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" Moteurs à courant oontinu tétrapolaires ".
Dans le développement des moteurs à courant continu d'une puissance de 2,2 à 11 kW à la vitesse de 1450 tours par minute, on a créé pratiquement avec le temps des types qui en général ont présenté une certaine unité de caraotère. On avait dimen- sionné les enroulements et le volume de fer actif de ces mo- teurs de telle sorte que le rendement et particulièrement l'é ohauffement, ainsi que les autres propriétés électriques, res- taient dans des limites déterminées. Dans la répartition de
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/ l'enroulement entre l'induit et le ohamp on était arrivé en général à une valeur limite de 0,3 à 0,35 rapportée à 1 que l'on tenait en pratique pour la meilleure car ltéchauffement restait alors dans des limites appropriées.
A l'égard du poids actif total, c'est-à-dire du poids du fer magnétique actif et du cuivre actif, on comptait pour les petits moteurs de 2,2 kW environ 14 Kg par Kw, et dans les grands jusque environ 11 Kg par kW. C'est dans ces dimensions que se tenaient les moteurs électriques usuels de cette classe de puissance. Les moteurs dont la oonsommation de matériel actif se tenait dans ces li- mites comptaient déjà comme présentant une haute utilisation, et représentaient ainsi en ce qui concerne le poids et les di- mensions les exécutions les plus réduites.
Or l'invention procède de l'idée qu'il est d'une grande importance technique et économique de pouvoir se servir d'un éleotro-moteur plus léger qui, pour la même puissanoe et en ce qui concerne ses propriétés thermiques et électriques, soit au moins aussi avantageux que les moteurs de construction normale aotuellement usuels. L'invention se propose comme objet d'éta- blir l'éleotro-moteur généralement u$ité d'une puissance de 2,2 à 11 kW et à une vitesse de 1450 tours par minute d'une fa- çon si avantageuse en ce qui concerne ses propriétés thermiques et électriques qu'il permette une réduotion considérable de ses dimensions et de son poids.
En dehors de l'économie de matières, on s'est également efforcé de tenir le prix du moteur plus bas que celui des moteurs actuellement usuels du même ordre de gran- deur. '
Or il est connu que l'on peut exécuter le développement de l'électro-moteur en prinoipe dans deux sens. D'une part on peut adopter un nombre réduit des spires de l'induit. La consé- quence est que le flux de force provoqué par le champ dans l'in- duit est oonsidérable, ce qui nécessite une plus grande consom-
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mation de fer pour une moindre dépense de cuivre. Mais on peut aussi adopter un grand nombre de spires d'induit avec la oonsé- quence d'une consommation de fer réduite pour une grande dépen- se de cuivre.
Si l'on abaisse le nombre de spires de l'induit, il faut naturellement augmenter le volume du fer de l'induit et les per- tes dans le cuivre augmentent. Or on a été jusqu'à présent de l'avis que la réduction de la consommation de cuivre pour l'in- duit est limitée par le fait que l'éohauffement de l'induit dé- passerait rapidement le chiffre admissible. On croyait que pour un rapport du poids total de cuivre au poids de cuivre de l'in- duit allant de 1 : 0,3 à 1 : 0,35, les limites inférieures pra- tiquement possibles pour des moteurs à oourant oontinu d'envi- ron 2,2 à 11 kW à 1450 tours par minute étaient atteintes, et que la consommation de matières actives en kg par rapport à la puissance de la machine soit kg actif / kW = 11 était un mini- mum pour les machines de 11 kW.
Or l'invention réside dans la constatation que l'on peut choisir encore beaucoup plus faible le rapport ouivre de l'in- duit au cuivre total sans que se présentent les inconvénients jusqu'à présent redoutés d'un grand échauffement. La raison de ce fait est que les constructeurs ont évidemment jusqu'à pré- sent négligé certaines circonstances qui, lorsqu'on réduit le poids du cuivre de l'induit et celui du fer, influencent favo- rablement la réfrigération de l'induit et ainsi ne laissent pas apparaître les inconvénients redoutés d'un grand échauffement de l'induit.
Notamment si l'on abaisse davantage le nombre de spires de l'induit, les dimensions des encoches peuvent être maintenues tellement petites qu'il reste pour les dents et les fonds d'encoches un volume de fer tel que, même pour un flux élevé, les inductions admissibles ne sont pas dépassées, et ce- la sans qu'il soit nécessaire d'augmenter les dimensions actives
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du rotor. On obtient de cette façon des encoches plates, et on peut utiliser des bobines sur gabarit minces qui, par sui- te de leur section totale réduite, réalisent une évacuation thermique notablement meilleure que les bobines épaisses.
