Brevet FR2132435A1 — publié le 19721117

L'invention concerne tin micromoteur synchrone à auto-démarrage comportant un rotor à magnétisme permanent, qui présente sur son pourtour, en répartition régulière, des pôles magnétiques de polarités X, Y alternées en face de chaque face frontale desquels est disposé un circuit de tôle polaire magnétisable, avec des surfaces polaires qui correspondent, en leur répartition, aux pôles du rotor et se font face avec un entrefer. Dans les micromoteurs synchrones de ce type, interviennent régulièrement des difficultés d'auto-démarrage, en particulier quand ils sont soumis à une certaine charge. Pour éliminer cet inconvénient, un grand nombre de constructions diverses de micromoteurs synchrones sont apparues, dans lesquelles on a cherché, par une répartition spéciale des pôles, ou par une forme ou position particulière des pôles du rotor et/ou des pôles du stator, à assurer 1'auto-démarrage, et aussi, quand c'est possible, le choix du sens de rotation/ Ces mesures permettent d'obtenir des propriétés de démarrage meilleures, mais elles ne sont pas suffisantes quand le démarrage du moteur synchrone doit avoir lieu sous des charges déterminées, et quand le démarrage doit avec sécurité être possible, au choix, dans les deux sens de rotation. D'après l'expérience, il suffit souvent de petites imprécisions de fabrication ou d'insignifiants points durs pour mettre en question lèauto-démarrage. De tels moteurs ne conviennent donc pas aux applications dans lesquelles sont nécessaires une sécurité de service durable et un fonctionnement précis. En conséquence, l'invention se propose de réaliser un micromoteur synchrone qui démarre automatiquement avec sécurité, au choix dans les deux sens de marche, même sous charge. On est parti du fait qu'un micro-moteur synchrone,dont le rotor à magnétisme permanent à l'état non excité, tend toujours à se placer de telle sorte que son couple de rotation dû au magnétisme permanent, soit approximativement nul.-Le rotor prend ainsi une position stable, qui cependant, concernant la disposition^ relative des pôles du rotor par rapport aux surfaces polaires du stator, dépend des largeurs relatives b ou B de ces surfaces polaires. Si l'on appelle (cf Fig. 1 à 4) pôles étroits, les surfaces polaires dont la largeur b est inférieure ou égale à 0,5 t ( t étant le pas polaire des pôles 72 11860 2 2132435 du rotor), et pôles larges les surfaces polaires dont la largeur B est supérieure ou égale à 0,75 g» les figures 1 à 4- font ressortir pour le couple de rotation les relations suivantes : si la "bobine excitatrice n'est pas sous tension, le rotor se place 5 suivant la Fig. 1 avec ses pôles N et S, dans le cas d'un stator à surfaces polaires étroites b, de telle sorte que ses pôles magnétiques soient situés en face de ces surfaces polaires b; tandis qu'avec des stators à larges surfaces polaires B, le rotor se place suivant la figure 5, de telle sorte que ses pôles ma-10 gnétiques se trouvent dans les intervalles entre les surfaces polaires B. En mesurant le couple de rotation, on trouve en effet que, lors de la rotation du rotor, dans un moteur à surfaces polaires étroites ou larges, le rotor est d'abord forcé à cause de son magnétisme permanent,de tourner en arrière en sens opposé au 15 couple de rotation développé, et cela avec un couple Mp croissant jusqu'à 1/4 t et décroissant jusqu'à 1/2 t. À 1/2 t, aucun couple ne s'exerce, puis de nouveau apparaît un couple croissant jusqu'à 3/4 t et décroissant jusqu'à 1 t, pour un couple dextro-gyre. La caractéristique de ces couples Mp est représentée en ti-20 rets sur les graphiques des Fig. 2 et 4, à la même échelle que celle des Fig. 1 et 3 dessinées au-dessus, les figures combinées 1 et 2 s'appliquant à des moteurs à surfaces polaires étroites b, et les figures 3 et 4 à des moteurs à surfaces polaires larges B. Si, maintenant, on applique à la bobine excitatrice du moteur 25 une tension continue afin de rechercher d'abord statiquement la réaction suivant une demi-onde du courant alternatif appliqué en fonctionnement ; on peut constater ce qui suit : dans umoaoteur à surfaces polaires étroites b, suivant la ligne en traits pleins Me de la figure 2 , il n'intervient d'abord au-30 cun couple de rotation au point initial, correspondant à la