DESCRIPTION
La présente invention concerne un dispositif de bobines comportant au moins deux bobines planes superposées, réalisées en technique de circuits imprimés, selon le préambule de la revendication 1.
Dans les dispositifs connus de ce type, utilisés notamment dans certains moteurs à courant continu, comportant un rotor en forme de disque aimanté, chaque bobine réalisée sur un support isolant donné comporte un bobinage monophasé, des bobines correspondant à des phases différentes étant formées sur des supports différents. Or, le positionnement des bobines superposées associées à des phases différentes d'un moteur biphasé ou triphasé est trés délicat et une erreur de phase pouvant résulter d'un mauvais positionnement est d'autant plus importante que le nombre de pôles du moteur est grand. D'autre part, étant donné le nombre de bobines qu'il est nécessaire d'empiler pour former un dispositif de bobines adéquat pour un moteur, de nombreuses connexions doivent être établies entre les supports en présence.
Ces interconnexions posent des problèmes qui ne peuvent pratiquement pas être résolus de façon satisfaisante dans les dispositifs connus.
L'invention vise à remédier à ces inconvénients et se propose notamment de fournir un dispositif de bobines du type susmentionné, dans lequel la relation entre les différentes phases est rigoureusement constante et dans lequel les connexions sont réalisées de façon particulièrement simple, économique et sûre. L'invention a en outre pour but de permettre d'obtenir une très grande densité des conducteurs actifs et, dans le cas de structures polyphasées, une répartition uniforme des bobinages relatifs aux différentes phases dans le dispositif de bobines.
A cet effet, le dispositif selon l'invention comporte les particularités indiquées dans la partie caractéristique de la revendication 1. Les revendications 2 à 13 décrivent des formes d'exécution préférentielles du dispositif selon l'invention.
D'autres particularités et avantages de la présente invention ressortiront de la description de différentes formes d'exécution donnée ci-après à titre d'exemple et illustrée dans le dessin annexé dans lequel:
la fig. 1 est une vue de dessus d'un support isolant portant un circuit imprimé tel qu'il peut être utilisé dans un dispositif de bobines biphasé selon l'invention;
la fig. 2 est une vue similaire à celle de la fig. 1, illustrant une autre forme d'exécution d'un circuit imprimé muni de bornes de connexion multiples et de bornes d'accès;
la fig. 3 est une vue d'une variante d'exécution du circuit de la fig. 2 muni de bornes de connexion à anneaux intérieurs;
;
la fig. 4 est une vue en coupe d'un empilage de deux bobines utilisant un circuit selon la fig. 3 montrant un moyen de connexion ex térieure, et
les figures 5A et 5B sont des schémas de circuits imprimés réalisés sur les deux faces d'un support de bobines utilisable dans un dispositif triphasé selon l'invention.
Selon la fig. 1, une bobine, désignée dans son ensemble par 1, comporte un support isolant 10 de forme circulaire et de très faible épaisseur par rapport à son diamètre, ce support portant sur chacune de ses faces un circuit imprimé. Les parties conductrices du circuit se trouvant sur la face visible ou face supérieure du support sont indiquées par des zones foncées de la fig. 1. Ce circuit comporte notamment une série de brins de conducteurs radiaux disposés régulièrement les uns à côté des autres le long d'une zone annulaire 12 du circuit. En dehors de la zone 12, ces brins sont reliés entre eux de façon à constituer un bobinage en forme de grecque à deux conducteurs juxtaposés.
Une première borne de connexion 4, disposée à l'extérieur de la zone annulaire 12 et de la zone de liaison qui entoure celle-ci, forme, par exemple, une borne d'entrée du bobinage,et est reliée par une partie conductrice 15 à un premier brin radial, à partir duquel le chemin de conduction fait un premier tour de la zone 12 en suivant une forme de grecque extérieure, puis un deuxième tour similaire à l'intérieur de la première grecque, comme l'indique la figure 1, pour aboutir à un dernier brin 17 et à une borne d'interconnexion 6. Il est à noter que, dans le présent dispositif, cette borne d'interconnexion 6 est disposée à l'extérieur de la zone annulaire 12, la liaison entre deux brins de la première grecque formant à cet effet une excroissance 11. Le circuit s'étendant entre les bornes 4 et 6 constitue un premier bobinage 2 du présent dispositif.
