Brevet FR2204917A1 — publié le 19740524

La présente invention concerne un moteur à hystérésis comportant un stator muni d'un enroulement et un rotor cylindrique constitué entièrement ou partiellement par un matériau à hystérésis. I1 existe déjà de tels moteurs, dans lesquele les rotors sont formés, au moins le long de la paroi du rotor cylindrique, par un matériau à hystérésis. On sait également que la puissance fournie par un moteur à hystérésis est proportionnelle à la superficie de la boucla d'hystérésis du matériau du rotor. Le couple et le rendement du moteur augmentent à mesure que la forme de la boucle d'hystérésis se rapproche de celle d'un triangle. On sait par ailleurs que l'aimantabilité- et, de ce fait, la forme et la superficie de la boucle d'hystrésis, de quelques matériaux à hystérésis peuvent être influencées par des tensions mécaniques extérieures. Les tensions mécaniques provoquent la formation d'un réseau dans le matériau à hystérésis ds sorte que la mobilité des parois de domaine est rsndue plus difficile. Lorsque le coefficient de magnétostriction pst positif, les pertes par hystérésis augmentent lorsqu'on applique une tension mécanique dans le sens de cette tension, alors que par aillaurs la boucle devient plus rectangulaire. Lorsque le sens du champ magnétique coïncide avec le sens de la tension mécanique, on obtient par l'augmentation de la boucle d'hystérésis et la modification de la forme de la courbe, une augmentation du couple et du rendement du moteur. Oans le sens perpendiculaire à la tension mécanique appliquée, les psrtes sont par contre plus faibles et la boucle devient plus plate. Lorsque le champ magnéti- que statorique est perpsndiculaire au sens de la tension mXca- nique, on obtient par conséquent une diminution du couple et du rendement. Lorsque le coefficient de magnétostriction est négatif, l'effet change également de signe. Lorsque la tension mécanique et le champ statorique magnétique sont perpendiculaires entre eux, on obtient une amélioration et lorsqu'ils sont parallèles, une diminution du couple et du rendement du moteur. Il est connu de soumettre le stator d'un moteur électrique constitué partiellement par un matériau à hystérésis à une pré-tension (brevet français NOt 108005 j Cependent, dans ce cas, l'effet de la magnétostriction ne peut être mis à profit qu'avec une grande limitation et au prix de nombreuses difficultés. L'invention a pour objet un moteur à hystérésis dans lequel l'effet de la magntostriction est mis à profit fusqu'à s'approcher le plus près possible de la valeur de saturation. Ce résultat est obtenu selon l'invention du fait que la magnétostriction et le signe du coefficient de magnétostriction du matériau du rotor sont tels que l'anisotropie des propriétés d'hystérésis provoquées par une tension mécanique a le meme sens que le champ magnétique du stator dans le matériau à hystérésis. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la tension mécanique est engendrée dans le matériau du rotor par des forces centrifuges. Plus la vitesse de rotation est élevée et plus la force centrifuge augmente. On a constaté que la force centrifuge est largement suffisante pour donner au rotor une pré-tension mécanique telle que la surface de la boucle d'hystérésis devienne notablement plus grande, de sorte que la puissance fournie et le rendement augmentent. Le rotor doit être réalisé de telle façon que le champ magnétique statorique dans le matériau à hystérésis ait le meme sens que la tension mécanique engendrée par la force centrifuge. Lorsque le rotor est constitué par un cylindre à paroi mince, les tensions mécaniques engendrées par la force centrifuge sont dirigés dans le sens de la périphérie. Oans le cas où le matériau à hystérésis a la forme d'un tel cylindre à paroi mince dont l'alésage intérieur est rempli par un matériau non ferromagnétique, le champ statorique dans le matériau à hystérésis est également dirigé dans le sens de la périphérie. Dans ce cas, lorsque le couple et le rendement doivent entre aussi grands