Convertisseur d'énergie électromécanique La présente invention concerne un convertisseur d'énergie électromécanique, qui peut constituer une machine motrice ou génératrice, tant à courant con tinu qu'à courant alternatif.
Le convertisseur d'énergie électromagnétique objet de l'invention comprend deux éléments constitués nu moins en partie en un matériau magnétique et défi nissant entre eux au moins un entrefer magnétique, l'un de ces éléments au moins comportant des pôles inducteurs, et au moins un élément porteur de bobi nage passant en partie au moins dans cet entrefer, l'un de ces trois éléments au moins étant déplaçable par rapport aux autres.
Il est caractérisé en ce que l'élément porteur de bobinage est constitué par une bande isolante souple et mince revêtue d'un bobinage formé de conduc teurs plats ayant leurs parties actives orientées trans versalement par rapport à la longueur de la bande et y adhérant intimement.
Diverses formes d'exécution de l'invention sont représentées, à titre d'exemple, sur les figures du dessin ci-joint, qui montrent La fig. 1, une vue latérale, en partie schématisée, d'une machine motrice à courant continu comprenant un induit constitué par une bande souple.
La fig. 2, une vue partielle en plan, et en partie schématisée, de l'induit de la fig. 1.
La fig. 3, une vue agrandie en coupe, prise selon la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4, une vue en coupe, partiellement sché matisée, d'un convertisseur d'énergie électromécani que tournant à élément coaxiaux.
La fig. 5, une vue partiellement schématisée, en coupe, de ce convertisseur selon la ligne 5-5 de la fig. 4. La fig. 6, une vue partielle en plan, en partie schématisée, d'une feuille isolante revêtue de con ducteurs, utilisée dans la réalisation de l'induit du convertisseur de la fig. 4.
La fig. 7, une vue en plan, en partie schématisée, de deux feuilles semblables à celle de la fig. 6 et superposées pour montrer leurs positions relatives dans l'induit du convertisseur de la fig. 4.
La fig. 8, un diagramme montrant un trajet de courant dans l'induit du convertisseur de la fig: 4. La fig. 9, une vue latérale de l'induit du conver tisseur de la fig. 4, et, la fig. 10, une vue en coupe, partielle et agran die, prise selon la ligne 10-10 de la fig. 9, pour montrer les languettes d'interconnexion dans l'induit après soudure.
Les fig. 11 à 14, en vues de profil en partie en coupe, quatre exemples de dispositions de machines à courant continu comprenant un bobinage du type imbriqué.
Les fig. 15 et 16, deux exemples d'exécution de tels bobinages imbriqués.
La fig. 17, en vue partielle de dessus, un exemple d'arrangement des balais d'une telle machine.
La fig. 18, en vue partielle de profil, et la fig. 19, en vue partielle en plan, un autre exemple d'arrangement des balais d'une telle machine. Les fig. 20 et 21, deux exemples d'un bobinage du type ondulé-série.
Les fig. 22 et 23, en coupes, deux exemples d'interconnexions des conducteurs du bobinage, qui peut être imbriqué ou ondulé-série.
Les fig. 24, en vue de profil en partie en coupe, un exemple d'exécution de convertisseur à courant continu et bobinage ondulé-série. La fig. 25, en vue partielle de profil, en partie en coupe, un exemple de convertisseur comprenant un enroulement compensateur de réaction d'induit. La fig. 26, en vue partielle de dessus, et la fig. 27, en vue partielle en coupe, un exemple de machine à courant alternatif monophasé.
La fig. 28, une vue partielle de dessus d'un bobi nage triphasé.
Les fig. <I>29a, 29b</I> et 29c, des coupes partielles de la fig. 28, montrant une première modalité d'inter connexions entre phases.
Les fig. 30a, 30b et 30c, des coupes partielles de la fig. 28, montrant une seconde modalité d'inter connexions entre phases.
Les fig. 31 à 34, en vues partielles de dessus, divers exemples de montage de convertisseurs, en vue de leur utilisation pratique, et, les fig. 35 à 37, en vues de profil, divers autres exemples également de montage en vue de cette uti lisation.
La fig. 1 montre im moteur à courant continu 10. L'enveloppe du moteur n'est pas figurée. Ce moteur comprend des moyens pour engendrer un champ magnétique, constitués par deux jeux d'aimants 11 et 12 à pièces polaires lla et 12a, montés de manière à engendrer des champs de polarités con traires au travers de régions voisines d'une feuille allongée déplaçable 13, ce .qu'indiquent les références N et S sur ces jeux d'aimants.
Des barreaux ferro magnétiques 14 et 15 servent de culasses aux jeux d'aimants. Si désiré, on peut omettre les aimants d'un côté et y substituer une simple culasse magnétique de fermeture de flux. Une seule paire d'aimants peut même être seulement prévue si désiré, la paire 11 par exemple.
La bande 13 comprend une feuille isolante pour vue d'un revêtement conducteur 16 sur sa longueur, comme représenté sur les fig. 2 et 3. Une portion du revêtement conducteur est disposée dans l'entrefer magnétique. Le revêtement 16 est de préférence réa lisé sur les deux faces et sur la longueur entière de la bande, et constitue en fait un enroulement inin terrompu sur cette feuille. Sur la fig. 2, les traits pleins désignent les conducteurs d'une face, et les traits interrompus, les conducteurs de l'autre face.
Les lignes entre conducteurs 17 de la fig. 2 représentent les portions non revêtues de la feuille isolante 13.
La feuille 13 peut avantageusement consister en un polyester, par exemple un polytéréphtalate d'éthylène. Le matériau 13a de cette feuille est visi ble sur la vue en coupe de la fig. 3.
A titre indi- catif, une telle feuille peut avoir une largeur de l'ordre de 7,5 cm et une épaisseur de l'ordre du quart de millimètre. Les interconnexions entre conducteurs 17 des deux faces (qui peuvent être en regard en leurs parties transversales) comprennent des revêtements conducteurs tels que 19, 20 et 21 sur la fig. 3, déli mitant des trous de traversée du matériau isolant 13a. La feuille 13 est en forme de bande et passe sur des poulies ou tambours 22 et 23 montés sur des arbres 24 et 25 tourillonnés dans des paliers non représentés.
En variante, les poulies 22 et 23 peu vent être montées comme bobines débitrice et récep trice, la feuille 13 étant initialement enroulée sur une bobine et tirée sur l'autre au fur et à mesure du fonctionnement du moteur. Si désiré, la feuille 13 peut être renforcée, isolée, perforée en certains empla cements près d'un de ses bords ou des deux, afin d'engager des organes dentés en place de poulies, les deux arbres étant alors en déplacement synchrone.
Le moteur comprend aussi des moyens pour faire parcourir le revêtement conducteur par un courant. Plus particulièrement, ces moyens comprennent, par exemple, une paire de balais 26, 27 en contact avec les conducteurs du revêtement. Ces balais assureront le passage de courant pour produire le déplacement longitudinal de l'élément mobile. Ils peuvent être montés dans des porte-balais <I>26a, 27a</I> fixés sur un support 28, l'un des balais contactant les conduc teurs en passant entre les aimants 11 et 12.
Le tracé des conducteurs constituant le bobinage sera partiellement suivi en se reportant à la fig. 2. On suppose que le courant pénètre par le balai 26 montré en contact instantané avec le conducteur 30. Le courant suit ce conducteur et passe, par la tra versée 31, au conducteur 32 de l'autre face, revient au conducteur 34 par la traversée 33, passe à tra vers la traversée 35 au conducteur 36 de l'autre face et ainsi de suite jusqu'à ce que le courant sorte par le balai 27.
Des flèches en trait plein montrent les par cours de courant sur une face, des flèches en poin tillé les indiquent sur l'autre.
On voit sur la fig. 2 que, dans une région définie, le courant passe dans le même sens transversal dans les conducteurs superposés des faces opposées de l'élément 13, mais qu'en deux régions adjacentes cor respondant respectivement aux emplacements des pièces polaires l la et 12a, le courant passe dans des directions inverses.
En conséquence et en raison de l'inversion des polarités magnétiques des aimants 11 et 12, il se développe une force résultante dans la direction du déplacement longitudinal de l'élément 13. Le sens de ce déplacement peut être inversé par une inversion du sens du courant. En raison de la très faible inertie de l'élément 13, le démarrage, l'arrêt et l'inversion du sens de marche peuvent être assurés plusieurs fois par seconde, si nécessaire.
