Brevet FR2518328A1 — publié le 19830617

"Induit à plusieurs niveaux d'enroulement pour moteur à entrefer simple". L'invention a pour objet un induit pour moteur à entrefer simple, comportant plusieurs encoches longitudi- nales régulièrement réparties, un collecteur monté sur l'induit avec des lames distinctes également espacées, le nombre des lames étant deux fois plus grand que le nombre des encoches de l'induit, plusieurs bobines étant enroulées sur l'induit. Dans les machines dynam>-électriques du type entrefer simple utilisant des aimants à base de terres rares telles que celles décrites par exemple dans le brevet des E UOA N 03891876 sous le titre "Moteur électrique à aimant permanent comportant un induit plein non ferreux", et dans le brevet des E UA N'4063123 sous le titre "Perfectionnement aux enroulements dé rotors" déli- vrés le 24 Juin 1975 et le 13 Décembre 1977 respectivement à John A HERR et Wolfang JAFFE, on a utilisé plusieurs bobines de fils disposées dans des encoches de l'induit pour obtenir un bon rem- plissage des encoches tout en conservant un rotor de faible dia- mètre En raison de la plus grande vitesse des bobines dans les couches extérieures des encoches de l'induit et donc de la force contreélectromotrice (F C E M) plus élevée induite dans ces bobines par comparaison à celle des bobines des couches inté- rieures, il a été prévu des nombres de spires différents dans les couches intérieures et les couches extérieures des enroulements utilisés antérieurement On cherche ainsi à compenser la force contre-électromotrice et à éviter de soumettre l'induit à un cou- ple de réaction pendant le fonctionnement du moteur. On a pu ainsi réaliser l'équilibre élec- trique, mais cette disposition complique la conception du moteur et rend le bobinage automatique de l'induit plus difficile et plus long. L'invention a principalement pour but de simplifier la conception des moteurs à entrefer simplede faible diamètre, comportant des bobines à couches de niveaux différents dans des encoches de l'induit, ainsi que de faciliter le bobinage -2 2518328 automatique de l'induit. L' invention a également pour-but de créer un moteur à entrefer simple comportant un enroulement d'induit perfectionné équilibré au point de vue électrique n'exigeant pas l'utilisation de nombres de spires différents dans les bobines à des niveaux différents dans les encoches de-1 l'induit pour éviter la production d'une force contre-électromotrice résultante indui- te affectant le couple de l'induit. A cet effet, l'invention concerne un induit de moteur à entrefer simple réalisé avec plusieurs enco- ches longitudinales réparties symétriquement et un collecteur avec des lames régulièrement espacées, ce collecteur comportant deux fois plus de lames distinctes régulièrement espacées qu'il y a d'encoches d'induit Plusieurs bobines sont enroulées sur l'in- duit, quelques unes d'entre elles sont disposées dans les encoches' de l'induit à un premier niveau, tandis que d'autres sont disposées dans les encoches à un autre niveau Les bobines de chaque niveau' ont le même nombre de spires que les bobines de chaque autre ni- veau et les spires sont réparties sur l'induit pour obtenir le même nombre de- fils de bobine en chacun des différents niveaux dans les encoches Les bobines sont branchées en série par l'in- termédiaire des lames du collecteur, les bobines de niveaux dif- férents étant alternées dans les connexions enthre les lames pour équilibrer la force contre-électromotrice induitedans les con- nexions en série, en évitant ainsi un couple-de réaction sur l'in- duit pendant le fonctionnement du moteur. L'invention sera mieux comprise en re gard de la description ci-après et des dessins annexés représen- tant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans les- quels -La fig 1 est une vue de bout schéma- tique d'un moteur à entrefer simple conforme à l'invention, cette vue montrant les bobines de l'induit et les la-mes du collecteur; la fig 2 et la fig 3 sont des vues schématiques montrant le modèle d'enroulement respectivement pouar -3- les bobines du niveau supérieur et les bobines du niveau inférieur disposées dans les encoches de l'induit du moteur de la fig 1, La fig 4 est un schéma de circuit montrant le mode de branchement des lames du collecteur du moteur. Sur les dessinsla référence A désigne l'induit d'un moteur à entrefer simple conforme à l'invention. L'induit qui est constitué en une matière non magnétique, fonction- ne entre deux aimants permanents