WO2021111054A1 - Device for holding electrical conductors to be welded - Google Patents

Device for holding electrical conductors to be welded Download PDF

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WO2021111054A1
WO2021111054A1 PCT/FR2020/052093 FR2020052093W WO2021111054A1 WO 2021111054 A1 WO2021111054 A1 WO 2021111054A1 FR 2020052093 W FR2020052093 W FR 2020052093W WO 2021111054 A1 WO2021111054 A1 WO 2021111054A1
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WO
WIPO (PCT)
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electrical conductors
stator
electrical
conductors
notches
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/052093
Other languages
French (fr)
Inventor
Romaric Lenoir
Cyril Moya
Original Assignee
Nidec Psa Emotors
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Psa Emotors filed Critical Nidec Psa Emotors
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0056Manufacturing winding connections
    • H02K15/0068Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/0081Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals for form-wound windings

Definitions

  • the present invention relates to a device for holding one or more electrical conductors to be welded of a stator of a rotating electrical machine.
  • the invention relates more particularly to synchronous or asynchronous machines with alternating current. It relates in particular to traction or propulsion machines for electric motor vehicles (Battery Electric Vehicle) and / or hybrids (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), such as passenger cars, vans, trucks or buses.
  • the invention also applies to rotating electrical machines for industrial and / or energy production applications, in particular naval, wind or aeronautical applications.
  • This high energy input can also lead to pronounced degradation of the insulation and wires and potentially of the stator notch insulators, which can lead to functional failures.
  • the high energy input can also cause a large volume of fused material to form, which can lead to welds having a large width. This large width can prove to be problematic, in particular in the case where the pitch of the notches of the stator is reduced. Indeed, the stator welds then being close together and wide, there is a risk of short circuit.
  • the invention aims to allow easy welding of the electrical conductors of a rotating electrical machine stator, while controlling the geometry of the weld by means of a holding device.
  • the object of the invention is thus, according to one of its aspects, a device for holding one or more electrical conductors of a rotating electrical machine stator, the device delimiting one or more interior spaces suitable for receiving one or more. electrical conductors to be welded, the device being intended to retain in each interior space the fused material resulting from a step of welding said electrical conductors.
  • Each interior space defines a crucible in which the welding of the electrical conductor (s) can be carried out.
  • the holding device makes it possible to limit the flow of fused material resulting from the weld. One can thus simply control the volume expansion of the weld, in particular its expansion towards the sides.
  • the interior spaces when viewed in cross section, are preferably closed spaces which prevent the fused material from flowing out of the device.
  • the retainer according to the invention allows the fused material to be contained within an interior space during the solidification phase. This allows a predetermined shape to be imposed on the weld.
  • Controlling the geometry of the weld reduces the risk of a short circuit in the stator. Indeed, when the pitch of the notches is reduced, too large a weld width can cause contact between electrical conductors arranged in different notches, thus resulting in a short circuit.
  • mastering the geometry of the weld makes it possible to limit the peak effect in the electrical conductor (s).
  • peak effect is understood to mean an accumulation of heat in the end (s) of the electrical conductor (s).
  • the holding device makes it possible to promote the evacuation of the heat resulting from the welding.
  • At least electrical conductors can be in the shape of pins, U or I.
  • the interior space (s) When observed in cross section, the interior space (s) have an area substantially equal to that of a cross section of the electrical conductor (s) to be welded.
  • the holding device may have the general shape of a cylinder. It may have an upper face and a lower face. The lower face is for example intended to come opposite the stator during the welding step.
  • the axis of revolution of the holding device can be confused with the axis of rotation of the rotating electrical machine.
  • the retaining device may have an outline having a shape similar to that of a cross section of the stator.
  • the device has a cylindrical shape with a circular cross section. The use of a holding device having a cylinder shape of substantially circular cross section facilitates its insertion on the stator of a rotating electrical machine.
  • Each interior space may be delimited by two radial edges extending in radial directions of the rotating electrical machine and two circumferential edges extending in circumferential directions around the axis of rotation of the rotating electrical machine.
  • the radial edges and the circumferential edges have different heights.
  • the upper face of the holding device corresponds to the space defined by the upper faces of the radial edges.
  • the upper face of the holder then corresponds to the space defined by the upper faces of the circumferential edges.
  • the radial edges and the circumferential edges can have the same height.
  • the upper face of the holding device then corresponds to the space defined by the set of upper faces of the radial edges and the upper faces of the radial edges.
  • the holding device may be in physical and / or thermal contact with the electrical conductor (s), in particular in physical and thermal contact with the electrical conductor (s). Electrical conductors are in "thermal contact” with the retainer if they are close enough that heat exchange can take place with the retainer without necessarily having physical contact.
  • the upper face of the device before welding may protrude from the free end (s) of the electrical conductor (s) with a height h less than 5 mm, better less than 4 mm, even better less than 3 mm, for example of the order of 2 mm.
  • the upper face of the device before welding may protrude from the free end (s) of the electrical conductor (s) by a height greater than 1 mm, better still greater than 1.5 mm, for example of the order of 2 mm.
  • the solder resulting from the soldering of the electrical conductors can remain inside one of the interior spaces delimited by the holding device according to the invention, without going beyond the upper face of the device.
  • the geometry of the weld can then be easily controlled.
  • the choice of such an upper limit for the height h makes it possible to ensure that the contact surface between the holding device and the electrical conductors is large enough to allow the heat associated with the solder to be efficiently removed.
  • the device can be made from a refractory material, for example a material chosen from the following list, which is not limiting: ceramic, in particular alumina, boron nitride, graphite, tungsten, molybdenum , niobium, platinum, tantalum or rhenium, and their alloys.
  • a refractory material is a material capable of withstanding high temperatures without undergoing significant physical or chemical transformation.
  • the refractory material can be resistant to temperatures greater than 1100 ° C, or even greater than 1500 ° C, better still greater than 2000 ° C, or even greater than 2500 ° C, even better still greater than 3000 ° C.
  • the interior space (s) may have an elongated shape, when viewed in cross section, for example an oblong or rectangular shape.
  • all of the interior spaces are oblong in shape when viewed in cross section.
  • all interior spaces are rectangular in shape when viewed in cross section.
  • a portion of the interior spaces are oblong when viewed in cross section and the remainder of the interior spaces are rectangular when viewed in cross section.
  • At least one interior space has a larger dimension extending in a radial direction of the rotating electrical machine.
  • the interior space (s) may have a larger dimension which extends in a circumferential direction around the axis of rotation of the rotating electrical machine.
  • Each electrical conductor can have one or more strands.
  • the free ends of the strands of the electrical conductor or conductors to be welded can be placed at the same height in each interior space.
  • the free ends of adjacent strands of an electrical conductor can be axially offset by a non-zero distance d in each interior space.
  • Another subject of the invention is an assembly comprising a holding device according to the invention and a stator of a rotating electrical machine, the stator comprising a stator mass comprising notches formed between teeth, each notch receiving one or more electrical conductors.
  • the electrical conductors received in the same notch are the electrical conductors received in the same interior space of the holding device, to be welded together.
  • the stator can include at least electrical conductors, or even a majority of electrical conductors, in the shape of pins, U or I.
  • the electrical conductors received in the same notch are the electrical conductors received in the same interior space of the holding device, to be welded together.
  • the interior spaces of the holding device are arranged circumferentially with respect to the axis of rotation of the rotating electrical machine.
  • the arrangement of the interior spaces in the holding device corresponds to that of the notches in the stator mass.
  • the number of interior spaces of the retainer can be equal to the number of notches in the stator.
  • the number of interior spaces of a holding device according to the invention may be between 18 and 96, better still between 30 and 84, being for example 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 78, 81, 92, 96, better still 60 or 63.
  • a further subject of the invention is a method of welding electrical conductors of an electric machine stator, comprising at least the following steps:
  • the time interval between step (b) of melting and step (c) of removing the device is long enough to allow cooling and then solidification of the fused material. Solidification can be total or partial. Preferably, it is total.
  • the time interval between the melting step (b) and the device removal step (c) is between 1 s and 20 s, preferably between 2 s and 15 s, better between 3 s and 10 s, being for example of the order of 5 s.
  • Melting step (b) can be carried out by means of a heat source, in particular a laser or an electric arc, for example an electric arc produced by means of a tungsten electrode.
  • a heat source in particular a laser or an electric arc, for example an electric arc produced by means of a tungsten electrode.
  • the welding process using a tungsten electrode can be TIG welding (in English “Tungsten Inert Gas”). In this welding process, the electric arc is produced from a tungsten electrode and a plasma.
  • TIG welding in English “Tungsten Inert Gas”).
  • the electric arc is produced from a tungsten electrode and a plasma.
  • a single heat source can be used to produce the same weld.
  • several heat sources can be used to produce the same weld, each performing welds in separate notches simultaneously.
  • a single heat source is used to perform step (b) of melting.
  • two heat sources can be used.
  • more than two heat sources can be used.
  • the holding device according to the invention allows the energy from the heat source to be concentrated towards the electrical conductors. It is thus possible to use a heat source of medium precision, for example TIG welding. The method according to the invention is thus more economical because it is not necessary to use a precise heat source such as, for example, a laser.
  • the subject of the invention is also a stator for a rotating electric machine, comprising a stator mass comprising notches formed between teeth, each notch receiving one or more electrical conductors, the stator comprising at least one weld between at least two electrical conductors.
  • the length of said weld may be substantially equal to the total length of the electrical conductors engaged in said weld and / or the width of said weld may be substantially equal to the width of the electrical conductors engaged in said weld, when observed in cross section.
  • the length of the weld will be equal to the sum of the lengths of the two conductors and the width of the weld will be equal to the width of the electrical conductors.
  • all of the stator welds have a width equal to the width of the electrical conductors engaged in the weld and a length equal to the total length of the electrical conductors engaged in the weld.
  • stator welds only part of the stator welds have a width equal to the total width of the electrical conductors engaged in the weld and a length equal to the total length of the electrical conductors engaged in the weld.
  • the other welds can have a free form.
  • the electrical conductors can form a single coil, in particular whole or fractional.
  • single winding is meant that the electrical conductors are electrically connected together in the stator, and that the connections between the phases are made in the stator, and not outside the stator, for example in a terminal box. .
  • the electrical conductors can form a distributed coil.
  • the winding is not focused or wound on tooth.
  • the winding is in the invention whole or fractional.
  • the winding can be full in pitch with or without shortening, or in a fractional variant.
  • the electrical conductors form a fractional winding, in particular with a shortened pitch.
  • the number of notches in the stator can be between 18 and 96, better still between 30 and 84, being for example 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 78 , 81, 92, 96, better still being 60 or 63.
  • the number of poles of the stator can be between 2 and 24, or even between 4 and 12, being for example 6 or 8.
  • the winding can have a single winding path or several winding paths.
  • electrical conductor flows the current of the same phase by winding.
  • winding path is meant all the electrical conductors of the machine which are traversed by the same electric current of the same phase.
  • These electrical conductors can be connected to each other in series or in parallel or in series-parallel. In the case where there is only one channel, the electrical conductors are connected in series. In the case where there are several channels, the electrical conductors of each channel are connected in series, and the channels are connected in parallel.
  • Electric conductors In an “electrical conductor” flows the current of the same phase of a winding track. Several electrical conductors in series form a “coil". The number of coils per phase is at most equal to the number of poles of the stator or to the number of pairs of poles.
  • each notch there can be one or more layers.
  • layer denotes the electrical conductors in series belonging to the same phase arranged in the same notch.
  • electrical conductors of the same phase In each layer of a notch, there are electrical conductors of the same phase.
  • the electrical conductors of a stator can be distributed in one layer or in two layers. When the electrical conductors are distributed in a single layer, each notch only accommodates electrical conductors of the same phase.
  • the electrical conductors can be divided into only two layers.
  • one or more notches can accommodate electrical conductors of two different phases. This is always the case for a short pitch winding.
  • the coil may not have more than two layers. In one embodiment, it is notably devoid of four layers.
  • At least a first electrical conductor housed in a first notch can be electrically connected to a second electrical conductor housed in a second notch, at the outlet from said notches.
  • electrically connected is meant any type of electrical connection, in particular by welding, with different possible welding methods, in particular laser, TIG, induction, friction, ultrasound, vibrations, or soldering, or by mechanical clamping, in particular by crimping, screwing or riveting for example.
  • the first and second notches are preferably non-consecutive.
  • the first and second electrical conductors can be electrically connected to the output of the first and second notches, that is to say that the electrical connection is formed on the electrical conductors just after their exit from the two notches, at an axial end of the stator mass.
  • the electrical connection can be made in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the plane of the electrical connection can be away from the stator mass by less than 60 mm, better still less than 40 mm, for example 27 mm or 38 mm approximately.
  • a majority of the electrical conductors housed in a first notch can each be electrically connected to a respective second electrical conductor housed in a second notch, at the exit of said notches.
  • At least one notch, better still a majority of the notches, or even more than half of the notches, better still more than two-thirds of the notches, or even all the notches, may include first electrical conductors each electrically connected to a respective second electrical conductor housed in a second notch, at the exit of said notches.
  • all the electrical conductors having a free end located at the same circumferential position around the axis of rotation of the machine, regardless of their radial position, are electrically connected together.
  • the first and second electrical conductors can each have an oblique portion.
  • the oblique portions may extend in a circumferential direction, around the axis of rotation of the machine.
  • the two oblique portions can be configured to converge towards each other and thus allow the electrical connection to be made.