La fabrication d'un élément 13 va être briève ment exposée : on prend une feuille de l'isolant sus- défini et on y forme les trous des fig. 2 et 3, puis on la revêt d'une pellicule de cuivre sur toute sa surface (y compris les parois des perforations). L'épaisseur de cette pellicule est très faible et, par exemple, de l'ordre du quatre millième de mm. Ceci peut être fait par immersion de la feuille dans un bain de dépôt de cuivrage usuel dans la technique des cir cuits imprimés.
On imprime alors avec une encre résistant à l'électrolyse la configuration du bobinage requis, lignes noires de la fig. 2. On surcharge de cuivre les parties exposées, y compris les perforations, jusqu'à l'épaisseur désirée, un huitième de millimètre par exemple. Il suffit ensuite, après retrait du bain de surcharge, en premier lieu d'enlever l'encre, en second lieu, par trempage bref dans une solution de gravure, d'enlever les traits de cuivrage fins qui se trouvaient sous cette encre lors de la surcharge.
Bien entendu, on pourrait aussi bien utiliser des feuilles minces de cuivre laminées sur l'isolant, après quoi ces feuilles seraient gravées avec le dessin requis.
On peut réaliser un moteur à courant alternatif en substituant des électro-aimants aux aimants per manents 11 et 12 des fig. 1 et 2 et en connectant les bobinages de ces électro-aimants en série avec les balais pour que le courant passe dans les électro- aimants 11 pour y développer un champ magnétique d'une certaine polarité alors qu'il développe un champ de polarité contraire dans les électro-aimants 12.
Les champs s'inversent avec les alternances du courant pour produire une composante d'effet pratiquement continu quant à la force qui en résulte sur l'élément mobile 13. Egalement, l'élément 13 de la fig. 2 'peut comprendre un enroulement conducteur fermé sur lui-même, semblable à l'enroulement ondulé des fig. 4 et 5 décrit plus loin. Si on utilise un tel enroule ment, il est alors désirable d'utiliser, si possible, un jeu d'aimants en chaque région d'inversion du cou rant afin de faire travailler le moteur avec un rende ment optimum.
Le convertisseur des fig. 1 et 2 peut constituer un générateur de courant si l'un ou l'autre des arbres 24 et 25 est entraîné de manière à faire défiler l'élé ment 13 dans l'entrefer magnétique et à provoquer ainsi le passage d'un courant induit dans l'enroule ment de l'élément 13.
Les fig. 4 et 5 représentent un convertisseur à courant continu dans lequel un capot 40 supporte un arbre central 41 tourillonné dans des paliers 42 et 43. Un disque isolant 45 fixé sur l'arbre 41 supporte l'élément porteur de bobinage 44 conformé en boucle cylindrique. Ce convertisseur est, à titre illustratif, à six pôles matérialisés par six aimants permanents 46 à 51 inclusivement. Un anneau ferromagnétique 52 est fixé à l'autre extrémité des aimants pour servir de culasse. Les aimants sont montés pour engendrer des champs de polarités alternées sur la circonférence au voisinage de l'induit.
Un cylindre ferromagnétique 53 est disposé à l'intérieur de l'induit cylindrique pour réduire l'entrefer et fermer les circuits de flux. Des balais 54, 55 sont approximativement placés à mi-chemin entre les aimants 51 et 46 et entre les aimants 46 et 47 pour l'amenée du courant au con vertisseur. Ces balais sont connectés à des bornes électriques comme usuel. On peut utiliser, si désiré, des paires supplémentaires de balais dans le montage.
En se reportant plus particulièrement aux fig. 6 à 10, on voit que l'élément porteur de bobinage 44 comprend une feuille isolante en forme de cylindre fermé, portant un revêtement conducteur 58, 58a sur ses faces interne et externe. Ce revêtement forme un enroulement dont les spires s'étendent longitudina lement et progressent sur le cylindre.
Pour réaliser un tel élément, on établit en premier lieu deux parties comprenant chacune une feuille iso lante revêtue sur une face par un demi-enroulement ; ces feuilles 60 et 61 sont ensuite mises en forme de cylindre, en les accolant, une face revêtue étant à l'extérieur et l'autre face revêtue, à l'intérieur ; les demi-enroulements sont ainsi séparés par les supports isolants. Il suffit alors pour les fixer ensemble d'ef fectuer les connexions entre extrémités de conduc teurs des demi-enroulements.
Les feuilles 60 et 61 ont de préférence sensible ment la même longueur et les bords des feuilles sont de préférence découpés pour suivre le tracé des con ducteurs. La feuille de la fig. 6 est montrée avec son revêtement conducteur en dessous de l'isolant, les traits isolants en pointillé indiquant ce fait. Les bords de l'isolant dépassent très légèrement les conducteurs extrêmes et les extrémités des conducteurs. Ceci per mettra des légers recouvrements d'isolant lors de la formation du cylindre.
Les feuilles 60 et 61 de la fig. 7 ont les mêmes dessins, c'est-à-dire que le dessin de la feuille 60 apparaît semblable à celui de la feuille 61 lorsqu'on les regarde toutes deux du côté des con ducteurs. Quand on les assemble, l'une sur l'autre pour la formation du cylindre, vue de la fig. 7, les dessins sont retournés relativement l'un par rapport à l'autre.
Les bords des conducteurs forment des languettes qui à l'assemblage sont placées en coïncidence, voir fig. 7. Lorsqu'on les roule ensemble en un cylindre, les languettes 70a et 70b de la fig. 7 viennent en coïncidence et permettent de fermer l'enroulement autour du cylindre. Lorsque la feuille est utilisée pour une machine à six pôles, l'induit a, par exemple, 43 conducteurs sur chaque surface du cylindre.
On a omis sur la fig. 7 les conducteurs des régions cor respondant aux emplacements des aimants 49 et 50 sur le schéma de la fig. 8.
Les feuilles peuvent être roulées ensemble ou séparément, la feuille intérieure étant alors glissée dans le cylindre formé par la feuille extérieure. Fina lement les bords des feuilles viennent en butée, voir fig. 9, et peuvent être réunis par collage ou moyen similaire. Puis les languettes sont réunies par soudure au trempé par exemple, et les feuilles peuvent être réunies en étant collées l'une sur l'autre. Une con nexion conductrice entre languettes 70a et 70b est montrée sur la fig. 10.
On pourrait aussi bien exécuter les intercon nexions par trous métallisés comme dans le cas de la machine des fig. 1 à 3.
Un circuit de courant autour du cylindre est sché matisé sur les fig. 7 et 8. Le courant passe par exem ple du balai 54 le long du conducteur 71 à la lan guette 72, le long du conducteur 73, arrière, à la lan guette 74, le long du conducteur 75 à la languette 76, le long du conducteur 77 à la languette 78 (pas montrée sur la fig. 7), le long du conducteur 79 à la languette 80 (non montrée fig. 7), le long du con ducteur 81 à la languette 82a qui coïncide avec la languette 82b et y est réunie une fois le cylindre fermé. Le courant passe alors le long du conducteur 83 et suit un trajet similaire jusqu'au balai 55.
Comme représenté par les flèches en trait plein et en trait interrompu, le sens de parcours du courant est le même dans les conducteurs superposés de part et d'autre de l'isolant (à l'intérieur et à l'extérieur du cylindre) pour une région donnée de l'élément. Le courant passe dans des directions contraires de sec tion polaire à section polaire. C'est ce qui est sché matisé sur la fig. 8 où l'on voit qu'en raison de l'in version de polarité du champ magnétique de section à section, une force résultante se développe qui force l'induit à tourner.
Ce convertisseur peut être utilisé comme généra teur si l'on entraîne mécaniquement son arbre 41. Il ressort de la description qui précède qu'un tel convertisseur d'énergie électromécanique présente l'avantage de mouvoir un élément de faible inertie, capable de démarrer et de s'arrêter très rapidement. Le déplacement peut être longitudinal ou circulaire. Pour faciliter la ventilation, on peut placer les aimants à l'intérieur du cylindre d'induit.
D'autres montages peuvent se déduire de ceux qui viennent d'être décrits. C'est ainsi que pour réa liser un moteur synchrone à courant alternatif, on établit un inducteur similaire à celui des fig. 4 et 5 et on le fixe par un intercalaire isolant sur la paroi intérieure du capot. On peut utiliser un aimant per manent comme rotor. C'est ainsi encore qu'on peut réaliser un moteur à induction en réalisant un induit imprimé à conducteurs ayant leurs extrémités conductivement reliées soit en forme de cylindre soit en forme de ruban.
