Brevet FR2395630A1 — publié le 19790119

La présente invention concerne de façon générale les moteurs électriques et plus précisément les moteurs à un seul palier, de faible puissance, ayant en entrefer extrêmement petit. Les moteurs monophasés à enroulement en courtcircuit, fonctionnant en courant alternatif et comprenant un seul palier, sont bien connus et couramment utilisés dans les applications de déplacement d'air, un telmoteur étant par exemple décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 293 729. Ces moteurs à un seul palier et de petite puissance ont des entrefers d'environ 230 à 250 microns ou plus, et ces entrefers ntont jamais été réalisés à moins de 200 microns dans de tels moteurs, dans la mesure où on peut le savoir. On sait depuis longtemps qu'en l'absence de pertes, une réduction de l'entrefer avec une réduction correspondante de la réluctance du circuit magnétique provoquent une augmentation du rendement et des caractéristiques du moteur. C'est la résistance qui limite essentiellement la puissance de sortie dans les petits moteurs à enroulement en court-circuit si bien que, comme le courant prédominant dans ces moteurs est le courant d'aimantation, une réduction de l'entrefer provoque une réduction correspondante du courant d'entrée et une réduction proportionnellement plus grande des pertes par effet Joule RI2, et que les quantités de cuivre (ou d'aluminium le cas échéant) et de fer peuvent être réduites avec réduction du cout et de la dimension du moteur, afin que les pertes reviennent à la valeur originale ou, pour une même configuration du cuivre et du fer, le couple et le courant à rotor bloqué augmentent afin que le moteur puisse exercer un meilleur couple. Bien qu'on ait déjà apprécié les avantages potentiels de la réduction de l'entrefer, les spécialistes prévoient qu'une plus grande réduction de l'entrefer, en-deçà des valeurs couramment utilisées, provoque une augmentation très importante des pertes par pulsation aux dents et faces polaires, ces pertes compensant les avantages de la plus faible excitation nécessaire pour le plus faible entrefer.Plus précisément, lorsque l'entrefer diminue, les pertes aux faces des pôles du stator et des dents du rotor augmentent du fait de la présence à ces faces d'un flux magnétique à fréquence spatiale élevée, créant des pertes par hystérésis et courants de Foucault, pénétrant peu dans la matière On constate que le flux magnétique transmis par le rotor présente des ondulations ou des harmoniques créant 50 à 100 fois plus de pôles qu'il n'y en a dans le stator si bien que le flux du stator lui-même provoque des ondulations et des harmoniques dans les dents du stator. On constate de façon imprévue et surprenante selon l'invention que l'utilisation d'entrefers extrêmement petits, c'est-à-dire aussi faibles que 25 microns, n'augmente pas les pertes prévisibles aux faces des pôles et des dents, et au contraire que ces petits entrefers qu'on n'a encore jamais utilisés augmentent beaucoup les caractéristiques et le rendement si bien que le coût global est notablement réduit. On sait qu'on a déjà réalisé des moteurs miniatures à deux paliers et des jeux moteur-alternateur, destinés à des pilotes automatiques d'aéronefs. Une telle machine pour instrument contient des paliers miniatures et est réalisée avec des tolérances extrêmement faibles, dans des chambres dépoussiérées. Les rotors de ces machines ont un diamètre externe de l'ordre de 6 ou 7 mm, et un entrefer qui n'est pas inférieur à 125 microns ; cependant, le rapport de l'entrefer au diamètre du rotor est d'au moins 0,020. L'invention concerne de façon générale un moteur électrique ayant un noyau de stator comportant des saillies tournées vers l'intérieur et formant des pôles, les extrémités internes délimitant un alésage, et un rotor qui peut tourner dans l'alésage et qui délimite des entrefers radiaux, ceuxci ayant une dimension de l'ordre de 25 à 150 mixons, le rapport de l'entrefer au diamètre du rotor étant compris entre environ 0,0009 et 0,005. L'invention concerne donc un moteur électrique ayant un entrefer inhabituellement petit. Elle concerne aussi un tel moteur ayant des caractéristiques et un rendement excellents. Elleconcerne aussi un tel moteur à un seul palier, de faible puissance, ayant un très petit entrefer. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une coupe transversale axiale représentant un moteur en courant alternatif à un seul palier et à enroulement en court-circuit, ayant une faible puissance et réalisé selcnl'invention ; et - la figure 2 est un agrandissement d'une pièce polaire et d'une partie du rotor du moteur de la figure 1, et elle représente l'entrefer. La figure 1 représente un moteur classique d'induction fonctionnant en courant alternatif, à un seul palier, monophasé, de faible puissance et à enroulement en court-circuit, portant la référence générale 10. Ce moteur a un boîtier ou chassis 12 qui comprend une paroi latérale 14 et une paroi 16 d'extrémité.Un noyau 18 de stator, formé par de minces couches d'une matière magnétique qui sont empilées les unes sur les autres, est logé dans une rainure 20 formée à la face interne de la paroi 14 du boitier 12. Un montant 22 est coaxial à la paroi 16 d'extrémité du boîtier 12 et dépasse dans la cavité formée par la paroi 14. L'arbre 24 peut tourillonner dans le montant 22 qui forme le palier. Le rotor 26 qui comprend une pile de couches relativement minces de matière magnétique est monté sur un manchon 28 d'un organe 30 de montage fixé à l'arbre 24, par exemple par emmanchement par retrait. Une