M 1 et M 2 à base de terres rares. Comme représenté, l'induit est muni de cinq encoches 1, 2,3,4 et 5 destinées à recevoir des bobines On peut cependant prévoir un nombre d'encoches plus grand ou moins grand En tous cas les enco- ches sont également espacées sur le pourtour de l'induit, comme cela est représenté à titre d'exemple L'induit comnporte un col- lecteur C qui est muni d'un nombre de lames distinctes régulière- ment espacées, deux fois plus grand que le nombre des encoches. Sur les dessinsles lames du collecteur sont désignées par 11, lla, 12, 12 a, 13, 13 a, 14, 14 a, 15 et 15 a. Des bobines 21,22,23,24,25,26,27,28,29 et 30, s'étendent à travers les différentes fentes de l'induit Les extrémités opposées de chaque bobine sont-reliées à des lames ad- jacentes du collecteur La moitié de ces bobines à savoir les bo- bines 21,23,25, 27 et 29 s'étendent à un niveau intérieur dans les encoches de l'induit Les autres bobines 22,24,26,28 et 30 s'éten- dent à un niveau extérieur dans ces encoches de l'induit Les bo- bines du niveau intérieur et les bobines du niveau extérieur sont enroulées avec le même nombre de spires, les spires de chaque bobi- ne étant réparties sur l'induit comme indiqué sur les dessins. Le modèle d'enroulement des bobines 21 à 30 est visible de la façon la plus claire sur la fig 2 et la fig 3 o l'on a représenté une série de spires caractéristiques respectivement pour chacune des bobines du niveau intérieur et du niveau extérieur Comme représenté sur la fig 2, la bobine 21 du niveau intérieur est reliée à une extrémité à une lame de collec- teur 11 et s'étend à partir de là dans un sens (+) dans l'encoche 1 de l'induit, puis en sens inverse (-) dans l'encoche 3 pour -4 _ 2518328 achever une spire La bobine passe ensuite dans l'encoche 1, à nouveau dans le sens (+) et dans l'encoche 4-dans le sens (-) pour terminer une seconde spire Les spires décrites sont enrou- lées au niveau intérieur des encoches mentionnées et l'extrémité libre de la bobine est reliée à la lame lia du collecteur. En se référant à-la fig 3, on peut voir que la bobine 22 du niveau extérieur est reliée à une extrémité à la lame de collecteur lia et s'étend à partir de là dans le sens (+) dans l'encoche 1, puis dans le sens (-) dans l'encoche 3 pour achever une première spire La bobine passe ensuite dans l'encoche 1 à nouveau dans le sens (+) et dans l'encoche 4 dans le sens {-) pour terminer une seconde spire Les spires décrites sont enrou- lées au niveau extérieur des encoches mentionnées et l'extrémité libre de la bobine est reliée-à la lame 12 du collecteur. La bobine 23 du niveau intérieur et la bobine 24 du niveau extérieur sont enroulées sur l'induit de fa- çon correspondant respectivement aux bobines 21 et 22, mais dans les encoches 2 (deux fois) 4 et 5, comme indiqué ependant, la bobine 23 est reliée à ses extrémités opposées-aux lames 12 et 12 a du collecteur, tandis que la bobine 24 est reliée à ses extré- mités opposées aux lames 12 a et 13 du collecteur. Les bobines restantes sont disposées autour de L'induit et dirigées dans les diverses encoches le cet induit d'une façon similaire à ce qui a été décrit pour les bobi- nes 21,23,23 et 24 pour constituer avec ces bobines un arrangement de bobines régulier dans, la direction radiale et dans la -direction du pourtour de l'induit Les bobines du niveau intérieur et du niveau extérieur sont toutes branchées en série suivant une sé- quence alternée par l'intermédiaire des lames du collecteur (voir figure 4). En ce qui concerne la façon suivant la- quelle les bobines sont enroulées sur l'induit en procédant à la suite, d'une lame du collecteur à la suivante, comme décrit pré- cédemment, il est clair qu'on a le même nombre de fils disposes à chaque niveau dans chaque encoche -Au niveau inférieur de l'en- -.5 2518328 che 1, la bobine 21 comprend la moitié des fils du niveau inté- rieur (fils dans le sens +), les bobines 25 et 27 comprenant l'au- tre moitié des fils du niveau intérieur (fils dans le sens -) Au niveau extérieur de l'encoche 1, la bobine 22 comprend la moitié des fils du niveau extérieur (fils dans le sens +), les bobines 26 et 28 comprenant l'autre moitié des fils du niveau extérieur (fils dans le sens -) Chacune des autres encoches contient des fils dans le sens + et des fils dans le sens -, dans un arrange- ment similaire à celui de l'encoche 1. En raison de la plus grande vitesse des fils du niveau extérieur par rapport aux fils du niveau intérieur la force contre-électromotrice