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EP4416832A1 - Procédé de fabrication et stator de machine électrique tournante avec bobinage asymétrique - Google Patents

Procédé de fabrication et stator de machine électrique tournante avec bobinage asymétrique

Info

Publication number
EP4416832A1
EP4416832A1 EP22802208.3A EP22802208A EP4416832A1 EP 4416832 A1 EP4416832 A1 EP 4416832A1 EP 22802208 A EP22802208 A EP 22802208A EP 4416832 A1 EP4416832 A1 EP 4416832A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical conductors
stator
legs
deformation
notches
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22802208.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Cyril Moya
Nicolas Langlard
Sébastien DESURMONT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec PSA Emotors SAS
Skyazur SAS
Original Assignee
Nidec PSA Emotors SAS
Skyazur SAS
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
Priority claimed from FR2110758A external-priority patent/FR3128075B1/fr
Application filed by Nidec PSA Emotors SAS, Skyazur SAS filed Critical Nidec PSA Emotors SAS
Publication of EP4416832A1 publication Critical patent/EP4416832A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/30—Manufacture of winding connections
    • H02K15/33—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/35—Form-wound windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/06—Embedding prefabricated windings in the machines
    • H02K15/062—Windings in slots; Salient pole windings
    • H02K15/064—Windings consisting of separate segments
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/30—Manufacture of winding connections
    • H02K15/33—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/35—Form-wound windings
    • H02K15/36—Processes or apparatus for simultaneously twisting two or more open ends of hairpins after their insertion into the machine
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Definitions

  • the present invention relates to rotating electrical machines and more particularly to the stators of such machines. It relates in particular to a process for manufacturing the stator, with a set of corresponding tools.
  • the invention relates more particularly to synchronous or asynchronous alternating current machines. It relates in particular to traction or propulsion machines for electric (Battery Electric Vehicle) and/or hybrid (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle) motor vehicles, such as individual cars, vans, trucks or buses.
  • the invention also applies to rotating electrical machines for industrial and/or energy production applications, in particular naval, aeronautical or wind turbine applications.
  • the tools In applications JP 2013/172575 and JP 2020/110025, the tools have vertical fingers of different lengths.
  • the invention aims to meet all or part of these needs and it achieves this, according to one of its aspects, thanks to a method for manufacturing a stator for a rotating electrical machine, comprising the following steps:
  • stator mass in particular comprising a stack of magnetic laminations, the stator mass comprising notches made between teeth, electrical conductors being housed in the notches, at least some of the electrical conductors, or even a majority of the electrical conductors , being in the shape of a U-shaped or I-shaped hairpin, each comprising inner and outer legs, which extend in particular axially respectively in first A and second R notches, at least one of the inner and outer legs of the electrical conductors extending out of the notches by a portion of welding,
  • the subject of the invention is in particular, independently or in combination with the foregoing, a method for manufacturing a stator for a rotating electrical machine, comprising the following steps:
  • stator mass in particular comprising a stack of magnetic laminations, the stator mass comprising notches made between teeth, electrical conductors being housed in the notches, at least some of the electrical conductors, or even a majority of the electrical conductors , being in the shape of a U-shaped or I-shaped hairpin, each comprising inner and outer legs, which extend in particular axially respectively in first A and second R notches, at least one of the inner and outer legs of the electrical conductors extending out of the notches by a portion of welding, (b) circumferentially offset the outer legs of the electrical conductors one-half tooth pitch from the inner legs, and
  • the subject of the invention is in particular, independently or in combination with the foregoing, a method for manufacturing a stator for a rotating electrical machine, comprising the following steps:
  • stator mass in particular comprising a stack of magnetic laminations, the stator mass comprising notches made between teeth, electrical conductors being housed in the notches, at least some of the electrical conductors, or even a majority of the electrical conductors , being in the shape of a U-shaped or I-shaped hairpin, each comprising inner and outer legs, which extend in particular axially respectively in first A and second R notches, at least one of the inner and outer legs of the electrical conductors extending out of the notches by a portion of welding,
  • the method according to the invention makes it possible to obtain the desired inclination of the electrical conductors outside the stator mass, on the side of the welding portions thereof, with different inclinations for different electrical conductors.
  • the method according to the invention makes it possible to radially shift certain electrical conductors, in particular those of phase input and/or output. Such a configuration facilitates their connection to an electrical connector of the machine.
  • the method according to the invention advantageously makes it possible to carry out these operations without changing the workstation for the stator, or changing the tooling, or changing the orientation of the stator in the workstation.
  • the manufacturing process is facilitated and simplified.
  • the angular position of each electrical conductor can be more easily controlled.
  • the number of types of electrical conductors to be introduced into the stator mass can be reduced thereby, which can facilitate the storage of the electrical conductors before their insertion into the stator mass.
  • the deformation of the electrical conductors in the circumferential plane and outside the circumferential plane can be carried out at the same workstation, with the same tools. The size of the workstation can be reduced.
  • the method according to the invention can also make it possible to easily add an insulator between the inner and outer legs of the electrical conductors, which can in particular be useful during the rise in voltage of the stator.
  • step (b) of circumferential offset of the outer legs of the electrical conductors by a half tooth pitch relative to the inner legs the outer legs of the electric conductors can be deformed by a half tooth pitch relative to the inner legs, or alternatively deforming the inner legs relative to the outer legs.
  • the step (b) of circumferential shifting of the inner legs or the outer legs of the electrical conductors, in particular the outer legs of the electrical conductors, by a half tooth pitch may comprise a step (bl) of positioning two inner crowns and external positioning of electrical conductors.
  • the two inner and outer positioning rings can be placed against the stator mass, just above the stack of laminations thereof.
  • the two inner and outer positioning rings may comprise, as described below, mobile fingers extending radially, which are each mobile along a radial axis of the stator. During step (bl) of positioning the positioning crowns, the mobile fingers can be in the retracted position in the positioning crowns.
  • a step (b2) the mobile fingers are taken out, which can each be placed between two consecutive electrical conductors.
  • the movable fingers of the outer positioning ring are placed between the outer legs of the electrical conductors and the movable fingers of the inner positioning ring are placed between the inner electrical conductors.
  • the movable fingers may or may not come into contact with the electrical conductors, especially depending on the winding. Be that as it may, the aim is to prevent an electrical conductor from slipping between two mobile fingers inside and outside.
  • the movable fingers slide like pistons.
  • a step (b3) the positioning rings are moved in translation along the longitudinal axis of the stator, in particular away from the stator mass, in particular upwards.
  • the positioning rings can be moved towards the ends of the welding portions.
