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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la Société dite : N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN.
Machine électrique tétrapolaire.
Demande de brevet hollandais en sa faveur du 20 Décembre 1943.
L'invention concerne une machine électriqu.e tétrapolaire de faible puissance (jusqu'à 20 watts environ), munie d'un stator dont le circuit magnétique est constitué par des tôles identiques, en une seule pièce; un rotor tourne entre les pôles, de section constante, garnis de bobines à même section de cuivre par exemple, Ces machines de faible puissance présentent comparativement aux machines de plus grande puissance, une particularité: les bobines requièrent une plus grande quantité de cuivre, car l'entrefer compris entre le stator et le rotor, et que des raisons de fabrication empêchent de modifier proportionnellement à la puissance de la machine, requiert un grand nombre d'ampèretours.
De telles machines, à circuit statorique constitué par des tôles carrées sont connues ; ellesprésentent un double avantage: la fabrication et l'assemblage des tôles sont très simples et les bobines à glisser sur les noyaux peuvent être constituées par des galettes.
L'invention fournit une machine du type spécifié dans laquelle la place disponible pour les bobines du stator est mieux utilisée que dans les machines connues; en d'autres termes, l'invention permet d'augmenter le facteur de remplissage de l'espace disponible pour les bobines. Dans les formes de construction spécifiées, ce facteur n'est pas aussi grand que possible car entre les angles du circuit magnétique et les parties extérieures des bobines subsistent des espaces non occupés.
L'invention est basée sur l'idée qu'on peut réduire cet espace mort en adaptant la forme et les dimensions des bobines à la forme et aux dimensions des pièces polaires.
A cet effet, la machine conforme à l'invention comporte un circuit statorique, de forme rectangula.ire connue, dont l'un des jeux de pièces polaires est plus long que l'autre. Combiné et adapté à ceci, le rapport de la hauteur à la largeur de l'un des jeux de bobines, (largeur qui est mesurée parallèlement à la section transversale des pièces polaires dans un plan parallèle à la surface des tôles du stator) est suffisamment de fois,plus petit que le même rapport de l'autre jeu pour que la place disponible pour toutes les bobines soit aussi bien remplie que possible. Le montage s'effectue comme suit : on glisse d'abord, de l'intérieur, le premier jeu de bobines sur les courtes pièces polaires et ensuite, l'autre jeu, sur les longues pièces polaires.
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Lorsqu'on utilise des bobines cylindriques, on entend par largeur, le diamètre de la bobine. Dans ces cas, le facteur de remplissage sera aussi grand que possible. La valeur absolue de ce facteur sera évidemment maximum dans le cas de bobines de se4- tion rectangulaire ou carrée à côtés parallèles aux faces des pièces polaires. C'est pourquoi dans la machine conforme à l'in- vention, on utilise de préférence de telles bobines, oar elles as- surent un très grand facteur de remplissage.
Comparativement aux machines à tôles statoriques carrées la machine conforme à l'invention présente la particularité sui- vante : pour une puissance donnée, son encombrement est plus petit, car une grande partie de l'espace nuisible peut être occu- pée par du cuivre ou par du fer. Bien que, par suite des dimen- sions des bobines placées sur les courtes pièces polaires, le stator devienne plus long, ceci n'affecte guère la longueur to- tale de la machine, car dans l'espace compris entre les tètes des bobines spécifiées, qui dépassent le rotor, on peut loger par exemple un coussinet ou un collecteur et ses balais.
Vue dans son ensemble, l'application de l'idée inventive permet d'utiliser un jeu de bobines plates et largesque l'on peut glisser sur les courtes pièces polaires sans être géné par les longues pièces polaires. Dans un plan parallèle à celui des tôles du stator, la largeur de cette bobine est prévue de manière que celle-ci s'adapte aussi exactement que possible au circuit magnétique du stator. L'autre jeu de bobines peut alors affecter la forme de hautes et minces bobines, de dimensions telles qu'elles puissent être glissées sur les longues pièces polaires après la mise en place du premier jeu de bobines de manière que leur fade extérieure vienne aussi près que possible de la périphérie du premier jeu de bobines.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig. 1 montre une coupe transversale, perpendiculaire à l'axe du rotor, du circuit statorique du moteur le plan du dessin correspond donc avec l'une des tôles statoriques. La fig.2 est une vue de profil.
