FR3105891A1 - Bobinage électrique pour partie active de machine électrique tournante - Google Patents

Abstract

La présente invention propose un bobinage électrique pour une pièce bobinée de machine électrique tournante (10), la pièce bobinée comportant un corps (21) présentant une culasse (27) 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 comporte au moins un premier groupe d’épingles conductrices (30) et un deuxième groupe d’épingles conductrices (31). Lesdites épingles conductrices (30, 31) étant reliées électriquement entre elles, chaque épingle comprenant deux segments conducteurs (30A, 30B, 31A, 31B) destinés à être agencés dans deux encoches distinctes de manière à former N couches (Ci). Le bobinage (24) présente un nombre impair de segments conducteurs destinés à être agencés dans une même encoche. Figure pour l’abrégé : Figure 3

Description

Bobinage électrique pour partie active de 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 tel qu’un 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 ensemble par une extrémité de liaison formant 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.

Des extrémités de connexion des segments conducteurs, dépassant d’une seconde face d’extrémité axiale du stator, sont ensuite connectées entre elles de manière à connecter différentes épingles entre elles et 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 chemins électriques correspondant chacun à une phase d’alimentation électrique. Par exemple, le stator comporte trois ensembles distincts pour permettre une alimentation en courant triphasé du bobinage.

Classiquement chaque encoche comprend un nombre pair de conducteur électrique et notamment deux, quatre ou six segments conducteurs. Ces différentes possibilités de bobinage permettent d’attendre plusieurs gammes de stator en réalisant divers compromis notamment entre la puissance ou le couple demandé, les pertes, les dimensions. Cependant, certaines applications nécessitent une plus grande flexibilité ou un compromis plus précis qu’il n’est pas possible d’atteindre en utilisant un bobinage classique sans.

La présente invention vise à permettre d’éviter les inconvénients de l’art antérieur. En particulier, l’invention vise à proposer une plus grande flexibilité dans les paramètres permettant de réaliser un bobinage électrique tout en approchant au plus près les performances ou dimensions souhaitées dans les diverses applications.

A cet effet, la présente invention a donc pour objet un bobinage électrique pour une pièce bobinée, formée notamment d’un stator ou d’un rotor, de machine électrique tournante, la pièce bobinée 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 l’invention, le bobinage comporte au moins un premier groupe d’épingles conductrices et un deuxième groupe d’épingles conductrices, lesdites épingles conductrices étant reliées électriquement entre elles, chaque épingle comprenant deux segments conducteurs destinés à être agencés dans deux encoches distinctes de manière à former N couches et connectés entre eux par une extrémité de liaison comportant au moins un bras. Toujours selon l’invention, le bobinage présente un nombre impair de segments conducteurs destinés à être agencés dans une même encoche.

Autrement dit, chaque encoche loge uniquement un nombre impair de segments conducteurs. Par exemple, le nombre impair est égal à trois ou cinq ou sept ou neuf ou onze.

Il a été constaté qu’un bobinage électrique comprenant segments conducteurs dans chaque encoche permettait d’élargir les possibilités d’applications des machines électriques tournantes en permettant notamment d’atteindre les performances ou les dimensions souhaitées sans dégrader un autre paramètre. Par exemple, un bobinage comprenant k segments conducteurs, k étant un nombre entier impair supérieure à 2, permet d’obtenir des niveaux intermédiaires de paramètres entre des bobinages comprenant k-1 segments conducteurs et k+1 segments conducteurs, notamment pour les paramètres suivants: des rapports de tensions et de courants, la longueur de conducteur électrique formant la phase et donc la résistance de phase, diamètre extérieur du bobinage, dimensions des sections des épingles conductrices, taux de remplissage. Il a également été constaté, contrairement à l’idée reçue dans ce domaine du bobinage électrique de machine électrique tournante, qu’un tel bobinage électrique n’engendrait pas des difficultés insurmontables lors de sa réalisation.

Selon une réalisation, les segments conducteurs du premier groupe d’épingles conductrices sont destinés à être agencés dans une même couche le long de la circonférence du bobinage.

Selon une réalisation, la couche dans laquelle les segments conducteurs du premier groupe d’épingles conductrices sont destinés à être agencés est une couche de bordure, notamment radialement externe. On entend par couche de bordure, une couche qui forme une extrémité radiale du bobinage.

Selon une réalisation, la couche dans laquelle les segments conducteurs du premier groupe d’épingles conductrices sont destinés à être agencés est une couche centrale. On entend par couche centrale, une couche qui est entourée à chacune de ses extrémités radiales par au moins une autre couche.

Selon une réalisation, les segments conducteurs du deuxième groupe d’épingles conductrices sont destinés à être agencés dans deux couches distinctes le long de la circonférence du bobinage.

