WO2015145008A1 - Machine électrique tournante a couplage de phases optimise et procédé de réalisation de bobinage correspondant - Google Patents

Machine électrique tournante a couplage de phases optimise et procédé de réalisation de bobinage correspondant Download PDF

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WO2015145008A1
WO2015145008A1 PCT/FR2015/050496 FR2015050496W WO2015145008A1 WO 2015145008 A1 WO2015145008 A1 WO 2015145008A1 FR 2015050496 W FR2015050496 W FR 2015050496W WO 2015145008 A1 WO2015145008 A1 WO 2015145008A1
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WO
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coils
stator
rotor
electric machine
electrical machine
Prior art date
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PCT/FR2015/050496
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Inventor
Mamy Rakotovao
Philippe-Siad Farah
Mohamed Khanchoul
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • H02K15/085—Forming windings by laying conductors into or around core parts by laying conductors into slotted stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings

Definitions

  • the present invention relates to an optimized phase-coupled electrical rotating machine, as well as to the corresponding winding production method.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the field of rotating electrical machines such as an alternator, or an electric motor.
  • the invention can be used advantageously with a refrigerant compressor air conditioner for a motor vehicle.
  • stator and a rotor secured to a shaft ensuring the movement of a scroll compressor, the latter being referred to as "scroll" in English.
  • Such a system comprises two coils cooperating with each other for pumping and compressing the refrigerant fluid.
  • one of the spirals is fixed “fixed scroll”, while the other moves eccentrically without turning “Orbitale scroll”, so as to pump and imprison and compress fluid pockets between the turns.
  • the rotor comprises a body formed by a stack of sheets of sheet metal held in pack form by means of a suitable fastening system, such as rivets passing axially through the rotor from one side to the other.
  • the rotor comprises poles formed for example by permanent magnets housed in cavities formed in the magnetic mass of the rotor. In this case, it can be said that the magnets are housed in slots in the rotor. Alternatively, the poles may be formed by coils wound around rotor arms. In all cases, we speak of "salient" poles of the rotor. In the case of permanent magnets it is the difference in permeability that explains the saliency at the rotor since the permanent magnets have a permeability close to the air.
  • the stator comprises a body made of laminated sheets to reduce the eddy currents. The body has an annular wall, called a cylinder head, and teeth coming from the inner periphery of the annular wall.
  • the yoke further has an outer periphery in contact with a housing of the electric machine. This housing, also called housing, is configured to rotate the rotor shaft via ball bearings and / or needle as described in EP1865200.
  • the stator teeth distributed on the yoke extend towards the inside of the stator towards the rotor.
  • An air gap exists between the free end of the teeth, defining the inner periphery of the stator body, and the outer periphery of the rotor.
  • the teeth define with the breech notches open towards the inside and intended to receive coils, for example in the form of coils, for forming a polyphase stator for example of the three-phase type.
  • Coils electrically insulated from the stator body are wound around the teeth so that each slot of the stator receives two half-coils. A so-called concentric winding is thus obtained.
  • Insulation of the coils relative to the stator body can be achieved by using insulating elements plated on either side of the stator body in combination with notch insulators positioned against the inner walls of the notches. It is also possible to use coils mounted on individual insulating supports to be threaded around a tooth of the stator.
  • the structure of the coil being based on a series of coils of each phase, this causes an increase in the electromotive force of the machine.
  • this electromotive force can nevertheless be compatible with low voltage applications and with industrial realization using a needle coil, there is a need to find a suitable coupling making it possible to reduce the number of turns while limiting the increase in the diameter of the coils. iso-notch filling wires.
  • the aim of the invention is to respond effectively to this need by proposing a polyphase rotating electrical machine comprising a rotor, and a stator provided with teeth around each of which is wound a coil of in such a way as to form a concentric winding, characterized in that each phase of said rotary electric machine is formed by at least two coils connected electrically in series, and in that said phases of said rotary electric machine are coupled in a triangle.
  • the invention thus makes it possible, because of the delta coupling, to limit the increase in the diameter of the wire by a root factor of three with respect to a star coupling, as well as to limit the increase in the number of turns.
  • the winding of the machine thus remains easily achievable industrially by a needle winding.
  • the two coils connected electrically in series forming each phase are adjacent to each other along a circumference of the stator.
  • each phase is formed by a first set of electrically connected coils in series and a second set of electrically connected coils in series, said first and second sets of coils being electrically connected in parallel with each other .
  • the coils of said second set of coils are diametrically opposed to the coils of said first set of coils. Such a configuration makes it possible to optimize the length of the wires forming the beams of the different phases of the electric machine.
  • a number of slots divided by a number of pole pairs of said electrical machine is a non-integer number. Such winding minimizes the noise of the electric machine.
  • said electric machine comprises 12 notches and 10 poles.
  • said rotor is permanent magnets.
  • the permanent magnets of the rotor have a radial orientation.
  • the machine is configured to operate at a voltage of less than 50 volts.
  • said electric machine comprises slots made in teeth of said stator or in arms of said rotor. Such a configuration makes it possible to reduce the harmonic rate of rank three flux.
