FR2535919A1 - Magnetic circuit yoke for an electrical machine. - Google Patents
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Abstract
Description
CULASSE DE CIRCUIT MAGNETTQUE POUR UNE MACHINE
ELECTRIQUE
La présente invention s'applique à la construction électromécanique et plus précisément à la réalisation des culasses du circuit magnetique des machines électriques.MAGNETTIC CIRCUIT CYLINDER HEAD FOR A MACHINE
ELECTRIC
The present invention applies to electromechanical construction and more specifically to the production of yokes of the magnetic circuit of electric machines.
L'invention peut être appliquée aux machines électriques a courant alternatif et continu de faible et moyenne puissance. The invention can be applied to electric machines with alternating and direct current of low and medium power.
On connaît une culasse de circuit magnétique de machine électrique (certificat d'auteur de 1'URSS nO 170 572) constituée par un empilage de tôles, dont les pièces constituantes sont formées par estampage d'une tôle en acier magnétique. Une telle construction de la culasse etralne une quantité importante de rebuts de tôles au cours de ltestampage. Le coefficient d'utilisation du métal pour une telle culasse ne dépasse pas 0,3. L'exécution d'une telle culasse feuilletée exige un travail impor- tant. A magnetic circuit head of an electrical machine is known (USSR author's certificate No. 170 572) consisting of a stack of sheets, the constituent parts of which are formed by stamping a sheet of magnetic steel. Such a cylinder head construction generates a large amount of scrap metal during stamping. The coefficient of use of the metal for such a cylinder head does not exceed 0.3. Making such a laminated yoke requires a lot of work.
On connaît également une culasse de circuit magnétique de machine électrique (brevet americain n" 3.983.435) se présentant sous la forme d'un cylindre creux dont l'épaisseur des parois est égale à la hauteur de la culasse. Ce cylindre creux est formé en enroulant sur champ un ruban en matériau magnetique en formant une spirale. Also known is a magnetic circuit head of an electrical machine (US Patent No. 3,983,435) in the form of a hollow cylinder whose wall thickness is equal to the height of the cylinder head. by winding a tape of magnetic material on the field, forming a spiral.
Lors de l'enroulement de la culasse, au fur et à mesure que s'accroit le rapport entre les diamètres externe et interne de la spirale les risques de rebut s'accroissent proportionnellement a l'accroissement du rapport entre les diamètres des spirales. Les ratés d'enroulage peuvent être provoqués soit par l'apparition de ruptures dans la zone de plus grand diamètre, soit par la formation de plis ou de gaufrages dans la zone de plus faible diamètre. Au cours de l'enroulement de la culasse, à mesure que s'accroit le rapport entre les diamètres externe et interne de la spirale, le coefficient de remplissage de l'empilage de la culasse par les tôles magnetiques diminue en raison directe de l'accroissement des rapports des diamètres des spirales du fait de l'augmentation de l'espacement entre les spires adjacentes des spirales.Un espacement apparaît entre les spires de la spirale a cause de la formation d'une section transversale trapezoidale de la spirale au cours de son enroulement. During the winding of the cylinder head, as the ratio between the external and internal diameters of the spiral increases, the risk of scrap increases in proportion to the increase in the ratio between the diameters of the spirals. Winding misfires can be caused either by the appearance of breaks in the area of larger diameter, or by the formation of folds or embossing in the area of smaller diameter. During the winding of the cylinder head, as the ratio between the external and internal diameters of the spiral increases, the coefficient of filling of the stacking of the cylinder head by the magnetic sheets decreases as a direct result of the increase in the diameter ratios of the spirals due to the increase in the spacing between the adjacent turns of the spirals. A spacing appears between the turns of the spiral due to the formation of a trapezoidal cross section of the spiral during its winding.
La plus petite base du trapèze se trouve dans la zone du diamètre externe et à mesure que s'accroît le diamètre externe de la spirale, ou que diminue son diamètre interne cet amincissement devient plus poussé.The smallest base of the trapezium is in the area of the external diameter and as the external diameter of the spiral increases, or as its internal diameter decreases, this thinning becomes more pronounced.
