Brevet FR2123438A1 — publié le 19720908

La présente invention concerne un rotor en forme de disque destiné à être utilisé dans une machine électrique rotative, comportant des bobines en spirale réalisées suivant la technique des circuits imprimés. 5 A l'heure actuelle, un certain nombre de types de ces dis ques sont disponibles sur le marché. L'objet de la présente invention est de prévoir un rotor en forme de disque comprenant un enroulement d'induit réalisé en forme de circuit imprimé et une structure particulière destinée 10 à obtenir un couple et un rendement élevés. L'invention concerne un rotor en forme de disque avec enroulement ondulé comprenant un arbre, un collecteur consistant en une pluralité de lames et une pluralité d'éléments d'induit ayant le même modèle de bobinage formés selon la technique des circuits 15 imprimés, chacun d' eux représentant un tour de l'enroulement ondulé, rotor dans lequel les éléments d'induit sont empilés les uns sur les autres avec une pellicule, isolante interposée - entre deux éléments adjacents et montés sur l'arbre, chaque élément étant décalé circonférentiellement de l'élément adjacent d'un angle égal à 20 l'angle sous-tendu par une lame dudit collecteur par rapport à 1' axe de l'arbre, dans lequel le modèle de bobinage-sur chaque face de l'un quelconque desdits éléments d'induit consiste en une pluralité de bobines spirales dont le nombre p est égal au nombre de pôles magnétiques du stator, et dans lequel les pas de bobines des 25 p-1 bobines de la totalité des p bobines sur chaque face dudit élément d'induit sont tous les mêmes alors que l'a bobine restante parmi lesdites p bobinas a un pas de bobinage différent de l'autre pas de manière à créer un dessin d'enroulement géométriquement asymétrique; le pas de bobinage desdites p-1 bobines étant de 2(S-l)» Hf ■=50 , p S ' " pour les enroulements ondulés progressifs, ou bien 2(S-l) . *Tf P S pour les enroulements ondulés rétrogressifs et le pas de bobinage pour la bobine ' restante ' étant de 2(S-l) + 2 *17 pour les enroule- g ments ondulés progressifs, ou bien ^ 2(S+1) - pour les en roulements ondulés rétrogressifs, formuïes dans lesquelles S est le nombre de lames du collecteur. Pour une meilleure compréhension de la présente invention, référence peut être faite aux dessins ci-annexés dans lesquels les 35 BAD ORIGINAL1 72 02571 2 2123438 ; ^ mêmes indices numériques désignent des pièces similaires, dessins dans lesquels : La figure 1 est une vue en plan d'un rotor en forme de disque conforme à la présente invention. 5 La_ figure 2 est une coupe axiale du rotor montré dans la figure 1. La figure 3 est un schéma panoramique d'enroulement du rotor de la figure 1, les bobines et les lames de collecteur du rotor, c'est-à-dire, de l'induit, étant dans ce cas, développées sui-10 vant la méthode conventionnelle. La figure 4 montre une face d'un élément d'induit utilisé dans le rotor mentionné ci-dessus. La figure 5 montre une coupe axiale de l'élément d'induit montré en figure 4-15 La figure 6 représente vue en plan, l'autre face de l'élé ment d'induit montré en figure 4. La figure 7 est une vue en plan par dessus d'un élément d'induit conforme à une autre réalisation de l'invention. En se référant maintenant aux figures 1 et 2, on voit un 20 rotor en forme de disque comportant un empilage d'éléments d'armature ou d'induit montés sur un arbre de rotor 1 sur lequel un collecteur 2 et un enroulement d'induit 3 sont connectés par l'intermédiaire d'une borne 5. L'enroulement d'induit 3 est du type circuit imprimé et il est décrit plus en détail ci-après; cependant 25 il faut noter que la bobine à plat 4 de l'élément d'induit présente un pas plus grand que celui des cinq autres bobines, telles qu'on les voit en figure 1. Un courant électrique est appliqué à l'enroulement d'induit 3 du rotor en forme de disque par l'intermédiaire de balais 30 et ce rotor tourne à l'intérieur du champ créé par le stator. Les structures du stator et des balais associés avec le rotor selon l'invention sont les mêmes que celles concernant les machines électriques tournantes conventionnelles et c'est pourquoi la description détaillée de ces organes est négligée dans ce texte. 