Brevet FR2738413A1 — publié le 19970307

La présente invention concerne un moteur élec- trique à courant continu et un procédé de fabrication de ce moteur. Elle s'applique en particulier aux moteurs électriques à commutation électronique utilisés notamment dans les groupes moto- ventilateurs équipant les véhicules automobiles. On connaît déjà dans l'état de la technique un moteur électrique à courant continu, du type comprenant un induit muni d'une armature de forme générale cylindrique portant des bobines conductrices réparties en trois phases et en au moins deux couches, les bobines d'une même phase étant alimentées électriquement simultanément, chaque phase comportant au moins deux paires de bobines diamétra- lement opposées. L'induit est par exemple du type carré triphasé comportant douze bobines réparties dans les trois phases, les bobines d'une même phase étant alimentées électrique- ment simultanément. Chaque phase comporte deux paires de bobines diamétralement opposées. Chaque paire de bobines d'une phase est disposée à angle droit par rapport à l'autre paire de bobines de cette phase. De façon classique, on enroule les bobines sur l'induit en les répartissant en trois couches successives correspondant aux trois phases de l'induit. Le bobinage de l'induit est réalisé au moyen d'une bobineuse comportant un bras destiné à enrouler sur l'armature les conducteurs formant les bobines. Le bras enroule successivement les quatres bobines de la couche inférieure (première phase), puis les quatres bobines de la couche intermédiaire (seconde phase) et enfin les quatres bobines de la couche supérieure (troisième phase). Les quatres bobines d'une même phase sont reliées électri- quement en série. Les bobines des différentes phases sont espacées entre elles de 30 . Du fait que les différentes phases de l'induit correspondent à des couches superposées de bobines, les longueurs des conducteurs constituant les phases sont différentes. Il en résulte des résistances de phase différentes et un déséquilibre électrique particulièrement gênant lorsque l'alimentation et la commutation des phases est réalisée par un circuit électronique. L'invention a notamment pour but de remédier à ce déséquilibre électrique des phases. A cet effet, l'invention a pour objet un moteur électrique à courant continu, du type précité, caractérisé en ce que les bobines sont réparties en deux couches inférieure et supérieure, les bobines inférieures alter- nant avec les bobines supérieures, chaque phase comprenant une paire de bobines diamétralement opposées disposée dans la couche inférieure et une paire de bobines diamétrale- ment opposées disposée dans la couche supérieure, ces deux paires étant reliées électriquement en parallèle, chaque bobine comportant deux enroulements inférieur et supérieur et deux conducteurs bobinés ininterrompus reliés électri- quement en parallèle, chaque conducteur formant l'enroule- ment inférieur d'une bobine d'une paire et l'enroulement supérieur de l'autre bobine de cette paire, de manière que ces enroulements inférieur et supérieur soient reliés électriquement en série, et que chaque paire de bobines comprenne une bobine d'entrée de courant dans la paire et une bobine de sortie de courant de cette paire. Suivant d'autres caractéristiques de ce moteur: - l'induit est fixe et le moteur comporte de plus un support portant un circuit électronique d'alimentation et de commutation des bobines, et un organe de raccor- dement électrique de forme générale cylindrique, coaxial à l'armature, comprenant une bague conductrice divisée en secteurs électriquement isolés, cette bague comportant une première face munie de moyens d'accrochage sur l'armature, une seconde face munie de broches conductrices de con- nexion avec le circuit électronique, et des crochets péri- phériques conducteurs de connexion des bobines avec la bague, le nombre de broches de connexion étant égal au nombre de secteurs isolés et le nombre de crochets de connexion étant égal au nombre de bobines de l'induit, - la bague comporte un secteur d'entrée de courant par phase sur lequel sont reliées