WO2023198968A1 - Machine électrique tournante - Google Patents
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Abstract
Machine électrique (1) tournante comportant : - un carter (2), - un stator (3) comportant des conducteurs électriques de bobinage stator, le stator étant disposé dans le carter, notamment par frettage, - un onduleur, - un connecteur de phases (4), comportant un support isolant (40) portant des conducteurs électriques de connecteur de phases présentant des pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator (41) et/ou à un bus de l'onduleur (42), et - une ou plusieurs entretoises de fixation (5) du connecteur de phases au carter.
Description
Description
Titre : Machine électrique tournante
La présente invention revendique la priorité de la demande française 2203508 déposée le 15 avril 2022 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Domaine technique
La présente invention concerne les machines électriques tournantes et plus particulièrement les machines comportant un connecteur de phases. L’invention s’intéresse plus particulièrement à la réduction des vibrations d’une telle machine, en particulier du connecteur de phases.
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 les 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, aéronautiques ou éoliennes.
Technique antérieure
Il est connu d’utiliser des connecteurs de phases pour permettre le raccordement du bobinage d’un stator de machine électrique à un onduleur. Les conducteurs du bobinage du stator sont soudés au connecteur de phases via des pattes de connexion. Le connecteur de phases comporte également des pattes de connexion à un bus d’alimentation d’un onduleur.
Dans les machines de l’art antérieur, le connecteur de phases est maintenu au reste de la machine électrique uniquement via ces soudures et via les bus d’alimentation de l’onduleur.
Or, dans une telle configuration, la machine électrique peut vibrer de sorte que la machine et donc le connecteur de phases peuvent être soumis à de fortes contraintes vibratoires. Les vibrations auxquelles la machine est soumise entrainent des détériorations comme par exemple des fissurations du support isolant du connecteur de phases, des ruptures
des soudures entre les conducteurs électriques du stator et les pattes de connexion du connecteur de phases, des ruptures des conducteurs électriques du stator sous les soudures, des ruptures de l’isolation du stator comme par exemple le déchirement du papier isolant disposé dans les encoches, l’écaillage de l’émail des conducteurs électriques du stator ou encore la fissuration de la résine du stator.
De plus, lorsque les soudures sont reparties dans une seule région du connecteur de phases, un axe préférentiel de vibration peut être créé et une rupture préférentielle d’une ou plusieurs des soudures peut être à craindre.
Les demandes US 20210/194308, EP 3 646 443, FR 2 995 472 divulguent un connecteur de phases fixé uniquement au stator. Une telle disposition a pour inconvénient d’être encombrante au niveau des têtes de bobines du bobinage du stator.
La demande EP 3 857 682 divulgue un connecteur de phases comportant des languettes posées sur un épaulement de carter. Une telle disposition a pour inconvénient d’être encombrante suivant la direction radiale de la machine. Ceci a pour effet d’engendrer beaucoup de frottements.
La demande FR 2 886 476 divulgue un connecteur comportant des liaisons mécaniques avec un palier arrière de la machine.
Les demandes US 2020/0106198 et JP 2021-132465 divulguent des moyens de maintien supplémentaires sur l’onduleur.
La demande EP 3 555 995 divulgue des lames ressort flexibles en contact avec le carter. Ce système ne permet pas de rigidifïer suffisamment la machine pour réduire significativement les contraintes vibratoires. De plus, une telle disposition a pour inconvénient d’être encombrante suivant la direction radiale de la machine. Ceci a pour effet d’engendrer beaucoup de frottements.
Il existe donc un besoin pour réduire les contraintes vibratoires s’exerçant sur la machine électrique.
Résumé de l’invention
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, grâce à une machine électrique tournante comportant :
- un carter,
- un stator comportant des conducteurs électriques de bobinage stator, le stator étant disposé
dans le carter, notamment par frettage,
- un onduleur,
- un connecteur de phases, comportant un support isolant portant des conducteurs électriques de connecteur de phases présentant des pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator et/ou à un bus de l’onduleur, et
- une ou plusieurs entretoises de fixation du connecteur de phases au carter.
La ou les entretoises permettent de fixer le connecteur de phases au carter. Le connecteur de phases est ainsi maintenu au reste de la machine électrique autrement que seulement par ses pattes de connexion aux conducteurs électriques de bobinage stator et/ou à un bus de l’onduleur. De préférence, la machine est dépourvue d’une pièce rapportée reliant le connecteur de phases au stator.
Le connecteur de phases est ainsi mieux maintenu dans la machine et donc l’assemblage stator est rigidifïé. Le connecteur de phases est ainsi moins soumis aux vibrations et le risque de cassure des conducteurs électriques de bobinage stator au niveau de la connexion aux pattes du connecteur de phases et/ou à un bus de l’onduleur est réduit.
La rigidifïcation de la machine, et en particulier de l’ensemble formé par le carter, le connecteur de phases et le stator permet de réduire les amplitudes vibratoires et donc les efforts exercés sur les éléments les plus fragiles. Ceci permet de minimiser les différents risques vibratoires.
Cette fixation du connecteur de phases au carter permet également d’obtenir un meilleur assemblage entre le connecteur de phases et le stator. En particulier, ceci permet d’assurer une bonne coaxialité du connecteur de phases vis-à-vis du stator et/ou du rotor. Cette disposition permet également un bon positionnement des écrous pour l’opération de vissage du bus de l’onduleur.
