FR2970824A1 - Induit de machine electrique, procede de fabrication et machine electrique equipee d'un tel induit - Google Patents

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Abstract

Induit (2) de machine électrique (1), notamment de moteur de démarreur d'un dispositif de démarreur de moteur à combustion interne d'un véhicule ayant un corps d'induit (33), notamment formé d'un paquet de tôles avec des encoches axiales (201). Les encoches (201) reçoivent des enroulements (601, 701) et dans les encoches (201), on a bobiné au moins une première et une seconde partie d'enroulement (601, 701) branchées en parallèle sur les lamelles (301) du collecteur (3). La première partie d'enroulement (601, 701) a un pas de bobinage supérieur d'au moins une unité à celui de la seconde partie d'enroulement (701) dans les encoches (201).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un induit de machine électrique, notamment de moteur de démarreur d'un dispositif de démarreur de moteur à combustion interne d'un véhicule comprenant un corps d'induit, notamment formé d'un paquet de tôles avec des en-coches axiales recevant des enroulements et chaque encoche ayant au moins une première et une seconde partie d'enroulement branchées en parallèle sur les lamelles d'un collecteur. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un induit de machine électrique, notamment d'un moteur de démarreur de moteur à combustion interne de véhicule avec des parties d'enroulement bobinées dans les encoches de l'induit. L'invention se rapporte en outre à une machine électrique équipée d'un induit, d'un collecteur et de balais circulant sur le collec- 15 teur, notamment d'un moteur à courant continu dont l'induit comporte au moins deux parties d'enroulement dans chaque encoche. Etat de la technique Il est connu de réaliser des enroulements d'induit de moteur de démarreur de faible puissance, par exemple jusqu'à 700 Watts à 20 la fois comme induit à barres avec une section de fils réduite ou encore comme enroulement à plusieurs fils. La réalisation sous la forme d'un induit à barres se caractérise par un fort coefficient de remplissage de cuivre. Mais pour des diamètres de fils inférieurs à 1,7 mm, les conditions imposées à la technique d'assemblage, c'est-à-dire la réunion des 25 éléments d'enroulement préformés avec le paquet de tôles, est élevée, de sorte que cette technique est appliquée que de cas en cas. Un bobinage à plusieurs fils, peut sans difficulté utiliser des petits diamètres de fils descendant jusqu'en dessous de 0,2 mm. Toutefois, dans le cas d'un induit quadripolaire avec les nombres utiles usuels, petits, allant de 8 à 30 14, on aura comparativement que de faibles coefficients de remplissage de cuivre allant de 20 % dans les cas particuliers pour une vitesse de bobinage significativement réduite jusqu'à 30 %. Pour avoir des petites têtes de bobinage, pour des sections de fils importantes, on réalise le bobinage sous la forme de deux ou trois parties d'enroulement avec des 35 sections partielles réduites de manière appropriée que l'on installe suc- cessivement dans le paquet de tôles et que l'on branche en parallèle sur les branchements du collecteur. Cela permet d'assurer en même temps une bonne répartition de la masse et ainsi avec un balourd réduit. Les têtes de bobinage ne se répercutent pas régulièrement, de manière idéale dans les différents enroulements. Du fait des variations de dureté du cuivre et de l'étirage du fil, il arrive que certains fils se déplacent sur un autre cercle primitif générant un balourd. Comme les cercles primitifs différents sur lesquels se situent les parties d'enroulement, auront des longueurs moyennes différentes pour les conducteurs et les parties lo d'enroulement auront des résistances différentes. L'enroulement faible-ment ohmique au fond des encoches recevra un courant élevé. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un induit, son procédé de fabrication et une machine électrique du type défini ci- 15 dessus pour arriver à un induit aussi compact que possible et très fiable. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un induit du type dé-fini ci-dessus, caractérisé en ce que la première partie d'enroulement a 20 un pas de bobinage supérieur d'au moins une unité à celui de la seconde partie d'enroulement dans les encoches. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel induit, caractérisé en ce qu'une première partie d'enroulement au fond des rainures, est bobinée avec un pas angulaire 25 plus important que la seconde partie d'enroulement en bobinant chaque fois selon la technique de la bobine flottante. Enfin, l'invention a pour objet une machine électrique comportant un induit, tel que défini ci-dessus, un commutateur et des balais dirigés vers un commutateur, notamment machine à courant 30 continu dont l'induit comporte au moins deux parties d'enroulement dans chaque encoche, une première partie d'enroulement, inférieure, ayant un segment d'enveloppement supérieur d'au moins une unité la seconde partie d'enroulement supérieure. Une caractéristique de l'invention consiste à modifier l'in-35 duit de façon constructive avec des parties d'enroulement pour équili- brer très largement la résistance des parties d'enroulement et avoir en même temps un coefficient de remplissage plus important en cuivre dans les encoches de l'induit. Comme déjà indiqué ci-dessus, dans un induit selon l'in- vention, ce problème est résolu en ce que la première partie d'enroulement a un pas de bobinage plus élevé, d'au moins une unité par rapport à la seconde partie d'enroulement dans les encoches. Pour un pas de bobinage plus grand, les flancs des dents auront un angle plus grand. La traction exercée sur les différents fils en direction de l'axe de l'induit sera plus importante, si bien que les encoches seront mieux remplies avec l'enroulement. En outre, les résistances décrites ci-dessus sont dans une certaine mesure adaptées de sorte que la partie d'enroulement située à l'intérieur et qui, pour un même pas de bobinage aurait une résistance ohmique plus faible, aura ainsi une résistance ohmique plus élevée à cause du pas de bobinage augmenté par rapport à celui de la seconde partie d'enroulement extérieure. Selon un autre développement préférentiel de l'invention, la première partie d'enroulement est au fond des rainures et la seconde partie d'enroulement est par-dessus cette première partie comme couche supérieure. On augmente ainsi la résistance ohmique au fond de la rainure, ce qui compense les résistances ohmiques entre la partie inférieure d'enroulement et la partie supérieure d'enroulement. Selon un autre développement préférentiel, le pas de bobinage de la partie inférieure de l'enroulement est plus grand et celui de la partie supérieure de l'enroulement est plus petit que la division polaire. L'avantage est que l'on réduit ainsi le couple d'accrochage et on arrive de manière générale à des coefficients de remplissage en cuivre plus élevés que si l'on réalisait les deux parties d'enroulement avec le même plus petit pas de bobinage, car les flancs des dents de la partie d'enroulement inférieure autour desquels on réalise le bobinage, font un angle obtus ce qui repousse, les conducteurs plus fortement au fond de l'encoche, en direction de l'axe de l'induit. Selon le présent mode de réalisation avec 14 encoches, il n'est pas possible techniquement de réaliser un pas de bobinage cor- respondant à la division polaire de 14/4 = 3,5. Grâce à des pas de bobi- nage différents pour la couche supérieure et la couche inférieure, on atteint ce chiffre au moins approximativement. Par rapport à la réalisation avec un pas de bobinage de 1-4, on augmente la quantité de matière conductrice. La réalisation selon l'invention avec une couche à pas s de bobinage de 1-4 et une couche avec un pas de bobinage de 1-5, nécessite moins de matière conductrice que deux parties d'enroulement ayant chacune le mème pas de bobinage de 1-5. Un avantage d'un développement particulier est que les résistances compensées de la partie intérieure d'enroulement ne sont 10 pas plus fortement sollicitées thermiquement et que l'on atteint un coefficient de remplissage de cuivre se situant entre le mode de réalisation avec un pas de