Un moteur universel sera obtenu en substituant des électro-aimants aux aimants per manents dans les fig. 4 et 5, les bobinages de ces électro-aimants étant convenablement connectés et enroulés pour leur excitation par le passage du cou rant d'induit.
En se reportant à la fig. 11, la machine à courant continu qui y est représentée comprend un élément mobile constitué par une bande sans fin, ou boucle, 101 formée d'une bande de support isolante et flexi ble 116 sur les deux faces de laquelle ont été appli quées les deux parties 115 et 117 d'un bobinage du type imbriqué, ainsi qu'on le précisera plus loin. Cette bande sans fin est portée par des tambours 102 et 103 et est en partie introduite dans un entrefer en forme de couloir formé entre deux éléments magné tiques constituant l'inducteur de la machine.
Cet inducteur est ici constitué par deux aimants 104 et<B>105,</B> ayant leurs faces polaires de dénomina tions contraires N et S alignées le long du couloir. Ces deux aimants sont montés sur une plaque de base 106 qui peut servir de culasse magnétique si de besoin. Entre eux est indiquée une butée de guidage 114 de la bande 101, butée terminée par exemple par un galet ou une roulette. De l'autre côté de l'entrefer est disposée une plaque magnétique d'arma ture 107 maintenue dans une plaque de support 108. Cette partie de l'inducteur statorique porte trois balais 1<B>1</B>9, 110 et 111.
Ces balais portent directement sur la face 117 du bobinage et leur disposition relative vis-à-vis de ce bobinage sera précisée plus loin. Naturellement ils sont espacés entre eux d'un pas polaire de la machine. Bien que le dessin ne soit pas à l'échelle, on peut noter cependant que dans la disposition de la fig. 11 on suppose le bobinage d'une longueur de six pas polaires complets. Deux pôles seulement étant actifs, en raison de l'inducteur, il s'ensuit que quatre des six sections du bobinage introduisent une résistance inutile en parallèle sur la partie active de l'induit 101.
Le fait de prévoir les balais 109 et 111, encadrant le balai<B>110</B> et interconnectés à la borne 113, l'autre borne 112 étant reliée au balai 110, assure sinon le court-circuitage des sections inactives, tout au moins une réduction importante de leur effet de résistance parasite.
Lorsque, comme montré à la fig. 12, on établit dans la machine un nombre impair de pôles actifs, ici trois par l'addition du pôle 118, le bobinage ayant dans cet exemple une longueur de huit pas polaires complets, il est préférable de disposer, comme indi qué, deux paires de balais 109-111 et 110-119, cha que paire étant reliée à une borne d'alimentation. La dissymétrie magnétique est ainsi compensée par la symétrie de l'alimentation mais naturellement l'effi cacité de la machine est accrue par l'augmentation du nombre de pôles actifs ; ceci est d'autant plus avantageux que le bobinage doit, pour d'autres rai sons, couvrir un nombre de pas polaires élevé.
Au lieu de monter l'induit 101 sur des tambours 102 et 103, on peut tout aussi bien, comme montré à la fig. 13, le guider simplement par des guides 125 et 126 situés aux extrémités du couloir d'entrefer, l'induit 101 portant alors sur les extrémités arron dies ou incurvées 123. et 124 de ces guides.
Sur la fig. 13, on a indiqué de plus que la culasse magnétique 107 de la fig. 11 pouvait, si désiré, être remplacée par des aimants tels que 121 et 122, mon tés sur une plaque 138 en matériau magnétique par exemple. Les faces polaires des aimants 121 et 122 sont de dénominations contraires entre elles et vis à-vis de celles des aimants 104 et 105 situés de l'autre côté de l'entrefer.
Enfin, si nécessaire, on peut établir des conver tisseurs à éléments concentriques, comme indiqué sur la fig. 14, dans laquelle l'élément souple porteur du bobinage est conformé par son application sur un cylindre 127 formant culasse, en matériau magnéti que, cette culasse étant elle-même supportée sur un moyeu 128 à bras radiaux 129.
Le stator de la machine est alors tubulaire et comprend par exemple au moins une paire d'aimants incurvés tels qu'indi qués en 130 et 131 supportés par une pièce incur- vée 132. L'inducteur peut s'étendre sur toute ouver ture angulaire désirée, voire même sur le pourtour complet ; les dispositions de balais peuvent être simi laires à celles décrites. D'autres balais peuvent être prévus dans le convertisseur et seront connectés aux bornes d'alimentation 112 et 113, ce qu'indiquent les flèches associées à ces bornes.
La fig. 15 montre une configuration de bobinage imbriqué que porte la bande 101. Cette configuration est vue sur une face, les traits pleins délimitant les parties conductrices représentant les intervalles d'iso lement relatifs des conducteurs, les parties transver sales 132 des conducteurs du bobinage sur l'une et l'autre faces étant disposées en concordance exacte. Chacune de ces parties transversales 132 est prolon gée par deux parties inclinées (qui peuvent être incur vées si désiré), 133 et 134, pour définir le pas du bobinage. La partie 133 se termine sur un plot 135, la partie 134 sur un plat 136.
On notera que, dans la configuration de la fig. 15, les deux rangées de plots 135 et 136 sont décalées l'une sur l'autre, ce qui implique une dissymétrie entre les deux faces du bobinage. On peut éliminer cette dissymétrie, comme indiqué sur la fig. 16, en modifiant les incli naisons des parties formant têtes de spire 134 (sur la face montrée) et 139 (sur l'autre face), afin de donner plus de commodité à l'arrangement des balais dont il sera parlé à propos de la fig. 19.
Sur le schéma de la fig. 15, on a montré en (137) et (138) les découpes terminales du bobinage, après son impression mais avant son assemblage en forme de boucle. Ces découpes terminales suivent chacune un tracé de demi-spire sur une des faces du bobinage d'où une simplification de la connexion en boucle de ce bobinage :
en effet, on voit qu'en repliant la bande montrée en ramenant les extré mités en coïncidence en les relevant (par rapport au plan du dessin), toutes les soudures d'interconnexions à réaliser se trouvent sur la face exposée de la bande, ce qui simplifie évidemment de façon très appré ciable ces soudures par points, faites seulement entre les extrémités des conducteurs de têtes de bobines indiquées en pointillé sur le schéma.
Chaque face porte donc une suite de demi-spires, et ces demi-spires doivent être interconnectées d'une face à l'autre aux emplacements des plots 135 et 136. Ceci peut être réalisé de diverses manières, voir par exemple les fig. 22 et 23. Une première manière consiste à ne pas introduire d'isolant aux emplace ments des plots, et donc de souder ces plots entre eux d'une face à l'autre du bobinage, fig. 22.
Une autre manière est de conserver l'isolant derrière les plots et d'établir les interconnexions à travers l'iso lant, ce qui est indiqué sur la fig. 23 en 151 et 152, qui désignent de petits rivets tubulaires ou perfora tions préalables de l'isolant, métallisées lors de la formation du bobinage par impression .
Les balais tels que 109 et 110 peuvent porter sur les parties 132 des conducteurs, comme indiqué sur la vue de la fig. 17. Ils sont alors disposés entre les pièces polaires de l'inducteur telles que celles indi quées en 121 et 122 sur ce schéma. On y a indiqué de plus en pointillé les emplacements de galets de guidage 141, 143 qui coopèrent avec des rouleaux 102 et 142 de support du bobinage, ainsi que des galets 144 et 145 qui peuvent être additionnellement prévus pour assurer un guidage plus précis du bobi nage dont les conducteurs ne sont pas figurés pour simplifier le dessin.
Ces galets additionnels coopèrent évidemment, lorsque prévus, avec des galets simi laires situés de l'autre côté du bobinage.
Dans une autre disposition, on établit une paire de balais, telle que celle indiquée en 109 et 149 sur la fig. 19, par emplacement d'alimentation du bobi nage. Ces balais portent alors sur les plots d7extré- mité des parties de conducteurs formant têtes de spires. Les balais de chaque paire sont connectés en parallèle à la borne d'alimentation correspon dante, 113 sur la fig. 19.