les extrémités des conducteurs formant les entrées de courant des paires de bobines de cette phase, et un secteur de sortie sur lequel sont reliées toutes les extrémités des conducteurs formant les sorties de courant de toutes les paires de bobines, - l'induit comporte douze bobines réparties dans les trois phases, les paires de bobines diamétralement opposées d'une même phase étant disposées à angle droit l'une par rapport à l'autre, les crochets de connexion étant réparties angulairement au droit des bobines, l'entrée (respectivement la sortie) de courant de la paire inférieure de bobines d'une phase étant reliée à un crochet d'entrée (respectivement de sortie) de courant décalé de 60 par rapport à la bobine d'entrée (respecti- vement de sortie) de courant de cette paire, et l'entrée (respectivement la sortie) de la paire supérieure de bobines d'une phase étant reliée à un crochet d'entrée (respectivement de sortie) de courant disposé au droit de la bobine d'entrée (respectivement de sortie) de courant de cette paire, de manière que les deux crochets d'entrée de courant reliés aux deux paires de bobines d'une phase soient juxtaposés et appartiennent à un même secteur d'entrée de courant et que tous les crochets de sortie de courant soient Juxtaposés et appartiennent au secteur de sortie. L'invention a également pour objet un procédé pour la fabrication d'un moteur électrique à courant continu tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu'on forme chaque paire de bobines diamétralement opposées au moyen d'une bobineuse à deux bras, ces deux bras réalisant simultanément, au cours d'une première étape, les deux enroulements inférieurs des bobines, puis au cours d'une seconde étape, après rotation d'un demi-tour de l'armature autour de son axe, les enroulements supérieurs des bobi- nes, les deux conducteurs correspondants étant enroulés par les deux bras de la bobineuse au cours de ces deux étapes suivant des sens symétriques par rapport à un plan diamétral de l'armature perpendiculaire à l'alignement des bobines de la paire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 et une vue en perspective en coupe axiale d'un moteur électrique selon l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée de certains éléments du moteur représenté à la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective, à échelle agrandie, d'un organe de raccordement électrique du moteur selon l'invention; - la figure 4 est une vue de face schématique de l'induit bobiné du moteur selon l'invention; - la figure 5 est un schéma d'une phase de l'induit; - la figure 6 est un schéma développé des bobines de l'induit; - les figures 7 à 9 sont des vues similaires à la figure 4 montrant différentes étapes du bobinage de l'induit. On a représenté sur la figure 1 un moteur élec- trique à courant continu selon l'invention, désigné par la référence générale 10. Ce moteur 10 comporte un induit bobiné fixe 12 et un inducteur rotatif 14. Pour des raisons de clarté, les bobines conductrices de l'induit 12 n'ont pas été repré- sentées sur les figures 1 et 2. Le bobinage de l'induit est du type carré triphasé et sera décrit ultérieurement. L'induit 12 comporte une armature 16 de forme générale cylindrique comprenant, de façon classique, un empilage de tôles 18 délimitant des encoches 20 d'accro- chage des bobines clairement représentées sur la figure 2. Les encoches 20 sont séparées par des dents 21. L'armature 16 comporte également des joues d'iso- lation électrique 22, 24, recouvrant ces faces. L'inducteur 14 comporte une armature rotative 26 en forme de bol dans laquelle est logé l'induit 12. L'armature 26 d'inducteur est reliée de façon connue en soi à un arbre rotatif 28 porté par des moyens de roulement 30 intercalés entre cet arbre 28 et l'arma- ture 16 d'induit. Des aimants permanents 31 sont accrochés de façon connue en soi sur le contour interne de l'armature 26 d'inducteur. Le côté ouvert de l'armature 26 d'inducteur est obturé par un flasque fixe 32 portant une plaque 34 formant support pour un circuit électronique 36 d'alimen- tation électrique et de