induite dans les bobines du ni- veau extérieure est plus grande que la force contre-électromotrice induite dans les bobines du niveau intérieur, ayant le même nombre de spires Cependant les bobines ne produisent pas une force contre- électromotrice résultante affectant le couple agissant sur l'induit pendant le fonctionnement du moteur Comme décrit pré- cédemment, les bobines sont branchées en série, de manière-que les bobines intérieures et les bobines extérieures soient alternées dans le branchement Il résulte d'une telle disposition symétri- que des bobines et de la disposition symétrique dans l'espace des fils des bobines extérieures et des fils des bobines inté- rieures sur l'ensemble de l Vinduit,qu'on évite l'induction d'une force contre-électromotrice résultante La force contre-électromo- trice induite dans l'une quelconque des bobines extérieures à un instant particulier quelconque pendant le fonctionnement du moteur, est compensée dans le branchement en série des bobines par une force contreélectromotrice égale et opposée induite dans les autres bobines extérieures De même,la force électromotrice in- duite dans l'une quelconque des bobines intérieures est compensée dans le branchement en série par une force électromotrice égale et opposée induite dans les autres bobines intérieures. 6 - REVENDIC Ar IONS 1 ) Induit (A) pour moteur à entrefer simple comportant plusieurs encoches longitudinales ( 1,2,3,4,5) régulièrement réparties, un collecteur (C) monté sur l'induit avec des lames distinctes également espacées ( 11,11 a, 12,12 a, 13, 13 a, 14, 14 a, 15,15 a), le nombre des lames étant deux fois plus grand que le nombre des encoches de l'induit, plusieurs bobines ( 21,22,23,24,25,26,27,28,29,30) étant enroulées sur l'induit, caractérisé en ce que certaines bobines ( 21,23,25,27,29) sont disposées dans les encoches ( 1,2,3,4,5) de l'induit à un premier niveau, tandis que d'autres bobines ( 22,24,26,28,30) sont dispo- sées dans les encoches à un autre niveau, les bobines de l'un des niveaux ayant le même nombre de spires que les bobines de l'autre niveau et les spires étant réparties sur l'induit pour obtenir le même nombre de fils de bobine en chacun des différents niveaux dans les encoches, les bobines étant branchées en série par l'in- termédiaire des lames du collecteur, les bobines de niveaux dif- férents étant alternées dans les connexions entre les lames pour équilibrer la force contre-électromotrice induite dans les con- nexions en série, en évitant ainsi un couple de réaction sur l Vin- duit pendant le fonctionnement du moteur. 2 ) Induit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seules bobines enroulées sur-l'induit sent les bobines ( 21,23,25,27,29), s'étendant dans les encocnes ( 1,2,3,4,5) au premier niveau, et les bobines ( 22,24,26,28,30) s'étendant dans les encoches ( 1,2,3,4,5} au second niveau. 3 ) Induit selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque encoche ( 1,2,3,4,5) de l'induit contient des fils appartenant à au moins six bobines. 4 ) Induit selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque encoche de l'induit contient des fils de bobine du premier niveau appartenant à trois bobines dont l'une comporte la moitié des fils du premier niveau, chaque encoche contenant des fils de bobine du second niveau appartenant à trois bobines dont'l'une comporte la moitié des fils du second niveau. 7 ) Induit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs bobines ( 21,22,23,24, ,26,27,28,29,30), dont le nombre est égal au nombre des lames ( 11,11 a,12,12 a,13,13 a,14,14 a, 15,15 a) du collecteur la moitié des S bobines ( 21,23,25,27,29) étant enroulée sur l'induit pour s'éten- dre à des niveaux intérieurs des encoches, et l'autre moitié des bobines ( 22,24,26,28,30) étant enroulée pour s'étendre à des niveaux extérieurs des encoches. 6 ) Induit selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque bobine du niveau intérieur ( 21,23,25, 27,29) s'étendant dans des encoches de l'induitest accompagnée dans ces encoches par une bobine du niveau extérieur ( 22,24,26 t 28,30) enroulée de façon similaire. ) Induit selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque bobine du niveau intérieur et chaque' bobine du niveau extérieur s'étendent dans plus de deux encoches. 8 ) Induit selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque bobine du niveau intérieur et cha- que bobine du niveau extérieur s'étendent dans quatre fentes et passent deux fois dans la même encoche.