Moteur synchrone à démarrage automatique. La présente invention concerne un moteur synchrone à démarrage automatique, et plus particulièrement un tel moteur de petite di mension, utilisable dans des sonneries électri ques, des interrupteurs horaires, des compteurs électriques, etc.
Ce moteur est caractérisé en ce qu'il com prend un bobinage de champ, un noyau dans ce bobinage, un organe polaire disposé à cha que extrémité de ce noyau et ayant des pôles embrassant le bobinage, l'un de ces organes comprenant des groupes de dents polaires coo pérant entre eux, enfin, un rotor ayant un élé ment inductif associé aux pôles et un élé ment synchrone associé aux dents polaires.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'un mo teur selon l'invention: La fig. 1 est une vue en perspective mon trant écartées les unes des autres les parties employées pour la fabrication d'un de ces mo teurs; La fig. 2 est une vue semblable montrant d'une manière plus parfaite l'enroulement as semblé sur le noyau; La fig. 3 est une vue -en perspective mon trant l'avant du moteur assemblé; La fig. 4 est une vue en perspective mon trant l'arrière du moteur assemblé;
La fig. 5 est une vue en perspective par derrière -du stator, le rotor ayant été enlevé, et La fig. 6 est une coupe longitudinale au travers du moteur assemblé.
L'enroulement excitateur est désigné par 10 et les conducteurs l'alimentant en courant sont désignés par hl. Cet enroulement est monté sur un noyau magnétique 12 dont les extrémités dépassent les deux faces opposées de l'enroulement. Glissant par-dessus les ex trémités du noyau 12 -et s'engageant dans les faces opposées de l'enroulement 10, il est prévu :deux disques l3@ et 14 électriquement isolants et faits de papier, fibre ou matière analogue. Les extrémités avant et arrière du noyau se terminent par des parties 12a et 12b de dimensions réduites, sur lesquelles sont montés les éléments formant les divers pôles du stator.
Sur la terminaison arrière 12b du noyau est montée une feuille d'acier 15 emboutie en forme d'U, clairement illustrée par la fig. 1. La partie transversale plane .de cet or gane polaire 15 possède une ouverture cen trale 15b glissant par-dessus la terminaison 12b lorsque l'assemblage est parfait. Les ex trémités de ce pôle embouti sont embouties latéralement de manière à former les termi naisons polaires 15P, celles-ci étant incurvées en arc de cercle, de manière à entourer l'en roulement 11 et à présenter une surface ex térieure cylindrique.
Le flux dans les termi- naisons polaires 15P est toujours de même po larité que l'extrémité 12b du noyau et en phase avec cette dernière.
Glissant par-dessus la terminaison 12b de l'autre côté de l'organe polaire 15 se trouve un disque 16 possédant une ouverture cen trale destinée à retarder le flux dans l'or gane polaire extérieur 17. Ce -disque de re tardement -est de préférence en cuivre.
Cet organe polaire extérieur 17 est eu somme identique à l'organe polaire intérieur 15, sa forme préférée étant de manière ana logue un acier embouti avec une ouverture centrale 17b et possédant des terminaisons polaires arquées 17P s'étendant en avant. Comme on le voit dans la fig. 5, les deux organes polaires l'5 et 17 sont assemblés avec un décalage angulaire, mais avec leurs termi naisons polaires 15P et 17P placées l'une con tre l'autre, de sorte que les terminaisons po laires adjacentes forment ainsi les deux sec tions d'un pôle unique, l'une des sections étant soumise à un décalage magnétique par rapport à l'autre.
La partie diamétrale de l'organe polaire 17 possède des bossages ou oillets 18 rivés sur elle et qui, comme le montre la fig. 6, possèdent un filetage intérieur. Ces oeillets constituent -des ouvertures taraudées -du sta tor, destinées à recevoir -des vis de fixation appropriées, par lesquelles le moteur peut être monté sur un châssis ou support appro- prié. La plaque de décalage 16 en cuivre com porte des encoches 16a diamétralement oppo sées, destinées au passage de la partie de ces oeillets, lesquels sont de préférence en laiton, dépassant là l'intérieur.
