Brevet FR2008504A1 — publié le 19700123

L'invention concerne un petit moteur synchrone mrmH d'un rotor avec pôles jbhv aimants permanents et d'un stator en cage sous la forme d'un anneau fermé enfermant une bobine d'excitation et présentant intérieurement des groupes de pôles princi-5 paux dirigés axialement et de pôles auxiliaires déphasés au moyen de disques de court-circuitage. Les moteurs synchrones de ce type démarrent dans un sens prédéterminé sans aucun échappement mécanique à sens unique, étant donné le champ tournant engendré par les groupes de pôles principaux et de pôles auxiliaires. 10 En particulier dans les petits moteurs synchrones, il est difficile de produire dans les pôles auxiliaires un flux total de grandeur et de phase correctes relativement au flux des pôles principaux. Pour engendrer Tin grand couple de démarrage qui détermine le sens de démarrage du moteur, il faut que le champ 15 tournant soit tel que le tracé vectoriel sur un angle de 360? ••• corresponde aussi exactement que possible à Tin cercle. A cet-effet» il faut que le décalage géométrique des pôles auxiliaires relativement aux pôles principaux soit dans un rapport prédéter-Miwi avec la phase du flux des pôles auxiliaires. La théorie mon-20 tre encore que le déphasage du flux dans les pôles auxiliaires doit être aussi important que possible, ce déphasage dépendant de la structure des anneaux ou disques de court-cuia^age, de sorte qu'il faut obtenir des courants de court-circuit intenses en donnant une forte section aux conducteurs de court-circuitage. 25 Far suite du décalage géométrique des groupes de pôles • • auxiliaires relativement aux groupes de pôles principaux (en général environ 135* électriques), il reste un espacement relativement étroit entre-les pôles adjacents d'un groupe de pôles principaux et d'un groupe de pôles auxiliaires de sorte que la sec-30 tion dee disques de court-circuitage entre ces pôles adjacents est relativement petite. En outre, étant donné que les moteurs synchrones antérieurs du type ci-dessus présentent deux paires de groupes diamétralement opposés de pôles principaux et de pôles auxiliaires, 35 des espacements étroits sont formés entre groupes adjacents en deux endroits. Pour assurer l'espacement nécessaire à un disque de court-circuitage entre les groupes de pôles principaux et de pôles auxiliaires, il a été suggéré d'omettre le pôle principal le plus extérieur de chaque groupe, qui serait trop proche du 40 pôle adjacent le plus extérieur du groupe de pôles auxiliaires. 69 15631 2 2008504 Cela signifie que le nombre total de pôles principaux est inférieur au nombre total de pôles auxiliaires. Un autre avantage de cette mesure est que l'on peut ainsi obtenir un flux principal pratiquement égal au flux auxiliaire. 5 L'un des buts de l'invention est de perfectionner nota blement un petit moteur synchrone en prévoyant un seul groupe de pôles principaux et un seul groupe de pôles auxiliaires, chaque groupe s'étendant sensiblement sur une moitié de la circonférence du stator. Le nombre d'espacements entre groupes de pôles princi-, -10 paux et de pôles, auxiliaires où il faut loger des sections suffisantes des disques de court-circuitage est ainsi réduit à deux, de sorte qu'il est possible d'augmenter le nombre total de pôles. Par suite, il est possible d'augmenter le flux principal total et le flux auxiliaire total et le couple du moteur. De préférence, 15 les disques de court-circuitage peuvent présenter une seule fente de forme pratiquement semi-circulaire recevant tous les pôles auxiliaires d'une polarité, ce qui améliore la liaison entre les disques de court-circuitage et le flux auxiliaire. Un avantage particulier de la disposition des pôles 20 principaux et des pôles auxiliaires en une seule paire de groupes diamétralement opposés de pôles réside dans la possibilité d'ajuster de façon optimale le rapport entre le flux principal total et le flux auxiliaire total par une légère excentricité du rotor à l'intérieur d'une couronne circulaire de pôles, de façon telle 25 que l'entrefer moyen entre les pôles principaux et le