  • An electrical conductor can have two oblique portions, one at each of its two ends.
  • the two oblique portions of the same electrical conductor can extend in opposite directions. They can diverge from each other. They can be symmetrical to each other.
  • a majority of the electrical conductors can include one or more oblique portions as described above.
  • the electrical conductors can be arranged in the notches in a distributed manner.
  • distributed it should be understood that the outgoing and return electrical conductors are each housed in different and non-consecutive notches. At least one of the electrical conductors can pass successively through two non-consecutive notches.
  • the electrical conductors can be arranged in a row in the notches.
  • the term “row” is understood to mean that the electrical conductors are not arranged in the notches in bulk but in an orderly manner. They are stacked in the notches in a non-random manner, being for example arranged in a row of electrical conductors aligned in the radial direction. As a variant, they are arranged in a row of electrical conductors aligned in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
  • the strands of one or more electrical conductors are arranged in a row of strands of electrical conductors aligned in the radial direction. As a variant, they are arranged in a row of conductor strands electrical aligned in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
  • the electrical conductors may have a generally rectangular cross section, in particular with rounded edges.
  • the circumferential dimension of an electrical conductor can correspond substantially to the width of a notch.
  • a notch may have in its width only one electrical conductor.
  • the width of the notch is measured in its circumferential dimension around the axis of rotation of the machine.
  • Electrical conductors can be adjacent to each other by their long sides, otherwise called the flat.
  • the optimization of the stack can make it possible to place in the notches a greater quantity of electrical conductors and thus to obtain a stator of greater power, at constant volume.
  • Each notch can include two to 36 electrical conductors, in particular two to 24, better still 2 to 12 electrical conductors.
  • Each notch may include two to eight electrical conductors, in particular two to four electrical conductors, for example two or four electrical conductors.
  • each notch has two electrical conductors.
  • each notch has four electrical conductors.
  • Electrical conductors at least, see a majority of electrical conductors, can be in the shape of pins, U or I.
  • the pin can be U-shaped ("U-pin” in English) or straight, being in form of I ("I-pin” in English).
  • the hairpin and flat electrical conductors increase the fill factor of the notch, making the machine more compact. Thanks to a high filling coefficient, the thermal exchanges between the electrical conductors and the stator mass are improved, which makes it possible to reduce the temperature of the electrical conductors inside the slots.
  • the manufacture of the stator can be facilitated by the electrical conductors in the form of pins.
  • the winding with pins can be easily modified by changing only the connections between the pins at the coil heads.
  • Electrical conductors extend axially into the notches.
  • the electrical conductors can be introduced into the corresponding notches through one or both axial ends of the machine.
  • An I-shaped electrical conductor has two axial ends each placed at one of the axial ends of the stator. It passes through a single notch, and can be welded at each of its axial ends to two other electrical conductors, at the axial ends of the stator.
  • the stator may for example comprise six or twelve electrical conductors in the shape of an I, the other electrical conductors possibly all being in the shape of a U.
  • a U-shaped electrical conductor has two axial ends both placed at one of the axial ends of the stator. It passes through two different slots, and can be welded at each of its axial ends to two other electrical conductors, at the same axial side of the stator. The bottom of the U is located on the other axial side of the stator.
  • each electrical conductor has one or more strands ("wire” or “strand” in English).
  • strand we mean the most basic unit for electrical conduction.
  • a strand can be of round cross section, we can then speak of "wire”, or flat.
  • the flat strands can be shaped into pins, for example a U or an I.
  • Each strand is coated with an insulating enamel.
  • each notch can include several electrical conductors and / or several strands makes it possible to minimize losses by induced currents, or Joule AC losses, which evolve with the square of the supply frequency, which is particularly advantageous at high frequency and when the operating speed is high. It is thus possible to obtain better efficiency at high speed.
  • the presence of the closed notches can make it possible to obtain a reduction in the flow of leaks seen by the electrical conductors, which results in a decrease in eddy current losses in the strands.
  • each electrical conductor may include several pins, each forming a strand, as explained above. All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other at the outlet of the notch. The strands electrically connected to each other are placed in short circuit. The number of strands electrically connected together may be greater than or equal to 2, being for example between 2 and 12, being for example 3, 4, 6 or 8 strands.
  • Several strands can form the same electrical conductor.
  • the same electric current of the same phase flows through all the strands of the same electrical conductor.
  • All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other, especially at the exit of the notch.
  • All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other at each of their two axial ends, in particular at the exit from the notch. They can be electrically connected in parallel.
  • each electrical conductor has three strands.
  • a notch can therefore accommodate six strands, for example, distributed between the two electrical conductors.
  • a notch has four electrical conductors. Each electrical conductor can have two strands. The notch then accommodates eight strands, distributed between the four electrical conductors.
  • the strands can be positioned in G notch so that their circumferential dimension around the axis of rotation of the machine is greater than their radial dimension. Such a configuration allows a reduction in the losses by Loucault currents in the strands.
  • a strand may have a width of between 1 and 5 mm, being for example of the order of 2.5 or 3 mm.
  • the width of a strand is defined as its dimension in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
  • a strand may have a height of between 1 and 4 mmm, for example being of the order of 1.6 or 1.8 mm.
  • the height of a strand is defined as its thickness in the radial dimension.
  • a ratio of the width of a strand to its height can be between 1 and 2.5, better still between 1.2 and 2, or even between 1.4 and 1.8, being for example 1.56 or 1 , 66. Such a ratio allows a reduction in the losses by Loucault currents in the strands.
  • the electrical conductors can be made of copper or aluminum. Insulators
  • the electrical conductors are electrically insulated from the outside by an insulating coating, including enamel.
  • the electrical conductors can be separated from the walls of the notch by an insulation, in particular by at least one sheet of insulation. Such a sheet insulator allows better insulation of the electrical conductors with respect to the stator mass.
  • the use of closed notches can improve the retention of insulation around electrical conductors in the notches.
  • the notches can be open or at least partially closed.
  • a partially closed notch makes it possible to provide an opening at the level of the air gap, which can be used, for example, for the placement of the electrical conductors for filling the notch.
  • a partially closed notch is in particular formed between two teeth which each have pole shoes at their free end, which close the notch at least in part.
  • the notches can be completely closed.
  • “fully closed notch” is meant notches which are not open radially towards the air gap.
  • the presence of the closed notches makes it possible to improve the performance of the electric machine in terms of the quality of the magnetic field in the air gap, by minimizing the harmonic content and the eddy current losses in the electric conductors, and the leakage fluxes in the air gap. the notches, as well as the fluctuations of the magnetic field in the air gap and heating of the machine. In addition, the presence of these closed notches improves the mechanical rigidity of the stator, mechanically strengthening the stator and reducing vibrations.
  • the stator mass can be produced by stacking magnetic sheets, the notches being formed by cutting the sheets.
  • the stator mass can also be produced by cutting from a mass of sintered or agglomerated magnetic powder.
  • a rotating electrical machine such as a synchronous motor or a synchronous generator, comprising a stator as described above.
  • the stator may include a stator mass comprising notches formed between teeth, each notch receiving one or more electrical conductors.
  • the machine can be synchronous or asynchronous.
  • the machine can be reluctance. It can constitute a synchronous motor.
  • the maximum speed of rotation of the machine can be high, being for example greater than 10,000 rpm, better still greater than 12,000 rpm, being for example of the order of 14,000 rpm at 15,000 rpm or even 20,000 rpm or 25,000 rpm.
  • the maximum speed of rotation of the machine may be less than 100,000 rpm, or even 60,000 rpm, or even less than 40,000 rpm, better still less than 30,000 rpm.
  • the rotating electric machine may include a rotor.
  • the rotor can be permanent magnet, with surface magnets or buried.
  • the rotor can be in flux concentration. It can include one or more layers of magnets arranged in I, U or V. Alternatively, it can be a wound rotor or squirrel cage, or a variable reluctance rotor.
  • the diameter of the rotor may be less than 400 mm, better still less than 300 mm, and greater than 50 mm, better still greater than 70 mm, being for example between 100 and 200 mm.
  • the rotor may include a rotor mass extending along the axis of rotation and disposed around a shaft.
  • the shaft may include torque transmission means for rotating the rotor mass.
  • the rotor may or may not be cantilevered.
  • the machine can be inserted alone in a housing or inserted in a gearbox housing. In this case, it is inserted in a housing which also houses a gearbox.
  • Figure 1 is a perspective view, schematic and partial, of a stator manufactured in accordance with the invention.
  • FIG. 2 is a perspective, schematic and partial view of the stator of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a detail view, in perspective, of the stator of FIG. 1
  • FIG. 4 is a top view of an example of a device according to the invention
  • Figure 5a is a longitudinal sectional view of the free ends of conductors to be welded arranged in an interior space of an exemplary device according to the invention, before welding,
  • Figure 5b is a longitudinal sectional view of the free ends of conductors to be welded arranged in an interior space of an example of a device according to the invention, during welding,
  • Figure 5c is a longitudinal sectional view of the free ends of conductors to be welded arranged in an interior space of an example of a device according to the invention, after welding,
  • Figure 6a is a perspective view of the free ends of conductors to be welded arranged in several interior spaces of an example of a device according to the invention, before welding,
  • Figure 6b is a perspective view of the free ends of conductors to be welded arranged in several interior spaces of an example of a device according to the invention, during welding,
  • FIG. 7a is a view of an interior space of an example of a device according to the invention before the insertion of the free ends of the electrical conductor or conductors to be welded,
  • FIG. 7b is a view of an interior space of an example of a device according to the invention after the insertion of the free ends of the electrical conductor or conductors to be welded,
  • Figure 7c is a view of an interior space of an exemplary device according to the invention after welding the free ends of the electrical conductor (s).
  • stator 2 of a rotating electrical machine 1 also comprising a rotor not shown.
  • the stator generates a rotating magnetic field that drives the rotating rotor, as part of a synchronous motor, and in the case of an alternator, the rotation of the rotor induces an electromotive force in the electrical conductors of the stator.
  • the stator 2 comprises electrical conductors 22, which are arranged in notches 21 formed between teeth 23 of a stator mass 25.
  • the notches 21 are closed.
  • the electrical conductors 22 include strands 33.
  • the strands 33 have a generally rectangular cross section, in particular with rounded corners.
  • the strands 33 are in the example described superimposed radially in a single row.
  • the thickness e of a strand 33 is its dimension in the radial direction of the machine.
  • the width 1 of a strand 33 is defined as its dimension in the circumferential direction around G axis of rotation of the machine.
  • the width L of the section to be welded corresponds to the sum of the thicknesses e of each strand.
  • the electrical conductors 22 are mostly pin-shaped, i.e. U or I, and extend axially into the notches.
  • a first electrical conductor housed in a first notch is electrically connected to a second electrical conductor housed in a second notch, at the outlet from said notches.
  • the first and second notches are non-consecutive. In the example shown, they are separated by 7 other notches. Alternatively, the first and second notches are separated by 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 or 11 other notches, for example.
  • the electrical connection is formed on the electrical conductors just after they exit the two notches, at one axial end of the stator mass.
  • the two electrical conductors each have an oblique portion 22b, which converge towards each other.
  • the electrical connection between two conductors is made in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine by causing a fusion of the free ends 22a of the strands of the two electrical conductors.
  • FIG. 4 is a top view of a holding device 3, when the latter is observed along the axis of rotation X of the rotary electrical machine.
  • the holding device 3 has a circular cross section.
  • the stator 2, not shown in FIG. 4, also has a circular cross section.
  • the holding device 3 has a plurality of interior spaces 31. These interior spaces 31 are arranged circumferentially around the axis of rotation X of the electric machine. When the retaining device 3 is inserted on the stator 2, the interior spaces 31 coincide with the notches 21. Thus, the electrical conductors 22 arranged in the same notch 21 of the stator are inserted in the same interior space 31.
  • the number of interior spaces 31 is equal to the number of notches 21 of the stator. All the free ends of the electrical conductors 22 of the stator are thus inserted into the holding device 3. It is then possible to weld all the electrical conductors 22 in the notches 21 of the stator 2 without modifying the positioning of the holding device 3. during the welding operation.
  • FIGS 6a and 6b illustrate a holding device 3 comprising several interior spaces 31 of rectangular shape. In each interior space 31 are inserted several electrical conductors 22 to be welded.
  • the electrical conductors 22 are arranged radially with respect to the axis of rotation of the rotating electrical machine in each interior space 31.
  • Each interior space 31 is delimited by two radial edges 35 extending in radial directions of the rotating electrical machine and two circumferential edges 34 extending in circumferential directions around the axis of rotation of the rotating electrical machine.
  • the radial edges 35 and the circumferential edges 34 have different heights.
  • the radial edges 35 are higher than the circumferential edges 34.
  • the upper face of the holding device 3 therefore corresponds to the space defined by the upper faces 32 of the radial edges 35.
  • FIG. 5a illustrates electrical conductors 22 to be welded arranged in an interior space 31 of a holding device 3 according to the invention.
  • two electrical conductors 22 each comprising three strands 33 are welded.
  • the electrical conductors 22 are in physical and thermal contact with the holding device 3.
  • FIG. 5b illustrates the operation of welding the electrical conductors 22 arranged in an interior space 31 of a holding device 3 according to the invention.
  • a heat source 4 heats the electrical conductors 22 to cause a fusion of these.
  • the fused material 41 resulting from this fusion accumulates in the interior space, above the free ends of the electrical conductors 22.
  • the fused material 41 is held in the interior space 31 and does not flow to the sides.
