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ayant pour objet : e M3TEUK A COURANT CONTINU A BASSE TENSION If.-
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La présente invention est relative à des moteurs électriques et plus spécialement à des moteurs électriques à courant continu à basse tension.
Bien des installations demandent des moteurs à courant continu à faible tension, qui soient robustes et sûrs, en sorte qu'on n'ait à faire face qu'à un minimum de perte de temps'et un minimum de frais pour les entretenir en bon état de fonctionnement. Certaines installations exi- gent au surplus un moteur compact, mais sans sacrifier pour autant la puissance de sortie. Les exigences indiquées oi- dessus déterminent dans une large mesure le coût des moteurs et finalement le prix que devra consentir l'usager d'une installation comprenant ces moteurs.
Dans certaines instal- lations qu'en peu, classer comme produits de consommation, comme les appareils électriques, le prix du moteur tel qu'il apparaît au producteur de l'installation prend une importanoe primordiale. Dans d'autres installations où le moteur ne constitue qu'un élément parmi un grand nombre de ceux-ci et où son coût est petit en comparaison du reste de l'installa- tion, le prix du moteur peut n'être pas d'importance primordia- le mais reste à considérer dans le prix d'achat, toutes au- tres choses demeurant égales.
Les fabriques de moteurs élec- triques s'efforcent constamment de satisfaire aux exigences susdites, mais ont à faire face, en général, au problème habituel de fournir un moteur séduisant l'acheteur par? son prix .La robustesse et la sécurité de fonctionnement du moteur imposent souvent un modèle de moteur dont la fabri-
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cation est coûteuse en raison de la complexité de la construc- tion du moteur et/ou des étapes onéreuses de fabrication et den techniques coûteuses d'aesemblage auxquelles il faut recourir.
Dans la fabrication et le montage des moteurs à courant continu h basse tension,qui utilisent un aimant ou des aimante permanents de stator , entourant un induit capable de tourner, l'emploi d'aimants fraisée avec préci- sion s'impose et les aimants doivent être assemblés en une construction précise pour conserver les tolérances d'entre- fer convenables entre l'aimant ou les aimants du rotor et du stator, et entre la culasse et l'aimant du stator. Néces- sairement , ceci exige de nombreuses étapes de fabrication tant en ce qui concerne les éléments eux-mêmes que l'assem- blage de ces éléments pour construire le moteur.
En plus lorsqu'on veut un moteur compact, il se peut qu'on n'arrive pas à un résultat complètement satisfaisant puisque la ou- lasse magnétique doit être assez écartée des aimants pour ré- duire le court-circuit du flux magnétique à travers la cu- lasse.
Un but de la présente invention est de procurer un moteur à courant continu à basse tension, de construction nouvelle.
Un autre but de la présente invention est de procurer un moteur à courant continu à basse tension dans lequel des techniques d'assemblage simplifiées sont utili- sées pour la fabrication du moteur
Un autre but encore est de procurer un moteur courant continu à basse tension utilisant des aimante per- manents de stator assemblés rapidement avec les tolérances
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d'entrefer étroites par rapport au rotor.
Un autre but eet de procurer un moteur à cou- rant continu à basse tension ou dans lequel une culasse ou bâti de retour magnétique est utilisée avec les ai- mante du stator et sert de support à une structure d'extrémité en cloche sans que soient nécessaires des moyens de fixation à via quelconques pour maintenir le rotor et le stator à l'état complètement assemblé.
Un autre objet encore est de procurer un nou- veau moteur à courant continu à basse tension qui utili se une culasse ou bâti réglable pour recevoir des ai- mants de stator non fraisés, de dimensions variables.
Un autre but est de procurer un moteur à cou- rant co'itinu à basse tension utilisant une culasse magné- tique en contact avec les aimants du stator et où les caractéristiques de densité de flux maximum des aimante sont encore maintenues pour réaliser un moteur compact.
