Brevet FR2645685A1 — publié le 19901012

La présente invention concerne les enroulements des pôles de stators pour des moteurs à réluctance commutée. Plus particulièrement, elle est relative à des enroulements bobinés sur gabarit pour un moteur à réluctance commutée, chaque roulement comprenant plusieurs étages qu'on assemble les uns à la suite des autres. Les moteurs à réluctance commutée constituent des machines doublement saillantes; c'est-à-dire qu'elles com- portent des pôles multiples tant sur le stator que sur le rotor. En outre, le stator comprend des enroulements, mais il n'y a aucun enroulement ni aimant sur le rotor. Dans un moteur à réluctance commutée, chaque phase comprend au moins une paire de pôles de stator diamétralement opposés, un enroulement étant bobiné sur chaque pôle. Les enroulements des pôles du stator comprenant chaque enroulement de phase sont connectés en série ou en parallèle de sorte que, lorsqu'un enroulement de phase est excité, les flux magnéti- ques produits dans la ou les paires correspondantes des pôles du stator se combinent en s'additionnant. Lors de l'excita- tion d'une phase d'un moteur en fournissant du courant aux enroulements correspondants des pôles du stator, il se produit une force magnétique d'attraction entre la ou les paires de pôles excités et les pôles les plus proches du rotor, ce qui provoque la rotation de ce dernier. Le courant -2- est coupé dans l'enroulement excité de la phase avant que les pales du rotor passent par rotation au droit de la position d'alignement; dans le cas contraire, la force d'attraction magnétique produirait un couple négatif ou couple de frei- nage. La poursuite de la rotation du rotor est obtenue par fermeture et ouverture séquentielles des phases contiguës du moteur. Pour exciter les phases du moteur, des impulsions de courant unidirectionnelles synchronisées avec le mouvement du rotor sont appliquées aux enroulements de phase du moteur par un onduleur. On représente des onduleurs pour moteurs à reluctance commutée, à titre d'exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 684 867. En général, pendant la fabrication d'un moteur à réductance commutée, les enroulements sont bobinés en sous- ensembles et appliqués ensuite aux pôles du stator. Ce procédé classique d'assemblage du stator a pour inconvénient de laisser forcément une place inutilisée dans chaque zone séparant les pales. Plus précisément, pour qu'une bobine qu'on monte sur un pôle de stator puisse être contiguë aux enroulements déjà montés, il faut que sa largeur soit limitée. Il en résulte que, pour un moteur à réluctance commutée particulier, le flux maximum pouvant être obtenu, et par conséquent le couple et la tension de sortie, sont limités. Par conséquent, la présente invention a pour objet des enroulements de pales de stator pour un moteur à réluctance commutée qui utilisent une plus grande partie de l'espace interpole que les enroulements classiques, d'o la production d'un plus grand flux par unité de courant et, par conséquent, d'un couple et d'une tension de sortie proportionnellement plus élevés. La présente invention a pour autre objet des enroule- ments de pôles de stator pour un moteur à réluctance commutée se traduisant par des pertes plus faibles dans les conduc- teurs par unité de puissance appliquée que dans le cas des -3- enroulements classiques. La présente invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'enroulements pour moteur à réluctance commutée, chaque enroulement utilisant une partie plus grande de l'espace interpole que les enroulements classiques, d'o l'obtention d'un moteur à rendement plus élevé. On atteint les objets précédents ainsi que d'autres objets dans un enroulement à étages multiples, bobiné sur gabarit, pour un moteur à réluctance commutée. En particu- lier, dans un enroulement à deux étages bobiné sur gabarit, le premier étage comprend un enroulement intérieur qui présente une section transversale de forme rectangulaire et se monte directement, c'est-à-dire étroitement, autour d'un pale du stator du moteur. Le second étage comprend un enroulement extérieur qui présente également une section transversale rectangulaire et se monte directement autour du premier enroulement. Les enroulements intérieur et extérieur sont bobinés sur gabarit, c'est-à-dire qu'ils sont bobinés séparément à titre de sousensemble avant d'être appliqués aux pales du stator. Pendant l'assemblage du stator du moteur à réluctance commutée, chaque bobine extérieure est montée au tour du pôle respectif du stator. Après assemblage de toutes les bobines extérieures sur le stator, on insère alors chaque bobine intérieure dans la bobine extérieure correspondante. Les bobines intérieure et extérieure placées sur chaque pale du stator sont connectées en série de manière à conserver le même sens général d'enroulement. Enfin, les enroulements des bobines des pôles du stator comprenant chaque enroulement de phase sont connectés en série ou en parallèle. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue en coupe d'un moteur classique à réluctance commutée. figure 2, une vue en coupe d'un moteur à réluctance - 4 - commutée représentant le sens du courant dans un enroulement de phase, donné à titre d'exemple, et indiquant en outre le sens du flux magnétique ainsi obtenu, et figure 3, une vue en coupe d'un moteur à réluctance commutée comprenant des enroulements des pôles du stator selon la présente invention. En figure 1, on a représenté une vue en coupe d'un moteur à réluctance commutée (MRC) 10 comportant des enroule- ments classiques pour les pales du stator. A titre d'exemple, le moteur 10 est une machine triphasée, chaque phase comportant une paire de 'pales de stator diamétralement opposés. Cependant, on remarquera que les principes de la présente invention s'applique à des moteurs MRC comportant un nombre quelconque de phases et, par conséquent, un nombre quelconque de pales de stator. Comme représenté, le moteur 10 comporte un rotor 14 pouvant tourner dans l'une ou l'autre direction dans un stator fixe 15. Le rotor 14 comporte deux paires de pôles diamétralement opposés 16a-16b et 18a-18b. Le stator 15 comprend trois paires de pôles diamétralement opposés 20a- b, 22a-22b, et 24a-24b. Des enroulements classiques 26a, 26b, 28a, 28b, 30a, 30b des bobines des pales du stator, respectivement, sont enroulés sur les pales du stator 20a, b, 22a, 22b, 24a, et 24b, respectivement. Les enroulements placés sur chaque paire de paires de pôles opposés sont connectés en série ou en parallèle pour former un enroulement de phase. Comme représenté en figure 2, le courant I dans chaque phase produit une liaison par flux magnétique en engendrant un flux dans les directions indiquées par les flèches 32 et 34. Par exemple, comme représenté, les enroulements 26a et 26b sont reliés en série de sorte qu'un courant I circule dans la direction indiquée. Comme on l'a expliqué précédemment, lors de la fabrication d'un moteur MRC typique, les enroulements des pôles du stator sont bobinés en sousensembles, qu'on désigne -- 5 -- ci-après par enroulements bobinés sur gabarit, et sont ensuite appliqués aux pôles respectifs. Le nombre de tours et le type de conducteur utilisés pour réaliser les enroulements dans le cas d'un moteur MRC particulier sont fonction de l'application qu'on envisage pour le moteur. Pour des enroulements constitués d'un nombre relativement faible de tours d'un conducteur de gros diamètre, chaque enroulement a une forme prédéterminée qui correspond aux dimensions des pales respectifs du stator, la rigidité du conducteur permettant de maintenir la forme de la bobine après l'enrou- lement des conducteurs sur gabarit. Les conducteurs constitu- ant la bobine enroulée sur gabarit sont étroitement tassés. En variante, en fonction du moteur MRC et de l'application qu'on envisage, on peut enrouler une bobine sur gabarit à partir d'un grand nombre de tours d'un conducteur de faible diamètre, dans la mesure o les spires sont enroulées autour d'un corps non métallique de manière à conserver la forme de la bobine. Pour appliquer aux pales du stator les enroulements bobinés sur gabarit, comme on l'a décrit précédemment, il y a une largeur maximum L1 pour la bobine qui permet un jeu suffisant pour le montage des enroulements adjacents.- Ainsi, une partie importante de chaque espace 36 séparant les pales n'est pas occupée par les enroulements, comme cela est représenté en figure 1. Cette limitation de l'espace utilisa- ble entre les pales restreint, à son tour, le flux maximum pouvant être obtenu et, donc, le couple et la tension de sortie. la figure 3 représente un moteur MRC 38 employant les enroulements à deux étages pour les pales du stator selon la présente invention. Chaque enroulement de pale comporte un enroulement extérieur 40a, 40b 42a, 42b, 44a et 44b, respectivement, et un enroulement intérieur 50a, 50b et 52a, 52a, 54a et 54b, respectivement. L'enroulement extérieur et l'enroulement intérieur constituant chaque enroulement po- -6- laire sont bobinés séparément