EP4052362A1 - Device for cooling segmented electrical conductors - Google Patents

Device for cooling segmented electrical conductors

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Publication number
EP4052362A1
EP4052362A1 EP20801339.1A EP20801339A EP4052362A1 EP 4052362 A1 EP4052362 A1 EP 4052362A1 EP 20801339 A EP20801339 A EP 20801339A EP 4052362 A1 EP4052362 A1 EP 4052362A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical conductors
stator
cooling
electrical
cooling circuit
Prior art date
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Pending
Application number
EP20801339.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Romaric Lenoir
Vincent Bonnet
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.)
Nidec PSA Emotors SAS
Original Assignee
Nidec PSA Emotors SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec PSA Emotors SAS filed Critical Nidec PSA Emotors SAS
Publication of EP4052362A1 publication Critical patent/EP4052362A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0056Manufacturing winding connections
    • H02K15/0068Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/0081Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals for form-wound windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16Stator cores with slots for windings
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    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/20Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • HELECTRICITY
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    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28Layout of windings or of connections between windings
    • HELECTRICITY
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    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator

Definitions

  • the present invention claims the priority of the French application 1912299 filed on October 31, 2019, the content of which (text, drawings and claims) is incorporated here by reference.
  • the present invention relates to a device for cooling one or more electrical conductors to be welded of a stator of a rotating electrical machine.
  • the invention relates more particularly to synchronous or asynchronous machines with alternating current. It relates in particular to traction or propulsion machines for electric motor vehicles (Battery Electric Vehicle) and / or hybrids (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), such as passenger cars, vans, trucks or buses.
  • the invention also applies to rotating electrical machines for industrial and / or energy production applications, in particular naval, wind or aeronautical applications.
  • This high energy input can also cause severe degradation of the insulation and wires and potentially of the stator notch insulation, which can lead to functional failures.
  • the invention aims to allow easy welding of electrical conductors by removing and channeling the excess energy through a cooling device.
  • the subject of the invention is thus, according to one of its aspects, a device for cooling one or more electrical conductors of a stator of a rotating electrical machine, the device comprising at least one circuit for cooling a cooling fluid. cooling, intended to be placed in thermal contact with at least part of the electrical conductor (s) during a step of welding said electrical conductors.
  • Electrical conductors are in "thermal contact” if they are close enough that heat exchange can take place with the coolant. Such a device makes it possible to efficiently remove the heat transmitted to the electrical conductors to carry out the welding. It is thus possible to carry out welds involving electrical conductors with a passage section greater than those carried out traditionally. This cooling device also makes it possible to solder electrical conductors comprising a greater number of strands.
  • the device according to the invention makes it possible to limit the flow of molten material resulting from the welding. It is thus possible to better control the geometry of the weld.
  • the cooling device according to the invention also makes it possible to hold the electrical conductors in place during the welding step.
  • At least electrical conductors can be in the shape of pins, U or I.
  • At least 30% of the electrical conductors can be in thermal contact with the cooling device. At least 50% of the electrical conductors can be in thermal contact with the cooling device. In one embodiment, all of the electrical conductors of the stator are in thermal contact with the cooling device according to the invention.
  • the device may be of substantially flattened shape. It may have an upper face and a lower face. The lower face is for example intended to come opposite the stator during the welding step.
  • the device may have an outline having a shape similar to that of a cross section of the stator.
  • the device has a circular shape.
  • the cooling circuit can be configured to provide spaces for receiving the free ends of the electrical conductors to be soldered.
  • the spaces for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded formed by the cooling circuit are located above the notches of the stator of the electrical machine.
  • the spaces for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded may be of substantially rectangular and in particular rectangular shape.
  • the device may include a single receiving space having the shape of a ring. This ring-shaped receiving space can extend along the entire circumference of the device.
  • the cooling circuit can be arranged above the teeth, between the notches of the stator.
  • the electrical conductors which are arranged in the notches can be easily inserted into the cooling device.
  • the cooling device has as many spaces for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded as there are notches in the stator.
  • the cooling device saves less space for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded than there are notches in the stator.
  • the free ends of the electrical conductors present in different notches can be inserted in the same space for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded.
  • the cooling device has half the space for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded than notches in the stator, then the free ends of the electrical conductors arranged in two adjacent slots can be inserted in the same one. space.
  • the cooling device provides a single space for receiving the free ends of the electrical conductors of all the notches of the stator.
  • the electrical conductors arranged in the notches of the stator are all inserted into the single space provided by the cooling device.
  • the lower face of the device may have a bevelled shape at the level of the reception spaces of the free ends of the electrical conductors to be welded.
  • the cooling circuit can be configured to be traversed by a cooling fluid circulating circumferentially and / or radially with respect to the axis of rotation of the rotating electrical machine.
  • the coolant can for example contain water, oil, air or glycol, this list not being exhaustive.
  • the device's cooling circuit may have several cooling fluid inlet points.
  • the device can be configured to ensure cross circulation of the cooling fluid in the cooling circuit.
  • the cooling circuit has two entry points.
  • the cooling circuit has more than two entry points.
  • the coolant circulates radially from the inside to the outside above all or part of the teeth of the stator.
  • the coolant flows radially from the outside to the inside over some or all of the stator teeth.
  • the cooling fluid circulates radially from the inside to the outside above a first tooth of the stator then radially from the outside to the inside above a second tooth, for example adjacent to the first.
  • At least one of the radial sides and / or one of the circumferential sides of the electrical conductors arranged in the same notch of the stator is in thermal contact with the cooling circuit.
  • radial side is meant a side of an electrical conductor which extends in the radial direction of the machine.
  • circumferential side is meant a side of an electrical conductor which extends in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
  • all of the radial sides and all of the circumferential sides of each of the electrical conductors of the stator are in thermal contact with the device.
  • all of the radial sides of each of the electrical conductors of the stator are in thermal contact with the device and none of the circumferential sides of each of the electrical conductors are in thermal contact with the cooling device.
  • all of the circumferential sides and only one radial side of each of the electrical conductors are in thermal contact with the cooling device.
  • each of the electrical conductors is in thermal contact with the cooling device.
  • each of the electrical conductors are in thermal contact with the cooling device.
  • some electrical conductors are in thermal contact with the cooling device through their circumferential side only and the remainder of the electrical conductors are in thermal contact through a radial side and a circumferential side.
  • the cooling circuit may include a duct for the circulation of the cooling fluid.
  • the conduit can meander between the free ends of the electrical conductors to be welded.
  • cooling is meant the fact of developing by forming undulations.
  • the cooling circuit winds regularly, for example between all the electrical conductors.
  • each corrugation surrounds electrical conductors arranged in the same notch of the stator.
  • each corrugation surrounds electrical conductors arranged in different notches.
  • each corrugation surrounds electrical conductors arranged in two adjacent notches.
  • each corrugation surrounds the electrical conductors arranged in three adjacent notches.
  • the cooling circuit winds irregularly between the electrical conductors.
  • the cooling circuit may have two concentric portions arranged radially on either side of the electrical conductors of the stator.
  • the two portions can communicate by radial channels arranged between the electrical conductors, above all or part of the teeth of the stator.
  • a first portion of the cooling circuit is arranged inside the stator, in the space delimited by the electrical conductors.
  • a second portion of the cooling circuit is arranged outside the stator, outside the space delimited by the electrical conductors.
  • the entry point (s) can be connected to the portion of the cooling circuit arranged outside. The coolant then flows from the outside to the inside.
  • the entry point (s) may be connected to the portion of the cooling circuit disposed therein. The coolant then flows from the inside to the outside.
  • the cooling circuit may have two concentric non-communicating portions, arranged radially on either side of the electrical conductors of the stator.
  • the cooling fluid can flow in each of said portions in opposite directions.
  • the two concentric portions of the cooling circuit can be traversed by counter-rotating cooling fluids.
  • they can be traversed by cooling fluids flowing in the same direction, for example in the direct counterclockwise direction around the axis of rotation of the electric machine.
  • they are traversed by cooling fluids circulating in the indirect counterclockwise direction around the axis of rotation of the electric machine.
  • a first portion of the cooling circuit is disposed inside the stator, in the space delimited by the electrical conductors.
  • a second portion of the cooling circuit is disposed outside the stator, outside the space delimited by the sets of electrical conductors.
  • the outer portion may be traversed by a cooling fluid flowing in the direct counterclockwise direction and the inner portion may be traversed by a cooling fluid flowing in the indirect counterclockwise direction.
  • the outer portion can be traversed by a cooling fluid flowing in the indirect counterclockwise direction and the inner portion can be traversed by a cooling fluid flowing in the direct counterclockwise direction.
  • the device can be at least partially manufactured by additive manufacturing, for example using a 3D printer.
  • Such a manufacturing method makes it possible to manufacture a cooling device specifically adapted to the stator on which the welding operation is carried out.
  • the subject of the invention is also an assembly comprising a cooling device as defined above and a stator of a rotating electrical machine, the stator comprising a stator mass comprising notches formed between teeth, each notch receiving one or more electrical conductors.
  • the stator can include at least electrical conductors, or even a majority of electrical conductors, in the shape of pins, U or I.
  • the device is held above the stator at a non-zero distance d when welding the electrical conductors of the stator.
  • the electrical conductors can form a single coil, in particular whole or fractional.
  • single winding is meant that the electrical conductors are electrically connected together in the stator, and that the connections between the phases are made in the stator, and not outside the stator, for example in a terminal box. .
  • the electrical conductors can form a distributed coil.
  • the winding is not concentrated or wound on tooth.
  • the winding is in the invention whole or fractional.
  • the winding can be full in pitch with or without shortening, or in a fractional variant.
  • the electrical conductors form a fractional winding, in particular with a shortened pitch.
  • the number of notches in the stator can be between 18 and 96, better still between 30 and 84, being for example 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 78 , 81, 92, 96, better still being 60 or 63.
  • the number of poles of the stator can be between 2 and 24, or even between 4 and 12, being for example 6 or 8.
  • the winding can have a single winding path or several winding paths.
  • electrical conductor flows the current of the same phase by winding.
  • winding path is meant all the electrical conductors of the machine which are traversed by the same electric current of the same phase.
  • These electrical conductors can be connected to each other in series or in parallel or in series-parallel. In the case where there is only one channel, the electrical conductors are connected in series. In the case where there are several channels, the electrical conductors of each channel are connected in series, and the channels are connected in parallel.
  • Electric conductors In an “electrical conductor” flows the current of the same phase of a winding track. Several electrical conductors in series form a “coil". The number of coils per phase is at most equal to the number of poles of the stator or to the number of pairs of poles.
  • each notch there can be one or more layers.
  • layer denotes the electrical conductors in series belonging to the same phase arranged in the same notch.
  • electrical conductors of the same phase In each layer of a notch, there are electrical conductors of the same phase.
  • the electrical conductors of a stator can be distributed in one layer or in two layers. When the electrical conductors are distributed in a single layer, each notch only accommodates electrical conductors of the same phase.
  • the electrical conductors can be divided into only two layers.
  • one or more notches can accommodate electrical conductors of two different phases. This is always the case for a short pitch winding.
  • the coil may not have more than two layers. In one embodiment, it is notably devoid of four layers.
  • At least a first electrical conductor housed in a first notch can be electrically connected to a second electrical conductor housed in a second notch, at the outlet from said notches.
  • electrically connected is meant any type of electrical connection, in particular by welding, with different possible welding methods, in particular laser, TIG, induction, friction, ultrasound, vibrations, or soldering, or by mechanical clamping, in particular by crimping, screwing or riveting for example.
  • the first and second notches are preferably non-consecutive.
  • the first and second electrical conductors can be electrically connected to the output of the first and second notches, that is to say that the electrical connection is formed on the electrical conductors just after their exit from the two notches, at an axial end of the stator mass.
  • the electrical connection can be made in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the plane of the electrical connection can be away from the stator mass by less than 60 mm, better still by less than 40 mm, for example 27 mm or 38 mm approximately.
  • a majority of the electrical conductors housed in a first notch can each be electrically connected to a respective second electrical conductor housed in a second notch, at the exit from said notches.
  • At least one notch may include first electrical conductors each electrically connected to a respective second electrical conductor housed in a second notch, at the exit of said notches.
  • all the electrical conductors having a free end located at the same circumferential position around the axis of rotation of the machine, regardless of their radial position, are electrically connected together.
  • the first and second electrical conductors can each have an oblique portion.
  • the oblique portions may extend in a circumferential direction, around the axis of rotation of the machine.
  • the two oblique portions can be configured to converge towards each other and thus allow the electrical connection to be made.
  • An electrical conductor can have two oblique portions, one at each of its two ends.
  • the two oblique portions of the same electrical conductor can extend in opposite directions. They can diverge from each other. They can be symmetrical to each other.
  • a majority of the electrical conductors can include one or more oblique portions as described above.
  • the electrical conductors can be arranged in the notches in a distributed manner.
  • distributed it should be understood that the outgoing and return electrical conductors are each housed in different and non-consecutive notches. At least one of the electrical conductors can pass successively through two non-consecutive notches.
  • the electrical conductors can be arranged in a row in the notches.
  • row is understood to mean that the electrical conductors are not arranged in the notches in bulk but in an orderly manner. They are stacked in the notches in a non-random manner, being for example arranged in a row of electrical conductors aligned in the radial direction.
