Brevet FR2635927A1 — publié le 19900302

Machine électrique triphasée.' L'invention concerne une machine électrique triphasée, notamment un moteur à courant continu, munie d'une première partie de machine comportant un corps magnétique permanent annulaire présentant plusieurs paires de poles juxtaposées, chaque paire étant constituée par un pôle nord et un pôle sud, d'une deuxième partie de machine comportant un corps magnétique doux et au moins une bobine, corps dans lequel des dents sont formées par des fentes et munies chacune d'une face de dent pour coopérer par l'intermédiaire d'un entrefer avec l'un desdits pôles, les faces de dent présentant entre elles une même dimension tangentielle, et d'un arbre autour duquel peut tourner une partie de machine par rapport à l'autre. Une telle machine est connue comme moteur à courant continu de la demande de brevet néerlandais mise à l'inspection du public 8.401.519 (PEN 11.045; incorporée dans le présent mémoire par référence). Une réalisation du moteur connu présente un stator constitué par un paquet de lamelles en forme d'étoile présentant six membres radiaux qui débouchent dans des faces de dent statoriques qui sont situées dans une surface cylindrique imaginaire. Autour des membres sont disposées des bobines. Le rotor comprend un arbre sur lequel est disposé un corps en forme de disque qui se raccorde à une partie cylindrique entourant le stator, dont la face intérieure est munie d'un aimant annulaire ou cylindrique. L'aimant, qui est radialement magnétisé, est muni de huit pôles et coopère avec les faces de dent statoriques. Une autre forme de réalisation du moteur connu est munie d'un stator, qui comporte un paquet de lamelles en forme d'étoile présentant des membres radiaux, ces membres étant munis de faces terminales axiales qui sont utilisées comme faces de dent statoriques. Le rotor de cette forme de réalisation est muni d'un porte-rotor en forme de disque sur lequel est disposé un aimant rotorique annulaire. L'aimant rotorique est axialement magnétisé et coopère par l'intermédiaire d'un -entrefer axial avec les faces de dent statoriques. Tout comme dans la réalisation précédente, dans cette forme de réalisation, le rapport entre le nombre de pôles et le nombre de faces de dent est comme 4:3. Les paires de pôles constituées par un pôle nord et un pôle sud du moteur à courant continu connu s'étendent tangentiellement sur 360 degrés électriques. A ce sujet, il y a lieu de noter qu'il est également possible de disposer un petit espace intermédiaire entre les paires de pôles successives de façon que chaque pôle s'étende tangentiellement sur moins de 180 degrés électriques. Du reste, une telle proposition est également décrite dans la demande de brevet allemand mise à la disposition du public 31.22.049 (incorporée dans le présent mémoire par référence). Un désavantage inhérent au moteur à courant continu triphasé connu est l'apparition de couples de retenue. Un couple de retenue se produit du fait que l'énergie magnétique totale subit des variations lorsque la configuration des rainures présente entre les faces de dent et la configuration des pôles nord et sud présents se déplacent l'une par rapport à l'autre. Il est censé d'être connu que si le rotor et le stator du moteur à courant continu sont parfaitement symétriques, les fréquences de couple de retenue exprimées par le nombre de périodes par révolution correspondent au plus petit commun multiple des pôles et des dents et leurs multiples. La fréquence correspondant au plus petit commun multiple est appelée fréquence de base; les fréquences correspondant à ces multiples sont appelées des harmoniques. Dans le cas d'applications o des exigences sévères sont posées à l'uniformité de la rotation du rotor, comme par exemple dans les appareils audio et vidéo, l'apparition de couples de retenue est indésirable. Il s'est avéré que notamment la fréquence de base exerce l'influence la plus grande sur les variations de la vitesse qui se produisent et est par conséquent la plus gênante. Une méithode connue pour contrecarrer l'apparition de couples de retenue