Le circuit imprimé de la face visible du support comporte en outre une partie de liaison 8 entre deux bornes 5 et 7 dont la fonction sera décrite ci-après.
Le circuit imprimé réalisé sur la face opposée du support 10 ou face inférieure, invisible sur la fig. 1, présente un dessin identique à celui de la face supérieure et, vu du même côté que ce circuit de la face supérieure, il apparaît retourné de 180 autour d'un axe d'alignement radial désigné par OA dans la fig. 1.
Les bornes 5 et 7 susmentionnées sont disposées de façon symétrique respectivement aux bornes 4 et 6 du circuit 2 par rapport à l'axe OA. Par conséquent, dans le circuit de la face inférieure, des bornes 4' et 6' correspondant aux bornes 5 et 7 du circuit de la face supérieure se trouvent exactement en regard des bornes respectives 4 et 6 du circuit 2. Les bornes 4' et 6' sont reliées entre elles par une partie 9' ayant la forme de la partie 8 de la face supérieure. La borne 4' constitue une deuxième borne de connexion, en l'occurrence une borne de sortie du bobinage 2 de la face supérieure, les bornes 6 et 6' servant de bornes d'interconnexion entre les deux parties 2 et 9'.
Elles sont reliées entre elles, par exemple, au moyen d'un trou traversant le support isolant et rempli de matière conductrice.
Le bobinage 2 présente ainsi des première et seconde bornes de connexion, qui sont disposées en regard l'une de l'autre sur le support isolant. Par conséquent, lorsque plusieurs de ces supports sont superposés pour former un empilement, toutes les bornes de connexion des bobinages se trouvant sur les faces supérieures de ces supports sont alignées axialement, et notamment la deuxième borne de connexion ou borne de sortie d'un bobinage donné est placée en regard de la première borne de connexion ou borne d'entrée du bobinage suivant. Par des moyens de connexion très simples, qui seront décrits plus loin, ces bornes peuvent ainsi être mises en contact, de sorte que la première borne de connexion du premier bobinage et la deuxième borne de connexion du dernier bobinage de l'empilement forment les bornes d'entrée et de sortie d'un ensemble de bobinages connectés en série.
La position des différents supports superposés est déterminée par des trous tels que 16 qui permettent de réaliser la fixation de ces supports et de l'ensemble de l'empilement dans un dispositif donné.
En ce qui concerne la face inférieure du support 10, elle porte, selon ce qui a été indiqué plus haut, un bobinage désigné par 3' identique au bobinage 2, les axes d'alignement OA étant superposés. Par conséquent, le bobinage 3' présente sur la face inférieure une borne de connexion 5' située en dessous de la borne 5, cette dernière étant reliée au bobinage 3' par l'intermédiaire de la partie 8, la borne d'interconnexion 7 et la borne d'interconnexion 7' reliée à la borne 7 de façon analogue à celle des bornes 6, 6', la borne 5 constituant une autre borne de connexion du bobinage 3'.
Les supports isolants étant superposés, comme mentionné précédemment, et les bornes de connexion superposées de deux supports consécutifs étant mises en contact, les bobinages disposés sur les faces inférieures des supports se trouvent connectés en série entre eux de la même façon que les bobinages des faces supérieures entre les première et seconde bornes de connexion extérieures représentant l'entrée et la sortie de l'ensemble de bobinages des faces inférieures des supports isolants.
Le dispositif de bobines ainsi formé comporte par conséquent deux ensembles de bobinages électriquement séparés qui peuvent, par exemple, constituer une structure d'excitation biphasée d'un moteur électrique du type mentionné au début. Dans ce cas, I'axe d'alignement OA est choisi de telle façon par rapport aux bobinages 2, 3' que ceux-ci présentent, dans leur position sur le support isolant, un déphasage d'un angle électrique de 90 .
