Brevet FR2171176A1 — publié le 19730921

La présente invention concerne un moteur à courant continu dont le carter sert de corps de fermeture Je circuit magnétique de retour, qui présente, sur sa face frontale, des pièces de support dans lesquelles est monté, sur paliers, un rotor tournant dans un corps de circuit de retour, au moins un aimant permanent étant disposé entre le retor et la paroi inté- rieure du corps de retour de circuit, et un p81e d'aspiration étant prévu en face de l'aimant permanent. Afin que, dans de tels moteurs, la puissance puisse être adaptée aux exigences habituelles, l'aimant permanent est prévu, dans un moteur connu, particulièrement épais. I1 en résulte, en combinaison avec le pôle d'aspiration, l'avantage que l'intensité du champ de démagnétisation du champ transversal du rotor qui agit sur l'aimant permanent devient plus faible.Cependant, en même temps, le champ transversal de rotor qui est influen- cé en service par le pôle d'aspiration, croit dans le domaine du p8le d'aspiration et la force de traction exercée par le p8le d'aspiration sur le rotor croit considérablement. I1 en résulte, en plus d'un rendement abaissé et d'une marche irrégulière du moteur, que des forces importantes agissent sur lespalielade 1'arbre du rotor, de sorte que ceux-ci sont soumis à une usure par frottement prématurée.Un autre inconvénient du champ transversal de rotor très important sur un caté, réside dans la-constitu- tion non symétrique du champ d'excitations de sorte que, notam- ment dans le cas d'une charge alternée du moteur, une commutation optimale est à peine possible. La présente invention a pour but, en premier lieu, dans des moteurs du genre mentionné ci-dessus, d'affaiblir le champ transversal de rotor augmenté par le p81e d'aspiration, de telle manière que le champ d'excitation soit au moins approximativement symétrique. L'invention concerne, à cet effet, un moteur du type ci-dessus, caractérisé en ce que le p81e d'aspiration est partagé en deux parties dans le plan magnétiquement neutre du moteur, et les deux parties d'extrémités du p81e d'aspiration ainsi formées, et tournées l'une vers l'autres, sont isolées magnétiquement l'une de l'autre. Par un dimensionnement approprié de la résistance magnétique dans le p81e d'aspiration, il est ainsi possible d'influencer le champ transversal de rotor, de telle manière que, d'une part9 ce champ n'ait plus aucun effet défavorable dans le domaine de l'aimant permanent9 et que, d'autre partS il soit af- faibli9 dans le domaine du p81e d'aspiration suffisamment pour que les inconvénients mentionnés ne se produisent plus. Simul- tanémentS par rapport au moteur connuS la traversée du rotor est favorisée et ainsi le niveau de rendement du moteur. Une isolation particulièrement simple et ef- ficace des deux parties d'extrémité a lieu9 conformément à une forme de réalisation de l'inventions en prévoyant un joint de séparation s'étendant sur toute la largeur-du p81e d'aspiration.- Suivant une autre réalisation de l'invention9 les pièces de support dans lesquelles sont supportés les paliers du rotor, sont constituées comme des barres magnétiquement con- ductrices et sont disposées dans le plan magnétiquement neutre du moteur. Ces barres sont reliées avec une de leurs extrémités9 au corps de circuit de retour dans le domaine de l'aimant permanent9 et avec leur autre extrémité9 elles sont reliées, dé manière magnétiquement conductrice au pôle d'aspiration. Du point de vue de la fabrications il y a avantage à ce que le pole d'aspiration soit relié en une seule pièce de construction avec le corps servant de fermeture de circuit de retour. Suivant une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention9 la paroi intérieure du corps de fermeture du circuit de retour s'étend9 dans le domaine de l'aimant permanent concentriquement à l'axe du rotor, auquel cas le pôle d'aspirations qui s'étend également concentriquement à l'axe du rotor9 est formé par une conformation à la presse du corps de fermeture de circuit de retour lui-m8me. De cette manière, les surfaces enveloppes intérieures et extérieures de l'aimant permanent sont à la même distance l'une de l'autre, de sorte que 1' aimant présente une épaisseur uniforme et peut ainsi être fabriqué plus simplement. Afin que les zones de bord des c8tés frontaux du corps de fermeture de circuit magnétique