que possible, le matériau à hystérésis doit avoir un coefficient de magnétostriction positif. Dans le cas où le matériau à hystérésis a la forme d'un cylindre relativement épais ou lorsque l'alésage intérieur du cylindre est recouvert par un matériau ferromagnétique, le champ statorique dans le matériau à hystérésis présente des composantes radiales intenses. Pour améliorer le couple et le rendement il faut alors utiliser un matériau à hystérésis avec un coefficient de magnétostriction négatif. On a constaté qu'avec un matériau constitué par 80a de Fe, Jusqu'à 20% de Ni et de O à 10% de Co, l'augmentation de la superficie de la boucle d'hystérésis par l'augmentation de la tension de traction de 6 = O kgp à 95 kgp est supérieure à 100t, mm mmZ de sorte que le rendement du moteur augmente fortement. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, le tout donné à tire d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée. La figure 1 représente un moteur conforme à l'invention, avec un rotor à paroi mince constitué par un acier à coefficient de magnétostriction positif. La figure 2 représente un moteur conforme à l'invention avec un rotor à paroi épaisse en une sorte d'acier présentant un coefficient de magnétostrction.négatif. Dans le stator 1 d'un moteur à hystérésis selon la figure 1 est monté un rotor 3 à paroi mince qui, le long de son enveloppe 5, est constitué par un acier à coefficient de magnétostriction positif. L'espace intérieur 7 du rotor 3 est rempli d'air. Dans un tel moteur à hystérésis, l'hystérésis du moteur est relativement mauvaise lorsqu'on n'utilise pas un acier magnétique particulier, L'hystérésis du matériau -ne doit pas être suffisamment grande pour que le champ magnétique rotatif engendré par le stator entrain le rotor. Par contre, lorsque le rotor est excité par le stator, il se met à tourner rapidement, la force centrifuge dans la paroi 5 provoquant une tension croissante dans le sens de la périphérie. La tension mécanique croissante provoque à nouveau une augmentation de l'hystérésis de sorte que l'on obtient un meilleur rendement et une meilleure puissance. Qans le moteur à hystérésis représenté sur la figure 2, la paroi 5' du rotor 3' est épaisse dans le sens radial. Ainsi, dans ce roter. lors de la rotation, il se produit une tension mécanique dirigée de façon sensiblement radiale. Pour obtenir un couple élevé et un meilleur rendement, on utilise dans ce cas, pour le rotor, un matériau présentant un coefficient de magnétostriction négatif. REVENDICATIONS 1.- Moteur à hystérésis comportant un stator muni d'un enroulement et un rotor cylindrique constitué entièrement ou partiellement par un matériau à hystérésis, ce moteur étant caractérisé en ce que la magnétostriction et le signe du coefficient de magnétostriction du matériau du rotor sont tels que l'anisotropie des propriétés d'hystérésis provoquées par une tension mécanique a le même sens que le champ magnétique du stator dans le matériau à hystérésis. 2.- Moteur à hystérésis selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pré-tension mécanique est engendrée par des forces centrifuges et est de ce fait dirigée dans le sens de la périphérie. 3.- Moteur à hystérésis selon l'une des revendiçations 1 et 2, caractérisé en ce que la matériau à hystérésis du rotor 'a la forme d'un cylindre creux à paroi mince et en ce que l'alésage intérieur du cylindre creux est rempli d'un matériau ferromagnétique de telle façon que le champ magnétique du stator dans le matériau à hystérésis est dirigé dans le sens de la périphérie, alors que le coefficient de magnétostriction est positif. 4.- Moteur à hystérésis selon les revendications 1 et 2. caractérisé en ce que le matériau à hystérésis du rotor a la forme d'un cylindre creux à paroi relativement épaisse et/ou en ce que l'alésage intérieur est rempli de matériau ferromagnétique de telle façon que le champ magnétique du stator dans le matériau à hystérésis présente une forte composante rediale, alors que le coefficient de magnétostriction est négatif.