle rotor having on each of its two faces N / 2 pairs of poles.
  • a first type is that for which the rotor has N pairs of poles, these pairs being defined, for example, by axes of magnetization which are parallel to the axis of rotation of the rotor, so that the latter has N poles on each of its two faces.
  • a second type is that for which the rotor has, on each of its two faces, N / 2 pairs of poles, these pairs being defined, for example, by magnetization curves which are contained in planes parallel to the axis of rotation of the rotor, so that the latter also has N poles on each of its two faces.
  • the engine of the present invention essentially belongs to this second type.
  • the main object of the invention is to create an energy efficient polyphase motor, using existing materials, which can be manufactured by industrial processes and the number of phases as well as the range of powers can be very wide, without modifying the engine design.
  • it also aims to create a mo- multi-phase tor which can be easily adapted to the step by step mode
  • the field of application of the engine according to the present invention is therefore very wide.
  • This engine can be used, in particular, in drive systems for office automation, robotics, the aeronautical and space industry, photographic equipment, timepieces.
  • the motor according to the present invention is suitable for all systems using the digital technique, and, more particularly, for all those where the criteria of space, efficiency, power and speed are determining.
  • the subject of the invention is a polyphase motor which is characterized by the structure defined by claim 1, certain special embodiments of which are defined by claims 2 to 14, which can be adapted to the stepping mode, using the means defined by claims 15 and 16 and which can be mounted in the manner defined by claim 17.
  • Fig. 1 is a view in the direction of the axis of rotation of the rotor
  • Fig. 2 shows the watch in parts, to illustrate its structure
  • Fig. 3 is a section illustrating the positioning of the stators
  • Fig. 4 is a section illustrating the mounting of the rotor
  • Fig. 5 is a perspective view of the rotor of the first variant
  • Fig. 6 is a plan view of a part of the second variant
  • Figs. 7 and 8 are linear sequences of the engine, which illustrate its mode of operation. - 3 -
  • the motor shown has a rotor 1, each of the two faces of which has a number N of poles equal to eight.
  • the number m of the phases of this motor is equal to two.
  • the offset between these two phases is equal to ⁇ .
  • the rotor 1 is made of ferromagnetic material such as samarium-cobalt, the coercive field of which is high and the density low.
  • Each of its two faces has N / 2 pairs of poles. On each face, these poles are distributed regularly around the axis of rotation of the rotor and they are alternately of opposite names. In addition, the poles on one side are located exactly opposite the poles of the same name on the other side.
  • a stator is mounted opposite each of the faces of the rotor: a first a and a second b.
  • the stators a, b form two phases r and s.
  • Each phase r, s is composed of two pole pieces 2, 3, coplanar with each of the two stators a, b and the two pole pieces 2, 3 of each of the phases r, s of the stator a respectively have the same shape as the two pole pieces 2, 3 of each of the two phases r, s of the stator b.
  • the pole pieces 2, 3 of the stator b are superimposed on the pole pieces, 3 of the same shape of the stator a.
  • each phase thus has two pairs of pole pieces of the same shape facing each other and two pairs of coplanar pole pieces nested one inside the other.
  • the pole pieces are made of ferromagnetic material with a low coercive field and high saturation induction. They have poles 5 (Fig. 1) which, to facilitate the explanations, are designated by p 1? p 2> ..., p 9 in Fig. 2,
  • FIG. 1 This figure shows that the poles p-,, p, of the pole pieces 3 of of phase r of the stators a, b, the poles P2, p 4 of the pole pieces 2 of this same phase r of the stators a, b, the poles p,, p politicianof the pole pieces 3 of phase s of the stators a, b and the pole p_ of the pole pieces 2 of this phase s of the stators a, b respectively have the same angular extension.
  • poles p- and Pq of the pole pieces 2 of phase s of the stators a, b are fractional.
  • the sum of the angular extensions of these two fractional poles is at least approximately equal to the angular extension of an entire pole.
  • 1 N phase are integers; they are - in number per pole piece and are spaced by an angular interval at least approximately equal to twice that existing between the adjacent poles of each face of the rotor.
  • poles of the two remaining pole pieces there are
  • the phases r, s are offset relative to each other by an angle ⁇ of 22.5 °.
  • the offset ⁇ can be made different from - -.
  • the sum of the angular extensions of the fractional poles remains at least approximately equal to the angular extension of an entire pole, but these fractional poles no longer all have the same angular extension.
  • each pole piece of the stator a is magnetically connected to the pole piece of the stator b which is opposite it.
  • These magnetic links are such that, for each phase, the two outer pole pieces 3 are connected to one end of a noau yau 6, the other end of which is connected to the two inner pole pieces. 2 of the same phase.
  • the two outer pole pieces 3 are connected to the end A of the core 6 of this phase, the other end B of which is connected to the two inner pole pieces 2 of this same phase.
