Brevet FR2672745A1 — publié le 19920814

La présente invention concerne un moteur asyn- chrone à enroulements de stator et de rotor placés dans des rainures, au moins un des enroulements étant un en- roulement coulé, les rainures du stator et celles du rotor étant inclinées les unes par rapport aux autres. L'invention concerne également un procédé de fabrication du stator et/ou du rotor d'un moteur asynchrone dont les enroulements de stator et de rotor sont placés dans des rainures, au moins un des enroulements étant coulé, les rainures du stator et celles du rotor étant inclinées les unes par rapport aux autres. Il est bien connu qu'un moteur à cage d'écu- reuil ordinaire possède un couple élevé de fonctionne- ment en générateur, qui est le couple freinant le moteur lorsqu'il tourne dans le sens normal à une vitesse supé- rieure au synchronisme, avec un glissement négatif Dans le cas des moteurs à cage d'écureuil à vitesse unique, cette situation se produit rarement mais elle est fré- quente dans le cas des moteurs à changement de pôles. Dans les moteurs à changement de pôles,un couple de gé- nérateur se produit typiquement, par exemple dans les moteurs de translation et de levage de grues, dans les- quels l'effet de freinage du couple de fonctionnement en générateur est utilisé pour les transitions d'une plus grande vitesse à une plus petite vitesse Un fort couple de générateur est également un inconvénient car il faut en tenir compte par exemple dans le dimensionnement des engrenages Un fort couple de générateur peut également provoquer une décélération trop grande. On peut réduire un couple de générateur exces- sif par réglage de la tension de stator au moyen de di- vers régulateurs pendant la période o un couple de géné- rateur est présent. On peut également utiliser la structure du mo- teur pour agir sur la grandeur du couple de fonctionne- ment en générateur et sur la vitesse de rotation à laquelle se produit le couple de générateur maximal Une des solutions déjà connues pour réduire le couple de gé- nérateur consiste à augmenter le nombre de spires des en- roulements du stator ou du rotor. De façon similaire, on peut utiliser le profil de section des rainures du stator ou du rotor pour agir sur la grandeur du couple de générateur Toutefois, dans le cas de petits moteurs, on ne peut pas obtenir une profondeur suffisante des rainures, du fait de la petite dimension du moteur. De façon connue, on peut également utiliser l'inclinaison des rainures comme moyen de réglage de la grandeur du couple de générateur et de la vitesse de ro- tation à laquelle se produit un couple de générateur ma- ximal Un changement de l'inclinaison des rainures agit également sur la grandeur du glissement pour le fonction- nement en moteur Un fort glissement de moteur est un inconvénient dans le cas de moteurs d'entraînement tra- vaillant en parallèle dans les mécanismes de translation ou de levage, car il en résulte un décalage de la grue ou de sa charge. L'inclinaison des rainures dans le présent con- texte désigne l'inclinaison des rainures exprimée en pour- centage du pas polaire Dans les solutions déjà connues, l'inclinaison des rainures, dans le cas de moteurs à cage d'écureuil, est au maximum de 40 % environ du pas polaire. Dans les moteurs comportant des enroulements coulés, on n'a pas utilisé d'inclinaisons de rainures dépassant cette valeur pour une fonction de modification du couple de fonctionnement en générateur L'inclinaison normale des rainures, c'est-à-dire une inclinaison de % environ, a été utilisée dans les moteurs à enroule- ments coulés seulement pour réduire le niveau de bruit et les couples d'harmoniques supérieurs du moteur et amé- liorer les performances du moteur. Les conditions indiquées ci-dessus constituent une limitation de l'utilisation de moteurs à changement de pâles à enroulements coulés. La présente invention permet de réduire le cou- ple de fonctionnement en générateur des moteurs asynchro- nes à enroulements de stator/rotor coulés, sans modifier notablement le glissement pour le fonctionnement en moteur. Comme indiqué dans les revendications annexées, l'invention est caractérisée en ce que les noyaux de sta- tor et de rotor comportent des rainures très inclinées, c'est-à-dire à 60 90 % environ du pas polaire les unes par rapport aux autres, et en ce que, après la coulée des enroulements, on soumet le stator et/ou le rotor à un trai- tement thermique pour permettre à l'effet de l'inclinaison des rainures de se manifester Le traitement