Brevet FR2886484A1 — publié le 20061201

MOTEUR ELECTRIQUE D'INDUCTION ASYNCHRONE DE ROTOR INTERIEUR La présente invention concerne un moteur électrique d'induction asynchrone de rotor intérieur avec lequel on obtient une construction très simplifiée. Un moteur électrique d'induction asynchrone comprend généralement un paquet statorique composé d'une série de lamelles métalliques qui présente une surface cylindrique dans sa partie centrale, et dans lequel sont disposées des rainures ouvertes dans lesquelles, séparé par des pellicules isolantes, est logé le bobinage qui crée le champ magnétique rotatoire du moteur. Sur ledit stator sont fixés des boucliers ou ponts, soit directement soit au travers d'une carcasse qui englobe le stator et est solidaire de celuici. Ces boucliers ou ponts contiennent dans leur partie centrale des coussinets, sur lesquels l'axe solidaire du rotor tourne grâce à l'action du champ magnétique giratoire et aux courants induits sur le rotor. Le moteur est fixé normalement au travers d'une carcasse ou par lesdits boucliers ou ponts, et la charge à actionner est couplée sur l'axe. Les moteurs du type décrit présentent cependant l'inconvénient de fournir une facilité de bobinage réduite et par conséquent le délai de fabrication est indésirablement élevé. De plus, étant donné le nombre élevé de pièces entrant en jeu, on obtient un ensemble de poids important et de grandes dimensions. La présente invention propose une nouvelle disposition des éléments constitutifs grâce à laquelle la construction de l'ensemble est énormément simplifiée. Dans ladite disposition, le paquet statorique possède des rainures destinées à contenir le bobinage avec la 2886484 2 particularité qu'une ouverture est disposée dans son côté extérieur pour l'introduction du bobinage. Conformément à une caractéristique de l'invention, l'isolation entre le paquet statorique et le bobinage statorique pour la création du champ magnétique giratoire est réalisée au moyen d'un élément isolant formé par deux pièces d'une matière isolante électrique qui présente des caractéristiques mécaniques adéquates. Lesdites deux pièces s'emboîtent entre elles, recouvrant tout l'intérieur de la rainure du paquet statorique en plus des surfaces métalliques planes de chacune des deux bases extérieures du paquet statorique. Lesdites pièces isolantes du moteur selon l'inventicn permettent de soutenir des coussinets sur lesquels un axe tourne, qui est solidaire du rotor, par l'action du champ magnétique giratoire, et des courants induits sur le rotor. Le bobinage est logé dans les rainures isolées serrant lesdites pièces isolantes sur le stator, maintenant l'ensemble totalement fixe. Les coussinets, qui soutiennent l'axe solidaire du rotor, logés dans les pièces isolantes, garantissent que le stator reste monté de façon concentrique avec le rotor. L'ensemble statorique comprend également un paquet magnétique de lamelles métalliques en forme de couronne circulaire. Cette couronne s'emboîte avec la silhouette extérieure du paquet statorique déjà bobiné, complétant le moteur. La finalité de la couronne est de fermer le champ magnétique et ne pas perdre de rendement, en plus d'apporter de la solidité à l'ensemble. Les deux pièces de l'élément isolant peuvent être pourvues d'éléments pour la fixation du moteur, ainsi que de cavités pour contenir des bornes afin de faciliter la connexion du fil émaillé du bobinage avec les câbles d'alimentation. 2886484 3 Conformément à un autre aspect de l'invention, des cavités sont prévues, formées dans l'élément isolant, qui sont destinées à contenir des bornes pour établir le contact électrique entre le bobinage et lesdites bornes, celles-ci pouvant connecter en même temps un câble extérieur. De préférence, des colonnes creuses formées dans ledit élément isolant sont disposées, lesquelles contiennent les vis de fixation du moteur respectives. Facultativement, le moteur intègre une couverture ou une carcasse extérieure destinée à assurer une meilleure protection. Cette carcasse est fixée sur la couronne extérieure du stator et comprend deux demi- corps qui s'emboîtent sur la silhouette extérieure de ladite couronne statorique, enserrant le moteur à l'intérieur. Les demi-corps contiennent des orifices essentiels pour permettre la sortie dudit axe du moteur, ainsi que des orifices dans la surface plane pour la fixation du moteur et des ouvertures d'accès depuis l'extérieur par l'intermédiaire de câbles de connexion auxdites bornes. Avec le moteur électrique de la présente invention, le bobinage est facilité, étant donné qu'il est bobiné par l'extérieur et ne nécessite pas de façonnage de têtes de bobine ni de postérieurs liés, offrant par conséquent une amélioration substantielle du temps de fabrication. De plus, le poids de l'ensemble est notablement réduit étant donné que le poids de cuivre est moindre car il s'agit de bobines avec une étendue pratiquement diamétrale. Le moteur dispose d'un nombre de pièce inférieur étant donné que les boucliers ou ponts sont éliminés par la fixation des coussinets aux isolants de rainure. Enfin, il faut souligner que l'on obtient un ensemble de dimensions très réduites grâce à l'élimination de pièces. 