Brevet FR2462805A1 — publié le 19810213

L'invention est relative à un inducteur pour machine électrique à courant continu à entrefer axial. Dans les moteurs à entrefer axial connus, les inducteurs sont généralement réalisés par des plots d'aimants fondus de nuances appropriées aux caractéristiques désirées (suivant les appellations commerciales, ce sont des "Ticonal" ou des "Alnico") disposés selon une couronne. Ces aimants contiennent environ 25% de cobalt. L'augmentation importante du prix des aimants fondus incite à leur substituer d'autres matériaux ma magnétiques, tels que des ferrites qui ne contiennent pas de cobalt, mais qui en contrepartie présentent des Ca- ractdristiques magnétiques médiocres et en tout cas nettement plus faibles que celles des aimants fondus. Dans ce cas, pour maintenir l'induction dans l'entrefer, il faut faire appel à des concentrateurs de flux. En effet, il est courant d'avoir des inductions de 0,6 à 0,8 Tesla dans un tel entrefer avec des aimants fondus, alors que l'induction rémanente des ferrites ne dépasse guère 0,35 Tesla. Si, pour une même puissance, on veut utiliser des ferrites à la place d'aimants fondus, une première solution connue consiste à accrottre la section utile du matériau magnétique, mais ceci conduit nécessairement à une augmentation de volume et de prix du moteur. Une deuxième solution décrite en particulier dans le brevet français nO i 272 082 du 3 Aott 1960 consiste à dissocier la fonction aimant de la fonction masse polaire utile. Les pôles inducteurs disposés selon une couronne conservent alors sensiblement la même section vis-à-vis de l'entrefer, tandis que les aimants constitués de ferrite et aimantés radialement sont accolés à ces masses polaires utiles et disposés également selon la même couronne de façon que la surface de contact aimant - masses polaires utiles, soit supérieure à la section utile, les masses polaires utiles jouant alors le rôle de concentrateurs de flux et formant en coupe une sorte de mosaSque avec les aimants. Cette technique a l'inconvénient qu'une partie du flux se ferme entre les concentrateurs voisins de polarité opposée et est donc perdue pour son utilisation dans l'entrefer. Un autre inconvénient est la difficulté d'assemblage, car les blocs de ferrite et les masses polaires utiles ne se tiennent pas mutuellement avant aimantation. Il faut donc prévoir un mode d'assemblage délicat et onéreux. L'objet de l'invention est de réaliser une couronne polaire du type à concentration de flux ne présentant pas ces inconvénients. Cette couronne polaire pour moteur à courant continu et à entrefer plan est caractérisée en ce que les masses polaires utiles sont noyées à l'intérieur du volume défini par les aimants, de telle sorte que la majorité de la surface latérale des masses polaires utiles soit enserrée dans ceus-cl et que cette surface latérale soit notablement supérieure à la surface utile dans l'en- trefer. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, les masses polaires utiles et les aimants sont placés à l'intérieur d'une couronne en matériau magnétique canalisant le flux entre les aimants. Une telle disposition a les avantages suivants : - suppression des fuites magnétiques entre les masses polaires utiles, - maintien mécanique aisé des différentes pièces par la couronne en matériau magnétique qui peut autre cons tituée en un bloc massif usiné ou de préférence en un empilage de tôles matricées en acier doux. Les figures jointes données à titre d'exemples non limitatifs permettront de mieux comprendre l'invention. La figure 1 représente un mode de réalisation de couronne inductrice, en vue perspective partiellement coupée. La figure 2 est une vue en coupe cylindrique selon la ligne Il-Il de la figure 1. La figure 3 représente une variante de rdalisation des aimants selon la figure 1. La figure 4 est une vue en coupe partielle schématique d'une autre variante de couronne inductrice. La figure 5 représente une autre variante d'exécution, en coupe cylindrique analogue à celle de la figure 2. La figure 6 correspond à encore une autre va riante d'esécution et représente une couronne polaire d'un autre type. La figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 6. Sur les figures 1 et 2, on a désigne par 1 les masses polaires utiles supposées cylindriques d'un moteur à entrefer plan, par 2 l'entrefer, par 3 le ro tor discoSdal et par 4 une aulaBe magnétique de ferme- ture du flux. Les masses polaires utiles 1 sont reparties selon une couronne dite couronne polaire. Elles sont cylindriques et chacune d'elles est totalement entoure d'un aimant 5 dont l'aimantation eet radiale. Les mas- ses polaires consécutives ont leur sens d'aimantation inversé, comme indiqué par les flèches. Chaque ensemble de masse polaire utile 1 et d'aimant 5 est logé dans un alésage 8 pratiqué dans une couronne magnétique 6. qui est ici exécutée en un assemblagé ae tales matricées, mais qui peut être en une seule pièce. Les