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CONSTRUCTION ET CHOIX' DES DIMENSIONS DU STATOR ET DES POLES' DES MOTEURS
ET GENERATRICES A P'OLES SAILLANTS.
On connaît actuellement plusieurs moyens d'empêcher ou de dimi- nuer les effets défavorables de ce que l'on a coutume d'appeler la "réaction d9induit" des moteurs et des génératrices à collecteur. Ces dispositifs se basent sur l'emploi soit d'encoches ou d'évidements dans les pôles, soit de pièces polaires en un matériel spécial., soit enfin d'enroulements auxi- liaires (outre les enroulements de compensation proprement dit) et ils ont pour but d9influencer la répartition du champ magnétique. Jusqu'ici pour les machines de petites dimensions aucun de ces dispositifs n'était applicable,bien que leur emploi eût été très utile.
On a recours alors à un procédé classiques le déplacement des balais à par- tir de la zone neutre (ce qui est équivalent à un déplacement des connexions du collecteur); bien qu'il en résulte une distortion de la répartition du champ magnétique on parvient ainsi à obtenir une communication sans étincel- les mais au détriment de la puissance de la machine.
Une correction de la réaction d'induit est aussi importante sur les petits moteurs et dynamos que sur les grosses machines., car c'est la réaction dinduit qui s'oppose à une répartition uniforme du champ ma- gnétique sur toute la pièce polaire,, forçant le champ magnétique à se con- centrer à une extrémité des pièces polaires et à n'influencer qu'un nom- bre restreint des encoches de l'induits d'où il résulte une augmentàtion de la réluctance et réciproquement une diminution du champ utile, ce qui conduit aux inconvénients mentionnés plus haut.
La présente invention a pour objet la construction et le choix des dimensions du stator et des pièces polaires des moteurs et gé- nératrices à collecteurde façon que les inconvénients cités soient supprimés et qu'il en résulte un rendement spécifique plus élevé et une meilleure commutation.
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Dans les figures 1-3, ci-jointes, on a représenté à une grande échelle les éléments caractéristiques de l'invention,
Figure 1: coupe d'un stator et d'un rotor d'une machine de pe- tites dimensions de construction classique.
Figure 2: coupe, selon la présente invention, d'un stator et d' un rotor pour une petite machine de même puissance.
Figure 3: coupe, selon la présente invention, des pièces polai- res et d'un rotor d'un moteur ou d'une génératrice tels qu'on les emploie pour les automobiles.
Dans les paragraphes ci-dessous on supposera connu la cause et les effets de la réaction d'induit.
Dans la figure 1 comme dans la figure 2, l'enroulement d'exci- tation du stator W-W est mis en place autour du pôle saillant, il produit le flux d'excitation , qui en l'absence de courant dans l'induit se ré- partirait à partir des deux culasses uniformément sur toute la largeur des pièces polaires. Lorsque la machine est en charge, un courant traverse 1' induit produisant un champ magnétique d'induit qui s'ajoute au champ d' excitation si bien que la répartition du champ résultant est modifié et se trouve concentré à une des extrémités des pièces polaires, pour les moteurs au début, pour les génératrices à la fin de la pièce polaire prise dans le sens du mouvement,voir figure 2.
Pour un sens de rotation donné M de la machine considérée comme motrice, le flux magnétique provenant de la culasse a est concentré dans la zone f du pâle, la saturation magnétique des zones g et h augmente, alors que les encoches du rotor de la zone m ne sont plus soumises à l'action du flux magnétique ; conséquence de ce fait est une baisse du nombre de tours, respectivement une baisse de la tension induite.
En déplaçant l'axe des balais on provoque une rotation du champ magnétique de l'induit à partir de la zone neutre X-X, pour les mo- teurs en sens inverse, pour les génératrices dans le sens de la rotation; l'influence de la réaction d'induit sur la commutation est ainsi corrigée, cependant la distortion et la concentration du champ magnétique se trouvent augmentées. De ce fait la puissance des moteurs et dynamos est diminuée, plus particulièrement pour les machines ayant un nombre de tours élevé.
Sans vouloir entrer dans les détails on soulignera ici, que les petits moteurs à collecteur, du fait de l'emploi de tôles découpées circulaire- ment, se présentent très peu avantageux,, entre la dimension du diamètre D de l'induit et celle de la surface de la tôle employée, d'où il résulte un rapport également défavorable entre la quantité N de cuivre employé dans l'induit et celle W de cuivre employé dans le stator.
La figure 2 montre un nouvel arrangement des pôles du stator pour une machine bipolaire ; cettedisposition élimine les inconvénients expliqués ci-dessus.
Dans le collet du pôle (soit la partie située entre la culas- se et la pièce polaire) on effectue un évidement 1 qui peut prendre la forme indiquée, de façon à modifier de façon fondamentale la répartition de la force magnéto-motrice du flux utile selon les explications ci-des- sous.
Les deux flux magnétiques partiels 0/2 provenant des culasses a se réunissent dans la zone d, qui présente du fait de l'évidement 1 un isthme ou étranglement. Dans la figure 2 on a représenté la répartition et la densité du champ magnétique par des lignes de forces pour le cas d' une machine en charge, c'est-à-dire lorsqu'un courant traverse l'induit.
On voit clairement qu'en choisissant convenablement les dimensions de 1' extrémité c de la pièce polaire on empêche la concentration du champ ma- gnétique dans une extrémité de la pièce polaire, mais qu'au contraire du fait du rapport des réluctances et des forces magnéto-motrices dans la par-
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tie amincie c. le champ magnétique est obligé de se répartir uniformément dans les zones b et c. cette répartition uniforme est conservée aux en- droits marqués m et n de l'induit.
On obtient ainsi de façon simples que le flux magnétique utile influence toutes les encoches de l'induit situées sous les pièces polaires; il en résulte une augmentation du rendement du système.
La répartition uniforme du champ magnétique sous les pôles est avantageuse à plusieurs points de vue, connus depuis longtemps et qu' il serait superflu de rappeler ici.
La forme de l'évidement 1 ainsi que les dimensions de l'extré- mité c de la pièce polaire ne sont pas nécessairement celles dessinées., mais peuvent être adaptées aux circonstances particulières de chaque moteur ou dynamo. Il est très avantageux de combiner cette forme avec celle des trous pour les rivets du paquet de tôles du stator,selon la figure 2.
Il est important que l'évidement 1 dans le collet du pôle soit effectué dans une direction périphérique et que ses dimensions soient choisies en fonc- tion de la valeur de la saturation magnétique afin que le flux magnétique soit obligé de suivre la répartition désirées ceci dans le cas où le nombre d'ampères-tours du stator est choisi suffisamment grand. L'arrangement choi- si permet justement., pour une longueur donnée de l'induit, de faire passer un flux magnétique beaucoup plus grand à travers l'induit, ce flux magnéti- que est excité par une force magnéto-motrice, c'est-à-dire par un nombre d'ampères-tours du stator plus élevé que celui des exécutions actuelles.
Pour cette raison on a abandonné la forme conventionnelle des tôles du sta- tor et au. lieu de la forme habituelle circulaire, selon la figure 1, on a choisi la forme rectangulaire, selon la figure 2.
Pour des dimensions extérieures semblables, respectivement pour un même poids de tôles cette forme permet malgré un diamètre d'induit D plus grand, d'obtenir plus de place pour l'enroulement du stator W, et rend possible le choix d'un rapport plus avantageux entre le poids du cuivre employé pour le stator et celui employé pour l'induit;
Ce rapport joue.un rôle aussi important'pour les petits moteurs que pour les granfs que pour une puissance données il détermine la longueur efficace de 19induit et influence ainsi le prix de revient de la machine.
Les idées expliquées s'appliquent intégralement au cas de pe- tites dynamos et démarreurs, tels qu'on les emploie pour les phares d'auto- mobiles et pour la mise en marche des moteurs.
La figure 3 représente une dynamo pour automobiles - le dessin d'un démarreur est semblable. L'zvidement 1 ne peut êtreobtenu de la façon habituelle pour les petits moteurs lors du découpage des tôles, mais comme le montre la figure 1. il est obtenu par la forme adéquate des-pièces polai- res massives et Inaction de l'évidement reste en tous points semblable à ce qui a été dit plus haut. Les pièces polaires sont fixées par des vis qui n' ont pas été dessinées.
On constate donc que les améliorations décrites ci-dessus et dessinées dans la figure 3, permettent de réduire le poids du cuivre du sta- tor des petites dynamos et moteurs à collecteur, en augmentant simultanément le flux magnétique efficaces d'où il résulte une augmentation de la puissan- ce électrique des dynamos ou une augmentation de la puissance mécanique des moteurs et démarreurs.