WO2023052612A1 - Stator pour moteur électrique triphasé et moteur électrique associé - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un stator (1) pour moteur électrique triphasé comprenant: - une pluralité de bobines (5) réparties circulairement sur un corps de stator (3), - un ensemble de cadres de connexion (10) disposés sur différentes couches (c1, c2, c3, c4, c5) superposées axialement et isolées électriquement les unes des autres, lesdits cadres de connexion (10) étant configurés pour assurer les connexions entre les bobines (5) des différentes phases suivant un schéma électrique prédéterminé et pour assurer l'alimentation des différentes phases via trois bornes d'alimentation (12u, 12v, 12w) associées aux phases respectives, dans lequel le sens d'alimentation de l'une des phases est inversé par rapport aux deux autres phases pour limiter l'écart angulaire entre les bornes d'alimentation (12u, 12v, 12w) associés aux alimentations des différentes phases.
Description
Description
Titre de l'invention : Stator pour moteur électrique triphasé et moteur électrique associé
La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques triphasés et notamment les moteurs électriques triphasés destinés à équiper des vélos électriques.
Les vélos électriques sont de plus en plus populaires du fait de la facilité de déplacement qu’ils procurent tout en ayant une consommation énergétique, un impact environnemental et un coût de revient réduits.
Cependant, l’utilisation d’un moteur électrique dans un vélo électrique implique différentes contraintes. Il convient en particulier de fournir un couple important tout en limitant au maximum le poids et l’encombrement du moteur électrique.
Afin de limiter l’encombrement, il est nécessaire de limiter à la fois le diamètre extérieur du stator ainsi que sa longueur axiale. Afin de limiter le diamètre du stator, il est connu de disposer les cadres de connexion assurant les connexions entre les bobines du stator disposées circulairement au centre du cercle formé par les bobines. Cependant, les cadres de connexion doivent être isolés électriquement les uns des autres ce qui tend à augmenter la longueur axiale du stator.
De plus, l’alimentation des phases u, v, w du stator est généralement réalisé par des bornes d’alimentation ou bornes d’entrée ou bornes positives (destinées à être reliées à une borne positive d’une source d’alimentation) associées aux différentes phases. Or, du fait de l’agencement des bobines, ces bornes d’alimentation sont généralement éloignées les unes des autres, les bobines à alimenter de chacune des phases étant disposées à 120° les unes des autres comme représenté sur la figure 1 où les bornes d’alimentation de chaque phase sont indiquées par des hexagones et les bobines par des disques. Des bornes de sortie ou bornes négatives (destinées à être reliées à une borne négative d’une source d’alimentation ou à la masse) sont disposées de manière diamétralement opposée aux bornes d’alimentation ou bornes d’entrée des phases respectives. Les figures 2 à 6 représentent les différentes couches c1 , c2, c3, c4, c5 de cadres de connexion permettant de réaliser les différentes connexions entre les bobines pour obtenir un
montage triphasé en étoile dans le cas d’un stator à 18 bobines (6 bobines par phase). La couche c1 de la figure 2 assure les connexions des bobines de la première phase. La couche c2 de la figure 3 assure les connexions des bobines de la deuxième phase. La couche c3 de la figure 4 assure les connexions des bobines de la troisième phase. Les couches des figures 5 et 6 assurent les connexion entre les phases pour obtenir le montage en étoile. Ainsi, afin de réduire l’encombrement et rapprocher les bornes d’alimentation les unes des autres, il est nécessaire de réduire cet écart angulaire entre les différentes bornes d’alimentation associées aux différentes phases sans ajouter de surépaisseur dans la direction axiale pour limiter la longueur du stator ni de câbles extérieurs qui augmenteraient le diamètre du stator.
Il convient donc de fournir une solution permettant de rapprocher les bornes d’alimentation les unes des autres sans augmenter les dimensions du stator. A cet effet, l’invention a donc pour objet un stator pour moteur électrique triphasé comprenant :
- une pluralité de bobines réparties circulairement sur un corps de stator,
- un ensemble de cadres de connexion disposés sur différentes couches superposées axialement et isolées électriquement les unes des autres, lesdits cadres de connexion étant configurés pour assurer les connexions entre les bobines des différentes phases suivant un schéma électrique prédéterminé et pour assurer l’alimentation des différentes phases via trois bornes d’alimentation associées aux phases respectives, dans lequel le sens d’alimentation de l’une des phases est inversé (c’est-à-dire que l’emplacement des bornes d’alimentation et de sortie de cette phase sont inversées) par rapport aux deux autres phases pour limiter l’écart angulaire entre les bornes d’alimentation associées aux alimentations des différentes phases.
