FR3050587A1 - Machine electrique tournante munie d'un conducteur electrique de liaison d'enroulements - Google Patents

Abstract

L'invention porte principalement sur une machine électrique tournante comportant un rotor (12) et un stator (11) comportant : - un corps de stator (23) comportant une pluralité d'encoches, - un bobinage (24) comportant une pluralité d'enroulements de phase ayant chacun une entrée d'enroulement (36) et une sortie d'enroulement (37), au moins deux enroulements de phase étant reliés électriquement entre eux par leur sortie d'enroulement (37) sur un conducteur électrique de liaison d'enroulements (51), lesdits enroulements de phase formant un chignon (40), caractérisée en ce que ledit chignon (40) est disposé radialement entre ledit conducteur électrique de liaison d'enroulements (51) et une périphérie interne dudit corps de stator (23).

Description

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UN CONDUCTEUR ELECTRIQUE DE LIAISON D'ENROULEMENTS

La présente invention porte sur une machine électrique tournante munie d'un conducteur électrique de liaison d'enroulements.

De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes.

Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre sur des paliers par l'intermédiaire de roulements. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor.

Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forme un chignon de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un module électrique de commande.

Dans certaines configurations de bobinage, des conducteurs électriques de liaison d'enroulements, notamment de liaison de point neutre, sont localisés au-dessus du chignon de bobinage. Cela a pour conséquence d'augmenter de façon substantielle l'encombrement axial du bobinage. L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une machine électrique tournante comportant un rotor et un stator comportant: - un corps de stator comportant une pluralité d'encoches, - un bobinage comportant une pluralité d'enroulements de phase ayant chacun une entrée d'enroulement et une sortie d'enroulement, au moins deux enroulements de phase étant reliés électriquement entre eux par leur sortie d'enroulement sur un conducteur électrique de liaison d'enroulements, lesdits enroulements de phase formant un chignon, caractérisée en ce que ledit chignon est disposé radialement entre ledit conducteur électrique de liaison d'enroulements et une périphérie interne dudit corps de stator. L'invention permet ainsi, du fait du décalage radial du conducteur électrique de liaison, de réduire l'encombrement de la machine électrique.

Selon une réalisation, ledit conducteur électrique de liaison d'enroulements est disposé axialement par rapport à une face d'extrémité axiale du corps de stator à une hauteur inférieure strictement à une hauteur dudit chignon.

Selon une réalisation, lesdits enroulements de phase sont formés chacun par une pluralité d'épingles en matériau électriquement conducteur reliées électriquement entre elles.

Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte trois sorties d'enroulement de phase reliées électriquement audit conducteur électrique de liaison d'enroulements.

Selon une réalisation, lesdites sorties d'enroulement de phase sont soudées audit conducteur électrique de liaison d'enroulement.

Selon une réalisation, lesdites sorties d'enroulement de phase sont soudées sur une même face latérale dudit conducteur électrique de liaison d'enroulements.

Selon une réalisation, lesdites sorties d'enroulement de phase sont soudées sur une face latérale interne dudit conducteur électrique de liaison d'enroulements.

Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte six sorties d'enroulement et deux conducteurs électriques de liaison d'enroulements soudés chacun à trois sorties d'enroulement.

Selon une réalisation, les trois sorties d'enroulement de chaque conducteur électrique de liaison d'enroulement sont disposées de façon consécutive suivant une même circonférence dudit corps de stator.

Selon une réalisation, lesdites sorties d'enroulement de phase se situent dans un prolongement de conducteurs disposés au fond d'une encoche correspondante.

Selon une réalisation, ledit conducteur électrique de liaison d'enroulements présente une forme en arc de cercle.

Selon une réalisation, le conducteur électrique de liaison d'enroulements comporte un méplat sur lequel sont soudées les sorties d'enroulement.

Selon une réalisation, le méplat s'étend le long de la face interne du conducteur électrique de liaison d'enroulements.

Selon une réalisation, le conducteur électrique de liaison d'enroulements présente une section rectangulaire.

Selon une réalisation, la machine électrique tournante est du type double triphasé.

Selon une réalisation, la machine électrique tournante est configurée de sorte que le couplage des enroulements soit en étoile.

Selon une réalisation, les conducteurs électriques de liaison d'enroulements forment un point neutre pour la machine.

Selon une réalisation, la machine électrique tournante comporte un module électronique de commande.

