Brevet FR2068794A1 — publié le 19710903

la présente invention est relative à un enroulement ondulé à barres polyphasé à deux couches dont une tête de bobine est dans un plan, destiné à un inducteur à champ d'ondes progressives convenant, en particulier, comme inducteur de brassage de masses métal-5 ligues fondues et comportant des pôles en bordure à moitié bobinés. Un tel inducteur à champ d'ondes progressives peut, en principe, être considéré comme le développement plan du stator d'un moteur normal à courant alternatif» Il comprend essentiellement un empilage de tôles plan, allongé dans lequel on a taillé les enco-10 ches destinées à recevoir un enroulement à barres polyphasé. Cet enroulement à barres est, dans ce cas, monté de façon à conduire, lorsqu'on lui applique une tension électrique sinusoïdale polyphasée, un courant électrique produisant un champ magnétique mobile sous forme d'une onde approximativement sinusoïdale progressant 15 longitudinalement à la surface de l'inducteur. Comme matériau de bobinage, on utilise de préférence des tubes de cuivre directement refroidis à l'eau, que l'on place dans les encoches de l'empilage de tôles et qui sont reliés électriquement entre eux de façon appropriée aux bords de celui-ci. L'ensemble de toutes ces 20 connexions marginales constitue ce que l'on appelle la tête de bobine. Pour des raisons électriques et des raisons de construction, il s'est avéré commode de disposer deux par deux, l'un au-dessus de l'autre, dans une encoche les conducteurs cylindriques et de 25 connecter électriquement en série un groupe de ces conducteurs d'une phase. Ces enroulements sont connus, en électrotechnique, comme "enroulements à barres à deux couches". Le montage de ces enroulements polyphasés a lieu suivant des règles connues en électrotechnique: on divise d'abord toute la longueur du stator en un noà-50 bre entier de pôles d'égale grandeur dont chacun comporte, à son tour, un nombre entier d'encoches équidistantes, divisible par le nombre de phases. Dans chaque pôle, chacune des phases occupe un espace d'enroulement identique qui est indiqué par pôle et phase dans des encoches et est occupé suivant le bobinage d'un groupe de 35 conducteurs correspondant. Les groupes de conducteurs des différentes phases doivent alterner lorsque l'on progresse sur la surface du stator perpendiculairement aux encoches. La direction du flux magnétique doit s'inverser d'un groupe de conducteurs à l'autre, si l'on suppose que chaque phase est alimentée dans le même 40 sens par du courant continu. 70 25278 2 2068794 Comme formes d'exécution des enroulements à barres polyphasés à deux couches, on distingue, en électrotechnique, les enroulements imbriqués et les enroulements ondulés. L'enroulement imbriqué comprend des bobines plates individuelles dont le nombre de 5 spires est égal au nombre d'encoches par pôle et phase de l'enroulement polyphasé. Chaque spire d'une bobine plate comprend deux barres parallèles dont 1* écartement est égal au pas polaire et deux connexions correspondantes. Plusieurs spires forment alors ensemble une bobine comportant deux faces parallèles et les pièces 10 de connexion, correspondantes. L'ouverture restant libre a l'intérieur de la bobine est assez large pour que l'on puisse encore y insérer une face de bobine de chacune des, autres phases. Les faces parallèles de chaque bobine sont donc placées dans les encoches de l'empilage de tôles, de façon que l'une des faces de bobines cons-15 titue une partie de la couche de conducteurs supérieure et l'autre face une partie de la couche de conducteurs inférieure. Le passage de la couche de conducteurs supérieure à la couche de conducteurs inférieure a lieu, dans ce cas, çar l'intermédiaire- des connexions dans la tête de bobine. On fait-émerger le début et la fin de cha-20 que bobine de la tête de bobine pour former les bornes ou raccordements. Dans le montage du stator, on dispose successivement, par. phases, toutes les bobines l'une après l'autre de façon que la couche supérieure de chacune des bobines constitue a couche inférieure de la bobine de la même phase-placée en dernier lieu. On 25 les monte ensuite par phases, en série ou en parallèle suivant les prescriptions ci-dessus évoquées. Dans l'enroulement ondulé, on obtient un train c-5enroulement continu en reliant chaque conducteur de l'encoche d nn pôle avec un conducteur de l'encoche correspondante