  • said electric machine comprises two slots made in one face of each tooth of said stator facing the rotor so as to share each tooth in three portions of substantially identical dimensions.
  • said electric machine comprises two slots made in one face of each arm of the rotor facing the stator so as to share each arm in three portions of substantially identical dimensions.
  • the subject of the invention is also a method for producing a concentric winding of a polyphase rotating electrical machine stator, said stator comprising teeth delimiting two-by-two notches, characterized in that it comprises a step of producing a a coil from at least one wire around each tooth, a step of forming each phase by an electrical connection in series of at least two coils, and a step of coupling in a triangle phases previously formed of the electric machine.
  • the two electrically connected coils in series forming each phase are adjacent to each other along a circumference of the stator.
  • the step of forming each phase is carried out by placing in series coils forming a first set of coils as well as a series of coils forming a second set of coils, and an electrical connection in parallel of said first and second sets of coils.
  • the coils of said second set of coils are diametrically opposed to the coils of said first set of coils.
  • the step of producing the coils is performed by means of a central hollow needle allowing the passage of at least one wire to be wound around a tooth.
  • the step of producing the coils is performed in situ.
  • a width of an opening between two adjacent tooth flanges is substantially equal to three times a diameter of the wire.
  • said method further comprises the step of making slots in teeth of said stator or in arms of a corresponding rotor of the electric machine.
  • the slots are made by machining.
  • Figure 1 is an exploded perspective view of a stator of the electric machine according to the present invention without its winding
  • Figure 2 is a top view of the electric machine according to the present invention provided with its stator winding
  • FIG. 3 shows the connection diagrams of the different coils forming the different phases of the electric machine according to the present invention
  • FIG. 4 represents the triangular coupling of the different phases of the electric machine according to the present invention
  • FIG. 5 is an overall schematic view of the triangular winding of the electric machine according to the present invention
  • FIGS. 6a and 6b show alternative embodiments of slots making it possible to reduce the rank three flow harmonic.
  • FIG. 2 shows a machine 1 comprising a polyphase stator 10 surrounding an X-axis rotor 50 intended to be mounted on a shaft 54 which may be a driving shaft or a driven shaft.
  • the stator 10 is intended to be carried by a casing (not shown) configured to rotate the shaft via ball bearings and / or needle as visible for example in the EP1865200 supra.
  • This rotating electrical machine may belong to a compressor used for the refrigerant compression of a motor vehicle air conditioner. Alternatively, it may be an electric motor or an alternator.
  • the machine is configured to operate at a voltage of less than 50 volts.
  • the stator 10 comprises a body 11 in the form of a bundle of laminated sheets having at its outer periphery an annular wall 12, called a yoke, and teeth 13 coming from the inner periphery.
  • These teeth 13 are regularly circumferentially distributed and extend inward towards the rotor 50, such as a permanent magnet rotor described hereinafter.
  • the teeth 13 delimit two by two notches 15, two successive notches 15 being thus separated by a tooth 13.
  • These teeth 13 each have at their free end two flanges 17 extending circumferentially on either side of the tooth 13.
  • the free ends of the teeth 13 delimit, in known manner, an air gap with the outer periphery of the rotor of the rotating electrical machine.
  • Each insulating element 20 comprises at its outer periphery a support 23 in the form of an axially oriented ring, and arms 24, distributed circumferentially, which extend radially from the inner periphery of the support 23 towards the inside of the element. 20. These arms 24 each end at their free end by a return 25 for retaining in the radial direction of the coils 28 belonging to the excitation winding.
  • the arms 24 are evenly distributed on the inner periphery of the support 23 and are intended to bear against the teeth 13 of the stator of corresponding shape.
  • the support 23 is intended to be pressed against the yoke 12 of the body 1 1 of the stator. Maintaining the insulating elements 20 may be achieved by means of two latching devices 29 (clipping) adapted to cooperate with openings 30 formed in the end face of the corresponding stator 10.
  • stator 10 is equipped with notch insulators 33 in the form of a thin membrane, made of an electrically insulating and heat conducting material, for example an aramid material of Nomex type (trademark).
  • This thin membrane is folded so that each notch insulator 33 is pressed against the internal walls of the notches 15 of the stator 10.
  • the wires of the coils 28, such as copper or aluminum wires covered with an electrically insulating layer, such as, for example, enamel, are each wound around a tooth 13 and associated arms 24 of the insulating elements 20 to to form the different poles of the stator 10.
  • This winding operation may for example be performed using a centrally hollow needle to allow passage of one or more son in parallel forming the coil. This needle moves circumferentially, axially and radially with respect to the stator.
  • the winding is preferably carried out counter-clockwise.
  • the winding is preferably carried out in situ, that is to say directly around the teeth 13 of the stator 10.
  • the width of the opening between two adjacent flanges 17 is substantially equal to three times the diameter of the coil wire.
  • the arms 24 insulators 20 and notch insulator 33 electrically isolate the coils 28 of the stator winding 10 from the stator laminations 10 and protect them during the winding operation.