masses polaire res utiles 1 peuvent être terminées du caté de l'entre- fer 2 par des épanouissemenX polaires 7 dont la surface est adaptée aux dimensions de la spire du rot or 3 qui se trouve en regard. La valeur du rayon R des masses polaires 1 et celle de leur hauteur h sont telles que la surface # R2 de sortie du flux utile soit notablement infdrieu- re à la surface 2 # Rh au contact avec les aimants 5. En vertu de la loi de conservation du flux, le flux oré par les aimants 5, dont l'induction est limitée par suite de leur constitution en ferrite, sort par une surface t R2 où l'induction dans l'entrefer utile correspond sensiblement à l'induction normalement utilisée pour des moteurs à aimants coulés. On peut ainsi, avec la structure inductrice en ferrites décrite, obtenir des performances voisines de celles des moteurs à aimants coulés, et ce dans un même encombrement. On constate de plus que les parties intermédiaires 6A de la couronne magnétique 6 canalisent le flux entre les ferrites, ce qui limite les fuites magnétiques. Les aimants 5 peuvent être réalisés en ferrites tubulaires isotropes ou anisotropes. Dans le cas où l'on ne dispose que de ferrites anisotropes, il peut être avantageux de réaliser les aimants (comme illustré sur la figure 3) en secteurs 5A, par exemple collés dans des alésages 8 de la couronne magnétique 6. Dans l'autre variante représentée sur la figure 4, on a employé des aimants 5B constitués par des plaquettes prismatiques de section rectangulaire, tandis que les masses polaires utiles 1B sont en forme de prisme hexagonal dont le caté a une valeur sensiblement égale à la largeur des plaquettes, de sorte que le volume hexagonal est à peu près totalement inclus dans le volume intérieur défini par les plaquettes d'aimant 53. La figure 5 représente un moteur à deux couronnes aimantées symétriques 6-6 délimitant entre elles un entrefer 2 dans lequel tourne le rotor discoïdal 3. Du côté opposé à l'entrefer 2 et sur la face externe des masses polaires utiles l, on a disposé des plaquettes aimantées complémentaires 9 dont le sens d'aimantation (vers l'intérieur ou vers l'extérieur) correspond à celui des aimants latéraux 5, de façon à éviter toute fuite magnétique d'une masse polaire utile à la masse polaire voisine du côté opposé à l'entrefer. Des culasses 10-10 sont dans ce cas nécessaires pour fermer le circuit magnétique autour des plaquettes 9. Les figures 6 et 7 illustrent une autre variante d'exécution d'une couronne polaire selon l'invention, dans laquelle les masses polaires utiles 1C - ici suppo- sées cylindriques - sont enserrées dans des aimants 5C disposés radialement de part et d'autre de ces masses polaires, la couronne magnétique de fermeture du flux étant alors constituée en deux parties sous forme d'un moyeu 11 et d'une jante 12. Comme on le voit mieux sur la coupe de la figure 7, cette couronne a une section en U dont le fond 13 sert également au retour du flux entre des plaquettes aimantées 9C (analogues aux aimants 9 du mode de réalisation précédent) disposées en bout des masses polaires utiles 1C du côté opposé à l'entrefer 2. REVENDI CL"PIOmS 1. Inducteur pour machine à courant continu à entrefer axial dans lequel les masses polaires utiles sont disposées selon une couronne tandis que les aimants créant le flux magnétique sont indépendants de cellesci et placés contre leurs faces latérales, caractérisé en ce que les masses polaires utiles sont entièrement noyées à l'intérieur du volume défini par les aimants de sorte que l'essentiel de la surface latérale des masses polaires utiles recevant le flux des aimants est enserré dans ces derniers et que la valeur de cette surface latérale est notablement supérieure à la valeur de la surface utile des masses polaires en vis-à-vis de ltentrefer. 2. Inducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les masses polaires utiles et les aimants sont placés à l'intérieur d'une couronne en matériau magnétique canalisant les flux entre les aimants. 3. Inducteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couronne en matériau magnétique est réalisée par un empilage de tôles matricées. 4. Inducteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les masses polaires utiles sont de forme cylindrique ou de forme prismatique. 5. Inducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aimants sont constitués par des tubes cylindriques en matériau magnétique isotrope ou anisotrope, ou bien par des secteurs cylindriques anisotropes. 6. Inducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les aimants sont de forme prismatique et en matériau anisotrope. 7. Inducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un aimant additionnel est également placé en bout des masses polaires utiles du coté opposé à l'entrefer. 8. Inducteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une culasse magnétique annulaire est disposée contre les aimants additionnels placés en bout des masses polaires utiles.