Elément inducteur multipolaire pour machine électrique tournante La présente invention a pour objet un élément inducteur multipolaire pour machine électrique tour nante, comprenant un support isolant de même axe de symétrie que la machine et, sur ce support et y adhérant intimement sur une face au moins, des paires de faisceaux de conducteurs délimitant autant d'aires.polaires nues qu'il y a de paires de faisceaux, ces aires polaires ayant chacune un axe de symétrie propre et lesdits faisceaux étant jointifs entre eux entre chaque paire d'aires polaires consécutivement rencontrées sur ce support,
ces conducteurs ayant des parties sensiblement parallèles auxdits axes de symétrie des aires polaires correspondantes et des parties sensiblement transversales à ces axes de symétrie pour relier entre elles les extrémités des- dites parties parallèles.
En technologie classique des bobinages induc teurs électrotechniques, c'est-à-dire des bobinages formés de conducteurs individuellement isolés et déposés dans des encoches d'une carcasse en fer, on a déjà recherché à donner à la forme d'onde de champ magnétique dans l'entrefer une certaine forme particulière, soit pour la rendre plus sinusoïdale, soit au contraire pour la déformer en onde carrée ou en onde favorisant certains harmoniques. Les possibi lités de réaliser de telles formes d'onde particulières étaient limitées à une répartition inégale du nombre des conducteurs du bobinage dans les encoches.
L'invention a pour but de remédier aux incon vénients précités et de fournir un élément inducteur multipolaire qui permet au contraire d'obtenir toute distribution et toute forme d'onde du flux magné tique désirées dans l'entrefer d'une machine élec trique tournante.
L'élément inducteur, objet de l'invention, est caractérisé en ce que, dans chaque paire de fais ceaux, les parties des conducteurs qui sont sensible- ment parallèles à l'axe de symétrie de l'aire polaire correspondante sont de largeurs différentes et variant symétriquement par rapport à l'axe de cette aire polaire, afin de définir une distribution particulière du champ magnétique dans chaque aire polaire de l'élément inducteur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue simplifiée de profil, en partie en coupe, d'une machine électrique tournante à entrefer annulaire plat.
La fig. 2 est un exemple de distribution du champ magnétique sur un pas polaire, obtenue avec des conducteurs de même largeur, comme c'est le cas sur les demi-vues des fig. 5A et 6A ;cette distribu tion est comparée, pour les besoins de l'exposé et à titre illustratif, à une distribution sinusoïdale requise.
La fig. 3 est un graphique, directement compa rable à celui de la fig. 2, définissant comment, dans une première forme d'exécution de l'invention, les largeurs des conducteurs peuvent être modifiées pour assurer une meilleure approche de la distribution sinusoïdale du champ magnétique.
La fig. 4 est un graphique, directement compa rable aux précédents, qui définit les modifications de largeurs à apporter aux conducteurs, dans une autre forme d'exécution, pour assurer une approche satisfaisante d'une distribution du champ magnétique favorisant un harmonique.
La fig. 5A, en une demi-vue de face d'un bobi nage du type considéré, montre une distribution nor male des conducteurs sur la surface d'un support isolant. La fig. 5B, en une demi-vue de face, montre la distribution des conducteurs sur la surface d'un sup port annulaire donnant la distribution du champ de la fig. 3.
La fig. 6A, en une demi-vue de face d'un autre bobinage du type considéré, montre une distribution normale des conducteurs de ce bobinage sur la sur face d'un support annulaire ; et la fig. 6B, en une demi-vue de face, montre la distribution des conducteurs modifiée de manière à donner la distribution du champ de la fig. 4.
La machine de la fig. 1 comprend un bobinage statorique annulaire, désigné dans son ensemble par la référence numérique 1, porté par une plaque de montage discoïdale 2, et un disque rotorique en matériau magnétique 3 porté par un moyeu 4 cla- veté sur un arbre 41 soutenu dans des paliers 5 portés respectivement par la plaque de montage 2 et par une autre plaque de montage, amorcée en 6, et dis posée de l'autre côté du rotor.
Le bobinage du stator peut être formé de conducteurs plats impri més par exemple sur un isolant mince et appliqué contre un anneau en matériau magnétique lui-même fixé sur la plaque 2 ou, d'une autre manière, ce bobinage peut être formé directement sur un anneau magnétique isolant ainsi monté. La plaque 6 peut porter un anneau magnétique fixé sur elle en regard de l'entrefer et de l'anneau magnétique du stator 1. Pour l'exposé, on considérera le bobinage comme monophasé, les prises n'étant pas figurées sur le schéma élémentaire de la fig. 1.