  • the mobile fingers play the role of combs which make it possible to properly align the electrical conductors.
  • a step (b4) the outer positioning crown is rotated through a given angle around the longitudinal axis of the stator.
  • the angle can be equal to half a tooth pitch.
  • the mobile fingers make it possible to twist the outer legs by half a dental step with respect to the inner legs.
  • step (c) of radial offset movable phase fingers of the inner positioning ring can be removed, which are in particular configured to have a longer radial stroke than other movable fingers of the inner positioning ring.
  • the radial offset preferably takes place away from the longitudinal axis of the stator.
  • phase input and/or output conductors make it possible to shift certain electrical conductors called phase input and/or output conductors outwards and place them on a third layer, in particular an outermost layer.
  • the outward radial offset can be more or less accentuated.
  • the inclination of the outer legs can have a curved part with a large radius of curvature or a smaller radius of curvature, which then causes the curved part to be closer to the sheet metal package.
  • the length of the welding portions of the outer legs of the electrical phase input and/or output conductors may be different, in particular greater, than the length of the welding portions of the outer legs of the other electrical conductors. Alternatively, the lengths may be equal.
  • the movable phase fingers are configured to push out the phase input and/or output electrical conductors.
  • they can be configured to pull these outwards.
  • they may comprise pliers or another gripping tool.
  • This embodiment variant can in particular be implemented with phase input and/or output electrical conductors protruding longitudinally from the other electrical conductors, being longer than the latter.
  • step (c) of radial offset mobile phase fingers can be removed from the outer positioning ring, which are in particular configured to have a longer radial travel than other mobile fingers of the outer ring of positioning.
  • the radial offset in this case takes place closer to the longitudinal axis of the stator.
  • phase input and/or output conductors make it possible to shift certain electrical conductors called phase input and/or output conductors inwards and place them on a third layer, in particular an innermost layer.
  • the radial inward offset can be more or less accentuated.
  • the inclination of the inner legs can have a curved part with a large radius of curvature or a smaller radius of curvature, which then causes the curved part to be closer to the sheet metal package.
  • the length of the welding portions of the inner legs of the electrical phase input and/or output conductors may be different, in particular greater, than the length of the welding portions of the inner legs of the other electrical conductors. Alternatively, the lengths may be equal.
  • the movable phase fingers are configured to push the phase input and/or output electrical conductors inward.
  • the method may include the following additional step (d):
  • the welding portions of the inner legs of the electrical conductors can be deformed at a first pitch PL. At least part of the welding portions of the outer legs of the electrical conductors can be deformed at a second pitch P2. All weld portions of the outer legs of the radially offset electrical conductors can be deformed in step (c). The other welding portions of the outer legs of the electrical conductors can be deformed at a third pitch P3.
  • the third pitch P3 can be lower than the first and second pitch PI and P2.
  • step (d) of circumferential deformation may comprise a step (d1) of positioning a third deformation crown, which may be crenellated, possibly comprising as many slots as notches to the stator.
  • This third deformation crown can deform in particular the welding portions of the inner legs of the electrical conductors at a first pitch PL
  • it comprises 63 slots, for a stator comprising 63 slots and 6 poles.
  • This third deformation crown makes it possible to deform the 63 welding portions of the inner legs of the electrical conductors at a first pitch PI.
  • Step (d) of circumferential deformation may include a step (d2) of positioning a first deformation crown, which may include at least one window to receive a leg of a second deformation crown.
  • the first deformation ring may be crenellated, possibly comprising a number of slots equal to the number of slots in the stator from which the number of slots of the second deformation ring described below is deduced.
  • This first deformation ring can deform in particular at least part of the welding portions of the outer legs of the electrical conductors at a second pitch P2, as well as all the welding portions of the outer legs of the electrical conductors offset radially in step (c ).
  • this first deformation crown makes it possible to deform 42 welding portions of the outer legs of the electrical conductors at a second pitch P2.
  • the first deformation crown may also include notches which also make it possible to deform all the welding portions of the outer legs of the electrical conductors radially offset in step (c), in particular six notches for six welding portions radially offset in step (vs).
  • the position of said notches may depend on the winding diagram of the stator.
  • step (d) of circumferential deformation may include a step (d3) of positioning a second deformation crown.
  • the second deformation crown can be configured to be nested in the first deformation crown, being in particular configured to move therein, in particular in rotation.
  • the second deformation crown may in particular comprise lugs each received in a window of the first deformation crown, in particular four windows and four lugs.
  • the legs can move in the windows when the second deformation ring rotates in the first deformation ring.
  • This second deformation crown can deform in particular the other welding portions of the outer legs of the electrical conductors at a third pitch P3.
  • the second deformation crown comprises 15 slots distributed over 4 legs, for a stator comprising 63 slots and 6 poles. This second deformation crown makes it possible to deform the other welding portions of the outer legs of the electrical conductors at a third pitch P3.
  • Step (d) of circumferential deformation may include a step (d4) of repositioning against the stator mass of the inner and outer positioning rings, with in particular a helical movement of the outer positioning ring.
  • the outer positioning crown can descend in a helix in order to follow the inclination of certain electrical conductors called phase input and/or output conductors which are placed on a third layer, in particular the outermost layer.
  • the inner positioning crown can descend parallel to the longitudinal axis of the stator.
  • the movable fingers of the inner and outer positioning rings can be in the retracted position.
  • the movable fingers can be placed in a position of grip with the electrical conductors.
  • This movement provides protection for the insulators at the slot exit during the next step.
  • the maintenance of the insulators at the exit of the notch to support them during step (d) of circumferential deformation is improved.
  • Step (d) of circumferential deformation may include a step (d5) of simultaneous rotation of at least two of the first, second and third deformation crowns, with at least two different pitches.
  • the second deformation crown can be rotated relative to the first deformation crown.
  • the first and second deformation rings can be rotated in a first direction, but not at the same pitch, while the third deformation ring can be rotated in a second direction opposite to the first direction.
  • the welding portions of the phase input and/or output electrical conductors are radially aligned with welding portions of other electrical conductors.
  • the deformation crowns can be removed, then the inner and outer positioning crowns are also removed.
  • the outer positioning ring may advantageously include notches to receive certain phase input and/or output electrical conductors, in particular six notches, which makes it possible to prevent its withdrawal movement from being prevented by the electrical conductors of phase input and/or output.
  • the rotation of the first, second and third deformation crowns is simultaneous for the three deformation crowns.
  • the rotation of the three deformation crowns may not be simultaneous. It can take place successively.