Selon une réalisation, lesdites deux couches distinctes sont adjacentes radialement ou espacées l’une de l’autre par une couche intermédiaire.

Selon une réalisation, la forme des épingles conductrices du premier groupe est différente de la forme des épingles conductrices du deuxième groupe. Par exemple, les épingles conductrices du premier groupe présentent une forme identique les unes par rapport aux autres.

Selon une réalisation, l’extrémité de liaison de chaque épingle conductrice est formée de deux bras et d’une portion distale, chacun des deux bras formant une liaison entre la portion distale et un des segments conducteurs respectifs de l’épingle.

Selon une réalisation, la portion distale forme une jonction coudée de sorte que les segments conducteurs, les bras et la portion distale de l’épingle soit issus de matière ensemble. Alternativement, la portion distale peut être formée par deux extrémités libres des bras connectées ensemble de sorte que chaque épingle soit formée de deux parties rapportées ensembles, chaque partie comprenant un segment conducteur et un bras issus de matière l’un avec l’autre.

Selon une réalisation, au moins une épingle conductrice du premier ou du second groupe présente une portion de décalage agencée entre un des segments conducteurs, s’étendant dans un premier plan parallèle à l’axe, et un bras de l’extrémité de liaison, associé audit segment conducteur et s’étendant dans un deuxième plan parallèle à l’axe, de sorte que lesdits premier et deuxième plans étant décalés radialement l’un par rapport à l’autre. Le bras associé au segment conducteur étant notamment le bras adjacent audit segment. Cette portion de décalage permet de simplifier l’insertion des épingles dans le corps.

Selon une réalisation, les segments conducteurs adjacents aux portions de décalage sont destinés à être agencés dans une couche de bordure du bobinage. Cela permet de simplifier l’outillage permettant de réaliser les connexions entre les épingles.

Selon une réalisation, au moins une épingle conductrice du premier ou du second groupe présente une autre portion de décalage agencée entre un des segments conducteurs, s’étendant dans un premier plan parallèle à l’axe, et une extrémité de connexion, associé audit segment conducteur et s’étendant dans un deuxième plan parallèle à l’axe, de sorte que lesdits premier et deuxième plans étant décalés radialement l’un par rapport à l’autre. L’extrémité de connexion associés au segment conducteur étant notamment l’extrémité adjacente audit segment. Cette portion de décalage permet de simplifier la connexion entre les épingles.

Selon une réalisation, le premier groupe d’épingles conductrices comprend au moins deux fois moins d’épingles conductrices que le deuxième groupe d’épingles conductrices.

Selon une réalisation, le premier groupe d’épingle est agencé, le long de la circonférence du bobinage, de sorte à comprendre une succession de sous-groupes comprenant alternativement une ou plusieurs épingles conductrices. Par exemple, les sous-groupes sont espacés les uns des autres sur la circonférence du bobinage électrique selon un pas d’espacement supérieur au pas d’espacement entre deux épingles consécutives du premier groupe.

Selon une réalisation, chaque épingle conductrice comprend deux extrémités de connexion prolongeant chacune un des segments conducteurs à l’opposé axialement de l’extrémité de liaison, les extrémités de connexion des épingles conductrices du premier groupe et les extrémités de connexion des épingles conductrices du deuxième groupe sont agencées, le long de la circonférence du bobinage, de sorte à créer une alternance entre un premier ensemble et un deuxième ensemble, ledit premier ensemble comprenant moins d’extrémités de connexion que le deuxième ensemble.

Selon une réalisation, chaque ensemble comprend au moins deux extrémités de connexion connectées électriquement entre elles de sorte à former une portion de connexion.

Selon une réalisation, une des couches présente certaines des extrémités de connexion s’étendant circonférentiellement dans une première direction et les autres des extrémités de connexion s’étendant circonférentiellement dans une seconde direction opposée à ladite première direction.

Selon une réalisation, le premier groupe d’épingle conductrice forme une bobine électrique du bobinage et le deuxième groupe d’épingle conductrice forme au moins deux bobines électriques dudit bobinage. Par exemple, les bobines électriques peuvent être connectées en série et/ou en parallèle entre elles de sorte à former une phase électrique du bobinage.

Selon une réalisation, le bobinage comporte plusieurs phases reliées électriquement entre elles de sorte à former un couplage étoile ou un couplage triangle.

Selon une réalisation, le bobinage électrique comprend également des épingles d’alimentation formant une entrée ou une sortie de phase. Le premier groupe d’épingles et le deuxième groupe d’épingles comprennent le même nombre d’épingle d’alimentation. Par exemple, chaque phase comprend deux épingles d’alimentation, la première épingle d’alimentation est agencée dans le premier groupe et la deuxième épingle d’alimentation est agencée dans le deuxième groupe. Les épingles d’alimentation permettent de connecter le bobinage à un module électronique de puissance et/ou de commande pour alimenter électriquement la phase du bobinage électrique.