2886484 4 Les caractéristiques et les avantages du moteur électrique de la présente invention apparaîtront plus facilement grâce à la description détaillée d'un mode de réalisation préféré. Ladite description est donnée à partir de ce point à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins, sur lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'un mode de réalisation d'un moteur électrique selon l'invention qui est présenté sans carcasse extérieure et sans bobinage; la figure 2 est une vue en élévation du mode de réalisation du moteur électrique de la figure 1 présenté sans carcasse extérieure et sans bobinage; la figure 3 est une vue en coupe du plan AA' de la figure 1 du moteur sans carcasse extérieure et sans bobinage; la figure 4 est une vue en perspective du mode de réalisation du moteur présenté sans carcasse extérieure; la figure 5 est une vue en perspective du moteur sans le bobinage et sans la carcasse extérieure; la figure 6 est une vue en perspective éclatée du mode de réalisation du moteur sans le bobinage et sans la carcasse extérieure; la figure 7 est une vue démontée en perspective du moteur du côté opposé à l'actionnement avec la carcasse extérieure; la figure 8 est une vue démontée en perspective du moteur du. côté de l'actionnement. avec la carcasse 30 extérieure; et la figure 9 est une vue en perspective de l'ensemble statorique avec le rotor à l'intérieur et une seule bobine. Dans un premier mode de réalisation dans lequel le 35 moteur présente une configuration ouverte sans carcasse 2886484 5 extérieure, le paquet statorique (1) est composé d'un ensemble de lamelles métalliques qui présente une série de dents (5) unies entre elles par les ponts (6). Les dents présentent à leur extrémité extérieure des extensions (7) qui s'emboîtent avec des cavités (8) formées dans le paquet couronne (9). Dans la surface desdites dents (5), et situés convenablement pour diminuer au maximum les pertes de Foucault, des éléments de structure d'ensemble (2) sont disposés, par l'intermédiaire desquels on parvient à maintenir unies les diverses lamelles métalliques. Entre les dents (5) consécutives, il existe un espace ou une rainure (4) dans lequel/laquelle le bobinage est logé. Le paquet. statorique (1) présente une surface intérieure (10) cylindrique et le rotor tourne à l'intérieur. A la différence des lamelles des extrémités (3), les lamelles intermédiaires (11) ne présentent pas le pont continu (6), et donc le paquet statorique (1) présente les rainures (12) dimensionnées de telle sorte que l'on obtienne les caractéristiques de couple et de vitesse désirées. Le rotor (13), à l'identique du stator, comprend des lamelles métalliques juxtaposées. Ces lamelles métalliques sont pourvues d'une série de rainures intérieures avec une ouverture (14) dans la surface cylindrique extérieure (15). Les ouvertures (14) présentent une disposition hélicoïdale pour offrir un fonctionnement plus doux. L'ensemble du rotor (13) comprend dans ses bases deux boucles de courtcircuit (16) qui communiquent entre elles au travers des rainures, normalement injectées dans un alliage conducteur qui est 2886484 6 généralement en aluminium ou en cuivre et qui constitue le dénommé rotor à cage d'écureuil. Le rotor {13) comprend un axe (17) solidaire de celui-ci qui comprend une rainure circulaire (18) dans laquelle se situe une bague de maintien (19). Ladite bague de rétention sert de butée à un coussinet (20) monté sur ledit axe (17) et qui s'ajuste avec un orifice central (21) du coussinet (20). Un second coussinet (22) est prévu, également monté sur ledit axe (17). Cependant, ce second coussinet (22) est appuyé sur un ressort (23) qui est comprimé entre la base du rotor et ledit axe (22). Cela permet de compenser les petits écarts qui peuvent apparaître dans les mesures nominales des paquets statoriques (1) et du rotor (13) du moteur. Un élément isolant (24) est prévu, formé par deux pièces en plastique. Cet élément isolant (24) présente une surface plane (25) dont la silhouette extérieure est la même que celle du paquet