EP4315567A1 - Conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication - Google Patents

Conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication

Info

Publication number
EP4315567A1
EP4315567A1 EP22712987.1A EP22712987A EP4315567A1 EP 4315567 A1 EP4315567 A1 EP 4315567A1 EP 22712987 A EP22712987 A EP 22712987A EP 4315567 A1 EP4315567 A1 EP 4315567A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
strands
electrical conductor
legs
electrical conductors
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22712987.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Cyril Moya
Nicolas Langlard
Sébastien DESURMONT
Patrick Allain
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
Skyazur SAS
Original Assignee
Nidec PSA Emotors SAS
Skyazur 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, Skyazur SAS filed Critical Nidec PSA Emotors SAS
Publication of EP4315567A1 publication Critical patent/EP4315567A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/14—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots with transposed conductors, e.g. twisted conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • H02K15/0414—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils
    • H02K15/0421—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils consisting of single conductors, e.g. hairpins
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to rotating electrical machines and more particularly to the stators of such machines.
  • the invention relates more particularly to electrical conductors intended to be inserted into slots of a stator of a rotating electrical machine.
  • the invention also relates to the associated winding, the stator and the corresponding rotating electrical machine. It also relates to the method of manufacturing such electrical conductors.
  • the invention relates more particularly to synchronous or asynchronous alternating current machines. It relates in particular to traction or propulsion machines for electric (Battery Electric Vehicle) and/or hybrid (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle) motor vehicles, such as individual cars, vans, trucks or buses.
  • the invention also applies to rotating electrical machines for industrial and/or energy production applications, in particular naval, aeronautical or wind turbine applications.
  • Application US 2014/0339948 relates to a process for shaping pins, which are maintained over their entire length and in which the wire is stamped, that is to say shaped to the shape of the tool. .
  • an electrical conductor for a stator of a rotating electrical machine being in the shape of a U-shaped hairpin, comprising:
  • the Y axis of observation can be perpendicular to an axis of rotation of the machine, and parallel to a plane normal to the axis of rotation of the machine.
  • the oblique portion can be curved, in particular around an axis parallel to an axis of the stator, in order to conform to the circular shape of the stator in which it is intended to be or it is inserted. This curve can be observed when the electrical conductor is observed along an axis parallel to an axis of rotation of the machine. Prior to the curving of the electrical conductor, the helix-portion part is rectilinear along all the viewing axes.
  • the bun portion is in the invention devoid of a so-called eye shape, which would increase its volume. This reduces the bulk of the bun portion, both in height and radially.
  • the mass and size of the stator are reduced.
  • the clearance between the various electrical conductors of the stator can be modulated, and thus improve the thermal conductivity and improve their cooling. It is also possible to improve the interweaving of the electrical conductors in the stator, and in particular at the level of the phase outputs and the bridges.
  • the volume of material, in particular copper, necessary for the electrical conductors can be reduced, and the cost and the cooling of the stator can thus be improved.
  • the linear resistance of the phases, i.e. the total length of a phase, of the stator can be reduced, thus leading to a lower temperature rise, which also makes it possible to reduce Joule losses.
  • the electrical conductor according to the invention makes it possible to reduce the height of the buns on the side opposite the welds, which is advantageous for minimizing the size of the machine and the quantity of material, in particular copper, necessary for the electrical conductors.
  • the rotor shaft can be shorter, the casing can be shorter, the integration of the machine into its operating environment can be facilitated and the material to be melted or machined can be reduced.
  • a shorter machine improves overall stiffness and reduces vibration.
  • the overall mass of the machine can be minimized.
  • the length of the stator can be increased.
  • the spacing between the pins at the notch exit can be, in one embodiment, constant or substantially constant. This can facilitate the realization of the cooling of the electrical conductors.
  • the subject of the invention is in particular an electrical conductor for a stator of a rotating electrical machine, being in the shape of a U-shaped hairpin, comprising several strands, the electrical conductor comprising: - first and second legs intended to extend axially respectively in first A and second R notches of the stator, the strands of the first leg being arranged in the first notch in a radially opposite order to the strands of the second leg in the second notch,
  • the electrical conductor may comprise a single strand or else at least two strands.
  • the electrical conductor may comprise several strands, in particular three strands. Each electrical conductor comprising several strands, a reduction in losses by induced currents, or AC Joule losses, is obtained, which is particularly advantageous when the operating speed is high. Heat transfer to the cold source is also facilitated.
  • the different strands are free relative to each other outside the stator. They can in particular slip relative to each other during manufacture.
  • the invention makes it possible to avoid any twisting of the strands, while allowing their relative sliding during manufacture. There is no twisting of the strands in the oblique portions, nor in the bun portion.
  • the bun portion thus retains a controlled volume. There is good contact between the different strands, including at the level of the bun portion.
  • the strands of the first leg of an electrical conductor may be arranged in the first notch in a radially opposite order to the strands of the second leg of the same electrical conductor in the second notch.
  • the inversion of the order of the strands of the first leg in the first notch, compared to the order of the strands of the second leg of the same electrical conductor in the second notch, also called "transposition", makes it possible to minimize the currents circulation between the strands of the same electrical conductor in each of the first and second notches.
  • the first and second legs are straight.
  • G [(x*D/2) - (Rn-Rn*sina) - (C/2)]/cosa, where x is the number of teeth between the two legs of the electrical conductor,
  • D is the median pitch corresponding to the gap between two consecutive notches of the stator
  • C is the length of the bun portion measured between the two oblique portions
  • la is the width of a strand of the electrical conductor
  • e is the spacing at the notch exit between two electrical conductors, measured in a plane perpendicular to a general plane of the U-shaped hairpin. The distance e also corresponds to the spacing between two portions of the helix.
  • the length C of the bun portion measured between the two oblique portions may be less than 3D, better still less than 2D, where D is the median pitch corresponding to the gap between two consecutive notches of the stator. In one embodiment, the length C of the bun portion measured between the two oblique portions may be greater than 0.5 D, better still greater than D.
  • the length C of the bun portion measured between the two oblique portions may correspond substantially to the sum of the width of a strand added to the median pitch D, which corresponds to the gap between two consecutive notches of the stator.
  • the length C of the bun portion can be large enough to prevent the enamel of the bundle and the strands from being overstretched.
  • the length C of the bun portion can be less than 2 times the median pitch, even less than 1.5 times the median pitch, better still less than 1.3 times the median pitch A.
  • the height H of the bun portion relative to the first and second legs may be less than 70 mm, better still less than 65 mm, even less than 50 mm, even even less than 40 mm, better still less than 35 mm, even better still less at 30mm.
  • the thickness B of the electrical conductor at the level of the bun portion can be substantially equal, being very slightly greater, than the thickness of the strands of the electrical conductor, with a slight supplement e due to the deformation of the electrical conductor.
  • the supplement e can be of the order of a few percent of the thickness of a strand, being in particular less than 50% of the thickness of a strand, better still less than 40%, even less than 30%, even better still less at 20% of the thickness of a strand.
  • the supplement e may in one embodiment be zero.
  • stator comprising a stator mass comprising notches, electrical conductors housed in the notches, at least some of the electrical conductors, even a majority of the electrical conductors, better still all the electrical conductors, being as defined above.
  • the stator mass comprises teeth defining between them the notches, the teeth being attached to a yoke of the stator.
  • the first and second notches may be non-consecutive. We can speak respectively of a go notch and a return notch.
  • the first and second notches can be separated by a number of notches comprised between 3 and 20, better still between 6 and 16, being for example 7 or 8, or 10 or 11 notches.
  • the stator may include two electrical conductors per slot.
  • the stator may in one embodiment comprise two columns of electrical conductor strands.
  • each notch there may be one or more layers.
  • layer is meant the 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 drivers are distributed in a single layer, each notch only accommodates electrical conductors of the same phase.
  • the electrical conductors can be divided into two layers only.
  • one or more notches can accommodate electrical conductors of two different phases. This is always the case for a winding with a shortened pitch.
  • the winding may have no more than two layers. In one embodiment, it notably lacks three or four layers.
  • the electrical conductors can form a distributed winding.
  • the winding can be corrugated or interleaved.
  • Electrical conductors can form a fractional winding.
  • An outer diameter of all of the electrical conductors of the stator, defined by the bun portions, may be less than the outer diameter of the notches plus 0 to 6 times the thickness of a strand, in particular four times the thickness of 'a strand.
  • an internal diameter of all the electrical conductors of the stator, defined by the bun portions may be greater than an internal diameter of the notches, measured on the side of the air gap.
  • a rotating electrical machine comprising a stator as defined above and a rotor.
  • the first leg can be arranged closer to the rotor than the second leg.
  • the second leg can be arranged closer to the yoke of the stator than the first leg.
  • the first leg may be disposed closer to the yoke of the stator than the second leg, and the second leg may be disposed closer to the rotor than the first leg.
  • the invention also relates, according to another of its aspects, independently or in combination with the foregoing, to a method of manufacturing an electrical conductor for a stator of a rotating electrical machine as defined above.
  • the invention also relates, according to another of its aspects, independently or in combination with the foregoing, to a method of manufacturing an electrical conductor for a stator of a rotating electrical machine, comprising the following steps: (a) supplying a bundle of one or more strands folded into a U, the strands being in particular curved on the flat, the bundle folded into a U comprising a bun portion and two legs,
  • strand is bent over its greatest width, when observed in cross section.
  • the strand is not bent on edge.
  • the strand or strands can alternatively be edge-bent. This can in particular be advantageous when a notch houses several columns of electrical conductors.
