Brevet FR2218675A1 — publié le 19740913

L'invention a pour objet de nouveaux moteurs électriques. Jusqu'à présent, les moteurs électriques comportent, entre autres pièces, une culasse relativement lourde, par ce que d'un diamètre supérieur à celui du rotor induit à cause de la nécessité de refermer le circuit magne- tique. Cette culasse est compliquée quant à sa forme, et coûteuse en consé- - quence, parce que munie d'excroissances appelées pièces polaires autour desquelles sont prévus des enroulements inducteurs augmentant encore le diamètre de ces moteurs. Lesdits enroulements, réalisés à l'aide de fils isolés, exigent à cause de leur forme une main d'oeuvre spécialisée. Pour obtenir des vitesses relativement lentes, il faut multiplier le nombre de pâles, en augmentant le diamètre du rotor, ou passer par l'intermédiaire d'un réducteur, ce qui contribue encore à alourdir l'ensemble, au détriment du moment d'inertie. La carcasse enveloppant le rotor, les pertes exigent souvent la présence d'une roue de ventilation. Enfin le rendement statorique, pour être acceptable, nécessite pour la carcasse3 un métal de qualité magnétique élevée, à cause du long parcours sinueux imposé au flux d'induction. Dans d'autres moteurs usuels du type "pas à pas" les dents ou plots du rotor doivent nécessairement passer dans l'entrefer de circuits magnétiques encombrants, lourdement chargés en fer, et dont la découpe est coûteuse. Un des buts de l'invention est d'augmenter la puissance massique et le rendement des moteurs électriques en prévoyant un trajet réduit pour le flux inducteur. Cela est obtenu, selon l'invention, en donnant au flux une forme substantiellement torique3 coaxiale avec l'arbre du moteur. A cet effet, chacune des pièces polaires inductrices peut etre située entre deux rotors successifs. En opérant de la sorte, on obtient un avantage économique en ce sens que le prix d'un stator se trouve réduit par l'utilisation de pièces polaires non seulement courtes vis-à-vis des réalisations usuelles, mais aptes à porter des enroulements fabriqués par des bobineuses automatiques simples, à l'aide de bandes de métal conducteur bon marché, tel que l'aluminium. Suivant un autre mode de réalisation, lesdites pièces polaires sont constituées d'aimants permanents, de sorte que le stator ne consomme pas d'énergie. Dans ce type de moteur selon l'invention,, le volume de matériau magné tique est très inférieur à celui des moteurs conventionnels à aimants, ce qui constitue un avantage considérable étant donné le prix élevé de ce matériau. Selon une autre particularité de l'invention, les rotors peuvent être dtun type allongé et de faible diamètre, ce qui a pour avantage de réduire l'encombrement et le prix relatif des têtes de bobines des rotors. La surface cylindrique de ces rotors est ainsi importante vis-à-vis du volume qu'ils occupent, ce qui procure un refroidissement d'autant plus énergique que lesdits rotors ne sont pas emprisonnés dans une carcasse comme les moteurs électriques usuels. Cette ventilation efficace, liée à la vitesse élevée des rotors, contribue encore à accroire la puissance massique du moteur selon l'invention, qui peut atteindre le double de celle des moteurs électrique s usuels. Selon l'invention, les rotors sont munis d'un pignon, et attaquent une couronne commune portée par l'arbre de sortie du moteur qui tourne ainsi à une vitesse plus lente que les moteurs électriques usuels. La répartition des efforts autour de la couronne permet de la réaliser d'une façon légère avec une denture de module réduit. Une application intEressante de l'invention concerne la traction des véhicules automobiles. Le moteur3 généralement à courant continu, est composé d'un seul circuit magnétique torique comme déjà décrit mais les rotors peuvent être disposés successivement tête-bSche, quant à leurs pignons au moins3 et forment deux groupes. Chaque groupe attaque, par l'intermédiaire d'une couronne, un demi-arbre relié, de façon connue en sois à une roue motrice. Le moteur ainsi décrit constitue du même coup un "différentiel électrique" léger et peu coûteux vis-à-vis de l'ensemble électro-mécanique qu'on rencontre dans une telle application. Un autre avantage de ce moteur est d'obtenir plusieurs vitesses dans un sens comme dans le sens opposé, en reliant, de façon connue en soi, par des coupleurs, les différents rotors à la source d'énergie électrique. De même, les enroulements d'excitation peuvent être couplés en série ou en parallèle. Un autre avantage est de répartir les efforts autour de la CD uronne, comme il est coutume de le faire dans un réducteur à planétaires, ce qui rend l'ensemble particulièrement silencieux. Egalement dans ce but, l'in vention prévoit d'utiliser éventuellement des galets de friction à la place des susdits pignons, de façon à transmettre, sans bruit de denture, la puissance des rotors à la couronne correspondante. Une contre-couronne, dans ce cas, évite les efforts de flexion des axes des rotors. L'invention concerne également tous dispositifs connus en soi tels que roues libres, obtenues par exemple à laide d'un débrayage des couronnes sur