  • the winding can be performed on teeth 13 reported which are then fixed on the yoke 12 of the stator 10 via a connection system. A so-called concentric winding is thus obtained.
  • one of the insulating elements 20 preferably comprises anchoring systems 35 for holding in position an end of one or more wires forming each coil 28 corresponding to an input or an output of the coil 28
  • Each anchoring system 35 comprises a stud and a groove formed around the stud inside which is positioned the end of one or more son bearing against the side walls of the stud for its maintenance.
  • the anchoring system 35 is formed by a hook turned towards the outer periphery of the support 23.
  • each coil 28 has two projections, called buns, arranged on either side of a tooth 13 of the stator.
  • Each coil 28 has two ends each having one or more son in parallel. This depends on the number of wires from which each coil 28 has been made.
  • each coil 28 is made from a single wire in hand.
  • N is in this case 4 but could alternatively have a higher or lower value while remaining at least equal to two.
  • each phase U, V, W is formed respectively by a first set two coils (A1, A2); (B1, B2); (C1, C2) electrically connected in series and a second set of two coils (A3, A4); (B3, B4); (C3; C4) electrically connected in series.
  • the two series coils are adjacent to each other along the circumference of the stator 10, i.e. side-by-side along the circumference of the stator 10.
  • the first set (A1, A2); (B1, B2); (C1, C2) and the second set (A3, A4); (B3, B4); (C3; C4) coils are electrically connected in parallel with each other.
  • the coils of the second set of coils (A3, A4); (B3, B4); (C3; C4) are selected to be diametrically opposed to the coils of the first set of coils (A1, A2); (B1, B2); (C1, C2).
  • a first set of two coils is formed by the coil A1 electrically connected in series with the coil A2 which is adjacent to it on the circumference of the stator (see Figures 2 and 3).
  • a second set of two coils is formed by the coil A3 electrically connected in series with the coil A4 which is adjacent thereto on the circumference of the stator.
  • the coil A1 is diametrically opposed to the coil A4; while the coil A2 is diametrically opposed to the coil A3.
  • the two sets of coils (A1, A2) and (A3, A4) are electrically connected in parallel with each other.
  • Phase U then has an EU input and an SU output.
  • Phase V is performed analogously from the four coils B1 - B4 and has an input EV and an output SV.
  • the phase W is made analogously from the four coils C1 -C4 and has an input EW and an output SW.
  • the rotor 50 comprises a body 51 formed by a stack of ferromagnetic sheets.
  • the body 51 comprises a central core 52 and arms 53 extending radially and axially from the core 52 relative to the axis X. These arms 53 each comprise at their free end two flanges 55 implanted at the outer periphery.
  • the core 52 of the sheet package is rotatably connected to the shaft 54 of the rotating electrical machine.
  • the rotor 50 comprises housings 59 intended to receive the permanent magnets 62.
  • the magnets 62 may be of rare earth or ferrite depending on the applications and the desired power of the rotating electrical machine. More specifically, the housings 59 are each delimited by two lateral faces facing each other of two adjacent arms 53, an outer face of the core 52 extending between the two arms 53, and faces of the flanges.
  • the housings 59 have a shape complementary to that of the magnets 62 which have a parallelepipedal shape having two bevelled angles at their inner periphery.
  • the rotor 50 comprises ten magnets 62 inserted into ten housings 59 of complementary shape. A flow concentration solution is obtained, the lateral faces facing two consecutive magnets 62 being of the same polarity.
  • the machine thus comprises 12 coils, 12 notches, and 10 poles, so that the number of notches divided by the number of pole pairs is a non-integer number (2.4). This is called fractional winding. Any other pair of notches and pairs of poles is preferably chosen to obtain such a fractional winding to minimize the noise of the electric machine.
  • slots 67, 68 are preferably made at the teeth 13 of the stator 10 or at the level of the rotor poles.
  • the slots 67, 68 are for example made by machining.
  • the machine has two slots 67 formed in one face of each tooth 13 facing the rotor so as to separate each tooth 13 into three portions of substantially identical dimensions.
  • the distances D1, D2 between a slot 67 and the circumferential end closest to the corresponding rim 17 and the distance D3 between the two slots 67 of a tooth 13 are therefore substantially identical. These slots 67 extend along the entire direction of longitudinal elongation of the teeth 13.
  • two slots 68 are formed in a face of each arm 53 of the rotor facing the stator 10 so as to separate each arm 63 into three portions of substantially identical dimensions.
  • the distances D4, D5 between a slot 68 and the nearest circumferential end of the corresponding rim 55 and the distance D6 between the two slots 68 of an arm 53 are therefore substantially identical.
  • These slots 68 extend along the entire direction of longitudinal elongation of the arms 53.
  • the depth of the slots 67, 68 to maintain a sufficient flow level without having to increase the current required to produce the torque is of the order of 1 .5mm.
