FR3088152A1 - Machine electrique tournante et procede de fabrication d'une telle machine - Google Patents

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FR3088152A1
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electrical conductors
stator
notches
rotor
winding
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FR1860150A
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Inventor
Sabrina Ayat
Anthony Gimeno
Christelle Saber
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Safran SA
Original Assignee
Safran SA
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Abstract

L'invention concerne une machine électrique tournante comportant un rotor (200) monté autour d'un arbre de rotation (400) et un stator (100) monté autour du rotor, l'un au moins du rotor et du stator comportant : - une culasse (120, 220) munie d'une pluralité de dents (150, 250) réparties angulairement sur la périphérie de la culasse et d'une pluralité d'encoches (140, 204) définies chacune par deux dents adjacentes, et - un bobinage (130, 230) comportant une pluralité de bobines (135) logées dans les encoches du stator, dans laquelle les bobines de l'un au moins du rotor et du stator sont formées de conducteurs électriques (131) dont les sections sont de formes variables, les formes des sections étant adaptées aux formes des encoches (140, 240) de sorte à maximiser le contact entre le bobinage et la culasse et optimiser le remplissage des encoches.

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L'INVENTION : Machine électrique tournante et procédé de fabrication d’une telle machine
DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente invention concerne une machine électrique tournante dans laquelle le bobinage est réalisé avec des conducteurs électriques à sections de formes variables. L’invention concerne également un procédé pour fabriquer une telle machine électrique.
[0002] L’invention trouve des applications dans le domaine des machines électriques tournantes pour turbomachines et, en particulier, pour des turbomachines équipant des aéronefs.
ETAT DE LA TECHNIQUE
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent, comme représenté sur les figures 1A et 1 B, un stator 100 et un rotor 200 solidaire d’un arbre 400. Un espace entre le rotor 200 et le stator 100 forme un entrefer 300. Le rotor 200 comporte un corps 220 ainsi que des pôles formés par des aimants permanents ou un bobinage 230 logé dans des encoches 240 ménagées dans le corps de rotor et ouvertes vers l’extérieur, c'est-à-dire vers le stator. Le stator 100 est monté dans un carter 110 configuré pour porter à rotation l’arbre 400, par exemple, par l’intermédiaire de roulements. Le stator 100 comporte un corps 120 constitué par un empilage de tôles minces formant une culasse en forme de couronne dont la face intérieure est pourvue d’encoches 140 ouvertes vers l’intérieur pour recevoir un bobinage 130. Le bobinage de stator 130 et/ou de rotor 230 est formé de plusieurs bobines logées dans des encoches respectivement de stator 140 et/ou de rotor 240. Chaque bobine est formée d’un enroulement de fils de cuivre recouverts de matériaux électriquement isolants et formant des conducteurs électriques.
[0003] Dans le domaine aéronautique, du fait d’un développement de plus en plus électrique des aéronefs, il existe un besoin de machines électriques à forte puissance, compactes. Dans ces machines, les densités de courant peuvent atteindre des valeurs très élevées pour des demandes en puissance de l’ordre de la centaine de kW voire du MW. Or, les bobinages statoriques sont généralement les principales sources des pertes dans les machines électriques. La température maximale des bobinages dictée par la température maximale des isolants des conducteurs - limite la densité de courant, et donc la densité de couple de la machine électrique. La résistivité des conducteurs et les pertes Joules subséquentes augmentent avec la température, ce qui diminue le rendement de la machine.
[0004] Une expression simplifiée des pertes dans des bobines à excitation AC (où AC signifie en courant alternatif, par opposition au courant continu DC) peut être la suivante :
PacUJ.O = PdcU/n + Pac.eUJ/PUPac.rtf/n où Pdc représente les pertes Joules (dues à l’excitation DC), Pac e les pertes AC dues à l’excitation des bobines, Pacr les pertes AC dues à la variation, dans l’entrefer, du champ magnétique résultant de la rotation du rotor, et I, f, T représentent respectivement l’amplitude du courant, la fréquence d’excitation et la température.
[0005] L’augmentation de la vitesse de rotation dans les machines électriques entraîne une augmentation de PaCir. Une tendance récente consiste à modifier le design du bobinage de façon à laisser un espace libre à proximité de l’ouverture de l’encoche pour minimiser les pertes totales dans le bobinage. Cependant, modifier le design du bobinage va à l’encontre de la tendance usuelle qui consiste à maximiser le coefficient de remplissage pour limiter les pertes DC.