leur axe correspondant, d'un crabotage, d'un embrayage magnétique ou à lamelles des deux couronnes pour circulation en terrains variés, tambours ou disques de freins, ces deux derniers élements étant cependant, de préférence, directement montés sur les couronnes attaquées par le pignon des rotors. Ces dispositifs peuvent être alors combinés à l'invention de façon à former un ensemble compact aisément démontable aux fins de révision ou d'échange standard. L'invention prévoit de même un dispositif de réglage angulaire des balais, en synchronisation, pour les machines de puissance moyenne ou élevée demandant de fréquents changements de sens de marche telles que raboteuses, machines textiles à va-et-vient Le dispositif est alors articulé sur le carter et peut être agencé d'une manière analogue à celui qu'on rencontre dans le réglage de l'admission aux turbines hydrauliques de plusieurs types connus. L'invention a aussi pour objet un nouveau type de moteur pas à pas de conception électro-mécanique apparentée à la précédente et de masse très réduite, par ce que le stator ne comporte pas de fer, mais seulement des enroulements noyés dans des blocs de matière moulée, par exemple synthétique, enroulements créant le flux torique déjà décrit, flux obtenu de façon périodique à l'aide d'impulsions de courant crées, de façon connue en soi, par un dispositif de commutation. Dans ce type de moteur, les rotors créent le couple en réagissant entre eux comme il est décrit plus loin, alors que dans les moteurs usuels pas à pas, il y a réaction réciproque du fer fixe (stator) sur le fer mobile (rotor). Un tel moteur selon ltinvention peut être utilisé dans l'industrie partout où l'on désire obtenir un couple élevé avec une faible inertie,par exemple le positionnement sur machines à commande numérique, les servo-moteurs de puissance. Les moteurs selon l'invention peuvent, par des artifices de construction connus, être utilisés en courant alternatif avec des rotors à collecteur ou àinduction, ce qui étend encore leur domaine d'application. La description qui suit, donnée à titre d'exemple, se réfère aux figures des dessins annexés, où: La figure 1 est une coupe schématique par un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre de sortie d'un moteur selon l'invention et passant par le plan moyen du flux torique, La figure 2 est une coupe schématique suivant la ligne II-II de la figure 1, La figure 3 est une vue schématique d'un des rotors d'un moteurs pas à pas selon l'invention, moteur utilisant trois flux toriques3 La figure 4 est une coupe schématique, passant par l'axe du moteur, d'un des blocs d'induction du même moteur suivant la ligne IV-IV de la figure 5, La figure 5 est une coupe schématique transversale, suivant trois plans perpendiculaires à l'axe du moteur et passant respectivement par les lignes A-A, B-B et C-C de la figure 4, coupe représentant un secteur de 120 degrés de chacun de ces plans. La figure 1 représente, avec son arbre de sortie 1, un moteur à rotors à collecteur selon l'invention. Le flux torique est créé par les enroulements inducteurs 2 constitués d'une bande en aluminium dont les spires sont isolées de façon connue en soi et bobinées autour des pièces polaires 3. Les rotors 4 avec leur arbre 5 sont régulièrement répartis autour de l'arbre de sortie 1 du moteur3 intercalés entre les pièces polaires, de façon à ce que le flux torique traverse successivement chaque pièce polaire et son rotor voisin. Dans la figure 2 apparaft la réalisation électro-mécanique de l'ensemble constituant le même moteur. L'arbre 5 des rotors tourillonne d'une part dans un roulement 6 logé dans un flasque 7 solidaire d'un carter 8 d'engrenage et d'autre part dans un autre roulement 9 logé dans un flasque évidé 10 sur lequel sont montés les porte-balais 11 tournant et centrés sur un bossage 12 du flasque 10 de façon à pouvoir régler le calage angulaire desbalais 13 sur le collecteur 14 au moyen d'un dispositif de synchronisation (non représenté) articulé sur le flasque 10. Des entretoises 15 assurent le positionnement axial du rotor et la rigidité de l'ensemble. Des entretoises 16 jouent le même rôle pour les enroulements 2 bobinés autour des pièces polaires 3 et noyés dans un bloc de matière synthétique 17 dtoù sortent les connexions 18 desdits enroulements.Chaque bloc est tenu en compression par deux tirants 19 munis d'écrous 27 assurant la rigidité relative entre les flasques 7 et 10. La puissance de chaque rotor est transmise par un pignon denté 20 placé en bout d'arbre à une couronne 21 solidaire de l'arbre I du moteur par un clavetage 22, l'ensemble des pignons et de la couronne tournant dans le carter 8 rendu étanche de manière conventionnelle. Dans le cas d'une application à l'automobile, les rotors 4 peuvent être successivement montés tête-bêche et répartis ainsi régulièrement en deux groupes dont chacun attaque une couronne reliée, comme dit précédemment, à une roue motrice. Selon cette dernière disposition, l'ensemble peut alors être substantiellement symétrique par rapport à un plan médian tel que I-I de la figure 2 et présente deux demi-arbres 1 correspondant