Brevet FR2513452A1 — publié le 19830325

N Enroulement à couches multiples, notamment pour un moteur et procédé de fabrication d'un tel enroulement n. La présente invention concerne un enroulement à couches multiples, notamment pour un moteur et un procédé de fabrication d'un tel enroulement. Parmi les moteurs à courant continu, on conna t les moteurs plats, sans balai La figure 1 montre schéma- tiquement un exemple d'un tel moteur; dans cet exemple, la référence 1 désigne l'axe du moteur et la référence 2 la culasse du rotor à laquelle est fixé un aimant annu- laire 3 de rotor, constitué par un aimant permanent tel que celui représenté à la figure 2 Cet aimant annulaire 3 est aimanté dans la direction axiale de l'axe 1 et en regard de la face du rotor 3 qui est aimantée se trouve l'enroulement du stator 4 A titre d'exemple, l'aimant de rotor 3 est aimanté de façon que le champ magnétique qui en est issu corresponde à une onde sinusoïdale et que l'aimant de rotor 3 comporte huit p 8 les comme cela est représenté à la figure 2 L'enroulement de stator 4 se compose de quatre enroulements à plusieurs couches C 1 C 4 disposés dans un seul plan horizontal comme cela est représenté à la figure 3 Parmi les quatre enroule- ments à plusieurs couches C 1 C 4, chacune des paires d'enroulements par exemple les paires C 1, C 2 et C 3, C 4 sont décalées l'une de l'autre d'un angle électrique égal à 1800, les paires étant branchées en série Chacune des paires d'enroulements Cl, C 2 et C 3, C 4 branchées en série, se trouve placée avec un angle électrique différent de 900; chacune des paires d'enroulements Cl, C 2 et CV C 4 en série forme une phase, ce qui donne un enroulement de stator biphase Lorsque ces enroulements de stator biphase sont alimentés par exemple par un courant sinu- soldal, ces enroulements de stator biphase 4 étant déca- lés d'un angle de 900, on obtient un couple linéaire par la coopération de l'aimant de rotor 3 et les enroulements de stator biphase 4, ce qui entraîne en rotation l'axe 1. A la figure 3, chacune des références numériques et 5 ' désigne un élément de détection de position par exemple un élément à effet Hall permettant de détecter la position angulaire de l'aimant de rotor 3. En fait dans le moteur connu, les branchements des enroulements de stator entre eux et aux autres éléments du circuit se font généralement comme suit. Selon la figure 4, chacune des extrémités ini- tiale et finale des quatre enroulements à multicouches C 1 C 4 est constituée par des câbles de sortie 6 et 7 qui assurent les branchements des enroulements de stator l'un à l'autre et àuncircuit d'entraînement etc Lorsque chacun des enroulements à multicouches C 1 C 4 est for- mé d'enroulements successifs du conducteur partant de l'intérieur comme cela est habituel (figure 4), le conduc- teur 6 de l'extrémité initiale doit sortir de l'intérieur et coupe ainsi le plan 8 dans lequel est contenu l'enrou- lement, en regard de l'aimant de rotor 3 comme représenté à la figure 5 De plus pour faire tourner efficacement le moteur, il faut que l'intervalle g entre l'aimant de rotor 3 et le plan 8 correspondant à une face de chacun des en- roulements C C 4 soit aussi réduit que possible et soit uniforme Or comme le conducteur 6 du début de l'en- roulement coupe le plan 8 comme cela est représenté aux figures 4 et 5 et de façon particulièrement claire à la figure 5, en prévision de l'épaisseur du conducteur for- mant l'enroulement et de l'éventuelle courbure de ce conducteur 6 comme cela est indiqué en pointillés à la figure 5, il est nécessaire d'augmenter l'intervalle g entre l'aimant de rotor 3 et le plan d'extrémité 8 de l'enroulement d'une distance correspondante, ce qui ré- duit considérablement le rendement du moteur En outre, comme le conducteur 6 du début de l'enroulement coupe le plan d'extrémité 8, on utilise une colle pour fixer le conducteur 6 au plan 8 pour éviter que le conducteur 6 ne se déplace et ne touche le c 8 té de l'aimant 3 du rotor sous l'effet de la force centrifuge lorsque le moteur tourne Or comme on utilise ainsi de la colle, il faut augmenter encore plus l'intervalle g entre le rotor 3 du moteur et le plan d'extrémité 8. Pour cela, on a proposé le procédé connu repré- senté à la figure 6 consistant à réaliser chacun des en- roulements à multicouches sur une plaquette de circuit imprimé Le câble 6 du début de l'enroulement ne coupe pas le plan 8 mais ce cible est soudé à un conducteur 9 imprimé sur la plaquette de circuit imprimé dans la zone 10 qui est la partie intérieure de la spire la plus interne de chaque enroulement à multicouches Toutefois, la zone 10 ci-dessus pour chaque enroulement n'étant pas grande, la partie