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Moteurs synchrones à rotor en matériau magnétique permanent.
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L'invention concerne un moteur synchrone mono- ou polyph-
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ad constitué par un stator, une ou plusieurs bobines etatoriqueo et un rotor en matirlau magnétique p<-r::acnt z une ou plusieurs paires
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de pôles* Des moteur* I)'nQl1ronoS munis d'un rotor en matériau ma- anittque permanent sont connue. Ces moteurs comportent, ooma..18ln' ; rotorlquop un cylindre creux à plusieurs pOles en Matériau mASD't1qu. isotrope ou des blocs de matériau ccrQtlque anisotrope qui, ensemble avec des pièces polaires terro-a?cnvt.:qucs, !'0%11cnt des rotor..oyl1n.. driques. D'une façon Gênèralop les bobines do stator comportent un petit nombre de spires. Dans etc t<.l;: atours la force contre-61e',ro.
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Motrice 1wJ.u1 te est asasz petite et du plus le. forme de oelle.01 ]">""-('n1'1;.(1 fortement de la sinusoïde. in particulier, dans le oaa i.'c.:'?lo1 de pièces polaires 1:orro-mo.;nét1quoa, le circuit atttoriquw ',1 une ;.:x'M<t conductibilité magnétique, de sorte que la bobine ."'Q;:<'):1:;Q une grande selr..inductanoe L qui, d'une façon générale, \¯r\rl<- nu cours d'une révolution du rotor. Le rapport de la raotino -# à :c. résistance totale oh est, en particulier dans le cas de rotor. d pièces polairoa 1'orro"lIu.\6nét.1quo, plus grand que 5p c'est-à-dire e5 a u J/it 5. Le rapport de la force contre-élcotromotrice E 4 ,1.- tc.'i.:'\10n aux bornes U est, n particulier deno le cas d'aimanta c4;¯a..at par des cylindres creux, inférieur à u,5.
Ces moteurs ne développent pas, m&11I pas par approxime-
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",,:' . '1. lu puissance thorique lutaiiiialc- Pa m U /4h. De plus, rapporté ù -,'.l,:;:;:'I;'...'1CO développée, leur voimne est très grand. Le rendement vst {;,:;uJ.e1!.1ent très bas,! eu particulier, pour les moteurs de petite puisswace, il est inférieur à 50>.
Un moteur confome à l'invention présente la ,articula- ri*: que la valeur de tg a := À/ rl est comprise entre 0 et 5, que la #.* *.** ae WU est comprise entre 0 et 1,2, et que tg a est toujours ..-1 # ":xjic que 4 moins n, 5 x.l U .
Le moteur peut ainsi développer une puissance se rappro- .- T-:, do la limite théorique et cela avec un rendement élevé, par ... Mt ,w....'17r 3 5.
Les systoles utilisés sont définis de la manière suivante: '. ' " .a valeur efi'icace de la tension mesurée aux bornes de la bo- ; ".().c>r1\J.y.t' lorsque if moteur ust ntrdnt 1 lit vitesttw de rota- . ; r.nchrone et quo l'intensité du courant d u8 le ttator est nulle U est la valeur efficace de la tension appliquée aux for- -,' ,',: montage an série du moteur et d'un éventuel condensateur.
0} est la rrequence angulaire ou pulsation de la tension "'';'1: ,), of" .,.; . 1 --10""" ,1". <t;:.:t la r' ;.4; v.: a7 totale de la bobine statorique expri- ,\,:',: rapport Il., oppression fans laquelle Ur est la tension
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aux bornes au montage eu série de la bobine statorique et d'un cota-
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densateur éventuel, à capacité accordée sur la résonance, et traversé
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par le courant de résonance Ir.
Etant donné que la résistance totale , R est constituée par la résistance ohmique de la bobine et par les résistances! fictives qui représentent les pertes par courant d ioucault et les pertes par hystérésis, elle est tributaire de l'un- plitude du coui'Wit, ir doit donc être le coupant que le moteur adaor- be lorsque lU' puissance développée 00I'r..pon4 .., moitié de le. puil- 81.U1C de décroche. al' puissance de C1érooha.., il y a lieu d'entendre Lu puissions ? corrueponoant au couple de décrochage. ù est l'impédance f R + Xi mesurée en fonction eu rapport Uo/lr' expression ctems laquelle tlo est la tendon aux borne. du montage en. aérie de lu bobine (le stator et d'un condensateur éven- tuel traversé par un courant d'intensité égale au courant de réso- nanae lr' V X est la réf:
l.ctW1oe wL -#¯j qui résulte de 1t et l avec C Mt la cupaclté d'un condensateur éventuel monté on
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séria.
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L est lu self-inductance de lo bobine statorique pouvant î être déduite Ud L -= * + -!'-.. 1 w wc Cuu xep,vs typiques d'applications pour lesquelles on
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n'a pu utiliser jusqu'à prt-aent les moteurs synchrones connus sont les pnonograpnes et les rasoirs a sec.
