FR2862818A1 - Stator pour machine dynamoelectrique - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un stator (20) destiné à une machine dynamoélectrique, qui améliore le refroidissement de l'enroulement de stator (24) sans augmenter la taille de l'enroulement de stator (24) ou celle du stator entier.Le stator (20) est d'une conception unique, dans laquelle la taille, et plus particulièrement l'aire en section transversale ou le volume des conducteurs individuels (32) est réduit de manière importante, alors que le nombre total de conducteurs (32) est augmenté. En outre, une conception à nappes multiples est employée pour éviter la possibilité de niveaux élevés d'inductance et de résistance dans les conducteurs et pour minimiser l'interférence entre les boucles d'extrémités de stator en cascade et le carter qui entoure le stator.

Description

1 DESCRIPTION

L'invention se rapporte à des machines dynamoélectriques comportant un stator et un rotor, et particulièrement à un alternateur comportant un enroulement de stator conçu pour améliorer le rendement de l'alternateur.

Cette invention se rapporte à des machines dynamoélectriques telles qu'un alternateur électrique, y compris celles d'un type particulièrement adapté en vue d'une utilisation sur des applications de véhicules à moteurs. Ces dispositifs sont habituellement entraînés mécaniquement en utilisant une courroie d'entraînement enroulée sur une poulie reliée au vilebrequin du moteur à combustion interne du véhicule. La courroie entraîne une poulie sur l'alternateur qui fait tourner un ensemble de rotor interne afin de générer une alimentation électrique en courant alternatif (AC). Cette alimentation électrique en courant alternatif est redressée en courant continu (DC) et fournie à une barre bus électrique et une batterie d'accumulateurs du véhicule à moteur.

Bien que des alternateurs soient utilisés sur des véhicules à moteurs depuis de nombreuses décades, les exigences actuelles de conception, de coût et de performances de véhicule à moteur ont porté un accent croissant sur la conception d'alternateurs plus efficaces. Les véhicules à moteurs actuels ont pour caractéristique une augmentation spectaculaire du nombre de systèmes et d'accessoires embarqués électriques. De tels dispositifs électriques comprennent l'éclairage intérieur et extérieur, des systèmes de conditionnement d'air, et des systèmes de commande de train de transmission de plus en plus sophistiqués, des systèmes de stabilité de véhicule, des systèmes de commande de traction et des systèmes de freinage antibloquant. Les systèmes audio et de télématique de véhicule imposent des exigences supplémentaires sur le système électrique du véhicule. Encore d'autres défis en termes de capacité de production des alternateurs électriques des véhicules à moteurs viendront avec l'adoption répandue de systèmes de direction assistée électriquement et de systèmes de freinage de véhicules électriques. Ce qui rend plus difficiles ces défis de conception est le fait que les exigences sur le système électrique du véhicule varient largement, indépendamment du régime de fonctionnement du moteur qui entraîne l'alternateur et change au cours des diverses conditions de conduite.

En plus des défis consistant à fournir une puissance électrique élevée pour l'alternateur électrique du véhicule, des contraintes supplémentaires comprennent le souhait de minimiser la taille de l'alternateur par rapport aux limitations de conditionnement sous le capot, ainsi que sa masse qui se rapporte à la consommation de carburant du véhicule.

En plus du besoin de fournir une puissance électrique plus importante, les concepteurs de ces dispositifs luttent en outre pour fournir un rendement élevé dans la conversion de la puissance mécanique, délivrée par la courroie entraînée par le moteur, en puissance électrique. Un tel rendement se traduit directement en un rendement thermique global plus élevé du véhicule à moteur et donc en gains d'économie de carburant. Et enfin, comme c'est le cas avec tous les composants pour les véhicules à moteurs produits en série, le coût reste un facteur des offres compétitives de tels composants pour les fabricants d'équipements d'origine.