La machine électrique conserve toutefois suffisamment de souplesse pour que l’ensemble ne soit pas cassant.
Le connecteur de phases peut ne pas être connecté à un redresseur.
Par « axe sollicitant » il faut comprendre un axe autour duquel le connecteur de phases peut vibrer.
Pour minimiser les amplitudes vibratoires, il est préférable de placer les entretoises les plus éloignées possible de l’axe sollicitant autour duquel les vibrations sont les plus importantes. Les conducteurs de bobinage stator comportent des têtes de bobines.
L’ajout d’une fixation du connecteur de phases au carter plutôt qu’une fixation supplémentaire aux conducteurs électriques de bobinage stator et/ou au stator permet de contourner les problèmes d’encombrement au niveau des têtes de bobines liés au bobinage du stator.
Par « frettage » il faut comprendre un ajustement serré entre deux pièces, une extérieure, par exemple le carter, et une intérieure, par exemple le stator. La pièce extérieure peut être chauffée afin de la dilater avant de l’enfiler sur la pièce intérieure. En variante, la pièce intérieure peut être refroidie afin de la contracter avant de l’insérer dans la pièce extérieure. On peut également simultanément chauffer la pièce extérieure et refroidir la pièce intérieure.
En plus d’être fretté dans le carter, le stator peut également être bloqué dans le carter par bridage, par exemple au moyen d’une bride fixée au carter par des vis.
Par « carter » il faut comprendre une enveloppe protégeant les différents éléments interne de la machine électrique, en particulier le rotor et le stator. Le carter peut être rigide. Cette rigidité permet de ne pas engendrer d’harmoniques supplémentaires lors de tests vibratoires. Le carter peut être passif, c’est-à-dire dépourvu d’éléments électroniques, notamment d’électronique de puissance. Le carter peut être en une ou plusieurs parties, notamment en une, deux ou en trois parties. Les différentes parties du carter peuvent être réunies. En variante, le carter peut être fait en une seule partie d’un seul tenant. Le carter peut faire partie intégrante du châssis de l’appareil, par exemple d’un véhicule, comportant la machine électrique. Le carter peut porter les éléments principaux de la machine, notamment le stator et les roulements. Le carter peut porter les parties actives de la machine.
Par « parties actives » il faut comprendre les éléments électriques et les éléments mécano magnétiques, par exemple le rotor et le stator, convertissant l'énergie mécanique en énergie électrique.
Le carter peut être usiné ou réalisé en fonderie. Le carter peut être réalisé en métal, par exemple en aluminium. En variante le carter peut être réalisé en un matériau plastique.
Le carter peut être massif. Le poids du carter peut être supérieur à 2 kg, mieux supérieur à 3 kg, mieux supérieur 4 kg, étant par exemple de l’ordre de 5kg ou 17 kg.
Le poids du carter peut être inférieur à 25 kg, mieux inférieur à 20 kg étant par exemple de l’ordre de 5kg ou 17 kg.
L’épaisseur mesurée entre la surface interne et la surface externe du carter peut être supérieure à 3 mm, mieux supérieure à 4 mm, mieux supérieure à 5 mm, par exemple de l’ordre de 5 mm ou de 15 mm.
Le carter peut être la pièce principale de la machine en poids et/ou en volume.
Dans la machine selon l’invention, toute l’électronique peut être portée par l’onduleur. L’onduleur peut être relié mécaniquement au connecteur de phases.
La machine peut être utilisée comme moteur ou comme générateur. La machine peut être à reluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone ou en variante un générateur synchrone. En variante encore, elle constitue une machine asynchrone. La machine électrique peut ne pas être un alternateur.
La vitesse maximale de rotation de la machine peut être élevée, étant par exemple supérieure à 10 000 tr/min, mieux supérieure à 12 000 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 24 000 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.
L’invention peut convenir tout particulièrement pour des machines de forte puissance.
La machine peut comporter un seul rotor intérieur ou, en variante, un rotor intérieur et un rotor extérieur, disposés radialement de part et d’autre du stator et accouplés en rotation.
Les parties actives peuvent être insérées dans un carter ou insérées dans un carter de boite de vitesse. Dans ce cas, elle est insérée dans un carter qui loge également une boîte de vitesse.
Le stator peut comporter des dents définissant entre elles des encoches. Les encoches peuvent être au moins partiellement fermées. 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.
En variante, les encoches peuvent être entièrement fermées. Par « encoche entièrement fermée », on désigne des encoches qui ne sont pas ouvertes radialement vers l’entrefer.
Dans un mode de réalisation, au moins une encoche, voire chaque encoche, peut être continûment fermée du côté de l’entrefer par un pont de matière venu d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. Toutes les encoches peuvent être fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière fermant les encoches. Les ponts de matière peuvent être venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. La masse statorique est alors dépourvue de découpe entre les dents et les ponts de matière fermant les encoches, et les encoches sont alors continûment fermées du côté de l’entrefer par les ponts de matière venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche.
En outre, les encoches peuvent également être fermées du côté opposé à l’entrefer par une culasse rapportée ou d’un seul tenant avec les dents. Les encoches ne sont alors pas ouvertes radialement vers l’extérieur. La masse statorique peut être dépourvue de découpe entre les dents et la culasse.
