Brevet FR2389263A1 — publié le 19781124

La présente invention a pour objet un petit moteur à courant continu dit "moteur cloche", du type comprenant un inducteur muni d'aimants permanents et un induit comportant un bobinage moulé en forme de cloche. Des exemples de moteurs cloche sont décrits notamment dans les brevets français n"s 1.434.600 et 1.474.318. Les moteurs cloche, qui ont un rotor simplement constitué par un bobinage moulé formant induit, présentent comme principaux avantages une faible inertie, donc une mise en rotation très rapide, une réalisation du bobinage simplifiée etune faible tension de démarrage. Un schéma simplifié de ce type de moteur connu est représenté sur la figure 1. Un rotor 1, simplement constitué par un bobinage moulé sans fer, en forme de cloche, est monté en porte à faux sur un axe de rotation 4. Un collecteur 3 est disposé sur l'axe 4 du côté du fond de la cloche 1. Un aimant permanent 2, monte en porte à faux sur une carcasse metallique 5 de moteur du côte opposé au fond de la cloche 1, est engagé à l'intérieur de la cloche 1 et entoure l'axe 4 à faible distance de ce dernier. Un tel mode de réalisation présente des inconvénients du fait du montage de l'aimant 2 en porte à faux et surtout du montage en porte à faux de la cloche 1. En effet, la rigidité mécanique du rotor est ainsi très réduite. On a propose une variante de réalisation de moteur en cloche, représentée sur la figure 2, dans laquelle la cloche 1 de l'induit est non pas montée en porte à faux mais déposée sur un cylindre 6 en matériau magnétique feuilleté solidaire de l'axe 4.Les aimants permanents 2' sont dans ce cas montés dans la partie longitudinale de la carcasse 5 et sont placés en regard de la face externe de la cloche 1, de part et d'autre de la cloche. Un tel mode de réalisation présente plusieurs inconvénients. D'une part, les performances propres aux moteurs cloche sont réduites car la présence de fer dans le rotor augmente l'inertie de ce dernier. Le temps de démarrage devient donc notablement plus long. Par ailleurs, l'hystérésis du matériau ferromagnétique conduit à la présence d'un "couple hysteretique" élevé que l'on doit vaincre avant la mise en rotation. La tension de démarrage est ainsi accrue. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à réaliser un moteur du type cloche qui présente comme avantages, outre une réalisation du bobinage d'induit simplifiée, à la fois une inertie de rotor réduite, une faible tension de démarrage et une grande rigidité mécanique. Ces avantages sont possibles grâce à un moteur du type mentionné au début pour lequel, conformément à l'invention,un matériau amagnétique est associé à la cloche de l'induit et les aimants permanents de l'inducteur sont réalisés à partir d'un alliasse de terre rare et de cobalt. De la sorte, il est possible d'éviter qu'un des éléments du moteur soit monté en porte à faux, et la rigidité mécanique est accrue. Par ailleurs, du fait que le matériau associé à la cloche de l'induit est amagnéti-que,il n'y a pas d'hystérésis et la tension de démarrage peut être faible.Par ailleurs, l'utilisation pour l'induit d'un matériau amagnétique de densité peu élevée par rapport à celle du fer n'amène pas d'accroissement sensible de l'inertie de 11 induit. Enfin, malgré l'absence de fer dans l'induit, un fonctionnement correct du moteur est assuré puisque les aimants de ltinducteur, constitués par un alliage de cobalt et de terre rare, par exemple un alliage sammarium-cobalt, présentent un très grand champ coercitif. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, appliqué à un moteur dans lequel l'induit constitue le rotor et l'inducteur constitue le stator, le matériau amagnétique constitue un noyau qui remplit tout l'espace compris à l'intérieur de la cloche de l'induit, et les aimants permanents, disposés dans la carcasse du stator sont situés en regard de la face externe de la cloche de l'induit de part et d'autre de ce dernier et sont diamétralement opposés sur le stator. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, appliqué à un moteur "inversé" à inducteur tournant et induit fixe, le matériau amagnétique entoure la cloche sur la partie externe de cette dernière et constitue un carcasse non métallique tandis que les aimants permanents, montés dans le rotor, sont situés en regard de la face interne de la cloche de l'induit et sont diamétralement opposés sur le rotor D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui fait suite d'exemples de réalisation de l'invention, en référence au dessin-annexé sur lequel - les figures 1 et 2 représentent, en coupe axiale, deux modes de réalisation connus de moteur cloche;; - la figure 3est une vue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation de moteur conforme à l'invention, - la figure 4 est une vue du moteur de la figure 3 en coupe transversale selon le plan IV-IV de la figure 3; - la figure 5 est un diagramme illustrant le fonctionnement d'un moteur selon l'invention; - la figure 6 est une vue en coupe axiale d'un second mode de réalisation de moteur selon l'invention; -et - la figure 7 est une vue en coupe transversale selon le plan Vil-Vil de la figure 