EP3602755A1 - Rotating electrical machine with optimised arrangement - Google Patents

Rotating electrical machine with optimised arrangement

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Publication number
EP3602755A1
EP3602755A1 EP18712219.7A EP18712219A EP3602755A1 EP 3602755 A1 EP3602755 A1 EP 3602755A1 EP 18712219 A EP18712219 A EP 18712219A EP 3602755 A1 EP3602755 A1 EP 3602755A1
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EP
European Patent Office
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machine according
electric machine
phase
conductors
stator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18712219.7A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Radu Fratila
Jérome Legranger
Radhouane KHLISSA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Publication of EP3602755A1 publication Critical patent/EP3602755A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K19/02Synchronous motors
    • H02K19/10Synchronous motors for multi-phase current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • HELECTRICITY
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    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16Stator cores with slots for windings
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    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
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    • H02K1/2706Inner rotors
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    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • HELECTRICITY
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    • H02K11/04Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/049Rectifiers associated with stationary parts, e.g. stator cores
    • H02K11/05Rectifiers associated with casings, enclosures or brackets
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/07Doubly fed machines receiving two supplies both on the stator only wherein the power supply is fed to different sets of stator windings or to rotor and stator windings

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine with optimized configuration.
  • the invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application with high power reversible electrical machines that can operate in alternator mode and in motor mode coupled with a host element, such as a gearbox.
  • the rotating electrical machines comprise a stator and a rotor secured to a shaft.
  • the rotor may be integral with a driving shaft and / or driven and may belong to a rotating electrical machine in the form of an alternator, an electric motor, or a reversible machine that can operate in both modes.
  • alternator mode when the rotor is rotating, it induces a magnetic field to the stator which transforms it into electric current to power the vehicle's electrical consumers and recharge the battery.
  • motor mode the stator is electrically powered and induces a magnetic field driving the rotor in rotation to starter the engine and / or participate in the traction of the vehicle, independently or in combination with the engine.
  • the stator is mounted in a housing configured to rotate the shaft on bearings by bearings. Furthermore, the stator comprises a body consisting of a stack of thin sheets forming a ring, whose inner face is provided with notches open inward to receive an electrical coil formed by phase windings. These windings pass through the notches of the stator body and form buns protruding from both sides of the stator body.
  • the phase windings are obtained for example from a continuous wire covered with enamel or from conductive elements in the form of pins connected together by welding. These windings are polyphase windings connected in star or delta whose outputs are connected to an inverter also operating as a bridge rectifier.
  • FIG. 1 represents characteristic curves of torque and power as a function of the rotational speed of such a rotating electrical machine respectively in the motor mode M_mth (see characteristic curve of torque C1 and power characteristic curve C2) and in FIG. generator mode M_gen (see characteristic curve of torque C3 and power characteristic curve C4).
  • a defluxing range P_def is defined by reference to a ratio between a maximum rotation speed at constant torque N1 divided by the maximum rotational speed N2 of the electric machine.
  • This defluxing ratio being high (greater than 2.5), the machine can operate at high speed while being in a state of quasi-short circuit.
  • the machine In order to optimize the operation of the machine, in particular to achieve high operating speeds and therefore high power, it is necessary that the machine has a good steady state short-circuit current.
  • This optimization of the machine must also take into account other parameters such as the compactness of the machine which is an important parameter for the integration of said machine into the vehicle, as well as the thermal behavior of the machine which is also a parameter important both for the safety of the users and not to damage the machine.
  • the invention therefore aims to guarantee the holding of the short-circuit current in steady state while optimizing the compactness and the thermal characteristics of the electric machine.
  • the present invention relates to a rotating electric machine of a motor vehicle.
  • the machine comprises a rotor extending along an axis of rotation and comprising at least one permanent magnet and a stator surrounding the rotor and comprising a body provided with a plurality of notches and an electric winding, the winding comprising phase windings arranged in the notches, each phase winding being formed by at least one conductor.
  • the rotor comprises 3 or 4 or 5 pairs of poles and the stator comprises two three-phase systems each formed by three coupled phase windings. in triangle.
  • the number of conductors per notch is strictly greater than 2 and each conductor has an active portion inserted into a corresponding notch, the active portion of substantially rectangular section having a radial length less than or equal to 3.6 mm.
  • substantially rectangular section of wire makes it possible to improve the coefficient of filling of the conductors in the notches and thus to improve the power of the machine.
  • substantially rectangular section is meant that the corners of the conductors may be slightly rounded for manufacturing issues.
  • a number of conductors per notch strictly greater than two allows to have a greater degree of latitude in terms of choice of the number of turns per winding.
  • the radial width of the conductors is less than or equal to 3.6 mm associated with a number of pairs of rotor poles of between 3 and 5 makes it possible to minimize the resistance of the conductors, thereby limiting the Joule losses of the conductors. All these parameters taken together therefore lead to a better thermal resistance, a better resistance of the short-circuit current in steady state and a better compactness of the rotating electrical machine.
  • the rotating electrical machine can thus operate at a higher speed in a secure manner.
  • the two three-phase systems are independent of one another and the rotating electrical machine comprises an inverter comprising two independent modules each connected to a three-phase system.
  • the inverter is connected to a DC bus having a voltage of between 30 and 60 volts.
  • an orthoradial length of an active portion of a conductor is greater than or equal to 1 .4 mm.
  • an outer diameter of the stator body is between 80 mm and 180 mm.
  • the outer diameter of the stator body is selected from one of the following values: 80, 90, 100, 110, 153, 161 and 180 millimeters.
  • a maximum power of said rotary electrical machine is between 8 kW and 30 kW.
  • the number of conductors per slot is even.
  • the number of conductors per notch is 4.
  • the number of conductors per notch may be equal to 6, 8 or 10.
  • the conductors are aligned radially with each other within a corresponding notch.
  • each phase winding is formed from a plurality of conductors in particular in the form of pins electrically connected to each other.
  • the pins extend in the form of a U comprising two active parts extending in respective notches and a connecting portion connecting the two active parts.
  • a phase winding is formed by welding together the free ends of the active parts of different pins.
  • free ends is meant the ends of the active parts that are not connected to the connecting portion.
  • each phase winding is formed from a continuous conductor.
  • This continuous conductor is for example a wire.
  • the conductive wire comprises active portions of substantially rectangular section and connecting portions between two adjacent active portions of rounded section, in particular substantially round.
  • the conductors have a rectangular section with rounded corners.
  • said rotating electrical machine comprises a coolant circuit.
  • the machine is a synchronous machine.
  • the machine is a permanent magnet machine.
  • said rotating electrical machine takes the form of a motor, a generator, or a reversible electric machine.
  • FIG. 1 shows the characteristic curves of torque and power as a function of the speed of rotation of a rotating electrical machine used in the context of the invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a rotating electrical machine according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the wound stator and the rotor of the rotary electric machine of FIG.
  • Fig. 4 is a partial cross-sectional view of the rotor and wound stator according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows graphical representations of the evolution of the ratio between the resistance of a high frequency electric stator conductor and the resistance of a low frequency electric stator conductor as a function of the radial dimension of an active portion of a stator conductor respectively for a rotor with 3 and 5 pairs of poles.
  • FIG. 6 represents the evolution of the total axial height of the rotating electrical machine as a function of the number of pole pairs of the rotor.
