Brevet FR2201570A1 — publié le 19740426

La présente invention concerne une machine asynchrone (moteur ou généra- trice) qui, surtout pour les grandes -puissances et les faibles vitesses est à la fois moins encombrante et moins conteuse que les machines traditionnelles. Dans les machines asynchrones traditionnelles, le rotor est une pièce cylindrique et le stator comporte un alésage cylindrique un peu plus grand que le rotor, le faible intervalle qui subsiste constituant l'entrefer. Les enroulements sont logés dans des encoches de l'alésage et les connexions entre les conducteurs qui sortent de ces encoches se font dans les tettes de bobines qui ont une forme spéciale pour autoriser ltenchevêtrement des phases.Les inconvénients bien connus de ce système sont, d'une part que pour les faibles vitesses il faut prévoir une grande surface d'entrefer si bien que la machine devient volumineuse et coûteuse, d'autre part que, sauf pour les machines peu puissantes, les enroulements ne peuvent cotre faits qu'à la main ce qui les rend cofteux. La présente invention perMet d'éviter ces inconvénients en donnant à l'entrefer une forme repliée en U, réduisant ainsi son allongement et permettant de donner aux bobines une òrtie refermée ce qui, d'une part supprime le problème des tettes de bobines, d'autre part autorise un enroulement à la machine. A cet effet l'invention a pour objet une machine asynchrone où ltentrefer a la forme d'un U dont les branches sont, soit parallèles à l'axe, soit radiales. Cette forme en U rermet de diviser l'allongement de la partie active de la machine par plus de 2 car, non seulement les deux branches de l'U travaillent, mais encore le fond de ltU apporte sa contribution. A l'extérieur de l'U se trouve le rotor également en forme de U et, à l'intérieur le stator dont les bobines affectent alors une forme sensiblement carrée ou rectangulaire, qui permet leur enroulement à la machine. L'ouverture de l'U permet la fixation du stator sur le bâti fixe de la machine. Suivant l'invention le stator est constitué par des bobines sensiblement carrées ou rectangulaires, enfilées sur un noyau à section carrée ou rectangulaire feuilleté > soit suivant des plans perpendiculaires à l'axe si les branches de l'U sont parallèles à l'axe, soit suivant des couches cylindriques si elles sont radiales. Ces bobines sont séparées par des empilages de barrettes magnétiques rectangulaires qui viennent en contact avec le noyau de telle manière que la transmission du flux se fasse par les tranches des Elles et qu'il suffise d'une mince isolation pour supprimer tout courant de circulation. La forme arrondie est compensée par un échelonnement de la dimension radiale des barrettes. Suivant un perfectionnement de l'invention, les barrettes dépassent des bobines dans l'entrefer de manière à augmenter la surface d'échange de chaleur avec l'air qui circule dans cet entrefer. Suivant un perfectionnement de l'invention, la partie de l'empilage de barrettes qui dépasse dans l'entrefer est épanouie en éventail par pliage de manière, d'une part à augmenter la surface refroidie, d'autre part à réaliser une fermeture partielle de l'encoche qui diminue la force magnétomotrice consommée par l'entrefer, et par là améliorerle facteur de puissance. Suivant l'invention, le stator est fixé à une pièce annulaire en métal conducteur non magnétique qui prolonge le cylindre constitué par les bobines et les barrettes, et joue un rôle électromagnétique important : elle est le siège de courants qui compensent les parties des courants statoriques et rotoriques qui, par suite de la forme rectangulaire du stator et en U du rotor, ne peuvent pas se compenser mutuellement. En son absence il se produirait des flux magnétiques parasites qui diminueraient le facteur de puissance et le couple maximum. Pour que cette pièce puisse compenser les courants qui circulent de pale à pale entre les extrémités des conducteurs rotoriques, il faut qu'elle fasse apparaitre une continuité électrique sur tout le tour de ses flancs le long de l'entrefer.Si