du pôle suivant. Il pré-30 sente par suite l'apparence d'une ondulation schématique. Cette ondulation peut parcourir plusieurs fois dans le même sens un stator circulaire, s'inverser ensuite par l'intermédiaire d'une connexion et revenir en passant par toutes les rainures déjà partiellement occupées à l'aller. Dans l'enroulement ondulé à bar-35 res à deux couches également, les conducteurs reliés entre eux dans les encoches passent de pôle en pôle de la couche inférieure à la couche supérieure, et inversement. On peut placer les connexions de têtes de bobines des différents conducteurs dans un, deux ou trois plans, dans les enroulements imbriqués comme dans 40 les enroulements ondulés. On réalise en général, cependant, la tê 70 25278 3 2068794 te de "bobine dans tin plan, chaque connexion individuelle devant passer alors par un décrochement de la couche supérieure à la couche inférieure. L'enroulement imbriqué à barres à deux couches connu en élec— 3 trotechnique peut passer sans difficultés du stator circulaire à un inducteur linéaire à champ progressif» Dans ce cas, cependant, chacun des derniers pôles aux extrémités des inducteurs reste bobiné à moitié seulement, c'est-à-dire avec un seul conducteur par encoche, Ce mode d'enroulement particulier est cependant très ap-10 précié, car on peut obtenir ainsi tin établissement et une cessation graduels du champ magnétique progressif produit par l'enroulement polyphasé parcouru par le courant en bout de l'inducteur» Les figures 1 et 2 des dessins annexés illustrent la constitution d'un enroulement imbriqué à barres à deux couches, avec une 15 tête de bobine dans un plan, pour inducteur linéaire à champ progressif, à l'aide d'une vue en plan schématique de cet inducteur. Sur ces figures, les conducteurs représentés par des lignes discontinues se trouvent dans la couche inférieure et les conducteurs représentés par des lignes continues se trouvent dans la couche su-20 périeure• La figure 1 montre l'allure d'une phase d'une réalisation d'enroulement triphasé. La référence 1 y désigne l'empilage de tôles 1 plan à encoches transversales, ces dernières n'étant pas représentées en particulier, mais simplement indiquées par les lignes 25 médianes 2 en un endroit. A l'intérieur de chaque pôle se trouve un espace d'enroulement à deux encoches occupé par un groupe de conducteurs 4. Les bobines individuelles 5 constituées par chaque paire de demi-groupes de conducteurs et par les connexions de têtes de bobines correspondantes sont reliées électriquement en sé-30 rie par des connexions 6. La connexion du début de l'enroulement est désignée par TJ et la connexion de la fin de l'enroulement est désignée par X. Les liaisons de tête de bobine des bobines 5 passent à leurs- sommets 7 de la couche de conducteurs supérieure à la couche de conducteurs inférieure. Les groupes de conducteurs 10 et 35 11 dans les pôles extérieurs 8 et 9 aux extrémités de l'inducteur ne comportent chacun qu'un conducteur par encoche. La figure 2 représente le même inducteur que la figure 1, mais complètement bobiné avec les trois phases. Les connexions aux débuts des trois bobinages sont désignées par les références U, Y 40 et I, leurs extrémités par x, £ e-fc 2,. / \j éL 5 / O ij, 2068794 L'enroulement imbriqué à barres à deux couches peut, certes, ê-tre facilement monté, connecté et branché, mais n'est que peu approprié pour les inducteurs à champ progressif devant servir au brassage de masses métalliques fondues, car le grand nombre de 5 connexions occasionne des pertes électriques et une consommation accrue de puissance réactive. En outre, les connexions sont onéreuses à réaliser et difficiles à loger. Il serait, pour cette raison, plus avantageux d'utiliser pour de tels inducteurs à champ progressif l'enroulement ondulé à bar-10 res à deux couches qui éviterait la complication du montage. Ce type d8 enroulement ne peut cependant pas se transposer directement du stator rond de machine électrique à l'inducteur linéaire à champ progressif, car dans ce cas l'ensemble du bobinage se dissocierait en un certain nombre d'ondulations distinctes. 15 L'invention vise à adapter l'enroulement ondulé à barres à deux couches avec tête de bobine plane à 1* inducteur linéaire à champ progressif, chacun des pôles extrêmes de l'inducteur ne devant alors être bobiné qu'à moitié de la manière connue en soi, c'est-à-dire avec un conducteur par encoche. 