FR2901925A1

FR2901925A1 - Procede pour elaborer un bobinage global a poles consequents en fil, pour un secteur angulaire d'un stator d'une machine a reluctance a entrefers cylindriques et a phases angulairement reparties

Info

Publication number: FR2901925A1
Application number: FR0604968A
Authority: FR
Inventors: Gerard Koehler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2007-12-07
Anticipated expiration: 2026-06-06
Also published as: FR2901925B1

Abstract

Un tore primitif 1, dont le périmètre correspond au trajet d'un aller-retour 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 du secteur moins deux.Les mâchoires 4 sont déplacées en restant dans leur plan, avec des rotations de sens opposés entre mâchoires voisines, les amenant à être parallèles, en formant deux groupes 81, 8r de part et d'autre d'un axe.Une rotation autour de cet axe rabat le deuxième groupe 8r sur le premier 81 en formant deux couches faisant coïncider les sens des futurs courants dans chaque encoche.Les pas des conducteurs d'une couche correspondent à la largeur du pôle où cette couche sera logée, en fonction de l'éloignement de l'entrefer.Avant de retirer les mâchoires, un chauffage du fil thermo-adhérent rend rigides les conducteurs.Le circuit électrique à méandres en deux couches est cambré au diamètre d'entrefer pour être introduit radialement dans les encoches du secteur angulaire statorique.

Description

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

monophasés à pôles conséquents disposés aux stators de machines dynamo-électriques tournantes à réluctance variable à entrefers cylindriques et à phases angulairement réparties dans des secteurs angulaires, comme représenté sur la figure 22 de ce brevet. Le bobinage monophasé d'un secteur angulaire de cette figure est constitué d'une manière non globale par un empilage de plaques dans chaque encoche du secteur, nécessitant des soudures entre plaques. Cependant un bobinage de conducteurs en fil peut être préférable dans certains cas tout en étant plus économique s'il est global et s'il peut être obtenu d'une manière automatique. 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 cylindriques, en logeant le plus grand nombre possible de conducteurs rectilignes en fil de la section imposée, dans l'espace alloué aux encoches disposées angulairement dans le secteur. 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 dans les dispositions connues. 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. D'autre part, par le rR 06/04075 (KOEHLER), on connait un bobinage global en fil, élaboré à partir d'un tore primitif, destiné à équiper un secteur angulaire monophasé d'une machine dynamo-électrique tournante à réluctance, mais à entrefers plans. L'invention propose de modifier ce procédé pour l'adapter au but recherché.

Dans une étape préalable connue suivant ce FR 06/04075 cité, un tore primitif est réalisé par le bobinage d'un fil à émail de préférence thermo-adhérent, de la section désirée, et 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 au moins égale à celle des encoches entre les pôles saillants, suivie d'une première étape de déplacement conservant les mâchoires dans le plan du tore primitif, 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 du secteur dans un sens tel qu'aller et le deuxième groupe dans le sens retour. Suivant l'invention, la première étape de déplacement par rotation des mâchoires est poursuivie de manière à amener les mâchoires à être parallèles entre elles, avec, à l'intérieur d'un même groupe de mâchoires, un alignement et un pas constant entre mâchoires voisines, suivie d'une deuxième étape de déplacement par rotation autour d'un axe pour rabattre les conducteurs rectilignes parallèles d'un groupe de mâchoires sur l'autre groupe, amenant à superposer les uns sur les autres les conducteurs rectilignes parallèles qui appartiendront à une même encoche et auront un même sens d'excitation, suivie d'une étape de retrait des dites mâchoires, de sorte que le circuit électrique ainsi libéré présente une structure spatiale de conducteurs rectilignes parallèles reliés par des méandres, susceptible d'être introduite, après un cambrage au rayon d'entrefer, dans les encoches d'un secteur angulaire monophasé à entrefers cylindriques de façon à entourer les pôles de ce 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 10 à la moitié de hauteur d'une encoche ou à une fraction de cette hauteur, en tenant compte des tolérances de montage. Le pas des mâchoires d'un groupe correspond à l'épaisseur des pôles où ce groupe sera logé. De préférence, les conducteurs rectilignes parallèles ont une prolongation hors des 15 mâchoires d'une fraction de l'épaisseur d'un pôle de façon à permettre un cambrage des liaisons entre conducteurs pour répartir ces dernières sur toute la hauteur d'un pôle en vue d'une réfrigération par ventilation. 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 20 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.