  • the heat source 4 is for example a tungsten electrode for performing TIG welding.
  • Figure 5c illustrates the continuation of the welding operation illustrated in Figure 5b.
  • the fused material 41 is contained in the interior space 31 for a time long enough to allow the fused material 41 to solidify. Preferably, one waits until the fused material 41 has completely solidified before moving the holding device 3 away from the electrical conductors 22.
  • the fused material 41 does not protrude from the upper face 32 of the device. Thus, the fused material remains contained in the interior space 31. When it solidifies, the fused material 41 then acquires a shape imposed by the interior space 31. When the holding device 3 is removed, the weld resulting from the welding. solidification of the fused material 41 retains the shape imposed on it by the interior space 31. It is thus possible to simply control the geometry of the welds of the electrical conductors of a rotating electrical machine stator.
  • FIG. 6b illustrates the welding of the electrical conductors 22 by means of a heat source 4.
  • the heat source 4 successively melts the free ends of the electrical conductors 22 arranged in each interior space 31. Once the heat source 4 has completed the welding of the electrical conductors 22 in an interior space 31, it is moved in order to solder the electrical conductors 22 arranged in an adjacent interior space 31.
  • Several heat sources 4 can also be used, each simultaneously performing a weld in separate interior spaces 31.
  • FIG. 7a shows an interior space 31 of a holding device 3.
  • the interior space 31 is intended to receive electrical conductors to be soldered.
  • Figure 7b shows the interior space 31 of Figure 3 in which have been inserted electrical conductors 22.
  • the free ends of these electrical conductors 22 are intended to be heated to solder the electrical conductors together.
  • FIG. 7c represents the interior space of FIGS. 6a and 6b in which electrical conductors 22 have been inserted and then welded.
  • the weld 42 resulting from the solidification of the material fused during welding has a length substantially equal to the total length of the conductors. electrical 22 engaged in said weld and a width substantially equal to the width of the electrical conductors 22 engaged in said weld.

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Abstract

Disclosed is a device for holding one or more electrical conductors of a stator of a rotating electrical machine, the device defining one or more internal spaces adapted to receive one or more electrical conductors to be welded, the device being intended to retain, in each interior space, the fused material from a step of welding said electrical conductors.

Description

Description Description
Titre : Dispositif de maintien de conducteurs électriques à souder Title: Device for holding electrical conductors to be welded
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1913712 déposée le 4 décembre 2019 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence. The present invention claims the priority of the French application 1913712 filed on December 4, 2019, the content of which (text, drawings and claims) is incorporated here by reference.
La présente invention concerne un dispositif de maintien d’un ou plusieurs conducteurs électriques à souder d’un stator de machine électrique tournante. The present invention relates to a device for holding one or more electrical conductors to be welded of a stator of a rotating electrical machine.
Domaine technique Technical area
L’invention porte plus particulièrement sur les machines synchrones ou asynchrones, à courant alternatif. Elle concerne notamment les machines de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques (Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que voitures individuelles, camionnettes, camions ou bus. L’invention s’applique également à des machines électriques tournantes pour des applications industrielles et/ou de production d’énergie, notamment navales, éoliennes ou aéronautiques. The invention relates more particularly to synchronous or asynchronous machines with alternating current. It relates in particular to traction or propulsion machines for electric motor vehicles (Battery Electric Vehicle) and / or hybrids (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), such as passenger cars, vans, trucks or buses. The invention also applies to rotating electrical machines for industrial and / or energy production applications, in particular naval, wind or aeronautical applications.
Technique antérieure Prior art
Le soudage de plusieurs conducteurs électriques adjacents dans une configuration dite à bords relevés, c’est-à-dire avec des conducteurs électriques qui sont à une même hauteur, conduit à des soudures qui sont difficilement pénétrantes. De plus, plus le nombre de brin par conducteurs électriques augmente, plus l’énergie de soudage nécessaire pour réaliser la soudure des conducteurs électriques augmente. The welding of several adjacent electrical conductors in a so-called raised edge configuration, that is to say with electrical conductors which are at the same height, leads to welds which are difficult to penetrate. In addition, the more the number of strands per electrical conductor increases, the more the welding energy required to solder the electrical conductors increases.
Lorsque l’énergie nécessaire au soudage est très élevée, afin d’augmenter la pénétration de la soudure, il existe un risque de destruction des conducteurs électriques par accumulation de l’énergie dans l’extrémité à souder, puis fusion et effondrement de celle-ci. When the energy required for welding is very high, in order to increase the penetration of the weld, there is a risk of destruction of the electrical conductors by accumulation of energy in the end to be welded, then fusion and collapse of it. this.
Cet apport énergétique élevé peut entraîner également une dégradation prononcée de l’isolant et des fils et potentiellement des isolants des encoches du stator, ce qui peut conduire à des défaillances fonctionnelles. L’apport énergétique élevé peut également provoquer la formation d’un grand volume de matière fusionnée, ce qui peut conduire à des soudures présentant une largeur importante. Cette largeur importante peut s’avérer problématique, notamment dans le cas où le pas des encoches du stator est réduit. En effet, les soudures du stator étant alors rapprochées et larges, il existe des risques de court-circuit. This high energy input can also lead to pronounced degradation of the insulation and wires and potentially of the stator notch insulators, which can lead to functional failures. The high energy input can also cause a large volume of fused material to form, which can lead to welds having a large width. This large width can prove to be problematic, in particular in the case where the pitch of the notches of the stator is reduced. Indeed, the stator welds then being close together and wide, there is a risk of short circuit.
Il existe un besoin pour souder ensemble simplement des conducteurs électriques, sans risquer de les détériorer lors de l’opération de soudage, et en réduisant les risques de court-circuit dans le stator. There is a need for simply soldering electrical conductors together, without risking damaging them during the welding operation, and reducing the risks of short circuits in the stator.
Exposé de l’invention Disclosure of the invention
L’invention vise à permettre le soudage aisé des conducteurs électrique d’un stator de machine électrique tournante, tout en maîtrisant la géométrie de la soudure au moyen d’un dispositif de maintien. The invention aims to allow easy welding of the electrical conductors of a rotating electrical machine stator, while controlling the geometry of the weld by means of a holding device.
Résumé de l’invention Summary of the invention
Dispositif de maintien Holding device
L’invention a ainsi pour objet, selon l’un de ses aspects, un dispositif de maintien d’un ou plusieurs conducteurs électriques d’un stator de machine électrique tournante, le dispositif délimitant un ou plusieurs espaces intérieurs adaptés pour recevoir un ou des conducteurs électriques à souder, le dispositif étant destiné à retenir dans chaque espace intérieur la matière fusionnée issue d’une étape de soudage desdits conducteurs électriques. The object of the invention is thus, according to one of its aspects, a device for holding one or more electrical conductors of a rotating electrical machine stator, the device delimiting one or more interior spaces suitable for receiving one or more. electrical conductors to be welded, the device being intended to retain in each interior space the fused material resulting from a step of welding said electrical conductors.
Chaque espace intérieur définit un creuset dans lequel peut être réalisé le soudage du ou des conducteurs électriques. Le dispositif de maintien permet de limiter les écoulements de matière fusionnée issue de la soudure. On peut ainsi maîtriser simplement l’expansion volumique de la soudure, en particulier son expansion vers les côtés. Each interior space defines a crucible in which the welding of the electrical conductor (s) can be carried out. The holding device makes it possible to limit the flow of fused material resulting from the weld. One can thus simply control the volume expansion of the weld, in particular its expansion towards the sides.
Les espaces intérieurs, lorsqu'observés en section transversale, sont de préférence des espaces fermés qui empêchent la matière fusionnée de s'écouler hors du dispositif. The interior spaces, when viewed in cross section, are preferably closed spaces which prevent the fused material from flowing out of the device.
De plus, le dispositif de maintien selon l’invention permet de contenir la matière fusionnée à l’intérieur d’un espace intérieur pendant la phase de solidification. Ceci permet d’imposer une forme prédéterminée à la soudure. In addition, the retainer according to the invention allows the fused material to be contained within an interior space during the solidification phase. This allows a predetermined shape to be imposed on the weld.
La maîtrise de la géométrie de la soudure permet de réduire le risque de court- circuit dans le stator. En effet, lorsque le pas des encoches est réduit, une largeur de soudure trop importante peut provoquer un contact entre des conducteurs électriques disposés dans des encoches différentes, aboutissant ainsi à un court-circuit. De plus, la maîtrise de la géométrie de la soudure permet de limiter l’effet de pointe dans le ou les conducteurs électriques. On entend par « effet de pointe » une accumulation de chaleur dans la ou les extrémités du ou des conducteurs électriques. En effet, le dispositif de maintien permet de favoriser l’évacuation la chaleur issue de la soudure. Controlling the geometry of the weld reduces the risk of a short circuit in the stator. Indeed, when the pitch of the notches is reduced, too large a weld width can cause contact between electrical conductors arranged in different notches, thus resulting in a short circuit. In addition, mastering the geometry of the weld makes it possible to limit the peak effect in the electrical conductor (s). The term “peak effect” is understood to mean an accumulation of heat in the end (s) of the electrical conductor (s). In fact, the holding device makes it possible to promote the evacuation of the heat resulting from the welding.
Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, de U ou de I. At least electrical conductors, if not a majority of electrical conductors, can be in the shape of pins, U or I.
Lorsqu’ observé en section transversale, le ou les espaces intérieurs présentent une superficie sensiblement égale à celle d’une section transversale du ou des conducteurs électriques à souder. When observed in cross section, the interior space (s) have an area substantially equal to that of a cross section of the electrical conductor (s) to be welded.
Le dispositif de maintien peut avoir une forme générale de cylindre. Il peut comporter une face supérieure et une face inférieure. La face inférieure est par exemple destinée à venir en regard du stator pendant l’étape de soudage. The holding device may have the general shape of a cylinder. It may have an upper face and a lower face. The lower face is for example intended to come opposite the stator during the welding step.
L’axe de révolution du dispositif de maintien peut être confondu avec l’axe de rotation de la machine électrique tournante. The axis of revolution of the holding device can be confused with the axis of rotation of the rotating electrical machine.
De préférence le dispositif de maintien peut présenter un contour ayant une forme similaire à celle d’une section transversale du stator. Par exemple, le dispositif présente une forme cylindrique de section transversale circulaire. L’utilisation d’un dispositif de maintien ayant une forme de cylindre de section transversale sensiblement circulaire permet de faciliter son insertion sur le stator d’une machine électrique tournante. Preferably, the retaining device may have an outline having a shape similar to that of a cross section of the stator. For example, the device has a cylindrical shape with a circular cross section. The use of a holding device having a cylinder shape of substantially circular cross section facilitates its insertion on the stator of a rotating electrical machine.
Chaque espace intérieur peut être délimité par deux bords radiaux s’étendant selon des directions radiales de la machine électrique tournante et deux bords circonférentiels s’étendant selon des directions circonférentielles autour de l’axe de rotation de la machine électrique tournante. Each interior space may be delimited by two radial edges extending in radial directions of the rotating electrical machine and two circumferential edges extending in circumferential directions around the axis of rotation of the rotating electrical machine.
Dans un mode de réalisation, les bords radiaux et les bords circonférentiels ont des hauteurs différentes. In one embodiment, the radial edges and the circumferential edges have different heights.
Par exemple, si les bords radiaux sont plus hauts que les bords circonférentiels, la face supérieure du dispositif de maintien correspond alors à l’espace défini par les faces supérieures des bords radiaux. For example, if the radial edges are higher than the circumferential edges, then the upper face of the holding device corresponds to the space defined by the upper faces of the radial edges.
Si les bords radiaux sont plus bas que les bords circonférentiels, la face supérieure du dispositif de maintien correspond alors à l’espace défini par les faces supérieures des bords circonférentiels. If the radial edges are lower than the circumferential edges, the upper face of the holder then corresponds to the space defined by the upper faces of the circumferential edges.
En variante, les bords radiaux et les bords circonférentiels peuvent avoir la même hauteur. Dans ce cas, la face supérieure du dispositif de maintien correspond alors à l’espace défini par l’ensemble des faces supérieures des bords radiaux et des faces supérieures des bords radiaux. Alternatively, the radial edges and the circumferential edges can have the same height. In this case, the upper face of the holding device then corresponds to the space defined by the set of upper faces of the radial edges and the upper faces of the radial edges.
Le dispositif de maintien peut être en contact physique et/ou thermique avec le ou les conducteurs électriques, en particulier en contact physique et thermique avec le ou les conducteurs électriques. Des conducteurs électriques sont en « contact thermique » avec le dispositif de maintien s’ils se trouvent suffisamment proche pour qu’un échange de calories puisse avoir lieu avec ce dernier, sans nécessairement qu’il y ait de contact physique. The holding device may be in physical and / or thermal contact with the electrical conductor (s), in particular in physical and thermal contact with the electrical conductor (s). Electrical conductors are in "thermal contact" with the retainer if they are close enough that heat exchange can take place with the retainer without necessarily having physical contact.
La face supérieure du dispositif avant le soudage peut dépasser la ou les extrémités libres du ou des conducteurs électriques d’une hauteur h inférieure à 5 mm, mieux inférieur à 4 mm, encore mieux inférieur à 3 mm, par exemple de l’ordre de 2 mm. The upper face of the device before welding may protrude from the free end (s) of the electrical conductor (s) with a height h less than 5 mm, better less than 4 mm, even better less than 3 mm, for example of the order of 2 mm.