consiste à réaliser les séparations présentes entre les pôles d'une façon inclinée. Cette disposition présente l'inconvénient d'une certaine perte de flux magnétique et par conséquent d'une perte de rendement. De plus, par suite des séparations de pôle ainsi formées, il peut se produire des forces dans des directions non désirées dans certaines constructions de moteur, ce qui se traduit par exemple par du bruit. De plus, en combinaison avec le caractère incliné des séparations des pôles, il est connu de réaliser d'étroites fentes pour contrecarrer ainsi davantage l'influence du couple de retenue. Toutefois, d'étroites fentes constituent un désavantage notable en ce qui concerne la reproductibilité du moteur, notamment en ce qui concerne la disposition des bobines. L'invention vise entre autres à modifier la machine électrique mentionnée dans le préambule de façon que la fréquence de base du couple de retenue soit entièrement ou à peu près entièrement éliminée sans qu'il ne soit ainsi nécessaire de disposer les séparations des pôles d'une façon inclinée dans le corps magnétique permanent. Une machine électrique conforme à l'invention dans laquelle le nombre de pôles et le nombre de dents sont entre eux comme 4: 3 ou comme 2: 3 et qui est de préférence électroniquement commutée, est caractérisée en ce que les fentes s'étendent d'une façon tangentielle près de l'entrefer sur au moins 80 degrés électriques et au maximum 90 degrés électriques, ou sur au moins 130 degrés électriques et au maximum 150 degrés électriques. On a déterminé, par voie empirique, que dans le cas d'une dimension de fente déterminée située dans les susdites limites, la fréquence de base du couple de retenue peut être réduite au minimum. Les limites trouvées correspondent à des fentes relativement larges, vu dans la direction périphérique du moteur. Contrairement à ce qui était à prévoir on a mesuré que la fréquence de base de la tension induite dans les bobines ne s'écarte guère de la fréquence de base de la tension induite dans les bobines des moteurs à courant continu connus, dont la largeur de fente est notablement plus petite. Beaucoup de moteurs à courant continu utilisés, notamment les moteurs de plus petites dimensions, sont munis de 4, 8 ou 12 pôles et de respectivement 3, 6 ou 9 dents ou de 2 ou 6 pôles et respectivement de 3 ou 9 dents. On a constaté qu'avec ces moteurs à courant continu, des résultats optimaux s'obtiennent en ce qui concerne la suppression du couple de retenue si la machine électrique est caractérisée en ce que les fentes s'étendent tangentiellement près de l'entrefer - sur au moins 88 degrés électriques ou en ce que les fentes s'étendent près de l'entrefer sur au moins pratiquement 145 degrés électriques, cas dans lequel, suivant la réalisation du moteur, il peut se produire un étalement desdites valeurs d'environ 2 degrés électriques. Du point de vue puissance, une telle forme de réalisation de l'invention sera de préférence munie de paires de pôles qui s'étendent tangentiellement sur 360 degrés électriques. Il y a lieu de noter que du document EP 0 223 093 (incorporé dans le présent mémoire par référence), on connait un moteur à courant continu sans balais monophasé qui est muni d'un aimant rotorique présentant six pôles rotoriques et un stator coopérant avec ce dernier et muni de quatre pôles statoriques, chacun des pôles présentant une largeur angulaire ('angular width) de 60 . De plus, il y a lieu de noter que du document DE 2 208 854 (incorporé dans le présent mémoire par référence), on connait un moteur synchrone biphasé qui est muni de dix pôles rotoriques et de huit dents statoriques et qui, comme moteur pas à pas, peut effectuer des pas de 180. Bien que les moteurs connus des deux susdites publications de brevet présentent des problèmes de couple de retenue, la problématique du couple de retenue de tels moteurs est essentiellement autre que celle de la machine à courant continu triphasée que concerne la présente invention. L'invention sera expliquée à titre d'exemple en détail à l'aide d'un dessin sur lequel La figure 1 est une section