Machine électrique tournante La présente invention a pour objet une machine électrique tournante multipolaire, du type défini dans la revendication du brevet principal, c'est-à-dire com prenant un rotor discoïdal et un stator également dis- coïdal, séparés par au moins un entrefer annulaire sensiblement plan, l'un au moins des éléments pré cités de la machine comprenant un bobinage et l'un au moins de ces éléments étant constitué, au moins en partie,
en un matériau magnétique, ledit bobinage étant constitué par des conducteurs plats adhérant intimement à l'une au moins des faces, électrique ment isolante, de l'élément correspondant, ces con- ducteurs ayant des parties sensiblement radiales dis posées sur une surface annulaire, et une face au moins du bobinage formant une surface de délimita tion de l'entrefer.
La machine conforme à la présente invention est caractérisée en ce que son stator comprend ledit bo binage qui est destiné à être alimenté en courant al ternatif, et en ce que son rotor est constitué par deux éléments diseaïdaux constitués, au moins en partie, en un matériau magnétique et encadrant le stator qui est dépourvu d'un tel matériau, l'un au moins de ces éléments rotoriques étant solidaire de l'arbre de la machine et comprenant un bobinage en cage d'écu reuil annulaire plane.
Diverses formes d'exécution de la machine objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemple, dans le dessin ci-annexé, qui montre Les fig. 1 à 3, en élévation en coupe, trois for mes d'exécution différentes.
La fig. 4, une vue partielle d'une face du stator d'une de ces. machines.
La fig. 5, une vue partielle d'une face de l'élément en cage d'écureuil d'une machine. Les fig. 6 et 7, des vues partielles d'une face de l'autre élément rotorique de la machine, selon qu'il s'agit d'une machine à simple culasse magnétique (fig. 6) ou à pôles magnétiques (fig. 7).
Sur les, vues des fig. 1 à 3, 1 désigne une plaque de base circulaire munie d'un rebord 4 et qui va servir au montage des divers éléments de la machine. 5 désigne le stator comprenant simplement une pla que mince diélectrique 24 (fig. 4) sur les faces. de laquelle ont été formées des demi-spires, 22 d'un côté et 23 de l'autre, constituant, ensemble et après raccordement des extrémités des demi-spires par des connexions 25 et 26 (fig. 1 à 3),
un bobinage ondulé- série complet. Les interconnexions peuvent, comme connu, être constituées par des métallisations de trous appropriés ménagés dans la plaque 24. Les, bornes d'alimentation ne sont pas montrées ; on pourra uti lement se reporter à cet effet au brevet Ne 363075.
L'un des éléments du rotor demeure inchangé dans les trois formes d'exécution, c'est l'élément qui est lié à l'arbre du moteur, indiqué en 16 sur la fig. 1. Cet élément comprend un bobinage constitué par une transposition discoïdale d'une cage d'écureuil et la fig. 5 en rappelle une réalisation.
Le fer ou partie magnétique de cet élément est constituée d'une tôle magnétique enroulée sur champ en une spirale à spires jointives apràs indentation préalable de cette tôle, sur quoi la spirale est moulée dans, un, maté riau conducteur tel que du cuivre qui remplit lesdites indentations et forme deux couronnes, intérieure et extérieure de frettage ainsi que, de préférence et par la forme même du moule, le moyeu de cet élément rotorique. On voit en 10 le cuivre, en 11 le fer,
sur la fig. 5.
L'autre élément du rotor peut être soit une simple culasse magnétique constituée par exemple, comme visible sur la fig. 6, d'une tôle magnétique uniforme enroulée sur champ en une spirale 13 déposée ou moulée dans une cuvette 12, en cuivre par exemple, soit une couronne de pôles magnétiques, alors et de préférence constituée, comme visible sur la fig. 7, par un anneau de ferrite dure, 13, déposé dans.
ladite cuvette 12 et sur lequel ont été formés, par traitement magnétique,<I>des</I> pôles tels que 27 uniformément es pacés sur le pourtour de l'anneau et en alternance régulière de polarités Nord et Sud. Bien entendu; on pourrait aussi utiliser une couronne d'aimants per- manents en forme de pastilles, logés dans ladite cu vette.
Considérant plus particulièrement la fig. 1, la plaque de base 1 est formée, par moulage ou usi nage, avec un moyeu central 2 dans lequel vient se loger l'extrémité de l'arbre 16 par l'intermédiaire d'un manchon 15 ; cette disposition assure donc un palier de rotation pour le rotor fixé sur l'arbre 16 et, par exemple, claveté sur lui par son moyeu 9. Le stator est porté par le moyeu 2 et fixé par une bague 6 sur un épaulement de ce moyeu.
La fig. 2 représente une variante dans laquelle, d'une part la plaque 1 n'est plus pourvue que d'un téton central 2, un manchon 17 entourant ce téton pour l'assemblage du rotor, dont les éléments enca- drent le stator qui est alors fixé périphériquement dans le boîtier 1, le long de son rebord 4, entre des bagues 7 et 8, la bague 8 au moins étant filetée exté rieurement pour le maintien dudit stator 5.
