FR3098046A1 - Bobinage électrique pour une machine électrique tournante - Google Patents

Abstract

La présente invention propose un bobinage électrique pour une partie active de machine électrique tournante (10). Le bobinage électrique (24) comportant plusieurs épingles conductrices (30, 31) comprenant deux segments conducteurs (30A, 30B, 31A, 31B) connectés par une jonction coudée (30C, 31C) présentant chacune un sommet (30E, 31E) correspondant à la portion de ladite jonction coudée ayant la plus grande distance axiale avec la première face d’extrémité axiale du corps de la partie active. Le bobinage comporte, en outre, au moins une épingle de connexion (32) comprenant deux segments conducteurs (32A, 32B), les segments conducteurs étant connectés par une jonction coudée (32C) présentant un sommet (32E). Le sommet (32E) est agencé de sorte à ce que la distance axiale (D2) entre ladite première face d’extrémité axiale et ledit sommet soit inférieure ou égale aux distances axiales (D0, D1) respectives entre ladite face et les sommets (30E, 31E). Figure pour l’abrégé : Figure 4

Description

Bobinage électrique pour une machine électrique tournante

L’invention concerne notamment un bobinage électrique pour une partie active telle qu’un stator ou un rotor de machine électrique tournante. L’invention porte plus particulièrement sur un bobinage électrique réalisé à partir d’épingles conductrices.

L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes telles que les alternateurs, les alterno-démarreurs ou encore les machines réversibles ou les moteurs électriques. On rappelle qu’une machine réversible est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d’une part, comme générateur électrique en fonction alternateur et, d’autre part, comme moteur électrique par exemple pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile.

Une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en rotation autour d’un axe et un stator fixe. En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator qui le transforme en courant électrique afin d’alimenter les consommateurs électriques du véhicule et de recharger la batterie. En mode moteur, le stator est alimenté électriquement et induit un champ magnétique entraînant le rotor en rotation par exemple pour démarrer le moteur thermique.

Le stator comprend un corps présentant une culasse formant une pièce de révolution autour d’un axe passant par le centre du stator. Le corps comporte des dents s’étendant radialement à partir de la culasse vers le centre du stator et autour desquelles est disposé un bobinage électrique. Plus particulièrement, les dents délimitent entre elles des encoches dans lesquelles passent des éléments conducteurs participant à former le bobinage du stator.

Le bobinage est formé d’une pluralité d’épingles conductrices logées partiellement dans les encoches du corps et raccordées électriquement deux à deux via leurs extrémités pour former un chemin électrique continu. Par exemple, chaque épingle comprend deux segments conducteurs sensiblement parallèles entre eux et reliés par une jonction coudée de manière à former un « U ». Les segments conducteurs sont insérés au niveau d’une première face d’extrémité axiale du stator, dans deux encoches distinctes, de sorte que les segments conducteurs soient sensiblement parallèles à l’axe de révolution du stator. Une même encoche peut loger plusieurs segments appartenant à des épingles distinctes formant ainsi différentes couches de segment conducteur. Les jonctions coudées des épingles sont saillantes au niveau de la première face d’extrémité axiale du stator.

Les extrémités libres des segments conducteurs, dépassant d’une seconde face d’extrémité axiale du stator, sont ensuite connectées entre elles de manière à former des chemins électriques générant des champs magnétiques le long des dents du corps lorsqu’ils sont parcourus par un courant électrique. Autrement dit, les épingles conductrices sont reliées deux à deux de sorte à former différents ensembles, chaque ensemble pouvant notamment correspondre à une phase d’alimentation électrique. Par exemple, le stator comporte trois ensembles distincts pour permettre une alimentation en courant triphasé du bobinage. Un tel bobinage nécessite un certain nombre de connexions entre les épingles conductrices notamment pour connecter les différentes couches de conducteur et afin de s’assurer que le courant électrique circule dans le même sens dans chacun des segments présents dans une même encoche.

Ces connexions sont faites au moyen de pièces de raccordement agencées entre les épingles conductrices. Les pièces de raccordement sont par exemple des épingles d’inversion du sens de circulation du courant. Lesdites épingles d’inversion présentent chacune deux segments conducteurs insérés dans des encoches respectives du corps du stator et connectés via leur extrémité libre aux épingles conductrices et une partie de jonction connectant entre eux lesdits segments. Les parties de jonction sont disposées au-dessus et/ou à côté des jonctions coudées des épingles conductrices classiques en raison de leur forme. Les pièces de raccordement peuvent également être des segments de connexion entre les différentes bobines d’une même phase. Chaque segment de connexion est inséré dans une encoche et présente un point de connexion formé au-dessus du chignon, par exemple par soudage, avec l’autre segment de connexion. Cela engendre une augmentation de l’encombrement axial et/ou radial de la machine ainsi qu’une augmentation du temps de réalisation du bobinage par l’ajout des étapes de connexion par soudure. Cela peut également selon les configurations de machine entraîner une augmentation du bruit aéraulique lorsque l’air de refroidissement est perturbé par les parties de jonctions.

La présente invention vise à permettre d’éviter les inconvénients de l’art antérieur. A cet effet, la présente invention a donc pour objet un bobinage électrique pour une partie active, formée notamment d’un stator ou d’un rotor, de machine électrique tournante, la partie active comportant un corps présentant une culasse annulaire autour d’un axe et une pluralité de dents s’étendant à partir d’une face latérale de la culasse dans une direction radiale de manière à délimiter des encoches, lesdites encoches étant ouvertes sur une première face d’extrémité axiale et sur une seconde face d’extrémité axiale du corps. Selon la présente invention, le bobinage électrique comporte plusieurs épingles conductrices étant reliées électriquement entre elles, chaque épingle comprenant deux segments conducteurs connectés par une jonction coudée, les segments conducteurs d’une même épingle étant destinés à être agencés dans deux encoches distinctes, les jonctions coudées présentant chacune un sommet correspondant à la portion de ladite jonction coudée ayant la plus grande distance axiale avec la première face d’extrémité axiale du corps. Toujours selon la présente invention, le bobinage comporte, en outre, au moins une épingle de connexion comprenant deux segments conducteurs destinés à être agencés dans deux encoches distinctes, les segments conducteurs étant connectés entre eux à une de leurs extrémités par une jonction coudée et, chacun, à une épingle conductrice respective à l’autre de leurs extrémités, la jonction coudée de l’épingle de connexion présentant un sommet correspondant à la portion de ladite jonction coudée ayant la plus grande distance axiale avec la première face d’extrémité axiale du corps, le sommet de la jonction coudée de l’épingle de connexion étant agencé de sorte à ce que la distance axiale entre ladite première face d’extrémité axiale et ledit sommet soit inférieure ou égale aux distances axiales respectives entre ladite face d’extrémité axiale et les sommets des jonctions coudées des épingles conductrices.