  • the width of the slots 67, 68 is optimal between 0.7mm and 1.5mm. With these dimensions, the rank three flow harmonic rate is divided by a factor greater than eight.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

L'invention porte principalement sur une machine électrique tournante (1) polyphasée pour un vehicul comportant un rotor (50), et un stator (10) comportant des dents (13) autour de chacune desquelles est enroulée une bobine (28) de manière à former un bobinage concentrique, et chaque phase de ladite machine électrique tournante est formée par au moins deux bobines (A1, A2; B1, B2; C1, C2) branchées électriquement en série, et lesdites phases de ladite machine électrique tournantes sont couplées en triangle, et elle comporte des fentes (67,68) réalisées dans les dents dudit stator (10) ou dans les bras dudit rotor (50). L'invention a également pour objet le procédé de réalisation de bobinage correspondant.

Description

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE A COUPLAGE DE PHASES OPTIMISE ET PROCEDE DE REALISATION DE BOBINAGE CORRESPONDANT
La présente invention porte sur une machine électrique tournante à couplage de phases optimisé, ainsi que sur le procédé de réalisation de bobinage correspondant. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes telles qu'un alternateur, ou un moteur électrique. L'invention pourra être utilisée avantageusement avec un compresseur de fluide réfrigérant de climatiseur pour véhicule automobile.
On connaît des machines électriques comportant un stator et un rotor solidaire d'un arbre assurant la mise en mouvement d'un compresseur à spirale, celle-ci étant désignée sous le nom de "scroll" en anglais. Un tel système comporte deux spirales coopérant entre elles pour pomper et comprimer le fluide réfrigérant. En général, une des spirales est fixe « fixe scroll », alors que l'autre se déplace excentriquement sans tourner « Orbitale scroll », de manière à pomper puis emprisonner et comprimer des poches de fluide entre les spires. Un tel système est par exemple décrit dans le document EP1865200. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté, tel que des rivets traversant axialement le rotor de part en part. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Dans ce cas, on peut dire que les aimants sont logés dans des encoches au rotor. Alternativement, les pôles peuvent être formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor. Dans tous les cas, on parle de pôles "saillants" du rotor. Dans le cas d'aimants permanents c'est la différence de perméabilité qui explique la saillance au niveau du rotor puisque les aimants permanents ont une perméabilité proche de l'air . Par ailleurs, le stator comporte un corps réalisé en tôles feuilletées pour diminuer les courants de Foucault. Le corps comporte une paroi annulaire, appelée culasse, et des dents issues de la périphérie interne de la paroi annulaire. La culasse présente en outre une périphérie externe en contact avec un boîtier de la machine électrique. Ce boîtier, appelé également carter, est configuré pour porter à rotation l'arbre du rotor via des roulements à billes et/ou à aiguilles comme cela est décrit dans le document EP1865200.
Les dents du stator réparties sur la culasse s'étendent vers l'intérieur du stator en direction du rotor. Un entrefer existe entre l'extrémité libre des dents, définissant la périphérie interne du corps du stator, et la périphérie externe du rotor. Les dents définissent avec la culasse des encoches ouvertes vers l'intérieur et destinées à recevoir des bobinages, par exemple en forme de bobines, pour formation d'un stator polyphasé par exemple du type triphasé. Des bobines isolées électriquement du corps du stator sont enroulées autour des dents en sorte que chaque encoche du stator reçoit deux demi-bobines. On obtient ainsi un bobinage dit concentrique. L'isolation des bobines par rapport au corps du stator pourra être réalisée en utilisant des éléments isolants plaqués de part et d'autre du corps du stator en combinaison avec des isolants d'encoche positionnés contre les parois internes des encoches. Il est également possible d'utiliser des bobines montées sur des supports isolants individuels destinés à être enfilés autour d'une dent du stator.
La structure du bobinage étant basée sur une mise en série de bobines de chaque phase, cela entraîne une augmentation de la force électromotrice de la machine. Afin que cette force électromotrice puisse toutefois être compatible avec des applications basse tension et avec une réalisation industrielle utilisant un bobinage à aiguille, il existe le besoin de trouver un couplage adapté permettant de diminuer le nombre de spires tout en limitant l'augmentation du diamètre des fils à iso-remplissage d'encoche. L'invention vise à répondre efficacement à ce besoin en proposant une machine électrique tournante polyphasée comportant un rotor, et un stator muni de dents autour de chacune desquelles est enroulée une bobine de manière à former un bobinage concentrique, caractérisée en ce que chaque phase de ladite machine électrique tournante est formée par au moins deux bobines branchées électriquement en série, et en ce que lesdites phases de ladite machine électrique tournantes sont couplées en triangle. L'invention permet ainsi, du fait du couplage en triangle, de limiter l'augmentation du diamètre du fil d'un facteur racine de trois par rapport à un couplage en étoile, ainsi que de limiter l'augmentation du nombre de spires. Le bobinage de la machine reste ainsi aisément réalisable industriellement par un bobinage à aiguille. Selon une réalisation, les deux bobines branchées électriquement en série formant chaque phase sont adjacentes l'une par rapport à l'autre suivant une circonférence du stator.