commutation des bobines de l'in- duit 12. Le circuit électronique 36 est raccordé électri- quement aux bobines de l'induit 12 par un organe 40 de forme générale cylindrique qui est montré en détail aux figures 2 et 3. L'organe 40 est coaxial à l'armature 16. L'organe de raccordement électrique 40 comprend une bague conductrice 42 comportant une première face munie d'au moins deux pions axiaux 44 d'accrochage sur l'armature 16 d'induit et une seconde face munie d'au moins deux broches axiales conductrices 46 de connexion avec le circuit 36 de commutation. La bague conductrice 42 comporte également au moins deux crochets périphériques conducteurs 48 de connexion des bobines de l'induit avec cette bague. De préférence, les pions d'accrochage 44, les broches 46 et les crochets 48 de connexion sont venus de matière avec la bague 42, les crochets 48 étant formés par des languettes recourbées de crevés ménagés dans les pions d'accrochage 44. Dans l'exemple décrit, l'organe de raccordement électrique 40 comprend douze pions d'accrochage 44, autant de crochets 48 et quatre broches de connexion 46. Les pions d'accrochage 44 sont emboîtés dans des trous 50 de forme complémentaire ménagés dans une couronne d'accrochage 52 venue de matière avec une joue 24 d'isola- tion électrique. Les broches de connexion 46 sont emboîtées dans des perçages 54 ménagés à travers la plaque 34 de support du circuit électronique. Les extrémités des conducteurs formant les entrées et les sorties de courant des bobines de l'induit 12 sont reliées aux crochets de connexion 48 par soudage. Les broches de connexion 46 s'étendent dans les perçages 54, à travers le flasque 32 et la plaque 34, leurs extrémités libres faisant saillie sur la face de cette plaque opposée à l'induit 12 et étant reliées à des conducteurs du circuit électronique 36 par soudage. Si nécessaire, les broches de connexion 46 sont revêtues de manchons d'isolation empêchant tout contact électrique entre ces broches et le flasque 32. Le contour de la bague 42 est interrompu de manière à délimiter un évidement axial 56 destiné à coopérer avec une saillie axiale 58 de forme complémen- taire, ménagée sur la couronne 52. L'évidement 56 et la saillie 58 forment des moyens détrompeurs pour le posi- tionnement angulaire correct des pions 44 par rapport à l'armature 16. L'organe de raccordement électrique 40 comporte également des moyens détrompeurs par espacement angulaire irrégulier des broches de connexion 46 et des perçages 54, pour la connexion correcte de ces broches 46 avec le circuit électronique 36. Les moyens détrompeurs que l'on vient de décrire permettent donc d'assurer un positionnement relatif correct de l'armature 16 d'induit, de l'organe de raccor- dement électrique 40 et de la plaque 34 de support de circuit électronique. La bague 42 comporte des zones amincies 60, de préférence suivant sa direction axiale comme cela est représenté sur les figures, destinées au sectionnement de cette bague en différents secteurs électriquement isolés. Lors de la fabrication de l'induit 12, on emboîte l'organe de raccordement électrique 40 dans l'armature 16, puis on enroule les bobines dans les encoches 20 avec des moyens classiques utilisés habituellement pour la fabrica- tion d'induits à collecteur et balais. Après soudage des extrémités des conducteurs des bobines sur les crochets de connexion 48, on sectionne la bague 42 à différents endroits de manière à diviser cette bague en secteurs électriquement isolés et à réaliser les couplages de bobines souhaités. On notera que sur les figures 1 à 3 la bague 42 est représentée d'un seul tenant, avant sectionnement en différents secteurs isolés. On décrira ci-dessous le bobinage de l'induit 12 en se référant aux figures 4 à 9. L'induit 12 comprend vingt quatre encoches 20 et autant de dents 21. Comme précisé précédemment, l'induit 12 est du type carré triphasé. I1 comporte douze bobines A1 à A4, B1 à B4, Cl à C3 réparties en trois phases. Les bobines d'une même phase sont alimentées électriquement simultanément. Chaque phase comporte deux paires de bobines diamétralement opposées. Ces