Brevet FR2227667A1 — publié le 19741122

La présente invention se rapporte à un dispositif pour augmenter la force axiale dans un moteur à rotor à cage coulissant dont une extrémité du paquet de tôles rotoriques, à l'état non excité du stator et du rotor, fait saillie en dehors de l'arête externe correspondante du paquet de tales statoriques et dont les barres du rotor sont reliées entre elles par deux bagues de court-circuit, en particulier par une bague de court-circuit inter- médiaire au droit du paquet de tôles rotoriques à proximité dune extrémité et par une bague de court-circuit frontale à l'autre extrémité du paquet de tôles rotoriques. Partant du principe connu que la force axiale déterminée par réactance principale dépend avant tout de l'induction de l'entrefer dans la zone de la section du rotor, qui, lors d'un déplacement axial de ce dernier, se trouve décalé par rapport à l'arête externe correspondante du paquet de tôles statoriques, il est possible, grâce au dispositif précité et déjà proposé (demande de brevet RFA nO 22.46.962.1) de court-circuiter, au moyen d'une bague de court-circuit intermédiaire, la plus grande partie des courants s'écoulant dans les barres du rotor à proximité de l'extrémité du rotor faisant saillie en dehors de l'alésage du stator et de diminuer l'effet d'amortissement des courants du rotor sur le champ d'entrefer dans la zone de la section du paquet de tôles rotoriques la plus courte en saillie et se trouvant à ltextérieur de la bague intermédiaire de court-circuit. On peut, par exemple, réaliser un rotor à cage d'un tel moteur à rotor coulissant en faisant en sorte que dans ce rotor à cage comportant une bague de court-circuit intermédiaire et deux bagues de court-circuit frontales, une de ces bagues de courtcircuit frontales à proximité de la bague de court-circuit inter médiaire soit enlevée au tour après injection de la cage du rotor et son durcissement, étant entendu que, pour obtenir un bon rapport couple-entratnement, il convient de veiller à ce que la résistance totale des bagues de court-circuit pour les barres du rotor soit si possible égale aux deux extrémités du rotor. L'objet de l'invention est, par conséquent, d'augmenter encore la force axiale par rapport au dispositif proposé. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que c'est seulement la section du paquet de tales rotoriques la plus longue entre les deux bagues de court-circuit qui est munie de barres et que la section la plus courte du paquet tales rotoriques est placée à l'extérieur de la bague de court-circuit intermédiaire en vue d'obtenir une force axiale déterminée. Grâce à l'utilisation du principe connu précité, on évite, d'une part, que dans la section la plus courte du paquet de tôles rotoriques, entre les extrémités des barres du rotor sans liaison frontale proprement dite par bague de court-circuit et faisant saillie en dehors de la bague intermédiaire de court-circuit, les surfaces de contact des encoches avec les tales de cette section et les tôles elles-m8mes ne forment des ponts de court circuit amortissant fâcheusement le champ d'entrefer dans cette zone, et on a, d'autre part, la possibilité, par des moyens de constructions techniques extrêmement simples, d'augmenter encore la force axiale et de ddterminer, en outre, la courbe de cette dernière, en fonction de la course du rotor. Pour augmenter encore la force axiale, il est avantageux, en vue de réduire l'entrefer proprement dit entre le diamètre extérieur du rotor et le diamètre de l'alésage du stator dans la zone de la section la plus courte du paquet de tôles, que le diamètre extérieur de cette dernière soit plus grand que celui de la section du paquet de tales rotoriques la plus longue entre les bagues de court-circuit. De cette façon, l'entrefer de la section la plus longue du paquet de tôles rotoriquesst réalisé d'après les conceptions électriques et constructives usuelles, tandis que celui de la section la plus courte est réduit à la valeur minimale que permettent les techniques de fabrication. Pour obtenir une courbe déterminée et si possible étagée de la force axiale du rotor déplaçable axialement, il est avantageux de prévoir une augmentation progressive du diamètre extérieur de la section la plus courte