correspondante de l'enroulement peut être chauffée lors de la réalisation de la soudure, ce qui risque de l'endommager Le rendement de l'opération est ainsi très faible. La présente invention a pour but de créer un en- roulement à multicouches permettant de remédier aux in- convénients des enroulements à multicouches connus, ainsi qu'un procédé de fabrication d 4 un tel enroulement. L'invention a également pour but de créer un enroulement à multicouches qui, lorsqu'il est utilisé comme enroulement de stator dans un moteur électrique, 13452 permet de réduire au minimum l'intervalle séparant l'ai- mant de rotor et le plan d'extrémité de l'enroulement, tout en facilitant le branchement des conducteurs corres- pondant à l'extrémité initiale et à l'extrémité finale de l'enroulement sur les autres parties, en permettant à ces extrémités conductrices de sortir de la partie de couche périphérique la plus extérieure de l'enroulement à multicouches. A cet effet, l'invention concerne un enroulement à multicouches comportant un conducteur enroulé sous la forme d'un enroulement aligné pour constituer un enrou- lement à multicouches, les parties du conducteur corres- pondant à l'extrémité initiale et à l'extrémité finale sortant de la couche périphérique la plus externe de cet enroulement. Suivant une autre caractéristique, l'invention concerne également un procédé de fabrication d'un enrou- lement à couches multiples consistant à enrouler un con- ducteur sous la forme d'un enroulement aligné, à réali- ser un intervalle d'un c 8 té du plan d'extrémité de l'en- roulement là o existe l'extrémité initiale de l'enrou- lement du conducteur dans la bobine alignée, à enrouler de nouveau le conducteur à partir de l'extrémité initiale du conducteur dans cette partie correspondant à l'inter- valle et à faire sortir les extrémités initiale et finale du conducteur simultanément par la couche périphérique la plus externe de la partie d'enroulement alignée. La présente invention sera décrite plus en dé- tail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: les figures 1 à 3 sont des schémas d'un moteur à courant continu sans balai, plat selon l'art antérieur, comportant des enroulements à multicouches selon l'in- vention. les figures 4 à 6 sont des schémas servant à expliquer les inconvénients propres à un enroulement à 251345-2 multicouches, connu. lesfigures 7 A-7 C sont des schémas servant à expliquer un exemple d'enroulement à multicouches et son procédé de fabrication selon l'invention. la figure 8 est un schéma d'un exemple d'appa- reil de bobinage d'un enroulement à multicouches selon l'invention. les figures 9 A et 9 B sont des schémas servant à expliquer d'autres modes de réalisation de procédésde fabrication de l'invention. les figures 10 à 13 sont des schémas montrant respectivement d'autres modes de réalisation d'un enrou- lement à multicouches selon l'invention. DESCRIPTION DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION PREFEREN- TIELS: Les figures 7 A 7 C sont des schémas servant à expliquer un procédé de fabrication d'un enroulement à multicouches selon l'invention. Selon les figures 7 A 7 C, la référence il désigne un mandrin ou une bobine de machine à bobiner; la référence 12 désigne un flasque annulaire qui coulisse dans la direction axiale de la bobine 11 Une fente 12 a est réalisée comme encoche dans la direction radiale du flas- que 12 pour permettre l'introduction de l'extrémité initiale 13 a du conducteur 13 formant l'enroulement à multicouches, dans l'intervalle entre la bobine 11 et le flasque 12; cette extrémité sort comme extrémité de bobinage 14 (figure 7 A) Le conducteur 13 est disposé de façon que son enroulement commence au niveau de la par- tie périphérique intérieure de la bobine 11; dans ces conditions, le conducteur 13 est bobiné suivant un en- roulement aligné; les diverses spires successives des enroulements se font dans la direction des flèches re- présentées à la figure 7 A donnant les différentes cou- ches de l'enroulement; l'extrémité finale 14 du conduc- teur 13 sort de la périphérie la plus externe de l'enrou- lement. Une fois l'enroulement aligné à multicouches réalisé selon cette première phase opératoire, on enlève le flasque 12 suivant la direction axiale de la bobine 11. La distance selon laquelle on déplace le flasque 12 est choisie essentiellement égale par exemple au diamètre d du conducteur 13 (figure 7 B) Puis, comme représenté à cette figure 7 B, du c 6 té du plan d'extrémité de l'enroule- ment prévu pour la sortie de l'extrémité initiale 13 a du conducteur 13, à travers l'encoche 12 a du flasque 12, on forme un intervalle 15 L'extrémité initiale 13 a du con- ducteur 13 est introduite à