  • FIG. 2 shows a rotating electrical machine 10 comprising a stator
  • stator 1 1 polyphase surrounding a rotor 12 mounted on a shaft 13 extending along an axis X corresponding to the axis of the machine.
  • the stator 1 1 surrounds the rotor
  • stator January 1 is mounted in a housing 14 provided with a front bearing 15 and a rear bearing 16 bearing rotatably the tree 13.
  • This electric machine 10 may be intended to be coupled to a gearbox belonging to a motor vehicle traction chain.
  • the electric machine 10 may be coupled to a crankshaft of the vehicle or directly to the wheel drive chain of the vehicle.
  • the machine 10 may be coupled to a portion of the vehicle by a pinion 17 as shown in Figure 2.
  • the machine 10 may be coupled to a portion of the vehicle by a pulley or other coupling means.
  • the machine 10 is able to operate in an alternator mode to supply, in particular, energy to the battery and to the on-board vehicle network, and in a motor mode, not only to start the engine of the vehicle, but also to participate in pulling the vehicle alone or in combination with the engine.
  • the electric machine 10 may be implanted on a motor vehicle axle, in particular a rear axle.
  • the electric machine 10 takes the form of an electric motor or a non-reversible generator.
  • the power of the electric machine 10 is advantageously between 8kW and 30kW.
  • the rotor 12 comprises a body 19 in the form of a package of sheets.
  • Permanent magnets 20 may be implanted inside cavities 21 in a V-shaped configuration, as shown in FIG. 4, or may be implanted radially inside the pack of sheets, the lateral faces two consecutive magnets can be be the same polarity, as shown in Figure 3.
  • the rotor 12 is then the flux concentration type.
  • the permanent magnets 20 extend ortho-radially inside the cavities 21 of the body 19.
  • the magnets 20 may be of rare earth or ferrite depending on the applications and the desired power of the machine 10.
  • the stator 1 1 comprises a body 24 constituted by a bundle of sheets and an electric coil 25.
  • the body 24 is formed by a stack of sheets of independent sheets from each other and held in pack form by means of a suitable fastening system.
  • the body 24 is provided with teeth 28 delimiting two by two notches 30 for mounting the stator winding 25.
  • two successive notches 30 are separated from each other by a tooth 28.
  • an outer diameter L1 of the stator body 24 is between 80 and 180mm.
  • the outside diameter L 1 of the stator body 24 is selected from one of the following values: 80, 90, 100, 1 10, 153, 161 and 180 mm.
  • the coil 25 comprises a set of phase windings 26 passing through the notches 30 and forming bunches 33 projecting on either side of the stator body 24, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the outputs of the phase windings 26 are connected to an inverter 34 which can also operate as a rectifier bridge.
  • the inverter 34 comprises power modules provided with power switching elements, such as MOS transistors, connected to the phase outputs.
  • Each phase winding 26 may be formed from a plurality of conductors 35 constituted by pins 37. These pins 37 may have a U-shaped whose ends of the branches are interconnected for example by welding. Alternatively, each phase winding 26 is formed from a continuous conductive wire wound inside the stator January 1 in the notches 30 to form one or more turns. In all cases, there are active portions 40 of a conductor 35 located inside the notches 30 and connecting portions 41 interconnecting two active portions 40 adjacent. The active portions 40 thus correspond to the portions of the conductors 35 extending axially inside the notches 30, while the connecting portions 41 extend circumferentially inside the buns 33 to interconnect the active portions 40.
  • the conductors 35 may for example be made of a material based on enamelled copper.
  • the phase windings 26 are each associated with a series of notches 30, so that each notch 30 receives several times the conductors 35 of the same phase.
  • the stator January 1 comprises two three-phase systems, preferably independent, A1, B1, C1 and A2, B2, C2 each formed by three phase windings 26, as shown in Figure 4. This ensures the compactness of the inverter 34 by facilitating the arrangement of the power modules of the inverter 34 in a cylinder located at the rear of the machine for the integrated systems (see Figure 2) or in a substantially parallelepipedic space on the side of the machine 10.
  • Each three-phase system A1, B1, C1; A2, B2, C2 is coupled in a triangle to optimize the compactness of the electrical machine 10.
  • the double-triangle coupling makes it possible to avoid the integration of the neutral bars into the wound stator 1 1 which are relatively bulky.
  • Each three-phase system A1, B1, C1; A2, B2, C2 is electrically connected to a module independent of the inverter 34.
  • Each independent module comprises power elements and a control module dedicated to the corresponding three-phase system.
  • the two independent modules are housed in the same housing of the inverter 34 covering the rear bearing.
  • the inverter 34 is preferably connected to a DC bus having a voltage of between 30 and 60 volts.
  • the first notch comprises the phase A1
  • the second notch comprises the phase A2
  • the third notch comprises the phase B1
  • the fourth notch comprises the phase B2
  • the fifth notch comprises the phase C1
  • the sixth notch includes phase C2.
  • another phase configuration can be envisaged.
  • the conductors 35 advantageously have a substantially rectangular section at least in their active portion 40 and are aligned radially with respect to each other within the corresponding notch 30.
  • Such a winding configuration stored with conductors 35 of substantially rectangular section reduces the height of the buns 33 and promotes the compactness of the machine with respect to a random winding round wire.
  • the conductive son may be stamped only in the active portions 40 and have a round section in the connecting portions 41.
  • the substantially rectangular section of the active portions 40 may have rounded corners so as not to damage the enamel.
  • the conductors 35 may have a substantially square section.
  • the number of conductors 35 inside each notch 30 is advantageously strictly greater than two in order to have a degree of freedom in terms of choice of the number of turns per phase winding 26.
  • the number of conductors 35 by notch is even. It is here equal to 4 but could alternatively be different, and especially equal to 6, 8 or 10.
  • the conductors 35 are subjected to film and proximity effects which lead to make the current density in the conductor 35 non-uniform. This results in an increase in the apparent resistance of the It is customary to quantify this increase in resistance by a ratio between the high frequency resistance AC and the DC resistance of the same conductor 35 at a very low frequency of a few Hertz.
  • the main factor influencing the resistance AC is the radial length L2 of the conductor 35 inside the notch 30, as well as the electric frequency fe linked to the polarity of the rotor 12 for the same speed of rotation.
  • FIG. 5 represents, for an electrical machine 10 having a stator diameter L1 of the order of 160 mm and a rotational speed of 20000 revolutions / min, the evolution of the ratio between the resistance AC of a stator conductor at high frequency and the DC resistance of this low frequency stator conductor as a function of the radial length L2 of the active portion 40 of a conductor 35 respectively for a rotor with 3 pole pairs (see curve C5) and 5 pairs of poles (see curve C6).
  • the maximum radial length L2 of the conductor 35 is 3.6 mm for a machine with five pairs of poles. Such a value guarantees a suitable behavior for a machine with three pairs of poles whose AC / DC ratio is generally lower than that of the machine with five pairs of poles.
  • the orthoradial length L3 of an active portion 40 is greater than or equal to 1 .4 mm. This length L3 has little effect on the AC resistance of the conductors 35. Indeed, as can be seen in FIG.
  • FIG. 6 represents the evolution of the total axial height L4 of the stator 1 1 of the electric machine 10 (see FIG. 2) as a function of the number of pairs of poles p of the rotor 12.
  • axial height is meant the distance between the two ends of the front and rear buns 33.
  • the notches traversed by the same phase winding are further apart from each other and the portions of the conductors forming the buns must therefore be larger.