  • the two outer pole pieces 3 are connected to the end D of the core 6 of this phase, the other end C of which is connected to the two inner pole pieces 2.
  • the core 6 of each phase is made of ferromagnetic material with low coercive field and high saturation induction.
  • a coil 7 is wound around the core of each phase. The assembly is mounted as illustrated in FIG. 3.
  • the stator a rests against a piece of non-ferromagnetic material 8.
  • the pole pieces 2, 3 of the respective stators a, b are positioned by four screw feet 9. Two of these screw feet have a shoulder 10 , against which the pole pieces of the stator bear b.
  • Two spacers 11, made of soft ferromagnetic material, are interposed in the space between each of the ends of the core and each pole piece of the stator b.
  • the device described ensures, on the one hand, the correct positioning in their planes of the pole pieces, thanks to the screw feet, and, on the other hand, the correct positioning in height of these pole pieces, thanks to the shoulders 10 and the spacers. 11.
  • the rotor 1 is mounted as illustrated in FIG. 4. It pivots in bearings 12 with low contact friction. These bearings are preferably made in ruby.
  • a pinion 13 is integral with the shaft 1a of the rotor in order to transmit the rotations of the latter to a first mobile
  • the rotor is made in two parts separated by a disk 1b of soft ferromagnetic material.
  • Each part of this rotor has N axes of magnetization of alternately opposite directions. These magnetization axes are parallel to the axis of rotation of the rotor and they are regularly distributed around the latter.
  • the poles of the external face of one of the parts of the rotor are directly opposite those of the same name on the external face of the other
  • the motor comprises a soft, fixed fer ⁇ romagnetic disc, which is mounted in place of a stator.
  • This disc has openings 15, which are arranged so as to réali ⁇ ser a positioning torque.
  • Figs. 7 and 8 illustrate the operation of the engine. These are linear expansions of it. More particularly, these are schematic sections of the engine previously unwound in a linear fashion.
  • the phase shift r, s is 22.5 °.
  • pairs of poles of the rotor 1 are located exactly opposite the poles p-,, p 2 , Pj and p, of the phase r of the stators a, b.
  • This figure shows that the fluxes from the poles of the face of the rotor facing the stator a are collected by the poles p-, and p, of the pole piece 3 of this stator a, from where they are routed to the core 6 of phase r, which they travel from A to B. They then close by passing through the poles p 2 and p 4 of the pole piece 2 of the stator a.
  • the fluxes coming from the face of the rotor facing the stator b they are collected by the poles p, and p, of the pole piece 3 of the stator b, then conveyed to the core 6 of phase r, which they travel through. also from A to B before closing through the poles p 2 and p. of pole piece 2 of stator b. In the considered position of the rotor, the flux of the rotor through the core 6 of phase r is therefore maximum.
  • the position of the rotor in which its flux through the core 6 of phase s is maximum is that of FIG. 8.
  • the two fractional poles Pc and pg each collect, for each face of the rotor, a flux equal to 1 / m times the flux collected by an entire pole, or 1/2 of that of an entire pole in the example shown.
  • the rotor l 'of the variant shown in FIG. 5 comprises two magnetic parts. Unlike the rotor of the embodiment described above, the magnetization of these two parts is axial, and therefore easier to produce, and a soft ferro-magnetic disk 1b is fixed between them. As the poles of these two parts facing each other have the same name, the operation of the motor according to this variant is the same as that of the embodiment described above.
  • Another variant (not shown) of the motor according to the invention consists in shifting identically both the poles of one of the faces of the rotor and those of the stator opposite these poles relative to the poles of the other face of the rotor and the stator opposite this other face.
  • the operation of the engine is the same as that of the embodiment described above.
  • the motor according to the invention would still operate if one of the sta ⁇ tors was removed.
  • the rotor could have N / 2 pairs of poles only on its face opposite the remaining stator. As the flux passing through the cores would be halved, the efficiency of the engine would naturally be worse.
  • Fig. 6 shows such a disc, which has openings 15, in order to create a positioning torque.
  • These open tures are in number equal to that of the poles of one of the faces of the rotor and are arranged in a circular crown concentric with the rotor, in which they are distributed in a regular manner.
  • the period of the positioning torque is equal to 2 ⁇ r / N. It would however also be possible to create a positioning torque of period 4 ⁇ r / N by removing one of the openings 15 both.
  • a phase shift between the positioning torque and the mutual torques could be created by shifting the openings 15 relative to the radial sections of the sinuous iron 4 of the stator. Such a phase shift could also be created by shifting the poles of one of the faces of the rotor relative to those of the other face, the openings 15 then being arranged symmetrically with respect to the radial sections of the sinuous air gap of the stator.
  • the number of motor phases according to the invention can be very wide without modifying the motor design, since it suffices that the re-
  • N lation m -y-— be satisfied for n integer. In other words, it suffices to increase the number N of poles per face of the rotor to increase the number m of phases.
