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MOTEUR A PDLES FENDUS POUR COURANT ALTERNATIF MONOPHASE.
La présente invention concerne plusieurs améliorations dans la con- struction d'un moteur à pôles fendus pour courant alternatif monophasé. Il y a sur le marché de nombreux moteurs à pôles fendus, construits sous le même principe et présentant tous les - mêmes défauts; couple de démarrage faible, incertain, fort échauffement avec un rendement minimum et une puissance spé- cifique relativement minime.
Aussi ils n'étaient en usage que là où leurs avantages, la constan- ce du nombre'de tours, la simplicité, la sécurité de service, permettaient de négliger leurs inconvénients. Leur mode de travail repose sur le principe d'un champ magnétique alternatif divisé en deux champs partiels. Ces champs sont décalésélectriquement.et géométriquement.
Ils agissent sur une cage d'écureuil usuelle provoquant de la ma- nière connue un couple de torsion. Le rapport des deux champs et les déphasa- ges électriques et géométriques déterminent avec d'autres facteurs la valeur du couple de torsion.
Ces conditions de base peuvent s'exprimer par la formule bien con- nue : l'angle [alpha] des axes des deux champs magnétiques partiels # 1 et # 2 doit être: [alpha] = 1800 @, où @ représente le décalage des phases entre les deux champs partiels. Une autre exigence est celle-ci : deux champs doivent être reliés pour que l'effet soit favorable. Ces quatre conditions essentielles ne se trouvent réalisées que très imparfaitement ou pas du tout dans les moteurs de ce genre connus jusqu'ici, ce qui est la cause de leurs défauts cités plus haut.
La présente invention concerne un moteur à pôles fendus dans le-. quel les inconvénients cités sont supprimés, 'ce qui assure à ces moteurs un
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fort couple de démarrage' et un rendement relativement avantageux.
Les dessins ci-joints 1-6 illustrent les caractéristiques princi- pales de ce moteur à une assez grande échelle.
Figure 1 montre la coupe.transversale du stator et de l'induit d'un moteur de la construction usuelle jusqu'à présent.
Figure 2 montre la même coupe transversale du stator et de l'in- duit du nouveau moteur conforme à l'invention, à la même échelle.
Figure 3 montre la disposition d'enroulement d'une cage d'écureuil usuelle.
@ Figure'4 montre la disposition de ce-même enroulement dans le nou- veau moteur.
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Figuré 5 montre l'exécution de la rainure d'un induit.
Figure 6 montre une isolation du paquetage.
La figure 1 montre la disposition courante et le rapport des champs magnétiques dans les moteurs à pôles fendus usuels. A peu près au 1/3 de la largeur des pièces polaires, celles-ci sont pourvues d'une fente radiale, qui sépare du pôle principal le pôle auxiliaire muni de l'enroulement en court- circuit. Le flux magnétique 0 r produit par l'enroulement primaire, se parta- ge à partir des culasses entre les deux zones b et g des pièces polaires en fonction des réluctances magnétiques des deux flux partiels 1 et 0 2. La résistance magnétique dans la zone du collet du pôle libre non étranglé b, est minime, car sa coupe transversale est plus grande que celle des deux cu- lasses réunies.
Par contre on a fait jusqu'à maintenant l'entrefer très grand afin qu'une partie du flux magnétique R entre dans la zone étranglée g du pôle auxiliaire, produisant le flux partiel 0 2 dont la phase est décalée.
Du fait de la disposition du collet du pôle et du grand entrefer, le décala- ge- de phases # entre les deux champs partiels µ 1 et # 2 n'est que minime et en même temps l'angle des axes des champs est de beaucoup inférieur à 90 , valeur qu'il devrait atteindre au minimum.
En outre les deux flux partiels ne sont pas reliés et de ce fait résultent les inconvénients cités plus haut.
Figure 2 montre clairement à là même échelle les relations magné- tiques dans le nouveau moteur, conformément à la présente invention. On con- state que, en plus de la fente du pôle tangentielle à l'induit, on a prati- qué dans la partie libre non étranglée du pôle un évidement 1 formant ainsi un isthme ou gorge b qui modifie fondamentalement les conditions du flux resp.leur tension magnétique.
La partie gauche duflux # 2, (figure 2) passe de la culasse à la zone d puis par la gorge b à la surface du pôle principal M-n. A celle-ci s'ajoute la partie de droite du flux 0 r/2 de la zone h via la zone f et e, et augmente fortement la saturation magnétique dans la gorge b, c.a.d. que celle-ci atteint une valeur qui est bien au-dessus de la limite du genou de la courbe magnétique MK. De ce fait dans la zone b la perméabilité tombe au point qu'il se produit un refoulement magnétique, si bien que la plus gran- de partie du flux 0 r/2 se développe avec un grand retard dans la zone g du pôle auxiliaire réalisant ainsi le but du dispositif.
Dans la partie ascendente de la première demi-période, la force magnéto-motrice'provoque donc la saturation complète de la zone b du collet du pôle principal et avec un grand retard également la saturation de la zone g du pôle auxiliaire dans lequel se développe un flux magnétique bien plus considérable que jusqu'ici.