Les deux parties du rotor sont solidarisées au montage par tout moyen approprié, après la dépose de la partie infé rieure, la mise en place du stator et la mise en place de l'élément supérieur du rotor.
Dans la fig. 3, la différence principale consiste en la libération d'un élément du rotor vis-à-vis de l'autre et de l'arbre que ce dernier entraîne. L'élément inférieur (sur le dessin) du rotor est en effet montré porté par le: téton 3 sur lequel est monté le manchon 17, par l'intermédiaire, par exemple, de roulements à billes 18, ce par quoi cet élément de rotor est libé- ré et peut tourner fou autour de son axe. Un;
tel mon tage pourrait être réalisé dans une machine du genre de celle de la fig. 1, puisqu'il suffirait de désolida riser les deux éléments du rotor et de monter l'élé ment intérieur sur roulement autour du manchon 2.
Dans les variantes des fig. 2 et 3, on a indiqué en 20 un logement d'extrémité de l'arbre entraîné, non montré.
Les prises électriques du stator ne sont pas figu rées sur les schémas.
Dans ces machines, le stator étant réduit prati quement au seul bobinage inducteur alimenté en cou- raat alternatif, il n'y a plus de pertes dans le fer dans ce stator. Le fait d'encadrer le stator par deux éléments discoïdaux a en premier lieu pour but d'équilibrer les poussées de part et d'autre du stator, ensuite d'assurer une fermeture du flux passant à travers le bobinage du stator et les éléments du rotor.
Il en sera ainsi lorsque l'élément du rotor qui ne comporte pas le bobinage en cage d'écureuil est du type de la fig. 6, auquel cas cet élément en tôle spi ralée sert seulement de pièce d'équilibrage et de fer meture du flux magnétique. Bien entendu, en établis- sant sur cet élément une cage d'écureuil, on augmente le couple moteur sur l'arbre de la machine, lorsqu'on solidarise les deux éléments du rotor.
Si toutefois, on ne désire pas accroître l'inertie du moteur asyn chrone ainsi obtenu, on laissera le second élément, du simple type de la fig. 6, fou sur l'arbre comme indiqué, ce qui réduira l'inertie du rotor lors du dé marrage du moteur. Une fois cet élément entraîné par sa rotation libre autour de l'arbre, son mouve ment évitera l'apparition de pertes de fer.
Mais l'établissement du rotor en deux éléments discoïdaux présente aussi l'intérêt de permettre la réalisation de moteurs synchrones et autosynchrones. Par autosynchrones on entend ici des. machines qui, amenées à une certaine vitesse, s'y stabiliseront quelle que soit cette vitesse, au contraire des machi nes synchrones dont la vitesse est fixée par la cons titution même de la partie à aimants permanents du rotor. Le second élément du rotor sera alors consti tué, comme dit, par une couronne de pôles magnéti ques permanents.
Solidaire de l'arbre, cet élément assurera la réalisation d'un moteur synchrone, fou sur l'arbre, celle d'un moteur autosynchrone. La cage d'écureuil que comprend l'autre élément du rotor, outre son.
rôle précédemment exposé, servira alors de plus à amortir les oscillations des machines synchro nes et autosynchrones, comme connu, la différence étant ici que les deux fonctions, synchronisation et amortissement des oscillations sont séparées. De plus, dans une machine autosynchrone, la présence d'une cage d'écureuil permet d'assurer le démarrage et l'amenée du moteur à la vitesse désirée.
Rotating electric machine The present invention relates to a multipolar rotary electric machine, of the type defined in the claim of the main patent, that is to say comprising a discoidal rotor and a also discoidal stator, separated by at least one substantially planar annular air gap, at least one of the aforementioned elements of the machine comprising a coil and at least one of these elements consisting, at least in part,
made of a magnetic material, said coil being formed by flat conductors adhering intimately to at least one of the electrically insulating faces of the corresponding element, these conductors having substantially radial parts placed on an annular surface, and at least one face of the coil forming a delimiting surface of the air gap.
The machine according to the present invention is characterized in that its stator comprises said winding which is intended to be supplied with alternating current, and in that its rotor is constituted by two diseaïdaux elements constituted, at least in part, by a magnetic material and surrounding the stator which is devoid of such a material, at least one of these rotor elements being integral with the shaft of the machine and comprising a winding in a flat annular squirrel cage.
Various embodiments of the machine which is the subject of the invention are shown, by way of example, in the accompanying drawing, which shows FIGS. 1 to 3, in sectional elevation, three different execution forms.
Fig. 4, a partial view of one face of the stator of one of these. machines.
Fig. 5, a partial view of one side of the squirrel cage element of a machine. Figs. 6 and 7, partial views of one side of the other rotor element of the machine, depending on whether it is a machine with a single magnetic yoke (fig. 6) or with magnetic poles (fig. 7) .
