Machine électrique tournante<B>à</B> entrefer axial Dans le brevet<B>NI, 353071</B> du<B>18</B> octobre<B>1957,</B> est décrite une machine électrique tournante multi polaire comprenant un rotor discolidal et un stator également discdidal, séparés par au moins un entre- fer annulaire sensiblement plan, l'un au moins des éléments précités, de la machine comprenànt un bo binage et l'un au moins de ces éléments étant consti tué, au moins en partie, en un matériau magnétique.
Cette machine est caractérisée en ce que ledit bobi nage est constitué par des conducteurs plats adhé rant intimement<B>à</B> l'une au moins des faces, élec triquement isolante, de l'élément correspondant, ces conducteurs ayant des parties sensiblement radiales disposées sur une surface annulaire, et une face au moins du bobinage formant une surface de déli mitation de rentrefer.
Le but de l'invention est de permettre une ex tension du champ d'application pratique de telles machines.
La machine électrique tournante<B>à</B> entrefer axial objet de l'invention, comprenant un stator annulaire et un rotor annulaire séparés par un entrefer sensi blement plan, l'un de ces éléments, stator et rotor, comprenant au moins, un inducteur multipolaire et l'autre élément étant porteur d'enroulements formés chacun de conducteurs plats et minces adhérant inti mement aux faces opposées d'un support isolant intercalaire disposé entre les deux couches que for ment ces conducteurs, est caractérisée en ce que cet élément porteur d'enroulements comprend au moins deux enroulements annulaires montés coaxialement <B>à</B> l'axe de rotation<B>de</B> la machine et portés par un anneau rigide unique dont au moins la surface est isolante.
Quelques formes d'exécution de la machine tournante selon l'invention sont représentées,<B>à</B> titre d'exemple, sur le dessin annexé. Les fig. <B>1 à 9</B> rappellent l'état antérieur de la technique<B>;</B> et plus particulièrement: La fig. <B>1</B> est une vue en coupe d'une machine tournante dans laquelle le bobinage<B> </B> imprimé<B> </B> se trouve sur le rotor.
La fig. 2 est une vue de face de l'inducteur de cette machine.
Les fig. <B>3</B> et 4 sont des vues de face d'un bobi nage ondulé-série et d7un bobinage imbriqué, res pectivement pour la machine de la fig. <B>1.</B>
La fig. <B>5</B> est une vue en coupe d'une machine tournante dans laquelle le bobinage<B> </B> imprimé<B> </B> se trouve sur le stator.
Les fig. <B>6</B> et<B>7</B> représentent deux exemples de bobinages du type rappelé mais adaptés pour le cou rant alternatif.
Les fig. <B>8</B> et<B>9</B> représentent des variantes du bo binage de la fig. <B>3,</B> le premier<B>à</B> nombres de pôles moitié, le second<B>à</B> nombre de conducteurs accru.
Les fig. <B>10 à 26</B> se rapportent<B>à</B> des formes d'exécution de la machine électrique tournante re vendiquée, et plus particulièrement.
Les fig. <B>10</B> et<B>11</B> montrent deux exemples<B>de</B> rotor dans lesquels les deux bobinages sont<B> </B> em pilés dans<B>le</B> sens axial.
Les fig. 12,<B>13</B> et 14 montrent trois schémas*de connexions électriques pour les machines des fig. <B>10</B> et<B>11 ;</B> d'où se déduiront sans plus des schémas si milaires pour les machines des figures suivantes.: Les fig. <B>15 à 26</B> sont relatives<B>à</B> des machines ayant leurs bobinages montés concentriquement <B>;</B> et, plus particulièrement: Les fig. <B>15</B> et<B>16</B> sont deux vues en demi-coupe de telles machines avec un inducteur commun aux deux bobinages, respectivement.