Un rendement amélioré de l'alternateur peut être fourni grâce à diverses approches de conception. L'alternateur utilise un ensemble de rotor rotatif, qui crée un champ magnétique rotatif à polarité alternée. Ce champ magnétique rotatif est exposé à un ensemble de stator annulaire qui entoure étroitement l'ensemble de rotor. Des enroulements de conducteurs électriques sont incorporés dans l'ensemble de stator. Ainsi que cela est bien connu dans la technique, il est souhaitable de refroidir les conducteurs du fait que la résistance électrique du conducteur est proportionnelle à la température du câble. Comme la résistance du conducteur est inversement proportionnelle à la puissance et au rendement de l'alternateur, le refroidissement de l'enroulement de stator est un facteur important pour améliorer la puissance et le rendement de l'alternateur.

Malheureusement, de nombreux ensembles de noyaux de stator utilisent des enroulements qui ne favorisent pas le refroidissement des conducteurs. Certaines conceptions d'alternateurs emploient des conducteurs en câble classiques présentant une forme en section transversale ronde enroulés dans des fentes dépassant radialement formées dans le noyau du stator. Ces câbles de section transversale ronde sont emboîtés contre d'autres spires de câbles dans les fentes suivant un motif d'enroulement aléatoire, ce qui a pour résultat que les spires sont serrées ensemble avec pas ou très peu d'ouvertures pour permettre à l'air de refroidissement de passer entre les conducteurs. Cet agencement limite donc le refroidissement par convection de l'enroulement de stator. En conséquence, il existe un besoin d'un ensemble de stator qui augmente le rendement de l'alternateur en améliorant le refroidissement de l'enroulement de stator, tout en empêchant en même temps des augmentations non voulues de la taille et du coût de l'alternateur ou de la machine dynamoélectrique.

La présente invention fournit un stator pour une machine dynamoélectrique qui améliore le refroidissement de l'enroulement de stator sans augmenter la taille de l'enroulement de stator ou du stator entier. Le stator est d'une conception unique, où la taille et plus particulièrement la surface en section transversale des conducteurs individuels sont fortement réduites, alors que le nombre total de conducteurs est augmenté. En outre, une conception à nappes multiples est employée pour éviter la possibilité de niveaux élevés d'inductance et de résistance dans les conducteurs, comme cela sera décrit ici plus en détail.

Le stator comprend généralement un noyau de stator présentant une forme globalement cylindrique. Le noyau de stator comporte une pluralité de fentes de noyau espacées sur la circonférence en vue de recevoir un enroulement de stator. L'enroulement de stator comprend une pluralité de conducteurs. Chaque conducteur comporte une pluralité de segments droits reliant mutuellement une pluralité de segments de boucles d'extrémités. La pluralité des conducteurs est organisée en au moins une première nappe et une seconde nappe. Les conducteurs de la première nappe sont reliés électriquement en parallèle aux conducteurs de la seconde nappe. Les segments droits des première et seconde nappes résident dans des fentes communes du noyau de stator. En outre, les segments de boucles d'extrémités des première et seconde nappes sont alignés suivant la circonférence et opposés axialement les uns aux autres.

Conformément à des aspects plus détaillés, la pluralité de conducteurs sont de préférence structurés en phases définies par un pas commun. Chaque phase comprend généralement un conducteur formant la première nappe et un conducteur formant la seconde nappe. La conception unique du stator permet au nombre de couches d'être supérieur à six. La conception à nappes multiples permet au nombre de spires de l'enroulement de stator d'être inférieur au nombre de couches, et il est de préférence égal au nombre de couches divisé par le nombre de nappes. Les conducteurs présentent de préférence une conception en cascade ou entrelacée, ce qui, en combinaison avec la mise en phase et la forme des boucles d'extrémités, a pour résultat que les conducteurs sont structurés pour définir des trajets de circulation d'air afin de refroidir les conducteurs. De préférence, les trajets de circulation d'air s'étendent entre les couches de l'enroulement de stator.

