Brevet FR2182601A1 — publié le 19731214

La présente invention est relative à un moteur à collecteur qui est commutable entre deux tensions d'alimentation et comporte deux balais d'angle d'inclinaison fixe, l'induit du moteur étant conçu pour une tension comprise entre les deux tensions d'alimentation. Dans le cas d'un moteur série à collecteur de section, de longueur du noyau, de vitesse et de tension données, on a les conditions suivantes 1 - Puissance de sortie sur l'arbre P = E . I Watts dans laquelle E est la f.e.m. induite et I, le courant d 'induit. 2 - La f.é.m. induite E = K . Nr . (Nf . I) . cos X volts dans laquelle N r est le nombre total de conducteurs de l'in duit ; est le flux en webers pénétrant dans l'in duit à partir d'un poule nord et déterminé par la caracté ristique d'aimantation du moteur ; N f est le nombre de spires de l'enroulement du stator est l'angle dinclinaison des balais, c'est à-dire l'angle compris entre le champ de l'induit et le plan géométrique neutre du moteur. On obtient un bon rendement du collecteur lorsque le champ principal H (Nf) et le champ transversal de l'induit T (Nr) pour un angle d'inclinaison 6 donné des balais ont des directions telles que le champ résultant R est perpendiculaire au plan des conducteurs soumis à l'action du collecteur Ce plan est parallèle à celui passant par les balais. Un rendement acceptable du collecteur est obtenu dans des limites relativement étroites du rapport Nf/N r Pour pouvoir utiliser un moteur série à collecteur avec deux tensions d'alimentation, par exemple 127 V et 220 V, il a été proposé précédemment de munir le moteur d'un induit ayant un enroulement conçu pour une tension comprise entre les deux tensions d'alimentation.On peut faire varier le flux = f (NrJI) par commutation entre diverses parties de l'enroulement du stator. Le flux est réduit sous 127 V et accru sous 220 V en relation avec le flux idéal par rapport à la tension choisie pour l'induit. Dans le moteur connu, le plan magnétique neutre ne coincide pas avec le plan passant par les balais. I1 en résulte un rendement défectueux du collecteur, en particulier sous 127 V pour une tension de 220 V, il apparat en outre une forte augmentation de température dans les enroulements du stator car il faut une augmentation considérable du nombre d'ampères-tour pour obtenir l'augmentation nécessaire du flux. La charge possible sur l'arbre d'un moteur donné est ainsi limitée. Pour remédier aux problèmes de rendement du collecteur et de température élevée des enroulements de stator d'un moteur tel que celui décrit au paragraphe précédent, on a proposé de monter deux paires de balais avec des angles d'inclinaison différents. En ce qui concerne le rendement du collecteur, on choisit un angle de balai important pour la tension de 127 V et un petit angle pour la tension de 220 V. Suivant l'équation (2) ci-dessus, il faut augmenter Nr ou (Nf) ou les deux pour la tension inférieure. Pour la tension supérieure, on réduit au contraire N r ou (Nf) ou les deux. De cette manière, le problème est quelque peu réduit lorsque, comme précédemment, N r est choisi pour une tension comprise entre 127 V et 220 V et (Nf) est modifié, car les caractéristiques des enroulements du moteur à 127 V et du moteur à 220 V respectivement, considérés comme des moteurs à une tension, ont été rapprochés les unes des autres avant intégration des moteurs. Par suite, il n'est pas nécessaire de faire varier le flux dans un intervalle très grand. La chaleur engendrée sous 220 V peut ainsi être réduite et le rendement du collecteur peut être meil leur aulx deux tensions car la position (6) des balais a été adaptée à la direction du champ résultant R pour chaque tension. Toutefois, un nombre accru de balais entraîne des pertes électriques et mécaniques plus grandes, notamment dans les moteurs rapides à faible couple. L'invention a pour but de remédier aux problèmes précités concernant le rendement du collecteur et l'augmentation de température dans les enroulements de stator d'un moteur à collecteur, de préférence du type série, ayant un induit comportant un collecteur et deux balais. A cet effet, chaque pôle du stator est muni d'un enroulement d'aimantation principal qui