Brevet FR2008426A1 — publié le 19700123

20.0,8426 la demande de moteurs asynchrones triphasés de petite puissance et à nombre élevé de pôles est toujours plus fréquente. la principale difficulté de caractère pratique, qui se présente tout d'abord à l'inventeur dans ces cas, est constituée 5 par la nécessité de placer un nombre d'encoches très élevé relativement aux dimensions du circuit magnétique strictement nécessaires par rapport à la petite puissance requise. En outre, le nombre élevé d'encoches ou rainures laisse aussi prévoir un temps et, donc un coût, pour la réalisation de 10 l'enroulement, supérieurs à ceux normalement nécessaires pour des moteurs de mêmes dimensions. Ces considérations, avec d'autres suggérées par les exigences naturelles d'unification de types et des équipements amènent naturellement à la recherche d'une solution qui permet là réduction 15 du nombre d'encoches considéré normalement indispensable. le but de la présente invention est d'apporter un système de réalisation d'enroulements triphasés pour des moteurs électriques, qui permet la solution du problème posé, plus précisément qui permet la réalisation d'enroulements triphasés pour des moteursfasyn-20 chrones, dont le nombre d'encoches est égal aux deux tiers du nombre minimal normalement requis dans les enroulements "réalisés selon les systèmes déjà connus dans cette branche et ayant une même et n'importe quelle polarité. les enroulements réalisés selon le système ici revendiqué, 25 sont destinés à être employés dans les moteurs de petite puissance et, en particulier, dans les moteurs employés dans le domaine des ascenseurs, comme par exemple les moteurs de traction ou moteurs pour faire fonctionner les portes, pour les appareils électrodomestiques et les machines à laver industrielles. 30 On sait qu'à la base du fonctionnement d'un moteur asyn chrone, il y a un champ tournant, dont la génération est assurée par une combinaison convenable ou composition de plusieurs champs alternés convenablement déplacés dans l'espace et déphasés dans le temps, les informations élémentaires habituelles qui servent à ex-35 pliquer le champ tournant principal supposent que la distribution dans l'espace, de chaque champ alterné, est sinusoïdale ; on fera de même ici. Dans le cas du moteur triphasé normal, c'est-à-dire ali 69 15519 2 2008426 mente par un système de tensions symétriques, ét ayant trois enroulements distincts, égaux et convenablement déplacés et réliés les uns aux autres et au réseau d'alimentation, le champ tournant est engendré par 1a. composition des trois champs alternés engendrés. 5 chacun par chaque phase. ; ' Mais, -comme on vient de le dire,"le champ tournant peut être engendré par d'autres types de combinaisons entre des champs alternés convenables, par exemple par deux champs alternés de valeur maximale égale, déplacée de 90° électriques dans l'espace (moitié 10 pas polaire) et déphasés de 1/4 de période dans le temps ; c'est exactement le cas qui fait l'objet de la présente invention. Les enroulements réalisés selon l'invention, engendrent deux champs alternes satisfaisant les conditions susindiquées, comme on va 1'expliquer. 15 Puisque le but de la présente invention est de réduire au minimum indispensable le nombre des encoches nécessaires pour la réalisation d'une certaine polarité, on và imaginer que le moteur a 2 p encoches, si p est le nombre de pôles requis, et ceci contre les 3 P encoches requises par le moteur triphasé normal. 20 Etant donné ce qui'précède, on va décrire les modalités d'exécution des enroulements. • la Fig. 1 représente, à titre d'exemple, le schéma d'enroulement pour un moteur à 18 pôles en utilisant 36 encoches ; La fig. 2 représente le diagramme vectoriel des formes 25 électromotrices dans les trois enroulements. Un premier enroulement de phase, indiqué en 1 à la fig« 1, et dont les dimensions seront toujours indiquées par 1, occupe complètement un ensemble de toutes les encoches alternées, par exemple toutes celles ayant un nombre d'ordre impair à partir d'un choix 30 quelconque, au hasard comme auparavant, comme par exemple l'encoche indiquée par A. Le nombre de conducteurs actifs de cette pahse sera n^, si on indique par N le nombre total des encoches du moteur, ce premier enroulement aura 2n^y^ conducteurs actifs par encoche, reliés de la 35 façon habituelle pour la réalisation des pôles. Un second enroulement de phase 2 va occuper la moitié de toutes les encoches d'ordre pair de la présente numération mentionnée. 