  • the engine according to the invention also has the advantage of offering a very wide range of powers, without having to modify the design of the engine. Without going into the details of the theory, it is, indeed, intuitive to notice that the mechanical power of a motor of this type is an increasing function of the number of pairs of poles of the rotor as well as of the diameter of the latter.
  • the motor according to the invention finally has the advantage of lending itself to operating mode step by step, since the disc of FIG. 6 introduces the positioning torque necessary for this operating mode.

Abstract

La structure du moteur est la suivante: le rotor (1) présente N/2 paires de pôles alternativement de noms contraires sur chacune de ses deux faces; les pôles d'une face sont directement en regard de ceux de même nom de l'autre face; deux stators identiques (a, b) forment m phase (r, s), m = N/2 x n, pour n entier; chaque phase (r, s) est constituée d'une paire de pièces polaires (2, 3), coplanaires et imbriquées l'une dans l'autre, ce chaque stator (a, b), les pôles de celle d'un stator étant directement en regard des pôles de celle de l'autre stator; les pièces polaires (2, 3) comprennent des pôles entiers (p1 à p4 et p6 à p8) et des pôles fractionnaires (p5, p9); les phases (r, s) sont décalées les unes par rapport aux autres; les pièces polaires (2, 3) de chaque phase (r, s) sont reliées magnétiquement entre elles par un oyau (6) bobiné.

Description

MOTEUR POLYPHASE A ROTOR AIMANTE PRESENTANT N/2 PAIRES DE POLES PAR FACE
Cette invention se rapporte aux moteurs polyphasés à rotor ai¬ manté présentant sur chacune de ses deux faces N/2 paires de pôles.
Suivant l'aimantation du rotor, il est possible de définir plusieurs types de moteurs.
Un premier type est celui pour lequel le rotor présente N paires de pôles, ces paires étant définies, par exemple , par des axes de ma¬ gnétisation qui sont parallèles à l'axe de rotation du rotor, de sorte que ce dernier présente N pôles sur chacune de ses deux faces.
Un deuxième type est celui pour lequel le rotor présente , sur chacune de ses deux faces , N/2 paires de pôles , ces paires étant défi¬ nies , par exemple, par des courbes de magnétisation qui sont contenues dans des plans parallèles à l'axe de rotation du rotor, de sorte que ce dernier présente aussi N pôles sur chacune de ses deux faces .
Le moteur de la présente invention appartient essentiellement à ce deuxième type.
L'invention vise principalement à créer un moteur polyphasé de rendement optimum , en utilisant des matériaux existants , qui soit fabri- cable par des procédés industriels et dont le nombre de phases ainsi que la gamme des puissances puissent être très étendus , sans modification de la conception du moteur. Subsidiairement, elle vise aussi à créer un mo- teur polyphasé qui puisse être adapté facilement au mode pas à pas.
Le domaine d'application du moteur selon la présente invention est donc très vaste. Ce moteur peut être utilisé, en particulier, dans les systèmes d'entraînement pour la bureautique, la robotique, l'industrie aéronautique et spatiale, l'appareillage photographique, les garde-temps.
Plus généralement, le moteur selon la présente invention convient à tous les systèmes utilisant la technique digitale, et, plus particulièrement, à tous ceux où les critères d'encombrement, de rendement, de puissance et de vitesse sont déterminants .
L'invention a pour objet un moteur polyphasé qui est caractérisé par la structure définie par la revendication 1, dont certaines formes spéciales d'exécution sont définies par les revendications 2 à 14 , qui peut être adapté au mode pas à pas, en utilisant les moyens définis par les revendications 15 et 16 et qui peut être monté de la façon définie par la revendication 17.
Une forme d'exécution du moteur selon l'invention et deux varian- tes sont représentées schématiquement et à simple titre d'exemple au dessin, dans lequel:
la Fig. 1 en est une vue dans la direction de l'axe de rotation du rotor;
la Fig . 2 la montre en pièces détachées , pour en illustrer la structure ;
la Fig. 3 est une coupe illustrant le positionnement des stators;
la Fig . 4 est une coupe illustrant le montage du rotor;
la Fig . 5 est une vue en perspective du rotor de la première va¬ riante ;
la Fig . 6 est une vue en plan d'une pièce de la seconde variante;
les Fig . 7 et 8 sont des déroulements linéaires du moteur, qui il¬ lustrent son mode de fonctionnement. - 3 -
Le moteur représenté possède un rotor 1 dont chacune des deux faces a un nombre N de pôles égal à huit. Le nombre m des phases de ce moteur est égal à deux. En outre, le décalage entre ces deux phases est égal à ^ .
La structure de ce moteur est illustrée spécialement à la Fig. 2, conjointement avec la Fig. 1.