L'un des buts de la presente invention est de réaliser une culasse de circuit magnetique pour machine électrique avec une orientation de la déformation élastique de son matériau constitutif telle qu'elle permette d'améliorer le taux de remplissage en materiau magnétique de l'empilage du circuit magnétique en plusieurs pièces, de simplifier la technologie de fabrication du circuit magnétique et d'améliorer les paramètres énergétiques de la machine électrique. One of the aims of the present invention is to produce a magnetic circuit yoke for an electric machine with an orientation of the elastic deformation of its constituent material such that it makes it possible to improve the filling rate of magnetic material from the stack. of the magnetic circuit in several pieces, to simplify the manufacturing technology of the magnetic circuit and to improve the energy parameters of the electric machine.
L'essentiel de l'invention réside dans le fait que dans la culasse d'un circuit magnétique en plusieurs pieces destiné à une machine électrique et constituée par un cylindre creux dont l'épaisseur de paroi est égale à la hauteur de la culasse, selon l'invention, chaque surface en bout du cylindre creux est réalisée en forme de cône tronqué, le diamètre de la plus grande base du cône tronqué etant égal au diamètre exterieur du cylindre creux tandis que le diamètre de la plus petite base du cône tronque est égal au diamètre interieur du cylindre creux et les génératrices des cônes tronqués étant orientées dans le même sens. The essence of the invention resides in the fact that in the cylinder head of a magnetic circuit in several pieces intended for an electric machine and constituted by a hollow cylinder whose wall thickness is equal to the height of the cylinder head, according to the invention, each end surface of the hollow cylinder is made in the form of a truncated cone, the diameter of the largest base of the truncated cone being equal to the outside diameter of the hollow cylinder while the diameter of the smallest base of the truncated cone is equal to the inside diameter of the hollow cylinder and the generatrices of the truncated cones being oriented in the same direction.
La présente invention permet de simplifier l'équipement utilise pour fabriquer les culasses des circuits magnétiques en plusieurs pièces pour machines électriques, d'ameliorer les paramètres énergétiques de celles-ci, telles que leur rendement, et d'utiliser d'une manière plus efficace le volume de la machine électrique. The present invention makes it possible to simplify the equipment used to manufacture the cylinder heads of the magnetic circuits in several parts for electric machines, to improve the energy parameters of these, such as their efficiency, and to use in a more efficient manner. the volume of the electric machine.
D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de realisation de l'invention faite à titre d'exemple non limitatif en se référant au dessin annexe, où:
- la figure 1 représente en perspective une partie de l'anneau d'une
culasse massive d'un circuit magnétique en plusieurs
pièces pour une machine électrique, selon l'invention;
- la figure 2 représente en perspective une partie de l'anneau d'une
culasse d'un circuit magnétique en plusieurs pièces,
formée en enroulant un ruban, en spirale, selon lrin
vention;;
- la figure 3 représente en perspective une partie d'une culasse
d'un circuit magnétique en plusieurs pièces pour une
machine electrique formée en enroulant un ruban en
spirale avec une matière de remplissage magnétodiélec-
trique interposée entre les spires du ruban, selon
l'invention;
- la figure 4 montre en perspective une partie de l'anneau d'une cu
lasse d'un circuit magnétique en plusieurs pièces pour
machine électrique, formée par enroulage d'un ruban
en spirale suivi d'un usinage mécanique,
selon l'invention;;
- la figure 5 montre en perspective une autre forme de réalisation
d'une culasse de circuit magnetique en plusieurs pieces
pour machine electrique avec des surfaces sphériques,
menagées en bout de l'anneau de la culasse, selon l'in
vention.Other objects, advantages and characteristics of the invention will appear on reading the description of an embodiment of the invention made by way of nonlimiting example with reference to the accompanying drawing, where:
- Figure 1 shows in perspective part of the ring of a
massive yoke of a magnetic circuit in several
parts for an electric machine according to the invention;
- Figure 2 shows in perspective part of the ring of a
cylinder head of a magnetic circuit in several pieces,
formed by winding a ribbon, in a spiral, according to lrin
vention ;;
- Figure 3 shows in perspective part of a cylinder head
of a magnetic circuit in several pieces for a
electric machine formed by winding a ribbon in
spiral with a magnetodielectrical filling material
stick interposed between the turns of the ribbon, according to
the invention;
- Figure 4 shows in perspective part of the ring of a cu
tired of a magnetic circuit in several pieces for
electric machine, formed by winding a ribbon
in spiral followed by mechanical machining,
according to the invention;
- Figure 5 shows in perspective another embodiment
of a magnetic circuit head in several pieces
for electric machine with spherical surfaces,
arranged at the end of the cylinder head ring, according to the in
vention.