  • the cross-section of the strand is generally rectangular in shape, comprising two long sides each forming the 'flat of the strand' and two short sides each forming the 'edge of the strand'.
  • the bundle preferably comprises several strands, for example three strands.
  • the method according to the invention makes it possible to properly control the deformation of the electrical conductors during the formation of the hairpin, and therefore to properly control the clearance between the various electrical conductors of the stator, which is advantageous in terms of thermal conductivity and cooling.
  • the consumption of material, in particular copper, can be reduced, and the mass and size of the resulting stator also reduced. Finally, better interlocking of the phase outputs and of the bridges in the stator is obtained.
  • the U-folded bundle can be channeled at the top of the U by applying pressure under the bundle in the bottom of the U. Pressure can also be applied, simultaneously, above beam, at the top of the U-folded beam.
  • a point support can be used, for example a point, or a bar, or a sphere, for example in one embodiment a fairly fine point, for example polished or rounded , so as not to damage the enamel.
  • a point or a flat tool can be used for the pressure applied above the beam, at the top of the U-folded beam.
  • the bundle can be folded around a shaped part, in particular a bending pin.
  • the radius of the bending pin can be between 0.5 and 2 times the thickness of a strand. In one embodiment, the radius of the bending pin may be substantially equal to the thickness of a strand.
  • the thickness of the strand can for example be 1.41 mm.
  • the diameter of the bending pin can for example be 3 mm.
  • the form piece can only be used for step (a) folding, but can be removed for step (b) spreading.
  • step (b) of separation it is possible not to maintain the bun portion during step (b) of separation.
  • the two legs of the beam folded in a U are maintained during step (b) of separation.
  • the bun portion is left free to deform.
  • the strands can slip relative to each other.
  • step (b) of spreading the two legs of the bundle are held in guides, and these are spread in two opposite directions parallel to the flat of the strands. Both legs are maintained at the level of the future oblique parts.
  • Such deformation step (b) is advantageously identical, regardless of the final pitch of the electrical conductor during manufacture. This support prevents the oblique parts from twisting, while allowing the strands to slide relative to each other in the guides.
  • step (c) one can maintain on the one hand the rectilinear oblique portions and on the other hand the first and second legs in order to fold them inwards with respect to the rectilinear oblique portions.
  • the gap obtained between the two legs corresponds to the pitch of the stator for which the electrical conductor is intended, independently of the curvature.
  • step (c) of folding it is always possible, as during step (b) of spacing, to channel the bundle folded into a U at the level of the top of the U by applying a pressure under the bundle in the bottom of the U.
  • a pressure can also be applied, simultaneously, above the bundle, at the level of the top of the bundle folded into a U. Alternatively, this pressure may not be exerted .
  • the two oblique portions remain straight and not twisted. In order to conform to the circular contour of the stator, it may be necessary to shape them.
  • the method may comprise the following additional step:
  • Step (d) of shaping takes place after the other steps. During this step (d) of curving, the two legs of the electrical conductor are maintained. You can either maintain a single leg of the hairpin and rotate the second leg relative to the first leg, or rotate the two legs relative to each other.
  • the bun portion is not maintained. We leave the bundle and the strands free to lengthen and slide over each other.
  • the oblique portions resulting from the curving are helical, but are not twisted.
  • the beam and the strands can be twisted, and this over a length C which can correspond substantially to the sum of the width of a strand added to the median pitch, which corresponds to the difference between two consecutive notches of the stator.
  • the first and second legs are then intended to extend axially respectively in first A and second R notches of the stator.
  • the angle of curvature and the pitch can be chosen according to the number of poles, the number of teeth, and/or phases of the stator.
  • the curving angle can be 60° or 52.5°, depending on the pins.
  • the stator may for example comprise hairpins framing 8 teeth having an angle of 60° and hairpins framing 7 teeth having an angle of 52.5°.
  • the curl angle can be 62.7° or 57°, depending on the pins.
  • the stator may for example comprise hairpins framing 11 teeth having an angle of 62.7° and hairpins framing 10 teeth having an angle of 57°.
  • At least one first electrical conductor housed in a first notch can be electrically connected to a second electric conductor housed in a second notch, at the exit from said notches.
  • the stator may comprise a phase connector comprising metallic elements connected to electrical conductors of the stator.
  • the metal elements can be arranged radially externally or internally with respect to the electrical conductors to which they are connected.
  • the metal elements connected to conductors of the stator windings can be held by an insulating support.
  • the phase connector may have lugs for connection to a power supply bus. The machine can thus be connected to an inverter, electrically connected to the connection tabs of the connector.
  • Electrical conductors at least, see a majority of electrical conductors, can be pin-shaped, U-shaped or I-shaped.
  • 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 filling factor of the slot, making the machine more compact. Thanks to a high filling coefficient, heat 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.
  • stator can be facilitated thanks to the electrical conductors in the form of pins.
  • the pins do not require having open notches, we can have closed notches which allow the pins to be held and we can therefore eliminate the step of inserting the stator wedges.
  • Electrical conductors extend axially in the slots.
  • the electrical conductors can be introduced into the corresponding slots by 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 6, 10, 12, 14, 18, 22 or 26 I-shaped electrical conductors, the other electrical conductors all being able to be U-shaped.
  • the stator may be devoid of an I-shaped electrical conductor.
  • a U-shaped electrical conductor has two axial ends both placed at one of the axial ends of the stator. These two axial ends are defined by the two legs of the U. It passes through two different notches, 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, that is to say the side of the U forming the bun or coil head, is placed on the other axial side of the stator.
  • At least a portion of the electrical conductors, or even a majority of the electrical conductors, may be U-shaped hairpin.
  • the size of the electrical conductors at the level of the coil heads is reduced. This facilitates the interweaving of electrical conductors.
  • each electrical conductor may comprise several 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 a 'thread', or flat.
  • the flat strands can be shaped into pins, for example U or I.
  • Each strand is coated with an insulating enamel.
  • each notch can comprise several conductors and/or several strands makes it possible to minimize the losses by induced currents, or AC Joule losses, which evolve with the square of the supply frequency, which is particularly advantageous at high frequency and when the running speed is high. Heat transfer to the cold source is also facilitated. It is thus possible to obtain better performance at high speed.
  • each electrical conductor may comprise several pins, each forming a strand, as explained above. All the strands of one same electrical conductor can be electrically connected to each other at the exit of the notch. The strands electrically connected to each other are placed in short circuit. The number of strands electrically connected together can 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 circulates in all the strands of the same electrical conductor.
  • All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other, in particular at the exit from 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 house six strands, for example, distributed between the two electrical conductors.
  • a slot has four electrical conductors. Each electrical conductor may comprise two strands. The notch then houses eight strands, distributed between the four electrical conductors.
  • the strands of the same electrical conductor can be in contact two by two over their entire length. They may in particular be in contact at the level of the coil heads. In addition, they may in particular be in contact at the weld ends. They can be joined. In one embodiment, the strands can be welded in pairs of three strands. Such a configuration allows good optimization of the space available in and around the stator. We gain in particular in compactness at the level of the height of the buns. In addition, the risks of short-circuiting between the electrical conductors can be reduced.
  • 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 losses by eddy currents in the strands.
  • a strand can have a width comprised between 1 and 5 mm, being for example of the order of 2.65 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.
  • a strand can have a height comprised between 1 and 5 mm, being for example of the order of 1.25 or 1.8 mm.
  • the height of a strand is defined as its thickness in the radial dimension.
  • the electrical conductors can be made of copper or aluminum, or any other enamelled conductive material or coated with any other suitable insulating coating.
  • the stator mass can be produced by stacking sheets.
  • the teeth can be interconnected by material bridges, and on the opposite side by a yoke.
  • the notches can be closed. They can be produced entirely by cutting in the sheets.
  • Each sheet of the stack of sheets can be monobloc.
  • Each sheet is for example cut from a sheet of magnetic steel or sheet containing magnetic steel, for example steel 0.1 to 1.5 mm thick.
  • the sheets can be coated with an electrically insulating varnish on their opposite faces before they are assembled within the stack. Electrical insulation can still be obtained by heat treatment of the sheets, if necessary.
  • stator mass can be made from compacted or agglomerated magnetic powder.
  • the rotating electrical machine can be synchronous or asynchronous.
  • the machine can be reluctance. It can constitute a synchronous motor or a synchronous generator
  • 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 to 15,000 rpm , 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 even less than 40,000 rpm, better still less than 30,000 rpm.
  • the rotating electrical machine may include a rotor.
  • the rotor can be permanent magnets, with surface or buried magnets.
  • the rotor can be flux concentrating. It may include one or more layers of magnets arranged in an I, U or V. Alternatively, it may be a wound or squirrel cage rotor, or a variable reluctance rotor.
  • the diameter of the rotor can 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 comprise a rotor mass extending along the axis of rotation and arranged around a shaft.
  • the shaft may include torque transmission means for driving the rotor mass in rotation.
  • the rotor can be cantilevered or not.
  • the machine can be inserted alone into a casing or inserted into a gearbox casing. In this case, it is inserted in a casing which also houses a gearbox.
  • a further subject of the invention is a method for manufacturing a stator for a rotating electrical machine, in particular a stator as defined above, in which electrical conductors are placed in the notches of a stator mass of the stator by introducing them into the corresponding notches by one or both axial ends of the stator.
  • At least one electrical conductor, or even a majority of the electrical conductors, introduced into the notches, are in the shape of a U-shaped pin. They can be shaped prior to their introduction into the notches. All the electrical conductors in the shape of a U-shaped hairpin can be shaped, simultaneously or successively, then introduced into the stator mass simultaneously or successively.