Dans un mode de réalisation, chacune des encoches est de contour continûment fermé. Par « continûment fermé », on entend que les encoches présentent un contour fermé continu lorsqu’elles sont observées en section transversale, prise perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine. On peut faire le tour complet de l’encoche sans rencontrer de découpe dans la masse statorique.
Le stator peut comporter des bobines disposées de manière répartie dans les encoches, ayant notamment des conducteurs électriques disposés de manière rangée dans les encoches. Par « réparti », on entend qu’au moins l’une des bobines passe successivement dans deux encoches non adjacentes.
Les conducteurs électriques peuvent ne pas être disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés en rangées de conducteurs électriques alignés. L’empilement des conducteurs électriques est par exemple un empilement selon un réseau hexagonal dans le cas de conducteurs électriques de section transversale circulaire.
Le stator peut comporter des conducteurs électriques logés dans les encoches. 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).
Les conducteurs électriques peuvent ainsi former un bobinage distribué. Le bobinage peut ne pas être concentré ou bobiné sur dent.
Dans une variante de réalisation, le stator est à bobinage concentré. Le stator peut comporter des dents et des bobines disposées sur les dents. Le stator peut ainsi être bobiné sur dents, autrement dit à bobinage non réparti.
Les dents du stator peuvent comporter des épanouissements polaires. En variante, les dents du stator sont dépourvues d’épanouissements polaires.
Le stator peut comporter une carcasse extérieure entourant la culasse.
Les dents du stator peuvent être réalisées avec un empilage de tôles magnétiques, recouvertes chacune d’une résine isolante, afin de limiter les pertes par courants induits.
Entretoise
La machine peut comporter une, deux ou trois entretoises de fixation du connecteur de phases au carter.
La machine peut comporter entre 1 et 10, mieux entre 1 et 8, mieux entre 1 et 6, mieux entre 1 et 3 entretoises de fixation au carter.
La machine peut comporter un nombre d’entretoises de fixation au carter au plus égal au nombre d’encoches du stator, voire au plus égal à la moitié du nombre d’encoches du stator, mieux au plus égal à un tiers du nombre d’encoches du stator, mieux encore au plus égal à un quart du nombre d’encoches du stator, voire au plus égal à un huitième du nombre d’encoches du stator, au plus égal à un douzième du nombre d’encoches du stator.
Le connecteur de phases peut être de préférence sensiblement circulaire. La ou les entretoises peuvent être disposées dans les espaces disponibles entre les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator et les pattes de connexion à un bus de l’onduleur. Ceci permet d’obtenir un connecteur de phases plus compact.
Les entretoises peuvent être équiréparties sur le connecteur de phases autour de l’axe de rotation de la machine électrique. Par exemple, le connecteur de phases peut comporter deux entretoises disposées à sensiblement 180° l’une de l’autre autour de l’axe de rotation de la machine électrique. En variante, le connecteur de phases peut comporter trois entretoises disposées à sensiblement 120° les unes des autres autour de l’axe de rotation de la machine électrique.
En variante, les entretoises ne sont pas équiréparties. Deux entretoises consécutives peuvent être séparées d’un angle compris entre 30 et 180°, mieux entre 40 et 140°, mieux entre 60 et 120°, par exemple d’un angle de l’ordre de 60° ou de 120°.
Le connecteur de phases peut comporter une première partie comportant les pattes de connexions aux conducteurs de bobinage stator et une deuxième partie comportant les pattes de connexion à un bus de l’onduleur. Le maintien mécanique du connecteur de phases au reste de la machine électrique est principalement assuré du côté de la première partie comportant les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator. À cause de ce maintien principal d’un seul côté, le connecteur de phases peut risquer de tourner autour d’un axe de vibration correspondant à l’axe de séparation entre les deux parties. Ceci peut augmenter le risque de cassure des soudures entre les conducteurs électriques du bobinage et les pattes de connexions du connecteur de phases.
On peut placer la ou les entretoises, notamment une ou deux entretoises, dans la deuxième partie du connecteur de phases comportant les pattes de connexion à un bus de l’onduleur. Le connecteur de phases est alors plus stable, et sa rotation est ainsi réduite. Dans le cas où le connecteur de phases comporte deux entretoises, elles peuvent être disposées de part et d’autre des pattes de connexion à un bus de l’onduleur.
Dans un mode de réalisation particulier, le connecteur de phases peut comporter trois entretoises, en particulier deux entretoises disposées dans la deuxième partie comportant les pattes de connexion à un bus de l’onduleur, notamment de part et d’autre des pattes de connexion à un bus de l’onduleur, et une entretoise disposée dans la première partie comportant les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator, notamment en regard des pattes de connexion à un bus de l’onduleur.
L’écart angulaire entre une entretoise de fixation et la patte de connexion aux conducteurs de bobinage stator et/ou à un bus de l’onduleur la plus proche de ladite entretoise peut être supérieur à 3°, mieux supérieur à 25°, mieux supérieur à 40°, mieux supérieur à 55°, par exemple de l’ordre de 63° ou de l’ordre de 90°.
Au moins une entretoise peut être disposée à au moins 3°, mieux à au moins 25°, mieux à au moins 40°, mieux à au moins 55° par exemple à sensiblement 60° ou à sensiblement 90° d’un axe sollicitant du connecteur de phases.
