Brevet FR2133887A1 — publié le 19721201

La présente invention concerne un moteur asynchrone avec un induit, ou rotor, équipé de barres de court-circuit ou analogues dont la valeur ohmique est choisie de manière qu un réglage stable de la vitesse de rotation soit réalisable en agissant sur la tension appliquée au stator. Avec les moteurs asynchrones de ce type, les barres conductrices destinées à servir de barres de court-circuit sont réalisées en un alliage qui n'a qu'unie faible conductivité électrique. Grâce à l'augmentation de la valeur ohmique des barres ainsi obtenue, le point de décrochage du couple moteur, contrairement aux moteurs asynchrones du type courant, est déplacé hors de la région du synchronisme, au voisinage d'une vitesse de rotation nulle, si bien qu'on obtient un réseau de caractéristiques qui permet un réglage de la vitesse de rotation en agissant sur la tension du champ tournant.Les moteurs asynchrones de ce type, qui sont également denommés "moteurs asynchrones à induit à barres resis tantes, présentent l'inconvénient que le réglage de la vitesse de rotation entratne obligatoirement des pertes d'énergie qui peuvent attendre, suivant la vitesse de rotation, jusqu'à 100 ffi de l'énergie d'alimentation. Cette perte d'énergie se manifeste par un échauffement des barres résistantes et,par par conséquent, de l'induit. Etant donné que la chaleur dégagée est difficile à évacuer à cause du mode de construction des induits qui sont en général constitués par des tales feuilletées de perméabilité magnétique élevée, l'intervalle de réglage de la vitesse de rotation est limite. On a certes déjà essayé d'évacuer la chaleur dissipée par refroidissement des induits par l'eau. Mais ces formes de réalisation ne sont pas économiques étant donné la complication de la construction. On connatt aussi des moteurs asynchrones dans lesquels les enroulements de l'induit ne sont pas constitués par des barres de court-circuit mais pour lesquels les connexions des enroulements de l'induit à la partie fixe du moteur sont réalisées par des bagues collectrices et dans lesquelles des résistances ohmiques placées à l'extérieur du moteur sont raccordées à ces bagues collec triceps, ce qui contribue à l'obtention du réseau de caractéristiques désiré, et dans lesquels la chaleur dégagée dans ces résistances peut autre dissipée dans de bonnes conditions. Cependant les moteurs de ce type présentent l'inconvénient décisif qu'il faut prévoir des bagues collectrices qui ne peuvent transmettre le courant électrique impeccablement dans tous les cas et qui, par ailleurs, compliquent passablement la réalisation. On a aussi proposé antérieurement de donner au rotor lui-même une forme tubulaire si bien qu'on crée entre son axe et sa surface latérale un espace intermédiaire utilisable pour le refroidissement. Ces formes de réalisation sont certes très faciles à construire, mais leur principal défaut est qu'elles ne sont pas toujours satisfaisantes du point de vue électromagnétique. Par conséquent, la présente invention a pour objet l'élimination des inconvénients des moteurs asynchrones réglables connus et la mise au point d'une forme de réalisation d'un moteur asynchrone sans bagues collectrices qui est réglable et dans lequel la chaleur dégagée peut être dissipée dans de bonnes conditions. En partant de l'idée qu'il faut envisager, pour atteindre cet objet, un procédé d'évacuation de la chaleur de l'induit, l'invention consiste en ce que les barres de courtcircuit sont constituées elles-moemes en une matière très bonne conductrice de l'électricité et en ce que la résistance ohmique nécessaire de l'induit est obtenue par des résistances qui sont raccordées aux barres de court-circuit mais sont placées à l'extérieur de l'induit sur au moins une de ses surfaces d'about. I1 est possible, grâce a cette forme de réalisation, de laisser se dégager la quasi-totalité de la chaleur dissipée dans des résistances placées à part, qui peuvent être réalisées conformément aux règles de la thermodynamique d'une manière simple qui rend possible une bonne évacuation de la chaleur en direction de l'environnement. La valeur ohmique