Machine électrique tournante<B>à</B> entrefer axial La présente invention concerne une machine électrique tournante<B>à</B> entrefer axial. On connaÎt <B>déjà</B> de telles machines<B>à</B> éléments discoïdaux qui comprennent des bobinages formés de conducteurs plats adhérant intimement aux faces d'un support mince isolant sur lesquelles ils sont uniformément répartis en deux jeux de demi-spires interconnec tées eune face<B>à</B> rautre du support pour former un bobinage complet.
De tels bobinages peuvent être utilisés aussi bien en courant continu qu#en courant alternatif dans les rotors et stators des machines<B>à</B> entrefer axial. Lorsqu'un tel bobinage est utilisé dans un rotori les balais portent directement sur ses conducteurs, s'il s'agit d7une machine<B>à</B> courant continu, ou bien des bagues venues avec lui ou portées séparément par l'arbre coopèrent avec des frotteurs, s'il s'agit & une machine<B>à</B> courant alternatif.
Le bobinage avec son support isolant peut<B>à</B> lui seul constituer le rotor et être introduit dans un entrefer délimité par deux anneaux statoriques dont l'un, au moins, consiste en une couronne de pôles inducteurs, l'autre pou vant seulement comporter une culasse magnétique. Plusieurs bobinages peuvent être empilés dans un même entrefer, par exemple pour être interconnec tés en série ou pour être mis progressivement en service selon les besoins, ou encore pour être l'un alimenté, l'autre générateur de courant; et ainsi de suite<B>...</B>
De tels bobinages peuvent aussi être utilisés dans la partie statorique d'une machine, notamment comme inducteurs dans des machines<B>à</B> courant alternatif<B>;</B> ils sont alors appliqués sur des couron nes magnétiques, de préférence dépourvues de cou rants de Foucault. Le rotor peut alors comprendre un ou plusieurs bobinages<B>à</B> balais, bagues ou col- lecteurs, ou bien il peut comprendre une cage d'écu reuil développée en un anneau plan.
De telles machines sont,<B>à</B> simple titre indicatif, représentées sur les schémas des fig. <B>1 à 3.</B>
Dans la fig. <B>1,</B> on voit en<B>1</B> un rotor comprenant un bobinage<B>1</B> imprimé sur les deux faces d!un sup port isolant monté sur un moyeu -porté par un arbre<B>8</B> tourillonné entre des paliers<B>7</B> portés par des plaques de montage 4 et<B>6.</B> Le stator comprend deux éléments encadrant le rotor, run de ces éléments comprenant une couronne de pôles inducteurs 2 montés sur un anneau magnétique<B>3</B> et l'autre<B>élé-</B> ment consistant en un simple<U>anneau</U> magnétique<B>5</B> formant culasse de fermeture du flux des aimants de l'inducteur.
On pourrait encadrer le rotor de deux ensembles de poÉ'les inducteurs, ou encore acco ler au bobinage rotorique l'anneau de culasse ma gnétique<B>5.</B> Au lieu de pôles inducteurs saillants, et surtout pour les petites machines, on pourrait uti liser un anneau de ferrite coercitive dans laquelle des pôles magnétiques auraient été formés par aimantation rémanente préalable.
Dans la fig. 2, le même rotor est encadré par deux éléments statoriques comprenant chacun, sur une couronne magnétique<B>3</B> ou<B>5,</B> un bobinage imprimé<B>10</B> ou<B>11, -</B>et ces bobinages seront bien entendu alimentés pour engendrer un champ tour nant. Le rotor pourra être muni de balais, ou de bagues collectrices selon le fonctionnement requis, comme pouvait Fêtre le rotor de la fig. <B>1.</B> Un des bobinages statoriques peut être omis et remplacé par un simple anneau de culasse magnétique.