Un autre but encore de l'invention est de pros- curer un moteur à basse tension, à courant continu, de grand rendement, peu coûteux, robuste, de fonctionnement sûr, compact, et comprenant un nombre minimum de pièces*
La présente invention considère par conséquent un nouveau moteur à courant continu à basse tension, com- prenant une paire d'aimants permanents de stator aimantés en direction radiale,
et ayant un rotor avec des enrou- le ments disposés pour tourner entre le* aimantaL'ar- bre du rotor est monté pour tourner dans une paire de cloches ou supporte d'extrémité et ces dernières compor- tent des moyens espaceurs qui coopèrent avec la surface arquée de chaque aimant pour maintenir un entrefer pré-
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déterminé entre la surface arquée de l'aimant et la face polaire du rotor Une culasse magnétique ou bâti de retour embrasse les aimants du stator et est réglable pour recevoir les aimants non mis à la terre de diverses di- mensions .Le bâti sert h supporter les cloches d'extré- mité et en association avec celui-ci, forme un bottier ou enveloppe ayant la forme d'une boîte,
où le bâti a un mouvement limité dans des directions faisant Varier l'aire en section transversale du bottier, - Les buts et avantages de l'invention indiqués ci-dessus, apparaîtront plus complètement ci-après, par considération de la description détaillée subséquente, prise avec les dessins qai y sont joints et où l'on a représenté une forme de réalisation de l'invention.
Aux dessins,dans lesquels les mêmes réfé- rences se rapportent partout aux mêmes objets - la figure 1 est une vue en élévation, en partie brisée, d'un moteur réalisant la présente in- vention; - la figure 2 est une vue en coupe transver- sale suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe trans- versale faite suivant la ligne 3-3 de la figure 2, et montre plus clairement la disposition relative du ro- tor et des aimants permanents ; - la figure 4 est une vue en coupe trans- vereale faite suivant la ligne 4-4 de la figure 1; - la figure 5 est une vue prise en considé- rant la face inférieure du moteur comme vu à la figure 1;
- la figure 6 est une vue fragmentée faite su-
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vant la ligne 6-6 de la figure 5, et montre en partie l'a- gencement de commutateur et de balais du moteur, et - la figure 7 est une vue en partie en coupe, montrant la structure du commutateur.
En se référant maintenant au dessin et plus par- ticulièrement aux figures 1 et 2 pour une description plus complète de l'invention, on a désigné par le chiffre 11, de façon générale, un moteur qui comprend un rotor ou induit
13 ayant des segments d'induit 15,17 et 19, en couches au¯ perposées, (figure 4) disposés symétriquement autour de l'arbre de sortie ou arbre d'induit 21 du moteur. Des en... roulements distincts 23,25 et 26 ( montrés seulement à la figure 4)sont prévus pour les segments d'induit 15,17 et 19 respectivement.
Les extrémités opposées de l'arbrn 21 sont munies de moyens à paliers 23 et 25 qui reposont dans des cloches d'extrémité 27 et 29 respectivement, les cloches d'extrémité étant formées de matières non magnétiques, par exemple de matière plastique. Un ressort à boudin 31 est disposé autour de l'arbre 21 et a une extrémité en coopé- ration avec l'élément de palier 25, et son autre extrémité en contact avec un commutateur 33 pour presser l'arbre ver le haut (comme vu à la figure 2) et contre la cloche d'ex trémité 27.
Le commutateur 33 consiste en trois segment conducteurs fendue 35,37 et 39 (figure 7) qui sont reliée électriquement aux enroulements 23, 25 et 26, Les segmente du commutateur sont disposés sur une pièce Introduite 41 de matière isolante comme par exemple de la Bakélite qui est à son tour engagée à force sur l'arbre 21.