Le rotor 1 est en matériau ferromagnétique tel que le samarium- cobalt dont le champ coercitif est élevé et la masse volumique faible. Chacune de ses deux faces présente N/2 paires de pôles. Sur chaque face, ces pôles sont répartis régulièrement autour de l'axe de rotation du rotor et ils sont alternativement de noms contraires. En outre, les pôles d'une face sont situés exactement en regard des pôles de même nom de l'autre face.
Un stator est monté en regard de chacune des faces du rotor: un premier a et un second b.. Les stators a, b forment deux phases r et s. Chaque phase r, s est composée de deux pièces polaires 2, 3, coplanai- res de chacun des deux stators a, b et les deux pièces polaires 2, 3 de chacune des phases r, s du stator a ont respectivement la même forme que les deux pièces polaires 2, 3 de chacune des deux phases r, s du stator b. En outre, dans la vue de la Fig. 1, les pièces polaires 2, 3 du stator b sont superposées aux pièces polaires , 3 de même forme du stator a.
Les deux pièces polaires coplanaires de chacune des deux phases r, s de chaque stator a, b sont imbriquées l'une dans l'autre, la pièce 2 étant à l'intérieur de la pièce 3. Par ailleurs, ces deux pièces 2, 3 sont séparées, chacune, par un entrefer sinueux 4. Chaque phase a ainsi deux paires de pièces polaires de même forme en regard les unes des au¬ tres et deux paires de pièces polaires coplanaires imbriquées les unes dans les autres.
Les pièces polaires sont en matériau ferromagnétique à faible champ coercitif et à induction de saturation élevée. Elles présentent des pôles 5 (Fig. 1) qui, pour faciliter les explications, sont désignés par p1? p2> ..., p9 dans la Fig. 2, Cette figure montre que les pôles p-, , p, des pièces polaires 3 de de la phase r des stators a, b , les pôles P2 , p4 des pièces polaires 2 de cette même phase r des stators a , b , les pôles p, , p„ des pièces polaires 3 de la phase s des stators a, b et le pôle p_ des pièces polaires 2 de cette phase s des stators a, b ont respectivement la même extension an¬ gulaire. Ces différents pôles sont dits entiers , tandis que les pôles p- et Pq des pièces polaires 2 de la phase s des stators a, b sont fractionnai¬ res. La somme des extensions angulaires de ces deux pôles fractionnaires est au moins approximativement égale à l'extension angulaire d'un pôle entier.
• Dans le cas général d'un moteur à m phases et dont le rotor a N pôles , les pôles des pièces polaires de m-1 phases et ceux de deux piè¬ ces polaires en regard l'une de l'autre, des stators a, b de la m-ième
1 N phase sont entiers ; ils sont au nombre de — par pièce polaire et sont espacés d'un intervalle angulaire au moins approximativement égal au double de celui existant entre les pôles adjacents de chaque face du ro- tor . Quant aux pôles des deux pièces polaires restantes , il y en a
1 N
"2 — - 1 par pièce polaire qui sont entiers , tandis que les m pôles res- tants par pièce polaire sont fractionnaires , la somme de leurs extensions angulaires étant au moins approximativement égale à l'extension angulaire d'un pôle entier .
Dans la forme d'exécution représentée , les phases r , s sont déca- lées l'une par rapport à l'autre d'un angle α de 22 , 5° . Dans le cas gé¬ néral d'un moteur à m phases et dont le rotor a N pôles par face , α =
2τr "^
T; — r L'extension angulaire de chacun des pôles fractionnaires est au
N « m β c moins approximativement égale à 1/m fois celle d'un pôle entier.
Le décalage α peut être rendu différent de — — . Dans ce cas , la somme des extensions angulaires des pôles fractionnaires reste au moins approximativement égale à l'extension angulaire d'un pôle entier, mais ces pôles fractionnaires n'ont plus tous la même extension angulaire.
Pour chaque phase, chaque pièce polaire du stator a est reliée magnétiquement à la pièce polaire du stator b qui est en regard d'elle . Ces liaisons magnétiques sont telles que, pour chaque phase , les deux pièces polaires extérieures 3 sont reliées à l'une des extrémités d'un no¬ yau 6 , dont l'autre extrémité est reliée aux deux pièces polaires intéri- eures 2 de la même phase. Ainsi pour la phase r, les deux pièces polai¬ res extérieures 3 sont reliées à l'extrémité A du noyau 6 de cette phase, dont l'autre extrémité B est reliée aux deux pièces polaires intérieures 2 de cette même phase. De même, pour la phase s , les deux pièces polaires extérieures 3 sont reliées à l'extrémité D du noyau 6 de cette phase, dont l'autre extrémité C est reliée aux deux pièces polaires intérieures 2.