statorique. Sur toute sa périphérie, à l'exception des extrémités, et perpendiculairement à celle-ci, une paroi (26) émerge qui recouvre les parois latérales des dents (5) et du pont (6), c'est-à-dire qu'elle recouvre les rainures (4) du paquet statorique (1). Dans chacun des espaces qui correspondent à chacune des rainures (4) et perpendiculairement à la paroi (25), la paroi (26) se prolonge cylindriquement en formant une paroi de fermeture (28) avec une silhouette extérieure qui coïncide avec la surface intérieure (27) du paquet couronne (9). Cette paroi de fermeture (28) qui émerge de la paroi (26) qui recouvre une dent (5) ne parvient pas à la dent suivante, laissant une ouverture de rainure (29) qui permet d'introduire le fil pour réaliser le bobinage du stator. 2886484 7 Dans la partie centrale de la surface (25) une zone conique (30) se dresse, qui se termine par une zone plane (31) parallèle à la zone plane (25). Cela permet de donner une capacité de charge à des boucles de court-circuit (16) du rotor (13,x, et de laisser un espace libre pour la rotation. Au centre de la surface (31), et perpendiculairement à celle-ci, il existe une paroi cylindrique (32) dont la partie intérieure s'ajuste avec la surface extérieure cylindrique desdits coussinets (20, 22), étant fermée par une surface plane (33) contre laquelle s'appuie la partie plane de la base des coussinets (20, 22) poussée par la force d'extension du ressort (23). Au centre de la surface (33), ii existe un orifice (34) qui permet le passage de l'axe (17). Dans la zone qui recouvre les dents, quatre tours creuses (60) émergent de la surface (25), tours dans lesquelles sont logées les extrémités du bobinage et une borne (42). De deux des quatre zones restantes qui restent face aux dents, émergent deux cylindres (35) avec une hauteur légèrement supérieure à celle qui est située dans le plan (33). Lesdits cylindres (35) possèdent un orifice central (36) destiné à recevoir des vis au.totaraudeuses afin de fixer le moteur. Perpendiculairement à la surface (25), des parois (38) émergent, lesquelles se terminent par une silhouette courbe (61) qui se termine exactement où commence la rainure (29) et qui sert à guider l'introduction dans la rainure (4) du fil émaillé au cours du bobinage. Dans l'état assemblé, les parois (26) des deux pièces de l'élément isolant (24) s'ajustent totalement avec la silhouette latérale (37) des rainures (4) du stator (1), alors que la partie intérieure de la 2886484 8 paroi (25) s'appuie sur la surface frontale plane des dents (5) du paquet statorique (1). La couverture totale de la surface latérale (37) des rainures (4) est répartie entre les deux parois (26) des deux pièces de l'élément isolant (24). Entre les deux pièces de l'élément isolant (24) un coussinet (22) est placé, ainsi que le ressort (23), le rotor (13) solidaire de l'axe (17) qui loge la bague de maintien (19) et l'autre coussinet (20), le rotor (13) étant totalement centré axialement avec le stator (1) et les surfaces extérieures du rotor (14), et les surfaces intérieures du stator (10), coaxialement. La figure 9 présente un mode de réalisation d'un ensemble tel que celui qui a été décrit, qui est illustré avec une bobine (40) enroulée parmi les quatre qu'elle dcit porter. Les bobines correspondent, dans ce cas, à un moteur asynchrone bipolaire et biphasique pour l'alimentation monophasique avec un condensateur permanent. Les bobines s'enroulent directement sur l'ensemble de la figure 9 décrit précédemment, le fil passant par les ouvertures (29) pour se déposer dans les rainures (4) du paquet: statorique (1), convenablement isolées par l'élément isolant (24). Dans ledit bobinage, les deux bobines (40) sont reliées entre elles et constituent la phase principale ou de travail, alors que les deux bobines (41), également reliées entre elles, forment la phase auxiliaire ou de démarrage. Chacune des extrémités de fil émaillé de chacune des phases se dirige vers la cavité (59) correspondante de la tour (60) pour que le contact électrique soit établi avec une borne (42) entre le fil et la borne, ce qui permettra également de relier un câble extérieur pour son raccordement au réseau. Cette borne (42) est une borne de type communément utilisé 2886484 9 pour effectuer la connexion électrique avec un fil émaillé par l'intermédiaire du système connu par déplacement de l'isolation. Avec la disposition du bobinage décrit, on obtient une bonne rigidité mécanique de l'ensemble, en plus d'une résistance ohmique inférieure, d'un poids de fil inférieur, d'une meilleure concaténation des champs magnétiques des phases principale, auxiliaire et du