Au moins une entretoise peut être disposée à au plus 177°, mieux à au plus 155°, mieux à au plus 140°, mieux à au plus 125°, par exemple à sensiblement 120° ou 90° d’un axe sollicitant du connecteur de phases.
La distance minimale d’une entretoise à un axe sollicitant du connecteur de phase peut être supérieure à 3 mm, mieux supérieure à 10 mm, mieux supérieure à 20 mm, mieux supérieure à 30 mm, par exemple de l’ordre de 35 mm ou de 90 mm.
La distance minimale d’une entretoise à un axe sollicitant du connecteur de phase peut être inférieure à 150 mm, mieux inférieure à 130 mm, mieux inférieure à 110 mm, mieux inférieure à 90 mm, par exemple de l’ordre de 35 mm ou de 90 mm.
La ou les entretoises de fixation peuvent s’étendre axialement. Par « s ’étendre axialement » il faut comprendre que les entretoises s’étendent le long d’un axe d’élongation parallèle à un axe de rotation X de la machine.
En variante, la ou les entretoises peuvent s’étendre radialement, notamment perpendiculairement à un axe de rotation X de la machine, par exemple selon un ou des axes sollicitant de la machine.
La surface extérieure et/ou la surface intérieure de la ou les entretoises de fixation peut être de forme sensiblement cylindrique.
La ou les entretoises de fixation peuvent comporter une ou plusieurs ailettes disposées à leur base. Ces ailettes permettent de rigidifïer les entretoises de fixation.
Élément de fixation
Les entretoises peuvent être adaptées pour recevoir un élément de fixation. Par exemple, la ou les entretoises peuvent être des cylindres creux. Elles peuvent comporter une paroi délimitée par une surface externe et une surface interne. La surface interne du cylindre creux peut également être cylindrique. En variante, la ou les entretoises peuvent être des cylindres pleins.
La ou les entretoises peuvent être sensiblement indéformables. Ceci permet d’assurer un bon maintien mécanique du connecteur de phases et réduire ainsi les vibrations.
Dans le cas d’une pluralité d’entretoises, les entretoises peuvent toutes avoir la même hauteur. En variante, les entretoises peuvent avoir des hauteurs différentes.
La ou les entretoises peuvent avoir une hauteur comprise entre 3 et 120 mm, mieux entre 5 et 90 mm, mieux entre 10 et 60 mm, mieux entre 15 et 30 mm, par exemple de l’ordre de 20 mm. Le choix de la hauteur de l’entretoise peut dépendre de la distance entre
le connecteur de phases et la surface interne du carter. Dans le cas d’une entretoise adaptée pour recevoir un élément de fixation, le choix de la hauteur de l’entretoise peut aussi dépendre de la longueur de l’élément de fixation.
La ou les entretoises peuvent être de section transversale sensiblement circulaire.
Le diamètre extérieur d’une entretoise peut être compris entre 3 et 100 mm, mieux entre 4 et 70 mm, mieux entre 5 et 40 mm, mieux entre 6 et 10 mm, par exemple de l’ordre de 7 mm.
La section transversale délimitée par la surface interne du cylindre creux d’une entretoise peut avoir une surface comprise entre 12 et 5000 mm2, mieux entre 20 et 3500 mm2, mieux entre 25 et 2000 mm2, par exemple de l’ordre de 28 mm2.
La surface s’étendant entre le diamètre interne et le diamètre externe du cylindre creux d’une entretoise peut avoir une superficie comprise entre 4 et 6600 mm2, mieux entre 10 et 4000 mm2, mieux entre 20 et 2000 mm2, mieux entre 30 et 500 mm2, par exemple de l’ordre de 32 mm2.
Le diamètre intérieur d’une entretoise qui est un cylindre creux peut être compris entre 1 et 40 mm, mieux entre 1,5 et 30 mm, mieux entre 2 et 20 mm, mieux entre 2,5 et 10 mm, par exemple de l’ordre de 3mm.
Lorsqu’une entretoise est un cylindre creux, l’épaisseur de la paroi, c’est-à-dire l’épaisseur entre la surface externe et la surface interne peut être comprise entre 0,5 et 30 mm, mieux entre 1 et 20 mm, mieux entre 1,5 et 10 mm, mieux entre 1,7 et 5 mm, par exemple de l’ordre de 2 mm. L’épaisseur est ainsi suffisante pour permettre un bon maintien d’un élément de fixation dans l’entretoise.
La ou les entretoises de fixation peuvent être raccordées au connecteur de phases, en particulier au support isolant du connecteur de phases.
La ou les entretoises peuvent être en matière thermoplastique comme par exemple en Polyamide 6 (PA6), en Polysulfure de phénylène (PPS), en Polytéréphtalate de butylène (PBT), en Polyphthalamide (PPA), cette liste n’étant pas limitative. La matière thermoplastique peut être renforcée par des charges, comme par exemple des fibres, notamment des fibres de verre, ou des particules. La ou les entretoises peuvent être en matière thermodurcissable comme par exemple en polyimide.
Le support isolant du connecteur de phases peut être en matière thermoplastique comme par exemple en Polyamide 6 (PA6), en Polysulfure de phénylène (PPS), en
Polytéréphtalate de butylène (PBT), en Polyphthalamide (PPA), cette liste n’étant pas limitative. La matière thermoplastique peut être renforcée par des charges comme par exemple des fibres notamment des fibres de verre ou des particules. Le support isolant du connecteur de phases peut être en matière thermodurcissable comme par exemple en polyimide.
