Moteur électrique lent à mouvement hypocycloïdal La présente invention a pour objet un moteur électrique lent à mouvement hypocycloïdal, c'est-à- dire ayant une vitesse de rotation suffisamment ré duite pour qu'on puisse éviter de lui adjoindre un réducteur de vitesse dans des applications où- cela est habituellement nécessaire.
Ce moteur comporte un bâti fixe portant un stator et un rotor entraîné en rotation et est carac térisé en ce que le stator comporte un chemin de roulement dans lequel le rotor roule sans glisser, le jeu entre le rotor et ledit chemin de roulement étant suffisamment faible vis-à-vis des plus grandes di mensions radiales du rotor pour que le mouvement hypocycloïdal de ce dernier puisse être sensiblement assimilé à une rotation autour de son axe, à laquelle se superpose une vibration parasite d'amplitude égale audit jeu,
et en ce qu'il comporte un dispositif d'ac couplement élastique qui relie le rotor à un arbre de sortie qui tourillonne dans le bâti fixe portant le stator et est agencé de manière à absorber ladite vibration parasite et à ne transmettre à l'arbre de sortie que ladite rotation.
Une forme d'exécution de l'invention est repré sentée, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel la fig. 1 explique le principe de fonctionnement du moteur ; la fig. 2 représente, vue en coupe par un plan passant par son axe de révolution, une forme d'exé cution de l'invention; la fig. 3 est une coupe suivant A B de la fig. 2 ; la fig. 4 représente schématiquement, vu en pers pective, un dispositif d'accouplement élastique du rotor à l'arbre de sortie du moteur ; la fig. 5 est un schéma d'un dispositif de sus pension du stator.
La fig. 1 représente un rotor 1 monté pour tour ner autour de son axe xy et séparé d'une manière générale par un entrefer 2 du stator. La rotation s'effectue sous l'action d'une force tournante F. A cette fin, le rotor et le stator étant en matière ma gnétique, un champ magnétique fixe Hl et un champ magnétique tournant H2 sont créés. Par exemple, le rotor 1 comporte un aimant permanent fournissant un champ magnétique radial Hl dont la distribution présente une symétrie de révolution par rapport à son axe.
Le champ tournant est créé d'une façon connue quelconque, par exemple à l'aide de pièces polaires 3, 4 et 7,8 faisant partie du stator et dont les enroulements respectifs 9a et 9b sont alimentés en courant alternatif de pulsation c) avec un décalage de
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On voit facilement que les champs Hl et H2 s'ajoutent en A et se retranchent en B ; par consé quent, le champ résultant H3 est maximum en A, minimum en B.
On a figuré en trait interrompu la courbe Cl qui passe par les extrémités des vecteurs H3 dans cette position du champ tournant H2. Quand ce dernier tourne à la vitesse w autour de l'axe xy, la courbe Cl subit la même rotation.
La force d'attraction qui s'exerce entre chaque point de l'ensemble de pièces polaires 3, 4 et 7, 8 et le point en regard du rotor 1 est, comme l'on sait, proportionnelle au carré du champ magnétique H3 qui règne au point correspondant de l'entrefer 2.
La distribution des, forces d'attraction F dans l'entrefer présente donc un maximum au point A où H3 est maximum, et l'anisotropie des forces d'attrac tion est, du fait de cette loi en (H3)2, encore plus accentuée que celle du champ H" (courbe C2). Sous l'action de la force F, le rotor 1 et une pièce 5 solidaire de celui-ci roule le long d'un che min de roulement 6 dont est muni le stator. Ce rou lement s'effectue pratiquement sans glissement. Le jeu r entre la pièce 5 que porte le rotor et le chemin de roulement 6 est faible par rapport aux plus grandes dimensions radiales du rotor.
Dans ces conditions, le mouvement hypocycloïdal de la pièce 5 est sensi blement assimilable à une rotation autour de son axe xy, à une vitesse angulaire uniforme
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R étant le rayon de la pièce 5.