position stable, car les forces électromotrices ne s'exercent que radialement. Jusqu'à 1/2 g, le couple de rotation Me augmente, pour redescendre ensuite à zéro , à 1 t ,(la polarisation correspondant à la tension continue étant supposée) . Il en ré— 35 suite- que les moteurs de ce genre de construction n'ont pas la propriété d'auto-démarrage. Au contraire, les moteurs à surfaces polaires larges B présentent de bonnes propriétés de démarrage, comme il ressort du graphique de la figure 4. Dans ce type de moteur, prend naissance dans la position de repos cor-40 respondant à la position stable du rotor, et dès l'application 72 11860 3 2132435 d'une tension, un couple de rotation Me, qui tombe à zéro pour 1/2 t, et remonte, pour 1 t à son entière valeur dans le sens opposé. Un moteur de ce type ne peut cependant pas démarrer à 1*encontre du couple de charge élevé susmentionné, 5 s'il est resté arrêté à 1/â t, car en ce point le magnétisme du rotor ne développe à lui seul aucyn couple, et la courbe du couple Mp passe justement en ce point par zéro. Ces cas de charge interviennent toujours quand la transmission raccordée au moteur ou la charge elle-même ont peu d'élasticité ou 10 de jeu. Pour obtenir les propriétés recherchées du moteur synchrone, savoir l'auto-démarrage dans les deux sens sous charge, l'invention part de la notion que le couple électromagnétique et le couple de magnétisme permanent ne doivent être nuls simultanément en aucune position du rotor. 15 Suivant ce principe, le but de l'inven tion est atteint dans un inoteur synchrone du genre considéré du fait qu'il est prévu de façon connue sur chaque circuit de tôle polaire des surfaces polaires étroites et larges, que les surfaces polaires étroites d'une série, de l'un des circuits 20 de tôle polaire sont disposées chacune en face de pôles de rotor avec une polarité X, et les surfaces polaires larges de la même série chacune entre deux pôles de rotor voisins, avec le sens de polarisation (parcours des lignes de force) : X - Y ; et que dans l'autre série (deuxième circuit de tôle 25 polaire) les surfaces polaires étroites sont disposées chacune en face de pôles de rotor avec une polarité Y, et les surfaces polaires larges, chacune entre deux pôles de rotor voisins avec le sens de polarisation (parcours des lignes de force) Y - X ; et que le rapport des aires des surfaces polaires 30 étroites et des surfaces polaires larges est choisi de telle sorte que leur action sur le rotor soit d'égale valeur. Dans l'esprit de l'invention, il est i&di-f-férent que les polarités X et Y correspondent aux^olarités magnétiques N et S ou S et îïjCar,, psœ exemple, les surfaces po~ 35 laires étroites, qui sont d'abord placées en face d'un pôle magnétique nord (N) du rotor, viennent en face d'un pôle magnétique sud S par une rotation d'un pas polaire de ce rotor. On obtient une action d'égale valeur des aires des surfaces polaires étroites et larges en faisant varier leurs longueurs 40 leurs largeurs, et les propriétés magnétiques tant des surfaces 72 11860 4 2132435 polaires que des paramètres magnétiques de tout le moteur. Suivant l'invention, la disposition des surfaces polaires étroites et larges star le pourtour du stator peut être effectuée par alternance, mais aussi par groupes avec 5 répartition régulière ou irrégulière sur le pourtour. Il est possible ainsi d'adapter largement la disposition des surfaces polaires aux caractéristiques constitutives du moteur. Dans un autre mode d'exécution de l'invention, il est prévu en outre qu'aux surfaces polaires de l'une 10 des séries soient opposéès des surfaces congruentes par symétrie plane de l'autre série, qui sont décalées d'un pas polaire du rotor. Dans la construction, le dimensionnement, et la fabrication d'un tel moteur synchrone, il est particu-15 lièrement avantageux que les surfaces polaires étroites puissent être combinées avec les surfaces polaires larges, et forment ainsi une surface polaire commune, mais les surfaces polaires étroites et larges peuvent aussi être conformées séparées l'une de l'autre. 