bobinage inférieur à la division polaire et celui avec un pas de bobinage supérieur à la division polaire. De cette manière, sans modifier la section des encoches par rapport à une réalisation avec un 15 pas de bobinage inférieur à la division polaire, on peut utiliser le fil normalisé directement plus grand, ce qui permet d'augmenter la puissance et la tenue thermique. Selon un autre développement préférentiel, la partie inférieure d'enroulement est réalisée avec un pas de bobinage de 1-5, c'est- 20 à-dire un pas de bobinage de cinq dents par rapport à un bobinage usuel avec une section réduite de conducteur, notamment une section de moitié et une partie supérieure d'enroulement avec un pas de bobinage de 1-4, avec un pas de bobinage réduit de quatre dents, notamment avec un conducteur de section réduite de moitié. Des sections 25 faibles de conducteur, ont l'avantage de pouvoir se bobiner plus rapidement et d'arriver à des coefficients de remplissage de cuivre plus élevés. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, au moins deux parties d'enroulement de la couche inférieure et de la couche su- 30 périeure de chaque encoche ont des sections de conducteur différentes pour que les parties d'enroulement aient la même résistance. Mais cette solution n'est pas pratique du point de vue de la fabrication, car il faut stocker et travailler des fils de différents diamètres. Selon un développement de l'invention, les côtés des bo- 35 bines du premier et du second enroulement partiel se situent chaque fois dans la même encoche sous un pôle. Cela signifie que la première encoche dans le sens de rotation, reçoit à la fois la partie inférieure d'enroulement et aussi la partie supérieure d'enroulement qui sont branchées en parallèle par rapport aux lamelles du collecteur. Cette so- lution a des avantages de commutation qui se répercutent de manière positive comme cela sera développé ci-après : Selon un autre développement, le corps d'induit comporte 14 encoches et l'induit fait partie d'une machine quadripolaire. Avec les 14 encoches d'un induit quadripolaire, on aura une division des en-coches de 14/4 = 3,5. Grâce aux pas de bobinage différents entre l'en-roulement inférieur et l'enroulement supérieur, les seconds côtés des bobines de la partie inférieure et de la partie supérieure, sortent successivement de dessus le pôle ce qui se traduit par un couple d'arrêt plus réduit. 15 Pour augmenter le coefficient de remplissage des en-coches, les parties d'enroulement sont réalisées de préférence avec une section de conducteur descendant jusqu'à environ 0,2 mm. Pour avoir un encombrement aussi réduit que possible de la machine électrique avec un rendement élevé, les enroulements sont 20 réalisés de préférence en cuivre et non en aluminium. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication tel que décrit ci-dessus. Ce procédé appliquant la technique du bobinage volant, permet de réaliser d'une manière très économique et rapide, un induit à quatre enroulements et des sections de conducteur 25 minces. La technique de bobinage de type aiguille, pourra s'utiliser plus facilement que pour des sections de conducteur importantes. L'invention a également pour objet une machine électrique comportant un induit, tel que défini ci-dessus, un commutateur et des balais dirigés vers un commutateur notamment une machine à 30 courant continu dont l'induit comporte au moins deux parties d'enroulement dans chaque encoche, une première partie inférieure d'enroulement, ayant un segment d'enveloppement supérieur au moins d'une unité à celui de la seconde partie supérieure d'enroulement. En d'autres termes, les deux parties d'enroulement ont 35 sensiblement la même résistance ohmique, de sorte que la partie infé- rieure d'enroulement inférieure, c'est-à-dire celle située en dessous, n'est pas sollicitée thermiquement d'une manière plus forte que la partie supérieure d'enroulement. On peut également avoir un enroulement supérieur ayant une section d'enroulement plus importante que la partie d'enroulement inférieure. Les résistances auraient alors une plus grande différence que pour un même pas dans les deux parties d'enroulement et la partie de l'enroulement située au fond de l'encoche, serait parcourue par un courant encore plus élevé avec une sollicitation thermique plus importante. to Pour cette raison, ce mode de réalisation n'est pas le mode de réalisation préférentiel. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple d'induit et de son procédé de fabri- 15 cation ainsi que d'une machine électrique équipée d'un tel induit, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de côté d'une machine électrique, - la figure 2 est une vue partielle de côté d'un induit selon l'invention, 20 - la figure 3 est un schéma de bobinage d'une première partie inférieure d'enroulement, - la figure 4 est un schéma de bobinage d'une seconde partie supérieure d'enroulement, et - la figure 5 est un schéma de bobinage d'une première et d'une se-25 coude partie d'enroulement sur un pôle. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement une machine électrique 1, notamment une machine à courant continu ayant un induit 2, un collecteur 3 et des balais 4A, 4B. L'induit 2 est composé d'un paquet 30 de tôles avec en tout 14 dents 101-114 et 14 encoches 201-214. Les en-coches 201-214 reçoivent des enroulements reliés aux lamelles de col-lecteur 30. Les pôles 5A et 5B correspondent au stator. La figure 2 est une vue de côté partielle d'un induit 2 selon l'invention d'une machine électrique 1 ; pour des raisons de simpli-35 fication, seulement une première partie inférieure d'enroulement 601 et une seconde partie supérieure d'enroulement 701, sont représentées. La machine électrique 1 est une machine à quatre pôles. On obtient ainsi avec 14 encoches et un induit à 4 pôles, une division d'encoches de 14/4 = 3,5. La première partie d'enroulement 601 est bobinée sur quatre dents 101-104 ; la seconde partie de l'enroulement 701, est bobinée sur trois dents 101-103. La première encoche commune à côté de la dent 101, c'est-à-dire la première encoche commune 201, pour un sens de rotation correspondant au sens des aiguilles d'une montre, est une encoche ou une dent amont de sorte que pour les encoches en aval, ~o on peut distinguer la première et la seconde partie d'enroulement 601, 701. Selon une symétrie ponctuelle, avec un décalage de 180° par rapport à l'arbre de l'induit, la seconde partie 608 de la première partie d'enroulement 601, est bobinée dans l'encoche 208 et l'encoche 212, alors que la seconde partie 708 de la seconde partie d'enroulement 701 15 est bobinée dans les encoches 208-211. Comme la première partie inférieure d'enroulement 601 a une longueur plus grande qu'elle n'aurait dans des conditions usuelles, c'est-à-dire si la partie inférieure et la partie supérieure d'enroulement 601, 701 avaient le même nombre d'étapes de bobinage et auraient ain- 20 si sensiblement la même longueur que la seconde partie d'enroulement 701, on aura pour l'essentiel la même résistance pour la même section de conducteur. Ainsi, la partie inférieure d'enroulement 601 ne sera pas sollicitée plus fortement que la partie supérieure d'enroulement, car le passage du courant à travers les deux parties, est pratiquement le 25 même. Toutefois, la partie supérieure 701 sera mieux refroidie car elle est à la surface périphérique extérieure. De manière préférentielle, les sections des conducteurs sont de moitié par rapport à l'enroulement usuel des machines électriques habituelles, ayant les mêmes segments angulaires dans les deux parties de l'enroulement. 30 Grâce à une section de conducteur plus petite, on aura un meilleur coefficient de remplissage des encoches 201-214 avec le conducteur qui, dans ce cas, est en cuivre. Le coefficient de remplissage est surtout amélioré du fait de l'agrandissement des cordes géométriques entre la première encoche 201 et la quatrième ou cinquième en- 35 coche 204, 205. La première et la seconde partie d'enroulement 601 et 701 sont branchées en parallèle sur les branchements de collecteur respectifs à des crochets ou des traits de scies. L'enroulement d'induit ainsi obtenu se comporte comme un enroulement avec un pas de bobinage théorique égal à 3,5.
