FR3082371A1 - Stator de machine electrique tournante munie d'une confirguration de bobinage optimisee - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un stator (11) de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un corps (14) de forme annulaire ayant un axe s'étendant suivant une direction axiale (D), ledit corps étant muni d'une pluralité d'encoches, - un bobinage ondulé formé par une pluralité de conducteurs (20) ayant des tronçons axiaux (A1-A4) disposés à l'intérieur des encoches (15) et des tronçons de liaison reliant les tronçons axiaux entre eux, caractérisé en ce que, d'un même côté axial du stator (11), - un premier tronçon de liaison (L1) présentant une première hauteur (H1) mesurée suivant la direction axiale (D), - un deuxième tronçon de liaison (L2) présentant une deuxième hauteur (H2) mesurée suivant la direction axiale (D), - la première hauteur (H1) et la deuxième hauteur (H2) sont différentes l'une par rapport à l'autre.
Description
STATOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'UNE CONFIGURATION DE BOBINAGE OPTIMISÉE
La présente invention porte sur un stator de machine électrique tournante muni d'une configuration de bobinage optimisée.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour un stator de machine électrique tournante telle que par exemple un alternateur, un alterno-démarreur, ou un moteur électrique.
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 comme décrit dans le document EP0803962 ou d'un moteur électrique comme décrit dans le document EP0831580. La machine électrique comporte un carter portant le stator. Ce carter est configuré pour porter à rotation l'arbre du rotor par exemple 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, tel que des rivets traversant axialement le rotor de part en part. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor, comme cela est décrit par exemple dans le document EP0803962. 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 en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches équipées d'isolant d'encoches pour le montage d'un bobinage. Le bobinage est formé par une pluralité de conducteurs pouvant prendre la forme de fils continus recouverts d'émail ou d'épingles reliées électriquement entre elles par exemple par soudage.
Ces conducteurs présentent des tronçons de liaison situées alternativement de chaque côté du rotor ou du stator reliant entre eux des tronçons axiaux situés à l'intérieur des encoches du stator. Un ensemble de tronçons de liaison dépassant d'un côté du stator constitue un chignon du bobinage.
Afin de refroidir le bobinage, au moins un ventilateur fixé sur une extrémité axiale du rotor permet, lors de l'entraînement en rotation dudit rotor, de générer un flux d'air destiné à venir lécher un chignon pour en évacuer les calories. Etant donné qu'un chignon présente généralement une hauteur uniforme, la portion du chignon radialement externe est cachée par la portion du chignon radialement interne. Il est donc difficile d'évacuer de façon homogène la chaleur générée par le bobinage au niveau des chignons.
L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un stator de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant:
- un corps de forme annulaire ayant un axe s'étendant suivant une direction axiale, ledit corps étant muni d'une pluralité d'encoches,
- un bobinage ondulé formé par une pluralité de conducteurs ayant des tronçons axiaux disposés à l'intérieur des encoches et des tronçons de liaison reliant les tronçons axiaux entre eux,
- un ensemble de tronçons de liaison reliant les tronçons axiaux d'une première encoche à des tronçons axiaux d'une deuxième encoche, caractérisé en ce que, d'un même côté axial du stator,
- un premier tronçon de liaison dudit ensemble présentant une première hauteur mesurée suivant la direction axiale,
- un deuxième tronçon de liaison dudit ensemble présentant une deuxième hauteur mesurée suivant la direction axiale,
- la première hauteur et la deuxième hauteur sont différentes l'une par rapport à l'autre.
Ainsi, le chignon formé par une succession d'ensembles de tronçons de liaison présente une configuration étagée permettant de maximiser la surface d'échange thermique avec le flux d'air généré par le ventilateur du rotor. L'invention permet ainsi d'améliorer le refroidissement du stator ainsi que les performances de la machine électrique.
Selon une réalisation, le premier tronçon de liaison et le deuxième tronçon de liaison de l'ensemble disposés du même côté axial du stator ne présentent pas de croisement l'un par rapport à l’autre.
Selon une réalisation, quatre tronçons axiaux étant disposés à l'intérieur de chaque encoche, on définit un premier tronçon axial, un deuxième tronçon axial, un troisième tronçon axial, et un quatrième tronçon axial suivant une direction radiale d'éloignement par rapport à un fond d'encoche.