Le choix d’une telle limite inférieure permet de faire en sorte que les extrémités libres des brins du ou des conducteurs électriques à souder sont suffisamment hautes dans le dispositif pour pouvoir être facilement accessibles lors de la soudure. En effet, si le dispositif dépasse trop les extrémités libres du ou des conducteurs à souder, il est plus difficile d’approcher la source de chaleur pour réaliser la soudure des conducteurs électriques. De plus, si la face supérieure du dispositif est trop haute, elle risque de gêner le déplacement de la source de chaleur d’un espace intérieur du dispositif de maintien à l’autre. The choice of such a lower limit makes it possible to ensure that the free ends of the strands of the electrical conductor or conductors to be welded are sufficiently high in the device to be easily accessible during welding. Indeed, if the device protrudes too far from the free ends of the conductor (s) to be soldered, it is more difficult to approach the heat source to solder the electrical conductors. In addition, if the upper face of the device is too high, it may interfere with the movement of the heat source from one space inside the holder to another.
La face supérieure du dispositif avant le soudage peut dépasser la ou les extrémités libres du ou des conducteurs électriques d’une hauteur supérieure à 1 mm, mieux supérieure à 1,5 mm, par exemple de l’ordre de 2 mm. The upper face of the device before welding may protrude from the free end (s) of the electrical conductor (s) by a height greater than 1 mm, better still greater than 1.5 mm, for example of the order of 2 mm.
Ainsi, la soudure issue du soudage des conducteurs électriques peut rester à l’intérieur de l’un des espaces intérieurs délimités par le dispositif de maintien selon l’invention, sans dépasser la face supérieure du dispositif. La géométrie de la soudure peut alors être maîtrisée simplement. Le choix d’une telle limite supérieure pour la hauteur h permet de s’assurer que la surface de contact entre le dispositif de maintien et les conducteurs électriques est suffisamment grande pour permettre d’évacuer efficacement la chaleur liée à la soudure. Thus, the solder resulting from the soldering of the electrical conductors can remain inside one of the interior spaces delimited by the holding device according to the invention, without going beyond the upper face of the device. The geometry of the weld can then be easily controlled. The choice of such an upper limit for the height h makes it possible to ensure that the contact surface between the holding device and the electrical conductors is large enough to allow the heat associated with the solder to be efficiently removed.
Le dispositif peut être réalisé dans un matériau réfractaire, par exemple un matériau choisi dans la liste suivante, qui n’est pas limitative : de la céramique, notamment de l’alumine, du nitrure de bore, du graphite, du tungstène, du molybdène, du niobium, du platine, du tantale ou du rhénium, et leurs alliages. Un matériau réfractaire est un matériau capable de résister à des températures élevées sans subir de transformation physiques ou chimiques notables. Le matériau réfractaire peut être résistant à des températures supérieures à 1100°C, voire supérieur à 1500°C, mieux supérieures à 2000°C, voire supérieur à 2500°C, encore mieux supérieures à 3000°C. The device can be made from a refractory material, for example a material chosen from the following list, which is not limiting: ceramic, in particular alumina, boron nitride, graphite, tungsten, molybdenum , niobium, platinum, tantalum or rhenium, and their alloys. A refractory material is a material capable of withstanding high temperatures without undergoing significant physical or chemical transformation. The refractory material can be resistant to temperatures greater than 1100 ° C, or even greater than 1500 ° C, better still greater than 2000 ° C, or even greater than 2500 ° C, even better still greater than 3000 ° C.
Le ou les espaces intérieurs peuvent présenter une forme allongée, lorsque observés en section transversale, par exemple une forme oblongue ou rectangulaire. The interior space (s) may have an elongated shape, when viewed in cross section, for example an oblong or rectangular shape.
Dans un mode de réalisation, tous les espaces intérieurs sont de forme oblongue lorsque observés en section transversale. En variante, tous les espaces intérieurs sont de forme rectangulaire lorsque observés en section transversale. En variante encore, une partie des espaces intérieurs sont de forme oblongue lorsque observés en section transversale et le reste des espaces intérieurs sont de forme rectangulaire lorsque observés en section transversale. In one embodiment, all of the interior spaces are oblong in shape when viewed in cross section. Alternatively, all interior spaces are rectangular in shape when viewed in cross section. Still alternatively, a portion of the interior spaces are oblong when viewed in cross section and the remainder of the interior spaces are rectangular when viewed in cross section.
Avantageusement, au moins un espace intérieur a une plus grande dimension s’étendant selon une direction radiale de la machine électrique tournante. Advantageously, at least one interior space has a larger dimension extending in a radial direction of the rotating electrical machine.
En variante, le ou les espaces intérieurs peuvent avoir une plus grande dimension qui s’étend selon une direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine électrique tournante. Alternatively, the interior space (s) may have a larger dimension which extends in a circumferential direction around the axis of rotation of the rotating electrical machine.
Chaque conducteur électrique peut comporter un ou plusieurs brins. Les extrémités libres des brins du ou des conducteurs électriques à souder peuvent être placées à une même hauteur dans chaque espace intérieur. Each electrical conductor can have one or more strands. The free ends of the strands of the electrical conductor or conductors to be welded can be placed at the same height in each interior space.
Dans un autre mode de réalisation, les extrémités libres des brins adjacents d’un conducteur électrique peuvent être décalées axialement d’une distance d non nulle dans chaque espace intérieur. In another embodiment, the free ends of adjacent strands of an electrical conductor can be axially offset by a non-zero distance d in each interior space.
Ensemble Together
L’invention a également pour objet, un ensemble comportant un dispositif de maintien selon l’invention et un stator de machine électrique tournante, le stator comportant une masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, chaque encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques. Another subject of the invention is an assembly comprising a holding device according to the invention and a stator of a rotating electrical machine, the stator comprising a stator mass comprising notches formed between teeth, each notch receiving one or more electrical conductors.
Dans un mode de réalisation, les conducteurs électriques reçus dans une même encoche sont les conducteurs électriques reçus dans un même espace intérieur du dispositif de maintien, à souder entre eux. In one embodiment, the electrical conductors received in the same notch are the electrical conductors received in the same interior space of the holding device, to be welded together.
Le stator peut comporter des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, en forme d'épingles, de U ou de I. Dans un mode de réalisation, les conducteurs électriques reçus dans une même encoche sont les conducteurs électriques reçus dans un même espace intérieur du dispositif de maintien, à souder entre eux. The stator can include at least electrical conductors, or even a majority of electrical conductors, in the shape of pins, U or I. In one embodiment, the electrical conductors received in the same notch are the electrical conductors received in the same interior space of the holding device, to be welded together.
De préférence, les espaces intérieurs du dispositif de maintien sont disposés circonférentiellement par rapport à l’axe de rotation de la machine électrique tournante. Ainsi, la disposition des espaces intérieurs dans le dispositif de maintien correspond à celle des encoches dans la masse statorique. Preferably, the interior spaces of the holding device are arranged circumferentially with respect to the axis of rotation of the rotating electrical machine. Thus, the arrangement of the interior spaces in the holding device corresponds to that of the notches in the stator mass.
Le nombre d’espace intérieur du dispositif de maintien peut être égal au nombre d’encoches du stator. The number of interior spaces of the retainer can be equal to the number of notches in the stator.
Ainsi, toutes les extrémités libres des conducteurs électriques du stator peuvent être insérées dans le dispositif de maintien. Il est alors possible de réaliser le soudage de l’ensemble des conducteurs électriques dans les encoches du stator sans modifier le positionnement du dispositif de maintien au cours de l’opération de soudage. Thus, all the free ends of the electrical conductors of the stator can be inserted into the holding device. It is then possible to weld all of the electrical conductors in the notches of the stator without modifying the positioning of the holding device during the welding operation.
Le nombre d’espaces intérieurs d’un dispositif de maintien selon l’invention peut être compris entre 18 et 96, mieux entre 30 et 84, étant par exemple de 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 78, 81, 92, 96, mieux étant de 60 ou 63. The number of interior spaces of a holding device according to the invention may be between 18 and 96, better still between 30 and 84, being for example 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 78, 81, 92, 96, better still 60 or 63.
Procédé de soudage Welding process
L’invention a encore pour objet un procédé de soudage de conducteurs électriques d’un stator de machine électrique, comportant au moins les étapes suivantes :A further subject of the invention is a method of welding electrical conductors of an electric machine stator, comprising at least the following steps:
(a) mettre en place sur le stator un dispositif de maintien selon l’invention, afin de maintenir en place les conducteurs électriques du stator, (a) place a retaining device according to the invention on the stator, in order to hold the electrical conductors of the stator in place,
(b) provoquer une fusion des conducteurs électriques pour les souder entre eux, (b) cause the electrical conductors to melt in order to weld them together,
(c) retirer le dispositif de maintien du stator. (c) remove the stator retainer.
Dans un mode de réalisation préférentiel, l’intervalle de temps entre l’étape (b) de fusion et l’étape (c) de retrait du dispositif est suffisamment long pour permettre un refroidissement puis une solidification de la matière fusionnée. La solidification peut être totale ou partielle. De préférence, elle est totale. Par exemple, l’intervalle de temps entre l’étape (b) de fusion et l’étape (c) de retrait du dispositif est compris entre 1 s et 20 s, de préférence entre 2 s et 15 s, mieux entre 3 s et 10 s, étant par exemple de l’ordre de 5 s. In a preferred embodiment, the time interval between step (b) of melting and step (c) of removing the device is long enough to allow cooling and then solidification of the fused material. Solidification can be total or partial. Preferably, it is total. For example, the time interval between the melting step (b) and the device removal step (c) is between 1 s and 20 s, preferably between 2 s and 15 s, better between 3 s and 10 s, being for example of the order of 5 s.
L’étape (b) de fusion peut être mise en œuvre au moyen d’une source de chaleur, notamment un laser ou un arc électrique, par exemple un arc électrique produit au moyen d’une électrode de tungstène. Le procédé de soudage utilisant une électrode de tungstène peut être un soudage TIG (en anglais « Tungsten Inert Gas »). Dans ce procédé de soudage, l’arc électrique est produit à partir d’une électrode de tungstène et d’un plasma. L’utilisation d’une source de chaleur permet de réaliser la fusion des extrémités libres des brins sans dégrader l’assemblage des brins du ou des conducteurs électriques. On peut utiliser une seule source de chaleur pour réaliser une même soudure. En variante, on peut utiliser plusieurs sources de chaleur pour réaliser une même soudure, chacune réalisant des soudures dans des encoches distinctes simultanément. Melting step (b) can be carried out by means of a heat source, in particular a laser or an electric arc, for example an electric arc produced by means of a tungsten electrode. The welding process using a tungsten electrode can be TIG welding (in English “Tungsten Inert Gas”). In this welding process, the electric arc is produced from a tungsten electrode and a plasma. The use of a heat source makes it possible to merge the free ends of the strands without degrading the assembly of the strands of the electrical conductor (s). A single heat source can be used to produce the same weld. As a variant, several heat sources can be used to produce the same weld, each performing welds in separate notches simultaneously.
Dans un mode de réalisation, une unique source de chaleur est utilisée pour réaliser l’étape (b) de fusion. En variante, on peut utiliser deux sources de chaleur. En variante encore, on peut utiliser plus de deux sources de chaleur. In one embodiment, a single heat source is used to perform step (b) of melting. Alternatively, two heat sources can be used. As a further variant, more than two heat sources can be used.
Le dispositif de maintien selon l’invention permet de concentrer l’énergie de la source de chaleur vers les conducteurs électriques. Il est ainsi possible d’utiliser une source de chaleur de précision moyenne, par exemple un soudage TIG. Le procédé selon l’invention est ainsi plus économique car il n’est pas nécessaire d’utiliser une source de chaleur précise comme par exemple un laser. The holding device according to the invention allows the energy from the heat source to be concentrated towards the electrical conductors. It is thus possible to use a heat source of medium precision, for example TIG welding. The method according to the invention is thus more economical because it is not necessary to use a precise heat source such as, for example, a laser.
Stator Stator
L’invention a également pour objet un stator de machine électrique tournante, comportant une masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, chaque encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques, le stator comportant au moins une soudure entre au moins deux conducteurs électriques. The subject of the invention is also a stator for a rotating electric machine, comprising a stator mass comprising notches formed between teeth, each notch receiving one or more electrical conductors, the stator comprising at least one weld between at least two electrical conductors.
La longueur de ladite soudure peut être sensiblement égale à la longueur totale des conducteurs électrique engagés dans ladite soudure et/ou la largeur de ladite soudure peut être sensiblement égale à la largeur des conducteurs électrique engagés dans ladite soudure, lorsqu’ observés en section transversale. The length of said weld may be substantially equal to the total length of the electrical conductors engaged in said weld and / or the width of said weld may be substantially equal to the width of the electrical conductors engaged in said weld, when observed in cross section.
Par exemple, si deux conducteurs électriques sont soudés ensemble selon leur largeur, la longueur de la soudure sera égale à la somme des longueurs des deux conducteurs et la largeur de la soudure sera égale à la largeur des conducteurs électriques. For example, if two electrical conductors are welded together according to their width, the length of the weld will be equal to the sum of the lengths of the two conductors and the width of the weld will be equal to the width of the electrical conductors.