La ou les entretoises de fixation peuvent être réalisées dans le même matériau que le support isolant du connecteur de phases. En variante, la ou les entretoises peuvent être réalisées dans un matériau différent de celui du support isolant.
La ou les entretoises peuvent être d’un seul tenant avec le support isolant du connecteur de phases. En variante, la ou les entretoises peuvent être rapportées sur le connecteur de phases, par exemple elles peuvent être collées sur celui-ci, notamment sur le support isolant. En variante elles peuvent être fixées au connecteur de phases par exemple au moyen d’un ensemble vis et écrou.
Dans une autre variante de réalisation, la ou les entretoises peuvent être raccordées au carter. La ou les entretoises peuvent être en matière plastique ou dans un matériau métallique. La ou les entretoises peuvent être d’un seul tenant avec le carter. En variante, la ou les entretoises peuvent être rapportées sur le carter, par exemple elles peuvent être collées sur celui-ci. En variante elles peuvent être fixées au carter par exemple au moyen d’un ensemble vis et écrou. Un élément de fixation, par exemple une vis, peut traverser une entretoise raccordée au carter et peut être fixé, par exemple vissé, sur le connecteur de phases.
Le carter peut présenter une ou plusieurs ouvertures de fixation en regard de chaque entretoise de fixation. La ou les ouvertures de fixation peuvent être traversantes.
Chaque entretoise de fixation peut être fixée au carter par un élément de fixation qui peut s’étendre à travers une des ouvertures de fixation du carter.
L’élément de fixation permet d’exercer un effort de compression sur le carter qui peut ainsi maintenir le connecteur de phases en place.
L’élément de fixation peut avoir une longueur comprise entre 3 et 120 mm, mieux entre 5 et 90 mm, mieux entre 10 et 60 mm, mieux entre 15 et 30 mm, par exemple de l’ordre de 14 mm.
La longueur de l’élément de fixation est choisie de telle sorte que la longueur de prise est suffisante pour permettre d’avoir un effort d’arrachement suffisamment haut pour
ne pas avoir de problème en vibratoire. La longueur de l’élément de fixation peut être deux fois supérieure à son diamètre. Le diamètre de l’élément de fixation est choisi pour avoir un effort à l’arrachement supérieur à l’effort généré par les vibrations.
Dans un mode de réalisation, avant leur fixation au carter, les entretoises peuvent être dépourvues de filetage, par exemple de pas de vis, sur leur paroi interne. La paroi interne de la ou des entretoises peut être lisse. Ceci permet d’améliorer le maintien mécanique de l’entretoise.
L’élément de fixation peut être inséré depuis l’extérieur du carter à travers l’ouverture de fixation puis fixé à l’entretoise. En variante l’élément de fixation peut être inséré depuis l’intérieur du carter au travers de l’ouverture de fixation. Par exemple, une vis peut être déjà présente sur le connecteur de phases, puis on peut insérer le connecteur de phases et le stator dans le carter en faisant passer la vis à travers l’ouverture de fixation du carter et enfin on peut finaliser la fixation du connecteur de phases au carter avec un écrou disposé à l’extérieur du carter.
L’élément de fixation peut être une vis auto-formeuse. Par « vis auto-formeuse » il faut comprendre une vis qui crée un filetage en déformant le matériau à l’intérieur de l’entretoise. L’élément de fixation peut ne pas être une vis auto-taraudeuse.
En variante, l’élément de fixation peut être une vis auto-taraudeuse. Par « vis auto-taraudeuse » il faut comprendre une vis qui crée un filetage en coupant le matériau à l’intérieur de l’entretoise. On crée alors des angles vifs dans le matériau plastique.
L’élément de fixation peut être une vis et chaque entretoise de fixation peut comporter un insert adapté pour recevoir ladite vis.
L’insert peut être sertis. En variante l’insert peut être surmoulé. L’insert peut être métallique. En variante l’insert peut être en matière plastique. L’insert peut par exemple comporter un ou plusieurs épaulements.
L’utilisation d’un insert permet d’améliorer le maintien mécanique du connecteur de phases au carter via l’entretoise.
L’entretoise de fixation peut s’étendre à travers l’ouverture de fixation du carter, et l’entretoise peut comporter à son extrémité libre un épaulement exerçant une force de compression contre le carter, en particulier contre la face externe du carter.
Dans ce mode de réalisation, la fixation du connecteur de phases au carter est assurée par la ou les entretoises. Il n’y a pas d’élément supplémentaire de fixation tel que des vis. Ce mode de réalisation permet donc une fixation simple.
Dans ce mode de réalisation, l’entretoise peut être un cylindre plein.
L’épaulement de chaque entretoise peut être obtenu par bouterollage. Le bouterollage permet de déformer localement l’entretoise de sorte à former un excès de matière créant ainsi l’épaulement. La bouterolle est appliquée sur chaque entretoise s’étendant à travers une ouverture de fixation depuis l’extérieur du carter.
La ou les entretoises peuvent être en matière plastique, on parle alors de bouterollage. En variante, la ou les entretoises peuvent être métalliques, on parle alors de rivetage.
Les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator et/ou à un bus d’alimentation du stator peuvent être équiréparties autour d’un axe de rotation X de la machine.