  • the strands of one or more electrical conductors are arranged in a row of strands of electrical conductors aligned in the direction. radial. As a variant, they are arranged in a row of strands of electrical conductors aligned in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
  • the electrical conductors may have a generally rectangular cross section, in particular with rounded edges.
  • the circumferential dimension of an electrical conductor can correspond substantially to the width of a notch.
  • a notch may have only one electrical conductor in its width.
  • the width of the notch is measured in its circumferential dimension around the axis of rotation of the machine.
  • Electrical conductors can be adjacent to each other by their long sides, otherwise called the flat.
  • the optimization of the stack can allow to have in the notches a greater quantity of electrical conductors and thus to obtain a stator of greater power, at constant volume.
  • Each notch can include two to 36 electrical conductors, in particular two to 24, better still 2 to 12 electrical conductors.
  • Each notch may include two to eight electrical conductors, in particular two to four electrical conductors, for example two or four electrical conductors.
  • each notch has two electrical conductors.
  • each notch has four electrical conductors.
  • Electrical conductors at least, see a majority of electrical conductors, can be in the shape of pins, U or I.
  • the pin can be U-shaped ("U-pin” in English) or straight, being in form of I ("I-pin” in English).
  • the hairpin and flat electrical conductors increase the fill factor of the notch, making the machine more compact. Thanks to a high filling coefficient, the thermal exchanges between the electrical conductors and the stator mass are improved, which makes it possible to reduce the temperature of the electrical conductors inside the slots.
  • the manufacture of the stator can be facilitated by the electrical conductors in the form of pins.
  • the winding with pins can be easily modified by changing only the connections between the pins at the coil heads.
  • Electrical conductors extend axially into the notches.
  • the electrical conductors can be introduced into the corresponding notches through one or both axial ends of the machine.
  • An I-shaped electrical conductor has two axial ends each placed at one of the axial ends of the stator. It passes through a single notch, and can be welded at each of its axial ends to two other electrical conductors, at the axial ends of the stator.
  • the stator may for example comprise six or twelve electrical conductors in the shape of an I, the other electrical conductors possibly all being in the shape of a U.
  • a U-shaped electrical conductor has two axial ends both placed at one of the axial ends of the stator. It passes through two different slots, and can be welded at each of its axial ends to two other electrical conductors, at the same axial side of the stator. The bottom of the U is located on the other axial side of the stator.
  • each electrical conductor has one or more strands ("wire” or “strand” in English).
  • strand we mean the most basic unit for electrical conduction.
  • a strand can be of round cross section, we can then speak of "wire”, or flat.
  • the flat strands can be shaped into pins, for example a U or an I.
  • Each strand is coated with an insulating enamel.
  • each notch can include several electrical conductors and / or several strands makes it possible to minimize losses by induced currents, or Joule AC losses, which evolve with the square of the supply frequency, which is particularly advantageous at high frequency and when the operating speed is high. It is thus possible to obtain better efficiency at high speed.
  • the presence of the closed notches can make it possible to obtain a reduction in the flow of leaks seen by the electrical conductors, which results in a reduction in eddy current losses in the strands.
  • each electrical conductor may include several pins, each forming a strand, as explained above. All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other at the output of the notch. The strands electrically connected to each other are placed in short circuit. The number of strands electrically connected together may be greater than or equal to 2, being for example between 2 and 12, being for example 3, 4, 6 or 8 strands.
  • Several strands can form the same electrical conductor.
  • the same electric current of the same phase flows through all the strands of the same electrical conductor.
  • All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other, especially at the exit of the notch.
  • All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other at each of their two axial ends, in particular at the exit from the notch. They can be electrically connected in parallel.
  • each electrical conductor has three strands.
  • a notch can therefore accommodate six strands, for example, distributed between the two electrical conductors.
  • a notch has four electrical conductors. Each electrical conductor can have two strands. The notch then accommodates eight strands, distributed between the four electrical conductors.
  • the strands can be positioned in the notch so that their circumferential dimension around the axis of rotation of the machine is greater than their radial dimension. Such a configuration allows a reduction in eddy current losses in the strands.
  • a strand may have a width of between 1 and 5 mmm, being for example of the order of
  • the width of a strand is defined as its dimension in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
  • a strand may have a height of between 1 and 4 mmm, being for example of the order of
  • the height of a strand is defined as its thickness in the radial dimension.
  • a ratio of the width of a strand to its height can be between 1 and 2.5, better still between 1.2 and 2, or even between 1.4 and 1.8, being for example 1.56 or 1 , 66. Such a ratio allows a reduction in eddy current losses in the strands.
  • the electrical conductors can be made of copper or aluminum.
  • the electrical conductors are electrically insulated from the outside by an insulating coating, including enamel.
  • the electrical conductors can be separated from the walls of the notch by an insulation, in particular by at least one sheet of insulation. Such a sheet insulator allows better insulation of the electrical conductors with respect to the stator mass.
  • the use of closed notches can improve the retention of insulation around electrical conductors in the notches.
  • the notches can be open or at least partially closed.
  • a partially closed notch makes it possible to provide an opening at the level of the air gap, which can be used, for example, for the placement of the electrical conductors for filling the notch.
  • a partially closed notch is in particular formed between two teeth which each have pole shoes at their free end, which close the notch at least in part.
  • the notches can be completely closed.
  • “fully closed notch” is meant notches which are not open radially towards the air gap.
  • the presence of the closed notches makes it possible to improve the performance of the electric machine in terms of the quality of the magnetic field in the air gap, by minimizing the harmonic content and the eddy current losses in the electric conductors, and the leakage fluxes in the air gap. the notches, as well as the fluctuations of the magnetic field in the air gap and heating of the machine. In addition, the presence of these closed notches improves the mechanical rigidity of the stator, mechanically strengthening the stator and reducing vibrations.
  • the stator mass can be produced by stacking magnetic sheets, the notches being formed by cutting the sheets.
  • the stator mass can also be produced by cutting from a mass of sintered or agglomerated magnetic powder.
  • a rotating electrical machine such as a synchronous motor or a synchronous generator, comprising a stator.
  • the stator may include a stator mass comprising notches formed between teeth, each notch receiving one or more electrical conductors.
  • the machine can be synchronous or asynchronous.
  • the machine can be reluctance. It can constitute a synchronous motor.
  • the maximum speed of rotation of the machine can be high, being for example greater than 10,000 rpm, better still greater than 12,000 rpm, being for example of the order of 14,000 rpm at 15,000 rpm. min, or even 20,000 rpm or 25,000 rpm.
  • the maximum speed of rotation of the machine may be less than 100,000 rpm, or even 60,000 rpm, or even less than 40,000 rpm, better still less than 30,000 rpm.
  • the rotating electric machine may include a rotor.
  • the rotor can be permanent magnet, with surface magnets or buried.
  • the rotor can be in flux concentration. It can include one or more layers of magnets arranged in I, U or V. Alternatively, it can be a wound rotor or squirrel cage, or a variable reluctance rotor.
  • the diameter of the rotor may be less than 400 mm, better still less than 300 mm, and greater than 50 mm, better still greater than 70 mm, being for example between 100 and 200 mm.
  • the rotor may have a rotor mass extending along the axis of rotation and disposed around a shaft.
  • the shaft may include torque transmission means for rotating the rotor mass.
  • the rotor may or may not be cantilevered.
  • the machine can be inserted alone in a housing or inserted in a gearbox housing. In this case, it is inserted in a housing which also houses a gearbox.
  • the cooling device does not rest on the teeth of the stator mass.
  • the distance d is small enough to allow thermal contact between the cooling device and the electrical conductors of the stator.
  • the distance d is less than 60 mm, better still less than 40 mm, for example equal to 27 mm or approximately 38 mm.
  • the subject of the invention is also a method of welding electrical conductors of an electric machine stator, comprising at least the following steps:
  • steps (b) of circulating a fluid and (c) of melting can be completely simultaneous.
  • the steps (b) of circulating a fluid and (c) of melting can be partially simultaneous.
  • step (b) of circulating a fluid can be initiated before step (c) of melting.
  • step (b) of circulating a fluid can be initiated after step (c) of melting and continue thereafter.
  • Melting step (c) can be carried out using a heat source, in particular a laser or an electric arc.
  • the welding process using a tungsten electrode can be TIG welding (in English “Tungsten Inert Gas”).
  • TIG welding in English “Tungsten Inert Gas”.
  • the electric arc is produced from a tungsten electrode and a plasma.
  • a heat source allows the free ends of the strands to melt without degrading the assembly of the strands of the electrical conductor (s).
  • a single heat source can be used to produce the same weld.
  • several heat sources can be used to produce the same weld.
  • FIG. 1 is a perspective, schematic and partial view of a stator intended to be manufactured in accordance with the invention
  • FIG. 2 is a perspective view, schematic and partial, of the stator of FIG.
  • FIG. 3 is a detail view, in perspective, of the stator of FIG. 1,
  • Figure 4 is a diagram of the free ends of two electrical conductors to be welded in thermal contact with an example of a cooling device according to the invention
  • FIG. 5 is a top view of an example of a cooling device according to the invention arranged opposite a stator of a rotating electrical machine
  • FIG. 6a is a top view of an example of a cooling device according to the invention arranged opposite a stator of a rotating electrical machine
  • FIG. 6b is a top view of an example of a cooling device according to the invention arranged opposite a stator of a rotating electrical machine
  • FIG 7a Figure 7a is a detail view of the cooling device of Figure 6a
  • Figure 7b Figure 7b is a detail view of an alternative embodiment
  • Figure 8a is a detail view of electrical conductors arranged in the same notch of a stator, in thermal contact with the cooling device of Figure 6a,
  • Figure 8b is a detail view of electrical conductors arranged in the same notch of a stator, in thermal contact with the cooling device of Figure 6b,
  • FIG. 9 is a top view of an example of a cooling device according to the invention arranged opposite a stator of a rotating electrical machine,
  • Figure 10 is a detail view of electrical conductors arranged in the same notch of a stator, in thermal contact with the cooling device of Figure
  • stator 2 of a rotating electrical machine 1 also comprising a rotor not shown.
  • the stator generates a rotating magnetic field that drives the rotating rotor, as part of a synchronous motor, and in the case of an alternator, the rotation of the rotor induces an electromotive force in the electrical conductors of the stator.
  • the stator 2 comprises electrical conductors 22, which are arranged in notches 21 formed between teeth 23 of a stator mass 25.
  • the notches 21 are closed.
  • the electrical conductors 22 have strands 33.
  • the strands 33 have a generally rectangular cross section, in particular with rounded corners.
  • the strands 33 are in the example described superimposed radially in a single row.
  • the thickness e of a strand 33 is its dimension in the radial direction of the machine.
  • the width 1 of a strand 33 is defined as its dimension in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
  • the width L of the section to be welded corresponds to the sum of the thicknesses e of each strand.
  • the electrical conductors 22 are mostly pin-shaped, i.e. U or I, and extending axially into the notches.
  • a first electrical conductor housed in a first notch is electrically connected to a second electrical conductor housed in a second notch, at the outlet from said notches.
  • the first and second notches are non-consecutive. In the example shown, they are separated by 7 other notches. Alternatively, the first and second notches are separated by 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 or 11 other notches, for example.
  • the electrical connection is formed on the electrical conductors just after they exit the two notches, at one axial end of the stator mass.
  • the two electrical conductors each have an oblique portion 22b, which converge towards each other.
  • the electrical connection between two conductors is made in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine, causing the free ends 22a of the strands of the two electrical conductors to merge.
  • FIG. 4 illustrates the free ends of two electrical conductors 22 to be welded in thermal contact with a cooling device 3 according to the invention.
  • the cooling device 3 comprises a cooling circuit 31. In the latter circulates a cooling fluid 32, for example a mixture of water and glycol.
  • a cooling fluid 32 for example a mixture of water and glycol.
  • the lower face 37 of the device has a bevel shape which makes it easier to insert the electrical conductors 22 into the device 3.
  • FIG. 5 shows an example of a cooling device 3 arranged above a stator 2 of a rotating electrical machine.
  • the conduit winds between the free ends of the electrical conductors 22 to be welded.
  • the cooling circuit of the device 3 winds regularly between the electrical conductors 22.
  • Each corrugation surrounds electrical conductors 22 arranged in the same notch 21 of the stator 2.
  • the cooling circuit thus provides spaces for receiving the free ends of the conductors. electric 22 to solder.
  • the reception spaces 35 are for example superimposed on the notches 21 of the stator 2.
  • the circuit of cooling 31 has a single entry point 36 for the cooling fluid.
  • the cooling fluid 32 circulates radially from the inside to the outside above a first tooth 23 of the stator 2 then radially from the outside to the inside above a second tooth 23 adjacent to the first .
  • FIGS. 6a and 6b illustrate a cooling device 3 according to an embodiment of the invention arranged opposite a stator 2 of a rotating electrical machine.
  • the cooling device 3 shown comprises two concentric portions 301, 302 disposed radially on either side of the electrical conductors 22 of the stator 2.
  • the two portions 301, 302 communicate by radial channels arranged between the electrical conductors, for example at- above all the teeth 23 of the stator 2.
  • the cooling circuit provides reception spaces 35 for the free ends of the electrical conductors 22 to be welded.
  • the reception spaces 35 are for example superimposed on the notches 21 of the stator 2.
  • a first portion 302 of the cooling circuit is arranged inside the stator 2, in the space delimited by the electrical conductors 22.