Le noyau 6 de chaque phase est en matériau ferromagnétique à faible champ coercitif et à induction de saturation élevée. Une bobine 7 est enroulée autour du noyau de chaque phase. L'ensemble est monté de la façon illustrée par la Fig . 3.
Le stator a repose contre une pièce en matériau non ferromagnéti- que 8. Pour chaque phase , les pièces polaires 2 , 3 des stators respectifs a, b sont positionnées par quatre pieds-vis 9. Deux de ces pieds-vis présentent un épaulement 10 , contre lequel appuient les pièces polaires du stator b . Deux entretoises 11 , en matériau ferromagnétique doux, sont intercalées dans l'espace compris entre chacune des extrémités du noyau et chaque pièce polaire du stator b.
Le dispositif décrit assure, d'une part, le positionnement correct dans leurs plans des pièces polaires , grâce aux pieds-vis , et, d'autre part , le positionnement correct en hauteur de ces pièces polaires , grâce aux épaulements 10 et aux entretoises 11.
Le rotor 1 est monté de la façon illustrée à la Fig . 4. Il pivote dans des paliers 12 à faible frottement de contact. Ces paliers sont faits de préférence en rubis . Un pignon 13 est solidaire de l'arbre la du ro- tor afin de transmettre les rotations de ce dernier à un premier mobile
14 d'un train d'engrenage (non représenté) .
Dans la variante de la Fig . 5 , le rotor est fait en deux parties séparées par un disque lb en matériau ferromagnétique doux . Chaque partie de ce rotor présente N axes de magnétisation de directions alter¬ nativement opposées. Ces axes de magnétisation sont parallèles à l'axe de rotation du rotor et ils sont régulièrement répartis autour de ce der¬ nier. Les pôles de la face externe de l'une des parties du rotor sont di¬ rectement en regard de ceux de même nom de la face externe de l'autre
partie du rotor.
Dans la variante de la Fig . 6 , le moteur comprend un disque fer¬ romagnétique doux, fixe, qui est monté en lieu et place d'un stator. Ce disque présente des ouvertures 15 , qui sont disposées de façon à réali¬ ser un couple de positionnement.
Les Fig . 7 et 8 illustrent le fonctionnement du moteur. Ce sont des développements linéaires de celui-ci. Il s'agit plus particulièrement de coupes schématiques du moteur déroulé au préalable de façon linéaire. Le décalage des phases r, s est de 22 ,5° .
La Fig . 8 représente l'état du moteur lorsque le rotor s'est dépla¬ cé de 22 , 5° par rapport à celui représenté à la Fig . 7 , soit, dans le cas général, d'un angle et = -r .
& Y N -m
En vue de faciliter la compréhension du fonctionnement du moteur représenté , la manière de créer la caractéristique appelée couple mutuel est exposée en premier lieu . Ce couple mutuel est celui qui provient de l'interaction entre les flux du rotor aimanté et ceux des bobines.
Dans la position de la Fig . 7 , des paires de pôles du rotor 1 se trouvent exactement en regard des pôles p-, , p2 , P-j et p , de la phase r des stators a, b . Cette figure montre que les flux issus des pôles de la face du rotor tournée vers le stator a sont recueillis par les pôles p-, et p, de la pièce polaire 3 de ce stator a, d'où ils sont acheminés vers le noyau 6 de la phase r, qu'ils parcourent de A en B . Ils se referment ensuite en passant par les pôles p2 et p4 de la pièce polaire 2 du stator a. Quant aux flux issus de la face du rotor tournée vers le stator b , ils sont recueillis par les pôles p, et p, de la pièce polaire 3 du stator b , puis acheminés vers le noyau 6 de la phase r , qu'ils parcourent aussi de A en B avant de se refermer en passant par les pôles p2 et p . de la pièce polaire 2 du stator b . Dans la position considérée du rotor , le flux du rotor à travers le noyau 6 de la phase r est donc maximum.
En décalant le rotor à partir de cette position d'un angle α égal à 2τr/N , il est facile de voir que le flux à travers le noyau 6 de la phase r est aussi maximum , mais de sens opposé , c'est-à-dire qu'il parcourt ce noyau de B en A . Il y a donc inversion du flux du rotor dans le noyau 6 de la phase r, chaque fois que le rotor tourne d'un angle égal à 2τr / N , soit de 45° dans l'exemple représenté.
Lorsque la bobine de la phase r est alimentée , il en résulte , selon les lois de l'électromécanique , un couple d'interaction entre la bobine et et le rotor aimanté , le couple mutuel, dont la période est égale à 4-tr/ N , et dont les positions d'équilibre correspondent aux positions du rotor dans lesquelles les paires de pôles de ce dernier sont exactement en re¬ gard des pôles des pièces polaires de cette phase r des stators .
