Brevet FR2529028A1 — publié le 19831223

La présente invention concerne des machines dynamo-électriques tournantes et elle a trait plus particu- lièrement à un procédé pour réduire l'effet perturbateur d'ondulation à leur sortie. Des tachymètres à courant continu, en particulier ceux qui sont utilisés dans des servo-systèmes de réglage de vitesse, doivent théoriquement fournir un signal de sortie filtré proportionnel à la vitesse et ne comportant aucune ondulation Malheureusement, une composante d'ondu- lation sensible existe toujours à une fréquence correspondant à la fréquence des encoches, c'est-à-dire la fréquence correspondant au mouvement des encoches d'induit devant un point particulier du stator Pour éviter une instabilité d'autres problèmes dans la servo-boucle, on doit limiter la largeur de bande du servo-àmplificateur de façon à éliminer ou atténuer en toute sécurité la fréquence d'ondulation dans la gamme de marche normale du système Il en résulte que la fréquence de la composante d'ondulation limite la fréquence du servo-système. Des moteurs à courant continu présentent de façon semblable à la sortie une composante d'ondulation qui apparait sous la forme d'un couple oscillant à la sortie du moteur Si le moteur fait partie du servo-système, le couple oscillant affecte souvent la vitesse et en conséquence il est reproduit dans le signal de correction de vitesse appliqué à la servoboucle La composante de couple oscillant est en général indésirable puisqu'elle a tendance à créer une oscillation indésirable dans le couple de sortie du moteur. L'invention a pour but de créer un tachymètre ou un moteur dans lequel la composante d'ondulation apparaît sous une forme ayant moins d'effet perturbateur que dans des machines dynamo-électriques connues. La présente invention concerne une machine dynamo-électrique comprenant un rotor pourvu d'encoches à enroulements, des enroulements placés dans lesdites encoches et des moyens collecteurs reliés auxdits enroule- ments, ainsi qu'un stator comprenant des pôles à aimants permanents, la machine étant caractérisée en ce qu'au moins une face de pôle à aimant permanent est profilée de façon à former un entrefer non uniforme par rapport audit rotor et en ce qu'au moins une face de pôle est pourvue d'un pôle conséquent couvrant sur la surface dudit rotor une distance qui est différente du pas correspondant à un nombre entier d'encoches. Dans des tachymètres ou motors construits conformément à la présente invention, la composante d'ondu- lation prédominante est décalée supérieurement en fréquence et en conséquence elle a moins d'effet perturbateur sur la marche du système. Dans un servo-système de réglage de vitesse, la bande passante de l'amplificateur est généralement définie de manière à être inférieure en toute sécurité à la fréquence d'ondulation prédominante se manifestant dans la sortie normale du tachymètre Il en résulte que la fréquence d'ondulation limite la bande passante d'amplifica- teur et par conséquent la réponse enfréquence du servo- système Un décalage vers le haut de la fréquence de la composante d'ondulation permet d'augmenter la bande passante d'amplificateur et par conséquent d'obtenir une plus haute réponse en fréquence dans le servosystème En conséquence, par un décalage de la fréquence de la composante d'ondulation vers le haut, on diminue l'effet perturbateur de la compo- sante d'ondulation. De la même façon il est souhaitable, dans des moteurs, de décaler vers le haut la fréquence du couple oscillant En général, des moteurs électriques réagissent moins mécaniquement à un couple oscillant à des fréquences élevées et il en résulte que le couple oscillant a moins d'effet perturbateur à mesure que la fréquence augmente. Egalement dans des servo-systèmes, lorsque la fréquence du couple oscillant augmente, la bande passante du servo- amplificateur peut être augmentée puisque l'influence sur le signal de correction de la servo-boucle se manifeste à une fréquence plus élevée. Le tachymètre ou moteur à courant continu conforme à la présente invention est construit en utilisant un ensemble de stator à blocs magnétiques et pôles secon- daires de façon à produire le champ magnétique Les blocs magnétiques forment des faces polaires plates créant un entrefer non uniforme par rapport à l'induit Les faces des pôles secondaires sont profilées de manière à établir un entrefer essentiellement uniforme