FR2531820A1 - Divided magnetic circuit of electrical machine. - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les constructions électromécaniques et a notamment pour objet un circuit magnétique divisé de machine électrique. The present invention relates to electromechanical constructions and in particular relates to a divided magnetic circuit of an electric machine.
L'application de l'invention est dlune efficacité maximale dans les machines électriques à courant continu ou à courant alternatifç de faible ou de moyenne puissance, tant d'un usage industriel général ou que d'unusage spécial. The application of the invention is of maximum efficiency in direct or alternating current electric machines of low or medium power, both for general industrial use or for special use.
La fiabilité et la -longévité en service comptent parmi les principales exigences auquelles doivent satisfaire les- machines électriques En outre, le coefficient dgutilisation des matériaux est luune des principales caractéristiques économiques des machines. C'est pourquoi l'orientation la plus avancée de la fabrication des machines électriques est celle gui-consiste à combiner une technologie de fabrication sans déchets du circuit magnétique, qui est la partie de la machine éléctrique qui nécessite le plues de métal pour sa fabrication, avec une conception dudit circuit magnétique permettant d'obtenir la fiabilité et la longévité voulues des machines électriques. Reliability and longevity in service are among the main requirements to be met by electric machines. In addition, the coefficient of use of materials is one of the main economic characteristics of machines. This is why the most advanced orientation of the manufacture of electric machines is that which consists in combining a technology of manufacture without waste of the magnetic circuit, which is the part of the electric machine which requires the most metal for its manufacture. , with a design of said magnetic circuit making it possible to obtain the desired reliability and longevity of electric machines.
Ce probleme est partiellement résolu dans un circuit magnétique cylindrique divisé de machine électrique
(c0 ,par exemple, le brevet Grande-Bretagne NO 1524638, cl. H02K 1/06) comprenant une culasse cylindrique formée d'une feuillard ferromagnétique enroulé en hélice. A cette culasse est adjacente une couche à denture réalisée en feuillard ferromagnétique ondulé, dont les cannelures sont disposées radialement par rapport à la su-rface latérale de la culasse et forment des rainures destinées à recevoir l'enroulement. Les parties du feuillard qui sont disposées entre les cannelures sont orientées vers l'entrefe. du rotor et du stator, en formant une rainure fermée pour ledit enroulement.This problem is partially solved in a divided cylindrical magnetic circuit of an electric machine
(c0, for example, Great Britain patent NO 1524638, cl. H02K 1/06) comprising a cylindrical yoke formed of a ferromagnetic strip wound in a helix. Adjacent to this cylinder head is a layer with teeth made of corrugated ferromagnetic strip, the grooves of which are arranged radially with respect to the lateral surface of the cylinder head and form grooves intended to receive the winding. The parts of the strip which are arranged between the grooves are oriented towards the gap. rotor and stator, forming a closed groove for said winding.
La présente, dans le circuit magnétique ainsi réalisé, de la rainure fermée nécessaire pour assurer la liaison magnétique entre les dents de la couche à denture formant un écran magnétique, conduit à des pertes thermiques supplémentaires dues à l'échauffement du circuit magnétique. Cet échauffement est du aux courants de
Foucault créés dans l'écran magnétig-ue ainsi formé. Il en résulte une réduction du rendement de la machine électrique.The present, in the magnetic circuit thus produced, of the closed groove necessary to ensure the magnetic connection between the teeth of the toothing layer forming a magnetic screen, leads to additional thermal losses due to the heating of the magnetic circuit. This heating is due to the currents of
Eddy created in the magnetig-ue screen thus formed. This results in a reduction in the efficiency of the electric machine.
En outre, le fait que l'enroulement soit disposé dans les rainures ouvertes du câté de la culasse complique son montage avec la couche à denture à l'intérieur de la culasse, de sorte que isolation de l'enroulement risque d'entre endommagé pendant ce mont-age. In addition, the fact that the winding is arranged in the open grooves of the side of the cylinder head complicates its mounting with the toothed layer inside the cylinder head, so that insulation of the winding may be damaged during this mountain.
