yloteur électrique à courant alternatif monophasé à induction et à phase auxiliaire. La présente invention est relative à un moteur électrique à courant alternatif mono phasé à induction et à phase auxiliaire des tiné principalement à de faibles puissances (par exemple 1 à @j@ooo HP).
Après l'invention du moteur à induction, à la fin du XIXe siècle, on chercha dans différents pays à le perfectionner et à lui trouver des applications. On suggéra, à cette époque, deux idées qui sont restées à l'état embryonnaire jusqu'à nos jours. La première est relative à l'emploi d'un condensateur créant l'une des deux phases d'un courant alternatif dont l'autre est fournie directement par le réseau. Cette invention fait l'objet du brevet suisse no 4239 (1891).
La deuxième idée a trait à l'emploi de deux électro-aimants distincts créant des champs magnétiques déphasés applicables à un moteur à induction. Cette idée est à la base du brevet suisse no 3861 (1891). Suivant cette invention, les électro-aimants sont dis posés dans des plans faisant entre eux un angle correspondant à l'angle de déphasage du courant d'alimentation. Ce brevet montre également un dispositif très primitif de dé marrage pour moteurs monophasés. Compa rativement au type ci-dessus, un stator cir culaire comportant plusieurs pôles avait de nombreux avantages; c'est pourquoi il fut adopté et gardé.
L'idée de séparer les électro- aimants ne fut pas maintenue et cette forme de moteur totalement abandonnée. Mais à mesure que l'on demanda ;des moteurs de puissance de plus en plus faible, on se heurta, dans la construction des stators circulaires, à certaines difficultés. L'une d'entre elles réside dans la quasi impossibilité d'établir le bobinage; une autre, dans l'impossibilité de réduire l'entrefer entre le stator et le rotor dans le même rapport que les autres dimen sions, vu que cet entrefer ne peut pratique ment dépasser un minimum de 0,2 mm. Ceci montre que le stator circulaire n'est pas apte à produire l'effet magnétique nécessaire.
Dans ces petites machines, les pertes sont relati vement très élevées; c'est ce qui explique l'extrême petitesse de l'effet utile des petits moteurs.
On proposa récemment plusieurs construc- Lions n'employant qu'un seul électro-aimant portant un enroulement court-circuité monté sur une partie de la surface polaire. Un tel dispositif n'est pas avantageux. Les pertes électriques sont très importantes et la puis sance faible par rapport au poids de la ma tière utilisée. Seul, le manque d'une construc tion plus avantageuse, obligea les fabricants à garder celle-ci.
L'emploi d'un condensateur pour produire un décalage de phases est limité principale ment parce que la juste valeur de la capacité donnant un bon couple de démarrage ne pro duit pas le décalage de phases nécessaire pen dant la marche et occasionne même des sur intensités et des pertes. On proposa ces der niers temps de changer, en passant du dé marrage à la marche normale, soit la valeur de la capacité, soit le rapport des nombres de spires.
Nous avons trouvé qu'en appliquant le principe des électro-aimants distincts pour chaque phase, le circuit magnétique de chaque électro-aimant pouvait être déterminé tel que la même capacité produise un couple de dé marrage relativement grand par rapport au couple de marche normale, et ceci sans néces siter un changement dans les connexions.
L'objet de la présente invention est un moteur à courant monophasé et à phase auxi liaire. Il est basé sur cette constatation et est caractérisé en ce que les circuits magné tiques de chaque phase sont différemment dimensionnés.
Le dessin donne, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une représentation schéma tique montrant le principe de la disposition des électro-aimants et les connexions néces saires d'un moteur à courant alternatif mono phasé selon l'invention; La fig. 2 est une vue en perspective d'un moteur à deux électro-aimants; La fig. 3 représente un diagramme vec toriel de ce moteur, au démarrage; La fig. 4 est un diagramme -vectoriel du même moteur, pendant la marche;
La fig. 5 représente une forme d'exécution spéciale d'une bobine adaptable à un électro aimant; La fig. 6 montre le bâti du moteur.
Dans la fig. 1, le rotor est représenté par 1 et les deux électro-aimants par 2 et 3. L'axe du rotor 4-4 se confond avec celui de l'électro-aimant 2; l'axe 5-5 de l'électro aimant 3 est perpendiculaire à 4-4. Le rotor est monté entre les surfaces polaires 6 et 7, 8 et 9 de leurs électro-aimants réspectifs 2 et 3. Si les électro-aimants sont \excités de telle manière que la surface polaire 8 soit, par exemple, le siège d'un pôle nord un quart de période après la surface polaire 6, il est évident que le pôle nord tournera autour du rotor en passant successivement dans les sur faces 6, 8, 7, 9; on aura créé ainsi un véri table champ magnétique tournant.
Si main tenant le rotor est équipé avec un enroule ment en court-circuit, il tendra à suivre la rotation du champ magnétique et fonction nera comme le rotor d'un moteur à induction ordinaire.
