Brevet FR2596217A3 — publié le 19870925

FR 2596217 A3 19870925 FR 8700325 A 19870114 Titre : MOTEUR MONOPHASE. L'invention part d'un moteur monophasé comportant un rotor formant aimant permanent et un stator excité électriquement par un champ alternatif électrique. Dans le cas d'un moteur monophasé connu de ce type (DE-OS 34 20 370), pour obtenir un moment de rotation au démarrage, l'entrefer entre le rotor et les pôles du stator a une forme asymétrique de façon telle qu'il va en s' accroissant en direction de l'extrémité polaire du stator, en sens opposé au sens de rotation désiré. Par ce moyen, le rotor formant aimant permanent se trouve dans une position de repos dans laquelle l'alignement du champ du rotor excité par l'aimant permanent est différent de la direction de la magnétisation du stator, ce qui, lors de la mise en circuit du moteur monophasé, fait apparaitre un petit moment de démarrage dans le sens de rotation désiré. Mais l'asymétrie des pôles du stator nécessite une dépense de fabrication élevée. Le moteur monophasé conforme à l'invention, caractérisé en ce que le rotor formant aimant permanent présente deux disques formant aimant permanent montés, sans possibilité de rotation relative, sur l'arbre du rotor à une certaine distance axiale l'un de l'autre et présentant des directions de magnétisation dirigées transversalement par rapport à l'axe du rotor et parallèles l'une à l'autre; et présente également un pole auxiliaire en fer doux qui est disposé, sans possibilité de rotation relative, entre les disques formant aimant permanent et dont l'axe longitudinal a tourné d'un angle aigu autour de l'axe du rotor par rapport aux directions de magnétisation des disques formant aimant permanent, présente,par contre,l'avantage qu'une fabrication spéciale du stator disparait et que bien plutôtvon peut employer des stators traditionnels et économiques de ce que l'on appelle des moteurs universels. Grâce à la structure, conforme à l'invention, du rotor, on produit un moment auxiliaire de réluctance qui garantit le démarrage du rotor. Une forme d'exécution avantageuse de l'invention se caractérise en ce que les deux disques formant aimant permanent dépassent respectivement, dans la direction axiale, au-delà de l'extrémité frontale du stator. Grâce à cette mesure, on met à contribution, pour produire le moment de rotation, les champs de bordure du flux magnétique produit par le stator, de sorte que la réduction de la zone formant aimant permanent par le pôle auxiliaire en fer doux nta pas pour conséquence une réduction du moment de rotation. Une forme d'exécution avantageuse de l'invention se caractérise en ce que le stator porte des pôles prononcés qui sont conçus de façon telle que les entrefers qui subsistent entre les pôles et les disques forant aimant permanent ont une forme symétrique à l'axe polaire des pôles; et en ce que chaque entrefer va en s'accroissant, dans la direction périphérique, jusqu'aux deux extrémités d'un pôle du stator. Cette forme de stator est répandue le plus largement dans le cas des moteurs universels. Une forme d'exécution avantageuse de l'invention se caractérise en ce que le rotor formant aimant permanent estentourépar un rotor intermédiaire cylindrique creux qui tourne librement, indépendamment du rotor formant aimant permanent, dans l'entrefer situé entre le rotor formant aimant permanent et le stator; et en ce qu'il est relié, sans possibilité de rotation relative, à un arbre de sortie; et en ce que l'arbre du rotor est conçu cylindrique creux et tourillonne librement sur l'arbre de sortie. Grâce au rotor intermédiaire, connu en soi, le démarrage du rotor est garanti malgré des moments résistants assez importants sur l'arbre de sortie du moteur. Le rotor formant aimant permanent n est pas sollicité par le moment résistant qui attaque l'arbre de sortie, de sorte que le moteur peut accélérer avec son moment de démarrage relativement petit par rapport au moment résistant. Lorsque le rotor tourne, il se produit alors un champ tournant qui induit un courant dans le rotor intermédiaire, que le moment résistant attaque, et qui met celui-ci en rotation. Le rotor intermédiaire tourne de façon asynchrone avec un glissement qui est fonction du moment résistant. On a expliqué en détail l'invention dans la description suivante à l'aide de deux dessins d'exécution représentés sur le dessin. - La figure 1 est une vue latérale d'un moteur monophasé, - la figure 2 représente,en extrait, une vue du moteur selon la flèche II de la figure 1, l'aile gauche du stator étant enlevée, - la figure 3 est un dessin éclaté du rotor du moteur des figures 1 et 2, - la figure 4 représente,en extrait, une coupe longitudinale selon la flèche IV-IV de la figure 1 d'un moteur monophasé