du paquet de tales rotoriques, cette augmentation allant, en pareil cas, de la bague intermédiaire vers l'arête externe. Ainsi, lorsque le rotor s'enfonce dans l'alésage du stator, la force axiale augmente brusquement en un endroit deter- miné, ce qui assure, par exemple, le relâchement du frein X friction; cette disposition est particulièrement intéressante, si par exemple, en vue d'abaisser le coQt, on admet de grandes tolérances dans la force élastique du frein et dans les dimensions de montage. Du fait que la section du paquet de tales rotoriques la plus courte est dépourvue de cage de court-circuit ou de barres, il est possible de réaliser, ~e façon extrêmement simple, les caractéristiques de l'invention er fabriquant cette section de paquet de tales rotoriques la plus courte au moyen de rondelles en tôle non rainurées, en plus de la fabrication extrêmement simple de ces tôles; on a, en outre, l'avantage d'augmenter encore la force axiale du fait que les évidements des encoches sont supprimés avec ces tôles, ce qui correspond à une autre réduction de l'entrefer effectif dans la zone de la section du paquet de tôles la plus courte. Dans un mode de réalisation avantageux, les tales de la section du piquet de tô1rotoriques la plus courte sont, soit emmanchées sous forme de tôles individuelles sur le bout d'arbre prolongé en conséquence de la section du paquet de tôles rotoriques la plus longue préalablement munie d'une cage de rotor, soit réunies en un paquet de tôles supplémentaires, par -exemple par rivet, puis emmanchées sous forme de paquet de tôles séparées sur le bout d'arbre prolongé en conséquence. Pour obtenir une grande force axiale au premier moment de la mise en circuit du moteur à rotor coulissant, puis une grande puissance et un couple important du moteur, il est prévu, selon une autrèparticularité de l'invention, que la longueur totale du paquet de tôles rotoriques soit plus grande que celle du paquet de tôles statoriques et que la longueur de la section du paquet de tôles rotoriques la plus longue entre les bagues de court-circuit soit inférieure ou égale à la longueur du paquet de tôles statoriques.La position initiale de la section du paquet de tôles rotoriques dépassant à une- extrémité est avantageusement choisie de façon que, à ltétat non excité de 11 enroulement du stator et du rotor, arête interne du paquet de tôles rotoriques le plus court coïncide exactement avec I'rtrQte externe correspondante du paquet de tôles statoriques ou se situe déjà juste à l'intérieur de l'alésage du stator. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip- tion d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel: la fig. 1 représente un dispositif déjb proposé pour augmenter la force axiale dans un rotor à cage comportant une bague frontale B chaque extrémité et une bague de court-circuit intermédiaire; la fig. 2 représente un rotor à cage selon la figure 1 dont une bague de court-circuit frontale à proximité de la bague de court-circuit intermédiaire a été enlevée au tour ultérieurement; la fig. 3 représente un rotor à cage réalisé selon l'invention; les fig. 4a, 4b, 5a et 5b représentent d'autres modes de réalisation spéciales du rotor à cage selon la fig. 33 les fig. 6 et::7 représentent la courbe de la force axiale Fa en tant que fonction du déplacement axial du rotor avec différents modes de réalisation du rotor à cage. Les figures 1 à 4 représentent schématiquement en coupe le rotor à cage comportant un paquet de tôles rotoriques fixé sur l'arbre 6 drun moteur, et ce, B la position initiale qu'il occupe lorsque le rotor et le stator ne sont pas excités. Dans cette position, l'arête interne, tournée du côté de la bague de court-circuit intermédiaire 1, de la section du paquet de tôles rotoriques la plus courte 21, coïncide exactement avec l'arête externe correspondante du paquet de tôles statoriques 7.Lorsque lton branche le moteur à rotor coulissant sur le réseau, le rotor se déplace vers la droite s l'encontre de la force Ff d'un ressort axial non représenté et gagne ainsi une position d'équilibre où il soulève uns que de frein également non représenté pour l'écarter de sa garniture; en même temps le rotor augmente, de façon usuelle, sa vitesse périphérique par suite du