par rapport à l'induit. Les pôles secondaires couvrent une distance correspondant à un nombre non entier d'encoches De préférence les pôles secondaires couvrent chacun une partie de l'induit corres- pondant à un nombre entier d'encoches plus la moitié d'une largeur d'encoche Le nombre d'encoches intervenant dans l'induit est impair. De façon surprenante, cette combinaison de paramètres permet d'obtenir une composante d'ondulation prédominante pour le double de la fréquence normale d'enco- ches Bien qu'on ne comprenne pas parfaitement la raison du décalage supérieur de la fréquence de la composante d'ondulation, il apparaît que cela résulte d'un décalage du centre effectif résultant des pôles secondaires à une allure qui est fonction de la vitesse de déplacement des encoches de l'induit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif,-en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe d'un tachymètre construit conformément à l'invention et dans lequel une partie des enroulements d'induit ont été enlevés pour clarifier le dessin, - la figure 2 est une représentation semblable du tachymètre conforme à l'invention, dans lequel l'induit est représenté avancé de la moitié d'un pas d'encoche. Le tachymètre représenté sur la figure 1 comprend un induit tournant 10 et un stator 20 Le stator 20 établit le champ magnétique pour le tachymètre. Pour simplifier le dessin, le rotor est représen- té avec la majeure partie des enroulements d'induit enlevés pour exposer les encoches d'induit 11 Le noyau d'induit 12 est formé d'un matériau magnétique, typiquement de l'acier feuilleté Les tôles feuilletées sont estampées avec un profil permettant de créer un nombre impair d'encoches il. L'induit spécifiquement représenté sur la figure 1 comporte 33 encoches 11 Les enroulements d'induit correspondent à une configuration à quatre pôles et à bobinage ondulé et ils sont reliés à un collecteur ( non représenté) d'une manière classique. La structure de stator comprend deux blocs magnétiques 21 et 22 qui sont des aimants permanents posi- tionnés de façon à créer un pôle nord sur le côté dirigé vers l'induit 10 et un pôle sud sur le côté opposé Les aimants sont montés dans un anneau 24 formé d'un matériau magnétique et profilé de façon à créer deux pièces de pôles secondaires 26 et 27 Avec cet agencement, les aimants permanents forment les faces polaires nord tandis que les pièces de pôles secondaires 26 et 27 forment les faces polaires sud. Les aimants permanents 21 et 22 peuvent être de tout type approprié Puisque les aimants se présentent sous la forme d'un simple bloc et n'ont pas des formes compliquées, on peut aisément utiliser des aimants constitués de matériaux qui sont difficiles à profiler ou à usiner Des aimants en cobalt-samarium de haute énergie donnent d'excellents résul- tats Les entrefers associés aux faces polaires planes existant sur les surfaces des aimants 21 et 22 sont inten- tionnellement non uniformes, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas profilés de manière à épouser la forme de la surface incurvée de l'induit Il en résulte que la densité de flux dans l'entrefer est maximale au centre des aimants et diminue en direction des extrémités desdits aimants. D'autre part, les pôles secondaires sont profilés de manière à créer un entrefer essentiellement uniforme sur la portée de la face polaire En outre les largeurs des faces polaires des pôles secondaires sont intentionnellement diffé- rentes de la distance correspondant à un nombre entier d'encoches Sur la figure 1 par exemple, le bord supérieur de la pièce polaire 26 est aligné avec le centre de la dent tandis que le bord inférieur de la même pièce polaire est aligné avec l'encoche existant entre les dents 16 et 17. En conséquence la face polaire couvre une partie de la surface d'induit correspondant à cinq encoches et demi De même la pièce polaire 27 comporte un bord supérieur aligné avec le centre de la dent 18 tandis que le bord inférieur est aligné avec la dent 19 adjacente à l'encoche et en conséquence cette face de pôle secondaire couvre de la même façon les distances correspondant à cinq encoches et demi de l'induit. Normalement, un signal de sortie d'un tachymètre à courant continu comprend une composante d'ondulation prédo- minante correspondant à la fréquence d'encoches, c'est-à-dire la fréquence correspondant à la cadence à laquelle les encoches passent