La culasse 1 (figure 1) d'un circuit magnétique en plusieurs pièces pour une machine électrique tournante prend la forme générale d'un cylindre creux 2, dont l'épaisseur de paroi est egale à la hauteur de la culasse 1. tes surfaces en bout 3 du cylindre creux 2 sont réalisées sous la forme de cônes tronqués. Le diamètre D de la plus grande base- d'un tel cône tronqué est égal au diamètre exterieur du cylindre creux 2, et le diamètre de la plus petite base est égal au diamètre intérieur du cylindre creux 2, les génératrices des cônes tronqués étant orientées dans le même sens. The cylinder head 1 (FIG. 1) of a magnetic circuit in several pieces for a rotary electric machine takes the general form of a hollow cylinder 2, the wall thickness of which is equal to the height of the cylinder head 1. Your surfaces in end 3 of the hollow cylinder 2 are made in the form of truncated cones. The diameter D of the largest base of such a truncated cone is equal to the outside diameter of the hollow cylinder 2, and the diameter of the smallest base is equal to the inside diameter of the hollow cylinder 2, the generatrixes of the truncated cones being oriented in the same way.
La figure 2 représente une partie-d'une culasse 1 d'un circuit magnétique en plusieurs pièces forme en enroulant un ruban 4 en une spirale 5. FIG. 2 represents a part-of a yoke 1 of a magnetic circuit in several pieces formed by winding a ribbon 4 in a spiral 5.
Ce mode de réalisation de la culasse 1 réduit la deformation du bord supérieur du ruban 4, tout en conservant sa section et par conse- quent en améliorant le taux de remplissage de l'empilage. De ce fait, le courant d'aimantation de la machine électrique est réduit, ce qui permet avec des flux magnétiques donnés d'améliorer le rendement de la machine électrique. Le fait que la culasse 1 du circuit magnétique de la machine électrique soit réalisée avec une conicite permet de réduire le diamètre externe de la machine en maintenant la valeur de la section transversale du circuit magnétique.C'est pourquoi. tout en gardant la même puissance de la machine électrique, on peut réduire son encombrement, ce qui améliore l'utilisation du volume de la machine électrique et réduit son poids par unité de puissance, grâce à la diminution du diamètre du corps de la machine électrique. This embodiment of the cylinder head 1 reduces the deformation of the upper edge of the ribbon 4, while retaining its cross section and therefore improving the filling rate of the stack. As a result, the magnetization current of the electric machine is reduced, which makes it possible with given magnetic fluxes to improve the efficiency of the electric machine. The fact that the yoke 1 of the magnetic circuit of the electric machine is produced with a conicity makes it possible to reduce the external diameter of the machine while maintaining the value of the cross section of the magnetic circuit. This is why. while keeping the same power of the electric machine, it can reduce its size, which improves the use of the volume of the electric machine and reduces its weight per unit of power, thanks to the reduction in the diameter of the body of the electric machine .
Au cours de l'exécution de la culasse 1 avec le ruban 4 (figure 3), entre les arêtes 6, se forment des cavités, qui sont remplies d'une matière de remplissage magnétodielectrique 7, afin d'améliorer les paramètres énergétiques de la machine électrique, par exemple pour réduire le courant d'aimantation de l'enroulement. During the execution of the cylinder head 1 with the ribbon 4 (FIG. 3), between the edges 6, cavities are formed, which are filled with a magnetodielectric filling material 7, in order to improve the energy parameters of the electric machine, for example to reduce the magnetization current of the winding.