couple qui se développe. Sur la figure 1, les deux extrémités frontales du paquet de tôles rotoriques 2 portent des bagues de court-circuit 4, 5 qui, disposées dans des encoches droites ou biaises, relient entre elles, par leur face frontale, les barres 8 du rotor venues d'une seule pièce avec les bagues de court-circuit 4 et 5. En outre, comme on peut le voir dans les modes de réalisation selon les figures 1 à 5, une bague de court-circuit intermédiaire 1 est disposée à proximité de l'extrémité du paquet de tôles rotoriques 2, qui, en cas d'un déplacement axial du rotor à cage, fait saillie à l'extérieur par rapport à l'arête externe de la face frontale gauche du paquet de tale statoriques 7.Du fait de cette bague de court-circuit inter médiaire 1, le paquet de tôles rotoriques 2 est divisé en une section plus longue 22 de longueur axiale b et en une section plus courte 21 de longueur axiale a. Le rapport entre la section transversale de la bague de court-circuit frontale gauche et celle de la bague de court-circuit intermédiaire 1 peut être choisi å volonté selon l'induction d'entrefer que l'on désire obtenir sur la section 21 la plus courte du paquet de tôles rotoriques. La résistance totale de ces deux bagues de court-circuit 1 et 5 doit être égale à celle de la bague de court-circuit frontale droite 4 à l'autre extrémité du paquet de tôles rotoriques 2. La bague de court-circuit intermédiaire 1 est réalisée par moulage par injection en même temps que les autres barres 8 du rotor et que les bagues de court-circuit 4 et 5 du rotor à cage. A cet effet, avant le moulage par injection et lors de l'empile- ment du taquet de tôles rotoriques 2, on insère avantageusement une entretoise 3 de façon à obtenir après le moulage, d'une part, la distance radiale voulue entre la périphérie externe de l'entre- toise 3 et le rotor total et, d'autre part, la distance axiale voulue entre les tôles voisines des deux côtés de l'entretoise 3, et à avoir ainsi la résistance recherchée de la bague de courtcircuit intermédiaire l. D'une façon générale, un tel rotor à cage est, après le moulage, soumis à une rectification au tour. Une partie des courants rotoriques s'coulant dans les barres 8 passe par la bague intermédiaire de court-circuit 1, si bien que, sur la section du paquet de tôles rotoriques la plus courte 21, l'effet d'amortissement du courant rotorique sur le champ d'entrefer se trouve affaibli. La bague de court-circuit frontale gauche peut être complètement supprimée si l'on veut obtenir un renforcement supplémentaire de la force axiale Fa. Un tel mode de réalisation est illustré sur la figure 2. la figure 3 représente un mode de réalisation et de fabrication particulièrement avantageux pour obtenir une force axiale déterminée et extrêmement élevée. La section 21 la plus courte du paquet de tôles rotoriques est, en pareil cas, constituée uniquement par des tôles individuelles sans barres supplémentaires qui ne sont prévues, selon l'invention, que dans la section 22 la plus longue du paquet de tôles rotoriques.Ces différentes tôles de la section 21 la plus courte du paquet de tôles rotoriques peuvent soit être emmanchées individuellement sur l'arbre 6 du rotor après l'injection de la cage de la section du paquet de tôles la plus longue 22 du rotor ou être emmanchées sous forme d'unité après avoir été préalablement rivées ensemble de façon à former un paquet de tôles supplémentaires. Commetôles individuelles, on peut avantageusement utiliser, soit des tôles normalement rainurées obtenues avec matrice combinée, soit des rondelles sans rainures fabriquées par un procédé de coupe simple. Selon les figures 4 et 5, on peut encore augmenter la force axiale Fa en réduisant à la valeur minimale possible d2 que permettent les techniques de fabrication l'entrefer proprement dit dl entre le rotor à cage et l'alésage du stator dans la zone de la section du paquet de tôles la plus courte 21 du rotor. Dans cet agencement précité pour augmenter la force axiale, un tel rotor peut être placé d'aplomb dans l'alésage du rotor sans poser de graves problèmes de centrage, attendu que la réduction de l'en- trefer ne porte que sur une courte section d'extrémité du rotor et, en outre, à proximité du support le recevant. Le respect des