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Pendant la partie descendante de la première demi-onde de la for- ce magnéto-motrice, le processus se répète en sens inverse, ce qui est très favorable et s'approche sensiblement de la manière de travail d'un enroule- ment biphasé ordinaire.De ce fait, cependant, non seulement on amène l'an- gle de décalage des phases @ entre les deux flux partiels µ 1 et 0 2 à une valeur supérieure à 90 , bien plus, cette nouvelle disposition de la fen- te du pôle et de l'évidement provoque entre les axes des champs magnétiques un angle de plus de 90 .
Ainsi les conditions fondamentales mentionnées ci-dessus concer- nant la valeur des angles des champs partiels sont remplies pratiquement-com- plètement. La disposition et la dimension de l'évidement 1 dans le collet du pôle est naturellement de toute importance, elle peut avoir par exemple la forme représentée dans la figure 2. La gorge g qui joue donc le rôle essen- tiel, pourrait être produite par d'autres moyens, par exemple, par une contrac- tion du collet du pôle libre, ou par un autre étranglement.
Du fait le partage du champ primaire 0 r en deux flux partiels # 1 et # 2 ne se fait pratiquement que dans le matériel actif du pôle, il est non seulement nécessaire, mais très important de faire l'entrefer t entre le sta- tor et l'induit, aussi étroit que possible, aussi étroit que les conditions de fabrication le permettent. On intensifiera ainsi l'effet d'étranglement décrit ci-dessus, et on réduira du même coup fortement le nombre d'ampères- tours sur le stator pour la magnétisation ce qui diminue aussi sensiblement les pertes dans le cuivre.
Comme il a été indiqué plus haut, il est important que le champ du pôle principal et le champ du pôle auxiliaire soient couplés magnétique- ment, c.à.d. puissent empiéter l'un sur l'autre. Dans les moteurs à pôle fendu construits jusqu'ici cela n'a jamais été atteint. Des essais ont mon- tré qu'une torsion suffisante de l'enroulement de la cage d'écureuil, cor- respondant à peu près à une division du pôle principal c provoque à peu près le même effet que le couplage des bobines de champ dans les moteurs polypha- ses.
Figure 3 montre à titre d'exemple la torsion usuelle de l'enrou- lement d'une cage d'écureuil dans les moteurs à pôle fendu ordinaire autour d'une à deux divisions d'encoches. On n'obtenait par là qu'une simple com- pensation des variations de la réluctance magnétique, variations causées par les encoches de l'induit.
Figure 4 montre la torsion de l'enroulement d'une cage d'écureuil dans le nouveau moteur correspondant à peu près à l'arc du pôle principal, de façon, à ce qu'un certain nombre des tiges de la cage, passe simultané- ment sur la surface du pôle principal et du pôle auxiliaire. Le couplage des deux pôles est atteint ainsi d'une façon fort simple. Une torsion aussi forte de l'enroulement de la cage n'est pas possible practiquement sans autre, à cause des grandes résistances de courbement et frottement.
Une forme d'en- coche conforme à la figure 5 convient cependant spécialement à cela et pré- sente le grand avantage de réduire moins que toute autre le passage du flux magnétique, ce qui est également important,
Des recherches ont prouvé, que les enroulements usuels de court- circuit non isolés du pôle auxiliaire, ainsi que les rivets de paquetage produisent facilement des spires court-circuitées non voulues dans le sta- tor, du fait qu'ils relient conductivement spécialement les tôles extérieu- res du stator. Ils sont soumis à l'influence du champ alternatif ce qui pro- duit des courants de court-circuit supplémentaires indésirables et nuisibles.
Ces courants peuvent même être très forts, ils sont également responsables des caractères négatifs cités ci-dessus, de ces moteurs. Il est donc indis- pensable contrairement à l'usage répandu généralement, d'isoler soigneuse- ment les enroulements en court-circuit et les rivets de paquetage.
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La figure 6 montre une disposition permettant d'isoler un rivet de paquetage du stator au moyen d'une bande de papier.
Dans la figure 1 on montre une exécution de stator à deux pôles de forme circulaire, telle qu'on les construit jusqu'ici, et la figure 2 à la même.échelle (même diamètre de l'induit) une forme carrée resp. rectangu- laire. On voit que cette dernière forme est plus avantageuse puisqu'elle of- fre beaucoup plus de place pour disposer l'enroulement primaire, ce qui per- met de réduire sa résistance pour le même nombre de spires, de près de la moitié. De ce fait résulte une nouvelle diminution de pertes dans le cuivre et en même temps une réduction de matériel d'à peu près 20 % pour une tôle de stator avec même perçage des pôles. Le rapport des côtés du carré de 1: 1,2 avec une tolérance de 10 % s'est avéré particulièrement avantageux. Cette exécution est spécialement favorable aussi pour le refroidissement de la sur- face.
Le montage du moteur, du fait de son échauffement minime et de sa for- me, n'est pas critique, ce qui est également en avantage.