Brevet FR2738685A1 — publié le 19970314

i La présente invention concerne des moteurs électriques destinés à être utilisés en association avec des transmis- sions qui nécessitent de grands couples de démarrage. Il existe plusieurs applications qui nécessitent un couple élevé de démarrage appliqué aux transmissions associées. Un moteur électrique ayant une pompe volumétrique variable à compensation de pression constitue un exemple d'une telle application. Un moteur alternatif d'induction appliqué à l'aérospatiale nécessite des performances très strictes à -54 C au démarrage, à cause du couple supplémentaire, du courant limité permis et du court temps nécessaire à l'obtention de la vitesse maximale. En consé- quence, le moteur est réalisé afin que ses performances dans les conditions de fonctionnement normal à pleine charge constituent un compromis. Dans certains cas, on utilise des commandes hydrauliques coûteuses pour retarder l'application du couple jusqu'à ce que le moteur ait passé le point de "couple d'accrochage". Il n'est pas rare d'introduire une résistance supplémentaire dans le rotor par des bagues collectrices au démarrage dans de nombreuses applications industrielles qui mettent en oeuvre des stators et rotors bobinés. Les bagues collectrices sont mises en court-circuit et éliminent la résistance supplémentaire, à une vitesse convenable, grâce à un dispositif centrifuge utilisé pour la remise en fonctionnement normal. Ce procédé est très efficace à cause de son plus grand couple de démarrage, de son plus faible courant de démarrage et de son facteur de puissance plus élevé qui sont obtenus simultanément. En théorie, si la résistance totale du rotor peut être suffisamment élevée pour être égale à la réactance du rotor au démarrage, l'emplacement du "couple de crete" de la courbe couple- vitesse peut être obtenu au démarrage. Malheureusement, la fiabilité (conditions de temps moyen de fonctionnement sans panne) des produits pour!'aércspatiale rend en général tout à fait indésirable d'utiliser des contacts glissants et des rotors bobinés, en plus de la contamination associée à la poussière des balais. Parmi les objets de la présente invention, on peut citer la réalisation d'un moteur électrique fiable ayant un couple élevé de démarrage avec une intensité réduite de démarrage et un bon rendement de fonctionnement sous charge normale, qui remplit les conditions voulues de sécurité pour l'industrie aérospatiale, qui est simple et nécessite un nombre minimal d'éléments, et qui ne peut pas être facilement contaminé. L'invention concerne un moteur d'induction à couple élevé de démarrage, présentant simultanément un courant réduit de démarrage et destiné à être associé à une trans- mission ayant un couple élevé de démarrage, le moteur comprenant un stator, un rotor, une première bague d'extré- mité fixée au rotor, une seconde bague mobile d'extrémité associée au rotor et ayant une résistance électrique inférieure à celle de la première bague, et un dispositif centrifuge associé à la seconde bague et qui fonctionne lors de la rotation du rotor à une vitesse prédéterminée. Lorsque le moteur est excité électriquement, la résistance élevée de la première bague donne un couple élevé de démarrage avec une intensité réduite de démarrage et, lorsque le moteur atteint une vitesse prédéterminée, la seconde bague se déplace au contact de la première bague et est serrée contre celle-ci si bien que la résistance efficace du rotor est réduite et permet un fonctionnement normal du moteur électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique partielle d'un moteur électrique selon l'invention; la figure 2 est une coupe agrandie d'une partie du moteur de la figure 1, comprise dans le cercle 2; la figure 3 est un graphique représentant la variation de la vitesse synchrone en fonction du couple par rapport au couple à pleine charge; et la figure 4 est un schéma électrique du moteur des figures 1 à 3. On se réfère aux figures 1 et 2; un moteur d'induction à couple élevé de démarrage selon l'invention est destiné à être associé à une transmission 30 ayant un couple élevé de démarrage. Le moteur 10 comporte un stator 11 et un rotor 12. Une première bague 13 d'extrémité est fixée au rotor 12, et une seconde bague mobile 14 d'extrémité est associée au rotor 12. La bague mobile d'extrémité 14 a une résistance électrique inférieure à celle de la première bague 13 d'extrémité et elle peut être formée de cuivre par exemple. Un dispositif centrifuge 15 est associé à la seconde bague 14 et fonctionne