cotes de la section du paquet de tôles rotoriquès 21 à réaliser pour la zone d'entrefer réduit ne pose pas non plus de problèmes spéciaux, attendu que, si on utilise de simples rondelles, le découpage n'est assujetti qu'à de faibles tolérances, et que, si on utilise des tôles rotoriques fabriquées d'après le procédé à matrice composée, la totalité du rotor doit de toute façon être rectifiée autour à cause de la légère surcote des tôles rotoriques ( bavures de découpage ) et que, en pareil cas, après l'injection de la section du paquet de tôles rotoriques la plus longue 22 et la mise en place de la section du paquet de tôles rotoriques la plus courte 21 ( paquet de tôles supplémentaires) on peut de façon simple rectifier le rotor aux différents diamètres à l'aide de gabarits à copier correspondants. On voit donc que, de cette façon, il est possible avec des moyens techniques particulièrement simples (découpage approprié pour les rondelles ou rectification appropriée au tour du rotor ), de réaliser, pour le contour externe de la section du paquet de tôles rotoriques la plus courte, l'étagement, représenté sur les figures 4a et 5a, particulrèrement avantageux pour obtenir une courbe déterminée de la force axiale en fonction de la course du rotor. Les figures 4a et 4b représentent respectivement la position initiale du rotor en cas de non excitation de ce dernier et du stator et, par conséquent, la position d'un moteur-frein à rotor coulissant dont le frein est appliqué sous l'action de la force Ff d'un ressort; cette position correspond en même temps au fonctionnement en court-cirouit du moteur à rotor à cage au moment de sa mise en circuit, ctest-à-dire où commence à agir la force axiale Fa qui tend à pousser le rotor axialement vers la droite et à le faire pénétrer plus avant dans l'alésage à l'encontre de la force du ressort Ff.Pour obtenir une grande force axiale au premier instant de la mise en circuit du moteur, on choisit avantageusement la position initiale de l'extrémité, en saillie, du paquet de tôles rotoriques 2 de façon que l'arbre interne de la section du paquet de tôles la plus courte 21 du rotor coïncide exactement avec l'ar8te externe correspondante du paquet de tôles statoriques 7. Les figures 5a et 5b représentent respectivement une position d'équilibre stable du rotor rotatif, position dans laquelle entre la force axiale Ff du ressort de pression et la force axiale antagoniste Fa, il s'installe un équilibre des forces en direction axiale lorsque le stator et le rotor sont excités. En ce qui concerne le choix des rapports de longueur des deux sections de paquets de tôles rotoriques 21 et 22, il est avantageux que la longueur totale a + b du paquet de tôles rotoriques 2 soit supérieure à la longueur c du paquet de tôles statoriques 7 et que la longueur b de la section du paquet de tôles la plus longue 22 du rotor entre les bagues de court-circuit 1 et 4 soit inférieure ou égale à la longueur c du paquet de tôles statoriques, et il stest avéré que le rapport le plus favorable était celui dans lequel la longueur a de la section du paquet de tôles la plus courte 21 du rotor était d'environ 0,1 à 0,15 fois la longueur c du paquet de tôles statoriques (selon la valeur absolue de la longueur b de la section du paquet de tôles la plus longue 22 du rotor). A titre d'indication, on peut ajouter qu'avec seulement un petit nombre de tôles pour le paquet de tôles supplémentaires, on obtient une plus grande augmentation de la force axiale, tandis que Si on utilise un plus grand nombre de tôles, bien que l'augmentation de force axiale, après la mise en circuit du moteur, soit plus faible, la valeur absolue de la force axiale obtenue augmente tout d'abord et que Si on rallonge exagérément le paquet de tôles supplémentaires, la force axiale Fa peut ne plus augmenter, mais en revanche, la course filtre plus longue, ce qui peut éventuellement 8'avérer avantageux pour compenser les grandes tolérances de fabrication.La figure 6 illustre, sous forme de diagramme, la courbe de la force axiale Fa en fonction de la course x ( x = 0 correspond à la position initiale du rotor sur les figures 4a et 4b) de la section du paquet de tôles 21 la plus courte du rotor, d'une part en cas de ronds (Al:Bl) et en cas de