En ce qui concerne les pôles p. , p, , p7 , ps et p„ de la phase s , entre lesquels se trouvent les paires de pôles du rotor dans la Fig . 7 , il est facile de voir que cette phase s présente également un couple mutuel de période 4τr/N , mais décalé par rapport au couple mutuel de la phase r d'un angle α = • -^ — , soit de 22 , 5° dans l'exemple représenté .
La position du rotor dans laquelle son flux à travers le noyau 6 de la phase s est maximum est celle de la Fig . 8. Les deux pôles frac¬ tionnaires Pc et pg recueillent chacun , pour chaque face du rotor , un flux égal à 1 /m fois le flux recueilli par un pôle entier, soit 1 /2 fois ce¬ lui d'un pôle entier dans l'exemple représenté .
Les remarques faites ci-dessus à propos d'un décalage entre les phases différent de - , s'appliquent ici aussi.
Le comportement du moteur avec les couples mutuels indiqués , lorsque les bobines sont alimentées , est connu et ne sera donc pas dé¬ crit .
Le moteur représenté , biphasé et avec un rotor à 8 pôles par fa¬ ce , n'est évidemment pas la seule forme d'exécution possible du moteur selon l'invention . Il suffit que le nombre de pôles N par face du rotor et
N celui m des phases satisfassent la relation : m = s 2- —« n où n est un nombre entier. Le tableau de la page suivante indique les configurations possi- blés du moteur selon l'invention.
Le rotor l' de la variante représentée à la Fig . 5 comprend deux parties aimantées. A la différence du rotor de la forme d'exécution dé¬ crite ci-dessus , l'aimantation de ces deux parties est axiale, partant plus facile à réaliser, et un disque ferro-magnétique doux 1b est fixé entre elles . Comme les pôles de ces deux parties en regard les uns des autres sont de même nom, le fonctionnement du moteur selon cette variante est le même que celui de la forme d'exécution décrite ci-dessus .
Une autre variante (non représentée) du moteur selon l'invention consiste à décaler identiquement à la fois les pôles de l'une des faces du rotor et ceux du stator en regard de ces pôles par rapport aux pôles de l'autre face du rotor et du stator en regard de cette autre face. Dans ce cas également , le fonctionnement du moteur est le même que celμi de la forme d'exécution décrite précédemment.
Il est également possible , dans d'autres variantes (également non représentées) , de prévoir deux noyaux par phase au lieu d'un seul, l'un reliant entre elles les deux pièces polaires coplanaires d'un stator et l'autre , celles de l'autre stator. Il serait ainsi possible de doubler le nombre des phases du moteur, par exemple en décalant les pôles de l'une des faces du rotor par rapport à ceux de l'autre face ou l'un des stators par rapport à l'autre. Dans l'un et l'autre cas , au lieu d'une position du rotor, dans laquelle un groupe de ses pôles , en regard les uns des au¬ tres , se trouvent se trouvent en face des pôles d'une phase des stators , il y aurait , en effet , une première position du rotor, dans laquelle seuls les pôles du dit groupe , situés sur l'une des faces du rotor, se trouve- raient en regard des pôles de la dite phase de l'un des stators, et une seconde position du rotor, dans laquelle ce seraient les pôles du dit groupe , situés sur l'autre face du rotor, qui seraient en regard des pô¬ les de la dite phase de l'autre stator. Cela permet de doubler les phases du moteur sans devoir modifier la forme des pièces qui le composent. Les deux décalages indiqués , des pôles du rotor et des stators , pourraient même être conjoints . Ces deux décalages pourraient naturellement être identiques , comme dans une variante décrite ci-dessus , à la différence qu'il y aurait, dans ce dernier cas, deux noyaux par phase au lieu d'un seul. Chacun de ces noyaux serait cependant monophasé et le moteur ne présenterait donc que m phases . Suivant la fonction assignée à certaines phases , il pourrait enfin être avantageux de décaler différemment , d'une part , les phases de l'un des stators les unes par rapport aux autres , et, d'autre part , celles de l'autre stator.
Le moteur selon l'invention fonctionnerait encore si l'un des sta¬ tors était supprimé . Dans ce cas , le rotor pourrait ne présenter N /2 pai¬ res de pôles que sur sa face en regard du stator restant. Comme le flux passant dans les noyaux serait réduit de moitié , le rendement du moteur serait naturellement moins bon .
L'un des stators pourrait aussi être remplacé par un disque fer¬ romagnétique doux, afin de contrebalancer la force d'attraction entre le rotor et le stator restant . La Fig . 6 montre un tel disque , qui présente des ouvertures 15 , afin de créer un couple de positionnement . Ces ouver- tures sont en nombre égal à celui des pôles de l'une des faces du rotor et sont disposées selon une couronne circulaire concentrique au rotor, dans laquelle elles sont réparties de façon régulière. Dans ce cas, la pé¬ riode du couple de positionnement est égale à 2τr/N. Il serait toutefois aussi possible de créer un couple de positionnement de période 4τr/N en supprimant une des ouvertures 15 toutes les deux. Un déphasage entre le couple de positionnement et les couples mutuels pourrait être créé en décalant les ouvertures 15 par rapport aux tronçons radiaux de l'entre¬ fer sinueux 4 du stator. Un tel déphasage pourrait aussi être créé en décalant les pôles de l'une des faces du rotor par rapport à ceux de l'autre face, les ouvertures 15 étant alors disposées symétriquement par rapport aux tronçons radiaux de l'entrefer sinueux du stator.