Pour améliorer la transmission de la chaleur, à partir du circuit magnétique en plusieurs pièces, vers le corps de la machine électrique, on peut prévoir une variante de traitement mécanique de la culasse 1 (figure 4) du circuit magnetique sur le diamètre externe D et sur le diamètre interne d. Grâce au traitement mécanique on obtient une surface lisse 8. To improve the transmission of heat, from the magnetic circuit in several pieces, to the body of the electric machine, one can provide a variant of mechanical treatment of the yoke 1 (FIG. 4) of the magnetic circuit on the external diameter D and on the internal diameter d. Thanks to the mechanical treatment, a smooth surface 8 is obtained.
On peut concevoir une variante de réalisation de la surface 3 en forme de sphère ou de partie de tore (figure 5). Une telle surface 3 permet de réduire l'usinage sur le diamètre externe D de la culasse 1 et, par conséquent de réduire la quantité de. travail nécessaire pour realiser la culasse 1. It is possible to conceive an alternative embodiment of the surface 3 in the form of a sphere or part of a torus (FIG. 5). Such a surface 3 makes it possible to reduce the machining on the external diameter D of the cylinder head 1 and, consequently, to reduce the quantity of. work required to make the cylinder head 1.
On réalise la culasse 1 du circuit magnétique d'une machine électrique de la façon suivante. The cylinder head 1 of the magnetic circuit of an electric machine is produced in the following manner.
Un montage spécial en forme de cône tronqué se transformant en cylindre à partir de son sommet tronque est installé sur le mandrin d'un tour. Le montage comporte. une fente pour fixer l'extrémité libre du ruban. Ce ruban est préalablement découpe à partir d'un rouleau d'acier laminé à froid à la largeur prévue, enroulé en un rouleau installé à part auprès du tour sur un support tournant. On fixe sur le porte-outil un second montage au bout duquel se trouve un galet tournant dont l'angle de conicité est sensiblement égal à l'angle de conicité'du cône tronqué dudit montage spécial. Lorsque le mandrin met en moUvement le premier montage, le ruban commence à s'enrouler sur la surface latérale du cône et le galet est amené contre le ruban pour transmettre un effort de pression au ruban en le serrant contre le cône.Ainsi, spire après spire, on forme une spirale jusqu'a ce que la longueur prévue pour la culasse soit atteinte, puis le ruban est coupé et on le fixe avec une soudure par contact au reste du circuit magnétique constituant la culasse 1. Le départ du ruban est fixé de la même façon Le montage spécial en forme de cône est ensuite dégagé de la culasse 1 du. circuit magnétique qui sur ses faces en bout représente en forme de cône tronqué. Les diametres externe et interne de la culasse presentent une surface inégales car les couches du ruban sont inclinées et débouchent en formant une arête à leur-périphérie. L'empilage est ensuite usiné par tournage sur ses diamètres interne et externe afin d'obtenir une surface d'ajustage lisse. On obtient ainsi une culasse de circuit magnétique prête pour l'assemblage ultérieur. A special mounting in the form of a truncated cone transforming into a cylinder from its truncated top is installed on the mandrel of a lathe. The assembly includes. a slot to fix the free end of the ribbon. This ribbon is cut beforehand from a roll of cold rolled steel to the width provided, wound in a roll installed apart from the lathe on a rotating support. A second mounting is fixed on the tool holder, at the end of which is a rotating roller whose taper angle is substantially equal to the taper angle of the truncated cone of said special mounting. When the mandrel moves the first assembly, the ribbon begins to wind on the lateral surface of the cone and the roller is brought against the ribbon to transmit a pressure force to the ribbon by tightening it against the cone. turns, we form a spiral until the length provided for the cylinder head is reached, then the ribbon is cut and it is fixed with a contact weld to the rest of the magnetic circuit constituting the cylinder head 1. The start of the ribbon is fixed in the same way The special cone-shaped assembly is then released from the cylinder head 1 of the. magnetic circuit which on its end faces represents a truncated cone shape. The external and internal diameters of the cylinder head have an uneven surface because the layers of the ribbon are inclined and open out forming an edge at their periphery. The stack is then machined by turning on its internal and external diameters in order to obtain a smooth adjustment surface. This gives a magnetic circuit head ready for subsequent assembly.