69 15519 3 2008426 Le nombre des conducteurs actifs de cette phase sera indiqué par ng et, étant donné le caractère à reculons de la démonstration qu'on va faire (type à vérification) puisque plus commode, on dit tout de suite que ce nombre devra être égal à n^/\pj* c'est-5 à-dire y et le nombre de conducteurs actifs de cet en roulement, dans chaque encoche paire, sera 2 ng/îî = 2n^ \f3 H" Un troisième enroulement de phase 3 occupera l'autre moitié de l'encoche de toutes les encoches d'ordre pair, le nombre de con-10 ducteura de cette troisième phase sera indiqué en n^ et sera égal au nomkre de la seconde phase ; c'est-à-dire n^ = = n^y^. De même, les conducteurs actifs de ce troisième enroule-méat, dans chaque encoche paire, seront 2n^ s 2ûg = 2n^ . S ~N~ V^I 15 L'unique différence entre les enroulements 2 et 3 réside dans leur sens de parcours. En supposant une numération dans le sens horaire des encoches à partir de la première encoche indiquée par A à la fis. 1, si l'enroulement 2 commence dans la seconde encoche B et se termine (fin) dans l'encoche H, l'enroulement 3 commence 20 dans l'encoche If et se termine (fin) dans la seconde encoche B. Pour l'enroulement 1., on peut choisir à volonté n'importe lequel des deux bouts libres pour constituer le commencement ; l'autre constituera la fin. A. la figure 1, on a indiqué en U, V et ¥ le commencement et en X, Y et Z la fin respectivement des enroulements 1, 2 et 3. 25 Les trois enroulements sont reliés en étoile, c'est-à-dire en unissant ensemble par exemple leurs trois commencements. Maintenant, on va vérifier qu'un système d'enroulements ainsi constitués alimenté par un système triphasé symétrique de tensions donne lieu à un système triphasé de courants équilibré et 30 à un champ tournant dû à deux champs alternés, qui satisfont les conditions susmentionnées. En réalité, pour des raisons de commodité de solution, qui permettent plus aisément d'éviter des complications inutiles dues aux considérations de dyssymétrie normalement négligeables, le pro-35 blême sera résolu à reculons, c'est-à-dire qu'on imaginera que les trois enroulements sont parcourus par trois courants égaux et également déphasés et on démontrera qu'en ce cas, toutes les conditions pour un fonctionnement correct sont satisfaites, y compris la condi- 69 15519 4 2008426 tion des trois tensions symétriques de l'alimentation. On indique, par conséquent, en la le courant dans le pre- p * mier enroulement, en Ig = à. le courant dans lê second enroulement et en le courant dans le troisième enroulement, étant 5 donné connue la signification de l'opérateur^ . a/ Avant tout, on remarque qu'un tel système de courants satisfait le principe de Kirehoff au noeud constitué par trois commencements et, par conséquent, il est admissible. b/ les encoch.es impaires donnent lieu, de leur côté, à un champ 10 alterné ; et de même les encoches paires. Ces deux champs, comme il est évident, sont déplacés d'un demi-pas polaire dans l'espace. Il faut démontrer que les forces magnétomotrices (F.M.M. ) qui les entretiennent sont égales en valeur, mais déphasées dans le temps de 1/4 de période. On va calculer la F.M.M. dans une encoche impaire (en-15 roulement 1). Elle aura la valeur et phase : = ± 2n1 Ii • On calcule la F.M. . dans une encoche paire (enroulements 2 + 3). Elle aura la valeur et la phase : ®23 = ± (_^2 12 . " I3 ) 20 ÎT Sf le signe "moins" à l'intérieur de l'expression tient-compte du fait que, dans la même encoche, les deux enroulements ont un sens opposé. En remplaçant les valeurs de 1g, e"k n2» ^ e11 fonction 25 respectivement de X. et m, on obtient : - 2n, ^ 2- . ,1 . [ (- £ - jjQ) ïr ®23 - ± V3 ïïf 1 (£• T ) H ±1 = + 2n" V3U 12 2 (-i + jJÛ)!, -±S. 30 2 2 V3N L 2 J N c'est-à-dire = i J®'} t comme on voulait démontrer0 Les deux signes de la dernière formule tiennent compte des éventuels deux sens possibles de rotation. Puisque les deux F.M.M. satisfont cette dernière équation, 35 les champs engendrés séparément satisferont les conditions citées ci-dessus et, par conséquent, engendreront un champ tournant. Un champ tournant amène dans les conducteurs des différentes encoches des F.-E.M. toutes dggale valeur mais de phase dépendante de la position des encoches. 