  • a polarity of more than five pairs of poles generates too many losses.
  • the optimum polarity is between 3 and 5 pairs of poles, that is to say that the rotor 12 may comprise 3 or 4 or 5 pairs of poles.
  • the rotating electrical machine 10 may comprise a coolant circuit having an inlet and a liquid cooling outlet for circulating the liquid in a chamber 44 arranged at the outer periphery of the stator January 1, as shown in FIG. electrical 10 may be cooled by water or oil. In an alternative embodiment, the machine can be cooled by air, for example by means of a fan.

Abstract

The invention relates mainly to a rotating electrical machine of a motor vehicle, comprising a rotor (12) having an axis (X) comprising at least one permanent magnet (20) and a stator (11) surrounding the rotor and comprising a body (24) provided with a plurality of slots (30) and an electrical winding (25), the winding comprising phase windings (26) arranged in the slots, each phase winding being formed by at least one conductor (35). The rotor (12) comprises 3, 4 or 5 pairs of poles. The stator comprises two three-phase systems, each formed by three delta connected phase windings (26). The number of conductors (35) per slot (30) is strictly greater than 2 and each conductor has an active portion (40) inserted in a corresponding slot (30), the active portion with a substantially rectangular section being of a radial length (L2) smaller than or equal to 3.6 mm.

Description

MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE À CONFIGURATION OPTIMISÉE  ROTARY ELECTRICAL MACHINE WITH OPTIMIZED CONFIGURATION
La présente invention porte sur une machine électrique tournante à configuration optimisée. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques réversibles de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur accouplées avec un élément hôte, tel qu'une boîte de vitesses. The present invention relates to a rotating electrical machine with optimized configuration. The invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application with high power reversible electrical machines that can operate in alternator mode and in motor mode coupled with a host element, such as a gearbox.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes. En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator qui le transforme en courant électrique afin d'alimenter les consommateurs électriques du véhicule et de recharger la batterie. En mode moteur, le stator est alimenté électriquement et induit un champ magnétique entraînant le rotor en rotation afin de démarreur le moteur thermique et/ou de participer à la traction du véhicule, de manière autonome ou en combinaison avec le moteur thermique. In known manner, the rotating electrical machines comprise a stator and a rotor secured to a shaft. The rotor may be integral with a driving shaft and / or driven and may belong to a rotating electrical machine in the form of an alternator, an electric motor, or a reversible machine that can operate in both modes. In alternator mode, when the rotor is rotating, it induces a magnetic field to the stator which transforms it into electric current to power the vehicle's electrical consumers and recharge the battery. In motor mode, the stator is electrically powered and induces a magnetic field driving the rotor in rotation to starter the engine and / or participate in the traction of the vehicle, independently or in combination with the engine.
Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre sur des paliers par l'intermédiaire de roulements. Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir un bobinage électrique formé par des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un onduleur fonctionnant également en pont redresseur. The stator is mounted in a housing configured to rotate the shaft on bearings by bearings. Furthermore, the stator comprises a body consisting of a stack of thin sheets forming a ring, whose inner face is provided with notches open inward to receive an electrical coil formed by phase windings. These windings pass through the notches of the stator body and form buns protruding from both sides of the stator body. The phase windings are obtained for example from a continuous wire covered with enamel or from conductive elements in the form of pins connected together by welding. These windings are polyphase windings connected in star or delta whose outputs are connected to an inverter also operating as a bridge rectifier.
Avec ce type de machine, la vitesse de rotation de la machine influe sur la tension fournie et donc sur la puissance de la machine. Ainsi, plus la vitesse de rotation est élevée et plus la puissance est importante. Pour les machines synchrones, au-delà d'une certaine vitesse de rotation pour maximiser la puissance de la machine, il est important de pouvoir défluxer ladite machine. La figure 1 représente des courbes caractéristiques de couple et de puissance en fonction de la vitesse de rotation d'une telle machine électrique tournante respectivement dans le mode moteur M_mth (cf. courbe caractéristique de couple C1 et courbe caractéristique de puissance C2) et dans le mode générateur M_gen (cf. courbe caractéristique de couple C3 et courbe caractéristique de puissance C4). Une plage de défluxage P_def est définie par référence à un ratio entre une vitesse de rotation maximale à couple constant N1 divisée par la vitesse de rotation maximale N2 de la machine électrique. Ce ratio de défluxage étant élevé (supérieur à 2.5), la machine peut fonctionner à haute vitesse en étant dans un état de quasi court-circuit. Afin d'optimiser le fonctionnement de la machine, en particulier pour pouvoir atteindre des hautes vitesses de fonctionnement et donc une puissance élevée, il est nécessaire que la machine ait une bonne tenue du courant de court-circuit en régime permanent. Cette optimisation de la machine doit également prendre en compte d'autres paramètres tel que la compacité de la machine qui est un paramètre important pour l'intégration de ladite machine dans le véhicule, ainsi que le comportement thermique de la machine qui est également un paramètre important à la fois pour la sécurité des utilisateurs et pour ne pas détériorer la machine. L'invention vise donc à garantir la tenue du courant de court-circuit en régime permanent tout en optimisant la compacité et les caractéristiques thermiques de la machine électrique. With this type of machine, the speed of rotation of the machine affects the voltage supplied and thus the power of the machine. So, the faster the speed rotation is high and the power is important. For synchronous machines, beyond a certain speed of rotation to maximize the power of the machine, it is important to be able to deflux the machine. FIG. 1 represents characteristic curves of torque and power as a function of the rotational speed of such a rotating electrical machine respectively in the motor mode M_mth (see characteristic curve of torque C1 and power characteristic curve C2) and in FIG. generator mode M_gen (see characteristic curve of torque C3 and power characteristic curve C4). A defluxing range P_def is defined by reference to a ratio between a maximum rotation speed at constant torque N1 divided by the maximum rotational speed N2 of the electric machine. This defluxing ratio being high (greater than 2.5), the machine can operate at high speed while being in a state of quasi-short circuit. In order to optimize the operation of the machine, in particular to achieve high operating speeds and therefore high power, it is necessary that the machine has a good steady state short-circuit current. This optimization of the machine must also take into account other parameters such as the compactness of the machine which is an important parameter for the integration of said machine into the vehicle, as well as the thermal behavior of the machine which is also a parameter important both for the safety of the users and not to damage the machine. The invention therefore aims to guarantee the holding of the short-circuit current in steady state while optimizing the compactness and the thermal characteristics of the electric machine.
A cette fin, la présente invention a pour objet une machine électrique tournante de véhicule automobile. Selon l'invention, la machine comporte un rotor s'étendant suivant un axe de rotation et comportant au moins un aimant permanent et un stator entourant le rotor et comportant un corps doté d'une pluralité d'encoches et un bobinage électrique, le bobinage comportant des enroulements de phase disposés dans les encoches, chaque enroulement de phase étant formé par au moins un conducteur. De plus selon l'invention, le rotor comporte 3 ou 4 ou 5 paires de pôles et le stator comporte deux systèmes triphasés formés chacun par trois enroulements de phase couplés en triangle. En outre selon l'invention, Le nombre de conducteurs par encoche est strictement supérieur à 2 et chaque conducteur a une portion active insérée dans une encoche correspondante, la portion active de section sensiblement rectangulaire présentant une longueur radiale inférieure ou égale à 3.6 mm. To this end, the present invention relates to a rotating electric machine of a motor vehicle. According to the invention, the machine comprises a rotor extending along an axis of rotation and comprising at least one permanent magnet and a stator surrounding the rotor and comprising a body provided with a plurality of notches and an electric winding, the winding comprising phase windings arranged in the notches, each phase winding being formed by at least one conductor. In addition according to the invention, the rotor comprises 3 or 4 or 5 pairs of poles and the stator comprises two three-phase systems each formed by three coupled phase windings. in triangle. In addition according to the invention, the number of conductors per notch is strictly greater than 2 and each conductor has an active portion inserted into a corresponding notch, the active portion of substantially rectangular section having a radial length less than or equal to 3.6 mm.