  • Shaping may include a first step of assembling the strands of the same electrical conductor.
  • a final shaping step can be implemented after their introduction into the notches. This may include in particular the inclination of weld portions.
  • the same U-shaped electrical conductor can be placed in two different, non-consecutive slots in the stator mass of the stator. If an electrical conductor is U-shaped, it can be welded to two other electrical conductors on the same side of the machine.
  • stator of the stator In the case where an electrical conductor is I-shaped, it can be soldered to another electrical conductor and to the connector, on the two opposite sides of the machine.
  • Figure 1 is a perspective view, schematic and partial, of a stator comprising electrical conductors according to the invention.
  • FIG 2 is a top view, schematic and partial, of the stator of Figure 1.
  • FIG 3 is a side view, schematic and partial, of the stator of Figure 1.
  • FIG 4 is a side view, schematic and partial, of the stator of Figure 1.
  • Figure 5 is a side view, schematic and partial, of the winding of the stator of Figure 1.
  • Figure 6 is a side view, schematic and partial, of the winding of the stator of Figure 1.
  • Figure 7 is a cross-sectional view, schematic and partial, of the stator of Figure 1.
  • Figure 8 is a side view, schematic and partial, of three electrical conductors of the stator of Figure 1, taken in isolation.
  • Figure 8a is a view similar to Figure 8.
  • FIG 9 is a schematic partial longitudinal sectional view of the stator of Figure 1.
  • Figure 10a is a view of a bundle of strands intended to form an electrical conductor according to the invention.
  • Figure 10b is a side view.
  • FIG 11 illustrates step (a) of the method for manufacturing an electrical conductor according to the invention.
  • Figure 12a illustrates step (b) of spacing the method of manufacturing an electrical conductor according to the invention.
  • Figure 12b illustrates step (b) of spacing the method of manufacturing an electrical conductor according to the invention, in side view.
  • FIG 13 illustrates the end of step (b) of separating the method of manufacturing an electrical conductor according to the invention.
  • Figure 14 is a view similar to Figure 10b of the beam at the end of step (b) of spacing.
  • Figure 15 illustrates the folding step (c) of the method of manufacturing an electrical conductor according to the invention.
  • Figure 16a is a top view of the bundle at the end of the folding step (c).
  • Figure 16b is a front view of the bundle at the end of the folding step (c).
  • FIG 16c Figure 16c is a side view of the bundle at the end of the folding step (c).
  • Figure 17a Figure 17a is a top view of the beam during step (d) of shaping.
  • Figure 17b is a front view of the beam during step (d) of shaping.
  • Figure 17c is a side view of the bundle during step (d) of shaping.
  • Figure 18a is a top view of the bundle at the end of (d) curving.
  • FIG 18b Figure 18b is a front view of the bundle at the end of step (d) of shaping.
  • Figure 18c is a side view of the beam at the end of step (d) of shaping.
  • Figure 19 is a side view, schematic and partial, of electrical conductors each corresponding to a different embodiment.
  • stator 1 of a rotating electrical machine comprising a stator mass 2 comprising notches 3 and teeth 4 defining between them the notches, the teeth being attached to a yoke 5.
  • the stator 1 comprises a winding comprising electrical conductors 10 housed in the notches 3.
  • the stator comprises two electrical conductors per notch.
  • Each electrical conductor has three strands 12, as shown in particular in Figure 7.
  • Electrical conductors are generally rectangular in cross-section with rounded corners. In the example described, they are radially superimposed in a single row. The circumferential dimension of an electrical conductor corresponds substantially to the width of a notch.
  • the electrical conductors 10 are made of copper or aluminum, or any other enamelled conductive material or coated with any other suitable insulating coating.
  • the electrical conductors are in the shape of a U-shaped hairpin, as can be seen in FIGS. 5 and 6. They each comprise first 22nd and second 22f legs intended to extend axially respectively in first A and second R notches of the stator. The first and second legs are straight. The first leg 22e is arranged closer to the rotor than the second leg. The second leg 22f is arranged closer to the yoke of the stator than the first leg.
  • the strands of the first leg are arranged in the first notch A in a radially opposite order to the strands of the second leg of the same electrical conductor 10 in the second notch R.
  • Each electrical conductor further comprises a bun portion 22a connected to the first and second legs 22e, 22f of the electrical conductor each by an oblique portion 22b, 22c.
  • the hairpin electrical conductors each have first 22nd and second 22f legs which extend out of the notches by a welding portion not visible in the figures.
  • the two oblique portions 22b, 22c are in helix portion, as visible in Figure 8.
  • the observation axis Y of Figure 8 is perpendicular to an axis of rotation of the machine, and parallel to a plane normal to the axis of rotation of the machine.
  • the two oblique portions 22b, 22c are also curved around an axis parallel to an axis of the stator, in order to conform to the circular shape of the stator in which the electrical conductor is inserted, as clearly visible in FIG. 2. observe this curve when the electrical conductor is observed along an axis parallel to an axis of rotation of the machine.
  • the spacing e between the pins at the notch exit is substantially constant.
  • the length G of an oblique portion is in the example described of the order of 23 mm.
  • the length C of the bun portion measured between the two oblique portions is of the order of 10 to 11 mm, being for example 10.3 mm.
  • the length C can correspond substantially to the sum of the width of a strand added to the median pitch D, which corresponds to the gap between two consecutive notches of the stator.
  • the median pitch D is in the example described of the order of 7.78 mm.
  • the height H of the bun portion relative to the first and second legs, measured between the top of the legs intended to extend axially in the notches of the stator and the top of the bun portion, is of the order of 22 mm .
  • the thickness B of the bundle at the level of the bun portion can be substantially equal, being very slightly greater, than the thickness of the strands of the bundle, with a slight supplement e due to the deformation of the bundle.
  • the thickness B of the bundle is 4.23 mm.
  • an outer diameter of all the electrical conductors of the stator, defined by the bun portions, is less than the outer diameter of the notches plus four times the thickness of a strand.
  • an internal diameter of all the electrical conductors of the stator, defined by the bun portions is greater than an internal diameter of the notches, measured on the side of the air gap.
  • the length G of an oblique portion can be given by the following relationship:
  • G [(x*D/2) - (Rn-Rn*sina) - (C/2)]/cosa, where x is the number of teeth between the two legs of the electrical conductor,
  • D is the median pitch corresponding to the gap between two consecutive notches of the stator
  • C is the length of the bun portion measured between the two oblique portions
  • la is the width of a strand of the electrical conductor
  • e is the spacing at the notch exit between two electrical conductors, measured in a plane perpendicular to a general plan of the hairpin in U.
  • the thickness of the bun portions is substantially equal to the depth of the notch, as illustrated in FIG. 2.
  • the bun portions allow passage of the rotor, on the one hand, and on the other hand make it possible to minimize the size of the winding.
  • a bundle of three strands is supplied, the bundle being folded into a U, as illustrated in FIGS. 10a and 10b.
  • the strands are bent flat, the bundle folded into a U thus comprising a bun portion 22a and two legs.
  • the bending is obtained in step (a) by folding the bundle around a shaped part 30, as illustrated in FIG. 11.
  • the radius of the shaped part 30 is substantially equal to the thickness of a strand .
  • the thickness of the strand can for example be 1.41 mm.
  • the diameter of the bending pin here is 3 mm.
  • a subsequent step (b) the two legs are moved apart in order to form two rectilinear oblique portions 22b, 22c, the separation taking place in two opposite directions parallel to the flat of the strands, as illustrated in FIGS. 12a and 12b.
  • the two legs of the bundle folded into a U are maintained during the separation step (b), with guides 35.
  • the bun portion is left free to deform.
  • the beam folded into a U is channeled at the top of the U by applying a pressure P under the beam in the bottom of the U.
  • a pressure Q is also applied, in the example described, simultaneously, above the beam, at the top of the beam folded into a U.
  • the pressures exerted are applied vertically, parallel to an axis of rotation of the machine. During this channeling of the beam, the beam is left free to deform, it is not kept tight at this level.
  • oblique portions are folded inwards, so as to form the first and second legs 22e, 22f of the electrical conductor, each connected to the bun portion 22a by the rectilinear oblique portions 22b, 22c.
  • First and second legs 22e, 22f are thus obtained which extend parallel to each other.
  • the gap obtained between the two legs corresponds to the pitch of the stator.
  • the straight oblique portions are maintained on the one hand with the guides 35, and on the other hand the first and second legs with other guides 40 in order to fold them inwards with respect to the portions straight obliques, as shown in Figure 15.
  • the method includes the additional step (d) of curving the oblique portions, in accordance with the contour of the stator, the oblique portions becoming helix portions.
  • Step (d) of curving takes place after the other steps. During this step (d) of curving, the two legs of the electrical conductor are maintained in the guides 40, but does not maintain the bun portion. We leave the strands free to lengthen and slide over each other.
  • FIG. 19 There is illustrated in FIG. 19 a plurality of different electrical conductors, each corresponding to a variant embodiment, for the purpose of comparison. There are four different embodiments, each with two electrical conductors placed side by side. These different embodiments differ by the height H of the bun portion, and by the thickness B of the bundle at the level of the bun portion. We see that B can vary according to the supplement e.
  • the thickness B of the bundle at the level of the bun portion is substantially equal, being barely greater, than the thickness of the strands of the bundle.
  • the bun portion spares an eye which can be useful in order to promote heat exchange and the cooling of electrical conductors.
  • the stator comprises 48 slots, 48 teeth, 8 poles, hairpin electrical conductors each having first 22nd and second 22f legs separated by 8 or 7 teeth.