On the views of FIGS. 1 to 3, 1 designates a circular base plate provided with a rim 4 and which will be used for mounting the various elements of the machine. 5 denotes the stator simply comprising a thin dielectric plate 24 (Fig. 4) on the faces. of which were formed half-turns, 22 on one side and 23 on the other, constituting, together and after connecting the ends of the half-turns by connections 25 and 26 (fig. 1 to 3),
corrugated winding - complete series. The interconnections may, as known, be formed by metallizations of suitable holes made in the plate 24. The power terminals are not shown; one could usefully refer for this purpose to patent Ne 363075.
One of the elements of the rotor remains unchanged in the three embodiments, it is the element which is linked to the motor shaft, indicated at 16 in FIG. 1. This element comprises a coil formed by a discoidal transposition of a squirrel cage and FIG. 5 recalls one realization.
The iron or magnetic part of this element consists of a magnetic sheet wound on a field in a spiral with contiguous turns after prior indentation of this sheet, on which the spiral is molded in, a, conductive material such as copper which fills said indentations and form two rings, inner and outer shrinking as well as, preferably and by the very shape of the mold, the hub of this rotor element. We see in 10 copper, in 11 iron,
in fig. 5.
The other element of the rotor can either be a simple magnetic yoke constituted for example, as visible in FIG. 6, of a uniform magnetic sheet wound on a field in a spiral 13 deposited or molded in a cup 12, made of copper for example, or a ring of magnetic poles, then and preferably formed, as visible in FIG. 7, by a hard ferrite ring, 13, deposited in.
said cup 12 and on which have been formed, by magnetic treatment, <I> poles </I> such that 27 are uniformly placed around the periphery of the ring and in regular alternation of North and South polarities. Of course; it would also be possible to use a ring of permanent magnets in the form of pellets, housed in said cup.
Considering more particularly FIG. 1, the base plate 1 is formed, by molding or machining, with a central hub 2 in which the end of the shaft 16 is housed by means of a sleeve 15; this arrangement therefore provides a rotation bearing for the rotor fixed to the shaft 16 and, for example, keyed to it by its hub 9. The stator is carried by the hub 2 and fixed by a ring 6 on a shoulder of this hub .
Fig. 2 shows a variant in which, on the one hand, plate 1 is no longer provided with more than a central stud 2, a sleeve 17 surrounding this stud for assembling the rotor, the elements of which surround the stator which is then fixed peripherally in the housing 1, along its rim 4, between rings 7 and 8, the ring 8 at least being externally threaded to hold said stator 5.
The two parts of the rotor are secured to the assembly by any suitable means, after the removal of the lower part, the installation of the stator and the installation of the upper element of the rotor.
In fig. 3, the main difference consists in the release of one element of the rotor vis-à-vis the other and the shaft which the latter drives. The lower element (in the drawing) of the rotor is in fact shown carried by the: stud 3 on which the sleeve 17 is mounted, by means, for example, of ball bearings 18, whereby this rotor element is freed and can spin crazy around its axis. A;
such an assembly could be carried out in a machine of the type of that of FIG. 1, since it would suffice to separate the two elements of the rotor and to mount the inner element on a bearing around the sleeve 2.
In the variants of FIGS. 2 and 3, an end housing of the driven shaft is indicated at 20, not shown.
The stator electrical outlets are not shown in the diagrams.
In these machines, the stator being reduced practically to the single inductor winding supplied with alternating current, there are no more losses in the iron in this stator. The purpose of framing the stator by two discoidal elements is firstly to balance the thrusts on either side of the stator, then to ensure closure of the flux passing through the stator winding and the elements of the stator. rotor.
This will be the case when the element of the rotor which does not include the squirrel cage winding is of the type of FIG. 6, in which case this spiral sheet element serves only as a balancing piece and as a magnetic flux meter. Of course, by establishing a squirrel cage on this element, the motor torque on the machine shaft is increased when the two rotor elements are joined together.
If, however, one does not wish to increase the inertia of the asynchronous motor thus obtained, one will leave the second element, of the simple type of FIG. 6, Idle on the shaft as shown, which will reduce the inertia of the rotor when starting the engine. Once this element is driven by its free rotation around the shaft, its movement will prevent the appearance of iron losses.
But the establishment of the rotor in two discoidal elements also has the advantage of allowing the production of synchronous and autosynchronous motors. By autosynchronous is meant here. machines which, brought to a certain speed, will stabilize there whatever this speed, unlike synchronous machines whose speed is fixed by the very construction of the permanent magnet part of the rotor. The second element of the rotor will then be constituted, as said, by a ring of permanent magnetic poles.
Attached to the shaft, this element will ensure the realization of a synchronous motor, mad on the shaft, that of an autosynchronous motor. The squirrel cage that includes the other element of the rotor, besides sound.
role previously explained, will then serve in addition to damping the oscillations of the synchronous and autosynchronous machines, as known, the difference being here that the two functions, synchronization and damping of the oscillations are separate. In addition, in a self-synchronous machine, the presence of a squirrel cage makes it possible to start and bring the motor to the desired speed.