Grâce à la présente invention, l’épingle de connexion ne dépasse ni axialement ni radialement par rapport aux épingles conductrices. Cela permet donc de ne pas augmenter l’encombrement du bobinage et de ne pas créer de perturbation du flux de refroidissement qui engendrerai une augmentation du bruit aéraulique. De plus, comme l’épingle de connexion présente une forme en U de par sa jonction coudée, il n’est pas nécessaire de prévoir des étapes supplémentaires de connexion lors de la fabrication du bobinage.

Selon une réalisation, le sommet de la jonction coudée de l’épingle de connexion définit un premier angle supérieur ou égal aux deuxièmes angles définis par les sommets respectifs des jonctions coudées des épingles conductrices. Cette réalisation permet de diminuer la distance entre le sommet de la jonction coudée de l’épingle de connexion et la première face d’extrémité axiale du corps par rapport à celles entre les sommets des jonctions coudées des épingles conductrices et ladite première face tout en gardant une forme simple de l’épingle de connexion.

Selon une réalisation, les segments conducteurs des épingles, destinés à être logés dans une même encoche, forment N couches. Ainsi, chaque encoche comprend N segments appartenant à des épingles différentes. Par exemple, une couche est formée par un unique segment d’une épingle.

Selon cette réalisation, le bobinage comporte un premier groupe d’épingles conductrices dont les segments conducteurs sont, chacun, disposés dans deux couches distinctes et un second groupe d’épingles conductrices dont les segments conducteurs sont, chacun, disposés dans deux couches distinctes, les couches comportant le premier groupe d’épingles étant distinctes des couches comportant le second groupe d’épingles, l’épingle de connexion permettant de relier le premier groupe d’épingles au second groupe d’épingles. Par exemple, le premier segment conducteur de l’épingle de connexion est disposé dans une des couches associées au premier groupe d’épingles conductrices et le second segment conducteur de ladite épingle est disposé dans une des couches associées au second groupe d’épingles conductrices.

Selon une réalisation, les sommets des jonctions coudées des épingles conductrices du premier groupe d’épingles sont agencés de sorte à ce que les distances axiales respectives entre la première face d’extrémité axiale du corps et les sommets sont supérieures ou égales aux distances axiales respectives entre ladite face d’extrémité axiale et les sommets des jonctions coudées des épingles conductrices du second groupe d’épingles.

Selon une réalisation, les segments conducteurs de l’épingle de connexion sont agencés dans deux couches adjacentes. On entend par « couches adjacentes », des couches successives qui ne sont pas séparées par une autre couche. Cela permet de simplifier l’insertion des épingles lors du procédé de réalisation du bobinage et également de simplifier la forme de l’épingle de connexion.

Selon une réalisation, les couches adjacentes dans lesquelles sont disposés les segments conducteurs de l’épingle de connexion sont des couches centrales. On entend par « couche centrale » une couche qui est entourée par deux autres couches et qui n’est donc pas en bordure de l’encoche.

Selon une réalisation, le bobinage comporte au moins deux épingles d’alimentation formant une entrée et une sortie, chaque épingle d’alimentation comportant un segment conducteur connecté par une de ses extrémités à une épingle conductrice, chaque segment conducteur étant destiné à être disposé dans une des encoches comprenant un segment conducteur d’une épingle de connexion. Les épingles d’alimentation permettent de connecter le bobinage à un module électronique de puissance et/ou de commande.

Selon une réalisation, les segments conducteurs des épingles d’alimentation sont disposés dans des couches de bordure. On entend par « couche de bordure », une couche située à une extrémité radiale interne ou externe du bobinage, c’est-à-dire une couche qui n’est pas centrale.

Selon une réalisation, le bobinage forme plusieurs phases, chaque phase comportant une pluralité d’épingles conductrices, au moins une épingle de connexion et un nombre d’épingles d’alimentation égal au double du nombre d’épingle de connexion.

Selon une réalisation, pour chaque épingle de connexion, le bobinage électrique comporte une première épingle d’alimentation et une seconde épingle d’alimentation, ladite première épingle présentant une forme différente de la forme de ladite seconde épingle. Par exemple, chaque épingle d’alimentation présente un unique segment conducteur et deux extrémités libres. Toujours par exemple, les deux extrémités libres de la première épingle d’alimentation s’étendent dans des directions circonférentielles opposées l’une par rapport à l’autre et les deux extrémités libres de la seconde épingle d’alimentation s’étendent dans une même direction circonférentielle.

Selon une réalisation, les segments conducteurs d’une même épingle conductrice sont agencés dans deux couches distinctes et séparées l’une de l’autre par au moins une couche intercalaire. Autrement dit, les segments conducteurs d’une même épingle conductrice sont disposés dans des couches qui ne sont pas adjacentes.

Selon une réalisation, les couches comprenant les segments conducteurs des épingles conductrices du premier groupe d’épingles sont alternées avec les couches comprenant les segments conducteurs des épingles conductrices du second groupe d’épingles. Par exemple, la couche radiale interne comprend un segment conducteur d’une épingle conductrice du premier groupe d’épingles et la couche radiale externe comprend un segment conducteur d’une épingle conductrice du second groupe d’épingles.

