Brevet FR2305049A1 — publié le 19761015

L'invention concerne une fixation de bobinage pour les machines électriques avec encoches ouvertes pouvant être fermées par un moyen de fermeture. Le but de l'invention est d'obtenir des machines rela vivement plus légères et par suite moins chères. Il est connu de fermer les encoches de rotor de machines à courant continu au moyen de cales, et, ainsi, de fixer les enroulements dans les encoches. Un tel mode de fermeture d'encoches a alors, entre autres, pour conséquence, qu'il se produit dans la tête de la dent un goulot d'étranglement magnétique, et qu'ainsi l'induction magnétique, et par suite la chute de tension magnétique croissent. C'est ainsi qu'en particulier dans le brevet allemand nO 707.739, concernant une fixation de bobinage pour machines électriques avec encoches fermées par des cales, il est signalé que, dans une telle fermeture d'encoches, dans laquelle les portées des cales s'étendent symétriquement par encoche du flanc de la dent vers l'intérieur de celle-ci, les couronnes des dents sont restreintes d'une façon relativement importante, et la saturation élevée de dents qui en résulte est le plus souvent indésirable.A côté de la forme spéciale à donner aux têtes de dents et aux cales de fermeture, on sait, d'après le brevet allemand nO 1.191.474, réduire aussi peu que possible, par une disposition particulière des cales de fermeture d'encoches, la section de fer mise à la disposition du flux, en particulier en ce que les cales de fermeture d'encoches des encoches successives sont décalées entre elles dans le sens radial, le décalage réciproque de ces cales d'encoches pouvart, de préférence,être d'une hauteur de cale. Dans toutes les exécutions et dispositions précitées, il apparat, par ailleurs, qu?il existe, dans la zone de tête de dent, une dispersion magnétique (lignes de force de tête de dent à tête de dent), qui augmente la réactance de fuite de encoche et par suite, la tension de réactance ou tension de commutation. Dans l'exécution suivant le brevet allemand nO 1.191.474, la dispersion aux têtes de dents est même, comparée à celle des exécutions classiques, considérablement plus grande. Le but de l'invention est donc, en particulier dans les machines à courant continu, de réduire autant que possible les fuites aux têtes de dents en même temps les fuites aux encoches. D'après l'invention, ce problème sera résolu en ce que la largeur de la tête de dent, au pied de cette tête de dent, s'élève tout au plus à un tiers de la largeur de la dent, et en ce que la hauteur de la tête de dent atteint au plus 6 mm. L'invention vise donc - rendre la tête de dent aussi étroite et aussi basse- que le permet la résistance du matériau de la dent et de la cale. Par une telle réduction des dimensions de la tête de dent, la dispersion de têtes de dents, et aussi le flux de fuite d'encoches, seront diminués. Le cas extrême serait de renoncer aux têtes de dents, ce qui n'est toutefois pas possible lorsque des cales de fermeture d'encoches sont nécessaires pour fixer le bobinage. Toutefois ceci ne change rien au but de l'invention, à savoir: la réduction de la dispersion d'encoches, et, par une réduction extrême des dimensions de têtes de dents, ltéli- mination de l'effet néfaste du goulot d'étranglement magnétique pour le flux principal. Dans le cadre de la solution proposée, il est judicieux que la tête de dent ait la forme d'une queue d'aronde, et que le moyen de fermeture de l'encoche de bobinage ait la forme dune zone trapézoïdale dont la hauteur correspond à celle de la tête de dent. Il est en outre particulièrement avantageux que le moyen de fermeture de Encoche de do bobinage consiste en une coiffe enveloppant la partie hors de ltencoche, cette partie de l'enroulement faisant saillie dans l'entrefer. Les avantages obtenus avec l'invention consistent, en particulier, en ce que d'après l'invention, il' est possible d'ac croitre la densité de courant périphériques c'est-à-dire la somme des courants de tous les