FR2901073A1

FR2901073A1 - Procede pour elaborer un bobinage global a poles consequents en fil, pour une machine dynamo-electrique tournante a reluctance a entrefers plans et a phases angulairement reparties

Info

Publication number: FR2901073A1
Application number: FR0604075A
Authority: FR
Inventors: Gerard Koehler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2007-11-16
Anticipated expiration: 2026-05-09
Also published as: FR2901073B1

Abstract

Un tore primitif 1, dont le périmètre correspond au trajet d'un tour d'un fil du futur bobinage, est équipé, dans un sens axial, de mâchoires 4 à la longueur des encoches de la machine et en nombre égal au double du nombre des encoches moins deux.Les mâchoires 4 sont déplacées en restant dans leur plan, avec des rotations de sens opposés entre mâchoires voisines, en formant deux groupes 81, 8r destinés à couvrir les pôles d'un secteur angulaire, l'un dans un sens aller et l'autre dans le sens retour, les mâchoires d'un groupe 8 ayant entre elles un angle égal à celui entre deux encoches voisines.Un cambrage rabat le deuxième groupe 8r sur le premier 81 en faisant coïncider les sens des futurs courants dans chaque encoche.Avant de retirer les mâchoires, un chauffage du fil thermo-adhérent rend rigides les conducteurs.Le circuit électrique à méandres en deux couches ainsi réalisé peut être introduit par translation dans les encoches d'un secteur angulaire d'un stator à entrefers plans et à phases angulairement réparties, donc à faible longueur axiale.

Description

DESCRIPTION Par le WO 2005/122367 (KOEHLER), on connait des bobinages

globaux à pôles conséquents disposés au stator et/ou au rotor de machines dynamo-électriques tournantes à réluctance variable à entrefers cylindriques ou plans.

Pour provoquer des inductions alternées dans une suite de pôles magnétiques, on peut entourer chaque pôle d'une bobine bobinée sur une carcasse et connecter en série ces bobines avec inversion du sens d'enroulement d'une bobine à l'autre. Cependant, il est beaucoup plus intéressant d'avoir au moins un faisceau de conducteurs contournant les pôles en créant des méandres.

Les parties latérales manquantes des conducteurs économisent du cuivre et elle sont sans importance du fait que le flux engendré aurait un long trajet hors des pôles magnétiques. De plus l'espace d'une encoche n'a plus à être partagé entre deux bobines, avec une garde entre deux bobines voisines.

Les figures 8,11,16 et 17 du WO cité représentent le cas de machines à entrefers plans, avec une répartition axiale des phases. La disposition à entrefers plans présente l'avantage de ne pas limiter la surface totale d'entrefers à un cylindre, mais de pouvoir étendre radialement cette surface, donc sans augmentation de la longueur axiale.

De plus la disposition selon la revendication 6 du WO cité permet d'éviter un défaut connu, concernant l'équilibre des forces axiales des entrefers plans. Si l'on ne dispose que d'une faible longueur axiale, la répartition angulaire des phases d'un stator est préférable. Mais alors un bobinage tel que celui des figures 6 et 22 du WO cité n'est pas global.

Il est possible d'avoir un bobinage non global d'un secteur angulaire plan constitué par un empilage de plaques d'une manière analogue mais simplifiée par rapport à celle exposée pour des entrefers cylindriques dans le FR 06/02078 (KOEHLER). Cependant un bobinage de conducteurs en fil peut être préférable dans certains cas tout en étant plus économique s'il est global.

Mais en dehors de la complexité de réalisation d'un tel bobinage, il se présente alors un problème de rangement de conducteurs aller et retour de couches successives: Si des conducteurs se croisent dans une même encoche, ces chevauchements peuvent conduire à diviser par deux le coefficient de bobinage. Il serait d'autre part désavantageux de ne pas utiliser les conducteurs de retour pour 35 augmenter les ampèretours. Le but principal de la présente invention est de dévoiler un procédé permettant de réaliser simplement et économiquement un bobinage global à pôles conséquents d'un secteur angulaire monophasé à entrefers plans, en logeant le plus grand nombre possible de conducteurs rectilignes en fil de la section imposée, dans l'espace alloué à la section des encoches disposées radialement dans le secteur angulaire. On sait par ailleurs que le coefficient de remplissage d'une encoche peut être amélioré par une opération de compression des conducteurs avant d'être logés dans l'encoche. Cette opération est cependant délicate à mettre en oeuvre.