rotor. L'invention permet d'obtenir une amélioration du rendement. L'ensemble du stator déjà bobiné est inséré dans le paquet couronne (9) faisant coïncider les épaulements (7) du paquet statorique (1) avec les rainures (8) du paquet couronne (9) qui coïncident et forment une jonction, en forme de queue d'aronde, les lamelles métalliques du paquet statorique étant totalement fixées face aux sollicitations mécaniques dues au champ magnétique. Le mode de réalisation décrit ci-dessus correspond à un moteur dans sa version ouverte ou sans carcasse extérieure, qui présente des éléments de fixation sous la forme des colonnes (35) avec un orifice (36), l'axe (17) dans lequel la charge est appliquée et des éléments qui permettent le raccordement au réseau électrique sous la forme des bornes (42). Le mode de réalisation du moteur avec la carcasse extérieure qui est décrit ci-dessous est consacré aux cas dans lesquels on désire protéger davantage le moteur contre la pénétration de corps étrangers et d'eau, ainsi que la protection des personnes contre des chocs électriques. Dans ce cas, une couverture ou une carcasse extérieure est incorporée au moteur décrit précédemment, formée de deux pièces ou demi-corps. En particulier, ladite carcasse comprend un demi-corps antérieur (43) et un demi-corps postérieur (44). Le demi-corps antérieur (43) est composé d'une paroi (45) de forme cylindrique, qui dans sa partie intérieure s'ajuste avec une interférence dans la surface extérieure (46) du paquet couronne (9), et une fois assemblé, arrive jusqu'à la moitié du paquet. A l'autre extrémité de la paroi (45), et en fermeture, il se prolonge dans une paroi plane ou base (47), laquelle possède dans sa partie centrale un orifice (48) au travers duquel l'axe (17) du moteur accède à l'extérieur. Ladite base (47) comprend également deux orifices (49) qui se prolongent jusqu'à l'intérieur en forme de tube (50), et qui reçoivent les vis autotaraudeuses essentielles pour la fixation du moteur. Le demi-corps postérieur (44) de la carcasse est similaire au demi-corps antérieur (43). Les deux demi-corps sont différenciés en ce qu'au lieu de comprendre un orifice (48) pour le passage de l'axe, il dispose de quatre ouvertures rectangulaires (51) au travers desquelles on accède depuis l'extérieur aux bornes (42). Cela permet de relier le moteur au réseau de courant électrique. Dans le montage de cette carcasse de protection sur la surface (46) du paquet couronne (9), les ouvertures rectangulaires (51) sont totalement alignées avec les cavités (59) des tours (60) qui logent les bornes (42), alors qu'axialement, le bord extérieur (52) de la protection postérieure (44) sert de butée avec le même bord extérieur (52) de la protection antérieure (43). La rature du moteur électrique de la présente invention étant suffisamment décrite en relation avec les dessins joints, il faut comprendre que des modifications de détail estimées convenables peuvent 2886484 11 être introduites dans celle-ci, pourvu que les caractéristiques essentielles de l'invention, résumées dans les revendications qui suivent, ne soient pas altérées. 2886484 12 REVENDICATIONS 1. Moteur asynchrone de rotor intérieur formé par un paquet magnétique statorique (1) constitué d'une série de lamelles métalliques (3, 11) qui s'emboîtent dans une couronne statorique (9), un bobinage (40, 41), un ensemble de rotor (13), un axe (17), des coussinets (20, 22), et des éléments isolants (24) qui s'ajustent avec les rainures (4), caractérisé en ce que lesdits éléments isolants (24) isolent le paquet magnétique statorique (1) du bobinage (40, 41) et se prolongent jusqu'au centre du moteur pour soutenir lesdits coussinets (20, 22). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des cavités (60) formées dans ledit élément isolant. (24), lesquelles sont destinées à loger des bornes (42) pour établir le contact électrique entre le bobinage (40, 41) et lesdites bornes (42), celles-ci pouvant également être reliées à un câble extérieur. 3. Moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des colonnes creuses (35) formées dans ledit élément isolant (24) qui logent les vis de fixation respectives du moteur. 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une couverture extérieure qui comprend deux demi-corps (43, 44) qui s'emboîtent sur la silhouette extérieure de ladite couronne statorique (9), enserrant le moteur à l'intérieur, et ladite carcasse comprenant au moins un orifice (48) pour permettre la sortie dudit axe (17) du moteur, ainsi que des orifices (49) dans sa surface pour la fixation du moteur et des ouvertures (51) d'accès depuis l'extérieur.