L'invention permet d'améliorer les performances énergétiques des machines électriques. The invention improves the energy performance of electric machines.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown and it is capable of numerous variants accessible to those skilled in the art, without departing from the spirit of the invention. 'invention.
Ainsi la culasse 1 en forme de cylindre creux 2 constitue une pièce annulaire dont les extrémités axiales 3 ne sont pas des surfaces annulaires planes mais des surfaces annulaires en forme de tronc de cône, le sommet du cône étant place sensiblement sur T'axe du cylindre. tes cônes support des surfaces tronconiques 3 s'évasent vers l'extérieur du cylindre creux 2 afin de permettre de reduire le diamètre extérieur de la machine électrique tout en maintenant la valeur de la section transversale du circuit magnétique dans la culasse sans augmenter la longueur de l'entrefer et, par conséquent, celle de l'enroulement conducteur car les têtes de bobine de cet enroulement sont logées en-dessous des surfaces tronconiques 3. Thus the cylinder head 1 in the form of a hollow cylinder 2 constitutes an annular part whose axial ends 3 are not flat annular surfaces but annular surfaces in the form of a truncated cone, the apex of the cone being placed substantially on the axis of the cylinder. . your cones supporting the frustoconical surfaces 3 flare outwards from the hollow cylinder 2 in order to reduce the external diameter of the electric machine while maintaining the value of the cross section of the magnetic circuit in the cylinder head without increasing the length of the air gap and, consequently, that of the conductive winding because the coil heads of this winding are housed below the frustoconical surfaces 3.
Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 5, les surfaces 3 aux extrémités axiales du cylindre 2 ne présentent- plus une forme -tronconique mais- la forme d'une partie de surface torique engen drée par la rotation d'un quart de cercle. Une telle solution permet de réduire les fuites magnétiques créées dans les têtes de bobine par les surfaces tronconiques 3. In the variant embodiment shown in FIG. 5, the surfaces 3 at the axial ends of the cylinder 2 no longer have a frustoconical shape but the shape of a portion of toroidal surface generated by the rotation of a quarter of a circle . Such a solution makes it possible to reduce the magnetic leaks created in the coil heads by the frustoconical surfaces 3.
De même, selon le mode de réalisation de la culasse 1 par enroulement d'un ruban en matériau ferromagnétique sur la surface latérale du cône installé sur un mandrin de tour, les spires successives de ce ruban qui se présente sur sa tranche intérieure d'enroulement de diamètre d, peuvent s'évaser axialement sur la tranche ex-térieure d'enroulement de diamètre D, de façon à constituer l'espace évasé du côté opposé au départ du ruban et à former avec la dernière spire du ruban soudée ou collée aux autres spires enroulees, la surface annulaire tronconique opposée à celle de depart de l'enroulage délimitée par le cône du mandrin. Similarly, according to the embodiment of the cylinder head 1 by winding a ribbon of ferromagnetic material on the lateral surface of the cone installed on a lathe mandrel, the successive turns of this ribbon which is present on its inner winding edge of diameter d, can flare axially on the outer winding edge of diameter D, so as to constitute the flared space on the side opposite to the start of the ribbon and to form with the last turn of the ribbon welded or glued to other coiled turns, the frustoconical annular surface opposite to that of the start of the winding delimited by the cone of the mandrel.
Claims (1)
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| SE8206140A SE8206140L (en) | 1982-10-28 | 1982-10-28 | OK TO THE MAGNETIC CORE FOR ELECTRICAL MACHINES |
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Publications (1)
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Family
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Family Applications (1)
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| ST | Notification of lapse |