Brevet FR2000738A1 — publié le 19690912

L'invention a trait à un moteur d'induction radiale avec unkotor en forme de disque. Les moteurs de ce type se distinguent des moteurs d'induction de type traditionnel surtout par l'allure du champ magnétique dans l'entrefer, allure de type axial, au lieu de l'allure radiale du champ magnétique dans l'entrefer, dans les types traditionnels de moteurs d'induction. On connaît déjà des types de moteur d'induction à rotor à disque pour de petites puissances. Les avantages de ce type de moteur, qui sot différents aspects sont notables, ont conduit à la cdbdaxtion d'un moteur de ce type, destiné à être employé dans le domaine industriel ; ce moteur est en outre d'une construction simple et rationnelle et de plus il a un rapport puissancespoids et puissance/volume d'encombrement assez avantageux. Le moteur d'induction selon la présente invention est caractérisé par la présence de deux stators de forme annulaire, un de chaque catie, en face des surfaces latérales du disque. Entre le stator et la surface correspondante du rotor il existe un entrefer ; en outre, la disposition des stators est coaxiale aussi bien par rapport au rotor qu t entre eux et de plus. chaque stator est pourvu d'un enroulement. Dans une forme d'exécution préférée, le rotor est constitué d'un disque en aluminium, sur lequel sont placés des éléments en fer fritté ayant la forme de coins, auxquels on a coupé la pointe. Les surfaces latérales de deux corps voisins en fer fritté, se trouvent ainsi pratiquement à une distance constante. En outre, on a créé dans la partie du disque comprise entre deux corps en fer fritté, et ayant la forme d'une lame ou rayon, des ouvertures pour faciliter la ventilation du moteur, ces ouvertures étant en communication avec des trous axiaux se trouvant dans le disque à proximité de l'attache à l'arbre du moteur. Pour des raisons d'ordre constructif, il peut être nécessaire de construire le disque du rotor en soudant ensemble deux demi-disques enantiomorphes. Le stator est obtenu en plaçant les enroulements sur un anneau circulaire de tôle magnétique ayant une largeur correspondante å la hauteur de la partie active de stator, dans lequel on a poinçonné par exemple, pendant la phase d'enroulement, des évidements ou encoches placés à une distance convenablement choisie.Pour garantir une ventilation suffisante du moteur, la forme d'exécution préférée du moteur selon la présente invention est caractérisée par le fait que sur les deux extrémités de l'arbre, on a monte des ventilateurs, et les couvercles de la lanterne des paliers sont pourvus de trous aussi bien au centre qutà la périphérie ; au centre des couvercles, les trous sont placés d'une manière telle, que l'air affluant lèche tout d'abord de l'intérieur les tetes des enroulements, après il pénè- tre dans les trous axiaux prévus dans les brides d'attache du disque, en circulant à l'intérieur de ce disque pour sortir ensuite par les ouvertures pratiquées dans le disque lui-uiftme. Les trous pratiqués à la périphérie des couvercles sont disposés de manière telle que l'air puisse lécher la tête des enroulements de l'extérieur et les couvercles sont montés dans une carcasse, sur la périphérie de laquelle on peut également pratiquer des ouvertures pour la ventilation. Sur les dessins annexés on a illustré un type d'exécution du moteur selon la présente invention. La figure 1 représente le moteur selon la présente invention en coupe longitudinale'; La figure 2 représente le rotor, vu en direction de son axe ; une partie du rotor étant sectionnée La figure 3 représente une image enantiomorphe de deux stators, avec un enroulement triphasé à deux pôles dessiné schématiquement, et vue des ouvertures des encoches. Sur la figure I on a indiqué en I un rotor en forme de disque, constitué par un disque 2 et par deux plaques de serrage à coupe 3, lespiaques sont ealées sur l'arbre moteur 4 qui, è cet effet, a été prévu avec des rainures longitudinales ; ces plaques servent à centrer le disque et à le fiY.er par l'intermédiaire d'organes de liaison ou de raccordement tenables, par exemple les vis 5, a lvarbre 4.Le rotor I est placé dans des paliers orientables 40, dont la forme particulière sera illustrée en détail par le suite ; le rotor se déplace entre deux stators annulaires 6 et 7, écartés du disque 2 par un entrefer convenable 6' et 7' respectivement. Les stators 6 et 7, représentés en plan à la figure 3, sont constitués par des bandes de tôle pour dynamo, en forme d'anneau de 0,3 mm d'épaisseur par exemple. Au cours du procédé d'enroulement (non représenté) on procède à la découpe d'encoches ouvertes d'un côté de l'anneau de tôle. Les ouvertures découpées dans la tôle sont disposées à une distance convenable de manière à former un ensemble d'encoches radiales 8 de stator, où les enroulements 9 sont logés. Au cours de l'usinage d'un stator ainsi formé, il est indispensable de régler très soigneusement l'avancement de la tôle pendant la découpure. Pour obtenir des surfaces d'encoches propres et lisses, il est nécessaire que les ouvertures faites dans une bande de tôle, au cours de lbpération d'enroulement de la tôle elleMême autour d'un pivot, (non représenté à la figure) se superposent exactement aux ouvertures correspondantes découpées dans la bande de tôle immédiatement suivante. Les enroulements 9, représentés à la figure 1 avec référence à l'espace qu'ils occupent et à la figure 3 dans une représentation schématique, peuvent être réalisés par la technique d'enroulement des moteurs d'induction déjà connue, c'est-à-dire en enroulant d'abord les enroulements sur des formes et ensuite en introduisant l'enroulement dans les encoches. Toutefois, un notable avantage par rapport aux enroulements de stator des moteurs d'induction conventionnels réside dans le fait qu'on ne doit pas les introduire avant dans un trou de stator. Les encoches de stator du moteur selon la présente invention se trouvent sur une seule surface, facilement accessible à l'ouvrier chargé de l'enroulement. Les groupes d'enroulements des stators 6 et 7 sont disposés et reliés de manière à réaliser des champs magnétiques, qui peuvent être superposés dans la forme enantiomorphe quant à la succession des phases, mais de polarité opposée. A la figure 3, on a représenté schématiquement un enroulement triphasé à deux pôles ; on a indiqué par U, V, W, les bornes principales des groupes d'enroulements des trois phases en parallèle et avec x, y, z les petites bornes correspondantes de sortie. Dans la représentation à la figure 3, les enroulements ont été reliés en étoile; on peut relier les centre-étoile des enroulements en parallèle en regard des deux stators.La figure montre les polarités du champ magnétisant et l'allure des courants au moment où on a le courant maximal dans l'enroulement de phase U en regard de la borne d'entrée, en réalisant ainsi la valeur maximale du champ magnétique en regard des pôles N1 et S2 des deux stators. Après 1200 électriques, on a la valeur maximale du champ magnétique en regard des pôles N2 et S2 (phase V) et, après un autre arc de 1200 électriques, en regard des pôles N3, S3 (phase W3. On a ainsi un champ tournant, comme dans les moteurs traditionnels d' induction polyphasés. On comprend aisément qu'au lieu de la connexion en parallèle en étoile, on puisse avoir aussi une connexion en parallèle en triangle. De même on peut avoir comme dans les moteurs d'induction du type connu, des enroulements à nombre de pôles variables et, pour pouvoir les employer à différentes tensions de service, des eroulements à commutation série-parallèle. Les deux stators de forme annulaire 6, 7 sont fixés aux couvercles 10 en matière de préférence non magnétique, au moyen de vis 11. Les couvercles 10 sont logés dans la carcasse 12 et vissés à celle-ci de manière conuenable. Pour réaliser une fabrication rationnelle et non excessivement coûteuse du fait des sérieuses exigences de précision