  • the rotation of the first deformation crown may precede the rotation of the other deformation crowns. It may or may not precede the radial shift in step (c).
  • step (c) of radial offset can take place before step (b) of circumferential offset.
  • the positioning rings may not be configured to allow the circumferential offset.
  • the radial offset can be carried out as described below, by means of claws.
  • phase input and/or output electrical conductors are pushed outwards.
  • they can be pulled outwards, for example by means of pliers or another gripping tool, such as independent claws.
  • Said claws can be configured to allow the outward deformation of these welding portions.
  • This embodiment variant can in particular be implemented with phase input and/or output electrical conductors protruding longitudinally from the other electrical conductors, being longer than the latter.
  • phase input and/or output electrical conductors can be pushed inwards.
  • the inner legs of the electrical conductors are shifted circumferentially by half a tooth pitch with respect to the outer legs, then the inner legs of certain electrical conductors are shifted radially inwards, in particular the inner legs of the electrical conductors of phase entry and/or exit, in particular six interior legs.
  • Such a configuration can make it possible to generally improve the accessibility of the tool assembly.
  • this configuration can make it possible to avoid using an inner crown with mobile fingers because accessibility from the outside is complete.
  • this configuration makes it possible to obtain greater compactness, and thus a reduction in materials necessary for the connector, when you want to position the phase connector on a large diameter stator.
  • At least one electrical conductor, or even a majority of the electrical conductors, introduced into the notches, are U-shaped hairpin. They can be shaped into a hairpin prior to their introduction into the notches. All the electrical conductors in the shape of a U-shaped hairpin can be shaped, simultaneously or successively, then introduced into the stator mass simultaneously or successively.
  • Shaping may include a first step of assembling the strands of the same electrical conductor.
  • the same U-shaped electrical conductor can be placed in two different, non-consecutive slots in the stator mass of the stator. If an electrical conductor is U-shaped, it can be welded to two other electrical conductors on the same side of the machine.
  • the invention also relates to a set of tools, in particular for the manufacture of a stator of a rotating electrical machine, for the implementation of the method as described above.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to a set of tools, in particular for the manufacture of a stator for a rotating electrical machine, in particular for the implementation of the method as described above, which comprises: a plurality of deformation crowns, in particular three deformation crowns, including a second deformation crown which is configured to be nested in a first deformation crown, being in particular configured to move therein, in particular in rotation.
  • the first deformation crown may comprise at least one window to receive a leg of the second deformation crown.
  • the first deformation crown may in particular comprise four windows.
  • the second deformation crown may in particular comprise four legs.
  • the window(s) of the first deformation ring may have a longer circumferential extent than the lug(s) of the second deformation ring, which may allow the movement, in particular in rotation, of the second deformation ring in the first ring of deformation.
  • the plurality of deformation crowns may include a third deformation crown, which may include regular slots, all regularly distributed over its circumference.
  • the crowns of deformation are generally circular in shape. In particular, they are not carried out in independent sectors.
  • the deformation crowns can be manufactured for example by machining or by molding, or even by additive manufacturing, known as 3D printing.
  • the deformation crowns can each comprise longitudinal slots to receive the welding portions of the electrical conductors.
  • Each welding portion of an electrical conductor can be received in a crenel of one of the deformation crowns.
  • Each slot can receive a single weld portion of an electrical conductor.
  • the lug(s) of the second deformation ring may be serrated.
  • each deformation ring may include a different number of slots.
  • a deformation crown in particular the third deformation crown, may comprise as many slots as there are notches in the stator.
  • a deformation crown in particular the second deformation crown, may comprise a number of slots less than the number of notches in the stator, being for example equal to 15.
  • a deformation crown in particular the first deformation crown, may comprise a number of slots equal to the number of notches of the stator from which the number of slots of the second deformation crown is deduced.
  • All the slots of the first deformation crown can have the same circumferential width and/or the same height along the longitudinal axis of the stator and/or the same radial depth.
  • All the slots of the second deformation crown can have the same circumferential width and/or the same height along the longitudinal axis of the stator and/or the same radial depth.
  • All the slots of the third deformation crown can have the same circumferential width and/or the same height along the longitudinal axis of the stator and/or the same radial depth.
  • the assembly may include at least one outer ring for positioning the electrical conductors, the outer ring for positioning comprising a plurality of movable fingers.
  • the movable fingers extend radially, they are each movable along a radial axis of the stator.
  • the outer positioning crown may comprise as many movable fingers as there are teeth on the stator.
  • the movable fingers can be of conical shape, in particular with a chamfered and/or radiated end.
  • the movable fingers are movable between a retracted position and a grip position with the electrical conductors. They can slide like pistons in the outer positioning crown.
  • the movable fingers In the retracted position, the movable fingers do not interfere with the movement of the outer positioning ring relative to the stator.
  • the outer positioning crown can be movable in translation along the longitudinal axis of the stator.
  • the movable fingers are each engaged between two consecutive electrical conductors. They can facilitate their alignment, in particular during a movement in translation along the longitudinal axis of the stator of the outer positioning crown. In addition, they can allow their deformation by twisting, in particular over a circumferential distance of half a tooth pitch.
  • all of the movable fingers of the outer positioning crown may be identical to one another.
  • the outer positioning ring may include notches to receive certain phase input and/or output electrical conductors, in particular six notches.
  • notches can allow the placement of the phase input and/or output electrical conductors on a third layer, in particular the outermost layer.
  • the outer positioning ring has six notches each capable of receiving an electrical phase input and/or output conductor.
  • Some or all of the movable fingers of the outer positioning ring may each comprise a shoulder, which may make it possible to wedge the electrical conductors.
  • the mobile fingers present at the aforementioned notches may comprise such a shoulder.
  • the shoulder can allow the maintenance of the electrical conductors, as well as the maintenance of an insulator of said electrical conductor.
  • the shoulders can help to maintain any insulators placed on the electrical conductors and allow their protection.
  • the assembly may include at least one inner ring for positioning the electrical conductors, the inner ring for positioning comprising a plurality of movable fingers.
  • the movable fingers extend radially, they are each movable along a radial axis of the stator.
  • the inner positioning crown may comprise as many movable fingers as there are teeth on the stator.
  • the mobile fingers can be cylindrical, in particular with a chamfered and/or radiated end.
  • the movable fingers are movable between a retracted position and a grip position with the electrical conductors. They can slide like pistons in the inner positioning crown.
  • the movable fingers In the retracted position, the movable fingers do not interfere with the movement of the inner positioning ring relative to the stator.
  • the inner positioning crown can be movable in translation along the longitudinal axis of the stator.