Sur ce point il est encore important que lors d'une telle réduotion du poids du cuivre de l'induit selon l'invention les têtes de bobines peuvent être obtenues beaucoup plus libres et mieux aé- rées que dans les induits utilisés jusqu'à présent avec un grand nombre de spires. Pour toutes ces raisons on obtient même la possibilité d'abaisser considérablement les pertes dans le oui- vre de l'induit au bénéfice de la diminution du volume de l'in- duit, en particulier de son diamètre sans dépasser les tempéra- tures limites admissibles. Ces conditions ntont pas été jusqu'à présent reoonnues dans leur action.
Or des recherches approfon- dies ont montré qu'en choisissant un rapport du poids de cuivre total au poids de cuivre de l'induit de 1 : 0,23 et 0,26 on ob- tient un moteur qui pour les plus petites dimensions et le poids total actif minimum maintient les températures limites admissi- bles. En cela on réalise un optimum dans l'utilisation de la matière, soit 12 à 9 kg par kW correspondant aux machines de 2,2 à 11 kW en admettant un éohauffement de 60 au dessus de la température ambiante. pour un échauffement plus fort la con- sommation de matières actives se modifie de façon oorrespondan- te .
Sous la désignation de fer magnétique actif total on doit comprendre les idées suivantes : Pour le stator : système complet des pôles y compris les seotions de culasse nécessaires pour le passage du flux magnétique.
Pour l'induit : le poids total du paquet de tôles du ro- tor, sous déduction du poids de la partie médiane oonnue comme magnétiquement inactive avec un diamètre de 46 à 49 % du diamètre
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extérieur de l'induit.
Les avantages obtenus par ce procédé sont techniquement et économiquement d'une haute importance. Pour un champ magné- tique intentionnellement intense la capacité de réglage du mo- teur est meilleure. Le moteur sera donc plus insensible aux variations de charge. De plus les conditions de commutation sont meilleures, mais en particulier la réduction de la consom- mation de fer sera du point de vue économique un avantage con- sidérable. Il y-a lieu d'ajouter que non seulement on économise le fer dans l'induit, mais que par suite de la réduction du diamètre de l'induit, le bâti et les pôles peuvent être de di- mensions réduites. En ce qui concerne la répartition du cuivre il y.a lieu, il est vrai, d'observer que la réduction de con sommation de cuivre dans l'induit est compensée par une plus haute consommation de cuivre dans le champ.
Malgré cela on doit y trouver un avantage de construction et de prix, car le cuivre de l'induit, en considérant les connexions complexes et la fabrication des bobines d'induit, représente un prix de fa- brication plus élevé que la fabrication beaucoup plus simple des bobines de champ. Un avantage simultané d'ordre technique, aussi bien que d'ordre économique, est la possibilité d'obte- nir des champs de commutation beaucoup plus stables sans que de ce fait l'introduction de plus grands volumes de fer et d'un plus grand nombre d'ampères-tours pour les pôles de commuta- tion soit nécessaire. La raison de ce fait se trouve dans la diminution du nombre de spires de l'induit qui, par suite du choix des chiffres cités ci-dessus pour la répartition du cui- vre, est beaucoup plus faible que dans les machines du genre de construction jusqu'à présent usuel.
Les avantages sont par- ticulièrement sensibles dans les machines à courant continu non oompensées tétrapolaires d'une puissanoe de 2,2 à 11 Kw et une vitesse nominale de 1450 tours par minute.
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. Il est particulièrement remarquable que les succès indi- qués sont obtenus sans que des matériaux spéciaux soient appli- qués à la construction. On utilise uniquement des matériaux de classe moyenne.
RESUME.
Eleotromoteur à courant continu tétrapolaire à grande étendue de réglage de vitesse et pôles de commutation de puis- sance de 22 à 11 kW à 1450 tours par minute, caractérisé par le fait que le cuivre et le fer sont répartis entre l'induit et le champ, de telle sorte que la quantité du ou ivre nécessai- re pour le bobinage de l'induit soit de 23 à 26 % du poids de cuivre total, et que la quantité du fer magnétiquement actif de l'induit oorresponde à 19 à 22 % du fer total magnétiquement actif, le poids actif à utiliser pour une puissanoe déterminée étant au plus de 12 kg par kW pour les machines de 2,2 kW, et de 9 kg par kW pour les machines de 11 kW.