20 L' enroulement ondulé polyphasé à barres à deux couches conforme à l'invention est caractérisé par le fait que l'on prévoit au moins un bobinage par phase qui commence, dans chaque cas, à la même extrémité de l'inducteur, parcourt celui-ci de façon ondulée en progressant vers l'avant jusqu'à l'autre extrémité de 1'-25 inducteur, emprunte dans chacun des pôles une encoche affectée à la phase concernée en occupant alternativement d'un pôle à l'autre la couche supérieure et la couche inférieure, saute d'une couche à l'autre dans le dernier pôle à l'extrémité de l'inducteur en formant une boucle, puis revient, en progressant en ar-50 rière en formait une partie d'enroulement pratiquement symétrique de la partie d'enroulement progressant vers l'avant jusqu'à l'extrémité de sortie de l'inducteur, de sorte que chaque encoche reçoit une barr© de la partie aller et une de la partis retour du bobinage. 55 Si un enroulement comporte plusieurs encoches par pôle et par phase, un nombre de tels bobinages correspondant au nombre d'encoches par pôle et par phase sont reliés électriquement entre eux par des boucles d'interconnexion au pôle initial. Dans ce cas il y a, en outre, un changement de couche dans la boucle d'inter— 40 connexion. 70 25278 5 2068794 les figures 3 et 4 illustrent la réalisation, conforme à l'invention, d'un enroulement ondulé à barres à deux couch.es comportant une tête de bobine dans un plan, pour un inducteur linéaire à champ progressif, par une vue schématique en plan de l'induc-5 teur. les conducteurs représentés par des lignes interrompues s'-y trouvent dans la couche inférieure et les conducteurs représentés par des lignes continues dans la couche supérieure. La figure 3 montre l'allure d'une phase d'un montage d'enroulement triphasé. La référence 1 y désigne l'empilage de tôles plan, 10 avec encoches transversales qui ne sont pas dessinées, seules leurs lignes médianes étant indiquées en un endroit par les traits mixtes 2. La longueur totale de l'empilage de tôles 1 est divisé, par des lignes en traits mixtes 3j en sept pôles égaux. On dispose, 15 par phase, à l'intérieur de chaque pôle, d'un espace d'enroulement de deux encoches, occupé chacun par un groupe de conducteurs 4. Le bobinage commence au bord gauche de l'inducteur, dans le premier pôle 7 cle l'empilage de tôles en partant de la borne U de début de l'enroulement et relie successivement des conducteurs dis-20 posés à raison d'un dans chacune des encoches correspondantes des différents pôles. Il passe aux sommets des connexions de têtes de bobines 5 de la couche de conducteurs supérieure à la couche inférieure et traverse l'empilage de tôle 1, sous forme d'une ondulation. Dans le dernier pôle 6, au bout du stator, le bobinage 25 s'inverse sous forme d'une boucle 8, et il passe, en outre, au point 12, de la couche inférieure à la couche supérieure. Il revient ensuite, sous forme de partie de bobinage pratiquement symétrique par rapport à la partie aller, au premier pôle 7 qui se trouve au début de l'inducteur et remplit alors les rainures oc-30 cupées seulement à moitié par la partie aller. La fin d' enroulement 9 du premier bobinage ainsi formé se raccorde, par l'intermédiaire de la boucle d'interconnexion 10 à un second bobinage, formé exactement de la même façon que le premier. La connexion x de terminaison de ce deuxième bobinage fait saillie de la tête de 35 bobine. Les pôles terminaux 6 et 7 de l'empilage de tôle 1 ne sont occupés chacun que par un conducteur par encoche. La figure 4 représente le même inducteur que la figure 3» mais complètement bobiné avec les trois phases. Les entrées des trois bobinages sont désignées par les références U, V et I, leurs sor-40 ties par x, 2 e"fc SL* 70 25278 6 2068794 Gomme on le voit en comparant les figures 2 et 4-, on obtient de cette façon un enroulement pour inducteur linéaire à champ progressif, qui ne présente aucune connexion de couplage et est, par suite, d'une réalisation extrêmement simple. Les pertes 5 électriques occasionnées jusqu'à présent par les connexions de couplage sont évitées et l'on obtient -une réalisation simple à exécuter et peu encombrante. Pour des raisons de construction, il est souvent souhaitable, par exemple lorsque l'on utilise des inducteurs à champ progres-10 sif comme bobines de brassage pour masses métalliques fondues, de reporter les raccordements des phases de l'extrémité