L'axe transversal d'une paire de galets coïncide sensiblement alors avec un axe polaire transversal de l'inducteur et cette coïnci dence devient complète lorsqu'on adopte la configu ration de bobinage représentée sur le schéma de la fig. 16. Les balais sont alors décalés transversalement par rapport à l'axe longitudinal de l'inducteur, comme indiqué par la vue de profil de la fig. 18 montrant une partie de l'inducteur de la machine.
Le bobinage peut aussi être du type ondulé-série. C'est ce qui est indiqué sur la fig. 20, en conservant le même pas de bobinage que dans le bobinage imbri qué, ce qui revient simplement à inverser les incli naisons des parties telles que 154 des têtes de spires vis-à-vis des parties telles que 133 de ces têtes. Une variante d'exécution particulièrement avantageuse au point de vue de la simplicité est celle représentée sur la fig. 21. Elle consiste à établir les conducteurs du bobinage en forme de bandes transversales con venablement inclinées pour retrouver le pas désiré de chaque spire.
Ces bandes sont référencées 149 pour une face et par 150 pour l'autre. Avant sa mise en forme de boucle, le bobinage se présente de préférence comme un ruban biseauté à ses deux extré mités, ceci pour n'avoir encore ici à effectuer les soudures d'interconnexions que sur une des faces du bobinage, pour réaliser la boucle désirée.
La fig. 24 donne un exemple d'une machine com prenant un bobinage ondulé-série. Dans cet exemple, il y a quatre pôles. magnétiques actifs en deux paires 104-105 et 164-165, délimitant avec des plaques de culasse magnétiques 107 et 157, respectivement sup portées par des plaques de montage 108 et 158, deux couloirs d'entrefer dans lesquels passe l'élément por teur de bobinage 101.
Le guidage de l'élément por teur de bobinage est assuré par deux jeux d'éléments 159-160-161 et 169-170-171, portés par les plaques 108 et 158, et par des éléments 162 et 172 portés par les éléments intérieurs de l'inducteur. Les tam bours. 102 et 103 complètent ce guidage. Les balais 109, 110, une seule paire pour un bobinage ondulé- série, sont montrés, à simple titre illustratif, montés extérieurement aux entrefers.
En effet, ces balais peu vent, pour l'alimentation du bobinage ondulé-série tout au moins, ne pas porter sur des portions du bobinage intérieures à l'entrefer ; il suffit qu'ils por tent en des emplacements distants d'un pas polaire ou d'un multiple impair de ce pas polaire. L'exemple de la fig. 24 se rapporte au cas d'un bobinage hexa- polaire.
Dans les machines du genre susdécrit, il peut être avantageux d'assurer une compensation de la réaction d'induit, afin d'éliminer de l'entrefer une composante de champ variable avec la charge.
Dans son brevet suisse No 363076 du 12 janvier 1960, la titulaire a proposé à une telle fin de disposer, dans l'entrefer d'une machine à rotor comportant un bobinage im primé , un bobinage fixe identique en tous points à celui du rotor et introduit dans un circuit électrique tel qu'il soit parcouru par le courant même qui cir cule dans le rotor mais en sens inverse de celui qui parcourt ce bobinage du rotor ; cet enroulement de compensation fait face au bobinage du rotor dans l'entrefer.
Dans le cas des machines décrites, ceci demeure vrai mais, comme indiqué sur la fig. 25, il suffit de limiter ici l'étendue longitudinale d'un tel bobinage de compensation à la surface utile de l'in ducteur magnétique statorique de la machine et il n'est pas nécessaire que ce bobinage de compensa tion entoure le bobinage mobile complet. Dans l'exemple de la fig. 25, on a montré quatre des pôles d'un inducteur, 173-121 et 122-l74, d'autres pou vant, si désiré, s'intercaler entre ces deux paires de pôles.
Une plaque de support formant culasse magné tique 138 porte les aimants. De l'autre côté de l'en- trefer se trouve une culasse magnétique 175 portée par une plaque de support 180. Le bobinage de com pensation est indiqué en 178 et s'étend approximati vement d'un plan médian du pôle extrême 173 à un plan médian de l'autre pôle extrême 174 de la machine. Il est bien entendu de configuration iden tique au bobinage 101. Les balais du bobinage 101 sont indiqués en 109 et 110, les bornes du bobinage de compensation en 177 et 179.
Une connexion, indiquée en pointillé en 176 et passant, en pratique, latéralement pour laisser libre le déplacement de l'induit, relie la borne 177 au balai 109. La borne 179 est reliée à l'entrée 113 du courant, le balai 110 à la sortie 112 du courant. Si le bobinage est du type imbriqué, on établit dans le bobinage de compen sation 178 des retours latéraux nécessaires entre les extrémités pour fermer ce bobinage. Si le bobi nage de compensation est ondulé-série, ceci est inu tile. Mais, dans l'un et l'autre cas, il pourra y avoir des prises et des balais intermédiaires sur les bobi nages, selon les dispositions décrites plus haut.
Le convertisseur décrit peut constituer une ma chine à courant alternatif, par simple adjonction de bagues au bobinage 101, dans lesquelles le cou rant alternatif est amené ou desquelles il est prélevé par le moyen de frotteurs montés sur l'inducteur statorique. En considérant le cas d'une machine monophasée à bobinage du type ondulé-série, ceci à simple titre illustratif bien entendu, fig. 26 et 27, on voit qu'au bobinage sont adjointes deux bandes conductrices 181 et<B>189,
</B> formées en même temps que les conduc teurs sur le même support isolant et de part et d'autre de ce support. Sur le bobinage sont établies deux prises 182 et<B>1821</B> qui sont espacées de 1800 élec triques l'une de l'autre. Deux frotteurs 183 et 185, reliés à des bornes 184 et 186 entre lesquelles est appliquée la tension alternative d'alimentation, pour un moteur, ou est prélevée cette tension pour un générateur, selon le cas, portent sur les bandes 181 et<B>189,</B> de préférence en prenant appui sur des emplacements opposés, voir fig. 27.
Sur cette der nière figure, on a indiqué en 187 et 188 une paire d'éléments mécaniques de guidage pour l'autre bord du bobinage, ces éléments n'ayant pas d'action élec trique.
Toujours à titre illustratif, on peut considérer le cas d'une machine triphasée. En ce cas, fig. 28, trois bandes conductrices 190, 191 et<B>192,</B> au moins, sont associées à une face du bobinage considéré ici encore comme du type ondulé-série, ces trois bandes étant formées sur un ruban isolant et étant ensuite reliées aux conducteurs du bobinage lui-même, par exemple de l'une ou de l'autre des façons précisées sur les fig. 29a-29b-29c ou les fig. 30a-30b-30c. Ces figures doivent se considérer comme des sections droites par- tielles aux emplacements repérés,<I>a,
b</I> et c sur la fig. 28. En trois emplacements distants entre eux de 1200 électriques le long du bobinage sont établies, dans l'un et l'autre cas, des prises 196, 197 et 198, prolongeant en ces emplacements les parties termi nales des conducteurs intéressés de la face du bobi nage montrée sur la fig. 28.
Pour réaliser une machine triphasée qui puisse être ensuite mise dans un circuit en étoile ou en triangle par l'utilisateur, il faut donner à ce dernier six connexions de sortie du bobinage. Pour cela, fig. 29a à 29c, un autre jeu de bandes conductrices 193-194-195 est établi de l'autre côté du bobinage en regard du jeu de bandes 190-191-192 visible sur la vue de la fig. 28.
Aux emplacements des prises 196, 197 et<B>198,</B> les conducteurs du bobinage ne sont pas interconnectés de face à face et les conducteurs arrière sont eux aussi établis avec des prises<B>199,</B> 200 et 201, voir les fig. 29a à c. Par contre, les interconnexions suivantes sont réalisées entre bandes conductrices et prises : 202 entre la prise 196 et la bande 190, 203 entre la prise 199 et la bande 195, fig. 29a ; 204 entre la prise<B>197</B> et la bande 191, 205 entre la bande 193 et la prise 200, fig. 29b ; 206 entre la bande 192 et la prise 198, 207 entre la prise 201 et la bande 194, fig. 29c.
Les bagues<B>190,</B> 191 et 192 étant considérées par exemple comme les entrées El, Ez et E3 des trois phases, les bagues 193, 194 et 195 devront alors être considérées comme les sorties Ss, <B>Si</B> et S#, de ces trois phases. En variante, les connexions peuvent être établies pour ne permettre qu'un montage en delta ou trian gle. Elles sont alors simplifiées comme indiqué sur les fig. 30a, 30b et 30c.