conducteurs d'induit par unité de pourtour de l'induit. Ceci offre, en particulier l'avantage d'élever la puissance commutable, surtout dans les machines à courant continu, et par suite, de pouvoir construire des machines avec un moment d'inertie plus petit. A l'aide d'un dessin on expliquera l'invention, compte tenu de ltétat de la technique et aussi de son mode de fonctionnement, et elle sera examinée plus en détail au moyen de deux exemples non limitatifs de réalisation. On voit Figure 1 la répartition magnétique du flux avec l'exécution classique, courante jusqu'à présent, de la tête de dent;; Figure 2 la dispersion due à la tête de dent et à l'enco- che avec des exécutions suivant figure 1, la courbe représentant la courbe d'induction de fuites Figure 3 les conditions de saturation avec une exécution de tête de dent suivant llinvention dans les cas d'induction ma- magnétique faible et élevée Figure 4 la dispersion due à la tête de dent et à l'en- coche, avec têtes de dents exécutées suivant llinvention, et cour- be d'induction de fuite correspondante Figure 5 une exécution de tête de dent suivant l'invention, avec une configuration de cales appropriées, et Figure 6 une variante de l'invention avec un bobinage faisant partiellement saillie dans l'entrefer et avec une coiffe de fermeture d'encoches. Comme le montrent les figures 1 et 2, la toto de dent 1 joue, du point de vue électro-magnétique, un double rôle important dans les machines à courant continu. Dune part, les têtes de dents 1 constituent, pour le flux principal indiqué symboliquement figure 1 dans le pôle principal 10, les têtes de dents 1, les dents 4 et l'entrefer 6 S des goulots d'étranglement magnétiques. Ceux-ci appelés succinctement goulots magnétiques, apportent un trouble, créent une chute de tension magnétique, et rendent par suite nécessaire un nombre de spires plus élevé à l'excitatrice. La chute de tension magnétique citée en dernier prend particulièrement de l'importance lorsque les têtes do dents 1 sontrelativement hautes. En outre, dans la figure 1, l'entrefer se trouvant entre les têtes de dents 1 les dents 4 et le pôle principal 10 de la machine est repéré S et les couronnes des têtes do dents 1 sont désignées par 9. En outre, le bobinage se trouvant dans l'encoche 5 porte le repère 7. D'autre part, la tête de dent 1 a de ltimportance pour le flux magnétique de fuite aux têtes de dents, et dans la figure 2, est symboliquement représenté, outre les lignes de force allant de tête de dent 1 à tête de dent 1, le reste de la dispersion d'encoches. La grandeur de ce flux de fuite influence alors la tension de réactance, qui constitue une grandeur décisive pour la commutation de la machine à courant continu , car plus la tension de réactance est élevée, plus grand est le flux de fuite d'encoches. La tête de dent 1 apporte ici une importante contribution au flux de fuite d'encoches, comme cela est aussi représenté dans la figure 2. Dans le diagramme représenté dans la figure 2, sont portées sur l'axe des abscisses les inductions de fuite B, et sur l'axe des ordon nées. Les projections radiales de l'enroulement, et et on particulier la hauteur hK de la tête de dent 1. Comme le montre une comparaison des figures 1 et 3, ce ntest qu'en apparence que l'invention est en contradiction avec les conditions qui doivent être exigées pour la configuration de la tête de dent 1 au sujet du flux magnétique principal. Contrai rement à l'exécution courante suivant figure 1, avec l'entrefer déterminé par le polo principal 10 et les couronnes de têtes de dents 9, les têtes de dents réduites 1 se situent, dans l'inven- tion, dans un domaine prépondérant de l'entrefer . S. Pour de fai blcs inductions d'entrefer, l'entrefer efficace 6 S est diminué de la hauteur de dent K, comme représenté dans la partie gaucho de la figure 3.Mais lorsque l'induction croit, les têtes de dents 1 sont saturées et, dans la partie droite de la figure 3, les lignes d'induction paraissent pour cette raison, refoulées latéra