Le fait d'avoir deux systèmes triphasé permet de simplifier l'agencement des modules de puissance et permet donc d'avoir une machine qui peut être plus compacte. De plus, le couplage des enroulements en triangle permet de ne pas avoir de point neutre et donc améliore la compacité de la machine. Le fait d'avoir une section de fil sensiblement rectangulaire permet d'améliorer le coefficient de remplissage des conducteurs dans les encoches et donc d'améliorer la puissance de la machine. On entend par section sensiblement rectangulaire le fait que les coins des conducteurs peuvent être légèrement arrondies pour des questions de fabrications. Un nombre de conducteurs par encoche strictement supérieur à deux permet d'avoir un plus large degré de latitude en termes de choix du nombre de spires par enroulement. En outre, le fait que la largeur radiale des conducteurs soit inférieure ou égale à 3.6 mm associé à un nombre de paire de pôles du rotor compris entre 3 et 5 permet de minimiser la résistance des conducteurs pour ainsi limiter les pertes Joules des conducteurs. Tous ces paramètres pris ensembles entraînent donc une meilleure tenue thermique, une meilleure tenue du courant de court-circuit en régime permanent et une meilleure compacité de la machine électrique tournante. La machine électrique tournante peut ainsi fonctionner à plus haute vitesse de manière sécurisée. Selon une réalisation, les deux systèmes triphasés sont indépendants l'un de l'autre et la machine électrique tournante comporte un onduleur comprenant deux modules indépendants reliés chacun à un système triphasé. Having two three-phase systems simplifies the arrangement of the power modules and thus allows to have a machine that can be more compact. In addition, the coupling of the windings in a triangle makes it possible to have no neutral point and thus improves the compactness of the machine. The fact of having a substantially rectangular section of wire makes it possible to improve the coefficient of filling of the conductors in the notches and thus to improve the power of the machine. By substantially rectangular section is meant that the corners of the conductors may be slightly rounded for manufacturing issues. A number of conductors per notch strictly greater than two allows to have a greater degree of latitude in terms of choice of the number of turns per winding. In addition, the fact that the radial width of the conductors is less than or equal to 3.6 mm associated with a number of pairs of rotor poles of between 3 and 5 makes it possible to minimize the resistance of the conductors, thereby limiting the Joule losses of the conductors. All these parameters taken together therefore lead to a better thermal resistance, a better resistance of the short-circuit current in steady state and a better compactness of the rotating electrical machine. The rotating electrical machine can thus operate at a higher speed in a secure manner. In one embodiment, the two three-phase systems are independent of one another and the rotating electrical machine comprises an inverter comprising two independent modules each connected to a three-phase system.
Selon une réalisation, l'onduleur est connecté à un bus à courant continu ayant une tension comprise entre 30 et 60 Volts. Selon une réalisation, une longueur orthoradiale d'une portion active d'un conducteur est supérieure ou égale à 1 .4mm. Selon une réalisation, un diamètre extérieur du corps de stator est compris entre 80 mm et 180 mm. Par exemple, le diamètre extérieur du corps de stator est sélectionné parmi une des valeurs suivantes: 80, 90, 100, 1 10, 153, 161 et 180 millimètres. Selon une réalisation, une puissance maximale de ladite machine électrique tournante est comprise entre 8 kW et 30 kW. In one embodiment, the inverter is connected to a DC bus having a voltage of between 30 and 60 volts. According to one embodiment, an orthoradial length of an active portion of a conductor is greater than or equal to 1 .4 mm. According to one embodiment, an outer diameter of the stator body is between 80 mm and 180 mm. For example, the outer diameter of the stator body is selected from one of the following values: 80, 90, 100, 110, 153, 161 and 180 millimeters. According to one embodiment, a maximum power of said rotary electrical machine is between 8 kW and 30 kW.
Selon une réalisation, le nombre de conducteurs par encoche est pair. In one embodiment, the number of conductors per slot is even.
Selon une réalisation, le nombre de conducteurs par encoche est égal à 4. En variante, le nombre de conducteurs par encoche peut être égal à 6, 8 ou encore 10. According to one embodiment, the number of conductors per notch is 4. Alternatively, the number of conductors per notch may be equal to 6, 8 or 10.
Selon une réalisation, les conducteurs sont alignés radialement les uns par rapport aux autres à l'intérieur d'une encoche correspondante. In one embodiment, the conductors are aligned radially with each other within a corresponding notch.
Selon une réalisation, chaque enroulement de phase est formé à partir d'une pluralité de conducteurs prenant notamment la forme d'épingles reliées électriquement entre elles. Par exemple, les épingles s'étendent sous la forme d'un U comprenant deux parties actives s'étendant dans des encoches respectives et une portion de liaison venant relier les deux parties actives. De préférence, un enroulement de phase est formé en soudant entre elles les extrémités libres des parties actives de différentes épingles. Par extrémités libres, on entend les extrémités des parties actives qui ne sont pas reliés à la portion de liaison. According to one embodiment, each phase winding is formed from a plurality of conductors in particular in the form of pins electrically connected to each other. For example, the pins extend in the form of a U comprising two active parts extending in respective notches and a connecting portion connecting the two active parts. Preferably, a phase winding is formed by welding together the free ends of the active parts of different pins. By free ends is meant the ends of the active parts that are not connected to the connecting portion.
Selon une réalisation, chaque enroulement de phase est formé à partir d'un conducteur continu. Ce conducteur continu est par exemple un fil. In one embodiment, each phase winding is formed from a continuous conductor. This continuous conductor is for example a wire.
Selon une réalisation, le fil conducteur comporte des portions actives de section sensiblement rectangulaire et des portions de liaison entre deux portions actives adjacentes de section arrondie, notamment sensiblement ronde. According to one embodiment, the conductive wire comprises active portions of substantially rectangular section and connecting portions between two adjacent active portions of rounded section, in particular substantially round.
Selon une réalisation, les conducteurs présentent une section rectangulaire à coins arrondis. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un circuit de liquide de refroidissement. In one embodiment, the conductors have a rectangular section with rounded corners. In one embodiment, said rotating electrical machine comprises a coolant circuit.
Selon une réalisation, la machine est une machine synchrone. In one embodiment, the machine is a synchronous machine.