Ainsi, conformément à la présente invention, il est fourni un stator pour une machine dynamoélectrique qui comprend: un noyau de stator présentant une forme globalement cylindrique, le noyau de stator comportant une pluralité de fentes espacées sur la circonférence, un enroulement de stator comprenant une pluralité de conducteurs, chaque conducteur comportant une pluralité de segments droits reliant mutuellement une pluralité de segments de boucles d'extrémités, la pluralité de conducteurs étant organisés en au moins une première nappe et une seconde nappe, les conducteurs correspondants des première et seconde nappes étant reliés électriquement en parallèle, la pluralité de conducteurs étant organisés en phases multiples définies par un pas circonférentiel, chaque phase comportant un conducteur dans la première nappe et un conducteur dans la seconde nappe, la pluralité de conducteurs étant organisés en couches, chaque couche représentant un ensemble de positions radiales équidistantes dans les fentes remplies par les segments droits des conducteurs, les segments de boucles d'extrémités des première et seconde nappes étant alignés suivant la circonférence et axialement opposés les uns par rapport aux autres, les segments droits de conducteurs correspondants des première et seconde nappes résidant dans des fentes communes dans le noyau de stator, et les segments droits d'une phase étant positionnés dans la même couche que les segments adjacents droits de la phase adjacente.

De façon préférée, la pluralité de conducteurs sont structurés pour définir des trajets de circulation d'air entre la pluralité de conducteurs.

En particulier, la pluralité de conducteurs peuvent être agencés en une structure en cascade définie par une pluralité de segments droits consécutifs d'un conducteur résidant dans une couche commune.

En variante, la pluralité de conducteurs peuvent être agencés en une structure entrelacée définie par une pluralité de segments droits consécutifs d'un conducteur résidant dans des couches alternées.

De préférence, la pluralité de conducteurs présentent chacun une forme en section transversale rectangulaire, et où la dimension la plus grande entre la largeur et la profondeur est inférieure à 2 mm.

En outre, les segments droits des conducteurs correspondants des première et seconde nappes peuvent résider dans des couches adjacentes dans les fentes.

En particulier, chaque phase peut présenter un seul conducteur continu formant la première nappe et un seul conducteur formant la seconde nappe.

De façon préférée, le nombre de couches est supérieur à six. Le nombre de spires ou de tours dans chaque phase est égal au nombre de couches divisé par le nombre de nappes.

En outre, les conducteurs sont avantageusement alignés en une rangée radiale dans chaque fente.

Les dessins annexés incorporés dans la description et constituant une partie de celle-ci illustrent plusieurs aspects de la présente invention, et en même temps que la description, servent à expliquer les principes de l'invention.

Dans les dessins: La figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation du stator conçu conformément aux enseignements de la présente invention, La figure 2A est une vue en perspective du noyau de stator décrit sur la figure 1, alors que la figure 2B est une vue en coupe transversale du noyau décrit sur la figure 2A, La figure 3 est une vue en perspective d'un conducteur individuel formant l'enroulement de stator, La figure 4 est une vue en perspective des trois conducteurs séparés en phases, La figure 5 est une vue en perspective de deux conducteurs formant une relation de deux nappes, La figure 6 est une vue en perspective de six conducteurs séparés en trois phases et deux nappes, et La figure 7 est une vue en perspective de l'enroulement de stator complet décrit partiellement sur la figure 6.

En se tournant à présent vers les figures, la figure 1 décrit une vue en perspective du stator 20 conçu conformément aux enseignements de la présente invention. Le stator 20 comprend généralement un noyau de stator 22 et un enroulement de stator 24. Un enroulement de stator unique 24 est employé pour améliorer le refroidissement de l'enroulement sans augmenter sa taille. Comme cela a été signalé ci-dessus, pour maximiser la puissance et le rendement de l'alternateur, l'enroulement 24 et chacun de ses conducteurs doivent être refroidis efficacement. Il est également souhaitable d'abaisser la température de l'isolement sur les conducteurs afin de prolonger la durée de vie de l'isolement et en conséquence de l'alternateur.