présentent, cependant9 en outre9 une section transversale régulière, à laquelle puissent être adaptés les flasques de palier en forme de disques servant de pièces de support pour le rotor, et facilement réaliw sables9 il est prévu, suivant une autre caractéristique de l'in- ventionS que le ple d'aspiration est constitué par deux lèves découpées au ciseau en direction du pourtour9 dans le corps de fermeture de circuit magnétique et recourbées en direction du rotor, jusqu'à la largeur de l'entrefer0 Ainsi se trouve formé, dans le domaine des lèvres recourbées vers l'intérieur, à l'intérieur de la surface de projection du cylindre de corps de fermeture de circuit magnétique, et au-dessus des lèvres, un espace libre, dans lequel des éléments constitutifs du moteur9 tels que par exemple, des organes anti-parasites9 peuvent être placés sans difficultés. Suivant une autre réalisation de l'inventions il est prévu que la longueur du domaine restant non déformé entre les lèvres, mesurée sur la paroi intérieure du corps de fermeture de circuit de retour, correspond à la longueur de la surface enveloppe de 1 1taimant permanent située dans ce domaine. De cette manière, le corps magnétique est, en même temps, immobilisé en direction de son pourtour, parce que les lèvres déformées vers l'intérieur agissent comme butées. Afin que, entre le corps magnétique et le p81e d'aspiration soient disponibles les zones de commutation nécessaires, il est prévu, suivant une caractéristique de l'invention, que les lèvres sont rabattues vers le rotor à une certaine distance de l'aimant permanent. , Avantageusement, on prévot r le corps de fermeture de circuit magnétique, des moyens pour immobiliser 1'aimant dans la direction du pourtour du corps magnétique. Lorsque ces moyens sont formés par un premier emboutissage des lèvres, prévu entre elles et le corps magnétique, on peut renoncer à la disposition supplémentaire d'éléments de maintien mentionnés ci-dessus. Âvantageusement, la largeur des lèvres correspond à la hauteur du paquet de tôles du rotor. En vue d'immobiliser le corps magnétique également en direction axiale du moteur sans éléments de maintien supplémentaires, le corps de fermeture du circuit magnétique présente, dans le domaine de l'aimant permanent, des bossages ou appendices saillants vers l'intérieur, dont les espacements mesurés en direction de l'arbre du rotor, correspondent à la largeur de l'aimant. Ces appendices sont, de préfrence constitués par des lèvres découpées dans le corps de fermeture de circuit et rabattues vers l'intérieur. l'invention sera mieux comprise en regard de la description ciaaprès et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe transversa- le du corps de fermeture à circuit magnétique avec l'aimant permanent en piace et avec le rotor de moteur, - la figure 2 est une vue en élévation du moteur de la figure 1, - la figure 3 est un diagramme des lignes caractéristiques de l'aimant permanent utilisé, - la figure 4 est une vue en élévation schématique d'un moteur conforme à l'invention, avec d'autres caractéristiques de construction, - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale du moteur de la figure 4, - la figure 6 est une vue en coupe du moteur effectuéesuivant la ligne III-III de la figure 4. Le moteur 10 à courant continu représenté dans la figure 2, possède un carter agissant comme circuit en ferde fermeture, dont les extrémités frontales sont pourvues d'étriers de paliers 12 qui s'étendent diamètralement sur la section transversale du corps de fermeture de circuit magnétique 11. Les étriers 12 servent de pièces de support ou d'appui pour des paliers 13, dans lesquels est supporté l'arbre 14 d'un rotor 15. le rotor 15 est monté en position excentrique dans le corps de fermeture de circuit il, de sorte que la distance entre la Ps'- roi intérieure lia du corps 11 et la surface enveloppe 15a du rotor de moteur 15, se modifie continuellement. Dans le domaine dans lequel la distance est la plus grande9 est disposé, contre la paroi intérieure lia du corps de fermeture de circuit 11, un aimant permanent 16. Par rapport à l'arbre de rotor 14, le corps de fermeture de circuit est déformé de telle manière que sa paroi intérieure s'étend concentriquement à la surface enveloppe 15a du rotor de moteur 15.Cette déformation forme un tôle magnétique 17 qui est relié, par l'intermédiaire