Suivant un premier mode de réalisation, le premier tronçon axial de la première encoche est relié au deuxième tronçon axial de la deuxième encoche, et le troisième tronçon axial de la première encoche est relié au quatrième tronçon axial de la deuxième encoche.
Selon ce premier mode de réalisation, le deuxième tronçon axial de la première encoche est relié au premier tronçon axial de la deuxième encoche, et le quatrième tronçon axial de la première encoche est relié au troisième tronçon axial de la deuxième encoche.
Selon un deuxième mode de réalisation, le premier tronçon axial de la première encoche est relié au troisième tronçon axial de la deuxième encoche, et le deuxième tronçon axial de la première encoche est relié au quatrième tronçon axial de la deuxième encoche.
Selon ce deuxième mode de réalisation, le troisième tronçon axial de la première encoche est relié au premier tronçon axial de la deuxième encoche, et le quatrième tronçon axial de la première encoche est relié au deuxième tronçon axial de la deuxième encoche.
Selon une réalisation, les tronçons axiaux disposés à l'intérieur d'une même encoche appartiennent à une même phase ou à des phases différentes.
Selon une réalisation, les conducteurs sont constitués par des épingles ou par des fils continus.
Selon une réalisation, les tronçons axiaux présentent une section rectangulaire.
Selon une réalisation, les tronçons de liaison présentent une section ronde.
L'invention a également pour objet une machine électrique tournante notamment pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte un stator tel que précédemment défini et un rotor muni d'au moins un ventilateur fixé à une de ses extrémités axiales et configuré pour générer un flux d'air radial en direction des tronçons de liaison du bobinage.
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 perspective partielle d'un stator et d'un rotor de machine électrique tournante selon l'invention;
La figure 2a est une vue de face illustrant une première configuration des tronçons de liaison du bobinage du stator selon l'invention;
La figure 2b est une vue de face illustrant une deuxième configuration des tronçons de liaison du bobinage du stator selon l'invention;
La figure 3 est une vue de face illustrant la configuration étagée d'un chignon de bobinage du stator selon la présente invention;
La figure 4 est une vue de dessus illustrant la disposition sans croisement des tronçons de liaison du bobinage du stator selon l'invention;
La figure 5a est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation du bobinage selon la présente invention;
La figure 5b est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation du bobinage selon la présente invention;
Les figures 6a et 6b sont des vues d'un côté avant et d'un côté arrière d'un stator selon l'invention;
La figure 7 est une vue de côté du stator selon l'invention illustrant la configuration ondulée du bobinage selon l'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 et un rotor 12. La périphérie interne du stator 11 est séparée de la périphérie externe d'un rotor 12 par un entrefer.
Le stator 11 comportant un corps 14 sensiblement annulaire ayant un axe X s'étendant suivant une direction axiale D. Le corps 14 est avantageusement constitué par un empilement axial de tôles d'acier afin de limiter la création des courants de Foucault.
Le corps 14 comporte une pluralité d'encoches 15 s'étendant axialement par rapport la direction axiale D. Chaque encoche 15 est délimitée par deux dents 16 successives, de sorte qu'il existe une alternance circonférentielle d'encoches 15 et de dents 16. Chaque encoche 15 traverse axialement le corps 14 de part en part et est ouverte radialement vers l'intérieur. Ces dents 16 sont de préférence munies chacune d'un pied de dent 17 pour améliorer les performances magnétiques de la machine électrique 10.
Un bobinage ondulé 19 est formé par une pluralité de conducteurs 20 comprenant des tronçons axiaux A disposés à l'intérieur des encoches 15 et des tronçons de liaison L reliant les tronçons axiaux A entre eux. Les conducteurs 20 pourront être constitués par des épingles reliées entre elles par soudage ou par des fils continus. La totalité des tronçons de liaison L disposés d'un même côté axial du stator 11 forme un chignon de bobinage 22. Sur la figure 1, on a représenté une partie seulement des tronçons de liaison L formant le chignon 22 afin de faciliter la compréhension de l'invention.
Le rotor 12 pourra par exemple présenter une structure à griffes. Une telle structure est constituée de deux roues polaires 23, opposées et imbriquées, chacune comprenant des griffes 24. Chaque griffe 24 d'une roue polaire 23 s'étend en direction de l'autre roue polaire. Chaque griffe 24 s'insère entre deux griffes consécutives de la roue polaire 23 opposée. En outre, le rotor 12 comporte un bobinage d'excitation enroulé autour d'un noyau central et destiné à être parcouru par un courant continu pour générer les différents pôles Nord et Sud des roues polaires 23.