Selon une réalisation, les épingles conductrices du premier groupe d’épingles présentent respectivement des formes différentes de celles des épingles conductrices du second groupe d’épingles.

Selon une réalisation, les épingles conductrices du premier groupe d’épingles comprennent chacune deux extrémités libres prolongeant respectivement les deux segments conducteurs, lesdites extrémités étant courbées de manière à se rapprocher l’une de l’autre dans une direction circonférentielle.

Selon une réalisation, les épingles conductrices du second groupe d’épingles comprennent chacune deux extrémités libres prolongeant respectivement les deux segments conducteurs, lesdites extrémités étant courbées de manière à s’écarter l’une de l’autre dans une direction circonférentielle.

La présente invention a également pour objet une partie active de machine électrique tournante, formée notamment d’un stator ou d’un rotor, qui comporte un bobinage électrique tel que précédemment décrit.

De plus, la présente invention a également pour objet une machine électrique tournante comprenant une partie active, formée notamment d’un stator ou d’un rotor, qui comporte un bobinage électrique tel que précédemment décrit. La machine électrique tournante peut, avantageusement, former un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.

La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de l’invention et de l’examen des dessins annexés.

La représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe d’une machine électrique tournante selon un exemple de mise en œuvre de l’invention.

La représente schématiquement une vue en perspective du stator de la figure 1.

La représente schématiquement une vue en coupe suivant un plan radial d’une partie du stator de la figure 2.

La représente schématiquement une vue latérale d’une partie épurée du stator de la figure 2.

La représente schématiquement une vue en perspective d’une épingle conductrice du premier groupe d’épingles du stator de la figure 2.

La représente schématiquement une vue en perspective d’une épingle conductrice du second groupe d’épingles du stator de la figure 2.

La représente schématiquement une vue en perspective d’une épingle de connexion du stator de la figure 2.

La représente schématiquement une vue en perspective d’une première épingle d’alimentation du stator de la figure 2.

La représente schématiquement une vue en perspective d’une seconde épingle d’alimentation du stator de la figure 2.

La représente partiellement un schéma électrique du bobinage du stator de la figure 2.

Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d’une figure à l’autre. On notera également que les différentes figures ne sont pas nécessairement à la même échelle.

La figure 1 représente un exemple de machine électrique tournante 10 compacte et polyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine 10 transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l’énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante 10 est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.

Dans cet exemple, la machine 10 comporte un carter 11. A l'intérieur de ce carter 11, elle comporte, en outre, un arbre 13, un rotor 12 solidaire en rotation de l’arbre 13 et un stator 15 entourant le rotor 12. Le mouvement de rotation du rotor 12 se fait autour d’un axe X. Dans la suite de la description, la direction axiale correspond à l'axe X, traversant en son centre l’arbre 13, alors que les orientations radiales correspondent à des plans concourants, et notamment perpendiculaires, à l'axe X. Pour les directions radiales, la dénomination interne correspondant à un élément orienté vers l’axe, ou plus proche de l’axe par rapport à un second élément, la dénomination externe désignant un éloignement de l’axe.

Dans cet exemple, le carter 11 comporte un flasque avant 16 et un flasque arrière 17 qui sont assemblés ensemble. Ces flasques 16, 17 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un palier accouplé à un roulement à billes 18, 19 respectif pour permettre la rotation de l'arbre 13. En outre, le carter 11 comporte des moyens de fixation 14 permettant le montage de la machine électrique tournante 10 dans le véhicule.

Un organe d’entraînement 20 tel qu’une poulie ou un pignon peut être fixé sur une extrémité avant de l’arbre 13. Cet organe permet de transmettre le mouvement de rotation à l’arbre ou à l’arbre de transmettre son mouvement de rotation. Dans la suite de la description, les dénominations avant/arrière se réfèrent à cet organe. Ainsi une face avant est une face orientée en direction de l’organe alors qu’une face arrière est une face orientée en direction opposée dudit organe.

Le flasque avant 16 et le flasque arrière 17 sont ici agencés de manière à former une chambre pour la circulation d’un liquide de refroidissement tel que de l’eau ou de l’huile. Alternativement, les flasques pourraient comporter des ouvertures pour le passage d’un flux d’air de refroidissement engendré par la rotation d’au moins un ventilateur solidaire en rotation avec le rotor ou l’arbre.

Dans cet exemple, le rotor 12 est formé d’un paquet de tôles logeant des aimants permanents formant les pôles magnétiques. Alternativement, le rotor pourrait être un rotor à griffe comportant deux roues polaires et une bobine rotorique.

Dans cet exemple de réalisation, le stator 15 comporte un corps 21 formé d'un paquet de tôles doté d'encoches 22, équipées d’isolant d’encoche 23 pour le montage d’un bobinage électrique 24. Le bobinage traverse les encoches du corps 21 et forment un chignon avant 25a et un chignon arrière 25b de part et d'autre du corps du stator. Par ailleurs, le bobinage 24 est formé d’une ou plusieurs phases comportant au moins un conducteur électrique et étant reliées électriquement à un ensemble électronique 26.

L’ensemble électronique 26 qui est ici monté sur le carter 11, comporte au moins un module électronique de puissance permettant de piloter au moins une phase du bobinage 24. Le module de puissance forme un pont redresseur de tension pour transformer la tension alternative générée en une tension continue et inversement. Alternativement, l’ensemble électronique pourrait être déporté de la machine.

Les figures 2 et 3 représentent plus en détail le stator 15. Le corps du stator 21 est formé d’une culasse 27 de forme annulaire autour de l’axe X et d’une pluralité de dents 28 s’étendant radialement en direction du centre du stator à partir de la culasse, et en particulier ici à partir d’une face latérale formant une paroi interne de la culasse 27. Les dents 28 sont réparties angulairement régulièrement sur le pourtour du corps annulaire, avec des espaces successifs ménagés entre elles de manière à définir les encoches 22 s’étendant en série sur le pourtour du corps annulaire du stator, chaque encoche étant délimitée par deux dents successives. Selon le présent exemple, les dents délimitent 48 encoches réparties le long de la circonférence du corps de stator, ces encoches étant agencées pour former support au bobinage électrique 24. En variante, un nombre différent d’encoches peut être utilisé tel que 96, 84, 72, 60. Il est entendu que ce nombre dépend notamment de l’application de la machine, du diamètre du stator et du nombre de pôles du rotor.