  • the machine could comprise 60 notches, 60 teeth, 8 poles, hairpin electrical conductors each having first 22nd and second 22f legs separated by 8 or 7 teeth.
  • the machine could comprise 63 notches, 63 teeth, 6 poles, hairpin electrical conductors each having first 22nd and second 22f legs separated by 11 or 10 teeth.
  • the winding is wavy.
  • the scope of the present invention is not departed from when the winding is interleaved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante, étant en forme d'épingle en U, comportant :- des première et seconde jambes destinées à s'étendre axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches du stator, - une portion de chignon reliée aux première et seconde jambes du conducteur électrique chacune par une portion oblique,- les deux portions obliques étant en portion d'hélice.

Description

Description
Titre : Conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication
La présente invention revendique la priorité de la demande française 2103172 déposée le 29 mars 2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Domaine technique
La présente invention concerne les machines électriques tournantes et plus particulièrement les stators de telles machines.
L’invention porte plus particulièrement sur les conducteurs électriques destinés à être insérés dans des encoches d’un stator d’une machine électrique tournante. L’invention concerne également le bobinage associé, le stator et la machine électrique tournante correspondante. Elle concerne également le procédé de fabrication de tels conducteurs électriques.
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, aéronautiques ou éoliennes.
Technique antérieure
On connaît par la demande internationale WO 2015/180811 un bobinage triphasé ondulé, enroulé en continu.
La demande US 2014/0339948 porte sur un procédé de mise en forme d’épingles, qui sont maintenues sur toute leur longueur et dans lequel le fil est matricé, c’est- à-dire mis en forme à la forme de l’outil.
Dans la demande EP 3 622 614, les fils sont bridés et pincés et ils ne peuvent pas glisser les uns par rapport aux autres. Dans les stators connus, les parties des conducteurs électriques émergeant de la masse statorique peuvent glisser les unes par rapport aux autres, et se vriller de manière non contrôlée, ce qui peut laisser insuffisamment de place pour le passage des sorties de phase et des retours de phase éventuels.
Il existe un besoin pour bénéficier d’un stator de machine électrique tournante d’assemblage aisé permettant un remplissage efficace des encoches, tout en assurant des performances électromagnétiques satisfaisantes.
Il existe encore un besoin pour réduire le coût de fabrication des machines électriques, notamment en simplifiant la fabrication du bobinage du stator, par exemple en minimisant le nombre de pièces à utiliser.
Il existe également un besoin pour améliorer encore les stators de machines électriques et notamment diminuer les ondulations de couple et les pertes Joule AC par courants induits, les vibrations et le bruit électromagnétique.
Il existe également un besoin pour disposer d’un procédé de fabrication de conducteurs électriques permettant la formation de conducteurs électriques avec un taux de remplissage des encoches satisfaisant, permettant une fabrication rapide des conducteurs électriques, limitant la quantité de conducteurs électriques utilisée et capables d’être refroidies efficacement.
Résumé de l’invention
L’invention vise à répondre à tout ou partie de ces besoins, et elle y parvient, selon un premier aspect, grâce à un conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante, étant en forme d'épingle en U, comportant :
- des première et seconde jambes destinées à s’étendre axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches du stator,
- une portion de chignon reliée aux première et seconde jambes du conducteur électrique chacune par une portion oblique,
- les deux portions obliques étant en portion d’hélice.
L’axe Y d’observation peut être perpendiculaire à un axe de rotation de la machine, et parallèle à un plan normal à l’axe de rotation de la machine.
La portion oblique peut être galbée, notamment autour d’un axe parallèle à un axe du stator, afin de se conformer à la forme circulaire du stator dans lequel elle est destinée à être ou elle est insérée. On peut observer ce galbe lorsque le conducteur électrique est observé selon un axe parallèle à un axe de rotation de la machine. Préalablement au galbage du conducteur électrique, la partie en portion d’hélice est rectiligne selon tous les axes d’observation.
La portion de chignon est dans l’invention dépourvue d’une forme dite d’œil, qui augmenterait son volume. On réduit ainsi l’encombrement de la portion de chignon, aussi bien en hauteur que radialement. La masse et l’encombrement du stator en sont réduits. On peut moduler le jeu entre les différents conducteurs électriques du stator, et ainsi améliorer la conductivité thermique et améliorer leur refroidissement. On peut également améliorer l’imbrication des conducteurs électriques dans le stator, et notamment au niveau des sorties de phases et des ponts. Par ailleurs, le volume de matériau, notamment de cuivre, nécessaire pour les conducteurs électriques peut être diminué, et le coût et le refroidissement du stator peut en être ainsi amélioré. Enfin, la résistance linéique des phases, c’est-à-dire la longueur totale d’une phase, du stator peut être diminuée, conduisant ainsi à un échauffement plus faible, ce qui permet également de réduire les pertes Joules.
Le conducteur électrique selon l’invention permet de diminuer la hauteur des chignons du côté opposé aux soudures, ce qui est avantageux pour minimiser l’encombrement de la machine et la quantité de matériau, notamment de cuivre, nécessaire pour les conducteurs électriques. On a ainsi une meilleure compacité du stator, y compris lorsqu’il est assemblé, donc de la machine résultante, qui peut notamment être plus courte. L’arbre du rotor peut être plus court, le carter peut être plus court, l’intégration de la machine dans son environnement d’utilisation peut être facilitée et la matière à fondre ou à usiner peut en être diminuée. Une machine plus courte permet d’améliorer la rigidité globale et de diminuer les vibrations. On a également moins d’efforts sur les roulements, ce qui permet d’améliorer leur durée de vie. Enfin, la masse globale de la machine peut être minimisée. Par ailleurs, à longueur totale de la machine égale, on peut augmenter la longueur du stator.
L’espacement entre les épingles en sortie d’encoche peut être dans un mode de réalisation, constant ou sensiblement constant. Cela peut faciliter la réalisation du refroidissement des conducteurs électriques.
L’invention a notamment pour objet un conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante, étant en forme d'épingle en U, comportant plusieurs brins, le conducteur électrique comportant : - des première et seconde jambes destinées à s’étendre axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches du stator, les brins de la première jambe étant disposés dans la première encoche dans un ordre radialement inverse des brins de la seconde jambe dans la seconde encoche,
- une portion de chignon reliée aux première et seconde jambes du conducteur électrique chacune par une portion oblique,
- les deux portions obliques étant en portion d’hélice.
Exposé de l’invention
Le conducteur électrique peut comporter un seul brin ou bien au moins deux brins.
Le conducteur électrique peut comporter plusieurs brins, notamment trois brins. Chaque conducteur électrique comportant plusieurs brins, on obtient une réduction des pertes par courants induit, ou pertes Joule AC, ce qui est particulièrement avantageux lorsque la vitesse de fonctionnement est élevée. Le transfert thermique vers la source froide en est également facilité.
Dans le conducteur électrique selon l’invention, les différents brins sont libres les uns par rapport aux autres en dehors du stator. Ils peuvent notamment glisser les uns par rapport aux autres lors de la fabrication. L’invention permet d’éviter tout vrillage des brins, tout en permettant leur glissement relatif lors de la fabrication. Il n’y a pas de vrillage des brins dans les portions obliques, ni dans la portion de chignon. La portion de chignon conserve ainsi un volume contrôlé. On a un bon contact entre les différents brins, y compris au niveau de la portion de chignon.
Les brins de la première jambe d’un conducteur électrique peuvent être disposés dans la première encoche dans un ordre radialement inverse des brins de la seconde jambe du même conducteur électrique dans la seconde encoche. L’inversion de l’ordre des brins de la première jambe dans la première encoche, par rapport à l’ordre des brins de la seconde jambe du même conducteur électrique dans la seconde encoche, également appelée « transposition », permet de minimiser les courants de circulation entre les brins d’un même conducteur électrique dans chacune des première et seconde encoche.
De préférence, les premières et secondes jambes sont rectilignes.
Elles peuvent en variante être en hélice lorsque le stator est vrillé. La longueur G d’une portion oblique peut être donnée par la relation suivante : G = [(x*D/2) - (Rn-Rn*sina) - (C/2)]/cosa, où x est le nombre de dents entre les deux jambes du conducteur électrique,
D est le pas médian correspondant à l’écart entre deux encoches consécutives du stator,
Rn est le rayon de courbure d’un brin du conducteur électrique entre la portion oblique et une portion verticale , a est l’angle tel que sina = (la+e)/D,
C est la longueur de la portion de chignon mesurée entre les deux portions obliques, la est la largeur d’un brin du conducteur électrique, e est l’espacement en sortie d’encoche entre deux conducteurs électriques, mesuré dans un plan perpendiculaire à un plan général de l’épingle en U. La distance e correspond également l’espacement entre deux portions d’hélice.
La longueur C de la portion de chignon mesurée entre les deux portions obliques peut être inférieure à 3D, mieux inférieure à 2D, où D est le pas médian correspondant à l’écart entre deux encoches consécutives du stator. Dans un mode de réalisation, la longueur C de la portion de chignon mesurée entre les deux portions obliques peut être supérieure à 0,5 D, mieux supérieure à D.
La longueur C de la portion de chignon mesurée entre les deux portions obliques peut correspondre sensiblement à la somme de la largeur d’un brin ajoutée au pas médian D, lequel correspond à l’écart entre deux encoches consécutives du stator. La longueur C de la portion de chignon peut être suffisamment grande afin d’éviter que l’émail du faisceau et des brins ne soit trop sollicité. La longueur C de la portion de chignon peut être inférieure à 2 fois le pas médian, voire inférieure à 1,5 fois le pas médian, mieux inférieure à 1,3 fois le pas médian A.