tôles rainurées (A2;B2) pour un nombre prévu de quatre tôles individuelles (A1;A2) et un nombre de quatorze tôles individuelles (Bl;R2). La figure 7 représente, comparativement sous forme de graphique, le gain en force axiale fa = f (x) dans le cas de moteur freins à rotor coulissant construit différemment en ce qui concerne l'augmentation de la force axiale, mais par ailleurs identique, et dans lequel I réprésente la force axiale Fa en fonction de 4a course x dans un rotor normal, II la courbe fonctionnelle dans un rotor selon la figure 2, III et IV la courbe dans le cas d'un rotor selon la figure 4 et ce, avec tales rainurées selon la courbe III et avec simples ronds non rainurées selon la courbe IV. On voit donc qutavec des moyens de fabrication extrêmement simples, il est possible, grtce au paquet de tôles supplémentaire selon 1-' inventi on, d'obtenir une force axiale agissant de façon déterminée suivant une grandeur donne sur le rotor. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour augmenter la force axiale dans un moteur à rotor à cage coulissant dont le paquet de tales rotoriques, à l'état non excité du rotor et du stator, fait saillie par une de ses extrémités, en dehors de l'arête externe correspondante du paquet de tales statoriques et dont les barres du rotor sont mutuellement raccordées par deux bagues de court-circuit, en particulier, par une bague de court-circuit intermédiaire au droit du paquet de tales rotoriques à proximité d'une extrémité et par une bague de court-circuit frontale à ltautre extrémité du paquet de tôles rotoriques, caractérisé par le fait que seule la section du paquet de tales la plus longue du rotor entre les deux bagues de court-circuit est munie de barres et que la section du paquet de tôles la plus courte du rotor est placée en dehors de la bague de court-circuit intermédiaire uniquement en vue d'obtenir une force axiale déterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour diminuer entrefer proprement dit entre le diamètre extérieur du rotor et le diamètre de l'alésage du stator dans la zone de la section du paquet de tales la plus courte du rotor, son diamètre extérieur est plus g rand que celui de la section du paquet de tôles la plus longue du rotor entre les bagues de court-circuit. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il est prévu une augmentation étagée du diamètre extérieur de la section du paquet de tôles la plus courte du rotor. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la section du paquet de tales la plus courte du rotor est formée par des rondelles de ttle non rainurées. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les tales individuelles de la section du paquet de tôles la plus courte du rotor sont placées sur le bout d'arbre prolongé en conséquence de la section du paquet de tôles la plus longue du rotor munie auparavant d'une cage de rotor. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la section du paquet de tôles la plus courte du rotor est réalisée sous la forme d'un paquet de tales supplémentaire séparé. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les tôles individuelles de la section du paquet de tôles la plus courte du rotor sont réunies par rivets en un paquet de tôles supplémentaire qui est ensuite placé sur le bout d'arbre prolongé en conséquence de la section du paquet de tales la plus longue du rotor préalablement munie d'une cage de rotor. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la longueur totale (a + b) du paquet de tôles rotoriques est supérieure à la longueur c du paquet de tales statorique. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la longueur b de la section du paquet de tôles la plus longue du rotor entre les bagues de court-circuit est inférieure ou égale à la longueur c du paquet de tôles statoriques. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la position initiale de l'extrémité, faisant saillie, du paquet de tôles rotoriques est choisie de façon que, lorsque les enroulemènts du stator et du rotor ne sont pas excités, l'arête interne de la section du paquet de tales la plus courte du rotor colncide exactement avec l'arête externe correspondante du paquet de tôles statoriques ou se situe déjà à l'intérieur de l'alésage du stator.