[0006] Une autre technique, représentée sur la figure 2, connue pour diminuer les pertes dans le bobinage consiste à utiliser une cale d’encoche 500 (amagnétique) insérée au sein de chaque bobine, en regard de l’entrefer 300 de la machine électrique. Cette technique permet d’éloigner les conducteurs électriques du bobinage 130 de l’entrefer 300. Toutefois, cette technique va également à l’encontre de la tendance usuelle qui consiste à maximiser le coefficient de remplissage.
[0007] Dans le domaine des inducteurs, qui fonctionnent usuellement à des fréquences d’excitation plus élevées que celles des machines électriques, il a été proposé de limiter les pertes en laissant un espace vide au sein du bobinage, comme représenté sur les figures 3A à 3D. La figure 3A montre une encoche d’inducteur 530 avec un remplissage de conducteurs électriques 540 maximal. Les figures 3B et 3C montrent la même encoche d’inducteur 530, selon une vue en coupe et une vue en perspective, dans laquelle les conducteurs électriques sont positionnés de façon à laisser un espace vide 550 au sein desdits conducteurs, en regard de l’entrefer 520. La figure 3D montre une portion d’encoche d’inducteur 530 dans laquelle un espace est laissé vide dans les angles 560 de l’encoche 550. Lorsqu’un espace vide 550 est conservé, les conducteurs électriques situés à proximité de l’espace vide 550 doivent être plus courts ou moins larges que ceux situés au fond de l’encoche, ce qui a pour conséquence de nécessiter un agencement très précis des conducteurs électriques les uns par rapport aux autres.
[0008] Il existe, en outre, un autre problème des machines électriques à forte puissance compactes lié à la chaleur produite par les bobinages statoriques. En effet, la chaleur produite dans le bobinage statorique d’une machine électrique doit traverser la bobine 130, puis la culasse statorique 120 pour rejoindre le carter 110 où elle est évacuée vers l’extérieur. Or, le bobinage a communément une conductivité thermique faible qui rend le chemin d’évacuation de la chaleur non optimal et génère des points chauds au sein des conducteurs et notamment des conducteurs proches de la zone ouverte des encoches, comme représenté sur la figure 4. En effet, la chaleur produite dans les conducteurs électriques situés en haut des encoches doit parcourir le bobinage avant de rejoindre la culasse puis le carter. Comme la conductivité thermique du bobinage est d’environ 1 à 6 W/(m.°C) alors que la conductivité thermique de la culasse est de l’ordre de 20 W/(m.°C), la partie haute des encoches est une région défavorable au transfert de la chaleur.
[0009] Le chemin d’évacuation de la chaleur comporte deux interfaces thermiques : le contact bobine-culasse et le contact culasse-carter. Il est connu d’améliorer le contact bobine-culasse, qui dépend de différents paramètres tels que la topologie du bobinage ou la « pression » bobinage-culasse, par exemple en insérant une cale comme montré sur la figure 2. Cependant, comme expliqué précédemment, cette technique va à l’encontre de la tendance usuelle qui consiste à maximiser le coefficient de remplissage.
[0010] Une autre technique propose d’adapter la forme de l’encoche pour assurer un meilleur contact culasse-conducteurs. En effet, des encoches rectilignes avec des dents parallèles, comme représenté sur la figure 5, permettent un meilleur contact dents-conducteurs électriques, ce qui améliore le transfert thermique. La brusque variation du flux magnétique au niveau des angles de telles encoches peut cependant induire un phénomène de saturation locale, et donc mener à l’apparition de flux de fuite. Ces flux de fuite peuvent induire des pertes dans les conducteurs à proximité des angles des encoches.
[0011] Une autre technique propose d’augmenter la conductivité thermique du bobinage en comprimant les conducteurs électriques. En effet, un bobinage est un amalgame constitué de fils conducteurs, d’isolations électriques des conducteurs, d’imprégnation et d’air. Comprimer les conducteurs électriques permet d’améliorer le coefficient de remplissage (et donc de diminuer les pertes par effet Joule dans les bobinages) ainsi que la conductivité thermique équivalente. Cependant, cette technique de compression a pour effet de détériorer l’isolation électrique des conducteurs lors de la compression et donc de limiter la durée de vie de la machine électrique.