de l'empilage de tôîes davantage vers le milieu de l'inducteur. L'invention propose à cet effet, dans un enroulement comportant plusieurs rainures par pôle et par phase, entre les bobina-15 ges élémentaires en nombre égal au nombre d'encoches par pôle et par phase, un mode d'interconnexion tel que l'enroulement dujôle initial ne se trouve que dans une couche de conducteurs. Un enroulement de ce type est, dans l'essentiel, constitué comme l'enroulement décrit précédemment (figures 3 et 4-), mais 20 s'en écarte du fait qu'il ne présente plus de passage d'une couche de conducteurs à l'autre dans le pôle initial. Ce qui rend cela possible, c'est le fait que le passage d'un bobinage au suivant n'a plus lieu par l'intermédiaire d'une boucle de retour, mais au moyen d'une-connexion de couplage qui se trouve à l'exté-25 rieur de la tête de bobine. Les figures 5 et 6 illustrent la constitution d'un tel enroulement par une vue en plan schématique de l'inducteur. Les conducteurs représentés par des lignes discontinues s'y trouvent dans la couche inférieure, et ceux qui sont représentés par des lignes 30 continues s'y trouvent dans la couche supérieure. La figure 5 montre l'allure de l'enroulement d'une phase d* une réalisation d'enroulement triphasé. La référence 1 désigne l'empilage de tôles plan, avec encoches transversales non détaillées mais simplement indiquées en un endroit par les lignes mé-35 dianes 2. La longueur totale de l'empilage de tôles 1 est divisé en sept pôles identiques par la ligne en traits mixtes 3* On dispose, dans chaque pôle, d'un espace d'enroulement de deux encoches par phase, qui est occupé par un groupe de conducteurs 4. Le bobinage commence au bord gauche de l'inducteur dans le premier pôle 40 7 de l'empilage de tôles avec la connexion U d1entrée de l'enrou 70 25278 7 2068794 lement et relie successivement chacun des conducteurs dans les rainures correspondantes des différents pôles. Aux sommets 5 des connexions de tête de "bobine il y a passage de la couche de conducteurs supérieure à la couche inférieure et l'enroulement' 5 parcourt l'empilage de tôles 1 sous forme d'une ondulation. Dans le dernier pôle 6, le bobinage s'inverse sous forme d'une boucle 8, et il passe dans l'encoche 12 de la couche de conducteurs in- * férieure à la couche de conducteurs supérieure. Il revient ensuite en formant une partie de bobinage pratiquement symétrique par 10 rapport à la partie aller, au premier pôle 7 La figure 6 représente le même inducteur que la figure 5» 20 mais complètement bobiné avec les trois phases. Les entrées des trois bobinages sont désignées par les références U, V et W, leurs sorties par les références x, 2 ©t z. Deux enroulements ainsi réalisés selon la figure 6 peuvent se combiner en un nouvel enroulement d'ensemble, dont les bornes 25 peuvent pratiquement se trouver en un point quelconque de la longueur de l'inducteur; les deux enroulements de départ, avec leurs côtés de branchement conformés symétriquement l'un par rapport à l'autre, sont emboîtés à cet effet l'un dans l'autre. Ces deux enroulements identiques de départ sont, dans ce cas, placés 30 dans les encoches d'un empilage de tôles commun, et le pôle marginal initial de l'un des enroulements bobiné seulement dans la couche supérieure est connecté avec le pôle marginal initial de l'autre enroulement séparé, bobiné seulement dans la couche inférieure, pour constituer un enroulement d'ensemble réparti unifor-35 Elément dans les rainures de l'empilage de tôles. La mise en commun d'un pôle de chacun des deux enroulements réduit d'une unité, par rapport à la somme des nombres de pôles des deux enroulements, le nombre de pôles de l'enroulement total. En reliant les fins d' enroulement de l'un des enroulements composants aux débuts d'en-40 roulement correspondants de l'autre enroulement composant, on 70 2527 8 2068794 réalise une connexion électrique donnant un nouvel enroulement total polyphasé, les bornes de cet enroulement total pouvant pratiquement se trouver en un point quelconque de l'enroulement total, de façon à pouvoir tenir compte des exigences de construc-5 tion et d'exploitation® L'enroulement ondulé à barres à deux couches permet entre autres, par exemple, de produire avec une dépense d'énergie électrique minimale le champ magnétique nécessaire pour le brassage d'une masse métallique fondue. 