25 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. 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 30 de conducteurs consistant à rapprocher les faces latérales de chaque mâchoire. 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 35 formé sont rendues rigides. L'étape de déplacement par rotation pour rabattre les conducteurs peut se faire entre des mâchoires qui sont ouvertes. Le nombre de secteurs angulaires de la machine est de préférence égal à cinq. 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 cylindriques et à phases angulairement réparties: -la figure 1 représente un tore primitif bobiné en fil de la section prescrite, vu perpendiculairement à son axe; -la figure 2 représente ce tore équipé de mâchoires; -la figure 3 représente cet ensemble déformé pour rendre les mâchoires parallèles entre elles; -la figure 4 est semblable à la figure 3 mais après avoir rabattu les mâchoires d'un coté tel que droit sur celles du coté gauche; -la figure 5 représente le bobinage ainsi élaboré équipant un secteur cylindrique monophasé d'un stator extérieur à phases angulairement réparties, et -la figure 6 représente une vue latérale du secteur angulaire avec, de chaque coté, une extrémité de toron débordant hors du fer. 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 dans le sens radial Y la largeur de l'encoche et dans le sens axial Z la demi hauteur de l'encoche. Le fil peut avoir une section circulaire ou à pans coupés, allant de la forme octogonale à la forme rectangulaire, dans ce dernier cas comme dans 2 0 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 du coté gauche, dans une même direction axiale, un nombre pair de mâchoires 4, ici égal à six, formant un premier groupe et sur la droite six autres mâchoires 4 formant un deuxième groupe, en rendant rectilignes les conducteurs situés dans une mâchoire.

25 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. Un espace 7 sépare deux mâchoires et les espaces 7.6 et 7.6' franchissant la ligne 6 - 6' sont augmentés.

30 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. II restera ainsi possible de modifier ultérieurement la conformation des liaisons 7 entre mâchoires. Sur la figure 3, prévue pour un secteur d'un nombre pair tel que six pôles de P 1 à p 6, 35 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 parallèles entre elles en encadrant les pôles P 1, P 3, et P5 dans un sens et les pôles P 2 et P 4 dans l'autre sens, ces pôles étant figurés ici fictivement. De plus, les six mâchoires du deuxième groupe à droite 8r ont été disposées pour encadrer symétriquement, par rapport à l'axe 6,6 ', les pôles P 2 à p 6. A ce stade du procédé, on a représenté symboliquement le trajet du faisceau des conducteurs du tore primitif dans les mâchoires 4 par un trait gras fléché comprenant des conducteurs rectilignes 91 et 9 r qui seront logés dans des encoches, avec les liaisons 7 entre encoches. On retrouve 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 droit r, les liaisons 7 entre mâchoires sont devenues des liaisons intérieures 7 i et des liaisons extérieures 7 0. Les deux liaisons 7 i6 et 7 i6' qui franchissent l'axe 6,6' établissent la continuité entre le trajet aller et le trajet retour d'une spire d'excitation. Le pas des mâchoires d'un coté gauche, soit 10L est ici plus petit que le pas 10r à droite de façon à tenir compte de l'épaisseur des pôles comme on le verra sur la figure 5. De préférence, les conducteurs rectilignes ont ici une prolongation 1 1 hors des mâchoires, c'est à dire en final hors des encoches, ici d'environ le tiers de l'épaisseur d'un pôle. 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. On peut donc procéder au retrait des pièces de fermeture 5 .

