FR2869472A1 - Bobine de stator a enroulement concentre pour une machine electrique tournante - Google Patents
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Abstract
Une bobine de première couche (21) est enroulée autour de la surface d'une dent (110) dans un sens allant d'une partie d'extrémité proximale vers une partie d'extrémité distale de cette dent (110). Une bobine de seconde couche (22) est enroulée sur la bobine de première couche (21) dans un sens allant de la partie d'extrémité distale vers la partie d'extrémité proximale de la bobine à dent (110). Des câbles conducteurs (23, 24) s'étendent vers l'extérieur dans la direction radiale depuis une extrémité de début d'enroulement de la bobine de première couche (21) et une extrémité de fin d'enroulement de la bobine de seconde couche (22). Des bobines à dents respectives (20) de la même phase sont reliées en série pour former des enroulements de trois phases. Un groupe de barres bus d'interconnexion (80) est logé dans un espace présentant une section transversale carrée définie par un arrière de noyau (120) et une extrémité de bobine de la bobine à dent (20).
Description
BOBINE DE STATOR A ENROULEMENT CONCENTRE POUR UNE MACHINE
ELECTRIQUE TOURNANTE
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION La présente invention se rapporte à une bobine de stator à enroulement concentré pour une machine électrique tournante.
Un stator à enroulement concentré, classiquement proposé dans le domaine des machines électriques tournantes, comprend une pluralité d'enroulements de phases consistant chacun en des bobines de même phase connectées les unes aux autres et enroulées d'une manière concentrée autour de dents respectives d'un noyau de stator (appelées ci-après bobines à dents). D'après les exigences du travail d'enroulement, ce type de stator à enroulement concentré est généralement utilisé pour un noyau assemblé qui est formé en assemblant des noyaux partiels séparés composés de dents respectives en un noyau de stator.
Les bobines à dents d'un stator à enroulement concentré sont enroulées autour des dents pour présenter un nombre de tours requis. Deux tours voisins sont habituellement disposés pour être adjacents l'un à l'autre dans la direction axiale sur une surface circonférentielle de la dent. L'ordre d'enroulement pour ce stator à enroulement concentré est comme suit.
Tout d'abord, le travail d'enroulement commence à partir d'un côté d'extrémité radial d'une dent vers l'autre côté d'extrémité radial de cette dent afin d'agencer une bobine de première couche. Ensuite, en inversant le sens de progression, le travail d'enroulement recommence depuis l'autre côté d'extrémité radial de la dent vers le premier côté d'extrémité radial de cette dent. Donc, une bobine de seconde couche est agencée sur la bobine de première couche. De manière similaire, une bobine de troisième couche est agencée sur la bobine de seconde couche de manière à réaliser un enroulement à haute densité. La bobine de première couche, la bobine de seconde couche et la bobine de troisième couche sont collectivement appelées "bobines de couches" dans la description suivante.
La demande de brevet japonais mise à la disposition du public N 2001-186 703 décrit, en tant qu'agencement d'enroulement de bobine à dent pour un stator à enroulement concentré, une bobine à dent comportant une extrémité de début disposée au niveau d'une partie d'extrémité proximale (ou d'une partie d'extrémité distale) d'une dent et une extrémité de fin disposée au niveau d'une partie d'extrémité distale (ou d'une partie d'extrémité proximale) de la dent. En outre, ce document de la technique antérieure décrit, en tant qu'autre agencement d'enroulement de bobine à dent, une bobine à dent comportant des extrémités de début et de fin qui sont toutes deux disposées au niveau de la partie d'extrémité distale d'une dent.
Cependant, les bobines à dents décrites dans le document de la technique antérieure décrit ci-dessus présentent les 10 problèmes suivants.
Tout d'abord, dans le processus consistant à agencer un enroulement de phase en reliant des bobines à dents de la même phase par l'intermédiaire d'interconnexions en série ou en parallèle les unes aux autres, au moins une extrémité de chaque bobine à dent est positionnée à la partie d'extrémité distale de la dent. Dans le cas où l'on utilise de courtes interconnexions, les interconnexions ou des câbles conducteurs s'étendant des parties d'extrémités des bobines à dents et connectés aux interconnexions, seront positionnées très près de la surface cylindrique d'un rotor. Si ces câbles sont desserrés et soumis à des vibrations, il existera la possibilité que les câbles entrent en contact avec le rotor.