L'augmentation de température de chaque conducteur est associée directement à l'aire de surface du conducteur. Pour réduire l'augmentation de température, il est souhaitable d'augmenter l'aire de surface des conducteurs afin d'augmenter leur refroidissement par convection. Pour un conducteur rectangulaire ou carré caractéristique présentant une largeur h et une profondeur b, l'aire de surface en section transversale est égale à 2b + 2h. Pour l'homme de l'art, il est compris que le terme rectangulaire ou carré peut en fait inclure des rayons sur les coins du conducteur. Cependant, si le conducteur est fendu à moitié sur sa largeur, l'aire de surface en section transversale est égale à 2(2b + (2 x 1/2h)) ou 4b + 2h. Pour le cas où le câble d'origine est carré (b = h), et soit b soit h est coupé à moitié, il y a une augmentation de 50 % de l'aire de surface. En général, la dimension la plus grande de la largeur et de la profondeur d'un conducteur antérieur est dans la plage de 2 mm à 4 mm. Conformément à la présente invention, la dimension la plus grande de la largeur et de la profondeur est à présent dans la plage de 1 mm à 2 mm, et de façon la plus préférée inférieure à 2 mm. En conséquence, l'enroulement de stator 24 est conçu pour utiliser un plus grand nombre de conducteurs présentant une aire en section transversale moyenne plus petite, lesquels sont enroulés autour d'un noyau de stator 22 d'une manière unique qui améliore le rendement de l'alternateur.

Le noyau de stator 22 est mieux vu sur la figure 2a, et comprend généralement un corps cylindrique 26 définissant une pluralité de fentes 28 afin de recevoir l'enroulement de stator 24. Les fentes 28 sont espacées sur la circonférence et de manière équidistante autour du corps cylindrique 26. Les fentes 28 s'étendent axialement au travers du corps 26, depuis un premier côté axial 30 vers un second côté axial (non représenté). Les fentes 28 s'ouvrent également radialement vers l'intérieur du noyau de stator 22. Le sens radial vers l'intérieur a été généralement indiqué par la flèche 15.

L'enroulement de stator 24 est généralement constitué d'une pluralité de conducteurs 32, qui sont enroulés autour du noyau de stator 22 au moyen de la pluralité de fentes 28. Chaque conducteur comprend un câble conducteur de début et un câble conducteur de fin 42 qui sont utilisés pour fournir une connexion électrique de l'enroulement de stator 24 avec le redresseur afin de former une configuration en anneau (couramment connue sous le nom de type en triangle pour un circuit triphasé) ou en étoile (couramment connue sous le nom de type Y pour un circuit triphasé). Pour l'homme de l'art, il est compris que la pluralité de phases peuvent être connectées les unes aux autres en une pluralité de combinaisons en anneau ou en étoile.

Tout d'abord, une description d'un conducteur individuel sera effectuée, et ensuite l'organisation de la pluralité de conducteurs 32 sera présentée en catégories et expliquée. En faisant référence à la figure 3, un conducteur individuel 32 comprend généralement un câble comportant un certain nombre de segments. Un segment conducteur 42 est utilisé pour la connexion électrique du conducteur 32 comme décrit ci-dessus. Le reste du conducteur 32 comprend généralement une pluralité de segments droits 44 reliant mutuellement une pluralité de segments de boucles d'extrémités 46. Les segments droits 44 représentent la partie du conducteur 32 qui s'étend au travers du noyau de stator 22 et réside dans les fentes de noyau 28. Les boucles d'extrémités 46 s'étendent axialement vers l'extérieur depuis le corps cylindrique 26 du noyau de stator 22, comme cela est représenté sur la figure 1. Les boucles d'extrémités 46 alternent entre les côtés axiaux du stator 20.

Comme on l'observe mieux sur la figure 4, chaque segment de boucle d'extrémité 46 comprend généralement une première branche 48 et une seconde branche 50 se rencontrant à un sommet de la boucle d'extrémité 46. La première branche 48 s'étend à l'écart d'une fente à un certain angle, ce qui peut être décrit comme s'étendant axialement à l'écart du noyau tout en s'étendant suivant la circonférence dans le sens des aiguilles d'une montre. La seconde branche 50 s'étend à l'écart d'une fente à un certain angle, ce qui peut être décrit comme s'étendant axialement à l'écart du noyau tout en s'étendant suivant la circonférence dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Les deux branches se rencontrent au sommet de la boucle 46, en formant ainsi un triangle inversé. Pour l'homme de l'art, il est compris qu'une première branche, 48 ou 50, ne peut que s'étendre axialement à l'écart du noyau alors que l'autre branche s'étend axialement à l'écart du noyau et suivant la circonférence.