  • a second portion 301 of the cooling circuit is arranged outside the stator 2, outside of the space delimited by the electrical conductors 22.
  • the entry point 36 of the cooling fluid is connected to the cooling circuit portion 302 disposed therein.
  • the coolant then flows from the inside to the outside.
  • the entry point 36 of the coolant is connected to the portion 301 of the cooling circuit disposed outside.
  • the coolant then flows from the outside to the inside.
  • FIG. 9 illustrates another embodiment of the cooling device 3 according to the invention arranged opposite a stator 2 of a rotating electrical machine.
  • the cooling device 3 shown comprises two concentric portions 301, 302 disposed radially on either side of the electrical conductors 22 of the stator 2.
  • the two portions 301, 302 do not communicate with each other.
  • the cooling circuit therefore does not pass between the electrical conductors 22, above the teeth 21 of the stator 3.
  • the cooling circuit provides a single space 35 for receiving the free ends of the electrical conductors 22 to be welded.
  • a first portion 302 of the cooling circuit is arranged inside the stator 2, in the space delimited by the electrical conductors 22.
  • a second portion 301 of the cooling circuit is arranged outside the stator 2, outside of the space delimited by the electrical conductors 22.
  • the portion 301 of the cooling circuit has an entry point 36 for the cooling fluid.
  • the portion 302 of the cooling circuit has an entry point 36 ’for the coolant.
  • the two concentric portions 301, 302 of the cooling circuit can be traversed by counter-rotating cooling fluids.
  • the outer portion 301 is traversed by a cooling fluid circulating in the indirect counterclockwise direction and the inner portion 302 is traversed by a cooling fluid circulating in the direct counterclockwise direction.
  • the cooling device comprises a single receiving space 35 which has the shape of a ring. This receiving space is arranged between the two concentric portions 301, 302 of the cooling circuit. The receiving space 35 extends over the entire circumference of the device. When the device is placed opposite the stator, the free ends of all the electrical conductors 22 are all inserted into the receiving space 35.
  • the invention is not limited to the embodiments which have just been described, and the rotor associated with the stator described can be wound, with a squirrel cage or with permanent magnets, or else with variable reluctance.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a cooling device (3) for cooling one or more electrical conductors (22) of a stator (2) of a rotating electrical machine (1), said device (3) comprising at least one cooling circuit (31) for a coolant (32), intended to be disposed in thermal contact with at least part of the electrical conductor(s) (22) during a step involving the welding of said electrical conductors.

Description

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE CONDUCTEURS ELECTRIQUES SEGMENTES SEGMENTED ELECTRIC CONDUCTOR COOLING DEVICE
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1912299 déposée le 31 octobre 2019 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence. La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d’un ou plusieurs conducteurs électriques à souder d’un stator de machine électrique tournante. The present invention claims the priority of the French application 1912299 filed on October 31, 2019, the content of which (text, drawings and claims) is incorporated here by reference. The present invention relates to a device for cooling one or more electrical conductors to be welded of a stator of a rotating electrical machine.
Domaine technique Technical area
L’invention porte plus particulièrement sur les machines synchrones ou asynchrones, à courant alternatif. Elle concerne notamment les machines de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques (Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que voitures individuelles, camionnettes, camions ou bus. L’invention s’applique également à des machines électriques tournantes pour des applications industrielles et/ou de production d’énergie, notamment navales, éoliennes ou aéronautiques. The invention relates more particularly to synchronous or asynchronous machines with alternating current. It relates in particular to traction or propulsion machines for electric motor vehicles (Battery Electric Vehicle) and / or hybrids (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), such as passenger cars, vans, trucks or buses. The invention also applies to rotating electrical machines for industrial and / or energy production applications, in particular naval, wind or aeronautical applications.
Technique antérieure Prior art
Le soudage de plusieurs conducteurs électriques adjacents dans une configuration dite à bords relevés, c’est-à-dire avec des conducteurs électriques qui sont à une même hauteur, conduit à des soudures qui sont difficilement pénétrantes. De plus, plus le nombre de brin par conducteurs électriques augmente, plus l’énergie de soudage nécessaire pour réaliser la soudure des conducteurs électriques augmente. The welding of several adjacent electrical conductors in a so-called raised edge configuration, that is to say with electrical conductors which are at the same height, leads to welds which are difficult to penetrate. In addition, the more the number of strands per electrical conductor increases, the more the welding energy required to solder the electrical conductors increases.
Lorsque l’énergie nécessaire au soudage est très élevée, afin d’augmenter la pénétration de la soudure, il existe un risque de destruction des conducteurs électriques par accumulation de l’énergie dans l’extrémité à souder, puis fusion et effondrement de celle-ci. When the energy required for welding is very high, in order to increase the penetration of the weld, there is a risk of destruction of the electrical conductors by accumulation of energy in the end to be welded, then fusion and collapse of it. this.
Cet apport énergétique élevé peut entraîner également une dégradation prononcée de l’isolant et des fils et potentiellement des isolants des encoches du stator, ce qui peut conduire à des défaillances fonctionnelles. This high energy input can also cause severe degradation of the insulation and wires and potentially of the stator notch insulation, which can lead to functional failures.
Cela peut se traduire également par la nécessité d’une augmentation de la hauteur des brins des conducteurs électriques avant la soudure, qui conduit à une grande hauteur de chignon. Il existe un besoin pour souder ensemble simplement des conducteurs électriques, sans risquer de les détériorer lors de l’opération de soudage. L’invention vise à permettre le soudage aisé de conducteurs électrique en évacuant et canalisant le surplus d’énergie à travers un dispositif de refroidissement. This can also result in the need for an increase in the height of the strands of the electrical conductors before soldering, which leads to a great height of the bun. There is a need for simply soldering electrical conductors together, without running the risk of damaging them during the welding operation. The invention aims to allow easy welding of electrical conductors by removing and channeling the excess energy through a cooling device.
Exposé de l’invention Dispositif de refroidissement Disclosure of the invention Cooling device
L’invention a ainsi pour objet, selon l’un de ses aspects, un dispositif de refroidissement d’un ou plusieurs conducteurs électriques d’un stator de machine électrique tournante, le dispositif comportant au moins un circuit de refroidissement d’un fluide de refroidissement, destiné à être disposé en contact thermique avec au moins une partie du ou des conducteurs électriques au cours d’une étape de soudage desdits conducteurs électriques. The subject of the invention is thus, according to one of its aspects, a device for cooling one or more electrical conductors of a stator of a rotating electrical machine, the device comprising at least one circuit for cooling a cooling fluid. cooling, intended to be placed in thermal contact with at least part of the electrical conductor (s) during a step of welding said electrical conductors.
Des conducteurs électriques sont en « contact thermique » s’ils se trouvent suffisamment proche pour qu’un échange de calories puisse avoir lieu avec le fluide de refroidissement. Un tel dispositif permet d’évacuer efficacement la chaleur transmise aux conducteurs électriques pour réaliser la soudure. Il est ainsi possible de réaliser des soudures impliquant des conducteurs électriques de section de passage plus élevée que celles réalisées traditionnellement. Ce dispositif de refroidissement permet également de souder des conducteurs électriques comportant un plus grand nombre de brin. Electrical conductors are in "thermal contact" if they are close enough that heat exchange can take place with the coolant. Such a device makes it possible to efficiently remove the heat transmitted to the electrical conductors to carry out the welding. It is thus possible to carry out welds involving electrical conductors with a passage section greater than those carried out traditionally. This cooling device also makes it possible to solder electrical conductors comprising a greater number of strands.
Le dispositif selon l’invention permet de limiter les écoulements de matière fondue issue de la soudure. On peut ainsi mieux maîtriser la géométrie de la soudure. The device according to the invention makes it possible to limit the flow of molten material resulting from the welding. It is thus possible to better control the geometry of the weld.
Le dispositif de refroidissement selon l’invention permet également de bien maintenir en place les conducteurs électriques lors de l’étape de soudage. The cooling device according to the invention also makes it possible to hold the electrical conductors in place during the welding step.
Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, de U ou de I. At least electrical conductors, if not a majority of electrical conductors, can be in the shape of pins, U or I.
Au moins 30% des conducteurs électriques peuvent être en contact thermique avec le dispositif de refroidissement. Au moins 50% des conducteurs électriques peuvent être en contact thermique avec le dispositif de refroidissement. Dans un mode de réalisation tous les conducteurs électriques du stator sont en contact thermique avec le dispositif de refroidissement selon l’invention. At least 30% of the electrical conductors can be in thermal contact with the cooling device. At least 50% of the electrical conductors can be in thermal contact with the cooling device. In one embodiment, all of the electrical conductors of the stator are in thermal contact with the cooling device according to the invention.
Le dispositif peut être de forme sensiblement aplatie. Il peut comporter une face supérieure et une face inférieure. La face inférieure est par exemple destinée à venir en regard du stator pendant l’étape de soudage. De préférence le dispositif peut présenter un contour ayant une forme similaire à celle d’une section transversale du stator. Par exemple, le dispositif présente une forme circulaire. Avantageusement, le circuit de refroidissement peut être configuré pour ménager des espaces de réceptions des extrémités libres des conducteurs électriques à souder. The device may be of substantially flattened shape. It may have an upper face and a lower face. The lower face is for example intended to come opposite the stator during the welding step. Preferably the device may have an outline having a shape similar to that of a cross section of the stator. For example, the device has a circular shape. Advantageously, the cooling circuit can be configured to provide spaces for receiving the free ends of the electrical conductors to be soldered.
Dans un mode de réalisation, les espaces de réception des extrémités libres des conducteurs électriques à souder ménagés par le circuit de refroidissement sont situés au-dessus des encoches du stator de la machine électrique. In one embodiment, the spaces for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded formed by the cooling circuit are located above the notches of the stator of the electrical machine.
Les espaces de réception des extrémités libres des conducteurs électriques à souder peuvent être de forme sensiblement rectangulaire et notamment rectangulaire. En variante, le dispositif peut comporter un unique espace de réception ayant une forme d'anneau. Cet espace de réception en forme d'anneau peut s'étendre suivant toute la circonférence du dispositif. The spaces for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded may be of substantially rectangular and in particular rectangular shape. As a variant, the device may include a single receiving space having the shape of a ring. This ring-shaped receiving space can extend along the entire circumference of the device.
Le circuit de refroidissement peut être disposé au-dessus des dents, entre les encoches du stator. Ainsi, les conducteurs électriques qui sont disposés dans les encoches peuvent être facilement inséré dans le dispositif de refroidissement. The cooling circuit can be arranged above the teeth, between the notches of the stator. Thus, the electrical conductors which are arranged in the notches can be easily inserted into the cooling device.
Dans une variante de réalisation, le dispositif de refroidissement ménage autant d’espaces de réception des extrémités libres des conducteurs électriques à souder qu’il y a d’encoches dans le stator. In an alternative embodiment, the cooling device has as many spaces for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded as there are notches in the stator.
En variante, le dispositif de refroidissement ménage moins d’espace de réception des extrémités libres des conducteurs électriques à souder qu’il y a d’encoches dans le stator. Dans ce cas, les extrémités libres des conducteurs électriques présent dans des encoches différentes peuvent être insérés dans un même espace de réception des extrémités libres des conducteurs électriques à souder. Par exemple, si le dispositif de refroidissement ménage moitié moins d’espaces de réception des extrémités libres des conducteurs électriques à souder que d’encoches dans le stator, alors les extrémités libres des conducteurs électriques disposés dans deux encoches adjacentes peuvent être inséré dans un même espace. Alternatively, the cooling device saves less space for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded than there are notches in the stator. In this case, the free ends of the electrical conductors present in different notches can be inserted in the same space for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded. For example, if the cooling device has half the space for receiving the free ends of the electrical conductors to be welded than notches in the stator, then the free ends of the electrical conductors arranged in two adjacent slots can be inserted in the same one. space.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de refroidissement ménage un unique espace de réception des extrémités libres des conducteurs électriques de toutes les encoches du stator. Dans ce mode de réalisation, les conducteurs électriques disposés dans les encoches du stator sont tous insérés dans l’unique espace ménagé par le dispositif de refroidissement. In one embodiment, the cooling device provides a single space for receiving the free ends of the electrical conductors of all the notches of the stator. In this embodiment, the electrical conductors arranged in the notches of the stator are all inserted into the single space provided by the cooling device.
La face inférieure du dispositif peut avoir une forme biseautée au niveau des espaces de réceptions des extrémités libres des conducteurs électriques à souder. Ces biseaux d’introduction permettent de faciliter la mise en place du dispositif sur le stator de la machine électrique sur laquelle on réalise l’étape de soudage. En particulier, ces biseaux facilitent l’insertion des conducteurs électriques dans le dispositif. The lower face of the device may have a bevelled shape at the level of the reception spaces of the free ends of the electrical conductors to be welded. These introduction bevels make it possible to facilitate the positioning of the device on the stator of the electric machine on which the welding step is carried out. In particular, these bevels facilitate the insertion of the electrical conductors into the device.
Le circuit de refroidissement peut être configuré pour être parcouru par un fluide de refroidissement circulant circonférentiellement et/ou radialement par rapport à l’axe de rotation de la machine électrique tournante. The cooling circuit can be configured to be traversed by a cooling fluid circulating circumferentially and / or radially with respect to the axis of rotation of the rotating electrical machine.
