Moteur électrique. La présente invention a trait aux moteurs électriques et concerne plus particulièrement le type -de moteur électrique ayant un élé ment inducteur multipolaire excité par un courant alternatif.
Dans les moteurs à inducteurs multipo laires actuellement en usage, les pièces po laires successives -du circuit magnétique pri maire sont habituellement disposées à. une distance considérable les unes -des autres, et le rotor est généralement disposé très près des pièces polaires, de sorte que la plus grande partie du flux magnétique engendré entre les pôles passe nécessairement à travers le rotor.
Le flux qui passe directement entre les pièces polaires sans traverser aucune par tie du rotor est appelé "flux de dispersion" et puisqu'il ne produit aucun effet sur le ro tor, il a. été considéré jusqu'à présent comme parasitaire et indésirable. On .construit donc habituellement des moteurs de ce genre, de manière telle que le flux de -dispersion soit réduit au minimum.
Contrairement à la technique acceptée, le moteur selon l'invention est caractérisée par le fait que les pièces polaires de plusieurs paires sont à proximité immédiate l'une -de l'autre, de façon à offrir un circuit de faible réluctance au flux -de .dispersion. Pratique ment, il y a avantage à ce que les pièces po laires de chaque paire soient à proximité im médiate l'une de l'autre.
Cette disposition augmente la proportion de flux de -dispersion et procure des avan tages jusqu'à présent inconnus.
La faible distance entre les pièces po laires du primaire diminue considérablement la réluctance magnétique -du circuit inducteur d'où il résulte une augmentation -de l'impé- ,dance de l'enroulement inducteur et la pro .duction d'un effet qui limite le courant ab sorbé -du réseau par le circuit primaire. De cette façon, il est possible de limiter le cou rant absorbé du réseau sans utiliser un cir cuit primaire de forte résistance.
On peut ap pliquer cette caractéristique à tous les types de moteurs multipolaires à inducteurs excités par un courant alternatif, indépendamment -du genre -de rotor utilisé ou,des autres carac téristiques électriques particulières du mo teur.
Pratiquement, on peut disposer les pièces polaires voisines si près les unes -des autres qu'elles sont contiguës. D'ans ces conditions, le flux de dispersion est considérablement augmenté, d'où il résulte une limitation cor respondante -du courant absorbé du réseau. La disposition contiguë des pièces polaires peut aussi présenter un avantage considéra ble pour la fabrication en série, du fait qu'elle supprime la nécessité de maintenir des distances déterminées entre les pièces po laires, ce qui simplifie la fabrication et pro cure une plus grande uniformité du produit.
De plus, la construction contiguë permet d'obtenir une construction de stator qui est mécaniquement rigide.
En plus,des avantages énumérés ci-dessus, la -disposition -des pièces polaires à proximité immédiate les unes des autres produit un autre effet magnétique qui est avantageux dans certains types .de moteurs, en par ticulier, une distribution de flux variant pro gressivement dans l'entrefer compris entre le rotor et les pièces polaires.
Dans un moteur .de construction ordinaire ayant une distance considérable entre les pôles, on a trouvé qu'il se produit une distribution très irrégulière -de flux dans lequel il y a des variations brusques :depuis -des points de forte densité aux extrémités des pôles jusqu'à des points de faible intensité au centre des pièces po laires. Une telle distribution -de flux est désavantageuse dans bien -des types de mo teurs.
Par exemple dans les moteurs à hysté- résis, on a trouvé que ces variations brusques <B> & </B> densité magnétique produisent dans le ro tor des courants de Foucault exagérés qui gê nent le fonctionnement normal du moteur. On a trouvé que cet inconvénient est supprimé par la, disposition des pièces polaires adoptée pour le moteur selon l'invention. Grâce à cette disposition, les champs de .dispersion se trou vant aux extrémités des pôles à proximité im- médiate, passent directement entre ceux-ci sans traverser le rotor.
Il en résulte une distribu tion de champ plus uniforme dont les varia tions de .densité magnétique sont progres sives. Il est possible d'appliquer cet avan tage à divers types de moteurs dont le fonc tionnement est gêné par une mauvaise distri- bution,de .champ.