35 La figure 3 montre un diagramme développé ou panoramique de l'enroulement du rotor selon l'invention. Ce rotor comporte six pôles et un collecteur comprenant lui-même selse lames, alors que bad origine 72 02571 5 2123438 l'enroulement d'induit de ce rotor est un enroulement ondulé progressif qui consiste en bobines plates en spirale. Par souci de simplification, un diagramme d'enroulement équivalent correspondant à la connexion électrique par les bobines d'induit du disque 5 de rotor selon l'invention est montré en figure 3- Dans cette figure, chacune des seize bobines d'induit est représentée comme comportant une seule spire, riais il est évident qu'il s'agit là d'une simplification pour rendre le diagramme plus clair et on doit, par conséquent, considérer que chaque bobine d'induit peut compor-10 ter une pluralité de spires. On voit également que, bien que dans la figure 3 l'enroulement d'induit soit réparti, sur un plan, la réelle distribution oti répartition de cet enroulement se fait cir-conférentiellement autour de l'axe du rotor en forme de disque, la présente invention sera mieux comprise si on la décrit en faisant 15 une référence particulière à ce diagramme panoramique d'enroulement de.la figure 3. Dans cette figure, on admet que les bobines représentées par-un trait fort plein, c'est-à-dire, les bobines contenues dans un tour d'enroulement ondulé, constituent un élément d'induit et il est bien entendu, par ailleurs, que l'enroulement 20 d'induit comprend six éléments d'induit présentant'le même dessin de bobinage, chaque élément étant décalé circonférentiellement par rapport à l'élément adjacent d'une distance égale a une lai&e du collecteur. Ce qui revient à dire que l'élément d'induit I a son 25 point de départ à la lame de collecteur S^, posee par les lames Sg et et vient finir à la lame D'une manière similaire, 1' élément d'induit *11 commence à la lame 8^, passe par S^, puis S-. pour finir en S-^. Le tableau 1 ci-dessous montre comment les six éléments d'induit doivent être respectivement connectés aux 30 lames du collecteur. bad original 72 02571 4 2123438 - TABLEAU 1 - 15 Numéros des lames devant être connectées aux éléments correspondants 10 Elément d* induit I 1 - 6 - 11 - 16 I! H II 16 - 5 - 10 - 15 If il III 15 - 4 - 9 ■=3-H 1 II H IV 14 - 3 - 8 - 13 II II V H 1 2 - 7 - 12 II II VI 12 - 1 - 6 - 11 En ce qui concerne les lames S-^, S g et S-^ , les éléments d'induit I et VI sont connectés entre eux en parallèle, comme le montre le tableau. 1. Afin de corapléter d'une façon simple l'enroulement d'induit, une bobine connectée seulement entre les lames et peut servir comme élément d'induit VI. Cependant, du point 20 de vue de la diminution du nombre de composants constituant l'induit ainsi que de l'équilibrage de cet induit en poids, il est préférable d'utiliser six éléments d'induit ayant le même dessin d'enroulement. En conséquence, les éléments d'induit I et VI auront des bobines connectées ensemble. Cette connexion en parallèle n'est 25 jamais susceptible de dégrader les caractéristiques de fonctionnement de la machine tournante ainsi réalisée, mais au contraire-, elle ne peut qu'améliorer ces caractéristiques en raison de la diminution de la résistance d'enroulement d'induit qui en résulte. Les figures 4, 5 et 6 montrent en détail l'élément d'induit 30 dans lequel des bobines spix^ales 12 et 12' sont formées selon la technique de circuits imprimés respectivement sur les deux faces d'un film isolant mince 11 ayant la forme d'un disque. Le nombre de bobines spirales individuelles sur chaque face du disque isolant 11 est égal à celui des pôles magnétiques du stator. Par exera-35 pie, dans cette invention, un rotor en forme de disque est décrit comme ayant six pôles et seize lames de collecteur de sorte que le nombre ci-dessus mentionné est égal à six. Au voisinage du centre du disque isolant 11, sont disposées des bornes par l'intermédiaire 1 0AD ORIGINAL i 72 02571 s 2123438 desquelles les circuits imprimés des bobines de l'élément d'induit sont connectés aux lames de collecteur correspondantes. Les conducteurs constituant un élément d'induit ayant leur point de départ à la borne 5 forment une première bobine dont la borne centrale 6 5 est connectée à la borne'centrale 6'' d'une deuxième bobine disposée sur la face opposée du film isolant en forme de disque 11 au moyen d'une perforation pratiquée dans ce disque; cette deuxième bobine est connectée, à son tour, en série à une troisième bobine dont la borne centrale 7' est reliée à la borne centrale 7 d'une quatrième 10 bobine par une perforation pratiquée dans le disque, cette quatrième bobine étant elle-même connectée en série à une cinquième bobine prévue avec une borne 8. Les conducteurs sont disposés d'une façon similaire et atteignent finalement une borne 10 pour compléter un groupe de bobines de l'élément d'induit. Ce groupe de bobines 15 constitue dans son ensemble, un enroulement ondulé. La manière de connecter les bornes. 