L’inversion du sens d’alimentation de l’une des phases permet de placer les trois bornes d’alimentation dans un intervalle angulaire de 120° et ainsi réduire l’écartement angulaire entre les différentes bornes d’alimentation par rapport à l’état de la technique (intervalle angulaire de 360°)
Selon un autre aspect de la présente invention, les cadres de connexion associés aux bornes d’alimentation permettant l’alimentation des différentes phases sont disposés sur une même couche de cadres de connexion.
Selon un autre aspect de la présente invention, les cadres de connexion associés à l’alimentation des deux autres phases s’étendent en direction du cadre de connexion associé à l’alimentation de la phase dont le sens d’alimentation est inversé pour recevoir la borne d’alimentation associée afin de réduire l’écart angulaire entre les bornes d’alimentation associées à l’alimentation des différentes phases.
Selon un autre aspect de la présente invention, au moins une des couches de cadres de connexion est utilisée pour réaliser :
- des liaisons entre les bobines de différentes phases et/ou
- des liaisons entre les bobines d’une phase et l’alimentation d’une ou plusieurs phases.
Selon un autre aspect de la présente invention, le schéma électrique prédéterminé est un montage en étoile ou en triangle.
Selon un autre aspect de la présente invention, le stator comprend dix-huit bobines , chaque phase comprenant une première et une deuxième branches de trois bobines reliées en série et dans lequel les cadres de connexion sont répartis sur cinq couches. D’autres configurations, par exemple à douze bobines, sont également possibles.
Selon un autre aspect de la présente invention, une première et une deuxième couches de cadre de connexion comprennent respectivement les cadres de connexion associés aux connexions des bobines d’une première et d’une deuxième phase, une troisième couche de cadre de connexion comprend les cadres de connexion associés à une première partie des connexions des bobines associées à la troisième phase, une quatrième couche comprend les cadres de connexion d’alimentation des phases et un cadre de connexion de mise en parallèle des trois premières branches associées aux trois phases et une cinquième couche comprend les cadres de connexion associés à la deuxième partie des connexions des bobines de la troisième phase et un cadre de connexion de mise en parallèle des trois deuxièmes branches associées aux trois phases.
Selon un autre aspect de la présente invention, l’inversion du sens d’alimentation d’une phase est obtenue en inversant les connexions entre les entrées et les sorties associées à la phase, c’est-à-dire la borne d’alimentation ou borne d’entrée ou borne positive (destinée à être reliée à une borne positive d’une source d’alimentation) et la borne de sortie ou borne négative (destinée à être reliée à une borne négative d’une source d’alimentation ou à la masse).
Selon un autre aspect de la présente invention, l’inversion du sens d’alimentation d’une phase est obtenu en inversant le sens de bobinage de la phase.