Selon la direction axiale, c’est-à-dire la direction parallèle à l’axe X, les encoches 22 sont ouvertes sur une première face d’extrémité axiale 29a et une seconde face d’extrémité axiale 29b du corps de stator 21. Autrement dit, les encoches traversent axialement de part en part le corps et débouchent sur les deux faces d’extrémité axiales opposées du stator. Par les termes « faces d’extrémité axiales », on entend des faces perpendiculaires ou sensiblement perpendiculaires à l’axe de révolution X du stator.

Le bobinage 24 est formé à partir d’une pluralité d’épingles reliées électriquement entre elles pour former des chemins électriques formant les phases du bobinage. Dans cet exemple, chaque phase comprend une pluralité d’épingles conductrices 30, 31, une épingle de connexion 32 et deux épingles d’alimentation 33, 34. Comme cela sera décrit plus en détail après en références aux figures 5 et 6, chaque épingle conductrice 30, 31 est formée de deux segments conducteurs 30A, 30B, 31A, 31B s’étendant axialement dans les encoches 22 et qui sont à cet effet sensiblement parallèle entre eux. Lesdits segments conducteurs sont connectés entre eux par l’intermédiaire d’une jonction coudée 30C, 31C qui est également conductrice de manière à former une continuité électrique. Comme cela sera décrit plus en détail après en références à la figure 7, l’épingle de connexion 32 est formée de deux segments conducteurs 32A, 32B s’étendant axialement dans les encoches 22 et qui sont à cet effet sensiblement parallèle entre eux. Lesdits segments conducteurs sont connectés entre eux par l’intermédiaire d’une jonction coudée 32C qui est également conductrice de manière à former une continuité électrique. Les segments conducteurs 30A, 30B, 31A, 31B, 32A, 32B d’une même épingle 30, 31, 32 sont disposés dans deux encoches distinctes l’une de l’autre. Comme cela sera décrit plus en détail après en références aux figures 8 et 9, les épingles d’alimentation 33, 34 sont chacune formées d’un segment conducteur 33A, 34A s’étendant axialement dans les encoches 22.

La figure 4 représente une partie du stator dans laquelle est illustrée uniquement deux épingles conductrices 30, 31, une épingle de connexion 32 et deux épingles d’alimentation 33, 34 pour plus de clarté. Chaque jonction coudée 30C, 31C, 32C présente deux portions inclinées 30D, 31D, 32D se rejoignant pour former un sommet 30E, 31E, 32^E(visible sur les figures 5, 6 et 7). Ainsi une portion inclinée s’étend entre un segment conducteur et un sommet correspondant. Chaque sommet est défini comme la portion de la jonction coudée ayant la plus grande distance axiale avec la première face d’extrémité axiale 29a du corps de stator 21. Le sommet 32E de l’épingle de connexion 32 est plus proche axialement du corps de stator 21 que les sommets respectifs 30E, 31E des épingles conductrices 30, 31. Autrement dit, une distance axiale D2 entre le sommet 32E de l’épingle de connexion 32 et la première face d’extrémité axiale 29a du corps de stator 21 est inférieure ou égal à une distance axiale D0 entre le sommet 30E de l’épingle conductrice 30 et ladite face 29a et également inférieure ou égal à une distance axiale D1 entre le sommet 31E de l’épingle conductrice 31 et ladite face 29a.

Cette différence de hauteur entre les sommets des épingles 30, 31, 32 est par exemple obtenue par une différence d’inclinaison des portions inclinées 30D, 31D, 32D par rapport aux segments conducteurs associés. Autrement dit, les portions inclinées d’une même jonction coudée définissent, par leur inclinaison l’une vers l’autre, un angle au niveau du sommet de ladite jonction en regard du corps de stator. L’angle défini par les portions inclinées 32D de l’épingle de connexion 32 est supérieur ou égal à l’angle défini par les portions inclinées 30D de l’épingle conductrice 30 et également supérieur ou égal à l’angle défini par les portions inclinées 31D de l’épingle conductrice 31.

Comme visible sur la figure 3, les différents segments conducteurs disposés dans une même encoche sont superposés afin de former un empilement de N couches Ci, étant entendu que ces N couches sont présentes dans chacune des encoches de sorte que l’on forme sur le pourtour du stator des cercles annulaires sensiblement coaxiaux entre eux. Par exemple, ces couches sont au nombre de quatre et numérotées de C1 à C4, selon leur ordre d’empilement dans les encoches 22. La première couche C1 correspond à la couche externe, la deuxième couche C2 correspond à une couche centrale externe directement voisine de la première couche C1, la troisième couche C3 correspond à la couche centrale interne directement voisine de la deuxième couche C2 et la quatrième couche C4 correspond à la couche interne. La première couche C1 est ainsi occupée par le segment conducteur le plus proche de la culasse 27 et la couche C4 est ainsi occupée par le segment conducteur le plus proche de l’ouverture d’encoche, c’est-à-dire le plus proche de l’axe X. Bien entendu, l’invention ne se limite pas à ce seul mode de réalisation de sorte qu’un nombre supérieur de segments conducteurs peut être empilé dans chaque encoche par exemple 6, 8 ou 10 conducteurs. Par exemple, une couche est formée par un unique segment conducteur. Ainsi, chaque encoche 22 comprend N segments conducteurs alignés radialement les uns par rapport aux autres sur une seule ligne et formant chacun une couche Ci. Dans l’exemple illustré, les segments conducteurs présentent chacun une section sensiblement rectangulaire facilitant leur empilement dans l’encoche.