longitudinale selon la ligne I-I de la figure 2 d'une première forme de réalisation de la machine électrique conforme à l'invention, la figure 2 est une coupe transversale selon la ligne II- II de la figure 1, La figure 3 est une coupe transversale d'une deuxième forme de réalisation. La figure 4 est une section longitudinale selon la ligne IV-IV de la figure 5 d'une troisième forme de réalisation, La figure 5 est une coupe transversale selon la ligne V-V de la figure 4, La figure 6 montre une coupe transversale d'une quatrième forme de réalisation, La figure 7 est un graphique donnant le couple de retenue en fonction de la positon du rotor de la forme de réalisation de la figure 1, ainsi que d'un moteur & courant continu connu présentant les mêmes dimensions, muni de 9 dents et de 12 pôles et La figure 8 est une coupe transversale d'une cinquième forme de réalisation. La forme de réalisation représentée sur les figures 1 et 2 comprend une première partie de machine 1 qui est réalisée comme rotor et qui est indiquée ci-après comme le rotor 1, ainsi qu'une deuxième partie de machine 3 qui fait office de stator et qui est indiquée ci-après comme le stator 3. Le rotor 1, qui est fixé par l'intermédiaire d'une pièce d'accouplement 2 à un arbre de moteur 5 reposant dans le stator 3, est muni d'un corps magnétique doux, par exemple en tôle, constitué par une partie en forme de disque 7 et une partie cylindrique 9, qui est disposée de façon coaxiale par rapport à l'arbre de motor 5. Sur la face intérieure de la partie cylindrique 9 est fixé un corps magnétique permanent annulaire 11. Il y a lieu de noter que par le terme annulaire, il faut entendre également le mot cylindrique. Le corps magnétique 11 est magnétisé radialement et muni de 12 pôles 13 à 24 inclus, qui présentent alternativement une polarité opposée. Les pôles sont désignés sur le dessin par les caractères N (pôles nord) et S (pôles sud). Le corps 11, qui peut être réalisé par une seule pièce annulaire, par exemple en ferrite fixée à de la matière synthétioue, présente des séparations nettes entre les pôles, pour que ces derniers s'étendent sur 180 degrés électriques dans la direction périphérique. Les séparations entre les pôles s'étendent parallèlement à l'arbre de moteur 5. Le stator 3 présente un corps magnétique doux lamellé 25, dit paquet de lamelles, qui est fixé sur une partie statorique centrale 26 et qui est muni de 9 dents statoriques centrales ou, succinctement, des dents 27 à 35 inclus autour desquelles sont enroulées les bobines 37 à 45. Les dents 27 à 35, qui s'étendent radialement, se terminent par des faces de dent 47 à inclus, qui sont situées dans une surface cylindrioue imaginaire qui es: coaxiale par rapport à l'arbre du moteur et qui-sont séparées spatialement les unes des autres par des fentes 57 à 65 inclus et qui coopèrent en régime par l'intermédiaire d'un entrefer cylindrique étrnit 67 avec les pôles 13 à 24 inclus. Dans cet exemple, lesdites fentes s'étendent tangentiellement entre les faces de dent sur 88 degrés électriques, ce qui correspond à un angle au centre A de 88/6 degrés mécaniques. En ce qui concerne sa structure, la forme de réalisation représentée su; la figure 3 est la même vue la forme de réalisation décrite ci-dessus mais elle présente de plus grandes dimensions tangentielles de fente. Du fait que les deux formes de réalisation sont étroitement liées, les parties correspondantes des deux formes de réalisation sont indiquées par les mêmes chiffres de référence. Dans la forme de réalisation de la figure 3, les fentes 57 à 65 présentent une largeur correspondant à 145 degrés électriques, mesurée entre les faces de dent 47 à 55 et près de l'entrefer 67.