Comme le montre la fig. 6, les organes polaires 15 et 17 sont mon tés avec le disque de décalage intermédiaire 1-6 en cuivre, rigidement, sur la partie 12b de diamètre réduit -du noyau et cela en serrant ou rivant une bague 21 s'étendant extérieu rement au noyau sur la partie arrière de l'or gane polaire 17. Un coussinet de palier 22 -est monté dans cette extrémité du noyau et est destiné à recevoir l'arbre du rotor, ce cous sinet ayant une ouverture extérieure un peu plus large destinée là recevoir une bille .de pa lier 23 contre laquelle l'extrémité de l'arbre de palier bute.
L'extrémité extérieure @de ce perçage extérieur est fermée par un flasque en forme de disque 24 et le coussinet 22 ainsi que le disque 24 sont maintenus en place en sertissant ou rivant une couronne 25 d'une nouvelle partie -du noyau de plus petit diamè tre et s'étendant au delà .de la surface exté rieure du disque 24.
Pour éviter que le cir- cit magnétique ne soit shunté en créant un passage pour le flux au travers,de l'arbre du rotor, le coussinet 22 est en métal non magné tique tel que du bronze et les organes -de fer meture sont également -en matière non ma gnétique, à moins qu'un intermédiaire en pa pier ou fibre soit interposé entre ces organes et la bille 23.
Sur l'avant du bobinage et sur la termi naison 12a du noyau est monté un organe po laire '2.8 consistant en un assemblage for mant les pôles du champ magnétique alterna tif et la moitié des pôles,du champ magnéti que tournant.
Cet organe polaire 28 comprend une feuille d'acier centrale en forme -de dis que 29 ayant une couronne de dents rectangu laires 30 projetées radialement. Monté sur ce disque central se trouve un anneau extérieur 32 possédant une couronne de dents intérieu res 31 également rectangulaires et s'étendant dans les espaces entre les dents du disque 29, Les deux couronnes de dents 30 et 31 sont maintenues de manière à constituer un entre- fer entre elles et cela au moyen du remplis sage, en un métal non magnétique ou autre matière appropriée, des espaces entre les dents, comme indiqué en 33, ou encore en pla çant des rivets de cuivre ou de laiton à cer tains intervalles et s'engageant dans des en coches correspondantes des deux couronnes de dents.
En arrière de la périphérie de l'anneau. 32 et approximativement .diamétralement oppo sés se projettent deux pôles 28P cintrés de telle manière à entourer l'enroulement 10. Ces pôles 28P ont le même diamètre extérieur que les pôles 15P et 17P et pénètrent entre les espaces libres déterminés par les deux paires de ces derniers pôles 1.5P et 17P à une cer taine distance de ces derniers, comme le mon trent les fig. 4 et 5. Ces pôles couvrent un angle approximativement double de celui cou vert par les pôles 15P ou 17P et complètent le groupe de pôles du champ tournant.
A tout instant pendant le passage du flux, les pôles 28P sont de la polarité de l'extrémité 12a du noyau et les pôles 15P et 17P sont de la même polarité que l'extrémité 12b avec un flux dé calé dans les pôles 17P en arrière du flux des pôles 15P. Etant donné le champ magnétique alternatif, l'espace non magnétique 33 entre les deux couronnes de dents polaires 30 et 31 donne lieu ù un flux de perte de chaque dent polaire d'une couronne @à la dent polaire- ad jacente de l'autre couronne, d'où résulte un champ magnétique alternatif s'établissant en tre ces dents polaires,
l'une des couronnes de dents étant d'une polarité pendant une alter- nation et de l'autre polarité pendant l'autre alternation.
En référence à la fi-. 6, on voit que l'en semble polaire 28 est monté rigidement sur l'extrémité avant 12a du noyau par le sertis sage ou le rivetage d'une couronne 37 exté rieure à cette extrémité du noyau et au dis que 29. Le -disque 29 et l'anneau 32 sont faits d'une matière magnétique telle que de l'acier. Un coussinet de palier 38, de préfé rence en bronze, est prévu dans l'extrémité antérieure -du noyau 12, pour recevoir l'arbre du rotor, ce coussinet de palier étant de pré- férence maintenu en place en formant une couronne 39 avec l'extrémité du noyau et par-dessus la face extérieure du coussinet.
Le rotor comprend un élément inductif 41 et un élément synchrone 42. L'élément in ductif du rotor est en forme de cloche com prenant une cloche 41a non magnétique et un anneau magnétique extérieur 41b. La partie non magnétique 41a est faite de préférence en aluminium à son extrémité ou surface exté rieure 41e rigidement accouplée à une ron delle 44, laquelle est fixé sur l'arbre du ro tor 45. La partie magnétique 41b consiste de préférence en un anneau d'acier -doux ou de fer étant rigidement figé sur l'aile extérieure de la cloche d'aluminium ou de cuivre 41a.