Un autre but de l'invention est donc d'améliorer le coefficient de remplissage en particulier par une opération de compression au cours de l'élaboration du bobinage. Dans une étape préalable connue suivant le FR 06/01852 (KOEHLER), un tore primitif est réalisé par l'enroulement d'un fil à émail de préférence thermo-adhérent, de la section désirée.

Suivant l'invention concernant un bobinage en fil émaillé pour un secteur statorique angulaire monophasé à entrefers plans comprenant des pôles axialement saillants, il est procédé à une étape pour enserrer une pluralité de portions du dit tore primitif par une pluralité de mâchoires introduites axialement, la longueur des mâchoires étant sensiblement égale à celle des encoches jouxtant les pôles saillants, suivie d'une première étape de déplacement conservant les mâchoires dans le plan du tore primitif, mais en leur faisant effectuer des rotations de sens opposés entre mâchoires voisines de façon à avoir deux groupes de mâchoires, le premier groupe de mâchoires étant destiné à couvrir les pôles dans un sens tel qu'aller et le deuxième groupe dans le sens retour, les mâchoires de chaque groupe ayant entre elles un angle égal à l'angle entre deux encoches voisines, suivie d'une deuxième étape de déplacement par rotation autour d'un axe pour rabattre les conducteurs d'un groupe de mâchoires sur l'autre, amenant à superposer les uns sur les autres les conducteurs qui appartiendront à une même encoche et ayant un même sens d'excitation, suivie d'une étape de retrait des dites mâchoires, de sorte que le circuit électrique plan ainsi libéré présente une structure spatiale en méandres susceptible d'être introduite axialement dans les encoches d'un secteur angulaire monophasé à entrefers plans de façon à entourer les pôles du secteur. Le nombre de mâchoires est égal au double du nombre d'encoches du secteur moins deux unités. Le tore primitif a un périmètre correspondant au trajet à pôles conséquents d'un tour aller et retour entre les pôles extrêmes du secteur angulaire et il a une épaisseur axiale correspondant à la moitié de la profondeur d'une encoche, compte tenu des tolérances de montage. De préférence, on procède initialement à une étape d'équipement de chaque mâchoire par une pièce de fermeture et la fin d'un déplacement est déterminée par un moyen de positionnement de la mâchoire dans son plan, tel qu'une attraction magnétique dans le socle du plan de déplacement. De préférence, les deux liaisons entre les deux groupes aller et retour de mâchoires sont effectuées entre des extrémités intérieures dirigées vers le centre entre les deux groupes de mâchoires et qui sont situées aux extrémités de l'axe de rotation des groupes.

Pour que les conducteurs rectilignes dans une encoche forment un bloc, le circuit électrique étant réalisé en fil émaillé thermo-adhérent, on procède de préférence à une étape de chauffage des mâchoires avant leurs retraits. Pour améliorer le facteur de remplissage des encoches, avant de procéder à l'étape précédente de chauffage des mâchoires, on peut prévoir une étape facultative de compression de conducteurs consistant à rapprocher les faces latérales de chaque mâchoire pour comprimer les conducteurs rectilignes. De plus, pour améliorer encore ce facteur de remplissage, le fil émaillé du tore primitif a de préférence une section circulaire comportant des pans coupés.

Dans une étape de chauffage par passage d'un courant électrique entre les bornes d'entrée et de sortie du tore primitif à émail thermo-adhérent, toutes les parties du circuit électrique ainsi formé sont rendues rigides. Enfin, après retrait des mâchoires, le bobinage ainsi formé est introduit par translation dans les encoches d'un secteur angulaire du stator à équiper.

Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple relatif à un circuit électrique à pôles conséquents en fil pour une machine dynamo-électrique tournante à entrefers plans à phases angulairement réparties: -la figure 1 représente un tore primitif vu perpendiculairement à son axe; -la figure 2 représente ce tore équipé de mâchoires; -la figure 3 représente cet ensemble déformé pour réaliser un bobinage d'un secteur angulaire pour une machine à entrefers plans à phases angulairement réparties; -la figure 4 est semblable à la figure 3, mais pour une autre parité du nombre de pôles, et -la figure 5 est semblable à la figure 4 mais après avoir rabattu les mâchoires de droite 25 sur celles de gauche. Sur la figure 1, le tore primitif en fil d'axe Z dans un plan X -Y porte le repère 1. Il comprend un nombre de spires égal au nombre de tours à donner au bobinage, avec une entrée 2 et une sortie 3. L'empilage des spires respecte la section de l'encoche. Le fil peut avoir une section 30 circulaire ou à pans coupés, allant de la forme octogonale à la forme rectangulaire, dans ce dernier cas comme dans le FR 2 848 035 (VALEO) de façon à améliorer le taux de remplissage d'une encoche. Sur la figure 2, suivant l'étape d'équipement, on a introduit sur la gauche, dans une direction axiale, six mâchoires 4 formant un premier groupe et sur la droite quatre autres 35 mâchoires 4 formant un deuxième groupe, en rendant rectilignes les conducteurs situés dans une mâchoire. Dans une étape de fermeture, les mâchoires 4 sont refermées par des pièces de fermeture 5 , dont une seule est représentée non montée. Un axe de rotation 6 - 6' sépare les deux groupes de mâchoires.

