CH648961A5 - Noyau magnetisable destine a recevoir des conducteurs electriques dans une machine electrique, et procede pour la fabrication de ce noyau. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un noyau magnétisable destiné à recevoir des conducteurs électriques dans une machine électrique, telle qu'un moteur électrique ou un générateur électrique, ce noyau étant muni, sur l'une de ses faces, de projections en forme de dents et de gorges intermédiaires destinées à recevoir lesdits conducteurs. L'invention se rapporte également à un procédé pour la fabrication d'un tel noyau.

Un tel noyau, qui est incorporé dans le rotor et/ou le stator d'un moteur électrique ou d'un générateur électrique, comprend normalement un grand nombre de plaques planes réalisées en un matériau magnétisable et comprimées ensemble pour former un paquet dans lequel les surfaces extérieures ou planes des plaques s'étendent à angle droit par rapport à l'axe de rotation de la machine. Les surfaces planes sont revêtues d'une couche mince de vernis isolante électriquement ou sont munies d'une couche isolante de papier.

Des rotors, par exemple, sont fabriqués par découpage à partir de feuilles d'un matériau magnétisable d'un grand nombre de plaques de rotor circulaires identiques ayant des projections en forme de dents et des gorges intermédiaires pour recevoir des conducteurs électriques sous forme, par exemple, de tiges d'aluminium ou de tiges de cuivre, ou de bobinages, les plaques de rotor étant ensuite disposées ensemble de façon à former un noyau de rotor complet. Un désavantage de cette méthode de fabrication consiste en ce que de grandes quantités du matériau métallique en feuilles magnétisable et coûteux sont perdues lors de l'opération de découpage des plaques à partir de ce matériau. Dans certains cas, la quantité de matériau perdu peut être supérieure à celle du matériau utilisé pour la fabrication des noyaux. Un autre problème consiste en ce que, lors de la fabrication des noyaux en petites quantités, les coûts des outils de découpage sont très élevés, ce qui aboutit naturellement à un prix élevé pour le moteur ou le générateur fini.

En conséquence, un premier but de cette invention consiste à fournir un noyau qui est fabriqué avec une quantité négligeable de déchets et qui est extrêmement peu coûteux, quel que soit le nombre de noyaux fabriqués de dimensions données.

Ce but est atteint par le noyau selon l'invention, noyau caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une bande d'un matériau magnétisable qui est courbée ou pliée de manière à former des ondulations pour définir des projections en forme de dents et des gorges, et qui est mise ensuite sous la forme d'un anneau circulaire.

Selon l'invention, une pluralité de bandes courbées en ondulations peuvent être placées les unes sur les autres, les dents des bandes respectives se logeant les unes dans les autres, de telle sorte qu'une grande quantité de matériau magnétisable soit présente. La quantité de matériau magnétisable présent peut, en outre, être augmentée en pressant un anneau comprenant un ou plusieurs tours du matériau en bandes magnétisable dans le fond des gorges.

L'invention sera maintenant décrite plus en détail en référence au dessin annexé, dans lequel:

La fig. 1 représente une coupe d'une bande de métal courbée ou pliée en vue de la fabrication d'un noyau selon l'invention.

La fig. 2 illustre partiellement la surface cylindrique d'un rotor muni d'un noyau selon l'invention.

La fig. 3 illustre schêmatiquement la construction d'un moteur à induction selon l'invention, à flux magnétique radial.

La fig. 4 illustre un détail du stator du moteur de la fig. 3.

La fig. 5 illustre un détail du rotor de la fig. 3.

La fig. 6 illustre schêmatiquement un stator selon l'invention pour une machine avec flux magnétique axial.

La fig. 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la fig. 6.

La fig. 8 est une vue simplifiée d'un stator montré à la fig. 6, avec un rotor.