Dans toutes les exécutions comprenant un stator en regard de chaque face du rotor , le positionnement des stators est réalisé de la fa¬ çon décrite en référence à la Fig. 3.
A propos du rendement du moteur selon l'invention et sans entrer dans les détails de la théorie , Fhomme du métier constatera qu'il est op- timum.
Tout d'abord, les flux de toutes les paires de pôles du rotor sont acheminés dans le même sens à travers chaque noyau des bobines, cela grâce à l'imbrication décrite des pièces polaires 2 , 3 , à la liaison magné- tique prévue entre les deux stators et à la disposition des pôles entiers et fractionnaires . Il n'existe en effet aucune paire de pôles du rotor dont le flux soit perdu, en ce sens qu'il ne se refermerait pas par les noyaux et ne participerait pas de façon additive au flux mutuel. C'est là une première condition nécessaire à l'obtention d'un rendement optimum.
De plus , le flux de chaque paire de pôles du rotor est maximisé , puisque ces flux sont recueillis et se referment par les pôles de pièces polaires qui sont directement en regard des pôles de chacune des paires du rotor . C'est là une deuxième condition nécessaire à l'obtention d'un rendement optimum, et en voici une troisième, qui est relative au mode de fonctionnement pas à pas .
Le fait que le rotor soit plein , en ce sens qu'il n'existe pas d'in¬ tervalle angulaire entre les pôles de chaque face du rotor qui ne soit égal à 2τr/N , optimise , du point de vue du rendement , la relation entre le flux total des paires de pôles du rotor et l'inertie de ce dernier. Cela provient du fait que le rendement est une fonction croissante du flux et décroissante de l'inertie , mais que la puissance à laquelle cette fonction croît avec le flux est plus grande que celle à laquelle elle décroît avec l'inertie .
La conjonction de ces conditions nécessaires permet d'affirmer que le moteur selon l'invention , dans sa structure complète, est optimum du point de vue du rendement . Il s'ensuit, a contrario, que les moteurs du même type ne satisfaisant pas les conditions nécessaires énoncées n'ont pas un rendement optimum .
Le nombre des phases du moteur selon l'invention peut être très étendu sans modifier la conception du moteur , puisqu'il suffit que la re-
N lation m = -y-— soit satisfaite pour n entier. Autrement dit , il suffit d'augmenter le nombre N de pôles par face du rotor pour augmenter le nombre m de phases .
Le moteur selon l'invention a aussi l'avantage d'offrir une gamme de puissances très étendue , sans avoir à modifier la conception du mo¬ teur. Sans entrer dans les détails de la théorie, il est , en effet, intuitif de remarquer que la puissance mécanique d'un moteur de ce type est une fonction croissante du nombre de paires de pôles du rotor ainsi que du diamètre de ce dernier .
Le moteur selon l'invention a enfin l' avantage de se prêter au mo¬ de de fonctionnement pas à pas , puisque le disque de la Fig . 6 introduit le couple de positionnement nécessaire à ce mode de fonctionnement .
OMPI

Claims

R E V E N D I C A T I O N S :
1. Moteur polyphasé à rotor aimanté présentant N/2 paires de pôles par face, caractérisé
- en ce que les pôles de chaque face du rotor (1) sont répartis réguliè- rement autour de son axe de rotation et sont alternativement de noms contraires, les pôles d'une face étant directement en regard de ceux de même nom de l'autre face,
- en ce que le rotor (1) est disposé entre deux stators (a, b) au moins approximativement identiques ,
N - en ce que les stators (a, b) forment m phases (r, s), où m = -57—. n étant un nombre entier,
- en ce que chaque phase (r, s) comprend deux pièces polaires (2, 3) de l'un et de l'autre stator (a, b), qui sont coplanaires et dont l'une (2) est imbriquée dans l'autre (3) et en est séparée par un entrefer (4) sinueux, les deux pièces polaires d'un stator se trouvant en re¬ gard de celles de l'autre stator,
- en ce que, pour m-1 phases (r, s) ainsi que pour l'une des paires de pièces polaires (2, 3) de la phase restante, qui sont en regard l'une de l'autre, les pôles (p, à p., p,, p„) de chacune des pièces polaires, au nombre de n = - sont entiers et espacés par un intervalle angu¬ laire au moins approximativement double de celui entre les pôles adja¬ cents de chaque face du rotor (1) ,
1 N
- en ce que j — - 1 pôles (p-) de chacune des pièces polaires de l'autre paire de pièces polaires en regard l'une de l'autre de la phase restante sont entiers,
- en ce que les m pôles restants (p,, P ) de chaque pièce polaire de cette dernière paire sont fractionnaires, la somme de leurs extensions angulaires étant au moins approximativement égale à l'extension angu¬ laire d'un pôle entier, - en ce que les phases (r, s) sont décalées les unes par rapport aux autres ,
- en ce que chaque pièce polaire (2, 3) d'un stator (a) est, pour chaque phase, reliée magnétiquement à la pièce polaire en regard d'elle de l'autre stator (b) - en ce que pour chaque phase, les deux pièces polaires extérieures (3) sont reliées magnétiquement à l'une (A, D) des extrémités d'un noyau (6) , dont l'autre extrémité (B , C) est reliée magnétiquement aux deux pièces polaires intérieures (2)
- et en ce qu'au moins une bobine (7) est enroulée autour du noyau (6) de chaque phase (r, s) .
