Brevet FR2397740A1 — publié le 19790209

La présente invention a pour objet un moteur à courant continu, destiné notamment aux systèmes d'asservissement de machinesoutils. L'industrie de la machine-outi utilise, comme on le sait, des moteurs à courant continu généralement alimentés par des variateurs électroniques. Ces moteurs à courant continu doivent pouvoir accélérer extrêmement vite afin de pouvoir suivre les programmes de commande numérique ou autres dispositifs de commande ou de copiage. Pour pouvoir accélérer très rapidement, les moteurs doivent pouvoir déployer un couple très important par rapport à leur couple nominal (cinq à six fois), et ils doivent de ce fait absorber sans risque a wincldent une intensité égale à cinq à six fois l'intensité nominale. Pour ce faire, on utilise très souvent des moteurs à aimants permanents, qui présentent Ies inconvénients suivants.Tout d'abord, ces moteurs sont construits avec un grand nombre de pales, compte tenu de leur puissance nominale et de leur diamètre extérieur, car les aimants utilisés sont généralement très plats et pour cette raison sont dits "aimants tuilés". Les induits de ces moteurs ont donc des diamètres élevésà cause de la faible induction possible des aimants tuilés en ferrite-, de sorte que leurs moment d'inertie sont importants. En second lieu, du fait du grand nombre de pâles, il ne reste plus de place pour inståIler des pôles de commutation. I1 en résulte une mauvaise commutation de ces moteurs. Enfin, il est indispensable de limiter le courant absorbé par ces moteurs, car la réaction d'induit désaimante les aimants permanents, et le moteur ne peut plus fournir ses caractéristiques nominales. L'intensité de pointe est ainsi couramment limitée à quatre ou cinq fois l'intensité-nominale. Ces trois inconvenients concourent pour augmenter le moment d'inertie des induits et rendre les moteurs peu fiables. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, le moteur à courant continu visé par l'invention, qui comporte une carcasse contenant des aimants pouvant être reliés à des enroulements d'aimantation et associés à un induit portant un arbre axial rotatif, est caractérisé conformément à l'invention, en ce qu'il est pourvu d'enroulements de compensation placés magnétique- ment entre les aimants et l'induit et solidarisés avec les aimants. Ces enroulements empêchent la réaction d'induit de perturber le flux principal émis par les aimants, et per conséquent de désai- manter ces derniers, ce qui représente un avantage très important par rapport aux réalisations antérieures connues. Suivant un mode de réalisation de l'invention, les enroulemer de compensation sont placés en série avec des enroulements de commu- tation. les pôles de commutation et les enroulements de compensation coopèrent très avantageusement pour assurer à la machine une excellente commutation. D'autres particularités et avantages de l'invention apparai- tront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a représenté plusieurs modes de réalisation du moteur à courant continu selon l'invention. - La figure 1 est une vue en coupe transversale-d'un premier mode de réalisation du moteur à courant continu conforme à llinven- tion. - La figure 2 est une vue longitudinale en mi-coupe et mi-élé- vation suivant II-II de la figure 1. - La figure 3 est une vue analogue à la figure 2 suivant III III de la figure 1. - La figure 4 est un schéma électrique illustrant le principe du moteur à courant continu représenté aux figures 1 à 3. - La figure 5 est une vue en coupe transversale d'une seconde forme de réalisation du moteur selon l'invention. - La figure 6 est une vue en coupe longitudinale avec arrachements suivant VI-VI de la figure 5. - La figure 7 est une vue en coupe transversale analogue à la figure 5 d'un troisième mode de réalisation du moteur selon l'invention. - La figure 8 est une vue longitudinale partielle suivant VIII-VIII de la figure 7. - La figure 9 est une vue en coupe transversale analogue aux figures 5 et 7 d'un quatrième -mode de réalisation de l'invention. - La figure 10 est une vue en coupe transversale d'un cinquième mode de réalisation du moteur à courant continu selon l'invention. - La figure il est une vue longitudinale mi-élévation, micoupe, avec arrachements suivant XI-XI de la figure 10. - La figure 12 est une vue analogue à la figure 11 suivant -XII de la figure 10. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 à 4, le moteur à courant continu objet de l'invention, destiné notamment aux systèmes d'asservissement pour la commande de machines-outils, comporte de façon connue en soi une carcasse cylindrique 1 pourvue à sa partie inférieure de pattes d'appui 2. Des aimants aplatis et incurvés 3 sont fixés à la carcasse 1, entre celle-ci et un induit 4 portant un arbre axial rotatif 5. l'induit 4, connu en soi, coopère avec des collecteurs 6 portés par des flasques transversaux 7, un ventilateur 8 étant monté à une extrémité de l'arbre axial 5. Conformément à l'invention, le moteur à courant continu est pourvu d'enroulements- de compensation 9 logés entre les aimants 3 et l'-induit 4, et solidarisés avec les aimants. Dans le mode d'exécution représenté, les enroulements de compensation 9 sont bobinés dans des rainures longitudinales agencées dans des pièces incurvées il rapportées aux aimants 3. En outre, suivant une particularité de l'invention, les enroulements gsont placés en série, comme on le voit sur la figure 4, avec des enroulements 12 constituant deux pâlies de commutation pour l'induit 4. Ces pâles de commutation sont intercalés entre les aimants 3 et diamétralement opposes. les aimants 3 sont pourvus d'un enroulement d' aimantation 13, et ils sont fixés à la carcasse 1 par collage, soudure, brasure, ou tout autre moyen mécanique, la carcasse pouvant être pleine ou feuilletée. Dans le mode d'exécution représenté aux figures 1 à 3, les aimants 3 sontdu typé dit "tuilé" et ont donc une faible épaisseur, mais ils peuvent être remplacés par des aimants plus épais de forme parallélépipédique et constitués en un ou plusieurs morceaux. Les effets techniques et avantages du moteur à courant continu qui vient d'être décrit sont les suivants. L'interposition des enroulements de compensation 9 entre les aimants 3 et l'induit 4,empêche, comme on l'a déjà mentionné plus haut, la désaimantation des aimants 3 au moment du démarrage, du freinage, du fonctionnement en récupération, et à tout moment où il y a une grosse pointe d'intensité dans le moteur. En cas de défaillance de la limitation de courant prévu dans les dispositifs d'alimentation électroniques ou autres, le moteur est à 11 abri de toute désaimantation. En effet, les enroulements 9 bloquent la réaction de l'induit 4. De ce fait, on peut réduire le nombre d'aimants et placer par conséquent des pôles de commutation tels que 12 entre ceux-ci. Dans les moteurs à courant-continu à aimants connus, il n'est pas possible d'installer des pôles de commutation en raison du grand nombre d'aimants permanents nécessaires. Dans le moteur conforme à l'invention, on peut très avantageusement réduire le diamètre de l'induit et par suite son moment d'inertie pour les raisons suivantes - On peut admettre des intensités très élevées dans l'induit. - On peut demander une induction élevée à des aimants du genre connu sous la marque "TICONAL". - La limite de commutation est repoussée très loin. - Ce moteur peut fonctionner dans de bonnes conditions de commutation à des vitesses élevées. Ainsi, une réduction du diamètre de l'induit d'environ 30 % permet l'obtention d'une réduction de ce moment d'inertie dans une proportion beaucoup plus élevée. A titre indicatif, il est possible grâce aux caractéristiques conformes à l'invention, de réduire un diamètre d'induit de 150 mm environ à 110 ou 115 mm. Par ailleurs, l'agencement des pâles de commutation 12, combiné aux enroulements de compensation 9 permet l'obtention d'une excellente commutation. Un autre avantage du moteur à courant continu selon l'invention, provient du fait qu'il admet des pointes de courant égales à six ou huit fois l'intensité nominale de la machine, jusqu'à des vitesses de 3000 à 4000 tours/minute et que le couple correspondant est pratiquement proportionnel à l'intensité absorbée, compte