5 et 10 ainsi que les bornes intermédiaires 8 et 9 au collecteur est montrée en figure 3- Un rotor en forme de disque selon l'invention va être maintenant constitué en empilant six de ces éléments d'induit semblables, comme on l'a décrit ci-20 dessus, sur un arbre avec une pellicule isolante interposée entre deux éléments adjacents qui vont être décalés circonférentiellenent l'un par rapport à l'autre sur l'arbre par un angle égal à celui sous-tendu par une lame du collecteur par rapport à l'axe de l'arbre et en connectant les bornes de ces éléments d'induit aux lames 25 correspondantes du collecteur. Dans cette réalisation, l'enroulement ondulé de 1'induit est composé d'une pluralité d'éléments d'induit ayant le même dessin de bobine, chacun d'eux ne pouvant pas,cependant, constituer un enroulement d'induit complet. La caractéristique du modèle de bobinage de chaque bobi-30 ne réside bi ce que l'une des bobines spirales sur chaque face de l'élément d'induit a un pas plus grand que les autres afin de créer une asymétrie géométrique. Cet artifice de construction améliore le reniement et accroît le couple du rotor. Car un induit va présenter le rendement le plus élevé et le couple le plus important 35 si les conducteurs d'induit sont disposés selon des écarts angulaires uniformes sur les faces de la pellicule isolante 11 et si le pas de bobine d'une quelconque bobine individuelle se rapproche le BAD ORIGINAL^ 72 02571 6 , 2123438 plus du pas diamétral, c'est-à-dire, de 180°'électriques. C'est pourquoi, la sélection du pas de bobine doit être prise en considération. Pour un rotor en forme de disque à 6-pôles, n'importe quel élément d'induit doit avoir 6 bobines individuelles sur chaque fa-5 ce du disque isolant 11. En fixant le.s pas de bobine des 6 bobines d'une manière telle qu'une bobine ait un pas de 78,75° alors que les 5 autres bobines aient un pas de 56,25°, le rotor'résultant après assemblage par empilage des six éléments d'induit sur la même structure, l'un au-dessus de l'autre, avec une pellicule isolante 10 interposée entre chacun d'eux, aura des conducteurs d'induit uniformément répartis autour de l'axe de rotation et un enroulement ayant un pas très voisin du pas diamétral, comme le montre la figure 3* le modèle' de bobinage de l'élément d'induit dans la figure 4 est réalisé de cette manière. Ce modèle de bobinage dans les enrou-15 lements d'induit des rotors conventionnels était géométriquement symétrique. Ce qui revient à dire que, pour un rotor à six pôles, six bobines individuelles ayant chacune un pas de 60° étaient disposées sur cliaqie façe du disque pour former un élément d'induit. Lorsqu'un rotor est constitué par l'empilage de tels éléments d'in-20 duit ayant- des bobines d'un pas égal à 60° comme tout élément d'induit conventionnel, d'une manière conforme à celle de l'invention, les conducteurs d'induits ne se trouvent pas alors uniformément répartis autour- d„e l'axe de rotation. Il en résulte que ce rotor aura un rendement faible. 25 Selon la présente invention, il est prévu un rotor en for- . me de disque présentant une caractéristique améliorée par rapport à celle des dispositifs conventionnels du fait que l'invention concerne .un modèle de bobinage particulier ainsi que des pas de bobinage conformes à ce qui a été décrit ci-dessus. 30 L'adoption d'un pas de. bobinage géométriquement asymétri que va détruire la répartition uniforme des masses sur l'élément d'induit donnant lieu ainsi à la création de bruits: parasites pendant la rotation du rotor. Afin d'éliminer cet effet préjudiciable, un contre-poids est prévu selon 1'invention sur, par exemple, une 35 partie de la bobine 4, comme le montre la figure 4, le poids unitaire de cette partie étant plus faible que ceux des autres bobines afin de rendre la répartition des masses uniforme sur l'ensemble de 1'élément d'induit. BAD ORlGfNAi 72 02571 * 2123438 l'adjonction d'un tel contre-poids est le plus facilement réalisée en donnant au conducteur formant la bobine 4, une section plus large soit sur sa longueur totale, soit sur une partie de cette dernière. En figure 4, la partie élargie 13 du conducteur 5 de bobine constitue le contre-poids. La figure 4 montre que la bobine individuelle 4 a un' pas plus grand que les cinq autres bobines. Ceci est dû au fait que dans le cas présent, l'enroulement d'induit est un enroulement ondulé progressif. D'un autre côté, s'il s'agit d'xm enroulement ondulé rétrogressif, 3.'une des 10 bobines individuelles a un pas plus petit que les autres bobines. C'est pourquoi, on peut dire quç l'une des bobines individuelles a un pas différent de ceux des autres bobines dans le dessin de bobinage de l'élénent d'induit pour un rotor en forme de disque selon l'invention. 