thermique consiste à chauffer le stator et/ou le rotor à une tem- pérature élevée, puis à le refroidir rapidement. Dans un moteur construit conformément à l'in- vention, le couple générateur est réduit tandis que le glissement reste sensiblement inchangé. Physiquement, le traitement thermique a pour ef- fet de détacher convenablement l'enroulement coulé de l'en- semble des enroulements, du fait de l'allongement produit par le chauffage et de la contraction produite par le re- froidissement. Un mode de mise en oeuvre de l'invention est caractérisé en ce que les parois et les fonds des rainu- res d'enroulements de stator/rotor, qui ont une inclinai- son exceptionnelle de 60 90 % environ du pas polaire les unes par rapport aux autres, sont pourvues d'une iso- lation résistant à la chaleur, avant la coulée des en- roulements. Ce mode de réalisation régularise le traitement thermique L'utilisation d'une mince couche de matière isolante entre la paroi de la rainure et l'enroulement coulé parmet de détacher convenablement l'enroulement coulé de la rainure Par conséquent, les forces exer- cées sur l'enroulement coulé en raison de la dilatation thermique sont réduites, ce qui a pour effet de réduire les risques de cassure de l'enroulement du fait du trai- tement thermique Un autre avantage de ce mode de réali- sation est que, après le traitement thermique, les bar- reaux coulés restent dans un état davantage exempt de tensions,ce qui a pour effet que les caractéristiques du moteur ne varient pas pendant sa durée de vie utile La matière isolante peut consister par exemple en substan- ces liquides qui forment, après séchage ou durcissement, un film isolant très mince sur les surfaces des rainures. Outre les dispositions qui précèdent, l'inven- tion comprend encore d'autres dispositions qui ressorti- ront de la description qui va suivre L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description ci-après, qui se réfère aux dessins annexés dans les- quels: les figures la et lb sont des coupes du moteur à cage d'écureuil suivant l'invention, en vue de côté et en vue en bout; et la figure 2 est un graphique du couple du mo- teur à cage d'écureuil suivant l'invention, en fonction de la vitesse de rotationavant et après le traitement thermique. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont données uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Les figures la et lb illustrent le moteur à cage d'écureuil suivant l'inventiondont la carcasse 1 contient un noyau de stator 2 et un noyau de rotor 4 Ce dernier est fabriqué en une matière ferromagnétique et tourne sur l'arbre 3 du moteur Le stator comporte un enroulement câblé 6 tandis que le rotor comporte un en- roulement en cage d'écureuil 8 coulé dans les rainures 7 du rotor. Conformément à l'invention, afin de réduire le couple de fonctionnement en générateur, les noyaux de stator et de rotor 2 et 4 comportent des rainures 5,7 placées dans une position exceptionnellement oblique les unes par rapport aux autres, avec une inclinaison de 60 % environ du pas polaire, et, après la coulée de l'enroulement, on soumet le rotor à un traitement ther- mique destiné à permettre la manifestation de l'effet de l'inclinaison des rainures Le traitement thermique consiste à chauffer le rotor à une température élevée puis à le refroidir rapidement. En outre, les parois des rainures 5 d'enroule- ment de rotor sont traitées avec une matière isolante ré- sistant à la chaleur, avant la coulée des enroulements. Sur le graphique de la figure 2, l'axe horizon- tal représente la vitesse de rotation relative et l'axe vertical représente le couple relatif du moteur La courbe 10 représente la valeur du couple du moteur en fonction de la vitesse de rotation dans le cas d'un mo- teur à changement de pâles construit conformément à l'in- vention et ayant un rapport de vitesse de 1:6, un en- roulement en cage d'écureuil en aluminium coulé et une inclinaison de rainures de 65 % du pas polaire pour la plus faible vitesse, lorsque le moteur n'a pas encore été soumis à un traitement thermique Les courbes de cou- ple pour les moteurs à changement de pâles précédemment connus, ayant une inclinaison de rainures de 40 % du pas polaire, ont sensiblement la même forme que la courbe 10, à la fois sans traitement thermique et après celui-ci. Ms représente la valeur du couple de démarrage pour la plus faible vitesse Mg représente la valeur ma- ximale du couple générateur pour la plus faible vitesse. La courbe 11 représente la valeur du