Le fluide de refroidissement peut par exemple contenir de l’eau, de l’huile, de l’air ou du glycol, cette liste n’étant pas limitative. Le circuit de refroidissement du dispositif peut comporter plusieurs points d’entrées de fluide de refroidissement. The coolant can for example contain water, oil, air or glycol, this list not being exhaustive. The device's cooling circuit may have several cooling fluid inlet points.
Le dispositif peut être configuré pour assurer une circulation croisée du fluide de refroidissement dans le circuit de refroidissement. Par exemple, le circuit de refroidissement comporte deux points d’entrée. En variante, le circuit de refroidissement comporte plus de deux points d’entrée. The device can be configured to ensure cross circulation of the cooling fluid in the cooling circuit. For example, the cooling circuit has two entry points. Alternatively, the cooling circuit has more than two entry points.
Dans un mode de réalisation, le fluide de refroidissement circule radialement de l’intérieur vers l’extérieur au-dessus de toutes ou partie des dents du stator. En variante, le fluide de refroidissement circule radialement de l’extérieur vers l’intérieur au-dessus de toutes ou partie des dents du stator. Dans un autre mode de réalisation, le fluide de refroidissement circule radialement de l’intérieur vers l’extérieur au-dessus d’une première dent du stator puis radialement de l’extérieur vers l’intérieur au-dessus d’une deuxième dent, par exemple adjacente à la première. In one embodiment, the coolant circulates radially from the inside to the outside above all or part of the teeth of the stator. Alternatively, the coolant flows radially from the outside to the inside over some or all of the stator teeth. In another embodiment, the cooling fluid circulates radially from the inside to the outside above a first tooth of the stator then radially from the outside to the inside above a second tooth, for example adjacent to the first.
Avantageusement, au moins un des côtés radiaux et/ou un des côtés circonférentiels des conducteurs électriques disposés dans une même encoche du stator est en contact thermique avec le circuite de refroidissement. Advantageously, at least one of the radial sides and / or one of the circumferential sides of the electrical conductors arranged in the same notch of the stator is in thermal contact with the cooling circuit.
On entend par « côté radial » un côté d’un conducteur électrique qui s’étend dans la direction radiale de la machine. On entend par « côté circonférentiel » un côté d’un conducteur électrique qui s’étend dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. By "radial side" is meant a side of an electrical conductor which extends in the radial direction of the machine. By "circumferential side" is meant a side of an electrical conductor which extends in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
Dans un mode de réalisation, tous les côtés radiaux et tous les côtés circonférentiels de chacun des conducteurs électriques du stator sont en contact thermique avec le dispositif. En variante, tous les côtés radiaux de chacun des conducteurs électriques du stator sont en contact thermique avec le dispositif et aucun des côtés circonférentiels de chacun des conducteurs électriques ne sont en contact thermique avec le dispositif de refroidissement. En variante, tous les côtés circonférentiels et un seul côté radial de chacun les conducteurs électriques sont en contact thermique avec le dispositif de refroidissement. In one embodiment, all of the radial sides and all of the circumferential sides of each of the electrical conductors of the stator are in thermal contact with the device. Alternatively, all of the radial sides of each of the electrical conductors of the stator are in thermal contact with the device and none of the circumferential sides of each of the electrical conductors are in thermal contact with the cooling device. Alternatively, all of the circumferential sides and only one radial side of each of the electrical conductors are in thermal contact with the cooling device.
En variante encore, seul un côté radial de chacun des conducteurs électriques est en contact thermique avec le dispositif de refroidissement. As a further variant, only one radial side of each of the electrical conductors is in thermal contact with the cooling device.
Dans une autre variante, seul un côté radial et un côté circonférentiel de chacun des conducteurs électriques sont en contact thermique avec le dispositif de refroidissement. Dans un autre mode de réalisation, certains conducteurs électriques sont en contact thermique avec le dispositif de refroidissement par leur côté circonférentiel uniquement et le reste des conducteurs électriques sont en contact thermique par un côté radial et un côté circonférentiel. In another variant, only a radial side and a circumferential side of each of the electrical conductors are in thermal contact with the cooling device. In another embodiment, some electrical conductors are in thermal contact with the cooling device through their circumferential side only and the remainder of the electrical conductors are in thermal contact through a radial side and a circumferential side.
Le circuit de refroidissement peut comporter un conduit pour la circulation du fluide de refroidissement. Le conduit peut serpenter entre les extrémités libres des conducteurs électriques à souder. The cooling circuit may include a duct for the circulation of the cooling fluid. The conduit can meander between the free ends of the electrical conductors to be welded.
On entend par « serpenter » le fait de se développer en formant des ondulations. Dans un mode de réalisation privilégié, le circuit de refroidissement serpente de manière régulière, par exemple entre tous les conducteurs électriques. Ainsi chaque ondulation entoure des conducteurs électriques disposés dans une même encoche du stator. By "meandering" is meant the fact of developing by forming undulations. In a preferred embodiment, the cooling circuit winds regularly, for example between all the electrical conductors. Thus each corrugation surrounds electrical conductors arranged in the same notch of the stator.
En variante, il serpente autour de conducteurs électriques disposés dans différentes encoches. Par exemple, chaque ondulation entoure des conducteurs électriques disposés dans deux encoches adjacentes. Par exemple, chaque ondulation entoure les conducteurs électriques disposés dans trois encoches adjacentes. As a variant, it winds around electrical conductors arranged in different notches. For example, each corrugation surrounds electrical conductors arranged in two adjacent notches. For example, each corrugation surrounds the electrical conductors arranged in three adjacent notches.
En variante, le circuit de refroidissement serpente de manière irrégulière entre les conducteurs électriques. As a variant, the cooling circuit winds irregularly between the electrical conductors.
Le circuit de refroidissement peut comporter deux portions concentriques disposées radialement de part et d’autre des conducteurs électriques du stator. Les deux portions peuvent communiquer par des canaux radiaux disposés entre les conducteurs électriques, au- dessus de tout ou partie des dents du stator. The cooling circuit may have two concentric portions arranged radially on either side of the electrical conductors of the stator. The two portions can communicate by radial channels arranged between the electrical conductors, above all or part of the teeth of the stator.
Une première portion de circuit de refroidissement est disposée à l’intérieur du stator, dans l’espace délimité par les conducteurs électriques. Une deuxième portion de circuit de refroidissement est disposée à l’extérieur du stator, en dehors de l’espace délimité par les conducteurs électriques. Il peut y avoir un ou plusieurs points d’entrée du fluide de refroidissement pour chaque portion de circuit de refroidissement. Le ou les points d’entrée peuvent être connectés à la portion de circuit de refroidissement disposée à l’extérieur. Le fluide de refroidissement s’écoule alors de l’extérieur vers l’intérieur. A first portion of the cooling circuit is arranged inside the stator, in the space delimited by the electrical conductors. A second portion of the cooling circuit is arranged outside the stator, outside the space delimited by the electrical conductors. There may be one or more coolant entry points for each portion of the cooling circuit. The entry point (s) can be connected to the portion of the cooling circuit arranged outside. The coolant then flows from the outside to the inside.
En variante, le ou les points d’entrée peuvent être connectés à la portion de circuit de refroidissement disposée à l’intérieur. Le fluide de refroidissement s’écoule alors de l’intérieur vers l’extérieur. Alternatively, the entry point (s) may be connected to the portion of the cooling circuit disposed therein. The coolant then flows from the inside to the outside.
En variante encore, il peut y avoir un ou plusieurs points d’entrée situés sur les deux portions de circuit de refroidissement. As a further variant, there may be one or more entry points located on the two portions of the cooling circuit.
Le circuit de refroidissement peut comporter deux portions concentriques ne communiquant pas, disposées radialement de part et d’autre des conducteurs électriques du stator. Le fluide de refroidissement peut circuler dans chacune desdites portions dans des sens opposés.The cooling circuit may have two concentric non-communicating portions, arranged radially on either side of the electrical conductors of the stator. The cooling fluid can flow in each of said portions in opposite directions.
Les deux portions concentriques du circuit de refroidissement peuvent être parcourues par des fluides de refroidissement contrarotatifs. En variante, elles peuvent être parcourues par des fluides de refroidissement circulant dans le même sens, par exemple dans le sens trigonométrique direct autour de l’axe de rotation de la machine électrique. Par exemple encore, elles sont parcourues par des fluides de refroidissement circulant dans le sens trigonométrique indirect autour de l’axe de rotation de la machine électrique. The two concentric portions of the cooling circuit can be traversed by counter-rotating cooling fluids. As a variant, they can be traversed by cooling fluids flowing in the same direction, for example in the direct counterclockwise direction around the axis of rotation of the electric machine. For example again, they are traversed by cooling fluids circulating in the indirect counterclockwise direction around the axis of rotation of the electric machine.
Une première portion de circuit de refroidissement est disposée à l’intérieur du stator, dans l’espace délimité par les conducteurs électriques. Une deuxième portion de circuit de refroidissement est disposée à l’extérieur du stator, en dehors de l’espace délimité par les ensembles de conducteurs électriques. A first portion of the cooling circuit is disposed inside the stator, in the space delimited by the electrical conductors. A second portion of the cooling circuit is disposed outside the stator, outside the space delimited by the sets of electrical conductors.
Dans un mode de réalisation, la portion extérieure peut être parcourue par un fluide de refroidissement circulant dans le sens trigonométrique direct et la portion intérieure peut être parcourue par un fluide de refroidissement circulant dans le sens trigonométrique indirect. En variante, la portion extérieure peut être parcourue par un fluide de refroidissement circulant dans le sens trigonométrique indirect et la portion intérieure peut être parcourue par un fluide de refroidissement circulant dans le sens trigonométrique direct. In one embodiment, the outer portion may be traversed by a cooling fluid flowing in the direct counterclockwise direction and the inner portion may be traversed by a cooling fluid flowing in the indirect counterclockwise direction. As a variant, the outer portion can be traversed by a cooling fluid flowing in the indirect counterclockwise direction and the inner portion can be traversed by a cooling fluid flowing in the direct counterclockwise direction.
Le dispositif peut être au moins partiellement fabriqué par fabrication additive, par exemple à l’aide d’une imprimante 3D. The device can be at least partially manufactured by additive manufacturing, for example using a 3D printer.
Une telle méthode de fabrication permet de fabriquer un dispositif de refroidissement spécifiquement adapté au stator sur lequel on réalise l’opération de soudage. Such a manufacturing method makes it possible to manufacture a cooling device specifically adapted to the stator on which the welding operation is carried out.
Ensemble L’invention a également pour objet un ensemble comportant un dispositif de refroidissement tel que défini plus haut et un stator de machine électrique tournante, le stator comportant une masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, chaque encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques. Together The subject of the invention is also an assembly comprising a cooling device as defined above and a stator of a rotating electrical machine, the stator comprising a stator mass comprising notches formed between teeth, each notch receiving one or more electrical conductors.
Le stator peut comporter des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, en forme d'épingles, de U ou de I. The stator can include at least electrical conductors, or even a majority of electrical conductors, in the shape of pins, U or I.
Le dispositif est maintenu au-dessus du stator à une distance d non nulle lors du soudage des conducteurs électriques du stator. The device is held above the stator at a non-zero distance d when welding the electrical conductors of the stator.
Bobinage Winding
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage unique, notamment entier ou fractionnaire. Par « bobinage unique », on entend que les conducteurs électriques sont reliés électriquement ensemble dans le stator, et que les connexions entre les phases sont faites dans le stator, et non pas à l’extérieur du stator, par exemple dans une boite à bornes. The electrical conductors can form a single coil, in particular whole or fractional. By "single winding" is meant that the electrical conductors are electrically connected together in the stator, and that the connections between the phases are made in the stator, and not outside the stator, for example in a terminal box. .
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage distribué. Le bobinage n’est pas concentré ou bobiné sur dent. The electrical conductors can form a distributed coil. The winding is not concentrated or wound on tooth.
Le bobinage est dans l’invention entier ou fractionnaire. Le bobinage peut être entier à pas avec ou sans raccourcissement, ou en variante fractionnaire. Dans un mode de réalisation, les conducteurs électriques forment un bobinage fractionnaire, notamment à pas raccourci. Le nombre d’encoches du stator peut être compris entre 18 et 96, mieux entre 30 et 84, étant par exemple de 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 78, 81, 92, 96, mieux étant de 60 ou 63. Le nombre de pôles du stator peut être compris entre 2 et 24, voire entre 4 et 12, étant par exemple de 6 ou de 8. The winding is in the invention whole or fractional. The winding can be full in pitch with or without shortening, or in a fractional variant. In one embodiment, the electrical conductors form a fractional winding, in particular with a shortened pitch. The number of notches in the stator can be between 18 and 96, better still between 30 and 84, being for example 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 78 , 81, 92, 96, better still being 60 or 63. The number of poles of the stator can be between 2 and 24, or even between 4 and 12, being for example 6 or 8.