La hauteur H de la portion de chignon par rapport aux première et seconde jambes peut être inférieure à 70 mm, mieux inférieure à 65 mm, voire inférieure à 50 mm, voire encore inférieure à 40 mm, mieux inférieure à 35 mm, mieux encore inférieure à 30 mm. On mesure la hauteur de la portion de chignon entre le haut des jambes destinée à s’étendre axialement dans les encoches du stator, c’est à-dire entre le haut de la masse statorique, ou le haut du paquet de tôles du stator, et le haut de la portion de chignon.
L’épaisseur B du conducteur électrique au niveau de la portion de chignon peut être sensiblement égale, étant très légèrement supérieure, à l’épaisseur des brins du conducteur électrique, avec un léger supplément e du à la déformation du conducteur électrique. Le supplément e peut être de l’ordre de quelque pourcent de l’épaisseur d’un brin, étant notamment inférieur à 50% de l’épaisseur d’un brin, mieux inférieur 40%, voire inférieur à 30%, encore mieux inférieur à 20% de l’épaisseur d’un brin. Le supplément e peut dans un mode de réalisation être nul. Dans une autre variante de réalisation, dans le cas où on a un allongement des brins et/ou une compression de ceux-ci, on peut avoir un supplément e négatif.
Stator et machine
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un stator comportant une masse statorique comportant des encoches, des conducteurs électriques logés dans les encoches, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, mieux tous les conducteurs électriques, étant tels que définis plus haut.
La masse statorique comporte des dents définissant entre elles les encoches, les dents étant rattachée à une culasse du stator.
Les première et seconde encoches peuvent être non consécutives. On peut parler respectivement d’encoche aller et d’encoche retour.
Les première et seconde encoches peuvent être séparées par un nombre d’encoches compris entre 3 et 20, mieux entre 6 et 16, étant par exemple de 7 ou 8, ou 10 ou 11 encoches.
Le stator peut comporter deux conducteurs électriques par encoche. Le stator peut dans un mode de réalisation comporter deux colonnes de brins de conducteurs électriques.
Dans un « conducteur électrique » circule le courant d’une même phase d’une voie d’enroulement. Plusieurs conducteurs 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.
Dans chaque encoche, il peut y avoir une ou plusieurs couches. Par « couche » (« layer » en anglais), on désigne les conducteurs 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.
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 trois ou quatre couches.
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage distribué. Le bobinage peut être ondulé ou imbriqué. Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage fractionnaire.
Un diamètre extérieur de l’ensemble des conducteurs électriques du stator, défini par les portions de chignon, peut être inférieur au diamètre extérieur des encoches additionné de 0 à 6 fois l’épaisseur d’un brin, notamment de quatre fois l’épaisseur d’un brin.
Par ailleurs, un diamètre intérieur de l’ensemble des conducteurs électriques du stator, défini par les portions de chignon, peut être supérieur à un diamètre intérieur des encoches, mesuré du côté de l’entrefer.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une machine électrique tournante comportant un stator tel que défini ci-dessus et un rotor.
La première jambe peut être disposée plus près du rotor que la seconde jambe. La seconde jambe peut être disposée plus près de la culasse du stator que la première jambe. En variante, la première jambe peut être disposée plus près de la culasse du stator que la seconde jambe, et la seconde jambe peut être disposée plus près du rotor que la première jambe.
Procédé de fabrication d’un conducteur électrique
L’invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante tel que défini plus haut.
L’invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante, comportant les étapes suivantes : (a) fournir un faisceau d’un ou plusieurs brins replié en U, les brins étant notamment cintrés sur plat, le faisceau replié en U comportant une portion de chignon et deux jambes,
(b) écarter les deux jambes afin de former deux portions obliques rectilignes, l’écartement se faisant selon deux directions opposées parallèles au plat des brins,
(c) replier vers l’intérieur les portions obliques, de façon à former des première et seconde jambes du conducteur électrique reliée chacune à la portion de chignon par une portion oblique rectiligne, les première et seconde jambes s’étendant parallèlement l’une à l’autre.
Par ‘cintré sur plat’, on entend que le brin est plié sur sa plus grand largeur, lorsqu’ observé en section transversale. De préférence, le brin n’est pas cintré sur chant.
Dans un mode de réalisation, le ou les brins peuvent en variante être cintrés sur chant. Cela peut notamment être avantageux quand une encoche loge plusieurs colonnes de conducteurs électriques.
Le brin est en section transversale de forme générale rectangulaire, comportant deux grands cotés formant chacun le ‘plat du brin’ et deux petits cotés formant chacun le ‘chant du brin’ .
Le faisceau comporte de préférence plusieurs brins, par exemple trois brins.
Le procédé selon l’invention permet de bien maîtriser la déformation des conducteurs électriques lors de la formation de l’épingle, et donc de bien maîtriser le jeu entre les différents conducteurs électriques du stator, ce qui est avantageux en termes de conductivité thermique et de refroidissement. La consommation de matériau, notamment de cuivre, peut être réduite, et la masse et l’encombrement du stator résultant réduite également. Enfin, on obtient une meilleure imbrication des sorties de phase et des ponts dans le stator.
Pendant l’étape (b) d’écartement, on peut canaliser le faisceau replié en U au niveau du sommet du U en appliquant une pression sous le faisceau dans le fond du U. Une pression peut également être appliquée, simultanément, au-dessus du faisceau, au niveau du sommet du faisceau replié en U.
Pendant cette canalisation du faisceau, on laisse le faisceau libre de se déformer, celui-ci n’est pas maintenu serré à ce niveau. La ou les pressions exercées sont appliquées verticalement, parallèlement à un axe de rotation de la machine. Pour la pression appliquée sous le faisceau dans le fond du U, on peut utiliser un appui ponctuel, par exemple une pointe, ou une barre, ou une sphère, par exemple dans un mode de réalisation une pointe assez fine, par exemple polie ou arrondie, afin de ne pas endommager l’émail. Pour la pression appliquée au-dessus du faisceau, au niveau du sommet du faisceau replié en U, on peut utiliser une pointe ou un outil plat.
Ainsi, on crée un point d’appui pour canaliser le faisceau et les brins, mais ceux- ci ne sont pas bridés entièrement. On n’applique pas de pression perpendiculairement au faisceau replié en U au niveau du fond du U. Le faisceau et les brins peuvent s’allonger et glisser les uns sur les autres. On ne maintient pas un œil du conducteur électrique.
A l’étape (a), on peut replier le faisceau autour d’une pièce de forme, notamment une goupille de cintrage. Le rayon de la goupille de cintrage peut être compris entre 0,5 et 2 fois l’épaisseur d’un brin. Dans un mode de réalisation, le rayon de la goupille de cintrage peut être sensiblement égal à l’épaisseur d’un brin. L’épaisseur du brin peut par exemple être de 1,41 mm. Le diamètre de la goupille de cintrage peut par exemple être de 3 mm. La pièce de forme peut n’être utilisée que pour l’étape (a) de repliage, mais peut être enlevée pour l’étape (b) d’écartement.
Dans le procédé selon l’invention, on peut ne pas maintenir la portion de chignon pendant l’étape (b) d’écartement. Au contraire, on maintient les deux jambes du faisceau replié en U pendant l’étape (b) d’écartement. Pendant cette étape (b) d’écartement, la portion de chignon est laissée libre de se déformer.
Dans le cas où le faisceau comporte plusieurs brins, les brins peuvent glisser les uns par rapport aux autres.
Pendant l’étape (b) d’écartement, on maintient les deux jambes du faisceau dans des guides, et on écarte celles-ci selon deux directions opposées parallèles au plat des brins. On maintient les deux jambes au niveau des futures parties obliques. Une telle étape (b) de déformation est avantageusement identique, quelle que soit le pas final du conducteur électrique en fabrication. Ce maintien permet d’éviter que les parties obliques ne se vrillent, tout en permettant que les brins glissent les uns par rapport aux autres dans les guides.
A l’étape (c), on peut maintenir d’une part les portions obliques rectilignes et d’autre part les première et seconde jambes afin de les replier vers l’intérieur par rapport aux portions obliques rectilignes. L’écart obtenu entre les deux jambes correspond au pas du stator auquel est destiné le conducteur électrique, indépendamment du galbage.
Les portions obliques peuvent être maintenues aux étapes (b) d’écartement et (c) de repliage avec les mêmes outils. Pendant l’étape (c) de repliage, on peut toujours, comme au cours de l’étape (b) d’écartement, canaliser le faisceau replié en U au niveau du sommet du U en appliquant une pression sous le faisceau dans le fond du U. Une pression peut également être appliquée, simultanément, au-dessus du faisceau, au niveau du sommet du faisceau replié en U. En variante, on peut ne pas exercer cette pression.
Au cours des différentes étapes qui viennent d’être décrites, les deux portions obliques restent rectilignes et non vrillées. Afin de se conformer au contour circulaire du stator, il peut être nécessaire de les mettre en forme.
A cet effet, le procédé peut comporter l’étape supplémentaire suivante :
(d) galber les portions obliques, conformément au contour du stator, les portions obliques devenant en portion d’hélice.
L’étape (d) de galbage a lieu après les autres étapes. Pendant cette étape (d) de galbage, on maintient les deux jambes du conducteur électrique. On peut soit maintenir une seule jambe de l’épingle et entraîner en rotation la seconde jambe par rapport à la première jambe, soit faire tourner les deux jambes l’une par rapport à l’autre.