du corps de fermeture de circuit 11, avec l'aimant permanent 16, de manière conductrice du courant, et qui agit comme pQle d'aspiration. la distance 18, entre le pôle d'aspiration 17 et la surface enveloppe 15a du rotor 15, correspond à l'entrefer 18a, entre la surface intérieure de l'aimant permanent 16 et la surface enveloppe du rotor. Le pole d'aspiration 17 est partagé, dans le plan magnétiquement neutre A-A du moteur 10, de telle manière que les deux parties d'extrémité 17a tournées l'une vers l'autre, ainsi formées, sont isolées magnétiquement l'une de 1'autre par un joint de séparation 19 qui atteint la totalité de la largeur du pôle d'aspiration 17. Les deux étriers à palier 12, magnétiquement conducteurs, sont également disposés dans le plan magnétiquement neutre ABA du moteur 10.Ils sont réunis à conduction, avec lme de leurs extrémités, au corps de fermeture de circuit 11 dans le domaine de l'aimant permanent, et, avec leurs autres extrémités, ils sont réunis à conduction magnétique au pôle d'aspiration 17, de sorte que le champ de dispersion est réduit et que le flux utile est augmenté. Lors de la marche du moteur 10, le champ transversal de rotor 20 (figure 1) qui est amplifié par le p3le d'aspiration 17 dans ce domaine, est affaibli par le joint de séparation 19, de telle manière que, d'une part, il ne se produit pas de pressions de paliers, de ronflements magnétiques, ni de difficultés de commutation, et que, d'autre part, le champ transversal de rotor affaibli 21 ne peut pas exercer d'effet démagnétisant sur l'aimant permanent 16. En même temps, le degré de rendement du moteur est amélioré. La largeur du joint de séparation 19 doit être adaptée en fonction du moteur, aux conditions d'utilisation éventuelles. Pour le moteur à courant continu suivant l'invent ion, il y a lieu de prévoir un aimant permanent avec une courbe caractéristique de démagnétisation à pente relativement raide, parce que le risque de démagnétisation est également a- moindri (voir courbe en tireté B = f (H) dans la figure 3) par la diminution de l'influence de saturation causée par la fentes Dans cette figure 3, la courbe B = f (H) est une caractéristique plate de démagnétisation, telle qu'elle doit se présenter avec les aimants des moteurs connus à cause du risque de démagnétisation. B' = f (H) est la courbe caractéristique de démagnétisation à pente raide qui peut se rencontrer dans le cas de moteurs avec pôle d'aspiration fendu. Mo est la courbe de magnétisation des parties de moteur à magnétiser (rotor, corps de fermeture de circuit, pièces de support) lorsqu' aucunes pièces de fer saturées ne sont présentes, M1 est la courbe de magnétisation des pièces de moteur à magnétiser sans pile d'aspiration fendu9 avec saturation complète de la eulasse de retour de flux magnétique, M2 est la courbe de magnétisation des parties de moteur à magnétiser avec p81e d'aspiration fendu et une sa- turation de ce fait, diminuée de la culasse de retour de flux0 I désigne le point de fonctionnement avec pole d'aspiration fendu, dans le cas d'aimants à courbe caractéristique plate B =,f (H). II désigne le point de fonctionnement avec pale d'aspiration fendu avec courbe caractéristique plate B = f (H). III désigne le point de fonctionnement avec pale d'aspiration fendu et courbe caractéristique à pente raide B' = f (H). Tandis qu'un pôle d'aspiration fendu, dans le cas d'un aimant avec courbe caractéristique plate B = f (H) con- duit au point de fonctionnement I9 et fournit une induction ma gnétique Bi, l'induction magnétique9 en raison du refoulement du champ transversal d'induit, conforme à l'invention, et de la saturation réduite, staccrott de t B, (différence entre les points de fonctionnement I et II). Ainsi le risque de démagnétisation est accru de t H3 (figure 3).En conséquence, il est possible d'utiliser un aimant avec une ligne caractéristique de démagnétisation B' = f (H) à pente raide9 de telle sorte que, avec le même risque de démagnétisation ( t H1 = t H2) il y ait encore possibilité d'accroissement de l'induction magnétique de 4 B2 (différence entre les points de fonctionnement II et III) Q H1 désigne la différence d'intensité de champ entre le point de coude K1 de la courbe caractéristique de démagnétisation B = f (H) et le point de fonctionnement 19 tandis que ; H2 désigne la différence d'intensité de champ entre