La présente invention concerne également un moteur électrique comprenant un stator tel que décrit précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
[Fig.1 ] représente une vue schématique d’un stator et des connexions associées pour assurer l’alimentation des bobines selon un mode de réalisation de l’état de la technique;
[Fig.2] représente une vue schématique d’une première couche de cadres de connexion associés aux connexions des bobines d’une première phase ainsi qu’une borne d’alimentation permettant l’alimentation de la première phase selon un mode de réalisation de l’état de la technique; ;
[Fig.3] représente une vue schématique d’une deuxième couche de cadres de connexion associés aux connexions des bobines d’une deuxième phase ainsi qu’une borne d’alimentation permettant l’alimentation de la deuxième phase selon un mode de réalisation de l’état de la technique ;
[Fig.4] représente une vue schématique d’une troisième couche cadres de connexion associés aux connexions des bobines d’une troisième phase ainsi qu’une borne d’alimentation permettant l’alimentation de la troisième phase selon un mode de réalisation de l’état de la technique;
[Fig.5] représente une vue schématique d’une quatrième couche de cadres de connexion associés à une première partie des connexions entre les bobines des
différentes phases pour obtenir un montage en étoile selon un mode de réalisation de l’état de la technique;
[Fig.6] représente une vue schématique d’une cinquième couche de cadres de connexion associés à une deuxième partie des connexions entre les bobines des différentes phases pour obtenir un montage en étoile selon un mode de réalisation de l’état de la technique ;
[Fig.7] représente une vue schématique d’un stator selon un mode de réalisation de la présente invention comprenant certaines couches de cadres de connexion ;
[Fig.8] représente une première couche de cadres de connexion associés aux connexions des bobines d’une première phase;
[Fig.9] représente une vue schématique d’un stator selon un mode de réalisation de la présente invention comprenant certaines couches de cadres de connexion ;
[Fig.10] représente une deuxième couche de cadres de connexion associés aux connexions des bobines d’une deuxième phase;
[Fig.11 ] représente une vue schématique d’un stator selon un mode de réalisation de la présente invention comprenant certaines couches de cadres de connexion ;
[Fig.12] représente une troisième couche de cadres de connexion associés à une partie des connexions des bobines d’une troisième phase;
[Fig.13] représente une quatrième couche de cadres de connexion associés à l’alimentation des phases via des bornes d’alimentation et à une première partie des connexions entre les bobines des différentes phases pour obtenir un montage en étoile ;
[Fig.14] représente une cinquième couche de cadres de connexion associés à une deuxième partie des connexions entre les bobines des différentes phases pour obtenir un montage en étoile et à une deuxième partie des connexions des bobines de la troisième phase;
[Fig.15] représente une superposition des différentes couches de cadre de connexion selon un mode de réalisation de la présente invention ;
[Fig.16] représente une vue schématique d’un stator selon un autre mode de réalisation de la présente invention comprenant certaines couches de cadres de connexion ;
Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.
Concernant les numéros de référence une référence composée d’un nombre et d’une lettre, par exemple 10a, désigne un élément particulier, ici un cadre de connexion particulier d’une classe générique d’éléments correspondant au nombre, ici la référence 10 désigne l’ensemble des cadres de connexion 10a, 10b....
La présente invention concerne un stator 1 pour moteur électrique triphasé. Le moteur électrique comprend une pluralité de bobines 5 disposées sur un corps de stator 3. Dans la suite de la description, le stator 1 comprend dix-huit bobines 5, soit six bobines 5 par phase. Les phases sont configurés selon un montage en étoile, chaque phase comprend une première et une deuxième branches de trois bobines reliées en série. Cependant un nombre de bobines 5 différent ou une configuration différente, par exemple en triangle, peuvent aussi être utilisés. Le corps de stator 3 comprend une pluralité de dents 7 venant par exemple de matière avec une culasse 9 comme représenté sur la figure 7 mais d’autres configurations par exemple avec des dents 7 séparées peuvent également être utilisées sans sortir du cadre de la présente invention. Les bobines 5, représentées schématiquement par des disques sur la figure
7, sont formées par un enroulement de spires d’un fil de bobinage autour des dents 7. Les dents 7, et donc les bobines 5, sont réparties circulairement sur le corps de stator 3. Les bobines 5 sont disposées de manière à limiter le nombre de connexions entre les bobines 5 non-adjacentes. Les connexions électriques entre les bobines 5 non- adjacentes sont réalisés par des cadres de connexion 10 disposés au centre des bobines 5. Ainsi, le stator 1 comprend un ensemble de cadres de connexion 10 disposés sur différentes couches superposées axialement et isolées électriquement les unes des autres. Les cadres de connexion 10 sont configurés pour assurer les connexions entre les bobines 5 des différentes phases suivant un schéma électrique prédéterminé, ici un montage en étoile mais d’autres montages, par exemple en triangle sont également possibles. Les cadres de connexion 10 sont également configurés pour assurer l’alimentation des différentes phases via des bornes d’alimentation 12, une borne d’alimentation 12 par phase. La position des bornes d’alimentation 12 est représentée schématiquement par des hexagones référencés 12u, 12v et 12w.