- Fait étonnant, on a constaté que les formes de réalisation décrites cidessus du moteur à courant continu conforme à l'invention ne sont guère gênées par la fréquence de base du couple alors que la superficie des faces de dent 47 à 55 suffit toujours pour capter de façon efficace le flux magnétique provenant du corps magnétique 11, de sorte que le moteur à courant continu présente tant une vitesse de rotation dans une large mesure constante qu'un rendement élevé. Pour illustrer la différence entre le couple de retenue de la première forme de réalisation décrite et le couple de retenue d'un moteur à courant continu connu correspondant, la figure 7 montre un diagramme dans lequel sont représentées les valeurs mesurées des deux moteurs. Sur l'axe horizontal du diagramme est posé l'angle de rotation alpha du rotor et sur l'arbre vertical est posée la grandeur des couples de retenue mesurée, la même échelle étant évidemment choisie pour les deux mesures. La caractéristique du couple de retenue du moteur à courant continu conforme à l'invention est indiquée par le caractère I et la caractéristique du couple de retenue du moteur à courant continu connu l'est par le caractère P pour une demi-révolution du rotor. Comme il ressort du diagramme, l'amplitude du couple de retenue du moteur à courant continu conforme à l'invention est notablement plus petite et par conséquent plus avantageuse que l'amplitude du couple de retenue du moteur connu. De plus, il faut déduire du diagramme que la fréquence du couple de retenue du moteur conforme à l'invention est au moins pratiquement égale au double de la fréquence du couple de retenue du moteur connu, ce qui implique que la fréquence de base du couple de retenue du moteur conforme à l'invention est à peu près entièrement éliminée. La troisième forme de réalisation représentée sur les figures 4 et 5 est en principe identique aux formes de réalisation déjà décrites en ce qui concerne le fonctionnement et les effets avantageux atteints. Il n'y a que des différences concernant la structure du moteur. La forme de réalisation représentée sur les figures 4 et 5 présente un rotor 101 présentant un arbre de moteur reposant de façon à pouvoir tourner dans un stator 103 à l'aide de paliers 102a et 102b et une partie en forme de disque 107 sur laquelle est fixé un corps magnétique axialement magnétisé 111. Le corps magnétique 111 est muni de six pôles nord (N) 113 à 118 et de six pôles sud (S) 119 à 124 inclus. Le stator 103 présente un corps magnétique doux en forme d'étoile 125, qui est muni de 9 dents 127 à 135 et de 9 bobines 137 à 145 disposées autour des dents. La face des dents située vis-à-vis du corps magnétique 111 est munie de faces de dent 147 à 155 qui se situent dans un plan pour coopérer par l'intermédiaire d'un- entrefer axial. étroit 169 avec les pôles 113 à 124. Entre les faces de dent 147 à 155 sont réalisées des fentes 157 à 165 qui, vu dans la direction tangentielle, présentent une dimension W qui correspond à 87 degrés électriques. La quatrième forme de réalisation représentée sur la figure 6 ne diffère de la forme de réalisation précédente que par le fait que les faces de dent 147 à 155 sont réalisées d'une façon plus étroite. Les fentes 157 à 165 se trouvant entre les faces de dent 147 à 155 s'étendent de façon tangentielle sur degrés électriques. La figure 8 montre une forme de réalisation de la machine électrique conforme à l'invention, qui est munie d'un stator 201 présentant neuf dents statoriques 203 et d'un rotor 205 présentant six pâles magnétiques 207. Les dents 203 présentent chacune une face de dent 209 qui s'étend tangentiellement sur 11,3 degrés mécaniques. Entre les faces de dent 209 se trouvent des fentes 211 qui s'étendent tangentiellement sur 86 degrés électriques. Toutes les formes de réalisation représentées peuvent être réalisées pour un prix de revient avantageux, elles ont une longue durée de vie et présentent un rendement élevé accompagné d'une vitesse de rotation dans une large mesure constante. Bien qu'on ait représenté des formes de réalisation triphasées présentant 9 dents statoriques et 12 pâles rotoriques, l'invention n'est pas limitée à ces nombres. D'autres combinaisons de dents et de pâles sont possibles, le nombre de pôles et le nombre de dents étant entre eux comme 4: 3 ou comme 2: 3. De plus, il y a lieu de noter que dans le cadre de la présente invention, il est possible de disposer les dents sur le rotor et les pôles sur le stator. REVENDICATIONS: 1. Machine électrique triphasée, notamment un moteur à courant continu, munie - d'une première partie de machine comportant un corps magnétique permanent annulaire présentant plusieurs paires de pâles juxtaposées, chaque paire étant constituée par un pôle nord et un pâle sud, - d'une deuxième partie de machine comportant un corps magnétique doux et au moins une bobine, corps dans lequel des dents sont formées par des fentes et munies chacune d'une face de dent pour coopérer par l'intermédiaire d'un- entrefer avec.