Au sommet de la boucle 46, une extension radiale 52 est définie et connecte mutuellement les première et seconde branches 48, 50. La seconde branche 50 du segment de boucle d'extrémité 46 est connectée mutuellement avec le second segment droit 44 par l'intermédiaire d'une seconde extension radiale 54. La première extension radiale 52 décale le conducteur radialement vers l'extérieur (le sens radial vers l'intérieur est indiqué par la flèche 15), alors que la seconde extension radiale 54 décale le conducteur radialement vers l'intérieur. Il peut d'ailleurs être observé que chaque segment droit 44 d'un conducteur réside généralement à la même position radiale à l'intérieur de la fente de stator 28, en formant ainsi une conception en cascade. La présente invention peut également employer une conception entrelacée, dans laquelle la seconde extension radiale 54 est éliminée, et il peut donc être réalisé que des segments droits consécutifs 44 résident dans des positions radiales alternées à l'intérieur des fentes de stator 28. En conséquence, bien que les deux conceptions en cascade et entrelacée comprennent un ensemble de segments droits 44 situés à des positions radiales équidistantes dans les fentes de stator 28, seule la conception en cascade comprend une pluralité de segments droits consécutifs 44 situés à des positions radiales équidistantes ou dans la même couche, comme décrit plus loin ici.

Les conducteurs 32 sont structurés et organisés de plusieurs manières différentes. Tout d'abord, les conducteurs peuvent être caractérisés par la couche ou les couches où leurs segments droits 4 résident. En faisant référence aux figures 1 et 2b, le corps 26 du noyau de stator 22 définit des fentes 28 qui reçoivent les segments droits 44 des conducteurs 32 comme précédemment décrit. Les conducteurs 32 peuvent être caractérisés par la couche dans laquelle ils résident, ce qui se réfère à la position radiale des segments droits 44 des conducteurs à l'intérieur de la fente 28. Comme représenté sur la figure 2b, les fentes 28 reçoivent des conducteurs 32 au niveau d'une première couche 34, d'une seconde couche 36, d'une troisième couche 38 et d'une quatrième couche 40, comme indiqué par les lignes en pointillé. Comme on peut également l'observer sur la figure 2b, les conducteurs 32 peuvent être alignés dans une rangée radiale à l'intérieur des fentes 28 et peuvent présenter des largeurs qui s'adaptent étroitement, y compris tout isolement, à la largeur des fentes 28. On peut d'ailleurs observer que les positions radiales de liaison correspondantes de chacune des fentes 28 définissent les couches 34 à 40. En expliquant d'une autre manière, les segments droits des conducteurs 32 de la totalité des phases dans la position radiale la plus à l'extérieur, définissent la première couche 34, etc. à mesure que les segments droits 44 des conducteurs 32 remplissent les positions radialement vers l'intérieur. De préférence, les segments droits des conducteurs 32 résident dans une couche commune pratiquement pour chaque tour autour du noyau de stator. En outre, le conducteur 32 peut être continu en ce qu'il peut comprendre une pluralité de segments droits consécutifs qui résident dans la couche 34 pour pratiquement un tour, et une pluralité de segments droits consécutifs qui résident dans une autre couche, telle que la couche 38, pour pratiquement un autre tour etc. On peut maintenant observer que les extensions radiales 52 au sommet de chaque boucle d'extrémité 46 positionnent brièvement la boucle d'extrémité 46 (et plus particulièrement la seconde branche 50) dans une couche adjacente, alors que la seconde extension radiale décale le conducteur en retour dans la couche d'origine occupée par les autres segments droits 44 et les premières branches 48. L'homme de l'art se rendra compte que dans un enroulement à spires multiples (c'est-à-dire 2 spires ou plus), chaque conducteur présentera des segments droits résidant dans des couches multiples, c'est-à-dire une première couche durant la première spire, une seconde couche durant la seconde spire, etc. Deuxièmement, la structure de chaque conducteur 32 permet que l'enroulement de stator 24 soit organisé en phases, ainsi que cela sera décrit en faisant référence à la figure 4. Les première et seconde extensions radiales 52, 54 permettent qu'un certain nombre de conducteurs 32 soient positionnés dans une structure en cascade présentant de multiples phases. Trois phases ont été décrites sur la figure 4, définies par un premier conducteur 32', un second conducteur 322, et un troisième conducteur 323. Bien que trois phases aient été décrites sur la figure 4, la figure 6 et la figure 7, il est communément compris par l'homme de l'art qu'un nombre quelconque de phases peut être utilisé. Chacun des conducteurs 32', 322, 323 sont sensiblement identiques, à l'exception de ce qu'ils ont été espacés d'un pas circonférentiel ou d'une distance circonférentielle indiqué par la flèche 16. En conséquence, seul le premier conducteur 32' comprend des références numériques détaillées puisque les autres conducteurs 322 et 323 sont sensiblement identiques. On peut également observer que les première et seconde extensions radiales 52, 54, situées à proximité des segments de boucles d'extrémités 46 permettent aux trois segments de boucles d'extrémités 46 de se chevaucher, tout en maintenant également chaque segment droit 44 dans une seule couche indiquée comme étant la couche 34. Chacune des trois phases est reliée électriquement au moyen d'une connexion en anneau (triangle) ou d'une connexion en étoile (Y), comme cela est bien connu dans la technique, afin de fournir du courant au véhicule. La structure et la mise en phase des conducteurs 32 fournissent un espace fixe pour définir des trajets de circulation d'air entre les conducteurs, et plus particulièrement entre les segments de boucles d'extrémités 46. Cette structure de l'enroulement de stator 24 peut être appelée structure en cascade, cependant la pluralité des conducteurs 32 pourraient également former une structure entrelacée, dans laquelle les segments droits 44 résident en couches alternées pour définir un motif entrelacé.