La fig. <B>17</B> est une vue en demi-coupe & un en semble d'inducteurs pour la machine de la fig. <B>16.</B> Les fig. <B>18 à</B> 22 montrent des exemples de bobi nages pour les machines des fig. <B>15</B> et<B>16.</B>
Les fig. <B>23 à 26</B> concernent plus particulièrement des machines dans lesquelles un des bobinages est particulièrement établi pour la génération d'un cou rant alternatif de fréquence<B> </B> élevée<B> </B> visà-vis des fréquences que peuvent avoir les courants alterna tifs des bobinages précédents.
Les fig. <B>23</B> et 24 montrent des demi-vues de tels bobinages.
Les fig. <B>25</B> et<B>26</B> montrent des vues en coupe d'exemples de machines incorporant de tels bobi nages.
Une machine conforme<B>à</B> l'art antérieur est,<B>à</B> titre illustratif, rappelée sur la fig. <B>1.</B> Elle comprend un rotor<B>1</B> encadré d'un inducteur 2 et d'une culasse magnétique<B>3.</B> Uinducteur 2 comprend un certain nombre de pôles magnétiques<B>8,</B> chacun pourvu d'un épanouissement polaire<B>7,</B> fixés sur une culasse an nulaire<B>6</B> portée par une plaque de montage 4<B>;</B> la fig. 2 montre une vue de face d'un tel inducteur,<B>à</B> huit pôles dans l'exemple considéré.
La culasse ma gnétique<B>3</B> est portée par une pièce de montage<B>5.</B> Le rotor<B>1</B> est monté sur un moyeu 12 solidaire d'un arbre<B>13</B> tourillonné dans des paliers 14 sup portés par ces plaques de montage 4 et<B>5.</B> Uun des éléments du stator porte au moins une paire de balais ou de frotteurs, tels que celui indiqué en<B>11</B> sur la coupe de la fig. <B>1.</B>
Le bobinage du rotor<B>1</B> de la machine est formé par<B> </B> impression<B> </B> sur les deux faces<B>10-10</B> d'un anneau isolant mince<B>9.</B> Chaque face du bobinage comprend un jeu de conducteurs formant des demi- spires qui sont interconnectées d'une face<B>à</B> l'autre par des ponts passant soit par-dessus les bords de l'isolant soit<B>à</B> travers ce dernier. De préférence les conducteurs formant des demi-spires sont conformés pour couvrir la quasi-totalité <B>de</B> l'anneau isolant, les intervalles qui les séparent étant réduits<B>à</B> la valeur minimum admissible au point de vue électrique.
La fig. <B>3</B> rappelle un tel bobinage du type ondulé-série, <B>à</B> huit pôles et dix-sept conducteurs (en pratique, bien entendu, le nombre de conducteurs sera géné ralement beaucoup plus élevé) et la fig. 4 rappelle un tel bobinage du type imbriqué,<B>à</B> huit pôles et dix-huit conducteurs. Un conducteur<B>10</B> de la fig. <B>3</B> comprend une partie sectorale radiale terminée<B>à</B> chaque extrémité par des parties incurvées et d'incli- naison & contraires.
Un conducteur 20 de la fig. 4 comporte similairement une partie sectorale radiale prolongée par deux parties incurvées de même in clinaison. Les pointillés<B>de</B> la fig. <B>3</B> se réfèrent aux conducteurs de la face arrière vis-à-vis de celle mon trée et permettent de suivre le tracé du bobinage complet.
Ainsi que l'a<B>déjà</B> exposé la titulaire et qu'on peut utilement le rappeler ici, l'un, entre autres, des avantages des bobinages de ce genre est que, pour les machines<B>à</B> courant continu, les balais (décalés angulairement entre eux d'un pas polaire) peuvent être calés sur n'importe quel diamètre, les conducteurs d'une face (ou de l'autre) faisant direc tement office de lames de collecteur. Une paire de balais suffit pour le bobinage ondulé-série <B>;</B> pour le bobinage imbriqué, il faut autant de paires de balais, que de paires de pôles, bien entendu.