Pendant cette étape (d) de galbage, on ne maintient pas la portion de chignon. On laisse le faisceau et les brins libres de s’allonger et glisser les uns sur les autres.
Les portions obliques résultant du galbage sont en hélice, mais ne sont pas vrillées.
Dans la portion de chignon, le faisceau et les brins peuvent être vrillés, et ce sur une longueur C qui peut correspondre sensiblement à la somme de la largeur d’un brin ajoutée au pas médian, lequel correspond à l’écart entre deux encoches consécutives du stator.
Les première et seconde jambes sont alors destinées à s’étendre axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches du stator.
L’angle de galbage et le pas peuvent être choisis en fonction du nombre de pôles, du nombre de dents, et/ou de phases du stator. Dans un exemple de réalisation, l’angle de galbage peut être de 60° ou de 52,5°, en fonction des épingles. Le stator peut par exemple comporter des épingles encadrant 8 dents ayant un angle de 60° et des épingles encadrant 7 dents ayant un angle de 52,5°. Dans un autre mode de réalisation, l’angle de galbage peut être de 62,7° ou de 57°, en fonction des épingles. Le stator peut par exemple comporter des épingles encadrant 11 dents ayant un angle de 62,7° et des épingles encadrant 10 dents ayant un angle de 57°. 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.
Tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre située à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale, peuvent être reliés électriquement ensemble.
Le stator peut comporter un connecteur de phases comportant des éléments métalliques connectés à des conducteurs électriques du stator. Les éléments métalliques peuvent être disposés radialement extérieurement ou intérieurement par rapport aux conducteurs électriques auxquels ils sont connectés. Les éléments métalliques connectés à des conducteurs des bobinages du stator peuvent être maintenus par un support isolant. Par ailleurs, le connecteur de phases peut présenter des pattes de connexion à un bus d’alimentation. La machine peut ainsi être reliée à un onduleur, connecté électriquement aux pattes de connexion du connecteur.
Epingles
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).
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.
En outre, la fabrication du stator peut être facilitée grâce aux conducteurs électriques en forme d'épingles. 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.
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.
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 6, 10, 12, 14, 18, 22 ou 26 conducteurs électriques en forme de I, les autres conducteurs électriques pouvant tous être en forme de U.
Le stator peut être dépourvu de conducteur électrique en forme de I.
Un conducteur électrique en forme de U a deux extrémités axiales toutes deux placées à l’une des extrémités axiales du stator. Ces deux extrémités axiales sont définies par les deux jambes du U. 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, c’est-à-dire le côté du U formant le chignon ou tête de bobine, est disposé de l’autre côté axial du stator.
Au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingle en U.
En outre, l’encombrement des conducteurs électriques au niveau des têtes de bobines est diminué. Cela facilite l’imbrication des conducteurs électriques.
Brins
Dans l’invention, chaque conducteur électrique peut comporter 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.
Le fait que chaque encoche puisse comporter plusieurs conducteurs 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. Le transfert thermique vers la source froide en est également facilité. On peut ainsi obtenir un meilleur rendement à haute vitesse.
Lorsque les encoches sont fermées, on peut obtenir une réduction des flux de fuites vu par les conducteurs, ce qui entraîne une diminution des pertes par courants de Foucault dans les brins.
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.
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.
Tous les brins de tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre située 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.
Dans un mode de réalisation, chaque conducteur électrique comporte trois brins. 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.
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.
Les brins d’un même conducteur électrique peuvent être en contact deux à deux sur toute leur longueur. Ils peuvent notamment être en contact au niveau des têtes de bobines. En outre, ils peuvent notamment être en contact au niveau des extrémités de soudure. Ils peuvent être accolés. Dans un mode de réalisation, les brins peuvent être soudés par paire de trois brins. Une telle configuration permet une bonne optimisation de l’espace disponible dans et autour du stator. On gagne notamment en compacité au niveau de la hauteur des chignons. En outre, on peut réduire les risques de court-circuit entre les conducteurs électriques.
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. Un brin peut avoir une largeur comprise entre 1 et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 2,65 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.
Un brin peut avoir une hauteur comprise entre 1 et 5 mm, étant par exemple de l’ordre de 1,25 ou 1,8 mm. La hauteur d’un brin est définie comme son épaisseur dans la dimension radiale.
Les conducteurs électriques peuvent être réalisés en cuivre ou aluminium, ou tout autre matériau conducteur émaillé ou revêtu de tout autre revêtement isolant adapté.
La masse statorique peut être réalisée par empilement de tôles. Les dents peuvent être reliées entre elles par des ponts de matière, et du côté opposé par une culasse. Les encoches peuvent être fermées. Elles peuvent être réalisées entièrement par découpage dans les tôles. Chaque tôle de l’empilement de tôles peut être monobloc.
Chaque tôle est par exemple découpée dans une feuille d’acier magnétique ou contenant de l’acier magnétique, par exemple de l’acier de 0,1 à 1,5 mm d’épaisseur. Les tôles peuvent être revêtues d’un vernis isolant électrique sur leurs faces opposées avant leur assemblage au sein de l’empilement. L’isolation électrique peut encore être obtenue par un traitement thermique des tôles, le cas échéant.
En variante, la masse statorique peut être fabriquée à partir d’une poudre magnétique compactée ou agglomérée.
La machine électrique tournante peut être synchrone ou asynchrone. La machine peut être à réluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone ou une génératrice 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 14000 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.
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. 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.
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.
Le rotor peut être monté en porte à faux ou non.
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.
Procédé de fabrication du stator
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un stator de machine électrique tournante, notamment d’un stator tel que défini plus haut, dans lequel on dispose des conducteurs électriques dans les encoches d’une masse statorique du stator en les introduisant dans les encoches correspondantes par l’une ou les deux extrémités axiales du stator.
Au moins un conducteur électrique, voir une majorité des conducteurs électriques, introduit dans les encoches, sont en forme d'épingle en U. Ils peuvent être mis en forme préalablement à leur introduction dans les encoches. Tous les conducteurs électriques en forme d'épingle en U peuvent être mis en forme, simultanément ou successivement, puis introduit dans la masse statorique simultanément ou successivement.
La mise en forme peut comporter une première étape d’assemblage des brins d’un même conducteur électrique.
Une dernière étape de mise en forme peut être mise en œuvre après leur introduction dans les encoches. Il peut s’agir notamment de l’inclinaison de portions de soudage.
On peut disposer un même conducteur électrique en forme de U dans deux encoches différentes non consécutives de la masse statorique du stator. Dans le cas où un conducteur électrique est en forme de U, il peut être soudé à deux autres conducteurs électriques d’un même côté de la machine.
On peut relier entre eux deux conducteurs électriques en forme de I préalablement introduits dans deux encoches différentes non consécutives de la masse statorique du stator. Dans le cas où un conducteur électrique est en forme de I, il peut être soudé à un autre conducteur électrique et au connecteur, des deux côtés opposés de la machine.
Dans l’invention, on peut relier électriquement ensemble tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre située à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale.
Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’un exemple de réalisation non limitatif de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig 1] La figure 1 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’un stator comportant des conducteurs électriques conforme à l’invention.
[Fig 2] La figure 2 est une vue de dessus, schématique et partielle, du stator de la figure 1.
[Fig 3] La figure 3 est une vue de côté, schématique et partielle, du stator de la figure 1.
[Fig 4] La figure 4 est une vue de côté, schématique et partielle, du stator de la figure 1.
[Fig 5] La figure 5 est une vue de côté, schématique et partielle, du bobinage du stator de la figure 1.
[Fig 6] La figure 6 est une vue de côté, schématique et partielle, du bobinage du stator de la figure 1.
[Fig 7] La figure 7 est une vue en coupe transversale, schématique et partielle, du stator de la figure 1.
[Fig 8] La figure 8 est une vue de côté, schématique et partielle, de trois conducteurs électriques du stator de la figure 1, pris isolément.
[Fig 8a] La figure 8a est une vue semblable à la figure 8.
[Fig 9] La figure 9 est une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, du stator de la figure 1.
[Fig 10a] La figure 10a est une vue d’un faisceau de brins destinés à former un conducteur électrique conforme à l’invention. [Fig 10b] La figure 10b en est une vue de côté.
[Fig 11] La figure 11 illustre l’étape (a) du procédé de fabrication d’un conducteur électrique selon l’invention.
[Fig 12a] La figure 12a illustre l’étape (b) d’écartement du procédé de fabrication d’un conducteur électrique selon l’invention.
[Fig 12b] La figure 12b illustre l’étape (b) d’écartement du procédé de fabrication d’un conducteur électrique selon l’invention, en vue de côté.
[Fig 13] La figure 13 illustre la fin de l’étape (b) d’écartement du procédé de fabrication d’un conducteur électrique selon l’invention. [Fig 14] La figure 14 est une vue analogue à la figure 10b du faisceau à la fin de l’étape (b) d’écartement.
[Fig 15] La figure 15 illustre l’étape (c) de repliage du procédé de fabrication d’un conducteur électrique selon l’invention.
[Fig 16a] La figure 16a est une vue de dessus du faisceau à la fin de l’étape (c) de repliage.
[Fig 16b] La figure 16b est une vue de face du faisceau à la fin de l’étape (c) de repliage.
[Fig 16c] La figure 16c est une vue de côté du faisceau à la fin de l’étape (c) de repliage. [Fig 17a] La figure 17a est une vue de dessus du faisceau au cours de l’étape (d) de galbage.