Les figures 5, 6, 7 et 8 illustrent les différentes formes d’épingles formant le bobinage électrique 24. La description ci-dessous est faite en rapport avec une phase du bobinage électrique, l’homme du métier comprendra que toutes les phases sont formées d’une manière identique. Les épingles conductrices 30, 31 formant les premiers ou les deuxièmes groupes d’épingles se différentient par les extrémités libres 30F, 31F des segments conducteurs, à l’opposé axialement des jonctions coudées 30C, 31C.

La figure 5 représente une épingle conductrice 30 du premier groupe d’épingles, toutes les épingles 30 du premier groupe étant de forme identique. Cette épingle conductrice 30 se caractérise par deux extrémités libres 30F de segments conducteurs qui sont courbées de manière à se rapprocher l’une de l’autre. Plus particulièrement, les extrémités libres 30F des segments conducteurs sont repliées pour venir en recouvrement l’une de l’autre dans une direction radiale. L’écartement entre les deux extrémités libres 30F des segments conducteurs d’une même épingle 30 est plus petit que l’écartement entre ces deux segments conducteurs 30A, 30B dans leur portion droite logée dans les encoches.

La figure 6 représente une épingle conductrice 31 du second groupe d’épingles, toutes les épingles 31 du second groupe étant de forme identique. Cette épingle conductrice 31 se caractérisent par deux extrémités libres 31F de segments conducteurs qui sont courbées de manière à s’écarter l’une de l’autre. L’écartement entre les deux extrémités libres 31F des segments conducteurs d’une même épingle 31 est plus grand que l’écartement entre ces deux segments conducteurs 31A, 31B dans leur portion droite logée dans les encoches. Plus particulièrement, les segments conducteurs 31A, 31B d’une même épingle sont espacés d’un pas P de manière à être respectivement insérés dans une encoche E et dans une encoche E+P, et les extrémités libres 31F de ces segments conducteurs sont espacées d’un pas 2P.

La figure 7 représente une épingle de connexion 32 qui se caractérisent notamment par deux extrémités libres 32F de segments conducteurs qui sont courbées de manière à conserver le même écartement que celui des segments conducteurs 32A, 32B. L’écartement entre les deux extrémités libres 32F des segments conducteurs d’une même épingle 32 est similaire à l’écartement entre ces deux segments conducteurs 32A, 32B dans leur portion droite logée dans les encoches. Plus particulièrement, les segments conducteurs 32A, 32B d’une même épingle sont espacés d’un pas P de manière à être respectivement insérés dans une encoche E et dans une encoche E+P, et les extrémités libres 32F de ces segments conducteurs sont espacées du même pas P.

La figure 8 représente une première épingle d’alimentation 33 qui comporte un unique segment conducteur 33A et deux extrémités libres 33F, 33G, l’extrémité libre 33F étant disposée du même côté du stator que les extrémités libres 30F, 31F, 32F des autres épingles et l’extrémité libre 33G étant disposée du côté opposé axialement, c’est-à-dire du côté des jonctions coudées 30C, 31C, 32C. Les extrémités libres 33F, 33G sont pliées dans des directions circonférentielles opposées, c’est-à-dire que lesdites extrémités ne sont pas superposées axialement.

La figure 9 représente une seconde épingle d’alimentation 34 qui comporte un unique segment conducteur 34A et deux extrémités libres 34F, 34G, l’extrémité libre 34F étant disposée du même côté du stator que les extrémités libres 30F, 31F, 32F des autres épingles et l’extrémité libre 34G étant disposée du côté opposé axialement, c’est-à-dire du côté des jonctions coudées 30C, 31C, 32C. Les extrémités libres 34F, 34G sont pliées dans la même direction, c’est-à-dire que lesdites extrémités sont superposées axialement.

Comme visible sur les figures 2 et 10 notamment, chaque épingle 30, 31, 32, 33, 34 est agencée de manière à ce que d’une part ses segments conducteurs s’étendent dans deux encoches distinctes E et E+P, séparées par un pas P, et que d’autre part chaque jonction coudée soit disposée au niveau de la première face d’extrémité axiale 29a tandis que les extrémités libres sont disposés au niveau de la seconde face d’extrémité axiale 29b et sont reliées entre elles de manière à générer une continuité électrique dans le bobinage d’une épingle à l’autre. Tel que cela va être décrit ci-après notamment en relation avec la figure 10, les extrémités libres de segments conducteurs agencés dans une première couche C1 et les extrémités libres de segments conducteurs agencés dans une deuxième couche C2 sont reliées entre elles et les extrémités libres de segments conducteurs agencés dans une troisième couche C3 et les extrémités libres de segments conducteurs agencés dans une quatrième couche C4 sont reliées entre elles. Ces liaisons sont par exemple faites par soudure. Ainsi, les segments conducteurs 30A, 30B, 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 34A d’une même épingle sont connectés entre eux à une de leurs extrémités par une jonction coudée 30C, 31C, 32C et, chacun, à une autre épingle à leur extrémité libre 30F, 31F, 32F, 33F, 34F.

Le premier groupe d’épingles conductrices 30 forment un groupe dit extérieur, qui comporte les épingles 30 dont les segments conducteurs 30A, 30B sont logés dans les encoches de manière à former la première couche extérieure C1 et la troisième couche centrale intérieure C3. Le second groupe d’épingles conductrices 31 forment un groupe dit intérieur, qui comporte les épingles 31 dont des segments conducteurs 31A, 31B sont logés dans les encoches de manière à former la quatrième couche intérieure C4 et la deuxième couche centrale extérieure C2.