lement. Ciest pourquoi l'espace se trouvant radialement entre les têtes de dents 1 et les cales non représentées peut pratiquement être entierement compté dans ltentrefer #s de sorte qu'ainsi l'entrefer efficace s'agrandit à toute la valeur b S. En raison des faibles dimensions des têtes de dents 1 leur saturation élevée a déjà lieu à de très basses inductions et, par suite, n'apporte pas de perturbations sensibles dans la caractéristique magnétique de la machine électrique. En outre, en raison du petit volume des têtes de dents, les pertes sont faibles. La figure 4 montre que dans l'invention, en raison de la distance relativement grande entre les flancs 9a de têtes de dents se faisant face, les fuites aux tettes de dents peuvent être à peu près complètement évitées. Ceci sera également confirmé par la comparaison des courbes d'induction de fuite des figures 2 et 4, dans la figure 4 étant à nouveau portées sur l'axe des abcisses l'in duction de fuite B#, et sur l'axe des ordonnées les dimensions radiales de la partie de machine considérée. La figure 5 représente un exemple de réalisation de l'in mention. Le pied 12 de la tête de dent 1 y a une largeur b F de 2 N 3 mm environ qui résulte de la conception d'exécution de la ma chine ainsi que de raisons de fabrication. La cale de fermeture d'encoche 6 est fixée au moyen des flancs de têtes de dents 9a et do cette façon le bobinage 7 sera fixé dans l'encoche 5. Avec sa couronne 9 de tête do dent, celle-ci 1 a la même hauteur dX que la cale de fermeture d'encoche o, hauteur h1c pour laquelle on peut en général cavisager 10 mm comc limite supérieure.Le col de dont 3 de la dent 's a la largeur bII. Par la racine de dent S la dent 4 cst reliée au reste de la partie active du rotor de la machine. Dans la variante de l'invention suivant la figure 5, li s'agit d'une exécution présentant l'avantage dlun établisse- ment relativement simple de la forme de la cale. évidemment les flancs de têtes de dents 9a par exemple, peuvent être en forme de "V" ou présenter une autre forme méridienne ou profilée. Une autre variante de la fixation du bobinage suivant l'invention est représentée dans la figure 6. Cette exécution présente l'avantage que l'enroulement se trouve partiellement dans l'entrefer, mais il faut toutefois tenir compte de ce que la coiffe de fermeture d'encoches réprésentée 6a n'est pas aussi facile r' fabriquer que la cale de fermeture d'encoche montrée dans la figure 5. R E V E N D i C A T i O N S i. - Fixation de bobinage pour machines électriques avec encoches ouvertes pouvant être fernées par un moyen de fermeture, caractérisée en ce que la largeur (bF) de la tête de dent (1) au pied de la dont (2) atteint tout au plus un tiers de la largeur (bH) de la dent (4), et la hauteur (hK) de la tête de dent, tout au plus 6 mm (figure 5). 2.- Fixation de bobinage pour machines électriques avec encoches ouvertes pouvant recevoir un dispositif de fermeture, caractérisée en ce que le moyen de fermeture consiste en une coiffe de fermeture d'encoche enveloppant la partie hors de l'encoche, cette partie de l'enroulement (7) faisant saillie dans l'entrefer (6 > . 3.- Fixation de bobinage suivant revendication 1, caractérisée en ce que la tête de dent (1) a la forme d'une queue d'aronde (Figure 5). 4.- Fixation de bobinage suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisée en ce que le moyen de forme ture de encoche de bobinage (5) a la forme d'une zone trapézoï- dale dont la hauteur correspond à celle (hK) de la tête de dent (figure 5). 5.- Fixation de bobinage suivant revendication 2, caractérisée en ce que la coiffe de fermeture d'encoche (6a) présente sur ses deux bords tournés vers les têtes de dents, une forme en coin s'engageant dans les flancs (9a) de têtes de dents. 6.- Fixation de bobinage suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 4, caractérisée en ce que la zone trapézoïdale ou la coiffe de fermeture d'encoche (6a) est en une matière non magnétique, de préférence en une matière synthétique.