Selon une réalisation, chaque phase est formée par un premier ensemble de bobines branchées électriquement en série et un deuxième ensemble de bobines branchées électriquement en série, lesdits premier et deuxième ensembles de bobines étant branchés électriquement en parallèle l'un par rapport à l'autre.
Selon une réalisation, les bobines dudit deuxième ensemble de bobines sont diamétralement opposées par rapport aux bobines dudit premier ensemble de bobines. Une telle configuration permet d'optimiser la longueur des fils formant les faisceaux des différentes phases de la machine électrique.
Selon une réalisation, un nombre d'encoches divisé par un nombre de paires de pôles de ladite machine électrique est un nombre non entier. Un tel bobinage permet de minimiser le bruit de la machine électrique. Selon une réalisation, ladite machine électrique comporte 12 encoches et 10 pôles.
Selon une réalisation, ledit rotor est à aimants permanents. Par exemple, les aimants permanents du rotor ont une orientation radiale. Selon une réalisation, la machine est configurée pour fonctionner à une tension inférieure à 50 Volts.
Selon une réalisation, ladite machine électrique comporte des fentes réalisées dans des dents dudit stator ou dans des bras dudit rotor. Une telle configuration permet de réduire le taux d'harmonique de flux de rang trois.
Selon une réalisation, ladite machine électrique comporte deux fentes réalisées dans une face de chaque dent dudit stator tournée vers le rotor de manière à partager chaque dent en trois portions de dimensions sensiblement identiques. Selon une réalisation, ladite machine électrique comporte deux fentes réalisées dans une face de chaque bras du rotor tournée vers le stator de manière à partager chaque bras en trois portions de dimensions sensiblement identiques.
L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un bobinage concentrique d'un stator de machine électrique tournante polyphasée, ledit stator comportant des dents délimitant deux à deux des encoches, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réalisation d'une bobine à partir d'au moins un fil autour de chaque dent, une étape de formation de chaque phase par un branchement électrique en série d'au moins deux bobines, ainsi qu'une étape de couplage en triangle des phases préalablement formées de la machine électrique.
Selon une mise en œuvre, les deux bobines branchées électriquement en série formant chaque phase sont adjacentes l'une par rapport à l'autre suivant une circonférence du stator. Selon une mise en œuvre, l'étape de formation de chaque phase est effectuée par une mise en série de bobines formant un premier ensemble de bobines ainsi que par une mise en série de bobines formant un deuxième ensemble de bobines, et un branchement électrique en parallèle desdits premier et deuxième ensembles de bobines. Selon une mise en œuvre, les bobines dudit deuxième ensemble de bobines sont diamétralement opposées par rapport aux bobines dudit premier ensemble de bobines.
Selon une mise en œuvre, l'étape de réalisation des bobines est effectuée au moyen d'une aiguille centralement creuse autorisant le passage d'au moins un fil destiné à être enroulé autour d'une dent.
Selon une mise en œuvre, l'étape de réalisation des bobines est effectuée in situ.
Selon une mise en œuvre, une largeur d'une ouverture entre deux rebords de dents adjacents est sensiblement égale à trois fois un diamètre du fil.
Selon une mise en œuvre, ledit procédé comporte en outre l'étape de réaliser des fentes dans des dents dudit stator ou dans des bras d'un rotor correspondant de la machine électrique.
Selon une mise en œuvre, les fentes sont réalisées par usinage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.
La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un stator de la machine électrique selon la présente invention sans son bobinage; La figure 2 est une vue de dessus de la machine électrique selon la présente invention munie de son bobinage statorique;
La figure 3 représente les schémas de connexion des différentes bobines formant les différentes phases de la machine électrique selon la présente invention; La figure 4 représente le couplage en triangle des différentes phases de la machine électrique selon la présente invention;
La figure 5 est une vue schématique globale du bobinage en triangle de la machine électrique selon la présente invention; Les figures 6a et 6b représentent des variantes de réalisation de fentes permettant de réduire les harmonique de flux de rang trois.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
La figure 2 représente une machine 1 comportant un stator 10 polyphasé entourant un rotor 50 d'axe X destiné à être monté sur un arbre 54 qui pourra être un arbre menant ou un arbre mené. Le stator 10 est destiné à être porté par un carter (non représenté) configuré pour porter à rotation l'arbre via des roulements à billes et/ou à aiguilles comme visible par exemple dans le document EP1865200 précité. Cette machine électrique tournante pourra appartenir à un compresseur utilisé pour la compression de fluide réfrigérant de climatiseur de véhicule automobile. En variante, cela pourra être un moteur électrique ou un alternateur. De préférence, la machine est configurée pour fonctionner à une tension inférieure à 50 Volts.