Les prises 196 et 200 étant en regard, elles sont réunies en commun par l'inter connexion 268 à la bague 190 ; les prises 197 et 201 étant en regard sont reliées en commun en 269 à la bague 191 ; les prises 198 et 199, en regard, sont réunies en 270 à la bague 192. Les bagues (ou ban des 193, 194 et 195) sont alors inutiles.
L'arrangement des balais, non montrés, est évi dent en soi pour de tels montages triphasés.
On a indiqué que le ruban 101 pouvait être supporté par des tambours ou organes débiteurs. En tous les cas où le déplacement de ce ruban ne doit pouvoir supporter de glissement, on utilisera, fig. 31 et 32, des tambours à picots ou dents, comme indiqué sur la fig. 31 pour les tambours 102, 212 et 103, 213, chaque paire de tambour ayant un axe com mun, 211 pour la paire 102 et 212, 214 pour la paire 103 et 213. Les picots doivent coopérer avec des perforations du ruban 101. Or le support isolant du ruban est trop mince pour supporter mécanique ment un tel entraînement.
C'est pourquoi il est auxi- liairement prévu d'établir, toujours par impression<B> </B> ou procédé similaire, sur une face au moins du ruban, une bande métallisée 208 sur un bord et une bande métallisée 209 sur l'autre bord. Ces bandes présentent des perforations 210 qui traversent égale ment l'isolant mince d'où le renforcement mécanique désiré. Elles n'ont évidemment aucune liaison élec trique proprement dite avec le bobinage, non figuré pour la clarté du dessin.
L'un des axes 211 et 214 peut être pris comme élément de sortie mécanique de la machine mais, comme indiqué, on envisage surtout son utilisation pour l'entraînement de supports d'informations, notamment codées, tels ,que rubans perforés, rubans magnétiques, cartes perforées, films du genre ciné matographique, fiches photographiques, et simi laires.
Une première piste d'entraînement possible de tels éléments est directement fournie par la surface du ruban 101, fig. 31. Si on désire ne pas l'utiliser telle quelle, plusieurs solutions sont possibles: tout d'abord, fig. 32, l'un des tambours de chaque paire, 216 dans la vue partielle montrée, peut être prolongé pour dépasser au-delà du bobinage de la machine, d'où la formation d'une piste d'entraînement 215 extérieure à l'entrefer magnétique.
On a indiqué sur la piste 215 une rangée de perforations ; on pourrait en pré voir une paire, coopérant chacune avec une rangée de picots sur le tambour 216. Les perforations peu vent être renforcées par métallisation ou dépôt diélec trique selon les besoins.
On peut aussi, fig. 33, éta blir la machine double mais avec un support uni taire des deux bobinages mobiles pour former entre eux une piste 236 d'entraînement de supports d7infor- mations. Les pistes de bobinage dans cette machine sont référencées 227 et 237 ; chacune d'elles est montrée avec des métallisations de renfort 228-229 et 238-239 pour l'entraînement à partir des tambours 102, 212 et 235, ce dernier, additionnel, étant intermédiaire et s'étendant par exemple sur la largeur de la piste 236 d'entraînement du support d'informations.
Les deux éléments de machine peu vent avoir des circuits inducteurs matériellement distincts bien qu'identiques comme le sont leurs bobi nages, ou bien ils peuvent avoir au moins en com mun une armature magnétique s'étendant sur la lar geur complète du montage.
Dans des conditions similaires, mais sans néces sité d'entraînement positif, une disposition de piste de support d'informations entre deux bobinages, 247 et 257, est indiquée sur le schéma de la fig. 34. Les trois tambours lisses 252, 262 et 265 sont indiqués sur ce schéma, avec leur axe commun 211, et on a indiqué sur le ruban porte-bobinages et porte-piste deux bandes extrêmes de renforcement de l'isolant, constituées par des métallisations par exemple.
Que l'entraînement du support d'information se fasse par friction ou par action positive, ce support d'information 217 peut, comme dit, passer dans l'en- trefer même, fig. 35, sur laquelle on a indiqué en 218 et 219 les deux parties de l'inducteur statorique enca drant cet entrefer, ou bien, fig. 36, il peut passer sur l'autre surface rectiligne du ruban 101, y étant appli qué par une bande auxiliaire roulant sur des galets 226 et 230.
D'une autre manière encore, fig. 37, le support d'informations 217 peut être pressé entre les deux rubans 231 et 241, respectivement guidés par des paires de rouleaux ou tambours, 232-233 et 242-243, dans un entrefer d'un inducteur statorique double comprenant deux parties 234 et 244 définissant le champ magnétique dans cet entrefer.
Electromechanical energy converter The present invention relates to an electromechanical energy converter, which can constitute a motive or generator machine, both with direct current and with alternating current.
The electromagnetic energy converter which is the subject of the invention comprises two elements formed bare less in part from a magnetic material and defining between them at least one magnetic air gap, at least one of these elements comprising inductor poles, and at least a bobbin-carrying element passing at least in part through this air gap, at least one of these three elements being movable relative to the others.
It is characterized in that the coil carrying element is formed by a flexible and thin insulating strip coated with a coil formed of flat conductors having their active parts oriented transversely with respect to the length of the strip and adhering intimately thereto. .
Various embodiments of the invention are shown, by way of example, in the figures of the accompanying drawing, which show FIG. 1, a side view, partly schematically, of a direct current driving machine comprising an armature consisting of a flexible strip.
Fig. 2, a partial plan view, and partly diagrammatically, of the armature of FIG. 1.
Fig. 3, an enlarged sectional view, taken along line 3-3 of FIG. 2.
Fig. 4, a sectional view, partially dulled, of an electromechanical energy converter rotating with coaxial element.
Fig. 5, a partially schematized view, in section, of this converter along line 5-5 of FIG. 4. FIG. 6, a partial plan view, partly schematically, of an insulating sheet coated with conductors, used in the production of the armature of the converter of FIG. 4.
Fig. 7, a plan view, partly schematically, of two sheets similar to that of FIG. 6 and superimposed to show their relative positions in the armature of the converter of FIG. 4.
Fig. 8, a diagram showing a current path in the armature of the converter of FIG: 4. FIG. 9, a side view of the armature of the converter of FIG. 4, and, FIG. 10, a sectional view, partial and enlarged, taken along line 10-10 of FIG. 9, to show the interconnection tabs in the armature after soldering.
Figs. 11 to 14, in side views partly in section, four examples of arrangements of direct current machines comprising a coil of the nested type.
Figs. 15 and 16, two examples of execution of such nested coils.
Fig. 17, in partial top view, an example of the arrangement of the brushes of such a machine.
Fig. 18, in partial profile view, and FIG. 19, in partial plan view, another example of the arrangement of the brushes of such a machine. Figs. 20 and 21, two examples of a coil of the corrugated-series type.
Figs. 22 and 23, in sections, two examples of interconnections of the conductors of the winding, which can be nested or corrugated-series.
Figs. 24, in profile view partly in section, an exemplary embodiment of a direct current converter and series corrugated winding. Fig. 25, in partial profile view, partly in section, an example of a converter comprising an armature reaction compensating winding. Fig. 26, in partial top view, and FIG. 27, in partial sectional view, an example of a single-phase alternating current machine.
Fig. 28, a partial top view of a three-phase bobi nage.
Figs. <I> 29a, 29b </I> and 29c, partial sections of fig. 28, showing a first mode of interconnection between phases.
Figs. 30a, 30b and 30c, partial sections of FIG. 28, showing a second mode of interconnection between phases.
Figs. 31 to 34, in partial top views, various examples of assembly of converters, with a view to their practical use, and, FIGS. 35 to 37, in profile views, various other examples also of assembly with a view to this use.
Fig. 1 shows a DC motor 10. The motor casing is not shown. This motor comprises means for generating a magnetic field, constituted by two sets of magnets 11 and 12 with pole pieces 11a and 12a, mounted so as to generate fields of opposite polarities through neighboring regions of a movable elongate sheet. 13, as indicated by the references N and S on these sets of magnets.
Ferro magnetic bars 14 and 15 serve as yokes for the sets of magnets. If desired, one can omit the magnets on one side and substitute a simple magnetic flux closure yoke. A single pair of magnets can even be provided only if desired, pair 11 for example.