Comme visible sur les figures 2 et 10, les deux groupes d’épingle sont imbriqués, c’est-à-dire agencés de manière à ce que l’un des segments conducteurs des épingles 30 du groupe extérieur soit situé dans les encoches plus à l’intérieur que l’un des segments conducteurs des épingles 31 du groupe intérieur. Plus particulièrement, une épingle conductrice 30 appartenant au premier groupe est agencée dans le stator de manière à avoir un segment conducteur 30A occupant une première couche C1 dans une encoche E et un segment conducteur 30B occupant une troisième couche C3 dans une encoche E+P. Similairement, une épingle conductrice 31 appartenant au second groupe est agencée dans le stator de manière à avoir un segment conducteur 31A occupant une deuxième couche C2 dans l’encoche E et un segment conducteur 31B occupant une quatrième couche C4 dans une encoche E+P. Autrement dit, les épingles conductrices 30, 31 sont agencées de sorte que les segments conducteurs d’une même épingle conductrice occupent des encoches distinctes avec un décalage radial de deux couches d’une encoche à l’autre, ou bien en d’autre termes avec l’interposition d’une couche intermédiaire entre les deux couches occupées par les segments conducteurs de cette même épingle. Ce décalage radial correspond à l’interposition d’un segment conducteur appartenant à une épingle conductrice de l’autre groupe. Il résulte de cet agencement particulier un alignement des jonctions coudées au niveau de la première face d’extrémité axiale 29a du corps de stator 21 de sorte que les jonctions coudées adjacentes soient sensiblement parallèles entre elles. Cela permet d’augmenter la compacité du chignon.

Ces deux groupes d’épingles conductrices 30, 31 forment respectivement des chemins électriques continus indépendant l’un de l’autre. Pour assurer la continuité électrique au sein de la phase, une épingle de connexion 32 est agencée pour raccorder électriquement le premier groupe d’épingles conductrice 30 au second groupe d’épingles conductrice 31 et ainsi former un unique chemin électrique et former une phase du bobinage électrique 24. Ainsi, cette épingle de connexion 32 ferme le circuit électrique et permet une circulation appropriée du courant à travers le bobinage, notamment afin que d’une part le courant circule dans le même sens dans chacun des segments conducteurs logés dans une même encoche, et que d’autre part le courant circule de manière générale dans un sens dans une encoche et dans le sens opposé dans les encoches espacées d’un pas P et -P.

Dans l’exemple illustré sur la figure 10, le premier segment conducteur 32A de l’épingle de connexion 32 est disposé dans une des couches associées au premier groupe d’épingles conductrices 30 et le second segment conducteur 32B de ladite épingle est disposé dans une des couches associées au second groupe d’épingles conductrices 31. Cet agencement donne des avantages de connexion électriques du bobinage. En effet, il permet de connecter toutes les épingles conductrices 30, 31 via une épingle de connexion 32 en forme de U, c’est-à-dire de forme similaire à celle des épingles conductrices avec deux segments conducteurs reliés entre eux par une jonction coudée. Avec cet agencement, le bobinage électrique 24 ne comprend donc pas d’épingle spéciale permettant l’inversion du sens du courant afin de respecter le sens de circulation du courant électrique dans les encoches. Ainsi, cela permet de simplifier le bobinage électrique et son procédé d’assemblage.

En particulier dans cet exemple, le premier segment conducteur 32A de l’épingle de connexion 32 est disposé dans la troisième couche C3 et le second segment conducteur 32B de ladite épingle est disposé dans la deuxième couche C2. Ainsi, les segments conducteurs 32A, 32B de l’épingle de connexion sont agencés dans deux couches adjacentes selon une direction radiale de deux encoches différentes, c’est-à-dire qu’il n’y a pas d’interposition d’une couche intermédiaire entre les deux couches occupées par les segments conducteurs de cette même épingle 32. Cela permet à la jonction coudée 32C de l’épingle de connexion d’être intégrée dans le chignon et de ne pas augmenter la hauteur du chignon en passant au-dessus d’une autre portion d’épingle.

Comme visible dans les figures 2, 4 et 10, des épingles d’alimentation 33, 34 sont disposées dans une encoche de manière à ce que leurs segments conducteurs 33A, 34A respectifs soit disposés dans une couche adjacente à la couche de la même encoche comprenant le segment conducteur 32A, 32B d’une épingle de connexion 32. En d’autres termes, pour chaque segment conducteur d’une épingle de connexion 32 occupant une deuxième couche C2 dans une encoche E, on prévoit un segment conducteur 33A d’une épingle d’alimentation 33 pour occuper une première couche C1 dans ladite encoche E. De manière similaire, pour chaque segment conducteur d’une épingle de connexion 32 occupant une troisième couche C3 dans une encoche E+P, on prévoit un segment conducteur 34A d’une épingle d’alimentation 34 pour occuper une quatrième couche C4 dans ladite encoche E+P, espacée d’un pas P par rapport à ladite encoche E. Les épingles d’alimentation 33, 34 sont ainsi disposées dans des couches de bordure de manière à entourer l’épingle de connexion 32 de la même phase dont les segments conducteurs 32A, 32B sont disposées dans des couches centrales.

On comprend qu’à chaque épingle de connexion 32 est associée une paire d’épingles d’alimentation 33, 34 tel que cela est visible sur la figure 2 notamment. Ainsi, un bobinage électrique 24 comprenant six phases comprend également six paires d’épingles d’alimentation 33, dont six premières épingles d’alimentation 33 et six secondes épingles d’alimentation 34, et six épingles de connexion 32. On comprendra que le nombre d’épingles conductrices 30, 31 dépend du nombre d’encoches du stator et donc de l’application de la machine électrique tournante souhaitée, en particulier des performances souhaitées et de l’encombrement disponible, sachant qu’il y a autant d’épingles conductrices 30 du premier groupe que dépingles conductrices 31 du second groupe.

Les extrémités libres 33G, 34G des épingles d’alimentation 33, 34 forment des entrées et/ou des sorties de courant de la phase correspondante. Plus précisément pour une phase, une extrémité libre 33G, 34G d’une des épingles d’alimentation est connectée, directement ou par l’intermédiaire d’un dispositif d’interconnexion, à une source de courant comprise notamment dans un module électronique de puissance et/ou de commande, non représentée, tandis que l’extrémité libre 33G, 34G de l’autre épingle d’alimentation est connectée, directement ou par l’intermédiaire d’un dispositif d’interconnexion, à une extrémité libre 33G, 34G d’une épingle d’alimentation d’une autre phase du bobinage afin de créer le couplage électrique.