travers la fente 12 a du flas- que 12 dans cet intervalle 15 pour y être enroulée en multicouches L'extrémité initiale 13 a du conducteur 13 est ainsi enroulée dans l'intervalle 15, de sorte que cet intervalle 15 est rempli par le conducteur 13 et le con- ducteur 16 de cette extrémité initiale 13 a peut ainsi sortir de la couche périphérique la plus externe de l'en- roulement comme le montre la figure 7 C. Comme indiqué ci-dessus, selon la figure 7 C, on a un enroulement à multicouches dont le conducteur 13 est bobiné de façon alignée; les conducteurs correspondant aux extrémités initiale et finale sortent de la couche périphérique la plus externe de l'enroulement. Selon le procédé décrit ci-dessus, il est facile de comprendre que comme l'extrémité initiale de l'enrou- lement ne coupe jamais le plan d'extrémité de l'enroule- ment, cela permet de réduire au minimum la largeur de l'intervalle entre l'aimant 3 de rotor et le plan d'ex- trémité 8 de l'enroulement; de plus, les connexions en- tre l'enroulement à multicouches et les autres parties du circuit peuvent se faire facilement. Comme l'enroulement à multicouches selon le mode de réalisation représenté aux figures 7 A 7 C décrites ci-dessus, ne comporte pas de bobine c'est-à-dire est un enroulement sans support, en pratique l'intervalle entre les spires respectives est chargé de colle ou analogue de façon à maintenir l'ensemble de l'enroulement à multi- couches. La figure 8 est un schéma servant à expliquer le procédé de fonctionnement d'un appareil de bobinage avec une telle phase de collage. Selon la figure 8, la référence 21 désigne une bobine contenant le conducteur 13 Ce conducteur 13 est fourni par cette bobine 21 par l'intermédiaire d'un régu- lateur de tension 22 à un dispositif de coupe 23 pour enlever le revêtement isolant du conducteur isolé 13 pour donner un conducteur nu 13 ' Le conducteur nu 13 ' traverse un feutre 25 qui l'imprègne d'un agent de collage 24 en phase liquide; puis, le conducteur passe entre un galet d'alimentation 26 et un galet de contact 27, ce dernier touchant le galet 26; le conducteur est enroulé sur la bobine ou le mandrin 11 de la machine Dans cette machine de bobinage, selon le procédé ci-dessus, on réalise un enroulement à multicouches dont les conducteurs 14 et 16 correspondant à l'extrémité initiale et à l'extrémité finale sortent la couche périphérique la plus externe de l'enroulement. A la figure 8, la référence 28 désigne un généra- teur d'air chaud qui souffle de l'air chaud sur le con- ducteur pour sécher l'agent de collage qui le garnit; la référence 29 désigne un dispositif de coupe du con- ducteur La référence 30 désigne un récipient contenant l'agent de collage en phase liquide 24. Alors que le mode de réalisation représenté à la figure 8 concerne le cas d'un câble muni d'un rev 9 te- ment non soluble, il est prévu que lorsque le conducteur est revêtu d'un revêtement soluble, le récipient 30 con- tient un dissolvant tel que de l'alcool ou analogue à la Place de fagent adhésif en phase liquide 24. Les figures 9 A et 9 B montrent d'autres modes de réalisation du procédé de fabrication de l'enroulement à couches multiples selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, le flasque 12 muni de la fente 12 a de la machine d'enroulement n'est pas déplacé; contrairement à cela comme représenté à la fi- gure 9 A, un organed'écartement 31 dont l'épaisseur est essentiellement égale au diamètre d du conducteur 13 est mis en place au préalable sur le c 8 té du flasque 12 Puis après avoir enroulé successivement le conducteur 13 en partant de la périphérie intérieure du mandrin 11 suivant un enroulement aligné; puis, le conducteur 14 corres- pondant à l'extrémité finale de l'enroulement est sorti de la couche périphérique la plus externe; l'organe d'écartement 31 est enlevé de façon à former un inter- valle 32 analogue à l'intervalle 15 ci-dessus (figure 9 B). Dans ce mode de réalisation, on obtient un enrou- lement à multicouches, sans bobine et sans flasque, comme dans le mode de réalisation précédent. Bien que les différents modes de réalisation de l'invention décrits cidessus concernent des enroulements à multicouches sans flasque et sans bobine, il est clair que l'invention permet également de réaliser un enroule- ment à multicouches avec ou sans flasque, sur une bobine. La figure 10 montre un mode de réalisation d'un enroulement à multicouches avec des flasques et une bo- bine selon l'invention; dans cette figure, la référence 33 désigne la partie de bobine portant des flasques, ensemble étant moulé en une seule pièce Cet enroulement selon la figure 10 peut se réaliser en formant l'inter- valle 32 à l'aide d'un organe d'écartement 