La fig. 1 illustre en perspective une coupe d'une bande initialement plate d'un matériau magnétisable, de préférence un matériau du type normalement utilisé pour la fabrication de noyaux de moteurs électriques, de générateurs électriques et de transformateurs. Il est également possible, toutefois, d'utiliser une feuille de fer doux ou un matériau similaire, si l'efficacité de la machine est nêgli-

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gée. Ainsi qu'on peut le voir sur la fig. 1, la bande de feuille métallique initialement plane a été courbée ou pliée de manière à former des ondulations et à obtenir des projections en forme de dents 1, 2 qui définissent des gorges adjacentes respectives 3, 4 et 5. Chaque gorge 3, 4, 5 est prévue de manière à recevoir un conducteur électrique ou une partie d'un bobinage, alors que les projections en forme de dents 1, 2 forment les pôles de manière habituelle. La bande pliée ou courbée, dont la section est illustrée à la fig. 1, est coupée à la longueur désirée, puis courbée autour d'un mandrin cylindrique 28, comme montré à la fig. 2, les extrémités opposées mutuellement de la bande étant ensuite jointes l'une à l'autre par soudage, collage ou par tout autre moyen approprié.

La fig. 2 illustre d'une manière simplifiée une partie d'un rotor cylindrique 6 produit à partir d'une seule bande de feuille métallique recourbée selon la fig. 1. Une bande de feuille métallique selon la fig. 1 de la longueur désirée, c'est-à-dire d'une longueur qui est égale 'à n • D, où D est le diamètre du rotor, a été coupée et pliée pour former un noyau circulaire analogue à un tambour, dans lequel des conducteurs électriques, par exemple les conducteurs 7 et 8, sont disposés dans les gorges 3 et 5. Ces conducteurs peuvent consister en un bobinage ou en des tiges solides, les extrémités de celles-ci étant court-circuitées par l'entremise d'un anneau. Dans la forme d'exécution illustrée, la bande montrée à la fig. 1 a été pliée autour d'un point central, qui, dans cette figure, est situé au-dessous de la bande. Pour la fabrication d'un stator, c'est-à-dire si le noyau doit être muni de conducteurs électriques sur la surface interne du noyau circulaire, la bande montrée à la fig. 1 est courbée autour d'un point central qui, dans la figure, se trouve au-dessus de la bande. Il convient de noter que la bande de feuille métallique pliée à partir de laquelle un stator doit être normalement réalisé présente différentes dimensions par rapport à une bande de feuille métallique à partir de laquelle un rotor doit être fabriqué à cause, par exemple, du pas polaire différent pour un stator et pour un rotor.

La fig. 3 est une vue particulièrement simplifiée d'un moteur 3 phases muni de noyaux construits selon l'invention, alors que les fig. 4 et 5 illustrent des détails du stator 9 et du rotor 10, respectivement. Le stator 9 est monté de façon fixe et non illustrée spécifiquement, alors que le rotor 10 est fixé par des moyens de serrage 11,12 et 13 au dispositif 14, de manière à être entraîné en rotation autour de son axe 38, cet axe étant tourillonné de façon rotative dans des paliers non montrés. Comme exemple d'un dispositif à être entraîné par le moteur, on peut mentionner le tambour rotatif de machines à laver et, par conséquent, la référence 14 identifie ainsi la paroi cylindrique d'un tel tambour.

On admettra ci-après que le moteur est destiné à entraîner une machine à laver, le tambour 14 de celle-ci pouvant être entraîné en rotation à des vitesses différentes et le sens de son mouvement pouvant être inversé. Si la machine à laver est destinée à admettre une charge de 6 à 8 kg d'articles à laver, il convient de prendre, comme point de départ approprié, un moteur 3 phases ayant un couple maximal d'environ 35 Nm à toutes les vitesses. Ce couple correspond à une puissance approximative de 3500 W à une vitesse de 1000 tr/min. Si l'on souhaite produire un moteur aussi mince que possible et que la largeur de la bande A (fig. 1) soit choisie à 25 mm et l'épaisseur de la bande à 0,5 mm (bande de feuille métallique traditionnelle pour noyau), les données principales suivantes sont' obtenues pour le moteur:

Diamètre extérieur du stator Dsy = ~ 332 mm Diamètre de l'espace d'air DL = ~ 300 mm Diamètre intérieur du rotor DRi = ~ 274 mm Nombre de pôles 50

Nombre de gorges 1 (1 gorge par pôle et phase)

La largeur de l'espace d'air a été négligée ici, mais elle ne doit pas être inférieure à 0,6 mm.

