WO1987003751A1 - Moteur electrique synchrone di- ou tetraphase a un etage - Google Patents

Moteur electrique synchrone di- ou tetraphase a un etage Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a synchronous electric motor of the type defined in the preamble of claim 1 and described for example in Swiss patent No 637 508.
  • the number of active poles of the stator assembly that is to say the number of places where the variable air gap has a minimum height, is limited, per phase , at 40% of the number of poles of the same name appearing on each of the plane surfaces of the magnetized rotor part. This also limits the torque of the motor for a given number of ampere-turns " of the corresponding control coils.
  • the present invention aims in particular to increase the torque of such a motor and to provide a motor of a particularly simple, economical construction and of small dimensions, in which the number of active poles can be increased beyond the above-mentioned limit. .
  • FIG. 1 is a view in axial section along line II ′ of FIG. 2, of a two-phase motor according to the invention comprising two pairs of coils
  • FIG. 2 is a top view of the lower stator part of the motor according to FIG. 1 and,
  • Figure 3 is a top view similar to that of Figure 2 illustrating an alternative embodiment of the motor of Figures 1 and 2 having two coils surrounding the axis of the motor.
  • the motor shown in axial section in FIG. 1 comprises a shaft 1 on which is fixed, by means of a support part 2 / an annular disc 3, for example made of samarium-cobalt, constituting the rotor part magnetized motor.
  • This annular disc is axially magnetized so as to present, on each of its planar surfaces, 50 poles of the same name arranged regularly along its annular surfaces and alternating, preferably, with 50 poles of opposite polarity.
  • the shaft 1 is rotatably mounted, by means of bearings 4, 5 shown diagrammatically in FIG. 1, in a stator assembly 6 which has two parts, namely a lower stator part 7 and a stator part upper 8.
  • stator assembly 6 which has two parts, namely a lower stator part 7 and a stator part upper 8.
  • These stator parts are made of a magnetically permeable material, in the present example in sintered iron.
  • pole parts such as 9, 10.
  • the pole parts of each stator part form four groups corresponding to four pole shoes designated by 11, 12, 13 and 14 for the lower stator part 7.
  • the upper stator part 8 has the same shape as the part 7 with which it is joined by screws such as 15.
  • the two assembled stator parts thus have, the along an annular zone in which is disposed the magnetized rotor part, 3, an air gap whose height, that is to say the dimension in the axial direction, varies from one polar part to the next.
  • the different pole parts can have the shape of teeth of rectangular or rounded section, the crests of the different teeth constituting active poles of the stator part. In FIG. 2, these ridges are represented schematically by dashed lines oriented radially.
  • each stator part has four pole shoes, arranged in the four quadrants around the axis of the motor shaft and thus has two perpendicular axial planes of symmetry.
  • Two diametrically opposite groups are associated with the same phase of the. two-phase motor in this example.
  • the stator assembly further comprises electrical control coils, in this case four coils, three, 16, 17 and 18 of which are visible in FIGS. 1 and 2
  • electrical control coils in this case four coils, three, 16, 17 and 18 of which are visible in FIGS. 1 and 2
  • two diametrically opposite pole shoes are surrounded by coils, such as the coils 16 and 18 of FIG. 2.
  • the coils 16 and 18 correspond to the one of the phases of the motor, the other phase comprising two similar coils, one of which 17 is visible in FIG. 1, these coils of the other phase surrounding the pole shoes arranged opposite the pipes 12 and 14 in FIG.
  • the coils corresponding to a phase are all arranged on the same side of the rotor part, the corresponding magnetic circuit closing by solid parts such as 19, 20, 21, 22 by which the lower and upper stator parts are in contact by forming a seal magnetic.
  • the Figure- 1 also shows a preferred arrangement of coils such as 16, wherein each coil is preformed in order to allow on the one hand to minimize the axial dimension of the engine and, secondly, placing these coils as close as possible to the polar parts.
  • the resulting shape of the coils is such that the portions which are further from the axis of the motor shaft are closer to the rotor part than the portions closer to the axis.
  • FIGS. 1 and 2 also show that the pole shoes which do not carry a coil such as the openings 12 and 14 do not have a groove such as the grooves in which the coils 16 and 18 are placed. This contributes to the reduction of iron losses in the magnetic circuit.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment in which the stator parts have essentially the same shape as according to FIG. 2.
  • the two coils 16 and 18 of FIG. 2 are combined into a single coil 23, which in particular makes it possible to reduce the number of connection wires.
  • the motor therefore comprises two coils arranged on either side of the rotor part and each corresponding to a phase of the two-phase motor.
  • the motor according to Figures 1 and 2 can of course be used as a tetraphase motor, the connection wires of each of the coils leaving the motor separately.
  • This arrangement not only makes it possible to produce an extremely compact motor with a simple and economical structure, but above all it allows, due to the increase in the number of active poles of the stator assembly, to increase the torque of the motor while remaining within the limits imposed by the heating of the motor and / or the saturation of the material of the magnetic circuits with regard to the number of ampere-turns of the control coils.