des barres de court-circuit elles-mzemes peut être maintenue aussi faible que possible, Si bien que la chaleur dégagée dans la masse de l'induit lui-mAme est pratiquement nulle. Les résistances peuvent avantageusement être réalisées en vue de dissiper cette chaleur, sous forme de nervures de refroidissement et il est possible d'accélérer par des ventilateurs additionnels la dissipation de ladite chaleur. On peut mettre en oeuvre une solution simple du point de vue construction en utilisant les résistances réalisées sous forme de nervures de refroidissement comme pièces d'écartement entre les barres de court-circuit et une bague de court-circuit placée d'un seul côté ou des deux côtés.De plus, deux ou plusieurs barres de court-circuit peuvent astre réunies, en vue de simplifier la construction, par l'intermédiaire d'une résistance, à ladite bague de court-circuit cependant qu'on peut réunir de manière particulièrement -sim- ple à chaque fois deux barres de court-circuit adjacentes à l'aide de la bague de court-circuit par l'intermédiaire d'une résistance. Une forme de réalisation particulièrement simple de l'invention consiste à réaliser les résistances ellesmêmes sous forme d'ailettes de ventilateur si bien, que quand le moteur tourne, elles peuvent engendrer elles-memes un courant d'air utilisable pour dissiper la chaleur qu'elles dégagent. On peut aussi ménager entre les ailettes de ventilateur et l'arbre de induit, en vue d'accélérer la dissipation de la chialeur, des canaux de ventilation qui peuvent être avantageusement prévus dans le corps même de l'induit si bien que la chaleur dégagée par celui-ci peut aussi être dissipée par le courant d'air engendré par les résistances utilisées comme ailettes de ventilateur. Ces résistances peuvent être placées d'un seul côté de l'induit tandis que l'autre face d'about est équipée, de manière connue, d'une bague de court-circuit. I1 est aussi possible de grouper les résistances en un seul élément de construction qui peut être monté comme un tout sur l'in- duit. Dans ce but, lesdites résistances peuvent être fabriquées de manière particulièrement simple, en une seule: pièce. L'invention donne aussi la possibilité avantageuse de pouvoir régler la résistance ohmique de l'induit et d'agir ainsi sur le réseau de caractéristiques du moteur quand ces résistances sont connectées à une bague de court-circuit mobile parallèlement à l'axe de l'induit. Cette bague de courtcircuit peut par exemple glisser sur le cté extérieur des résistances. Enfin, il est également possible d'équiper selon l'invention lesdits moteurs asynchrones, dans lesquels outre l'ensemble de barres de court-circuit décrit ci-dessus un second induit comportant des barres de court-circuit de résistance plus faible et plus rapprochée de l'axe de l'induit est incorporé, cependant que notamment aussi bien l'ensemble de l'induit intérieur que l'ensemble de l'induit extérieur comportent des résistances placées à l'extérieur du corps de l'induit, sur ses faces d'about et que les barres de court-circuit des deux induits sont bonnes conductrices de l'électricité. D'autres objets et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se ré- férant aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un induit à résistancesréalisé selon l'invention dans lequel les résistances placées sur la face d'about du corps de l'induit sont agencées comme nervures de refroidissement. La figure 2 représente une vue de l'induit de la figure 1, dans le sens de la flèche II. La figure 3 représente le schéma équivalent à la forme de réalisation de la figure 1. La figure 4 représente le schéma équivalent à une autre forme de réalisation d'un induit semblable à celui de la figure 1. La figure 5 représente une coupe > le long de la ligne V-V de la figure 6, d'un induit à résistances semblable à celui de la figure 1, dans lequel les résistances sont cependant réalisées sous forme d'un élément de construction, et d'une seule pièce. La figure 6 représente une vue de l'induit de la figure 5 dans le sens de la flèche VI. La figure 7 représente une forme de réalisation dans laquelle les résistances sur les surfaces