La figure 7 représente notamment une première couche c1 de cadres de connexion associée aux connexions des bobines d’une première phase. La première couche c1 comprend quatre cadres de connexion notés 10a, 10b, 10c et 10d comme représenté sur la figure 8. Chaque cadre de connexion 10a, 10b, 10c, 10d est réalisé sous la forme d’un arc de cercle dont les extrémités relient deux bobines de la première phase. La figure 7 représente également des cadres de connexion d’autres couches qui seront décrits plus en détails par la suite.
De plus, afin de réduire l’écart angulaire entre les différentes bornes d’alimentation 12u, 12v, 12w, le sens d’alimentation de l’une des phases, ici la phase associée à la borne d’alimentation 12v, est inversé par rapport aux deux autres phases. Par inversion du sens d’alimentation, on entend que les entrées et sorties d’alimentation sont inversées. Alternativement, l’inversion du sens d’alimentation peut être réalisé en inversant le sens d’enroulement du bobinage associé à cette phase. Ainsi, au lieu d’avoir trois bornes d’alimentation 12u, 12v, 12w disposées à 120° les unes des autres comme sur la figure 1 , les bornes d’alimentation 12u, 12v, 12w sont réparties sur un arc de cercle de 120°, deux bornes d’alimentation adjacentes étant séparées de 60° comme représenté sur la figure 7.
La figure 9 représente notamment une deuxième couche c2 de cadres de connexion 10 associée aux connexions des bobines 5 d’une deuxième phase. La deuxième couche c2 comprend quatre cadres de connexion notés 10e, 10f , 10g et 10h comme représenté sur la figure 10. Chaque cadre de connexion 10e, 10f , 10g, 10h est réalisé sous la forme d’un arc de cercle dont les extrémités relient deux bobines de la deuxième phase.
La figure 11 représente notamment une troisième couche c3 de cadres de connexion 10 associée à une première partie des connexions des bobines d’une troisième phase. La troisième couche comprend deux cadres de connexion notés 10i, 10j comme représenté sur la figure 12. Chaque cadre de connexion 10i, 10j est réalisé sous la forme d’un arc de cercle dont les extrémités relient deux bobines de la troisième phase. La figure 13 représente une quatrième couche c4 de cadres de connexion 10 dont les cadres dé connexion 10u, 10v, 10w sont associés aux bornes d’alimentation 12u, 12v, 12w permettant l’alimentation des phases ainsi qu’un cadre de connexion 10m associé à une première partie des connexions inter-phases associées au montage en étoile permettant la mise en parallèle des premières branches de chacune des phases. Il est également à noter que les cadres de connexion de cette quatrième couche c4 apparaissaient également sur les figures 7, 9 et 11 .
La figure 14 représente notamment une cinquième couche c5 de cadres de connexion 10. Les cadres de connexion 10k et 101 de cette cinquième couche c5 sont associés à une deuxième partie des connexions des bobines 5 de la troisième phase et le cadre de connexion 10n est associé à une deuxième partie des connexions inter-phases associées au montage en étoile permettant la mise en parallèle des deuxièmes branches de chacune des phases.
La figure 15 représente une superposition des cinq couches c1 , c2, c3, c4, c5 de cadres de connexion 10 présentés sur les figures 8, 10, 12, 13 et 14.
Les différentes couches de cadres de connexion 10 ont donc une forme générale annulaire formée par différents arcs de cercle et peuvent être superposées axialement, les différentes étant séparées par des couches intercalaires isolantes électriquement pour éviter tout court-circuit entre les différents cadres de connexion 10. L’ensemble formé par les différents couches peut être disposé au centre du corps de stator 3,
c’est-à-dire au centre des bobines 5 disposées sur le corps de stator 3 comme représenté sur les figures 7, 9 et 11 .
Ainsi, l’inversion du sens d’alimentation de l’une des phases combinée à la configuration des cadres de connexion présentée sur les figures 7 à 14 permet d’obtenir un stator 1 dont les bornes d’alimentation 12u, 12v, 12w sont regroupées dans une portion angulaire de 120° sans augmenter les dimensions (radiale ou axiale) du stator 1 .
Afin de réduire encore l’écart angulaire entre les bornes d’alimentation 12u, 12v et 12w associées aux différentes phases, les cadres de connexion 10u et 10w associés aux phases dont l’alimentation n’est pas inversée peuvent être prolongés vers le cadre de connexion 10v associé à la phase dont l’alimentation est inversée comme représenté sur la figure 7, 9 et 11 et les bornes d’alimentation 12u et 12w peuvent être positionnées à l’extrémité des cadres de connexion 10u et 10w située du côté du cadre de connexion 10v comme représenté sur la figure 16. Une telle configuration permet de réduire encore l’écart angulaire entre les différentes bornes d’alimentation 12 et ainsi réduire l’encombrement global du stator 1.