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Abstract

Le stator du moteur à rotor aimanté plan, comporte des groupes de parties polaires (11 à 14) et au moins deux bobines de commande (16, 18). De chaque côté du rotor, chaque groupe de parties polaires (11) entouré par une bobine (16) est placé à côté de groupes (12, 14) qui ne sont pas entourés par une bobine. Cette disposition permet d'augmenter le nombre de pôles actifs du stator, donc le couple du moteur, dans un moteur de construction simple, économique et de petites dimensions.

Description

Moteur électrique synchrone άi- ou tétraphasé à un étage
La présente invention concerne un moteur électrique synchrone du type défini dans le préambule de la revendication 1 et décrit par exemple dans le brevet suisse No 637 508.
Dans les moteurs diphasés connus, à un seul étage, le nombre de pôles actifs de l'ensemble de stator, c'est-à- dire le nombre d'endroits où l'entrefer variable présente une hauteur minimale, est limité, par phase, à 40 % du nombre de pôles de même nom apparaissant sur chacune des surfaces planes de la partie de rotor aimantée. Ceci limite également le couple du moteur pour un nombre d'ampères-tours donné "des bobines de commande corres¬ pondantes.
La présente invention vise notamment à augmenter le couple d'un tel moteur et à fournir un moteur d'une construction particulièrement simple, économique et de petitesdimen¬ sions, dans lequel le nombre de pôles actifs peut être augmenté au-delà de la limite susmentionnée.
L'invention, ses particularités et avantages seront mieux compris à la lumière de la description donnée ci-après, à titre d'exemple, de deux formes de réalisation illus¬ trées par le dessin annexée dans lequel :
la figure 1 est une vue en coupe axiale selon la ligne I-I' de la figure 2 , d'u moteur diphasé selon l'invention comportant deux paires de bobines, la figure 2 est une vue de dessus de la partie de stator inférieure du moteur selon la figure 1 et,
la figure 3 est une vue de dessus similaire à celle de la figure 2 illustrant une variante d'exécution du moteur des figures 1 et 2 comportant deux bobines entourant l'axe du moteur.
Le moteur représenté en coupe axiale à la figure 1 comporte un arbre 1 sur lequel est fixée, par l'inter¬ médiaire d'une partie de support 2/un disque annulaire 3, par exemple en samarium-cobalt, constituant la partie de rotor aimanté du moteur. Ce disque annulaire est aimanté axiale ent de façon à présenter, sur chacune de ses surfaces planes, 50 pôles de même nom disposés réguliè¬ rement le long de ses surfaces annulaires et alternant, de préférence, avec 50 pôles de polarité opposée.
L'arbre 1 est monté de façon rotative, par l'intermédiaire de paliers 4, 5 représentés schématiquement à la figure 1, dans un ensemble de stator 6 qui comporte deux parties, à savoir une partie de stator inférieure 7 et une partie de stator supérieure 8. Ces parties de stator sont réali¬ sées en une matière magnétiquement perméable, dans le présent exemple en fer fritte. Au voisinage de la partie de rotor du moteur, ces parties de stator, présentent des parties polaires telles que 9, 10. Dans le présent exemple, les parties polaires de chaque partie de stator forment quatre groupes correspondant à quatre épanouis¬ sements polaires désignés par 11, 12, 13 et 14 pour la partie de stator inférieure 7. La partie de stator supérieure 8 a la même forme que la partie 7 avec laquelle elle est réunie par des vis telles que 15. Les deux parties de stator assemblées présentent ainsi, le long d'une zone annulaire dans laquelle est disposée la partie de rotor aimantée, 3,un entrefer dont la hauteur, c'est-à-dire la dimension dans le sens axial, varie en passant d'une partie polaire à la suivante. Les différentes parties polaires peuvent avoir une forme de dentsde section rectangulaire ou arrondie, les crêtes des différentes dents constituant des pôles actifs de la partie de stator. Dans la figure 2 ces crêtes sont représentées schématiquement par des traits mixtes orientés radialement.
Dans le cas représenté à la figure 2, chaque partie de stator comporte quatre épanouissements polaires, disposés dans les quatre quadrants autour de l'axe de l'arbre du moteur et présente ainsi deux plans de symétrie axiaux perpendiculaires. Deux groupes diamétralement opposés sont associés à une même phase du. oteur diphasé de cet exemple.
L'ensemble de stator comporte en outre des bobines de commande électriques, en l'occurrence quatre bobines dont trois, 16, 17 et 18 sont visibles dans les figures 1 et 2 Comme le montre plus particulièrement la figure 2, de chaque côté de la partie de rotor 3, c'est-à-dire dans chaque partie de stator, deux épanouissements polaires diamétralement opposés sont entourés par des bobines, telles que les bobines 16 et 18 de la figure 2. les bobines 16 et 18 correspondent à l'une des phases du moteur, l'autre phase comportant deux bobines similaires, dont l'une 17 est visible à la figure 1, ces bobines de l'autre phase entourant des épanouissements polaires disposés en regard des épanouissements 12 et 14 de la figure 2. Autrement dit, les bobines correspondant à une phase sont toutes disposées d'un même côté de la partie de rotor, le circuit magnétique correspondant se fermant par des parties solides telles que 19, 20, 21, 22 par lesquelles les parties de stator inférieures et supérieures sont en contact en formant un joint magnétique.
La présente disposition des bobines selon laquelle de chaque côté d'un épanouissement polaire ou groupe de parties polaires tel que 11 entouré d'une bobineuse trouvent des épanouissements polaires ou groupesde parties polaires tels que 12 et 14 qui ne sont pas entourés d'une bobine dans cette même partie de stator, permet d'augmenter le nombre de parties polaires ou pôles actifs de l'ensemble de stator le long de la circonférence de la partie de rotor. En effet, la figure 2 montre que, pour chaque phase, 2 x 11 pôles actifs peuvent être réalisés ce qui représente 44 % des 50 pôles de même nom de la partie de rotor. Autrement dit, sur l'ensemble des deux phases 44 pôles actifs ou 88 % du maximum théorique sont utilisés.
La figure- 1 montre également' une disposition préférentielle des bobines telles que 16, selon laquelle chaque bobine est préformée de façon à permettre d'une part de réduire au minimum la dimension axiale du moteur et, d'autre part, à placer ces bobines le plus près possible des parties polaires. La forme des bobines qui en résulte est telle que les portions qui sont plus éloignées de l'axe de l'arbre du moteur sont plus près de la partie de rotor que les portions plus rapprochées de l'axe.
Les figures 1 et 2 montrent, en outre, que les épanouis¬ sements polaires qui ne portent pas de bobine tels que les épanouissements 12 et 14 ne présentent pas de gorge telle que les gorges dans lesquelles sont placées les bobines 16 et 18. Ceci contribue à la réduction des pertes de fer dans le circuit magnétique.
La figure 3 montre une variante d'exécution dans laquelle les parties de stator présentent essentiellement la même forme que selon la figure 2.
Les deux bobines 16 et 18 de la figure 2 sont réunies en une seule bobine 23, ce qui permet notamment de réduire le nombre de fils de connexion. Dans ce cas, le moteur comporte donc deux bobines disposées de part et d'autre de la partie de rotor et correspondant chacune à une phase du moteur diphasé.
Le moteur selon les figures 1 et 2 peut bien entendu être utilisé comme moteur têtraphasé, les fils de connexion de chacune des bobines sortant du moteur séparément.
La présente disposition permet non seulement de réaliser un moteur extrêmement compact et d'une structure simple et économique, mais elle permet surtout, du fait de l'augmentation du nombre de pôles actifs de l'ensemble de stator, d'augmenter le couple du moteur tout en restant dans les limites imposées par l'échauffement du moteur et/ou la saturation de la matière des circuits magnétiques en ce qui concerne le nombre d'ampères-tour des bobines de commande.