Comme on peut le voir sur la figure 1 , le stator 10 comporte un corps 1 1 sous la forme d'un paquet de tôles feuilletées présentant à sa périphérie externe une paroi annulaire 12, appelé culasse, et des dents 13 issues de la périphérie interne de la paroi annulaire 12. Ces dents 13 sont réparties circonférentiellement de manière régulière et s'étendent vers l'intérieur en direction du rotor 50, tel qu'un rotor à aimants permanents décrit ci-après. Les dents 13 délimitent deux à deux des encoches 15, deux encoches 15 successives étant ainsi séparées par une dent 13. Ces dents 13 présentent chacune à leur extrémité libre deux rebords 17 s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de la dent 13. Les extrémités libres des dents 13 délimitent, de manière connue, un entrefer avec la périphérie externe du rotor de la machine électrique tournante. Deux éléments électriquement isolants 20 sont plaqués de part et d'autre du stator 10 sur ses faces d'extrémité axiale. Chaque élément isolant 20 comporte à sa périphérie externe un support 23 en forme d'anneau d'orientation axiale, et des bras 24, répartis circonférentiellement, qui s'étendent radialement depuis la périphérie interne du support 23 vers l'intérieur de l'élément 20. Ces bras 24 se terminent chacun à leur extrémité libre par un retour 25 permettant de retenir dans la direction radiale des bobines 28 appartenant au bobinage d'excitation. Les bras 24 sont répartis régulièrement sur la périphérie interne du support 23 et sont destinés à venir en appui contre les dents 13 du stator de forme correspondante. Le support 23 est destiné à être plaqué contre la culasse 12 du corps 1 1 du stator. Le maintien des éléments isolants 20 pourra être réalisé au moyen de deux dispositifs d'encliquetage 29 (de clipsage) aptes à coopérer avec des ouvertures 30 ménagées dans la face d'extrémité du stator 10 correspondante.
En outre, le stator 10 est équipé d'isolants d'encoche 33 prenant la forme d'une membrane fine, réalisée dans un matériau électriquement isolant et conducteur de chaleur, par exemple un matériau aramide de type dit Nomex (marque déposée). Cette membrane fine est pliée de manière que chaque isolant d'encoche 33 est plaqué contre les parois internes des encoches 15 du stator 10.
Les fils des bobines 28, tels que des fils en cuivre ou en aluminium recouverts d'une couche électriquement isolante, comme par exemple de l'émail, sont enroulés chacun autour d'une dent 13 et des bras 24 associés des éléments isolants 20 pour former les différents pôles du stator 10. Cette opération de bobinage pourra par exemple être effectuée à l'aide d'une aiguille centralement creuse pour permettre un passage d'un ou plusieurs fils en parallèles formant la bobine. Cette aiguille se déplace circonférentiellement, axialement et radialement par rapport au stator. Le bobinage est effectué de préférence dans le sens anti-horaire. Le bobinage est réalisé de préférence in situ, c'est-à-dire directement autour des dents 13 du stator 10. La largeur de l'ouverture entre deux rebords 17 adjacents est sensiblement égale à trois fois le diamètre du fil des bobines. Les bras 24 des éléments isolants 20 et l'isolant d'encoche 33 isolent électriquement les bobines 28 du bobinage du stator 10 par rapport au paquet de tôles du stator 10 et les protègent lors de l'opération de bobinage. Alternativement, le bobinage pourra être réalisé sur des dents 13 rapportées qui sont ensuite fixées sur la culasse 12 du stator 10 via un système de liaison. On obtient ainsi un bobinage dit concentrique.
Pour faciliter l'opération de bobinage, un des éléments isolants 20 comporte de préférence des systèmes d'ancrage 35 permettant de maintenir en position une extrémité d'un ou plusieurs fils formant chaque bobine 28 correspondant à une entrée ou une sortie de la bobine 28. Chaque système d'ancrage 35 comporte un plot et une gorge ménagée autour du plot à l'intérieur de laquelle est positionnée l'extrémité d'un ou plusieurs fils en appui contre les parois latérales du plot pour son maintien. Alternativement, le système d'ancrage 35 est formé par un crochet tourné du côté de la périphérie externe du support 23.
Le bobinage est effectué en sorte qu'une même encoche 15 reçoit deux demi-bobines 28. Chaque bobine 28 présente deux parties saillantes, appelées chignons, disposées de part et d'autre d'une dent 13 du stator. Chaque bobines 28 présente deux extrémités comportant chacune un seul ou plusieurs fils en parallèle. Cela dépend en effet du nombre de fils à partir duquel chaque bobine 28 a été réalisée. De préférence, chaque bobine 28 est réalisée à partir d'un seul fil en main.
On distingue dans la suite du document parmi les bobines 28, les bobines Ai utilisées pour former la phase U de la machine, les bobines Bi utilisées pour former la phase V de la machine, ainsi que les bobines Ci utilisées pour former la phase W de la machine, pour i allant de 1 à N. N vaut en l'occurrence 4 mais pourrait en variante avoir une valeur supérieure ou inférieure tout en restant au moins égale à deux.