  • the movable fingers are each engaged between two consecutive electrical conductors. They can make it possible to promote their alignment, in particular during a movement in translation along the longitudinal axis of the stator of the inner positioning ring gear. In addition, they can allow their deformation by twisting, in particular over a circumferential distance of half a tooth pitch.
  • the inner crown may have a disc shape.
  • the movable fingers of the inner positioning crown may comprise phase movable fingers configured to have a longer radial travel than the other movable fingers, in particular four or six.
  • phase input and/or output conductors These mobile phase fingers make it possible to shift certain electrical conductors, called phase input and/or output conductors, outwards or inwards and place them on a third layer, in particular the outermost layer.
  • the inner positioning crown may comprise movable fingers with two possible radial strokes, a shorter one for most of them, and a longer one for some of them, in particular six of them.
  • the assembly can be configured such that the outer positioning crown and the inner positioning crown can be moved from top to bottom and from bottom to top relative to the stator, along a longitudinal axis of the latter.
  • the assembly can be configured such that the outer positioning crown and the inner positioning crown can be moved in rotation with respect to each other.
  • one of the two crowns can be moved in rotation relative to the other and relative to the stator, while the other crown can remain fixed relative to the stator.
  • the tooling set features simple shaped crowns, which are configured to have simple kinematics.
  • the assembly may be devoid of an inner positioning crown. It may only include an outer positioning crown.
  • Another subject of the invention is a stator for a rotating electrical machine obtained by implementing the method as described above.
  • a further subject of the invention is a stator for a rotating electrical machine, comprising a stator mass comprising notches made between teeth, electrical conductors being housed in the notches, at least some of the electrical conductors, even a majority of the electrical conductors, being in the shape of a U-shaped or I-shaped hairpin, each comprising inner and outer legs extending axially respectively in first A and second R notches, at least one of the inner legs and exterior of the electrical conductors extending outside the notches by a welding portion inclined with respect to a plane perpendicular to a longitudinal axis of the stator to come overhanging the stator mass circumferentially at the level of a notch or a tooth, this notch or tooth being separated from the first A or from the second R notch respectively by a number NI and/or N2 of teeth, at least a part of the electrical conductors each having a welding portion which is the innermost with respect to the longitudinal axis of the
  • a further subject of the invention is a stator for a rotating electric machine, in particular obtained by implementing the method as described above, which comprises a stator mass comprising notches formed between teeth , electrical conductors being housed in the notches, at least some of the electrical conductors, or even a majority of the electrical conductors, being in the shape of a U-shaped or I-shaped hairpin, each comprising inner and outer legs extending axially in particular respectively in first A and second R notches, at least one of the inner and outer legs of the electrical conductors extending outside the notches by a welding portion inclined with respect to a plane perpendicular to a longitudinal axis of the stator to come overhanging the mass stator circumferentially at the level of a notch or a tooth, this notch or tooth being in particular separated from the first A or from the second R notch respectively by a number NI and/or N2 of teeth, at least some of the electrical conductors each having a welding
  • Each welding portion of the phase input electrical conductors may be radially aligned with welding portions of other electrical conductors.
  • the welding portions of the phase input electrical conductors may not be offset by half a tooth with respect to the welding portions of other electrical conductors.
  • the electrical conductor welding portions may be arranged in several layers with respect to the longitudinal axis of the stator, in particular in three layers, at least two layers comprising a different number of electrical conductor welding portions.
  • each layer of electrical conductor welding portions is concentric around the longitudinal axis of the stator.
  • each layer may have a different number of electrical conductor solder portions.
  • a layer in particular the innermost layer, can comprise as many welding portions as slots in the stator.
  • a layer in particular the outermost layer, may comprise a number of welding portions equal to twice the number of phases of the winding of the stator, for example six in the case where the winding is three-phase.
  • a layer in particular an intermediate layer placed between the innermost layer and the outermost layer, may comprise a number of welding portions equal to the number of notches of the stator from which double the number of phases of the stator winding, for example six in the case where the winding is three-phase.
  • the electrical conductor welding portions are well aligned with each other, which can facilitate the welding of the electrical conductors and simplify the manufacture of the stator.
  • the number of layers can for example be different from 4.
  • the numbers NI and N2 can be equal or different.
  • the first A and second R notches are separated by a number Nd of teeth.
  • the number Nd of teeth is preferably the same for all of the U-shaped hairpin electrical conductors of the stator.
  • the invention makes it possible to reduce the height of the buns on the side opposite the welds, which is advantageous for minimizing the size of the machine and the quantity of material, especially copper, necessary for electrical conductors.
  • the rotor shaft can be shorter, the casing can be shorter, the integration of the machine into its environment of use can be facilitated. Finally, the overall mass of the machine can be minimized.
  • the spacing between each of the chignons is more regular, which can make it possible to minimize the risks of contact between them, and thus to make it possible to eliminate the step of covering them with an insulator.
  • the invention makes it possible to reduce the number of pin shapes to be used in the same stator.
  • the manufacture of the stator can be accelerated, with fewer manufacturing steps.
  • the manufacture, the space required and the tools to be used are simplified.
  • the invention makes it possible to free up space on either side of the pins at the notch exit, which can make it possible to position the connections there to the other phases or to an inverter, in particular on the side of the cylinder head of the stator.
  • the spacing between the pins at the notch exit can be, in one embodiment, constant or substantially constant. This can facilitate the realization of the welds on the one hand, and the cooling of the electrical conductors on the other hand.
  • N 1 can vary from Nd/2 - 0.5 to Nd teeth
  • N2 can vary from 0 to Nd/2 + 1.5 teeth.
  • NI is equal to Nd or Nd+1 and N2 is equal to 0 or 1.
  • N1 and N2 are equal or nearly equal.
  • NI and N2 can each be equal to one of Nd/2 or Nd/2 + 0.5 or Nd/2 - 0.5 or Nd/2 +/- 1 or Nd/2 + 1.5.
  • outer and inner legs of an electrical conductor can be referred to as 'first and second legs'.
  • the welding portion of the second leg of the electrical conductor is aligned therewith.
  • N2 which is zero.
  • each of the first and second legs of the electrical conductors which can be extended outside the slots by a welding portion inclined with respect to a plane perpendicular to a longitudinal axis of the stator to come overhanging of the stator mass circumferentially at the level of a notch or a tooth, this notch being separated from the first A or the second R notch respectively by a number NI and N2 of teeth, the numbers NI and N2 possibly being equal or different.
  • each of the first and second legs of the electrical conductors may be oriented away from each other, which may in particular be the case when the winding is corrugated. As a variant, they can be oriented in the same direction, which can in particular be the case when the winding is in series.