sur gabarit. Pour procéder à une utilisation maximum de chaque espace interpole 36, les enroulements intérieur et extérieur ont de préférence une section transversale sensiblement rectangulaire, comme cela est représenté. En outre, pour des moteurs MRC de puissance équivalente, la largeur L1 de l'enroulement intérieur de la présente invention est de préférence égale à celle de l'enroulement classique représenté en figure 1. De plus, comme l'enroulement classique, on dimensionne la bobine intérieure pour qu'elle se monte directement, c'est-à-dire étroitement, autour du pôle correspondant du stator. Avec les dimensions de l'enroulement intérieur décrites ci-dessus, la hauteur H2 de l'enroulement extérieur doit être inférieureà la hauteur H1 de l'enroulement intérieur, comme cela est représenté en figure 3. L'enroulement intérieur est dimen- sionné de manière à se monter directement autour de l'enrou- lement extérieur correspondant, et la largeur L2 de l'enrou- lement extérieur est limitée par le jeu nécessaire au montage, qu'on décrira ci-après en détail. Selon la présente invention, lors du montage du stator MRC, on applique les enroulements extérieurs 40a, 40b, 42a, 42b, 44a et 44b aux pôles du stator 20a, 20b, 22a, 22b, 24a et 24b, respectivement, avant l'application de tout enroule- ment intérieur. Chaque enroulement extérieur étant en place autour du pôle correspondant, on insère chaque enroulement intérieur 50a, 50b, 52a, 52b, 54a et 54b dans un enroulement extérieur 40a, 40b, 42a, 42b, 44a et 44b, respectivement, tout en le montant directement autour du pôle correspondant. On connecte alors chaque roulement extérieur en série avec l'enroulement intérieur respectif de manière à conserver le même sens général du bobinage. Enfin, on connecte en série ou en parallèle, le cas échéant, les enroulements diamétralement opposés, de façon que les diagrammes du flux magnétique ainsi obtenus soient semblables à ceux du moteur MRC classique, comme illustré en figure 2. -7- En utilisant les enroulements à deux étages de la présente invention, on augmente sensiblement le flux magné- tique produit. Par conséquent, il y a une augmentation proportionnelle du couple et de la tension de sortie par unité de courant, d'o un moteur MRC plus efficace. De plus, en employant des enroulements à deux étages selon la présente invention, dans le but d'utiliser une partie sensiblement plus grande de l'espace entre pôles, les pertes dans les conducteurs par unité de la puissance appliquée diminuent, ce qui augmente encore le rendement du moteur MRC. Alors qu'on a représenté et décrit des modes de réalisation préférés de la présente invention, il est évident que ceux-ci n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Le technicien apportera des variantes, changements et substitu- tions s'en s'écarter du domaine de l'invention. Par exemple, un enroulement à trois étages comprenant un enroulement intérieur, un premier enroulement extérieur et un second enroulement extérieur peuvent être construits selon la présente invention. Pour monter un stator comportant un enroulement à trois étages, on applique les étages des enroulements aux pôles du stator de la façon suivante et dans cet ordre: les premiers enroulements extérieurs; les seconds enroulements extérieurs et, finalement, les enroule- ments intérieurs. D'une façon identique, on peut étendre les principes de la présente invention à quatre étages d'enroule- ments, etc. -8 REVENDICATIONS 1. Enroulements de pôles de stator concentrés pour moteur multiphases (38) , le moteur comportant un rotor (14) et un stator (15), le rotor présentant une multitude de pôles (16a, 16b; 18a, 18b), le stator comprenant une multitudes de paires de pâles opposés (20a, 20b; 22a, 22b; 24a, 24b), chaque phase du moteur comprenant au moins une paire de pôles opposés, chaque pôle du stator ayant un enroulement bobiné sur son pourtour, caractérisé en ce que chaque enroulement de pôle du stator comprend: un enroulement intérieur (50a, 50b; 52a, 52b; 54a, 54b) présentant une section transversale sensiblement rectan- gulaire et destiné à se monter directement autour de l'un des pôles du stator, et un enroulement extérieur (40a, 40b; 42a, 42b; 44a, 44b) ayant une section transversale sensiblement rectangu- laire et destiné à se monter autour de l'enroulement extérieur, cet enroulement extérieur étant en outre connecté électriquement en série à l'enroulement intérieur. 2. Enroulements selon la revendication 1, caractérisé en ce que le hauteur (H) de l'enroulement extérieur est inférieure à celle de l'enroulement intérieur. 