2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé
- en ce que les phases (r, s) sont décalées les unes par rapport aux autres d'un angle au moins approximativement égal à 2ττ/Nm - et en ce que l'extension angulaire de chaque pôle fractionnaire est au moins approximativement égale à 1/m fois celle d'un pôle entier.
3. Moteur selon la revendication 1 ou 2 , caractérisé - en ce que le rotor (l1) comprend deux parties aimantées , présentant chacune N axes de magnétisation , tous parallèles à l'axe de rotation du rotor mais de sens alternativement opposés et séparés par des interval¬ les angulaires égaux entre eux
- et en ce qu'un disque ferromagnétique doux (lb) est fixé entre les deux parties aimantées du rotor (1' ) , les pôles de la face externe de l'une de ces parties étant directement en regard de ceux de même nom de la face externe de l'autre partie.
4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce que les pôles d'une face externe du rotor et le stator en regard de cette face sont décalés identiquement par rapport aux pôles de l'autre face externe du rotor et à l'autre stator.
5 . Moteur selon l'une des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce que les deux pièces polaires coplanaires (2 , 3) de chaque phase (r, s) de chacun des deux stators (a, b) sont reliées magnétiquement entre elles par un noyau .
6. Moteur selon la revendication 5 , caractérisé en ce que les pôles d'une face externe du rotor sont décalés par rapport à ceux de l'autre face externe du rotor.
OMP
7. Moteur selon la revendication 5 , caractérisé en ce que les deux stators sont décalés l'un par rapport à l'autre.
8. Moteur selon la revendication 5 , caractérisé
- en ce que les pôles d'une face externe du rotor sont décalés par rap¬ port à ceux de l'autre face externe
- et en ce que les deux stators sont décalés l'un par rapport à l'autre.
9. Moteur selon la revendication 8 , caractérisé en ce que les pôles d'une face externe du rotor et le stator en regard de cette face sont décalés identiquement par rapport aux pôles de l'autre face externe du rotor et à l'autre stator.
10. Moteur selon l'une des revendications 6 à 8 , caractérisé en ce que le décalage des phases de l'un des stators est différent de ce- lui des phases de l'autre stator.
11. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce qu'il ne comprend qu'un seul stator en regard de l'une des faces du rotor.
12. Moteur selon la revendication 11 , caractérisé en ce que le rotor ne présente des pôles que sur la face en regard du dit stator.
13. Moteur selon la revendication 11, caractérisé par un disque ferromagnétique doux, fixe, disposé en regard de la face libre du rotor.
14. Moteur selon la revendication 13 , caractérisé en ce que les pôles d'une face externe du rotor sont décalés par rapport à ceux de son autre face externe.
15. Moteur selon la revendication 13 , caractérisé en ce que le disque ferromagnétique doux, fixe, présente N ou N/2 ou¬ vertures (15) réparties régulièrement le long d'une couronne circulaire concentrique au disque , mais décalées par rapport aux tronçons radiaux de l'entrefer sinueux du stator.
16. Moteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que le disque ferromagnétique doux, fixe, présente N ou N/2 ou¬ vertures réparties régulièrement le long d'une couronne circulaire con¬ centrique au disque et symétriques par rapport aux tronçons radiaux de l'entrefer sinueux du stator.
17. Moteur selon l'une des revendications 1 à 10 , caractérisé
- en ce que la position, en plan , des pièces polaires (2 , 3) des deux stators (a, b) est assurée par quatre pieds-vis (9)
- et en ce que l'espacement des pièces polaires de l'un et de l'autre sta¬ tor est assuré par des épaule ents (10) de deux des dits pieds- vis et par deux entretoises (11) .
f OMP
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