Brevet FR2494928A1 — publié le 19820528

MOTEUR ELECTRIQUE MONOPHASE A INDUCTION La présente invention concerne les moteurs élee- triques monophasés à induction. On connaît essentiellement deux types de moteurs électriques monophasés à induction : les moteurs monophas4 à phase auxiliaire de démarrage et les moteurs à pôles fe dus (moteurs à enroulement en court-circuit). Les moteurs monophasés à phase auxiliaire de dema rage comprennent, sur le stator, outre l'enroulement prin cipal monophasé, un autre enroulement décalé électriquement de 900 relativement à l'enroulement principal. Comme cela est connu, lorsque l'enroulement auxiliaire est parcouru par des courants égaux déphasés de 900 relativement aux courants de l'enroulement principal, les forces magnétomotrices des deux enroulements créent un champ d'induction tournant le quel fournit le couple de démarrage. Le déphasage du courant dans l'enroulement auxilia (appelé également phase auxiliaire) peut être obtenu de di verses manières, par exemple en insérant un condensateur série avec l'enroulement auxiliaire. De cette façon, le courant dans la phase auxiliaire est en avance relativement au courant circulant dans l'enroulement principal. Le sta tor est du type à rainures et comporte une pluralité de vités destinées à recevoir l'enroulement principal et les roulement auxiliaire. En conséquence, les opérations de bo- binage du stator présentent une certaine complexité. Les moteurs à piles fendus comportent par contre stator du type à pâles saillants. L'enroulement est réalisé autour des pôles au moyen d'opérations de bobinage de loin plus simples que celles nécessaires pour le bobinage des moteurs à phase auxiliaire. Une partie des expansions polaires du stator est brassée par un conducteur en cuivre en court-circuit. Ceci provoque un déphasage entre le flux qui passe dans la part d'expansion polaire embrassée par le conducteur en courtcircuit et le reste du flux. On a en conséquence deux flux alternatifs dans l'entrefer déphasés dans le temps et dans l'espace comme dans les moteurs à phase auxiliaire et de ce fait une composante de champ tournant. Le couple de démarrage est ainsi non nul. Les moteurs à pôles fendus présentent une simplicité de construction notable et pour cela leur réalisation est clairement avantageuse du point de vue économique. Toutefois, les niveaux de puissance qu'on peut obtenir avec ces moteurs sont plutôt modestes. En outre, contrairement aux moteurs à phase auxiliaire, les moteurs à pôles fendus présentent un sens unique de rotation. Ceci constitue une limitation importante pour leurs applications. Pour les industries productrices de petits moteurs monophasés à induction et surtout pour les petites industries, il existe le problème de pouvoir produire économiquement avantageusement les deux types de moteurs précités. Ceci a constitué jusqu'S maintenant un probleme notable. En fait, les deux moteurs comportent des stators de types clairement différents. Comme cela a été indiqué, les moteurs à phase auxiliaire comportent des stators à rainures, tandis que les moteurs à pôles fendus ont des stators du type à pôles saillants. Pour pouvoir produire les deux types de moteurs, il est en conséquence nécessaire de disposer d'une double série d'étampes permettant de produire des tôles fines nécessaires pour la réalisation des deux types différents de stators ; en outre, il est nécessaire de disposer de machines capables d'effectuer deux types différents de bobinage : le bobinage de caractère plus complexe nécessaire pour les moteurs à phase auxiliaire et le bobinage de type beaucoup plus simple nécessaire pour la réalisation des enroulements des moteurs à pôles fendus. La présente invention a pour but de réaliser un moteur électrique monophasé à induction qui tout en conse - - vant les performances optimales au point de vue couple, q4; présentent les moteurs à phase auxiliaire, est de fabrica- tion très simple, le stator de ce moteur présentant une construction telle qu'il permet au fabricant son utils - - également pour la réalisation d'autres types de moteurs - - électriques, sans requérir le doublement de certaines ins- tallations et/ou des différenciations essentielles dans 1 BH opérations de production et de montage. Pour l'obtention du résultat ci-dessus indiqué, présente invention a pour objet un moteur électrique mo - r phasé à induction comprenant un rotor en cage d'écureuil et un stator muni d'un enroulement principal monophasé, enroulement auxiliaire de démarrage et d'un condensateur posé en série avec l'enroulement auxiliaire pour déterminer un déphasage entre les courants circulant lors du fonction- nement respectivement dans l'enroulement principal et daae- 11 enroulement auxiliaire caractérisé par le fait que le stator précité est du type à pôles saillants. Le moteur électrique selon la présente invention comporte de nombreux avantages. En premier lieu, grâce à l'invention, il est