Brevet FR2182232A1 — publié le 19731207

i 2182232 L'invention concerne un enroulement en deux couches à pas raccourci pour machines électriques, en particulier pour génératrices synchrones pour lesquelles des exigences sévères sont requises en ce qui concerne la forme de la courbe de la tension de phase. Des enroulements de ce type employés fréquemment consistent en des enroulements répartis en trois zones - une zone étant l'arc occupé sous un pôle par une phase de l'enroulement - vu que dans ce cas, la tension de phase ne contient en principe aucun harmonique du troisième ordre. Des enroulements à trois zones présentant un raccourcissement quelconque peuvent également être remplacés avantageusement par des enroulements à six zones dont le pas est raccourci aux deux tiers et présentant des largeurs de zones inégales. Grâce au pas partiel réduit des bobines élémentaires, on obtient des porte-à-faux plus petits pour les têtes de bobines, et de ce fait, les besoins en cuivre diminuent. En outre, la dispersion frontale est également réduite, vu que peu de conducteurs d'une phase se trouvent les uns à côté des autres dans la tête de bobine et de plus les connexions frontales sont plus courtes. Les enroulements à trois zones et les enroulements mentionnés à six zones sont équivalents en ce qui concerne les facteurs de bobinage et les harmoniques de champ, ils présentent cependant l'inconvénient fondamental suivant : il apparaît des harmoniques de force magnétomotrice (f.m.m.) pairs qui peuvent entraîner par exemple des tensions d'onde dangereuses. On peut obtenir des courbes de flux exemptes d'harmoniques pairs au moyen de deux enroulements en deux couches du type mentionné (disposition conjuguée des bobines élémentaires) placés l'un au-dessus de l'autre, connectés en série et décalés d'un pas polaire, mais pour le prix d'un enroulement en quatre couches qui est coûteux en ce qui concerne la fabrication et qui exige plus de place pour l'isolement des encoches et des têtes de bobines. Le but de l'invention est de réaliser un enroulement en deux couches du type mentionné au début, qui ne donne pas naissance à des harmoniques pairs de f.m.m. qui 73 *5'" . 2,82232 permette une fabrièation simple et qui soit utilisable pour n'importe quels pas de bobinage et n'importe quels nombres d'encoches, sans qu'il ne se produise des effets désavantageux sur les-autres propriétés des enroulements. 5 La solution du problème posé est possible, conformément à l'invention, par le fait que l'enroulement de chaque phase est constitué de bobines élémentaires composées d'un nombre de spires qui remplit une couche de l'encoche (bobines pleines) et de bobines élémentaires composées d'un 10 nombre de spires plus réduit (demi-bobines) et par le fait que deux demi-bobines de phases différentes sont disposées dans les encoches garnies de demi-bobines, dans au moins une couche de l'encoche. Deux bobines pleines de mêmes phases ou de 15 phases différentes, une bobine pleine ainsi que deux demi- bobines appartenant à des phases différentes ou quatre demi-bobines de phases différentes peuvent être introduites dans les encoches. En ce qui concerne le pourcentagè d'harmoniques, un enroulement particulièrement avantageux, conformément à 20 l'invention, est constitué, pour un nombre pair d'encoches par pôle et par phase, de deux fois autant de demi-bobines que de bobines pleines, et, pour un nombre impair d'encoches par pôle et par phase, d'un nombre de bobines pleines s'écartant d'une unité de la moitié du nombre de demi-bobines. Ainsi, la 25 moitié ou environ la moitié du nombre de bobines élémentaires d'un enroulement usuel en deux couches à pas raccourci est partagée en demi-bobines, c'est-à-dire en bobines élémentaires comportant un nombre de spires plus petit, dans l'enroulement conforme à l'invention.. La mise en place d'un enroulement en 50 deux couches conforme à l'invention dans les encoches peut être effectuée en une opération comme pour les enroulements en deux couches connus. Pour, obtenir un pourcentage faible d'harmoniques, les enroulements en deux couches dont le pas 55 est raccourci aux deux tiers sont avantageux ; ils donnent lieu aux petites têtes de bobines mentionnées au début. De tels enroulements en deux couches peuvent être constitués, conformément à l'invention, soit de bobines élémentaires de même pas de bobinage,, soit de bobines élémentaires concentriques pour 40 chaque phase dans le domaine d'un pas polaire. 