L’utilisation d’un dispositif de maintien selon l’invention permet de contrôler la géométrie de la soudure. La géométrie de la soudure peut ainsi être imposée par le dispositif de maintien. Sans l’utilisation d’un tel dispositif, la soudure entre deux conducteurs électriques aurait un volume et une forme liés à la tension superficielle de la matière fusionnée. Dans un mode de réalisation de l’invention, toutes les soudures du stator présentent une largeur égale à la largeur des conducteurs électriques engagés dans la soudure et une longueur égale à la longueur totale des conducteurs électriques engagés dans la soudure. The use of a holding device according to the invention makes it possible to control the geometry of the weld. The geometry of the weld can thus be imposed by the holding device. Without the use of such a device, the solder between two electrical conductors would have a volume and a shape related to the surface tension of the fused material. In one embodiment of the invention, all of the stator welds have a width equal to the width of the electrical conductors engaged in the weld and a length equal to the total length of the electrical conductors engaged in the weld.
En variante, une partie seulement des soudures du stator présentent une largeur égale à la largeur totale des conducteurs électriques engagés dans la soudure et une longueur égale à la longueur totale des conducteurs électriques engagés dans la soudure. Les autres soudures peuvent avoir une forme libre. As a variant, only part of the stator welds have a width equal to the total width of the electrical conductors engaged in the weld and a length equal to the total length of the electrical conductors engaged in the weld. The other welds can have a free form.
Bobinage Winding
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage unique, notamment entier ou fractionnaire. Par « bobinage unique », on entend que les conducteurs électriques sont reliés électriquement ensemble dans le stator, et que les connexions entre les phases sont faites dans le stator, et non pas à l’extérieur du stator, par exemple dans une boite à bornes. The electrical conductors can form a single coil, in particular whole or fractional. By "single winding" is meant that the electrical conductors are electrically connected together in the stator, and that the connections between the phases are made in the stator, and not outside the stator, for example in a terminal box. .
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage distribué. Le bobinage n’est pas concentré ou bobiné sur dent. The electrical conductors can form a distributed coil. The winding is not focused or wound on tooth.
Le bobinage est dans l’invention entier ou fractionnaire. Le bobinage peut être entier à pas avec ou sans raccourcissement, ou en variante fractionnaire. Dans un mode de réalisation, les conducteurs électriques forment un bobinage fractionnaire, notamment à pas raccourci. The winding is in the invention whole or fractional. The winding can be full in pitch with or without shortening, or in a fractional variant. In one embodiment, the electrical conductors form a fractional winding, in particular with a shortened pitch.
Le nombre d’encoches du stator peut être compris entre 18 et 96, mieux entre 30 et 84, étant par exemple de 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 78, 81, 92, 96, mieux étant de 60 ou 63. Le nombre de pôles du stator peut être compris entre 2 et 24, voire entre 4 et 12, étant par exemple de 6 ou de 8. The number of notches in the stator can be between 18 and 96, better still between 30 and 84, being for example 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 78 , 81, 92, 96, better still being 60 or 63. The number of poles of the stator can be between 2 and 24, or even between 4 and 12, being for example 6 or 8.
Le bobinage peut comporter une seule voie d’enroulement ou plusieurs voies d’enroulement. Dans un « conducteur électrique » circule le courant d’une même phase par voie d’enroulement. Par « voie d’enroulement », on entend l’ensemble des conducteurs électriques de la machine qui sont parcourus par un même courant électrique d’une même phase. Ces conducteurs électriques peuvent être connectés entre eux en série ou en parallèle ou en série-parallèle. Dans le cas où on a une seule voie, les conducteurs électriques sont connectés en série. Dans le cas où on a plusieurs voies, les conducteurs électriques de chaque voie sont connectés en série, et les voies sont connectés en parallèle. The winding can have a single winding path or several winding paths. In an "electrical conductor" flows the current of the same phase by winding. By "winding path" is meant all the electrical conductors of the machine which are traversed by the same electric current of the same phase. These electrical conductors can be connected to each other in series or in parallel or in series-parallel. In the case where there is only one channel, the electrical conductors are connected in series. In the case where there are several channels, the electrical conductors of each channel are connected in series, and the channels are connected in parallel.
Conducteurs électriques Dans un « conducteur électrique » circule le courant d’une même phase d’une voie d’enroulement. Plusieurs conducteurs électriques en série forment une « bobine » (« coil » en anglais). Le nombre de bobines par phase est au maximum égal au nombre de pôles du stator ou au nombre de paires de pôles. Electric conductors In an "electrical conductor" flows the current of the same phase of a winding track. Several electrical conductors in series form a "coil". The number of coils per phase is at most equal to the number of poles of the stator or to the number of pairs of poles.
Dans chaque encoche, il peut y avoir une ou plusieurs couches. Par « couche » (« layer » en anglais), on désigne les conducteurs électriques en série appartenant à une même phase disposés dans une même encoche. Dans chaque couche d’une encoche, il y a les conducteurs électriques d’une même phase. De manière générale, les conducteurs électriques d’un stator peuvent être réparties en une couche ou en deux couches. Lorsque les conducteurs électriques sont repartis en une seule couche, chaque encoche ne loge que des conducteurs électriques d’une même phase. In each notch there can be one or more layers. The term “layer” denotes the electrical conductors in series belonging to the same phase arranged in the same notch. In each layer of a notch, there are electrical conductors of the same phase. In general, the electrical conductors of a stator can be distributed in one layer or in two layers. When the electrical conductors are distributed in a single layer, each notch only accommodates electrical conductors of the same phase.
Dans l’invention, les conducteurs électriques peuvent être répartis en deux couches seulement. Dans ce cas, une ou des encoches peuvent loger des conducteurs électriques de deux phases différentes. C’est toujours le cas pour un bobinage à pas raccourci. Dans un mode de réalisation, le bobinage peut ne pas comporter plus de deux couches. Dans un mode de réalisation, il est notamment dépourvu de quatre couches. In the invention, the electrical conductors can be divided into only two layers. In this case, one or more notches can accommodate electrical conductors of two different phases. This is always the case for a short pitch winding. In one embodiment, the coil may not have more than two layers. In one embodiment, it is notably devoid of four layers.
Au moins un premier conducteur électrique logé dans une première encoche peut être relié électriquement à un deuxième conducteur électrique logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches. At least a first electrical conductor housed in a first notch can be electrically connected to a second electrical conductor housed in a second notch, at the outlet from said notches.
Par « reliés électriquement », on entend tout type de liaison électrique, notamment par soudure, avec différentes méthodes de soudures possible, notamment laser, TIG, induction, friction, ultrasons, vibrations, ou brasure, ou par serrage mécanique, notamment par sertissage, vissage ou rivetage par exemple. By “electrically connected” is meant any type of electrical connection, in particular by welding, with different possible welding methods, in particular laser, TIG, induction, friction, ultrasound, vibrations, or soldering, or by mechanical clamping, in particular by crimping, screwing or riveting for example.
Les première et deuxième encoches sont de préférence non consécutives. The first and second notches are preferably non-consecutive.
Les premier et deuxième conducteurs électriques peuvent être reliés électriquement à la sortie des première et deuxième encoches, c’est-à-dire que la liaison électrique est formée sur les conducteurs électriques juste après leur sortie des deux encoches, à une extrémité axiale de la masse statorique. La liaison électrique peut être faite dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la machine. Le plan de la liaison électrique peut être éloigné de la masse statorique de moins de 60 mm, mieux de moins de 40 mm, par exemple de 27 mm ou de 38 mm environ. The first and second electrical conductors can be electrically connected to the output of the first and second notches, that is to say that the electrical connection is formed on the electrical conductors just after their exit from the two notches, at an axial end of the stator mass. The electrical connection can be made in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine. The plane of the electrical connection can be away from the stator mass by less than 60 mm, better still less than 40 mm, for example 27 mm or 38 mm approximately.
Une majorité des conducteurs électriques logés dans une première encoche peuvent être reliés électriquement chacun à un deuxième conducteur électrique respectif logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches. Au moins une encoche, mieux une majorité des encoches, voire plus de la moitié des encoches, mieux plus des deux-tiers des encoches, voire toutes les encoches, peuvent comporter des premiers conducteurs électriques chacun relié électriquement à un deuxième conducteur électrique respectif logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches. A majority of the electrical conductors housed in a first notch can each be electrically connected to a respective second electrical conductor housed in a second notch, at the exit of said notches. At least one notch, better still a majority of the notches, or even more than half of the notches, better still more than two-thirds of the notches, or even all the notches, may include first electrical conductors each electrically connected to a respective second electrical conductor housed in a second notch, at the exit of said notches.
Dans un mode de réalisation, tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre situées à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale, sont reliés électriquement ensemble. In one embodiment, all the electrical conductors having a free end located at the same circumferential position around the axis of rotation of the machine, regardless of their radial position, are electrically connected together.
Les premier et deuxième conducteurs électriques peuvent comporter chacun une portion oblique. Les portions obliques peuvent s’étendre dans une direction circonférentielle, autour de l’axe de rotation de la machine. Les deux portions obliques peuvent être configurées pour converger l’une vers l’autre et permettre ainsi de réaliser la liaison électrique. The first and second electrical conductors can each have an oblique portion. The oblique portions may extend in a circumferential direction, around the axis of rotation of the machine. The two oblique portions can be configured to converge towards each other and thus allow the electrical connection to be made.
Un conducteur électrique peut comporter deux portions obliques, une à chacune de ses deux extrémités. Les deux portions obliques d’un même conducteur électrique peuvent s’étendre dans des directions opposées. Elles peuvent diverger l’une par rapport à l’autre. Elles peuvent être symétriques l’une par rapport à l’autre. An electrical conductor can have two oblique portions, one at each of its two ends. The two oblique portions of the same electrical conductor can extend in opposite directions. They can diverge from each other. They can be symmetrical to each other.
Une majorité des conducteurs électriques peuvent comporter une ou des portions obliques telles que décrites ci-dessus. A majority of the electrical conductors can include one or more oblique portions as described above.
Les conducteurs électriques peuvent être disposés dans les encoches de manière répartie. Par « répartie », il faut comprendre que les conducteurs électriques de départ et de retour sont logés chacun dans des encoches différentes et non consécutives. Au moins l’un des conducteurs électriques peut passer successivement dans deux encoches non consécutives. The electrical conductors can be arranged in the notches in a distributed manner. By “distributed”, it should be understood that the outgoing and return electrical conductors are each housed in different and non-consecutive notches. At least one of the electrical conductors can pass successively through two non-consecutive notches.
Les conducteurs électriques peuvent être disposés de manière rangée dans les encoches. Par « rangée », on entend que les conducteurs électriques ne sont pas disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés selon une rangée de conducteurs électriques alignés dans la direction radiale. En variante, ils sont disposés selon une rangée de conducteurs électriques alignés dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. Dans un mode de réalisation, les brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques sont disposés selon une rangée de brins de conducteurs électriques alignés dans la direction radiale. En variante, ils sont disposés selon une rangée de brins de conducteurs électriques alignés dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. The electrical conductors can be arranged in a row in the notches. The term “row” is understood to mean that the electrical conductors are not arranged in the notches in bulk but in an orderly manner. They are stacked in the notches in a non-random manner, being for example arranged in a row of electrical conductors aligned in the radial direction. As a variant, they are arranged in a row of electrical conductors aligned in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine. In one embodiment, the strands of one or more electrical conductors are arranged in a row of strands of electrical conductors aligned in the radial direction. As a variant, they are arranged in a row of conductor strands electrical aligned in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
Les conducteurs électriques peuvent être en section transversale de forme générale rectangulaire, notamment avec des arêtes arrondies. La dimension circonférentielle d’un conducteur électrique peut correspondre sensiblement à la largeur d’une encoche. Ainsi, une encoche peut ne comporter dans sa largeur qu’un seul conducteur électrique. La largeur de l’encoche est mesurée dans sa dimension circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. The electrical conductors may have a generally rectangular cross section, in particular with rounded edges. The circumferential dimension of an electrical conductor can correspond substantially to the width of a notch. Thus, a notch may have in its width only one electrical conductor. The width of the notch is measured in its circumferential dimension around the axis of rotation of the machine.
Les conducteurs électriques peuvent être adjacents les uns aux autres par leurs grands côtés, autrement appelé le plat. Electrical conductors can be adjacent to each other by their long sides, otherwise called the flat.
L’optimisation de l’empilement peut permettre de disposer dans les encoches une plus grande quantité de conducteurs électriques et donc d’obtenir un stator de plus grande puissance, à volume constant. The optimization of the stack can make it possible to place in the notches a greater quantity of electrical conductors and thus to obtain a stator of greater power, at constant volume.
Chaque encoche peut comporter deux à 36 conducteurs électriques, notamment deux à 24, mieux 2 à 12 conducteurs électriques. Chaque encoche peut comporter deux à huit conducteurs électriques, notamment deux à quatre conducteurs électriques, par exemple deux ou quatre conducteurs électriques. Dans une variante de réalisation chaque encoche comporte deux conducteurs électriques. Dans une autre variante de réalisation, chaque encoche comporte quatre conducteurs électriques. Each notch can include two to 36 electrical conductors, in particular two to 24, better still 2 to 12 electrical conductors. Each notch may include two to eight electrical conductors, in particular two to four electrical conductors, for example two or four electrical conductors. In an alternative embodiment, each notch has two electrical conductors. In another variant embodiment, each notch has four electrical conductors.
Epingles Pins
Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, de U ou de I. L’épingle peut être en forme de U (« U-pin » en anglais) ou droite, étant en forme de I (« I-pin » en anglais). Electrical conductors at least, see a majority of electrical conductors, can be in the shape of pins, U or I. The pin can be U-shaped ("U-pin" in English) or straight, being in form of I ("I-pin" in English).