Le bobinage peut comporter une seule voie d’enroulement ou plusieurs voies d’enroulement. Dans un « conducteur électrique » circule le courant d’une même phase par voie d’enroulement. Par « voie d’enroulement », on entend l’ensemble des conducteurs électriques de la machine qui sont parcourus par un même courant électrique d’une même phase. Ces conducteurs électriques peuvent être connectés entre eux en série ou en parallèle ou en série-parallèle. Dans le cas où on a une seule voie, les conducteurs électriques sont connectés en série. Dans le cas où on a plusieurs voies, les conducteurs électriques de chaque voie sont connectés en série, et les voies sont connectés en parallèle. The winding can have a single winding path or several winding paths. In an "electrical conductor" flows the current of the same phase by winding. By "winding path" is meant all the electrical conductors of the machine which are traversed by the same electric current of the same phase. These electrical conductors can be connected to each other in series or in parallel or in series-parallel. In the case where there is only one channel, the electrical conductors are connected in series. In the case where there are several channels, the electrical conductors of each channel are connected in series, and the channels are connected in parallel.
Conducteurs électriques Dans un « conducteur électrique » circule le courant d’une même phase d’une voie d’enroulement. Plusieurs conducteurs électriques en série forment une « bobine » (« coil » en anglais). Le nombre de bobines par phase est au maximum égal au nombre de pôles du stator ou au nombre de paires de pôles. Electric conductors In an "electrical conductor" flows the current of the same phase of a winding track. Several electrical conductors in series form a "coil". The number of coils per phase is at most equal to the number of poles of the stator or to the number of pairs of poles.
Dans chaque encoche, il peut y avoir une ou plusieurs couches. Par « couche » (« layer » en anglais), on désigne les conducteurs électriques en série appartenant à une même phase disposés dans une même encoche. Dans chaque couche d’une encoche, il y a les conducteurs électriques d’une même phase. De manière générale, les conducteurs électriques d’un stator peuvent être réparties en une couche ou en deux couches. Lorsque les conducteurs électriques sont repartis en une seule couche, chaque encoche ne loge que des conducteurs électriques d’une même phase. In each notch there can be one or more layers. The term “layer” denotes the electrical conductors in series belonging to the same phase arranged in the same notch. In each layer of a notch, there are electrical conductors of the same phase. In general, the electrical conductors of a stator can be distributed in one layer or in two layers. When the electrical conductors are distributed in a single layer, each notch only accommodates electrical conductors of the same phase.
Dans l’invention, les conducteurs électriques peuvent être répartis en deux couches seulement. Dans ce cas, une ou des encoches peuvent loger des conducteurs électriques de deux phases différentes. C’est toujours le cas pour un bobinage à pas raccourci. Dans un mode de réalisation, le bobinage peut ne pas comporter plus de deux couches. Dans un mode de réalisation, il est notamment dépourvu de quatre couches. In the invention, the electrical conductors can be divided into only two layers. In this case, one or more notches can accommodate electrical conductors of two different phases. This is always the case for a short pitch winding. In one embodiment, the coil may not have more than two layers. In one embodiment, it is notably devoid of four layers.
Au moins un premier conducteur électrique logé dans une première encoche peut être relié électriquement à un deuxième conducteur électrique logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches. At least a first electrical conductor housed in a first notch can be electrically connected to a second electrical conductor housed in a second notch, at the outlet from said notches.
Par « reliés électriquement », on entend tout type de liaison électrique, notamment par soudure, avec différentes méthodes de soudures possible, notamment laser, TIG, induction, friction, ultrasons, vibrations, ou brasure, ou par serrage mécanique, notamment par sertissage, vissage ou rivetage par exemple. By “electrically connected” is meant any type of electrical connection, in particular by welding, with different possible welding methods, in particular laser, TIG, induction, friction, ultrasound, vibrations, or soldering, or by mechanical clamping, in particular by crimping, screwing or riveting for example.
Les première et deuxième encoches sont de préférence non consécutives. The first and second notches are preferably non-consecutive.
Les premier et deuxième conducteurs électriques peuvent être reliés électriquement à la sortie des première et deuxième encoches, c’est-à-dire que la liaison électrique est formée sur les conducteurs électriques juste après leur sortie des deux encoches, à une extrémité axiale de la masse statorique. La liaison électrique peut être faite dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la machine. Le plan de la liaison électrique peut être éloigné de la masse statorique de moins de 60 mm, mieux de moins de 40 mm, par exemple de 27 mm ou de 38 mm environ. Une majorité des conducteurs électriques logés dans une première encoche peuvent être reliés électriquement chacun à un deuxième conducteur électrique respectif logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches. Au moins une encoche, mieux une majorité des encoches, voire plus de la moitié des encoches, mieux plus des deux-tiers des encoches, voire toutes les encoches, peuvent comporter des premiers conducteurs électriques chacun relié électriquement à un deuxième conducteur électrique respectif logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches. The first and second electrical conductors can be electrically connected to the output of the first and second notches, that is to say that the electrical connection is formed on the electrical conductors just after their exit from the two notches, at an axial end of the stator mass. The electrical connection can be made in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine. The plane of the electrical connection can be away from the stator mass by less than 60 mm, better still by less than 40 mm, for example 27 mm or 38 mm approximately. A majority of the electrical conductors housed in a first notch can each be electrically connected to a respective second electrical conductor housed in a second notch, at the exit from said notches. At least one notch, better still a majority of the notches, or even more than half of the notches, better still more than two-thirds of the notches, or even all of the notches, may include first electrical conductors each electrically connected to a respective second electrical conductor housed in a second notch, at the exit of said notches.
Dans un mode de réalisation, tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre situées à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale, sont reliés électriquement ensemble. In one embodiment, all the electrical conductors having a free end located at the same circumferential position around the axis of rotation of the machine, regardless of their radial position, are electrically connected together.
Les premier et deuxième conducteurs électriques peuvent comporter chacun une portion oblique. Les portions obliques peuvent s’étendre dans une direction circonférentielle, autour de l’axe de rotation de la machine. Les deux portions obliques peuvent être configurées pour converger l’une vers l’autre et permettre ainsi de réaliser la liaison électrique. The first and second electrical conductors can each have an oblique portion. The oblique portions may extend in a circumferential direction, around the axis of rotation of the machine. The two oblique portions can be configured to converge towards each other and thus allow the electrical connection to be made.
Un conducteur électrique peut comporter deux portions obliques, une à chacune de ses deux extrémités. Les deux portions obliques d’un même conducteur électrique peuvent s’étendre dans des directions opposées. Elles peuvent diverger l’une par rapport à l’autre. Elles peuvent être symétriques l’une par rapport à l’autre. An electrical conductor can have two oblique portions, one at each of its two ends. The two oblique portions of the same electrical conductor can extend in opposite directions. They can diverge from each other. They can be symmetrical to each other.
Une majorité des conducteurs électriques peuvent comporter une ou des portions obliques telles que décrites ci-dessus. A majority of the electrical conductors can include one or more oblique portions as described above.
Les conducteurs électriques peuvent être disposés dans les encoches de manière répartie. Par « répartie », il faut comprendre que les conducteurs électriques de départ et de retour sont logés chacun dans des encoches différentes et non consécutives. Au moins l’un des conducteurs électriques peut passer successivement dans deux encoches non consécutives. Les conducteurs électriques peuvent être disposés de manière rangée dans les encoches. Par « rangée », on entend que les conducteurs électriques ne sont pas disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés selon une rangée de conducteurs électriques alignés dans la direction radiale. En variante, ils sont disposés selon une rangée de conducteurs électriques alignés dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. Dans un mode de réalisation, les brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques sont disposés selon une rangée de brins de conducteurs électriques alignés dans la direction radiale. En variante, ils sont disposés selon une rangée de brins de conducteurs électriques alignés dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. The electrical conductors can be arranged in the notches in a distributed manner. By “distributed”, it should be understood that the outgoing and return electrical conductors are each housed in different and non-consecutive notches. At least one of the electrical conductors can pass successively through two non-consecutive notches. The electrical conductors can be arranged in a row in the notches. The term “row” is understood to mean that the electrical conductors are not arranged in the notches in bulk but in an orderly manner. They are stacked in the notches in a non-random manner, being for example arranged in a row of electrical conductors aligned in the radial direction. As a variant, they are arranged in a row of electrical conductors aligned in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine. In one embodiment, the strands of one or more electrical conductors are arranged in a row of strands of electrical conductors aligned in the direction. radial. As a variant, they are arranged in a row of strands of electrical conductors aligned in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
Les conducteurs électriques peuvent être en section transversale de forme générale rectangulaire, notamment avec des arêtes arrondies. La dimension circonférentielle d’un conducteur électrique peut correspondre sensiblement à la largeur d’une encoche. Ainsi, une encoche peut ne comporter dans sa largeur qu’un seul conducteur électrique. La largeur de l’encoche est mesurée dans sa dimension circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. The electrical conductors may have a generally rectangular cross section, in particular with rounded edges. The circumferential dimension of an electrical conductor can correspond substantially to the width of a notch. Thus, a notch may have only one electrical conductor in its width. The width of the notch is measured in its circumferential dimension around the axis of rotation of the machine.
Les conducteurs électriques peuvent être adjacents les uns aux autres par leurs grands côtés, autrement appelé le plat. Electrical conductors can be adjacent to each other by their long sides, otherwise called the flat.
L’optimisation de l’empilement peut permettre de disposer dans les encoches une plus grande quantité de conducteurs électriques et donc d’obtenir un stator de plus grande puissance, à volume constant. The optimization of the stack can allow to have in the notches a greater quantity of electrical conductors and thus to obtain a stator of greater power, at constant volume.
Chaque encoche peut comporter deux à 36 conducteurs électriques, notamment deux à 24, mieux 2 à 12 conducteurs électriques. Chaque encoche peut comporter deux à huit conducteurs électriques, notamment deux à quatre conducteurs électriques, par exemple deux ou quatre conducteurs électriques. Dans une variante de réalisation chaque encoche comporte deux conducteurs électriques. Dans une autre variante de réalisation, chaque encoche comporte quatre conducteurs électriques. Each notch can include two to 36 electrical conductors, in particular two to 24, better still 2 to 12 electrical conductors. Each notch may include two to eight electrical conductors, in particular two to four electrical conductors, for example two or four electrical conductors. In an alternative embodiment, each notch has two electrical conductors. In another variant embodiment, each notch has four electrical conductors.
Epingles Pins
Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, de U ou de I. L’épingle peut être en forme de U (« U-pin » en anglais) ou droite, étant en forme de I (« I-pin » en anglais). Electrical conductors at least, see a majority of electrical conductors, can be in the shape of pins, U or I. The pin can be U-shaped ("U-pin" in English) or straight, being in form of I ("I-pin" in English).
Les conducteurs électriques en épingle et méplat permettent d’augmenter le coefficient de remplissage de l’encoche, rendant la machine plus compacte. Grâce à un coefficient de remplissage élevé, les échanges thermiques entre les conducteurs électriques et la masse statorique sont améliorés, ce qui permet de réduire la température des conducteurs électriques à l’intérieur des encoches. The hairpin and flat electrical conductors increase the fill factor of the notch, making the machine more compact. Thanks to a high filling coefficient, the thermal exchanges between the electrical conductors and the stator mass are improved, which makes it possible to reduce the temperature of the electrical conductors inside the slots.
En outre, la fabrication du stator peut être facilitée grâce aux conducteurs électriques en forme d'épingles. De plus, le bobinage avec des épingles peut être aisément modifiable en changeant uniquement les connexions entre les épingles au niveau des têtes de bobines. Enfin, les épingles ne nécessitant pas d’avoir des encoches ouvertes, on peut avoir des encoches fermées qui permettent de tenir les épingles et on peut donc ainsi supprimer l’étape d’insertion des cales du stator. In addition, the manufacture of the stator can be facilitated by the electrical conductors in the form of pins. In addition, the winding with pins can be easily modified by changing only the connections between the pins at the coil heads. Finally, since the pins do not need to have open notches, we can have closed notches which make it possible to hold the pins and it is therefore possible to eliminate the step of inserting the stator shims.
Des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, s’étendent axialement dans les encoches. Les conducteurs électriques peuvent être introduits dans les encoches correspondantes par l’une ou les deux extrémités axiales de la machine. Electrical conductors, or even a majority of electrical conductors, extend axially into the notches. The electrical conductors can be introduced into the corresponding notches through one or both axial ends of the machine.
Un conducteur électrique en forme de I a deux extrémités axiales chacune placées à l’une des extrémités axiales du stator. Il passe dans une encoche unique, et peut être soudé à chacune de ses extrémités axiales à deux autres conducteurs électriques, au niveau des extrémités axiales du stator. Le stator peut par exemple comporter six ou douze conducteurs électriques en forme de I, les autres conducteurs électriques pouvant tous être en forme de U. An I-shaped electrical conductor has two axial ends each placed at one of the axial ends of the stator. It passes through a single notch, and can be welded at each of its axial ends to two other electrical conductors, at the axial ends of the stator. The stator may for example comprise six or twelve electrical conductors in the shape of an I, the other electrical conductors possibly all being in the shape of a U.
Un conducteur électrique en forme de U a deux extrémités axiales toutes deux placées à l’une des extrémités axiales du stator. Il passe dans deux encoches différentes, et peut être soudé à chacune de ses extrémités axiales à deux autres conducteurs électriques, au niveau d’un même côté axial du stator. Le bas du U est disposé de l’autre côté axial du stator.A U-shaped electrical conductor has two axial ends both placed at one of the axial ends of the stator. It passes through two different slots, and can be welded at each of its axial ends to two other electrical conductors, at the same axial side of the stator. The bottom of the U is located on the other axial side of the stator.