rotor soit plus large que l'entrefer moyen entre les pôles auxiliaires et le rotor. De cette manière, il est possible de choisir comme on le désiré le rapport entre flux principal et flux auxiliaire indépendamment du rapport des nombres totaux de pôles principaux et 30 auxiliaires. Il est donc possible d'utiliser des nombres égaux de pôles principaux et de pôles auxiliaires. " La description qui va suivre en regard du dessin annexé,- donné à titre d'exemple non .limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui 35 ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une coupe axiale d'un premier mode d'exécution. Les figures 2 et 3 montrent les portions de stator de 40 ce premier mode d'exécution. 69 15631 2008504 I»a figure 4 est une coupe axiale d'un second mode d'exécution. La figure 5 montre 1'une des portions de stator du mode d'exécution de la figure 4. 5 La figure 6 est une coupe axiale partielle d'un troisiè me mode d'exécution. La figure 7 est une vue partielle du stator du mode d'exécution de la figure 6. Le moteur synchrone représenté sur les figures 1 à 3 10 comporte une portion de carter en forme de coquille 1 et une por--- tion de carter en forme de couvercle 2, toutes deux embouties en fer doux. Les portions 1 et 2 sont rivetées ensemble pour former un carter. Comme le montrent les figures 2 et 3» des pôles de stator sont découpés dans les portions de carter 1 et 2 et cour-15 bés en direction axiale. La portion de stator 1 présente des groi*-• pes de cinq pôles principaux 3 et cinq pôles auxiliaires 4. La portion de carter 2 comporte des groupes correspondants de cinq pôles principaux 3a et cinq pôles auxiliaires 4a. Une bobine annulaire d'excitation 5 est logée à l'extérieur des pôles de sta-20 tor. Les pôles auxiliaires 4 et 4a se dirigent axialement en pas- * sant chacun à travers une fente pratiquement semi-circulaire 6 d'm. disque de court-circuitage 7 en cuivre. A l'intérieur de leur fente, ces disques de court-circuitage présentent une ouverture destiftée à l'arbre du rotor et qui est limitée par deux ner- 25 vures de dérivation 9 et 10 enfermant l'arbre du rotor. Ces nervu- • ' res relativement courtes 9 et 10 ont pour effet de réduire nota blement la résistance électrique totale du conducteur de court-circuitage . Des coussinets 11 sont rivetés dans des ouvertures des 30 portions de carter 1 et 2 et un arbre 12 peut tourner dans ces coussinets. Un moyeu 13 est monté sur l'arbre 12 et porte deux plaques polaires 14 et 15 et un aimant permanent annulaire magnétisé axialement 16 entre les plaques 14 et 15. Le moyeu 13 formé d'un tube cylindrique conçu pour s'ajuster de manière à pouvoir 35 coulisser sur l'arbre 12 et sur lequel les plaques polaires 14 et 15 peuvent aussi être ajustées de manière à pouvoir coulisser, est ensuite refoulé par pression axiale, ce qui forme des portions repoussées 17 et 18 par lesquelles les plaques polaires 14 et 15 sont fixées sur le moyeu 13 et le moyeu 13 sur l'arbre 12. Comme 40 on l'a dit, l'un des buts principaux de l'invention est d'obtenir 69 15631 2008504 le plus grand nombre possible de pôles de stator et d'obtenir un flux auxiliaire aussi intense que possible en subdivisant les pôles en un seul groupe fermé de pôles principaux et un seul groupe fermé de pôles auxiliaires. Cette disposition se voit facilement 5 sur les figures 2 et 3. I Dans les moteurs antérieurs présentant deux groupes diamétralement opposés de pôles principaux et entre ceux-ci deux groupes de pôles auxiliaires, toute disposition excentrée du ro-30 tor serait sans effet parce qu'il serait impossible d'influencer le rapport entre le flux principal et le flux auxiliaire par une disposition excentrée. Un avantage particulier de l'invention est que grâce à la position diamétralement opposée du groupe de pôles principaux et du groupe de pôles auxiliaires, le rapport 35 entre le flux principal et le flux auxiliaire peut être influencé et ajusté à une valeur optimale par un excentrement approprié du rotor. Etant donné que le flux auxiliaire est plus faible que le flux principal dans des conditions .similaires, le