le point de coude K2 de la courbe caractéristique de démagnétisation B' = f (H) (figure 3). Dans le cas où le moteur serait en fonctionne ment avec pale non fendu et la ligne caractéristique à pente la plus raide déjà en dessous de la courbe de démagnétisation9 il se produirait une démagnétisation permanente déjà au point de fonctionnement I'. Des inductions de B III qui conduiraient à un accroissement de flux et du degré de rendement, ne peuvent donc être réalisées cil'avec un pôle d'aspiration fendu et une ligne caractéristique de démagnétisation à pente plus raide. Dans le cas du moteur électrique suivant les figures 4 à 6, il est prévu, sur l'un des flasques de palier 12, des organes de fixation 16 pour des balais en charbon 17 qui sont appliqués par des ressorts 18, sur le collecteur 19. Sur la paroi intérieure lia, du corps en fer de fermeture de circuit magnétique 11 est disposé un aimant permanent 16, et, en face de l'aimant permanent 16 par rapport à l'axe de rotation du moteur 10, est prévu un pôle d'aspiration 23 formé de deux lames 21-22 (figure 6) qui est partagé en deux dans le plan magnétiquement neutre du moteur 10. Les deux parties d'extrémité, 24, 25, tournées l'une vers l'autre du pôle d'aspiration 23, sont espacées l'une de l'autre, et, par conséquent, magnétiquement isolées l'une de l'autre. Les lames 21, 22 sont découpées dans le pourtour du corps de fermeture de circuit Il et sont ensuite recourbées vers le rotor du moteur 15, jusqu'à la largeur de 11 entrefer 26.La longueur de la portion du corps de fermeture de circuit 11 qui reste non déformée entre les lames 21 et 22, mesurée sur sa paroi intérieure lia, correspond ainsi à la longueur de la surface enveloppe 27 de l'aimant permanent 16, appliquée dans ce domaine, de sorte que sont formées des butées 28, 29 entre lesquelles le corps d'aimant 16 est immobilisé en direction de pourtour du corps de fermeture de circuit magnétique 11. Les butées 28, 29 sont formées par un premier enfoncement de déformation 30, et ensuite, par un second enfoncement 32, prévu à une certaine distance de la zone de pourtour 31, entre le corps de fermeture de circuit il et les lames 21, 22, cet enfoncement amenant les lames 21, 22, jusqu'à la largeur de l'entrefer 26 vers le rotor 15 du moteur. le premier enfoncement de déformation a une profondeur qui correspond environ à l'épaisseur 33 du corps de fermeture de circuit 11. De cette manière, sont formée; entre le corps d'aimant 20 et le pôle d'aspiration 23, les zones de commutation nécessaires 34 (figure 6).En outre, lors du formage du pôle d'aspiration 23, se trouve créé, au-dessus du domaine des lames 21, 22, recourbées jusqu'à la largeur de la fente d'air 26 vers le rotor 159 un espace libre 35 situé à l'intérieur de la surface de projection cylindrique du corps de fermeture de circuit 11, qui sert à recevoir des éléments du moteur , tels que, par exemple9 les organes anti-parasites. En vue d'immobiliser l'aimant 16 également en direction axiale du moteur 10, des lèvres 36 sont découpées hors du corps de fermeture de circuit li, dans le domaine de l'aimant permanent 16 et sont rabattues vers l'intérieur en saillie sur la paroi intérieure Il a du corps de fermeture de circuit 11. Contre ces butées 36 s'appuient les faces latérales 37 en forme de segments annulaires de l'aimant 16. Les distances mesurées en direction de l'arbre de rotor 14 entre les butées 36 correspondent à la largeur 38 de l'aimant, et la largeur 39 du pôle d'aspira tion est égale à la largeur 38 de l'aimant permanent et égale à la hauteur du paquet de tales du rotor 15 du moteur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ciXdesses décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDIC AT IONS 1.- Moteur à courant continu avec carter fermant le circuit magnétique de retour, qui possède sur la face frontale des pièces de support dans lesquelles est monté sur paliers un rotor tournant à l'intérieur du carter formant corps de fermeture de circuit magnétique, au moins un aimant permanent étant disposé entre le rotor et la paroi intérieure du corps de fermeture de circuit et un p3le d'aspiration étant prévu en face de l'aimant permanent, moteur caractérisé en ce que le pôle d'aspiration (17) est partagé dans le plan magnétiquement neutre (A-A) du moteur (10), les deux parties d'extrémité (17a) ainsi formées et tournées l'une vers l'autre, du pQle d'aspiration étant magnétiquement isolées entre elles. 