L’équipartition des pattes de connexion aux conducteurs de bobinage permet de répartir les points de fixation du connecteur de phases au stator. Les vibrations sont donc moins concentrées sur un axe sollicitant, elles sont ainsi mieux réparties. Ceci réduit le risque de cassure des soudures entre les pattes de connexion du connecteur de phases et les conducteurs électrique du bobinage.
La machine selon l’invention peut avoir une puissance d’au moins 10 kW, mieux d’au moins 15 kW, mieux d’au moins 20 kW, par exemple de l’ordre de 25 kW ou de 157 kW ou de 180 kW.
Le poids de la machine peut être compris entre 10 et 120 kg, mieux entre 15 et 100 kg, mieux entre 20 et 80 kg, par exemple de l’ordre de 25 kg.
La longueur du carter principal seul peut être comprise entre 200 et 600 cm, mieux entre 210 et 500 cm, mieux entre 220 et 450 cm, mieux entre 230 et 400 cm, par exemple de l’ordre de 250 cm.
Le diamètre du stator peut être compris entre 100 et 400 mm, mieux entre 110 et 300 mm, mieux entre 120 et 260 mm, mieux entre 130 et 220 mm, par exemple de l’ordre de 150 mm.
Le système de connexion du connecteur de phases au carter permet de réduire les vibrations de la machine électrique.
Au moins une partie des conducteurs de bobinage stator, voire une majorité des conducteurs de bobinage stator, étant en forme d'épingle en U ou en I.
Les machines électriques bobinées avec des fils et non avec des épingles sont directement reliées à l’onduleur. Il n’y a donc pas besoin de connecteur de phases contrairement aux machines bobinées avec des épingles. Les sollicitations vibratoires d’une machine électrique bobinée avec des fils sont donc moins importantes.
En variante, les conducteurs de bobinage stator peuvent comporter un ou des fils continus. Le ou les fils continus peuvent être bobinés autour des dents du stator. Un même fil continu peut être bobiné autour de plusieurs dents successivement.
L’invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un véhicule comportant une machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, le véhicule étant hybride.
Le véhicule peut par exemple comporter en plus du moteur électrique un moteur thermique, par exemple un moteur à essence.
Une machine électrique d’un véhicule hybride présente une sollicitation vibratoire forte puisqu’elle cumule les vibrations thermiques et les vibrations électriques. La machine électrique selon l’invention permet de réduire simultanément ces deux types de vibrations.
En variante le véhicule peut être électrique. Il peut alors comporter uniquement une machine électrique.
Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen des dessins annexés, sur lesquels :
[Fig la] La figure la est une vue en perspective d’une machine selon un mode de réalisation de l’art antérieur,
[Fig 1b] La figure 1b est une vue en perspective du connecteur de la machine de la figure la,
[Fig le] La figure le est une vue de face de la machine de la figure la,
[Fig 2a] La figure 2a est une vue en perspective d’une machine électrique tournante selon de l’invention,
[Fig 2b] La figure 2b est une vue de face de la machine de la figure 2a,
[Fig 2c] La figure 2c est une vue en coupe longitudinale de la machine de la figure 2a,
[Fig 2d] La figure 2d est une vue en perspective du connecteur de la machine de la figure 2a,
[Fig 2e] La figure 2e est une vue de dessus du connecteur de la figure 2d,
[Fig 3a] La figure 3a est une vue analogue à la figure 2d d’une variante de réalisation,
[Fig 3b] La figure 3b est une vue analogue à la figure 2e de la variante de réalisation de la figure 3 a,
[Fig 4] La figure 4 est une vue analogue à la figure 2d d’une variante de réalisation,
[Fig 5] La figure 5 est une vue analogue à la figure 2d d’une variante de réalisation,
[Fig 6a] La figure 6a est une vue analogue à la figure 2a d’une variante de réalisation,
[Fig 6b] La figure 6b est une vue analogue à la figure 2d de la variante de réalisation de la figure 6a,
[Fig 7] La figure 7 est une vue en coupe d’une machine électrique selon la variante de réalisation de la figure 2a,
[Fig 8a] La figure 8a est une vue analogue à la figure 2d d’une variante de réalisation,
[Fig 8b] La figure 8b est une vue de détail d’une entretoise de fixation de la variante de réalisation de la figure 8a,
[Fig 9a] la figure 9a est une vue partielle en perspective d’une machine selon une variante de réalisation,
[Fig 9b] la figure 9b est une vue analogue à la figure 2d de la variante de réalisation de la figure 9a avant le bouterollage,
[Fig 9c] la figure 9c est une vue analogue à la figure 2d de la variante de réalisation de la figure 9a après le bouterollage,
[Fig 9d] la figure 9d est une vue analogue à la figure 8b de la variante de réalisation de la figure 9a, et
[Fig 10] la figure 10 est une en perspective et partielle du connecteur de phases et d’une partie du carter d’une machine électrique d’une variante de réalisation de l’invention.
Description détaillée
Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent des éléments identiques ou similaires.
On a illustré aux figures la, 1 b et le une machine électrique 1 selon un mode de réalisation connu de l’art antérieur. Cette machine électrique 1 comporte un carter 2, un stator 3 disposé dans le carter 2, et un connecteur de phases 4. Le stator 3 comporte des conducteurs électriques de bobinage qui forment des têtes de bobines 30. La carter 2, le stator 3 et le connecteur de phases 4 sont coaxiaux.