  • a stator for a rotating electric machine comprising a stator mass comprising notches, electrical conductors housed in the notches, at least some of the electrical conductors, or even a majority of the electrical conductors, being in the shape of a U-shaped hairpin, each comprising first and second legs extending axially respectively in first A and second R notches, the first A and second R notches being separated by a number Np of notches.
  • the number Np of notches is the same for all the U-shaped electrical conductors of the stator pin.
  • At least one of the first and second legs of the electrical conductors can be extended outside the slots by a welding portion inclined with respect to a plane perpendicular to a longitudinal axis of the stator to come overhanging the stator mass circumferentially at the level of a notch , this notch being separated from the first A or the second R notch respectively by a number NI and/or N2 of teeth.
  • the numbers NI and N2 can be equal or different.
  • N 1 can vary from Np/2 - 0.5 to Np notches
  • N2 can vary from 0 to Np/2 + 0.5 notches.
  • NI is equal to Np and N2 is equal to 0.
  • NI and N2 are equal, being equal to Np/2 or Np/2 + 0.5 or Np/2 - 0.5.
  • the welding portion of the second leg of the electrical conductor is aligned therewith.
  • N2 which is zero.
  • each of the first and second legs of the electrical conductors which can be extended outside the slots by a welding portion inclined with respect to a plane perpendicular to a longitudinal axis of the stator to come overhanging of the stator mass circumferentially at the level of a notch, this notch being separated from the first A or the second R notch respectively by a number NI and N2 of teeth, the numbers NI and N2 possibly being equal or different.
  • At least some of the electrical conductors each have a welding portion that is innermost with respect to the longitudinal axis of the stator, or even a majority, better all the electrical conductors each have a welding portion that is innermost with respect to the axis longitudinal of the stator.
  • At least some of the electrical conductors each have a welding portion that is the outermost with respect to the longitudinal axis of the stator, or even a majority, better all the electrical conductors each have a welding portion that is the outermost with respect to the axis longitudinal of the stator.
  • the inner portions are disposed closer to the rotor than the outer portions.
  • the innermost welding portions are inclined with the same inclination with respect to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the stator. These innermost weld portions all extend parallel to each other. As regards the outermost welding portions, they are not necessarily all inclined with the same inclination with respect to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the stator. They can be inclined with at least two, or even three or four, different inclinations with respect to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the stator.
  • the outermost welding portions of the electrical conductors are inclined with at least two, or even three or four, different inclinations with respect to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the stator.
  • the first leg can be arranged closer to the rotor than the second leg.
  • the second leg can be arranged closer to the yoke of the stator than the first leg.
  • first leg may be disposed closer to the yoke of the stator than the second leg, and the second leg may be disposed closer to the rotor than the first leg.
  • At least some of the electrical conductors may have a second leg extending out of the notch by a welding portion extending in the same radial plane as the second leg, or even being aligned therewith.
  • the manufacture of the stator is facilitated, insofar as the operations of inclining the pins can be simplified and accelerated.
  • this configuration only one of the legs of the electrical conductor is inclined, so that it is thus possible to limit the deformations and the stresses on the electrical conductors. In particular, it is thus possible to reduce the risks of electrical contact between the phases of the winding of the stator.
  • only the first leg of the electrical conductors has an angled solder portion.
  • the welding portion of the second leg can be aligned with the second leg, extending in the extension thereof and being straight therewith.
  • the first leg can be disposed closer to the rotor than the second leg.
  • the first angled leg may be disposed closer to the yoke of the stator than the second leg.
  • At least a part of the electrical conductors may have a second leg extending out of the notch by a welding portion forming a recess relative to the notch, while extending in the same radial plane as the second leg.
  • the offset of the electrical conductor can make it possible to reach the metallic elements of a phase connector.
  • the metal elements can be arranged radially externally with respect to the electrical conductors to which they are connected.
  • At least a portion of the electrical conductors may have a second leg extending out of the notch by a circumferentially extending solder portion. At least a portion of the electrical conductors may have a second leg extending out of the notch by a solder portion extending out of a circumferential surface.
  • the stator may include two electrical conductors per slot.
  • the electrical conductors can form a distributed winding.
  • the winding can be corrugated or in series. Electrical conductors can form a fractional winding.
  • the winding can be full pitch. In one embodiment, the winding may have a shortened pitch.
  • the electrical conductors housed in the slots can form a multi-phase winding having at least a first phase a and a second phase b, an input electrical conductor A of the first phase a being located in a first slot (slot number 1) , one or more electrical conductors of the second phase b being located in a second notch (slot number 2), the second notch immediately following the first notch when moving circumferentially around the axis of rotation of the machine, in the direction of flow of the electric current around the axis of rotation of the machine
  • the input electrical conductor of the first phase is in this case located in a first notch just before a second notch receiving one or more electrical conductors of the second phase, when moving circumferentially around the axis of rotation of the machine , in the direction of flow of the electric current around the axis of rotation of the machine.
  • the electrical input conductor of the first phase is located opposite the usual position, namely a position in which the first notch receiving the electrical input conductor of the first phase is immediately followed by a second notch. receiving one or more electrical conductors of the same first phase, when moving circumferentially around the axis of rotation of the machine, in the direction of circulation of the electric current around the axis of rotation of the machine.
  • the entry notch of a first phase can be followed by a notch housing electrical conductors of a second phase different from the first.
  • the implementation of the invention makes it possible to reduce the tooth pitch of the electrical conductors which are used to connect the various winding paths which progresses in the same direction around the axis of rotation of the machine, and the average length of each phase thanks to better interweaving of the subsets of electrical conductors constituting the winding, measured circumferentially around the axis of rotation of the machine. Shortening the average length of a phase improves linear resistance and thermal performance, and reduces the mass of copper required.
  • a first phase output electrical conductor may be located in a first notch, one or more second phase electrical conductors being located in a second notch, the second notch immediately following the first notch when moving circumferentially around of the axis of rotation of the machine, in the direction of circulation of the electric current around the axis of rotation of the machine.
  • the output electrical conductor of the first phase can be located in a first notch just before a second notch receiving one or more electrical conductors of the second phase, when one moves circumferentially around the axis of rotation of the machine, in the direction of flow of electric current around the axis of rotation of the machine.
  • the electrical output conductor of the first phase is located opposite the usual position, namely a position in which the first notch receiving the electrical output conductor of the first phase is immediately followed by a second notch receiving a or more electric conductors of the same first phase, when moving circumferentially around the axis of rotation of the machine, in the direction of circulation of the electric current around the axis of rotation of the machine.