rotor se déplace vers le groupe de pôles auxiliaires, de sorte que la lar-40 geur moyenne de l'entrefer entre le.s pôles auxiliaires et le ro 69 15631 5 2008504 tor est plus petite que la largeur moyenne de l'entrefer entre les pôles principaux et le rotor. De cette manière, on peut ajuster le flux auxiliaire total à toute valeur relativement au flux principal. Par exemple, le flux auxiliaire peut être égal au flux 5 principal même quand le nombre total de pôles auxiliaires est égal au nombre de pôles principaux. Malgré cet excentrement, les pôles de stator peuvent être disposés en une couronne circulaire ce qui facilite notablement la fabrication. Pour un type donné de moteur, 1'excentrement est le même dans tous les moteurs et on 10 peut le prédéterminer en découpant les trous de montage des coussinets 11 en position excentrée ou bien en utilisant des coussinets dont l'alésage est excentré relativement à la surface extérieure de montage du palier logée dans des trous concentriques de montage prévus dans les portions de stator. Dans ce dernier 15 cas, des moyens d'orientation peuvent être prévms sur les coussinets et les portions de carter, de sorte que les coussinets puissent seulement être insérés dans une position correcte prédéterminée. Comme l'indiquent les figures 2 et 3» le moteur peut "dO présenter des nombres égaux de pôles principaux et de pôles auxiliaires comme on l'a indiqué en trait plein ou bien un pôle auxiliaire supplémentaire respectif 4c et 4d peut être prévu, comme indiqué en pointillé. Même dans ce cas, il reste suffisamment de place entre ces pôles auxiliaires supplémentaires et les pôles 25 principaux extérieurs adjacents respectifs 3 et 3a pour loger une ' grande section de cuivre. lies figures 4 et 5 montrent un autre mode d'exécution du moteur dans lequel les parties correspondantes sont désignées comme sur les figures 1 à 3» La principale différence entre ce 30 mode d'exécution et celui des figures 1 à 3 réside dans le fait que les portions axiales 20 des pôles auxiliaires 4 et 4a passant respectivement à travers la fente des disques de court-circuitage 7 sont décalées radialement vers l'intérieur, de sorte que les disques de court-circuitage 7 peuvent être logés entièrement à 35 l'intérieur de la bobine 5 en direction radiale et axiale, les pôles auxiliaires ont une forme en Z et présentent une portion axiale 20, une portion 21 dirigée radialement vers l'extérieur du côté intérieur des disques de court-circuitage 7 et line portion terminale axiale extérieure 22. 40 L'avantage de cette-structure est que les disques de 69 15631 6 2008504 court-circuitage 7 peuvent être logés radialement et axialement à l'intérieur de la bobine 5* Donc, on dispose de plus de place pour la bobine que dans le mode d'exécution des figures 1 à 3» Un autre avantage réside dans le fait que l'on obtient un coupla-5 ge induetif supplémentaire entre les portions radiales 21 des pôles auxiliaires et le rotor. Autrement dit, cette structure permet une augmentation particulièrement désirable de la surface effective des pôles auxiliaires en comparaison avec la surface effective des pôles auxiliaires des figures 1 à 3. Avec la structu-10 re des figures 4 et 5» il peut être possible d'obtenir un flux principal et un .flux auxiliaire pratiquement égaux avec des nombres égaux de pôles principaux et auxiliaires. Pour maintenir aussi faible que possible la réluctance magnétique dans les pôles auxiliaires en Z, la portion 20 de ces pôles auxiliaires qui est 15 logée dans la fente 6 du disque de court-circuitage 7 peut être plus large, en direction circonférentielle, que les portions 21 et 22. Dans certains cas, il peut être difficile de découper dans la matière des portions de stator toute la matière nécessai-20 re aux pôles auxiliaires en Z représentés sur les figures 4 et 5 et de courber les pôles. On peut surmonter cette difficulté si, ' comme le montrent les figures 6 et 7* deux couronnes de pôles auxiliaires 20, 21, 22 sont découpées et formées sous forme de pièces séparées, de sorte que les pôles de chaque couronne sont 25 reliés entre