- l'un desdits pâles, les faces de dent présentant entre elles une même dimension tangentielle, et le nombre de pâles et le nombre de dents étant entre eux comme 4: 3, et - d'un arbre autour duquel peut tourner une partie de machine par rapport à l'autre, caractérisée en ce que les fentes s'étendent tangentiellexent, près de l'entrefer. sur au moins 80 degrés électriques et au maximum 90 électriques. 2. Machine électrique triphasée, notamment un moteur à courant continu munie - d'une première partie de machine comportant un corps magnétique permanent annulaire présentant plusieurs paires de pâles juxtaposées, chaque paire étant constituée par un pâle nord et un pâle sud, - d'une deuxième partie de machine comportant un corps magnétique doux et au moins une bobine, corps dans lequel des dents sont formées par des fentes et munies chacune d'une face de dent pour coopérer par l'intermédiaire d'un.entrefer avec l'un desdits pâles, les faces de dent présentant entre elles une même dimension tangentielle, le nombre de pâles et le nombre de dents étant entre eux comme 4: 3 et - d'un arbre de machine autour duquel peut tourner une partie de machine par rapport à l'autre, caractérisée en ce que les fentes s'étendent tangentiellement, près de l'entrefer sur au moins 130 degrés électriques et au maximum 150 degrés électriques. 3. Machine électrique triphasée, notamment un moteur à courant continu, munie - d'une première partie de machine comportant un corps magnétique permanent annulaire présentant plusieurs paires de pôles juxtaposées, chaque paire étant constituée par un pôle nord et un pôle sud, - d'une deuxième partie de machine, munie d'un corps magnétique doux et au moins une bobine, corps dans lequel des dents sont formées par des fentes-- et munies chacune d'une face de dent pour coopérer, par l'intermédiaire d'un entrefert avec l'un desdits pôles, les faces de dent présentant entre elles une même dimension tangentielle, et - d'un arbre de machine autour duquel peut tourner une partie de machine par rapport à l'autre, caractérisée en ce que le nombre de pôles et le nombre de dents sont entre eux comme 2: 3, les fentes s'étendant tangentiellement près de l'entrefer sur au moins 80 degrés électriques et au maximum 90 degrés électriques. 4. Machine électrique triphasée, notamment un moteur à courant continu, munie - d'une première partie de machine comportant un corps magnétique permanent annulaire présentant plusieurs paires de pôles juxtaposées, chaque paire étant constituée par un pôle nord et un pôle sud, - d'une deuxième partie de machine comportant un corps magnétique doux et au moins une bobine, corps dans lequel des dents sont formées par des fentes et munies chacune d'une face de dent. pour coopérer par l'intermédiaire d'un entrefer avec l'un desdits pôles, les faces de dent présentant entre -elies une même dimension tangentielle, et - d'un arbre de machine autour duquel peut tourner une partie de machine par rapport à l'autre, caractérisée en ce que le nombre de pôles et le nombre de dents sont entre eux comme 2: 3, les fentes s'étendant tangentiellement près de.l-'entrefer sur au moins 130 degrés électriques et au maximum 150 degrés électriques. 5. Machine électrique selon la revendication 1 ou 3, caractérisée en ce que les fentes s'étendent tangentiellement près de l'entrefer sur au moins 86 degrés électriques et au maximum 90 degrés électriques. 6. Machine électrique selon la revendication 2 ou 4, caractérisée en ce que les fentes s'étendent tangentiellement près de -l'entrefer sur au moins 143 degrés électriques et au maximum 147 degrés électriques