  • the exit notch of a first phase can be followed by a notch housing electrical conductors of a second phase different from the first.
  • the phase inputs can be offset by an angle of 30°, 60°, 90 or an angle of 120° for example.
  • the second notch may include one or more electrical conductors of the same phase only.
  • the first entry slot of a first phase may comprise one or more electrical conductors of the first phase only.
  • the first entry notch of a first phase may comprise one or more electrical conductors of the first phase and one or more electrical conductors of the second phase.
  • the electrical conductor(s) of the first phase can be placed on the side of the cylinder head or alternatively on the air gap side.
  • the electrical conductor or conductors of the second phase can be placed on the air gap side or, alternatively, on the yoke side.
  • the phase inputs and outputs can be placed on the yoke side or alternatively on the air gap side.
  • At least one first electrical conductor housed in a first notch can be electrically connected to a second electric conductor housed in a second notch, at the exit from said notches.
  • the stator may comprise a phase connector comprising metallic elements connected to electrical conductors of the stator.
  • the metal elements can be arranged radially externally or internally with respect to the electrical conductors to which they are connected.
  • the metal elements connected to conductors of the stator windings can be held by an insulating support.
  • the phase connector may have lugs for connection to a power supply bus. The machine can thus be connected to an inverter, electrically connected to the connection tabs of the connector.
  • Electrical conductors at least, see a majority of electrical conductors, can be pin-shaped, U-shaped or I-shaped.
  • the pin can be U-shaped ("U-pin” in English) or straight, being in form of I (“I-pin” in English).
  • all electrical conductors are U-shaped.
  • all electrical conductors are I-shaped.
  • the hairpin and flat electrical conductors increase the filling factor of the slot, making the machine more compact. Thanks to a high filling coefficient, heat 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.
  • stator can be facilitated thanks to the electrical conductors in the form of pins.
  • the pins do not require having open notches, we can have closed notches which allow the pins to be held and we can therefore eliminate the step of inserting the stator wedges.
  • Electrical conductors extend axially in the slots.
  • the electrical conductors can be introduced into the corresponding slots by 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 6, 10, 12, 14, 18, 22 or 26 I-shaped electrical conductors, the other electrical conductors all being able to be U-shaped.
  • the stator may be devoid of an I-shaped electrical conductor.
  • a U-shaped electrical conductor has two axial ends both placed at one of the axial ends of the stator. These two axial ends are defined by the two legs of the U. It passes through two different notches, 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, i.e. the side of the U forming the bun or coil head, is placed on the other axial side of the stator.
  • At least a portion of the electrical conductors, or even a majority of the electrical conductors, may be U-shaped hairpin.
  • the size of the electrical conductors at the level of the coil heads is reduced. This facilitates the interweaving of electrical conductors.
  • the winding can be devoid of a U-shaped hairpin with a width different from Np.
  • the width of a U-pin is equal to the number of tooth pitches + 1.
  • the width of a U-pin is defined by the number of notches separating the first and second legs of the U-pin, including the two notches housing the two legs of the U-shaped hairpin considered.
  • the first and second legs can be separated by a number of notches comprised between 3 and 20, better still between 6 and 16, being for example 6.7, 8, 9 or 10 or 11 notches.
  • each electrical conductor may comprise 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 a 'thread', or flat.
  • the flat strands can be shaped into pins, for example U or I.
  • Each strand is coated with an insulating enamel.
  • each notch can comprise several conductors and/or several strands makes it possible to minimize the losses by induced currents, or AC Joule losses, which evolve with the square of the supply frequency, which is particularly advantageous at high frequency and when the running speed is high. Heat transfer to the cold source is also facilitated. It is thus possible to obtain better performance at high speed.
  • each electrical conductor may comprise 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 exit from the notch. The strands electrically connected to each other are placed in short circuit. The number of strands electrically connected together can 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 circulates in all the strands of the same electrical conductor.
  • All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other, in particular at the exit from 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 a single strand. In another embodiment, each electrical conductor has three strands.
  • a notch can therefore accommodate two strands, or as a variant six strands, for example, distributed between the two electrical conductors.
  • a slot has four electrical conductors. Each electrical conductor may comprise two strands. The notch then houses eight strands, distributed between the four electrical conductors.
  • the strands can be positioned in the 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 losses by eddy currents in the strands.
  • a strand can have a width comprised between 1 and 5 mmm, 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 can have a height comprised between 1 and 5 mm, being for example of the order of 1.6 or 1.8 mm.
  • the height of a strand is defined as its thickness in the radial dimension.
  • Electrical conductors can be made of copper or aluminum.
  • Winding A winding is made up of a number of phases m shifted in space in such a way that when they are supplied by a multi-phase current system, they produce a rotating field.
  • the electrical conductors can form a single winding, in particular with whole or fractional pitch.
  • single winding it 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 winding.
  • the winding is not concentrated or wound on tooth.
  • the winding can be full pitch.
  • Each notch only houses electrical conductors of the same phase and/or the width of an electrical conductor is equal to the number of notches divided by the number of poles.
  • the winding can be shortened.
  • Notches can accommodate electrical conductors of different phases.
  • at least one notch accommodates a first phase electrical conductor and a second phase electrical conductor and/or the width of the majority of the electrical conductors is less than the number of notches divided by the number of poles .
  • the winding is in the whole or fractional invention.
  • the winding can be full-pitch with or without shortening, or in a fractional variant.
  • the electrical conductors form a fractional winding.
  • the number of notches of 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 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 combination number of notches/number of poles of the stator can be chosen from the combinations of the following list, which is not exhaustive: 30/4, 42/4, 45/6, 48/8, 63/6, 60/8, 78/8, 84/8.
  • [Table 1] invention if the number of phases is different, being for example two, the machine then comprising a two-phase winding, or being for example 5, 6, 79, 11 or 13.
  • the winding is polyphase.
  • the series connection of the electrical conductors can be done in so-called wavy winding or in so-called series winding.
  • wavy winding means a winding in which the electrical conductors of the same phase and of the same pole are electrically connected to each other so that, for one winding path, the electric current of the phase circulates in the electrical conductors by rotating around the axis of rotation of the machine, always in one direction.
  • the electrical conductors of the same phase and of the same pole do not overlap when observed perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • series winding is meant a winding in which the electrical conductors of the same phase of the same pole are electrically connected to each other so that the electric current of the phase flows in the electrical conductors. rotating around the axis of rotation of the machine alternately in one direction then in the other. For a winding track, the electrical conductors of the same phase and of the same pole overlap when observed perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the winding may comprise a single winding path or several winding paths.
