Brevet FR2176607A1 — publié le 19731102

La présente invention concerne des machines électriques et plus particu lièrement un rotor Dour une machine électrique synchrone à réluctance caractérisé en ce qu'il comprend une carcasse creuse en acier magnétique massif présentant une "protubérance magnétique effective". Bar "protubérance magnétique effective" on entend que les réluctances magnétioues mesurées en travers du rotor sont différentes sur des axes formant entre eux un angle de 900 électriques, qu'il r ait ou non ure protubérance réelle dans la configuration du rotor. La carcasse du rotor peut avoir une épaisseur de paroi réduite dans des zones s'étendant axialement et opposées diamètralement, pour donner lieu à la protubérance magnétique effective précite. La carcasse peut comporter des rainures ou des méplats s'étendant axiaement da, ces zones. a a carcasse peut être traversée de part en part au moins dars une partie ie la longueur, du rotor, à l'endroit de ou dans ces zones. Le rotor peut comporter un matériau additionnel ayant une bonne conductivité électrique, tel que le cuivre ou l'aluminium. Ce matériau peut se présenter sous la forme de barreaux occupant les rainures précitées et le rotor peut comporter également des anneaux d'extrémité, constitués par le même matériau et reliés à ces barreaux. L'invention a également oour objet un moteur électrique synchrone à réluctance comportant un tel rotor. La carcasse creuse du rotor peut entourer un stator ou bien inversement cette carcasse creuse peut être logée à l'intérieur d'un stator dans ce dernier cas l'epaisseur de la paroi de la carcasse eut être telle que le courant de magnétisation exilé nit pratiquement le même ue le courant prévu pour un rotor solide, c'est-à-dire non creux, ayant les mêmes dimensions, dans les conditions de fonctionnement prévues. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un rotor. La figure 2 est une vue en coupe transversale du rotor représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe transversale d'une variante d'exécution du rotor. La figure 4 est une vue en coupe transversale d'une autre variante d'exécution du rotor. figure 5 est ure vue en coupe axiale d'un moteur. La figure @ est une vue en coupe axiale d'une variante d'exécution du moteur Toutes les figures représentent des rotors de machines électriques synchrones a réluctance. Chaque rotor comporte un- carcasse creuse 11 en acier magnétique massif présentant une "protubérance magnétique effective". La structure massive entraîne de bonnes caractéristiques de démarrage du fait qu'elle donne lieu à un fonctionnement en moteur à induction, et elle évite la nécessité d'aveir à prévoir une cage d'écureuil corme cela est le cas dans classiques les moteurs à réluctances| bien qu'une cage d'écureuil puisse autre naturellement ajoutée afin d'améliorer les performances en régime asynchrone si on le désire. Les carcasse 11 ont une épaisseur de paroi réduite dans les régions 12 s'étendant axialement et opposées diamétralement, pour donner lieu à la "protubérance magnétique effective". Les figures 1 et 2 repr2sentent une carcasse ll présentant deux gorges trapézoïdales 13, diamétralement opposées et s'étendant axialement sur toute la longueur de la carcasse. La figure 3 représentent une carcasse 11 présentant des gorges 14 sur sa surface interne. la figure 4 reorésente une carcasse 11 présentant des méplats usinés sur sa surface externe. En outre la carcasse 11 est traversée d'une fente 15 qui s'étend sur une part appréciable de la longueur du rotor tout en laissant cependant au moins les extrémités non traversées de telle façon que la carcasse demeure d'une seule pièce et ait une rigidité suffisante pour résister aux forces centrifuges apparaissant. Un tel rotor convient tout particulièrement à une utilisation en tant que rotor extérieur au stator (comme il sera décrit plus loin en référence à la figure 6) parce que s'il était utilisé en tant que rotor interne, il donnerait lieu à une "protubérance d'entre-fer" qui contrecarrerait la protubérance magnétique due aux portions d'épaisseur de paroi réduite. On conçoit que les portions ant une épaisseur de paroi réduite ou les fentes de la figure 4 peuvent être combinées dans un m@ mêne e rotor, les gorges ou canaux peu profonds étant formés dans la surface du rotor qui fait face au stator. Tous ces rotors peuvent comporter un matériau additionnel ayant une bonne conductivité électrique, tel -ue le cuivre ou l'aluminium. Ce matériau peut se nrésenter sous la forme de barreux logés dans les gorges ou rainures 13 aui ont une forme trapézoidale pour le maintien des barreaux, ou bien encore dans les-raimlres internes 14. En outre des segments en cuivre ou en aluminium 11', reprdsentés en trait mixtes, peuvent être ajoutés aux méplats du rotor représenté sur la figure 4. Ces barreaux ou segments peuvent être mis en court-circuit par des anneaux d'extrémité, également en cuivre ou en aluminium, afin de former ume cage d'écureuil à une seule s?ire, a vue d'améliorer les performances du rotor en régime asynchrone. Leflux magnétique doit naturellement passer à travers la spire et pour cette raison les élements en cuivre ou en aluminium doivent faire face au stator, c'est-àdire qu'ils doivent se trouver sur la surface externe du rotor, dans