RESUME DE L’INVENTION [0012] Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus des pertes dues au bobinage statorique, le demandeur propose une machine électrique tournante dans laquelle une partie au moins du bobinage statorique et/ou rotorique comporte des conducteurs électriques dont les sections sont de formes variables.
[0013] Selon un premier aspect, l’invention concerne une machine électrique tournante comportant un rotor monté autour d’un arbre de rotation et un stator monté autour du rotor, l’un au moins du rotor et du stator comportant :
une culasse munie d’une pluralité de dents réparties angulairement sur la périphérie de la culasse et d’une pluralité d’encoches définies chacune par deux dents adjacentes, et un bobinage comportant une pluralité de bobines logées dans les encoches du stator,
Cette machine est caractérisée par le fait que les bobines de l’un au moins du rotor et du stator sont formées de conducteurs électriques dont les sections sont de formes variables, les formes des sections étant adaptées aux formes des encoches de sorte à maximiser le contact entre le bobinage et la culasse et optimiser le remplissage des encoches.
[0014] Le bobinage selon l’invention permet, en maximisant le contact entre le bobinage et la culasse statorique et/ou rotorique, d’optimiser le remplissage des encoches et ainsi limiter les pertes totales dans le bobinage et assurer une meilleure évacuation de la chaleur des bobinages.
[0015] De façon avantageuse, au moins une bobine du bobinage de rotor et/ou du bobinage de stator comporte des conducteurs électriques ayant des sections de formes différentes.
[0016] De façon avantageuse, les conducteurs électriques d’une première bobine ont au moins une section de forme différente des formes de sections des conducteurs électriques d’une deuxième bobine.
[0017] Selon certains modes de réalisation, les sections des conducteurs électriques ont des aires constantes.
[0018] Selon certains modes de réalisation, les encoches comportent un espace libre au sein des conducteurs électriques. Cet espace libre permet une meilleure évacuation de la chaleur du bobinage.
[0019] Selon certains modes de réalisation, au moins une des encoches de la culasse statorique et/ou de la culasse rotorique comporte un canal de refroidissement inséré dans l’espace libre. Ce canal de refroidissement améliore encore l’évacuation de la chaleur du bobinage.
[0020] Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un turboréacteur comportant une machine électrique tournante telle que définie ci-dessus.
[0021 ] Selon un troisième aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une machine électrique tournante telle que définie ci-dessus, comportant :
- une opération de fabrication d’une culasse statorique et d’une culasse rotorique, la culasse rotorique et/ou la culasse statorique comportant des encoches définies angulairement sur le contour de ladite culasse,
- une opération de formation de bobines par insertion de conducteurs électriques dans les encoches, caractérisé en ce que l’opération de formation des bobines comporte :
- une sélection des conducteurs électriques, lesdits conducteurs électriques ayant des sections de formes variables, et
- un agencement desdits conducteurs électriques à sections de formes variables de sorte à maximiser le contact entre chaque bobine et la culasse statorique et/ou rotorique et optimiser le remplissage des encoches.
[0022] Avantageusement, l’opération de formation des bobines est réalisée par coulage sous pression, fabrication additive, fusion sélective par laser et/ou enroulement in situ.
[0023] Avantageusement, les conducteurs électriques à sections de formes variables sont obtenus par tréfilage, matriçage à chaud et/ou refendage.