  • an "electrical conductor” the current of the same phase flows by way of winding.
  • winding path is meant all of the electrical conductors of the machine which are traversed by the same electric current of the same phase.
  • These electrical conductors can be connected together in series or in parallel or in series-parallel. In the case where there is a single 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.
  • At least one first electrical conductor housed in a first notch can be electrically connected to a second electric conductor housed in a second notch, at the exit from said notches.
  • electrically connected we mean any type of electrical connection, in particular by welding, with different possible welding methods, in particular laser, induction, friction, ultrasound, vibration, or soldering, or by mechanical tightening, in particular by crimping, screwing or riveting for example.
  • the welding step can be implemented 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.
  • a heat source makes it possible to achieve fusion of the free ends of the strands without degrading the assembly of the strands of the conductor(s).
  • a single heat source can be used to perform the same weld.
  • several heat sources can be used to produce the same weld.
  • the first and second electrical conductors can be electrically connected at the output of the notches, that is to say that the electrical connection is formed on the electrical conductors just after they emerge 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 separated from the stator mass by approximately 30 to 70 mm, better still by approximately 40 to 60 mm.
  • the electrical conductors can be arranged in the slots in a distributed manner.
  • distributed it should be understood that the outgoing and return electrical conductors are each housed in different and non-consecutive slots. 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.
  • row it is meant that the electrical conductors are not arranged in the loose slots 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.
  • the electrical conductors may be in cross section of generally rectangular shape, in particular with rounded edges.
  • the circumferential dimension of an electrical conductor may correspond substantially to the width of a notch.
  • a notch may not have only one electrical conductor across its width.
  • 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 arrange in the notches a greater quantity of electrical conductors.
  • the stator may include a sensor for measuring the temperature of the electrical conductors, for example a thermocouple.
  • the sensor can be arranged in the notch, or alternatively at the welding portions.
  • At least one tooth preferably all of the teeth, may be generally trapezoidal in cross-section. At least one tooth, better all the teeth, can have divergent edges when moving away from the axis of rotation of the machine.
  • the stator mass can be produced by stacking sheets.
  • the teeth are interconnected by material bridges, and on the opposite side by a yoke.
  • the closed notches can be made entirely by cutting in the sheets.
  • Each sheet of the stack of sheets can be monobloc.
  • Each sheet is for example cut from a sheet of magnetic steel or sheet containing magnetic steel, for example steel 0.1 to 1.5 mm thick.
  • the sheets can be coated with an electrically insulating varnish on their opposite faces before they are assembled within the stack. Electrical insulation can still be obtained by heat treatment of the sheets, if necessary.
  • stator mass can be made from compacted or agglomerated magnetic powder.
  • Another subject of the invention is a rotating electrical machine, such as a synchronous motor or a synchronous generator, comprising a stator as defined previously.
  • 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 to 15,000 rpm. min, 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 even less than 40,000 rpm, better still less than 30,000 rpm.
  • the rotating electrical machine may include a rotor.
  • the rotor can be permanent magnets, with surface or buried magnets.
  • the rotor can be flux concentrating. He may comprise one or more layers of magnets arranged in an I, U or V. Alternatively, it may be a wound or squirrel cage rotor, or a variable reluctance rotor.
  • the diameter of the rotor can 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 comprise a rotor mass extending along the axis of rotation and arranged around a shaft.
  • the shaft may include torque transmission means for driving the rotor mass in rotation.
  • the rotor can be cantilevered or not.
  • the machine can be inserted alone into a casing or inserted into a gearbox casing. In this case, it is inserted in a casing which also houses a gearbox.
  • Figure 1 is a perspective view, schematic and partial, of a stator made in accordance with the invention.
  • Figure la is a perspective view, schematic and partial, of the stator of Figure 1.
  • FIG 2 illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • FIG 3 illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • FIG 4 illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • FIG 5 illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • FIG 6 Figure 6 illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • Figure 6a illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • Figure 6b illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • Figure 6c illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • FIG 7a Figure 7a illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • FIG 7b Figure 7b illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • Figure 7c illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • FIG 8 Figure 8 illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • Figure 8a is a perspective view of a deformation crown used in the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • FIG 9 illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • Figure 9a is a perspective view of a deformation crown used in the manufacturing process of the stator of Figure 1.
  • Figure 10 illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • Figure 10a is a perspective view of a deformation crown used in the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • FIG 11 Figure 11 illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • Figure 1 la illustrates the method of manufacturing the stator of Figure 1.
  • Figure 11b illustrates the manufacturing process for the stator of Figure 1.
  • Figure 12a illustrates an alternative embodiment of the method.
  • Figure 12b illustrates this alternative embodiment of the method.
  • Figure 12c illustrates this alternative embodiment of the method.
  • Figure 13 is a perspective view, schematic and partial, of an alternative embodiment.
  • stator 2 of a rotating electrical machine 1 also comprising a rotor, not shown.
  • the stator makes it possible to generate a rotating magnetic field for driving the rotating rotor, in the context of a synchronous or asynchronous 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 notches 21 are closed on the air gap side by bridges of material 27, each connecting two consecutive teeth of the stator mass 25, and on the opposite side by a yoke 29.
  • the latter and the teeth 23 are integral .
  • the electrical conductors 22 may for the most part be pin-shaped, namely U-shaped, and extending axially into the notches.
  • all the electrical conductors 22 of the stator 2 are identical, being all U-shaped hairpins, with the same pitch Np for all the electrical conductors of the stator which are U-shaped hairpins.
  • U-shaped pin-shaped electrical conductor has first 22e and second 22f legs extending axially respectively in first A and second R notches.
  • the first A and second R notches are separated by a number Np of notches and by a number Nd of teeth.
  • the number Np of notches is the same for all the U-shaped electrical conductors of the stator pin.
  • Np is 11.
  • the number Nd of teeth is the same for all U-shaped electrical conductors of the stator pin.
  • Nd is 10.
  • the first legs 22e are interior and the second legs 22f are exterior.
  • a first electrical conductor housed in a first notch is electrically connected to a second electrical conductor housed in a second notch, at the output of said notches.
  • the first and second notches are non-consecutive. In the example shown, they are separated by 12 other notches and 11 teeth. Alternatively, the first and second notches are separated by 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 13 other notches, for example, and by 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12 or 13 teeth.
  • the electrical conductors are arranged in the slots in a distributed manner, and they form a distributed winding, which in the example described is fractional.
  • the number of slots is 63.
  • the number of stator poles is 6.