Lee cloches d'extrémité 27 et 29 sont munies chacune d'une partie saillante ou anneau 43, de préférence
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fait d'une pièce, aveo les cloches d'extrémité en disposi- tion concentrique par rapport à l'arbre d'induit 21. Chacun deu anneaux 43 a une surface intérieure 45 et une surface extérieure 47,cette dernière s'étendant au delà des seg- menta d'induit sur une distance prédéterminée*
Le moteur 11 comprend.une paire d'aimants per- manents de stator allongés 49 qui sont sensiblement rec- tangulaires en section transversale sauf d'un côté 51 qui est senoiblement de forme arquée. La surface restante, qui s'étend longitudinalementde l'aimant 49 indiquée par 53,54 et 55 (figure 4) est plane.
Les aimante 49 sont formés d'une matière convenable ayant des propriétés de réten- tion magnétique marquées, comme par exemple le ferrite de batium et sont produite par une opération de frittage ou de moulage .Une culasse de retour magnétique 57 formée d'u- ne matière magnétique convenable et prévue en contact avec les surfaces planes 53,54 et 55 des deux aimante 49. Le bâti 57 est sensiblement rectangulaire en section trans- versale et comprend des tronçons distincts en forme d'L, 59 et 61, ayant des parties de pied 63 et 65,(figure 4), et des parties en branches 67 et 69 respectivement, Des ouvertures supérieure et inférieure 71 et des ouvertures supérieure et inférieure 73 sont prévues dans les branches 67 et 69 respectivement, et sont conformées pour y recevoir des blocs 75 s'étendant radialement , formés sur les an- neaux supérieur et inférieur 43.
Les dimensions horizontales des ouvertures 71 et 73 comme on les voit au dessin sont plus grandes que les dimensions horizontales des blocs 75 pour permettre le mouvement latéral des tronçons de bâti 53 et 61, tandis que les dimensions verticales des ouver-
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turea et des blocs sont sensiblement les mêmes pour restreindre le mouvement des tronçons 59et 61 dans des di- rections normales aux cloches d'extrémité 27 et 29.
Le pied 65 du tronçon de bâti 61 est muni d'une languette 77 (figu- res 1 et 4) qui est reçue dans une fente 79 formée dans la branche 67 du tronçon de bâti 59, tandis qu'une languette 81 est formée aur la branche 63 et reçue dans une fente 83 formée dans la branche 69 de la section de bâti 61, Les fentes 79 et 83 sont ouvertes suivant les bords des bran- ches respectives 67 et 69 pour permettre aux languettes d'entrer dans les fentes et d'en sortir.
Des évidements circulaires 85 et 87 sont formés dans les cloches d'extrémité 27 et 29 respectivement pour y reposer les bords supérieur et inférieur du bâti 57.
Des épaulements périphériques 88 et 89 sont prévus sur les ' cloches d'extrémité 27 et 29 respectivement , et sont dis- posés vers l'intérieur de ces évidements 85 et 87. La cloche d'extrémité inférieure 29 porte une paire de tiges qui en pendent, 90 (figure 5), diamétralement opposées, dont chacune reçoit un ressort à boudin 92 de retenue de balai. Une extrémité 93 de chaque ressort 92 est droite et s'étend suivant la surface extérieure de la cloche d'extrémité 29 pour venir coopérer avec un balai de comnu- - tation 93A disposé dans un support de balai 94 fait d'une pièce avec la cloche d'extrémité 29.
Le support de balai 94'
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est fendu dans le sens de sa longueur (figure 6) pour permettre la mise en contact de 1'extrémité du ressort 93 avec le balai 93A pour maintenir ce dernier en contact avec le commutateur ';.Des bornes 95 en ressort plat formé en U ont chacune des parties de bras s'étendant dans le support de balai 94, en dessous du balai 93A et en contact avec lui (figure 6), et constituent une borne d'entrée pour relier électriquement le moteur 11 à une source d'énergie à cou- rant continu,.
Un des facteurs critiques dans la conception et la fabrication des moteurs est le maintien d'un entrefer prédé- terminé entre le rotor et le stator. En général, on désire donner un entrefer de dimension minimum pour réduire le facteur de réluctance, dans le circuit magnétique, à la valeur la plus faible possible. On peut facilement compren- dre que cette situation pose des problèmes non négligeables dans la fabrication des moteurs puisque les parties consti- tuant le rotor et le stator et leurs structures associées doivent être fabriquées avec des tolérances excessivement étroites. Ce qui précède exige des-étapes coûteuses dans la fabrication ou dans le fraisage des diverses pièces aux dimensions nécessaires pour maintenir un entrefer minimum.
