Procédé de fabrication d'une machine électrique tournante à entrefer axial La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une machine électrique tournante à entrefer axial comprenant au moins une pièce en matière magnétique portant au moins un bobinage plat formé par des conducteurs lamellaires. Elle a également pour objet la machine obtenue par ce pro cédé.
On sait qu'il est désirable, dans une telle machine, d'obtenir un entrefer rigoureusement plan, délimité par des surfaces ne présentant aucun voile, condi tions difficiles à réaliser en raison des déformations mécaniques.
et thermiques intervenant lors de l'usi nage de ces surfaces. Aussi, pour limiter les frais de fabrication, accepte-t-on généralement des entrefers élargis, ce qui se répercute sur le rendement de la machine.
De plus, on sait que jusqu'alors, dans une telle machine, le bobinage a été réalisé par une technique dite de circuits imprimés , sur l'une ou les deux faces d'un disque mince isolant fixé sur le circuit magnétique proprement dit, généralement par collage. Il résulte de ce fait des difficultés supplémentaires pour réduire l'entrefer au minimum, puisque le bobi nage se trouve directement dans l'entrefer et que son épaisseur n'est plus alors négligeable.
La présente invention a pour but de remédier à l'ensemble de ces difficultés et permet de réaliser effectivement un entrefer minimum. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que les conducteurs lamellaires de ce bobinage adjacents,
à la surface plate de d élimination d'entrefer de ladite pièce en matière magnétique sont encastrés dans des rainures de très faible hauteur pratiquées dans cette surface plate par un usinage sans -sollicitations. appréciables mécaniques ou thermiques.
On évite ainsi que l'usi nage de telles rainures de faibles dimensions sur la surface plate de ladite pièce, qui peut être constituée par un ruban de tôle ou en matière ferromagnétique telle que la ferrite,
n'entraine des distordons et des bavures dues aux actions mécaniques et thermiques exercées par des outils. Cet usinage sans sollicita- tions appréciables thermiques et mécaniques peut consister en une électroérosion ou une érosion ultra- sonique.
Une mise en. oeuvre spécialement avantageuse du procédé ,selon l'invention est celle dans laquelle, non seulement les rainures,
mais encore les autres par ties de ladite surface plate sont soumises à cet usi nage sans sollicitations appréciables thermiques. et mécaniques. On peut alors éviter tout voile dans l'entrefer et obtenir effectivement une machine élec trique à .entrefer axial minimum.
Le bobinage plat à conducteurs lamellaires peut être préformé soit par estampage, soit par impres sion, soit par électroérosion et peut ensuite être transféré et encastré dans les rainures décrites ci dessus. Le bobinage peut également être formé par coulée directe dans lesdites rainures servant de mou les.
De toutes façons, les conducteurs adjacents à ladite surface plate du bobinage ainsi réalisé ne peu vent qu'affleurer la surface d'entrefer, mais ne se trouvent plus, dans l'entrefer.
Les dessins annexés illustrent, à titre d'exemple, quelques mises en aeuvre du procédé selon l'inven tion.
La fig. 1 est une vue en plan. d'une partie du cir cuit magnétique d'une machine à bobinages plats destinée à être alimentée en courant alternatif. Cette partie de circuit magnétique est ici constituée par un ruban de tôle enroulé en spirales.
La fig. 2 est une coupe partielle par la ligne II- II de la fig. 1. Les fig. 3a et 3b montrent, en coupe suivant la ligne III-III de la fig. 1, deux formes de rainures pour l'encastrement des conducteurs plats.
La fig. 4 est une vue partielle en plan d'un induit à bobinage encastré, destiné à un alternateur. Le cir cuit magnétique est dans ce cas un anneau en céra mique ferromagnétique.
La fig. 5 est une coupe schématique axiale d'un tel alternateur.
La fig. 6 est une vue partielle en plan montrant une pièce magnétique en forme d'anneau dans. laquelle sont pratiquées des saignées radiales.
Les fig. 7, 8 et 9 sont des vues analogues de trois variantes d'un induit plus particulièrement pour machines à courant continu.
La fig. 10 est une coupe schématique axiale d'une machine à courant continu comportant un tel induit. Dans l'exemple de la fig. 1, le circuit magnétique est réalisé, d'une façon connue, en enroulant en spi rale, à spires jointives et serrées, un ruban de tôle 1 maintenu par un dispositif adéquat (non représenté) entre les diamètres interne et externe 2 et 3.