Sur le -dessin annexé, sont représentées, à titre d'exemples seulement, diverses formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fi-. 1 est une vue en élévation d'une horloge électrique portant l'application de l'invention, certains organes étant arrachés pour laisser voir des détails de construction; La fig. 2 est une vue .de côté .du moteur et ,du mécanisme d'horlogerie représentés sur la fig. 1; La fig. 3 est une coupe verticale à plus grande .échelle du moteur d'horlogerie et du train d'engrenages représentés sur les fig. 1 et 2; La fig. 4 est une élévation du moteur de l'horloge avec certaines parties arrachées pour laisser voir des détails de construction; La fi-,. 5 est une élévation de l'organe primaire du moteur, certains organes étant arrachés pour laisser voir des détails de cons truction;
La fig. 6 est une élévation d'une section de l'enveloppe d'inducteur; La fig. 7 est une coupe verticale clé l'or gane représenté sur la fig. 6; La fig. 8 est une élévation d'une autre section de l'enveloppe d'inducteur représentée sur la fig. 5; La fig. 9 est une coupe verticale de l'é lément représenté sur la fig. $; La fi-. 1.0 est une élévation d'une autr#@ forme d'exécution -du moteur, certains organe étant arrachés pour laisser voir -des détails -de construction;
La fi-. 11 est une coupe verticale du mo teur représenté sur la fig. 10; La fig. 12 est une élévation partielle d'une section de l'enveloppe d'inducteur re présentée sur les fig. 10 et 11; La fil. 13 est une coupe verticale de l'en veloppe représentée sur la fig. 12; La fig. 14 est une élévation partielle d'une autre section de l'enveloppe d'inducteur représentée sur les fig. 10 et 11; La fi-. 15 est une coupe verticale de l'en veloppe d'inducteur représentée sur la fig. 14; La fig. 16 est une coupe verticale d'une autre forme d'exécution du moteur selon l'in vention;
La fig. 17 est une élévation du moteur re présenté sur la fig. 16, certains organes étant arrachés pour laisser voir des détails de cons truction; La fi-. 18 est une coupe verticale des sec tions d'enveloppe et de l'enroulement du mo teur des fig. 16 et 17; La fi-. 19 est une élévation de l'une des sections de l'enveloppe de la fig. 18; La fig. 20 est une coupe verticale .d'une ;mitre forme d'exécution du moteur selon l'in vention; La fig. 21 est une élévation du moteur re présenté sur la fig. 20, certains organes étant arrachés pour laisser voir -des détails,de cons truction;
La fig. 22 est une élévation de l'inducteur du moteur représenté sur les fig. 20 et 21, certains organes étant arrachés pour laisser voir des détails .de la construction; La fil,. 2 0 est une élévation de l'une des sections d'enveloppe d'inducteur de la fig. 22; La fig. 24 est une coupe verticale de la section d'enveloppe représentée sur la fig. 23; La fi-. 25 est une élévation de l'autre sec tiori de l'enveloppe représentée sur la fi-. 22; La fig. 26 est une coupe verticale de la se-ction d'enveloppe représentée sur la fig. 25; La fig. 2 7 est un diagramme représentant 'e..; caractéristiques couple-vitesse du moteur selon l'invention.
On a représenté sur les fig. 1 à 3 un mo teur électrique conforme à l'invention suscep tible de commander un mécanisme -d'horloge rie. L'horloge comprend un cadran 1, une ai (Mille .des heures \?, une aiguille des minutes 3 et une aiguille des secondes 4. Les aiguilles de l'horloge sont commandées par un moteur 5, et si l'on examine la fig. 3, on remarquera que l'arbre moteur 6 commande l'aiguille des secondes 4 par l'intermédiaire d'un train d'engrenages 7, 8, 9, 10, 11 et 12. L'aiguille des minutes 3 est commandée par -des engre nages supplémentaires 13, 14, 15 et 16 et l'ai guille des heures 2 est commandée par d'autres engrenages 17, 18 et 19.
Les aiguilles -des minutes et -des heures sont portées par -des ouilles .distinctes mon tées sur l'arbre 20 qui porte l'aiguille,des se condes 4. L'arbre 20 est supporté par -des consoles 21 et 22, cette dernière supportant également le moteur 5.