Brins Strands
Dans l’invention, chaque conducteur électrique comporte un ou plusieurs brins (« wire » ou « strand » en anglais). Par « brin », on entend l’unité la plus élémentaire pour la conduction électrique. Un brin peut être de section transversale ronde, on peut alors parler de ‘fil’, ou en méplat. Les brins en méplat peuvent être mis en forme en épingles, par exemple en U ou en I. Chaque brin est revêtu d’un émail isolant. In the invention, each electrical conductor has one or more strands ("wire" or "strand" in English). By "strand" we mean the most basic unit for electrical conduction. A strand can be of round cross section, we can then speak of "wire", or flat. The flat strands can be shaped into pins, for example a U or an I. Each strand is coated with an insulating enamel.
Le fait que chaque encoche puisse comporter plusieurs conducteurs électriques et/ou plusieurs brins permet de minimiser les pertes par courants induits, ou pertes Joule AC, lesquelles évoluent avec le carré de la fréquence d’alimentation, ce qui est particulièrement avantageux à haute fréquence et lorsque la vitesse de fonctionnement est élevée. On peut ainsi obtenir un meilleur rendement à haute vitesse. The fact that each notch can include several electrical conductors and / or several strands makes it possible to minimize losses by induced currents, or Joule AC losses, which evolve with the square of the supply frequency, which is particularly advantageous at high frequency and when the operating speed is high. It is thus possible to obtain better efficiency at high speed.
La présence des encoches fermées peut permettre d’obtenir une réduction des flux de fuites vu par les conducteurs électriques, ce qui entraîne une diminution des pertes par courants de Foucault dans les brins. The presence of the closed notches can make it possible to obtain a reduction in the flow of leaks seen by the electrical conductors, which results in a reduction in eddy current losses in the strands.
Dans un mode de réalisation, chaque conducteur électrique peut comporter plusieurs épingles, chacune formant un brin, comme explicité ci-dessus. Tous les brins d’un même conducteur électrique peuvent être reliés électriquement les uns aux autres à la sortie de l’encoche. Les brins reliés électriquement les uns aux autres sont placés en court-circuit. Le nombre de brins reliés électriquement ensemble peut être supérieur ou égal à 2, étant par exemple compris entre 2 et 12, étant par exemple de 3, 4, 6 ou 8 brins. In one embodiment, each electrical conductor may include several pins, each forming a strand, as explained above. All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other at the output of the notch. The strands electrically connected to each other are placed in short circuit. The number of strands electrically connected together may be greater than or equal to 2, being for example between 2 and 12, being for example 3, 4, 6 or 8 strands.
Plusieurs brins peuvent former un même conducteur électrique. Un même courant électrique d’une même phase circule dans l’ensemble des brins d’un même conducteur électrique. Tous les brins d’un même conducteur électrique peuvent être reliés électriquement les uns aux autres, notamment à la sortie de l’encoche. Tous les brins d’un même conducteur électrique peuvent être reliés électriquement les uns aux autres à chacune de leurs deux extrémités axiales, notamment à la sortie de l’encoche. Ils peuvent être reliées électriquement en parallèle. Several strands can form the same electrical conductor. The same electric current of the same phase flows through all the strands of the same electrical conductor. All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other, especially at the exit of the notch. All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other at each of their two axial ends, in particular at the exit from the notch. They can be electrically connected in parallel.
Tous les brins de tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre situées à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale, peuvent être reliés électriquement les uns aux autres. All strands of all electrical conductors having a free end located at the same circumferential position around the axis of rotation of the machine, regardless of their radial position, can be electrically connected to each other.
Dans un autre mode de réalisation, chaque conducteur électrique comporte trois brins.In another embodiment, each electrical conductor has three strands.
Dans le cas où une encoche comporte deux conducteurs électriques, une encoche peut donc loger six brins, par exemple, répartis entre les deux conducteurs électriques. In the case where a notch has two electrical conductors, a notch can therefore accommodate six strands, for example, distributed between the two electrical conductors.
En variante, une encoche comporte quatre conducteurs électriques. Chaque conducteur électrique peut comporter deux brins. L’encoche loge alors huit brins, répartis entre les quatre conducteurs électriques. As a variant, a notch has four electrical conductors. Each electrical conductor can have two strands. The notch then accommodates eight strands, distributed between the four electrical conductors.
Les brins peuvent être positionnés dans l’encoche de façon que leur dimension circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine soit supérieure à leur dimension radiale. Une telle configuration permet une réduction des pertes par courants de Foucault dans les brins. The strands can be positioned in the notch so that their circumferential dimension around the axis of rotation of the machine is greater than their radial dimension. Such a configuration allows a reduction in eddy current losses in the strands.
Un brin peut avoir une largeur comprise entre 1 et 5 mmm, étant par exemple de l’ordre deA strand may have a width of between 1 and 5 mmm, being for example of the order of
2.5 ou 3 mm. La largeur d’un brin est définie comme sa dimension dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. 2.5 or 3 mm. The width of a strand is defined as its dimension in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
Un brin peut avoir une hauteur comprise entre 1 et 4 mmm, étant par exemple de l’ordre deA strand may have a height of between 1 and 4 mmm, being for example of the order of
1.6 ou 1,8 mm. La hauteur d’un brin est définie comme son épaisseur dans la dimension radiale. 1.6 or 1.8 mm. The height of a strand is defined as its thickness in the radial dimension.
Un ratio de la largeur d’un brin sur sa hauteur peut être compris entre 1 et 2,5, mieux entre 1,2 et 2, voire entre 1,4 et 1,8, étant par exemple de 1,56 ou de 1,66. Un tel ratio permet une réduction des pertes par courants de Foucault dans les brins. Les conducteurs électriques peuvent être réalisés en cuivre ou aluminium. A ratio of the width of a strand to its height can be between 1 and 2.5, better still between 1.2 and 2, or even between 1.4 and 1.8, being for example 1.56 or 1 , 66. Such a ratio allows a reduction in eddy current losses in the strands. The electrical conductors can be made of copper or aluminum.
Isolants Insulators
Les conducteurs électriques sont isolés électriquement de l’extérieur par un revêtement isolant, notamment un émail. Les conducteurs électriques peuvent être séparés des parois de l’encoche par un isolant, notamment par au moins une feuille d’isolant. Un tel isolant en feuille permet une meilleure isolation des conducteurs électriques par rapport à la masse statorique. L’utilisation d’encoches fermées peut permettre d’améliorer le maintien des isolants autour des conducteurs électriques dans les encoches. The electrical conductors are electrically insulated from the outside by an insulating coating, including enamel. The electrical conductors can be separated from the walls of the notch by an insulation, in particular by at least one sheet of insulation. Such a sheet insulator allows better insulation of the electrical conductors with respect to the stator mass. The use of closed notches can improve the retention of insulation around electrical conductors in the notches.
Encoches Notches
Les encoches peuvent être ouvertes ou au moins partiellement fermée. Une encoche partiellement fermée permet de ménager une ouverture au niveau de l’entrefer, qui peut servir par exemple à la mise en place des conducteurs électriques pour le remplissage de l’encoche. Une encoche partiellement fermée est notamment ménagée entre deux dents qui comportent chacune des épanouissements polaires au niveau de leur extrémité libre, lesquels viennent fermer l’encoche au moins en partie. The notches can be open or at least partially closed. A partially closed notch makes it possible to provide an opening at the level of the air gap, which can be used, for example, for the placement of the electrical conductors for filling the notch. A partially closed notch is in particular formed between two teeth which each have pole shoes at their free end, which close the notch at least in part.
En variante, les encoches peuvent être entièrement fermée. Par « encoche entièrement fermée », on désigne des encoches qui ne sont pas ouvertes radialement vers l’entrefer.Alternatively, the notches can be completely closed. By "fully closed notch" is meant notches which are not open radially towards the air gap.
La présence des encoches fermées permet d’améliorer les performances de la machine électrique en termes de qualité du champ magnétique dans l’entrefer, en minimisant le contenu harmonique et les pertes par courants de Foucault dans les conducteurs électriques, et les flux de fuite dans les encoches, ainsi que les fluctuations du champ magnétique dans l’entrefer et réchauffement de la machine. En outre, la présence de ces encoches fermées permet d’améliorer la rigidité mécanique du stator, en renforçant mécaniquement le stator et en réduisant les vibrations. The presence of the closed notches makes it possible to improve the performance of the electric machine in terms of the quality of the magnetic field in the air gap, by minimizing the harmonic content and the eddy current losses in the electric conductors, and the leakage fluxes in the air gap. the notches, as well as the fluctuations of the magnetic field in the air gap and heating of the machine. In addition, the presence of these closed notches improves the mechanical rigidity of the stator, mechanically strengthening the stator and reducing vibrations.
La masse statorique peut être réalisée par empilement de tôles magnétiques, les encoches étant venues par découpage des tôles. La masse statorique peut également être réalisée par taillage dans une masse de poudre magnétique frittée ou agglomérée. The stator mass can be produced by stacking magnetic sheets, the notches being formed by cutting the sheets. The stator mass can also be produced by cutting from a mass of sintered or agglomerated magnetic powder.
Machine et rotor Machine and rotor
L’invention a encore pour objet une machine électrique tournante, tel qu’un moteur synchrone ou une génératrice synchrone, comportant un stator. Le stator peut comporter une masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, chaque encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques. La machine peut être synchrone ou asynchrone. La machine peut être à réluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone. La vitesse maximale de rotation de la machine peut être élevée, étant par exemple supérieure à 10 000 tr/min, mieux supérieure à 12 000 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 14 000 tr/min à 15 000 tr/min, voire même de 20 000 tr/min ou de 25 000 tr/min. La vitesse maximale de rotation de la machine peut être inférieure à 100 000 tr/min, voire à 60 000 tr/min, voire encore inférieure à 40 000 tr/min, mieux inférieure à 30 000 tr/min. Another subject of the invention is a rotating electrical machine, such as a synchronous motor or a synchronous generator, comprising a stator. The stator may include a stator mass comprising notches formed between teeth, each notch receiving one or more electrical conductors. The machine can be synchronous or asynchronous. The machine can be reluctance. It can constitute a synchronous motor. The maximum speed of rotation of the machine can be high, being for example greater than 10,000 rpm, better still greater than 12,000 rpm, being for example of the order of 14,000 rpm at 15,000 rpm. min, or even 20,000 rpm or 25,000 rpm. The maximum speed of rotation of the machine may be less than 100,000 rpm, or even 60,000 rpm, or even less than 40,000 rpm, better still less than 30,000 rpm.
La machine électrique tournante peut comporter un rotor. Le rotor peut être à aimants permanents, avec des aimants surfaciques ou enterrés. Le rotor peut être à concentration de flux. Il peut comporter une ou plusieurs couches d’aimants disposées en I, en U ou en V. En variante, il peut s’agir d’un rotor bobiné ou à cage d’écureuil, ou d’un rotor à réluctance variable. The rotating electric machine may include a rotor. The rotor can be permanent magnet, with surface magnets or buried. The rotor can be in flux concentration. It can include one or more layers of magnets arranged in I, U or V. Alternatively, it can be a wound rotor or squirrel cage, or a variable reluctance rotor.
Le diamètre du rotor peut être inférieur à 400 mm, mieux inférieur à 300 mm, et supérieur à 50 mm, mieux supérieur à 70 mm, étant par exemple compris entre 100 et 200 mm. The diameter of the rotor may be less than 400 mm, better still less than 300 mm, and greater than 50 mm, better still greater than 70 mm, being for example between 100 and 200 mm.
Le rotor peut comporter une masse rotorique s’étendant selon l’axe de rotation et disposée autour d’un arbre. L’arbre peut comporter des moyens de transmission de couple pour l’entraînement en rotation de la masse rotorique. The rotor may have a rotor mass extending along the axis of rotation and disposed around a shaft. The shaft may include torque transmission means for rotating the rotor mass.
Le rotor peut être monté en porte à faux ou non. The rotor may or may not be cantilevered.
La machine peut être insérée seule dans un carter ou insérée dans un carter de boite de vitesse. Dans ce cas, elle est insérée dans un carter qui loge également une boite de vitesse. Ainsi, le dispositif de refroidissement ne repose pas sur les dents de la masse statorique. La distance d est suffisamment petite pour permettre un contact thermique entre le dispositif de refroidissement et les conducteurs électriques du stator. Par exemple la distance d est inférieure à 60 mm, mieux inférieure à 40 mm, par exemple égale 27 mm ou de 38 mm environ. The machine can be inserted alone in a housing or inserted in a gearbox housing. In this case, it is inserted in a housing which also houses a gearbox. Thus, the cooling device does not rest on the teeth of the stator mass. The distance d is small enough to allow thermal contact between the cooling device and the electrical conductors of the stator. For example, the distance d is less than 60 mm, better still less than 40 mm, for example equal to 27 mm or approximately 38 mm.
Procédé de soudage Welding process
L’invention a également pour objet un procédé de soudage de conducteurs électriques d’un stator de machine électrique, comportant au moins les étapes suivantes : The subject of the invention is also a method of welding electrical conductors of an electric machine stator, comprising at least the following steps:
(a) mettre en place sur le stator un dispositif de refroidissement selon l’invention, afin d’établir un contact thermique entre le circuit de refroidissement du dispositif de refroidissement et les conducteurs électriques du stator, (a) place a cooling device according to the invention on the stator, in order to establish thermal contact between the cooling circuit of the cooling device and the electrical conductors of the stator,
(b) faire circuler un fluide de refroidissement dans le dispositif de refroidissement, (c) provoquer une fusion des conducteurs électriques pour les souder entre eux. (b) circulating a cooling fluid through the cooling device, (c) cause the electrical conductors to melt in order to weld them together.