Plus précisément, comme cela est visible à la figure 3 et à la figure 5 sur laquelle les numéros de 1 à 12 correspondent à chacun à une encoche, chaque phase U, V, W est formée respectivement par un premier ensemble de deux bobines (A1 , A2); (B1 , B2); (C1 , C2) branchées électriquement en série et un deuxième ensemble de deux bobines (A3, A4); (B3, B4); (C3; C4) branchées électriquement en série. Dans chaque ensemble, les deux bobines en série sont adjacentes l'une par rapport à l'autre suivant la circonférence du stator 10, c'est-à-dire côté à côte suivant la circonférence du stator 10. Le premier ensemble (A1 , A2); (B1 , B2); (C1 , C2) et le deuxième ensemble (A3, A4); (B3, B4); (C3; C4) de bobines sont montés électriquement en parallèle l'un par rapport à l'autre. Les bobines du deuxième ensemble de bobines (A3, A4); (B3, B4); (C3; C4) sont choisies de manière à être diamétralement opposées par rapport aux bobines du premier ensemble de bobines (A1 , A2); (B1 , B2); (C1 , C2).
Ainsi par exemple, pour la phase U, un premier ensemble de deux bobines est formé par la bobine A1 connectée électriquement en série avec la bobine A2 qui lui est adjacente sur la circonférence du stator (cf. figures 2 et 3). Un deuxième ensemble de deux bobines est formé par la bobine A3 connectée électriquement en série avec la bobine A4 qui lui est adjacente sur la circonférence du stator. La bobine A1 est diamétralement opposée à la bobine A4; tandis que la bobine A2 est diamétralement opposée à la bobine A3. Les deux ensembles de bobines (A1 , A2) et (A3, A4) sont branchés électriquement en parallèle l'un par rapport à l'autre. La phase U présente alors une entrée EU et une sortie SU.
La phase V est réalisée de manière analogue à partir des quatre bobines B1 - B4 et présente une entrée EV et une sortie SV. La phase W est réalisée de manière analogue à partir des quatre bobines C1 -C4 et présente une entrée EW et une sortie SW.
Les phases U, V, W de la machine sont ensuite couplées en triangle. Ainsi, comme cela est représenté sur les figures 4 et 5, l'entrée EU de la phase U est connectée avec la sortie SW de la phase W. L'entrée EW de la phase W est connectée avec la sortie SV de la phase V. L'entrée EV de la phase V est connectée avec la sortie SU de la phase U. Par ailleurs, comme cela est visible à la figure 2, le rotor 50 comporte un corps 51 formé par un empilement de tôles ferromagnétiques. Le corps 51 comporte une âme centrale 52 et des bras 53 s'entendant radialement et axialement à partir de l'âme 52 par rapport à l'axe X. Ces bras 53 comportent chacun à leur extrémité libre deux rebords 55 implantés à la périphérie externe du rotor 50. L'âme 52 du paquet de tôles est liée en rotation à l'arbre 54 de la machine électrique tournante.
Le rotor 50 comporte des logements 59 destinés à recevoir les aimants permanents 62. Les aimants 62 pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine électrique tournante. Plus précisément, les logements 59 sont délimités chacun par deux faces latérales en regard l'une de l'autre de deux bras 53 adjacents, une face externe de l'âme 52 s'étendant entre les deux bras 53, et des faces des rebords 55 tournées vers l'âme 52. Les logements 59 présentent une forme complémentaire à celle des aimants 62 qui ont une forme parallélépipédique ayant deux angles biseautés à leur périphérie interne. En l'occurrence, le rotor 50 comporte dix aimants 62 insérés dans dix logements 59 de forme complémentaires. On obtient une solution à concentration de flux, les faces latérales en vis-à-vis de deux aimants 62 consécutifs étant de même polarité.
La machine comporte ainsi 12 bobines, soit 12 encoches, et 10 pôles, en sorte que le nombre d'encoches divisé par le nombre de paires de pôles est un nombre non entier (2.4). On parle alors de bobinage fractionnaire. Tout autre couple de nombre d'encoches et de paires de pôles est de préférence choisi de manière à obtenir un tel bobinage fractionnaire permettant de minimiser le bruit de la machine électrique.
Le couplage triangle d'un tel bobinage conduit à la connexion d'un grand nombre de fils et à l'apparition de courant de circulation à vide élevé due à la présence d'harmonique de flux de rang trois. Afin de réduire ce taux d'harmonique de flux de rang trois, on réalise de préférence des fentes 67, 68 au niveau des dents 13 du stator 10 ou au niveau des pôles rotoriques. Les fentes 67, 68 sont par exemple réalisées par usinage. Ainsi, dans le mode de réalisation de la figure 6a, la machine comporte deux fentes 67 réalisées dans une face de chaque dent 13 tournée vers le rotor de manière à séparer chaque dent 13 en trois portions de dimensions sensiblement identiques. Les distances D1 , D2 entre une fente 67 et l'extrémité circonférentielle la plus proche du rebord 17 correspondant et la distance D3 entre les deux fentes 67 d'une dent 13 sont donc sensiblement identiques. Ces fentes 67 s'étendent suivant toute la direction d'allongement longitudinale des dents 13.