Le rotor est indiqué par 1, et l'arbre du rotor par 2.
La tôle 3, de forme rectangulaire identique pour toutes les tôles du circuit, est découpée en une seule pièce avec les pièces po- laires 4 et 5. Sur les pièces polaires de section transversale constante sont montées les galettes 6 et 7 de section rectangu- laire ou carrée et de même section de cuivre. A cet effet, on glisse d'abord les bobines 6 sur les courtes pièces polaires 4 et ensuite les bobines 7 sur les longues pièces polaires 5. La figure montre que cet agencement permet d'obtenir un facteur de rem- plissage très élevé, car il ne subsiste pratiquement pas d'es- pace nuisible entre les bords 8 et 9 des tôles statoriques et les bobines. Ce résultat est obtenu par une adaptation mutuelle des dimensions des bobines et de celles des pièces polaires.
La largeur bl de la bobine 6 doit être choisie de manière que le côté latéral, mesuré suivant la hauteur, s'adapte aussi exacte- ment que possible au circuit statorique. La hauteur h1 doit au maximum être égale à, et pratiquement légèrement plus petite que la distance p comprise entre les pièces polaires 5 et la ligne parallèle à ces pièces qui passe à l'extrémité des pôles 4. Cette condition doit être satisfaite pour permettre la mise en place des bobines 6 sur les pièces polaires 4.
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La hauteur h2 des bobines 7 doit au maximum être égale à la distance q, et la largeur int la distance r. Si ces conditions sont satisfaites, on peut Introduire ces bobines dans l'es- pace prévu pour le rotor après la mise en place des bobines 6 et les glisser sur les pièces polaires 5.
La figure montre nettement qu'en général le but pour. suivi peut être atteint en adaptant le rapport h1 des bobines 6 h2 au rapport h2/b2 des bobines 7. Bien qu'il existe évidemment une corrélation entre ce fait et les dimensions des pièces polaires, il n'est pas indispensable que toutes les pièces polaires soient identiques. Un jeu de pièces polaires peut constituer des p8les auxiliaires de dimensions plus petites. Dans ce cas, la section de cuivre des bobines de l'une des paires de bobines ne doit pas nécessairement être égale à celle des bobines de l'autre paire.
Comme le montre la vue de profil sur la fig.2 l'utili- sation d'une épaisse bobine plate et d'une mince bobine haute provoque, dans la direction de l'axe, un certain espace nuisible. oet espace est tout indiqué pour y loger des paliers et des sup- 'ports de palier, ainsi qu'un collecteur et ses balais. Sur la fig.2les supports de palier 10 sont fixés, à l'aide des brides 11, sur la culasse; le collecteur est indiqué par 12 et les ba- lais par 13 De ce fait, l'espace compris entre les bobines en saillie 6 est plus ou moins rempli.
Il va de soi que la machine conforme à l'invention peut être indifféremment un moteur ou une génératrice.
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DESCRIPTIVE MEMORY
SUBMITTED IN SUPPORT OF A REQUEST
OF PATENT OF INVENTION the Company known as: N.V. PHILIPS 'GLOEILAMPENFABRIEKEN.
Four-pole electric machine.
Dutch patent application in his favor of December 20, 1943.
The invention relates to a low-power tetrapolar electric machine (up to approximately 20 watts), provided with a stator whose magnetic circuit consists of identical sheets, in one piece; a rotor turns between the poles, of constant section, lined with coils with the same section of copper for example.These low-power machines have a particularity compared to higher-power machines: the coils require a greater quantity of copper, because the air gap between the stator and the rotor, and which for manufacturing reasons prevent it from being modified in proportion to the power of the machine, requires a large number of ampere-turns.
Such machines, with a stator circuit formed by square sheets are known; they have a double advantage: the manufacture and assembly of the sheets are very simple and the coils to slide on the cores can be formed by wafers.
The invention provides a machine of the type specified in which the space available for the stator coils is better utilized than in known machines; in other words, the invention makes it possible to increase the filling factor of the space available for the coils. In the forms of construction specified, this factor is not as large as possible because between the angles of the magnetic circuit and the outer parts of the coils there are still unoccupied spaces.