d'about du corps de l'induit jouent le rôle d'ailettes de ventilateur et sont associées à une bague de court-circuit mobile destinée au réglage du réseau de caractéristiques. Sur la figure 1, l'induit 2d'un moteur asynchrone est placé à l'intérieur d'un stator 1 représenté schématiquement, qui est construit d'une manière qui ne sera pas décrite plus en détail, étant donné qu'il ne fait pas partie de l'invention -, en tôles feuilletées d'un métal à haute perméa bilité magnétique. Ces tôles sont, comme d'habitude, isolées électriquement les unes des autres afin d'éviter l'apparition de courants de Foucault indésirables. Les courants engendrés dans l'induit par le champ tournant créé par le stator I passent dans les barres de court-circuit 3 qui, dans la forme de réalisation représentée, se trouvent sur une face d'about de l'induit 2 et sont court-circuitées par une bague de courtcircuit 4. Pour arriver à ce que la vitesse de rotation du moteur asynchrone représenté sur la figure 1 soit réglable et soit associée par conséquent à un réseau de caractéristiques dans lequel le couple moteur maximal se trouve au voisinage d'une vitesse de rotation nulle, les barres de courtcircuit 3 sont raccordées sur la face d'about 3 du rotor 2 à des résistances qui jouent le rôle de nervures de refroidissement 5 et dont le matériau constitutif est choisi de manière que la résistance ohmique de l'induit engendre le réseau de caractéristiques désirées. Les barres de court-circuit 3 elles-mêmes sont réalisées en une matière à très haute conductivité électrique, par exemple du cuivre ou de l'aluminium, si bien que leur résistance électrique est quasi nulle. Pendant le fonctionnement du moteur, les pertes d'énergie sous forme de chaleur provoquées par la régulation se produisent par conséquent exclusivement dans les résistances agencées sous la forme de nervures de refroidissement 5 qui sont placées à l'extérieur du corps de l'induit 2. On arrive, de cette manière, d'une part, à ce que > malgré la possibilité de réglage du moteur asynchrone, la chaleur se dégage non pas dans le corps de l'induit 2 lui-mAeme, mais à l'extérieur et, d'autre part, à ce qu elle peut être dissipée dans de bonnes conditions, par exemple en créant un courant d'air dans la direction des flèches 6. Les résistances agencées en nervures de refroidissement 5 sont fixées à l'arbre 7 de l'induit 2 par une bague 8 qui Joue également le rôle de bague de courtcircuit. Comme on l'a indiqué en tirets sur la figure 2, les nervures de refroidissement 5 peuvent aussi être agencées directement comme des ailettes de ventilateur, si bien qu'elles produisent elles-mzemes le courant d'air nécessaire pour la dissipation de la chaleur . La circulation de l'air peut égale ment être favorisée par des ventilateurs additionnels. La figure 3 représente schématiquement le mode de construction de l'induit selon l'invention. Les résistances R3 des barres de court-circuit 3 doivent avoir des valeurs ohmiques aussi faibles que possible, cependant que les valeurs ohmiques des résistances R5, jouant le rôle de nervures de refroidissement 5, doivent Aetre choisies précisément de manière que la résistance totale de l'induit atteigne la valeur qui est nécessaire pour amener la rotation maximum du couple moteur dans le réseau des caractéristiques, au voisinage de la vitesse zéro.On a par ailleurs aussi la possibilité, conformément à la figure 4, de raccorder les barres de court-circuit 3 à chaque fois à une résistance,et et ceci le plus avantageusement par deux barres adjacentes, si bien que pour la forme de réalisation pratique de l'induit il n'est pas indispensable de raccorder chaque barre de court-circuit , individuellement, avec une résistance R5 qui lui est propre. On peut connecter à chaque fois deux barres de court-circuit à une seule résistance R5, qui est elle-même court-circuitée par la bague de court-circuit 8. Evidemment, il est également possible de raccorder plusieurs barres de court-circuit 3 à une résistance, comme cela est indiqué en tirets sur la figure 4. Cette forme de réalisation donne la possibilité de ménager, en dépit de la mise en place d'un