Selon une réalisation, les points neutres sont reliés électriquement entre eux dans le module électronique de commande.

Selon une réalisation, le diamètre externe du cercle suivant lequel sont disposés les deux conducteurs électriques de liaison d'enroulements est inférieur au diamètre externe du corps de stator. Cela permet de garantir un jeu entre le conducteur électrique de liaison d'enroulement et le palier de la machine pour éviter toute interférence entre ces deux éléments.

Selon une réalisation, le ou les conducteurs électriques de liaison d'enroulements de phase sont positionnés suivant une circonférence ayant un diamètre compris entre 80 et 120mm.

Selon une réalisation, une hauteur entre l'extrémité axiale du corps de stator et la face d'extrémité axiale du conducteur électrique de liaison d'enroulements la plus éloignée axialement de la culasse est comprise entre 10 et 20mm, par exemple de l'ordre de 15mm.

Selon une réalisation, la hauteur du chignon est comprise entre 15mm et 35mm.

Selon une réalisation, le conducteur électrique de liaison et les sorties d'enroulement de phase sont recouverts d'un vernis d'imprégnation. Le vernis d'imprégnation est à base de silicone ou d'une résine d'encapsulation à base d'époxy ou de silicone ou de polyuréthane. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.

La figure 1 est une vue en coupe longitudinale de la machine électrique tournante selon la présente invention;

La figure 2 est une vue en perspective du rotor et du stator de la machine électrique tournante selon la présente invention;

La figure 3 est une vue en perspective détaillée de la partie supérieure de l'ensemble de la figure 2;

Les figures 4, 5, et 6 sont respectivement des vues en perspective, de côté, et de dessus du stator bobiné seul;

La figure 7 est une vue de dessus d'un corps de stator de la machine électrique tournante selon la présente invention.

Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.

La figure 1 montre une machine électrique tournante 10 comportant un stator 11 polyphasé d'axe X correspondant à l'axe de la machine. Le stator 11 entoure un rotor 12 monté sur un arbre 13 avec présence d’un entrefer 15 entre la périphérie interne du stator 11 et la périphérie externe du rotor 12. Le stator 11 est monté rotatif dans un carter 14.

La machine 10 est apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et le cas échéant dans un mode moteur pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, et éventuellement participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique.

Plus précisément, le rotor 12 comporte un corps 19 sous la forme d’un paquet de tôles. Des aimants permanents 20 sont implantés dans des cavités du corps 19. Les aimants 20 pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine 10. Alternativement, les pôles du rotor 12 pourront être formés par des bobines.

Par ailleurs, le stator 11 comporte un corps 23 constitué par un paquet de tôles ainsi qu’un bobinage 24. Le corps 23 est formé par un empilement de feuilles de tôles indépendantes les unes des autres et maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté.

Comme cela est illustré par la figure 7, le corps 23 est délimité par une périphérie interne 25, une périphérie externe 26, ainsi que par deux faces d'extrémité axiale 27, 28, telles que montrées en figure 2. Ce corps 23 est muni de dents 31 s'étendant depuis une périphérie interne d'une culasse annulaire 32 et délimitant deux à deux des encoches 33 pour le montage du bobinage 24. Ainsi, deux encoches 33 successives sont séparées par une dent 31. Les encoches 33 débouchent axialement dans les faces d'extrémité 27, 28 et radialement dans la face cylindrique interne 25 du corps de stator 23.

Comme on peut le voir sur les figures 2, 3, et 4, le bobinage 24 comporte une pluralité d'enroulements de phase insérés dans les encoches 33. L'isolation entre les faces internes des encoches 33 et le bobinage 24 pourra par exemple être réalisée au moyen de papier isolant.

Ces enroulements de phase présentent chacun deux extrémités correspondant respectivement à une entrée d'enroulement de phase 36 et une sortie d'enroulement de phase 37. Ces enroulements de phase traversent les encoches 33 et forment un chignon 40 s'étendant en saillie de part et d'autre du corps de stator 23. Les enroulements de phase sont obtenus ici à partir d'éléments conducteurs 45 en forme d'épingles reliés entre eux par exemple par soudage.

Le bobinage 24 comporte des fils de liaison 48 assurant une connexion électrique de deux épingles 45 d'un même enroulement de phase. En outre, au moins deux enroulements de phase sont reliés électriquement entre eux par leur sortie d'enroulement 37 connectée sur un conducteur électrique de liaison d'enroulements 51.