lors de la rotation du rotor 12 à une vitesse prédéterminée. Lorsque le moteur 10 est excité électriquement, la résistance élevée de la première bague 13 donne un couple de démarrage à un faible courant de démar- rage. Cependant, lorsque le moteur 10 atteint une vitesse prédéterminée, la seconde bague 14 se déplace au contact de la première bague 13 et est serrée contre celle-ci si bien que la résistance efficace du rotor est réduite et le moteur électrique peut fonctionner normalement. Le moteur 10 est réalisé afin qu'il présente les performances nécessaires à pleine charge. Le stator 11 a une construction classique. Comme l'indique la figure 1, le rotor 12 est fabriqué avec une mince bague 13 d'extrémité d'un seul côté si bien que la résistance totale du rotor a, une valeur élevée convenant aux valeurs voulues du couple et du courant de démarrage. La surface de la mince bague 13 d'extrémité est usinée afin qu'elle possède la finition et la planéité nécessaires à la formation d'un contact électrique avec la seconde bague 14. La bague séparée 14 de cuivre est usinée de manière analogue (et revêtue d'argent le cas échéant) afin qu'elle puisse être fermement serrée contre la surface usinée de la mince bague 13 d'extrémité, à une vitesse finie. On se réfère à la figure 2; le dispositif centrifuge comporte de préférence un ensemble annulaire de plusieurs billes très rapprochées 17 disposées entre une rondelle annulaire 18 d'acier trempé fixée sur la seconde bague mobile 14 et une bague annulaire 19 d'acier trempé mainte- nue, afin qu'elle ne puisse pas présenter de déplacement axial, par une bague de retenue 20 placée dans une fente 21 du rotor 12. Une bague 19 de serrage a une surface inclinée 22 qui est au contact de billes 17 et qui est disposée axialement vers l'intérieur, vers les billes 17. Initialement, la force de serrage est nulle et il existe un espace entre les deux bagues 13, 14, maintenues par un ensemble convenable, tel qu'une rondelle ondulée 23. Etant donné la résistance élevée de la bague 13, la bague 14 étant déconnectée électriquement de la bague 13 par un commutateur centrifuge 15, le rotor 12 présente sa résis- tance totale élevée et donne le couple élevé voulu au démarrage avec un courant réduit de démarrage. Lorsque la vitesse du rotor 12 augmente et atteint la valeur prédéter- minée, une première force centrifuge finie est produite sur les billes 17 d'acier qui sont retenues et contenues par la bague 19 d'appui d'acier trempé. Les billes d'acier 17 peuvent se déplacer vers l'extérieur le long de la surface 22 convenablement inclinée de la bague d'appui 19. La composante axiale de cette force centrifuge dépasse la force préalable exercée par la rondelle ondulée 23 et donne une force résultante suffisante de serrage appliquée à la bague de cuivre 14 (par l'intermédiaire de la rondelle protectrice 18) afin que la bague 14 se déplace et vienne mécaniquement et électriquement en butée contre la bague 13, et crée ainsi un bon contact électrique entre la bague de cuivre 14 et la bague 13 d'extrémité, sans formation d'une décharge disrup- tive. La résistance équivalente combinée des deux bagues est notablement réduite si bien que la résistance totale du rotor est abaissée à un niveau voulu pour l'obtention des performances à vitesse normale. On obtient ainsi un rendement plus élevé et un plus grand facteur de puissance. La rondelle 18 d'acier trempé comprise entre les billes 17 et la bague 14 de cuivre protège cette dernière contre l'affaissement progressif et la déformation due aux forces concentrées produites par les billes 17. Les billes 17 sont disposées afin qu'elles remplissent pratiquement tout l'espace périphérique disponible pour la formation d'une grande force de serrage avec réduction au minimum du glisse- ment entre les billes 17 et la bague d'appui 19. La bague 20 de retenue maintient tous les éléments utilisés. Dans un exemple, correspondant à un rotor ayant un diamètre externe de 63,5 mm, vingt-sept billes d'acier de 3,18 mm de rayon chacune peuvent être placées sur un cercle de 57,2 mm de diamètre supporté par la surface inclinée 22 avec un angle de 60 par rapport à l'axe de l'arbre afin que la force résultante de serrage soit égale à 872 N à 8 000 tr/min. Un moteur d'induction triphasé ayant une puis- sance au frein de 6 kw, ayant une telle construction, peut comporter un stator de 106,7 mm de diamètre, et un rotor de ,8 mm de longueur et il peut fonctionner à 400 Hz. On se réfère à la figure 3; la courbe en trait plein 36 représente des caractéristiques