du moteur, les paliers 40 sont logés dans des douilles 13, par lintermédiaire desquelles, il est possible de réaliser un réglage soigné des entrefers 6' et 7'. Ces douilles 13 sont pourvues de filetage extérieur, d'un pas convenable,vissées dans le trou 14 de la partie centrale à bride du couvercle 10. Les douilles sont pourvues à l'intérieur d'un épaulement 15 et d'une encoche pour recevoir un anneau de tension Seeger (Intérieur) 16, qui sert à bloquer à l'extérieur le palier à roulement 17, qui prend appui à l'intérieur contre l'épaulement 15.L'anneau intérieur (de préférence constitué de deux segments d'anneau) du palier à roulement 17, est calé sur l'arbre, dans la zone comprise entre l'extrémité de la plaque de serrage 3 tournée vers les paliers, et une encoche pour la pose d'un anneau de tension Seeger (ex- térieur) 18. En tournant la douille, on provoque, du fait de la con nexion à vis avec le couvercle, un déplacement axial de la douille elle-même, et avec celle-ci nécessairement la surface latérale du disque de rotor 2, qui se place en face du palier correspondant par rapport à la surface du stator correspondant. On tourne la douille 13 jusqu'a ce que l'entrefer entre le disque de rotor et le stator, ait la valeur désirée. Après quoi on fixe la douille en serrant le contre-écrou 19. Etant donné d'une part les difficultés qu'on peut rencontrer si on veut avoir des tolérances étroites pour les distances d'épaulement et de feuillure pour fixer les paliers par rapport à la carcasse, et d'autre part la hauteur du stator du fait de la structure en tôle, la disposition illustrée représente une facilité énorme aussi bien au cours des diverses phases de la fabrication qu'au cours du montage du moteur. En particulier, ces avantages sont évidents aussi bien dans le cas de moteurs à carcasse d'une seule pièce, que dans le cas de moteurs à carcasse en deux pièces, si le plan de jonction entre les deux éléments est un plan contenant l'axe longitudinal au moteur. Dans le cas des carcasses en deux pièces, on peut effectuer le réglage des paliers avant le montage de la carcasse, ce qui permet d'accéder aisément à toute partie de l'entrefer. Jusqu'd présent on a décrit le rotor, en se référant surtout à sa partie mécanique. Le champ magnétique engendré par l'excitation des enroulements de stator traverse le disque de rotor 2 ; pour réduire les pertes dans le fer, on a inséré dans le de que de rotor, des éments en fer fritté 21 de haute permSa- bilité (par exemple j = 12000 Gauss) comme on peut le voir à la figure 2. Ces éléments en fer fritté 21, ont la même épaisseur que le disque de rotor et, vus de côté, ils se présentent comme des coins a pointe tronquée. Les surfaces latérales placées en face de deux éléments contigus sont pratiquement parallèles. En plaçant faces éléments de fer fritté dans le disque de rotor, on a une subdivision du rotor en portions ayant une conductivité électrique différente, puisque le fer fritté a une conductivité inférieure a celle du disque réalisé pratiquement en aluminium. Comme on le voit à la figue 2, les parties en aluminium en forme de rayons (ou petit pont) 22 peuvent être assimilées à des éléments conducteurs qui relient entre eux un anneau de court circuit extérieur 24 et un anneau de court circuit intérieur 23. Dans ces conducteurs il y a un passage de courant proportionnel à la valeur du couple moteur, au cours du fonctionnement asynchrone.Ainsi, on peut parler d'analogie de fonctionnement avec un moteur à cage de type conventionnel, par exemple du type à cage d'écureuil en aluminium. Les éléments conducteurs en forme de rayons 22, eont lé gèrement inclinés par rapport au rayon du disque, et sont pourvus à l'intérieur de canaux 25, comme on peut le voir à la partie supérieure de la figure 2 où onE fait une coupe partielle du disque de rotor. Ces canaux sont reliés avec un espace vide 26 créé dans le disque au voisinage de lt-arbre de rotor et ils sortent sur la périphérie du disque. Ils