Si un arbre de sortie est accouplé au rotor par l'intermédiaire d'un dis positif de suspension, ainsi qu'on l'expliquera plus loin, cet arbre fournit de la puissance tout en tour nant à une vitesse qui a été sensiblement réduite, si on la compare à w. On peut démontrer mathéma tiquement que le mouvement hypocycloïdal du rotor se décompose en fait en un mouvement utile de ro tation accompagné d'une vibration radiale parasite dont l'amplitude est r et la pulsation ou. C'est pour cela qu'un dispositif de suspension capable d'absor ber cette vibration parasite est nécessaire.
A la fig. 1, les pièces polaires 3, 4 et 7, 8 sont disposées à angle droit et les courants de pulsation w qui les -parcourent sont décalés de Un champ tournant est ainsi créé. Bien entendu,
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ce champ pourrait être créé de toute autre façon appropriée, par exemple à l'aide d'un enroulement triphasé.
Il est à noter que la structure générale du mo teur n'est jamais parfaitement symétrique par rap port à l'axe de l'ensemble. Il s'ensuit qu'en position de repos, et en l'absence du champ tournant, il existe une direction privilégiée suivant laquelle le rotor vient en contact avec le stator.
On notera que la force tournante F peut être décomposée en une force Fe qui tend à appliquer le rotor, ou plus exactement son dispositif de roule ment 5, contre le chemin de roulement et une force tangentielle FT qui fait rouler le rotor. Cette dernière force tend à devenir plus importante quand la charge augmente, l'angle c) entre F et Fe augmentant, com me l'angle entre le champ du rotor et le champ tournant augmente dans un moteur synchrone lors que la charge augmente. Il est important qu'il y ait un frottement suffisant entre le chemin de roulement et l'élément de roulement du rotor, par exemple le galet de roulement, pour éviter tout glissement.
Un des avantages du moteur décrit est son iner tie très réduite et son couple de démarrage impor tant. Ceci est dû en particulier au fait que l'entre- fer peut être minime.
Les fig. 2 et 3 représentent une forme d'exécu tion du moteur suivant l'invention.
Dans la forme d'exécution des fig. 2 et 3, le stator est constitué par un corps cylindrique 10, par exemple en alliage léger ou en matière plastique, comportant deux portées ou chemins de roulement tronconiques 11, 12. Dans le corps 10 sont supportés, par fixation à des plaques 32, 33, quatre noyaux en matière magné tique douce : 13 et 14 d'une part, disposés dans un premier plan passant par l'axe de révolution xy de l'ensemble du moteur, et 15 et 16, d'autre part, dis posés dans un deuxième plan axial perpendiculaire au premier (pour simplifier le dessin, on n'a pas représenté à la fig. 2 le noyau 16 et l'enroulement correspondant).
Les noyaux 13, 14, 15, 16 portent respective ment des bobinages 17, 18, 19 et 20. Le rotor est constitué par un aimant cylindrique 21 pris entre deux piles 22, 23, de rondelles de tôle magnétique, lesquelles sont disposées de manière à former avec les noyaux des entrefers 24, 25, très réduits, de 1 mm ou 0,5 mm par exemple.
Le rotor 22 est monté sur un axe 26. Celui-ci porte deux disques 27, 28, en matière non magné tique, par exemple identique à celle du corps 10.
Ces disques sont conçus pour avoir un coeffi cient de frottement élevé sur les portées 11, 12: à cet effet, ils sont par exemple munis de bandages en caoutchouc 29, 30.
Le stator est suspendu élastiquement dans un' carter fixe 31, au moyen d'un dispositif tel que celui de la fig. 5, et le rotor est accouplé à un arbre de sortie 33 au moyen d'un autre dispositif de suspen sion 34, figuré schématiquement à la fig. 4.
Le dispositif de suspension du rotor représenté à la fig. 4 comporte une plaque rigide 39. Aux deux coins diagonalement opposés de la plaque 39 sont fixées par leurs extrémités des lames élastiques 37 et 38 dont les autres extrémités sont respectivement reliées à deux points diamétralement opposés des disques 27 ou 28 de la fig. 2. Deux lames identiques 4.0 et 41 sont fixées aux deux autres coins de la plaque 39 et leurs extrémités opposées sont respec tivement fixées aux deux extrémités d'une plaque allongée 42 dont le milieu est solidaire de l'arbre 33 du moteur (fig. 2).