20 La combinaison de surfaces polaires, réa lisée à partir d'éléments étroits et larges de surface polaire, permet, d'une façon avantageuse, de placer les fractions de surface relatives de surfaces polaires étroites et larges dans un rapport tel que le couple de magnétisme- permanent Mp 25 atteigne son maximum dans la position du rotor dans laquelle le couple de rotation électromagnétique Me est égal à zéro. Ainsi, après coupure du courant d'excitation et suppression de couple électromagnétique Me, le rotor est amené à coup sûr, en raison des forces de magnétisme permanent, dans la position 30 stable où son couple de rotation Mp est à peu près nul, et où, lors du branchement du courant inducteur, le couple de rotation Me fourni par la bobine inductrice, a une grandeur telle que le démarrage automatique soit assuré même sous charge. D'autres particularités et caractéristi-35 ques de l'invention seront décrites maintenant à l'aide de deux exemples de réalisations, et représentées sur le dessin. La figure 5 montre le développement des deux séries de surfaces polaires, avec la conformation nouvelle de celles-ci ; 72 11860 5 2132435 la figure 6 montre le diagramme des couples de rotation obtenus avec les surfaces polaires de la figure 5 î et la figure 7 montre une autre conformation 5 des séries de surfaces polaires. Sur les figures 1, 3, 5 et 7» qui représentent schématiquement des développements des surfaces polaires en relation avec les pôles du rotor à magnétisme permanent, les pôles du rotor sont désignés de la façon usuelle par 10 N et S, et leur répartition est régulière. Pour réaliser un micromoteur synchrone à auto-démarrage ayant des propriétés de démarrage améliorées, qui présente cependant, dans les positions du rotor dans lesquelles aucun couple de rotation n'est produit par électromagnétisme, un couple de rotation fourni par 15 le magnétisme permanent, sont combinées, selon l'invention, des surfaces polaires étroites b et larges B, de telle sorte que les courbes de couples de rotation Mp et Me représentées sur les figures 2 et 4 se superposent. On obtient alors, suivant le diagramme de la figure 6, tin couple électromagnétique Me donné 20 par la ligne en traits pleins et un couple de magnétisme permanent Mp donné par la ligne en traits tirets d'où l'on peut voir qu'au passage à zéro de la ligne en traits pleins Me, on dispose, grâce aux forces de magnétisme permanent, d'un couple de rotation Mp, qui fait tourner le rotor au moins assez loin 25 pour que de nouveau un couple de dotation électromagnétique Me suffisamment élevé garantisse à coup sûr le démarrage du moteur synchrone. Les surfaces polaires peuvent, par variation des largeurs b et B, ou des longueurs, ou encore par des découpures être amenées à la meilleure efficacité désirable en ce qui con-30 cerne le problème à résoudre. Suivant la figure 5î les deux séries de surfaces polaires sont formées de surfaces 1, 2 congruentes par leurs aires, et placées en symétrie plane les unes en face des autres avec un entrefer 5 » chaque surface se compose pour elle-35 même d'une surface partielle de pôle de stator étroit 1 et de la surface partielle d'un pôle de stator large 2. Ainsi les surfaces polaires étroites 1 de chaque série ont un pas tel que chacune d'elles est en face d'un pôle magnétique de même nom (par exemple toujours N) du rotor. La largeur B des surfaces polaires 40 larges 2 correspond à peu près à un pas polaire t , et couvre 72 11860 6 2132435 l'espace compris entre deux pôles de polarité différente (par exempl^éntre S et N). Dans le sens du développement des surfaces polaires considéré vers la droite, les surfaces polaires larges 2 se trouvent donc toujours dans la même série 5 entre deux pôles du rotor différemment polarisés, par exemple S et N. La série opposée de surfaces polaires a les mêmes forme et grandeur d'aire, mais les surfaces sont disposées en symétrie plane de telle sorte qu'elles se trouvent en face de l'autre série avec un entrefer, et décalées d'un pas t , par 10 rapport aux surfaces de cette autre série. La figure 7 représente une autre forme des surfaces polaires respectant le même principe fondamental, et apportant la même avantageuse efficacité. Les surfaces polaires étroites et larges ne sont plus combinée» entre elles en 15 une surface commune, mais se trouvent isolément placées comme des dents d'un peigne en face de l'autre série de surfaces polaires. La largeur b des surfaces polaires étroites 3 est environ 1/3 du pas t, tandis que la largeur B de^ Egirf acespo-laires