The invention is based on the idea that this dead space can be reduced by adapting the shape and dimensions of the coils to the shape and dimensions of the pole pieces.
For this purpose, the machine according to the invention comprises a stator circuit, of known rectangular shape, one of the sets of pole pieces of which is longer than the other. Combined and adapted to this, the ratio of the height to the width of one of the sets of coils, (width which is measured parallel to the cross section of the pole pieces in a plane parallel to the surface of the stator sheets) is sufficiently times smaller than the same ratio of the other set so that the space available for all the reels is as full as possible. The assembly is carried out as follows: we slide first, from the inside, the first set of coils on the short pole pieces and then, the other set, on the long pole pieces.
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When cylindrical coils are used, by width is meant the diameter of the coil. In these cases, the fill factor will be as large as possible. The absolute value of this factor will obviously be maximum in the case of coils of rectangular or square section with sides parallel to the faces of the pole pieces. For this reason, in the machine according to the invention such coils are preferably used, since they provide a very high fill factor.
Compared to machines with square stator sheets, the machine according to the invention has the following peculiarity: for a given power, its size is smaller, because a large part of the harmful space can be occupied by copper or by iron. Although, due to the dimensions of the coils placed on the short pole pieces, the stator becomes longer, this hardly affects the total length of the machine, since in the space between the heads of the specified coils , which protrude from the rotor, for example a bearing or a collector and its brushes can be accommodated.
Seen as a whole, the application of the inventive idea makes it possible to use a set of flat and wide coils which can be slid on the short pole pieces without being disturbed by the long pole pieces. In a plane parallel to that of the stator sheets, the width of this coil is provided so that it adapts as exactly as possible to the magnetic circuit of the stator. The other set of coils can then take the form of tall, thin coils, of such dimensions that they can be slid over the long pole pieces after the first set of coils has been placed in such a way that their outer fade comes as close. as possible from the periphery of the first set of coils.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be carried out, the features which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of said invention.
Fig. 1 shows a transverse section, perpendicular to the axis of the rotor, of the stator circuit of the motor, the plane of the drawing therefore corresponds with one of the stator sheets. Fig.2 is a side view.
The rotor is indicated by 1, and the rotor shaft by 2.
The sheet 3, of identical rectangular shape for all the sheets of the circuit, is cut in one piece with the polar parts 4 and 5. On the pole pieces of constant cross section are mounted the plates 6 and 7 of rectangular section. laire or square and of the same copper section. For this purpose, the coils 6 are first slipped over the short pole pieces 4 and then the coils 7 over the long pole pieces 5. The figure shows that this arrangement makes it possible to obtain a very high filling factor, because there is practically no harmful space left between the edges 8 and 9 of the stator plates and the coils. This result is obtained by a mutual adaptation of the dimensions of the coils and those of the pole pieces.
The width bl of the coil 6 must be chosen so that the lateral side, measured according to the height, adapts as exactly as possible to the stator circuit. The height h1 must at most be equal to, and practically slightly smaller than the distance p between the pole pieces 5 and the line parallel to these pieces which passes at the end of the poles 4. This condition must be satisfied to allow the positioning of the coils 6 on the pole pieces 4.
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The height h2 of the coils 7 must at most be equal to the distance q, and the width int the distance r. If these conditions are met, these coils can be introduced into the space provided for the rotor after the coils 6 have been fitted and slipped over the pole pieces 5.
The figure clearly shows that in general the goal for. monitoring can be achieved by adapting the h1 ratio of the coils 6 h2 to the h2 / b2 ratio of the coils 7. Although there is obviously a correlation between this fact and the dimensions of the pole pieces, it is not essential that all the parts polars are identical. A set of pole pieces can constitute auxiliary p8les of smaller dimensions. In this case, the copper section of the coils of one of the pairs of coils does not necessarily have to be equal to that of the coils of the other pair.
As shown in the side view in Fig. 2, the use of a thick flat coil and a thin tall coil causes some detrimental gap in the direction of the axis. This space is ideal for accommodating bearings and bearing supports, as well as a collector and its brushes. In fig.2 the bearing supports 10 are fixed, using the flanges 11, on the cylinder head; the collector is indicated by 12 and the bars by 13 As a result, the space between the protruding coils 6 is more or less filled.
It goes without saying that the machine according to the invention can be either a motor or a generator.