2.- Moteur à courant continu suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolation des deux parties d'extrémité (17a) est réalisée par au moins un joint de séparaS tion s'étendant sur toute la largeur du pôle d'aspiration. 3.- Moteur à courant continu suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les pièces d'appui (12) qui servent de paliers pour le rotor (15) sont constituées par des barres magnétiquement conductrices, disposées dans le plan magnétiquement neutre (A-A) du moteur, ces barres étant, avec une de leurs extrémités9 reliées au corps de fermeture de circuit (11) dans le domaine de l'aimant permanent (16) et reliées, avec leurs autres extrémités, au pôle d'aspira, tion (17) de manière magnétiquement conductrice. 4.- Moteur à courant continu suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pôle d'aspiration (17) est relié en une seule pièce avec le corps de fermeture de circuit. 5.- Moteur à courant continu, suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la largeur du joint de séparation (19) est au maximum assez grande pour que le champ transversal de rotor n'ait encore aucun effet démagnétisant sur l'aimant permanent (16) et que, par ce joint de séparation, aucune diminution du flux d'excitation ne se produise, le joint de séparation étant, cependant assez grand pour que la pointe locale de l'induction d'entrefer n'ait pour effet des bruits non magnétiques et ne cause des difficultés de commu- tation. 6.- Moteur à courant continu suivant l'une quelconque des revendications 1 à 59 caractérisé en ce que l'ai mant permanent (16) présente une courbe caractéristique à pente plus raide que celle correspondant à celle causée par la réduction de saturation, de sorte que9 pour un même risque de démagnétisation, on obtienne un accroissement de flux et une augmentation de rendement. 7.- Moteur à courant continu suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi intérieure (lla) du corps de fermeture de circuit (11) dans le domaine de l'aimant permanent (16) s'étend concentriquement à l'axe du rotor le pôle d'aspiration (23) qui est également concentrique à l'axe étant formé par une déformation sous pression du corps de fermeture de circuit. 8. Moteur à courant continu suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le pôle d'aspiration (23) est formé par deux lames (21, 22) découpées en direction du pourtour dans le corps de fermeture de circuit (11) et recourbées vers le rotor 415) jusqu'à la largeur de l'entrefer (26). 9.- Moteur à courant continu suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la longueur du domaine de la paroi intérieure (pila) du corps de fermeture de circuit (11) qui reste non déformée entre les lames recourbées (21, 22) correspond à la longueur de la surface enveloppe de l'aimant permanent dans ce domaine. 10.- Moteur à courant continu suivant l'une quelconque des revendications 8 et 99 caractérisé en ce que les lames (21, 22) sont recourbées vers le rotor 15 à espacement de l'aimant permanent (16). 11.- Moteur à courant continu suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que sur le corps de fermeture de circuit (11) sont prévus des moyens (28, 29) pour immobiliser l'aimant (16) dans la direction du pourtour du corps de fermeture de circuit. 12.- Moteur à courant continu suivant la revendication 11, caractérisé en ce que ces moyens d'arrêt sont constitués par une première déformation d'enfoncement (30) des lames (21, 22) prévue dans la zone de pourtour (31) entre le corps de fermeture de circuit et les lames (21, 22). 13.- Moteur à courant continu suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la largeur (39) des lames (21, 22) correspond à la hauteur du paquet de tôles (40) du rotor (15)o 14.- Moteur à courant continu suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le corps de fermeture de circuit magnétique (11) présente, dans le domaine de l'aimant permanent, des bossages, s'avançant dans ce domaine et dont les espacements mesurés en direction de l'arbre de rotor, correspondent à la largeur de l'aimant permanent. 15.- Moteur à courant continu suivant la revendication 14, caractérisé en ce que les bossages sont formés par des lèvres découpées dans le corps de fermeture de circuit, et repliées vers l'intérieur (36).