Dans l'exemple de réalisation représenté correspondant à une machine de type double triphasée comportant donc six sorties d'enroulement 37, on prévoit deux conducteurs électriques de liaison d'enroulements 51 formant un point neutre pour la machine. Les points neutres sont reliés électriquement entre eux dans un module électronique de commande (non représenté). Trois sorties d'enroulement 37 sont soudées à chaque conducteur électrique de liaison d'enroulements 51 par soudure électrique, soudure laser, ou brasure.

Bien entendu, le nombre de phases de la machine électrique, le nombre de conducteurs électriques de liaison d'enroulement 51, ainsi que le nombre de sorties d'enroulement 37 soudées à chaque conducteur électrique de liaison d'enroulement 51 pourront être adaptés en fonction du type de la machine et de l'application envisagée.

Plus précisément, comme cela est bien visible sur les figures 3 et 6, les sorties d'enroulement 37 sont soudées sur une même face latérale interne 52 d'un conducteur 51 correspondant. Par "face latérale interne", on entend la face du conducteur 51 tournée vers l'axe X du corps de stator 23, tandis que la face latérale externe 53 du conducteur 51 est tournée vers la périphérie externe 26 du corps de stator 23. En d’autres termes, la face latérale externe 53 du conducteur 51 est tournée vers la culasse. Chaque conducteur 51 présente avantageusement une forme en arc de cercle. Sur chaque conducteur 51, les sorties d'enroulement 37 sont ainsi disposées de façon consécutive suivant une même circonférence du corps de stator 23.

Afin de faciliter la réalisation des soudures, le conducteur électrique de liaison d'enroulements 51 comporte un méplat 54 sur lequel sont soudées les sorties d'enroulement 37. Le méplat 54 s'étend le long de la face interne 52 du conducteur électrique de liaison d'enroulements 51. Le conducteur 51 présente dans l'exemple de réalisation une section de forme rectangulaire.

Comme cela est illustré par la figure 3, les sorties d'enroulement de phase 37 se situent dans le prolongement de conducteurs 55 disposés au fond d'une encoche 33 du stator 11 correspondante. Le fond d'encoche correspond à la partie de l'encoche 33 la plus proche de la culasse 32.

En l'occurrence afin de minimiser l'encombrement axial de la machine 10, le chignon 40 est disposé radialement entre le conducteur électrique de liaison d'enroulements 51 et la périphérie interne 25 du corps de stator 23.

En outre, les conducteurs électriques de liaison d'enroulements 51 sont disposés axialement par rapport à la face d'extrémité axiale 27 du corps de stator 23 à une hauteur L1, telle que montrée sur la figure 5, inférieure strictement à une hauteur L2 du chignon 40. Ainsi, il existe un plan orthogonal P1 à l'axe X du corps de stator 23 qui coupe d'une part le chignon 40 et d'autre part le conducteur électrique de liaison d'enroulements 51.

Dans un exemple de réalisation, la hauteur L1 entre la face d’extrémité axiale du corps de stator 23 et la face d'extrémité axiale du conducteur électrique de liaison d'enroulements 51 la plus éloignée axialement de la culasse 32 est comprise entre 10 et 20mm, par exemple de l'ordre de 15mm. La hauteur L2 du chignon 40 est comprise par exemple entre 15mm et 35mm.

Par ailleurs, le diamètre externe L3 du cercle suivant lequel sont disposés les deux conducteurs 51 est inférieur au diamètre externe L4 du corps de stator 23. Cela permet de garantir un jeu entre les conducteurs électriques de liaison d'enroulements 51 et le carter 14 pour éviter toute interférence entre ces deux éléments. Dans un exemple de réalisation, les conducteurs électriques de liaison d'enroulements 51 sont positionnés suivant une circonférence ayant un diamètre L3 compris entre 80 et 120mm. Dans un exemple de réalisation, le diamètre externe L4 du corps de stator 23 est compris entre 90 et 130 mm. Un ratio L3/L4 est compris entre 70 et 95 %, par exemple entre 80 et 92%. Ce ratio permet une bonne fiabilité du fait de l’éloignement entre le conducteur électrique de liaison et le carter tout en garantissant un faible encombrement de la machine.