renferme la totalité de la surface du pôle, et de plus d'un enroulement d'aimantation auxiliaire qui ne renferme qu'une partie du pôle, le stator étant aimanté principalement ou exclusivement par les enroulements auxiliaires pour la tension la plus faible, tandis qu'il est aimanté principalement ou exclusivement par l'enroulement d'aimantation principal pour la tension la plus élevée. Ainsi, suivant l'invention, pour la tension la plus faible, une partie seulement de la surface polaire de chaque moitié du stator est utilisée pour l'aimantation. De cette manière, un effet de champ tournant est obtenu et la direction du champ résultant par rapport au champ du stator et au champ de l'induit est plus favorable relativement à la position fixe des balais, de sorte que le rendement du collecteur est amélioré. L'utilisation d'une partie seulement de la surface de l'entrefer à le même effet que si l'on réduisait la longueur du moteur. Par conséquent, pour la même sortie, N f et N r doivent être plus grands,ce qui fait déjà dès le début rapprocher l'enroulement de stator correspondant à la tension inférieure de l'enroulement correspondant à la tension supérieure. N r est choisi comme précédemment pour une tension comprise entre les deux tensions d'alimentation mais peut être maintenant plus grand, ce qui fournit un rapport Nf/Nr plus favorable, de sorte que les courants excessifs sont empêchés et que l'augmentation de température est réduite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 est un schéma d'un moteur à collecteur commutable classique ; les Fig. 2 à 4 représentent des diagrammes de champs du moteur de la Fig. 1 ; la Fig. 5 est un schéma d'un moteur suivant l'invention, et les Fig. 6 et 7 représentent des diagrammes de champs du moteur suivant l'invention. Le moteur à collecteur classique représenté à la Fig.l est du type série et comprend un stator 10 ainsi qu'un induit 11. Le stator comporte des pôles 12,13 autour desquels sont montés des-enroulements de stator 14,15. L'induit 11 est muni d'un collecteur, non représenté, sur lequel portent deux balais. Dans le schéma simplifié, les balais portant les numéros de référence 16 et 17 sont situés à la périphérie de l'induit et sont représentés montés suivant un angle A par rapport au plan géométrique neutre du moteur. L'angle est généralement choisi de façon que les balais se trouvent dans le plan magnétique neutre, qui est déterminé par la résultante R du champ principal H engendré dans le stator et du champ transversal T engendré dans l'induit (Fig.2). Le plan magnétique neutre sépare les moitiés d'induit désignées par le signe plus et le signe moins à la Fig.l. Comme mentionné dans le préambule, le moteur représenté à la Fig. 1 peut être utilisé avec deux tensions d'alimentation du fait qu'il est muni d'un induit comportant un enroulement con çu pour une tension comprise entre les deux tensions d'alimentation qui, dans le mode de réalisation décrit, peuvent être de 127 V et 220 V. Chaque enroulement de stator est divisé en outre en deux parties qui peuvent être mises en service au moyen d'un commutateur de sorte que, pour la tension inférieure, le champ devient plus faible, tandis que pour la tension supérieure, il devient plus fort. La Fig.3 représente un diagramme des champs H,T et R à 127 V. Comme il apparat sur cette figure, la réduction du champ fait tourner la résultante R des champs H et T dans le sens inverse des aiguilles d'une montre à partir de sa position idéale qui est perpendiculaire au plan des balais. La Fig. 4 représente un diagramme des champs H,T et R à 220 V. I1 apparat sur cette figure que la résultante R a tourné dans le sens des aiguilles d'une montre à partir de sa position idéale qui est perpendiculaire au plan des balais. La Fig. 5 représente schématiquement un moteur à collecteur suivant l'invention et qui est commutable entre deux tensions. Outre, les détails représentés à la Fig. 1, ce moteur comportedewcen roulements deinantation auxiliaire 18 et 19, chaque moitié du stator comportant un enroulement. Chaque pôle du stator 12 et 13 comporte une encoche 20 et 21 destinée aux enroulements 18 et 19 respectivement. L'enroulement 18 est monté de façon telle qu'un pôle est formé par