Selon une réalisation, le deuxième groupe d’épingles comprend au moins une épingles d’inversion agencée pour connecter deux bobines entre elles.

Selon une réalisation, le bobinage comporte une épingle de connexion agencée pour connecter électriquement le premier groupe d’épingle avec le deuxième groupe d’épingle. Par exemple, l’épingle de connexion présente un premier segment conducteur agencé dans la couche dans laquelle sont agencés les segments conducteurs des épingles du premier groupe et un deuxième segment conducteur agencé dans une des couches dans lesquelles sont agencés les segments conducteurs du deuxième groupe d’épingle.

Selon une réalisation, les chignons présentent une largeur dans une direction radiale supérieure à la largeur dans une direction radiale de l’empilement dans les encoches des segments conducteurs. Cela permet de simplifier la réalisation des connexions électriques du bobinage.

Selon une réalisation, dans une encoche, une couche est formée par un unique segment conducteur.

Selon cette réalisation, les couches comportant le premier groupe d’épingles sont distinctes des couches comportant le second groupe d’épingles.

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 premier 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 en perspective latérale d’un sous-groupe d’épingles conductrice du premier groupe du stator de la figure 2.

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

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

La représente schématiquement une vue zoomée en perspective de dessus du stator de la figure 2.

La représente schématiquement et partiellement un schéma électrique d’une variante de réalisation du bobinage du stator de la figure 2.

La représente schématiquement et partiellement un schéma électrique d’un bobinage selon un deuxième exemple de mise en œuvre de l’invention.

La représente schématiquement et partiellement un schéma électrique d’un bobinage selon un troisième exemple de mise en œuvre de l’invention.

La représente schématiquement et partiellement un schéma électrique d’un bobinage selon un quatrième exemple de mise en œuvre de l’invention.

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 tel qu’un 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 boitier 11. A l'intérieur de ce boitier 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 boitier 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 le montage à rotation de l'arbre 13. En outre, le boitier 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 peut former un onduleur et qui est ici monté sur le boitier 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 à 8 représentent plus en détail le stator 15 de la figure 1. 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, un épingle d’inversion 34 et deux épingles d’alimentation 33. Comme cela sera décrit plus en détail après en références aux figures 4 à 8, chaque épingle conductrice, chaque épingle de connexion et chaque épingle d’inversion comportent deux segments conducteurs 30A, 30B, 31A, 31B, 32A, 32B, 34A, 34B 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’extrémités de liaison respectives 30C, 31C, 32C, 34C conductrices de manière à former une continuité électrique. Chaque extrémité de liaison 30C, 31C, 32C, 34C présente deux bras 30D, 30E, 31D, 31E, 32D, 32E, 34D, 34E se rejoignant pour former une portion distale 30H, 31H, 32H, 34H formant un sommet. Ainsi un bras s’étend entre un segment conducteur adjacent et un sommet correspondant. Les segments conducteurs d’une même épingle 30, 31, 32, 34 sont disposés dans deux encoches distinctes l’une de l’autre. Les épingles d’alimentation 33 sont chacune formées d’un segment conducteur 33A s’étendant axialement dans les encoches 22 et prolongé par une extrémité d’alimentation 33J s’étendant axialement hors de l’encoche.

Les différentes épingles 30, 31, 32, 33, 34 sont connectées électriquement entre elles via des extrémités de connexion. Chaque segment conducteur 30A, 30B, 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 34A, 34B est prolongé par une extrémité de connexion 30F, 30G, 31F, 31G, 32F, 32G, 33F, 34F, 34G opposée axialement à l’extrémité de liaison et agencée pour être connectée électriquement avec une extrémité de connexion d’un autre segment conducteur.

Ainsi, les extrémités de liaison et les extrémités d’alimentation forment le chignon avant 25a et les extrémités de connexion forment le chignon arrière 25b.

Les épingles conductrices sont réparties en un premier groupe d’épingles conductrices 30 et un second groupe d’épingles conductrices. Le premier groupe d’épingles conductrices comprend au moins deux fois moins d’épingles conductrices que le deuxième groupe d’épingles conductrices. Le premier groupe d’épingles conductrices 30 est agencé, le long de la circonférence du bobinage, de sorte à comprendre une succession de groupes secondaires comprenant alternativement une ou plusieurs épingles conductrices. Les sous-groupes sont régulièrement espacés les uns des autres, le long de la circonférence du bobinage. Cet espacement est supérieur à l’espacement présent entre deux épingles circonférentiellement adjacentes.