Alternativement, le rotor 12 pourra être un rotor 12 à aimants permanents. Suivant une telle configuration, le rotor 12 comporte un corps réalisé en tôle feuilletée muni de logement de réception d'aimants permanents. Les aimants pourront être orientés notamment radialement, ortho-radialement, ou présenter une configuration en V.
Un ventilateur 25 est fixé sur une extrémité axiale du rotor 12 et est disposé en regard d'un chignon de bobinage 22. Lors de l'entraînement en rotation du rotor 12, le ventilateur 25 génère un flux d'air radial destiné à venir lécher le chignon 22 pour en extraire les calories.
Comme cela est illustré par les figures 5a et 5b, un ensemble E de tronçons de liaison L1-L4 relie les tronçons axiaux A1-A4 d'une première encoche 15.1 à des tronçons axiaux A1-A4 d'une deuxième encoche 15.2. Avantageusement, quatre tronçons axiaux A1-A4 empilés radialement les uns par rapport aux autres sont disposés à l'intérieur de chaque encoche 15. On définit un premier tronçon axial A1, un deuxième tronçon axial A2, un troisième tronçon axial A3, et un quatrième tronçon axial A4 suivant une direction radiale d'éloignement par rapport à un fond d'encoche 26. Le premier tronçon A1 est ainsi le tronçon disposé en fond d'encoche 26, tandis que le quatrième tronçon A4 est le plus éloigné du fond d'encoche 26.
Comme on peut le voir sur les figures 2a et 2b, d'un même côté axial du stator 11, un premier tronçon de liaison L1 de l'ensemble E présente une première hauteur H1 mesurée suivant la direction axiale D et un deuxième tronçon de liaison L2 de l'ensemble E présente une deuxième hauteur H2 mesurée suivant la direction axiale D. Ces hauteurs H1, H2 sont mesurées entre la face d'extrémité axiale du corps de stator 14 et le sommet de chaque tronçon de liaison L1, L2. La première hauteur H1 et la deuxième hauteur H2 sont différentes l'une par rapport à l'autre. L'écart entre les deux hauteurs H1 et H2 est par exemple compris entre 2mm et 5mm.
La première hauteur H1 du tronçon L1 le plus éloigné radialement de l'axe X pourra être plus petite que la deuxième hauteur H2 du tronçon L2 le plus proche radialement de l'axe X, comme cela est illustré par la figure 2a.
Alternativement, la première hauteur H1 du tronçon L1 le plus éloigné radialement de l'axe X pourra être plus grande que la deuxième hauteur H2 du tronçon L2 le plus proche radialement de l'axe X, comme cela est illustré par la figure 2b.
Cette configuration se répète suivant la circonférence pour deux encoches 15 consécutives reliées par des tronçons de liaison L1-L2 correspondants. Comme cela est illustré sur la figure 3, le chignon 22 présente ainsi une configuration étagée permettant de maximiser la surface d'échange thermique avec le flux d'air généré par le ventilateur 25 du rotor 12.
De préférence, le premier tronçon de liaison L1 et le deuxième tronçon de liaison L2 de l'ensemble E disposés du même côté axial du stator 11 ne présentent pas de croisement l'un par rapport à l’autre. Autrement dit, le premier tronçon de liaison L1 et le deuxième tronçon de liaison L2 sont espacés entre eux d'un écart K constant, y compris dans leur portion incurvée, tel que cela est illustré par la figure 4. Il existe ainsi un certain parallélisme entre les tronçons de liaison L1 et L2 y compris dans leur portion incurvée.
Dans le mode de réalisation de la figure 5a, le premier tronçon axial A1 de la première encoche 15.1 est relié au deuxième tronçon axial A2 de la deuxième encoche 15.2, et le troisième tronçon axial A3 de la première encoche 15.1 est relié au quatrième tronçon axial A4 de la deuxième encoche 15.2. Ces liaisons entre tronçons axiaux sont effectuées via les tronçons de liaison L1 et L2 disposés d'un même côté axial du stator 11. Chaque tronçon de liaison L1 et L2 relie directement les deux tronçons axiaux correspondants, sans tronçon de liaison intermédiaire.