2 0 Sur la figure 4, dans une deuxième étape de déplacement, les mâchoires du deuxième groupe à droite 8r avec leurs conducteurs sont rabattues par rotation autour de l'axe 6,6' sur le premier groupe de gauche 81. Les conducteurs 9r et 91 se superposent avec un même sens de courant et les liaisons extérieures de droite Tor viennent occuper la place entre deux liaisons 7 o l de gauche et de 25 même pour les liaisons 7ir. Les liaisons extérieures 7 o ne se touchent pas entre elles car elles sont sur des plans différents, et de même pour les liaisons 7 i. Avec les liaisons entre groupes 7 i 6 et 7i6', la continuité des liaisons est respectée, ainsi que la concordance des sens d'excitation alternées des pôles de P 1 à p 6 et également avec les pôles des secteurs angulaires voisins (non représentés).

30 On voit que les encoches des extrémités n'ont que la moitié des conducteurs des encoches centrales, mais il faut tenir compte du fait que les pôles d'extrémités n'ont qu'un seul pôle voisin. La section de fer entre secteurs peut donc être diminuée. Les liaisons 7i6,7i6' forment chacune un toron tordu sur lui-même. C'est cette torsion qui évite les croisements de fils dans les encoches, que l'on aurait 35 dans le cas d'un bobinage manuel, entraînant une diminution du facteur de remplissage des encoches. Dans la répartition des mâchoires 4 sur le tore primitif 1, il faut tenir compte de la longueur des liaisons 7. On peut alors procéder au retrait des mâchoires 4 qui se font vis-à-vis. Sur cette figure 4, on a représenté les conducteurs rectilignes 9 et les liaisons 7 comme s'il n'y avait qu'une spire, avec un toron extérieur 12 o en trait fin et un toron intérieur 12i en trait gras l'ensemble de ces torons formant le circuit électrique monophasé 12. Bien entendu, un autre moyen de compactage peut être utilisé, tel qu'une injection de 5 matière plastique. Sur la figure 5, on a représenté un secteur angulaire statorique cylindrique extérieur 13 o muni de 6 pôles magnétiques. Le circuit électrique monophasé 12 est cambré au diamètre d'entrefer et est introduit dans le secteur 13.

10 La différence entre les pas 101 et 10r compense la différence de longueurs des trajets en fonction de l'éloignement de l'entrefer. La prolongation 1 1 des conducteurs rectilignes donne de la souplesse pour introduire les torons 12 et, comme on va le voir sur la vue latérale de la Figure 6, elle permet aussi de cambrer les liaisons 7 pour les répartir sur toute la hauteur d'un pôle.

15 Sur le coté droit de cette figure, des liaisons latérales 14i vue ici en coupe, d'un toron intérieur 12i n'ont pas encore été cambrées et les conducteurs ont ici une section rectangulaire. Sur le coté gauche, les liaisons 14o ont été réparties par cambrage sur toute la hauteur de la face latérale d'un pôle, du fait de l'alternance des méandres 14i sur la face du pôle. De la sorte, chaque liaison 7 du toron latéral peut être ventilée sur toute sa surface, alors 20 qu'avec une composition vectorielle triphasée, seules les surfaces extérieures des conducteurs extérieurs du toron triphasé peuvent être ventilées. La conformation des liaisons 7 est ensuite rendue rigide par le passage d'un courant entre les bornes 2 et 3. L'ordre d'exécution de ces étapes peut bien entendu être modifié et plusieurs circuits 25 électriques 12 peuvent équiper un secteur angulaire statorique 13, par exemple si les cotés des encoches ne sont pas parallèles avec un stator intérieur. Le secteur angulaire 13 occupe ici un cinquième du périmètre et si un espace de deux cinquième de pas rotorique est consacré à séparer deux secteurs voisins, le rotor comportera donc 5x6+2= 32 pôles ce qui fait que la machine sera avantageusement à cinq phases comme 30 préconisé dans le WO 94/06198 (Electric Power Research). De plus, en cas d'un défaut sur une phase, la machine sera encore active. Avec un deuxième stack sur le même axe, décalé de 36 , la machine aura dix phases. Avec un bobinage à composition vectorielle, il serait pratiquement irréalisable d'avoir cinq phases.