conforme à un autre exemple d'exécution. La figure 1 représente un moteur monophasé comme on en emploie, par exemple, pour les pompes d'une machine à laver ou pour un ventilateur. Le moteur présente un rotor formant aimant permanent lO-et un stator 11 excité électromagnétiquement par un champ alternatif électrique. Le stator 11 présente deux ailes 12, 13 qui sont réunies l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une culasse 14 et que l'on a mises en forme de pôles de stator prononcés 15,16 qui sont diamétralement situés en face l'un de l'autre sur le rotor 10 en réservant respectivement un entrefer 17,18.Les pôles du stator 15,16 y sont conçus de façon telle que les deux entefers 17,18 sont symétriques par rapport à l'axe polaire des pôles du stator 15,16 et vont en s'accroissant dans la direction prériphérique vers les deux extrémités de chacun des pôles du stator 15 et 16. Sur la culasse 14 est rapporté un bobinage 19 pour courant alternatif monophasé qui, lorsque l'on applique un courant alternatif dans le stator 11, produit un champ alternatif magnétique qui traverse le rotor 10 et les entrefers 17,18 à chaque pôle du stator 15,16. Bien entendu, le stator 11 est réalisé en stratifie à partir d'un paquet de tôles, comme on peut le voir sur la figure 2. Le rotor formant aimant permanent 10 présente un arbre de rotor 20 qui tourillonne dans des paliers non représentés. Sur l'arbre de rotor 20 sont montés, sans possibilité de rotation relative, à une certaine distance axiale l'un de l'autre, deux disques formant aimant permanent 21,22 dont les directions de magnétisation sont alignées parallèlement l'une à l'autre et transversalement par rapport à l'axe du rotor 20. Les directions de magnétisation des deux disques formant aimant permanent 21,22 sont symbolisées sur la figure 2 par des flèches 23,24. Entre les deux disques formantaimant permanent 21,22 est fixé un pôle auxiliaire en fer doux 25, sans possibilité de rotation par rapport aux disques formant aimant permanent 21,22.Le pôle auxiliaire en fer doux 25, dont on peut bien voir la forme sur la figure 3, y est fixé sur l'arbre du rotor 20 de façon telle que son axe longitudinal 26 est incliné d'un angle a (figure 3) par rapport aux directions de magnétisation 23,24 des disques formant aimant permanent. L'angle a est inférieur à 900. Comme on le voit nettement sur la figure 2, la longueur axiale du rotor 10 est suDériere à celle stator 11, de sorte que les deux disques 21,22 formant aimant permanent dépassent respectivement, dans la direction axiale, au-delà de l'extrémité frontale du stator 11. La figure 4 représente, en extrait et en coupe longitudinale, un autre exemple d'exécution d'un moteur monophasé. La coupe longitudinale choisie y correspond à une coupe du moteur telle qu'elle est déterminée sur la figure 1 par les lignes de coupe IV-IV. Dans la mesure où des composants coincident avec les composants du moteur de la figure 1, ils sont munis du même chiffre de référence mais augmenté de 100. Le rotor 110 du moteur de la figure 4 est réalisé de même façon que le rotor du moteur des figures 1 - 3. Les disques formant aimant permanent sont désignés par 121 et 122 et sont montés, sans possibilité de rotation relative, sur l'arbre du moteur 120. C'est également sans possibilité de rotation relative qu'est réuni à l'arbre du rotor 120 le pôle auxiliaire en fer doux 125 dont l'axe longitudinal est à nouveau incliné d'un angle aigu par rapport à la direction de magnétisation des disques formant aimant permanent 121 et 122. Le stator 111 est à nouveau constitué de deux ailes qui sont réunies par une culasse et dont on ne peut voir que l'aile 112 avec le pôle prononcé 115 du stator. L'arbre du rotor 120 tourillonne librement sur un arbre de sortie 127 qui tourillonne lui-même librement dans deux paliers 129 montés dans le carter du moteur 128. A l'arbre de sortie 120, au moyen d'une goupille 131 qui traverse l'arbre de sortie 127, est réuni, sans possibilité de rotation relative, un rotor intermédiaire 132 en forme de boisseau qui entoure le rotor formant aimant permanent 110 et qui tourne librement par rapport au rotor formant aimant permanent 110 dans les entrefers qui existent entre les pôles du stator et le rotor formant aimant permanent 110 et dont on ne voit, sur la figure 4 que l'entrefer 117. Le rotor en forme de boisseau 132 est en cuivre. Entre le rotor formant aimant permanent 110 et le rotor intermédiaire 132 est indiquée une roue libre qui agit comme dispositif de verrouillage du sens de rotation et dont on peut voir les deux cliquets de verrouillage 133 et 134 qui sont en liaison positive 'un avec l'autre et qui sont respectivement fixés sur le rotor intermédiaire 132 et sur le rotor formant aimant permanent