nombre relativement élevé de barres de courtcircuit entre les résistances isolées - qui sont ava,ntaguse- ment agencées comme nervures de refroidissement - ss un espace intermédiaire suffisamment grand pour la ventilation. Les figures 5 et 6 représentent une forme de réalisation dans laquelle les résistances agencées en nervures de refroidissement sont groupées en un ensemble 9 qui peut être mis en place comme un tout sur la face d'about du corps 2 de l'induit. Dans ce but, les barres 5 de court-circuit sont isolées électriquement et prolongées jusqu a la face d'about 9a de l'ensemble de résistances 9 et ne sont qu'à cet endroit en contact électrique avec la matière constituant ces résistances. Sur la face à l'opposé de la face Ua, l'ensemble de résistances 9 est-associé à une bague fermée 9b qui joue le rôle de bague de court-circuit.Cette forme de réalisation présente I'avantage d'être compacte et stable et dc rendre également possible une dissipation de la chialeur, dans de très bonnes conditions, entre les surfaces de refroidissement des diverses résistances. I1 est possible, dans ce cas également, de réaliser les surfaces de refroidissement 5 des résistances elles-mSmes sous forme d'ailettes de ventilateur. Sur la figure 7, les résistances sont réalisées sous forme d'ailettes de refroidissement, raccordées électriquement à l'extérieur du corps de l'induit 2 à la face d'about droite des barres de court-circuit 3, et fixées à l'arbre 7 de l'induit par une bague 10 en matière électriquement isolante. La face gauche de l'induit 2 est réalisée de la manière représentée sur les figures 1 à 6.Dans cette forme de réalisation, une bague de court-circuit 8a est mise en place du côté droit et peut se déplacer dans la direction de l'axe 7 sur les diverses ailettes de refroidissement 5a Il est ainsi possible de modifier la résistance totale de l'induit et aussi d'agir sur le réseau de caractéristiques du moteur asynchrone. I1 y a, d'une part, entre les diverses résistances agencées comme ailettes de ventilateur 5a et l'arbre 7 de l'induit un intervalle intermédiaire 7a qui rend possibles une bonne ventilation et un refroidissement satisfaisant des ailettes de ventilateur 5a et, d'autre part, on peut - dans ces conditions - ménager dans le corps de l'induit 2 lui-même des canaux de ventilation parallèles à l'axe, grâce auxquels les ailettes de ventilateur 5a peuvent faire circulare de l'air à travers le corps de l'induit 2. I1 est ainsi possible d'évacuer aussi la chaleur dégagée dans le corps 2 de l'induit lui-mAeme. On peut aussi appliquer le mode d'exécution selon l'invention à des formes de réalisation dans lesquelles, outre l'ensemble de barres de court-circuit extérieur, on peut incorporer un ensemble additionnel de barres de courtcircuit intérieur, dont la résistance ohmique totale est nettement inférieure à la résistance ohmique de l'ensemble extérieur. Ces formes de réalisation sont connues. Elles présentent l'avantage que l'ensemble extérieur des barres de court-circuit permet d'obtenir une résistance ohmique appropriée à l'instant du démarrages car le glissement est très élevé en ce point et - grâee à l'effet pelliculaire le courant induit circule principalement dans l'induit extérieur.Lorsque la vitesse de glissement diminue et, par conséquent, lorsque la vitesse de rotation augmente, les bandes conductrices intérieures ayant la résistance ohmique la plus faible sont parcourues par un courant plus intense à cause de l'effet pelliculaire et réduisent par conséquent la résistance de l'ensemble de l'induit au voisinage du synchronisme. Cette disposition entraîne une augmentation de la pente de la caractéristique si bien que, même avec des moteurs asynchrones dont le couple moteur maximal correspond à une vitesse voisine de zéro, la chaleur de glissement diminue pour les couples moteurs les plus faibles. Cela étant, il est possible - meme avec des moteurs de ce type - de construire les deux ensembles de barres de court-circuit conformément à l'invention et de réaliser à chaque fois des barres de court-circuit ayant elles-mtemes la résistance la plus faible possible, alors que les résistances nécessaires sont placées à l'extérieur et à l'intérieur sur les côtés de l'induit. Grâce à la présente invention, il est possible de réaliser des moteurs asynchrones sans bague collectrice dans lesquels on peut faire varier la vitesse de rotation dans des intervalles très étendus, ce qui était jusqu a maintenant impossible à cause de la chaleur dégagée. R E V N D I C ; T I 0 N S 1.