[0024] Selon certains modes de réalisation, le procédé comporte, après l’opération de formation des bobines, une opération d’insertion d’un canal de refroidissement à l’intérieur d’au moins une encoche.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0025] D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description, illustrée par les figures dans lesquelles :
[0026] Les figures 1A et 1 B, déjà décrites, représentent, respectivement, une vue en perspective et une vue schématique en coupe d’une machine électrique tournante selon l’art antérieur ;
[0027] La figure 2, déjà décrite, représente une vue schématique d’une encoche de stator selon un art antérieur ;
[0028] Les figures 3A à 3D, déjà décrites, représentent des vues schématiques en coupe d’encoches de stator selon d’autres arts antérieurs ;
[0029] La figure 4, déjà décrite, représente un exemple d’encoche à bobinage classique montrant les points chauds de la partie active du bobinage ;
[0030] La figure 5, déjà décrite, représente une vue schématique d’un exemple d’encoche de stator selon encore un autre art antérieur ;
[0031] La figure 6 représente une vue en perspective d’un exemple de machine électrique selon l’invention ;
[0032] La figure 7 représente un exemple de formes de conducteurs électriques pouvant être utilisés dans une encoche de machine électrique selon l’invention ;
[0033] La figure 8 représente un exemple d’encoches remplies de conducteurs électriques à sections de formes variables ;
[0034] La figure 9 représente différents exemples d’une portion de machine électrique selon l’invention ;
[0035] La figure 10 représente une vue en coupe schématique d’une encoche munie de conducteurs électriques à sections de formes variables et d’un canal de refroidissement ;
[0036] Les figures 11 A, 11B et 11C représentent une comparaison des pertes en fonction de la fréquence du courant d’excitation de la machine entre une machine électrique avec un bobinage classique et une machine électrique avec un bobinage selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE REALISATION [0037] Un exemple de réalisation d'une partie de machine électrique tournante dans laquelle au moins le bobinage du rotor ou du stator est formé de conducteurs électriques de sections à formes variables adaptées aux formes des encoches, est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple.
[0038] Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées.
[0039] La figure 6 représente un exemple d’une partie de machine électrique tournante selon l’invention, dans laquelle le rotor et/ou le stator comporte un bobinage formé au moins en partie de conducteurs électriques à sections de formes variables. Cette machine électrique comporte un stator 100 monté autour d’un rotor 200 et séparé dudit rotor 200 par un entrefer 300. Le rotor 200 et le stator 100 comportent chacun une culasse, respectivement rotorique et statorique, identiques aux culasses de rotor et de stator des arts antérieurs décrits précédemment, dans la mesure où ils comportent chacun une pluralité d’encoches. Les encoches rotoriques 240 sont réparties angulairement sur la périphérie externe de la culasse rotorique ; les encoches statoriques 140 sont réparties angulairement sur la périphérie interne de la culasse statorique.
[0040] Le stator 100 comporte un bobinage 130 logé dans les encoches 140 et formant des bobines statoriques 135. Chacune des bobines statoriques est formée d’une pluralité de conducteurs électriques 131.
[0041] Dans l’exemple de la figure 6, le rotor comporte des aimants permanents enterrés. Toutefois, dans certains modes de réalisation de la machine électrique, le rotor 200 peut comporter un bobinage 230 logé dans les encoches 240 et formant des bobines rotoriques 241. Dans ces modes de réalisation, chacune des bobines rotoriques est formée d’une pluralité de conducteurs électriques.
[0042] Selon l’invention, une ou plusieurs des bobines du rotor 200 et/ou du stator 100 comporte des conducteurs électriques dont les sections ont des formes variables adaptées à la forme des encoches 140, 240 dans lesquelles ils sont logés. Dans certains modes de réalisation, seul le bobinage statorique est formé de conducteurs électriques à sections de formes variables. Dans d’autres modes de réalisation, seul le bobinage rotorique est formé de conducteurs électriques à sections de formes variables. Dans encore d’autres modes de réalisation, le bobinage statorique et le bobinage rotorique sont formés de conducteurs électriques à sections de formes variables.
[0043] Qu’il s’agisse de bobines rotoriques ou statoriques, la section des conducteurs électriques de la ou des bobine(s) peut avoir une forme ronde, rectangulaire, carrée, triangulaire ou toute autre forme polygonale comme une forme pentagonale, hexagonale, octogonale, etc. La forme de la section des conducteurs électriques est choisie de sorte à être la mieux adaptée à la forme intérieure des encoches et, notamment, des surfaces intérieures des encoches et des intersections de surfaces intérieures - comme par exemple les angles - des encoches. De cette façon, avec une forme de section de conducteurs adaptée, le remplissage des encoches par les conducteurs électriques peut être optimale. L’homme du métier comprendra qu’une forme de section est adaptée à la forme intérieure de l’encoche lorsqu’il n’y a pas - ou très peu - d’espace vide entre les conducteurs électriques et les surfaces intérieures de l’encoche. La forme de section la mieux adaptée dépend directement de la forme intérieure de l’encoche.