La fig. 1 montre également les connexions à réaliser pour produire l'excitation d'un des électro-aimants un quart de période après l'autre. L'électro-aimant 3 est alimenté di rectement par un circuit alternatif 10, 11, tandis que l'électro-aimant 2 l'est en série avec un condensateur 12.
La valeur du condensateur est choisie telle que le courant excite l'électro-aimant 3 un quart de période après l'électro-aimant 2. Toutefois, pour obtenir en pratique un cou ple de démarrage suffisant, on peut adopter pour le condensateur une plus grande capa cité, de telle sorte qu'on ait un déphasage d'un quart de période au démarrage et moins d'un quart pendant la marche. On peut aussi choisir une capacité moyenne provoquant au démarrage un déphasage dépassant le quart de période d'une telle valeur que le dépha sage en marche normale devient d'autant plus petit qu'un quart de période.
Le choix de la capacité sera essentiellement déterminé par les conditions de fabrication, de. démar rage et de marche, ainsi que le montrera plus loin la description des fig. 3 et 4. Il est sou- vent avantageux de placer le condensateur clans le circuit de l'électro-aimant 2, car celui-ci a, d'une manière générale, moins de dispersion que l'électro-aimant 3. Le nombre des tours de l'enroulement de l'électro-aimant 2 peut être adapté à la tension aux bornes de l'enroulement 14 lui-même. Cette dernière peut être élevée au besoin par le condensa teur à une valeur supérieure à la tension du réseau.
Dans les fig. 3 et 4, on tient compte du fait que l'électro-aimant 3 a un plus grand flux de dispersion; ce flux va du pôle 8 au pôle 9 en passant par le pôle 6 de l'électro aimant 2. A sections égales de fer, l'électro aimant 3 nécessitera ainsi un courant magné tisant plus élevé que l'électro-aimant 2. Ceci est représenté à la fig. 3 en ce que le courant d'excitation 1am de l'électro-aimant 3 (phase a) est plus grand que le courant d'excitation Ibm de l'électro-aimant 2 (phase b). Cette diffé rence peut être encore augmentée par une réduction appropriée de la section du fer de l'électro-aimant 3.
L'avantage d'employer des courants d'intensités différentes ressort des considérations suivantes: Le couple de démarrage est donné par la formule:
EMI0003.0003
dans laquelle: T = couple de démarrage en cm . kg, .p = nombre de pôles, f =fréquence, R2 = résistance du rotor (rapportée au nombre de spires de la phase a), I2a, == courant rotorique correspondant à la phase a, I2b = courant rotorique correspondant à la phase b (rapporté au nombre de spires de la phase a), n = angle de décalage entre I2a et 12b. Il est évidemment important que la valeur 0- soit le plus près possible de 90'.
La fig. 3 montre, outre 12a et I2b, les vecteurs sui vants h,, - = courant total -de la phase a,
EMI0003.0006
Iib = courant total de la phase b (rap porté au nombre de spires de la phase a), Ea = tension du réseau = tension de la phase a, Eb = tension de la phase b, E, = chute de tension du condensateur 12. I'lb et I'Zb sont respectivement le cou rant total de la phase b et le courant secon daire correspondant qui seraient décalés de 90 .
En considérant le diagramme vectoriel de la fig. 3, on voit clairement qu'un plus petit courant d'excitation de la phase b per met, par la réduction du courant total Ilb, d'adopter une capacité plus petite et, par la réduction du retard de phase de I,.b, d'avoir une tension nominale plus faible pour cette capacité; le volume et le prix de revient du condensateur en sont ainsi dimi nués et les conditions de marche améliorées.
Dans la fig. 4, les mêmes vecteurs ont des valeurs se rapportant aux conditions de marche du moteur. L'existence d'une force contre-électromotrice créée pendant la mar che, fait que le courant secondaire corres pondant est plus petit; d'autre part, le flux de dispersion est plus faible comparative ment au flux de l'entrefer et les vecteurs des courants d'excitation 1,m et Ibm sont plus près l'un de l'autre. Par un choix judicieux de l'épaisseur de l'entrefer et du coefficient de dispersion, les deux courants magnéti- sants sont augmentés comparativement au démarrage.
Le courant est encore insuffi sant pour donner une avance de phase de 90 , car le condensateur qui avait été choisi pour les conditions du démarrage, est relati vement trop gros. Autrement dit, la valeur de E, est insuffisante pour avancer Eb de 90 par rapport à Ea. Il est évident que la réduction initiale de la capacité au moment du démarrage; comme on l'a vu plus haut, et que l'augmentation subséquente du cou rant magnétisant pendant la marche, con courent à produire un grand décalage de phases.
La grandeur du couple pendant la marche est donnée par la formule: dans laquelle:
EMI0004.0000
NS étant le nombre de tours du champ tour nant et N le nombre de tours du rotor.
Cette formule montre que pour les valeurs usuelles du glissement, la grandeur O n'a pas la même importance qu'au démarrage. D'autre part, la capacité étant plus petite, la tension Eb augmente ainsi que la valeur 12b et le couple.