Dans l’exemple de réalisation illustré sur la figure 2, le premier groupe d’épingles conductrices 30 comprend deux fois moins d’épingles conductrices que le deuxième groupe d’épingles conductrices 31. Dans cet exemple, chaque sous-groupe est formé de deux épingles conductrices 30 ou d’une épingle conductrice 30 associée à une épingle de connexion 32 ou une épingle d’alimentation 33.

Les différents segments conducteurs disposés dans une même encoche appartiennent à des épingles différentes et 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. Le nombre N est un nombre impair de sorte que chaque encoche comprend uniquement un nombre impair de segments 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 de la figure 3, les couches sont au nombre de trois et numérotées de C1 à C3, selon leur ordre d’empilement dans les encoches 22. La première couche C1 correspond à la couche externe, la deuxième couche C2 correspond à la couche centrale et la troisième couche C3 correspond à la couche interne, les couches C1 et C3 formant des couches de bordure. Ainsi, la première couche C1 est occupée par le segment conducteur le plus proche de la culasse 27 et la troisième couche C3 est occupée par le segment conducteur le plus proche de l’ouverture d’encoche, c’est-à-dire le plus proche de l’axe X. Dans l’exemple illustré, les segments conducteurs présentent chacun une section sensiblement rectangulaire facilitant leur empilement dans l’encoche.

Les figures 4 à 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.

La figure 4 représente deux épingles conductrices 30 du premier groupe d’épingles, toutes les épingles 30 du premier groupe étant de forme identique. Les épingles conductrices 30 se caractérisent par le fait que les segments conducteurs 30A, 30B d’une même épingle sont agencés dans une même couche de deux encoches 22 différentes. Dans l’exemple du stator de la figure 2, les segments conducteurs du premier groupe d’épingles conductrices 30 sont agencés dans une couche de bordure et notamment dans la couche externe C1.

Dans cet exemple de bobinage, les extrémités de connexion 30F, 30G d’une même épingle conductrice 30 du premier groupe sont courbées de manière à s’éloigner l’une de l’autre. L’écartement entre les deux extrémités de connexion 30F, 30G d’une même épingle 30 est plus grand que l’écartement entre les segments conducteurs 30A, 30B de ladite épingle. Plus particulièrement, les segments conducteurs 30A, 30B 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 de connexion 30F, 30G de ces segments conducteurs sont espacées d’un pas 2P.

La figure 5 représente des épingles conductrices 31 du second groupe d’épingles. Dans l’exemple du stator de la figure 2, toutes les épingles conductrices 31 du second groupe étant de forme identique. Les épingles conductrices 31 se différentient des épingles conductrices 30 du premier groupe par le fait que les segments conducteurs 31A, 31B d’une même épingle sont agencés dans des couches différentes de deux encoches 22 différentes. Dans cet exemple, les segments conducteurs sont agencés dans des couches adjacentes l’une de l’autre dans une direction radiale. Par exemple, les segments conducteurs 31A, 31B second groupe d’épingles conductrices sont agencés l’un dans une couche de bordure et notamment dans la couche interne C3 et l’autre dans une couche centrale, ici, la couche centrale C2.

Dans cet exemple de bobinage, les extrémités de connexion 31F, 31G d’une même épingle conductrice 31 du second groupe sont courbées de manière à s’éloigner l’une de l’autre. L’écartement entre les deux extrémités de connexion 31F, 31G d’une même épingle 31 est plus grand que l’écartement entre les segments conducteurs 31A, 31B de ladite épingle. 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 de connexion 31F, 31G de ces segments conducteurs sont espacées d’un pas 2P.

La figure 6 représente une épingle d’inversion 34 qui est agencé de manière à connecter deux épingles conductrices 31 du second groupe d’épingles. Une même phase du bobinage 24 peut comporter une ou plusieurs épingles d’inversion 34. Les épingles d’inversion 34 sont de forme identique. Les épingles d’inversion 34 se caractérisent par le fait que les segments conducteurs 34A, 34B d’une même épingle sont agencés dans une même couche de deux encoches 22 différentes. Dans l’exemple du stator de la figure 2, les segments conducteurs de l’épingles d’inversion 34 sont agencés dans la couche centrale C2. Les extrémités de connexion 34F, 34G d’une même épingle d’inversion 34 sont courbées de manière à conserver le même écartement que celui des segments conducteurs 34A, 34B de ladite épingle. Plus particulièrement, les segments conducteurs 34A, 34B d’une même épingle d’inversion 34 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 de connexion 34F, 34G de ces segments conducteurs sont espacées du même pas P.