POS-: sible pour une entreprise productrice de moteurs de réa- liser des moteurs électriques monophasés soit du type à phase auxiliaire, soit du type à pôles fendus, en disposant pratiquement d'un seul type de stator. Ce dernier peut être utilisé, sauf en ce qui concerne la connexion différente des bobinages individuels enroulés autour des expansions - - polaires correspondantes du stator, soit (selon l'invention) pour la réalisation de moteurs à phase auxiliaire, soit -- - (selon la technique antérieure) pour la réalisation de moteurs à pôles fendus.Ceci permet évidemment une réduction notable en ce qui concerne l'équipement nécessaire pour la production de ces moteurs et, en conséquence, une économie plus importante dans la production. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven -tion apparattront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe dtun stator d'un motor monophasé à induction selon l'invention, à deux pôles et à phase auxiliaire - la figure 2 est un schéma explicatif du mode d'enroulement des quatre bobines du stator d'un moteur à quatre pâles fendus selon la technique connue - la figure 3 est un schéma explicatif du mode d'enroulement des bobines du stator pour un moteur selon l'invention à deux pôles et à phase auxiliaire ; et - la figure 4 est une courbe représentant le couple moteur C, porté en ordonnée, en fonction du nombre n de tours du rotor par unité de temps, porté en abscisse. Sur la figure 1, on a désigné par 1, dans son ensemble, un stator pour un moteur électrique monophasé à induction selon l'invention comprenant une pluralité de tôles fines 2 empilées et serrées de façon à constituer un empilement. Les tôles 2 dans l'exemple représenté comportent quatre expansions 2a, se-faisant face deux à deux et délimitant par leurs bords extrêmes une région inte-rne de l'es- pace destinée à loger un rotor 3, indiqué sur le dessin par un trait discontinu. Le rotor 3 est du type classique en cage d'écureuil. Autour de chacune des expansions 2a est enroulée la bobine correspondante de fil de cuivre. La construction de stator décrite ci-dessus et représentée sur la figure 1, correspond, sauf en ce qui concerne le mode de connexion des divers bobinages 4 à la construction bien connue d'un moteur "pâles fendus" à quatre pôles. Sur la figure 2 est représenté schématiquement le mode d'enroulement et de connexion des quatre bobinages 4 dans un moteur "pôles fendus" à quatre pôles. Ce sachem; correspond sensiblement à un développement linéaire du stator. Dans ce schéma, les quatre bobinages 4 sont con- nec tés en série entre eux, chaque bobinage étant lors de l'utilisation parcouru par des courants circulant en sens opposé à celui des courants des deux bobinages adjacents a Selon l'invention, dans le cas représenté d'une structure de stator à quatre expansions polaires, les bo 4 nages 4 sont enroulés et connectés entre eux de la manibre représentée sur le schéma de la figure 3.Le mode d'entre lement de chaque bobinage 4 est encore le même que celui représenté sur la figure 2 précédente, le mode de conn g des quatre bobinages étant modifié de manière à ne plus réaliser un enroulement unique à quatre pôles > mais plu de façon à réaliser un enroulement principal et un enrou- lement auxiliaire. En particulier, le premier et le troi- sième bobinage (de la gauche vers la droite sur la figure - - 3) sont destinés à être parcourus par des courants circulant en sens opposé autour des expansions polaires correspondantes et sont connectés en série entre eux pour constituer l'enroulement auxiliaire précité.Un condens - teur 5 est connecté en série avec cet enroulement et font tionne comme condensateur de démarrage. Le second et le quatrième bobinage (toujours dans - le sens de gauche à droite sur la figure 3) sont pareil lement destinés à être parcourus par des courants circu - dans des sens opposés et sont connectés en série entre de façon à constituer l'enroulement monophasé principal - L'enroulement principal et l'enroulement secondaire sont connectés entre eux à une extrémité correspondant à une borne commune 6. Le condensateur 5 comporte finalement une borne connectée à l'autre côté de l'enroulement principal Dans son principe, la structure de l'enroulement représenté sur la figure 3 correspond à la structure typique d'enroulement des bobines principale et auxiliaire d'un moteur monophasé à induction à phase auxiliaire.Toutefois; selon l'invention, les enroulements ne sont pas disposés suivant des cavités longitudinales du stator, mais sont au contraire enroulés autour d'expansions polaires de type saillant que présente le stator. La structure du stator, comme on l'a indiqué ci-dessus, correspond sensiblement à la structure du stator d'un moteur à pôles fendus. Cette caractéristique est extremement avantageuse. En fait, gracie à l'invention, il est possible, en disposant d'un seul type de construction de stator, de réaliser deux types différents de