Alternativement, comme cela est illustré à la figure 6b, deux fentes 68 sont réalisées dans une face de chaque bras 53 du rotor tournée vers le stator 10 de manière à séparer chaque bras 63 en trois portions de dimensions sensiblement identiques. Les distances D4, D5 entre une fente 68 et l'extrémité circonférentielle la plus proche du rebord 55 correspondant et la distance D6 entre les deux fentes 68 d'un bras 53 sont donc sensiblement identiques. Ces fentes 68 s'étendent suivant toute la direction d'allongement longitudinale des bras 53.
La profondeur des fentes 67, 68 permettant de conserver un niveau de flux suffisant sans avoir à augmenter le courant nécessaire pour produire le couple est de l'ordre de 1 .5mm. Par ailleurs, la largeur des fentes 67, 68 optimale est comprise entre 0.7mm et 1 .5mm. Avec ces dimensions, le taux d'harmonique de flux de rang trois est divisé par un facteur supérieur à huit.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution par tous autres équivalents.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Machine électrique tournante (1 ) polyphasée comportant un rotor (50), et un stator (10) muni de dents (13) autour de chacune desquelles est enroulée une bobine (28) de manière à former un bobinage concentrique, caractérisée en ce que chaque phase (U, V, W) de ladite machine électrique tournante est formée par au moins deux bobines ((A1 , A2); (B1 , B2); (C1 , C2)) branchées électriquement en série, et en ce que lesdites phases (U, V, W) de ladite machine électrique tournantes sont couplées en triangle et en ce qu'elle comporte des fentes (67, 68) réalisées dans des dents (13) dudit stator (10) ou dans des bras (53) dudit rotor (50).
2. Machine électrique selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les deux bobines ((A1 , A2); (B1 , B2); (C1 , C2)) branchées électriquement en série formant chaque phase (U, V, W) sont adjacentes l'une par rapport à l'autre suivant une circonférence du stator (10).
3. Machine électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque phase (U, V, W) est formée par un premier ensemble de bobines ((A1 , A2); (B1 , B2); (C1 , C2)) branchées électriquement en série et un deuxième ensemble de bobines ((A3, A4); (B3, B4); (C3; C4)) branchées électriquement en série, lesdits premier ((A1 , A2); (B1 , B2); (C1 , C2)) et deuxième ((A3, A4); (B3, B4); (C3; C4)) ensembles de bobines étant branchés électriquement en parallèle l'un par rapport à l'autre.
4. Machine électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que les bobines dudit deuxième ensemble de bobines ((A3, A4); (B3, B4); (C3; C4)) sont diamétralement opposées par rapport aux bobines dudit premier ensemble de bobines ((A1 , A2); (B1 , B2); (C1 , C2)).
5. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un nombre d'encoches (15) divisé par un nombre de paires de pôles de ladite machine électrique est un nombre non entier.
6. Machine électrique selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte 12 encoches et 10 pôles.
7. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit rotor (50) est à aimants permanents (62).
8. Machine électrique selon la revendication 7, caractérisée en ce que les aimants permanents (62) du rotor (50) ont une orientation radiale.
9. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour fonctionner à une tension inférieure à 50 Volts.
10. Machine électrique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte deux fentes (67) réalisées dans une face de chaque dent (13) du stator tournée vers le rotor (50) de manière à partager chaque dent (13) en trois portions de dimensions sensiblement identiques.
1 1 . Machine électrique selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte deux fentes (68) réalisées dans une face de chaque bras (53) du rotor tournée vers le stator (10) de manière à partager chaque bras (53) en trois portions de dimensions sensiblement identiques.
12. Procédé de réalisation d'un bobinage concentrique d'un stator (10) de machine électrique tournante (1 ) polyphasée, ledit stator (10) comportant des dents (13) délimitant deux à deux des encoches (15), caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réalisation d'une bobine à partir d'au moins un fil autour de chaque dent (13), une étape de formation de chaque phase (U, V, W) par un branchement électrique en série d'au moins deux bobines ((A1 , A2); (B1 , B2); (C1 , C2)) ainsi qu'une étape de couplage en triangle des phases (U, V, W) préalablement formées de la machine électrique et en ce qu'il comporte l'étape de réaliser des fentes (67, 68) dans des dents (13) dudit stator (10) ou dans des bras (53) d'un rotor (50) correspondant de la machine électrique.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'étape de formation de chaque phase (U, V, W) est effectuée par une mise en série de bobines ((A1 , A2); (B1 , B2); (C1 , C2)) formant un premier ensemble de bobines ainsi que par une mise en série de bobines ((A3, A4); (B3, B4); (C3; C4)) formant un deuxième ensemble de bobines, et un branchement électrique en parallèle desdits premier ((A1 , A2); (B1 , B2); (C1 , C2)) et deuxième ((A3, A4); (B3, B4); (C3; C4)) ensembles de bobines.
14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'étape de réalisation des bobines (28) est effectuée au moyen d'une aiguille centralement creuse autorisant le passage d'au moins un fil destiné à être enroulé autour d'une dent (13).
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que l'étape de réalisation des bobines (28) est effectuée in situ.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que les fentes (67, 68) sont réalisées par usinage.
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