Ce problème est partiellement résolu dans un circuit magnétique divisé de machine électrique, comprenant une culasse à laquelle est adjacente une couche à denture réalisee en feuillard ferromagnétique ondulé dont les ondulations sont disposées sensiblement perpendiculaire- ment à la culasse, chacune des dents de la couche a denture étant formée par au moins deU2 ondulations et les rainures recevant l'enroulement étant formées par les parois des ondulations des dents voisines et par les parties du feuillard qui sont disposées entre ces (cf., par exemple, le brevet états Unis Nc3983435, cl. H02K 1/06)
Dans ce circuit magnétique divisé, chaque dent comporte un élément auxiliaire réalisé en tôle ferroma magnétique. Cet élément ausilisire est disposé entre les ondulations formant la dent et réalisé sous forme d'une plaquette pliee en aeu dont les extrémités sont rabattues vers les rainures d::enrolement correspondantes de manière à former des rainures à demi fermées
Ces éléments auxiliaires provoquent une baisse des paramètres énergétiques de la machine électrique et, en particulier, diminuent son coefficient de puissance par suite de l'accroissement du courant de magnétisation du aux jeux technologiques prevus entre les éléments supplémentaires et les ondulations de la zone à denture.This problem is partially solved in a divided magnetic circuit of an electric machine, comprising a yoke to which a toothed layer made of corrugated ferromagnetic strip is adjacent, the undulations of which are arranged substantially perpendicular to the yoke, each of the teeth of the layer a toothing being formed by at least U2 corrugations and the grooves receiving the winding being formed by the walls of the corrugations of the neighboring teeth and by the parts of the strip which are arranged between these (cf., for example, United States patent Nc3983435, cl . H02K 1/06)
In this divided magnetic circuit, each tooth has an auxiliary element made of ferroma magnetic sheet. This usable element is disposed between the corrugations forming the tooth and produced in the form of a folded plate in the form of which the ends are folded down towards the corresponding rolling grooves so as to form semi-closed grooves.
These auxiliary elements cause a drop in the energy parameters of the electric machine and, in particular, decrease its power coefficient as a result of the increase in the magnetization current due to the technological games provided between the additional elements and the undulations of the toothed zone. .
En outre, les éléments auxiliaires compliquent la fabrication et le montage du circuit magnétique et diminuent la sécurité de fixation de l'enroulement, ces éléments pouvant quitter leur logement pendant le fonctionnement de la machine électrique et tomber. In addition, the auxiliary elements complicate the manufacturing and mounting of the magnetic circuit and reduce the security of fixing the winding, these elements can leave their housing during the operation of the electric machine and fall.
On s'est donc proposé de mettre au point un circuit magnétique divisé de machine électrique, dans lequel la rainure recevant l'enroulement serait formé d'un feuillard ondulé continu de manière à améliorer les paramètres énergétiques de la machine électrique et la sécurité de fixation de l'enroulement. It has therefore been proposed to develop a divided magnetic circuit of an electric machine, in which the groove receiving the winding would be formed of a continuous corrugated strip so as to improve the energy parameters of the electric machine and the security of fixing. of the winding.
Ce probleme est résolu à l'aide d'un circuit magnétique divisé de machine électrique, comprenant une culasse à laquelle est adjacent une couche à denture réalisée en feuillard ferromagnétique- ondulé, dont les ondulations sont disposées sensiblement perpendiculairement à la culasse, chacune des dents de la couche à denture étant formée par au moins une ondulation et les rainures pour l'enroulement étant formees par les parois des ondulations voisines ét par les-parties du feuillard disposées entre elles, caractérisé, selon l'invention, en ce que le sommet de l'une des ondulations formant chaque dent et adjacent à la rainure d'enroulementtorrespondante est rabattu vers cette rainure en recouvrant la fente. This problem is solved by means of a divided magnetic circuit of an electric machine, comprising a yoke to which is adjacent a layer of teeth made of ferromagnetic-corrugated strip, the undulations of which are arranged substantially perpendicular to the yoke, each of the teeth of the toothing layer being formed by at least one corrugation and the grooves for the winding being formed by the walls of the neighboring corrugations and by the parts of the strip arranged between them, characterized, according to the invention, in that the top of one of the undulations forming each tooth and adjacent to the corresponding winding groove is folded towards this groove by covering the slot.
I1 est préférable que, dans le cas ou chaque dent est formée d'au moins trois ondulations, le sommet de la deuxième-ondulaton adjacente à la rainure d'enroulement correspondante soit rabattu dans le sens opposé au sommet rabattu de la première ondulation adjacente à cette rainure. It is preferable that, in the case where each tooth is formed from at least three undulations, the apex of the second undulation adjacent to the corresponding winding groove is folded back in the opposite direction to the folded apex of the first undulation adjacent to this groove.
I1 est également avantageux que, dans le cas ou chaque dent est formée d'au moins quatre ondulations, les parois dés ondulations extrêmes présentent une longueur supérieure à la longueur des parois des ondulations intérieures d'une valeur égale a la longueur des sommets rabattus de ces ondulations. It is also advantageous that, in the case where each tooth is formed of at least four corrugations, the walls of the extreme corrugations have a length greater than the length of the walls of the internal corrugations by a value equal to the length of the folded down vertices of these ripples.
