Moteur<B>à</B> induction synchronisé La présente invention a pour objet un moteur <B>à</B> induction synchronisé, comprenant un stator por tant des enroulements agencés de manière<B>à</B> former des pôles engendrant un champ magnétique tournant, et un rotor monté<B>à</B> rotation dans<B>le</B> stator, compor tant un enroulement et un noyau magnétique com prenant des pôles saillants espacés selon une circon férence, chaque pôle saillant du rotor présentant au moins une fente longitudinale constituant une bar rière pour le flux selon Faxe en quadrature. Un tel moteur est du type<B>à</B> réluctance.
Le moteur faisant l'objet de l'invention est carac térisé en ce qu'il comprend des aimants permanents disposés dans ledit noyau et orientés de manière <B>à</B> s'opposer également au flux selon l'axe en quadra ture.
Le dessin annexé représente,<B>à</B> titre (Texemple, une forme d'exécution du moteur objet de la présente invention et des variantes. Les fig. <B>1</B> et 2 représentent des diagrammes se rapportant<B>à</B> des moteurs connus et<B>à</B> une forme d'exécution de Finvention.
La fig. <B>3</B> est une vue en perspective du rotor de cette forme d'exécution.
La fig. 4 est une coupe,<B>à</B> plus grande échelle, de cette forme d'exécution.
Les fig. <B>5, 6, 7</B> et<B>8</B> sont des coupes correspon dant<B>à</B> la coupe de la fig. 4,<B>à</B> plus petites échelles, et montrant les variantes.
Dans ces dernières années, un grand nombre<B>de</B> perfectionnements ont été apportés aux moteurs<B>à</B> induction synchronisés ou moteurs<B>à</B> réluctance.
L'un de ces perfectionnements a été décrit dans le brevet suisse No <B>339665</B> qui concerne un moteur <B>à</B> induction synchronisé dans lequel on utilise des barrières pour le flux dans le noyau du rotor afin de guider le flux selon Faxe direct et-dê-m-lnu niser le flux selon l'axe en quadrature.
Dans un moteur connu de ce type, on peut mon trer que les courants direct et en quadrature circu lant dans le stator sont donnés par les relations suivantes<B>: -</B>
EMI0001.0012
où V est la tension de phase, R la résistance par phase du stator,<B>ô</B> Fangle entre V et I,, (appelé aussi l'angle de couple), (Zd, Z,), (X,,, X,) les impédan ces et réactances directes et en quadrature par phase, respectivement, et iDi, #D. les angles entre R et Xj, R et<B>X.,</B> respectivement.
Le courant total s'écoulant vers le moteur (en négligeant une faible composante due aux pertes dans le noyau et qui West pas essen tielle dans cette discussion) est<B>:</B>
EMI0001.0022
Les équations donnant Id et<B>l </B> peuvent être illus trées par un processus géométrique permettant de définir le lieu géométrique du courant I sous forme graphique. Le lieu ainsi obtenu est un cercle qui est représenté<B>à</B> la fig. <B>1.</B> Le diagramme circulaire sera utilisé pour montrer les avantages et les limites de ce moteur<B>à</B> induction synchronisé.
Le cercle représenté<B>à</B> la fig. <B>1</B> peut être défini de la manière suivante:
EMI0001.0026
2) Son centre est placé en un point qui est déplacé, d'une part, vers le haut (sens positif) le long de l'ordonnée verticale, d'une distance
EMI0002.0001
qui' représente une composante du courant en phase (en excluant la faible- composante due aux pertes dans le noyau) et, d'autre part, vers la droite (sens positif) le long de l'abscisse horizon tale d'une distance
EMI0002.0002
qui représente une composante d'un courant réac tif ou d'un courant en quadrature avec la tension. On peut mesurer l'angle -D du facteur de puis sance entre la tension V et le courant I<B>à</B> partir de ce diagramme, pour tout signal d'entrée donné.
Le facteur de puissance est cos <B>(P.</B> En outre, la puis sance et le couple de sortie du moteur peuvent être mesurés. Ces valeurs sont sensiblement proportion nelles<B>à</B> la projection du courant de ligne I sur laxe des tensions,- soit I cos <B>P.</B> Le facteur de puissance et le couple qui caractérisent les qualités du moteur sont des critères de base importants. Le couple maxi mum ou couple<B>à</B> vide se produit près du sommet du cercle où<B>ô =</B> ir/4 radians.