L'aile annulaire de l'élément inductif 41 'du rotor entoure les pôles 15P, 17P et 28P â, proximité immédiate de ces derniers avec la partie de fer ou d'acier 41b servant -de chemin de retour au flux provenant de ces pôles et passant par la partie -extérieure tri aluminium ou en cuivre du rotor.
L'élément synchrone 42 du rotor consiste en un aimant permanent en forme de barre et fixé sur un coussinet de laiton 47 dont la sur face extérieure se termine en forme de pignon denté 48. Ce coussinet peut tourner sur l'ar bre 45 .du rotor, de sorte que l'aimant 42 peut tourner relativement @à l'élément inductif 41. Chaque extrémité de l'aimant est entaillée.de manière @à constituer un certain nombre de dents polaires 42a, de préférence trois, s'éten dant au delà de chaque extrémité. Ces dents sont courbées de manière à pénétrer vers l'in térieur au travers d'ouvertures cintrées 51 et 52 diamétralement opposées et prévues dans la partie plate 41c.
Un mouvement de rotation relatif est autorisé entre l'élément inducteur 41 et l'aimant droit 42, jusqu'à ce que ce der nier vienne buter les extrémités des ouver tures cintrées 51 et 52. Ce jeu autorisé entre les deux éléments du rotor facilite l'opération de mise en synchronisme .de l'aimant 42 avec son champ magnétique alternatif lorsque l'on approche de la vitesse synchrone, et permet également .audit élément 42 du rotor de cou- trouer son mouvement là la vitesse synchrone,
malgré les changements pouvant intervenir dans le torque. Les arêtes latérales de l'ai mant 42 peuvent rencontrer les extrémités des ouvertures 51 et 52 sans déranger en quoi que ce soit l'action normale du moteur, tou tefois, si l'on désire éliminer le léger bruit provenant de cette rencontre lors de change ments dans le torque, on peut le faire en pla çant des arrêts silencieux ou amortisseurs 54 aux extrémités de l'une ou,des deux ouvertu res.
Dans l'exemple préféré illustré, ces or ganes silencieux consistent -en rondelles de cuir fixées à la partie 41a par des rivets 5,5 en aluminium ou autre matière non magnéti que, les rondelles de cuir étant disposées de manière à ce que leur rebord dépasse l'extré mité des ouvertures 51 et de manière à ce qu'elles rencontrent les arêtes extérieures de l'aimant synchrone 42.
L'aimant permanent 42 est de préférence d'un diamètre tel que les trois dents polaires 42a -de chacune de ses. extrémités se déplacent sur un rayon approximativement moyen en tre les extrémités intérieure et extérieure des deux couronnes des dents polaires 30 et 31 du stator, comme le montre la fig. 6. Chaque pôle 42a -du rotor couvre approximativement le même angle que les pôles 30 et 31 du sta tor, lesquels sont .d'angle égal, et l'angle formé par l'espace entre les pôles 42a du ro@ tor correspond approximativement à l'angle de l'espace entre les dents des couronnes du stator.
L'aimant 42 est un aimant permanent magnétisé avant -d'être assemblé au rotor, l'une de ses extrémités étant d'une polarité et l'autre de la polarité opposée. Il est -désirable -de magnétiser cet organe de manière à ce qu'il ait une magnétisation résiduelle et coercitive très élevée et dans ma construction préférée, je fais cet aimant en acier cobalt, quoiqu'il puisse être exécuté, si on le désire, en acier au tungstène ou en acier chromé.
Le rotor 42 peut être fixé .d'une manière amovible sur l'arbre 45 du rotor, en prévoyant à cet effet une goupille 57 détachable, fixée dans une rainure angulaire de la partie extérieure de l'arbre, cet organe de fixation permettant à cet élément @du rotor d'osciller sur l'arbre du rotor.
Le moteur fonctionne généralement comme suit: L'excitation de l'enroulement 10 pendant une alternation transmet du flux d'une pola rité magnétique au travers des organes po laires 15 et 17 aux pôles 15P et 17P et trans met -du flux de polarité magnétique opposée par l'organe polaire frontal 28 à ses pôles 28P. Un champ tournant s'établit entre ces pôles, le champ ayant ce caractère de tour ner par le fait -du déplacement du flux tra versant les pôles 17P en produisant le déca lage.