The strip 13 includes an insulating sheet for viewing a conductive coating 16 along its length, as shown in Figs. 2 and 3. A portion of the conductive coating is disposed in the magnetic air gap. The coating 16 is preferably made on both sides and over the entire length of the strip, and in fact constitutes an uninterrupted winding on this sheet. In fig. 2, the solid lines designate the conductors on one side, and the broken lines designate the conductors on the other side.
The lines between conductors 17 of FIG. 2 show the uncoated portions of the insulating sheet 13.
The sheet 13 can advantageously consist of a polyester, for example a polyethylene terephthalate. The material 13a of this sheet can be seen in the sectional view of FIG. 3.
As an indication, such a sheet may have a width of the order of 7.5 cm and a thickness of the order of a quarter of a millimeter. The interconnections between conductors 17 of the two faces (which may be opposite in their transverse parts) comprise conductive coatings such as 19, 20 and 21 in FIG. 3, delimiting through holes of the insulating material 13a. The sheet 13 is in the form of a strip and passes over pulleys or drums 22 and 23 mounted on shafts 24 and 25 journalled in bearings not shown.
As a variant, the pulleys 22 and 23 can be mounted as supply and take-up reels, the sheet 13 being initially wound on one reel and drawn on the other as the engine is in operation. If desired, the sheet 13 can be reinforced, insulated, perforated in certain locations near one or both of its edges, in order to engage toothed members in place of pulleys, the two shafts then being in synchronous movement.
The motor also comprises means for causing a current to travel through the conductive coating. More particularly, these means comprise, for example, a pair of brushes 26, 27 in contact with the conductors of the coating. These brushes will ensure the passage of current to produce the longitudinal displacement of the mobile element. They can be mounted in brush holders <I> 26a, 27a </I> fixed on a support 28, one of the brushes contacting the conductors passing between the magnets 11 and 12.
The route of the conductors constituting the winding will be partially followed by referring to FIG. 2. It is assumed that the current enters through the brush 26 shown in instantaneous contact with the conductor 30. The current follows this conductor and passes, through the path 31, to the conductor 32 on the other face, returns to the conductor 34 through the passage 33, passes through passage 35 to conductor 36 on the other face and so on until the current comes out through brush 27.
Solid line arrows show the current on one side, dotted arrows indicate them on the other.
It is seen in fig. 2 that, in a defined region, the current flows in the same transverse direction in the superimposed conductors of the opposite faces of the element 13, but that in two adjacent regions corresponding respectively to the locations of the pole pieces 11a and 12a, the current flows in reverse directions.
As a result and due to the reversal of the magnetic polarities of the magnets 11 and 12, a resultant force develops in the direction of longitudinal displacement of the element 13. The direction of this displacement can be reversed by reversing the direction of the movement. current. Due to the very low inertia of element 13, starting, stopping and reversing the direction of travel can be performed several times per second, if necessary.
The manufacture of an element 13 will be briefly explained: a sheet of the above-defined insulation is taken and the holes of FIGS. 2 and 3, then coated with a copper film over its entire surface (including the walls of the perforations). The thickness of this film is very small and, for example, of the order of four thousandths of a mm. This can be done by immersing the sheet in a copper plating bath customary in the printed circuit art.
The required coil configuration is then printed with an ink resistant to electrolysis, black lines in FIG. 2. The exposed parts, including the perforations, are overloaded with copper to the desired thickness, eg an eighth of a millimeter. It is then sufficient, after removal from the overload bath, first of all to remove the ink, secondly, by brief soaking in an etching solution, to remove the fine copper lines which were under this ink during overload.
Of course, one could as well use thin sheets of copper rolled over the insulation, after which these sheets would be engraved with the required design.
An AC motor can be produced by substituting electromagnets for the permanent magnets 11 and 12 of FIGS. 1 and 2 and by connecting the windings of these electromagnets in series with the brushes so that the current passes through the electromagnets 11 to develop there a magnetic field of a certain polarity while it develops a field of opposite polarity in the electromagnets 12.
The fields are reversed with the alternations of the current to produce a component of substantially continuous effect with respect to the force which results therefrom on the movable member 13. Also, the member 13 of FIG. 2 'can comprise a conductive winding closed on itself, similar to the corrugated winding of FIGS. 4 and 5 described later. If such a winding is used, then it is desirable to use, if possible, a set of magnets in each current reversal region in order to operate the motor at optimum efficiency.
The converter of fig. 1 and 2 can constitute a current generator if one or the other of the shafts 24 and 25 is driven so as to cause the element 13 to travel through the magnetic air gap and thus to cause the passage of an induced current in the winding of element 13.
Figs. 4 and 5 show a direct current converter in which a cover 40 supports a central shaft 41 journalled in bearings 42 and 43. An insulating disc 45 fixed on the shaft 41 supports the coil carrier element 44 in the form of a cylindrical loop. This converter is, by way of illustration, with six poles materialized by six permanent magnets 46 to 51 inclusive. A ferromagnetic ring 52 is attached to the other end of the magnets to serve as the yoke. The magnets are mounted to generate fields of alternating polarities around the circumference in the vicinity of the armature.
A ferromagnetic cylinder 53 is placed inside the cylindrical armature to reduce the air gap and close the flow circuits. Brushes 54, 55 are placed approximately halfway between magnets 51 and 46 and between magnets 46 and 47 for supplying current to the converter. These brushes are connected to electrical terminals as usual. Additional pairs of brushes can be used in the assembly if desired.
Referring more particularly to FIGS. 6 to 10, it can be seen that the coil carrying element 44 comprises an insulating sheet in the form of a closed cylinder, carrying a conductive coating 58, 58a on its inner and outer faces. This coating forms a winding whose turns extend longitudinally and progress on the cylinder.
To make such an element, first two parts are established, each comprising an insulating sheet coated on one side by a half-winding; these sheets 60 and 61 are then shaped into a cylinder, by joining them, one coated side being on the outside and the other coated side on the inside; the half-windings are thus separated by the insulating supports. To fix them together, it suffices then to make the connections between the ends of the conductors of the half-windings.
Sheets 60 and 61 are preferably substantially the same length and the edges of the sheets are preferably cut to follow the path of the conductors. The sheet of fig. 6 is shown with its conductive coating below the insulator, the dotted insulating lines indicating this fact. The edges of the insulation protrude very slightly from the end conductors and the ends of the conductors. This will allow for slight overlaps of insulation when forming the cylinder.
The sheets 60 and 61 of FIG. 7 have the same designs, i.e. the design of sheet 60 appears similar to that of sheet 61 when viewed both from the conductors side. When they are assembled, one on top of the other to form the cylinder, seen in FIG. 7, the drawings are flipped relatively to each other.
The edges of the conductors form tabs which are placed in coincidence during assembly, see fig. 7. When rolled together into a cylinder, the tabs 70a and 70b of FIG. 7 come into coincidence and make it possible to close the winding around the cylinder. When the foil is used for a six pole machine, the armature has, for example, 43 conductors on each surface of the cylinder.
It is omitted in fig. 7 the conductors of the regions corresponding to the locations of the magnets 49 and 50 in the diagram of FIG. 8.
The sheets can be rolled together or separately, the inner sheet then being slid into the cylinder formed by the outer sheet. Finally, the edges of the leaves come to a stop, see fig. 9, and can be joined by gluing or the like. Then the tabs are joined by dip welding for example, and the sheets can be joined by being glued to one another. A conductive connection between tabs 70a and 70b is shown in fig. 10.
It would also be possible to perform the interconnections by metallized holes as in the case of the machine of FIGS. 1 to 3.
A current circuit around the cylinder is dried matized in figs. 7 and 8. The current passes, for example, from the brush 54 along the conductor 71 to the watchtower 72, along the conductor 73, rear, to the watchtower 74, along the conductor 75 to the tongue 76, along from conductor 77 to tab 78 (not shown in fig. 7), along conductor 79 to tab 80 (not shown in fig. 7), along conductor 81 to tab 82a which coincides with tab 82b and is assembled there once the cylinder is closed. Current then flows along conductor 83 and follows a similar path to brush 55.
As represented by the arrows in solid lines and in broken lines, the direction of flow of the current is the same in the superimposed conductors on either side of the insulation (inside and outside the cylinder) for a given region of the element. The current flows in opposite directions from polar section to polar section. This is what is dried matized in FIG. 8 where it is seen that due to the polarity change of the magnetic field from section to section, a resulting force develops which forces the armature to rotate.