Selon une réalisation, la machine est une machine à aimants permanents. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante prend la forme d'un moteur, d'un générateur, ou d'une machine électrique réversible. In one embodiment, the machine is a permanent magnet machine. In one embodiment, said rotating electrical machine takes the form of a motor, a generator, or a reversible electric machine.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 , déjà décrite, montre les courbes caractéristiques de couple et de puissance en fonction de la vitesse de rotation d'une machine électrique tournante utilisée dans le cadre de l'invention. The invention will be better understood on reading the description which follows and on examining the figures which accompany it. These figures are given for illustrative but not limiting of the invention. FIG. 1, already described, shows the characteristic curves of torque and power as a function of the speed of rotation of a rotating electrical machine used in the context of the invention.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une machine électrique tournante selon un exemple de réalisation de la présente invention. La figure 3 est une vue en perspective du stator bobiné et du rotor de la machine électrique tournante de la figure 2. Figure 2 is a longitudinal sectional view of a rotating electrical machine according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 3 is a perspective view of the wound stator and the rotor of the rotary electric machine of FIG.
La figure 4 est une vue en coupe transversale partielle du rotor et du stator bobiné selon un exemple de réalisation de la présente invention. Fig. 4 is a partial cross-sectional view of the rotor and wound stator according to an exemplary embodiment of the present invention.
La figure 5 montre des représentations graphiques de l'évolution du ratio entre la résistance d'un conducteur statorique à haute fréquence électrique et la résistance d'un conducteur statorique à basse fréquence électrique en fonction de la dimension radiale d'une portion active d'un conducteur statorique respectivement pour un rotor à 3 et 5 paires de pôles. FIG. 5 shows graphical representations of the evolution of the ratio between the resistance of a high frequency electric stator conductor and the resistance of a low frequency electric stator conductor as a function of the radial dimension of an active portion of a stator conductor respectively for a rotor with 3 and 5 pairs of poles.
La figure 6 représente l'évolution de la hauteur axiale totale de la machine électrique tournante en fonction du nombre de paires de pôles du rotor. FIG. 6 represents the evolution of the total axial height of the rotating electrical machine as a function of the number of pole pairs of the rotor.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. Dans la suite de la description, on entend par un élément "avant", un élément situé du côté de la partie entraînante tel que du côté du pignon porté par l'arbre de la machine et par élément "arrière" un élément situé du côté opposé par rapport à l'axe de rotation X de la machine. La figure 2 montre une machine électrique tournante 10 comportant un statorIdentical, similar or similar elements retain the same reference from one figure to another. In the remainder of the description, a "front" element is understood to mean an element situated on the side of the driving part such as on the side of the pinion carried by the machine shaft and by "rear" element an element situated on the side opposite to the axis of rotation X of the machine. FIG. 2 shows a rotating electrical machine 10 comprising a stator
1 1 polyphasé entourant un rotor 12 monté sur un arbre 13 s'étendant suivant un axe X correspondant à l'axe de la machine. Le stator 1 1 entoure le rotor1 1 polyphase surrounding a rotor 12 mounted on a shaft 13 extending along an axis X corresponding to the axis of the machine. The stator 1 1 surrounds the rotor
12 avec présence d'un entrefer entre la périphérie interne du stator 1 1 et la périphérie externe du rotor 12. Le stator 1 1 est monté dans un carter 14 muni d'un palier avant 15 et d'un palier arrière 16 portant à rotation l'arbre 13. 12 with presence of an air gap between the inner periphery of the stator January 1 and the outer periphery of the rotor 12. The stator January 1 is mounted in a housing 14 provided with a front bearing 15 and a rear bearing 16 bearing rotatably the tree 13.
Cette machine électrique 10 pourra être destinée à être accouplée à une boîte de vitesses appartenant à une chaîne de traction de véhicule automobile. Dans une autre configuration, la machine électrique 10 pourra être accouplée à un vilebrequin du véhicule ou encore directement à la chaîne de traction des roues du véhicule. Par exemple, la machine 10 peut être accouplée à une partie du véhicule par un pignon 17 comme représenté sur la figure 2. En variante, la machine 10 pourra être accouplée à une partie du véhicule par une poulie ou tout autre moyen d'accouplement. This electric machine 10 may be intended to be coupled to a gearbox belonging to a motor vehicle traction chain. In another configuration, the electric machine 10 may be coupled to a crankshaft of the vehicle or directly to the wheel drive chain of the vehicle. For example, the machine 10 may be coupled to a portion of the vehicle by a pinion 17 as shown in Figure 2. Alternatively, the machine 10 may be coupled to a portion of the vehicle by a pulley or other coupling means.
La machine 10 est apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l'énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. En variante, la machine électrique 10 pourra être implantée sur un essieu de véhicule automobile, en particulier un essieu arrière. En variante, la machine électrique 10 prend la forme d'un moteur électrique ou d'un générateur non réversible. La puissance de la machine électrique 10 est avantageusement comprise entre 8kW et 30kW. The machine 10 is able to operate in an alternator mode to supply, in particular, energy to the battery and to the on-board vehicle network, and in a motor mode, not only to start the engine of the vehicle, but also to participate in pulling the vehicle alone or in combination with the engine. Alternatively, the electric machine 10 may be implanted on a motor vehicle axle, in particular a rear axle. Alternatively, the electric machine 10 takes the form of an electric motor or a non-reversible generator. The power of the electric machine 10 is advantageously between 8kW and 30kW.
Dans l'exemple de la figure 2, le rotor 12 comporte un corps 19 sous la forme d'un paquet de tôles. Des aimants permanents 20 pourront être implantés à l'intérieur de cavités 21 suivant une configuration en V, tel que cela est illustré sur la figure 4, ou être implantés radialement à l'intérieur du paquet de tôles, les faces latérales en vis-à-vis de deux aimants 20 consécutifs peuvent être de même polarité, tel que cela est illustré sur la figure 3. Le rotor 12 est alors du type à concentration de flux. Alternativement, les aimants permanents 20 s'étendent ortho-radialement à l'intérieur des cavités 21 du corps 19. Les aimants 20 pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine 10. In the example of Figure 2, the rotor 12 comprises a body 19 in the form of a package of sheets. Permanent magnets 20 may be implanted inside cavities 21 in a V-shaped configuration, as shown in FIG. 4, or may be implanted radially inside the pack of sheets, the lateral faces two consecutive magnets can be be the same polarity, as shown in Figure 3. The rotor 12 is then the flux concentration type. Alternatively, the permanent magnets 20 extend ortho-radially inside the cavities 21 of the body 19. The magnets 20 may be of rare earth or ferrite depending on the applications and the desired power of the machine 10.
Par ailleurs, comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, le stator 1 1 comporte un corps 24 constitué par un paquet de tôles ainsi qu'un bobinage électrique 25. Le corps 24 est formé par un empilement de feuilles de tôles indépendantes les unes des autres et maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Comme on peut le voir sur la figure 4, le corps 24 est muni de dents 28 délimitant deux à deux des encoches 30 pour le montage du bobinage statorique 25. Ainsi, deux encoches 30 successives sont séparées entre elles par une dent 28. De préférence, un diamètre extérieur L1 du corps de stator 24 est compris entre 80 et 180mm. Avantageusement, le diamètre extérieur L1 du corps de stator 24 est sélectionné parmi une des valeurs suivantes : 80, 90, 100, 1 10, 153, 161 et 180 mm. Moreover, as can be seen in FIGS. 3 and 4, the stator 1 1 comprises a body 24 constituted by a bundle of sheets and an electric coil 25. The body 24 is formed by a stack of sheets of independent sheets from each other and held in pack form by means of a suitable fastening system. As can be seen in FIG. 4, the body 24 is provided with teeth 28 delimiting two by two notches 30 for mounting the stator winding 25. Thus, two successive notches 30 are separated from each other by a tooth 28. Preferably , an outer diameter L1 of the stator body 24 is between 80 and 180mm. Advantageously, the outside diameter L 1 of the stator body 24 is selected from one of the following values: 80, 90, 100, 1 10, 153, 161 and 180 mm.