paires sont disposées à angle droit l'une par rapport à l'autre. Les bobines sont réparties sur deux couches inférieure et supérieure, les bobines inférieures A1, A3, Cl, C3, B2, B4 alternant avec les bobines supérieures B1, B3, A2, A4, C2, C4. Chaque phase comporte une paire de bobines diamétralement opposées disposée dans la couche inférieure et une paire de bobines diamétralement opposées disposée dans la couche supérieure. Chaque bobine A1 à A4, B1 à B4, C1 à C4 comporte deux enroulements inférieur All, Bll, Cll, A21, B21, C21, A31, B31, C31, A41, B41, C41 et supérieur A12, B12, C12, A22, B22, C22, A32, B32, C32, A42, B42, C42. Les enroulements inférieur et supérieur d'une même bobine sont schématisés sur les figures 4 et 7 à 9 par une seule spire. On notera que les bobines sont enroulées sur l'armature 16 de manière que chacune entoure trois dents 21. Une bobine de la couche supérieure est intercalée entre deux bobines de la couche inférieure de manière à recouvrir partiellement ces deux dernières bobines. Ainsi, chaque bobine de la couche inférieure entoure une dent qui est commune avec la bobine de la couche supérieure immé- diatement voisine. On a représenté sur la figure 5 les bobines d'une phase de façon schématique. Sur cette figure, on voit que chaque bobine comporte deux conducteurs bobinés K1, K2 ininterrompus reliés électriquement en parallèle. Chaque conducteur Kl, K2 forme l'enroulement inférieur All, A21, A31, A41 d'une bobine d'une paire et l'enroulement supé- rieur A32, A42, A12, A22 de cette paire, de manière que ces enroulements inférieur et supérieur soient reliés électriquement en série. Chaque paire de bobines diamétralement opposées comporte ainsi une bobine A1, A2 d'entrée de courant dans la paire et une bobine A3, A4 de sortie de courant dans la paire. L'agencement des autres phases de l'induit est analogue à l'agencement de la phase représentée sur la figure 5. Le bobinage de deux bobines diamétralement opposées est effectué au moyen d'une bobineuse classique à deux bras, selon le procédé qui sera décrit ci-dessous en se référant à la figure 7. Sur cette figure on a repré- senté uniquement une paire inférieure de bobines diamétra- lement opposées A1, A3. Au cours d'une première étape, les bras réalisent simultanément les deux enroulements inférieurs All, A31 des bobines en enroulant les deux conducteurs correspon- dants K1, K2 suivant des sens symétriques par rapport au plan diamétral de l'armature 16 perpendiculaire à l'ali- gnement des bobines A1, A2. Les enroulements inférieurs étant achevés, on fait tourner l'armature 16 autour de son axe d'un demi-tour, sans modifier la position des bras de la bobineuse. Dans une seconde étape, les bras de la bobineuse réalisent simultanément les deux enroulements supérieurs A12, A32 des bobines en enroulant les deux conducteurs correspondants K1, K2 dans les mêmes sens qu'au cours de la première étape. Les sens d'enroulement des conducteurs K1, K2 par les bras de la bobineuse sont indiqués par des flèches sur la figure 7. Le bobinage complet de l'induit 12 est effectué de la façon suivante. Dans un premier temps, on réalise toutes les bobines de la couche inférieure. Pour cela, on réalise la paire inférieure de bobines d'une première phase, comme décrit ci-dessus et illustré sur la figure 7, puis on réalise la paire inférieure de bobines d'une seconde phase, cette paire étant décalée de 60 par rapport à la précédente, comme illustré sur la figure 8, et enfin on réalise la paire inférieure de bobines de la troisième phase, comme illustré sur la figure 9. Dans un deuxième temps, on réalise les bobines de la couche supérieure, de façon analogue à celles de la couche inférieure, de manière à obtenir l'induit bobiné représenté à la figure 4. Toutes les paires de bobines diamétralement opposées sont réalisées selon le même procédé décrit précédemment et au moyen de la même bobineuse à deux bras. L'utilisation d'une bobineuse à deux bras permet de réaliser le bobinage de l'induit de façon automatique et rapide. Le moteur selon l'invention comporte autant de crochets 48 que de bobines