La présente invention concerne également un moteur électrique comprenant un stator 1 tel que décrit précédemment.
Claims
[Revendication 1 ] Stator (1 ) pour moteur électrique triphasé comprenant :
- une pluralité de bobines (5) réparties circulairement sur un corps de stator (3),
- un ensemble de cadres de connexion (10) disposés sur différentes couches (c1 , c2, c3, c4, c5) superposées axialement et isolées électriquement les unes des autres, lesdits cadres de connexion (10) étant configurés pour assurer les connexions entre les bobines (5) des différentes phases suivant un schéma électrique prédéterminé et pour assurer l’alimentation des différentes phases via trois bornes d’alimentation (12u, 12v, 12w) associées aux phases respectives, caractérisé en ce que
- le sens d’alimentation de l’une des phases est inversé par rapport aux deux autres phases pour limiter l’écart angulaire entre les bornes d’alimentation (12u, 12v, 12w) associés aux alimentations des différentes phases.
[Revendication 2] Stator (1 ) selon la revendication 1 dans lequel les cadres de connexion (10u, 10v, 10w) associés aux bornes d’alimentation (12u, 12v, 12w) permettant l’alimentation des différentes phases sont disposés sur une même couche (c4) de cadres de connexion (10).
[Revendication 3] Stator (1 ) selon la revendication 2 dans lequel les cadres de connexion (10u, 10w) associés à l’alimentation des deux autres phases s’étendent en direction du cadre de connexion (10v) associé à l’alimentation de la phase dont le sens d’alimentation est inversé pour recevoir la borne d’alimentation (12v) associée afin de réduire l’écart angulaire entre les bornes d’alimentation (12u, 12v, 12w) associées à l’alimentation des différentes phases.
[Revendication 4] Stator (1 ) selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins une des couches (c1 , c2, c3, c4, c5) de cadres de connexion est utilisée pour réaliser :
- des liaisons entre les bobines de différentes phases et/ou
- des liaisons entre les bobines d’une phase et l’alimentation d’une ou plusieurs phases.
[Revendication 5] Stator (1 ) selon l’une des revendications précédente dans lequel le schéma électrique prédéterminé est un montage en étoile.
[Revendication 6] Stator (1 ) selon l’une des revendications précédentes comprenant dix-huit bobines (5), chaque phase comprenant une première et une deuxième branches de trois bobines (5) reliées en série et dans lequel les cadres de connexion (10) sont répartis sur cinq couches (c1 , c2, c3, c4, c5).
[Revendication 7] Stator (1 ) selon la revendication précédente dans lequel une première (c1 ) et une deuxième (c2) couches de cadre de connexion (10) comprennent respectivement les cadres de connexion (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f , 10g, 10h) associés aux connexions des bobines (5) d’une première et d’une deuxième phase, une troisième couche (c3) de cadre de connexion (10) comprend les cadres de connexion (1 Oi, 10j) associés à une première partie des connexions des bobines (5) associées à la troisième phase, une quatrième couche (c4) comprend les cadres de connexion (10u, 10v, 10w) d’alimentation des phases et un cadre de connexion (10m) de mise en parallèle des trois premières branches associées aux trois phases et une cinquième couche (c5) comprend les cadres de connexion (10k, 101) associés à la deuxième partie des connexions des bobines (5) de la troisième phase et un cadre de connexion (10n) de mise en parallèle des trois deuxièmes branches associées aux trois phases.
[Revendication 8] Stator (1 ) selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’inversion du sens d’alimentation d’une phase est obtenue en inversant les connexions entre les entrées et les sorties associées à la phase.
[Revendication 9] Stator (1 ) selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’inversion du sens d’alimentation d’une phase est obtenu en inversant le sens de bobinage de la phase.
[Revendication 10] Moteur électrique comprenant un stator (1 ) selon l’une des revendications précédentes.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22793763 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2022793763 Country of ref document: EP Effective date: 20240430 |