Le bobinage 25 comporte un ensemble d'enroulements de phase 26 traversant les encoches 30 et formant des chignons 33 s'étendant en saillie de part et d'autre du corps de stator 24, tel que cela est montré sur les figures 2 et 3. Les sorties des enroulements de phase 26 sont reliées à un onduleur 34 pouvant fonctionner également en pont redresseur. A cet effet, l'onduleur 34 comporte des modules de puissance munis de d'éléments de commutation de puissance, tels que des transistors de type MOS, reliés aux sorties de phase. The coil 25 comprises a set of phase windings 26 passing through the notches 30 and forming bunches 33 projecting on either side of the stator body 24, as shown in FIGS. 2 and 3. The outputs of the phase windings 26 are connected to an inverter 34 which can also operate as a rectifier bridge. For this purpose, the inverter 34 comprises power modules provided with power switching elements, such as MOS transistors, connected to the phase outputs.
Chaque enroulement de phase 26 pourra être formé à partir d'une pluralité de conducteurs 35 constitués par des épingles 37. Ces épingles 37 pourront présenter une forme en U dont les extrémités des branches sont reliées entre elles par exemple par soudage. En variante, chaque enroulement de phase 26 est formé à partir d'un fil conducteur continu enroulé à l'intérieur du stator 1 1 dans les encoches 30 pour former une ou plusieurs spires. Dans tous les cas, on distingue les portions actives 40 d'un conducteur 35 situées à l'intérieur des encoches 30 et des portions de liaison 41 reliant entre elles deux portions actives 40 adjacentes. Les portions actives 40 correspondent ainsi aux portions des conducteurs 35 s'étendant axialement à l'intérieur des encoches 30, tandis que les portions de liaison 41 s'étendent circonférentiellement à l'intérieur des chignons 33 pour relier entre elles les portions actives 40. Les conducteurs 35 pourront par exemple être réalisés dans un matériau à base de cuivre émaillé. Each phase winding 26 may be formed from a plurality of conductors 35 constituted by pins 37. These pins 37 may have a U-shaped whose ends of the branches are interconnected for example by welding. Alternatively, each phase winding 26 is formed from a continuous conductive wire wound inside the stator January 1 in the notches 30 to form one or more turns. In all cases, there are active portions 40 of a conductor 35 located inside the notches 30 and connecting portions 41 interconnecting two active portions 40 adjacent. The active portions 40 thus correspond to the portions of the conductors 35 extending axially inside the notches 30, while the connecting portions 41 extend circumferentially inside the buns 33 to interconnect the active portions 40. The conductors 35 may for example be made of a material based on enamelled copper.
Les enroulements de phase 26 sont associés chacun à une série d'encoches 30, de sorte que chaque encoche 30 reçoit plusieurs fois les conducteurs 35 d'une même phase. Avantageusement, le stator 1 1 comporte deux systèmes triphasés, de préférence indépendants, A1 , B1 , C1 et A2, B2, C2 formés chacun par trois enroulements de phase 26, tel que cela est illustré sur la figure 4. Cela permet de garantir la compacité de l'onduleur 34 en facilitant l'agencement des modules de puissance de l'onduleur 34 dans un cylindre situé à l'arrière de la machine pour les systèmes intégrés (cf. figure 2) ou dans un encombrement sensiblement parallélépipédique sur le côté de la machine 10. The phase windings 26 are each associated with a series of notches 30, so that each notch 30 receives several times the conductors 35 of the same phase. Advantageously, the stator January 1 comprises two three-phase systems, preferably independent, A1, B1, C1 and A2, B2, C2 each formed by three phase windings 26, as shown in Figure 4. This ensures the compactness of the inverter 34 by facilitating the arrangement of the power modules of the inverter 34 in a cylinder located at the rear of the machine for the integrated systems (see Figure 2) or in a substantially parallelepipedic space on the side of the machine 10.
Chaque système triphasé A1 , B1 , C1 ; A2, B2, C2 est couplé en triangle afin d'optimiser la compacité de la machine électrique 10. En effet, par rapport à un couplage de type double étoile, le couplage double triangle permet d'éviter l'intégration des barres de neutre dans le stator bobiné 1 1 qui sont relativement encombrantes. Each three-phase system A1, B1, C1; A2, B2, C2 is coupled in a triangle to optimize the compactness of the electrical machine 10. In fact, compared to a double star type coupling, the double-triangle coupling makes it possible to avoid the integration of the neutral bars into the wound stator 1 1 which are relatively bulky.
Chaque système triphasé A1 , B1 , C1 ; A2, B2, C2 est relié électriquement à un module indépendant de l'onduleur 34. Chaque module indépendant comporte des éléments de puissance et un module de commande dédié au système triphasé correspondant. Les deux modules indépendants sont logés dans un même boîtier de l'onduleur 34 coiffant le palier arrière. L'onduleur 34 est connecté de préférence à un bus à courant continu ayant une tension comprise entre 30 et 60 Volts. Each three-phase system A1, B1, C1; A2, B2, C2 is electrically connected to a module independent of the inverter 34. Each independent module comprises power elements and a control module dedicated to the corresponding three-phase system. The two independent modules are housed in the same housing of the inverter 34 covering the rear bearing. The inverter 34 is preferably connected to a DC bus having a voltage of between 30 and 60 volts.
Dans cet exemple, deux encoches 30 consécutives d'une série associé à une phase sont séparées par des encoches 30 adjacentes correspondant chacune à une autre série d'encoches associée à l'une des autres phases. Ainsi, lorsqu'il y a K phases, les conducteurs 35 d'un même enroulement de phase 26 sont insérés toutes les K+1 ième encoches. Par exemple, si l'enroulement de la phase A1 est inséré dans l'encoche n°1 , il est ensuite inséré dans la 7ème encoche pour une machine à deux systèmes triphasés, soit K=6. Il est à noter que dans la configuration représentée sur la figure 4, les phases des deux systèmes sont alternées suivant la circonférence du stator 1 1 . Dans cet exemple, en considérant le sens circonférentiel, la première encoche comprend la phase A1 , la deuxième encoche comprend la phase A2, la troisième encoche comprend la phase B1 , la quatrième encoche comprend la phase B2, la cinquième encoche comprend la phase C1 et la sixième encoche comprend la phase C2. Dans une variante de réalisation une autre configuration de phase peut être envisagée. In this example, two consecutive notches of a series associated with one phase are separated by adjacent notches 30 each corresponding to another series of notches associated with one of the other phases. Thus, when there are K phases, the conductors 35 of the same phase winding 26 are inserted every K + 1th notches. For example, if the winding of the phase A1 is inserted into the notch 1, it is then inserted into the 7th notch for a machine with two three-phase systems, ie K = 6. It should be noted that in the configuration shown in FIG. 4, the phases of the two systems are alternated according to the circumference of the stator 11. In this example, considering the circumferential direction, the first notch comprises the phase A1, the second notch comprises the phase A2, the third notch comprises the phase B1, the fourth notch comprises the phase B2, the fifth notch comprises the phase C1 and the sixth notch includes phase C2. In an alternative embodiment another phase configuration can be envisaged.