Au lieu d'être monté sur le rotor de la machine, le bobinage décrit peut être monté sur le stator, étant alors, fig. <B>5,</B> appliqué sur la culasse magnéti que<B>3</B> portée par la plaque<B>5 ;</B> l'inducteur est au con traire monté comme rotor sur l'arbre<B>13.</B> Pour l'ali mentation du bobinage, il n'est plus besoin que de prises fixes telles que celle indiquée en<B>15.</B> En substi tuant une cage d'écureuil<B>à</B> l'inducteur et en alimen tant le bobinage en courant alternatif, on obtiendrait un moteur asynchrone.
Lorsque le bobinage porté par le rotor doit être alimenté en courant alternatif, il est nécessaire de lui associer des bagues auxquelles le courant sera conduit par des frotteurs. Les fig. <B>6</B> et<B>7</B> montrent, <B>à</B> titre illustratif, deux dispositions de tels bobina ges pour un enroulement monophasé. La configu ration du bobinage proprement dit est reprise de la fig. <B>3,</B> toutes interconnexions de demi-spires <B>y</B> étant réalisées.
Dans la réalisation de la fig. <B>6,</B> le bobinage est entouré, sur chacune de ses faces, d'une bague <B>17</B> venue<B>e</B> d'impression<B> </B> sur l'isolant en même temps que les conducteurs<B>30</B> et, de plus, est aussi venue d'impression une liaison directe<B>18</B> entre cette bague<B>17</B> et l'Lin des conducteurs<B>30.</B>
Bien entendu, sur la face non montrée, cette liaison<B>18</B> est décalée d'un pas polaire vis-à-vis de la liaison<B>18</B> indiquée au schéma. Dans la réalisa tion de la fig. <B>7,</B> les. deux bagues<B>17</B> et<B>19</B> sont éta blies sur la même face du bobinage, la bague<B>19</B> étant au centre et directement reliée en 21<B>à</B> l'un des conducteurs<B>30</B> avec un décalage d'un pas po laire sur la liaison directe<B>18</B> entre le bobinage et la bague<B>17.</B>
La fig. <B>8</B> montre comment, avec un même nom bre de dix-sept conducteurs par face que dans la fig. <B>3,</B> on réalise un bobinage<B>à</B> quatre pôles.<B>Il</B> suf fit pour cela de modifier les inclinaisons des parties extrêmes des conducteurs 40 pour obtenir le pas de bobinage désiré. La fig. <B>9</B> montre, au contraire, comment on peut modifier le nombre de conduc teurs sans changer<B>le</B> nombre de pôles. Ici les con ducteurs<B>50</B> sont au nombre de trente-trois par face.
Après ce rappel de l'état antérieur de la tech nique, vont être décrites des machines dans les quelles un élément porte au moins deux bobinages des, types rappelés, non nécessairement identiques (et même dans la plupart des cas pratiques,<B>diffé-</B> rents), un tel élément étant mécaniquement unitaire.
Dans une première forme d'exécution, ces bobi nages sont accolés l'un<B>à</B> l'autre dans le sens axial et fixés de part et d'autre soit d'une couronne iso lante unique 24 (fig. <B>10),</B> soit, en variante, d'une couronne magnétique unique<B>25</B> dont les surfaces sont recouvertes d'une couche isolante (fig. <B>11).</B> Ces bobinages sont, dans leur ensemble, désignés par les références numériques 22 et<B>23.</B> On va considérer qu'au point de vue électrique, ils sont séparément accessibles par des paires de balais ou frotteurs distinctes,<B>26-27</B> pour le bobinage 22,<B>28-29</B> pour le bobinage<B>23,</B> fig. 12<B>à</B> 14, et, pour simplifier, qu'ils sont d'un type ne nécessitant chacun qu'une paire de balais ou frotteurs.