31 comme dans le procédé représenté à la figure 9 A. De même, la figure 11 montre un mode de réalisa- tion d'un enroulement à multicouches sur une bobine sans flasques; dans cette figure, la référence 34 désigne la bobine Cet enroulement à multicouches selon la figure ll peut se réaliser selon soit le procédé consistant à dé- placer le flasque 12 sur la machine de bobinage, soit le procédé selon lequel l'intervalle 32 se forme à l'aide d'un organe d'écartement 31, le conducteur de l'extrémité initiale étant enroulé de façon que le conducteur 16 de l'extrémité initiale sorte de la partie périphérique la plus externe de l'enroulement. Les figures 12 et 13 correspondent aux cas d'un enroulement à multicouches avec une bobine sans flasques; la bobine 35 comporte en son milieu une partie 36 en sail- lie ou bourrelet annulaire ou encore une cavité ou gorge 37 pour éviter que l'enroulement ne puisse glisser de la bobine. Comme décrit ci-dessus, selon l'invention, comme les parties de conducteur correspondant aux extré- mités initiale et finale de l'enroulement à multicouches peuvent sortir de la partie périphérique la plus externe de cet enroulement, on a les différents avantages décrits précédemment: le conducteur correspondant à l'extrémité initiale ne coupe jamais le plan d'extrémité de l'enrou- lement; comme l'extrémité initiale de l'enroulement sort de la couche périphérique la plus externe de l'enroule- ment, le branchement sur les autres parties des circuits par soudage peut se faire beaucoup plus facilement, ce qui améliore le rendement de la fabrication. Il est clair que l'enroulement à multicouches selon l'invention peut s'utiliser non seulement comme enroulement de stator d'un moteur à courant continu tel que celui décrit ci-dessus, mais également pour de mul- tiples autres usages. R E V E N D I C A T I O N S ) Enroulement à multicouches dont l'enroulement est formé par un conducteur enroulé de façon alignée, en- roulement caractérisé en ce que les parties de conducteur 13,14,16 correspondant à l'extrémité initiale et à l'extrémité fi- nale du conducteur sortent de la couche périphérique la plus externe de l'enroulement aligné 13. ) Enroulement à multicouches selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'enroulement ne comporte pas de bobine 13. ) Enroulement à multicouches selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'enroulement est porté par une bobine,33, 34. ) Enroulement à multicouches selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que la bobine comporte un flas- que 33. ) Enroulement à multicouches selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que la bobine ( 35) comporte une partie en saillie ( 36) à sa périphérie extérieure au niveau de son milieu. ) Enroulement à multicouches selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que la bobine ( 35) comporte une cavité ( 37) dans sa partie centrale. ) Enroulement à multicouches selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que le conducteur est un con- ducteur à gaine soluble. 8 ) Procédé de fabrication d'un enroulement à multicouches consistant à enrouler un conducteur pour former un enroulement aligné, procédé caractérisé en ce qu'on réalise un intervalle du c 8 té du plan d'extrémité de l'enroulement là o se trouve l'extrémité initiale du conducteur formant l'enroulement aligné, on enroule de nouveau l'extrémité initiale du conducteur dans cet in- tervalle et on fait sortir les parties de conducteur correspondant à l'extrémité initiale et à l'extrémité 1 l finale par la couche périphérique la plus externe de l'en- roulement aligné. ) Procédé selon la revendication 9, caractéri- sé en ce que l'enroulement aligné est fait de façon que le conducteur soit enroulé sur une bobine dans un espace défini entre la bobine et une bride, et la seconde phase d'enroulement se fait dans un espace défini entre la face de la couche périphérique la plus externe et le flasque qui a été déplacé par rapport à cette face. 100) Procédé selon la revendication 9, caractéri- sé en ce que la longueur du déplacement du flasque est choisie essentiellement égale au diamètre du conducteur. ) Procédé selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que la première phase d'enroulement est effectuée de façon que le conducteur soit enroulé sur la bobine dans un espace défini entre la bobine et un organe d'écar- tement placé sur un flasque et la seconde phase d'enrou- lement se fait dans un espace obtenu en enlevant l'organe d'écartement après la première phase dsenroulement. 120) Procédé selon la revendication 11, caractéri- sé en ce que l'épaisseur de l'organe d'écartement est choisie essentiellement égale au diamètre du conducteur.