servent surtout au refroidissement du rotor. Pour simplifier le procédé de fabrication du rotor et en particulier du disque, il est convenable de faire le disque en deux moitiés enantiomorphes quant à la surface du disque de rotor lui-même. Les canaux 25 sus-mentionnés peuvent,dans ce cas, être aménagés en forme d'encoches dans chacune des deux moitiés qui seront ensuite assemblées pour former le disque de rotor. En outre, on peut prévoir dans les deux moitiés des logements pour les éléments en fer fritté 21, qui stélargissent en forme de cône en direction du plan de séparation, afin de mieux encastrer les éléments sus-mentionnés. Ces logements sont formée manière à pouvoir recevoir les parties coniques des éléments en fer fritté. S'il est nécessaire, on peut souder les deux moitiés du disque dans la zone de jonction à la périphérie du disque de rotor. Pour le refroidissement du mateur, il est prévu, comme on le voit à la figure 1, deux vent > late} s 31 cales sur l'ar bre moteur è l'extérieur des paliers 40- Lair frais est aspiré à travers des trous ménagés dans les tales de couverture 32 fixées aux couvercles 10 et envoyé à 11intërieur du moteur à travers des fentes 33 et 34. Ltal-e qui circule dans la direction des flèches A à travers les trous de ventilation lèche avant tout les têtes 9' de l'enroulement 9 et ensuite passe par les ouvertures axiales 35 dans l'espace vide 26 au centre du disque de rotor 2. De là, il circule à travers les canaux 25 vers la périphérie du disque 2, et il sort à l'extérieur par. les ouvertures de ventilation 36, pratiquées dans la carcasse 12. Le rotor, dans le schéma de ventilation décrit, se comporte comme un ventilateur centrifuge et de ce fait il passe un fort courant d'air qui avantage ainsi le refroidissement du moteur. L'air de refroidissement qui est aspiré à travers les ouvertures 34 et qui passe dans la direction des flèches B, se borne a lécher la partie extérieure des têtes 9" de l'enroulement 9 et tout de suite après il sort du moteur, par le-s ouvertures 36 de la carcasse 12. Les moteurs du type décrit présentent de nombreux avantages par rapport au moteur asynchrone à cage du type conventionnel, avantages qui les rendent particulièrement adaptés à certains emplois. Outre les simplifications et la réduction du coût, déjà mentionnées, soit dans la construction du moteur, soit en ce qui a trait aux exigences de précision dans le réglage de l'entrefer, il y a aussi d'autres raisons données ci-après qui ue font le présent moteur réalise des rapports puissance/poids et puissanceXvolume d'encombrement plus avantageux que les moteurs asynchrone 3 cage du type conventionnel - une meilleure exploitation du fer de stator, par suite de solutions constructives plus avantageuses, réalisées à parité d'induction maximale a la base ou pied de la dent de l'encoche. - le centre de gravité du champ magnétique se trouve à une distance relativement plus grande de l'axe du moteur, ce qui permet d'avoir un couple de démarrage et un couple de fonctinnnement plus grand. - dans le rotor il n'y a que la matière strictement nécessaire à la réalisation dt circuit magnétique et de la cage de rotor. - les possibilités excellentes de rsroidxssenCnt du rotor et des parties internes du moteur, du fait de l'effet de pompe que le rotor exerce sur le courant d'air de refroidissement, permettent une exploitation remarquable du matériel. En outre, on peut réaliser, par des mesures constructives convenables assez simples et évidentes pour un expert en moteurs électriques, des caractéristiques de fonctionnement et de marche identiques à celles des moteurs asynchrones à encoches profondes ou à double cage de type traditionnel. Les caractéristiques du système de refroidissement du moteur selon la présente invention, permettent de l'employer à des fréquences plus grandes, puisque le moteur est construit en matière convenant au fonctionnement à des fréquences industrielles. Un autre avantage peut être le moment d'inertie élevé lorsqu'on veut employer comme moteur d'arrêt pour un temps d'arrêt bref. R E V E N DIC A T I O N S 1. Moteur d'induction radiale avec rotor en forme de disque (1), caractérisé par le fait qu'il comporte deux stators (6, 7) de forme annulaire placés respectivement en face de chacun des côtés du disque de rotor, le stator étant écarté de la surface correspondante de rotor par un entrefer (6', 7'-) les stators étant disposés coaxialement aussi bien réciproquement que par rapport au rotor et chaque stator étant pourvu d'un enroulement (9). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les enroulements de stator (9) sont logés dans des encoches radiales (8) et correspondent en phase et polarité. 3. Moteur d'induction selon la revendication 1,- caracté- risé par le fait que le rotor (1) est constitué par un disque (2) en matière conductrice, des éléments en fer fritté (21) étant logés dans ce disque. 4. Moteur d'induction selon la revendication (3) carac- térisé par le fait que le disque du rotor (2) comporte deux parties (2', 2"), ces parties étant énantiomorphes par rapport à un plan perpendiculaire à l'arbre du moteur (4). 5. Moteur d'induction selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les deux parties (2' et 2") du disque de rotor (2) présentent des encoches sur les surfaces internes, ces encoches étant à allure radiale du centre vers la périphérie du disque et en alignement sur les deux surfaces qui délimitent des canaux (25) confluant dans un espace 26 qui se trouve au voisinage de l'arbre moteur. 6. Moteur d'induction selon la revandication 5, caractérisé par le fait que les deux moitiés (2' et 2") du disque, sont tenues ensemble par des brides de serrage (3) placées coaxialement à l'arbre moteur, et ces brides présentent des ouvertures coaxiales (35) qui permettent l'entrée de l'air. 7. Moteur d'induction selon les revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que la matière en laquelle est effectué le circuit électrique de rotor (2) est l'aluminium. 8. Moteur d'induction selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les éléments en fer fritté (21-) vus de côté présentent un aspect de coins a pointe tronquée, et en outre les surfaces latérales qui font face aux deux éléments de fer fritté contigus sont parallèles, à une distance praiquement invariable. 9. Moteur d'induction selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les stators (6, 7) sont constitués de bandes de tôle, qui présentent des ouvertures pour les encoches d'enroulement, ces tôles ayant une largeur égale à la hauteur minimale des parties actives de stator. 10. Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un, au moins, des paliers de rotor (40), est pourvu d'un dispositif (13, 15, 16, 19) pour régler la distance de l'entre- fer (6', 7'), entre les surfaces latérales du rotor et les stators (6, 7) correspondants. 11. Moteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les stators (6, 7) sont centrés et fixés à des couvercles (10) en matière non magnétique. 12. Moteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que sur les deux extrémités de l'arbre sont calés des ventilateurs (31), que les couvercles (10) sont pourvus, au centre et sur la péripnérie, d'ouvertures pour la ventilation (33, 34), que les trous au centre (33) sont disposésde manière telle que l'air aspiré (flèche A), lèche tout d'abord les têtes intérieures (9') de linroulement (9) puis circule à travers les ouvertures axiales (35) prévues dans les brides de serrage dans l'espace (26) qui se trouve au centre du disque (2) de rotor, et sort enfin par les canaux (25) du rotor, et qu'en outre, les ouvertures pour la ventilation (34) se trouvant à la périphérie du couvercle (10) sont disposées defilaniere telle que l'air aspiré lèche les têtes extérieures (9?) des enroulements et que les couvercles sont centrés dans une carcasse (12) sur la périphérie de laquelle sont prévues des ouvertures pour la vnntilaticn (36).