larges 4 correspond encore à un pas polaire A. Comme le 20 montre la représentation schématique de la figure 7» les surfaces polaires étroites 3 de chaque série sont encore seulement en face de pôles de même nom du rotor, et décalés angulaire-ment d'un pas polaire t par rapport à l'autre série. De même, les surfaces polaires larges 4 - considérées dans un sens de 25 développement - sont toujours entre un pôle nord et un pôle sud de la même série, ou eaitre un pôle sud et un pôle nord de la série opposée. liais des surfaces polaires suivant les figures 5 et 7 peuvent être combinées ensemble en nombre et en ordre de succession quelconques, ou même avec d'autres surfa-30 ces ou combinaisons de surfaces non représentées, qui donnent, par leur action totale sur l'axe de rotation commun du rotor, les couples de rotation représentés sur le diagramme de la figure 6. Grâce au libre choix de la forme et du nombre des surfaces polaires pour obtenir une allure déterminée du couple 35 ie rotation, il est parfaitement possible par exemple d'utiliser et de disposer sur le demi-pourtour du stator des surfaces polaires suivant la figure 5» et sur l'autre demi-pourtour du stator des surfaces polaires suivant la figure 7* L'importante 72 11860 7 2132435 gamme des variations possibles donne au constructeur mie grande liberté de conception pour combiner à un passage à zéro du couple de magnétisme permanent Mp le passage à zéro au moment désiré du couple électromagnétique Me ; par ailleurs, il est également possible de placer les amplitudes des deux couples en un rapport déterminé de leurs grandeurs. 72 1186Q 8 2132435 REVENDICATIONS 1. Micromoteur synchrone à autodémarrage avec un rotor à magnétisme permanent qui possède sur son pourtour en répartition régulière des pôles magnétiques de po-5 larités (X, Y) alternées, caractérisé ea ce qu'il est prévu d'une façon connue sur chaque circuit de tôle polaire des surfaces polaires étroites et larges ; en ce que les surfaces polaires étroites d'une série (d'un des circuits de tôle polaire) sont chacune disposées en face de pôles de rotor d'une polari-10 té (X), et les surfaces polaires larges de la même série entre deux pôles de rotor voisins avec le sens de polarisation (parcours des lignes de forces) X - Y ; et en ce que dans l'autre série (deuxième circuit de tôle polaire), les surfaces polaires étroites sont chacune disposées en face de pôles de rotor 15 de polarité (Y), et les surfaces polaires larges chacune entre deux pôles de rotor voisins avec le sens de polarisation (parcours des lignes de force) Y - X, le rapport des aires des surfaces polaires étroites et des surfaces polaires larges é-tant choisi de telle sorte que leur action sur le rotor ait 20 la même valeur- dication 1 caractérisé en ce qu'au moins dans une série, des surfaces polaires étroites et larges sont disposées en alternance . dication 2 caractérisé en ce qu'aux surfaces polaires de l'une des séries sont opposées, dans l'autre série, des surfaces con-gruentes par symétrie plane, qui sont décaléeB d'un pas polaire du rotor. des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque fois une surface polaire étroite (1) est assemblée avec une surface polaire large (2) pour former une surface polaire commune, de telle sorte qu'à la surface polaire étroite (1) placée 35 en face d'un pôle de rotor (X ou Y) se raccorde une surface polaire large (2) qui s'étende jusqu'au pôle de rotor voisin de polarisation opposée (Y ou X). 5. Micromoteur synchrone selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce que - 2. Micromoteur synchrone selon la reven- 25 3. Micromoteur synchrone selon la reven- 30 4. Micromoteur synchrone .selon l'une 72 11860 9 2132435 sur le pourtour total du stator, les surfaces polaires de chaque série constituent une combinaison de surfaces polaires individuelles étroites (3) et de surfaces polaires individuelles (large 4) ainsi que de surfaces polaires étroites 5 (1) et larges (2) assemblées en une surface polaire commune. 6. Micromoteur synchrone selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces polaires étroites (1,3) ont une largeur (b) comprise approximativement entre le quart et la moitié d'un pas polaire 10 et les surfaces polaires larges (2,4) une largeur (B) égale à peu près à un pas polaire entier.