Enfin, la pluralité de conducteurs 32 formant l'enroulement de stator 24 sont organisés en nappes. Conformément à la présente invention, une conception à nappes multiples est employée, telle qu'une conception à deux nappes, une conception à trois nappes, etc. Telle qu'utilisée ici, une conception à nappes multiples est définie comme un ensemble de conducteurs reliés électriquement et en parallèle. Une conception à deux nappes est décrite sur la figure 5. Un premier conducteur 32a et un second conducteur 32b sont décrits et sont électriquement reliés en parallèle (non représentés). Les deux conducteurs 32a, 32b sont préparés pour être installés à l'intérieur du noyau de stator 22 d'une manière grâce à laquelle les segments droits 44a, 44b, résident dans des fentes communes 28 (c'est-à- dire des positions circonférentielles alignées). En outre, les boucles d'extrémités 46a, 46b des nappes sont situées axialement en face de l'autre nappe. C'est-à- dire que les boucles d'extrémités 46a de la première nappe sont généralement situées directement axialement en face des boucles d'extrémités 46b de la seconde nappe. De cette manière, la fréquence et la phase correctes du courant induit dans chaque conducteur 32a, 32b sont alignées, de sorte qu'elles s'ajoutent, et donc ne peuvent pas s'annuler l'une l'autre au moyen de leur connexion électrique en parallèle. On peut également observer que les segments droits 44a du conducteur 32a résident tous dans la couche 36, alors que les segments droits 44b de l'autre conducteur 32b résident dans la couche 34.

En se tournant à présent vers la figure 6, une combinaison de la mise en couche, de la mise en phase et de la conception à nappes multiples a été décrite. La partie de l'enroulement de stator 24 décrite sur la figure 6 présente une conception à deux nappes.

C'est-à-dire qu'il existe deux nappes (a et b) pour chaque phase (1, 2 et 3). Les conducteurs sont mis en phase ainsi qu'indiqué par le pas circonférentiel entre chacun des conducteurs 32a', 32a2, 32a3, 32b', 32b2, 32b3. On peut observer que les nappes correspondantes dans chacune des phases comportent des segments droits 44 qui résident dans des fentes communes 28. Plus spécifiquement, le segment droit 44a' et le segment droit 44b' résideront dans la même fente 28. De manière similaire, le segment droit 44a2 résidera dans une fente commune 28 avec le segment droit 44b2. Enfin, il peut en être dit de même pour les segments droits 44a3 et 44b3. Au total, la partie de l'enroulement de stator 24 décrite sur la figure 6 présente une conception triphasée et à deux nappes.