Les étapes (b) de mise en circulation d’un fluide et (c) de fusion peuvent être totalement simultanées. En variante les étapes (b) de mise en circulation d’un fluide et (c) de fusion peuvent être partiellement simultanées. Par exemple l’étape (b) de mise en circulation d’un fluide peut être initiée avant l’étape (c) de fusion. En variante, l’étape (b) de mise en circulation d’un fluide peut être initiée après l’étape (c) de fusion et continuer après. The steps (b) of circulating a fluid and (c) of melting can be completely simultaneous. As a variant, the steps (b) of circulating a fluid and (c) of melting can be partially simultaneous. For example, step (b) of circulating a fluid can be initiated before step (c) of melting. Alternatively, step (b) of circulating a fluid can be initiated after step (c) of melting and continue thereafter.
L’étape (c) de fusion peut être mise en œuvre au moyen d’une source de chaleur, notamment un laser ou un arc électrique. Melting step (c) can be carried out using a heat source, in particular a laser or an electric arc.
Le procédé de soudage utilisant une électrode de tungstène peut être un soudage TIG (en anglais « Tungsten Inert Gas »). Dans ce procédé de soudage, l’arc électrique est produit à partir d’une électrode de tungstène et d’un plasma. L’utilisation d’une source de chaleur permet de réaliser la fusion des extrémités libres des brins sans dégrader l’assemblage des brins du ou des conducteurs électriques. On peut utiliser une seule source de chaleur pour réaliser une même soudure. En variante, on peut utiliser plusieurs sources de chaleur pour réaliser une même soudure. The welding process using a tungsten electrode can be TIG welding (in English “Tungsten Inert Gas”). In this welding process, the electric arc is produced from a tungsten electrode and a plasma. The use of a heat source allows the free ends of the strands to melt without degrading the assembly of the strands of the electrical conductor (s). A single heat source can be used to produce the same weld. As a variant, several heat sources can be used to produce the same weld.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemple de réalisation non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé sur lequel : [Lig 1] la figure 1 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’un stator destiné à être fabriquer conformément à l’invention, The invention may be better understood on reading the detailed description which follows, of an exemplary non-limiting embodiment thereof, and on examining the appended drawing in which: [Lig 1] FIG. 1 is a perspective, schematic and partial view of a stator intended to be manufactured in accordance with the invention,
[Lig 2] la figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, du stator de la figure[Lig 2] FIG. 2 is a perspective view, schematic and partial, of the stator of FIG.
1, 1,
[Lig 3] la figure 3 est une vue de détail, en perspective, du stator de la figure 1, [Lig 3] FIG. 3 is a detail view, in perspective, of the stator of FIG. 1,
[Lig 4] la figure 4 est un schéma des extrémités libres de deux conducteurs électriques à souder en contact thermique avec un exemple de dispositif de refroidissement selon l’invention, [Lig 4] Figure 4 is a diagram of the free ends of two electrical conductors to be welded in thermal contact with an example of a cooling device according to the invention,
[Lig 5] la figure 5 est une vue de dessus d’un exemple de dispositif de refroidissement selon l’invention disposé en regard d’un stator de machine électrique tournante, [Lig 5] FIG. 5 is a top view of an example of a cooling device according to the invention arranged opposite a stator of a rotating electrical machine,
[Lig 6a] la figure 6a est une vue de dessus d’un exemple de dispositif de refroidissement selon l’invention disposé en regard d’un stator de machine électrique tournante, [Fig 6b] la figure 6b est une vue de dessus d’un exemple de dispositif de refroidissement selon l’invention disposé en regard d’un stator de machine électrique tournante, [Lig 6a] FIG. 6a is a top view of an example of a cooling device according to the invention arranged opposite a stator of a rotating electrical machine, [Fig 6b] FIG. 6b is a top view of an example of a cooling device according to the invention arranged opposite a stator of a rotating electrical machine,
[Fig 7a] la figure 7a est une vue de détail du dispositif de refroidissement de la figure 6a, [Fig 7b] la figure 7b est une vue de détail d’une variante de réalisation, [Fig 7a] Figure 7a is a detail view of the cooling device of Figure 6a, [Fig 7b] Figure 7b is a detail view of an alternative embodiment,
[Fig 8a] la figure 8a est une vue de détail de conducteurs électriques disposés dans une même encoche d’un stator, en contact thermique avec le dispositif de refroidissement de la figure 6a, [Fig 8a] Figure 8a is a detail view of electrical conductors arranged in the same notch of a stator, in thermal contact with the cooling device of Figure 6a,
[Fig 8b] la figure 8b est une vue de détail de conducteurs électriques disposés dans une même encoche d’un stator, en contact thermique avec le dispositif de refroidissement de la figure 6b, [Fig 8b] Figure 8b is a detail view of electrical conductors arranged in the same notch of a stator, in thermal contact with the cooling device of Figure 6b,
[Fig 9] la figure 9 est une vue de dessus d’un exemple de dispositif de refroidissement selon l’invention disposé en regard d’un stator de machine électrique tournante, [Fig 9] FIG. 9 is a top view of an example of a cooling device according to the invention arranged opposite a stator of a rotating electrical machine,
[Fig 10] la figure 10 est une vue de détail de conducteurs électriques disposés dans une même encoche d’un stator, en contact thermique avec le dispositif de refroidissement de la figure[Fig 10] Figure 10 is a detail view of electrical conductors arranged in the same notch of a stator, in thermal contact with the cooling device of Figure
9. 9.
Description détaillée detailed description
On a illustré aux figures 1 à 3 un stator 2 d’une machine électrique tournante 1 comportant également un rotor non représenté. Le stator permet de générer un champ magnétique tournant d’entraînement du rotor en rotation, dans le cadre d’un moteur synchrone, et dans le cas d’un alternateur, la rotation du rotor induit une force électromotrice dans les conducteurs électriques du stator. There is illustrated in Figures 1 to 3 a stator 2 of a rotating electrical machine 1 also comprising a rotor not shown. The stator generates a rotating magnetic field that drives the rotating rotor, as part of a synchronous motor, and in the case of an alternator, the rotation of the rotor induces an electromotive force in the electrical conductors of the stator.
Les exemples illustrés ci-dessous sont schématiques et les dimensions relatives des différents éléments constitutifs n’ont pas été nécessairement respectées. The examples illustrated below are schematic and the relative dimensions of the various constituent elements have not necessarily been observed.
Le stator 2 comporte des conducteurs électriques 22, lesquels sont disposés dans des encoches 21 ménagées entre des dents 23 d’une masse statorique 25. Les encoches 21 sont fermées. The stator 2 comprises electrical conductors 22, which are arranged in notches 21 formed between teeth 23 of a stator mass 25. The notches 21 are closed.
Les conducteurs électrique 22 comportent des brins 33. Les brins 33 sont de section transversale de forme générale rectangulaire, notamment avec des coins arrondis. Les brins 33 sont dans l’exemple décrit superposés radialement en une seule rangée. The electrical conductors 22 have strands 33. The strands 33 have a generally rectangular cross section, in particular with rounded corners. The strands 33 are in the example described superimposed radially in a single row.
L’épaisseur e d’un brin 33 est sa dimension dans la direction radiale de la machine. La largeur 1 d’un brin 33 est définie comme sa dimension dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. La largeur L de la section à souder correspond à la somme des épaisseurs e de chaque brin. The thickness e of a strand 33 is its dimension in the radial direction of the machine. The width 1 of a strand 33 is defined as its dimension in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine. The width L of the section to be welded corresponds to the sum of the thicknesses e of each strand.
Les conducteurs électriques 22 sont pour la plupart d’entre eux en forme d'épingles, à savoir de U ou de I, et s’étendant axialement dans les encoches. Un premier conducteur électrique logé dans une première encoche est relié électriquement à un deuxième conducteur électrique logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches. The electrical conductors 22 are mostly pin-shaped, i.e. U or I, and extending axially into the notches. A first electrical conductor housed in a first notch is electrically connected to a second electrical conductor housed in a second notch, at the outlet from said notches.
Les première et deuxième encoches sont non consécutives. Dans l’exemple illustré, elles sont séparées par 7 autres encoches. En variante, les première et deuxième encoche sont séparées par 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 ou 11 autres encoches, par exemple. The first and second notches are non-consecutive. In the example shown, they are separated by 7 other notches. Alternatively, the first and second notches are separated by 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 or 11 other notches, for example.
La liaison électrique est formée sur les conducteurs électriques juste après leur sortie des deux encoches, à une extrémité axiale de la masse statorique. Les deux conducteurs électriques comportent chacun une portion oblique 22b, qui convergent l’une vers l’autre. La liaison électrique entre deux conducteurs est faite dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la machine en provoquant une fusion des extrémités libres 22a des brins des deux conducteurs électriques. The electrical connection is formed on the electrical conductors just after they exit the two notches, at one axial end of the stator mass. The two electrical conductors each have an oblique portion 22b, which converge towards each other. The electrical connection between two conductors is made in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine, causing the free ends 22a of the strands of the two electrical conductors to merge.
La figure 4 illustre des extrémités libres de deux conducteurs électriques 22 à souder en contact thermique avec un dispositif de refroidissement 3 selon l’invention. FIG. 4 illustrates the free ends of two electrical conductors 22 to be welded in thermal contact with a cooling device 3 according to the invention.
Le dispositif de refroidissement 3 comporte un circuit de refroidissement 31. Dans ce dernier circule un fluide de refroidissement 32, par exemple un mélange d’eau et de glycol. La face inférieure 37 du dispositif présente une forme de biseau qui permet de faciliter l’insertion des conducteurs électriques 22 dans le dispositif 3. The cooling device 3 comprises a cooling circuit 31. In the latter circulates a cooling fluid 32, for example a mixture of water and glycol. The lower face 37 of the device has a bevel shape which makes it easier to insert the electrical conductors 22 into the device 3.
La figure 5 représente un exemple de dispositif de refroidissement 3 disposé au-dessus d’un stator 2 de machine électrique tournante. Dans cet exemple, le conduit serpente entre les extrémités libres des conducteurs électriques 22 à souder. Le circuit de refroidissement du dispositif 3 serpente de manière régulière entre les conducteurs électriques 22. Chaque ondulation entoure des conducteurs électriques 22 disposés dans une même encoche 21 du stator 2. Le circuit de refroidissement ménage ainsi des espaces de réception 35 des extrémités libres des conducteurs électriques 22 à souder. Les espaces de réceptions 35 sont par exemple superposés aux encoches 21 du stator 2. FIG. 5 shows an example of a cooling device 3 arranged above a stator 2 of a rotating electrical machine. In this example, the conduit winds between the free ends of the electrical conductors 22 to be welded. The cooling circuit of the device 3 winds regularly between the electrical conductors 22. Each corrugation surrounds electrical conductors 22 arranged in the same notch 21 of the stator 2. The cooling circuit thus provides spaces for receiving the free ends of the conductors. electric 22 to solder. The reception spaces 35 are for example superimposed on the notches 21 of the stator 2.
Dans le mode de réalisation représenté aux figures 4 et 5, tous les côtés circonférentiels 34a et un seul côté radial 34b de chacun les conducteurs électriques 22 sont en contact thermique avec le dispositif de refroidissement. Dans ce mode de réalisation, le circuit de refroidissement 31 comporte un unique point d’entrée 36 du fluide de refroidissement. Le fluide de refroidissement 32 circule radialement de l’intérieur vers l’extérieur au-dessus d’une première dent 23 du stator 2 puis radialement de l’extérieur vers l’intérieur au-dessus d’une deuxième dent 23 adjacente à la première. In the embodiment shown in Figures 4 and 5, all the circumferential sides 34a and a single radial side 34b of each of the electrical conductors 22 are in thermal contact with the cooling device. In this embodiment, the circuit of cooling 31 has a single entry point 36 for the cooling fluid. The cooling fluid 32 circulates radially from the inside to the outside above a first tooth 23 of the stator 2 then radially from the outside to the inside above a second tooth 23 adjacent to the first .
Les figures 6a et 6b illustrent un dispositif de refroidissement 3 selon un mode de réalisation de l’invention disposé en regard d’un stator 2 de machine électrique tournante. Figures 6a and 6b illustrate a cooling device 3 according to an embodiment of the invention arranged opposite a stator 2 of a rotating electrical machine.
Le dispositif de refroidissement 3 représenté comporte deux portions concentriques 301, 302 disposées radialement de part et d’autre des conducteurs électriques 22 du stator 2. Les deux portions 301, 302 communiquent par des canaux radiaux disposés entre les conducteurs électriques, par exemple au-dessus de toutes les dents 23 du stator 2. The cooling device 3 shown comprises two concentric portions 301, 302 disposed radially on either side of the electrical conductors 22 of the stator 2. The two portions 301, 302 communicate by radial channels arranged between the electrical conductors, for example at- above all the teeth 23 of the stator 2.
Le circuit de refroidissement ménage des espaces de réception 35 des extrémités libres des conducteurs électriques 22 à souder. Les espaces de réceptions 35 sont par exemple superposés aux encoches 21 du stator 2. The cooling circuit provides reception spaces 35 for the free ends of the electrical conductors 22 to be welded. The reception spaces 35 are for example superimposed on the notches 21 of the stator 2.