devant un point particulier du stator. Cependant lorsqu'un tachymètre construit conformément à ce qui a été décrit ci-dessus a été contrôlé, on a trouvé de façon surprenante que la composante d'ondulation prédominante était égale au double de la fréquence d'encoches. On ne connaît pas exactement la raison de ce décalage inattendu de la fréquence vers le haut Cependant il apparait qu'il est imputable à la manière dont le centre effectif résultant des pôles secondaires se déplace pendant le fonctionnement du tachymètre Cela peut être mieux compris par une comparaison des figures 1 et 2 qui montrent l'induit dans des positions décalées l'une par rapport à l'autre d'un demi-pas d'encoches. Pour la position d'induit représentée sur la fig 1, les dents 15 et 18 de l'induit sont centrées en dessous des bords des pièces de pôles secondaires respectives. Les dents 16 et 19 du rotor sont complètement couvertes par les faces de pôle secondaire Dans cette position, le trajet de flux magnétique-entre la face polaire et les dents d'induit est tel que le centre résultant du pôle secondaire soit décalé vers le haut en direction des dents 15 et 18. Sur la figure 2, on a représenté l'induit avancé d'un demi-pas d'encoches La dent 18 est maintenant complète- ment couverte par la face polaire tandis que la dent 19 a avancé et est maintenant seulement couverte à moitié par la face polaire De l'autre côté, la dent 17 est mainte- nant couverte de moitié par la face polaire tandis que la dent 15 est complètement sortie de dessous la face polaire. Dans cette position, les centres résultants des pôles secon- daires se sont déplacés vers le bas en direction des dents 17 et 19. On peut voir par conséquent que les centres effectifs résultants des pôles secondaires se déplacent vers le haut et vers le bas à l'unisson lors de la rotation de l'induit On estime que ce mouvement des centres effectifs résultants des pôles secondaires a pour effet de décaler vers le haut la fréquence de la composante d'ondulation prédominante apparaissant dans le signal de sortie du tachy- mètre. Bien que la description donnée ci-dessus ait été faite en référence à un tachymètre, des moteurs à courant continu peuvent être agencés d'une manière semblable Pour un moteur, au lieu qu'il se produise un décalage vers le haut de la fréquence d'ondulation prédominante dans la tension de sortie, le décalage vers le haut se manifeste dans le couple oscillant prédominant apparaissant à la sortie du moteur. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Machine dynamo-électrique comprenant un rotor comportant des encoches pour enroulements, des enroulements d'induit logés dans lesdites encoches et un moyen collecteur relié auxdits enroulements, ainsi qu'un stator comportant des pôles à aimants permanents, caractérisée en ce qu'au moins une face polaire d'aimant permanent ( 21, 22) est profilée de façon à former un entrefer non uniforme par rapport audit rotor ( 10) et en ce qu'au moins une face polaire ( 26, 27) est pourvue d'un pôle secondaire couvrant sur la surface dudit rotor ( 10) une distance qui est différente du pas correspondant à un nombre entier d'encoches ( 11). 2 Machine dynamo-électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le stator ( 20) comprend au moins un aimant permanent ( 21, 22). 3 Machine dynamo-électrique selon l'une des reven- dications 1 et 2, caractérisée en ce que le ou les aimants permanents ( 21, 22) se présentent sous la forme d'un bloc établissant une surface plate de face polaire de manière à créer ledit entrefer non uniforme par rapport audit rotor ( 10). 4 Machine dynamo-électrique selon l'une des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce que le ou les aimants permanents ( 21, 22) sont couplés avec le ou les pôles secon- daires ( 26, 27) par un matériau magnétique. Machine dynamo-électrique selon l'une des reven- dications 1 à 4, caractérisée en ce que le ou les pôles secon- daires ( 26, 27) forment un entrefer essentiellement uniforme par rapport audit rotor ( 10). 6 Machine dynamo-électrique selon l'une des reven- dications 1 à 5, caractérisée en ce que le rotor ( 10) comprend un nombre impair d'encoches à enroulements ( 11) et en ce que le moyen collecteur relié auxdits enroulements et au moins une face polaire forment un entrefer non uniforme par rapport audit rotor tandis qu'une face polaire forme un entrefer uniforme par rapport audit rotor.