elle est divisée en secteurs, les flancs de ces secteurs doivent donc cotre reliés électriquement par des éclisses conductrices. Suivant l'invention la pièce support ainsi constituée est évidée en forme de boitier et elle contient tout ou partie des connexions de bobine à bobine et de phase à phase. Suivant l'invention l'ensemble qui constitue le stator est subdivisé en secteurs fixes les uns après les autres à l'un des flasques de la machine. Chaque secteur est serré entre deux barrettes plus épaisses que les autres, elles mimes tenues,d'un côté sur les flancs du boitier support, de. l'autre sur un arc en matière isolante à grande résistance mécanique, placé contre llen- semble bobines-barrettes du caté du fond de llU. Suivant l'invention la culasse magnétique du rotor est constituée par un anneau en tale magnétique de section en U. Si les branches de ce U sont parallèles a l'axe, elle se compose de deux manchons qui forment les deux montants de llU et qui sont fixés sur un disque dont la partie périphérique forme le fond de ce U. Si les branches du U sont radiales, la culasse est constituée par deux anneaux perpendiculaires à l'axe qui forment les branches du U et qui sont réunis par une bague qui forme le fond du U. Sur la face interne de la culasse en U on trouve la couche conductrice qui autorise le fonctionnement asynchrone. Suivant un perfectionnement de l'invention, cette couche conductrice est subdivisée en bandes pliées en forme de U pour épouser la forme de la culasse magnétique qui constitue l'ossature du rotor. Entre ces bandes sont disposées des barrettes magnétiques qui conduisent le flux, diminuant ainsi ltentrefer magnétique et améliorant le facteur de puissance. Pour permettre la fermeture des courants de pôle à pale, les extrémités de ces barres sont réunis électrique ment suivant l'une des technique habituelles sur les barres de la cage d'écureuil des moteurs asynchrones, c1 est à dire, soit par inclinaison qui les met en contact et soudure de l'ensemble, soit par soudure à un anneau. Suivant l'inventionces ces barrettes dépassent de l'entrefer pour améliorer le refroidissement et peuvent Cotre feuilletées et épanouies comme celles du stator. Deux ensembles constitués par un stator et un rotor conçus suivant l'invention peuvent cotre disposés concentriquement ce qui double sensiblement la puissance pour un encombrement donné. Cette technique est intéressante chaque fois que les problèmes d'encombrement sont importants t moteurs de navires à transmission électrique, groupes bulbes etc... On peut meme prévoir trois ensembles concentriques ou davantage. Avec les machines où les deux branches de l'U que dessine l'entrefer sont radiales, il est intéressant de disposer bout à bout plusieurs ensembles constitués suivant l'invention. Par rapport à une construction à un seul stator et un seul rotor, on diminue la taille des secteurs élémentaires qui constituent le stator et on facilite le refroidissement. Suivant l'invention, lorsque l'on juxtapose deux ou plusieurs moteurs concentriques ou cate à catie, on donne aux enroulements la même position angulaire. Les couches de courants rotoriques adjacents sont alors en sens inverses. On peut donc remplacer les connexions des extrémités des barres de chacune par une simple soudure des extrémités en regard des barres des deux rotors. Il nty a alors plus à cet endroit de courant de pale à pale à compenser et le boitier support peut cotre commun pour tous les stators. Suivant l'invention la machine peut cotre prévue avec deux ou plus de deux vitesses différentes. Il suffit pour cela de prévoir un système de contacts mobiles qui réalise deux ou plusieurs modes de connexions des bobines entre elles et aux phases. Si l'on désigne par A B C les trois tensions du système triphasé et par A -B -C les tensions changées de sens, avec des bobines ou ensembles d'un nombre déterminé de bobines successivement connectées aux tensions A, -C, B, -A, C, -B, A ... on obtient une certaine vitesse de rotation, et avec les mimes bobines connectes sucessivement