4.1.::. pnoiorz.lmea sont généralement équipas de moteurs
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asynchrones fournissant une puissance d'environ 0,5 watt, à rendement
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d'environ lu/ et a volc de 23u ezaj/watt. Far contre, un moteur
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synchrone conforme à l'invention a, pour une puissance de décrochage ae 2 wutts un .rI1c.(.n.ent de plus uo 5u,o et son volume n'est que de 4b eu/ 3 /w&tt. J,.. plus, le Montage conforme à l'invention offre tous lus av.zzt ,;cs uu moteur synchrone, absence ue balais, et vitesse
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111Qpvnc:.C..fl';f.i Qt< ia ctzar,e.
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Les rasoirs à sec sont généralement équipés de moteurs à excitation série d'une puissance d'environ 4 watts (à une vitesse
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d'environ 9.0UO tours par minute réduite par une transmission), leur rendement ne dépasse guère 30p et leur volume est d'environ 15 om3 watt.
Par contre, le moteur conforme à 1''invention offre l'avan'
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tngfe important que, par exemple pour une puissance de déoraQhaa d'environ 6 watts (à 1& vitesse de 3.000 tours par minute qui est particulièrement avantageuse pour le rasoir à se*) non rendement
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dépasse 6U% alors que son volume njiat que de 6 =)/watt. J18nqu#un Moteur à excitation série puisse être déparaflté, un autre avantage au moteur conforme à l'invention est que par suite de 1'absence d'un collecteur il ne se produit pas de perturbations dans le ré-
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cepteurs de radio ou de télévision et que l'uwurw dao balai. nfont plus à craindre, ce qui prolonge la durée de vie du moteur sans entretien.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
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La 'ig. 1 est un exemple de réalisation d'un moteur son- tome à l'invention, muni d'une paire de pôles statoriques en tôles et d'une seule paire de pOles rotoriques.
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La il g. k est un diagramme pour des moteurs conformes à l'invention donnant tg a en fonction de .
La Fig. 3 est un diagramme donnant a en fonction de ' la ligne en pointillés indique les moteurs à rendement de 50% pour une puissance de décroenuge de U'.
4R La tige 4 est la courbe rendement-puissance de trois mo-
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teurs selon la 'iro :;le La tig. 1 représente le stator constitué par un circuit de tôles à une puiro ac pOlus (1). Commet le montre la Fig. ,, la
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péripherie du pôle statorique n'est pas circulaire. Elle se termine de aeux côtés diamétralement opposés par les parties droites (2) tangentes au cercle intérieur. Les bras au stator portent la bobino (3) dont les spires sont éventuellement montrée en série avec un condensateur (6) Sur les pales statoriques sont fixés les paliers pour le rotor*
Le rotor (4), porté par un axe 5, est constitué par un aimant cylindrique permanent, aimanté diamétralement.
L'idée inventive réside dans le fait que les moteur* présentant les propriétés décrites peuvent être obtenus lorsque, outre le rapport E/U requis, on fait en sorte que l'angle a soit petit en utilisant un rotor en un matériau magnétique permanent aimanté diamétralement à haute induction, et une bobine statorique à grand nombre de spires et en moue temeps, une très faible conducti- bilité Magnétique du circuit stator! que et/ou une éventuelle capaci- té en série avec 1' enroulement statorique.
Il est avantageux que la tension induite ± par le rotor aimanté diamétralement soit sinusoïdale et qu'elle ne comporte qu'une; fraction négligeable d'harmoniques.
La faible conductibilité magnétique du circuit statorique et obtenue par une buste permdabilité. de préférence réversiblee, de l'aimant du rotor qui forme, pour le circuit statorique, un trajet dont la aible conductibilité magnétique est environ deux fois plut petite que celle formé* par l'entrefer dana le moteurs connue.
Il y a lieu de noter que le fer du stator détermine, par ses pro- priétés magnétiques, le point de fonctionnement de l'aimant du rotor et partant la grandeur de Il qui aoit être aussi grande que possible pour un nombre de spires donné. Il en résulte, en ce qui concerne la construction, la condition que le stator doit être réalisé en matériau ferro-magnétique de qualité supérieure.
La faible conducti- bilité désirée pour le champ magnétique de la bobine est uniquement déterminée par la partie du circuit magnétique de la bobine du stator .
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forme par 1* allant du rotor, de préférence à basse perméabilité ré- versible, et par une dispersion aussi faibleque possible du flux de' la bobine statorique.
La grande longueur de l'aimant rotorique désirée en vue d'une faible valeur # L/R dans le sens longitudinal du circuit sta- torique macnetique c'est-à-dire un aussi grand diamètre que possible de l'aimant rotorique cylindrique de préférence à basse perméabilité réversible, présente en outre l'avantage que la ligne de fonctionne- ment de l'aimant rotorique est particulèrement favorable en vue d'une haute induction magnétique ou, considéré sous un autre aspeot, que l'entrefer f@rme entre le rotor et le stator n'exerce qu'une faiole influence sur l'induction magnétique du rotor et partant sur
E. Le diamètre ae rotor pratiquement réalisable est,limité par le démarrage au moteur.
Il est en outre avantageux que l'aimant rotorique cylin- drique soit homogène, en ce qui concerne sa conductibilité magnât!. que. De ce fait, la self-inductance de la bobine est constante sur toute une révolution du moteur lorsque la perméabilité relative du fer statorique est constante; dans ce cas, avec un E et un U sinu- soïdaux, le courant est également sinusoïdal.