[0044] Un exemple de forme de conducteurs électriques à sections polygonales adaptés pour remplir une encoche statorique 140 est représenté sur la figure 7. Cette figure 7 montre de façon schématique une encoche 140 formée entre deux dents 150 remplie d’une pluralité de conducteurs électriques 131 ayant des sections de forme sensiblement triangulaire et de surfaces variables. Cet exemple montre qu’une section triangulaire permet de remplir de façon optimale une encoche 140 dont les surfaces intérieures forment une sorte de trapèze régulier à angles arrondis. D’autres formes de sections des conducteurs électriques peuvent également remplir de façon optimale l’encoche 140, ces autres formes de sections de conducteurs pouvant être combinées entre elles, au sein d’une même encoche, et/ou avec des conducteurs électriques de sections triangulaires.
[0045] Selon certains modes de réalisation de l’invention, des conducteurs électriques ayant des sections de formes différentes peuvent être assemblés pour former une même bobine. Autrement dit, une encoche 140, 240 peut donc loger différents types de conducteurs électriques, c'est-à-dire des conducteurs électriques dont les sections ont des formes différentes. Ces modes de réalisation permettent une optimisation encore améliorée du remplissage de l’encoche, par exemple lorsque l’encoche a des surfaces intérieures irrégulières. Un exemple d’encoches dans lesquelles les conducteurs électriques ont des sections de formes différentes est représenté sur la figure 8. Dans cet exemple, quatre encoches ont, au moins en partie, été représentées, chacune de ces encoches comportant des conducteurs électriques de deux formes de sections différentes. Par exemple, l’encoche 240b loge des conducteurs électriques 132 dont la section est ronde et des conducteurs électriques 133 dont la section est rectangulaire ; l’encoche 240c loge des conducteurs électriques 133 dont la section est rectangulaire et des conducteurs électriques 134 dont la section est carrée.
[0046] Ainsi, comme représenté dans l’exemple de la figure 8, chaque bobine du bobinage peut être formée de conducteurs électriques ayant des sections d’une même forme, deux bobines adjacentes pouvant comporter des conducteurs électriques dont les sections sont de formes différentes. En d’autres termes, les conducteurs électriques d’une même première forme de section remplissent une demi-encoche et les conducteurs électriques d’une même deuxième forme de section remplissent l’autre demi-encoche.
[0047] Dans une variante, des conducteurs électriques de deux formes de sections différentes peuvent être mélangés les uns aux autres, chaque bobine comportant des conducteurs électriques dont les sections sont de formes différentes. L’homme du métier comprendra en outre que des conducteurs électriques de trois, quatre ou plus de formes de sections peuvent être logés au sein d’une même encoche.
[0048] Selon certains modes de réalisation, bien que les formes des sections des conducteurs électriques varient, les sections sont choisies avec une aire constante, ce qui permet d’optimiser les pertes joules de la machine électrique.
[0049] L’homme du métier comprendra que tous les modes de réalisation et variantes décrits précédemment peuvent être mis en oeuvre dans des encoches de rotor 240 ou des encoches de stator 140 ou à la fois dans les encoches de rotor et les encoches de stator d’une même machine électrique. La figure 9 représente différents exemples d’une même portion de machine électrique avec un ou deux bobinages selon l’invention. La partie A de la figure 9 représente une partie d’une machine électrique dans laquelle le bobinage du stator 100 est réalisé avec des conducteurs électriques de sections à formes variables optimisant le remplissage des encoches statoriques 140. La partie B de la figure 9 représente une partie d’une machine électrique dans laquelle le bobinage du rotor 200 est réalisé avec des conducteurs électriques de sections à formes variables optimisant le remplissage des encoches rotoriques 240. La partie C de la figure 9 représente une partie d’une machine électrique dans laquelle le bobinage du stator 100 et le bobinage du rotor 200 est réalisé avec des conducteurs électriques de sections à formes variables optimisant à la fois le remplissage des encoches statoriques 140 et des encoches rotoriques 240. La partie D de la figure 9 montre une partie d’une machine électrique dont le bobinage de stator et le bobinage de rotor sont réalisés avec des conducteurs électriques classiques. Les parties A, B et C de la figure 9 montrent que, pour un même nombre de conducteurs électriques, le remplissage des encoches de stator et/ou de rotor avec des conducteurs électriques de sections à formes variables, permet un gain de place au sein de l’encoche. Chaque encoche peut donc comporter un espace 160, 260 laissé vide au sein des conducteurs électriques. Il peut être choisi de laisser l’espace vide 160, 260 dans n’importe quelle zone de l’encoche, par exemple dans les angles des encoches.