3 2182232 73 15566 Lorsqu'on utilisé uniquement deux demi-bobines par pôle et par phase, on obtient une zone de recouvrement constituée d'une seule encoûhe, c'est-à-dire que, vu dans la direction de la périphérie, une seule encoche munie de deux 5 demi-bobines se trouve chaque fois entre des couches munies de bobines pleines. Grâce à cette disposition, une simple isolation pour la séparation des phases dans la tête de bobine est suffisante, comme pour un enroulement en deux couches comportant des bobines pleines identiques. 10 En changeant le pas de bobinage ou le pas mo yen de bobinage de bobines élémentaires concentriques et la zone de recouvrement, qui est la région occupée par des demi-bobines placées les unes à côté des autres dans une encoche et appartenant à des phases différentes, on peut obtenir des courbes de 15 tension et de f.m.m. qui sont pauvres en harmoniques de rang déterminé (suppression sélective de certains harmoniques). L'enroulement conforme à l'invention est beaucoup plus simple que les enroulements connus en deux couches, pauvres en harmoniques (ouvrage "Die Wicklungen elektrischer 20 Maschinen" tome 1, de H. Sequenz, Editions Springer, Vienne, 1950, pages 305 à 312), qui comportent des conducteurs disposés au moins en deux étages, et présentent ainsi alternativement des hauteurs différentes dans la couche supérieure et dans la couche inférieure, ce qui exclut l'utilisation de bobines élé-25 mentaires de même pas partiel et présente en outre des difficultés lors de la fabrication.- D'autres particularités de l'invention sont expliquées plus en détail dans la suite à l'aide de quelques exemples de réalisation représentés sur le dessin annexé, sur le-30 quel : la figure la représente un enroulement en deux couches à pas raccourci aux deux tiers, composé de bobines élémentaires concentriques pour un nombre pair d'encoches par pôle et par phase ; 35 la figure lb représente un enroulement en deux couches à pas raccourci aux deux tiers, composé de bobines élémentaires de même pas pour le même nombre d'encoches que sur la figure la ; la figure le représente le plan des zones 40 pour les enroulements des figures la et lb ; ft 2182232 73 15566 . la figure ld représente la courbe de f.m.m. pour une phase des enroulements conformément aux figures la et lb ; la figure- 2a représente le plan des zones 5 pour un enroulement en deux couches à pas raccourci aux huit neuvièmes ; la figure 2a* représente un enroulement en deux couches suivant le plan des zones de la figure 2a, pour un nombre impair d'encoches par pôle et par phase, composé de 10 bobines élémentaires d'une phase de même pas ; la figure 2a" représente la courbe de f.m.m. d'une phase de l'enroulement conforme à la figure 2a* ; la figure 2b représente le plan des zones poux un enroulement en deux couches à pas raccourci aux sept 15 neuvièmes ; la figure 2b1 représente un enroulement en deux couches selon le plan des zones de la figure , pour un nombre impair d'encoches par pôle et par phase, composé de bobines élémentaires d'une phase de même pas ; 20 la figure 2b" représente la courbe de f.m.m.- d'une phase conformément à la figure 2b' ; la figure 2c représente le plan des zones pour un enroulement en deux couches à pas raccourci en moyenne aux deux tiers ; 25 la figure 2c' représente un enroulement en deux couches selon le plan des zones de la figure 2c, pour un nombre impair d'encoches par pôle èt par phase, avec des groupes de bobines concentriques d'une phase ; la figure 2c" représente la courbe de f.m.m. 30 d'une phase conformément à la figure 2c* ; la figure 2d représente le plan des zones pour un enroulement en deux., couches à pas raccourci en moyenne aux cinq neuvièmes ; la figure 2d' représente un enroulement en 35 deux couches conformément au plan des zones de la figure 2d, pour un nombre impair d'encoches par pôle et par phase, avec deux bobines pleines concentriques et deux demi-bobines de même pas d'une phase ; la figure 2d" représente la courbe de f.m.m. 40 d'une phase de l'enroulement conforme à la figure 2d* ; 5 2182232 73 15566 la figure 3a représente un enroulement en deux couches à pas raccourci aux deux tiers pour un nombre impair d'encoches par pôle et par phase, composé de bobines élémentaires de même pas ; . 