Les conducteurs 35 présentent avantageusement une section sensiblement rectangulaire au moins dans leur portion active 40 et sont alignés radialement les uns par rapport aux autres à l'intérieur de l'encoche 30 correspondante. Une telle configuration de bobinage rangé avec des conducteurs 35 de section sensiblement rectangulaire permet de diminuer la hauteur des chignons 33 et favorise la compacité de la machine par rapport à un bobinage aléatoire en fil rond. Suivant un mode particulier de réalisation de bobinage à fil continu, les fils conducteurs pourront être matricés uniquement dans les portions actives 40 et présenter une section ronde dans les portions de liaison 41 . La section sensiblement rectangulaire des portions actives 40 pourra présenter des coins arrondis afin de ne pas abimer l'émail. En variante, les conducteurs 35 pourront présenter une section sensiblement carrée. The conductors 35 advantageously have a substantially rectangular section at least in their active portion 40 and are aligned radially with respect to each other within the corresponding notch 30. Such a winding configuration stored with conductors 35 of substantially rectangular section reduces the height of the buns 33 and promotes the compactness of the machine with respect to a random winding round wire. According to a particular embodiment of continuous wire winding, the conductive son may be stamped only in the active portions 40 and have a round section in the connecting portions 41. The substantially rectangular section of the active portions 40 may have rounded corners so as not to damage the enamel. Alternatively, the conductors 35 may have a substantially square section.
Le nombre de conducteurs 35 à l'intérieur de chaque encoche 30 est avantageusement strictement supérieur à deux afin de disposer d'un degré de liberté en termes de choix du nombre de spires par enroulement de phase 26. De préférence, le nombre de conducteurs 35 par encoche est pair. Il est ici égal à 4 mais pourrait en variante être différent, et notamment égal à 6, 8 ou 10. A haute fréquence électrique et donc à haute vitesse de rotation, les conducteurs 35 sont soumis à des effets pelliculaires et de proximité qui conduisent à rendre non uniforme la densité de courant dans le conducteur 35. Cela se traduit par une augmentation de la résistance apparente du conducteur 35. Il est d'usage de quantifier cette augmentation de résistance par un ratio entre la résistance à haute fréquence AC et la résistance DC du même conducteur 35 à fréquence très faible de quelques Hertz. The number of conductors 35 inside each notch 30 is advantageously strictly greater than two in order to have a degree of freedom in terms of choice of the number of turns per phase winding 26. Preferably, the number of conductors 35 by notch is even. It is here equal to 4 but could alternatively be different, and especially equal to 6, 8 or 10. At high electrical frequency and therefore at high rotational speed, the conductors 35 are subjected to film and proximity effects which lead to make the current density in the conductor 35 non-uniform. This results in an increase in the apparent resistance of the It is customary to quantify this increase in resistance by a ratio between the high frequency resistance AC and the DC resistance of the same conductor 35 at a very low frequency of a few Hertz.
La résistance électrique dépend donc de la température, des dimensions du stator 1 1 , des dimensions des conducteurs, et de la fréquence électrique fe, laquelle est liée à la vitesse de rotation N en tours par minute de la machine par la formule suivante: fe=(Nxp)/60, p étant le nombre de paires de pôle du rotor 12. The electrical resistance therefore depends on the temperature, the dimensions of the stator 1 1, the dimensions of the conductors, and the electric frequency fe, which is related to the speed of rotation N in revolutions per minute of the machine by the following formula: = (Nxp) / 60, where p is the number of pole pairs of the rotor 12.
L'augmentation de cette résistance produit des pertes joules supplémentaires et implique l'augmentation de la taille de la machine électrique 10 afin de pouvoir évacuer les calories, par exemple en augmentant la taille d'une chambre de liquide de refroidissement 44 décrite plus en détails ci-après. Increasing this resistance produces additional joules losses and involves increasing the size of the electrical machine 10 in order to be able to evacuate the calories, for example by increasing the size of a coolant chamber 44 described in more detail. below.
Le principal facteur influençant la résistance AC est la longueur radiale L2 du conducteur 35 à l'intérieur de l'encoche 30, ainsi que la fréquence électrique fe liée à la polarité du rotor 12 pour une même vitesse de rotation. The main factor influencing the resistance AC is the radial length L2 of the conductor 35 inside the notch 30, as well as the electric frequency fe linked to the polarity of the rotor 12 for the same speed of rotation.
La figure 5 représente, pour une machine électrique 10 ayant un diamètre de stator L1 de l'ordre de 160 mm et une vitesse de rotation de 20000 tours/min, l'évolution du ratio entre la résistance AC d'un conducteur statorique à haute fréquence et la résistance DC de ce conducteur 35 statorique à basse fréquence en fonction de la longueur radiale L2 de la portion active 40 d'un conducteur 35 respectivement pour un rotor à 3 paires de pôles (cf. courbe C5) et à 5 paires de pôles (cf. courbe C6). FIG. 5 represents, for an electrical machine 10 having a stator diameter L1 of the order of 160 mm and a rotational speed of 20000 revolutions / min, the evolution of the ratio between the resistance AC of a stator conductor at high frequency and the DC resistance of this low frequency stator conductor as a function of the radial length L2 of the active portion 40 of a conductor 35 respectively for a rotor with 3 pole pairs (see curve C5) and 5 pairs of poles (see curve C6).
Il en ressort que, pour une limite donnée Lim de pertes évacuables par la machine électrique 10, la longueur radiale L2 maximale du conducteur 35 est de 3.6 mm pour une machine à cinq paires de pôles. Une telle valeur garantit un comportement adapté pour une machine à trois paires de pôles dont le ratio AC/DC est globalement inférieur à celui de la machine à cinq paires de pôles. Par ailleurs, la longueur orthoradiale L3 d'une portion active 40 est supérieure ou égale à 1 .4mm. Cette longueur L3 a peu d'effet sur la résistance AC des conducteurs 35. En effet, comme on peut le voir sur la figure 5 par les différents points C7, pour une longueur radiale L2 donnée et en faisant varier la longueur orthoradiale L3 des conducteurs 35, la valeur du ratio AC/DC ne varie que très légèrement. La figure 6 représente l'évolution de la hauteur axiale totale L4 du stator 1 1 de la machine électrique 10 (cf. figure 2) en fonction du nombre de paires de pôles p du rotor 12. Par hauteur axiale on entend la distance entre les deux extrémités des chignons avant et arrière 33. Cette figure met en évidence qu'un rotor 12 ayant moins de trois paires de pôles conduit à augmenter la hauteur totale L4 de la machine, dans la mesure où la hauteur des chignons 33 est sensiblement proportionnelle à la polarité. En effet, moins il y a de pôles dans la machine et plus la distance entre les pôles augmente. Ainsi, les encoches traversées par un même enroulement de phase sont plus éloignées les unes des autres et les portions des conducteurs formant les chignons doivent donc être plus grandes. Au contraire, une polarité de plus de cinq paires de pôles engendre trop de pertes. Dans ces conditions, la polarité optimale est comprise entre 3 et 5 paires de pôles, c'est-à-dire que le rotor 12 pourra comporter 3 ou 4 ou 5 paires de pôles. It emerges that, for a given limit Lim of evacuable losses by the electrical machine 10, the maximum radial length L2 of the conductor 35 is 3.6 mm for a machine with five pairs of poles. Such a value guarantees a suitable behavior for a machine with three pairs of poles whose AC / DC ratio is generally lower than that of the machine with five pairs of poles. Moreover, the orthoradial length L3 of an active portion 40 is greater than or equal to 1 .4 mm. This length L3 has little effect on the AC resistance of the conductors 35. Indeed, as can be seen in FIG. 5 by the various points C7, for a given radial length L2 and by varying the orthoradial length L3 of the conductors 35, the value of the AC / DC ratio varies only very slightly. FIG. 6 represents the evolution of the total axial height L4 of the stator 1 1 of the electric machine 10 (see FIG. 2) as a function of the number of pairs of poles p of the rotor 12. By axial height is meant the distance between the two ends of the front and rear buns 33. This figure shows that a rotor 12 having less than three pairs of poles leads to increase the total height L4 of the machine, since the height of the buns 33 is substantially proportional to the polarity. Indeed, the fewer poles in the machine and the greater the distance between the poles. Thus, the notches traversed by the same phase winding are further apart from each other and the portions of the conductors forming the buns must therefore be larger. On the contrary, a polarity of more than five pairs of poles generates too many losses. Under these conditions, the optimum polarity is between 3 and 5 pairs of poles, that is to say that the rotor 12 may comprise 3 or 4 or 5 pairs of poles.