le cas d'un rotor interne, et au contraire sur la surface interne du rotor, dans le cas d'un rotor externe. la figure 5 représente un rotor 16 comportant une carcasse 17 semblable à celle illustrée sur les figures 1 et 2, cette carcasse comprenant des barreaux de cuivre 18 dans les gorges externes et des anneaux d'extrémité 19 en cuivre. Le rotor 16 comporte des tourillons 21 faisant saillie à partir des anneaux d'extrémité 19 et au moyen desquels il est monté à rotation dans des paliers 19 logés dans un carter 20 contenant un stator 23 de la manière classique. La figure 6 représente un moteur pour lequel conviennent tout particulièrement les rotors creux qui ont été décrits. Dans ce moteur le rotor 24 entoure le stator 25 et est porté sur ce stator, lequel est monté sur une plaque de base 25a, par un palier à fluide unique 26, lequel est alimenté en fluide à une pression ap propriée par l'intermédiaire de conduits non représentée dans le stator. le rotor 24 comporte une cloche en accier magnétique présentant des rainures internes 27 receaant des barreaux de cuivre, comme le rotor représenté sur la figure 3, une plaque frontale 28 dans le fond de la cloche, et un anneau d'extrémité 29 constituant le bord de la cloche. La plaque frontale 28 et l'anneau d'extrémité 29 sont en contact électrique intime avec le cuivre situé dans les rainures 27.Le fond de la cloche du rotor doit autre situé en dehors du champ du stator ou agencé, au moyen de fentes ou de teut autre manière, de façcn à avoir une "protubérance magnétique effective" proche de celle de la paroi latérale de la cloche. Suivant une variante le fond de le cloche peut être réalisé en un matériau amagnétique, les parois étant emboitées à force ou fixées rigidement de tout autre manière sur la base. les rotors qui viennent d'être décrits peuvent avoir des performances améliorées corparativement aux rotors classiques. Leurs performancesau synchronisme peuvent être améliorées par rapport aux rotors so'ides, c'est-à-dire non-creux, puisque l'inertie d'un rotor creux est inférieure à celle d'un rotor solide. Si l'épaisseur de la paroi de la carcasse du rotor est choisie d'ure anière appropriée, le courant de magnétisation exigé peut être pratiquement le même ue celui nécessaire pour un rotor solide ayant les mêmes dimensions dans les conditions de fonctionnement prévues, puisque la pénétration du flux est limitée par l'effet de peau.Dans les cas où une faible/est exilée , l'épaisseur de la parci de la carcasse du rotor peut prendre une valeur réduite à environ 0,2 fois le rayon du rotor divisé par le noebre de paires de pôles dans la machine. Dien sue l'on ait illustré uniquement des rotors bi-tolaires, il est possible de réaliser des rotors avec un nombre pair quelconque de pôles, en prévoyant davartage de rainures ou de méplats à des intervalles angulaires égaux et approgriés. D'une manière générale l'épaisseur de la raroi du rotor doit entre comprise entre 0,2/P et 0,4/P fois le rayon du rotor, une valeur préférée étant 0,32/P, où P est le nombre de paires de polos. Bien que l'on ait représenté sur le dessin uniquement des rotors pourvus d'une seule rainure ou d'un seul méplat par pôle, il est possible de réaliser des rotors portant un groupe de rainures, par exemples de deux ou trois rainures, par pale. De tels rotors peuvent avoir une "protubérance magnétique effective" élevée. REVENDICATIONS 1. - Rotor de machine électrique synchrone à réluctance caractérisé en ce qu'il comprend une carcasse creuse en acier magnétique massif présentant une protubérance magnétique effective. 2. - Rotor suivant la revendication 1 caractérisé en ce que sa carcasse présente une épaisseur de paroi réduite dans des zones s'étendant axialement et diamètralement Opposées pour donner lieu à la protubérance magnétique effeetive. 3. - Rotor suivant la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte des rainures ou des ménlats s'étendant axialement. 4. - Rotor suivant la revendication 3 caractérisé en ce que les rainures ou les méplats traversent la paroi de la carcasse au moins sur une partie de la longueur du rotor. 5. - Rotor suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des barreaux ou des segments d'un matériau ayant une bonne conductivité électrique tel que le cuivre ou l'aluminium, sont fixés sur sa carcasse. 6. - Rotor suivant la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comporte des anneaux d'extrémité en un matériau ayant une bonne sonductivité électrique tel que le cuivre ou l'aluminium, ces anneaux étant reliés aux barreaux ou segments. 7. - moteur électrique synchrone comportant un rotor suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. - Moteur électrique synchrone suivant la reveadication 7 caractérisé en ce que la carcasse creuse du rotor entoure un stator. 9. - Moteur électrique synchrone suivant la revendication 7 caractérisé en ce que la carcasse creuse du rotor se trouve à l'intérieur du stator. 10. - ;:oteur électrique synchrone suivant la revendication 9 caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi de 1 carcasse du rotor est telle que le courant de magnétisation exigé est pratiquement le même que celui n pessaire pour un rotor solide, c'est-à-dire, non creux, ayant les mimes dimensions dans les conditions de fonctionnement orévues.