La figure 7 représente une épingle de connexion 32 qui est agencé de manière à connecter une épingle conductrice 30 du premier groupe d’épingles avec une épingle conductrice 31 du second groupe d’épingles. Une même phase du bobinage 24 peut comporter une ou plusieurs épingles de connexion 32. Les segments conducteurs 32A, 32B d’une même épingle de connexion 32 sont agencés dans des couches différentes de deux encoches 22 différentes. Plus particulièrement ici, le segment conducteur 32A de l’épingle de connexion 32 est agencé dans une couche comprenant également les segments conducteurs 30A, 30B des épingles conductrices 30 du premier groupe d’épingle et le segment conducteur 32B de ladite épingle est agencé dans une des couches comprenant également les segments conducteurs 31A, 31B des épingles conductrices 31 du second groupe d’épingle. Ainsi, dans cet exemple, le segment conducteur 32A est agencé dans la couche externe C1 et le segment conducteur 32B est agencé dans la couche interne C3. L’écartement entre les extrémités de connexion 32F, 32G d’une même épingle de connexion 32 dépend des couches dans lesquelles sont insérés les segments conducteur 32A, 32B associés. Les extrémités de connexion 32F, 32G peuvent conserver le même écartement que celui des segments conducteurs 32A, 32B, cet exemple étant illustré sur la figure 7, ou peuvent s’écarter l’un de l’autre ou se rapprocher l’un de l’autre.

La figure 8 représente une épingle d’alimentation 33 qui comporte un unique segment conducteur 33A, une extrémité d’alimentation 33J et une extrémité de connexion 33F. Dans cet exemple, l’extrémité d’alimentation 33J est agencée dans le même chignon que les extrémités de liaison 30C, 31C, 32C, 34C. Une même phase comprend deux épingles d’alimentation 33. Par exemple ici, une première épingle d’alimentation est connectée à une épingle conductrice 30 du premier groupe d’épingles et une seconde épingle d’alimentation est connectée à une épingle conductrice 31 du second groupe d’épingles. Les première et seconde épingles d’alimentation peuvent présenter des formes identiques ou différentes en fonction des couches dans lesquelles les segments conducteurs 33A sont insérés. Les formes se différenties par la courbure de l’extrémité de connexion 33F qui peut être courbée dans la même direction que la courbure de l’extrémité d’alimentation 33J de ladite épingle 33 ou dans la direction circonférentielle opposée, ce dernier cas étant illustré sur la figure 8.

Les extrémités d’alimentation 33J des épingles d’alimentation 33 forment des entrées et/ou des sorties de courant de la phase correspondante. Plus précisément pour une phase, une extrémité d’alimentation 33J 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 d’alimentation 33J de l’autre épingle d’alimentation est connectée, directement ou par l’intermédiaire d’un dispositif d’interconnexion, à une extrémité d’alimentation 33J d’une épingle d’alimentation d’une autre phase du bobinage afin de créer le couplage électrique.

La figure 9 illustre une portion zoomée d’une partie du bobinage électrique 24. Dans cet exemple, les épingles conductrices 30 du premier groupe présente chacune une portion de décalage 35 agencée entre un des segments conducteurs 30A, 30B et un des bras 30E, 30D associés de l’extrémité de liaison 30C. La portion de décalage 35 est agencée de sorte que ledit segment conducteur et ledit bras s’étendent chacun de manière décalée radialement l’un par rapport à l’autre. Autrement dit, le segment conducteur s’étend dans un premier plan sensiblement parallèle à l’axe; le bras de la même épingle adjacent au segment conducteur s’étend dans un second plan sensiblement parallèle à l’axe; le premier et le second plan étant décalés radialement l’un par rapport à l’autre. La portion de décalage est un décalage dans une direction radiale vers l’extérieur. Ainsi, le bras est agencé radialement plus éloigné de l’axe X que le segment conducteur adjacent. De préférence, la portion de décalage est agencée dans une couche de bordure et ici dans la couche externe C0.

Les épingles conductrices 30 du premier groupe d’épingles comprennent également une seconde portion de décalage 36 formée par la portion distale 32H. Ainsi, similairement à la première portion de décalage 35, les deux bras 30D, 30E d’une même épingle conductrice 30 s’étendent de manière décalé radialement l’un par rapport à l’autre. La direction radiale du décalage de la première portion de décalage 35 est opposée radialement à la direction de décalage de la seconde portion de décalage 36. On comprendra donc qu’un des bras 30D, 30E de l’épingle conductrice 30 s’étend radialement de manière à former une quatrième couche. Chaque épingle conductrice 30 peut également comporter une troisième portion de décalage agencée entre un des segments conducteurs 30A, 30B et une des extrémités de connexion 30F, 30G adjacente. Cette portion de décalage est équivalente à la première portion de décalage et forme également une quatrième couche du bobinage. Ainsi, chacun des chignons 25a, 25b peut comprendre quatre couches alors que les encoches comprennent chacune trois couches. Les chignons présentent une largeur dans une direction radiale supérieure à la largeur dans une direction radiale de l’empilement dans les encoches des segments conducteurs.