[Fig 17b] La figure 17b est une vue de face du faisceau au cours de l’étape (d) de galbage.
[Fig 17c] La figure 17c est une vue de côté du faisceau au cours de l’étape (d) de galbage.
[Fig 18a] La figure 18a est une vue de dessus du faisceau à la fin de (d) de galbage.
[Fig 18b] La figure 18b est une vue de face du faisceau à la fin de l’étape (d) de galbage. [Fig 18c] La figure 18c est une vue de côté du faisceau à la fin de l’étape (d) de galbage. [Fig 19] La figure 19 est une vue de côté, schématique et partielle, de conducteurs électriques correspondants chacun à une variante de réalisation différente.
Description détaillée
On a illustré aux figures 1 à 4 un stator 1 de machine électrique tournante, comportant une masse statorique 2 comportant des encoches 3 et des dents 4 définissant entre elles les encoches, les dents étant rattachée à une culasse 5.
Le stator 1 comporte un bobinage comportant des conducteurs électriques 10 logés dans les encoches 3. Dans l’exemple décrit, le stator comporte deux conducteurs électriques par encoche. Chaque conducteur électrique comporte trois brins 12, comme visible en particulier sur la figure 7.
Les conducteurs électriques sont en section transversale de forme générale rectangulaire, avec des coins arrondis. Ils sont dans l’exemple décrit superposés radialement en une seule rangée. La dimension circonférentielle d’un conducteur électrique correspond sensiblement à la largeur d’une encoche.
Les conducteurs électriques 10 sont en cuivre ou aluminium, ou tout autre matériau conducteur émaillé ou revêtu de tout autre revêtement isolant adapté.
Les conducteurs électriques sont en forme d'épingle en U, comme visible sur les figures 5 et 6. Ils comportent chacun des première 22e et seconde 22f jambes destinées à s’étendre axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches du stator. Les premières et secondes jambes sont rectilignes. La première jambe 22e est disposée plus près du rotor que la seconde jambe. La seconde jambe 22f est disposée plus près de la culasse du stator que la première jambe.
Les brins de la première jambe sont disposés dans la première encoche A dans un ordre radialement inverse des brins de la seconde jambe du même conducteur électrique 10 dans la seconde encoche R.
Chaque conducteur électrique comporte en outre une portion de chignon 22a reliée aux première et seconde jambes 22e, 22f du conducteur électrique chacune par une portion oblique 22b, 22c.
Par ailleurs, les conducteurs électriques en épingles ont chacun des première 22e et seconde 22f jambes qui se prolongent hors des encoches par une portion de soudage non visible sur les figures. Les deux portions obliques 22b, 22c sont en portion d’hélice, comme visible sur la figure 8. L’axe Y d’observation de la figure 8 est perpendiculaire à un axe de rotation de la machine, et parallèle à un plan normal à l’axe de rotation de la machine.
Les deux portions obliques 22b, 22c sont également galbées autour d’un axe parallèle à un axe du stator, afin de se conformer à la forme circulaire du stator dans lequel le conducteur électrique est insérée, comme bien visible sur la figure 2. On peut observer ce galbe lorsque le conducteur électrique est observé selon un axe parallèle à un axe de rotation de la machine.
L’espacement e entre les épingles en sortie d’encoche est sensiblement constant.
La longueur G d’une portion oblique est dans l’exemple décrit de l’ordre de 23 mm.
La longueur C de la portion de chignon mesurée entre les deux portions obliques est de l’ordre de 10 à 11 mm, étant par exemple de 10,3 mm. La longueur C peut correspondre sensiblement à la somme de la largeur d’un brin ajoutée au pas médian D, lequel correspond à l’écart entre deux encoches consécutives du stator. Le pas médian D est dans l’exemple décrit de l’ordre de 7,78 mm.
La hauteur H de la portion de chignon par rapport aux première et seconde jambes, mesurée entre le haut des jambes destinée à s’étendre axialement dans les encoches du stator et le haut de la portion de chignon, est de l’ordre de 22 mm.
L’épaisseur B du faisceau au niveau de la portion de chignon peut être sensiblement égale, étant très légèrement supérieure, à l’épaisseur des brins du faisceau, avec un léger supplément e dû à la déformation du faisceau. Dans l’exemple décrit, l’épaisseur B du faisceau est de 4,23 mm.
Comme visible sur la figure 2, un diamètre extérieur de l’ensemble des conducteurs électriques du stator, défini par les portions de chignon, est inférieur au diamètre extérieur des encoches additionné de quatre fois l’épaisseur d’un brin.
Par ailleurs, un diamètre intérieur de l’ensemble des conducteurs électriques du stator, défini par les portions de chignon, est supérieur à un diamètre intérieur des encoches, mesuré du côté de l’entrefer.
Comme illustré sur la figure 8a, la longueur G d’une portion oblique peut être donnée par la relation suivante :
G = [(x*D/2) - (Rn-Rn*sina) - (C/2)]/cosa, où x est le nombre de dents entre les deux jambes du conducteur électrique,
D est le pas médian correspondant à l’écart entre deux encoches consécutives du stator,
Rn est le rayon de courbure d’un brin du conducteur électrique entre la portion oblique et une portion verticale , a est l’angle tel que sina = (la+e)/D,
C est la longueur de la portion de chignon mesurée entre les deux portions obliques, la est la largeur d’un brin du conducteur électrique, e est l’espacement en sortie d’encoche entre deux conducteurs électriques, mesuré dans un plan perpendiculaire à un plan général de l’épingle en U.
On voit sur les figures 1 à 8 que les conducteurs électriques et les ceintures s’intégrent parfaitement les unes aux autres.
Par ailleurs, l’épaisseur des portions de chignon, mesurée radialement, est sensiblement égale à la profondeur de l’encoche, comme illustré sur la figure 2. Les portions de chignons permettent le passage du rotor, d’une part, et d’autre part permettent de minimiser l’encombrement du bobinage.
On va maintenant décrire en détails le procédé de fabrication d’un conducteur électrique selon l’invention.
Dans une première étape (a), on fournit un faisceau de trois brins, le faisceau étant replié en U, comme illustré aux figures 10a et 10b.
Les brins sont cintrés sur plat, le faisceau replié en U comportant ainsi une portion de chignon 22a et deux jambes. On a préalablement réglé la longueur des brins, redressé ceux-ci, et dénudé l’extrémité des brins. Quand il y a plusieurs brins, ceux-ci peuvent ne pas avoir la même longueur, cette différence compensant le parcours de chaque brin dans le faisceau en U.
Le cintrage est obtenu à l’étape (a) en repliant le faisceau autour d’une pièce de forme 30, comme illustré à la figure 11. Le rayon de la pièce de forme 30 est sensiblement égal à l’épaisseur d’un brin. L’épaisseur du brin peut par exemple être de 1,41 mm. Le diamètre de la goupille de cintrage est ici de 3 mm.
Dans une étape (b) ultérieure, on écarte les deux jambes afin de former deux portions obliques rectilignes 22b, 22c, l’écartement se faisant selon deux directions opposées parallèles au plat des brins, comme illustré sur les figures 12a et 12b. On maintient les deux jambes du faisceau replié en U pendant l’étape (b) d’écartement, avec des guides 35. Pendant cette étape (b) d’écartement, la portion de chignon est laissée libre de se déformer.
En outre, pendant cette étape (b) d’écartement, on canalise le faisceau replié en U au niveau du sommet du U en appliquant une pression P sous le faisceau dans le fond du U. Une pression Q est également appliquée, dans l’exemple décrit, simultanément, au-dessus du faisceau, au niveau du sommet du faisceau replié en U. Les pressions exercées sont appliquées verticalement, parallèlement à un axe de rotation de la machine. Pendant cette canalisation du faisceau, on laisse le faisceau libre de se déformer, celui-ci n’est pas maintenu serré à ce niveau.
Comme illustré sur la figure 13, tout en maintenant les deux jambes du faisceau dans les guides 35, on écarte celles-ci selon deux directions opposées parallèles au plat des brins.
On obtient alors le conducteur électrique tel qu’illustré à la figure 14.
Dans une étape (c) ultérieure, on replie vers l’intérieur les portions obliques, de façon à former les première et seconde jambes 22e, 22f du conducteur électrique reliées chacune à la portion de chignon 22a par les portions obliques rectilignes 22b, 22c. On obtient ainsi des première et seconde jambes 22e, 22f qui s’étendent parallèlement l’une à l’autre. L’écart obtenu entre les deux jambes correspond au pas du stator.
Pendant cette étape (c), on maintient d’une part les portions obliques rectilignes avec les guides 35, et d’autre part les première et seconde jambes avec d’autres guides 40 afin de les replier vers l’intérieur par rapport aux portions obliques rectilignes, comme illustré sur la figure 15.
Au cours des différentes étapes qui viennent d’être décrites, les deux portions obliques restent rectilignes. Afin de se conformer au contour circulaire du stator, il est nécessaire de les mettre en forme.
A cet effet, le procédé comporte l’étape supplémentaire (d) de galbage des portions obliques, conformément au contour du stator, les portions obliques devenant en portion d’hélice.
L’étape (d) de galbage a lieu après les autres étapes. Pendant cette étape (d) de galbage, on maintient les deux jambes du conducteur électrique dans les guides 40, mais on ne maintient pas la portion de chignon. On laisse les brins libres de s’allonger et glisser les uns sur les autres.