This converter can be used as a generator if its shaft 41 is driven mechanically. It emerges from the above description that such an electromechanical energy converter has the advantage of moving an element of low inertia, capable of starting and to stop very quickly. The movement can be longitudinal or circular. To facilitate ventilation, the magnets can be placed inside the armature cylinder.
Other assemblies can be deduced from those which have just been described. It is thus that in order to create an alternating current synchronous motor, an inductor similar to that of FIGS. 4 and 5 and it is fixed by an insulating insert on the inner wall of the cover. A permanent magnet can be used as the rotor. It is also thus that an induction motor can be produced by producing a printed armature with conductors having their ends conductively connected either in the form of a cylinder or in the form of a ribbon.
A universal motor will be obtained by substituting electromagnets for the permanent magnets in fig. 4 and 5, the windings of these electromagnets being suitably connected and wound for their excitation by the passage of the armature current.
Referring to fig. 11, the direct current machine shown therein comprises a movable element consisting of an endless band, or loop, 101 formed of an insulating and flexible support band 116 on the two faces of which have been applied the two parts 115 and 117 of a coil of the nested type, as will be specified later. This endless belt is carried by drums 102 and 103 and is partly introduced into an air gap in the form of a passage formed between two magnetic elements constituting the inductor of the machine.
This inductor is here formed by two magnets 104 and <B> 105, </B> having their polar faces of opposite denominations N and S aligned along the corridor. These two magnets are mounted on a base plate 106 which can serve as a magnetic yoke if needed. Between them is indicated a guide stop 114 of the strip 101, stop terminated for example by a roller or a roller. On the other side of the air gap is arranged a magnetic armature plate 107 held in a support plate 108. This part of the stator inductor carries three brushes 1 <B> 1 </B> 9, 110 and 111.
These brushes bear directly on the face 117 of the winding and their relative arrangement vis-à-vis this winding will be specified later. Of course, they are spaced apart from each other at a pole pitch from the machine. Although the drawing is not to scale, it can be noted however that in the arrangement of FIG. It is assumed that the winding has a length of six complete pole steps. Only two poles being active, due to the inductor, it follows that four of the six sections of the winding introduce unnecessary resistance in parallel on the active part of the armature 101.
Providing brushes 109 and 111, flanking the brush <B> 110 </B> and interconnected to terminal 113, the other terminal 112 being connected to brush 110, otherwise ensures the short-circuiting of the inactive sections, all at least a significant reduction in their parasitic resistance effect.
When, as shown in fig. 12, we establish in the machine an odd number of active poles, here three by the addition of the pole 118, the winding having in this example a length of eight complete pole steps, it is preferable to have, as indicated, two pairs of brushes 109-111 and 110-119, each pair being connected to a supply terminal. The magnetic dissymmetry is thus compensated by the symmetry of the power supply, but naturally the efficiency of the machine is increased by the increase in the number of active poles; this is all the more advantageous as the winding must, for other reasons, cover a high number of pole pitches.
Instead of mounting the armature 101 on drums 102 and 103, one can just as easily, as shown in fig. 13, simply guide it by guides 125 and 126 located at the ends of the air gap, the armature 101 then bearing on the rounded or curved ends 123. and 124 of these guides.
In fig. 13, it was further indicated that the magnetic yoke 107 of FIG. 11 could, if desired, be replaced by magnets such as 121 and 122, mounted on a plate 138 of magnetic material for example. The pole faces of the magnets 121 and 122 are denominations opposite to each other and to those of the magnets 104 and 105 located on the other side of the air gap.
Finally, if necessary, convergers with concentric elements can be established, as shown in fig. 14, in which the flexible supporting element of the coil is shaped by its application to a cylinder 127 forming a cylinder head, made of a magnetic material, this cylinder head itself being supported on a hub 128 with radial arms 129.
The stator of the machine is then tubular and comprises for example at least one pair of curved magnets such as indicated at 130 and 131 supported by a curved part 132. The inductor can extend over any angular opening. desired, or even on the entire perimeter; the brush arrangements can be similar to those described. Other brushes may be provided in the converter and will be connected to the supply terminals 112 and 113, as indicated by the arrows associated with these terminals.
Fig. 15 shows an interlocking coil configuration carried by the strip 101. This configuration is seen on one side, the solid lines delimiting the conductive parts representing the relative isolation gaps of the conductors, the transverse parts 132 of the conductors of the coil on the side. 'one and the other faces being arranged in exact correspondence. Each of these transverse parts 132 is extended by two inclined parts (which can be curved if desired), 133 and 134, to define the pitch of the winding. Part 133 ends on a stud 135, part 134 on a flat 136.
It will be noted that, in the configuration of FIG. 15, the two rows of pads 135 and 136 are offset one on the other, which implies an asymmetry between the two faces of the coil. This asymmetry can be eliminated, as shown in fig. 16, by modifying the inclinations of the coil head parts 134 (on the face shown) and 139 (on the other face), in order to give more convenience to the arrangement of the brushes which will be discussed in connection with the fig. 19.
In the diagram of fig. 15, it has been shown in (137) and (138) the end cuts of the coil, after its printing but before its assembly in the form of a loop. These terminal cuts each follow a half-turn path on one side of the winding, hence simplifying the loop connection of this winding:
in fact, it can be seen that by folding back the strip shown by bringing the ends in coincidence by raising them (with respect to the plane of the drawing), all the interconnection welds to be made are on the exposed face of the strip, this which obviously simplifies in a very appreciable way these spot welds, made only between the ends of the conductors of the coil heads indicated in dotted lines on the diagram.
Each face therefore carries a series of half-turns, and these half-turns must be interconnected from one face to the other at the locations of the pads 135 and 136. This can be achieved in various ways, see for example FIGS. 22 and 23. A first way consists in not introducing any insulation at the locations of the pads, and therefore in welding these pads together from one face to the other of the winding, fig. 22.
Another way is to keep the insulation behind the pads and to establish the interconnections through the insulation, which is shown in fig. 23 at 151 and 152, which designate small tubular rivets or preliminary perforations of the insulation, metallized during the formation of the coil by printing.
The brushes such as 109 and 110 may bear on the parts 132 of the conductors, as shown in the view of FIG. 17. They are then arranged between the pole pieces of the inductor such as those indicated at 121 and 122 in this diagram. There is also indicated in dotted lines the locations of guide rollers 141, 143 which cooperate with rollers 102 and 142 for supporting the winding, as well as rollers 144 and 145 which can be additionally provided to ensure more precise guidance of the bobbin. swimming whose conductors are not shown to simplify the drawing.
These additional rollers obviously cooperate, when provided, with similar rollers located on the other side of the coil.
In another arrangement, a pair of brushes is established, such as that indicated at 109 and 149 in FIG. 19, by feeding location of the swimming pool. These brushes then bear on the end pads of the conductor parts forming the heads of turns. The brushes of each pair are connected in parallel to the corresponding power supply terminal, 113 in fig. 19.
The transverse axis of a pair of rollers then coincides substantially with a transverse polar axis of the inductor and this coincidence becomes complete when the winding configuration shown in the diagram of FIG. 16. The brushes are then offset transversely with respect to the longitudinal axis of the inductor, as indicated by the profile view of FIG. 18 showing part of the inductor of the machine.
The winding can also be of the corrugated-series type. This is what is indicated in fig. 20, keeping the same winding pitch as in the nested winding, which simply amounts to reversing the inclinations of the parts such as 154 of the coil heads with respect to the parts such as 133 of these heads. A particularly advantageous variant from the point of view of simplicity is that shown in FIG. 21. It consists in establishing the conductors of the winding in the form of transverse bands which are suitably inclined to find the desired pitch of each turn.
These bands are referenced 149 for one face and 150 for the other. Before it is shaped into a loop, the winding is preferably in the form of a bevelled tape at its two ends, so that here again only the interconnection welds have to be carried out on one of the faces of the winding, in order to make the loop. desired.
Fig. 24 gives an example of a machine comprising a series corrugated winding. In this example, there are four poles. magnetic active in two pairs 104-105 and 164-165, delimiting with magnetic yoke plates 107 and 157, respectively supported by mounting plates 108 and 158, two air-gap corridors through which the winding 101.