Le connecteur de phases 4 comporte un support isolant 40 portant des conducteurs électriques de connecteur de phases présentant des pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41 et des pattes de connexion à un bus de l’onduleur 42. Le connecteur de phases 4 comporte également une fixation pour un capteur de température 43.
Le connecteur de phases 40 est fixé aux têtes de bobine 30 du stator par des soudures entre les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41 et les conducteurs électriques de bobinage. Dans ce mode de réalisation, il n’y a pas d’autre fixation du connecteur de phases au reste de la machine électrique.
Les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41 sont en majorité disposées à l’opposé des pattes de connexion à un bus de l’onduleur 42. La portion du connecteur de phases qui ne comporte pas de pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41 n’est donc pas fixée au bobinage stator. Lors du fonctionnement de la machine, le connecteur de phases vibre autour de l’axe sollicitant Y.
Ces vibrations peuvent entrainer notamment des détériorations des soudures entre les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41 et les conducteurs électriques de bobinage.
La machine 1 selon le mode de réalisation des figures 2a à 2e, comporte un carter 2, un stator 3 et un connecteur de phases 4 tel que décrit ci-dessus.
Dans ce mode de réalisation, le connecteur de phases comporte en outre une entretoise de fixation 5 au carter 1.
L’entretoise de fixation 5 est faite d’un seul tenant avec le support isolant 40 du connecteur de phases. Elle présente une surface extérieure sensiblement cylindrique. Comme cela est plus particulièrement visible à la figure 2d, l’entretoise de fixation 5 est un cylindre creux. Elle est ainsi adaptée pour recevoir un élément de fixation 51 comme par exemple une vis. Elle est disposée du côté des pattes de connexion à un bus de l’onduleur 42. L’écart angulaire a, indiqué figure 2e, entre l’entretoise de fixation 5 et la patte de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41a la plus proche de ladite entretoise est de l’ordre de 63°.
Dans ce mode de réalisation, l’élément de fixation 51, qui est par exemple une vis, est inséré depuis l’extérieur du carter et est vissé dans l’entretoise de fixation 5. L’élément de fixation 51 exerce ainsi un effort de compression contre la paroi extérieure du carter. L’entretoise de fixation 5 et l’élément de fixation 51 permettent de créer un point de fixation du connecteur de phases 4 au carter 2 et ainsi réduire les vibrations de la machine, en particulier du connecteur de phases, lors du fonctionnement de la machine.
Une autre variante de réalisation de l’invention est représentée aux figures 3a et 3b. Dans cette variante, les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41 sont réparties différemment. Dans ce mode de réalisation, l’écart angulaire a entre l’entretoise 5 et la patte de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41a la plus proche de ladite entretoise est de l’ordre de 17°.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, le connecteur comporte deux entretoises de fixation 5. Ces dernières sont disposées de part et d’autre des pattes de connexion à un bus de l’onduleur 42. L’écart angulaire entre les deux entretoises de fixation 5 est de l’ordre de 180°.
Dans le mode de réalisation de la figure 5, le connecteur comporte trois entretoises de fixation 5a, 5b, 5c. Les trois entretoises de fixation 5a, 5b, 5c peuvent être sensiblement équiréparties autour de l’axe de rotation X de la machine 1.
Deux des entretoises de fixation 5a, 5b sont disposées de part et d’autre des pattes de connexion à un bus de l’onduleur 42. Une troisième entretoise de fixation 5c peut être disposée entre deux pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41. L’écart angulaire entre deux entretoises de fixation 5a, 5b, 5c est de l’ordre de 120°.
Dans une autre variante de réalisation, les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41 peuvent ne pas être toutes d’un même côté du connecteur de phases. Par exemple, dans le mode de réalisation des figures 6a et 6b, les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41 sont sensiblement équiréparties autour de l’axe de rotation X de la machine 1. L’équipartition des pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41 permet d’éviter que le connecteur de phases 4 vibre principalement autour d’un axe sollicitant, comme dans le cas des figures la à le. Les soudures entre les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator 41 et les conducteurs électriques de bobinage présentent sur l’axe sollicitant se fissurent donc moins. L’usure de la machine électrique est ainsi réduite.
Comme illustré à la figure 6a, des éléments de fixation 51, par exemple des vis, sont vissés dans les entretoises de fixations 5 afin de fixer le connecteur de phase 4 au carter 2.
Comme illustré à la figure 7, le carter 2 comporte une ouverture traversante 20. Le connecteur de phases 4 est disposé sur le stator 3 de sorte que l’entretoise de fixation 5 est en regard de l’ouverture traversante 20 ménagée dans le carter 2. Ainsi, un élément de fixation 51 peut être inséré via cette ouverture traversante et peut être vissé dans l’entretoise de fixation 5. L’élément de fixation 51 est par exemple une vis auto-formeuse et l’entretoise de fixation 5 est un cylindre creux.
Dans la variante illustrée aux figures 8a et 8b, le cylindre creux peut comporter un insert 52, par exemple un insert métallique. Cet insert 52 présente un pas de vis correspondant au pas de l’élément de fixation 51. Le maintien de l’élément de fixation 51 dans l’entretoise 5 est ainsi assuré par l’insert 52. Dans ce mode de réalisation, le cylindre peut comporter à sa base des ailettes 53. Ces dernières permettent de rigidifïer les entretoises de fixations.