On exé cute ensuite, sur la tranche de la tôle enroulée, par un usinage sans sollicitations. appréciables mécani ques ou thermiques, par exemple par électroérosion, des rainures 4 et 5 en forme de couronnes ainsi que des rainures radiales 6.
Pour faire ressortir plus clairement les parties usinées, on a figuré celles-ci en blanc, comme si l'usi nage avait fait disparaître la structure lamellaire de la pièce en tôle enroulée, telle qu'elle apparaît sur les parties non usinées ainsi que sur les coupes des fig. 2 et 3.
De préférence, les parties 7 de la pièce en tôle spiralée, qui sont en relief et bordent l'entrefer sont également usinées par électroérosion; ce qui permet de réaliser d'une manière simple et peu coûteuse un entrefer minimum limité par des surfaces planes non voilées.
Les fig. 3a et 3b représentent, à titre d'exemples, deux variantes du profil transversal des rainures des tinées à recevoir les bobinages du circuit électrique.
La fig. 4 montre des saignées 8, représentées en noir, destinées à recevoir un bobinage de type loca lisé par pôle et usinées par érosion. Toutefois, le support magnétique n'est pas en tôle spiralée comme dans l'exemple précédent, mais constitue une pièce pleine 9 de forme annulaire, en céramique ferro magnétique isolante, notamment en ferrite.
On ne peut évidemment pas dans ce cas procéder par élec- troérosion, puisque cette méthode ne s'applique qu'aux matériaux conducteurs et l'on aura recours alors à l'érosion à haute fréquence ou érosion ultra- sonique. C'est également par cette dernière méthode d'usinage que l'on rectifüe les faces de la pièce 9,
en vue de réaliser la surface plane non voilée limitant l'entrefer.
Les saignées 8 reçoivent le bobinage encastré, qui peut être en cuivre ou mieux en un alliage con ducteur ferro=magnétique. Les dimensions des con- ducteurs de ce bobinage seront toujours déterminées suivant la nature du métal utilisé.
Un tel bobinage peut constituer l'induit à pôles localisés d'un alternateur à huit pôles représenté schématiquement sur la fig. 5. Cet alternateur com porte un inducteur ou aimant annulaire 10 fixé sur l'arbre 11 et tournant avec lui. Cet aimant envoie son flux à travers deux bobinages plats 8a encastrés chacun, comme il a été dit, dans une couronne 9 prenant appui sur un disque métallique 12, de sorte que le flux magnétique de l'aimant 10 se ferme à travers les couronnes 9 et les bobinages 8a.
Sur la fig. 6, on a donné un exemple de circuit magnétique destiné à recevoir un bobinage réparti ne recouvrant que partiellement l'entrefer. Cette pièce 9, en. forme d'anneau et en matière ferromagnétique, notamment en ferrite, est rectifée et gravée par un procédé d'usinage non déformant.
Les saignées radia les 13 usinées par ce procédé sont destinées à rece voir les conducteurs électriques constituant les bar reaux d'une cage d'écureuil pour machine asyn chrone, dont les anneaux de court-circuit s'appuient sur les cercles limites 2 et 3 du circuit magnétique.
Si l'on utilise de l'aluminium pour les conduc teurs, on coulera la cage d'écureuil dans la pièce gravée 9 utilisée comme élément de moule. Si l'on utilise, par contre, un alliage ferromagnétique en feuille, on l'estampera au préalable de manière à l'incruster ensuite, d'une façon connue, dans les sai gnées 13 de la pièce 9.
Les exemples décrits ci-dessus montrent des piè ces magnétiques portant des bobinages simple face . Mais on peut également fabriquer par le procédé décrit des pièces de machines portant des bobinages double face à recouvrement partiel. Dans ce cas, un disque support isolant est rapporté sur le circuit magnétique. Il comporte sur sa surface d'entrefer une partie de bobinage exécutée .suivant les techni ques usuelles dites. de circuits imprimés .
L'autre partie du bobinage, localisée du côté de la surface appliquée sur le circuit magnétique, sera alors réali sée d'après le procédé décrit et, par conséquent, en castrée dans des rainures pratiquées dans ledit circuit magnétique. Les deux bobinages seront réunis par des connexions appropriées. On réalise ainsi l'entre- fer minimum compatible avec un bobinage double face .