Les cou ronnes<B>3</B> et<B>5</B> sont réalisées de manière<B>à</B> être dépourvues de courants de Foucault et, par exemple, peuvent être-réalisées en une tôle magnétique spi ralée. Les bobinages sont collés<B>ou</B> autrement fixés sur les faces de ces couronnes par Pintermédiaire de couches isolantes.<B>\</B> Dans la fig. <B>3,</B> le stator a même structure que dans la fi-. 2 mais le rotor, au lieu de comprendre un bobinage imprimé, consiste en un élément 14 formant une cage d'écureuil développée en un anneau.
Un des éléments de stator peut être omis si désiré, ou bien un'seul bobinage statorique peut être encadré de deux éléments de rotor, 17un en cage d'écureuil comme dit, l'autre pouvant présenter une couronne de pôles magnétiques.
Un avantage important des machines compre nant de tels bobinages et de telles structures magné tiques réside dans la suppression des encoches, ce qui élimine des distorsions du champ magnétique. Un autre avantage important réside dans la capa cité de courant que peuvent supporter les con ducteurs<B> </B> imprimés<B> .</B> D'autres avantages notables résident tant dans la compacité des machines ainsi réalisées que dans les possibilités offertes au cons tructeur de fabriquer des petites machines avec un grand nombre de pôles sans aucune difficulté de câblage.
Il n'en est pas moins vrai que, dans de telles machines comprenant ces bobinages, l'épaisseur des conducteurs de cuivre se situe entièrement dans rentrefer magnétique<B>;</B> par suite, on doit<B>y</B> établir une intensité de champ magnétique élevée. Ceci est tout<B>à</B> fait admissible aux petites puissances, d7au- tant plus qualors l'épaisseur des conducteurs impri més est réduite vis-à-vis<B>de</B> celle qui serait néces saire pour des conducteurs non imprimés pour les mêmes intensités de courant.
Mais lorsqu'on aug mente la puissance,<B>il</B> faut accroître l'épaisseur des conducteurs de cuivre et ceci est évidemment un inconvénient, car cet accroissement d'épaisseur réduit l'induction magnétique dans Fentrefer, et augmente les fuites. Il faudrait donc accroître le courant magnétisant dans les inducteurs, d7où une baisse de rendement énergétique de ces machines.
Pour remédier tout au moins partiellement<B>à</B> cet inconvénient, la titulaire a proposé, dans son bre vet No <B>364027,</B> d#établir les conducteurs en un maté riau<B>à</B> la fois magnétique et conducteur, tel que le fer. Dans certains cas, cette solution West cepen dant pas avantageuse car la résistivité de tels'maté- riaux est appréciablement plus élevée que celle du cuivre, d7où une augmentation des pertes.
Le but de la présente invention est de fournir une machine électrique tournante<B>à</B> entrefer axial, notamment<B>à</B> courant alternatif, dont le bobinage est agencé de telle manière que les pertes et le cou rant magnétisant soient réduits, mais que l'induc tion dans l'entrefer soit notablement plus élevée pour une même intensité du champ inducteur.
Conformément<B>à</B> l'invention, cette machine com prend un bobinage formé de deux jeux de conduc teurs plats formant des demi-spires et adhérant intimement aux faces opposées d'un support isolant, les extrémités de ces conducteurs situées en regard les unes des autres étant reliées par des connexions s'étendant d'une face<B>à</B> l'autre du support<B>de</B> manière que rensemble de ces conducteurs forme un bobi nage complet, et est caractérisée en ce que chaque conducteur formant une demi-spire présente une découpe remplie dun matériau magnétique, cette découpe s'étendant longitudinalement au moins sur la partie active du conducteur disposée dans le flux magnétique de l'entrefer de la machine.
Les fig. 4<B>à 9</B> du dessin annexé représentent,<B>à</B> titre d#exeraple, quelques formes d7exécution de la machine objet de rinvention.
La fig. 4 est une vue de face, et la fig. <B>5</B> une coupe eun bobinage du type imbriqué.
La fig. <B>6</B> est une vue de face, et la fig. <B>7,</B> une coupe, d'un autre bobinage du type imbriqué.
Ces deux bobinages, dont le nombre de spires et donc<B>de</B> conducteurs par face est donné<B>à</B> simple titre illustratif et peut être varié<B>à</B> volonté selon les besoins, peuvent être utilisés au choix dans le rotor ou le stator d'une machine électrique tournante<B>du</B> type décrit ci-dessus en relation avec les fig. <B>1 à 3.</B> Comme dans la fig. <B>3,</B> on a considéré un rotor en cage d!écureuil <B>;
</B> on a de plus indiqué, en une vue de face sur la fig. <B>8</B> et une vue en coupe sur la fig. <B>9,</B> comnien réaliser alors un élément en cage d'écureuil pour conserver les avantages fournis par les bobinages qui seront décrits.
Un bobinage formé de conducteurs imprimés sur les deux faces d'un support isolant est constitué d'une façon générale par deux jeux de demi-spires, un sur chaque face du support isolant mince inter calaire<B>15</B> (fig. <B>5</B> et<B>7).</B> Chaque jeu de demi-spires a même configuration d#une face<B>à</B> l'autre mais, évi demment, les parties inclinées, extérieures<B>16</B> et intérieures<B>17,</B> qui prolongent de part et & autre les parties sensiblement radiales médianes des conduc teurs, qui en sont les parties actives situées dans le champt magnétique, présentent des inclinaisons opposées sur les deux faces.
Ces parties inclinées (qui peuvent être incurvées si désiré, voir fig. <B>6)</B> peuvent présenter la même orientation sur chaque face dans la couronne extérieure et dans la cou ronne intérieure, dans le cas d'un bobinage ondulé- série. Elles sont d'orientations contraires dans le cas d'un bobinage imbriqué (fig. 4 et<B>6).</B> Le nombre de conducteurs par face d'un bobinage ondulé-série est impair, celui d'un bobinage imbriqué est pair.
Ces parties terminales des conducteurs formant des demi-spires aboutissent<B>à</B> des<B> </B> plots<B> ,</B> extérieurs<B>18,</B> intérieurs<B>19,</B> disposés suivant deux couronnes péri phériques sur le support isolant. Ces plots se font face d7un côté<B>à</B> l'autre du support isolant et c'est <B>à</B> travers eux que sont formées les connexions d#une face<B>à</B> l'autre, 20 pour la couronne extérieure, 21 pour la couronne intérieure, qui sont constituées, par exemple, par des métallisations de trous traver sant ces plots et le support isolant<B>15.</B> C'est, après que le nombre de conducteurs de demi-spires a été choisi,
le choix des inclinaisons des parties extrêmes de ces conducteurs qui détermine, grâce auxdites connexions, la configuration de ces bobinages.
Dans les bobinages antérieurs, les conducteurs entièrement en cuivre, ou en fer, comme dit, avaient leurs parties médianes sensiblement radiales et sec- torales et ces parties coopéraient avec le champ magnétique de l'entrefer dans lequel elles étaient introduites. Dans les bobinages représentés, chaque partie médiane d'un conducteur formant une demi- spire présente une découpe allongée 22, et par exemple sensiblement sectorale également, qui est, remplie d7un matériau magnétique.
Chaque conduc teur a donc en fait sa partie médiane divisée en deux branches<B>23</B> et 24 encadrant cette languette magnétique 22 et se raccordant en commun aux parties terminales inclinées<B>16</B> et<B>17.</B> Que la lan guette magnétique, qui est le plus souvent conduc trice, soit ou non électriquement connectée aux deux branches de la partie centrale du conducteur est indifférent. Cette languette et ces branches ont été désignées par les mêmes indices de référence sur les fig. 4,<B>5</B> et<B>6, 7.</B>
Chaque fente 22 peut, si désiré, être prolongée plus ou moins dans les parties inclinées des conduc teurs formant des<B>-</B> demi-spires, ceci est une simple question de choix pour le réalisateur. En particulier, lorsque les parties médianes actives des conducteurs sont plus ou moins confondues avec les parties inclinées, ceci afin d'augmenter la sur-face active dans l'entrefer magnétique et de réduire les surfaces inactives de<B> </B> têtes de bobine<B> ,</B> comme exposé et décrit par exemple dans le brevet addition nel No <B>363081</B> de la titulaire (dans lequel, dans cer tains cas même, on a décrit des conducteurs entiè rement incurvés entre les plots terminaux),
les fen tes seront prolongées pratiquement sur la longueur quasi totale de tels conducteurs.
Pour réaliser de tels bobinages formés de deux matériaux, on peut former par<B> </B> impression<B> </B> soit les parties en cuivre, soit les parties en fer et rap porter ensuite les parties formées par le second matériau. Par exemple, on peut coller deux anneaux minces de fer sur le support diélectrique mince et photograver ces anneaux pour former les aires magnétiques 22, puis procéder au cuivrage des par ties nues du support diélectrique en protégeant le fer par une<B> </B> grille<B> ;</B> ou inversement, on peut col ler deux anneaux de cuivre et les photograver puis rapporter, par collage, des languettes de fer dans les surfaces nues du support (ou bien déposer sur ces surfaces du fer colloïdal)<B>;</B> et ainsi<B>de</B> suite, tout pro cédé de formation étant utilisable.
Quant au bobinage en cage d'écureuil qui sera, pour la réalisation de certaines machines, associé aux bobinages susdécrits, en tant que rotor, il se compose (fig. <B>8</B> et<B>9)</B> d7un- disque de cuivre<B>25</B> dans lequel ont été insérés des<B> </B> coins<B> </B> de fer<B>26, à</B> force par exemple.
En ce qui concerne l'alimentation des bobinages décrits, celle-ci peut se faire, comme il a été dit, par des balais et des bagues collectrices pour les bobina ges utilisés dans les rotors, les bagues étant reliées <B>à</B> des prises établies sur des plots<B>-</B> des bobinages. Pour les bobinages statoriques, de simples prises suffisent évidemment pour assurer leur alimentation.
The present invention relates to a rotating electrical machine <B> with </B> axial air gap. Such machines <B> with </B> discoidal elements are <B> already </B> known which comprise windings formed of flat conductors closely adhering to the faces of a thin insulating support on which they are uniformly distributed in two sets. half-turns interconnected on one side <B> to </B> the other of the support to form a complete winding.
Such windings can be used both in direct current and in alternating current in the rotors and stators of machines with <B> </B> axial airgap. When such a winding is used in a rotor, the brushes bear directly on its conductors, in the case of a direct current machine, or else rings that come with it or worn separately by the machine. shaft cooperate with wipers, if it is an alternating current machine.
The winding with its insulating support can <B> to </B> itself constitute the rotor and be introduced into an air gap delimited by two stator rings, at least one of which consists of a ring of inductor poles, the other can only include a magnetic yoke. Several coils can be stacked in the same air gap, for example to be interconnected in series or to be gradually put into service as required, or else to be one supplied, the other current generator; and so on <B> ... </B>
Such windings can also be used in the stator part of a machine, in particular as inductors in <B> </B> alternating current machines <B>; </B> they are then applied to magnetic rings, preferably devoid of eddy currents. The rotor can then comprise one or more windings <B> with </B> brushes, rings or collectors, or it can comprise a squirrel cage developed in a flat ring.
Such machines are, <B> to </B> merely indicative, shown in the diagrams of fig. <B> 1 to 3. </B>
In fig. <B> 1, </B> we see in <B> 1 </B> a rotor comprising a winding <B> 1 </B> printed on both sides of an insulating support mounted on a -ported hub by a shaft <B> 8 </B> journaled between bearings <B> 7 </B> carried by mounting plates 4 and <B> 6. </B> The stator comprises two elements framing the rotor, run of these elements comprising a ring of inductor poles 2 mounted on a magnetic <B> 3 </B> ring and the other <B> element </B> consisting of a simple magnetic <U> ring </U> <B> 5 </B> forming the closing yoke of the flux of the inductor magnets.
We could frame the rotor with two sets of inductor poles, or even attach the magnetic yoke ring to the rotor winding <B> 5. </B> Instead of protruding inductor poles, and especially for small machines , one could use a ring of coercive ferrite in which magnetic poles would have been formed by prior remanent magnetization.
In fig. 2, the same rotor is flanked by two stator elements each comprising, on a magnetic ring <B> 3 </B> or <B> 5, </B> a printed winding <B> 10 </B> or <B > 11, - </B> and these windings will of course be supplied to generate a rotating field. The rotor may be fitted with brushes or slip rings depending on the operation required, as could the rotor of FIG. <B> 1. </B> One of the stator windings can be omitted and replaced with a simple magnetic yoke ring.
The crowns <B> 3 </B> and <B> 5 </B> are made in such a way <B> to </B> to be free of eddy currents and, for example, can be made of a sheet magnetic spiral. The coils are glued <B> or </B> otherwise fixed to the faces of these rings by means of insulating layers. <B> \ </B> In fig. <B> 3, </B> the stator has the same structure as in the fi. 2 but the rotor, instead of comprising a printed coil, consists of an element 14 forming a squirrel cage developed into a ring.
One of the stator elements can be omitted if desired, or a single stator winding can be framed by two rotor elements, one in a squirrel cage as said, the other being able to have a ring of magnetic poles.
An important advantage of machines comprising such coils and such magnetic structures resides in the elimination of notches, which eliminates distortions of the magnetic field. Another important advantage lies in the current capacity that can withstand the printed <B> </B> conductors <B>. </B> Other notable advantages lie both in the compactness of the machines thus produced and in the possibilities offered to the manufacturer to manufacture small machines with a large number of poles without any wiring difficulty.
It is nonetheless true that, in such machines comprising these windings, the thickness of the copper conductors lies entirely in the magnetic air gap <B>; </B> therefore, we must <B> y </ B> establish a high magnetic field strength. This is entirely <B> to </B> admissible at small powers, all the more so the thickness of the printed conductors is reduced compared to <B> </B> that which would be necessary for unprinted conductors for the same currents.
But when the power is increased, <B> it </B> must increase the thickness of the copper conductors and this is obviously a drawback, because this increase in thickness reduces the magnetic induction in the air gap, and increases the leaks. It would therefore be necessary to increase the magnetizing current in the inductors, thereby reducing the energy efficiency of these machines.
To at least partially remedy <B> to </B> this drawback, the licensee proposed, in its patent No <B> 364027, </B> to make the conductors of a material <B> to < / B> both magnetic and conductive, such as iron. In some cases, however, this solution is not advantageous since the resistivity of such materials is appreciably higher than that of copper, resulting in increased losses.
The object of the present invention is to provide a rotating electrical machine <B> with </B> axial air gap, in particular <B> with </B> alternating current, the winding of which is arranged in such a way that the losses and the neck magnetizing force are reduced, but the induction in the air gap is notably higher for the same inductive field intensity.
According <B> to </B> the invention, this machine comprises a coil formed from two sets of flat conductors forming half-turns and closely adhering to the opposite faces of an insulating support, the ends of these conductors located facing each other being connected by connections extending from one side <B> to </B> the other of the support <B> </B> so that the set of these conductors forms a complete coil , and is characterized in that each conductor forming a half-turn has a cutout filled with a magnetic material, this cutout extending longitudinally at least over the active part of the conductor disposed in the magnetic flux of the air gap of the machine.
Figs. 4 <B> to 9 </B> of the appended drawing represent, <B> to </B> by way of example, some embodiments of the machine object of the invention.
Fig. 4 is a front view, and FIG. <B> 5 </B> a nested type winding cut.
Fig. <B> 6 </B> is a front view, and fig. <B> 7, </B> a section of another winding of the nested type.
These two windings, of which the number of turns and therefore <B> of </B> conductors per face is given <B> to </B> simple illustrative purposes and can be varied <B> at </B> according to the requirements, can be used as desired in the rotor or the stator of a rotating electrical machine <B> of the </B> type described above in relation to fig. <B> 1 to 3. </B> As in fig. <B> 3, </B> a squirrel cage rotor <B> was considered;
</B> it has also been indicated, in a front view in FIG. <B> 8 </B> and a sectional view in fig. <B> 9, </B> how then to produce a squirrel cage element to retain the advantages provided by the coils which will be described.
A coil formed of conductors printed on both sides of an insulating support is generally made up of two sets of half-turns, one on each side of the thin insulating support between <B> 15 </B> (fig. . <B> 5 </B> and <B> 7). </B> Each set of half-turns has the same configuration from one side <B> to </B> the other but, of course, the inclined parts, outer <B> 16 </B> and inner <B> 17, </B> which extend on either side of the substantially radial median parts of the conductors, which are the active parts located in the magnetic chamber , have opposite inclinations on both sides.
These inclined parts (which can be curved if desired, see fig. <B> 6) </B> can have the same orientation on each face in the outer ring and in the inner ring, in the case of a corrugated winding. - series. They have opposite orientations in the case of a nested winding (fig. 4 and <B> 6). </B> The number of conductors per side of a series corrugated winding is odd, that of a winding nested is even.
These terminal parts of the conductors forming half-turns lead <B> to </B> <B> </B> pads <B>, </B> exterior <B> 18, </B> interior <B> 19, </B> arranged along two peripheral rings on the insulating support. These pads face each other from one side <B> to </B> the other of the insulating support and it is <B> through </B> through them that the connections from one side <B> to </ are formed. B> the other, 20 for the outer ring, 21 for the inner ring, which are formed, for example, by metallizations of holes passing through these pads and the insulating support <B> 15. </B> This is , after the number of half-turn conductors has been chosen,
the choice of inclinations of the end parts of these conductors which determines, thanks to said connections, the configuration of these coils.
In the previous windings, the conductors entirely of copper, or of iron, as said, had their middle parts substantially radial and sectoral and these parts cooperated with the magnetic field of the air gap in which they were introduced. In the coils shown, each middle part of a conductor forming a half-turn has an elongated cutout 22, and for example also substantially sectoral, which is filled with a magnetic material.
Each conductor therefore has in fact its median part divided into two branches <B> 23 </B> and 24 framing this magnetic tab 22 and jointly connecting to the inclined end parts <B> 16 </B> and <B> 17. </B> Whether or not the magnetic lan, which is most often a conductor, is electrically connected to the two branches of the central part of the conductor is irrelevant. This tongue and these branches have been designated by the same reference indices in FIGS. 4, <B> 5 </B> and <B> 6, 7. </B>
Each slot 22 can, if desired, be extended more or less in the inclined parts of the conductors forming half-turns, this is a simple matter of choice for the producer. In particular, when the active median parts of the conductors are more or less coincident with the inclined parts, this in order to increase the active surface in the magnetic air gap and to reduce the inactive surfaces of <B> </B> heads coil <B>, </B> as set forth and described, for example, in the proprietor's additional patent No. <B> 363081 </B> (in which, in some cases even, conductors entirely curved between the terminal blocks),
the windows will be extended practically over the almost total length of such conductors.
To achieve such windings formed from two materials, it is possible to form by <B> </B> printing <B> </B> either the copper parts or the iron parts and then bring back the parts formed by the second material. For example, one can glue two thin iron rings on the thin dielectric support and photogravure these rings to form the magnetic areas 22, then proceed with the copper plating of the bare parts of the dielectric support while protecting the iron with a <B> </ B > grid <B>; </B> or vice versa, you can glue two copper rings and photo-etch them then attach, by gluing, iron tabs in the bare surfaces of the support (or else deposit colloidal iron on these surfaces ) <B>; </B> and so on <B> of </B> following, any training process being usable.
As for the squirrel cage winding which will, for the realization of certain machines, be associated with the above-described windings, as a rotor, it is composed (fig. <B> 8 </B> and <B> 9) </ B> d7un- copper disc <B> 25 </B> in which have been inserted <B> </B> wedges <B> </B> of iron <B> 26, to </B> force by example.
As regards the feeding of the windings described, this can be done, as has been said, by brushes and slip rings for the windings used in the rotors, the rings being connected <B> to </ B> sockets established on <B> - </B> windings pads. For stator windings, simple sockets are obviously sufficient to ensure their power supply.