tenu de l'absence de réaction d'induit. Dans le mode d'exécution représenté aux figures 5 et 6, les aimants 14 sont de forme parallélépipédique, et fixés radialement à la périphérie intérieure de la carcasse 1, par exemple par collage, soudure ou brasure. les deux pâles de commutation 12 sont placés, comme dans la réalisation précédente, dans des intervalles diamétralement opposés, ménagés entre les deux groupes d'aimants 14. Les enroulements de compensation 16 sont disposés dans des intervalles 15 ménagés entre les aimants 14, et qui permettent en outre une circulation d'air entre les aimants. L'ensemble peut être raidi par une imprégnation globale dru genre résine époxy, ou par un support moulé. Les aimants 14 peuvent également présenter des trous pour le passage de vis de fixation. La variante de réalisation représentée aux figures 7 et 8 diffère de celle des figures 5 et 6par ie fait que les aimants 14 sont maintenus dans un moulage 17 à l'intérieur duquel sont ménagés des trous de circulation d'air 18. Dans la forme dtexécution représentée à la figure 9, chaque aimant 19 est moulé d'une seule pièce et présente un ensemble d'encoches radiales 21 à l'intérieur desquelles sont logés les enroulements de compensation 22. Dans cette réalisation comme dans les précédentes, le moteur à courant continu est pourvu de deux pôles de commutation 12 diamétralement opposés, intercalés entre les aimants incurvés 19. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 10 à 12, le moteur à courant continu comporte quatrepo"lesde commutation 23 disposés à angle droit dans un stator 24 en tâle découpée. La disposition des aimants 25 et deys enroulements de compensation 26 correspond à l'agencement représenté à la figure 5, mais elle peut toutefois être remplacée par une disposition correspondant à l'une des autres formes de réalisation décrite. L'invention n'est pas limitée aux divers modes de réalisation décrits et peut comporter des variantes d'exécution, en particulier pour le nombre de pâlies principaux et de pâlies de commutation. Par ailleurs, il y a lieu de remarquer que lé moteur à courant continu visé par l'invention est spécialement adapté R le commande automa- tique de machines-outils, notamment la commande numérique REVENDICATIONS 1 - Moteur à courant continu pour la commande programmée de machi nes-outils, comportant une carcasse qui contient des aimants et éventuellement des enroulements pour l'aimantation de ceux ci, ces aimants étant associés à un induit portant un arbre axial rotatif, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'enroule ments de compensation placés entre les aimants et l'induit et solidarisés avec les aimants, ces enroulements empêchant la ré action de l'induit de perturber le flux principal émis par les aimants et par conséquent de désaimanter ces derniers. 2 - Moteur à courant continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enroulements de compensation sont placés en sé rie avec des enroulements formant au moins deux pâles de commu tation pour l'induit. 3 - Moteur à courant continu selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les enroulements de compensation sont bobinés dans des rainures longitudinales agencées dans des piè ces rapportées aux aimants. 4 - Moteur à courant continu selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que les aimants sont parallélépipédiques et fixés radialement à la périphérie de la carcasse, les enroule ment s de compensation étant disposés dans des intervalles ména- gés entre les aimants, et qui permettent en outre une circula tion d'air entre les aimants. 5 - Moteur à courant continu selon la revendication 4, caractérisé en ce que les aimants sont maintenus dans un support moulé à l'intérieur duquel sont agencés des trous de circulation d'air. 6 - Moteur à courant continu selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est pourvu de deux aimants moulés chacun d'une seule pièce et qui présentent un ensemble d'enco ches à l'intérieur desquelles sont logés les enroulements de compensation et de pâlies de commutation diamétralement opposés intercalés entre ces deux aimants.