Dans tous les modes de réalisation du circuit magnétique faisant l'objet de l'invention, les rainures recevant l'enroulement sont-à demi fermées du point de vue du déroulement des processus électromagnétiques, ce qui permet d'obtenir des caractéristiques énergétiques élevées de la machine électrique. In all the embodiments of the magnetic circuit which is the subject of the invention, the grooves receiving the winding are half-closed from the point of view of the course of the electromagnetic processes, which makes it possible to obtain high energy characteristics of the electric machine.
La possibilité de former une rainure à demi fermée aussi bien avant qu'après la pose de l'enroulement dans la rainure permet d'élargit les possibilités technologiques de montage de la machine électrique. The possibility of forming a semi-closed groove both before and after the installation of the winding in the groove makes it possible to widen the technological possibilities for mounting the electric machine.
La possibilité de fermer partiellement ou complètement la fente de la rainure d'enroulement par les sommets des ondulations permet d'assurer une bonne sécurité de fixation de l'enroulement. The possibility of partially or completely closing the slot of the winding groove by the tops of the corrugations makes it possible to ensure good security in fixing the winding.
L"invention sera mieux comprise et d'autre buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans-lesquels ::
- la figure 1 représente une vue de face d'une machine électrique à courant alternatif à circuit magnétique divisé (coupes locales du stator et du rotor), d'après l'invention
- la figure 2 représente une partie du circuit magnétique divisé du stator de la machine électrique, dont les dents de la couche à denture sont formées par trois ondulations, selon l'invention
- la figure 3 représente la même partie que la figure 2 dans le cas où les dents de la couche à denture du circuit magnétique sont formées par quatre ondulations, selon l'invention ;
- la figure 4 représente la même partie que la figure 3 dans le cas où l'alésage intérieur du circuit magnétique est soumis à l'usinage, selon l'invention.The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better in the light of the explanatory description which will follow of various embodiments given solely by way of nonlimiting examples, with references to the drawings. nonlimiting annexed in which:
- Figure 1 shows a front view of an alternating current electric machine with divided magnetic circuit (local sections of the stator and the rotor), according to the invention
- Figure 2 shows a part of the divided magnetic circuit of the stator of the electric machine, whose teeth of the toothing layer are formed by three undulations, according to the invention
- Figure 3 shows the same part as Figure 2 in the case where the teeth of the toothing layer of the magnetic circuit are formed by four corrugations, according to the invention;
- Figure 4 shows the same part as Figure 3 in the case where the inner bore of the magnetic circuit is subjected to machining, according to the invention.
Le circuit magnétique divisé de machine électrique comprend une culasse 1 (figure 1) à laquelle est adjacente une couche à denture 2 réalisée en feuillard ferromagnétique ondulé, dont les ondulations 3- sont disposes sensiblement perpendiculairement à la culasse 1. La disposition des ondulations 3 determine l'orientation du flux magnetique + vers la culasse 1 à travers l'entrefr 4 du rotor 5 et du stator 6 (l'orientation du flux magnétique est indiquk sur le dessin par des flèches) Chacune des dents de la couche à denture 2 est formée d'au moins une ondulation 3 et les rainures 7 pour l'enroulement 8 sont formées par les parois des ondulations voisines 3 et par les parties 9 du feuillard qui sont disposées entre elles. The divided magnetic circuit of an electric machine comprises a yoke 1 (FIG. 1) to which is adjacent a layer of teeth 2 made of corrugated ferromagnetic strip, the undulations of which are arranged substantially perpendicular to the yoke 1. The arrangement of the undulations 3 determines the orientation of the magnetic flux + towards the yoke 1 through the gap 4 of the rotor 5 and the stator 6 (the orientation of the magnetic flux is indicated in the drawing by arrows) Each of the teeth of the toothing layer 2 is formed of at least one corrugation 3 and the grooves 7 for the winding 8 are formed by the walls of the neighboring corrugations 3 and by the parts 9 of the strip which are arranged between them.
La description ciadessus s'applique également au circuit magnétique du stator et à celui du rotor de la machine électrique et concerne notamment un mode de réalisation du circuit magnétique de stator. Dans le mode de réalisa tion décrite du circuit magnétique du stator 6/chaque dent est formée de deux ondulations 3 Le sommet de l'une de ces ondulations 3, adjacente à la rainure 7 correspondante, est rabattu vers cette rainure 7 en fermant partiellement la fente de ladite rainure. The description above also applies to the magnetic circuit of the stator and to that of the rotor of the electric machine and relates in particular to an embodiment of the magnetic stator circuit. In the described embodiment of the magnetic circuit of the stator 6 / each tooth is formed by two corrugations 3 The top of one of these corrugations 3, adjacent to the corresponding groove 7, is folded back towards this groove 7 by partially closing the slot of said groove.