Dans une étape de chauffage, l'émail du fil du tore primitif étant du type thermoadhérent, on procède alors au chauffage de chaque mâchoire 4 de façon à ce que les conducteurs rectilignes qu'elle contient forment un bloc. Il restera ainsi possible de modifier ultérieurement la conformation des liaisons 7 entre mâchoires.

Sur la figure 3, prévue pour un secteur de cinq pôles de P là P 5, dans une première étape de déplacement dans le plan X Y, on voit que les six mâchoires du premier groupe à gauche 81 ont été positionnées pour être radiales en encadrant les pôles P 1, P3, et P 5 figurés ici fictivement. De plus, les quatre mâchoires du deuxième groupe à droite 8r ont été disposées pour 10 encadrer symétriquement, par rapport à l'axe 6,6 ', les pôles P 2 et P 4. A ce stade, on a représenté symboliquement le trajet du faisceau des conducteurs du tore primitif dans les mâchoires 4 par un trait gras fléché 91 et 9 r avec l'entrée 2 et la sortie 3, de préférence côte à côte pour avoir des ampèretours identiques dans chaque pôle. Sur chaque groupe gauche 1 et droite r, les liaisons 7 entre mâchoires sont devenues 15 des liaisons intérieures 7 i courtes et des liaisons extérieures 7 o longues. Les deux liaisons courtes 7i6 et 7i6' qui franchissent l'axe 6,6' établissent la continuité entre le trajet aller et le trajet retour d'une spire d'excitation. Comme on le verra ci-après, dans une deuxième étape de déplacement par rotation, les mâchoires du deuxième groupe à droite 8r avec leurs conducteurs seront rabattues 20 autour de l'axe 6,6' surie premier groupe de gauche 81. Les liaisons entre groupes 7 i6,7 i 6', formant chacune un toron tordu sur lui-même, devront avoir une longueur adaptée à cet effet. C'est cette torsion qui évite les croisements de fils dans les encoches. Les liaisons extérieures de droite Tor viendront occuper la place entre deux liaisons 25 7o1 de gauche et de même ici pour la liaison Tir. Avec les liaisons entre groupes 7i6 et 7i6' qui seront déformées, on voit donc que la continuité des liaisons sera encore respectée, ainsi que la concordance des sens d'excitation des pôles P 1 à P5 en occupant le volume disponible du secteur angulaire. Dans la répartition des mâchoires 4 sur le tore primitif 1, on a tenu compte des 30 longueurs des liaisons 7. Si les faces des mâchoires sont comprimées avant leur chauffage, on améliore le coefficient de remplissage des encoches. Bien entendu, un autre moyen de compactage peut être utilisé, tel qu'une injection de matière plastique. 35 Les mâchoires sont alors ouvertes et retirées. A ce stade, les liaisons 7 pourront alors être conformées avant d'être rendues rigides par circulation d'un courant de chauffage entre les extrémités 2 et 3 du bobinage. L'ordre d'exécution de ces étapes peut bien entendu être modifié. Sur la figure 4, le nombre de pôles est pair et ici égal à six.

Pour minimiser la longueur des conducteurs de liaisons 7i6,7i6', on voit qu'on a supprimé une mâchoire dans chacun des groupes 8i et 8r qui sont devenus symétriques. Dans tous les cas de figure, on voit que le nombre de mâchoires 4 est égal au double du nombre d'encoches (y compris les encoches d'extrémités) moins deux unités.

La figure 5 représente la structure des conducteurs de la figure 4 après avoir effectué le déplacement par rotation amenant les conducteurs 9r sur les conducteurs 91. De préférence, ce déplacement se fait entre des mâchoires 4 se faisant vis-à-vis, qui sont ouvertes après retrait des pièces de fermeture 5 de façon à faciliter le retrait des mâchoires à la fin du déplacement.