[0050] Lorsque l’espace est laissé vide à proximité de l’entrefer 300 de la machine électrique, ledit espace peut permettre de limiter la température maximale des bobinages. En effet, le fait d’éloigner les conducteurs électriques de l’entrefer a un effet thermique puisque le haut de l’encoche constitue en général un point chaud dans le bobinage.
[0051] Dans certains modes de réalisation de l’invention, un ou plusieurs canaux de refroidissement peuvent être insérés dans l’espace vide 160, 260, ou espace libre, afin d’extraire la chaleur directement au sein du bobinage. Un exemple d’un tel canal de refroidissement est représenté sur la figure 10. Cette figure 10 montre une encoche 140 dans laquelle des conducteurs électriques de sections à formes variables 131 sont logés. Le fait que les sections des conducteurs électriques soient à formes variables permet de libérer l’espace 160 entre les conducteurs électriques 131. Un canal de refroidissement 180 est alors logé dans cet espace libre 160 de sorte que ledit canal de refroidissement peut évacuer directement la chaleur du bobinage vers le carter sans que la chaleur n’aie à traverser la culasse statorique, ce qui a pour effet d’accélérer le processus de refroidissement.
[0052] Dans une variante, un matériau à changement de phase peut être introduit dans l’espace libre 160, 260 afin de refroidir le bobinage lorsque la machine électrique fonctionne avec des régimes transitoires courts de fortes intensités. Dans une autre variante, un caloduc peut être inséré dans l’encoche pour évacuer la chaleur du bobinage directement en périphérie de la machine. Ce caloduc peut, par exemple, être inséré en force dans l’encoche de sorte à améliorer le contact thermique entre le bobinage et le caloduc.
[0053] Une machine électrique selon l’invention peut être fabriquée en mettant en œuvre les opérations suivantes :
- fabrication d’une culasse statorique et d’une culasse rotorique, la culasse rotorique et/ou la culasse statorique comportant des encoches définies angulairement sur le contour de ladite culasse,
- fabrication du bobinage en sélectionnant des conducteurs électriques ayant des sections de formes variables et en agençant ces conducteurs électriques dans les encoches de sorte à maximiser le contact entre le bobinage et la culasse statorique et/ou rotorique.
Le fait de maximiser le contact entre le bobinage et la culasse statorique et/ou rotorique permet d’optimiser le remplissage des encoches et ainsi limiter les pertes totales dans le bobinage et assurer une meilleure évacuation de la chaleur des bobinages.
[0054] Dans certains modes de réalisation, le procédé de fabrication comporte, après l’opération de formation des bobines, une opération d’insertion d’un canal de refroidissement à l’intérieur d’une encoche. Bien entendu, chaque encoche du stator et/ou du rotor peut être équipée d’un canal de refroidissement.
[0055] La fabrication du bobinage consiste à fabriquer plusieurs bobines à partir de conducteurs électriques à sections de formes variables. Ces bobines peuvent être obtenues par des techniques classiques comme le coulage sous pression (injection à grande vitesse et sous haute pression de cuivre en fusion dans un moule), la fabrication additive (impression 3D) ou la fusion sélective par laser (ou « Selective Laser Melting >> en termes anglo-saxons) qui permettent de réaliser des bobines sans contrainte de rayon de courbure minimum associé à la limite de tension du fil conducteur. Avec de telles techniques de fabrication, les têtes des bobines peuvent être raccourcies de sorte que la densité de couple de la machine électrique peut être augmentée puisque les bobines génèrent moins de pertes et qu’elles ont un encombrement et une masse réduite.
[0056] Les bobines peuvent également être obtenues par enroulement in situ, avec éventuellement un guide pour assurer le placement des conducteurs électriques dans les encoches. Du fait du bobinage ‘in situ’, cette technique de fabrication permet la réalisation de bobines même en présence de bouts de dent (ou « tooth tips >> en termes anglo-saxons) au niveau de la culasse statorique.
[0057] Les conducteurs électriques à sections de formes variables utilisés pour fabriquer le bobinage de la machine électrique selon l’invention peuvent être réalisés par différentes techniques connues comme, par exemple, par tréfilage avec extrusion au travers d’une filière variable ou matriçage à chaud du fil de cuivre et/ou refendage avec rabotage d’une section de cuivre supérieure. L’isolation électrique de ces conducteurs électriques peut ensuite être déposée par toutes méthodes connues. Dans certains variantes, un séparateur peut être utilisé pour augmenter l’espace entre les conducteurs électriques, notamment lorsque les bobines sont préformées.