couple de charge, Mn le couple nominal et Nn la vitesse de rotation nomi- nale du moteur La courbe 10 ' représente le couple du même moteur que dans le cas de la courbe 10 mais après que le moteur ait été soumis à un traitement thermique comme prévu par l'invention On voit que le couple en- gendré par l'enroulement pour la plus faible vitesse, lorsque le moteur fonctionne en générateur, est mainte- nant sensiblement réduit tandis que la vitesse du moteur avec le couple de charge reste sensiblement inchangée, c'est-à-dire que leglissement du moteur n'a pas augmenté, ce qui fait apparaître l'effet de la forte inclinaison des rainures La valeur maximale du couple générateur Mg' pour la plus faible vitesse a été réduite de 20 % en- viron par rapport à la valeur correspondante Mg pour un moteur sans traitement thermique Ces deux résultats, à savoir la réduction du couple générateur et le glisse- ment sensiblement inchangé, sont des avantages procurés par l'invention. On peut noter en outre que le couple de démar- rage pour la plus faible vitesse est légèrement réduit par le traitement thermique Toutefois, le procédé de l'invention ne réduit pas trop le couple de démarrage mais la valeur de couple de démarrage Ms' obtenue est encore suffisante, par exemple pour des applications exi- geantes d'entraînement de grue. Le traitement thermique suivant l'invention peut être appliqué au stator ou au rotor ou même aux deux s'ils ont tous deux un enroulement coulé Souvent, le stator d'un moteur comporte un enroulement câblé, com- me c'est le cas dans le présent exemple, et on soumet alors seulement le rotor, qui a un enroulement en cage d'écureuil, au traitement thermique L'effet de l'incli- naison exceptionnellement grande des rainures peut être régulé par un choix approprié de la température et de la durée du traitement thermique, ce qui permet de fabri- quer des moteurs ayant une valeur désirée de couple gé- nérateur se produisant à une vitesse de rotation désirée. La température et la durée du traitement ther- mique dépendent également de la dimension du stator/ rotor à traiter Dans le procédé de l'invention, la température utilisée dans le traitement thermique est de10 plusieurs centaines de O C, par exemple 4000 C, et la durée du traitement est de 2 à 6 heures environ. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui viennent d'être dé- crits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'es- prit du technicien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention L'invention n'est pas exclusivement applicable à des moteurs à chan- gement de pôles mais également à des moteurs à vitesse unique. REVENDICATIONS 1. Moteur asynchrone à enroulements de sta- tor et de rotor ( 6,8) placés dans des rainures ( 5,7), au moins un des enroulements étant un enroulement coulé, les rainures du stator et celles du rotor de ce moteur étant inclinées les unes par rapport aux autres, carac- térisé en ce que les rainures ( 5,7) du stator et celles du rotor sont placées obliquement les unes par rapport aux autres de sorte que l'inclinaison relative des rai- nures est de 60 90 % environ du pas polaire, et en ce qu'on soumet le stator et/ou le rotor, après la coulée des enroulements, à un traitement thermique destiné à renforcer l'effet de l'inclinaison des rainures et con- sistant à chauffer le stator et/ou le rotor à une tempé- rature élevée puis à le refroidir. 2. Procédé de fabrication du stator et/ou rotor d'un moteur asynchrone, les enroulements de sta- tor et de rotor ( 6,8) du moteur asynchrone étant placés dans des rainures ( 5,7), au moins un des enroulements étant fabriqué par coulée, le stator et le rotor com- portant des rainures telles que les rainures du stator et celles du rotor sont inclinées les unes par rapport aux autres, caractérisé en ce que le rainurage du stator et du rotor est effectué de sorte que les rainures du sta- tor et celles du rotor sont disposées dans une position oblique, les unes par rapport aux autres, telle que l'inclinaison relative des rainures est de 60 90 % en- viron du pas polaire, et en ce que, après la coulée des enroulements, afin de renforcer l'effet de l'inclinai- son des rainures, on soumet le stator et/ou le rotor à un traitement thermique dans lequel le stator et/ou le rotor est chauffé à une température élevée, puis refroidi. 3. Procédé suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que les surfaces des rainures ( 5,7) sont re- vêtues d'une matière résistant à la chaleur, avant la coulée des enroulements.