Brevet FR2201569A1 — publié le 19740426

Il a été décrit, dans le brevet français NO 1 534 857 déposé le 19 juin 1967 par la société demanderesse, un moteur électrique polyrotorique. Ce moteur est constitué en disposant entre deux couronnes concentriques, Itune externe, Itautre interne, une couronne intermédiaire qui forme un circuit magnétique fermé et qui est réalisée par une succession, dans le sens circonférentiel, de moteurs électriques élémentaires composés chacun d'une portion d'un stator annulaire commun et d'un rotor dont l'axe porte au moins une roue dentée, cette roue dentée engrènant avec des crans intérieurs portés par la couronne externe et avec des crans extérieurs portés par la couronne interne, les efforts radiaux qui s'exercent entre la couronne externe et la couronne interne étant supportés par des rouleaux s'appuyant sur deux chemins de roulement disposés, l'un à l'in térieur de la couronne externe, l'autre à 11 extérieur de la couronne interne. Dans ce brevet NO 1 534 857, les moteurs électriques élémentaires sont des moteurs électriques à courant continu ou des moteurs synchrones et, en fonctionnement, la couronne interne reste fixe tandis que, les rotors, tournant sur eux mêmes et autour de cette couronne interne, par engrènement des dents d'au moins une roue dentée, portée par l'axe des rotors, sur les dents de la couronne interne, entraînent la rotation, également par engrènement des rotors sur la couronne externe, de cette couronne externe, ou alors c'est la couronne externe qui reste fixe et la couronne interne qui tourne ; les deux couronnes peuvent aussi tourner, les rotors tournant sur eux mêmes, mais leur axe restant fixe. Cette disposition constructive entraîne un certain nombre de problèmes en ce qui concerne, pour des moteurs élémentaires à courant continu, llalimentation électrique des induits par un collecteur assurant en même temps l'engrenement avec les couronnes internes et externes ; pour des moteurs élémentaires synchrones les portions de stator sont alimentées en courant alternatif à fréquence variable mais, dans la réalisation pratique, cela pose également des problèmes et les résultats, surtout à puissance tant soit peu élevée, ne sont pas excellents. Le présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et a pour objet un moteur électrique polyrotorique, soit à courant continu, soit synchrone. Le moteur électrique polyrotorique suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il est constitué par une succession, dans le sens circonférentiel, de moteurs électriques élémentaires composés, chacun, d'une portion de circuit magnétique annulaire commun et d'un rotor dont l'axe porte au moins une roue dentée et caractérisé en ce qu'il comporte 2 n rotors, en ce que ledit circuit magnétique annulaire commun est constitué par k n "inserts", k étant entier positif inférieur à trois, 2I réalisés en un matériau ferromagnétique et décalés de kn les uns par rapports aux autres, et en ce que lesdits "inserts" sont solidaires d'une carcasse statorique coulée et mis en place lors de la coulée. Dans un moteur électrique à courant continu, le circuit magnétique est à n "inserts" et il comporte en outre n pôles inducteurs décalés de - les - les uns n par rapport aux autres et intercalés entre les "inserts", les rotors sont alors des induits à courant continu. Dans le cas d'un moteur électrique à courant continu, les "inserts" et pôles inducteurs sont avantageusement entièrement fendus longitudinalement, cette disposition, permettant dQAcombattre efficacement la réaction d'induit en augmentant la réductance offerte aux flux de réaction d'induit est rendue possible par la structure annulaire du moteur, disposition difficilement réalisable dans un moteur classique monorotorique. Une autre caractéristique de la présente invention est qu'un ensemble portebalais mobile, associé à chaque induit à courant continu et fixé sur la carcasse statorique coulée, avec une certaine liberté de rotation pour le calage des balais, sert en outre de palier pour l'induit. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, le circuit magnétique est a n "inserts", lesdits rotors portant un bobinage polyphasé relié à des bagues collectrices, le circuit magnétique comportant en outre n pâles inducteurs décalés de 2 les uns par rapport aux autres et intercalés entre lesdits "in n serts". Dans ce cas, le moteur fonctionne en synchrone. Suivant une réalisation particulière de la presente invention, les pâles inducteurs sont rapportés et fixés sur le stator après la coulée de la carcasse statorique. Selon une réalisation particulièrement avantageuse dans le cas d1un moteur synchrone, le circuit magnétique est à 2 n "inserts", les rotors portant un bobinage polyphasé relié à des bagues collectrices. Cette disposition procure les avantages d'obtenir un moteur plus léger et plus compact que le cas dans lequel le circuit magnétique est constitué par n "inserts" et n pôles inducteurs qui sont généralement bobinés, par contre, le couple moteur obtenu est inférieur. Lesdits rotors polyphasés sont alimentés en parallèle par un réseau à courant alternatif et ils sont tous rigoureusement identiques du point de vue électrique c'est-à-dire que - le bobinage est réalisé de telle façon qu'à une bague correspond toujours la même phase. - tordre de succession des phases est le même pour tous les rotors - les rotors portent un repère qui signale, par exemple, l'axe d'une phase, la même sur tous les rotors. Les rotors polyphasés, sont montés dans le stator de telle sorte que les repères ci-dessus définis occupent une position identique par rapport aux rayons passant par le centre du moteur et les axes des rotors. Suivant une réalisation avantageuse de la présente invention, une couronne dentée, logée dans un espace formant carter et coulée en même temps que la carcasse statorique, engrène simultanément avec la roue dentée de chaque rotor. Par ailleurs, les "inserts" sont avantageusement massifs. En se référant aux figures schématiques ci-jointe, on va décrire un exemple de mise en oeuvre de l'invention donné à titre non limitatif. La figure 1, représente, vue en bout du côté du carter, un moteur électrique polyrotorique suivant l'invention avec détail du circuit magnétique. La figure 2, est une coupe de la carcasse statorique dans laquelle on a représenté l'un des "inserts". Les figures 3 et 4 sont, vue de face et de gauche, un ensemble porte balais suivant l'invention. Les figures 5, 6 et 7 schématiques, montrent dans le cas d'un moteur synchrone, la position des recteurs représentatifs des champs tournants pour un moteur à l'arrêt mais alimenté, un moteur au synchronisme à vide et un moteur au synchronisme en charge. Sur la figure 1, on voit, dans la partie arrachée, quelques rotors 1, il en existe un nombre pair 2n, et une partie du circuit magnétique qui est constituée par des pôles inducteurs bobinés 2 et par des "inserts" 3. Les pôles inducteurs 2 et les "inserts" 3 sont en matériau ferromagnétique, fer doux ou acier par exemple. Les pôles inducteurs 2 et les "inserts" 3 sont disposés alternativement de telle sorte qu'à chaque rotor corresponde un pôle inducteur et un "insert". Le flux inducteur produit par les pôles inducteurs 2 se referme en faisant tout le tour du moteur au travers des induits, des "inserts" et des autres pôles inducteurs. Les "inserts" 3 ne servent que de véhicule du flux. Dans le cas d'un moteur à courant continu ctest-à-dire lorsque les rotors sont des induits bobinés relié à un collecteur, les pôles inducteurs 2 et les "inserts" 3 sont avantageusement entièrement fendus longitudinalement : repère 4 ; cette fente 4 a pour but d'augmenter la réluctance offerte aux flux de réaction d'induit et ainsi de combattre efficacement la réaction d'induit. Dans le cas d'un moteur synchrone, les rotors sont bobinés en polyphasé, par exemple en triphasé, le bobinage étant relié à des bagues collectrices. Dans ce cas d'un moteur synchrone, les pôles inducteurs 2 et les "inserts" ne sont pas fendus. Il peut exister deux versions pour la réalisation du circuit magnétique d'un moteur synchrone, la première est celle décrite plus haut ctest-à-dire un circuit magnétique comportant alternativement un pôle inducteur puis un "insert", mais on peut également supprimer totalement les piles inducteurs et ne mettre que des "inserts" soit 2 n inserts s'il y a 2 n rotors, cette solution présente l'avantage de pouvoir réaliser un moteur plus léger et plus compact, par