On se rendra également compte que les conducteurs 32a', 32a2, 32a3, 32b', 32b2, 32b3 définissent des trajets de circulation d'air qui traversent les boucles d'extrémités, entre les phases des boucles d'extrémités, de même qu'entre les couches des boucles d'extrémités. Ceci, en combinaison avec l'aire de surface augmentée générée par l'aire en section transversale réduite et un plus grand nombre de conducteurs 32, améliore de manière importante le refroidissement de l'enroulement de stator 24. En outre, la structure de chaque conducteur 32 est formée par la forme de triangle inversé qui a été décrite ci-dessus. La forme de triangle inversé de même que la mise en phase et la conception en cascade ou entrelacée forment la structure qui fournit un espacement fixe pour définir des trajets de circulation d'air entre les conducteurs, et plus spécifiquement entre les segments de boucles d'extrémités 46.

Un enroulement de stator complet 24 est représenté sur la figure 7, mais a été coupé en un point et défait en vue d'une description sous forme d'un élément droit. L'enroulement de stator 24 présente une conception à deux nappes comme précédemment décrit, et indiquée par des conducteurs 32a', 32a2, 32a3 formant une première nappe et les conducteurs 32b', 32b2, 32b3 définissant la seconde nappe. A la suite de chacun de ces conducteurs vers l'extrémité de coupe indiquée par la référence numérique 60, les conducteurs 32 se poursuivent à partir de l'extrémité de coupe opposée 62 à nouveau vers les câbles conducteurs 42. Lorsque chaque conducteur 32 a réalisé une spire complète (c'est-à-dire un tour complet autour du noyaude stator 22), le conducteur 32 comprend une extension radiale supplémentaire (non représentée) qui décale le conducteur de deux couches pour former une seconde spire ou un second tour. Par exemple, le premier conducteur 32a' comprend des segments droits qui résident dans la seconde couche 36 sur toute sa première spire. Ensuite, le conducteur 32a' se décale jusqu'à la quatrième couche 40 et achève une seconde spire. Le conducteur 32a' se terminerait alors avec un conducteur de terminaison 42 comme représenté.

En conséquence, l'enroulement de stator 24 décrit sur la figure 7 représente une conception à deux spires, triphasée, à deux nappes. En outre, l'enroulement de stator 24 comprend six conducteurs et réside dans quatre couches. Les conceptions actuelles de stator à remplissage de fente élevé emploient de façon caractéristique des conducteurs présentant quatre spires électriques et quatre couches. Cependant, au moyen de la présente invention, un stator 20 peut être formé avec un enroulement de stator 24 présentant quatre spires électriques et huit couches. De préférence, le nombre de couches est supérieur à six. De manière importante, et au moyen de la présente invention, la conception à nappes multiples permet à de petits conducteurs de remplir le même espace d'enroulement que celui qui serait rempli par les conducteurs plus importants, sans augmentation du nombre de spires électriques qui augmente l'impédance et la résistance de l'enroulement. C'est-à-dire que deux conducteurs reliés électriquement en parallèle prennent le même volume que celui que prendrait un conducteur plus important, mais fournissent une plus grande aire de surface en vue d'un refroidissement par convection au travers de l'espace fixe fourni par la structure de l'enroulement, de chaque conducteur 32 et de l'enroulement de stator 24.