[0058] Une machine électrique selon l’invention a été modélisée, comme indiqué précédemment, dans laquelle des conducteurs électriques à sections de formes variables sont logés dans les encoches du stator pour former le bobinage statorique. Ces conducteurs électriques ont des sections de forme rectangulaire mais dont les dimensions des côtés des rectangles varient et laissent libre un espace en regard de l’entrefer, comme représenté sur la figure 11 A. Les formes des sections des conducteurs électriques formant le bobinage statorique de cette machine électrique ont été définies pour minimiser les pertes AC et DC de la machine, le fait d’éloigner le bobinage du champ magnétique variable de l’entrefer de la machine électrique permettant de diminuer les pertes AC. Ainsi, le bobinage tel que représenté sur la figure 11A permet, par comparaison avec un bobinage classique tel que représenté sur la figure 11 B, de réduire de façon importante les pertes totales (diminution d’environ 13 % à fréquence d’excitation nominale) malgré une augmentation des pertes Joules. Un diagramme montrant, en fonction de la fréquence, la différence des pertes entre une machine électrique équipée du bobinage de la figure 11A (bâtons A) et une machine électrique équipée du bobinage de la figure 11B (bâtons B) est représenté sur la figure 11 C.
[0059] Bien que décrite à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réalisation, la machine électrique tournante selon l’invention comprend divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Machine électrique tournante comportant un rotor (200) monté autour d’un arbre de rotation (400) et un stator (100) monté autour du rotor, l’un au moins du rotor et du stator comportant :
    - une culasse (120, 220) munie d’une pluralité de dents (150, 250) réparties angulairement sur la périphérie de la culasse et d’une pluralité d’encoches (140, 204) définies chacune par deux dents adjacentes, et
    - un bobinage (130, 230) comportant une pluralité de bobines (135) logées dans les encoches du stator, caractérisée en ce que les bobines de l’un au moins du rotor et du stator sont formées de conducteurs électriques (131) dont les sections sont de formes variables, les formes des sections étant adaptées aux formes des encoches (140, 240).
  2. 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’au moins une bobine (135) du bobinage de rotor et/ou du bobinage de stator comporte des conducteurs électriques (132, 133, 134) ayant des sections de formes différentes.
  3. 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les conducteurs électriques (132) d’une première bobine ont au moins une section de forme différente des formes de sections des conducteurs électriques (134) d’une deuxième bobine.
  4. 4. Machine électrique tournante selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les sections des conducteurs électriques (131) ont des aires constantes.
  5. 5. Machine électrique tournante selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les encoches (140, 240) comportent un espace libre (160, 260) au sein des conducteurs électriques.
  6. 6. Machine électrique tournante selon la revendication 5, caractérisée en ce qu’au moins une des encoches (140, 240) de la culasse statorique et/ou de la culasse rotorique comporte un canal de refroidissement (180) inséré dans l’espace libre.
  7. 7. Turboréacteur comportant une machine électrique tournante selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. 8. Procédé de fabrication d’une machine électrique tournante selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comportant :
    - une opération de fabrication d’une culasse statorique (120) et d’une culasse rotorique (220), la culasse rotorique et/ou la culasse statorique comportant des encoches (140, 240) définies angulairement sur le contour de ladite culasse,
    - une opération de formation de bobines (135) par insertion de conducteurs électriques dans les encoches, caractérisé en ce que l’opération de formation des bobines comporte :
    - une sélection des conducteurs électriques (131), lesdits conducteurs électriques ayant des sections de formes variables, et
    - un agencement desdits conducteurs électriques à sections de formes variables (131) de sorte à maximiser le contact entre chaque bobine et la culasse statorique et/ou rotorique et optimiser le remplissage des encoches.
  9. 9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’opération de formation des bobines est réalisée par coulage sous pression, fabrication additive, fusion sélective par laser et/ou enroulement in situ.
  10. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les conducteurs électriques à sections de formes variables (131) sont obtenus par tréfilage, matriçage à chaud et/ou refendage.
  11. 11. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu’il comporte, après l’opération de formation des bobines, une opération d’insertion d’un canal de refroidissement à l’intérieur d’au moins une encoche.
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