10 La figure 7 représente schématiquement en coupe, en tant qu'exemple d'application préféré, une enceinte de four comportant un inducteur à champ progressif servant de moyen de brassage où l'on utilise un enroulement ondulé à barres à deux couches conforme à 11 invention. 15 La carcasse de four elle-même comportant une enceinte auto portante 13 réfractaire entourée, comme il est courant, d'une paroi de four 14, repose sur un bâti de four 15* Sous le fond de l'enceinte 13 se trouve, monté dans le bâti 15 j l'inducteur à champ progressif (représenté en coupe sur la figure) avec son em-20 pilage de tôles 16 et les conducteurs 17, 18, qui sont reliés dans la tête de bobine 19 en un enroulement d'inducteur. Pour éviter, lors d'un percement de l'enceinte réfractaire 13 j line destruction de l'enroulement d'inducteur par la sortie de métal fondu, on dispose5 entre le fond de l'enceinte 13 et l'inducteur, une tôle 25 séparatrice 20 en matière non magnétique, qui est elle-même séparée de l'inducteur par une couche de matière isolante. Pour agiter la masse métallique fondue 21 qui se trouve dans le four, on branche l'inducteur, par fixemple, de façon qu'il produise un champ magnétique progressant perpendiculairement au plan 30 du dessin» Bans la zone de pénétration de ce champ mobile se produit 3 dans la masse métallique fondue 21, un écoulement de même direction désigné par la référence 229 qui produit, dans les autres zones de la masse fondue, un reflux dirigé dans le sens appro :ri.ma tivement opposé. Des composantes d'écoulement additionnelles, 35 dont la formation est favorisée par l'effet de paroi de l'enceinte 13a prennent alors naissance, de sorte que l'on obtient dans 1' ensemble, un brassage très puissant de la masse métallique fondue 21 o 70 25278 9 2068794 REVENDICATIONS 1- Enroulement ondulé à barres polyphasé à deux couches dont une tête de bobine est dans un plan, destiné à un inducteur à champ progressif convenant, en particulier, comme bobine de brassage pour masses métalliques fondues et comportant des pôles mar- 5 ginaux à moitié bobinés, ledit enroulement étant caractérisé par le fait que l'on prévoit au moins un bobinage par phase qui, partant d'une extrémité de l'inducteur, parcourt celui-ci de façon ondulée en progressant vers l'avant jusqu'à l'autre extrémité de l'inducteur, occupe dans chacun des pôles l'encoche correspondant 10 à la phase concernée en passant alternativement, d'un pôle à 1' autre de la couche supérieure à la couche inférieure, saute d'une couche de conducteurs à l'autre dans le dernier pôle à l'extrémité de l'inducteur en formant une boucle, puis revient, en progressant en arrière en formant une partie d'enroulement retour prati-15 quement symétrique de la partie aller jusqu'à l'extrémité de départ, de sorte que chaque rainure reçoit une barre de la partie aller et une barre de la partie retour du bobinage. 2- Enroulement ondulé polyphasé à barres à deux couches suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans un 20 enroulement comportant plusieurs encoches par pôle et par phase, un nombre de tels bobinage correspondant au nombre d'encoches par pôle et par phase sont reliés électriquement par des boucles d* interconnexion dans le pôle périphérique initial, le bobinage dans la boucle d'interconnexion passant en outre de la couche de con-25 ducteurs inférieure à la couche de conducteurs supérieure. 5- Enroulement ondulé polyphasé à barres à deux couches suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que toutes les barres du premier pôle sont respectivement placées sur toute leur longueur dans la même couche d'enroulement et que les bobi-30 nages appartenant à la même phase commençant à ce pôle sont reliés électriquement entre eux à l'extérieur de la tête de bobine elle-même. 4— Enroulement ondulé polyphasé à barres à deux couches suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que deux enrou-35 lements distincts semblables sont placés dans les encoches d'un même paquet de tôles de l'inducteur, le pôle terminal initial, bobiné seulement dans la couche supérieure, de l'un des enroule 70 25278 10 2068794 ments étant emboîté avec le pôle terminal initial, bobiné seulement dans lacouche inférieurs, de l'autre enroulement, pour constituer un enroulement global réparti uniformément dans les encoches de l'inducteur, les extrémités de fin de l'un des enroulements étant reliées électriquement avec les extrémités de départ de l'autre enroulement.