Le stator comporte 150 gorges ayant chacune une largeur B (fig. 4) de 3,7 mm et une profondeur C de 10 mm, et 150 dents ayant une largeur E de 3,6 mm. Dans l'exemple illustré, le rotor 10 comporte 165 gorges et projections en forme de dents ayant une profondeur de dent E de 3 mm, une largeur de gorge B de 3,7 mm et une profondeur de gorge C de 8 mm. Afin d'obtenir le couple requis, le stator est construit de la manière illustrée en détail à la fig. 4. Une seconde bande ondulée 16 est comprimée dans une première bande ondulée 15 du type de celle illustrée à la fig. 1, les dimensions extérieures de cette seconde bande étant adaptées aux dimensions internes des projections en forme de dents de la première bande 15 et aux dimensions extérieures de la gorge dans la bande 1. Une troisième bande ondulée 17 est comprimée ou fixée dans la bande 16, et les projections en forme de dents du stator 9 peuvent être considérées, lorsque l'on examine en pratique, comme comprenant un matériau magnétique homogène. Lorsque chaque projection en forme de dent doit être réalisée de façon à devenir pratiquement homogène, le nombre de bandes pliées ou courbées s'ajustant l'une avec l'autre variera naturellement indépendamment de la largeur E de la projection en forme de dent et de l'épaisseur de la feuille métallique. Dans la fig. 4 sont montrés, entre les bandes 15,16 et 16,17 respectivement, des espaces qui désignent des couches isolantes de vernis, de papier ou d'un matériau isolant similaire. Afin d'obtenir la plus grande quantité possible de fer dans chaque dent, les projections en forme de dents sont munies, sur chaque dent, d'une épaisseur telle des bandes d'emboîtement mutuelles 15,16,17, de manière à obtenir le contact étroit entré la surface interne d'une dent extérieure et la surface extérieure de la dent suivante. De préférence, on utilise un nombre de bandes tel que la dent située la plus à l'intérieur, qui,

dans l'exemple de la fig. 4, est formée par la bande 17, ait un intervalle intérieur ou un vide intérieur qui n'est défini que par l'épaisseur de l'isolation, comme illustré à la fig. 4. Les conducteurs du stator ou les conducteurs de la bobine 18 et 19 indiqués à la fig. 4 peuvent être mis en position avant le pliage des bandes ondulées 15, 16,17 sous une forme cylindrique de section circulaire, bien que ces conducteurs puissent naturellement être mis en position après le pliage de ces bandes pour former le cylindre. On préfère toutefois mettre les conducteurs ou le bobinage en position avant le pliage des bandes sous forme cylindrique, étant donné que les gorges se ferment légèrement lors du pliage des bandes, ce qui conduit à une meilleure fixation des conducteurs ou du bobinage. Après le pliage des bandes de feuille métallique en une forme cylindrique, par exemple autour d'un mandrin cylindrique 28, une bande 20 est enroulée autour de l'extérieur des bandes ondulées, de manière que cette bande vienne en contact étroit avec le fond extérieur de la gorge 21. Dans l'exemple illustré, la bande 20 a été enroulée sur huit tours. On a ainsi obtenu un anneau substantiellement homogène ayant une hauteur F d'environ 6 mm calculée à partir du fond des gorges respectives de la surface extérieure de la bande plane 20 enroulée autour. La largeur de la bande 20 est de façon appropriée la même que la largeur des bandes courbées ou pliées 15 à 17. Si l'extrémité extérieure libre de la bande 20 n'est pas soudée ou liée à la bande sous-jacente, l'ensemble du stator 9 peut être comprimé en un support cylindrique ou en un dispositif analogue, qui peut être incorporé, par exemple, dans le bâti d'une machine dans laquelle le moteur doit être installé.