5 la figure 3b représente la courbe de f.m.m. d'une phase de l'enroulement conforme à la figure 3a. ; la figure 3c représente le plan des zones de l'enroulement conforme à la figure 3a ; la figure 4 représente des groupes de bobines 10 d'une phase, qui sont bobinées en continu sans soudure. Les enroulements en deux couches à pas raccourci aux deux tiers pour douze encoches par paire de pôles (six encoches par pôle) composé de bobines élémentaires concentriques (figure la) ou de bobines élémentaires de même pas (figure lb) 15 comportent deux fois plus de demi-bobines que de bobines pleines, c'est-à-dire que la moitié du nombre de demi-bobines est égale au nombre de bobines pleines , les bobines pleines étant disposées au milieu du groupe. Dans les deux cas, on obtient ainsi des enroulements en deux couches à six zones caractérisés par 20 des zones d'égale largeur qui se chevauchent d'une encoche. Des encoches munies de deux bobines pleines alternent avec des encoches munies de quatre demi-bobines. La figure le représente le plan des zones pour la couche supérieure OS et la couche inférieure US. La représentation choisie dans les deux couches OS 25 et US pour les différentes phases, que l'on appellera plan des zones, représente chaque fois les demi-bobines avec une demi-hauteur de barre et les bobines pleines avec une hauteur totale de barre. La largeur horizontale est chaque fois choisie en fonction du nombre de bobines pleines ou de demi-bobines. 30 Un enroulement conforme à l'invention, selon la figure la ou lb, peut être fabriqué d'une manière aussi simple qu'un enroulement habituel en deux couches. Parmi les deux bobines de l'enroulement par pôle et par phase d'un enroulement en deux couches usuel, il suffit, conformément à l'invention de 35 séparer pour ainsi dire en deux demi-bobines uniquement une bobine de l'enroulement. En ce qui concerne l'effet produit sur la forme de la courbe de tension et sur les harmoniques de champ, cet enroulement est équivalent à un enroulement en quatre couches constitué de deux enroulements à trois zones à pas raccour-40 ci aux cinq sixièmes, disposés l'un au-dessus de l'autre. En 73 15566 6 2182232 outre, par le fait que le pas des "bobines élémentaires ne s'élève qu'aux deux tiers du pas polaire, on obtient des têtes de bobines plus petites, ce qui est avantageux. l'exemple susmentionné nfest pas limité au nom-5 bre d'encoches indiqué. Les figures 2a à 2d représentent les plans des zones et les courbes de f.m.m./^£es couches supérieure et inférieure OS, US d'une phase d'un enroulement en deux couches avec dix-huit encoches par paire de pôles, c'est-à-dire neuf en-10 coches par pôle, avec un chevauchement d'une encoche, c'est-à-dire que, dans la couche supérieure et inférieure, deux, encoches munies de bobines pleines sont suivies d'une encoche munie de deux demi-bobines. Les enroulements se différencient par le pas de bobinage qui donne lieu à la figure 2a à un raccourcisse-15 ment de huit neuvièmes, à la figure 2b à ion raccourcissement de sept neuvièmes, à la f-igure 2c à un raccourcissement de deux tiers et à la figure 2d à un raccourcissement de cinq neuvièmes. Il faut de nouveau remarquer la disposition 20 relative à des bobines à pas raccourci aux deux tiers (figure 2c), qui comporte le même pourcentage d'harmoniques que deux enroulements à trois zones à pas raccourci aux huit neuvièmes disposés l'un au-dessus de l'autre de manière conjuguée. Dans les exemples décrits jusqu'à présent, la 25 zone de chevauchement ou de recouvrement correspondait chaque fois à une encoche. La zone de recouvrement peut également être choisie plus grande, par exemple valoir deux ou plusieurs encoches. En ce qui concerne un faible pourcentage d'harmoniques impairs, il est avantageux d'adopter une zone de recouvrement 30 qui correspond environ à la moitié du nombre d'encoches par pôle et par phase. Parmi les nombreuses possibilités de réalisation de l'invention, la figure 3a représente, comme autre exem-35 pie, un enroulement en deux couches à pas raccourci aux deux tiers avec dix-huit encoches par paire de pôles, caractérisé par un recouvrement de deux encoches. On peut facilement reconnaître les correspondances et les différences par rapport aux figures 2c, 2c* à l'aide d'un plan des zones pour les deux 40 couches OS et US suivant la figure 5c et à l'aide de la courbe 73 15566 7 2182232 de f.m.m» correspondante suivant la figure 5b (même nombre d'encoches, même pas de bobinage, mais largeur de zone de recouvrement réduite de moitié, une encoche munie de quatre demi-bobines est disposée des deux côtés d'une encoche qui comporte 5 deux bobines pleines). Les facteurs de bobinage sont, dans ce cas, les mêmes que pour un enroulement à trois zones à pas raccourci aux sept neuvièmes. Des harmoniques pairs n'apparaissent pas dans ce cas. Dans l'exemple de la figure 3a, les demi-bobines 10 des différentes phases se trouvent plusieurs fois immédiatement les unes à côté des autres dans la tête de bobine, ce qui peut nécessiter l'emploi de pièces isolantes supplémentaires pour la séparation des phases dans la tête de bobine, en particulier pour des machines à haute tension. 15 D'une manière connue en soi (brevet R.F.A. N° 1.226.194) tous les groupes de bobines d'une phase peuvent être bobinés, conformément à la figure 4, en continu, donc sans soudure, dans le même sens de bobinage, et les différents groupes de bobines peuvent être disposés les uns après les autres dans 20 les encoches après avoir été rabattus de 180° les uns par rapport aux autres. Les enroulements en deux couches à pas raccourci conformes à l'invention conviennent particulièrement pour des machines pour lesquelles des exigences sévères sont requises en 25 ce qui concerne la forme la plus sinusoïdale possible de la courbe de tension., comme cela est souvent exigé pour les génératrices synchrones. L'utilisation de l'enroulement en deux couches ayant une structure simple et pouvant être fabriqué également d'une manière simple n'est cependant pas limitée à des machines 30 synchrones, mais peut être avantageuse dans tous les cas où aucun harmonique pair ne doit apparaître dans la courbe de f.m.m. et en outre dans tous les cas où on souhaite des tensions de phase pauvres en harmoniques. 73 15566 2182232 REVENDICATIONS 1» Enroulement en deux couches à pas raccourci pour machines électriquës, caractérisé en ce que l'enroulement de chaque phase est constitué de bobines élémentaires com- 5 posées d'un nombre.de. spires remplissant une couche de l'encoche (bobines pleines) et de bobines élémentaires composées d'un .nombre réduit de spires (demi-bobines) et en ce que, dans les encoches garnies de demi-bobines, deux demi-bobines de phases différentes sont disposées dans au moins une couche de l'en- 10 coche. 2. Enroulement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que dans les deux couches des encoches, des encoches garnies de bobines pleines de phases différentes alternent avec des encoches garnies de quatre demi-bobines de 15 phases différentes (figures la, b, c, ; figures 3a, 3c j figures 2c, 2c'). 3. Enroulement suivant la revendication 2j pour des machines ayant un nombre pair d'encoches par pôle et par , phase, caractérisé en ce qu'il comporte deux fois autant de 20 demi-bobines que de bobines pleines (figures la, lb, figure 4). 4. Enroulement suivant la revendication 2, pour des machines ayant un nombre impair d'encoches par pôle et par phase, caractérisé en ce que la moitié du nombre des demi-bobines est, à une unité près, égale au nombre des bobines plei 25 nés (figures 2c, 2c' ; figures 3a, 3c). 3. Enroulement suivant l'une quelconque des re vendications 1 à 4, caractérisé en ce que toutes les bobines élémentaires ont le même pas (figures lb, le, figures 2a, 2a' figures 2b, 2b' ; figures 3a, 3c)* 30 6. Enroulement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que toutes les bobines, élémentaires d'une phase, se trouvant dans la région d'un pas polaire, forment un groupe de bobines concentriques en soi (figures la, le ; figures 2c, 2c'). 35 7» Enroulement suivant la revendication 5, ca ractérisé en ce que le pas du bobinage de toutes les bobines élémentaires est égal aux deux tiers du pas polaire (figures lb le ; figures 2a, 2a' ; figures 3&> 3c). 9 2182232 73 15566 8. Enroulement suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le pas de bobinage moyen du groupe de bobines est égal aux deux tiers du pas polaire (figures la, le ; figures 2c, 2c*). 5 9- Enroulement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que deux demi-bobines sont prévues par pôle et par phase (figures la, b, c ; figure 2, toutes les figures). 10. Enroulement suivant l'une quelconque des 10 revendications 1 à 9, caractérisé en ce que tous les groupes de bobines de chaque phase sont bobinés en continu dans le. même sens de bobinage (figure 4-).