à A, A, -C, -C, B, B, -A, -A, etc... On obtient une vitesse double. Avec des branchements A, A, A, -C, -C, -C etc... on obtient une vitesse triple. On peut mme obtenir des vitesses multipliées par un nombre fractionnaire en connectant cycliquement des nombres différents de bobines ou d'ensembles de bobines. C'est ainsi qu'avec les branchements A, A, A, -C, -C, B, B, B, -A, -A ... on multiplie la vitesse rar 2,5. On décrira ci-après à titre d'exemple non limitatif une forme d'exécution en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe par un plan passant par l'axe d'une machine o les branches de 1'U dessiné par l'entrefer sont parallèles à l'axe. La figure 2 est une vue de la meme machine coupée par un plan perpendiculaire à l'axe. La figure 9 est une vue en couDe par irn plan passant par l'axe d'une machine où les branches de l'lJ dessiné par l'entrefer sont radiales. La figure 4 est une viie en coupe par un plan perpendiculaire à l'axe de la mC,ne5machine La figure 1 fait apparaître la culasse 1 du rotor dont la section dessine un U à branches parallèles à l'axe 2. Cette culasse est solidaire de l'arbre 3 auquel elle transmet lteffort de rotation, et elle porte sur sa face interne la couche conductrice siège des courants induits 4. A l'intérieur du rotor, séparé de lui par l'entrefer en U 5, se trouve le stator constitué de bobines 6 placées autour d'un noyau 7 feuilleté suivant des plans perpendiculaires à l'axe. Ce stator est tenu par le boitier annulaire en aluminium 8 lui meme fixé au flasque 9. Ce boitier contient les connexions de pale à pale 10. Les connexions de bobine à bobine 11 sont dans un évidement de sa face situe du côt! de ces bobines. La figure 2 montre un secteur de stator constitué par six bobines 12 entourant le noyau 13 constitué d'arcs en tale empilés. Entre les bobines on trouve les barrettes magnétiques rectangulaires 14. Elles sont feuilletées pour transmettre le flux alternatif sans pertes excessives, et grâce à un échelonnement de la largeur des bandes qui les composent, elles prennent la forme trapézoi- dale voulue par la courbure de la machine. De petits décrochements visibles en 15 sur la figure 1 les tiennent par deux angles. Aux deux extrémités du secteur on trouve quatre barrettes épaisses 16 fixées à une extrémité au boitier en aluminium, et à l'autre à une pièce isolante én forme d'arc de cercle visible sur la figure 1 en 17. Les extrémités des barrettes 14 forment des plis 18 qui diminuent la force magnétomotrice consommée par l'entrefer et augmentent la surface balayée par l'air de refroidissement. La figure ? fait arparaitre les mêmes éléments que la figure 2 mais disrosés dans une direction perpendiculaire. La figure 4 montre l'accrochage des tôles d'extrémité 19 qui correspondent aux tales 16 de la figure 2. Elles sont fixées dun catie au boitier en arc de cercle 20 qui correspond au boitier 8 de la figure 1, et de l'autre côté à la nièce isolante 21 qui correspond à la pièce 17 de la figure 1. Les extrémités du boitier 20 font apparaître les éclisses conductrices 32 qui autorisent la circulation des courants qui compensent les courants qui circulent de pale à p81e entre les extrémités des barres rotoriques. L'invention s'applique aux cas où c'est le primaire bobiné qui tourne et le secondaire siège des courants de FOVCAULT qui est fixe. Aussi la description peut elle se généraliser en remplaçant le mot "rotor" nar le moF "primaire" et le mot "stator" par le mot "secondaire". RETrET)IC.4TIONS 1machine asynchrone comportant un secondaire de section en TJ ou voisine d'un U, dont la culasse est un anneau en talle magnétique de section en U-ou voisine d'un IT qui est garni intérieurement par unecouche conductrice, le dit secondaire enserrant un primaire de forme sensiblement carrée ou rectangulaire constitué par une succession de bobines de cette même forme disposes autour d'un noyau annulaire feuilleté suivant des plans perpendiculaires aux branches de l'U, et sparées les unes des autres par des barrettes magnétiques feuilletées parallèles aux branches de 1'U, les dites barrettes conduisant le flux depuis le noyau feuilleté jusqu'au secondaire, à travers l'entrefer. 2 - Barrettes magnétiques conduisant le flux suivant revendication 1 caractérises par le fait qu'elles dépassent dans l'entrefer pour augmenter la surface de refroidissement par l'air qui balaie cet entrefer. 3 - Barrettes magnétiques dépassant dans l'entrefer suivant revendication 2 ca ractérisées par le fait que la partie qui dépasse est épanouie par pliage en plusieurs faisceaux qui forment des angles entre eux de manière à diminuer la force magnétomotrice consommée par l'entrefer et S augmenter la surface de refroidissement. 4 - Primaire de machine asynchrone suivant revendication 1 caractérisé par le fait qu'il est tenu par une pièce annulaire bonne conductrice de l'électricité qui le prolonge le long des flancs de l'entrefer et qui fait apparattre une continuité électrique le long de cet entrefer de manière à se preter à la circulation des courants qui compensent ceux qui circulent de pale à pale entre les extrémités des barres du secondaire. 5 - Pièce annulaire de maintien du primaire suivant revendication 4 caractérisée par le fait que cette pièce est évidée en forme de boitier pour contenir tout ou partie des connexions de bobine à bobine et de pôle à pale. 6 - Pièce annulaire de maintien du primaire suivant revendication 4 caractérisée par le fait qu'elle est coupée en secteurs dont les parties le long de l'entrefer sont éclissées pour permettre la circulation des courants qui compensent ceux qui circulent de pale à pale entre les extrémités des barres du secondaire. 7 - Primaire de machine asynchrone suivant revendications 1 et 6 caractérisé Dar le fait que, comme son anneau de maintien, ce primaire est découpé en secteurs tenus Par les barettes magnétiques qui se trouvent à ses extrémités, les dites barrettes étant à cet effet épaissies et tenues d'un caté aux faces dtex- trémité du secteur de la pièce de maintien correspondante, de l'autre à une pièce isolante qui fait face au fond du U que constitue le secondaire. 8 - Secondaire de machine asynchrone suivant revendication 1 caractérisé par le fait que la couche conductrice qui garnit la culasse à section en U est subdi visée en bandes pliées en U et placées approximativement dans les plans de section en U de cette culasse, avec interposition de barrettes magntiques, les extrémités des dites bandes pliées en U étant soudes entre elles après pliage ou soudées à un anneau commun suivant l'une des techniques habituelles pour les cages d'écureuil de moteurs asynchrones. 9 - Barrettes magnétiques entre bandes conductrices suivant revendication 8 caractérisées par le fait qu'elles dépassent dans l'entrefer pour améliorer le refroidissement par l'air qui balaie cet entrefer. 10 - Machine asynchrone suivant revendication 1 caractérisée par le fait qu'elle comporte deux ou plusieurs ensembles constitués chacun par un secondaire à section en U et un primaire à section carrée ou rectangulaire, les dits ensembles étant disposés concentriquement. 11 - Machine asynchrone suivant revendication 1 caractérisée par le fait qu'elle comporte deux ou plusieurs ensembles constitué chacun par un secondaire à section en U et un primaire à section carrée ou rectangulaire disposés bout à bout dans le sens axial. 12 - Machine asynchrone à plusieurs ensembles constituée d'un rotor en U et d'un stator suivant l'une quelconque des deux revendications 10 et 11, caractérisée par le fait que les enroulements statoriques occupent la meme position angulaire, que, sur les couches de conducteurs rotoriques agjacentes, les extrémités des barres en regard sont soudées les unes aux autres et que le boitier supDort conducteur est commun à tous les ensembles. 13 - Machine asynchrone suivant revendication 1 caractérisée par le fait qu'on la rend susceptible de fonctionner à deux ou plusieurs vitesses en jouant sur les connexions des bobines successives ou des ensembles successifs de bobines, aux différentes phases du système polyphasé d'alimentation.