On a représenté sur la figure 10 une illustration schématique d’une partie de bobinage conformément à ce qui a été décrit précédemment. Pour simplifier la lecture, le nombre d'encoches a été limité, étant entendu que ce qui va suivre pourra être étendu sans difficulté par l'homme du métier pour réaliser le bobinage complet, les autres encoches du stator comportant également des empilements de segments conducteurs. Toujours pour simplifier la lecture, les épingles d’une même phase sont représentées en gras, les épingles des autres phases étant représentées en transparence.

Plus précisément, pour le circuit électrique illustré sur la figure 10, le courant est introduit, dans un premier sens d’orientation, dans le bobinage 24 par l'intermédiaire de la première extrémité libre 34G d’une première épingle d’alimentation 34 formant l'entrée du courant électrique de la phrase illustrée du côté de la première face d'extrémité axiale 29a. On va décrire plus en détail son parcours via les flèches numérotées Fi pour illustrer le fait que le courant circule, dans des segments conducteurs empilés, dans le même sens pour une encoche donnée, et dans un sens opposé pour une encoche espacées d'un pas P ou -P. Il convient de noter que l’encoche E+P est éloignée de l’encoche E d’un pas P prédéterminé, selon un premier sens d’orientation. Dans le présent exemple d’un bobinage électrique double-triphasé avec une encoche par pôle et par phase, le pas P correspond à l’interposition de cinq encoches entre une encoche E et une encoche E+P.

Le courant circule dans le segment conducteur 34A logé dans une encoche E depuis la première face d’extrémité axiale 29a vers la seconde face d’extrémité axiale 29b (flèche F1). Ce segment conducteur 34A, agencé de manière à former partie de la quatrième couche C4 dans cette encoche E, présente à son extrémité libre 34F, du côté de la seconde face d'extrémité axiale 29b, une forme repliée sur elle-même similaire à celle d'un segment conducteur 30F d'une épingle conductrice30 du premier groupe d’épingles qu'il remplace dans cette couche.

L’extrémité libre 34F de l’épingle d’alimentation est connectée, au niveau de la seconde face d’extrémité axiale 29b du stator, à l’extrémité libre 31F d’une épingle conductrice 31 du second groupe d’épingles dont un des segments conducteurs occupe la troisième couche C3 dans une encoche E-P. Les deux extrémités libres 34F, 31F sont agencées l’une à côté de l’autre notamment dans une direction radiale et sont reliées électriquement au niveau d’un point de contact 35, ce point de contact pouvant être réalisé par soudure, de manière à permettre la circulation d’un courant électrique à travers les segments conducteurs, selon un même sens, dans chaque encoche. Le sens de circulation du courant est représenté par les flèches chevauchant les épingles conductrices. Il en résulte que le courant est amené à circuler, depuis la seconde face d’extrémité axiale 29b vers la première face d’extrémité axiale 29a, via le segment conducteur 31B dans la troisième couche C3 de l’encoche E-P, tel qu’illustré par la flèche F2.

Le segment conducteur 31B, occupant la troisième couche C3 dans l’encoche E-P, forme partie d’une épingle conductrice 31 appartenant au second groupe d’épingles de sorte que ce segment conducteur est prolongé, au niveau de la première face d’extrémité axiale 29a, par l’intermédiaire d’une jonction coudée 31C, en un segment conducteur 31A occupant la première couche C1 dans une encoche E-2P séparée d’un espace P par rapport à l’encoche E-P, dans le sens inverse au premier sens d’orientation. Ainsi, le courant est amené à circuler, depuis la première face d’extrémité axiale 29a vers la seconde face d’extrémité axiale 29b, via le segment conducteur 31A dans la première couche C1 de l’encoche E-2P, tel qu’illustré par la flèche F4.

On comprend que pour une phase donnée, les épingles sont imbriquées successivement sur tout le pourtour du stator, et pour simplifier la lecture de la figure 10, on va reprendre la description qui précède après que le courant ait fait sensiblement le tour du stator, au niveau du trait plein disposé entre les encoches E+P et E+2P sur cette figure 10.

A ce stade, la continuité de bobinage est réalisée en connectant l’extrémité libre 31F du segment conducteur 31A occupant la première couche C1 dans l’encoche E+2P, à l’extrémité libre 30F d’un segment conducteur 30A occupant la deuxième couche C2 dans l’encoche E+P, lesdites extrémités 31F, 30F étant agencées côte à côte dans une direction radiale et reliés électriquement par un point de contact 35 au niveau de la seconde face d’extrémité axiale 29a.

Le courant est alors amené à faire une boucle dans le premier sens d’orientation et à circuler depuis la seconde face d’extrémité axiale 29b vers la première face d’extrémité axiale 29a, dans la deuxième couche C2 de l’encoche E+P via le segment conducteur 30A d’une épingle conductrice 30 du premier groupe d’épingles, tel qu’illustré par la flèche F3, puis à circuler dans la jonction coudée 30C de ladite épingle conductrice 30 puis à circuler depuis la première face d’extrémité axiale 29a vers la deuxième face d’extrémité axiale 29b, dans la quatrième couche C4 de l’encoche E+2P via le segment conducteur 30B de ladite épingle conductrice 30. On constate de ce qui précède que dans l'encoche E+2P, les courants circulant dans la première couche C1 et dans la quatrième couche C4 circulent tous deux dans le même sens.

La courant circule alors successivement dans une direction opposée au premier sens d’orientation, via un point de contact 35, à un segment conducteur 31B logé dans la troisième couche C3 de l’encoche E+P puis via la jonction coudée 31C à un segment conducteur 31A de la même épingle conductrice 31 dans la première couche C1 de l’encoche E.