Quand, par exemple, en se référant<B>à</B> la fig. 12, on alimente le bobinage 22, on recueille aux bornes du bobinage<B>23</B> une tension induite qui peut être utilisée soit pour contrôler la vitesse<B>de</B> rotation de la machine, soit pour alimenter une charge. Lors qu'on entrame, la machine, elle fonctionne en géné ratrice pure et on recueille deux tensions distinctes, une aux bornes de chaque bobinage. Comme dit, les deux bobinages peuvent être<B>à</B> nombres de con ducteurs différents. En génératrice, les deux tensions peuvent donc être de valeurs différentes.
En moteur, la machine peut avoir trois vitesses<B>:</B> l'une définie par l'alimentation du bobinage 22, l'autre définie par l'alimentation du bobinage<B>23</B> et la troisième définie par l'alimentation des deux bobinages<B>à</B> la fois. En désignant par<B>U,</B> la tension d'alimentation entre les balais ou frotteurs<B>26-27</B> et par<B><U>U.</U></B> celle entre les balais<B>28</B> et<B>29,</B> ces trois vitesses sont K/Ul, K/U., et K/(UI + <B><U>U.),</U></B> K désignant un coefficient de pro portionnalité.
Bien entendu, comme montré<B>à</B> la fig. <B>13,</B> on peut mettre les, deux bobinages en série aux bornes d'une source d'alimentation unique, par exemple<B>31</B> en courant continu, d'où un accroissement de la tension de fonctionnement. D'une autre manière, comme montré<B>à</B> la fig. 14, on peut utiliser les deux bobinages pour une machine<B>à</B> deux sens de rota tion,<B>à</B> l'aide d'un inverseur<B>32</B> qui permet,<B>à</B> partir de la môme source<B>31,</B> d'alimenter soit l'un soit l'au tre des deux bobinages 22 et<B>23.</B>
S'il est clair, cependant, que dans une telle dis position, qui peut être élargie par l'empilage de plus de deux bobinages, les nombres de conducteurs des bobinages peuvent être différents, et même les bobinages être de natures électriques distinctes, cou rant continu et courant alternatif, ces bobinages doivent demeurer adaptés<B>à</B> un seul nombre de pai res de pôles magnétiques. Au point de vue techno logique, de plus, il est évident que les bobinages, séparément<B> </B> imprimés<B> ,</B> doivent ensuite être as semblés sur leur support isolant. Enfin, l'empilage axial a tendance<B>à</B> réduire l'efficacité de la machine puisque le flux magnétique doit traverser les bobi nages en série.
Dans une seconde forme d'exécution, les bobi nages sont concentriques et portés par un même support isolant. Ces bobinages sont désignés par 42 et 43 sur les vues en demi-coupe des fig. <B>15</B> et<B>16.</B> Sur la fig. <B>15,</B> l'inducteur magnétique est commun aux deux bobinages, chaque épanouissement polaire <B>7</B> étant<B>de</B> même extension radiale que celle occupée par les, deux bobinages 42 et 43. Sur la fig. <B>16,</B> deux inducteurs distincts<B>36-37-38</B> et 46-47-48 coopèrent séparément avec les bobinages 42 et 43.
Ceci, qui peut<B>déjà</B> être avantageux lorsque les deux bobinages ont des fonctions distinctes dans la machine mul tiple, permet en outre de réaliser des machines mul tiples dans lesquelles, les nombres de pôles sont dif férents de bobinage<B>à</B> bobinage. Ce nombre sera de préférence alors plus grand pour la couronne exté rieure que pour la couronne intérieure.<B>A</B> simple titre illustratif, la demi-vue de la fig. <B>17</B> montre Pin- ducteur d'une telle machine<B>à</B> quatre pôles pour la couronne intérieure et huit pour la couronne exté rieure.