La machine électrique tournante 10 pourra comporter un circuit de liquide de refroidissement comportant une entrée et une sortie liquide de refroidissement pour faire circuler le liquide dans une chambre 44 aménagée en périphérie externe du stator 1 1 , tel que montré sur la figure 2. La machine électrique 10 pourra ainsi être refroidie par eau ou par huile. Dans une variante de réalisation, la machine peut être refroidie par air, par exemple au moyen d'un ventilateur. The rotating electrical machine 10 may comprise a coolant circuit having an inlet and a liquid cooling outlet for circulating the liquid in a chamber 44 arranged at the outer periphery of the stator January 1, as shown in FIG. electrical 10 may be cooled by water or oil. In an alternative embodiment, the machine can be cooled by air, for example by means of a fan.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. Of course, the foregoing description has been given by way of example only and does not limit the scope of the invention which would not be overcome by replacing the different elements by any other equivalent.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. In addition, the various features, variations, and / or embodiments of the present invention may be associated with each other in various combinations, to the extent that they are not incompatible or exclusive of each other.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Machine électrique tournante de véhicule automobile comportant1. Rotating Electric Motor Vehicle Machine Featuring
- un rotor (12) s'étendant suivant un axe de rotation (X) comportant au moins un aimant permanent (20), et a rotor (12) extending along an axis of rotation (X) comprising at least one permanent magnet (20), and
- un stator (1 1 ) entourant le rotor et comportant un corps (24) doté d'une pluralité d'encoches (30) et un bobinage électrique (25), le bobinage (25) comportant des enroulements de phase (26) disposés dans les encoches (30), chaque enroulement de phase (26) étant formé par au moins un conducteur (35),  a stator (1 1) surrounding the rotor and comprising a body (24) provided with a plurality of notches (30) and an electric winding (25), the winding (25) comprising phase windings (26) arranged in the notches (30), each phase winding (26) being formed by at least one conductor (35),
la machine étant (10) caractérisée en ce que : the machine being (10) characterized in that:
- le rotor (12) comporte 3 ou 4 ou 5 paires de pôles,  the rotor (12) has 3 or 4 or 5 pairs of poles,
- le stator (1 1 ) comporte deux systèmes triphasés (A1 , B1 , C1 ; A2, B2, C2) formés chacun par trois enroulements de phase (26) couplés en triangle,  the stator (1 1) comprises two three-phase systems (A1, B1, C1, A2, B2, C2) each formed by three phase windings (26) coupled in a triangle,
- le nombre de conducteurs (35) par encoche (30) est strictement supérieur à 2 et chaque conducteur (35) a une portion active (40) insérée dans une encoche (30) correspondante, la portion active (40) de section sensiblement rectangulaire présentant une longueur radiale (L2) inférieure ou égale à 3.6 mm. 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les deux systèmes triphasés sont indépendants l'un de l'autre et en ce qu'elle comporte un onduleur (34) comprenant deux modules indépendants reliés chacun à un système triphasé (A1 , B1 , C1 ; A2, B2, C2).  - The number of conductors (35) per notch (30) is strictly greater than 2 and each conductor (35) has an active portion (40) inserted in a corresponding notch (30), the active portion (40) of substantially rectangular section having a radial length (L2) less than or equal to 3.6 mm. 2. Rotating electrical machine according to claim 1, characterized in that the two three-phase systems are independent of one another and in that it comprises an inverter (34) comprising two independent modules each connected to a three-phase system ( A1, B1, C1, A2, B2, C2).
3. Machine électrique tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'onduleur (34) est connecté à un bus à courant continu ayant une tension comprise entre 30 et 60 Volts. 3. A rotary electric machine according to claim 2, characterized in that the inverter (34) is connected to a DC bus having a voltage of between 30 and 60 volts.
4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une longueur orthoradiale (L3) d'une portion active (40) d'un conducteur est supérieure ou égale à 1 .4 mm. 4. rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an orthoradial length (L3) of an active portion (40) of a conductor is greater than or equal to 1 .4 mm.
5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un diamètre extérieur (L1 ) du corps de stator (24) est compris entre 80 mm et 180 mm. 5. Rotating electric machine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an outer diameter (L1) of the stator body (24) is between 80 mm and 180 mm.
6. Machine électrique tournante selon la revendication 5, caractérisée en ce que le diamètre extérieur (L1 ) du corps de stator (24) est sélectionné parmi une des valeurs suivantes : 80, 90, 100, 1 10, 153, 161 et 180 millimètres. 6. Rotating electric machine according to claim 5, characterized in that the outer diameter (L1) of the stator body (24) is selected from one of the following values: 80, 90, 100, 1 10, 153, 161 and 180 millimeters .
7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'une puissance maximale de ladite machine électrique tournante (10) est comprise entre 8 kW et 30 kW. 7. rotary electric machine according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a maximum power of said rotating electrical machine (10) is between 8 kW and 30 kW.
8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le nombre de conducteurs (35) par encoche (30) est pair. 8. rotary electric machine according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the number of conductors (35) per notch (30) is even.
9. Machine électrique tournante selon la revendication 8, caractérisée en ce que le nombre de conducteurs (35) par encoche (30) est égal à 4. 9. rotary electric machine according to claim 8, characterized in that the number of conductors (35) per notch (30) is equal to 4.
10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les conducteurs (35) sont alignés radialement les uns par rapport aux autres à l'intérieur d'une encoche (30) correspondante. 1 1 . Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que chaque enroulement de phase (26) est formé à partir d'une pluralité de conducteurs prenant notamment la forme d'épingles (37) reliées électriquement entre elles. 10. Rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the conductors (35) are aligned radially relative to each other within a notch (30) correspondingly. 1 1. Rotary electric machine according to any one of claims 1 to 10, characterized in that each phase winding (26) is formed from a plurality of conductors in particular in the form of pins (37) electrically connected to each other.
12. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que chaque enroulement de phase12. Rotating electric machine according to any one of claims 1 to 10, characterized in that each phase winding
(26) est formé à partir d'un conducteur continu. (26) is formed from a continuous conductor.
13. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle prend la forme d'un moteur, d'un générateur, ou d'une machine électrique réversible. 13. A rotary electric machine according to any one of claims 1 to 12, characterized in that it takes the form of a motor, a generator, or a reversible electric machine.
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