On a trouvé que par un choix judicieux des différents facteurs, l'angle 0 pouvait être situé pendant la marche entre 40 et 60 , car, au démarrage, le même angle se trouve être entre 100 -et<B>110'.</B> Ainsi, en passant du démarrage à la marche normale, l'angle est maintenu près de sa valeur la plus avantageuse, soit<B>90'.</B>
On a également constaté qu'en choisis sant un certain rapport entre les nombres de spires de la phase b et de la phase a, les valeurs de IZb peuvent iêtre maintenues relativement hautes, égales ou quelque peu supérieures à ce qui assure un couple de marche élevé. La limite est imposée dans ce cas par la saturation magnétique de l'élec- tro-aimant 2, saturation qui peut occasionner des pertes excessives. L'avantage d'employer des circuits magnétiques distincts pour cha que phase est justifié par le fait que chaque circuit peut être séparément calculé afin de satisfaire le mieux possible aux exigences de la marche et du démarrage.
Ceci est natu rellement impossible avec le stator circulaire habituel, où les deux phases sont identiques et où le noyau de fer est commun à tous les circuits magnétiques.
La fig. 2 montre la disposition des bo bines et du bâti. L'électro-aimant 2 comporte deux bobines 13 et 14 respectivement, mon tées sur les pôles 6 et 7. Le bâti 15, qui peut être fondu avec un alliage non magnétique approprié, a un bras 16, un pied 18 et deux supports 19 et 20. L'électro-aimant 2 est fixé par deux vis 21 sur le pied 18. Celui-ci porte à cet,effet deux surfaces travaillées 22 et 23 qui soutiennent les pôles 7 et 6. Le bras 16 a également une surface travaillée 25 et le côté du pied 18 une surface travaillée 24.
Ces deux surfaces supportent respectivement les pôles 8 et 9 de l'électro-aimant 3 qui sont fixés par des vis 26. L'électro-aimant 3 porte deux. bobines 27 et 28. Le rotor 1 est du type . connu dit à cage d'écureuil; il pourrait toutefois, suivant les conditions, porter un enroulement d'un autre type et être équipé avec des bagues collectrices. Les supports 19 et 20 portent les coussinets 30 pour l'arbre 31 du rotor. Une vis 32 sert à la fixation desdits coussinets. Cette disposition permet de construire le bâti d'une seule pièce. Les deux paliers peuvent être ainsi usinés exac tement par rapport aux surfaces 22, 23, 24 et 25. On montera tout d'abord le rotor, puis on mettra en place le coussinet 30 et on l'im mobilisera au moyen de la vis 32.
On pour rait naturellement aussi employer d'autres types de bâti; le support 19 pourrait être par exemple une pièce séparée. Les pièces polaires peuvent être travaillées après le montage des noyaux des électro=aimants sur le bâti afin de permettre l'obtention d'un entrefer aussi petit que possible. On peut pré voir, à cet effet, des outils spéciaux. Comme qu'il en soit, la fabrication de ce moteur est simple et peu coûteuse.
Le flux de dispersion primaire s'élève, avec ce stator, à environ 10 à<B>15%</B> du flux magnétique existant pendant la marche; il y a ainsi la possibilité d'une bonne utilisa tion du circuit magnétique pour produire la force utilisable. Ce flux de dispersion peut être réduit encore davantage par le montage de plaques -de cuivre 41, 42, 43 et 44 sur les parties supérieures et inférieures des pôles de l'électro-aimant 2 (fig. 1). Ces plaques, se trouvant de cette manière directement sur le chemin du flux de dispersion passant de l'électro-aimant 3 sur les côtés de l'électro aimant 2, seront le siège de courants parasites qui réduiront ledit flux.
Il a été constaté que malgré la concentration de l'en roulement primaire, la dispersion dite "en zigzag" entre les enroulements primaires et secondaires, ne s'élevait qu'à 1,5 à 2,5 fois la valeur de la dispersion telle qu'elle existe pour une dent de rotor, ce qui est tout à fait admissible dans un petit moteur dont le rotor possède relativement une grande résistance. Il est évident qu'il n'y a pas de limitation à craindre de la part des dimensions de l'en roulement primaire. De cette manière, les pertes électriques dans cet enroulement qui sont si difficiles à réduire dans les moteurs à stator circulaire, peuvent être amenées à un minimum.
Ces différents facteurs contribuent à ob tenir une puissance utile élevée dans des mo teurs de petites dimensions. Ils n'ont pas de frottement important, font peu de bruit et ne produisent pas de parasites dans les postes radiotéléphoniques. La disposition décrite permet d'utiliser les avantages inhérents au principe du moteur à induction tout en libé rant le constructeur des limites imposées par les anciennes formes utilisées.
Une forme d'exécution particulière des électro-aimants est représentée à la fig. 6. Au lieu de prévoir deux bobines montées sur les noyaux 33 et 34, on peut n'en prévoir qu'une seule bobinée sur la culasse. A cet effet, on dispose un isolement 36 sur ladite culasse, ainsi que deux flasques isolantes 37, et l'on enroule le fil.