Un autre avantage est obtenu en ce qu'une conception à deux nappes des conducteurs 32 présentera une profondeur ou une largeur radiale plus petite qu'un conducteur à une nappe correspondant, et en conséquence n'est pas aussi rigide et facilitera l'insertion dans les fentes 28 du noyau de stator 22. Un câble moins rigide minimisera également la force sur l'isolement de papier positionné entre les conducteurs 32 et le noyau 22, ce qui permettra l'utilisation d'un papier d'isolement plus mince tel qu'inférieur à 0,114 millimètre (0,0045 pouce). Non seulement ceci réduira le coût, mais cela améliorera également le facteur de remplissage de fente. Enfin, les retours radiaux définis par les extension radiales 52 à proximité d'une partie des boucles d'extrémités 46 de chaque conducteur 32 dans la couche la plus à l'extérieur 34, s'étendent radialement au delà de la position radiale des segments droits de la couche la plus à l'extérieur 34 d'approximativement la largeur radiale d'un câble. Pour la conception à deux nappes, les extensions radiales 52 ne reviennent pas à l'extérieur aussi loin radialement puisque les câbles présentent à présent une largeur radiale plus petite. Ceci minimisera l'interférence possible entre les boucles d'extrémités 46 de l'enroulement de stator 24 et le carter qui entoure le stator. Cela permettra également au carter de s'ajuster plus étroitement sur l'enroulement de stator 24, et en conséquence d'avoir une taille en diamètre plus petite, ce qui améliorera la densité de puissance, définie en tant que puissance divisée par le volume de l'alternateur, de l'alternateur.

La description précédente des divers modes de réalisation de l'invention a été présentée à des fins d'illustration et de description. Il n'est pas prévu qu'elle soit exhaustive ou limite l'invention aux modes de réalisation précis décrits. De nombreuses modifications ou variantes sont possibles à la lumière des enseignements ci-dessus. Les modes de réalisation décrits ont été choisis et décrits pour fournir la meilleure illustration des principes de l'invention et de son application pratique pour permettre ainsi à l'homme de l'art d'utiliser l'invention dans divers modes de réalisation et avec diverses modifications tels qu'ils sont appropriés pour l'usage particulier envisagé. La totalité de telles modifications et variantes sont à l'intérieur de la portée de l'invention.

Claims (1)

13 REVENDICATIONS

1. Stator pour une machine dynamoélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend: un noyau de stator (22) présentant une forme globalement cylindrique, le noyau de stator comportant une pluralité de fentes espacées sur la circonférence (28), un enroulement de stator (24) comprenant une pluralité de conducteurs (32), chaque conducteur (32) comportant une pluralité de segments droits (44) reliant mutuellement une pluralité de segments de boucles d'extrémités (46), la pluralité de conducteurs (32) étant organisés en au moins une première nappe (a) et une seconde nappe (b), les conducteurs correspondants des première et seconde nappes étant reliés électriquement en parallèle, la pluralité de conducteurs (32) étant organisés en phases multiples définies par un pas circonférentiel, chaque phase comportant un conducteur dans la première nappe (a) et un conducteur dans la seconde nappe (b), la pluralité de conducteurs étant organisés en couches (34, 36, 38, 40), chaque couche représentant un ensemble de positions radiales équidistantes dans les fentes (28) remplies par les segments droits des conducteurs, les segments de boucles d'extrémités (46a, 46b) des première et seconde nappes (a, b) étant alignés suivant la circonférence et axialement opposés les uns aux autres, les segments droits (44a, 44b) de conducteurs correspondants des première et seconde nappes (a, b) résidant dans des fentes communes (28) dans le noyau de stator (22), et les segments droits d'une phase étant positionnés dans la même couche que les segments adjacents droits de la phase adjacente.

2. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de conducteurs (32) sont structurés pour définir des trajets de circulation d'air entre la pluralité des conducteurs (32).

3. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de conducteurs (32) sont agencés en une structure en cascade définie par une pluralité de segments droits consécutifs (44) d'un conducteur résidant dans une couche commune.

4. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de conducteurs (32) sont agencés en une structure entrelacée définie par une pluralité de segments droits consécutifs (44) d'un conducteur (32) résidant dans des couches alternées.

5. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de conducteurs (32) présentent chacun une forme en section transversale rectangulaire, et en ce que la dimension la plus grande entre la largeur et la profondeur est inférieure à 2 mm.

6. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments droits (44) des conducteurs correspondants (32) des première et seconde nappes (a, b) résident dans des couches adjacentes dans les fentes (28).

7. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque phase présente un seul conducteur continu (32a) formant la première nappe (a) et un seul conducteur (32b) formant la seconde nappe (b).

8. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de couches est supérieur à six.

9. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de spires ou de tours de chaque phase est égal au nombre de couches divisé par le nombre de nappes.

10. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conducteurs (32) sont alignés en une rangée radiale dans chaque fente (28) .