Les moteurs ne sont pas sujet à des réactions d'induit
Pour les moteurs conformes à l'invention, qui, avec un .rendement élevé, par exemple supérieur à 50%, see rapprochent de la limite de puissance théorique U2/4B, les valeurs E/U et a se trouvent entre des limites parfaitement déterminées et sont dans une relation détcxmiaée.
Les moteurs à bon rendement s'obtiennent dans la gamme suivante.
Lorsqu'on porte tg d = X/B en fonction de E/U la zone désirée suivant l'invention peut être limitée dans ce graphique de la manière suivantes tg a est compris entre les valeurs 0 et 5, sauf les va- leurs pour lesquelles tg a est inférieur à 4 moins 6,5 E/U, et E/U
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edt t.,ntre les valeurs u et 1,2 lorsque l'on tient compte au fhit tue, 1s .!.ttmr ne travaille que lorsque cos a oC U/ (voir la xoîte '3 sur Ja jfigt Z)o Lorsqu'on, désire uniquement des moteurs à rendement maxi- mal de ju,,, ou plus, pour une puissance développée donnée, on obtient la , <4. ;, a. que b/u se trouve entre les limites 0, µ et li (voir 1 <oi t &<*v*,ti.t sur la r'ig. #±)# r4lation entre l'angle a et VU et les valeurs préfé- rées bt.<:'Hue ressort des considérations suivantes.
On introduit la ccxz..c; tzr.xitiorzzzel,Le que ± cos a/U se trouve entre les limite ü,,l -.t a, H3 et ./u entre les limites 0,5 et 1,2 (voir la rig 3). uii tig. 4 montre la courbe rendement-puissance de trois moteur-* vlit icN valeurs de h/Uet u sont indiquées sur la Fig. 3.
Lors%4uyejn corasiaere la relation en pour-cent entre le rendement d'un mot-eux .urt.i; o<;3 conaitious, et la puissance développée, rapportée il U'7. c4 que l'on considère la surface soustendue par les oourbes comae fctsur ue mérite pour le rendement et la puissance fournie, il s'yveru que la puissance maximale théorique P. - U /4t< est toujoua atteintes "v'jc un rendement ae 5ut lorsque Jh. cos a/U est égal h 0 59 et que lu jurfttue soustendue par les courbes de rendement, corisidérée uomlae ac mtrite, est Maximale lorsque a ùuo (indiqua en poiuj' jur i'ic' D'autres paramètres tels que poiutiJ ùa jur la lie,. ,3).
uautres paramètres tels que le volume par,.,., wett, In poabiullité do suronarge ou le rendement et la conattuice du point, uy puuverit cependunt inciter à choisir pour WU et u des valeurs ain'éront de ces valeurs proférées, Wouteroiti, aans cetï cotirqr.id ta l'invention, on obtient toujours,un rendent
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sup' ri-'ur .7, et un grande puissance par unité de volume. tn t;t.nf&, les iA9t urs onfore 4 l'Invention Ment au'-..rnt. pur ccroohMe dana la mhfChe 6}nchrone lorsque lee Masscp (Meus à l'axe du stator ne dépassent pas une rirrus m'winuu, p4r exemple dans un rasoir à arc.
Lans le vus uun 'ivar Il faut en outre que le moteur bipolaire u'occ3 a3..zp J.ca bobine n'étant pas excitée, an état de repos tel que 1.suac,ao ,;ncticur soit parallèle au onwap magnétique do la
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bobine au stator car, dans ce cas, . l'état de repose le rotor est
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en dquilibyo instable lorsque la bobine statorique est eao1té. et n'ost pas porté à accrochage, c'est-à-dire qu'il doit ttre lancé pour démarrer.
Aussi faut-il veiller à ce que, par une forme asymé- trique au stator, lorsque la bobine statorique n'est pas excita le rotor occupe une position ae repos telle que son induction magnéti- que forme un angle avec la direction au champ de bobine résultant.
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j.je préférence, cet angle sera plus grand que 5 (voir la kig. 1).
Lorsque les masses reliées rigidement à l'axe au rotor sont trop grandes pour le démarrage par accrochage par oscillation, comme cela. peut être le cas par exemple avec un phonographe, on peut, outre des moyens auxiliaires .mécaniques tels que par exemple un ac- couplement a friction ou un accouplement centrifuge, prendre des disposition auxiliaires pour le démarrage.
Lorsqu'on équipe le stator de manière connue d'un enroulement auxiliaire et qu'on lui assure ainsi un champ tournant alors qu'où munit le rotor d'une cage en court-circuit, le moteur reçoit, avant d'atteindre la vitesse syn- chrone, une partie du couple de démarrage asynchrone.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.