à chaque série de rotors La figure 3 montre un mode de réalisation du moteur pas à pas selon l'invention, caractérisé par des rotors solidaires de trois doublets feuilletés 23, 24 et 25 décalés de 120 degrés d'angle sur chacun des rotors et respectivement soumis, à tour de rôle, à trois flux toriques engendrés, successivement, par les trois jeux A, B, puis C de 12 enroulements chacun, de la figure 4, les connexions 18 étant reliées à une source d'énergie. La figure 4 montre, selon la coupe IV-IV de la figure 5, un des douze blocs comportant chacun trois enroulements 2 réalisés à partir de bande d'aluminium et noyés dans une résine synthétique 17. Des inserts femelles 26 servent à fixer les blocs entre les deux flasques 7 et 10 d'un moteur pas à pas conçu de façon semblable à celui de la figure 2. Chacun de ces trois enroulements contribue à créer, successivement, les trois flux toriques agissant sur tous les doublets 23, 24, puis 25, de tous les rotors La figure 5 représente, à un instant donné du mouvement selon les flèches, les différents doublets dans leur orientation respective. Les douze doublets 23 viennent de s'aligner suivant la direction du flux torique créé par les douze enroulements A de la figure 4 et dont on n'a représenté que trois d'entre eux pour des raisons de simplification. Le courant est alors coupé dans les enroulements A, le flux torique A s'annulant tandis que le dispositif de commutation établit dans les douze enroulements B un courant qui va provoquer le flux torique B, aimanter à leur tour les douze doublets 24. Cette aimantation appliquera un couple d'attraction entre les doublets3 couple tendant à les aligner à leur tour dans le sens du mouvement défini par les flèches. Ce sera ensuite le tour des douze doublets 25 soumis au flux torique C et ainsi de suite. Dans ce moteur3 l'entrainement de l'arbre 1 par les rotors se fait par les pignons dentés 20 chargés d'assurer une synchronisation sans glissement de l'ensemble des douze rotors sur la couronne (non représentée en figure 5). Le sens de rotation dépend de l'ordre A, B, C ou C, B, A de la commutation. Un tel moteur à trois flux toriques peut démarrer à partir de n'importe quelle position d'arrêt. REVENDICATIONS 1) Moteur électrique dans lequel au moins un rotor est soumis à l'action d'un champ magnétique, caractérisé en ce qu'au moins deux rotors ont leurs axes parallèles à celui de l'arbre de sortie du moteur et sont situés à la meme distance de cet arbre1 que ces rotors sont soumis substantiellement à un seul et mtme flux magnétique torique centré sur l'arbre du moteur et que chaque rotor est solidaire avec au moins un pignon dont la denture engrène avec celle d'une couronne solidaire de l'arbre du moteur et centrée sur cet arbre, 2) Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble des rotors est constitué de deux groupes de rotors-, que les pignons d'un groupe engrènent avec une couronne solidaire d'un demi-arbre de sortie du moteur et que les pignons de l'autre groupe engrènent avec une autre couronne solidaire d'un autre demi-arbre, les deux dett-arbres étant parallèles, voire coaxiaux. 3) Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre deux rotors voisins est intercalée une pièce polaire traversée par le flux torique. 4) Moteur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'autour d'au moins une pièce polaire est bobiné un enroulement inducteur du flux, enroulement dont les spires ont leur axe sensiblement perpendiculaire à un plan radial passant par l'axe du moteur et l'enroulement correspondant. 5) Moteur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque enroulement est constitué d'au moins une bande électriquement conductrice enroulée sur elle-mtme. 6) Moteur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une pièce polaire est substantiellement constituée par un aimant permanent orientant son flux suivant la circonférence du tore. 7) Moteur électrique selon la revendication 3, comportant au moins un rotor à collecteur sur lequel sont appliqués au moins deux balais,.caractérisé en ce que les balais de tous les collecteurs sont reliés avec un organe de réglage angulaire des balais autour de l'axe de leur rotor, organe qui est articulé sur le carter du moteur. 8) Moteur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système de contacteurs et d'inverseurs en soi connu pour obtenir différentes vitesses dans un sens ou l'autre de rotation du moteur, ainsi qu'un freinage éventuellement générateur d'énergie électrique. 9) Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque rotor, décalé angulairement de manière régulière par rapport d ses voisins autour de l'axe du moteur, comporte un doublet comme seul élément induit et que les doublets, en synchronisation, à tout instant donné, présentent une orientation radiale uniforme. 10) Moteur électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque rotor comporte plusieurs doublets coaxiaux répartis le ong du rotor et formant autant de circuits magnétiques toriques qu'il y a -Be doublets sur le rotor, les doublets d'un merne rotor étant angulairement décalés de manière régulière.