Par ailleurs, le deuxième tronçon axial A2 de la première encoche 15.1 est relié au premier tronçon axial A1 de la deuxième encoche 15.2, et un quatrième tronçon axial A4 de la première encoche 15.1 est relié au troisième tronçon axial A3 de la deuxième encoche 15.2. Ces liaisons entre tronçons axiaux sont effectuées via les tronçons de liaison L3, L4 disposés d'un même côté axial du stator 11 opposé à celui des tronçons de liaison L1 et L2. Chaque tronçon de liaison L3, L4 relie directement les deux tronçons axiaux correspondants, sans tronçon de liaison intermédiaire.
Dans le mode de réalisation de la figure 5b, le premier tronçon axial A1 de la première encoche 15.1 est relié au troisième tronçon axial A3 de la deuxième encoche 15.2, et le deuxième tronçon axial A2 de la première encoche 15.1 est relié au quatrième tronçon axial A4 de la deuxième encoche 15.2. Ces liaisons entre tronçons axiaux sont effectuées via les tronçons de liaison L1 et L2 disposés d'un même côté axial du stator 11. Chaque tronçon de liaison L1 et L2 relie directement les deux tronçons axiaux correspondants, sans tronçon de liaison intermédiaire.
Le troisième tronçon axial A3 de la première encoche 15.1 est relié au premier tronçon axial A1 de la deuxième encoche 15.2, et le quatrième tronçon axial A4 de la première encoche 15.1 est relié au deuxième tronçon axial A2 de la deuxième encoche 15.2. Ces liaisons entre tronçons axiaux sont effectuées via les tronçons de liaison L3 et L4 disposés d'un même côté axial du stator 11 opposé à celui des tronçons de liaison L1 et L2. Chaque tronçon de liaison L3 et L4 relie directement les deux tronçons axiaux correspondants, sans tronçon de liaison intermédiaire.
Pour une configuration classique, par exemple de type double triphasé, comme cela est le cas dans l'exemple représenté, le pas entre la première encoche 15.1 et la deuxième encoche 15.2 est de 6 encoches (2 fois 3 encoches). Les tronçons axiaux A1-A4 à l'intérieur de la première encoche 15.1 et la deuxième encoche 15.2 pourront appartenir à une même phase. Le motif de disposition des tronçons axiaux A1-A4 et des tronçons liaison L1L4 est avantageusement répété pour toutes les phases pour former les chignons 22. Bien entendu, plus généralement, pour une configuration à N phases, le pas d'encoche est de N, deux encoches 15 successives d'une même phase étant séparée par N-1 encoches. En variante, les tronçons axiaux A1-A4 disposés à l'intérieur d'une même encoche pourront appartenir à des phases différentes.
Par ailleurs, de préférence, les tronçons axiaux A1-A4 présentent une section rectangulaire afin de maximiser le remplissage des encoches 15. Les tronçons axiaux A1-A4 et les tronçons de liaison L1-L4 pourront présenter une même section rectangulaire. Alternativement, les tronçons axiaux A1-A4 et les tronçons de liaison L1-L4 pourront présenter des sections différentes, les tronçons de liaison L1-L4 présentant alors notamment une section ronde afin de faciliter la mise en forme du chignon 22 lors de la fabrication du stator 11 bobiné.
Les figures 6a, 6b, et 7 illustrent la configuration ondulée du bobinage selon l'invention. Ainsi, une spire du bobinage ondulé parcourt l'ensemble de la circonférence du stator 11 en passant par les encoches 15 avant d'être connectée à la spire suivante.
Sur la figure 7, la spire est constituée par un conducteur 20 formé par un assemblage d'épingles. En variante, le conducteur 20 formant la spire est constitué par un fil continu.
Comme on peut le voir sur les figures 6a et 6b où les traits discontinus représentent les tronçons de liaison disposés du côté axial opposé à celui des tronçons de liaison représentés en trait plein, un conducteur 20 présente une alternance d'un tronçon de liaison L1 disposé d'un côté axial du stator 11 puis d'un tronçon de liaison L3 disposé d'un autre côté du stator 11 suivant la circonférence du stator 11. Un autre conducteur 20 présente une alternance d'un tronçon de liaison L2 disposé d'un côté axial du stator 11 puis d'un tronçon de liaison L4 disposé d'un autre côté du stator 11.