Des exemples d'un tel bobinage sont donnés aux fig. 7, 8 :et 9, qui concernent plus particulièrement des machines à courant continu, et ne représentent que la partie du bobinage encastrée et les rainures correspondantes 14a, 14b ou 14c, pratiquées dans le circuit magnétique et dont les formes varient sui vant le type de bobinage utilisé (ondulé, imbriqué, etc...).
La fig. 10 montre à titre d'exemple, une machine à courant continu à entrefer axial comportant un tel bobinage. Cette machine est équipée d'un aimant permanent 10 en forme d'anneau et servant d'induc teur.
Le bobinage est à double face et sa partie tour- née vers l'aimant est réalisée sur un disque isolant mince 14 tandis que l'autre face du bobinage est obtenue par les moyens décrits sur un, disque en. fer rite douce auquel est fixé le disque isolant 14. Le dis que 9 repose sur un disque métallique 12 monté sur l'arbre 11 par l'intermédiaire d'une pièce 16 clavetée en 17 sur celui-ci. L'arbre 11 tourne dans un man chon 18 du type autolubrifiant, serti dans une bague 19 montée elle-même sur une plaque 20 servant ou non de culasse et sur laquelle sont fixés l'aimant 10 ainsi que des porte-balais 21.
Il va de soi qu'un tel bobinage mixte à double face pourrait aussi bien être utilisé pour des machi nes à courant alternatif avec des connexions appro priées.
Method of manufacturing a rotating electrical machine with an axial air gap The present invention relates to a method of manufacturing a rotating electrical machine with an axial air gap comprising at least one part of magnetic material carrying at least one flat coil formed by lamellar conductors . It also relates to the machine obtained by this process.
It is known that it is desirable, in such a machine, to obtain a strictly flat air gap, delimited by surfaces exhibiting no veil, conditions which are difficult to achieve because of the mechanical deformations.
and thermal factors involved in the machining of these surfaces. Also, to limit the manufacturing costs, one generally accepts widened air gaps, which has repercussions on the efficiency of the machine.
In addition, it is known that until now, in such a machine, the winding has been carried out by a technique known as printed circuits, on one or both sides of a thin insulating disc fixed to the magnetic circuit proper, usually by gluing. This results in additional difficulties in reducing the air gap to a minimum, since the coil is located directly in the air gap and its thickness is then no longer negligible.
The object of the present invention is to remedy all of these difficulties and makes it possible to effectively achieve a minimum air gap. The method according to the invention is characterized in that the lamellar conductors of this adjacent coil,
at the flat surface for eliminating the air gap of said part made of magnetic material are embedded in very low-height grooves made in this flat surface by machining without stress. appreciable mechanical or thermal.
This prevents the machining of such small-sized grooves on the flat surface of said part, which may be formed by a strip of sheet metal or of ferromagnetic material such as ferrite,
does not cause distortions and burrs due to mechanical and thermal actions exerted by tools. This machining without appreciable thermal and mechanical stresses can consist of electroerosion or ultrasonic erosion.
A setting. Particularly advantageous work of the process according to the invention is that in which, not only the grooves,
but also the other parts of said flat surface are subjected to this machining without appreciable thermal stresses. and mechanical. It is then possible to avoid any veil in the air gap and effectively obtain an electric machine with a minimum axial air gap.
The flat coil with lamellar conductors can be preformed either by stamping, or by printing, or by spark erosion and can then be transferred and embedded in the grooves described above. The coil can also be formed by direct casting in said grooves serving as slack.
In any case, the conductors adjacent to said flat surface of the winding thus produced can only be flush with the air gap surface, but are no longer located in the air gap.
The accompanying drawings illustrate, by way of example, some implementations of the process according to the invention.
Fig. 1 is a plan view. of a part of the magnetic circuit of a machine with flat windings intended to be supplied with alternating current. This part of the magnetic circuit is here constituted by a sheet metal tape wound in spirals.
Fig. 2 is a partial section taken on line II-II of FIG. 1. Figs. 3a and 3b show, in section along line III-III of FIG. 1, two forms of grooves for embedding flat conductors.
Fig. 4 is a partial plan view of an armature with recessed winding, intended for an alternator. The magnetic circuit is in this case a ferromagnetic ceramic ring.
Fig. 5 is a schematic axial section of such an alternator.
Fig. 6 is a partial plan view showing a ring-shaped magnetic part in. which are performed radial bleeding.
Figs. 7, 8 and 9 are analogous views of three variants of an armature more particularly for direct current machines.