35 D'une manière générale, on peut constater qu'avec un secteur angulaire monophasé à deux pôles saillants, 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 I'encoche centrale commune. Mais avec un supplément pair de nombre de pôles au delà d'une paire, ces derniers pôles 6 économisent la moitié de la masse des conducteurs hors encoches, en réduisant par là les pertes par effet Joule tout en facilitant le refroidissement. C'est donc grâce à l'utilisation des méandres du WO 2005/122367 cité que ces résultats peuvent être obtenus dans cette structure particulière d'utilisation.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour élaborer un circuit électrique (12) à pôles conséquents en fil d'une section imposée pour une machine dynamo-électrique tournante à entrefers cylindriques à phases angulairement réparties dans des secteurs angulaires monophasés (13) comportant chacun un nombre pair de pôles 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), dont le périmètre correspond au trajet à pôles conséquents d'un tour aller et retour entre les pôles extrêmes du secteur angulaire et dont l'épaisseur axiale correspond à la moitié de la profondeur d'une encoche ou d'une fraction d'encoche, suivi d'une étape pour enserrer une pluralité de portions du dit tore primitif (1) par une pluralité de mâchoires (4) introduites dans la direction axiale (Z), cette pluralité étant égale au double du nombre d'encoches du secteur angulaire (14) moins deux unités, la longueur des mâchoires (4) étant au moins égale à celle des encoches entre les pôles saillants, suivi d'une première étape de déplacement conservant les mâchoires (4) dans le plan (X Y) du tore (1), en leur faisant effectuer des rotations de sens opposés entre mâchoires (4) 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 (8r) dans le sens retour, suivi d'une deuxième étape de déplacement par rotation autour d'un axe (6, 6') pour rabattre les conducteurs d'un groupe 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 qui auront un même sens d'excitation, suivi d'une étape de retrait des mâchoires (4), caractérisé en ce qu'il comporte en outre: -la poursuite de la première étape de déplacement par rotation des mâchoires (4) de manière à amener les mâchoires (4) à être parallèles entre elles, avec, à l'intérieur d'un même groupe (8) de mâchoires, un alignement et un pas constant (10) entre mâchoires voisines, -une deuxième étape de déplacement par rotation amenant le circuit électrique monophasé (1

2) ainsi libéré à présenter une structure spatiale de conducteurs rectilignes parallèles reliés par des méandres, susceptible d'être introduite, après cambrage au rayon d'entrefer, dans les encoches d'un secteur angulaire monophasé (13) à entrefers cylindriques de façon à entourer les pôles du secteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en outre chaque groupe de mâchoires (8) a un pas (10) des mâchoires (4) correspondant à l'épaisseur des pôles où ce groupe sera logé.

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conducteurs rectilignes (9) ont en outre une prolongation (1 1) hors des mâchoires (4), d'une fraction de l'épaisseur d'un pôle de façon à permettre un cambrage des liaisons (7) pour les répartir sur toute la hauteur d'un pôle en vue d'une réfrigération par ventilation.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en outre le nombre de secteurs angulaires (1 3) de la machine est égal à cinq. S. Procédé selon l'une des revendications précédentes, mis en oeuvre pour un circuitélectrique (1 2) réalisé en fil émaillé thermo-adhérent, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de chauffage de chaque mâchoire (4) de façon à ce que les conducteurs rectilignes forment un bloc. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les faces latérales de chaque mâchoire (4) sont rapprochées pour comprimer les conducteurs rectilignes (9) avant l'étape de chauffage des mâchoires (4). 7 . Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de chauffage du circuit électrique (10) par circulation d'un courant électrique dans le dit circuit entre les bornes d'entrée (2) et de sortie (3). 14 8. 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.