Ensuite, il est nécessaire d'exécuter le travail de connexion de câbles au niveau d'un côté extérieur d'une face d'extrémité d'une dent dans la direction axiale, pour connecter un câble conducteur s'étendant d'une partie d'extrémité distale (c'est-à-dire une première extrémité) de cette dent avec un câble conducteur s'étendant depuis une extrémité d'une autre dent. L'exécution d'un tel travail de connexion de câbles près des bobines à dents ou des encoches n'est pas aisée.
Ensuite, l'agencement nécessitant que des interconnexions ou des câbles conducteurs soient disposés sur les bobines à dents enroulées autour de dents respectives, augmentera nécessairement la longueur axiale du stator et augmentera également la résistance de l'armature. Ces problèmes sont particulièrement sérieux lorsqu'un conducteur ayant une grande surface en section transversale est utilisé pour la bobine à dent, du fait qu'il est nécessaire d'utiliser un conducteur comparable présentant une surface en section transversale équivalente pour l'interconnexion intervenant entre les bobines à dents ou les câbles conducteurs de bobines à dents respectives.
Un procédé pour résoudre ces problèmes consiste à connecter les bobines à dents respectives en parallèle les unes aux autres afin de réduire le courant circulant dans chaque bobine à dent. Il deviendra possible de réduire une surface en section transversale requise d'un conducteur utilisé pour la bobine à dent. Cependant, pour réaliser cet agencement, il est nécessaire d'augmenter le nombre de tours de chaque bobine à dent afin de compenser la perte de force magnétique correspondant à la réduction du courant circulant dans la bobine à dent. En ce qui concerne le stator à enroulement concentré, l'augmentation requise du nombre de tours devrait être considérée séparément pour le cas où la totalité des bobines à dents de la même phase sont reliées en parallèle les unes aux autres de même que pour le cas où la totalité des bobines à dents de la même phase sont reliées en série les unes aux autres. Si le nombre de tours du premier cas est x fois celui du dernier cas alors que le conducteur du premier cas présente une surface en section transversale correspondant à 1/x fois celle du dernier cas, le premier cas et le dernier cas devraient être théoriquement identiques. Cependant, dans le cas où l'on relie la totalité des bobines à dents de la même phase en parallèle les unes aux autres, il est nécessaire de disposer coaxialement et de manière annulaire des barres bus d'interconnexion de phases respectives et des barres bus de neutre autour du noyau de stator. Plus particulièrement, les barres bus d'interconnexion sont utilisées pour appliquer les tensions de phase aux bobines à dents respectives. Les barres bus de neutre forment un point de neutre. Il en résulte qu'un important espace de logement de barres bus est nécessaire.
En outre, du fait de l'endommagement ou de la détérioration d'un film de revêtement de résine du conducteur de bobine à dent, la possibilité d'une diminution des propriétés d'isolement électrique entre les tours voisins de chaque bobine à dent augmentera de manière importante.
En outre, le revêtement d'un conducteur de bobine à dent mince par un film de résine et l'enroulement de ce conducteur de bobine d'une manière dense autour d'une dent n'est pas préférable pour assurer des propriétés de refroidissement satisfaisantes pour le conducteur de bobine positionné profondément dans les couches de tours. A savoir, le film de revêtement de résine des bobines à dents respectives et de nombreux espaces entre tours adjacents augmentent la résistance de transfert thermique de manière si importante qu'un courant important ne peut pas être fourni à la bobine à dent. Il en résulte que la taille de la machine tournante électrique augmente de manière indésirable.
Par exemple, pour réaliser une machine tournante électrique compacte et légère comportant un stator à enroulement concentré, il est important d'augmenter la surface en section transversale d'un conducteur de bobine à dent dans la mesure où les exigences des spécifications de circuit sont satisfaites, de diminuer une distance allongée totale de l'enroulement d'armature, et d'amener tous les tours de la bobine à dent en contact avec la dent ou avec l'air de refroidissement.
Pour réaliser une telle bobine à dent optimum, on comprendra qu'une bobine à dent souhaitable devrait avoir des tours sur seulement une couche ou deux couches enroulés autour d'une dent et des bobines à dents respectives de la même phase devraient être reliées en série.