69 15519 5 2008426 Dans ce cas, l'angle électrique entre une encoche et l'encoche contiguè' est de 90°. Par conséquent, tous les conducteurs de la phase 1 (encoches alternées) convenablement reliés (ce qui est habituel) auront des F.E.M. en phase entre elles ; de même, tous les 5 conducteurs de la phase 2 seront le siège de P.U.M. en phase entre eux et à 90° électriques avec la phase 1 et ceux de la phase 3 tous en phase entre eux et à 180° électriques avec la phase 2 (à cause des sens de parcours). A la suite de ce que l'on vient de dire, on obtient le 10 diagramme vectoriel de Fig. 2 (en tenant compte aussi des valeurs relatives de n^ - ng - n^) des F.M.M. induites dans les trois enroulements et ce diagramme peut représenter aussi, avec grande approximation, celui des tensions» Dans ce diagramme, les vecteurs ont la signification sui- 15 vante : m = E1 ; C2 = E2 ; 03 = j 2T = V12 ; 32 = V23 ; T3 = V31 avec 2 = V23 = V^., ^ Il est évident, par conséquent, que le système de tensions 20 d'alimentation, nécessaire au maintien des courants supposés au commencement, est symétrique, comme on voulait le démontrer. les considérations maintenant développées sont rapportées au cas où. l'induit (secondaire, non représenté) est ouvert ou en synchronisme• 25 Mais les brèves considérations suivantes permettent d'é tendre la validité des résultats obtenus, à n'importe quél coulis-sement. le champ tournant avant mentionné engendrera un système polyphasé de courants dans l'induit ; ce système de. courants donnera 30 lieu à une F.M.M. tournant dans le même sens que celle de l'inducteur et devra être contrastée par ce dernier, moyennant l'absorption d'un système ultérieur de courants, si l'on veut que l'équilibre ne soit pas altéré, ce qui doit s'avérer. Puisque ce système ultérieur de courants doit engendrer un 35 champ tournant et dans le même sens que celui susmentionné^ ce système ne pourra être que triphasé équilibré, comme démontré auparavant et il aura le même sens cyclique que le précédent (requis à vide)• le système résultant de la somme ordonnée des deux précé 69 15519 6 2008426 dents devra être donc triphasé équilibré, comme on voulait le démontrer o On précise que dans le schéma de la Fig. 1, on a représenté, à seul titre d'exemple, un enroulement statorique réalisé 5 selon l'invention ; toutefois, on comprend qu'un enroulement du type décrit peut aussi être réalisé par une structure de rotor } en outre, on précise que les enroulements selon l'invention peuvent être employés comme enroulement rotorique ou statorique d'un même moteur ou comme enroulement rotorique ou statorique dans un moteur 10 qui a l'autre enroulement du type normalement employé dans les moteurs asynchrones. En outre, on remarque qu'à la Fig. 1, les bornes ont été placées l'une près de l'autre ; toutefois, il est entendu que les bornes des trois enroulements de phase peuvent être obtenus dans 15 des positions différentes de celles indiquées à la figure et, de même, les têtes des écheveaux peuvent être placées différemment, pourvu qu'on observe la condition que les phases 2 et 3 sont bien comme elles doivent être» 69 15519 7 2008426 REVENDICATIONS 1o Système de réalisation d'enroulements électriques triphasés, destinés à fournir deux champs magnétiques alternés déplacés de 90 0 électriques dans l'espace, pour créer un champ tournant, 5 caractérisé par le fait qu'on utilise un nombre d'encoches égal aux deux tiers du nombre minimal usuellement requis pour une même ou n'importe quelle polarité, l'enroulement étant réalisé en effectuant un. premier enroulement de phase qui occupe complètement, à encoches alternés, la moitié de toutes les encoches (les encoches ayant un 10 nombre d'ordre impair à partir d'une encoche choisie au hasard), en effectuant ensuite un second enroulement de phase qui occupe la moitié de toutes les encoches restantes (encoches d'ordre pair) en effectuant, en outre, un troisième enroulement de phase, inversé par rapport au second, qui occupe la moitié restante de chacune des 15 encoches déjà occupées par le second enroulement cité et on relie entre eux les trois commencements ou fins des trois enroulements de phase pour réaliser un enroulement triphasé en étoile, 2. Enroulement électrique triphasé pour moteurs électriques réalisé selon le système de la revendication 1, caractérisé par 20 le fait qu'il comporte un premier enroulement de phase qui occupe complètement, à encoches alternées, la moitié de toutes les encoches un second enroulement de phase qui occupe la moitié de l'encoche de toutes les encoches restantes et un troisième enroulement de phase, inversé par rapport au second, qui occupe la moitié restante de cha-25 cune des encoches déjà occupées par le second enroulement cité, les commencements et les fins des trois enroulements de phase étant reliés entre eux pour réaliser un enroulement triphasé en étoile. 3. Enroulements réalisés selon le procédé de la revendication 1, caractérisés par le fait qu'ils sont employés dans les 30 moteurs électriques asynchrones, triphasés, employés comme moteurs de traction ou de commande des opérateurs de porte des ascenseurs et dans la branche des appareils électrodomestiques et des machines à laver industrielles.