Le bobinage 1 0 ainsi formé est rendu rigide, comme on l'a vu, après le passage d'un courant entre les bornes 2 et 3. Sur cette figure, les conducteurs sont également représentés comme s'il n'y avait qu'une spire 9r représentée en gras, au dessus d'une spire 91 représentée en trait fin. Les liaisons extérieures 7 o ne se touchent pas entre elles car elles sont sur des plans 15 différents, et de même pour les liaisons 7 i. Les encoches des extrémités n'ont que la moitié des conducteurs des encoches centrales, mais les pôles d'extrémités n'ont qu'un seul pôle voisin. Ce bobinage en fil 10 est composé de deux torons axialement superposés, sera introduit axialement dans les encoches du secteur statorique.

20 D'une manière générale, on peut constater qu'avec un secteur angulaire monophasé à deux pôles, la longueur d'un conducteur à méandres serait la même que celle obtenue avec deux bobines individuelles, ces dernières ayant cependant un moins bon coefficient de remplissage dans l'encoche centrale commune. Mais avec un supplément de nombre de pôles au delà d'une paire, ce qui est le cas 25 usuel, ces derniers pôles économisent la moitié de la masse des conducteurs hors encoches, en réduisant par là les pertes par effet Joule tout en facilitant le refroidissement. Enfin, le bon remplissage des encoches améliore les performances de la machine. C'est grâce à l'utilisation des méandres du WO cité que ces résultats peuvent être obtenus dans cette structure particulière d'utilisation.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour élaborer un circuit électrique 10 à pôles conséquents en fil émaillé d'une section imposée pour une machine dynamo-électrique tournante à entrefers plans à phases angulairement réparties dans des secteurs angulaires monophasés comportant chacun des pôles axialement saillants, ce procédé comprenant une étape préalable de bobinage du fil imposé en forme de tore primitif 1 d'axe Z dans un plan X Y, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: - une étape pour enserrer une pluralité de portions du dit tore primitif 1 par une pluralité de mâchoires 4 introduites suivant la direction Z, la longueur des mâchoires 4 10 étant sensiblement égale à celle des encoches jouxtant les pôles saillants, -une première étape de déplacement conservant les mâchoires 4 dans le plan X Y du tore 1 mais en leur faisant effectuer des rotations de sens opposés entre mâchoires voisines de façon à avoir deux groupes 81, 8r de mâchoires 4, le premier groupe 81 étant destiné à couvrir les pôles dans un sens tel qu'aller et le deuxième groupe dans le sens retour, les 15 mâchoires 4 de chaque groupe 8 ayant entre elles un angle égal à l'angle entre deux encoches voisines, -une deuxième étape de déplacement par rotation pour rabattre les conducteurs d'un groupe de mâchoires tel que 8r sur les conducteurs de l'autre groupe 81, amenant à superposer les uns sur les autres les conducteurs qui appartiendront à une même encoche et 20 ayant un même sens d'excitation, - une étape de retrait des mâchoires 4, de sorte que le circuit électrique plan 10 ainsi libéré présente une structure spatiale en méandres susceptible d'être introduite axialement dans les encoches d'un secteur angulaire monophasé à entrefers plans.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de mâchoires est 25 en outre égale au double du nombre d'encoches moins deux unités.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en outre le tore primitif 1 a un périmètre correspondant au trajet à pôles conséquents d'un tour aller et retour entre les pôles extrêmes du secteur angulaire et en ce qu'il a une épaisseur axiale correspondant à la moitié de la profondeur d'une encoche. 30

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'équipement de chaque mâchoire 4 par une pièce de fermeture 5 et en ce qu'en outre la fin d'un déplacement est déterminée par un moyen de positionnement de la mâchoire dans son plan X Y.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en outre 35 les deux liaisons 7 entre les deux groupes aller et retour de mâchoires sont effectuées entre des extrémités intérieures 7 i qui sont dirigées vers le centre entre les deux groupes de mâchoires et qui sont situées aux extrémités de l'axe 6,6'.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, mis en oeuvre pour un circuit électrique 1 0 réalisé en fil émaillé thermo-adhérent, caractérisé en ce qu'il comprend en7 outre une étape de chauffage de chaque mâchoire 4 de façon à ce que les conducteurs rectilignes forment un bloc.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les faces latérales de chaque mâchoire 4 sont rapprochées pour comprimer les conducteurs rectilignes avant l'étape de 5 chauffage des mâchoires 4.

8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de chauffage du circuit électrique 1 0 par circulation d'un courant électrique dans le dit circuit entre les bornes d'entrée 2 et de sortie 3.

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en outre 10 l'étape de déplacement par rotation pour rabattre les conducteurs se fait entre des mâchoires 4 se faisant vis-à-vis qui sont ouvertes.

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil émaillé du tore primitif 1 a en outre une section circulaire comportant des pans coupés.