Le moteur représenté sur les fig. 1, 2 et 3 comprend un rotor 23 monté sur l'arbre 6. Ce rotor peut affecter la forme d'une pièce ajourée supportant une armature continue 24 en forme d'anneau. Le rotor, ou tout au moins la partie du rotor comprenant l'armature, est, de préférence, en acier trempé ou en une au tre matière ayant un coefficient d'hystérésis élevé de façon à offrir une résistance consi- d6rable à toute variation du magnétisme de l'armature.
L'armature 24 -du rotor est montée @à proximité immédiate de deux jeux de pôles d'inducteur 25 et 26. @Cesdeux jeux de pièces polaires 25 et 26 (représentées plus particu lièrement sur les fig. 4 à 9) sont supportés par des sections d'enveloppe d'inducteur dis tinctes 27 et 28 respectivement. La section d'enveloppe 27, en forme de coupe (fig. 6 et 7) eomprend un disque muni d'un rebord périphérique taillé -de façon à former -des saillies latérales dont les extrémités consti tuent les pièces polaires 25.
Un noyau ma- gn6tique 27a est centré dans cette coupe et s'étend vers son extrémité ouverte. La sec tion d'enveloppe 28 comprend un disque monté sur l'extrémité libre de ce noyau et pourvu de saillies radiales formant les pièces polaires 26.
En -d'autres termes, le bord ,du .disque 28 est entaillé (fig. 8) pour déterminer une .sé rie de saillies constituant les pièces polaires 26, les espaces ménagés entre ces saillies .étant juste assez larges pour recevoir les pièces po- laires 25 de l'autre section d'enveloppe 27 (fig. 4 et 5). Les faces extérieures des dents 2'6 se trouvent sur un cylindre de diamètre égal à -celui -du rebord de la coupe 27. On re marquera que l'armature 24 du rotor en toure les pièces polaires et on comprendra que les parties les plus actives des pièces po laires sont formées par leurs parties -directe ment opposées à l'armature -du rotor.
Si l'on s'en rapporte au fig. 4 et 5, on notera que ces parties extérieures ,des pièces polaires sont disposées -de façon que leurs parties adjacen tes soient .sensiblement en contact les unes avec les autres, ces parties adjacentes cons tituant les extrémités polaires.
Un enroulement unique de fil isolé 29 est enfermé entre les deux sections 2 7 et 28 de l'enveloppe d'inducteur. Du courant alter natif monophasé peut .être fourni à cet en roulement par toute source appropriée, par l'intermédiaire des conducteurs 30. Les par ties radiales des sections d'enveloppe sont placées sur les côtés opposés de l'enroulement et, par conséquent, à tout moment, ces deux sections sont magnétisées -de manière telles qu'elles sont de polarité opposée. En consé quence, des pièces polaires alternées sont à tout moment de polarité opposée et du fait que le courant fourni à l'enroulement 29 est un courant alternatif, la polarité de chaque pièce polaire alternera en synchronisme avec le courant.
Il apparaît ainsi qu'un champ al ternatif est engendré et non un champ tour nant ou, en d'autres termes, que le champ est un champ d'axe fixe.
Le fonctionnement du moteur peut être compris en supposant qu'à un moment donné le courant circulant dans l'enroulement 29 est dans une direction telle qu'il oblige les pièces polaires 25 à prendre la polarité "nord" et les pièces polaires 26 à prendre la polarité "sud". Les pôles "nord" induiront -des pôles "sud" correspondant dans les parties adja centes de l'armature 24. Si l'on fait alors tourner le rotor ià la main ou par d'autres moyens extérieurs, les pôles "sud" induits dans l'armature de rotor se déplaceront vers les 'pôles ,;sud" des pièces polaires 26.
Si le rotor tourne à une vitesse inférieure à la vi tesse de synchronisme, les pièces polaires 26 deviendront des pôles "nord" avant que les pôles "sud" induits -dans l'armature -de ro tor viennent en regard des pièces polaires 26 et, en même temps, les pièces polaires 25 se transformeront en pôles "sud" et repousse ront les pôles "sud" de l'armature de rotor pendant qu'ils sont attirés par les pôles "nord" des pièces polaires 26.
Ce-ci détermine un couple tendant à accélérer le mouvement de rotation de l'armature et ce couple existe en raison @du fait que l'armature est en une matière à coefficient d'hystérésis élevé grâce auquel l'armature résiste à la tendance des pôles d'inducteur d'inverser brusquement la polarité de celles des parties d'armature ac tuellement considérées.