A ce stade, le courant est amené à circuler suite à un point de contact 35, depuis la seconde face d’extrémité axiale 29b vers la première face d’extrémité axiale 29a dans le premier sens d’orientation, dans la deuxième couche C2 de l’encoche E via un segment conducteur 32A de l’épingle de connexion 32 puis, suite à la jonction coudée 32C, depuis la première face d’extrémité axiale 29a vers la seconde face d’extrémité axiale 29b, dans la troisième couche C3 de l’encoche E+P via un segment conducteur 32B de ladite épingle de connexion 32.

La continuité du bobinage est alors réalisée, conformément à ce qui vient d’être décrit, en passant d’un segment conducteur de la première couche C1 à la troisième couche C3 et de la quatrième couche C4 à la deuxième couche C2 du côté des jonctions coudées formant partie des épingles conductrices, et en passant de la deuxième couche C2 à la première couche C1 et de la troisième couche C3 à la quatrième couche C4 par des points de contacts 35, notamment des soudures, au niveau de la seconde face d’extrémité axiale 29b, de sorte que la circulation du courant dans un même sens dans chaque encoche est réalisée.

Le courant est alors amené à circuler conformément à ce qui a été décrit précédemment, d’une épingle conductrice à l’autre, jusqu’à circuler dans l’encoche E-P au niveau de la première couche C1 dans laquelle est agencée le segment conducteur 33A de l’épingle d’alimentation 33 formant via son extrémité libre 33G la sortie de courant de la phase illustrée.

La présente invention trouve des applications en particulier dans le domaine des alternateurs, des alterno-démarreurs, des moteurs électriques ou encore des machines réversibles mais elle pourrait également s’appliquer à tout type de machine tournante.

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

Claims (10)

1. Bobinage électrique pour une partie active, formée notamment d’un stator ou d’un rotor, de machine électrique tournante (10), la partie active comportant un corps (21) présentant une culasse (27) annulaire autour d’un axe (X) et une pluralité de dents (28) s’étendant à partir d’une face latérale de la culasse dans une direction radiale de manière à délimiter des encoches (22), lesdites encoches étant ouvertes sur une première face d’extrémité axiale (29a) et sur une seconde face d’extrémité axiale (29b) du corps ; le bobinage électrique (24) comportant plusieurs épingles conductrices (30, 31) étant reliées électriquement entre elles, chaque épingle comprenant deux segments conducteurs (30A, 30B, 31A, 31B) connectés par une jonction coudée (30C, 31C), les segments conducteurs d’une même épingle étant destinés à être agencés dans deux encoches distinctes, les jonctions coudées (30C, 31C) présentant chacune un sommet (30E, 31E) correspondant à la portion de ladite jonction coudée ayant la plus grande distance axiale avec la première face d’extrémité axiale du corps, le bobinage étant caractérisé en ce qu’il comporte, en outre, au moins une épingle de connexion (32) comprenant deux segments conducteurs (32A, 32B) destinés à être agencés dans deux encoches distinctes, les segments conducteurs étant connectés entre eux à une de leurs extrémités par une jonction coudée (32C) et, chacun, à une épingle conductrice (30, 31) respective à l’autre de leurs extrémités, la jonction coudée (32C) de l’épingle de connexion présentant un sommet (32E) correspondant à la portion de ladite jonction coudée ayant la plus grande distance axiale avec la première face d’extrémité axiale du corps, le sommet (32E) de la jonction coudée de l’épingle de connexion étant agencé de sorte à ce que la distance axiale (D2) entre ladite première face d’extrémité axiale et ledit sommet soit inférieure ou égale aux distances axiales (D0, D1) respectives entre ladite face d’extrémité axiale et les sommets (30E, 31E) des jonctions coudées des épingles conductrices.
2. Bobinage électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le sommet (32E) de la jonction coudée de l’épingle de connexion définit un premier angle supérieur ou égal aux deuxièmes angles définis par les sommets (30E, 31E) respectifs des jonctions coudées des épingles conductrices.
3. Bobinage électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les segments conducteurs des épingles, destinés à être logés dans une même encoche (22), forment N couches (Ci) et en ce que le bobinage comporte un premier groupe d’épingles conductrices (30) dont les segments conducteurs (30A, 30B) sont, chacun, disposés dans deux couches distinctes et un second groupe d’épingles conductrices (31) dont les segments conducteurs (31A, 31B) sont, chacun, disposés dans deux couches distinctes, les couches comportant le premier groupe d’épingles étant distinctes des couches comportant le second groupe d’épingles, l’épingle de connexion (32) permettant de relier le premier groupe d’épingles au second groupe d’épingles.
4. Bobinage électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les segments conducteurs (32A, 32B) de l’épingle de connexion sont agencés dans deux couches adjacentes.
5. Bobinage électrique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les couches adjacentes dans lesquelles sont disposés les segments conducteurs (32A, 32B) de l’épingle de connexion sont des couches centrales.
6. Bobinage électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins deux épingles d’alimentation (33, 34) formant une entrée et une sortie, chaque épingle d’alimentation comportant un segment conducteur (33A, 34A) connecté par une de ses extrémités à une épingle conductrice (30, 31), chaque segment conducteur étant destiné à être disposé dans une des encoches comprenant un segment conducteur (32A, 32B) d’une épingle de connexion.
7. Bobinage électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les segments conducteurs (33A, 34A) des épingles d’alimentation sont disposés dans des couches de bordure.
8. Bobinage électrique selon l’une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu’il forme plusieurs phases, chaque phase comportant une pluralité d’épingles conductrices (30, 31), au moins une épingle de connexion (32) et un nombre d’épingles d’alimentation (33, 34) égal au double du nombre d’épingle de connexion.
9. Bobinage électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les segments des épingles, destinés à être logés dans une même encoche, forment N couches et en ce que les segments conducteurs (30A, 30B, 31A, 31B) d’une même épingle conductrice sont agencés dans deux couches distinctes et séparées l’une de l’autre par au moins une couche intercalaire.
10. Machine électrique tournante comprenant une partie active, formée notamment d’un stator ou d’un rotor, qui comporte un bobinage électrique (24) selon l’une quelconque des revendications précédentes.