Le dispositif de suspension du stator représenté à la fig. 5 comporte une plaque 43 aux quatre coins de laquelle sont respectivement fixées quatre lames élastiques 44 à 47. Une extrémité de chacune de ces lames est fixée au stator 10 et l'autre au bâti ou carter 31.
Ainsi, aussi bien le stator 10 que le rotor 21, ce dernier à travers le palier de l'arbre 33, sont élastiquement reliés au carter ou bâti 31 par les dispositifs de suspension représentés aux fig. 4 et 5.
D'une manière générale, le dispositif de suspen sion du rotor comporte deux paires de lames élas tiques. Les extrémités des lames de chaque paire sont reliées par des éléments formant bras de levier, les deux bras de levier étant, dans la forme d'exé cution représentée, constitués par les diagonales de la plaque 39. Les lames d'une paire sont, en posi tion de repos, perpendiculaires à celles de l'autre paire et toutes les lames sont disposées de la même manière par rapport à l'axe xy. Les lames sont rigi- des dans le sens longitudinal, de telle sorte que le couple est rigidement transmis à l'arbre de sortie 33, deux lames subissant des efforts de compression et deux des efforts de traction.
D'autre part, les lames sont élastiques dans le sens de la flexion et peuvent donc fléchir librement sous l'action des déplacements du rotor autres que la rotation, par exemple sous l'action des vibrations parasites dont il a été question plus haut.
On notera que la rigidité des lames doit être proportionnelle à la masse des pièces qu'elles relient si l'on veut que le couple et l'effort résultants appli qués au carter soient nuls. Cette condition est facile ment réalisée avec les lames plates utilisées.
Le fonctionnement du moteur représenté aux fig. 2. à 5 est conforme à l'exposé de principe illus tré par la fig. 1.
Les deux couples de bobines 17-l8 et l9-20 étant alimentés par deux courants alternatifs en quadrature, les circuits magnétiques correspondants engendrent un champ qui tourne à une vitesse angu laire o) égale à la pulsation du courant alternatif d'alimentation. Ce champ tournant se superpose dans l'entrefer 24 au champ continu d'excitation produit par l'aimant permanent 21.
Il en résulte une force tournante d'attraction du rotor 21, qui fait tourner ce dernier autour de son axe 26 à une vitesse
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Dans cette formule, r désigne le jeu moyen entre les disques 27, 28 et les portées 11, 12, et R le rayon des disques 27, 28.
Le rotor 21 et le stator sont en outre animés de mouvements parasites de vibration en opposition de phase. On peut alors montrer que, pour que le car ter 31 soit de ce fait soumis à une résultante nulle, il suffit que le rotor et le stator lui soient reliés par des ressorts situés dans un même plan et possédant, pour des mouvements de translation perpendiculaire à l'axe X Y, des raideurs proportionnelles aux mas ses respectives de ces deux pièces. On peut mon trer que le dispositif de la fig. 4 satisfait à cette con dition en ce qui concerne le rotor, celui de la fig. 5 en ce qui concerne le stator.
On peut montrer également que ces deux dis positifs empêchent l'oscillation du moteur autour d'un axe parallèle au plan de la suspension, les réactions du carter constituant un système de forces équivalentes à une résultante et à un couple nuls.
Ces dispositifs transmettent par ailleurs avec une grande rigidité le couple de rotation autour de l'axe X Y du moteur.
Le dispositif de la fig. 4 assure une suspension élastique du rotor vis-à-vis des autres mouvements, tandis que celui de la fig. 5 n'assure aucune liaison avec le carter pour les déplacements suivant l'axe X Y, et présente une raideur faible pour les rotations autres que la rotation autour de l'axe X Y. La stabilité du rotor dans le sens axial est assu rée, d'une part par la composante radiale de la force d'attraction magnétique (composante Fc, fig. 1), et par la force centrifuge, d'autre part en donnant une légère conicité aux portées 11, 12 du stator (fig. 2).