Dans le mode de réalisation décrit du circuit magnétique du rotor 5, chaque dent est formée par une seule ondulation 11 dont le sommet 12 est rabattu du côté de la rainure 13 correspondante recevant l'enroulement 14 en fermant ainsi complètement la fente de la rainure 13. In the described embodiment of the magnetic circuit of the rotor 5, each tooth is formed by a single corrugation 11, the apex 12 of which is folded down on the side of the corresponding groove 13 receiving the winding 14, thereby completely closing the slot in the groove 13 .
En ce cas, le sommet rabattu 12 et la partie 15 du feuillard comprise entre les ondulations 11 forment une rainure fermée 13, ce qui permet une meilleure pose de l'enroule- ment coulé 14. In this case, the folded top 12 and the part 15 of the strip between the corrugations 11 form a closed groove 13, which allows a better fitting of the cast winding 14.
Les modes de réalisation décrits ci-dessous du circuit magnétique divisé dune machine électrique sont ceux d'un circuit magnétique de stator. The embodiments described below of the divided magnetic circuit of an electric machine are those of a magnetic stator circuit.
Dans le cas où chaque dent de la couche à denture 2 est formée d'au moins trois ondulations 3 (figure 2), le sommet 10 de la deuxième ondulation 3 adjacente à la rainure 7 correspondante pour 18enroulement 8 est rabattu dans le sens opposé au sommet rabattu 10 de la première ondulation 3 adjacente à cette rainure 7. La fente de la rainure 7 est alors partiellement fermée par les sommets rabattus 10 des deux ondulations 3, ce qui permet de régulariser le champ magnétique au-dessous de la rainure 7 et d'améliorer ainsi les caractéristiques énergétiques de la machine électrique par rapport au mode de réalisation du circuit magnétique décrit plus haut. In the case where each tooth of the toothing layer 2 is formed of at least three corrugations 3 (FIG. 2), the apex 10 of the second corrugation 3 adjacent to the corresponding groove 7 for the winding 8 is folded in the opposite direction to the folded top 10 of the first corrugation 3 adjacent to this groove 7. The slot of the groove 7 is then partially closed by the folded vertices 10 of the two corrugations 3, which makes it possible to regularize the magnetic field below the groove 7 and thus improving the energy characteristics of the electric machine compared to the embodiment of the magnetic circuit described above.
Suivant un autre mode de réalisation du circuit magnetique, les sommets rabattus 10 des ondulations 3 se touchent. Ceci permet une fixation solide de 1' enroulement 8 dans la rainure 7. Dans ce cas, les processus electroma- gnétiques se déroulant dans les dents sont analogues aux processus caractéristiques des rainures a demi Cermees. Ceci résulte de la grande résistance an flux magnétique entre les sommets des ondulations et-a la surSaturrTiOn de ces sommets, de sorte qu'il se produit une dispersion du flux magnétique à la jonction. According to another embodiment of the magnetic circuit, the folded vertices 10 of the corrugations 3 touch. This allows a solid fixation of the winding 8 in the groove 7. In this case, the electromagnetic processes taking place in the teeth are analogous to the characteristic processes of the half-grooved grooves. This results from the great resistance to magnetic flux between the vertices of the corrugations and to the surSaturrTiOn of these vertices, so that there is a dispersion of the magnetic flux at the junction.
Dans le cas où chaque dent est formée d'au moins quatre ondulations 3 (f igures3, 4), les parois des ondula- lations 3 extrêmes présentent une longueur supérieure à la longueur des ondulations 3 intérieures d'une valeur "a" égale à la longueur des sommets rabattus 10 de ces ondulations 3. In the case where each tooth is formed from at least four corrugations 3 (FIGS. 3, 4), the walls of the extreme corrugations 3 have a length greater than the length of the internal corrugations 3 with a value "a" equal to the length of the folded vertices 10 of these undulations 3.
Pour obtenir les cotes voulues du circuit magnétique et améliorer les caractéristiques énergétiques de la machine électrique, l'alésage intérieur 16 (figure 4) du circuit magnétique est soumis à un usinage. In order to obtain the desired dimensions of the magnetic circuit and improve the energy characteristics of the electric machine, the internal bore 16 (FIG. 4) of the magnetic circuit is subjected to machining.