6. Si lton considere la figure 3, on voit, à l'intérieur d'une carcasse 15J un induit compose d'un bobinage moulé ll enforme de cloche qui recouvre un noyau cylindrique 18 en matériau non magnétique lui même supporté par un arbre 14 Un collecteur 13 associe au rotor Il, 18 est monté sur l'arbre 14 du côté du fond de la cloche 11. Le matériau constituant le noyau 18 présente une densité relativement falble, bien inférieure à celle du fer par exemple, mais confère une rigidité mécanique au rotor.Des aimants permanents 12 présentant un champ coercitif élevé, réalisés à partir d'un alliage de terre rare et de cobalt sont montés dans la face interne de la carcasse 15 du stator cylindrique diamétralement opposés l'un Cà l'autre figure 4) et se trouvent en regard de la surface externe de la cloche 11. Les lignes 19a, l9b, 19c du flux d'induction magnétique créé par les aimants 12 sont représentées sur la figure 4. Les lignes l9a, 19b se referment par la carcasse métallique 15 du moteur tandis que les lignes 19c traversent l'induit 11, 13 malgré l'absence de fer, du fait du grand champ coercitif des aimants 12. La figure 5 représente la caractéristique d'aimantation donnant l'induction magnétique B créée par des aimants en fonction du champ magnétique H La courbe 20 correspond a des aimants du type mis en oeuvre dansla présente invention (par exemple un alliage sammarium-cobalt) tandis que la courbe 21 correspond à des aimants utilisés classiquement dans des moteurs tels que ceux décrits en référence aux figures 1 et 2; et'peut correspondre par exemple à un matériau tel que le ticonal.On voit que pour la courbe 20, le champ coercitif, Ec pour lequel l'induction B s'annule est élevé tandis que pour la courbe 21,-le champ coernitifE c pour lequel l'induction B s'annule est faible La droite correspond à la droite de travail d'un moteur avec matériau non magnétique associe à l'induit, tel que le moteur représente sur les figures 3 et 4. On voit que l'induction B2 correspondant à un tel type de moteur dans lequel on utiliserait des aimants en ticonal, c1est-à-dire la valeur d'induction donnée par l'intersection des courbes 21 et 22, est três faible, et ne permettrait pas un fonctionnement correct du moteur.En revanche, l'induction Bî correspondant au même type de moteur dans lequel on utilise des aimants tels que du saznmarium-cobalt, c'est-à-dire la valeur d'induction magnétique donnée par l'intersection des courbes 20 et 22, est suffisamment élevée pour permettre un bon fonctionnement du moteur, bien que l'induit ne possède pas lui-mbse de matériau ferromagnétique, c'est-à-dire que la droite de travail 22 soit inclinée de façon relativement importante par rapport à l'axe B. les figures 6 et 7 correspondent à un deuxiême mode de réalisation de l'invention, qui concerne des moteurs du type inversé", c'est-a-dire comprenant un inducteur tournant et un induit fixe. Dans ce cas, l'inducteur comprend un corps tournant cylindrique 118 monté sur un axe 114 et pourvu d'aimants 112 disposés de façon diamétralement opposée sur le corps 118 et se trouvant en regard de la face interne d'un bobinage d'induit lll-qui constitue l'équivalent d'une cloche et se trouve formé à l'intérieur d'un cylindre 115 en matériau non magnétique qui constitue la carcasse du moteur. Les aimants 112 sont eux-mêmes en alliage terre rare-cobalt Ainsi, il est réalisé un moteur a carcasse sans fér qui-toutefois présente de bonnes performances. Bien entendu, diverses modifications et/ou adjonctions peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits, uniquement à titre d exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de protection défini par les revendications annexées. R E V E N D I C A T I O N S 1. Moteur à courant continu, du type comprenant un inducteur muni d'aimants permanents et un induit comportant un bobinage moule en forme de cloche, caractérisé en ce qu'un matériau amagnétique est associé à la cloche de l'induit et en ce que les aimants permanents de l'inducteur sont réalisés à partir d'un alliage de terre rare et de cobalt. 2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel l'induit constitue le rotor et l'inducteur constitue le stator, caractérise en ce que le matériau amagnétique remplit tout l'espace compris à l'intérieur de la cloche de l'induit et en ce que les aimants perm-anents, disposés dans la carcasse du stator, sont situés en regard de la face externe de la cloche de l'induit de part et d'autre de ce dernier et sont diamétralement opposés sur le stator. 3. Moteur selon la revendication li dans lequel l'induit constitue le stator et l'inducteur constitue le rotor, caractérisé en ce que le matériau amagnétique entoure la cloche sur sa partie externe et en ce que les aimants permanents, montés dans le rotor, sont situés en regard de la face interne de la cloche de l'induit et sont diamétralement opposés sur le rotor. 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracterisé en ce que les aimants permanents sont constitués en un alliage sammarium-cobalt. 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau amagnétique associe à la cloche de l'induit présente une densité très inférieure à celle du fer.