Ce champ agit sur l'élément inductif 41 du rotor mettant ce dernier en mouvement de rotation dans une direction déterminée par le côté où se trouve le pôle 17P de flux décalé par rapport aux pôles 15P. L'élément inductif 41 du rotor exerce un torque suffisant au démarrage pour vaincre le torque de l'élément synchrone 42 tendant à maintenir le tout im mobile et il est préférable que la vitesse à vide de l'élément inductif 41 soit considérable ment plus haute que la vitesse synchrone du moteur, de manière à ce que l'élément induc tif 41 amène rapidement l'élément synchrone 42 à, la vitesse de synchronisme.
A ce mo ment, l'élément synchrone 42 entre en syn chronisme avec le champ de flux alternatif entre les dents polaires 3'0 et ,31. Comme on l'a vu précédemment, la couronne intérieure de dents 30 -est d'une polarité magnétique pendant une période et la couronne extérieure de dents 31 est de polarité magnétique oppo sée, cette relation entre ces polarités étant in versée à la période suivante.
Le torque syn chrone de l'élément 42 étant en synchronisme avec le champ de flux magnétique alternatif est plus fort que le torque inductif tendant à l'amener à une vitesse supérieure, et retient ainsi le rotor à cette vitesse synchrone lors que l'élément synchrone 42 tourne à une vi tesse au-dessous de la vitesse de synchronisme théorique de l'élément inductif, donc au ,dessous de la vitesse à vide de l'élément in ductif. Le torque de l'élément inductif s'a joute au torque de l'élément synchrone 42, de manière à produire un torque utilisable plus élevé du moteur.
Un moteur construit selon l'exemple donné et muni de quinze pôles dans chaque couronne de pôles 30 et 31a une vi tesse synchrone de 240 tours par minute en travaillant avec un courant de soixante pé riodes par secondes. Il est évident que le nom bre de pôles du champ de flux alternatif peut être augmenté ou diminué pour obtenir une vitesse synchrone plus élevée ou plus basse et, si on le désire, le nombre de pôles dans le champ tournant peut être augmenté en aug mentant le nombre d'organes polaires 15 et 17 de plus petite largeur et en augmentant en conséquence le nombre .de pôles 28P partant de l'organe polaire frontal 28.
Il est à remarquer qu'en ayant -des pôles 15P et 17P ,s'étendant en avant par-dessus l'enroulement 10 et qu'en ayant des pôles 28P s'étendant -en arrière par-dessus ledit enroule ment, la dimension axiale du :stator et par conséquent du moteur est considérablement réduite. De même par cet arrangement des pôles du champ tournant et par la disposition de l'organe de décalage de champ 16 à une extrémité du stator, l'élément inductif en forme de cloche 41 peut être glissé par-dessus l'autre extrémité du stator, de manière à em brasser l'enroulement et :à contribuer ainsi à raccourcir le moteur.
Par la disposition de l'organe de décalage du flux 16 à l'extrémité opposée du stator ou extrémité opposée de l'enroulement, on évite des difficultés lors de l'assemblage .des éléments du rotor sur la par tie antérieure du stator. En plaçant un cercle de fer ou .d'acier 41b directement sur le rotor, on constitue un passage pour le flux magné tique dans le champ tournant et on évite l'emploi d'un organe spécial pour établir le retour -du flux. La disposition des couronnes de pôles 30 et 31 dans un plan perpendicu laire à l'axe et directement à l'une des extré mités de l'enroulement 10 permet également de raccourcir le stator.
En fixant l'élément inductif 41 en forme de cloche sur l'arbre 45 à proximité immédiate du palier 38, les deux paliers 22 et 38 constituent des supports suf fisants pour cet élément rotatif, sans qu'il soit nécessaire & prévoir encore des flasques exté rieurs avec des paliers. La pression axiale provenant -de l'attraction magnétique des pôles 42a de l'élément synchrone 42 sur les pôles du stator 30 et 31 est absorbée par la bille de palier 23. Si on le désire, une butée ou une goupille peut être placée à l'extrémité extérieure de l'arbre du rotor, de manière à éviter un déplacement vers l'extérieur de cet arbre.
La mise en série,du champ magnétique tournant des pôles 15P, 17P et 28P et du champ magnétique alternatif des pôles 30 et 31 permet également d'obtenir une construc tion plus solide et plus compacte.