moteurs électriques monophasés à induction avec des caractéristiques et des perfor- mances différentes. En effet, lorsque les bobinages 4 du stator de la figure l sont connectés entre eux de la manière représentée sur la figure 2, on obtient un moteur du type à pôles fendus, du genre classique à quatre pôles. Lorsque les bobinages précités sont au contraire connectés entre eux selon le mode représenté sur la figure 3, il est possible avec la même structure de stator de réaliser un moteur à induction à deux pôles à phase auxiliaire. En général, il est possible selon l'invention de monter de8 moteurs monophasés à n pôles à phase auxiliaire et des moteurs à pôles fendus à 2n pôles, en utilisant essentiellement le même type de stator. Ceci permet aux entreprises constructrices de réduire considérablement l'outillage qui sinon serait nécessaire pour réaliser les deux types différents de moteurs. L'économie sur la production peut être aisément évaluée, si l'on prend en considération le fait que les deux types de moteurs conventionnels requéraient jusqu'd main tenant la réalisation de tôles minces de formes extrêmement différentes, ainsi que des opérations de bobinage également différentes.En particulier, les opérations de bobinage sont maintenant extrêmement simplifiées du que le moteur à induction à phase auxiliaire selon lXin vention comporte un stator dont les enroulements sont réa- lisés de façon beaucoup plus simple que ceux des moteurs de la technique connue. La figure 4 représente une courbe montrant l'allure du couple moteur C développé en fonction du nombre n de tours du rotor du moteur selon l'invention. En particulie- dans ce diagramme, la courbe A represente l'allure du couple C dans le cas où le stator du moteur à phase auxiliaire se lon l'invention est réalisé de manière identique aux statu des moteurs conventionnels à pôles fendus, mais ne comporte+ pas les barrettes de court-circuit (indiquées par 7 sur figure 1). Comme cela ressort du diagramme précité, la courbe du couple présente dans ce cas un minimum plutôt prononcé Lorsqu'au contraire le moteur à phase auxiliaire selon l'invention est réalisé avec un stator du type rep senté sur la figure 1, c'est-à-dire muni de barrettes 7 cuivre en court-circuit, typiques des moteurs précédents à pâles fendus, on constate une amélioration des performances mécaniques de ce moteur. bans ce cas, le couple a l'allure représentée par la courbe B sur la figure 4. On note que par rapport au cas de la courbe A précédemment décrite, le couple augmente sensiblement pour presque toutes les valeurs croissantes de n. En outre, la courbe ne pré- sente plus aucun point de minimum relatif ou de contre-arc. De préférence, l'enroulement principal et l'enrou-)l lement auxiliaire sont réalisés de manière identique et avec des quantités identiques de fil de cuivre. Le déphasage en e les courants qui, lors du fonctionnement, circulent dans ces enroulement8, peut autre obtenu comme indiqué par inser tion du condensateur 5 en série avec l'enroulement auxiliaire. En réalisant des enroulements identiques l'un à l'autre, on a constaté qu'il faut un condensateur de capacité supérieure d'environ 50 % relativement à la valeur nominale. Le déphasage nécessaire est uniquement fonction de la valeur de la capacité. Les petits moteurs ainsi réalisés peuvent être utilisés pour toutes les applications qui requièrent une pùissance mécanique d'actionnement relativement limitée. On obtient normalement des valeurs de 35 à 50 W et exceptionnellement aussi des valeurs de 100 W. Le moteur selon l'invention présente donc la simplicité de construction d'un petit moteur traditionnel à pôles fendus, mais présente simultanément les avantages des moteurs antérieurs à phase auxiliaire ou la possibilité de rotation dans les deux sens (la commutation peut titre obtenue simplement en échangeant les connexions des phases). Un autre avantage consiste dans les caractéristiques mécaniques meilleures du moteur, Il est bien entendu que le mode de réalisation cidessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Revendications 1 - Moteur électrique monophasé à induction compre- nant un rotor en cage d'écureuil et un stator muni d'un enroulement principal monophasé et d'un enroulement auxi- liaire de démarrage et d'un condensateur disposé en série avec l'enroulement auxiliaire pour déterminer un déphasage: entre les courants circulant lors du fonctionnement, res- pectivement dans l'enroulement principal et dans l'enrou- lement auxiliaire, caractérisé par le fait que le stators précité (1) est du type à pôles saillants. 2 - Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une partie de chaque expansion polaire (2a) de stator est embrassée par au moins un conducteur (7) en cuivre, en court-circuit. 3 - Moteur électrique selon l'une des revendicatio 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'enroulement prin- cipal et l'enroulement auxiliaire sont identiques.