En d'autres termes, le magnétisme résiduel de l'armature tend à conserver la polarité -de cette armature et de ce fait un couple est déterminé qui tend à accélérer la rotation de cette armature.
Si l'armature tourne à une vitesse relativement basse, la polarité d'une section donnée quel conque de l'armature sera changée, mais ceci se produit à faible vitesse du fait du coeffi cient d'hystérésis élevé de l'armature @t le résultat est l'obtention d'un champ dans l'ar mature en retard sur le champ primaire ,clans une mesure telle que la réaction des deux champs engendre un couple positif. Cet effet est plus prononcé dans une armature telle que celle représentée sur les fig. 1 à 4, -c'est-à-dire dans une armature qui est continue e'-- ne comporte pas de pôles géométriques.
La gran deur -de ce couple dépend également, dans une grande mesure, de la disposition relative -des deux jeux de pièces polaires 25 et 26 et on a trouvé que le meilleur effet est obtenu lors que ces pièces polaires sont sensiblement en contact les unes avec les autres, détermiiant ainsi un champ primaire d'intensité variant graduellement autour de la périphérie entière de l'inducteur primaire.
L'importance, dans un moteur de ce type, d'un champ -dont l'intensité varie pro gressivement est indiquée par les courbes couple-vitesse de la fig. 27. La courbe H re- présente le couple d'hystérésis à des vitesses comprises entre zéro et la vitesse de syn chronisme, la courbe E représente le couple de courants parasites et la courbe R le couple résultant agissant sur le rotor.
Ces courbes sont celles d'un moteur bien étudié, et cepen dant il est évident qu'aux vitesses inférieures à la demi-vitesse de synchronisme, le couple résultant est négatif et le moteur ne peut donc pas arriver à la vitesse de synchronisme.
Pour cette raison, il est nécessaire, pour faire démarrer un tel moteur, de -donner au rotor une impulsion initiale suffisante pour le faire tourner au moins à la demi-vitesse de syn chronisme, et de le remettre en marche cha- que foi; que la vitesse devient inférieure à la demi-vitesse de synchronisme par suite -d'un manque de courant momentané ou pour d'au tres raisons.
Il est évident que si le moteur < ,si. construit avec les pièces polaires large- me!3t: espacées les unes des autres, de manière qu'il n p se produise -des courants parasites excessifs, la gamme de vitesses sur laquelle le couple résultant est positif diminue et le couple synchrone résultant diminue égale ment, de sorte que l'utilité du moteur se trouve grandement diminuée. A titre d'exem ple, on a représenté différentes variantes :du moteur, selon l'invention, sur les fig. 10 à 26.
Le moteur représenté sur les fig. 10 à 15 est similaire à celui précédemment décrit sauf en ce qui concerne la réalisation des deux sec tions d'enveloppe d'inducteur, une autre dif- fé%ence résidant dans le fait que les pièces polaires d'inducteur sont tournées vers l'axe dut moteur au lieu d'être dirigées radialement vers l'extérieur. La -section d'enveloppe 31 comprend un disque comportant des saillies latérales formant des pièces polaires 32.
Cet organe, en forme de coupe, est :susceptible -de re.,!evoir la seconde section 33 .de l'enveloppe d'inducteur, cette section comportant une douille 34 se logeant dans une ouverture pra tiquée dans la section d'enveloppe 31. La sec tion 33 est munie de saillies formant les pièces polaires 35 qui s'ajustent entre les pièces polaires 32 de la section d'enveloppe 31.
Les pièces polaires 35 sont-d'abord dirigées perpendiculairement par rapport aux pièces polaires 32, ou, en d'autres termes, radiale- ment, puis latéralement par rapport au corps de la section 33, .ces pièces polaires étant dis posées entre les pièces polaires 32. L'enrou lement 29 est interposé entre les deux sections d'enveloppe et en est isolé par une feuille 36 -de matière isolante. Le rotor 37 comprend un disque dont la périphérie extérieure est placée à proximité immédiate -des pièces po laires 32 et 35.
Ce moteur est particulièrement avantageux dans les applications où les con sidérations d'encombrement sont importantes, car -on remarquera que le rotor est d'un dia mètre plus faible que dans le premier exem ple. Un autre avantage réside dans le fait que le rotor est protégé par les pôles .d'induc teur qui agissent à la façon d'une garde.