Les conducteurs électriques en épingle et méplat permettent d’augmenter le coefficient de remplissage de l’encoche, rendant la machine plus compacte. Grâce à un coefficient de remplissage élevé, les échanges thermiques entre les conducteurs électriques et la masse statorique sont améliorés, ce qui permet de réduire la température des conducteurs électriques à l’intérieur des encoches. The hairpin and flat electrical conductors increase the fill factor of the notch, making the machine more compact. Thanks to a high filling coefficient, the thermal exchanges between the electrical conductors and the stator mass are improved, which makes it possible to reduce the temperature of the electrical conductors inside the slots.
En outre, la fabrication du stator peut être facilitée grâce aux conducteurs électriques en forme d'épingles. De plus, le bobinage avec des épingles peut être aisément modifiable en changeant uniquement les connexions entre les épingles au niveau des têtes de bobines. Enfin, les épingles ne nécessitant pas d’avoir des encoches ouvertes, on peut avoir des encoches fermées qui permettent de tenir les épingles et on peut donc ainsi supprimer l’étape d’insertion des cales du stator. In addition, the manufacture of the stator can be facilitated by the electrical conductors in the form of pins. In addition, the winding with pins can be easily modified by changing only the connections between the pins at the coil heads. Finally, since the pins do not need to have open notches, we can have closed notches which make it possible to hold the pins and it is therefore possible to eliminate the step of inserting the stator shims.
Des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, s’étendent axialement dans les encoches. Les conducteurs électriques peuvent être introduits dans les encoches correspondantes par l’une ou les deux extrémités axiales de la machine. Electrical conductors, or even a majority of electrical conductors, extend axially into the notches. The electrical conductors can be introduced into the corresponding notches through one or both axial ends of the machine.
Un conducteur électrique en forme de I a deux extrémités axiales chacune placées à l’une des extrémités axiales du stator. Il passe dans une encoche unique, et peut être soudé à chacune de ses extrémités axiales à deux autres conducteurs électriques, au niveau des extrémités axiales du stator. Le stator peut par exemple comporter six ou douze conducteurs électriques en forme de I, les autres conducteurs électriques pouvant tous être en forme de U. An I-shaped electrical conductor has two axial ends each placed at one of the axial ends of the stator. It passes through a single notch, and can be welded at each of its axial ends to two other electrical conductors, at the axial ends of the stator. The stator may for example comprise six or twelve electrical conductors in the shape of an I, the other electrical conductors possibly all being in the shape of a U.
Un conducteur électrique en forme de U a deux extrémités axiales toutes deux placées à l’une des extrémités axiales du stator. Il passe dans deux encoches différentes, et peut être soudé à chacune de ses extrémités axiales à deux autres conducteurs électriques, au niveau d’un même côté axial du stator. Le bas du U est disposé de l’autre côté axial du stator. A U-shaped electrical conductor has two axial ends both placed at one of the axial ends of the stator. It passes through two different slots, and can be welded at each of its axial ends to two other electrical conductors, at the same axial side of the stator. The bottom of the U is located on the other axial side of the stator.
Brins Strands
Dans l’invention, chaque conducteur électrique comporte un ou plusieurs brins (« wire » ou « strand » en anglais). Par « brin », on entend l’unité la plus élémentaire pour la conduction électrique. Un brin peut être de section transversale ronde, on peut alors parler de ‘fil’, ou en méplat. Les brins en méplat peuvent être mis en forme en épingles, par exemple en U ou en I. Chaque brin est revêtu d’un émail isolant. In the invention, each electrical conductor has one or more strands ("wire" or "strand" in English). By "strand" we mean the most basic unit for electrical conduction. A strand can be of round cross section, we can then speak of "wire", or flat. The flat strands can be shaped into pins, for example a U or an I. Each strand is coated with an insulating enamel.
Le fait que chaque encoche puisse comporter plusieurs conducteurs électriques et/ou plusieurs brins permet de minimiser les pertes par courants induits, ou pertes Joule AC, lesquelles évoluent avec le carré de la fréquence d’alimentation, ce qui est particulièrement avantageux à haute fréquence et lorsque la vitesse de fonctionnement est élevée. On peut ainsi obtenir un meilleur rendement à haute vitesse. The fact that each notch can include several electrical conductors and / or several strands makes it possible to minimize losses by induced currents, or Joule AC losses, which evolve with the square of the supply frequency, which is particularly advantageous at high frequency and when the operating speed is high. It is thus possible to obtain better efficiency at high speed.
La présence des encoches fermées peut permettre d’obtenir une réduction des flux de fuites vu par les conducteurs électriques, ce qui entraîne une diminution des pertes par courants de Foucault dans les brins. The presence of the closed notches can make it possible to obtain a reduction in the flow of leaks seen by the electrical conductors, which results in a decrease in eddy current losses in the strands.
Dans un mode de réalisation, chaque conducteur électrique peut comporter plusieurs épingles, chacune formant un brin, comme explicité ci-dessus. Tous les brins d’un même conducteur électrique peuvent être reliés électriquement les uns aux autres à la sortie de l’encoche. Les brins reliés électriquement les uns aux autres sont placés en court-circuit. Le nombre de brins reliés électriquement ensemble peut être supérieur ou égal à 2, étant par exemple compris entre 2 et 12, étant par exemple de 3, 4, 6 ou 8 brins. In one embodiment, each electrical conductor may include several pins, each forming a strand, as explained above. All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other at the outlet of the notch. The strands electrically connected to each other are placed in short circuit. The number of strands electrically connected together may be greater than or equal to 2, being for example between 2 and 12, being for example 3, 4, 6 or 8 strands.
Plusieurs brins peuvent former un même conducteur électrique. Un même courant électrique d’une même phase circule dans l’ensemble des brins d’un même conducteur électrique. Tous les brins d’un même conducteur électrique peuvent être reliés électriquement les uns aux autres, notamment à la sortie de l’encoche. Tous les brins d’un même conducteur électrique peuvent être reliés électriquement les uns aux autres à chacune de leurs deux extrémités axiales, notamment à la sortie de l’encoche. Ils peuvent être reliées électriquement en parallèle. Several strands can form the same electrical conductor. The same electric current of the same phase flows through all the strands of the same electrical conductor. All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other, especially at the exit of the notch. All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other at each of their two axial ends, in particular at the exit from the notch. They can be electrically connected in parallel.
Tous les brins de tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre situées à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale, peuvent être reliés électriquement les uns aux autres. All strands of all electrical conductors having a free end located at the same circumferential position around the axis of rotation of the machine, regardless of their radial position, can be electrically connected to each other.
Dans un autre mode de réalisation, chaque conducteur électrique comporte trois brins. In another embodiment, each electrical conductor has three strands.
Dans le cas où une encoche comporte deux conducteurs électriques, une encoche peut donc loger six brins, par exemple, répartis entre les deux conducteurs électriques. In the case where a notch has two electrical conductors, a notch can therefore accommodate six strands, for example, distributed between the two electrical conductors.
En variante, une encoche comporte quatre conducteurs électriques. Chaque conducteur électrique peut comporter deux brins. L’encoche loge alors huit brins, répartis entre les quatre conducteurs électriques. As a variant, a notch has four electrical conductors. Each electrical conductor can have two strands. The notch then accommodates eight strands, distributed between the four electrical conductors.
Les brins peuvent être positionnés dans G encoche de façon que leur dimension circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine soit supérieure à leur dimension radiale. Une telle configuration permet une réduction des pertes par courants de Loucault dans les brins. The strands can be positioned in G notch so that their circumferential dimension around the axis of rotation of the machine is greater than their radial dimension. Such a configuration allows a reduction in the losses by Loucault currents in the strands.
Un brin peut avoir une largeur comprise entre 1 et 5 mmm, étant par exemple de l’ordre de 2,5 ou 3 mm. La largeur d’un brin est définie comme sa dimension dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. A strand may have a width of between 1 and 5 mm, being for example of the order of 2.5 or 3 mm. The width of a strand is defined as its dimension in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
Un brin peut avoir une hauteur comprise entre 1 et 4 mmm, étant par exemple de l’ordre de 1,6 ou 1,8 mm. La hauteur d’un brin est définie comme son épaisseur dans la dimension radiale. A strand may have a height of between 1 and 4 mmm, for example being of the order of 1.6 or 1.8 mm. The height of a strand is defined as its thickness in the radial dimension.
Un ratio de la largeur d’un brin sur sa hauteur peut être compris entre 1 et 2,5, mieux entre 1,2 et 2, voire entre 1,4 et 1,8, étant par exemple de 1,56 ou de 1,66. Un tel ratio permet une réduction des pertes par courants de Loucault dans les brins. A ratio of the width of a strand to its height can be between 1 and 2.5, better still between 1.2 and 2, or even between 1.4 and 1.8, being for example 1.56 or 1 , 66. Such a ratio allows a reduction in the losses by Loucault currents in the strands.
Les conducteurs électriques peuvent être réalisés en cuivre ou aluminium. Isolants The electrical conductors can be made of copper or aluminum. Insulators
Les conducteurs électriques sont isolés électriquement de l’extérieur par un revêtement isolant, notamment un émail. Les conducteurs électriques peuvent être séparés des parois de l’encoche par un isolant, notamment par au moins une feuille d’isolant. Un tel isolant en feuille permet une meilleure isolation des conducteurs électriques par rapport à la masse statorique. L’utilisation d’encoches fermées peut permettre d’améliorer le maintien des isolants autour des conducteurs électriques dans les encoches. The electrical conductors are electrically insulated from the outside by an insulating coating, including enamel. The electrical conductors can be separated from the walls of the notch by an insulation, in particular by at least one sheet of insulation. Such a sheet insulator allows better insulation of the electrical conductors with respect to the stator mass. The use of closed notches can improve the retention of insulation around electrical conductors in the notches.
Encoches Notches
Les encoches peuvent être ouvertes ou au moins partiellement fermée. Une encoche partiellement fermée permet de ménager une ouverture au niveau de l’entrefer, qui peut servir par exemple à la mise en place des conducteurs électriques pour le remplissage de l’encoche. Une encoche partiellement fermée est notamment ménagée entre deux dents qui comportent chacune des épanouissements polaires au niveau de leur extrémité libre, lesquels viennent fermer l’encoche au moins en partie. The notches can be open or at least partially closed. A partially closed notch makes it possible to provide an opening at the level of the air gap, which can be used, for example, for the placement of the electrical conductors for filling the notch. A partially closed notch is in particular formed between two teeth which each have pole shoes at their free end, which close the notch at least in part.
En variante, les encoches peuvent être entièrement fermée. Par « encoche entièrement fermée », on désigne des encoches qui ne sont pas ouvertes radialement vers l’entrefer. Alternatively, the notches can be completely closed. By "fully closed notch" is meant notches which are not open radially towards the air gap.
La présence des encoches fermées permet d’améliorer les performances de la machine électrique en termes de qualité du champ magnétique dans l’entrefer, en minimisant le contenu harmonique et les pertes par courants de Foucault dans les conducteurs électriques, et les flux de fuite dans les encoches, ainsi que les fluctuations du champ magnétique dans l’entrefer et réchauffement de la machine. En outre, la présence de ces encoches fermées permet d’améliorer la rigidité mécanique du stator, en renforçant mécaniquement le stator et en réduisant les vibrations. The presence of the closed notches makes it possible to improve the performance of the electric machine in terms of the quality of the magnetic field in the air gap, by minimizing the harmonic content and the eddy current losses in the electric conductors, and the leakage fluxes in the air gap. the notches, as well as the fluctuations of the magnetic field in the air gap and heating of the machine. In addition, the presence of these closed notches improves the mechanical rigidity of the stator, mechanically strengthening the stator and reducing vibrations.
La masse statorique peut être réalisée par empilement de tôles magnétiques, les encoches étant venues par découpage des tôles. La masse statorique peut également être réalisée par taillage dans une masse de poudre magnétique frittée ou agglomérée. The stator mass can be produced by stacking magnetic sheets, the notches being formed by cutting the sheets. The stator mass can also be produced by cutting from a mass of sintered or agglomerated magnetic powder.
Machine et rotor Machine and rotor
L’invention a encore pour objet une machine électrique tournante, tel qu’un moteur synchrone ou une génératrice synchrone, comportant un stator tel que décrit ci- dessus. Le stator peut comporter une masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, chaque encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques. La machine peut être synchrone ou asynchrone. La machine peut être à réluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone. Another subject of the invention is a rotating electrical machine, such as a synchronous motor or a synchronous generator, comprising a stator as described above. The stator may include a stator mass comprising notches formed between teeth, each notch receiving one or more electrical conductors. The machine can be synchronous or asynchronous. The machine can be reluctance. It can constitute a synchronous motor.
La vitesse maximale de rotation de la machine peut être élevée, étant par exemple supérieure à 10 000 tr/min, mieux supérieure à 12000 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 14 000 tr/min à 15 000 tr/min, voire même de 20 000 tr/min ou de 25 000 tr/min. La vitesse maximale de rotation de la machine peut être inférieure à 100 000 tr/min, voire à 60 000 tr/min, voire encore inférieure à 40 000 tr/min, mieux inférieure à 30 000 tr/min. The maximum speed of rotation of the machine can be high, being for example greater than 10,000 rpm, better still greater than 12,000 rpm, being for example of the order of 14,000 rpm at 15,000 rpm or even 20,000 rpm or 25,000 rpm. The maximum speed of rotation of the machine may be less than 100,000 rpm, or even 60,000 rpm, or even less than 40,000 rpm, better still less than 30,000 rpm.