Les conducteurs électriques de liaison d'enroulements 51 et les sorties d'enroulement de phase 37 correspondantes sont avantageusement recouverts d'un vernis d'imprégnation. Le vernis d'imprégnation est à base de silicone ou d'une résine d'encapsulation à base d'époxy ou de silicone ou de polyuréthane.

Afin de détecter la position angulaire du rotor, un capteur 58 par exemple du type à effet Hall est associé à une cible magnétique 59 visible en figures 2 et 3.

La machine électrique 10 pourra être refroidie au moyen d'un circuit de refroidissement 61 montré sur la figure 1 permettant l'écoulement d'un liquide de refroidissement, en l'occurrence de l'huile, à l'intérieur de la machine 10. A cet effet, le circuit de refroidissement 61 comporte une pompe 62 acheminant l'huile dans un alésage central 65 réalisé dans l'arbre 13 et vers au moins deux orifices 68 débouchant radialement et disposés axialement de part et d’autre du rotor 12 pour diffuser le liquide de refroidissement à l’intérieur de la machine 10.

Une telle configuration permet ainsi d'acheminer le liquide de refroidissement vers les deux faces d'extrémité axiale du rotor 12. Le circuit de refroidissement fonctionne en boucle fermée, de telle façon que le liquide de refroidissement est prélevée par la pompe 62 dans un réservoir 69 et est récupérée après circulation dans la machine 10 dans ledit réservoir 69.

En outre, le rotor 12 pourra comporter deux flasques 71 plaqués chacun contre une face d'extrémité axiale du rotor 12. Ces flasques 71 assurent une retenue axiale des aimants 20 à l'intérieur des cavités du corps de rotor 19 et servent également à équilibrer le rotor 12. Chaque flasque 71 pourra être muni avantageusement d'au moins un organe de projection 72, constitué par une pale, agencé pour projeter par centrifugation le liquide de refroidissement arrivant sur la face d'extrémité correspondante vers le chignon de bobinage 40.

Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS

   1. Machine électrique tournante (10) comportant un rotor (12) et un stator (11 ) comportant: - un corps de stator (23) comportant une pluralité d'encoches (33), - un bobinage (24) comportant une pluralité d'enroulements de phase ayant chacun une entrée d'enroulement (36) et une sortie d'enroulement (37), au moins deux enroulements de phase étant reliés électriquement entre eux par leur sortie d'enroulement (37) sur un conducteur électrique de liaison d'enroulements (51), lesdits enroulements de phase formant un chignon (40), caractérisée en ce que ledit chignon (40) est disposé radialement entre ledit conducteur électrique de liaison d'enroulements (51) et une périphérie interne (25) dudit corps de stator (23).
2. 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit conducteur électrique de liaison d'enroulements (51) est disposé axialement par rapport à une face d'extrémité axiale (27) du corps de stator (23) à une hauteur (L1) inférieure strictement à une hauteur (L2) dudit chignon (40).
3. 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits enroulements de phase sont formés chacun par une pluralité d'épingles (45) en matériau électriquement conducteur reliées électriquement entre elles.
4. 4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte trois sorties d'enroulement de phase (37) reliées électriquement audit conducteur électrique de liaison d'enroulements (51 ).
5. 5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdites sorties d'enroulement de phase (37) sont soudées audit conducteur électrique de liaison d'enroulement (51 ).
6. 6. Machine électrique tournante selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites sorties d'enroulement de phase (37) sont soudées sur une même face latérale (52) dudit conducteur électrique de liaison d'enroulements (51).
7. 7. Machine électrique tournante selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites sorties d'enroulement de phase (37) sont soudées sur une face latérale interne (52) dudit conducteur électrique de liaison d'enroulements (51).
8. 8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte six sorties d'enroulement (37) et deux conducteurs électriques de liaison d'enroulements (51) soudés chacun à trois sorties d'enroulement (37).
9. 9. Machine électrique tournante selon la revendication 8, caractérisé en ce que les trois sorties d'enroulement (37) de chaque conducteur électrique de liaison d'enroulement (51) sont disposées de façon consécutive suivant une même circonférence dudit corps de stator (23).
10. 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que lesdites sorties d'enroulement de phase (37) se situent dans un prolongement de conducteurs (55) disposés au fond d'une encoche (33) correspondante.
11. 11. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ledit conducteur électrique de liaison d'enroulements (51) présente une forme en arc de cercle.