la moitiè de droite du pôle 12 tandis que l'enroulement 19 est monté de façon que le pôle qui lui est destiné est formé par la moitié de gauche du pôle 13. Les pôles ainsi formés sont disposés symétriquement par rapport à un axe de symétrie vertical passant par le moteur et sont opposés l'un à l'autre. La Fig. 6 représente un diagramme de champ pour le moteur suivant la Fig. 4 à 127 V. Suivant 1' invention, pour cette tension, le moteur est aimanté principalement ou exclusivement par l'intermédiaire des enroulements de stator 18 et 19. Le champ en- gendré par ces enroulements est désigné par S à la Fig. 5. Dans l'exemple représenté, les enroulements 14 et 15 fournissent une petite partie du champ de stator total. Comme précédemment, ce champ est désigné par H et forme avec le champ S et le champ d'induit transversal T la résultante R qui a ainsi une direction favorable qui est perpendiculaire au plan des balais. A titre de variante, le stator peut être aimanté uniquement par les enroulements 18 et 19. Toutefois, comme ces enroulements ne coopèrent qu'avec une partie des pôles 12 et 13, il peut être difficile d'obtenir un flux suffisant. Une partie plus petite du flux peut être alors obtenue, comme indiqué ci-dessus, par les enroulements 14 et 15. La Fig. 7 représente un diagramme de champ du moteur représenté à la Fig. 4 à 220 V. A cette tension, le moteur est aimanté principalement ou exclusivement par les enroulements de stator 14 et 15 et, par conséquent, le champ H est intense. Comme il apparat sur le schéma, les enroulements 18 et 19 peuvent être démagnétisants par rapport aux enroulements 14 et 15, si on le désire, pour corriger la direction de la résultante R. Ceci n'a pas semblé avoir d'effets négatifs sur les propriétés du moteur. Il est clair que l'invention fournit un moteur à collecteur qui est commutable entre deux tensions et présente un meilleur rendement de collecteur que les moteurs à deux tensions connus. I1 en résulte une durée de vie plus longue des balais que dans la solution connue pour un débit donné du moteur ou un débit supérieur pour une durée de vie donnée. Comme mentionné ci-dessus, la réduction d'augmentation de température de l'enroulement de stator, obtenue grâce à l'invention contribue à fournir un débit supérieur pour une tension plus élevée. REVENDICATIONS 1. Moteur à collecteur du type série, commutable entre deux tensions d'alimentation et qui comporte deux balais dont l'angle d'inclinaison est fixe, l'induit du moteur étant conçu pour une tension comprise entre les deux tensions d'alimentation, caractérisé en ce que chaque pôle du stator est muni d'un enroulement d'aimantation principal qui renferme la totalité de la surface polaire, et d'un enroulement d'aimantation auxiliaire qui ne renferme qu'une partie du pôle, le stator étant aimanté principalement ou exclusivement par les enroulements auxiliaires pour la plus faible tension, tandis qu'il est aimanté principalement ou exclusivement par l'enroulement principal pour la tension supérieure. 2. Moteur à collecteur suivant la revendication 1, carac térisé en ce que l'enroulement d'aimantation principal (14,15) et l'enroulement d'aimantation auxiliaire (18,19) sont conçus et placés l'un par rapport à l'autre de façon que la résultante des champs magnétiques (H,S) engendres par les enroulements principal et auxiliaire et du champ transversal (T) engendré par l'induit (11) soit dirigé perpendiculairement au plan des balais pour les deux tensions d'alimentation inférieure et supérieure. 3. Moteur à collecteur suivant la revendication 2, carac térisé en ce que les enroulements d'aimantation auxiliaires (18,19) sont disposés symàtriquement de part et d'autre respectivement d'un axe de symètrie passant par les pôles du stator (12,13). 4. Moteur à collecteur suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'à la tension inférieure, une partie partie de l'aimantation du moteur est obtenue au moyen des enroulements d'aimantation principaux (14,15). 5. Moteur à collecteur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'à la tension supérieure, les enroulement d'aimantation auxiliaires (18,19) sont démagnétisants par rapport aux enroulements d'aimantation principaux (14,15).