La machine électrique tournante peut comporter un rotor. Le rotor peut être à aimants permanents, avec des aimants surfaciques ou enterrés. Le rotor peut être à concentration de flux. Il peut comporter une ou plusieurs couches d’aimants disposées en I, en U ou en V. En variante, il peut s’agir d’un rotor bobiné ou à cage d’écureuil, ou d’un rotor à réluctance variable. The rotating electric machine may include a rotor. The rotor can be permanent magnet, with surface magnets or buried. The rotor can be in flux concentration. It can include one or more layers of magnets arranged in I, U or V. Alternatively, it can be a wound rotor or squirrel cage, or a variable reluctance rotor.
Le diamètre du rotor peut être inférieur à 400 mm, mieux inférieur à 300 mm, et supérieur à 50 mm, mieux supérieur à 70 mm, étant par exemple compris entre 100 et 200 mm. The diameter of the rotor may be less than 400 mm, better still less than 300 mm, and greater than 50 mm, better still greater than 70 mm, being for example between 100 and 200 mm.
Le rotor peut comporter une masse rotorique s’étendant selon l’axe de rotation et disposée autour d’un arbre. L’arbre peut comporter des moyens de transmission de couple pour l’entraînement en rotation de la masse rotorique. The rotor may include a rotor mass extending along the axis of rotation and disposed around a shaft. The shaft may include torque transmission means for rotating the rotor mass.
Le rotor peut être monté en porte à faux ou non. The rotor may or may not be cantilevered.
La machine peut être insérée seule dans un carter ou insérée dans un carter de boite de vitesse. Dans ce cas, elle est insérée dans un carter qui loge également une boîte de vitesse. The machine can be inserted alone in a housing or inserted in a gearbox housing. In this case, it is inserted in a housing which also houses a gearbox.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
[Lig 1] la figure 1 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’un stator fabriqué conformément à l’invention, [Lig 1] Figure 1 is a perspective view, schematic and partial, of a stator manufactured in accordance with the invention,
[Lig 2] la figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, du stator de la figure 1, [Lig 2] FIG. 2 is a perspective, schematic and partial view of the stator of FIG. 1,
[Lig 3] la figure 3 est une vue de détail, en perspective, du stator de la figure 1, [Lig 4] la figure 4 est une vue de dessus d’un exemple de dispositif selon l’invention, [Fig 5a] la figure 5a est une vue en coupe longitudinale des extrémités libres de conducteurs à souder disposées dans un espace intérieur d’un exemple de dispositif selon l’invention, avant le soudage, [Lig 3] FIG. 3 is a detail view, in perspective, of the stator of FIG. 1, [Lig 4] FIG. 4 is a top view of an example of a device according to the invention, [Fig 5a] Figure 5a is a longitudinal sectional view of the free ends of conductors to be welded arranged in an interior space of an exemplary device according to the invention, before welding,
[Fig 5b] la figure 5b est une vue en coupe longitudinale des extrémités libres de conducteurs à souder disposées dans un espace intérieur d’un exemple de dispositif selon l’invention, pendant le soudage, [Fig 5b] Figure 5b is a longitudinal sectional view of the free ends of conductors to be welded arranged in an interior space of an example of a device according to the invention, during welding,
[Fig 5c] la figure 5c est une vue en coupe longitudinale des extrémités libres de conducteurs à souder disposées dans un espace intérieur d’un exemple de dispositif selon l’invention, après le soudage, [Fig 5c] Figure 5c is a longitudinal sectional view of the free ends of conductors to be welded arranged in an interior space of an example of a device according to the invention, after welding,
[Fig 6a] la figure 6a est une vue en perspective des extrémités libres de conducteurs à souder disposées dans plusieurs espaces intérieurs d’un exemple de dispositif selon l’invention, avant le soudage, [Fig 6a] Figure 6a is a perspective view of the free ends of conductors to be welded arranged in several interior spaces of an example of a device according to the invention, before welding,
[Fig 6b] la figure 6b est une vue en perspective des extrémités libres de conducteurs à souder disposées dans plusieurs espaces intérieurs d’un exemple de dispositif selon l’invention, pendant le soudage, [Fig 6b] Figure 6b is a perspective view of the free ends of conductors to be welded arranged in several interior spaces of an example of a device according to the invention, during welding,
[Fig 7a] la figure 7a est une vue d’un espace intérieur d’un exemple de dispositif selon l’invention avant l’insertion des extrémités libres du ou des conducteurs électriques à souder, [Fig 7a] FIG. 7a is a view of an interior space of an example of a device according to the invention before the insertion of the free ends of the electrical conductor or conductors to be welded,
[Fig 7b] la figure 7b est une vue d’un espace intérieur d’un exemple de dispositif selon l’invention après l’insertion des extrémités libres du ou des conducteurs électriques à souder, [Fig 7b] FIG. 7b is a view of an interior space of an example of a device according to the invention after the insertion of the free ends of the electrical conductor or conductors to be welded,
[Fig 7c] la figure 7c est une vue d’un espace intérieur d’un exemple de dispositif selon l’invention après le soudage des extrémités libres du ou des conducteurs électriques. [Fig 7c] Figure 7c is a view of an interior space of an exemplary device according to the invention after welding the free ends of the electrical conductor (s).
Description détaillée detailed description
On a illustré aux figures 1 à 3 un stator 2 d’une machine électrique tournante 1 comportant également un rotor non représenté. Le stator permet de générer un champ magnétique tournant d’entraînement du rotor en rotation, dans le cadre d’un moteur synchrone, et dans le cas d’un alternateur, la rotation du rotor induit une force électromotrice dans les conducteurs électriques du stator. There is illustrated in Figures 1 to 3 a stator 2 of a rotating electrical machine 1 also comprising a rotor not shown. The stator generates a rotating magnetic field that drives the rotating rotor, as part of a synchronous motor, and in the case of an alternator, the rotation of the rotor induces an electromotive force in the electrical conductors of the stator.
Les exemples illustrés ci-dessous sont schématiques et les dimensions relatives des différents éléments constitutifs n’ont pas été nécessairement respectées. Le stator 2 comporte des conducteurs électriques 22, lesquels sont disposés dans des encoches 21 ménagées entre des dents 23 d’une masse statorique 25. Les encoches 21 sont fermées. The examples illustrated below are schematic and the relative dimensions of the various constituent elements have not necessarily been observed. The stator 2 comprises electrical conductors 22, which are arranged in notches 21 formed between teeth 23 of a stator mass 25. The notches 21 are closed.
Les conducteurs électrique 22 comportent des brins 33. Les brins 33 sont de section transversale de forme générale rectangulaire, notamment avec des coins arrondis. Les brins 33 sont dans l’exemple décrit superposés radialement en une seule rangée. The electrical conductors 22 include strands 33. The strands 33 have a generally rectangular cross section, in particular with rounded corners. The strands 33 are in the example described superimposed radially in a single row.
L’épaisseur e d’un brin 33 est sa dimension dans la direction radiale de la machine. La largeur 1 d’un brin 33 est définie comme sa dimension dans la direction circonférentielle autour de G axe de rotation de la machine. La largeur L de la section à souder correspond à la somme des épaisseurs e de chaque brin. The thickness e of a strand 33 is its dimension in the radial direction of the machine. The width 1 of a strand 33 is defined as its dimension in the circumferential direction around G axis of rotation of the machine. The width L of the section to be welded corresponds to the sum of the thicknesses e of each strand.
Les conducteurs électriques 22 sont pour la plupart d’entre eux en forme d'épingles, à savoir de U ou de I, et s’étendent axialement dans les encoches. Un premier conducteur électrique logé dans une première encoche est relié électriquement à un deuxième conducteur électrique logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches. The electrical conductors 22 are mostly pin-shaped, i.e. U or I, and extend axially into the notches. A first electrical conductor housed in a first notch is electrically connected to a second electrical conductor housed in a second notch, at the outlet from said notches.
Les première et deuxième encoches sont non consécutives. Dans l’exemple illustré, elles sont séparées par 7 autres encoches. En variante, les première et deuxième encoche sont séparées par 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 ou 11 autres encoches, par exemple. The first and second notches are non-consecutive. In the example shown, they are separated by 7 other notches. Alternatively, the first and second notches are separated by 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 or 11 other notches, for example.
La liaison électrique est formée sur les conducteurs électriques juste après leur sortie des deux encoches, à une extrémité axiale de la masse statorique. Les deux conducteurs électriques comportent chacun une portion oblique 22b, qui convergent l’une vers l’autre. The electrical connection is formed on the electrical conductors just after they exit the two notches, at one axial end of the stator mass. The two electrical conductors each have an oblique portion 22b, which converge towards each other.
La liaison électrique entre deux conducteurs est faite dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la machine en provoquant une fusion des extrémités libres 22a des brins des deux conducteurs électriques. The electrical connection between two conductors is made in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine by causing a fusion of the free ends 22a of the strands of the two electrical conductors.
On va maintenant décrire un dispositif de maintien 3 selon l’invention, en références aux figures 4 à 6b. We will now describe a holding device 3 according to the invention, with reference to Figures 4 to 6b.
La figure 4 est une vue de dessus d’un dispositif de maintien 3, lorsque ce dernier est observé suivant l’axe de rotation X de la machine électrique tournante. Le dispositif de maintien 3 présente une section transversale circulaire. Le stator 2, non représenté sur la figure 4, présente également une section transversale circulaire. Le dispositif de maintien 3 possède une pluralité d’espaces intérieur 31. Ces espaces intérieurs 31 sont disposés circonférentiellement autour de l’axe de rotation X de la machine électrique. Lorsque le dispositif de maintien 3 est inséré sur le stator 2, les espaces intérieurs 31 coïncident avec les encoches 21. Ainsi, les conducteurs électriques 22 disposés dans une même encoche 21 du stator sont insérés dans un même espace intérieur 31. FIG. 4 is a top view of a holding device 3, when the latter is observed along the axis of rotation X of the rotary electrical machine. The holding device 3 has a circular cross section. The stator 2, not shown in FIG. 4, also has a circular cross section. The holding device 3 has a plurality of interior spaces 31. These interior spaces 31 are arranged circumferentially around the axis of rotation X of the electric machine. When the retaining device 3 is inserted on the stator 2, the interior spaces 31 coincide with the notches 21. Thus, the electrical conductors 22 arranged in the same notch 21 of the stator are inserted in the same interior space 31.
Dans l’exemple représenté, le nombre d’espaces intérieur 31 est égal au nombre d’encoches 21 du stator. Toutes les extrémités libres des conducteurs électriques 22 du stator sont ainsi insérées dans le dispositif de maintien 3. On peut alors réaliser le soudage de l’ensemble des conducteurs électriques 22 dans les encoches 21 du stator 2 sans modifier le positionnement du dispositif de maintien 3 au cours de l’opération de soudage. In the example shown, the number of interior spaces 31 is equal to the number of notches 21 of the stator. All the free ends of the electrical conductors 22 of the stator are thus inserted into the holding device 3. It is then possible to weld all the electrical conductors 22 in the notches 21 of the stator 2 without modifying the positioning of the holding device 3. during the welding operation.
Les figures 6a et 6b illustrent un dispositif de maintien 3 comportant plusieurs espaces intérieur 31 de forme rectangulaire. Dans chaque espace intérieur 31 sont insérés plusieurs conducteurs électriques 22 à souder. Figures 6a and 6b illustrate a holding device 3 comprising several interior spaces 31 of rectangular shape. In each interior space 31 are inserted several electrical conductors 22 to be welded.
Les conducteurs électriques 22 sont disposés radialement par rapport à l’axe de rotation de la machine électrique tournante dans chaque espace intérieur 31. Chaque espace intérieur 31 est délimité par deux bords radiaux 35 s’étendant selon des directions radiales de la machine électrique tournante et deux bords circonférentiels 34 s’étendant selon des directions circonférentielles autour de l’axe de rotation de la machine électrique tournante. The electrical conductors 22 are arranged radially with respect to the axis of rotation of the rotating electrical machine in each interior space 31. Each interior space 31 is delimited by two radial edges 35 extending in radial directions of the rotating electrical machine and two circumferential edges 34 extending in circumferential directions around the axis of rotation of the rotating electrical machine.
Sur l’exemple de réalisation représenté à la figure 6a, les bords radiaux 35 et les bords circonférentiels 34 ont des hauteurs différentes. In the exemplary embodiment shown in Figure 6a, the radial edges 35 and the circumferential edges 34 have different heights.
Dans l’exemple représenté, les bords radiaux 35 sont plus hauts que les bords circonférentiels 34. La face supérieure du dispositif de maintien 3 correspond donc à l’espace défini par les faces supérieures 32 des bords radiaux 35. In the example shown, the radial edges 35 are higher than the circumferential edges 34. The upper face of the holding device 3 therefore corresponds to the space defined by the upper faces 32 of the radial edges 35.
La figure 5a illustre des conducteurs électriques 22 à souder disposés dans un espace intérieur 31 d’un dispositif de maintien 3 selon l’invention. Dans l’exemple représenté, on soude deux conducteurs électriques 22 comportant chacun trois brins 33. Les conducteurs électriques 22 sont en contact physique et thermique avec le dispositif de maintien 3. FIG. 5a illustrates electrical conductors 22 to be welded arranged in an interior space 31 of a holding device 3 according to the invention. In the example shown, two electrical conductors 22 each comprising three strands 33 are welded. The electrical conductors 22 are in physical and thermal contact with the holding device 3.