Dans le cas des bobinages de la fig. 1, les brins radiaux disposés côte à côte forment des groupes de deux, dans lesquels les brins sont parcourus dans le même sens par le courant qui circule dans chaque bobinage. Les groupes adjacents, par exemple ceux formés respectivement à l'intérieur des angles BOC et COD et désignés par 13 et 14, sont parcourus par des courants de sens inverse et l'axe OC constitue un axe de symétrie de ces deux groupes, de même que les axes
OB, OD, etc., constituent de tels axes de symétrie pour les brins radiaux qu'ils séparent. Dans le cas d'une structure biphasée, l'angle entre l'axe d'alignement OA et un de ces axes de symétrie, en l'occurrence OB, est égal au quart de l'angle formé entre deux axes de symétrie voisins, de façon à satisfaire la condition de quadrature entre les deux phases correspondant aux bobinages 2 et 3'.
Dans le dispositif basé sur l'agencement de la fig. 1, on réalise ainsi une structure biphasée dans laquelle les bobinages correspondant à deux phases différentes sont formés sur un même support, de sorte que le déphasage est rigoureusement assuré par la gravure des circuits. La connexion entre eux des différents bobinages associés à chaque phase de la manière décrite ci-dessus permet en outre l'assemblage d'un nombre approprié de bobines par superposition selon un procédé industriellement applicable. Il est également à noter que chaque bobinage du présent dispositif peut comporter un grand nombre de paires de groupes de brins radiaux, par exemple 25 paires dans le cas de la fig. 1.
La fig. 2 montre un circuit formant sur la face supérieure d'un support isolant 210 un bobinage 22 dans lequel chaque groupe de brins comporte huit conducteurs, le nombre de paires de groupes de brins étant de 12 dans l'exemple montré. La configuration générale du bobinage en forme de grecque est similaire à celle du bobinage de la fig. 1, les parties conductrices étant ici représentées en blanc et les parties isolantes en noir. Les portions entièrement radiales de l'ensemble des brins du bobinage s'étendent sur une zone annulaire 20 en dehors de laquelle sont disposées les différentes bornes faisant partie du circuit imprime.
Les bornes de connexion du dispositif utilisant l'agencement de la fig. 2 sont réalisées sous forme de bornes multiples comportant chacune plusieurs, ici trois, bornes individuelles reliées entre elles.
Ainsi une première borne de connexion 24 du bobinage 22 comporte trois bornes individuelles 241, 242 et 243 reliées par des liaisons respectives, telles que 244, à une partie conductrice commune.
Les circuits formés sur les deux faces du support isolant comportent un axe d'alignement OA autour duquel le dessin du circuit d'une face, vu de celle-ci, est retourné de 180 par rapport au circuit de la phase opposée, de façon analogue à celle décrite en rapport avec la fig. 1. Dans l'exemple de la fig. 2, il s'agit également d'une structure biphasée et l'on voit sur le dessin que l'angle AOB de décalage entre l'axe OA et l'axe de symétrie OB séparant deux groupes de brins est égal au quart de l'angle BOC entre les deux axes de symétrie voisins OB et OC.
Le circuit de la face inférieure du support 210 comporte ainsi un bobinage 23' et une deuxième borne de connexion 24' du bobinage 22, cette borne présentant la même forme qu'une borne de connexion 25 associée au bobinage 23' de la face inférieure. La borne de connexion 25 visible sur la fig. 2 est similaire à la borne 24 et comporte trois bornes individuelles 251, 252, 253. D'une manière analogue à celle décrite en rapport avec la fig. 1, la borne 25 est reliée par l'intermédiaire d'une partie 28 isolée électriquement du bobinage 22, d'une borne d'interconnexion 27 et d'une borne d'interconnexion 27', disposée en regard de la borne 27 sur la face opposée du support, à une extrémité du bobinage 23',1'autre extrémité de ce bobinage étant reliée à une borne de connexion 27' de la face inférieure.
Les bornes d'interconnexion 26 et 26' correspondent, en ce qui concerne la forme du circuit auquel elles appartiennent, respectivement aux bornes 27' et 27 et elles sont disposées de façon symétrique par rapport à l'axe OA.
Les bornes de connexion multiples illustrées par la fig. 2 permettent de réaliser un branchement des différents bobinages du dispositif sous une autre forme que celle du branchement en série mentionnée en rapport avec la fig. 1, par exemple sous la forme d'un branchement en parallèle. Le branchement peut être effectué par une connexion entre elles des différentes bornes individuelles alignées axialement et, en ce qui concerne les bornes ne devant pas être reliées à cette connexion, par une rupture de la partie de liaison respective entre la borne individuelle et la partie conductrice commune sur le circuit imprimé.