Cependant, dans ce cas, la surface en section transversale du conducteur de bobine à dent devient beaucoup plus importante. Par exemple, conformément à un stator à enroulement concentré classique décrit dans le document de la technique antérieure décrit ci-dessus, la longueur axiale du stator à enroulement concentré augmente dans une proportion correspondant aux câbles conducteurs et aux interconnexions de bobines à dents qui s'étendent sur les bobines à dents. Il en résulte que la taille de la machine tournante électrique augmente de manière indésirable.
Claims (7)
1. Bobine de stator à enroulement concentré pour une machine électrique tournante comprenant: des bobines à dents (20) prévues pour des dents respectives (110), chaque bobine à dent comprenant une bobine de première couche (21) enroulée sur la surface d'une dent d'un noyau de stator (100) dans un sens allant d'une partie d'extrémité proximale vers une partie d'extrémité distale de ladite dent, une bobine de seconde couche (22) disposée sur ladite bobine de première couche et enroulée dans un sens allant de ladite partie d'extrémité distale vers ladite partie d'extrémité proximale de ladite dent, une extrémité de début d'enroulement et une extrémité de fin d'enroulement disposées de manière adjacente à ladite partie d'extrémité proximale de ladite dent, et une paire de câbles conducteurs (23, 24) s'étendant vers l'extérieur dans une direction radiale depuis ladite extrémité de début d'enroulement et ladite extrémité de fin d'enroulement, un nombre prédéterminé de barres bus d'interconnexion (8U, 8V, 8W) disposées dans une direction de la circonférence pour relier successivement lesdits câbles conducteurs des bobines à dents présentant la même phase, de manière à agencer un enroulement de phase constitué de la totalité des bobines à dents présentant ladite même phase et reliées en série, et des barre bus de neutre (38) reliant mutuellement les extrémités de fin des bobines à dents finales de phases respectives pour former un point de neutre, où lesdites barres bus d'interconnexion et lesdites barre bus de neutre sont disposées de manière adjacente à un côté extérieur radial d'une extrémité de bobine dépassant dans une direction axiale de ladite bobine à dent et également de manière adjacente à une face d'extrémité d'une partie arrière de noyau (120) dudit noyau de stator.
2. Bobine de stator à enroulement concentré pour une machine électrique tournante selon la revendication 1, dans laquelle lesdites barres bus d'interconnexion (8U, 8V, 8W) sont logées dans un espace de logement de barres bus qui est plus court que la hauteur de ladite extrémité de bobine dans une direction axiale et plus court que le diamètre de ladite partie arrière de noyau (120).
3. Bobine de stator à enroulement concentré pour une machine électrique tournante selon la revendication 2, dans lequel les câbles conducteurs (23, 24) desdites bobines à dents sont connectés auxdites barres bus d'interconnexion et auxdites barre bus de neutre dans ledit espace de logement de barres bus.
4. Bobine de stator à enroulement concentré pour une machine électrique tournante selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle lesdites barre bus de neutre (38) sont disposées aux positions identiques dans les deux directions axiale et radiale, 15 à celles des barres bus d'une phase prédéterminée.
5. Bobine de stator à enroulement concentré pour une machine électrique tournante selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle lesdites barres bus d'interconnexion (8U, 8V, 8W) sont décalées dans la direction axiale dans un ordre de phases prédéterminé, et les barres bus d'interconnexion de la même phase sont disposées aux mêmes positions dans les deux directions axiale et 25 radiale.
6. Bobine de stator à enroulement concentré pour une machine électrique tournante selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle lesdites barres bus d'interconnexion (8U, 8V, 8W) sont décalées dans la direction radiale dans un ordre de phases prédéterminé, et les barres bus d'interconnexion de la même phase sont disposées aux mêmes positions dans les deux directions axiale et 35 radiale.
7. Bobine de stator à enroulement concentré pour une machine électrique tournante selon la revendication 6, dans laquelle lesdits câbles conducteurs (23, 24) s'étendent sensiblement 40 dans la direction radiale vers les barres bus d'interconnexion et les barre bus de neutre, et sont reliés auxdites barres bus d'interconnexion et auxdites barre bus de neutre aux mêmes positions dans la direction axiale.
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