Dans les moteurs de ce type, le facteur de puis sance maximum dépend fortement du rapport <B>(1 -</B> X,/XI) <B>/_<U>(1</U><I>+</I></B> X,I?Çdl et le couple<B>à</B> vide est sensiblement proportionnel<B>à</B> la différence entre l'inverse de la réactance selon l'axe en quadrature et l'inverse<B>de</B> la réactance selon l'axe direct<B>:</B>
EMI0002.0010
où<B><I>k</I></B> est une constante.
Par conséquent, pour obtenir le couple<B>à</B> vide maximum et le facteur de puissance maximum. du moteur, la réactance selon l'axe en quadrature doit être réduite<B>à</B> une valeur minimum tout en mainte nant la réactance selon raxe direct<B>à</B> une valeur maximum. Comme la réactance est proportionnelle au flux, il s'ensuit que le flux selon l'axe en qua drature doit être réduit<B>à</B> une valeur minimum et que le flux selon l'axe direct doit être porté<B>à</B> une valeur maximum. Les barrières pour le flux et les fentes axiales en quadrature dans la construction du moteur décrit dans le brevet cité plus haut étaient loin de donner un moteur efficace présentant un facteur de puissance et un couple<B>à</B> vide relativement élevés.
Les barrières pour le flux sont faites ordinairement d'une matière non magnétique, de l'aluminium par exemple. Les barrières doivent être très larges ou très nombreuses et doivent être accompagnées d'une fente selon l'axe en quadrature pour réduire efficacement le flux selon cet axe.<B>Il</B> est évident que l'on réduit ainsi la masse de fer dans le noyau disponible pour guider le flux selon l'axe direct.
Considérons<B>à</B> nouveau le diagramme de la fig. <B>1.</B> <B>Il</B> est évident qu'un moteur présentant un faible cou ple<B>à</B> vide et un faible facteur de puissance est re présenté par un cercle d'un faible rayon, ce dernier étant égal<B>à :</B>
EMI0002.0013
et dont le centre est éloigné de l'origine. Comme expliqué précédemment, le couple<B>à</B> vide T,,.,,, est égal<B>à<I>k</I></B> (1/X-l <B>-</B> I/XJ et le facteur de puissance maximum cos 4),, est égal<B>à</B>
EMI0002.0019
Comparons d'abord l'équation donnant le rayon du cercle avec celle donnant le couple<B>à</B> vide.
On voit que chacune de ces équations dépend de la quan tité (1/Xq <B>-</B> 1/X,,). Par conséquent, plus le diamètre du cercle est grand, plus le couple<B>à</B> vide est grand. Cela signifie que pour obtenir de grands facteurs de puissance, il faut nécessairement avoir une forte va leur de Xj et par conséquent un faible rapport V/X, qui représente le déplacement du cercle vers Fori- gine de la fig. <B>1.</B> On obtient ainsi les plus grands facteurs<B>de</B> puissance. Par conséquent, quand X.
est petit et Xj grand<B>:</B> <B>1)</B> Le diamètre du cercle est grand, et 2) le cercle tend<B>à</B> se déplacer vers la gauche en direction de l'origine (fig. <B>1).</B>
Ces facteurs agissant ensemble assurent des cou ples<B>à</B> vides élevés et de grands facteurs de puissance. Ainsi, historiquement parlant et en se référant au diagramme de la fig. 2, les premiers moteurs<B>à</B> induction synchronisés perfectionnés (communément appelés moteurs<B>à</B> réluctance) qui ont été fabriqués en grande quantité présentaient des rainures axiales s'étendant le long de la périphérie du rotor. Ces moteurs présentaient un rendement relativement fai ble et sont représentés par le cercle 20 de la fig. 2. Le second stade, historiquement, a consisté<B>à</B> ajou ter des barrières pour le flux dans le noyau du rotor. Ces moteurs étaient meilleurs et sont représentés par le cercle 21 de la fig. 2.
Le troisième stade consiste <B>à</B> utiliser des aimants permanents dans le rotor en plus des barrières pour le flux, et c'est ce stade qui est envisagé dans ce qui suit. Le moteur qui va être décrit est représenté par le cercle 22 de la fig. 2, qui montre que le facteur de puissance et le couple <B>à</B> vide sont nettement augmentés par rapport aux moteurs connus. Dans chacun des moteurs représen tés par les cercles 20, 21 et 22<B>à</B> la fig. 2, on note une amélioration du couple<B>à</B> vide par rapport au moteur qui le précède. Les cercles 20, 21 et 22 sont calculés pour permettre la comparaison pour une même puissance d'entrée.
Le moteur qui va être décrit présente de meil leures caractéristiques de fonctionnement que les moteurs<B>à</B> induction synchronisés connus jusqu'ici. Les aimants permanents sont disposés dans le noyau du rotor, de préférence dans les fentes constituant des barrières pour le flux selon l'axe en quadrature, afin de réduire le flux selon cet axe en quadrature<B>à</B> une valeur proche de zéro. En outre, en utilisant des aimants permanents pour s'opposer au flux se lon l'axe en quadrature, l'espacement nécessaire entre les barrières pour le flux est diminué. De plus, les rainures axiales des moteurs connus, tels celui décrit dans le brevet suisse<B>NI, 339665,</B> peuvent présenter une moins grande profondeur et même être totale ment éliminées dans certains cas.
Ces dispositions assurent la présence d'une masse proportionnellement plus grande de fer dans le noyau du rotor pour con duire le flux direct. Comme le moteur envisagé réduit plus efficacement le flux selon l'axe en quadrature et, en même temps, assure une plus grande masse de fer pour conduire le flux direct, par rapport aux moteurs connus, ce moteur présente un couple pro portionnellement plus fort et par conséquent une puissance de sortie plus élevée qu'un moteur connu de mêmes dimensions.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. <B>3</B> et 4, le moteur<B>à</B> induction synchronisé<B>35</B> comprend un rotor cylindrique<B>36</B> monté sur un arbre<B>37</B> pour tourner avec ce dernier dans un stator<B>38.</B> #Ce der nier est du type<B>à</B> enroulement réparti utilisé ordi nairement dans les moteurs<B>à</B> induction et comprend quatre pôles<B>39</B> engendrant un champ tournant. Le rotor<B>36</B> est formé d'une série de tôles présentant des fentes d'enroulement 43 régulièrement espacées angulairement et disposées<B>à</B> proximité de la péri phérie du rotor.
Le rotor<B>36</B> comprend quatre pôles saillants 45 disposés entre des rainures longitudinales 46 espa cées angulairement. Dans une variante, les pôles magnétiques saillants du rotor peuvent présenter des barrières pour le flux, comme représenté<B>à</B> la fig. <B>5.</B> Ces barrières sont faites d'une matière<B>à</B> forte réluc tance qui s'oppose au passage du flux. Dans le mo teur décrit, ces barrières sont disposées dans le rotor pour former des trajets de flux<B>à</B> haute réluctance et des trajets de flux<B>à</B> basse réluctance. La surface proche de la périphérie du rotor, qui se trouve dans le trajet de flux<B>à</B> faible réluctance, devient un pôle magnétique saillant efficace et le flux provenant du stator se concentre dans cette surface.
Par consé quent, des pôles magnétiques saillants peuvent être formés sur un rotor cylindrique, comme celui repré senté<B>à</B> la fig. <B>5,</B> en utilisant des barrières pour le flux dans l'intérieur du rotor plutôt que des décou pures espacées angulairement et s'étendant le long de la périphérie du rotor.
Comme il est bien connu en pratique, la ligne centrale de ce pôle saillant ou de cette surface de concentration du flux est appelée l'axe direct, l'axe en quadrature étant<B>à 90,,</B> électriques dudit axe di rect. Dans les rotors représentés, l'axe direct 48 est disposé entre des barrières pour le flux 49, et l'axe en quadrature<B>50</B> entre les axes directs adjacents. Dans le moteur représenté<B>à</B> la fig. 4, le rotor <B>36</B> comprend des pôles saillants 45 formés entre les rainures longitudinales 46 angulairement espacées<B>le</B> long de la périphérie du rotor.
Chaque pôle saillant 45 présente une paire de fentes 41 s'étendant radia- lement vers l'intérieur depuis la périphérie du rotor et formant des barrières pour le flux, l'extrémité inté rieure de chacune de ces fentes ménagées dans cha que pôle saillant étant reliée<B>à</B> l'extrémité intérieure d'une fente similaire ménagée dans le<B>pôle</B> saillant adjacent par une fente de connexion 49. Chaque fente de connexion 49 est donc commune<B>à</B> deux pôles saillants adjacents. Ainsi, chaque fente de con nexion 49 et les deux fentes radiales 41 qu'elle relie forment une barrière continue pour le flux s'étendant depuis la périphérie d'un pôle<B>à</B> la périphérie du pôle adjacent.
Ces barrières continues sont disposées de manière <B>à</B> s'opposer au flux selon l'axe en quadrature tout en exerçant une influence minimum sur le flux selon l'axe direct.
Comme le montre la fig. <B>3,</B> les fentes d'enroule ment 43, les fentes 41 formant des barrières radiales pour le flux, les fentes de connexion 49 -et les- -rai nures longitudinales 46 sont disposées en biais pour améliorer les caractéristiques d'induction du moteur.
Des aimants permanents<B>55</B> sont disposés dans le rotor pour s'opposer<B>à</B> une partie du flux selon l'axe en quadrature induit dans le rotor par le champ magnétique tournant du stator. On voit<B>à</B> la fig. 4 que les<U>aimants-<B>55</B></U> sont placés dans les fentes de connexion 49 et dans les rainures longitudinales 46 de manière<B>à</B> être disposés symétriquement par rap port<B>à</B> l'axe en quadrature<B>50.</B> Les aimants<B>55</B> placés dans des rainures 46 angulairement adjacentes pré sentent des polarités inversées,
de sorte que tous les aimants dans les rainures 46 alternées présentent un pôle nord tourné vers l'extérieur et tous les aimants placés dans les autres rainures 46 présentent un pôle sud tourné vers l'extérieur. Les lettres<B>N</B> et<B>S</B> indi quent la polarité des aimants<B>55</B> faisant face vers l'extérieur. Pendant le fonctionnement du moteur, le flux provenant d'un pôle<B>39</B> du stator et essayant de pénétrer dans le rotor entre les pôles 45 est repoussé par les aimants<B><I>55 N,</I></B> et le flux essayant d'entrer dans un pôle<B>39</B> du stator depuis la surface du rotor entre les pôles 45 est repoussé par les aimants<B>55 S.</B> On réduit ainsi le flux du moteur selon l'axe en quadrature.
Quand le rotor approche de sa vitesse synchrone, il s'oriente automatiquement de lui-même afin que les pôles saillants 45 s'accrochent avec le champ tournant du stator.
Des aimants permanents 55a sont également dis posés dans les fentes radiales 41 constituant des bar rières pour le flux. Ces aimants sont placés de ma nière que leur pôle faisant face<B>à</B> l'aimant<B>55</B> logé dans la rainure 46 adjacente soit le même que le pôle faisant face radialement vers lextérieur de l'ai mant<B>55.</B> Ainsi, dans la forme d'exécution décrite, pratiquement toute la fente continue formant une barrière pour le flux, constituée par chaque fente de connexion 49 et les deux fentes radiales 41 qui lui sont reliées, loge en elle un aimant permanent.
Les variantes représentées aux fig. <B>5 à 8</B> présen tent des rotors dont les aimants permanents sont dis posés dans diverses positions. Dans chaque cas<B>'</B> les aimants sont disposés de manière<B>à</B> s'opposer au flux selon l'axe en quadrature dans le rotor et ils agissent sensiblement de la manière décrite<B>à</B> propos de la forme d'exécution représentée<B>à</B> la fig. 4. Dans les variantes des fig. <B>5 à 8,</B> les fentes d'enroulement régulières dans chaque pôle saillant sont indiquées par la référence<B>53.</B>
Dans la variante de la fig. <B>5,</B> un rotor<B>57</B> ne présente plus de rainures longitudinales telles que les rainures 46, dans le but d'augmenter au maximum le flux selon l'axe direct, et il comprend des aimants permanents<B>55</B> logés dans les fentes radiales 41 et dans les fentes de connexion 49 pour former des pôles magnétiques saillants efficaces et pour minimi ser le flux selon Faxe en quadrature. Comme indiqué précédemment, les barrières dans ce rotor doivent assurer une réluctance suffisante au flux dans un certain trajet pour que le rotor présente des pôles magnétiques saillants efficaces dans les surfaces pro ches des prolongements extérieurs des fentes formant des barrières pour le flux.
Dans la variante représentée<B>à</B> la fig. <B>6,</B> un rotor <B>60</B> présente des fentes longitudinales 46, mais pas d'aimants permanents pour former les pôles saillants 45. Cependant, il comprend des aimants-permanents <B>55</B> disposés dans les fentes de connexion 49 et dans les fentes radiales 41 pour minimiser le flux selon l'axe en quadrature.
Dans la variante représentée<B>à</B> la fig. <B>7,</B> un rotor <B>65</B> comprend des aimants permanents<B>66</B> disposés dans les rainures longitudinales 46 et des aimants permanents<B>55</B> disposés dans les fentes de connexion 49 et dans les fentes radiales 41. Les rainures lon gitudinales 46 logent des aimants permanents de force variable afin de donner des densités de flux variables dans l'entrefer. La densité variable du flux selon l'axe en quadrature peut être compensée point par point par le flux opposé des aimants permanents. Bien que des aimants<B>66 </B> en gradins<B> </B> soient repré sentés<B>à</B> la fig. <B>7,</B> ces aimants pourraient avoir d'au tres formes fonctionnelles, par exemple une forme <B> </B> sinusoïdale<B> .</B>
Dans la variante représentée<B>à</B> la fig. <B>8,</B> un rotor <B>68</B> comprend des aimants permanents<B>70</B> disposés dans des fentes longitudinales<B>69</B> arquées et des ai mants permanents<B>55</B> disposés dans les fentes de connexion 49 et dans les fentes radiales 41, mais dans ce cas les aimants permanents<B>70</B> disposés dans chacune des rainures longitudinales<B>69</B> remplissent complètement chaque rainure. Les rainures<B>69</B> pré sentent donc une profondeur minimum par suite de la présence des aimants permanents<B>70.</B> On obtient ainsi une masse de fer maximum pour le flux selon l'axe direct et par conséquent un nouveau renforce ment de ce flux en même temps qu'un affaiblisse ment du flux selon l'axe en quadrature.
Le rotor comprend également des aimants permanents<B>71</B> dis posés dans la fente d'enroulement régulière<B>53</B> située au centre de chaque pôle saillant, entre les fentes radiales 41.<B>Il</B> s'agit d'un moyen facultatif utilisé pour diminuer encore le flux selon l'axe en quadra ture.
Dans toutes les constructions représentées du ro tor, une matière non magnétique mais électrique ment conductrice remplit tout l'espace compris dans les fentes d'enroulement régulières 43 ou<B>53</B> et dans les parties des rainures longitudinales 46 et les fentes 41 et 49 non occupées par des aimants permanents. Cette matière est court-circuitée aux extrémités du rotor par des bagues<B>75</B> (fig. <B>3)</B> de manière<B>à</B> former un enroulement en cage d'écureuil.
Synchronized <B> Induction </B> Motor The present invention relates to a synchronized <B> </B> induction motor, comprising a stator carrying windings arranged so as to <B> </B> form poles generating a rotating magnetic field, and a rotor mounted <B> for </B> rotation in <B> the </B> stator, comprising a winding and a magnetic core comprising salient poles spaced at a circumference, each salient pole of the rotor having at least one longitudinal slot constituting a barrier for the flow along the quadrature axis. Such a motor is of the <B> reluctance </B> type.
The motor forming the subject of the invention is characterized in that it comprises permanent magnets arranged in said core and oriented so <B> to </B> also oppose the flow along the quadra axis. ture.
The appended drawing represents, <B> as </B> (the example, an embodiment of the engine which is the subject of the present invention and of the variants. FIGS. <B> 1 </B> and 2 represent diagrams following each other. relating <B> to </B> known engines and <B> to </B> an embodiment of the invention.
Fig. <B> 3 </B> is a perspective view of the rotor of this embodiment.
Fig. 4 is a section, <B> to </B> on a larger scale, of this embodiment.
Figs. <B> 5, 6, 7 </B> and <B> 8 </B> are sections corresponding <B> to </B> the section of fig. 4, <B> to </B> smaller scales, and showing the variants.
In recent years, a large number of <B> </B> improvements have been made to synchronized <B> </B> induction motors or <B> </B> reluctance motors.
One of these improvements has been described in Swiss patent No. <B> 339665 </B> which relates to a synchronized <B> </B> induction motor in which barriers are used for the flow in the core of the rotor. in order to guide the flow along the direct axis and de-m-lnu nize the flow along the quadrature axis.
In a known motor of this type, it can be shown that the forward and quadrature currents circulating in the stator are given by the following relations <B>: - </B>
EMI0001.0012
where V is the phase voltage, R the resistance per phase of the stator, <B> ô </B> Fangle between V and I ,, (also called the torque angle), (Zd, Z,), (X ,,, X,) the direct and quadrature impedances and reactances per phase, respectively, and iDi, #D. the angles between R and Xj, R and <B> X., </B> respectively.
The total current flowing to the motor (neglecting a small component due to core losses, which is not essential in this discussion) is <B>: </B>
EMI0001.0022
The equations giving Id and <B> l </B> can be illustrated by a geometric process making it possible to define the geometric locus of the current I in graphic form. The place thus obtained is a circle which is represented <B> in </B> in fig. <B> 1. </B> The circular diagram will be used to show the advantages and limitations of this synchronized <B> </B> induction motor.
The circle shown <B> in </B> in fig. <B> 1 </B> can be defined as follows:
EMI0001.0026
2) Its center is placed at a point which is displaced, on the one hand, upwards (positive direction) along the vertical ordinate, by a distance
EMI0002.0001
which 'represents a component of the current in phase (excluding the weak component due to losses in the core) and, on the other hand, to the right (positive direction) along the horizontal abscissa by a distance
EMI0002.0002
which represents a component of a reactive current or of a current in quadrature with the voltage. We can measure the angle -D of the power factor between the voltage V and the current I <B> to </B> from this diagram, for any given input signal.
The power factor is cos <B> (P. </B> In addition, the power and output torque of the motor can be measured. These values are roughly proportional to <B> to </B> the projection of the motor. line current I on the voltage axis, - or I cos <B> P. </B> The power factor and the torque which characterize the qualities of the motor are important basic criteria. The maximum torque or torque <B > to </B> void occurs near the top of the circle where <B> ô = </B> ir / 4 radians.
In motors of this type, the maximum power factor depends strongly on the ratio <B> (1 - </B> X, / XI) <B>/_<U>(1</U> <I> + </I> </B> X, I? Çdl and the torque <B> at </B> empty is substantially proportional <B> to </B> the difference between the inverse of the reactance along the axis in quadrature and the inverse <B> of </B> the reactance along the direct axis <B>: </B>
EMI0002.0010
where <B> <I> k </I> </B> is a constant.
Therefore, to obtain the maximum <B> at </B> no-load torque and the maximum power factor. motor, the quadrature axis reactance must be reduced <B> to </B> a minimum value while keeping the direct axis reactance <B> at </B> a maximum value. As the reactance is proportional to the flux, it follows that the flux along the quadrature axis must be reduced <B> to </B> a minimum value and that the flux along the direct axis must be increased <B > to </B> a maximum value. The barriers for flow and axial quadrature slits in the construction of the engine described in the aforementioned patent were far from providing an efficient engine with relatively high power factor and <B> at </B> empty torque.
Barriers for the flow are usually made of a non-magnetic material, for example aluminum. The barriers must be very wide or very numerous and must be accompanied by a slot along the quadrature axis to effectively reduce the flow along this axis. <B> It </B> is obvious that this reduces the mass. of iron in the core available to guide the flow along the direct axis.
Let us consider again <B> to </B> the diagram of fig. <B> 1. </B> <B> It </B> is evident that an engine with a low empty torque and a low power factor is represented by a circle of 'a small radius, the latter being equal to <B> to: </B>
EMI0002.0013
and whose center is far from the origin. As explained previously, the couple <B> to </B> empty T ,,. ,,, is equal <B> to <I> k </I> </B> (1 / Xl <B> - </ B> I / XJ and the maximum power factor cos 4) ,, is equal <B> to </B>
EMI0002.0019
Let us first compare the equation giving the radius of the circle with that giving the couple <B> to </B> empty.
We see that each of these equations depends on the quantity (1 / Xq <B> - </B> 1 / X ,,). Therefore, the larger the diameter of the circle, the greater the empty torque. This means that to obtain large power factors, it is necessary to have a high value of Xj and consequently a low V / X ratio, which represents the displacement of the circle towards the origin of fig. <B> 1. </B> This gives the greatest <B> power </B> factors. Therefore, when X.
is small and Xj large <B>: </B> <B> 1) </B> The diameter of the circle is large, and 2) the circle tends <B> to </B> move to the left in the direction of the origin (fig. <B> 1). </B>
These factors acting together ensure high <B> to </B> vacuum torques and large power factors. Thus, historically speaking and with reference to the diagram of fig. 2, the first advanced synchronized <B> </B> induction motors (commonly referred to as <B> reluctance </B> motors) which were produced in large quantities had axial grooves extending along the periphery of the rotor. These motors had a relatively low efficiency and are represented by the circle 20 in FIG. 2. The second stage, historically, has consisted of <B> </B> adding barriers to the flux in the rotor core. These engines were better and are represented by the circle 21 in FIG. 2.
The third stage consists of <B> </B> using permanent magnets in the rotor in addition to the flux barriers, and it is this stage that is considered in what follows. The motor which will be described is represented by the circle 22 of FIG. 2, which shows that the power factor and the torque <B> at </B> are markedly increased compared to known engines. In each of the motors represented by circles 20, 21 and 22 <B> to </B> in fig. 2, there is an improvement in the <B> at </B> empty torque compared to the preceding engine. Circles 20, 21 and 22 are calculated to allow comparison for the same input power.
The motor which will be described has better operating characteristics than the synchronized <B> </B> induction motors known hitherto. The permanent magnets are arranged in the core of the rotor, preferably in the slots constituting barriers for the flux along the quadrature axis, in order to reduce the flux along this quadrature axis <B> to </B> a value close zero. In addition, by using permanent magnets to oppose the flux along the quadrature axis, the necessary spacing between the barriers for the flux is decreased. In addition, the axial grooves of known motors, such as that described in Swiss patent <B> NI, 339665, </B> may have less depth and even be completely eliminated in certain cases.
These arrangements ensure the presence of a proportionately larger mass of iron in the rotor core to conduct the direct flow. As the engine envisaged more effectively reduces the flux along the quadrature axis and, at the same time, provides a greater mass of iron to drive the direct flux, compared to known motors, this motor has a proportionally higher torque and therefore a higher output power than a known motor of the same dimensions.
In the embodiment shown in FIGS. <B> 3 </B> and 4, the <B> </B> synchronized induction motor <B> 35 </B> comprises a cylindrical rotor <B> 36 </B> mounted on a <B> shaft 37 </B> to rotate with the latter in a <B> 38. </B> #This last is of the <B> with </B> distributed winding type ordinarily used in <B> to <motors / B> induction and includes four <B> 39 </B> poles generating a rotating field. The rotor <B> 36 </B> is formed from a series of sheets having winding slots 43 regularly spaced angularly and disposed <B> at </B> near the periphery of the rotor.
The rotor <B> 36 </B> comprises four salient poles 45 disposed between longitudinal grooves 46 spaced angularly. In a variant, the salient magnetic poles of the rotor may present barriers for the flux, as shown <B> to </B> in FIG. <B> 5. </B> These barriers are made of a material <B> with </B> strong reluctance which opposes the passage of the flow. In the described motor, these barriers are arranged in the rotor to form high reluctance <B> </B> flux paths and low reluctance <B> </B> flux paths. The surface near the periphery of the rotor, which is in the low reluctance <B> </B> flux path, becomes an effective salient magnetic pole and the flux from the stator is concentrated in this surface.
Therefore, salient magnetic poles can be formed on a cylindrical rotor, such as that shown <B> in </B> in fig. <B> 5, </B> using barriers for the flow in the interior of the rotor rather than pure cutouts angularly spaced and extending along the periphery of the rotor.
As is well known in practice, the central line of this salient pole or of this flux concentration surface is called the direct axis, the quadrature axis being <B> at 90 ,, </B> electrical of said axis di rect. In the rotors shown, the direct axis 48 is disposed between flow barriers 49, and the quadrature axis <B> 50 </B> between adjacent direct axes. In the engine shown <B> to </B> in fig. 4, the rotor <B> 36 </B> includes salient poles 45 formed between the angularly spaced longitudinal grooves 46 <B> the </B> along the periphery of the rotor.
Each salient pole 45 has a pair of slots 41 extending radially inward from the periphery of the rotor and forming flow barriers, the inner end of each of these slots in each salient pole being connected <B> to </B> the inner end of a similar slot made in the adjacent projecting <B> pole </B> by a connection slot 49. Each connection slot 49 is therefore common <B> to </B> two adjacent salient poles. Thus, each connection slot 49 and the two radial slots 41 which it connects form a continuous barrier for the flow extending from the periphery of a pole <B> to </B> the periphery of the adjacent pole.
These continuous barriers are disposed so <B> to </B> oppose the flow along the quadrature axis while exerting a minimum influence on the flow along the direct axis.
As shown in fig. <B> 3, </B> the winding slots 43, the slots 41 forming radial barriers for the flow, the connection slots 49 and the longitudinal grooves 46 are arranged at an angle to improve the characteristics induction motor.
Permanent magnets <B> 55 </B> are arranged in the rotor to oppose <B> </B> part of the flux along the quadrature axis induced in the rotor by the rotating magnetic field of the stator. We see <B> in </B> in fig. 4 that the <U> magnets- <B> 55 </B> </U> are placed in the connection slots 49 and in the longitudinal grooves 46 so <B> to </B> to be arranged symmetrically with respect to <B> to </B> the quadrature axis <B> 50. </B> The magnets <B> 55 </B> placed in angularly adjacent grooves 46 have reversed polarities,
so that all of the magnets in the alternating grooves 46 have a north pole facing outward and all of the magnets placed in the other grooves 46 have a south pole facing out. The letters <B> N </B> and <B> S </B> indicate the polarity of the magnets <B> 55 </B> facing outward. While the motor is running, the flux coming from one pole <B> 39 </B> of the stator and trying to enter the rotor between the poles 45 is repelled by the magnets <B> <I> 55 N, </ I> </B> and the flux trying to enter a pole <B> 39 </B> of the stator from the surface of the rotor between the poles 45 is repelled by the magnets <B> 55 S. </B> This reduces the flow of the motor along the quadrature axis.
When the rotor approaches its synchronous speed, it automatically orients itself so that the salient poles 45 engage with the rotating field of the stator.
Permanent magnets 55a are also placed in the radial slots 41 constituting barriers for the flow. These magnets are placed so that their pole facing <B> at </B> the magnet <B> 55 </B> housed in the adjacent groove 46 is the same as the pole facing radially outwardly of the magnet. 'ai mant <B> 55. </B> Thus, in the embodiment described, practically the entire continuous slot forming a barrier for the flow, constituted by each connection slot 49 and the two radial slots 41 which are therefor. connected, lodges in it a permanent magnet.
The variants shown in fig. <B> 5 to 8 </B> have rotors with permanent magnets arranged in various positions. In each case <B> '</B> the magnets are arranged so <B> to </B> oppose the flux along the quadrature axis in the rotor and they act substantially as described <B> to </B> the embodiment shown <B> to </B> in fig. 4. In the variants of FIGS. <B> 5 to 8, </B> the regular winding slots in each salient pole are indicated by the reference <B> 53. </B>
In the variant of FIG. <B> 5, </B> a rotor <B> 57 </B> no longer has longitudinal grooves such as grooves 46, with the aim of maximizing the flow along the direct axis, and it comprises permanent magnets <B> 55 </B> housed in the radial slots 41 and in the connection slots 49 to form effective salient magnetic poles and to minimize the flux along the quadrature axis. As previously stated, the barriers in this rotor must provide sufficient reluctance to flux in a certain path so that the rotor has effective salient magnetic poles in the surfaces near the outer extensions of the slits forming barriers to the flux.
In the variant shown <B> to </B> in FIG. <B> 6, </B> a rotor <B> 60 </B> has longitudinal slits 46, but no permanent magnets to form the salient poles 45. However, it includes permanent magnets <B> 55 </B> arranged in the connection slots 49 and in the radial slots 41 to minimize the flow along the quadrature axis.
In the variant shown <B> to </B> in FIG. <B> 7, </B> a rotor <B> 65 </B> comprises permanent magnets <B> 66 </B> arranged in the longitudinal grooves 46 and permanent magnets <B> 55 </B> arranged in the connection slots 49 and in the radial slots 41. The longitudinal grooves 46 house permanent magnets of varying strength in order to give varying flux densities in the air gap. The variable flux density along the quadrature axis can be compensated point by point by the opposite flux of the permanent magnets. Although <B> 66 </B> stepped magnets <B> </B> are shown <B> in </B> in fig. <B> 7, </B> these magnets could have other functional shapes, for example a <B> </B> sinusoidal <B>. </B> shape.
In the variant shown <B> to </B> in FIG. <B> 8, </B> a <B> 68 </B> rotor has <B> 70 </B> permanent magnets arranged in arcuate longitudinal <B> 69 </B> slots and permanent magnets <B> 55 </B> arranged in the connection slots 49 and in the radial slots 41, but in this case the permanent magnets <B> 70 </B> arranged in each of the longitudinal grooves <B> 69 </ B > completely fill each groove. The grooves <B> 69 </B> therefore have a minimum depth due to the presence of the permanent magnets <B> 70. </B> A maximum mass of iron is thus obtained for the flux along the direct axis and consequently a new reinforcement of this flux at the same time as a weakening of the flux along the quadrature axis.
The rotor also includes permanent magnets <B> 71 </B> arranged in the regular winding slot <B> 53 </B> located in the center of each salient pole, between the radial slots 41. <B> It </B> is an optional means used to further decrease the flow along the quadra ture axis.
In all of the constructions shown of the rotor, a non-magnetic but electrically conductive material fills all the space included in the regular winding slots 43 or <B> 53 </B> and in the parts of the longitudinal grooves 46 and slots 41 and 49 not occupied by permanent magnets. This material is short-circuited at the ends of the rotor by rings <B> 75 </B> (fig. <B> 3) </B> so as <B> to </B> form a cage winding of squirrel.