15 Da figure 7 montre un dessin ou modèle de bobinage pour un enroulement ondulé rétrogressif. Dans le bobinage de la figure 7, des bobines spirales individuel3.es sont formées sur les deux faces d'un film isolant en forme de disque A. L'extrémité des bobines est désignée en B et cette borne B est connectée à la borne 20 C prévue sur la face opposée du disque A par l'inte'rmédiaire d'une perforation pratiquée dans ce disque. Cette disposition est particulièrement nécessaire pour ion enroulement ondulé rétrogressif puisque dans ce cas, l'extrémité départ et l'extrémité arrivée d'une boucle de l'enroulement d'induit s'intersectent l'une' l'autre• 25 la partie du conducteur de bobine indiquée en D plus large que les autres parties de ce conducteur sert de contre-poids pour rendre uniforme la répartition des masses du rotor en' forme de disque résultant. Il apparaît dans la figure 7-, que l'une des six bobinés individuelles a un pas de bobinage de 4cTï'/'17 radians, alors que les 30 cinq autres bobines ont un pas de 6*^/17 radians. En se référant au tableau 2 ci-dessous, on aura un pas de bobinage de 6^/17 si on remplace l;s valeurs p et s respectivement par les valeurs 6 et 17' La dérivation des formules pour déterminer les pas de bobinage optimaux n'entre pas dans le cadre de cet exposé puisqu'il semble appa-35 rent que l'on peut déduire facilement de telles formules de la description ci-dessus. Cependant, du tab3eau 2 donné ci-dessous, il ressort que pour un rotor en ferme de disque ayant six pôles et seize lames de collecteur et dont 1'enroule&ent est un enroulement bad original* 72 02571 8 2123438 ondulé progressif, le pas de bobinage de l'une quelconque des cinq bobines similaires est donné par la formule : 2 (16-1) c«- 16 5nr 16 - 56,25û alors que le pas de bobinage de la bobine restante est donné par 10 2(16-1) 2 + X 16 7 cîf 16 78,75° En conséquence, l'élément d'induit résultant est similaire à celui montré dans les figures 1 à J. 15 Tableau 2 Enroulement ondulé progressif Enroulement ondulé rétrogressif Pas de l'une quelconque des p-1 bobines semblables (rad.) ■2(S-1) cjr n ' ' . " o —— P s 2(s+i) cir p s Pas de la bobine différente restante (radians) "2(S-1) 2l *rr + 2(S+l) 2 p , J S P c« o où p : nombre de pôles S : nombre de lames de collecteur Comme on l'a déjà exposé ci-dessus, la présente invention est expliquée par voie d'exemple non limitatif représentant quel-30 ques réalisations préférées. Cependant, il faut noter que de nombreux changements et modifications peuvent lui être apportés par les hommes de l'art sans se départir de son esprit et de son domaine d'application. BAD okiqinai 1 72 02571 9 2123438 - REVEI'TDI CATI OM3 - 1.- Rotor en forme de disque avec enroulement ondulé comprenant un arbre, un collecteur consistant en une pluralité de lames et une pluralité d'éléments d'induit ayant le même modèle de bobinage formés selon la technique des.circuits imprimes, chacun d' eux représentant un tour de l'enroulement ondulé, rotor dans lequel les éléments d'induit sont empilés les uns sur les autres avec une pellicule isolante interposée entre deux éléments adjacents et montés sur l'arbre, chaque élément étant décalé circonférentiel-lernent de l'éLément adjacent d'un angle égal à l'angle sous-tendu par une lame dudit collecteur par rapport à l'axe de l'arbre, dans lequel le modèle de bobinage sur chaque face de l'un quelconque desdits éléments d'induit consiste en une pluralité de bobines spirales, dont le nombre p est égal au nombre de pôles magnétiques du stator, et dans lequel les pas de bobines des p-1 bobines de la totalité des p bobines sur chaque face dudit élément d'induit sont tous les mêmes alors que la bobine restante parmi lesdites p bobines a un pas de bobinage différent de l'autre pas de manière à créer un dessin d'enroulement géométriquement asymétrique; le pas de bobinage desdites p-1 bobines étant de 2 ( S-l) „ ^ peur les enrouîemerilS cn~ P s dulés progressifs ou bien 2(S-l) ♦ pour les enroulements ondulés rétro- P S gressifs et le pas de bobinage pour la bobine restante étant de 2(S-l) + 2 ^ pour les enroulements ondulés prog3?essifs, ou bien p S 2(S-fl) - 2 fTf_ pour les enroulements ondulés rétrogressifs, forrau-P S 1% dans lesquelles S est le nombre de lames du collecteur. 2.- Rotor en forme de disque selon la revendication 1, dans lequel le conducteur de l'une des bobines spirales disposées sur chacun des éléments d'induit a une section plus large que celle de n'importe quelle autre bobine sur la face de l'élément d'induit, sur la totalité de sa longueur ou sur une fraction de cette longueur, de manière à rendre uniforrr.e la répartition des masses de 1'élément d'induito BAD ORIGINE