contre, le couple moteur est inférieur a celui d'un moteur comportant n pôles inducteurs et n "inserts". Que ce soit un moteur à courant continu ou un moteur synchrone, les "inserts" 3 sont mis en place directement lors de la coulée d'un carter statorique 5 (fig 2), les "inserts" 3 se trouvent ainsi maintenus par des "voiles" 6 (fig. 1 et 2). Si les inserts sont fendus longitudinalement, cas de la figure, pour un moteur à courant continu, ils peuvent être par exemple partiellement fendus à partir de chaque extrémité, avant la coulée du carter statorique 5, la partie centrale 4a de la fente 4 est ensuite fraisée une fois la coulée effectuée. Par contre, les pôles inducteurs bobinés sont rapportés et fixés sur le stator après la coulée. On obtient ainsi une structure coulée, en aluminium par exemple, nécessitant un minimum d'usinage et d'assemblage et communiquant une bonne rigidité. Le carter statorique 5 supporte les rotors 1 qui comportent une roue dentée, La roue dentée de chaque rotor engrène simultanément avec une couronne dentée, non représentée, placée dans un carter 7 coulé en même temps que le stator 5. Le stator 5 supporte également un ventilateur, non représenté, placé en 8 à l'in- térieur de la couronne formé par les rotors et le circuit magnétique circulaire. Dans le cas d'un moteur à courant continu, à chaque induit est associe un ensemble porte balais, représenté en figure 4 et 5, servant également de palier pour les induits : la partie cylindrique 9 du porte balais est logée dans un trou 10 du stator 5, et est fixée au stator par lintermediaire de boulons traversant des trous 11 et 12 du porte balais, et de trous correspondants, non représentés, du stator 5 mais ovalisés permettant ainsi une certaine rotation du porte balais pour effectuer le réglage de la ligne des balais; on peut également fixer le porte balais par deux vis, les trous 11 et 12 sont alors filetés. Une cavité 13, dans le porte balais, permet de loger un roulement qui supporte l'induit. Les balais, non représentés, sont disposés sur un dispositif support balais fixé en 14 et 15. Dans le cas d'un moteur synchrone, les rotors sont bobinés en polyphasé et les bobinages sont reliés à des bagues collectrices, tous les rotors sont alors alimentés en parallèle par un réseau polyphasé à courant alternatif. Le bobinage de tous les rotors doit être identique du point de vue électrique, ctest-à-dire qu'il doit être réalisé de telle façon qu a une même bague de chaque rotor corresponde une même phase de chaque rotor, l'ordre de succession des phases étant le même pour tous les rotors. Un repère est disposé sur chaque rotor identiquement au même endroit au point de vue électrique, par exemple l'axe d'une phase, la même sur chaque rotor. Les rotors sont montés dans le stator 5 de telle sorte que lesdits repères occupent tous une position identique par rapport aux rayons passant par le centre du stator et les axes des rotors. Le fonctionnement est le suivant - les flèches représentées sur les figures 5, 6 et 7 sont des vecteurs représentatifs du champ tournant A l'arrêt, le moteur étant alimenté (fig. 5), le vecteur représentatif du champ tournant de chaque rotor fait avec le rayon passant par le centre du stator et l'axe du rotor un angle a qui est le même à chaque instant pour tous les rotors, tous les vecteurs tournant ensemble et à la même vitesse. d wt, X étant la pulsation du courant d'alimentation et t le temps. Au synchronisme, les vecteurs représentatifs des champs tournants occupent les positions représentées figure 6, ces positions sont fixes dans l'espace II et le temps, a étant égal à 2 et ne sont suceptibles de changer que lorsque le couple résistant varie : figure 7. a est alors supérieur àS/2. Ainsi, le champ tournant, tourne dans un sens et les rotors tournent dans le sens opposé à la même vitesse ; les vecteurs représentatifs des champs tournants sont donc fixes et ne peuvent que se décaler si le couple résistant augmente. Dans la première version c'est-à-dire lorsque le circuit magnétique est constitué par n "inserts" et n pôles inducteurs, le synchronisation est assurée par le champ inducteur. Dans la seconde version, lorsqu'il n'y a pas de pôles inducteurs mais seulement 2 n "inserts", le