On connaît déjà un tel bobinage de l'élément inducteur qui peut être du type indiqué sur la fig. 5A ou du type indiqué sur la fig. 6A, en considérant illustrativement une machine hexapolaire, et en con sidérant de plus quatre spires par pôle, donc huit conducteurs radiaux, quatre de chaque côté de la surface polaire à délimiter, et les interconnexions entre ces conducteurs radiaux sont assurées par des conducteurs en arcs de cercle reliant les extrémités des premiers selon le dessin même du bobinage:
on obtient ainsi une succession de solénoïdes plans dans le cas de la fig. 5A, et un assemblage de grecques spiralées dans le cas de la fig. 6A.
En suivant par exemple le tracé du bobinage de la fig. 5A, 7 désigne le conducteur d'entrée de cou rant d'un premier solénoïde dont les conducteurs sont parcourus dans le sens indiqué par les flèches jus qu'à une traversée médiane 12 de l'isolant sur lequel sont formés les conducteurs. Dans la fig. 5A, l'iso lant apparaît en noir sur le dessin.
Sur l'arrière de l'isolant est alors assurée une connexion en arc de cercle, indiquée en pointillé en 9, amenant le courant à une traversée 13 qui rejoint le second solénoïde du bobinage, lequel est parcouru par le courant en sens inverse du sens de parcours du premier, comme indiqué par les flèches. Le con ducteur en arc de cercle extérieur de ce second solénoïde amène le courant au conducteur d'entrée 15 du solénoïde suivant qui est ainsi parcouru dans le même sens que le premier, jusqu'à une nouvelle traversée d'isolant 14 d'où part, sur l'arrière,
une nouvelle connexion en arc de cercle 10 et ainsi de suite (on peut d'ailleurs suivre la progression des interconnexions de solénoïdes jusqu'au conducteur de sortie 8 sur la fig. 5B dont il sera parlé plus en détail plus loin).
En suivant le tracé de la fig. 6A (complété par celui de la fig. 6B dont on parlera dans le détail plus loin), on voit que le courant entre par le con ducteur 7 de la spirale extérieure, parcourt la spirale en grecque complète pour revenir au conducteur précédant immédiatement le conducteur 7 et consti tuant l'entrée de la seconde spirale ; et ainsi de suite jusqu'à l'arrivée en 20 de la dernière spirale, point auquel il existe une traversée de l'isolant reliée à une connexion arrière de sortie 8.
Dans l'un et l'autre de ces bobinages connus, chacun des conducteurs radiaux présente une ouver ture angulaire uniforme a, c'est-à-dire une largeur moyenne uniforme. Chacun des conducteurs d'inter connexion en arcs de cercle présente une hauteur radiale uniforme x, comme indiqué sur la fig. 6A.
Le fait de prendre les conducteurs radiaux de forme individuellement rectorale et de les associer avec des intervalles réduits au minimum compatible avec leur isolement relatif, assure de façon évidente une ouverture optimum du bobinage sur sa surface d'exploitation, d'où un rendement énergétique du bobinage qui peut être considéré comme sensible ment optimum. Cependant la force électromotrice développée dans chaque spire dépend non seule ment du champ en chaque point, considération énergétique, mais aussi de la répartition des spires sur la surface ouverte, répartition qui conditionne la forme d'onde de ce champ, et donc la distribution spatiale du flux magnétique qui est l'intégrale de ce champ.
En considérant, fig. 2 et 3, que la forme d'onde de champ magnétique désirée est sinusoïdale dans le pas polaire p de la machine, et qu'il y a quatre spires par pôle, donc huit conducteurs plats à établir en conséquence dans le pas polaire, on voit sur la fig. 2 que le fait de prendre arbitrairement les quatre conducteurs de même largeur a sur un rayon vecteur arbitraire donne, par addition des champs élémentaires, chacun de valeur h puisque le courant est constant dans le bobinage à considérer, une forme d'onde qui n'approche que par défaut l'alternance sinusoïdale (en pointillé).
La forme d'onde approchée est montrée en trait plein, c'est une courbe en escalier, de hauteur de marche h, tracée en prenant les milieux des quatre conducteurs, pour les abscisses, et les points de rencontre des normales à ces points milieux avec les droites h, <I>2h, 3h,</I> et 4h, en ordonnées. La largeur<I>a</I> étant prise, en fait, arbitraire vis-à-vis de la forme d'onde requise, il n'y a à priori aucune relation directe entre ces facteurs. Sur le graphique de la fig. 3, par contre, les largeurs des conducteurs,<I>b, c, d,</I> e sont établies en liaison avec la forme d'onde désirée, par le fait qu'on utilise le découpage même de la forme d'onde par les lignes<I>h, 2h,</I> 3h et 4h pour déterminer ces lar geurs.
La forme d'onde approchée en escalier ainsi obtenue recoupe donc la forme d'onde idéale aux- dites valeurs d'ordonnées et ces points de recoupe ment se situent au lieu des marches (sauf le plat du sommet naturellement). L'approximation est donc nettement supérieure à celle de la fig. 2.