Dans cet exemple, les épingles conductrices 31 du second groupe d’épingles et les épingles de connexion 32 présente une unique portion de décalage équivalente à la seconde portion de décalage 36 précédemment décrite. Cette portion de décalage permet de courber des extrémités de connexion d’une même couche dans des directions opposées circonférentiellement.

La figure 10 illustre un schéma électrique montrant uniquement une portion d’une phase électrique d’une variante de réalisation du bobinage de la figure 2. 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.

La variante de réalisation diffère du stator de la figure 2 en ce que les épingles d’alimentation, les épingles de connexion et les épingles d’inversion sont agencées dans des couches différentes de celle précédemment mentionnées. Le bobinage électrique est représenté à plat selon une vue axiale de sorte que chaque case en trait plein représente schématiquement une couche d’une encoche, une encoche radiale étant représentée sur la figure de haut en bas. On comprendra donc que le stator comprend trois couches alignées radialement par encoche. Les extrémités de liaison ainsi que les extrémités d’alimentation sont représenté en trait plein et les extrémités de connexions sont représenté en tiret formant des pointillés larges. Les segments conducteurs s’étendant axialement entre lesdites extrémités ne sont pas représentés ici.

Dans cet exemple, une des épingles d’alimentation 33 est agencée dans la première couche C1, l’autre des épingles d’alimentation 33 est agencée dans la deuxième couche C2, l’épingle d’inversion 34 est agencée dans la troisième couche C3, les épingles conductrices 31 du second groupe d’épingles sont agencées dans la troisième couche C3 et dans la deuxième couche C2 et les épingles conductrices 30 du premier groupe d’épingles sont agencées dans la première couche C1. En particulier dans cet exemple, le premier segment conducteur 32A de l’épingle de connexion 32 est disposé dans la première couche C1 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 l’extrémité de liaison 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 expliqué précédemment, chaque épingle 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. En effet, dans cet exemple, chaque encoche comprend uniquement des segments conducteurs d’une même phase.

Chaque extrémité de liaison est disposée au niveau de la première face d’extrémité axiale 29a tandis que chaque extrémité de connexion est disposée au niveau de la seconde face d’extrémité axiale 29b. Les extrémités de connexion sont reliées entre elles notamment par soudure, tel que par soudure laser. Ces connexions électriques entre les extrémités de connexion sont illustrées en tiret formant des pointillés fins. La quatrième couche C0 formée par la portion de décalage 35 est ici illustrée par les cases pointillées venant artificiellement former une quatrième couche au bobinage électrique.

Plus précisément ici, les extrémités de connexion agencées dans la première couche C1 et les extrémités de connexion agencées dans la quatrième couche C0 sont reliées entre elles et les extrémités de connexion agencées dans la troisième couche C3 et les extrémités de connexion agencées dans la deuxième couche C2 sont reliées entre elles.

Comme illustré par la figure 10, les extrémités de connexion 30F, 30G, 31F, 31G, 32F, 32G, 33F, 34F, 34G sont agencées, le long de la circonférence du bobinage, de sorte à créer plusieurs ensembles. Ces ensembles forment une alternance entre un premier ensemble 37 et un deuxième ensemble 38, le premier ensemble 37 comprenant moins d’extrémités de connexion que le deuxième ensemble 38. Cette différence du nombre de paires d’extrémité de connexion dans un ensemble est due au fait qu’une des couches présente des extrémités de connexion courbées dans les deux directions circonférentielles du bobinage, les autres couches présentant chacune une unique direction de courbure des extrémités de connexion différentes l’une de l’autre.

Par exemple, le premier ensemble comporte uniquement deux extrémités de connexion et le deuxième ensemble comporte plusieurs paires d’extrémités de connexion. Toujours par exemple, le deuxième ensemble 38 comprend plusieurs paires d’extrémités de connexion, lesdites paires étant alignées radialement.

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 épingle d’alimentation 33 formant l'entrée du courant électrique de la phrase illustrée. Le courant circule alors dans les épingles conductrices 30 du premier groupe d’épingle sur un premier tour de stator de manière à former une première bobine dudit bobinage. Le courant circule alors dans l’épingle de connexion 32 puis dans certaines des épingles conductrices 31 du second groupe d’épingle sur un deuxième tour de stator de manière à former une deuxième bobine dudit bobinage. Le courant circule ensuite dans l’épingle d’inversion 34 puis dans les autres épingles conductrices 31 du second groupe d’épingle sur un troisième tour de stator de manière à former une troisième bobine dudit bobinage. Enfin, le courant circule dans la deuxième épingle d’alimentation 33 formant la sortie du courant électrique de la phrase illustrée.