Comme stator on a représenté les pôles 5A, 5B comme pôles Nord et les pôles 5C et 5D, comme pôles Sud à la figure 2. La figure 3 montre un schéma de bobinage de la première partie inférieure d'enroulement 601. Les références 1 à 14 désignent les lamelles 30 du collecteur ; les balais portent les références 14, 15, 16, 17. Le schéma de bobinage montre que l'enroulement comporte deux spires. La figure 4 montre un schéma de bobinage de la seconde partie supérieure d'enroulement 701-714. La seconde partie supérieure d'enroulement 701-714, est prévue respectivement autour de quatre dents selon une étape de bobinage de quatre encoches, chaque fois incluant deux encoches 202, 203. Les extrémités sont reliées aux branchements de collecteur par l'intermédiaire des lamelles de collecteur 301, 302. La figure 5 montre un schéma de bobinage avec une seule première partie d'enroulement 601 et une seule seconde partie d'enroulement 701, les deux enroulements partiels répartis l'un au-dessus de l'autre sur quatre ou cinq dents, incluant deux et/ou trois encoches sur le pôle Sud 5A. Les deux parties d'enroulement 701 et 601 sont branchées en parallèle sur les lamelles de collecteur 301, 302 avec les deux extrémités 331, 332. L'intensité dans les deux parties d'enroulement 601, 701 est ainsi compensée ce qui se répercute de manière positive sur la durée de vie de la machine électrique 1 de petite puissance ; la fabrication est simplifiée car les enroulements ou bobinages sont réalisés en technique de bobinage flottant. Toutes les figures mon- trent d'une manière seulement schématique et non à l'échelle, les diffé- rentes représentations.35 NOMENCLATURE 1 2 3 4A, 4B 5A, 5B 30 101-103 to 101-114 201-214 208-211 301, 302 331, 332 15 601 608 701 708 machine électrique induit collecteur balais pôles du stator lamelles de collecteur dents du stator dents de l'induit encoches encoches lamelles de commutateur extrémités reliées aux lamelles de commutateur première partie d'enroulement seconde partie de la première partie d'enroulement 601 seconde partie d'enroulement seconde partie de la seconde partie d'enroulement 701 20

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1» Induit (2) de machine électrique (1), notamment de moteur de démarreur d'un dispositif de démarreur de moteur à combustion interne de véhicule comprenant : s - un corps d'induit (33), notamment formé d'un paquet de tôles avec des encoches axiales (201), * les encoches (201) recevant des enroulements (601, 701) et chaque fois dans les encoches (201), on a bobiné au moins une première et une seconde partie d'enroulement (601, 701) branchées en parallèle sur les lamelles (301) du collecteur (3), induit caractérisé en ce que la première partie d'enroulement (601) a un pas de bobinage supérieur d'au moins une unité à celui de la seconde partie de l'enroulement (701) dans les encoches (201). ls 2» Induit (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie d'enroulement (601) est réalisée au fond des encoches (201) et la seconde partie d'enroulement (701) est réalisée comme 20 couche supérieure ayant notamment un pas de bobinage augmenté de deux pas de bobinage par rapport au second enroulement partiel (701) dans la couche supérieure des encoches (201). 3» Induit (2) selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que le pas de bobinage (1-5) de la partie inférieure d'enroulement (601) est plus grand que la division polaire du premier et du second ou des deux enroulements (601, 701). 30 4» Induit (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que une partie inférieure d'enroulement (601) est réalisée avec un pas de bobinage (1-5) réduit par rapport au bobinage usuel, notamment de moitié pour la section totale de conducteur et une partie supérieured'enroulement (701) avec un pas de bobinage (1-4) de demi-section de conducteur, * en particulier au moins les deux parties d'enroulement (701) ont des sections de conducteur différentes dans chaque encoche (201). 5» Induit (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la seconde partie d'enroulement (601, 701) se situent respectivement dans l'une des encoches (201). 6» Induit (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps d'induit (33) comporte 14 encoches (201). 15 7» Induit (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties d'enroulement (601, 701) sont développées avec une section de conducteur diminuant jusqu'à environ 0,2 mm. 20 8» Induit (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enroulements (601, 701) sont en cuivre. 9» Procédé de fabrication d'un induit (2), notamment selon l'une quel- 25 conque des revendications 1 à 8 pour une machine électrique (1) notamment un moteur de démarreur pour démarrer un moteur à combustion interne de véhicule, * les parties d'enroulement (601, 701) étant bobinées dans des en-coches (201) de l'induit (2), 30 procédé caractérisé en ce que on réalise une première partie d'enroulement (601) au fond des en-coches (201), autour des dents (101-114) avec un pas angulaire plus important que pour la seconde partie d'enroulement (701) en bobinant chaque fois selon la technique de bobine flottante. 10 3510» Machine électrique (1) comportant un induit (2), notamment selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, un commutateur (3) et des balais (4A, 4B) dirigés vers un commutateur (3), notamment machine à courant continu dont l'induit (2) comporte au moins deux parties d'en- roulement (601, 701) dans chaque encoche (201), * une première partie d'enroulement, inférieure (601) ayant un pas de bobinage supérieur au moins d'une unité à celui de la seconde partie d'enroulement supérieure (701). io
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