Le circuit magnétique divisé de machine électrique est fabrique comme suit. The divided magnetic circuit of electric machine is manufactured as follows.
Un rouleau d'acier pour usages électrotechniques est découpé en feuillards dont la largeur est égale à la hauteur de la culasse 1 (figures 1 à 4), lorsqu'il s'agit d'une culasse de stator cylindrique. Ces feuillards sont ensuite enroulés "sur champ" de manière à former un cylindre dont la longueur est égale à la longueur du circuit magnétique. S'il s'agit d'une culasse de rotor, cette culasse peut être réalisée sous forme d'un cylindre massif. La couche à denture 2 est fabriquée, elle aussi, en tôle d'acier découpée en feuillards dont la largeur détermine la longueur du circuit magnétique. Ces feuillards sont pliés par un procédé connu de manière à former des ondulations 3 formant des dents et à former entre les ondulations 3 une rainure 7 pour l'enroulement 8. A steel roll for electrotechnical uses is cut into strips, the width of which is equal to the height of the cylinder head 1 (FIGS. 1 to 4), in the case of a cylindrical stator cylinder head. These strips are then wound "on the field" so as to form a cylinder whose length is equal to the length of the magnetic circuit. If it is a rotor cylinder head, this cylinder head can be produced in the form of a solid cylinder. The toothing layer 2 is also made of sheet steel cut into strips, the width of which determines the length of the magnetic circuit. These strips are folded by a known method so as to form corrugations 3 forming teeth and to form between the corrugations 3 a groove 7 for the winding 8.
Dans le cas où les dents de ia couche à denture sont formées par au moins quatre ondulations 3 (figures 3,4), il est prévu que la longueur des ondulations-3 intérieures de la dent soit égale à la hauteur de la couche à denture, et que la longueur des ondulations 3 extrêmes soit supérieure d'une valeur "a". A ce stade de la fabrication de la couche à denture, les rainures 7 recevant l'enroulement 8 sont ouvertes, de sorte qu'on peut y poser l'enroulement 8 préalablement formé en sections rigides. Après la pose de l'enroulement 8 dans les rainures 7, les sommets saillants 10 des ondulations 3 extrêmes sont rabattus du côté de la rainure 7 à laquelle ils appartiennent, de manière à fermer partiellement ou complètement la fente de la rainure 7. In the case where the teeth of the toothing layer are formed by at least four undulations 3 (FIGS. 3, 4), it is provided that the length of the interior undulations-3 of the tooth is equal to the height of the toothing layer. , and that the length of the extreme undulations 3 is greater by a value "a". At this stage of the manufacture of the toothing layer, the grooves 7 receiving the winding 8 are open, so that the winding 8 previously formed therein can be placed in rigid sections. After laying the winding 8 in the grooves 7, the projecting vertices 10 of the extreme corrugations 3 are folded down on the side of the groove 7 to which they belong, so as to partially or completely close the slot in the groove 7.
Suivant une variante, les-sommets 10 des ondulations 3 extrêmes sont rabattus du côté de la rainure 7 avant que l'enroulement 8 y soit posé L'enroulement 8 est alors monté fil à fil et posé à travers la partie ouverte de la fente de la rainure 7. According to a variant, the tops 10 of the extreme corrugations 3 are folded down on the side of the groove 7 before the winding 8 is placed there. The winding 8 is then mounted wire by wire and laid through the open part of the slot of groove 7.
Lorsque la pose de l'enroulement 8 dans les rainures 7 est terminée, la couche à denture est imprégnée pour fixer rigidement les spires de l'enroulement 8, puis elle est séchée et montée dans l'alésage intérieur de la culasse 1. When the laying of the winding 8 in the grooves 7 is finished, the toothing layer is impregnated to rigidly fix the turns of the winding 8, then it is dried and mounted in the internal bore of the cylinder head 1.
Si nécessaire, la surface de la couche à denture 2 tournée vers la culasse 1 peut être préalablement soumise à un usinage. Après le montage de la couche à denture 2 sur la culasse 1, on peut imprégner le stator encore une fois (le rotor représenté sur la figure 1 étant à enroulement coulé) et usiner les surfaces du circuit magnétique du stator et du rotor orientées vers l'entrefer 4 (figure 1). If necessary, the surface of the toothing layer 2 facing the cylinder head 1 can be subjected to machining beforehand. After mounting the toothing layer 2 on the cylinder head 1, the stator can be impregnated once again (the rotor shown in FIG. 1 being with cast winding) and machine the surfaces of the magnetic circuit of the stator and the rotor oriented towards the 'air gap 4 (Figure 1).
Claims (3)
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Family Applications (1)
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