3. Enroulements selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enroulement extérieur se monte directement autour de l'enroulement intérieur. 4. Enroulements de pôles de stator dans un moteur multiphases à réluctance commutée (38) comportant un rotor (14) et un stator (15), le rotor ayant une multitude de pôles (16a, 16b; 18a, 18b), le stator présentant une multitude de - paires de pôles opposés (20a, 20b; 22a, 22b, 24a, 24b), chaque phase du moteur comprenant au moins une paire de pôles opposés, chaque pôle du stator ayant un enroulement concentré de pôle bobiné sur son pourtour, caractérisé en ce que chaque enroulement comprend: un enroulement intérieur (50a, 50b; 52a, 52b; 54a, -9- 54a), ayant une section transversale sensiblement rectangu- laire et destiné à se monter directement autour de l'un des pôles dustator; et un enroulement extérieur (40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b), présentant une section transversale sensiblement rec- tangulaire et destiné à se monter autour de l'enroulement intérieur, l'enroulement extérieur étant en outre relié électriquement en série à l'enroulement intérieur. 5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la hauteur (H2) de l'enroulement extérieur est inférieure à la hauteur (H1) de l'enroulement intérieur. 6. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'enroulement extérieur se monte directement autour de l'enroulement intérieur. 7. Procédé de fabrication d'un enroulement concentré pour pôle de stator dans un moteur à réluctance commutée (38), le moteur comprenant un rotor (14) et un stator (15), le rotor ayant une multitude de pôles (16a, 16b; 18a, 18b), le stator ayant une multitude de pôles opposés (20a, 20b; 22a, 22b; 24a, 24b), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: bobiner sur gabarit un enroulement intérieur (50a, 50b 52a, 52b; 54a, 54b) , cet enroulement présentant une section transversale sensiblement rectangulaire et étant destiné à se monter directement autour de l'un des pôles du stator; bobiner sur gabarit un enroulement extérieur (40a, 40b 42a, 42b; 44a, 44b), cet enroulement ayant une section transversale sensiblement rectangulaire et étant destiné à se monter directement autour de l'enroulement intérieur; placer l'enroulement extérieur autour du pôle corres- pondant du stator; insérer l'enroulement intérieur dans l'enroulement extérieur; et connecter électriquement l'enroulement intérieur et - 10 - l'enroulement extérieur pour les monter en série. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la hauteur (H2) de l'enroulement extérieur est inférieure à la hauteur (H1) de l'enroulement intérieur. 9. Procédé d'assemblage d'un stator (15) pour moteur multiphases à réluctance commutée (38), stator ayant une multitude de paires de pôles opposés (20a, 20b; 22a, 22b; 24a, 24b), chaque pôle du stator ayant un enroulement concentré bobiné sur son dessus, chaque phase du moteur comprenant au moins une paire de pôles opposés et les enroulements des pôles du stator étant bobinés sur leur dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consis- tant à: bobiner sur gabarit une multitude d'enroulements intérieurs (50a, 50b; 52a, 52b; 54a, 54b), chaque enroulement ayant une section transversale sensiblement rectangulaire et étant destiné à se monter directement autour de l'un des pôles du stator; bobiner sur gabarit une multitude d'enroulements extérieurs (40a, 40b; 42a, 42b; 44a, 44b), chaque enroulement ayant une section transversale sensiblement rectangulaire et étant destiné à se monter autour de l'enroulement intérieur correspondant; placer chacun des enroulements extérieurs, respective- ment, autour de l'un des pôles du stator, respectivement; insérer chacun des enroulements intérieurs, respecti- vement, dans l'enroulement extérieur correspondant, connecter électriquement chacun des enroulements inté- rieurs et l'enroulement extérieur correspondant en série de manière à former l'enroulement du pôle respectif; et connecter électriquement les enroulements des pôles du stator correspondant à chaque phase du moteur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le hauteur (H2) de chacun des enroulements extérieurs, respectivement, est inférieure à la hauteur (H1) de chacun - 11 - des enroulements intérieurs, respectivement. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que chacun des enroulements extérieurs se monte directe- ment autour de l'enroulement intérieur correspondant.