rondelle 34 d'amortissement est placée entre l'extrémité du montant 22 et l'organe 30 et le jeu d'extrémité entre l'arbre 24 et le rotor 26 est limite par une rondelle 36 de retenue placée sur l'arbre 24 et prenant appui à la face externe de la paroi 16 du boitier 12. Un capuchon 38 d'extrémité est fixé à la paroi 16 et délimite ainsi une cavité 42. Une matière 44 capable d'absorber un lubrifiant est placée dans la cavité 42 et transmet un lubrifiant au montant 22 qui constitue un coussinet. Un organe 46 en forme de coupelle est fixé à la face interne de la paroi 16 et entoure l'extrémité interne du manchon 28. Le lubrifiant qui passe le long de la surface de l'arbre 24 qui tourillonne et dans l'espace compris entre le coussinet 22 et le manchon 28 est chassé vers I'extérieur dans l'organe 46 et revient vers la matière 44 d'absorption de lubrifiant par les orifices 48 formés dans la paroi 16 du boîtier 12. Les barreaux 50 de la cage d'écureuil sont logés dans des fentes 52 du rotor 26 près de la face externe 54 de celui-ci et sont raccordés aux bagues 53, 55 d'extrémité, les barreaux 50 et les bagues 53 et 55 étant formés de façon classique par de l'aluminium moulé. Le noyau 18 du stator comprend une partie annulaire 57 dont dépassent des pièces polaires 58, vers l'intérieur en direction radiale. Par exemple, le moteur 10 a 2, 4 ou 6 pièces polaires 58 régulièrement réparties, dans un moteur à 2,4 ou 6 pôles. Des bobinages 60 de champ sont placés sur les pièces polaires 58. Un couvercle 56 est fixé à la paroi latérale 14 du boîtier et comprend un orifice central par lequel dépasse la bague 55 et l'arbre 24. Comme indiqué sur la figure 2, chaque pièce polaire 58 a une face courbe 62 délimitant un entrefer radial pratiquement uniforme 64 avec la face externe cylindrique 54 du rotor 26. Une fente 66 communique avec la face 62 et dépasse vers l'extérieur afin que le bobinage 68 de démarrage puisse se loger. Chaque pièce polaire 58 a aussi une partie chanfreinée sur sa face polaire, comme décrit et représenté dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 2 773 999, mais cette partie 70 n'est pas une caractéristique essentielle de l'invention. Le moteur d'induction à bobinage en court-circuit décrit jusqu'à présent est classique. Les moteurs connus à un seul palier et de faible puissance ont un entrefer radial 64 qui n' est pas inférieur à 200 microns et qui est en général compris entre 230 et 250 microns et plus, pour les raisons indiquées précédemment. Selon l'invention, l'entrefer 64 est inférieur à 150 microns, supérieur à 25 microns, et de préférence comprise entre 50 et 100 microns. On constate que, dans le cas d'un moteur d'induction a enroulement en court-circuit, ayant une puissance de 2 W et réalisé avec un stator de 80,3 mm de diamètre et 12,7 mm de largeur et un rotor de 45 mm de diamètre, avec un entrefer de 230 microns, l'utilisation d'un entrefer compris entre 50 et 100 microns permet la réalisation d'un moteur ayant des caractéristiques meilleures pour une même puissance de 2 W, avec un stator de 60,2 mm de diamètre et 10,7 mm de largeur et un rotor de 28,9 mm de diamètre.On note que le moteur selon l'invention, ayant un entrefer compris entre 25 et 150 microns environ, présente un rapport de l'entrefer au diamètre du rotor compris entre environ 0,0009 et 0,005, alors que certains moteurs connus qui ont présenté un rapport dans cette plage, ont comporté des entrefers bien supérieurs à 150 microns, c'est-à-dire de 250 microns et plus. La différence sur le cout total des matières, entre les mateurs antérieurs connus et les petits moteurs selon l'invention, ayant le petit entrefer, correspond à un facteur 3. L'utilisation du très petit entrefer selon l'invention permet aussi l'utilisation d'un moteur qu'on a utilisé jusqu'ici avec un entrefer classique, avec un rendement nettement meilleur si bien que la puissance consommée peut etre réduite et l'énergie peut être économisée. I1 est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. Ainsi, bien qu'on ait décrit l'invention en référence à un moteur à enroulement en court-circuit, elle s'applique aussi à d'autres types de moteur,par exemple des moteurs polyphasés et à condensateur. REVENDICATIONS 1. Moteur électrique, du type qui comprend un noyau de stator ayant des pôles qui dépassent vers l'intérieur et qui comporte des extrémités internes délimitant un alésage, et un rotor qui peut tourner dans l'alesage et qui a une surface périphérique qui délimite un entrefer radial avec les extrémités internes des pôles, ledit moteur étant carac térisé en ce que les entrefers ont une dimension radiale comprise entre 25 et 150 microns, entre la surface périphérique du rotor et les extrémités internes, le rapport de l'entrefer au diamètre du rotor étant compris entre environ 0,0009 et 0,005. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un moteur à un seul palier et de faible puissance. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'entrefer a une dimension radiale comprise entre environ 50 et 100 microns, ledit rapport étant compris entre environ 0,0018et 0,0035. 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le palier est formé par un coussinet. 5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les pôles en saillie ont chacun une face qui délimite un entrefer avec le rotor. 6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moteur est un moteur d'induction à courant alternatif, ayant un rotor à cage d'écureuil. 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un moteur monophasé à enroulement en court-circuit.