La fig. <B>18</B> montre, une vue de face d7un rotor <B>à</B> double bobinage concentrique, avec dix-sept con ducteurs par face pour une machine<B>à</B> huit pôles. La fig. <B>19</B> montre une vue d'un rotor dont les bobi nages<B>62</B> et<B>63</B> ont des nombres de conducteurs dif férents pour un même nombre de pôles. La fig. 20 montre un bobinage double,<B>72-73 à</B> quatre pôles. (couronne intérieure) et huit pôles (couronne exté rieure). Ces exemples concernent des machines<B>à</B> courant continu.
Mais on peut aussi, comme montré<B>à</B> la fig. 21, établir le double bobinage avec un bobinage central <B>83 à</B> courant continu et un bobinage extérieur<B>82 à</B> courant alternatif, ou, comme montré<B>à</B> la fig. 22, avec deux bobinages<B>92</B> et<B>93 à</B> courant alternatif, le bobinage extérieur<B>92</B> ayant un nombre de pôles supérieur<B>à</B> celui du bobinage intérieur (dans le schéma pris pour exemple,<B>93</B> est un bobinage<B>à</B> quatre pôles et<B>92</B> est un bobinage<B>à</B> seize pôles).
Pour les machines, génératrices de courant alter natif<B>à</B> fréquence élevée bien qu'à vitesse modérée, il peut être avantageux d'établir le bobinage de cou ronne extérieure, quel que puisse être le bobinage intérieur<B>(à</B> courant continu ou alternatif) 43, avec une configuration en grecque, comme indiqué soit sur la fig. <B>23</B> soit sur la fig. 24. Sur la demi-vue de la fig. <B>23, 113</B> désigne<B>le</B> conducteur en forme de grecque, en cuivre par exemple, et 114 désigne des intervalles, en un matériau magnétique tel que fer, par exemple, entre les secteurs de la grecque.
Sur la demi-vue de la fig. 24, la grecque conductrice<B>103</B> occupe la quasi-totalité de la couronne<B>;</B> cette der nière configuration est d'autant plus avantageuse que le nombre de<B> </B> pôles<B> </B> est élevé.
La vue en coupe de la machine correspondante, fig. <B>25,</B> montre que l'élément fixe de culasse com prend, comme dans la fig. <B>16,</B> deux anneaux magné tiques 44 et 45 montés sur la plaque de support<B>5</B> et que, avantageusement, étant donné le grand nom bre de pôles magnétiques d'inducteur pour la cou ronne extérieure, on peut utiliser un anneau de fer rite<B>138,</B> avec des pôles magnétiques étroits; formés, par traitement magnétique, dans cet anneau, en substitution d'un inducteur<B>à</B> pôles mécaniquement distincts. On a indiqué en<B>11</B> les deux frotteurs pour le bobinage en forme de grecque<B>103.</B>
Plus avantageusement encore et en variante de la fi-.<B>25,</B> cette dernière machine peut être modifiée comme indiqué sur la fig. <B>26,</B> en établissant le stator en deux parties identiques et symétriquement dispo sées par rapport au rotor et,<B>de</B> plus, en établissant sur chacune des couronnes<B>138</B> et<B>238</B> en ferrite de l'inducteur pour la couronne extérieure du rotor, un bobinage<B>à</B> courant alternatif en forme de grecque identique<B>à</B> celui<B>113</B> du rotor, faisant face<B>à</B> l'en- trefer. Ces bobinages<B>203</B> et<B>303</B> ont des prises<B>15</B> et<B>115 ;
</B> le bobinage<B>113</B> est dépourvu de frotteurs et un courant alternatif est induit dansi les bobinages <B>203</B> et<B>303</B> qui peuvent, ou non, être électriquement interconnectés.
Uinducteur pour le bobinage 43 du rotor est également en deux parties, 46-47-48 et 146-147-148, encadrant le bobinage 43<B>(à</B> courant continu ou al ternatif). Les éléments 146-147-148 sont supportés par une plaque de montage 104.
<B>Il</B> est évident que les deux dispositions peuvent être combinées, c'est-à-dire que deux ou plusieurs paires de bobinages concentriques peuvent être ac colées axialement dans une machine.