Le circuit représenté à la fig. 2 comporte en outre des bornes d'accès 221, 223, 232, 234 sur la face supérieure correspondant à des bornes d'accès analogues 231', 233', 222', 224' du circuit de la face inférieure du support. Ces bornes d'accès sont connectées par une liaison analogue à celle des bornes d'interconnexion à travers le support, à des zones conductrices intérieures respectives du bobinage de la face opposée, c'est-à-dire respectivement aux zones 221', 223', 232', 234' et 231, 233, 222, 224 visibles sur la fig. 2.
Ces bornes d'accès qui, contrairement aux zones conductrices intérieures auxquelles elles sont connectées électriquement, peuvent être disposées à la périphérie du circuit, permettent d'accéder aux conducteurs intérieurs des circuits par l'intermédiaire d'électrodes placées à la périphérie, ce qui constitue un avantage important lors de la fabrication des circuits imprimés en cuivre par gravage, notamment lors de la réalisation de conducteurs très fins.
La fig. 3 montre une variante d'exécution du circuit de la fig. 2, qui se distingue de ce dernier essentiellement par la forme des bornes de connexion 324, 325. Ces bornes sont formées par une partie annulaire extérieure telle que 326 dans le cas de la borne 324, partie extérieure qui est reliée aux bobinages, et par une partie annulaire intérieure telle que 327 qui est isolée de la partie extérieure et entoure un trou 328 du support isolant pour le passage d'un organe de connexion tel qu'un rivet.
La fig. 4 est une coupe à travers la partie de connexion d'un dispositif utilisant un agencement de bornes selon la fig. 3. Elle montre deux bobines superposées, réalisées sur des supports respectifs 40 et 41. Une première borne de connexion 44 d'un bobinage faisant partie du circuit de la face supérieure du support 40 comporte une partie annulaire extérieure 46 et une partie intérieure 47. Une deuxième borne de connexion 44' de ce même bobinage, disposée en regard de la première borne sur la face inférieure du support 40, comporte des parties annulaires analogues 46' et 47'.
Le support 41 portant des circuits identiques aux circuits du support 40 comporte au même endroit des bornes de connexion correspondantes 48, 48' qui sont respectivement les première et seconde bornes de connexion du bobinage réalisées sur la face supérieure du support 41.
Les circuits superposés sont séparés par une couche isolante 42, qui recouvre l'ensemble de la surface des circuits, à l'exception de l'emplacement des bornes de connexion. Cette couche peut être, par exemple, formée par une feuille découpée ou être appliquée d'une autre manière sur l'une et/ou l'autre des surfaces en regard. Des couches isolantes 43 et 45 sont de préférence également déposées respectivement sur les surfaces supérieure et inférieure de l'empilement de bobines.
La connexion entre les bornes 46' et 48 est dans cet exemple réalisée par contact direct obtenu par une compression dans le sens axial des parties correspondantes du support au moyen d'un rivet 49 traversant l'ensemble des bobines superposées. Ce rivet passe dans un trou prévu à l'intérieur des parties annulaires intérieures 47, 47', etc., des bornes de connexion. Ces parties annulaires servent essentiellement à un renforcement du support isolant à l'endroit du passage de la tige du rivet permettant ainsi une bonne définition de la position du rivet et assurant la présence d'une zone d'isolation entre la tige du rivet et la partie des bornes reliée aux bobinages.
Le même dispositif de connexion permet également la réalisation de la connexion extérieure de l'ensemble des bobinages connectés entre eux. A cet effet, des pièces de connexion extérieures, par exemple sous forme de cosses 51, 52, sont appliquées respectivement sur les parties annulaires extérieures des bornes d'entrée et de sortie 44, 48' d'un jeu de bobinages. Deux pièces isolantes respectives 53, 54 servent au centrage des cosses et à la transmission de la pression exercée par les têtes opposées du rivet sur les cosses de connexion et l'empilement des bobines. Des rondelles 55, 56 peuvent être interposées selon le dessin entre les têtes des rivets et les pièces isolantes correspondantes.