d'induit, à savoir douze. Ces crochets 48 sont repérés par des références alphabétiques a à 1 et sont répartis angulairement au droit des bobines de l'induit. On voit notamment sur la figure 4 que la bague 42 est divisée en quatre secteurs électriquement isolés. La bague 42 comporte un secteur E1 à E3 d'entrée de courant par phase sur lequel sont reliées les extrémités des conducteurs K1, K2 formant les entrées de courant des deux paires de bobines de cette phase, et un secteur de sortie S sur lequel sont reliées toutes les extrémités des conducteurs K1, K2 formant les sorties de courant de toutes les paires de bobines. Ainsi, les deux paires de bobines d'une même phase sont reliées électriquement en parallèle. On notera que la bague 42 comporte autant de broches de connexion 44 que de secteurs E1 à E3, S. On se référera maintenant à la figure 6 qui illustre clairement le raccordement électrique des bobines d'une phase aux crochets 48. Sur cette figure, on voit que l'entrée de courant de la paire inférieure (appartenant à la couche inférieu- re) de bobines Al, A3 d'une phase est reliée à un crochet d'entrée de courant c décalé de 60 , dans le sens horaire, par rapport à la bobine d'entrée de courant A1 de cette paire. De même, la sortie de courant de la paire infé- rieure de bobines Al, A3 d'une phase est reliée à un crochet de sortie de courant i décalé de 60 , dans le sens horaire, par rapport à la bobine de sortie de courant A3 de cette paire. Par contre, l'entrée de courant de la paire supérieure (appartenant à la couche supérieure) de bobines A2, A4 d'une phase est reliée à un crochet d'entrée de courant d disposé au droit de la bobine d'entrée de courant A2 de cette paire. De même la sortie de courant de la paire supérieure de bobines A2, A4 d'une phase est reliée à un crochet de sortie de courant j disposé au droit de la bobine de sortie de courant A4 de cette paire. On obtient ainsi, d'une part, que les deux crochets d'entrée de courant reliés aux deux paires de bobines d'une même phase soient juxtaposés et appartien- nent à un même secteur d'entrée de courant E1 à E3, et d'autre part, que tous les crochets de sortie de courant soient juxtaposés et appartiennent au même secteur de sortie de courant S. On notera que pour des raisons de clarté, les connexions de toutes les bobines de l'induit ne sont pas représentées sur la figure 6. Sur la figure 5, on a repré- senté les crochets d'entrée de courant c, d d'une phase, correspondant à une polarisation positive du courant (+), et les crochets de sortie de courant i, j de cette phase, correspondant à une polarisation négative du courant (-). L'invention ne se limite pas au mode de réalisa- tion illustré sur les figures. En particulier, l'invention peut s'appliquer à tout moteur électrique à courant continu dont l'induit comporte des bobines conductrices réparties en trois phases et en au moins deux couches, chaque phase compor- tant au moins deux paires de bobines diamétralement opposées. L'invention comporte de nombreux avantages. En particulier, elle permet de réaliser rapidement le bobinage de l'induit avec des moyens automatiques. Le bobinage selon l'invention des bobines diamé- tralement opposées permet de réduire de moitié le nombre de crochets de connexion des bobines par rapport aux induits classiques comportant un nombre identique de bobines alimentées électriquement par des moyens à balais et collecteur. Par ailleurs, les différentes phases de l'induit du moteur selon l'invention sont équilibrées électrique- ment. REVENDICATIONS 1. Moteur électrique à courant continu, du type comprenant un induit (12) muni d'une armature (16) de forme générale cylindrique portant des bobines conduc- trices (A1 à A4, B1 à B4, Cl à C4) réparties en trois phases et en au moins deux couches, les bobines d'une même phase étant alimentées électriquement simultanément, chaque phase comportant au moins deux paires de bobines diamétralement opposées, caractérisé en ce que les bobines sont réparties en deux couches inférieure et supérieure, les bobines inférieures (A1, A3, Cl, C3, B2, B4) alternant avec les