Sur les figures 5a à 6b, les faces supérieures 32 des bords radiaux 35 du dispositif de maintien 3 dépassent, avant la soudure, la ou les extrémités libres du ou des conducteurs électriques 22 d’une hauteur h de l’ordre de 2 mm. Ainsi, lors du soudage, le risque de débordement de la matière fusionnée 41 par-dessus les bords circonférentiels 34 est réduit. In Figures 5a to 6b, the upper faces 32 of the radial edges 35 of the holding device 3 protrude, before welding, the free end (s) of the electrical conductor (s) 22 by a height h of the order of 2 mm. Thus, during welding, the risk of the fused material 41 overflowing over the circumferential edges 34 is reduced.
La figure 5b illustre l’opération de soudage des conducteurs électriques 22 disposées dans un espace intérieur 31 d’un dispositif de maintien 3 selon l’invention. Une source de chaleur 4 chauffe les conducteurs électriques 22 pour provoquer une fusion de celles-ci. La matière fusionnée 41 issue de cette fusion s’accumule dans l’espace intérieur, au-dessus des extrémités libres des conducteur électrique 22. La matière fusionnée 41 est maintenue dans l’espace intérieur 31 et ne s’écoule pas sur les côtés. La source de chaleur 4 est pas exemple une électrode de tungstène pour réaliser un soudage TIG. FIG. 5b illustrates the operation of welding the electrical conductors 22 arranged in an interior space 31 of a holding device 3 according to the invention. A heat source 4 heats the electrical conductors 22 to cause a fusion of these. The fused material 41 resulting from this fusion accumulates in the interior space, above the free ends of the electrical conductors 22. The fused material 41 is held in the interior space 31 and does not flow to the sides. The heat source 4 is for example a tungsten electrode for performing TIG welding.
La figure 5c illustre la suite de l’opération de soudage illustrée à la figure 5b. La matière fusionnée 41 est contenue dans l’espace intérieur 31 pendant une durée suffisamment longue pour permettre à la matière fusionnée 41 de se solidifier. De préférence, on attend que la matière fusionnée 41 se soit complètement solidifiée pour éloigner le dispositif de maintien 3 des conducteurs électriques 22. Figure 5c illustrates the continuation of the welding operation illustrated in Figure 5b. The fused material 41 is contained in the interior space 31 for a time long enough to allow the fused material 41 to solidify. Preferably, one waits until the fused material 41 has completely solidified before moving the holding device 3 away from the electrical conductors 22.
À la fin de l’opération de soudage, la matière fusionnée 41 ne dépasse pas la face supérieure 32 du dispositif. Ainsi, la matière fusionnée reste contenue dans l’espace intérieur 31. Lorsqu’elle se solidifie, la matière fusionnée 41 acquiert alors une forme imposée par l’espace intérieur 31. Lorsqu’on écarte le dispositif de maintien 3 la soudure résultant de la solidification de la matière fusionnée 41 conserve la forme qui lui a été imposée par l’espace intérieur 31. On peut ainsi maîtriser simplement la géométrie des soudures des conducteurs électriques d’un stator de machine électrique tournante. At the end of the welding operation, the fused material 41 does not protrude from the upper face 32 of the device. Thus, the fused material remains contained in the interior space 31. When it solidifies, the fused material 41 then acquires a shape imposed by the interior space 31. When the holding device 3 is removed, the weld resulting from the welding. solidification of the fused material 41 retains the shape imposed on it by the interior space 31. It is thus possible to simply control the geometry of the welds of the electrical conductors of a rotating electrical machine stator.
La figure 6b illustre le soudage des conducteurs électriques 22 au moyen d’une source de chaleur 4. La source de chaleur 4 met successivement en fusion les extrémités libres des conducteurs électriques 22 disposés dans chaque espace intérieur 31. Une fois que la source de chaleur 4 a terminé le soudage des conducteurs électriques 22 dans un espace intérieur 31, elle est déplacée afin de souder les conducteurs électriques 22 disposés dans un espace intérieur 31 adjacent. On peut également utiliser plusieurs sources de chaleur 4, chacune réalisant simultanément une soudure dans des espaces intérieurs 31 distincts. FIG. 6b illustrates the welding of the electrical conductors 22 by means of a heat source 4. The heat source 4 successively melts the free ends of the electrical conductors 22 arranged in each interior space 31. Once the heat source 4 has completed the welding of the electrical conductors 22 in an interior space 31, it is moved in order to solder the electrical conductors 22 arranged in an adjacent interior space 31. Several heat sources 4 can also be used, each simultaneously performing a weld in separate interior spaces 31.
La figure 7a représente un espace intérieur 31 d’un dispositif de maintien 3. L’espace intérieur 31 est destiné à recevoir des conducteurs électriques à souder. FIG. 7a shows an interior space 31 of a holding device 3. The interior space 31 is intended to receive electrical conductors to be soldered.
La figure 7b représente l’espace intérieur 31 de la figure 3 dans lequel on a inséré des conducteurs électriques 22. Les extrémités libres de ces conducteurs électriques 22 sont destinés à être chauffé pour les souder les conducteurs électriques entre eux. Figure 7b shows the interior space 31 of Figure 3 in which have been inserted electrical conductors 22. The free ends of these electrical conductors 22 are intended to be heated to solder the electrical conductors together.
La figure 7c représente l’espace intérieur des figures 6a et 6b dans lequel on a inséré puis soudé des conducteurs électriques 22. La soudure 42 issue de la solidification de la matière fusionnée lors du soudage présente une longueur sensiblement égale à la longueur totale des conducteurs électrique 22 engagés dans ladite soudure et une largeur sensiblement égale à la largeur des conducteurs électrique 22 engagés dans ladite soudure. FIG. 7c represents the interior space of FIGS. 6a and 6b in which electrical conductors 22 have been inserted and then welded. The weld 42 resulting from the solidification of the material fused during welding has a length substantially equal to the total length of the conductors. electrical 22 engaged in said weld and a width substantially equal to the width of the electrical conductors 22 engaged in said weld.

Claims

Revendications Claims
1. Dispositif de maintien (3) d’un ou plusieurs conducteurs électriques (22) d’un stator (2) de machine électrique tournante (1), le dispositif délimitant un ou plusieurs espaces intérieurs (31), délimités par deux bords radiaux s’étendant selon des directions radiales de la machine électrique tournante et deux bords circonférentiels s’étendant selon des directions circonférentielles autour de l’axe de rotation de la machine électrique tournante, adaptés pour recevoir un ou des conducteurs électriques (22) à souder, le dispositif étant destiné à retenir dans chaque espace intérieur (31) la matière fusionnée (41) issue d’une étape de soudage desdits conducteurs électriques (22). 1. Device for holding (3) one or more electrical conductors (22) of a stator (2) of a rotating electrical machine (1), the device delimiting one or more interior spaces (31), delimited by two radial edges extending in radial directions of the rotating electrical machine and two circumferential edges extending in circumferential directions around the axis of rotation of the rotating electrical machine, adapted to receive one or more electrical conductors (22) to be welded, the device being intended to retain in each interior space (31) the fused material (41) resulting from a step of welding said electrical conductors (22).
2. Dispositif selon la revendication précédente, étant en contact physique et thermique avec le ou les conducteurs électriques (22). 2. Device according to the preceding claim, being in physical and thermal contact with the electrical conductor or conductors (22).
3. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, le dispositif ayant une forme générale de cylindre, comportant une face supérieure (32) et une face inférieure, la face inférieure étant destinée à venir en regard du stator (2) pendant l’étape de soudage. 3. Device according to one of the two preceding claims, the device having the general shape of a cylinder, comprising an upper face (32) and a lower face, the lower face being intended to come opposite the stator (2) during the welding step.
4. Dispositif selon la revendication 3, la face supérieure (32) du dispositif avant le soudage dépasse la ou les extrémités libres du ou des conducteurs électriques (22) d’une hauteur h inférieure à 5 mm, mieux inférieur à 4 mm, voire inférieure à 3 mm. 4. Device according to claim 3, the upper face (32) of the device before welding exceeds the free end (s) of the electrical conductor (s) (22) by a height h less than 5 mm, better still less than 4 mm, or even less than 3 mm.
5. Dispositif selon l’une des revendications 3 ou 4, la face supérieure (32) du dispositif avant le soudage dépasse la ou les extrémités libres du ou des conducteurs électriques (22) d’une hauteur supérieure à 1 mm, mieux supérieure à 1,5 mm, par exemple de l’ordre de 2 mm. 5. Device according to one of claims 3 or 4, the upper face (32) of the device before welding exceeds the free end or ends of the electrical conductor (s) (22) by a height greater than 1 mm, better greater than 1.5 mm, for example of the order of 2 mm.
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif étant réalisé dans un matériau réfractaire, notamment de la céramique, notamment de l’alumine, du nitrure de bore, du graphite, du tungstène, du molybdène, du niobium, du platine, du tantale ou du rhénium, et leurs alliages. 6. Device according to any one of the preceding claims, the device being made of a refractory material, in particular ceramic, in particular alumina, boron nitride, graphite, tungsten, molybdenum, niobium, platinum, tantalum or rhenium, and their alloys.
7. Dispositif selon la revendication précédente, le matériau réfractaire étant résistant à des températures supérieures à 1100°C, mieux supérieures à 2000°C, encore mieux supérieures à 3000°C. 7. Device according to the preceding claim, the refractory material being resistant to temperatures above 1100 ° C, better above 2000 ° C, even better above 3000 ° C.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le ou les espaces intérieurs (31) présentant une forme allongée, lorsque observés en section transversale, notamment une forme oblongue ou rectangulaire. 8. Device according to any one of the preceding claims, the interior space or spaces (31) having an elongated shape, when observed in cross section, in particular an oblong or rectangular shape.
9. Dispositif selon la revendication précédente, au moins un espace intérieur (31) ayant une plus grande dimension s’étendant selon une direction radiale de la machine électrique tournante (1). 9. Device according to the preceding claim, at least one interior space (31) having a larger dimension extending in a radial direction of the rotating electrical machine (1).
10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque conducteur électrique (22) comportant un ou plusieurs brins, les extrémités libres des brins du ou des conducteurs électriques (22) à souder étant placées à une même hauteur dans chaque espace intérieur (31). 10. Device according to any one of the preceding claims, each electrical conductor (22) comprising one or more strands, the free ends of the strands of the electrical conductor or conductors (22) to be welded being placed at the same height in each interior space ( 31).
11. Ensemble comportant un dispositif de maintien (3) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un stator (2) de machine électrique tournante (1), le stator (3) comportant une masse statorique comportant des encoches (21) ménagées entre des dents (23), chaque encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques (22). 11. An assembly comprising a holding device (3) according to any one of the preceding claims and a stator (2) of a rotating electrical machine (1), the stator (3) comprising a stator mass comprising notches (21) formed between teeth (23), each notch receiving one or more electrical conductors (22).
12. Ensemble selon la revendication précédente, le nombre d’espace intérieur (31) du dispositif de maintien (3) étant égal au nombre d’encoches (21) du stator (2). 12. Assembly according to the preceding claim, the number of interior space (31) of the holding device (3) being equal to the number of notches (21) of the stator (2).
13. Procédé de soudage de conducteurs électriques (22) d’un stator (2) de machine électrique (1), comportant au moins les étapes suivantes : 13. A method of welding electrical conductors (22) of a stator (2) of an electrical machine (1), comprising at least the following steps:
(a) mettre en place sur le stator (2) un dispositif de maintien (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, afin de maintenir en place les conducteurs électriques (22) du stator (2), (a) place on the stator (2) a holding device (3) according to any one of claims 1 to 10, in order to hold in place the electrical conductors (22) of the stator (2),
(b) provoquer une fusion des conducteurs électriques (22) pour les souder entre eux,(b) cause the electrical conductors (22) to melt in order to weld them together,
(c) retirer le dispositif de maintien (3) du stator (2). (c) remove the retainer (3) from the stator (2).
14. Procédé selon la revendication précédente, l’étape (b) de fusion étant mise en œuvre au moyen d’une source de chaleur (4), notamment un laser ou un arc électrique, par exemple un arc électrique produit au moyen d’une électrode de tungstène. 14. Method according to the preceding claim, step (b) of melting being implemented by means of a heat source (4), in particular a laser or an electric arc, for example an electric arc produced by means of a tungsten electrode.
15. Stator (2) de machine électrique tournante (1), comportant une masse statorique comportant des encoches (21) ménagées entre des dents (23), chaque encoche (21) recevant un ou plusieurs conducteurs électriques (22), le stator (2) comportant au moins une soudure (42) entre au moins deux conducteurs électriques (22), la longueur de ladite soudure (42) étant sensiblement égale à la longueur totale des conducteurs électrique (22) engagés dans ladite soudure (42) et/ou la largeur de ladite soudure (42) étant sensiblement égale à la largeur des conducteurs électrique (22) engagés dans ladite soudure (42), lorsqu’ observés en section transversale. 15. Stator (2) of a rotating electrical machine (1), comprising a stator mass comprising notches (21) formed between teeth (23), each notch (21) receiving one or more electrical conductors (22), the stator ( 2) comprising at least one weld (42) between at least two electrical conductors (22), the length of said weld (42) being substantially equal to the total length of the electrical conductors (22) engaged in said weld (42) and / or the width of said weld (42) being substantially equal to the width of the electrical conductors (22) engaged in said weld (42), when viewed in cross section.
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