eux par une nervure 23 et que chaque nervure est rivet ée à l'une des portions de stator 1 ou 2. La nervure 23 doit être placée aussi près que possible de l'extrémité radialement intérieure de la couronne et elle peut être logée dans la fente 6 du disque adjacent de court-circuitage 7* 30 Dans le mode d'exécution des figures 1 à 3» où fl.es por tions des disques de court-circuit sont situées-entre la bobine et une portion de stator, les disques de court-circuitage peuvent être non uniformes, par exemple ondulés ou en forme de ressorts Belleville, de sorte qu'ils se déforment élastiquement quand on 35 les monte dans le moteur. Ces disques et la bobine sont donc fixés en direction axiale par la force élastique de serrage des disques de court-circuitage. 69 15631 2'0085Ô4 REVENDICATIONS 1. Petit moteur synchrone muni d'un rotor avec pôles en aimants permanents et d'un stator en cage sous la forme d'un anneau fermé enfermant une bobine d'excitation et présentant inté-5 rieurement des groupes de pôles principaux dirigés axialement et de pôles auxiliaires déphasés au moyen de disques de court-cir-cuitage, moteur caractérisé par un seul groupe de pôles principaux et un seul groupe de pôles auxiliaires, chaque groupe s'é-tendant sensiblement sur une moitié de la circonférence du stator. 10 2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel les pô les principaux et les pôles auxiliaires sont disposés sur une surface cylindrique commune et le rotor est excentré vers le groupe de pôles auxiliaires, le rapport entre le flux principal total et le flux auxiliaire total étant ainsi,ajusté de façon 15 optimale par le choix de 1*excentrement et du rapport entre la largeur moyenne des entrefers respectifs entre le groupe de pôles principaux et le rotor et entre le groupe de pôles auxiliaires et le rotor. 3* Moteur selon la revendication 2, dans lequel le sta-20 tor possède des trous de montage disposés coaxialement à la couronne de pôles et les coussinets montés dans ces trous comportent dss alésages recevant l'arbre de rotor, ces alésages étant disposés excentriquement à l'intérieur d'une surface extérieure de montage du coussinet logé dans les trous. 25 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 • ' à 3, dans lequel tous les pôles auxiliaires de chaque polarité passent à travers une fente pratiquement semi-circulaire d'un disque de court-circuitage qui leur est associé. 5. Moteur selon la revendication 4 dans lequel les dis-30 ques de court-circuitage comportent une ouverture recevant l'arbre de rotor et limitée par deux nervures enfermant l'arbre de rotor. 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5» dans lequel les pôles auxiliaires comportent une première 35 portion dirigée radialement vers l'extérieur entre le disque de court-circuitage et le rotor et une deuxième portion dirigée axialement entre le rotor et la bobine d'excitation. 7» Moteur selon la revendication 6, dans lequel les disques de court-circuitage sont disposés radialement et axiale-40 ment à l'intérieur de la bobine d'excitation. 69 15631 8 2008504 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7i dans lequel les pôles auxiliaires sont découpés dans les plaques de stator et courbés en Z. 9. Moteur selon l'une quelconque des revendications 5 6 ou 7» -Comportant deux couronnes de pôles auxiliaires en forme de pièces embouties, les pôles de chaque couronne étant reliés par une nervure de liaison rivetée aux côtés du stator. 10. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9» dans lequel deux plaques polaires du rotor enfermant un ai- 10 mant permanent annulaire sont montés sur un moyeu, les extrémités du moyeu présentant des portions refoulées axialement par lesquelles les plaques polaires sont fixées sur le moyeu et le moyeu sur l'arbre du rotor. 11. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 15 à 10, dans lequel les disques de court-circuitage sont légèrement non uniformes, par exemple ondulés, de manière à ancrer la "bobine d'excitation et les disques de court-circuitage entre les plaques de stator par des forces élastiques de serrage.