Le rotor 10, dont le détail est illustré à la fig. 5, est construit dans cet exemple d'une manière correspondant au stator de la fig. 4, avec trois bandes courbées ou pliées et une bande plane interne enroulée autour de plusieurs tours. Cette bande plane, qui a également la même largeur que les bandes ondulées dans le rotor et le stator, est, dans le cas illustré, uniquement enroulée de sept tours, et la distance entre le fond de la gorge et le diamètre interne du rotor est d'environ 5 mm. Un moteur ayant les dimensions mentionnées ci-dessus fournit une densité de courant linéaire d'environ 20 000 A/m à un couple maximal et une densité de flux magnétique maximale dans l'espace d'air Bmed, d'environ 0,6 T.

La fig. 5 illustre un rotor 10 court-circuité, dans les gorges duquel sont pressés, d'une manière connue en soi, des conducteurs en aluminium, par exemple les conducteurs 23 et 24, les extrémités de ces conducteurs étant reliées électriquement l'une à l'autre au moyen d'un anneau de court-circuitage 25 sur les deux extrémités du rotor.

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Les anneaux de court-circuitage sont pressés sur lesdites extrémités en même temps que les conducteurs 23 et 24 sont pressés dans lesdites gorges.

Afin de permettre de contrôler le moteur indépendamment de la charge et de la vitesse désirée, on utilise de façon appropriée un moyen de commande 22 (fig. 3) du type décrit dans la demande de brevet suisse N° 8097/81.

Un noyau du type décrit peut être utilisé pour toutes sortes de moteurs et de générateurs électriques ayant un stator et/ou un rotor présentant, comme pôle, des projections en forme de dents, par exemple un moteur d.c., un générateur asynchrone et un moteur asynchrone, en plus du moteur à induction court-circuité décrit précédemment.

Afin d'éviter la cassure aux arêtes de pliage ou de courbure d'une bande, par exemple la bande 15, la liaison entre les deux côtés de liaison mutuelle, par exemple les côtés 26 et 27 (fig. 4), est formée doucement de façon appropriée, c'est-à-dire de façon à ne pas être trop abrupte. Dans ce qui précède, il a été admis que les surfaces d'une bande courbée ou pliée forment par paire des angles droits l'une avec l'autre, bien que, ainsi qu'on pourra le comprendre, il soit possible dans certains cas de courber ou de plier la bande de telle sorte que, avant le pliage de cette bande pour former un cylindre, les gorges aient une forme frusto-conique en coupe, qui se transforme en une forme rectangulaire lorsque la bande est recourbée dans ladite forme circulaire.

Bien que la description qui précède ait été faite en référence à un moteur à flux axial, on comprendra que l'invention peut également être appliquée pour la fabrication d'un stator et/ou d'un rotor pour une machine à flux axial, c'est-à-dire une machine dans laquelle le flux magnétique s'étend dans la direction de l'axe de rotation. 5 La fig. 6 est une vue simplifiée de ce type de stator, dans lequel une ou plusieurs bandes ondulées sont recourbées en un cercle autour du centre de rotation 39 de la machine. La fig. 6 illustre un bobinage 29 disposé dans deux gorges adjacentes mutuellement avec une dent intermédiaire 30, dans une bande'31. Comme montré dans io la vue en coupe de la fig. 7, trois bandes pliées en ondulations 31, 32 et 33 ont été utilisées, ces bandes étant disposées de la manière décrite en référence à la fig. 4. Une bande plane 34 est enroulée en spirale pour former un anneau et, ainsi que cela ressort de la fig. 7, le nombre de tours dans l'anneau de l'exemple illustré est tel que cet 15 anneau présente la même largeur que les bandes 31 à 33 de largeur égale mutuellement.