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.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Stator (11) de machine électrique tournante (10), notamment pour véhicule automobile, comportant:- un corps (14) de forme annulaire ayant un axe s'étendant suivant une direction axiale (D), ledit corps (14) étant muni d'une pluralité d'encoches (15),- un bobinage ondulé (19) formé par une pluralité de conducteurs (20) ayant des tronçons axiaux (A1-A4) disposés à l'intérieur des encoches (15) et des tronçons de liaison (L1-L4) reliant les tronçons axiaux (A1-A4) entre eux,- un ensemble (E) de tronçons de liaison (L1-L4) reliant les tronçons axiaux (A1 -A4) d'une première encoche (15.1 ) à des tronçons axiaux (A1 -A4) d'une deuxième encoche (15.2), caractérisé en ce que, d'un même côté axial du stator (11),- un premier tronçon de liaison (L1) dudit ensemble (E) présentant une première hauteur (H1) mesurée suivant la direction axiale (D),- un deuxième tronçon de liaison (L2) dudit ensemble (E) présentant une deuxième hauteur (H2) mesurée suivant la direction axiale (D),- la première hauteur (H1 ) et la deuxième hauteur (H2) sont différentes l'une par rapport à l'autre.
- 2. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier tronçon de liaison (L1) et le deuxième tronçon de liaison (L2) de l'ensemble (E) disposés du même côté axial du stator (11) ne présentent pas de croisement l'un par rapport à l’autre.
- 3. Stator selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que quatre tronçons axiaux (A1-A4) étant disposés à l'intérieur de chaque encoche (15), on définit un premier tronçon axial (A1), un deuxième tronçon axial (A2), un troisième tronçon axial (A3), et un quatrième tronçon axial (A4) suivant une direction radiale d'éloignement par rapport à un fond d'encoche (26).
- 4. Stator selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier tronçon axial (A1) de la première encoche (15.1) est relié au deuxième tronçon axial (A2) de la deuxième encoche (15.2), et le troisième tronçon axial (A3) de la première encoche (15.1) est relié au quatrième tronçon axial (A4) de la deuxième encoche (15.2).
- 5. Stator selon la revendication 4, caractérisé en ce que le deuxième tronçon axial (A2) de la première encoche (15.1) est relié au premier tronçon axial (A1) de la deuxième encoche (15.2), et le quatrième tronçon axial (A4) de la première encoche (15.1) est relié au troisième tronçon axial (A3) de la deuxième encoche (15.2).
- 6. Stator selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier tronçon axial (A1) de la première encoche (15.1) est relié au troisième tronçon axial (A3) de la deuxième encoche (15.2), et le deuxième tronçon axial (A2) de la première encoche (15.1) est relié au quatrième tronçon axial (A4) de la deuxième encoche (15.2).
- 7. Stator selon la revendication 6, caractérisé en ce que le troisième tronçon axial (A3) de la première encoche (15.1) est relié au premier tronçon axial (A1) de la deuxième encoche (15.2), et le quatrième tronçon axial (A4) de la première encoche (15.1) est relié au deuxième tronçon axial (A2) de la deuxième encoche (15.2).
- 8. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tronçons axiaux (A1-A4) disposés à l'intérieur d'une même encoche (15.1, 15.2) appartiennent à une même phase ou à des phases différentes.
- 9. Stator selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les conducteurs (20) sont constitués par des épingles ou par des fils continus.
- 10. Stator selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les tronçons axiaux (A1-A4) présentent une section rectangulaire.
- 11. Stator selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les tronçons de liaison (L1-L4) présentent une section ronde.
- 12. Machine électrique tournante (10) notamment pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte un stator (11) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes et un rotor (12) muni d'au moins un ventilateur (25) fixé à une de ses extrémités axiales et 5 configuré pour générer un flux d'air radial en direction des tronçons de liaison (L1-L4) du bobinage (19).
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| EP2009768A2 (fr) * | 2007-06-29 | 2008-12-31 | Hitachi Ltd. | Machine électrique rotative ayant une bobine à enroulement ondulé avec conducteur croisé coudé, stator à enroulement distribué, et procédé et appareil de formation de celle-ci |
| FR3020212A1 (fr) * | 2014-04-17 | 2015-10-23 | Valeo Equip Electr Moteur | Machine electrique tournante a refroidissement optimise |
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2018
- 2018-06-11 FR FR1855067A patent/FR3082371B1/fr active Active
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