Fig. 10 is a schematic axial section of a direct current machine comprising such an armature. In the example of FIG. 1, the magnetic circuit is produced, in a known manner, by winding in a spiral, with contiguous and tight turns, a sheet metal strip 1 held by a suitable device (not shown) between the internal and external diameters 2 and 3.
It is then carried out on the edge of the wound sheet, by machining without stress. appreciable mechanical or thermal, for example by electroerosion, grooves 4 and 5 in the form of crowns as well as radial grooves 6.
To bring out the machined parts more clearly, these have been shown in white, as if the machining had made the lamellar structure of the wound sheet metal part disappear, as it appears on the non-machined parts as well as on the sections of fig. 2 and 3.
Preferably, the parts 7 of the spiral sheet metal part, which are in relief and border the air gap, are also machined by electroerosion; which makes it possible to achieve a minimum air gap limited by non-veiled flat surfaces in a simple and inexpensive manner.
Figs. 3a and 3b show, by way of example, two variants of the transverse profile of the grooves of the tines to receive the coils of the electrical circuit.
Fig. 4 shows grooves 8, shown in black, intended to receive a type coil located by pole and machined by erosion. However, the magnetic support is not made of spiral sheet metal as in the previous example, but constitutes a solid part 9 of annular shape, of insulating ferro-magnetic ceramic, in particular of ferrite.
Obviously, in this case, it is not possible to proceed by electroerosion, since this method only applies to conductive materials and high-frequency erosion or ultrasonic erosion will then be used. It is also by this last machining method that the faces of the part 9 are rectified,
in order to achieve the non-veiled flat surface limiting the air gap.
The grooves 8 receive the embedded winding, which can be made of copper or better still of a ferro = magnetic conducting alloy. The dimensions of the conductors of this coil will always be determined according to the nature of the metal used.
Such a winding can constitute the armature with localized poles of an eight-pole alternator shown schematically in FIG. 5. This com alternator carries an inductor or annular magnet 10 fixed to the shaft 11 and rotating with it. This magnet sends its flux through two flat coils 8a each recessed, as has been said, in a ring 9 resting on a metal disc 12, so that the magnetic flux of the magnet 10 closes through the rings 9 and the coils 8a.
In fig. 6, an example of a magnetic circuit intended to receive a distributed winding which only partially covers the air gap has been given. This piece 9, in. ring shape and made of ferromagnetic material, in particular ferrite, is ground and etched by a non-deforming machining process.
The radia les 13 grooves machined by this process are intended to receive the electrical conductors constituting the bars of a squirrel cage for an asynchronous machine, the short-circuit rings of which rest on the limit circles 2 and 3. of the magnetic circuit.
If aluminum is used for the conductors, the squirrel cage will be cast in the engraved part 9 used as a mold element. If, on the other hand, a ferromagnetic sheet alloy is used, it will be stamped beforehand so as to then embed it, in a known manner, in the grooves 13 of the part 9.
The examples described above show magnetic parts carrying single-sided coils. However, it is also possible to manufacture, by the method described, machine parts bearing double-sided partially overlapping coils. In this case, an insulating support disc is attached to the magnetic circuit. It comprises on its air gap surface a part of the winding executed. Following the so-called usual techniques. of printed circuits.
The other part of the winding, located on the side of the surface applied to the magnetic circuit, will then be produced according to the method described and, consequently, castrated in grooves made in said magnetic circuit. The two windings will be joined by appropriate connections. The minimum air gap compatible with a double-sided winding is thus achieved.
Examples of such a winding are given in FIGS. 7, 8: and 9, which relate more particularly to direct current machines, and only represent the part of the embedded winding and the corresponding grooves 14a, 14b or 14c, made in the magnetic circuit and whose shapes vary depending on the type winding used (corrugated, nested, etc.).
Fig. 10 shows by way of example a direct current machine with an axial air gap comprising such a winding. This machine is equipped with a permanent magnet 10 in the form of a ring and serving as an inductor.
The coil is double-sided and its part turned towards the magnet is produced on a thin insulating disc 14 while the other side of the coil is obtained by the means described on a disc at. soft rite to which the insulating disc 14 is attached. The saying that 9 rests on a metal disc 12 mounted on the shaft 11 by means of a part 16 keyed at 17 thereon. The shaft 11 rotates in a sleeve 18 of the self-lubricating type, crimped in a ring 19 itself mounted on a plate 20 which may or may not serve as a cylinder head and on which the magnet 10 and brush holders 21 are fixed.
It goes without saying that such a double-sided mixed coil could equally well be used for AC machines with suitable connections.