Brevet FR2245112A1 — publié le 19750418

L'invention concerne une machine électrique, notam- ment un petit moteur, munie d'un circuit magnétique comportant au moins deux aimants permanents et d'un induit tournant dans ce circuit magnétique, présentant des rainures et des enroulements placés dans ces rainures. Une possibilité pour augmenter la puissance de ces machines, sans augmenter leurs dimensions, consiste à choisir des aimants permanents à grande densité d'énergie. Cependant, avec une densité d'énergie accrue, l'action spécifique des forces agissant sur les dents de l'induit devient constamment plus intense par suite du flux plus élevé qui passe dans les dents. L'induction accrue dans l'entrefer provoque en même temps une variation de flux brusque et très importante, ce qui entratne une augmentation considérable des bruits dont la fréquence correspond au passage des rainures. Dans les moteurs comportant des aimants à grande densité d'énergie, comme, par exemple, les aimants au strontium, ces bruits augmentés et présentant la fréquence des rainures, ne sont pas atténués efficacement par la disposition connue pour cela de rainures biaises dans l'induit. L'invention a pour but de maintenir dans les limites usuelles les bruits à la fréquence des rainures lorsque, pour augmenter la puissance, on utilise des aimants permanents à grande densité d'énergie. L'inventflon concerne, à cet effet, une machine élec- trique du type ci-dessus caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour agir sur l'induction dans un sens tel que cette indue tion décroisse, symétriquement ou au moins à peu près, du milieu de chaque aimant vers les arêtes polaires opposées dans la direc- tion périphérique de l'induit. On utilise ainsi complètement la grande densité d'énergie dans la zone médiane des aimants, tandis que la réduction du flux cherchée vers les arêtes polaires permet de maintenir à un niveau normal les bruits à la fréquence des raines. En déterminant en conséquence les moyens agissant sur ltinduction, on peut donner à la courbe d'induction B = f ( oC ) un tracé enfermant la plus grande surface possible, sans dépasser pour cela une valeur maximale prédéterminée de la variation de P'in- diction. On peut en même temps compenser la ch- te de tension md- tique différente due aux différences de longueur du parcours des lignes de force. Il est judicieux d'agir sur l'induction de façon qu'elle varie constamment depuis le milieu de chaque aimant jusqu'aux arêtes polaires opposées dans la direction périphérique de l'induit. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, il est judicieux que la grandeur de l'entrefer existant entre les aimants et l'induit croisse du milieu de l'aimant vers les arêtes polaires, Car on affaiblit ainsi de façon simple la variation trop brutale du flux sur les arêtes polaires. I1 peut cependant être aussi avantageux de prévoir entre le circuit magnétique et les aimants des entrefers dont la grandeur croit du centre des aimants vers les arêtes polaires. Mais on peut aussi prévoir que l'entrefer entre les aimants et l'induit ainsi que les entrefers entre le circuit magnétique et les aimants, aient une grandeur croissante du milieu des aimants vers les arêtes polaires. La variation d'entrefer cherchée entre les aimants et l'induit peut être obtenue de façon simple lorsque suivant un autre mode de réalisation de l'invention, le rayon de la surface des aimants dirigée vers l'induit est supérieur au rayon de l'induit augmenté de la plus faible largeur de l'entrefer. Nais on peut aussi obtenir le même effet sans diffi cuIté, lorsque, avec une variation d'entrefer prévue entre le circuit magnétique et les aimants permanents, la surface courbe des aimants dirigée vers le circuit magnétique présente un centre, le circuit magnétique pr4sentant, dans la zone dirigée vers cette surface des aimants, une courbure plus aplatie que la surface extérieure des aimants. Mais, dans le cas des machines comportant des aimants magnétisés radialement, il peut aussi être avantageux que, suivant un autre mode de réalisation de l'invention, les zones des arêtes polaires soient magnétisées diamètralement, au moins de façon approfimative. La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels 4 - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur excité par aimant permanent en coupe perpendiculairement à son axe de rotation, - la figure 2 est une vue en coupe similaire à la figure I d'un moteur de