On a illustré aux figures 16a à 18c le conducteur électrique au fur et à mesure du galbage. Aux figures 16a à 16c, le galbage n’est pas commencé. Aux figures 17a à 17c, le galbage est en cours. Aux figures 18a à 18c, le galbage est terminé. On voit que les portions obliques résultant du galbage sont en hélice, mais ne sont pas vrillées. Dans la portion de chignon, le faisceau et les brins sont vrillés.
On a illustré à la figure 19 une pluralité de différents conducteurs électriques, chacun correspondant à une variante de réalisation, dans un but de comparaison. Il y a quatre modes de réalisation différents, avec pour chacun deux conducteurs électriques placés côte à côte. Ces différents modes de réalisation diffèrent par la hauteur H de la portion de chignon, et par l’épaisseur B du faisceau au niveau de la portion de chignon. On voit que B peut varier en fonction du supplément e.
Dans les conducteurs électriques placés les plus à droite, l’épaisseur B du faisceau au niveau de la portion de chignon est sensiblement égale, étant à peine supérieure, à l’épaisseur des brins du faisceau.
En variante, dans les conducteurs électriques placés les plus à gauche, la portion de chignon ménage un œil qui peut être utile afin de favoriser les échanges thermiques et le refroidissement de conducteurs électriques.
Dans la variante de réalisation illustrée, le stator comporte 48 encoches, 48 dents, 8 pôles, des conducteurs électriques en épingles ayant chacun des première 22e et seconde 22f jambes séparées par 8 ou 7 dents.
Dans une autre variante de réalisation, la machine pourrait comporter 60 encoches, 60 dents, 8 pôles, des conducteurs électriques en épingles ayant chacun des première 22e et seconde 22f jambes séparées par 8 ou 7 dents.
Dans une autre variante de réalisation encore, la machine pourrait comporter 63 encoches, 63 dents, 6 pôles, des conducteurs électriques en épingles ayant chacun des première 22e et seconde 22f jambes séparées par 11 ou 10 dents.
Dans les exemples qui précédent, le bobinage est ondulé. On ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque le bobinage est imbriqué.

Claims

Revendications
1. Stator ( 1 ) de machine électrique tournante, comportant une masse statorique (2) comportant des encoches (3), des conducteurs électriques (10) logés dans les encoches, le stator comportant deux conducteurs électriques (10) par encoche (3), au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, mieux tous les conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U, comportant plusieurs brins, le conducteur électrique comportant :
- des première (22e) et seconde (22f) jambes destinées à s’étendre axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches du stator, les brins (12) de la première jambe (22e) étant disposés dans la première encoche dans un ordre radialement inverse des brins de la seconde jambe (22f) dans la seconde encoche,
- une portion de chignon (22a) reliée aux première et seconde jambes du conducteur électrique chacune par une portion oblique (22b, 22c),
- les deux portions obliques (22b, 22c) étant en portion d’hélice.
2. Stator selon la revendication précédente, comportant trois brins (12).
3. Stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’épaisseur
(B) du conducteur électrique au niveau de la portion de chignon étant sensiblement égale à l’épaisseur des brins du conducteur électrique, étant notamment très légèrement supérieure.
4. Stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, la longueur
(C) de la portion de chignon (22a) mesurée entre les deux portions obliques (22b, 22c) étant inférieure à 3D, mieux inférieure à 2D, où D est le pas médian correspondant à l’écart entre deux encoches consécutives du stator.
5. Stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, la hauteur (H) de la portion de chignon par rapport aux première et seconde jambes (22e, 22f) étant inférieure à 70 mm, mieux inférieure à 65 mm, voire inférieure à 50 mm, voire encore inférieure à 40 mm, mieux encore inférieure à 30 mm.
6. Stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, la longueur (C) de la portion de chignon (22a) mesurée entre les deux portions obliques (22b, 22c) correspondant sensiblement à la somme de la largeur d’un brin ajoutée au pas médian (D), lequel correspond à l’écart entre deux encoches consécutives du stator.
7. Stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, la première jambe (22e) étant disposée plus près du rotor que la seconde jambe (22f).
8. Stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, un diamètre extérieur de l’ensemble des conducteurs électriques du stator, défini par les portions de chignon, étant inférieur au diamètre extérieur des encoches additionné de 0 à 6 fois l’épaisseur d’un brin, notamment de quatre fois l’épaisseur d’un brin.
9. Machine électrique tournante (1) comportant un stator (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un rotor.
10. Procédé de fabrication d’un conducteur électrique (10) pour stator (1) de machine électrique tournante, comportant les étapes suivantes :
(a) fournir un faisceau d’un ou plusieurs brins (12) replié en U, les brins (12) étant notamment cintrés sur plat, le faisceau replié en U comportant une portion de chignon (22a) et deux jambes,
(b) écarter les deux jambes afin de former deux portions obliques rectilignes (22b, 22c), l’écartement se faisant selon deux directions opposées parallèles au plat des brins,
(c) replier vers l’intérieur les portions obliques, de façon à former des première et seconde jambes (22e, 22f) du conducteur électrique reliée chacune à la portion de chignon (22a) par une portion oblique rectiligne, les première et seconde jambes (22e, 22f) s’étendant parallèlement l’une à l’autre.
11. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, pendant l’étape (b) d’écartement, on canalise le faisceau replié en U au niveau du sommet du U en appliquant une pression sous le faisceau dans le fond du U.
12. Procédé selon l’une des deux revendications précédentes, dans lequel on ne maintient pas la portion de chignon pendant l’étape (b) d’écartement.
13. Procédé selon l’une des trois revendications précédentes, dans lequel à l’étape (a), on replie le faisceau autour d’une pièce de forme (30), notamment une goupille de cintrage.
14. Procédé selon l’une des quatre revendications précédentes, dans lequel à l’étape (c), on maintient d’une part les portions obliques rectilignes et d’autre part les première et seconde jambes afin de les replier vers l’intérieur par rapport aux portions obliques rectilignes.
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 14, comportant l’étape supplémentaire suivante :
(d) galber les portions obliques, conformément au contour du stator, les portions obliques devenant en portion d’hélice.
EP22712987.1A 2021-03-29 2022-03-15 Conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication Pending EP4315567A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2103172A FR3121297A1 (fr) 2021-03-29 2021-03-29 Conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication
PCT/FR2022/050463 WO2022207992A1 (fr) 2021-03-29 2022-03-15 Conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4315567A1 true EP4315567A1 (fr) 2024-02-07

Family

ID=75850357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22712987.1A Pending EP4315567A1 (fr) 2021-03-29 2022-03-15 Conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4315567A1 (fr)
CN (1) CN117121339A (fr)
FR (1) FR3121297A1 (fr)
WO (1) WO2022207992A1 (fr)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CS151668B1 (fr) 1970-07-21 1973-11-19
JPH0687644B2 (ja) * 1986-06-25 1994-11-02 三菱電機株式会社 電動機のコイルの製造方法
JP5850878B2 (ja) * 2013-05-16 2016-02-03 本田技研工業株式会社 セグメントコンダクタ型の回転電機のステータ及びその製造方法
DE102015004576A1 (de) 2014-05-28 2015-12-03 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Elektrische Maschine, insbesondere Drehstrommotor, und Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine mit einem Aktivteil, insbesondere Stator und/oder Rotor
DE102017004538A1 (de) * 2017-05-11 2018-11-15 Gehring E-Tech Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Umformen von U-förmigen elektrischen Leitern
JP6423931B1 (ja) * 2017-08-04 2018-11-14 株式会社小田原エンジニアリング コイルセグメント成形装置、コイルセグメント成形方法及び回転電機の製造装置
US11381129B2 (en) * 2018-12-28 2022-07-05 Delta Electronics, Inc. Motor stator with winding configuration using hairpin wires
FR3093386B1 (fr) * 2019-02-28 2023-11-17 Nidec Psa Emotors Stator de machine électrique tournante

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022207992A1 (fr) 2022-10-06
CN117121339A (zh) 2023-11-24
FR3121297A1 (fr) 2022-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3931947A1 (fr) Stator de machine electrique tournante
EP4066358A1 (fr) Stator de machine électrique tournante avec bobinage asymétrique
EP3931941A1 (fr) Stator de machine electrique tournante
EP3999271A1 (fr) Procédé de soudage sans apport de matière
EP4315567A1 (fr) Conducteur électrique pour stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication
WO2020174187A1 (fr) Stator de machine électrique tournante
WO2021123612A1 (fr) Rotor de machine electrique tournante
WO2023062313A1 (fr) Procédé de fabrication et stator de machine électrique tournante avec bobinage asymétrique
EP4371214A1 (fr) Stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication
EP4371213A1 (fr) Stator de machine électrique tournante et procédé de fabrication
FR3128075A1 (fr) Procédé de fabrication et stator de machine électrique tournante avec bobinage asymétrique
WO2021019152A1 (fr) Stator de machine électrique tournante avec bobinage simplifié
FR3128074A1 (fr) Stator de machine électrique tournante
EP4005064A1 (fr) Conducteur multibrin avec adhérent
EP4052362A1 (fr) Dispositif de refroidissement de conducteurs electriques segmentes
EP4038723A1 (fr) Rotor de machine electrique tournante
WO2021123528A1 (fr) Rotor de machine electrique tournante
FR3104337A1 (fr) Dispositif de maintien de conducteurs électriques à souder
FR3128073A1 (fr) Stator de machine électrique tournante
FR2867629A1 (fr) Methode d'insertion d'un bobinage dans un stator de machine electrique tournante polyphasee, et stator associe
WO2017220939A1 (fr) Induit bobine d'une machine electrique a entrefer axial
WO2017220932A1 (fr) Inducteur bobine d'une machine electrique a griffes a entrefer axial

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20231023

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR