Elément discoïdal <B>pour machine électrique tournante à entrefer axial</B> La présente invention concerne un élément dis- coïdal pour machine électrique tournante à entrefer axial.
Dans une telle machine, les bobinages sont réali sés au moyen de conducteurs électriques plats im primés ou autrement formés sur support isolant, et les conducteurs de ces bobinages sont en fait disposés dans l'entrefer même de la machine. En ce qui con cerne les machines à entrefer axial incorporant de tels bobinages, on peut utilement se reporter aux bre vets Nos 353071, 363075 et 362460.
Dans de telles machines tournantes, il est naturel lement souhaitable, au point de vue du courant ma gnétisant, et donc de rendement, de pouvoir réduire au mieux l'épaisseur de l'entrefer, ce qui conduit à limiter l'épaisseur des conducteurs plats des bobina ges qui sont, comme dit, disposés dans cet entrefer même. Mais cette limitation d'épaisseur des conduc teurs plats entraîne une augmentation de leur résis tance ohmique, ce qui accroit les pertes ohmiques dans la machine et, donc, tend à réduire son ren dement.
Le but de l'invention est d'éliminer une telle con tradiction et de permettre d'obtenir un entrefer magnétique lisse.
Dans le brevet No 353071 déjà, la titulaire avait indiqué que, de préférence, on établissait, entre les conducteurs imprimés ou autrement formés des bobinages plats, un dépôt de substance magnétique affleurant le plan défini par les faces des conduc teurs, mais dans une telle disposition, il existait ainsi des discontinuités magnétiques dans la surface d'en- trefer, puisque ces conducteurs n'étaient pas magné tiques.
Selon la présente invention, l'élément discoïdal pour une machine électrique tournante à entrefer axial comprend un bobinage à conducteurs plats et adhérant intimement à l'une au moins des faces d'un support annulaire isolant, ces conducteurs recouvrant la totalité de ladite face du support ou laissant entre eux des surfaces du support non recouvertes qui sont alors revêtues d'un matériau magnétique isolé des conducteurs et de même épaisseur que les conduc teurs. Cet élément est caractérisé en ce que ces con ducteurs sont en un matériau à la fois conducteur et magnétique.
Quelques formes d'exécution de l'invention sont représentées, à titre d'exemple, sur les figures du dessin annexé, dans lequel La fig. 1 est une vue en coupe d'un élément dis- coïdal ; la fig. 2 est une vue d'une face d'un élément comprenant un bobinage du type ondulé-série ; la fig. 3 est une vue d'une face d'un élément comprenant un bobinage du type imbriqué;
la fig. 4 est une vue d'une face d'un élément comprenant un bobinage du type bobiné par pôles et, la fig. 5 est une vue de l'autre face du bobinage de l'élément de la fig. 4 dans le cas où ce dernier est établi sur les deux faces du support.
L'élément discoïdal de la fig. 1 est constitué par un anneau isolant mince 1 sur lequel ont été formés deux réseaux de conducteurs 2 et 3 interconnectés d'une face à l'autre de l'anneau isolant par des ponts conducteurs tels que 4 et 5 traversant l'anneau iso lant 1, qui peut être diélectrique ou magnétique selon les besoins. Le plus souvent, les conducteurs des réseaux 2 et 3 formeront des demi-spires, la structure électrique du bobinage complet étant définie par les interconnexions de ces réseaux.
Les conducteurs et ponts (qui pourraient passer par-dessus les bords de l'anneau isolant 1 au lieu de le traverser) sont établis en un matériau à la fois électriquement conducteur et magnétique. Le fer, ou un alliage de fer, convient particulièrement en ce qu'il se prête naturellement aux mêmes opérations usuel les de formation de conducteurs imprimés que le cuivre en lequel étaient jusqu'à présent établis de tels bobinages.
Dans les formes d'exécution des fig. 2 et 3, le bobinage recouvre la totalité des deux faces de l'an neau isolant 1, qui peut être comme dit en un maté riau diélectrique mince, ou en un matériau magnéti que non conducteur de l'électricité, tel que la ferrite.
Le bobinage de la fig. 2 est du type ondulé-série, et celui de la fig. 3 du type imbriqué. Chaque con ducteur formant une demi-spire est constitué par un secteur radial 10 prolongé de part et d'autre par des portions inclinées (elles pourraient être incurvées) 11 vers l'extérieur et 12 vers l'intérieur, ces portions se terminant respectivement par des plots 13 et 14 rectoraux. Sur les schémas, les traits et parties noires désignent l'isolant, les espaces entre traits représen tant les conducteurs magnétiques.
Le bobinage de la fig. 2 est un bobinage ondulé- série à 41 spires pour machine tournante à quatre pôles. Celui de la fig. 3 est un bobinage imbriqué à 42 spires pour machine tournante également à quatre pôles. Les conformations des conducteurs situés sur la face arrière se comprennent directement, les parties radiales étant en regard ainsi que les plots, et les parties inclinées étant d'orientations contraires d'une face à l'autre, comme indiqué par les lignes en poin tillé sur ces figures.
Les interconnexions entre conducteurs des deux faces sont réalisées entre plots en regard. De tels bobinages peuvent être utilisés dans des rotors, auquel cas des balais sont montés sur la machine pour venir porter sur l'une ou l'autre des couronnes formées par les parties inclinées 11 ou 12, au choix de l'utilisa teur.
Ils peuvent également être utilisés dans des stators, auquel cas des prises appropriées sont amé nagées sur certains des plots 13 ou 14 ; bien entendu, quand ces prises sont nécessaires, certains des plots en regard ne seront pas interconnectés lors de la fabrication.
L'élément montré sur la fig. 4 comprend un bobi nage par pôles, pour une machine tournante à six pôles et, de façon générale, sera utilisé dans un stator d'une telle machine. Ce bobinage comprend six solé noïdes plans et rectoraux, I à VI, chacun montré à quatre spires seulement pour la clarté du dessin. Chaque spirale rectorale se termine vers l'intérieur par une traversée s'étendant vers la face opposée de l'élément. Ces traversées sont indiquées par un cercle ou une croix suivant une convention bien con nue de l'indication du sens des courants électriques.
Dans l'exemple montré, le courant entre en 15 sur la spirale sectorale I et en sort par la traversée mar quée d'un cercle pour être amené, sur la face oppo sée de l'isolant, à la traversée marquée d'une croix de la spirale rectorale II, qu'il parcourt donc en sens de circulation inverse de celui qu'il avait pour parcou rir la spirale sectorale I.
Par un conducteur extérieur 17, le courant est ensuite amené à parcourir la spi rale III qu'il parcourt dans le sens inverse de celui qu'il avait en II, jusqu'à la traversée marquée d'un cercle qui, par une connexion sur la face arrière, l'amène à ressortir par la traversée marquée d'une croix dans la spirale IV, l'amenant ensuite par un conducteur extérieur 18 à parcourir la spirale V jus qu'à la traversée marquée d'un cercle en cette spirale. De la face arrière, il est ramené par la traversée marquée d'une croix à la spirale VI dont il sort fina lement en 16.
Les connexions arrière pourraient être simples, de sorte que le bobinage n'aurait en fait qu'une face. Il est préférable d'établir l'élément discoïdal avec un bobinage qui recouvre ses deux faces, et la fig. 5 donne alors la vue de la face arrière du bobinage de la fig. 4. Cette face arrière comprend également six spirales rectorales, I' à VI', interconnectées par des conducteurs en arcs de cercle extérieurs 17', 18' et 19'.
Le dessin des deux faces est en fait le même, prises de sortie et connexion 18' mises à part. Dans le montage en double face, les deux moitiés du bobi nage des fig. 4 et 5 sont appliquées de part et d'autre de l'isolant en coïncidence des spirales de mêmes dénominations, pour former le bobinage complet, les sens de parcours du courant étant les mêmes dans chaque paire de secteurs ainsi accolés et superposés.
Ce genre de bobinage par pôles en bobines rec torales interconnectées n'assure pas de lui-même le recouvrement complet des faces du support isolant avec un matériau à la fois magnétique et conducteur. Les parties du support isolant non recouvertes par les conducteurs du bobinage seront alors revêtues d'un matériau magnétique, pour l'obtention de l'effet re cherché. L'épaisseur de ce revêtement de complé ment sera identique à celle des conducteurs du bobi nage. Le revêtement peut être fait en un matériau magnétique diélectrique, tel qu'une ferrite, ou en un amalgame de particules magnétiques noyées dans un liant diélectrique, et être rapporté sur l'élément après la formation du bobinage.
D'une autre manière, il pourra venir d'impression en même temps que le bobinage, étant réalisé dans le même matériau magnétique et conducteur que le bobinage. En ce dernier cas, toutefois, il conviendra de subdiviser ce revêtement en aires élémentaires de petites surfaces individuelles pour éviter qu'il ne puisse s'y former des courants de Foucault.
Au lieu d'un bobinage par pôles en bobines rec torales, on aurait pu tout aussi bien, considérer un bobinage en grecques multiples spiralées bout à bout pour former finalement une spirale à plusieurs tours sur une face au moins du support isolant ; les parties rectorales du support non recouvertes par cette spi rale multiple seront pourvues du revêtement magné tique susdit.
The present invention relates to a discoidal element for a rotating electrical machine with axial air gap.
In such a machine, the coils are produced by means of flat electrical conductors printed or otherwise formed on an insulating support, and the conductors of these coils are in fact arranged in the actual air gap of the machine. As regards axial airgap machines incorporating such windings, it is useful to refer to patents Nos. 353071, 363075 and 362460.
In such rotating machines, it is naturally desirable, from the point of view of the magnetizing current, and therefore of efficiency, to be able to reduce the thickness of the air gap as much as possible, which leads to limiting the thickness of the flat conductors. coils which are, as said, arranged in this very gap. However, this limitation of the thickness of the flat conductors leads to an increase in their ohmic resistance, which increases the ohmic losses in the machine and, therefore, tends to reduce its efficiency.
The aim of the invention is to eliminate such a conflict and to make it possible to obtain a smooth magnetic gap.
In patent No. 353071 already, the proprietor had indicated that, preferably, a deposit of magnetic substance was established between the printed conductors or otherwise formed of flat coils, flush with the plane defined by the faces of the conductors, but in such a In this arrangement, there were thus magnetic discontinuities in the gap surface, since these conductors were not magnetic.
According to the present invention, the discoidal element for a rotary electrical machine with an axial air gap comprises a winding with flat conductors and intimately adhering to at least one of the faces of an insulating annular support, these conductors covering the whole of said face of the support or leaving between them uncoated surfaces of the support which are then coated with a magnetic material insulated from the conductors and of the same thickness as the conductors. This element is characterized in that these conductors are made of a material which is both conductive and magnetic.
Some embodiments of the invention are shown, by way of example, in the figures of the appended drawing, in which FIG. 1 is a sectional view of a discoid element; fig. 2 is a view of a face of an element comprising a coil of the corrugated-series type; fig. 3 is a view of a face of an element comprising a coil of the nested type;
fig. 4 is a view of a face of an element comprising a coil of the type wound by poles and, FIG. 5 is a view of the other face of the coil of the element of FIG. 4 in the case where the latter is established on both sides of the support.
The discoidal element of FIG. 1 consists of a thin insulating ring 1 on which were formed two networks of conductors 2 and 3 interconnected from one face to the other of the insulating ring by conductive bridges such as 4 and 5 crossing the insulating ring 1, which can be dielectric or magnetic as required. Most often, the conductors of networks 2 and 3 will form half-turns, the electrical structure of the complete winding being defined by the interconnections of these networks.
The conductors and bridges (which could pass over the edges of the insulating ring 1 instead of passing through it) are made of a material which is both electrically conductive and magnetic. Iron, or an iron alloy, is particularly suitable in that it naturally lends itself to the same usual operations for forming printed conductors as copper in which such coils have hitherto been established.
In the embodiments of FIGS. 2 and 3, the coil covers all of the two faces of the insulating ring 1, which can be, as said, in a thin dielectric material, or in a magneti material which is not electrically conductive, such as ferrite.
The winding of FIG. 2 is of the corrugated-series type, and that of FIG. 3 of the nested type. Each conductor forming a half-turn is constituted by a radial sector 10 extended on either side by inclined portions (they could be curved) 11 towards the outside and 12 towards the inside, these portions respectively ending in blocks 13 and 14 rectorals. In the diagrams, the black lines and parts designate the insulation, the spaces between the lines represent the magnetic conductors.
The winding of FIG. 2 is a 41-turn series corrugated winding for a four-pole rotating machine. That of fig. 3 is a nested winding with 42 turns for a rotary machine also with four poles. The conformations of the conductors located on the rear face can be understood directly, the radial parts being opposite as well as the studs, and the inclined parts being of opposite orientations from one face to the other, as indicated by the dotted lines. in these figures.
The interconnections between conductors on the two faces are made between facing pads. Such coils can be used in rotors, in which case brushes are mounted on the machine to come to bear on one or the other of the rings formed by the inclined parts 11 or 12, at the choice of the user.
They can also be used in stators, in which case appropriate sockets are arranged on some of the pads 13 or 14; of course, when these sockets are necessary, some of the facing studs will not be interconnected during manufacture.
The element shown in fig. 4 comprises a pole coil, for a rotating machine with six poles and, in general, will be used in a stator of such a machine. This winding comprises six solé-noïdes planes and rectors, I to VI, each one shown with four turns only for the clarity of the drawing. Each rectal spiral ends inward with a feedthrough extending to the opposite face of the element. These crossings are indicated by a circle or a cross according to a well-known convention for indicating the direction of electric currents.
In the example shown, the current enters at 15 on the sectoral spiral I and leaves it by the crossing marked with a circle to be brought, on the opposite face of the insulation, to the crossing marked with a cross. of the rectoral spiral II, which it therefore traverses in the opposite direction of circulation to that which it had to traverse the sectoral spiral I.
By an external conductor 17, the current is then brought to traverse the spiral III which it traverses in the opposite direction of that which it had in II, until the crossing marked with a circle which, by a connection on the rear face, brings it out by the crossing marked with a cross in the spiral IV, then leading it by an external conductor 18 to go through the spiral V until the crossing marked with a circle in this spiral . From the rear face, it is brought back by the crossing marked with a cross to spiral VI from which it finally comes out in 16.
The back connections could be simple, so the winding would actually only have one side. It is preferable to establish the discoidal element with a winding which covers both sides, and fig. 5 then gives the view of the rear face of the coil of FIG. 4. This rear face also comprises six rectal spirals, I 'to VI', interconnected by conductors in outer circular arcs 17 ', 18' and 19 '.
The design of both sides is in fact the same, apart from the output sockets and the 18 'connection. In the double-sided assembly, the two halves of the bobbin in fig. 4 and 5 are applied on either side of the insulator in coincidence of the spirals of the same denominations, to form the complete coil, the directions of flow of the current being the same in each pair of sectors thus joined and superimposed.
This kind of winding by poles in interconnected rec toral coils does not in itself ensure the complete covering of the faces of the insulating support with a material which is both magnetic and conductive. The parts of the insulating support not covered by the conductors of the winding will then be coated with a magnetic material, to obtain the desired effect. The thickness of this additional coating will be identical to that of the coil conductors. The coating can be made of a dielectric magnetic material, such as a ferrite, or of an amalgam of magnetic particles embedded in a dielectric binder, and be attached to the element after the formation of the coil.
In another way, it could come from printing at the same time as the winding, being made of the same magnetic and conductive material as the winding. In the latter case, however, it will be necessary to subdivide this coating into elementary areas of small individual surfaces to prevent eddy currents from forming there.
Instead of a winding by poles in rec toral coils, one could just as well have considered a winding in multiple greek spirals end to end to finally form a spiral with several turns on at least one face of the insulating support; the rectal parts of the support not covered by this multiple spiral will be provided with the aforesaid magnetic coating.