constitution différente; - la figure 3 est une autre vue en coupe similaire à la figure 1 suivant un autre exemple de réalisation du moteur con- forme à I'invention, - la figure 4 est un diagramme représentant plusieurs courbes d'induction, - la figure 5 est une vue partielle à plus grande échelle correspondant à la coupe de la figure 1. Un petit moteur électrique 10, représenté en coupe sur la figure 1, comporte un circuit magnétique 11 dans lequel sont disposés deux aimants permanents 12 en forme de segments. Un induit 13 tourne entre les deux aimants permanents 12, cet induit étant muni de plusieurs rainures non représentées et destinées à la mise en place de 1 enroulement d'induit. Les aimant s 12 présentent une grande densité d'énergie, comme cela est le cas pour les aimants au stron tium, par exemple.Pour pouvoir obtenir une réduction du flux dans la zone des arêtes polaires 14, il est prévu des moyens pour agir sur l'induction de façon telle qu'elle décroisse de façon symétr-- que, au moins approximativement, du milieu de chaque aimant 12 vers ses arêtes polaires 14. Ces moyens sont constitués en ce que la grandeur de l'entrefer 15 existant entre les aimants 12 et l'induit 13 croisse du milieu des aimants vers les arêtes polaires 14. Chaque entrefer 15 a donc approximativement un profil en forme de coin dont la plus grande épaisseur se trouve dans la zone des arêtes polaires 14. Dans le moteur 20 suivant la figure 2, l'épaisseur des aimants 22 ainsi que la largeur des entrefers 25 sont constantes. Pour qu'on puisse cependant obtenir la réduction de flux cherchée sur les arêtes polaires 24, il est prévu entre le circuit magnétique 21 et les aimants 22 des entrefers 26 dont la largeur croit de chaque milieu d'aimant vers les arêtes polaires 24, 27. Etant donné cependant que, comme indiqué plus haut, les aimants élémentaires 22 sont disposés de façon entièrement coaxiale à 11induit 13 du moteur, le circuit magnétique 21 présente une section ovale telle que les aimants permanents 22 ne soient appliqués sur lui que dans leur partie médiane. Dans le moteur 30 représenté sur la figure 3, on a mis en application les caractéristiques du moteur suivant la figure 1 et les caractéristiques du sur suivant la fire 2. I!azss cet exemple de réalisation, le circuit magnétique 31 est cependant ce- axial à 1' induit 13 du moteur.Pour obtenir les caractéristiques essentielles de l'invention, les aimants permanents 32 sont e-ar ses en conséquence. Pa conséquent, les rayons des surfaces des a mante 37 dirigées vers l'induit 13 du moteur sont supérieurs au rayon de cet induit 13 augmenté ae la plus faible largeur de l'er trefer 35. On obtierr ainsi. que l'entrefer 35 est plus faible dans la zone du milieu des aimants que dans la zone des arêtes pr laires 34. Cependant, les surfaces incurvées 38 des aimants dirigées vers le circuit magnétique 31 présentent, en même temps9 de plus fortes courbures que la paro intérieure de ce circuit magnétique 31.Les aimants permanents 32 reposent donc par- leur partie média ne sur la paroi intérieure du chasses magnétique 31 et un entrefer en forme de coin 40 est formé vers les arêtes polaires extérieures 39o Dans les exemples de réalisation suivant les figures 1 et 3, qui comportent tous les deux un circuit magnétique 11, 31, avec une surface intérieure circulaire, les surfaces extérieures des aimants, incurvées de façon régulière, sont dirigées vers ce cir- cuit. avec une telle construction des machines, il s'est révélé avan- tageux que le décalage 50 des deux centres de courbure 51, 52 corresponde à la plus grande épaisseur d'aimant 53 diminuée de la différen- ce des deux rayons de courbure 54, 55 (figure 5). On obtiens aussi une variation constante de l'entrefer de chaque centre d'aimant vers les arêtes polaires correspondantes et, par suite, une variation prc-- gressive de l'induction des centres d'aimants vers les arêtes polaires. Mais, la variation de l'induction, conformément à l'invention, peut aussi être obtenue en ce que les arêtes polaires ne sont pas magnétisées de façon exactement radiale, la magnétisa- tion allant au contraire de la direction radiale dans la zone du m-lieu des aimants à la direction diamétrale. la figure 4 représente plusieurs courbes d'induction parmi lesquelles la courbe 60 représente la variation de l'induction d'un moteur de construction exactement centrée. Cette courbe 60 présente un léger ensellement 61 au milieu de l'aimant cet ensellement étan+ provoqué par le plus long parcours des lignes de force dans la zone du milieu de l'aimant. il en résulte que des fluctuations de forces indésirables s'exercent si;uP l'induit, ce qui conduit à la pro duction de bruits.Un tel ensellement 71 a lieu de façon particu librement nette (courbe 70, figure 4) lorsque, pour des raison de fabrication, l'iriLuction est plus intense au voisinage des arêtes polaires qutau milieu de l'aimant0 Conformément à l'invention, l'ensellement 61, 71 est évité en satisfaisant à la relation : rayon intérieur 55 des aimants > diamètre extérieur 56 de l'induit + entrefer min 57. Le rayon intérieur des aimants ne peut être choi- si de grandeur quelconque parce que le rendement du moteur diminue rapidement lorsque l'entrefer augmente.Suivant les conditions de saturation dans le circuit magnétique 11 et dans l'induit 13, on ob- tient un rayon intérieur 55 optimal pour les aimants qui conduit à un tracé de l'induction conforme à la courbe 80 de la figure 4. Cette courbe 80 représente le tracé de induction pour un moteur dans lequel les caractéristiques de l'invention sont mises en application. La variation de pente d'un #&alpha; à l'autre ne dépasse nulle part la valeur correspondant à la limite de production des bruits ayant la fréquence de passage des rainures. En même temps, la courbe 80 enferme la plus grande surface possible, sans qu'il oe produise un ensellement. gien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus 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 R E V END I C A * I O N S 1.- Machine électrique, notamment petit moteur, munie d'un circuit magnétique comportant au moins deux aimants per- manents et d'un induit tournant, présentant des rainures et des enroulements dans ces rainures, machine caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (15, 26, 35 et 38, 40) pour agir sur l'induction dans un sens tel que cette induction décroisse symétriquement du milieu de chaque aimant vers les arêtes polaires opposées dans la direction périphérique de l'induit. 2.- Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'action sur l'induction est telle qu'elle varie constamment du milieu de chaque aimant (12) vers les arêtes polaires (14) opposées dans la direction périphérique de l'induit (13). 3.- Machine suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la pente de la courbe d'induction (80) varie peu, cette courbe d'induction (80) enfermant par contre la plus grande surface possible. 4.- Machine suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 3, caractérisée en ce que la grandeur de l'entrefer (ils) existant entre les aimants (12) et l'induit (13) croit du milieu des aimants vers les arêtes polaires (I 4). 5.- Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que des entrefers (26) sont prévus entre le circuit magnétique (21) et les aimants (22), la largeur de ces entrefers croissant du milieu des aimants vers les arêtes polaires (27). 6.- Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'entrefer (25) existant entre les aimants (22) et l'induit (13) ainsi que les entrefers existant entre le circuit magnétique (21) et les aimants (22) ont une grande deur qui croit du milieu des aimants vers les arêtes polaires (24, 27). 7.- Machine suivant l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que le rayon de la surface (37) des aimants dirigée vers l'induit (13) est supérieur au rayon de l'induit (13) augmenté de la plus faible largeur d'entrefer0 8.- Machine suivant l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que la surface incurvée des aimants dirigée vers le circuit magnétique (21) présente un centre, le circuit magnétique (21) présentant, dans la zone dirigée vers cette surface des aimants, une courbure plus aplatie que la surface extérieure des aimants. 9.- Machine suivant la revendication 8 et comportant un circuit magnétique dont la surface intérieure est incurvée en forme de cercle, la surface extérieure incurrée des aimants étant dirigée vers cette surface du circuit, machine caractérisée en ce que le décalage (50) des deux centres de courbures (51, 52) corres- pond à la plus grande épaisseur (53) des aimants diminuée de la différence des deux rayons de courbure (54, 55). 10.- Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 et 3, et dans laquelle il est prévu des aimants magnétisés radialement, caractérisée en ce que la zone des arêtes polaires est polarisée, au moins approximativement, en direction diamètrale.