En plus, des équipements de montage complexes et des proces- sus d'essai doivent être employés pour assembler les pièces de précision et pour assurer un agencement en position con- venable des divers éléments, en particulier ceux du rotor et du stator. on a proposa des moteurs à courant continu à basse tension, utilisant un aimant permanent de stator monté en forme d'un cylindre et une culasse de retour ma-
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gnétique de forme senblable, en contact avec la face exté- rieure de l'aimant.
Une difficulté qui se présente aux fabri- cants de moteurs utilisant des aimants de stator moulés cy- lindriques vient de ce que du fait du processus de montage, l'épaisseur radiale de l'aimant varie souvent, en sorte que des étapes d'usinage coûteuses sont nécessaires pour fraiser les surfaces de l'aimant aux dimensions désirées, En outre, la culasse doit être fraisée avec précision aux dimension de l'aimant et, en plus, une construction dimensionnée avec pré- oeion doit être prévue dans le moteur pour réduire le.mou- vement de la culasse par rapport à l'aimant.
Comme indiqué précédemment , les aimante 49 de la présente invention sont moulés, et ces aimants peuvent aussi Être fabriqués avec des dimensions qui s'écartent des dimen0- eiona du pro j et . Par exemple, dane le moulage des aimants
49, onpeut trouver que les dimensions indiquées par A, B et
C (figures 3 et 4) peuvent varier, et s'il était nécessaire de retenir les aimants dans une culasse ou un bâti fixe, des opérations longues et coûteuses de fraisage seraient né- cessaires. Cependant, la présente invention évents les opéra- tions d'usinage des aimante en procurant le bâti ou culas?-? réglable 57 qui s'aooomode d'aimants dont les dimensions A
B et 0 présentent des variations,
Des variations quelcones dans lea dimensions de A et B entraînent simplement le mouve- ment des sections distinctes de bâti 59 et 61 dans des sens - qui réduisent ou augmentent l'étendue en section transversa- le définie par les sections de bâti, l'étendue du Mouvement des sections du bâti étant limitée par les dimensions heri- zontales des ouvertures 71 et 73, des fentes 79 et 83 et les épaulements 88 et 89. En plus, des variations de la dimension
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3, ou la hauteur de l'aimant comme on le voit à la figure
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sont prévues en dimensionnant la hauteur du bâti 57 légèrement au delà de ce qu'on pourrait normalement attendre de la dimension 0 des aimants, en sorte qu'un espace de compensation existe entre les surfaces intérieures des cloches d'extrémité 27 et 29 et le dessus et le bas des aimants 49 (en considérant la figure 3).
La construction suivant la présente invention ne doit pas être considérée seu- lement du point de vue d'un montage possible avec des ai- mante de dimensions irrégulières mais doit être considérée en plus coin * permettant de placer des aimants de divers calibres et ayant une configuration semblable aux aimants 49,
Tant que des aimants de calibres différents tombent dans les limites déterminées par les ouvertures 71 et 73 et les fentes 79 et 83, on pourra les utiliser avec la construction en question.
On remarquera que quelles que soient les varia- tions des dimensions A, B et C des aimants 49, un entrefer prédéterminé sera toujours maintenu entre l'induit 13 et lea aimants 49 par la construction de la présente invention.
Si l'on considère la figure 3 des dessins comme exemple, on verra que la surface extérieure 47 des anneaux 43 vient en contact avec les surfaces arquées 51 des aimants 49.
Comme les anneaux 43 sont fixes par rapport aux cloches d'extrémité 27 et 29 et ainsi à l'axe de l'arbre 21, la distance radiale de la surface extérieure 47 du centre des cloches d'extrémité 27 et 29 déterminera la dimension de l'entrefer entre l'induit 13 et les aimants 49.