Cette détermination de la distribution des con ducteurs dans un pas polaire n'est évidemment limi tée à aucune forme d'onde. A titre illustratif, le graphique de la fig. 4 en montre une autre, arbi traire, dans laquelle on obtient pour les quatre con ducteurs les largeurs<I>f, g, j, k,</I> d'une façon identique à celle par laquelle on avait obtenu les largeurs b, c, d et e dans le graphique de la fig. 2.
En assimilant alors les largeurs de conducteurs ainsi définies et leurs ouvertures angulaires, c'est- à-dire en considérant que les graphiques des fig. 3 et 4 sont valables quel que soit le rayon vecteur considéré dans le bobinage et que les conducteurs sont radiaux, on obtient le dessin de bobinage de la fig. 5B en reportant cette répartition de largeurs de conducteurs plats dans le type de bobinage de la fig. 5A ; et on obtient, similairement, le dessin du bobinage de la figure 6B en reportant cette répar tition de largeurs dans le type de bobinage de la fig. 6A.
Le dessin de la fig. 5B correspond au graphique de la fig. 3 et celui de la fig. 6B, au graphique de la fig. 4. On aurait pu, tout aussi bien, inverser une telle correspondance.
Sur la fig. 5B, on voit d'ailleurs la suite du bobinage décrit à propos de la fig. 5A. Le premier solénoïde du bobinage de la fig. 5B est alimenté à partir d'une connexion arrière 10 par la traversée d'isolant 16 ; le conducteur en arc de cercle extérieur de ce premier solénoïde alimente le conducteur d'entrée 17 du solénoïde suivant, lequel aboutit à la traversée 18, qui, par la connexion arrière 11, assure alors l'alimentation du dernier solénoïde en 19, ce dernier solénoïde aboutissant à la sortie de courant 8.
Sur les deux schémas des fig. 5B et 6B, de plus, on a indiqué que les conducteurs en arcs de cercle formant, en quelque sorte, les têtes de bobines des solénoïdes et grecques, ne sont plus établis d'une largeur uniforme x mais leurs largeurs sont variées, comme indiqué en<I>m, n, q, r</I> et s sur la fig. 5B et comme indiqué en<I>m, n, q, r, s, t,</I> v, et y sur la fig. 6B. Cette disposition peut, utilement en certains cas, venir en complément de la première et notam ment afin de rendre les résistances ohmiques de ces conducteurs de têtes de bobines d'une même valeur pour tous ces conducteurs.
D'une autre manière d'ailleurs, la variation de la surface de ces conducteurs de têtes de bobines peut permettre de tenir compte des variations de résis tance des conducteurs radiaux soit pour, finalement, réaliser des bobinages dans lesquels la résistance ohmique de chaque spire est maintenue sensiblement constante, soit au contraire pour établir une répar tition déterminée des valeurs des résistances des spires de chaque solénoïde ou de chaque créneau de grecque.
Les dispositions des fig. 5B et 6B sont données, comme dit, à titre simplement illustratif ; elles con cernent, l'une et l'autre, le cas de conducteurs pris systématiquement radiaux, de forme individuelle rec torale, et jointifs , d'où l'assimilation des largeurs de conducteurs plats définies par les graphiques des fig. 3 et 4 et des ouvertures angulaires de ces con ducteurs radiaux. En fait, donc, ces graphiques doi vent être considérés comme s'appliquant, en un tel cas, à n'importe quelle valeur de rayon vecteur pour les conducteurs radiaux.
La forme d'onde du champ est symétrique par rapport au plan médian de chaque pôle mais est identique pour chaque rayon vecteur compris entre les rayons vecteurs extrêmes de la partie active du bobinage, les têtes de bobines se trouvant en dehors de ces rayons vecteurs extrêmes.
Il est également possible d'assurer une variation de la forme du champ dans la direction de l'axe de symétrie de chaque aire polaire. Il suffit pour cela de tracer un certain nombre de courbes telles que celles indiquées en pointillé sur les fig. 3 et 4, en variant à volonté la forme de ces courbes et de pro céder au découpage susdit sur chacun des graphi ques. A chaque courbe et à chaque découpage, on affecte alors un rayon vecteur, d'où le dessin final des conducteurs actifs de chaque bobine.
L'utilisa teur sera libre soit de maintenir radiaux les axes de ces conducteurs, qui ne seront alors plus jointifs, soit, après avoir délimité arbitrairement la surface polaire requise par deux lignes entre les rayons vec teurs maximum et minimum des parties utiles des conducteurs, de dessiner les conducteurs jointifs en partant de ces lignes, les allures de ces conducteurs n'étant évidemment plus symétriques par rapport à des axes radiaux, bien qu'ils demeurent d'orientation générale orthogonale à l'axe de rotation.