Dans cet exemple, les bobines d’une même phase sont connectées en série les unes des autres. Alternativement, il est possible d’imaginer que ces bobines soient connectées en parallèle ou que certaines des bobines soient connectées en parallèle et certaines desdites bobines soient connectées en série en fonction des performances du bobinage que l’on souhaite obtenir.

La figure 11 illustre un autre mode de réalisation du bobinage 24 dans lequel chaque encoche comprend cinq couches de segments conducteurs. Cet exemple diffère de l’exemple de la figure 10 en ce que le bobinage électrique comprend deux deuxièmes groupes d’épingles conductrices 31. Par exemple, les segments conducteurs premier groupe d’épingles conductrice 30 sont agencés dans la première couche C1 et les segments conducteurs des épingles conductrices 31 du premier et du deuxième second groupe sont agencés respectivement dans la deuxième couche C2, la troisième couche C3, la quatrième couche C4 et la cinquième couche C5. En particulier ici, les segments conducteurs des épingles conductrices 31 du premier second groupe sont agencés respectivement dans la deuxième couche C2 et la troisième couche C3 et les segments conducteurs des épingles conductrices 31 du deuxième second groupe sont agencés respectivement dans la quatrième couche C4 et la cinquième couche C5. Dans cet exemple, la forme des différentes épingles 30, 31, 32, 33, 34 est similaire aux formes respectives décrites précédemment.

Pour le circuit électrique illustré sur la figure 11, le courant est introduit, dans un premier sens d’orientation, dans le bobinage 24 par l'intermédiaire de la première épingle d’alimentation 33 formant l'entrée du courant électrique de la phrase illustrée. Le courant circule alors dans les épingles conductrices 30 du premier groupe d’épingle sur un premier tour de stator de manière à former une première bobine dudit bobinage. Le courant circule alors dans une première épingle de connexion 32 puis dans certaines des épingles conductrices 31 du premier second groupe d’épingle sur un deuxième tour de stator de manière à former une deuxième bobine dudit bobinage. Le courant circule ensuite dans une première épingle d’inversion 34 puis dans les autres épingles conductrices 31 du premier second groupe d’épingle sur un troisième tour de stator de manière à former une troisième bobine dudit bobinage. Le courant circule alors dans une deuxième épingle de connexion 32 puis dans certaines des épingles conductrices 31 du deuxième second groupe d’épingle sur un quatrième tour de stator de manière à former une quatrième bobine dudit bobinage. Le courant circule ensuite dans une deuxième épingle d’inversion 34 puis dans les autres épingles conductrices 31 du deuxième second groupe d’épingle sur un cinquième tour de stator de manière à former une cinquième bobine dudit bobinage Enfin, le courant circule dans la deuxième épingle d’alimentation 33 formant la sortie du courant électrique de la phrase illustrée.

La figure 12 illustre un autre mode de réalisation du bobinage 24 dans lequel chaque encoche comprend trois couches de segments conducteurs. Cet exemple diffère de l’exemple de la figure 10 en ce que la couche dans laquelle les segments conducteurs 30A, 30B du premier groupe d’épingles conductrices 30 sont agencés est une couche centrale et notamment ici, la deuxième couche C2. Les segments conducteurs 31A, 31B du deuxième groupe d’épingles conductrices 31 sont alors agencés dans deux couches distinctes espacées l’une de l’autre par une couche intermédiaire, les couches distinctes étant ici la couche externe C1 et la couche interne C3 espacée par la couche centrale C2. Les premières portions de décalage 35 et les troisièmes portions de décalage sont agencées dans des épingles conductrices 31 du second groupe d’épingle qui sont ici agencés sur une couche de bordure, en particulier la couche externe C1. Les extrémités de liaison 31C des épingles conductrices du second groupe d’épingle chevauchent les extrémités de liaison 30C des épingles conductrices du premier groupe d’épingle. Le bobinage ne comprend alors pas d’épingle de connexion 32 ni d’épingle d’inversion 34.