- Moteur asynchrone avec un induit équipé de barres de court-circuit ou analogues, dont la valeur ohmique est choisie de telle manière qu'une régulation stable de la vitesse de rotation est possible en faisant varier la tension aux bornes du stator, caractérisé en ce que les barres de court-circuit (3) elles-mêmes sont réalisées en une matière très bonne conductrice de l'électricité et la résistance ohmique nécessaire de l'induit est obtenue à l'aide de résistances (5) qui sont raccordées aux barres de court-circuit (3 > mais sont placées à l'extérieur du corps de l'induit (2), sur au moine une de ses faces d'about. 2.- Moteur asynchrone selon la revendication 1. caractérisé en ce que lesdites résistances sont réalisées sous forme de nervures de refroidissement (5). 3.- Moteur asynchrone selon l'une des revendications 1 et 2,' caractérisé en ce que les résistances réalisées sous forme de nervures de refroidissement (5) sont placées comme pièces d'écartement entre les barres de court-circuit (3) et une bague de court-circuit (8) prévue sur une des faces d'about ou sur les deux. 4.- Moteur asynchrone selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que deux ou plusieurs barres de court-circuit (3) sont connectées à la bague de court-circuit (8) par l'intermédiaire d'une résistance (R5). 5.- Moteur asynchrone selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que à chaque fois deux barres de court circuit adjacentes sont connectées à la bague de court-circuit (8) par l'intermédiaire d'une résistance(R5). 6.- Moteur asynchrone selon l'une des revendications 1 et 2 > caractérisé en ce que les résistances jouant le rôle de nervuras de refroidissement t5) sont réalisées sous forme d'ailettes de ventilateur (5a). 7. - Moteur asynchrone selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que des espaces intermédiaires de ventilation et/ou des canaux de ventilation (11 sont ménagés respectivement entre les ailettes de ventilateur (5e) et l'arbre de l'induit (7) > ou dans le corps de l'induit lui-mAeme. 8.- Moteur asynchrone selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les résistances réalisées sous forme de nervures de refroidissement (5) sont placées d'un seul côté de 1'induit, cependant qu'une bague de court-circuit (4) est mise en place de manière connue sur l'autre face d'about 9.- Moteur asynchrone selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les résistances réalisées sous forme de nervures de refroidissement (5) sont groupées de manière à former un seul ensemble (9), qui peut être monté sur l'induit (2). 10.- Moteur asynchrone selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites nervures de refroidissement (5) sont réalisées d'une seule pièce. 11.- Moteur asynchrone selon la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que les résistances (5a) sont connectées effectivement avec une bague de court-circuit (8a) mobile parallèlement à l'axe (7) de l'induit. 12.- Moteur asynchrone selon la revendication 11, caractérisé en ce que la bague de court-circuit (8a) est placée à la périphérie extérieure des résistances agencées comme ailettes de ventilateur (5a). 13. - Moteur asynchrone selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend,outre un premier ensemble de barres de court-circuit, un second circuit d'induit avec des barres de court-circuit en une matière telle, que leur résistance ohmique soit inférieure à celles du premier ensemble, caractérisé en ce que, aussi bien le circuit d'induit intérieur que le circuit d'induit extérieur, comportent des résistances disposées sur la face d'about du corps de l'induit et en ce que les barres de court-circuit es deux circuits d'induit sont réalisées en une matière très bonne conductrice de 1 'électricité.