Les figures SA et 5B illustrent schématiquement les circuits réalisés sur les deux faces d'un support de bobines dans le cas d'une structure triphasée. Une telle bobine comporte trois bobinages séparés électriquement, correspondant chacun à une phase différente, ces bobinages étant répartis dans le présent dispositif sur les deux faces d'un même support.
La fig. SA montre le circuit d'une des faces, soit la face supérieure de support, les conducteurs réalisés sous forme de circuit imprimé étant indiqués schématiquement par de simples traits noirs et les bornes étant également schématisées. La fig. 5B représente sous la même forme le circuit de la face inférieure du support qui, comme dans les exemples précédents, est identique au circuit de la face supérieure et se présente, vu du même côté du support, comme dans le cas de la fig. SB, c'est-à-dire retourné de 180 par rapport à un axe d'alignement désigné par OA.
Le circuit représenté comporte sur chaque face 12 éléments de bobine, comportant chacun une paire de groupes de brins de conducteurs radiaux, ces brins, représentés comme étant deux par groupe pour simplifier le dessin, étant reliés de manière à former un élément de bobine en spirale ayant une extrémité extérieure et une extrémité intérieure.
Les trois bobinages associés à des phases respectives différentes comportent chacun quatre éléments de bobine sur chaque face du support isolant. Ainsi, un premier bobinage comporte des éléments al, a2, a3 et a4 sur la face supérieure et des éléments a'1, a'2, a'3 et a'4 sur la face inférieure. Dans l'exemple représenté, l'angle de décalage entre l'axe d'alignement OA et un axe radial de symétrie OB, entre deux groupes d'une paire, est égal à la moitié de l'angle entre deux axes de symérie voisins OB et OC.
La connexion des éléments de bobine de la première phase selon les figures SA et 5B est la suivante:
Un élément a1 est connecté, d'une part, par son extrémité extérieure à une première borne de connexion 501 et, d'autre part, par son extrémité intérieure à une borne d'interconnexion 511. Cette dernière est reliée à travers le support isolant à une borne d'interconnexion Sîl' disposée en regard de la borne 511. La borne 511' est reliée à l'extrémité intérieure de l'élément de bobine a'l sur la face inférieure du support. L'extrémité extérieure de a'l est reliée à une borne d'interconnexion 512', elle-même reliée à une borne d'interconnexion 512 située sur la face supérieure du support.
A la borne 512 est reliée l'extrémité extérieure de l'élément de bobine a2 de la face supérieure et l'extrémité intérieure de celui-ci est reliée à une borne d'interconnexion 513. Le reste du bobinage est constitué et connecté de façon similaire en passant par les bornes d'interconnexion et les éléments de bobine suivants, dans cet ordre, 513', a'2, 514', 514, a3, 515, 515', a'3, 516', 516, a4, 517, 517', a'4, pour aboutir à partir de l'extrémité extérieure de l'élément de bobine a'4 à une deuxième borne de connexion 501' sur la face inférieure du support, cette borne étant disposée en regard de la première borne de connexion 501.
Les deux autres bobinages sont constitués de façon analogue entre des premières et secondes bornes de connexion respectives, c'est-à-dire 502, 502' pour le bobinage comportant des éléments de bobine bl, b'1, b2, b'2, b3, b'3, b4, b'4 connectés en série dans cet ordre et disposés selon les figures 5A et 5B, et les bornes 503, 503' pour le bobinage comportant les éléments c1, c'1, C2, c'2, C3, c'3, c4, c . Les bornes de connexion et d'interconnexion correspondantes sont, comme précédemment,
disposées en regard les unes des autres et l'empilement de plusieurs bobines ainsi que la connexion des bobinages s'effectuent de la même manière que décrit plus haut. On remarque que, dans le cas du dispositif de bobines triphasé, les connexions entre les éléments de bobine et entre les différents bobinages associés à une phase donnée sont également réalisées d'une façon extrêmement simple, économique et sûre et que la relation angulaire entre les éléments associés à des phases différentes est rigoureusement définie.
L'invention permet ainsi de réaliser des dispositifs de bobines très compacts, utilisables notamment dans des moteurs à courant continu biphasés ou polyphasés, plats et ayant un nombre de pôles élevé. D'autre part, la densité des conducteurs de la zone active du bobinage peut être très grande et la répartition des éléments de bobine associés à des phases différentes permet d'obtenir une répartition uniforme des champs correspondants.