L'anneau formé à partir de la bande 34 est fabriqué à partir d'un matériau magnétisable approprié et fixé à l'anneau comprenant lesdites bandes pliées en ondulations d'une manière non montrée, par 20 exemple au moyen de chevilles passant à travers lesdites bandes ondulées et ledit anneau, les gorges et les projections en forme de dents desdits anneaux étant situées dans un plan s'étendant à angle droit par rapport à l'axe 37.

La fig. 8 est une vue simplifiée d'une machine à flux magnétique 25 axial, comprenant un stator en forme de disque 35 selon la fig. 6 et un rotor en forme de disque 36 ayant un axe de sortie 37.

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2 feuilles dessins

Claims (12)

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1. Noyau magnétisable ayant, sur l'une de ses surfaces, des projections en forme de dents (1, 2) et des gorges intermédiaires (3, 4, 5) destinées à recevoir des conducteurs électriques (7, 8) dans une machine électrique, notamment un moteur électrique ou un générateur électrique, caractérisé par le fait que le noyau comprend au moins une bande (15,16, 17; 31, 32, 33) d'un matériau magnétisable, chaque bande étant courbée ou pliée d'une manière ondulée pour définir lesdites projections en forme de dents et lesdites gorges, et par le fait que chaque bande forme un anneau circulaire.

2. Noyau selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une pluralité de bandes courbées ou pliées (15,16,17; 31, 32, 33) sont disposées les unes sur les autres avec les projections en forme de dents des bandes respectives s'étendant l'une dans l'autre.

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REVENDICATIONS

3. Noyau selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les projections en forme de dents des bandes respectives sont formées de telle sorte que l'espace libre dans les projections en forme de dents respectives soit substantiellement rempli avec le matériau magnétisable en bande.

4. Noyau selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'un anneau est relié à l'anneau comprenant une ou plusieurs bandes pliées, cet anneau comprenant au moins une bande plane (20; 34) et étant en contact avec les fonds (21) desdites gorges.

5. Noyau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les bandes ondulées (15,16, 17) sont courbées pour former un cylindre ayant des projections en forme de dents et des gorges situées sur la surface cylindrique de celui-ci.

6. Noyau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la bande ondulante (31, 32, 33) est courbée pour former un anneau plat avec des projections en forme de dents et des gorges s'étendant substantiellement axialement par rapport à l'axe de rotation (28) de la machine.

7. Procédé pour la fabrication d'un noyau magnétisable destiné à recevoir des conducteurs électriques dans une machine électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on courbe ou qu'on plie une bande plane d'un matériau magnétisable de manière ondulée, de façon à définir des projections en forme de dents et des gorges dans ce noyau, et par le fait qu'on recourbe la bande en une forme circulaire et qu'on relie les extrémités de cette bande l'une avec l'autre.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on dispose, sur une première bande ondulée, au moins une autre bande ondulée, cette autre bande étant similaire à la première mais plus étroite, par le fait qu'on introduit l'autre bande dans les espaces entre les projections en forme de dents de la première bande et par le fait qu'on met l'élément formé des deux bandes obtenues sous la forme d'un anneau.

9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que la (les) bande(s) ondulée(s) est (sont) pliée(s) de manière à former un cylindre circulaire avec les projections en forme de dents et les gorges dirigées vers l'intérieur ou vers l'extérieur à partir de la surface cylindrique du cylindre.

10. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que la (les) bande(s) ondulée(s) est (sont) pliée(s) de façon à former un anneau plat circulaire avec les projections en forme de dents et les gorges s'étendant substantiellement axialement relativement à l'axe de rotation de la machine obtenue.

11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'on enroule une bande de matériau magnétisable en forme d'anneau ayant au moins un tour d'enroulement en contact avec une surface dudit cylindre.

12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait qu'on dispose des conducteurs électriques (7, 8; 29) dans lesdites gorges avant le pliage de la (des) bande(s) ondulée(s) sous la forme d'un anneau circulaire.