llQX Un tel dispositif de verrouillage du sens de rotation est décrit en détail dans le document DE-OS 34 20 370 de sorte que l'on peut y renoncer ici. Dans le cas du moteur de la figure 4, le moment résistant attaque l'arbre de sortie 127 et l'arbre du rotor 120 n'est pas sollicité par le moment résistant. Âpres mise en circuit du bobinage du courant alternatif monophasé qui est disposé, de la même façon que sur la figure 1, sur la culasse du stator 111, le rotor formant aimant permanent peut démarrer par suite du moment auxiliaire de réluctance produit par le pôle auxiliaire en fer doux 125. Le rotor formant aimant permanent 110 y accélère jusqu'à la vitesse de rotation synchrone qui, dans le cas d'une réalisation bipolaire du stator 111 et du rotor 110 et d'une fréquence de réseau de 50 Hz, en bobinage à courant alternatif, atteint 3000 tours/minute.Lorsque le rotor formant aimant permanent 110 tourne, il se produit un champ tournant qui induit des courants dans le rotor intermédiaire 132 et entraine ce rotor en rotation. Le rotor intermédiaire 132 tourne de façon asynchrone par rapport au champ tournant produit par le rotor formant aimant permanent 110. Le glissement y dépend de la valeur du moment résistant qui attaque l'arbre de sortie 127. La vitesse de rotation du rotor intermédiaire 132 est toujours inférieure, de la valeur de ce glissement, à la vitesse de rotation synchrone du rotor formant aimant permanent 110. Les moteurs monophasés décrits peuvent également être entrainés par une tension continue si on dispose un onduleur à transistor entre le réseau à tension continue et le bobinage à courant alternatif monophasé. La tension ondulée que l'on amène alors au bobinage à courant alternatif monophasé a ici une forme rectangulaire et une fréquence variable ou fixe. L'avantage d'une telle exploitation en tension continue réside dans le fait que l'on peut librement choisir la vitesse de rotation qui ntest pas liée à la fréquence du réseau. Dans le cas de l'exploitation du moteur monophasé sous une tension continue avec un onduleur à transistor, il faut prendre soin que l'instant de mise en circuit de l'onduleur à transistor soit toujours synchronisé avec la position du rotor formant aimant permanent 110. Il est avantageux dans ce but, d'avoir un détecteur magnétique, par exemple un élément Hall ou une magnétorésistance qui soit disposée de façon à être essentiellement pilotée par le champ magnétique permanent du rotor formant aimant permanent 110. On obtiens comme avantage d'un tel pilotage, un sens de rotation défini du moteur monophasé. REVENDICATIONS 1. Moteur monophasé comportant un rotor formant aimant permanent et un stator excité électromagnétiquement par un champ alternatif électrique, caractérisé en ce que le rotor formant aimant permanent (10;110) présente deux disques formant aimant permanent (21,22;121,122) montés, sans possibilité de rotation relative, sur l'arbre du rotor (20;120) à une certaine distance axiale l'un de l'autre et présentant des directions de magnétisation (23,24) dirigées transversalement par rapport à l'axe du rotor et parallèles l'une à l'autre; et présente également un pôle auxiliaire en fer doux (25;125) qui est disposé, sans possibilité de rotation relative, entre les disques formant aimant permanent (21,22;121,122) et dont l'axe longitudinal (26) a tourné d'un angle aigu (a) autour de l'axe du rotor par rapport aux directions de magnétisation (23,24) des disques formant aimant permanent (21,22; 121,122). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux disques formant aimant permanent (21,22) dépassent respectivement, dans la direction axiale, au-delà de l'extrémité frontale du stator (11). 3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le stator (11) porte des pôles prononcés (15,16) qui sont conçus de façon telle que les entrefers (17,18) qui subsistent entre les pâles (15,16) et les disques formant aimant permanent (21,22) ont une forme symétrique par rapport à l'axe polaire des pôles (15,16). 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque entrefer (17,18) va en s'accroissant, dans la direction périphérique, jusqu'aux deux extrémités d'un pôle (15,16) du stator (11). 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1-4, caractérisé en ce que le rotor formant aimant permanent (110) est entouré par un rotor intermédiaire cylindrique creux (132) qui tourne librement, indépendamment du rotor formant aimant permanent (110), dans l'entrefer (117) situé entre le rotor formant aimant permanent (110) et le stator (111); et en ce qu'il est relié, sans possibilité de rotation relative, à un arbre de sortie (127); et en ce que l'arbre du rotor (120) est conçu cylindrique creux et tourillonne librement sur l'arbre de sortie (127).