The guiding of the winding carrying element is provided by two sets of elements 159-160-161 and 169-170-171, carried by the plates 108 and 158, and by elements 162 and 172 carried by the internal elements of the inductor. The drums. 102 and 103 complete this guidance. The brushes 109, 110, a single pair for a series corrugated winding, are shown, for illustrative purposes, mounted externally to the air gaps.
Indeed, these brushes little wind, for the supply of the corrugated-series winding at least, do not relate to portions of the winding inside the air gap; it suffices that they bear in locations distant by a polar pitch or by an odd multiple of this polar pitch. The example of fig. 24 relates to the case of a hexapolar winding.
In machines of the above-described type, it may be advantageous to provide compensation for the armature reaction, in order to eliminate from the air gap a field component which varies with the load.
In its Swiss patent No 363076 of January 12, 1960, the holder proposed to such an end to place, in the air gap of a rotor machine comprising a printed winding, a fixed winding identical in all respects to that of the rotor and introduced into an electrical circuit such that it is traversed by the same current which circulates in the rotor but in the opposite direction to that which traverses this rotor winding; this compensation winding faces the rotor winding in the air gap.
In the case of the machines described, this remains true but, as indicated in fig. 25, it suffices here to limit the longitudinal extent of such a compensating winding to the useful surface of the stator magnetic driver of the machine and it is not necessary for this compensating winding to surround the complete moving winding. . In the example of FIG. 25, four of the poles of an inductor have been shown, 173-121 and 122-174, others being able, if desired, to be inserted between these two pairs of poles.
A magnetic yoke support plate 138 carries the magnets. On the other side of the gap is a magnetic yoke 175 carried by a backing plate 180. The compensation coil is indicated at 178 and extends approximately from a midplane of the end pole 173 to a median plane of the other extreme pole 174 of the machine. It is of course of identical configuration to the winding 101. The brushes of the winding 101 are indicated at 109 and 110, the terminals of the compensation winding at 177 and 179.
A connection, indicated in dotted lines at 176 and passing, in practice, laterally to allow free movement of the armature, connects the terminal 177 to the brush 109. The terminal 179 is connected to the input 113 of the current, the brush 110 to current output 112. If the winding is of the nested type, lateral returns necessary between the ends to close this winding are established in the compensation winding 178. If the compensation belt is series corrugated, this is unnecessary. But, in either case, there may be sockets and intermediate brushes on the coaches, according to the arrangements described above.
The converter described can constitute an alternating current machine, by simply adding rings to the winding 101, in which the alternating current is supplied or from which it is taken by means of wipers mounted on the stator inductor. Considering the case of a single-phase winding machine of the corrugated-series type, this for simple illustration of course, fig. 26 and 27, we see that to the winding are added two conductive strips 181 and <B> 189,
</B> formed at the same time as the conductors on the same insulating support and on either side of this support. On the winding are established two sockets 182 and <B> 1821 </B> which are spaced 1800 electric from each other. Two wipers 183 and 185, connected to terminals 184 and 186 between which the AC supply voltage is applied, for a motor, or this voltage is taken for a generator, as the case may be, relate to bands 181 and <B> 189, </B> preferably by resting on opposite locations, see fig. 27.
In this last figure, 187 and 188 have indicated a pair of mechanical guiding elements for the other edge of the winding, these elements having no electrical action.
Still by way of illustration, we can consider the case of a three-phase machine. In this case, fig. 28, at least three conductive strips 190, 191 and <B> 192, </B> are associated with one face of the coil considered here again as of the corrugated-series type, these three strips being formed on an insulating tape and then being connected to the conductors of the winding itself, for example in one or the other of the ways specified in FIGS. 29a-29b-29c or fig. 30a-30b-30c. These figures must be considered as partial straight sections at the marked locations, <I> a,
b </I> and c in fig. 28. In three locations distant from each other by 1200 electrics along the winding are established, in both cases, sockets 196, 197 and 198, extending in these locations the terminal parts of the conductors concerned from the face. of the swimming pool shown in fig. 28.
To make a three-phase machine that can then be placed in a star or delta circuit by the user, the user must be given six winding output connections. For this, fig. 29a to 29c, another set of conductive strips 193-194-195 is established on the other side of the coil opposite the set of strips 190-191-192 visible in the view of FIG. 28.
At the locations of taps 196, 197 and <B> 198, </B> the winding conductors are not interconnected face to face and the rear conductors are also established with taps <B> 199, </B> 200 and 201, see fig. 29a to c. On the other hand, the following interconnections are made between conductive strips and sockets: 202 between socket 196 and strip 190, 203 between socket 199 and strip 195, fig. 29a; 204 between the socket <B> 197 </B> and the strip 191, 205 between the strip 193 and the socket 200, fig. 29b; 206 between the strip 192 and the socket 198, 207 between the socket 201 and the strip 194, fig. 29c.
The rings <B> 190, </B> 191 and 192 being considered for example as the inputs El, Ez and E3 of the three phases, the rings 193, 194 and 195 should then be considered as the outputs Ss, <B> If </B> and S #, of these three phases. Alternatively, the connections can be made to allow only delta or trian gle mounting. They are then simplified as indicated in fig. 30a, 30b and 30c.
The sockets 196 and 200 being opposite, they are united in common by the interconnection 268 to the ring 190; the sockets 197 and 201 being opposite are connected in common at 269 to the ring 191; the sockets 198 and 199, opposite, are joined in 270 to the ring 192. The rings (or ban of the 193, 194 and 195) are then useless.
The arrangement of the brushes, not shown, is self-evident for such three-phase arrangements.
It was indicated that the tape 101 could be supported by drums or debtor members. In all cases where the movement of this tape must not be able to withstand sliding, one will use, fig. 31 and 32, drums with pins or teeth, as shown in fig. 31 for the drums 102, 212 and 103, 213, each pair of drum having a common axis, 211 for the pair 102 and 212, 214 for the pair 103 and 213. The pins must cooperate with perforations of the tape 101. Or the insulating support of the tape is too thin to mechanically support such a drive.
This is why provision is also made to establish, still by printing <B> </B> or similar process, on at least one side of the tape, a metallized strip 208 on one edge and a metallized strip 209 on the edge. 'other edge. These bands have perforations 210 which also pass through the thin insulation, hence the desired mechanical reinforcement. They obviously have no actual electrical connection with the winding, not shown for clarity of the drawing.
One of the axes 211 and 214 can be taken as a mechanical output element of the machine but, as indicated, its use is above all envisaged for driving information carriers, in particular coded, such as perforated tapes, magnetic tapes. , punch cards, films of the cine matographic genre, photographic cards, and the like.
A first possible drive track for such elements is provided directly by the surface of the strip 101, FIG. 31. If one wishes not to use it as is, several solutions are possible: first of all, fig. 32, one of the drums of each pair, 216 in the partial view shown, can be extended to protrude beyond the winding of the machine, hence the formation of a drive track 215 external to the air gap magnetic.
A row of perforations has been indicated on track 215; one could see a pair of them, each cooperating with a row of pins on the drum 216. The perforations can be reinforced by metallization or dielectric deposition as required.
It is also possible, fig. 33, establish the double machine but with a unitary support of the two mobile coils to form between them a track 236 for driving information supports. The winding tracks in this machine are referenced 227 and 237; each of them is shown with reinforcing metallizations 228-229 and 238-239 for the drive from the drums 102, 212 and 235, the latter, additional, being intermediate and extending for example over the width of the information carrier drive track 236.
The two machine elements can have materially distinct inductor circuits although identical as are their windings, or they can at least have in common a magnetic armature extending over the entire width of the assembly.
Under similar conditions, but without the need for positive drive, an information carrier track arrangement between two coils, 247 and 257, is shown in the diagram of FIG. 34. The three smooth drums 252, 262 and 265 are indicated in this diagram, with their common axis 211, and two end bands of insulation reinforcement, formed by metallizations for example.
Whether the drive of the information carrier takes place by friction or by positive action, this information carrier 217 can, as said, pass into the very hell, fig. 35, on which 218 and 219 have been indicated the two parts of the stator inductor surrounding this air gap, or else, FIG. 36, it can pass over the other rectilinear surface of the strip 101, being applied thereto by an auxiliary strip rolling on rollers 226 and 230.
In yet another way, fig. 37, the information carrier 217 can be pressed between the two tapes 231 and 241, respectively guided by pairs of rollers or drums, 232-233 and 242-243, in an air gap of a double stator inductor comprising two parts 234 and 244 defining the magnetic field in this air gap.