couple-vitesse du moteur selon l'invention. Les excursions 32, 34 en trait interrompu représentent des prolongements des caractéris- tiques normales couple-vitesse d'un rotor à faible résistance et d'un rotor à résistance élevée respectivement, sans commutation. L'intersection des deux courbes indivi- duelles 32, 34 représente un point convenable de commutation de la courbe à haute résistance à la courbe à basse résistance afin que le couple du moteur disponible pour l'accélération soit maximal. Selon l'invention, une réalisation existante de moteur peut être modifiée par la modification uniquement du rotor et par usinage convenable afin qu'il puisse être réassemblé avec les autres éléments nécessaires. On note ainsi que l'invention concerne un moteur électrique qui a un couple élevé de démarrage avec un courant réduit de démarrage et un bon rendement de fonction- nement sous charge normale, qui assure une commutation électrique sans décharge disruptive, qui remplit les condi- tions de sécurité voulues pour l'industrie aérospatiale, qui est simple et qui ne nécessite qu'un nombre minimal d'éléments, et qui ne peut pas être facilement contaminé. La figure 4 représente le schéma électrique du rotor 12 qui comporte la bague fixe d'extrémité 13 et une seconde bague mobile 14 et un dispositif de commutation centrifuge représenté par les composants électriques fonction- nellement associés respectifs, et le stator 11. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Moteur électrique à couple élevé de démarrage, destiné à être associé à une transmission nécessitant un couple élevé de démarrage, caractérisé en ce qu'il comprend un stator (11), un rotor (12), une première bague (13) d'extrémité fixée au rotor, une seconde bague mobile (14) d'extrémité associée au rotor et ayant une résistance électrique inférieure à celle de la première bague, et un dispositif centrifuge (15) associé à la seconde bague et qui, lors de la rotation du rotor, travaille à une vitesse prédéterminée de manière que, lorsque le rotor est excité électriquement, la résistance élevée de la première bague produise un couple élevé de démarrage et réduise le courant de démarrage et, lorsque le rotor atteint la vitesse prédéterminée, la seconde bague se déplace au contact de la première bague et réduise la résistance efficace du rotor en permettant un fonctionnement normal du moteur électrique. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif centrifuge (15) comporte un organe axiale- ment fixe (19) monté sur le rotor, plusieurs éléments (17) disposés entre l'organe axialement fixe et la seconde bague, l'organe fixe et les éléments ayant des surfaces coopérantes qui fonctionnent lorsque les éléments sont déplacés vers l'extérieur par la force centrifuge de manière que ces éléments déplacent la seconde bague au contact de la première. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits éléments comprennent plusieurs billes (17), l'organe fixe (19) ayant une surface inclinée au contact des billes. 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les billes (17) ont une disposition annulaire. 5. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une bague durcie (18) placée entre les billes (17) et la seconde bague afin que la tendance à la déformation de la seconde bague par les billes soit réduite au minimum. 6. Procédé de création d'un couple élevé de démarrage avec un courant réduit de démarrage et un bon rendement de fonctionnement sous charge normale dans un moteur électrique destiné à être utilisé avec un dispositif ayant un couple élevé de démarrage, le moteur comportant un stator (11) et un rotor (12) ayant une première bague d'extrémité, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend: la disposition d'une seconde bague mobile (14) d'extré- mité associée au rotor et ayant une résistance électrique inférieure à celle de la première bague d'extrémité, et l'incorporation d'un dispositif centrifuge (15) associé à la seconde bague d'extrémité et qui fonctionne lors de la rotation du rotor à une vitesse prédéterminée de manière que, lorsque le rotor est excité électriquement, la résis- tance élevée de la première bague produise un couple élevé de démarrage avec un courant réduit de démarrage et, lorsque le moteur atteint une valeur prédéterminée, la seconde bague se déplace au contact de la première bague et soit serrée contre celle-ci afin que la résistance efficace du rotor soit réduite et que le moteur électrique puisse fonctionner normalement avec un bon rendement de fonctionnement.