La figure 13 illustre un autre mode de réalisation du bobinage 24 dans lequel chaque encoche comprend cinq couches de segments conducteurs. Cet exemple diffère de l’exemple de la figure 11 en ce que les deux deuxièmes groupes d’épingles conductrices 31 sont agencés de sorte à ce que les deux segments conducteurs d’une même épingle conductrice du second groupe soient agencés dans deux couches respectives séparées l’une de l’autre par une autre couche. Autrement dit, les deux segments conducteurs d’une même épingle conductrice du second groupe sont agencés dans deux couches respectives non adjacentes. Par exemple, les segments conducteurs premier groupe d’épingles conductrice 30 sont agencés dans la première couche C1; les segments conducteurs des épingles conductrices 31 du premier second groupe sont agencés respectivement dans la deuxième couche C2 et la quatrième couche C4; et les segments conducteurs des épingles conductrices 31 du deuxième second groupe sont agencés respectivement dans la troisième couche C3 et la cinquième couche C5. Dans cet exemple, la forme des différentes épingles 30, 31, 32, 33 est similaire aux formes respectives du premier mode de réalisation décrit. Le bobinage ne comprend alors pas d’épingle d’inversion 34.

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. Par exemple, la description et les figures sont faites de sorte que les épingles conductrices, les épingles d’inversion et les épingles de connexion présentent chacune une forme de U comprenant deux segments conducteurs issus de matière avec l’extrémité de liaison. Cependant, on ne sortira pas du cadre de l’invention en réalisant lesdites épingles en deux parties sous forme de I rapportée l’une avec l’autre au niveau de l’extrémité de liaison.

Claims (10)

1. Bobinage électrique pour une pièce bobinée, formée notamment d’un stator ou d’un rotor, de machine électrique tournante (10), la pièce bobinée 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 comportant au moins un premier groupe d’épingles conductrices (30) et un deuxième groupe d’épingles conductrices (31), lesdites épingles conductrices (30, 31) étant reliées électriquement entre elles, chaque épingle comprenant deux segments conducteurs (30A, 30B, 31A, 31B) destinés à être agencés dans deux encoches distinctes de manière à former N couches (Ci) et connectés entre eux par une extrémité de liaison (30C, 31C) comportant au moins un bras (30D, 30E, 31D 31E), le bobinage (24) étant caractérisé en ce qu’il présente un nombre impair de segments conducteurs destinés à être agencés dans une même encoche.
2. Bobinage électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les segments conducteurs (30A, 30B) du premier groupe d’épingles conductrices sont destinés à être agencés dans une même couche (Ci) le long de la circonférence du bobinage.
3. Bobinage électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins une épingle conductrice (30, 31) du premier ou du second groupe présente une portion de décalage (35) agencée entre un des segments conducteurs (30A, 30B, 31A, 31B), s’étendant dans un premier plan parallèle à l’axe, et un bras (30D, 30E, 31D 31E) de l’extrémité de liaison, associé audit segment conducteur et s’étendant dans un deuxième plan parallèle à l’axe, de sorte que lesdits premier et deuxième plans étant décalés radialement l’un par rapport à l’autre.
4. Bobinage électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les segments conducteurs (30A, 30B, 31A, 31B) adjacents aux portions de décalage (35) sont destinés à être agencés dans une couche de bordure du bobinage.
5. Bobinage électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier groupe d’épingles conductrices (30) comprend au moins deux fois moins d’épingles conductrices que le deuxième groupe d’épingles conductrices (31).
6. Bobinage électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier groupe d’épingle est agencé, le long de la circonférence du bobinage, de sorte à comprendre une succession de sous-groupes comprenant alternativement une ou plusieurs épingles conductrices (30).
7. Bobinage électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les segments conducteurs (31A, 31B) du deuxième groupe d’épingles conductrices (31) sont destinés à être agencés dans deux couches distinctes le long de la circonférence du bobinage.
8. Bobinage électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque épingle conductrice (30, 31) comprend deux extrémités de connexion (30F, 30G, 31F, 31G) prolongeant chacune un des segments conducteurs (30A, 30B, 31A, 31B) à l’opposé axialement de l’extrémité de liaison (30C, 31C), les extrémités de connexion des épingles conductrices (30) du premier groupe et les extrémités de connexion des épingles conductrices (31) du deuxième groupe sont agencées, le long de la circonférence du bobinage, de sorte à créer une alternance entre un premier ensemble (37) et un deuxième ensemble (38), ledit premier ensemble comprenant moins d’extrémités de connexion que le deuxième ensemble.
9. Bobinage électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’une des couches présente certaines des extrémités de connexion (30F, 30G, 31F, 31G) s’étendant circonférentiellement dans une première direction et les autres des extrémités de connexion s’étendant circonférentiellement dans une seconde direction opposée à ladite première direction.
10. Machine électrique tournante comprenant une pièce bobinée, formée notamment d’un stator ou d’un rotor, qui comporte un bobinage électrique (24) selon l’une quelconque des revendications précédentes.