Dans l’exemple de réalisation des figures 9a, 9b, 9c et 9d, l’entretoise de fixation 5 du connecteur de phases 4 n’est pas fixée au carter 2 au moyen d’une vis. Dans cet exemple l’entretoise de fixation 5 est insérée dans l’ouverture traversante du carter qui lui fait face. Puis, l’extrémité de l’entretoise de fixation est déformée à l’aide d’une bouterolle, afin de former un bourrelet de matière 54 présentant un épaulement qui exerce une force de compression contre la paroi extérieure du carter 3. L’entretoise de fixation est ainsi fixée au carter.
La figure 9a représente le connecteur de phases après sa fixation au carter au moyen d’un procédé de bouterollage.
La figure 9b représente isolément le connecteur de phases de la figure 9a, avant le procédé de bouterollage. L’extrémité libre de l’entretoise de fixation 5 n’est pas encore déformée par le bouterollage.
La figure 9c représente isolément le connecteur de phases de la figure 9a, après le procédé de bouterollage. L’extrémité libre de l’entretoise de fixation 5 a été déformée par l’opération de bouterollage et présente un bourrelet de matière en forme de dôme.
Dans cet exemple de réalisation, l’entretoise de fixation est réalisée dans un matériau déformable, par exemple en Polysulfure de phénylène (PPS).
Une autre variante de réalisation est représentée à la figure 10. Dans cette variante, l’entretoise de fixation 5 est fixée au connecteur de phases 4 au moyen d’une vis 56 et d’un écrou 55. La vis 56 peut être insérée depuis l’extérieur du carter à travers une ouverture traversante 22 ménagée dans le carter. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits. Par exemple, le nombre d’entretoises de fixation et/ou leur forme et/ou leur disposition sur le connecteur de phases peuvent varier.
Claims
1. Machine électrique (1) tournante comportant :
- un carter (2),
- un stator (3) comportant des conducteurs électriques de bobinage stator, une majorité des conducteurs de bobinage stator étant en forme d'épingle en U ou en I, le stator étant disposé dans le carter, notamment par frettage,
- un onduleur,
- un connecteur de phases (4), comportant un support isolant (40) portant des conducteurs électriques de connecteur de phases présentant des pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator (41) et/ou à un bus de l’onduleur (42), et
- une ou plusieurs entretoises de fixation (5) du connecteur de phases au carter.
2. Machine électrique (1) tournante comportant :
- un carter (2),
- un stator (3) comportant des conducteurs électriques de bobinage stator, le stator étant disposé dans le carter, notamment par frettage,
- un onduleur,
- un connecteur de phases (4), comportant un support isolant (40) portant des conducteurs électriques de connecteur de phases présentant des pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator (41) et/ou à un bus de l’onduleur (42), et
- une ou plusieurs entretoises de fixation (5) du connecteur de phases au carter, le carter (2) présentant une ou plusieurs ouvertures de fixation (20) en regard de chaque entretoise de fixation (5), l’entretoise de fixation (5) s’étendant à travers l’ouverture de fixation (20) du carter, et l’entretoise de fixation comportant à son extrémité libre un épaulement exerçant une force de compression contre le carter.
3. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une, deux ou trois entretoises de fixation (5) du connecteur de phases (4) au carter (2).
4. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’écart angulaire (a) entre une entretoise de fixation (5) et la patte de connexion aux conducteurs de bobinage stator (41) et/ou à un bus de l’onduleur (42) la plus proche de ladite entretoise étant
supérieur à 3°, mieux supérieur à 25°, mieux supérieur à 40°, mieux supérieur à 55°, par exemple de l’ordre de 63° ou de l’ordre de 90°.
5. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, la ou les entretoises de fixation (5) s’étendant axialement.
6. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, la surface extérieure et/ou la surface intérieure de la ou les entretoises de fixation (5) étant de forme sensiblement cylindrique.
7. Machine selon l’une quelconques des revendications précédentes, la ou les entretoises de fixation (5) étant raccordées au connecteur de phases (4), en particulier au support isolant (40) du connecteur de phases.
8. Machine selon la revendication 2, chaque entretoise de fixation (5) étant fixée au carter (2) par un élément de fixation (51) s’étendant à travers une des ouvertures de fixation du carter.
9. Machine selon la revendication précédente, l’élément de fixation (51) étant une vis auto-formeuse.
10. Machine selon la revendication 8, l’élément de fixation (51) étant une vis et chaque entretoise de fixation comportant un insert (52) adapté pour recevoir ladite vis.
11. Machine selon la revendication 2, l’entretoise de fixation (5) s’étendant à travers l’ouverture de fixation (20) du carter, et l’entretoise de fixation comportant à son extrémité libre un épaulement exerçant une force de compression contre la face externe du carter.
12. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, les pattes de connexion aux conducteurs de bobinage stator (41) et/ou à un bus d’alimentation du stator (42) étant équiréparties autour d’un axe de rotation X de la machine.
13. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, ayant une puissance d’au moins 10 kW, mieux d’au moins 15 kW, mieux d’au moins 20 kW, par exemple de l’ordre de 25 kW ou de 157 kW ou de 180 kW.
14. Véhicule comportant une machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, le véhicule étant hybride.
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