Claims

REVENDICATIONS
1. Moteur électrique synchrone di - ou tétraphasé, à un étage, comportant une partie de rotor en forme de disque annulaire plan, aimanté axialement de façon à présenter sur chacune de ses surfaces planes une série de pôles magnétiques disposés régulièrement le long d'une zone annulaire, ladite partie de rotor étant solidaire d'un arbre du moteur monté de façon rotative par rapport à un ensemble de stator, l'ensemble de stator comportant au moins deux parties de stator en un matériau magnétiquement perméable formant, étant solidaire de ou étant couplé avec les parties polaires disposées de part et d'autre de la partie de rotor de manière à former un entrefer de hauteur variable le long d'au moins une portion d'un espace annulaire dans lequel sont disposés -les pôles"magnétiques de la partie de rotor, les parties polaires constituant de chaque côté de la partie de rotor au moins deux groupes de parties polaires, l'ensemble de stator comportant en outre au moins deux bobines électriques de commande entourant chacune au moins un des dits groupes de parties polaires, caractérisé par le fait que, de chaque côté de la partie de rotor, les groupes de parties polaires et la ou les bobines de commande sont disposées de façon que chaque groupe de parties polaires entouré par une bobine soit placé, de chaque côté le long de la périphérie de la partie de rotor, à côté d'un groupe qui n'est pas entouré par une bobine mais dont les parties polaires sont couplées avec une bobine de commande entourant un groupe de parties polaires disposées de l'autre côté de la partie de rotor.
2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte de chaque côté de la partie de rotor quatre groupes de parties polaires disposés respective¬ ment dans les quatre quadrants autour de l'axe de l'arbre du moteur.
3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parties polaires de deux groupes diamétralement opposés, situés d'un même côté de la partie de rotor, sont entourées par une même bobine.
4. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bobines sont formées et disposées de façon que des portions de bobine plus proches de l'arbre du moteur soient situées à une distance axiale plus grande de la surface plane correspondante de la partie de rotor que les parties plus éloignées de l'arbre du moteur.
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