Le moteur représenté sur les fig. 16 à 19 est similaire à celui qui vient ,d'être décrit, sauf que les pièces polaires sont :disposées de façon que le rotor 38 soit de dimension plus faible, en comparaison du diamètre -de l'in ducteur que dans le cas .du moteur représenté sur les fil-. 10 à 15. Sur les fig. 16 à 19, les deux sections 39 et 40 de l'enveloppe d'induc teur sont identiques et interchangeables; cha cune comprend un évidement annulaire sus ceptible -de recevoir une partie de l'enroule ment 41 et la périphérie intérieure de cha que section comporte plusieurs saillies consti tuant les pièces polaires.
Les pièces polaires 42 .de la section 39 sont susceptibles de s'a juster entre les pièces polaires 43 .de la sec tion 40 et, comme précédemment décrit, il est préférable que les pièces polaires .soient sensi blement en contact les unes avec les autres, ou tout au moins séparées d'une distance infé rieure à la distance existant entre le rotor et les pièces polaires.
Ceci est vrai pour toutes les formes de réalisation -du moteur bien que, comme décrit ci-après, il soit possible, dans certains cas, d'avoir certaines des extrémités polaires éloignées pourvu que les extrémités polaires restantes soient voisines les unes des autres, 1 Sur les fig. 20 à 26, on a représenté un moteur dans lequel certaines -des pièces po- laires sont très éloignées, les extrémités po laires restantes étant voisines, si elles ne sont pas en contact réel.
Le rotor 44,du moteur des fig. 20 et 21 est semblable à celui représenté sur les fig. 1 à 3 en ce sens qu'il comprend une pièce ajourée supportant un anneau 45 constituant une armature coopérant avec les pièces polaires tournées radialement vers l'ex térieur. La section d'enveloppe d'inducteur 46 est munie de saillies fendues latérales 47 constituant les pièces polaires. La section d'enveloppe 48 est munie de saillies en forme de crochets constituant tes pièces polaires radiales 49.
On remarquera que les parties correspondantes de chacune des saillies 49 sont découpées, en sorte qu'il existe une grande distance entre ces extrémi tés polaires et les pièces polaires adjacentes 47, comme représenté en 50. Les autres ex trémités, polaires 51 sont cependant à proxi mité immédiate des pièces polaires 47.
On a remarqué que, même avec ce mode de cons- truction, les pièces polaires sont suffisam ment voisines pour déterminer un flux d'in tensité variante graduellement autour de l'in ducteur -et qu'il y a une fuite suffisante en tre les extrémités polaires pour déterminer l'action do réactance désirée limitant le cou rant -de ligne.
On comprendra, cependant, que cette action est plus prononcée lorsque toutes les extrémités polaires sont à proximité im médiate l'une -de l'autre ou en contact réel les unes avec les autres.
Ires polaires fendues 47 peuvent être faites en une seule pièce au lieu d'être divi- sées, mais dans certains cas, il est avantageux qu'elles soient séparées de façon que des en roulements auxiliaires puissent être placés sur une section de chaque pièce, ce qui permet d'obtenir un champ primaire tournant. On obtient ainsi un moteur à autodémarrage.
On voit d'après ce qui précède que l'in vention peut être appliquée aussi bien aux moteurs à autodémarrage qu'aux moteurs. à hystérésis sans autodémarrage. Toutefois, l'invention n'est pas limitée aux moteurs à hystérésis ou aux moteurs synchrones.
Sur fig. 20 à 26, on a représenté un stator pouvant être pourvu d'enroulements suscepti bles de produire un champ tournant. Avec un tel champ, on peut prévoir un rotor en matière conductrice telle que le cuivre au lieu d'une matière magnétique, et .on peut ainsi produire un moteur -du type à induction.
Quoiqu'on ait représenté et décrit un moteur ayant un rotor en forme d'anneau, de réluc tance uniforme, il est évident que l'invention peut également .être appliquée à un moteur .du type à réaction ayant un rotor de réluc tance non uniforme. Il est donc évident que l'invention est indépendante de la matière ou de la forme particulière du rotor.
D'ailleurs, l'invention n'est pas limitées aux formes de réalisation particulières ci ,dessus -décrites.