Une première portion 302 de circuit de refroidissement est disposée à l’intérieur du stator 2, dans l’espace délimité par les conducteurs électriques 22. Une deuxième portion 301 de circuit de refroidissement est disposée à l’extérieur du stator 2, en dehors de l’espace délimité par les conducteurs électriques 22. A first portion 302 of the cooling circuit is arranged inside the stator 2, in the space delimited by the electrical conductors 22. A second portion 301 of the cooling circuit is arranged outside the stator 2, outside of the space delimited by the electrical conductors 22.
Dans l’exemple représenté à la figure 6a, le point d’entrée 36 du fluide de refroidissement est connecté à la portion 302 de circuit de refroidissement disposée à l’intérieur. Le fluide de refroidissement s’écoule alors de l’intérieur vers l’extérieur. In the example shown in Figure 6a, the entry point 36 of the cooling fluid is connected to the cooling circuit portion 302 disposed therein. The coolant then flows from the inside to the outside.
Dans l’exemple représenté à la figure 6b, le point d’entrée 36 du fluide de refroidissement est connecté à la portion 301 de circuit de refroidissement disposée à l’extérieur. Le fluide de refroidissement s’écoule alors de l’extérieur vers l’intérieur. In the example shown in Figure 6b, the entry point 36 of the coolant is connected to the portion 301 of the cooling circuit disposed outside. The coolant then flows from the outside to the inside.
Dans l’exemple de réalisation représenté aux figures 6a, 7a et 8a et celui représenté aux figures 6b, 7b et 8b, tous les côtés radiaux 34b et tous les côtés circonférentiels 34a de chacun des conducteurs électriques 22 du stator 2 sont en contact thermique avec le dispositif 3. Dans les modes de réalisation illustrés aux figures 5 à 8a, les espaces de réception 35 sont de forme sensiblement rectangulaire. In the embodiment shown in Figures 6a, 7a and 8a and that shown in Figures 6b, 7b and 8b, all the radial sides 34b and all the circumferential sides 34a of each of the electrical conductors 22 of the stator 2 are in thermal contact with the device 3. In the embodiments illustrated in FIGS. 5 to 8a, the receiving spaces 35 are of substantially rectangular shape.
La figure 9 illustre un autre mode de réalisation du dispositif de refroidissement 3 selon l’invention disposé en regard d’un stator 2 de machine électrique tournante. FIG. 9 illustrates another embodiment of the cooling device 3 according to the invention arranged opposite a stator 2 of a rotating electrical machine.
Le dispositif de refroidissement 3 représenté comporte deux portions concentriques 301, 302 disposées radialement de part et d’autre des conducteurs électriques 22 du stator 2. Les deux portions 301, 302 ne communiquent pas entre elles. Le circuit de refroidissement ne passe donc pas entre les conducteurs électriques 22, au-dessus des dents 21 du stator 3. The cooling device 3 shown comprises two concentric portions 301, 302 disposed radially on either side of the electrical conductors 22 of the stator 2. The two portions 301, 302 do not communicate with each other. The cooling circuit therefore does not pass between the electrical conductors 22, above the teeth 21 of the stator 3.
Le circuit de refroidissement ménage un unique espace de réception 35 des extrémités libres des conducteurs électriques 22 à souder. The cooling circuit provides a single space 35 for receiving the free ends of the electrical conductors 22 to be welded.
Une première portion 302 de circuit de refroidissement est disposée à l’intérieur du stator 2, dans l’espace délimité par les conducteurs électriques 22. Une deuxième portion 301 de circuit de refroidissement est disposée à l’extérieur du stator 2, en dehors de l’espace délimité par les conducteurs électriques 22. A first portion 302 of the cooling circuit is arranged inside the stator 2, in the space delimited by the electrical conductors 22. A second portion 301 of the cooling circuit is arranged outside the stator 2, outside of the space delimited by the electrical conductors 22.
La portion 301 du circuit de refroidissement comporte un point d’entrée 36 du fluide de refroidissement. Et la portion 302 du circuit de refroidissement comporte un point d’entrée 36’ du fluide de refroidissement. The portion 301 of the cooling circuit has an entry point 36 for the cooling fluid. And the portion 302 of the cooling circuit has an entry point 36 ’for the coolant.
Les deux portions 301, 302 concentriques du circuit de refroidissement peuvent être parcourues par des fluides de refroidissement contrarotatifs. Dans le mode de réalisation représenté la portion extérieure 301 est parcourue par un fluide de refroidissement circulant dans le sens trigonométrique indirect et la portion intérieure 302 est parcourue par un fluide de refroidissement circulant dans le sens trigonométrique direct. The two concentric portions 301, 302 of the cooling circuit can be traversed by counter-rotating cooling fluids. In the embodiment shown, the outer portion 301 is traversed by a cooling fluid circulating in the indirect counterclockwise direction and the inner portion 302 is traversed by a cooling fluid circulating in the direct counterclockwise direction.
Dans l’exemple représenté aux figures 9 et 10 tous les côtés radiaux 34b de chacun les conducteurs électriques 22 du stator 2 sont en contact thermique avec le dispositif de refroidissement 3. Aucun des côtés circonférentiels 34a de chacun des conducteurs électriques 22 ne sont en contact thermique avec le dispositif de refroidissement 3. In the example shown in Figures 9 and 10 all the radial sides 34b of each of the electrical conductors 22 of the stator 2 are in thermal contact with the cooling device 3. None of the circumferential sides 34a of each of the electrical conductors 22 are in contact. thermal with the cooling device 3.
Dans les modes de réalisation des figures 9 et 10, le dispositif de refroidissement comporte un unique espace de réception 35 qui a la forme d'un anneau. Cet espace de réception est disposé entre les deux portions 301, 302 concentriques du circuit de refroidissement. L'espace de réception 35 s'étend sur toute la circonférence du dispositif. Lorsque le dispositif est disposé en regard du stator, les extrémités libres de tous les conducteurs électriques 22 sont toutes insérées dans l'espace de réception 35. In the embodiments of Figures 9 and 10, the cooling device comprises a single receiving space 35 which has the shape of a ring. This receiving space is arranged between the two concentric portions 301, 302 of the cooling circuit. The receiving space 35 extends over the entire circumference of the device. When the device is placed opposite the stator, the free ends of all the electrical conductors 22 are all inserted into the receiving space 35.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits, et le rotor associé au stator décrit peut être bobiné, à cage d’écureuil ou à aimants permanents, ou encore à réluctance variable. Of course, the invention is not limited to the embodiments which have just been described, and the rotor associated with the stator described can be wound, with a squirrel cage or with permanent magnets, or else with variable reluctance.

Claims

Revendications Claims
1. Dispositif de refroidissement (3) d’un ou plusieurs conducteurs électriques (22) d’un stator (2) de machine électrique tournante (1), le dispositif (3) comportant au moins un circuit de refroidissement (31) d’un fluide de refroidissement (32), destiné à être disposé en contact thermique avec au moins une partie du ou des conducteurs électriques (22) au cours d’une étape de soudage desdits conducteurs électriques. 1. Device for cooling (3) one or more electrical conductors (22) of a stator (2) of a rotating electrical machine (1), the device (3) comprising at least one cooling circuit (31) of a cooling fluid (32), intended to be placed in thermal contact with at least part of the electrical conductor (s) (22) during a step of welding said electrical conductors.
2. Dispositif selon la revendication 1, le dispositif (3) étant de forme sensiblement aplatie, comportant une face supérieure et une face inférieure (37), la face inférieure étant destinée à venir en regard du stator (2) pendant l’étape de soudage. 2. Device according to claim 1, the device (3) being of substantially flattened shape, comprising an upper face and a lower face (37), the lower face being intended to come opposite the stator (2) during the step of welding.
3. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit de refroidissement (31) étant configuré pour ménager des espaces de réceptions (35) des extrémités libres des conducteurs électriques (22) à souder. 3. Device according to any one of the preceding claims, the cooling circuit (31) being configured to provide reception spaces (35) of the free ends of the electrical conductors (22) to be welded.
4. Dispositif selon les deux revendications précédentes, la face inférieure (37) du dispositif (3) ayant une forme biseautée au niveau des espaces de réceptions (35) des extrémités libres des conducteurs électriques (22) à souder. 4. Device according to the two preceding claims, the lower face (37) of the device (3) having a bevelled shape at the level of the receiving spaces (35) of the free ends of the electrical conductors (22) to be welded.
5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit de refroidissement (31) étant configuré pour être parcouru par un fluide de refroidissement (32) circulant circonférentiellement et/ou radialement par rapport à l’axe de rotation de la machine électrique tournante (1). 5. Device according to any one of the preceding claims, the cooling circuit (31) being configured to be traversed by a cooling fluid (32) circulating circumferentially and / or radially with respect to the axis of rotation of the electrical machine. rotating (1).
6. Dispositif selon l’une quelconques des revendications précédentes, au moins un des côtés radiaux (34b) et/ou un des côtés circonférentiels (34a) des conducteurs électriques (22) disposés dans une même encoche (21) du stator étant en contact thermique avec le circuit de refroidissement (31). 6. Device according to any one of the preceding claims, at least one of the radial sides (34b) and / or one of the circumferential sides (34a) of the electrical conductors (22) arranged in the same notch (21) of the stator being in contact. thermal with the cooling circuit (31).
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit de refroidissement (31) comportant un conduit pour la circulation du fluide de refroidissement, le conduit serpentant entre les extrémités libres des conducteurs électriques à souder. 7. Device according to any one of the preceding claims, the cooling circuit (31) comprising a conduit for the circulation of the cooling fluid, the conduit meandering between the free ends of the electrical conductors to be welded.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, le circuit de refroidissement (31) comportant deux portions concentriques (301, 302) disposées radialement de part et d’autre des conducteurs électriques (22) du stator (2), les deux portions communiquant par des canaux radiaux disposés entre les conducteurs électriques (22), au- dessus de tout ou partie des dents (23) du stator (2). 8. Device according to any one of claims 1 to 6, the cooling circuit (31) comprising two concentric portions (301, 302) disposed radially on either side of the electrical conductors (22) of the stator (2), both portions communicating by radial channels arranged between the electrical conductors (22), above all or part of the teeth (23) of the stator (2).
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, le circuit de refroidissement comportant deux portions concentriques (301, 302) ne communiquant pas, disposées radialement de part et d’autre des conducteurs électriques (22) du stator (2), le fluide de refroidissement (32) circulant dans chacune desdites portions dans des sens opposés. 9. Device according to any one of claims 1 to 6, the cooling circuit comprising two concentric portions (301, 302) not communicating, disposed radially on either side of the electrical conductors (22) of the stator (2). , the cooling fluid (32) circulating in each of said portions in opposite directions.
10. Dispositif selon la revendication précédente, au moins partiellement fabriqué par fabrication additive, par exemple à l’aide d’une imprimante 3D. 10. Device according to the preceding claim, at least partially manufactured by additive manufacturing, for example using a 3D printer.
11. Ensemble comportant un dispositif de refroidissement (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un stator (2) de machine électrique tournante, le stator comportant une masse statorique comportant des encoches (21) ménagées entre des dents (23), chaque encoche (21) recevant un ou plusieurs conducteurs électriques (22). 11. An assembly comprising a cooling device (3) according to any one of the preceding claims and a stator (2) of a rotating electrical machine, the stator comprising a stator mass comprising notches (21) formed between teeth (23), each notch (21) receiving one or more electrical conductors (22).
12. Ensemble selon la revendication précédente, le stator (2) comportant des conducteurs électriques (22) au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, en forme d'épingles, de U ou de I. 12. Assembly according to the preceding claim, the stator (2) comprising electrical conductors (22) at least, see a majority of the electrical conductors, in the form of pins, U or I.
13. Ensemble selon l’une des deux revendications précédentes, le dispositif (3) étant maintenu au-dessus du stator (2) à une distance d non nulle lors du soudage des conducteurs électriques (22) du stator. 13. Assembly according to one of the two preceding claims, the device (3) being held above the stator (2) at a non-zero distance d during welding of the electrical conductors (22) of the stator.
14. Procédé de soudage de conducteurs électriques (22) d’un stator de machine électrique, comportant au moins les étapes suivantes : 14. A method of welding electrical conductors (22) of an electric machine stator, comprising at least the following steps:
(a) mettre en place sur le stator (2) un dispositif de refroidissement (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, afin d’établir un contact thermique entre le circuit de refroidissement (31) du dispositif de refroidissement (3) et les conducteurs électriques (22) du stator (2), (a) fitting on the stator (2) a cooling device (3) according to any one of claims 1 to 10, in order to establish thermal contact between the cooling circuit (31) of the cooling device ( 3) and the electrical conductors (22) of the stator (2),
(b) faire circuler un fluide de refroidissement (32) dans le dispositif de refroidissement (3),(b) circulating a cooling fluid (32) in the cooling device (3),
(c) provoquer une fusion des conducteurs électriques (22) pour les souder entre eux. (c) causing the electrical conductors (22) to melt in order to solder them together.
15. Procédé selon la revendication précédente, l’étape (c) de fusion étant mise en œuvre au moyen d’une source de chaleur, notamment un laser ou un arc électrique. 15. Method according to the preceding claim, step (c) of melting being carried out by means of a heat source, in particular a laser or an electric arc.
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