Dans l'as- semblage de moteur de la présente invention, on pousse les sections de bâti 59 et 61 ensemble jusqu'à ce que les
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actes arquée 51 des aimants 49 viennent en contact avec la 'surface extérieure 47 des anneaux 43 en aorte qu'en ; tout oaa les aimanta 49 soient écartes d'une distance prédé- ; terminée de l'induit lorsque le moteur11 est complètement .;
assemblât en plus , on remarquera que les côtes longitudi- naux non arques des aimants sont en contact avec les sections , de bâti,
Une autre particularité originale de la présente invention est que la construction du moteur 11 assure la msie en contact de la culasse ou bâti 57 avec les aimante permanent 49 sans provoquer aucune perte de flux, en raison de ce contect.
Ceci se réalise enaimantant les 49 du tel- le manière que les lignes de force magnétiques et le flux traversent radialement les aimants comme montré graphique- ment par les lignes brisées de la figure 4. Le flux à l'inté- rieur de l'aimant s'étend normalement à la face arquée 51 et traverse l'entrefer, à travers le bâti 57.
en fermant ainsi le trajet du circuit magnétique* Ce fait contraste avec les aimants permanents qui sont aimantés en direction longitu- dinale en sorte que les lignes de force passent autrement que normalement à la face du rotor, ou, si l'on considère la ion- struction de la figure 4, les lignes de force s'étandraient parallèlement aux branches 67 et 69.
11 est visible pour les spécialistes que si la construction de la figure 4 utilisait 1 ' aimantation longitudinale, les parties des aimants 49 voisines des branches 67 et 69 du bâti 57 et en contact avec celles! ocraient sensiblement empêchées de conserver cette intensité de flux puisque le flux traversant ces parties des aimants 49 serait court-cireuité par le bâti sans passer par
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les enroulements.
Par conséquent,l'aimantation radiale des aimants 49 donne un moteur plus compact puisqu'un moteur com- prenant des aimants aimantés longitudinalement exigerait l'é- cartenent de la culasse par rapport aux aimants pour éliminer les difficultés de court-circuit, en sorte que les dimensions générales du moteur devraient être augmentées pour assurer cet espacement. Au contraire, le moteur suivant la présente invention pourrait employer des aimants aimantés longitudina- lement bien qu'il soit facile de voir que cela réduirait le flux. Un des avantages les plus importants de la présente invention est la construction nouvelle du moteur 11 qui permet son montage et son démontage avec un minimum absolu de temps at d'effort. Far exemple, sauf pour l'assemblage de l'induit 13, on peut monter tous les éléments du moteur à la main.
Ainsi, dans l'assemblage du moteur, les extrémités op- posées de l'arbre 21 seront montées dans les cloches d'extré- mité 27 et 29. Les aimants 49 seront d'abord placés entre les cloches d'extrémité avec les faces arquées 51 à proximité des anneaux 43. L'une des sections du bâti 57 est introduite alors entre les cloches d'extrémité et placée de telle sorte que les blocs 73 pénètrent dans les ouvertures de la partie en branche de la section. De même, la seconde section du bâti 57 est assemblée aux languettes et fentes des sections de fente en regard.
Enfin, les deux sections 59 et 61 peuvent être prises d'une main et pressées ensemble, en sorte que les aimanta 49 soient on disposition relative convenable pour l'assemblais avec l'induit 13 et le bâti 57 en contact avec les aimants et reposant sur les cloches d'extrémité. Le démon-
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tage du moteur 11 peut se réaliser tout aussi simplement en procédant en sens inverse aux étapes considérées pour le :
montage du moteur,
La culasse ou bâti réglable 57 a été représentés et décrite comme ayant deux sections séparables, mais on com- prendra qu'il entre bien dans le doamine de l'invention que le bâti comprenne plus de deux sections, pour autant qu'elles fonctionnent pour obtenir les résultats exposés ici.
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