moteur nta pas besoin de champ inducteur, il est autosynchrone. Puisqu'au synchronisme, le champ est fixe dans l'espace et le temps, les "inserts" peuvent être massifs et permettent l'existence d'un couple asynchrone suffisant lors d'un démarrage en basse fréquence pour arriver à la synchronisation sans machine auxiliaire. Deux types de fonctionnement peuvent, par exemple, être envisagés : derrière un onduleur à fréquence variable, on a alors un moteur à vitesse variable derrière une source à fréquence fixe, on a alors un moteur à vitesse constante avec démarrage par moteur auxiliaire. L'une des applications possible d'un tel moteur est par exemple la traction automobile. Bien entendu, on ne saurait sortir du cadre de l'invention en modifiant certains détails technologiques et en les remplaçant par d'autres assurant la même fonction. en particulier la manière de réaliser lesdits fentes longitudinales peut évidemment être différente de celle décrite. REVENDICATIONS 1/Moteur électrique polyrotorique constitué par une succession, dans le sens circonférentiel, de moteurs électriques élémentaires composés, chacun, d'une portion de circuit magnétique annulaire commun et d > un rotor dont l'axe porte au moins une roue dentée et caractérisé en ce qu'il comporte 2 n rotors, en ce que ledit circuit magnétique annulaire commun est constitué par le k n "inserts", k étant entier positif inférieur à trois, réalisés en un matériau ferromagnétique et décalés de ks les uns par rapport aux autres, et en ce que lesdits "inserts" kn sont solidaires d'une carcasse statorique coulée et mis en place lors de la coulée. 2/Moteur électrique polyrotorique à circuit magnétique a n "inserts" suivant la revendication 1, et caractérisé en ce que lesdits rotors sont des induits à courant continu et en ce que le circuit magnétique comporte en outre n pôles inducteurs décalés de n les uns par rapport aux autres et intercalés entre lesdits "inserts". 3/Moteur électrique polyrotorique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque "insert" et pôle inducteur sont entièrement fendus longitudinalement. 4/Moteur électrique polyrotorique suivant l'une des revendications 2 ou 3 carac térisé en ce qu'un ensemble porte balais mobile, associé à chaque induit et fixé sur la carcasse statorique coulée, avec liberté de rotation, sert en outre de palier pour l'induit. 5/Moteur électrique polyrotorique à circuit magnétique à n "inserts" suivant la revendication 1, et caractérisé en ce que lesdits rotors portent un bobinage poly phasé relié à des bagues collectrices, et en ce que le circuit magnétique comporte 2F en outre n pôles inducteurs décalés de n les uns par rapport aux autres et in- tercalés entre lesdits "inserts". 6/Moteur électrique polyrotorique suivant l'une des revendications 2 ou 5, carac térisé en ce que les pôles inducteurs sont rapportés et fixés sur le stator après la coulée de la carcasse statorique. 7/Moteur électrique polyrotorique à circuit magnétique à 2 n "inserts" suivant la revendication 1, et caractérisé en ce que lesdits rotors portent un bobinage poly phasé relié à des bagues collectrices. 8/Moteur électrique polyrotorique suivant l'une des revendications 5 ou 7, carac térisé en ce que lesdits rotors sont alimentés en parallèle par un réseau poly phasé à courant alternatif. 9/Moteur électrique polyrotorique suivant l'une des revendications 5, 7 ou 8, caractérisé en ce que tous les rotors sont réalisés de telle façon qu > à une bague corresponde toujours une même phase, tordre de succession des phases étant le même pour tous les rotors, en ce que chaque rotor porte un repère placé identiquement sur tous les rotors, et en ce que les rotors sont montés dans le stator de telle sorte que lesdits repères occupent tous une position identique par rapport aux rayons passant par le centre du stator et les axes des rotors. 10/Moteur électrique polyrotorique suivant la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits "inserts" sont massifs. 11/Moteur électrique polyrotorique suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qutune couronne dentée logée dans un espace formant carter et coulé en même temps que la carcasse statorique engrène simultanément avec la roue dentée de chaque rotor.