bobines supérieures (B1, B3, A2, A4, C2, C4), chaque phase comprenant une paire de bobines diamétrale- ment opposées disposée dans la couche inférieure et une paire de bobines diamétralement opposées disposée dans la couche supérieure, ces deux paires étant reliées électri- quement en parallèle, chaque bobine comportant deux enroulements inférieur (All, Bll, Cll, A21, B21, C21, A31, B31, C31, A41, B41, C41) et supérieur (A12, B12, C12, A22, B22, C22, A32, B32, C32, A42, B42, C42) et deux conduc- teurs bobinés (K1, K2) ininterrompus reliés électriquement en parallèle, chaque conducteur (K1, K2) formant l'enrou- lement inférieur d'une bobine d'une paire et l'enroulement supérieur de l'autre bobine de cette paire, de manière que ces enroulements inférieur et supérieur soient reliés électriquement en série, et que chaque paire de bobines comprenne une bobine d'entrée de courant dans la paire et une bobine de sortie de courant de cette paire. 2. Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'induit (12) est fixe, et en ce que le moteur comporte de plus un support (34) portant un cir- cuit électronique (36) d'alimentation et de commutation des bobines, et un organe (40) de raccordement électrique de forme générale cylindrique, coaxial à l'armature (16), comprenant une bague conductrice (42) divisée en secteurs électriquement isolés (El, E2, E3, S), cette bague (42) comportant une première face munie de moyens (44) d'accro- chage sur l'armature, une seconde face munie de broches conductrices (46) de connexion avec le circuit électroni- que (36), et des crochets périphériques conducteurs (48) de connexion des bobines avec la bague (42), le nombre de broches de connexion (46) étant égal au nombre de secteurs isolés (El, E2, E3, S) et le nombre de crochets de con- nexion (48) étant égal au nombre de bobines de l'induit. 3. Moteur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague (42) comporte un secteur d'entrée de courant (El à E3) par phase sur lequel sont reliées les extrémités des conducteurs (Kl, K2) formant les entrées de courant des paires de bobines de cette phase, et un secteur de sortie (S) sur lequel sont reliées toutes les extrémités des conducteurs (K1, K2) formant les sorties de courant de toutes les paires de bobines. 4. Moteur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'induit (12) comporte douze bobines réparties dans les trois phases, les paires de bobines diamétralement opposées d'une même phase étant disposées à angle droit l'une par rapport à l'autre, les crochets de connexion (48) étant réparties angulairement au droit des bobines, l'entrée (respectivement la sortie) de courant de la paire inférieure de bobines d'une phase étant reliée à un crochet d'entrée (respectivement de sortie) de courant décalé de 600 par rapport à la bobine d'entrée (respecti- vement de sortie) de courant de cette paire, et l'entrée (respectivement la sortie) de la paire supérieure de bobines d'une phase étant reliée à un crochet d'entrée (respectivement de sortie) de courant disposé au droit de la bobine d'entrée (respectivement de sortie) de courant de cette paire, de manière que les deux crochets d'entrée de courant reliés aux deux paires de bobines d'une phase soient juxtaposés et appartiennent à un même secteur d'entrée de courant (El à E3) et que tous les crochets de sortie de courant soient juxtaposés et appartiennent au secteur de sortie (S). 5. Procédé de fabrication d'un moteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on forme chaque paire de bobines diamétralement opposées au moyen d'une bobineuse à deux bras, ces deux bras réalisant simultanément, au cours d'une première étape, les deux enroulements inférieurs des bobines, puis au cours d'une seconde étape, après rotation d'un demi-tour de l'armature (16) autour de son axe, les enroulements supérieurs des bobines, les deux conducteurs (K1, K2) correspondants étant enroulés par les deux bras de la bobineuse au cours de ces deux étapes suivant des sens symétriques par rapport à un plan diamétral de l'armature (16) perpendiculaire à l'alignement des bobines de la paire.