  • the number of slots/number of stator poles combination is 63/6.
  • the electrical conductors 22 are made of copper or aluminum, or any other enamelled conductive material or coated with any other suitable insulating coating.
  • the electrical conductors 22 are arranged in a row in the notches 21, according to a row of aligned electrical conductors.
  • the electrical conductors may have a generally rectangular cross-section, in particular with rounded corners. In the example described, they are radially superimposed in a single row.
  • the circumferential dimension of an electrical conductor corresponds substantially to the width of a notch. Thus, the notch has only one electrical conductor across its width. It may include several electrical conductors in its radial dimension. It has two in the example described.
  • the hairpin electrical conductors each have first 22nd and second 22f legs which extend out of the notches by a welding portion 22b inclined with respect to a plane perpendicular to a longitudinal axis of the stator to come overhanging the stator mass circumferentially at the level of a notch, this notch being separated from the first A or the second R notch respectively by a number NI and/or N2 of teeth.
  • the innermost welding portion 22b relative to the longitudinal axis of the stator which is arranged closer to the rotor, is inclined with the same inclination relative to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the stator as the other innermost welding portions.
  • the outermost welding portion with respect to the longitudinal axis of the stator which is arranged farther from the rotor, is inclined with an inclination which may be different with respect to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the stator than the other outermost welding portions.
  • the outermost weld portions are not necessarily all inclined with the same inclination relative to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the stator. They can be inclined with at least two, or even three or four, different inclinations with respect to the plane perpendicular to the longitudinal axis of the stator.
  • some electrical conductors have a second outer leg 22f extending out of the notch by a welding portion 22b forming a recess relative to the notch, while extending in the same radial plane as the second leg.
  • This welding portion 22b is radially even further from the axis of rotation of the machine. This offset of the electrical conductor makes it possible to reach the metal elements of the machine phase connector. These are the phase input and/or output electrical conductors.
  • At least one welding portion of an electrical phase input and/or output conductor is radially aligned with welding portions of other electrical conductors.
  • Each welding portion of the phase input electrical conductors is in particular aligned radially with welding portions of other electrical conductors.
  • the electrical conductor welding portions are arranged in three layers with respect to the longitudinal axis of the stator, each layer comprising a different number of electrical conductor welding portions.
  • the different layers of electrical conductor welding portions are concentric around the longitudinal axis of the stator.
  • the innermost layer Int comprises as many welding portions as slots in the stator.
  • the outermost layer Ext comprises a number of welding portions equal to twice the number of phases of the stator winding, here six with a three-phase winding.
  • the intermediate layer Cen placed between the innermost layer and the outermost layer comprises a number of welding portions equal to the number of notches of the stator from which we deduce twice the number of phases of the stator winding, here six with the three-phase winding.
  • the welding portions 22b of electrical conductors are well aligned with each other, which can facilitate the welding of the electrical conductors 22 and simplify the manufacture of the stator.
  • a stator mass 25 is provided, as can be seen in FIG. electrical conductors 22 being housed in the notches 21. All the electrical conductors are in the shape of a U-shaped hairpin, each comprising inner 22e and outer 22f legs, which in particular extend axially respectively in first A and second R notches. At least one of the inner 22e and outer 22f legs of the electrical conductors 22 is extended outside the notches by a welding portion.
  • a second step (b) we will circumferentially shift the outer legs of the electrical conductors by half a tooth pitch with respect to the inner legs.
  • the second step (b) can be broken down into several sub-steps (bl) to (b4).
  • Step (b) of circumferential shifting of the outer legs of the electrical conductors by half a tooth pitch includes a step (bl) of positioning two inner 31 and outer 32 crowns for positioning the electrical conductors 22.
  • the two inner crowns 31 and outer 32 for positioning are placed against the stator mass 25, just above the stack of laminations thereof, as shown in FIG. 2.
  • the inner ring 31 has the shape of a disc.
  • the two inner 31 and outer 32 positioning rings comprise, as described below, movable fingers 33 and 34 respectively, which extend radially and which are each movable along a radial axis of the stator.
  • the mobile fingers are in the retracted position in the positioning crowns.
  • a step (b2) the movable fingers 33 and 34 are taken out, each of which is placed between two consecutive electrical conductors 22, sliding like pistons, as shown in FIG. 3.
  • the movable fingers 34 of the outer crown 32 positioning are placed between the outer legs 22f of the electrical conductors and the movable fingers 33 of the inner ring 31 for positioning are placed between the inner electrical conductors 22e.
  • the outer positioning crown 32 comprises as many movable fingers 34 as there are teeth on the stator. They can all be identical to each other.
  • the inner positioning crown 31 also comprises as many movable fingers 33 as there are stator teeth. They can all be identical to each other.
  • all the movable fingers 33, 34 are each engaged between two consecutive electrical conductors. They make it possible to promote their alignment, in particular during a movement in translation along the longitudinal axis of the stator of the positioning crowns 31, 32, described below.
  • a step (b3) the positioning crowns 31, 32 are moved in translation along the longitudinal axis of the stator, away from the stator mass 25, namely upwards in FIG. 4.
  • the crowns positioning are moved towards the ends of the welding portions 22b.
  • the movable fingers 33, 34 play the role of combs which make it possible to properly align the electrical conductors.
  • a step (b4) the outer positioning crown is rotated through a given angle around the longitudinal axis of the stator, as illustrated in figure 5.
  • the angle here is equal to half a tooth pitch.
  • the mobile fingers make it possible to twist the outer legs 22f by half a dental step with respect to the inner legs 22e.
  • the outer positioning ring 32 is moved in rotation relative to the inner positioning ring 31 and relative to the stator, while the inner positioning ring 31 remains fixed relative to the stator.
  • step (c) illustrated in FIG. 6 the six outer legs 22f of the phase input and/or output electrical conductors are shifted radially outwards, and they are placed on a third layer, namely the outermost layer Ext.
  • movable phase fingers 35 are taken out of the inner positioning ring 31, which are configured to have a longer radial stroke than the other movable fingers 33 of the inner positioning ring 31.
  • the movable fingers of the inner positioning ring 31 thus comprise movable phase fingers 35 configured to have a longer radial stroke than the other movable fingers 33, here six movable phase fingers 35.
  • the inner positioning ring thus comprises mobile with two possible radial strokes, a shorter one for most of them 33, and a longer one for some of them 35, in particular six of them.
  • the outer positioning ring 32 includes notches 38 to receive the phase input and/or output electrical conductors. These notches 38 allow the placement of the phase input and/or output electrical conductors on the third outermost layer Ext.
  • Some or all of the movable fingers of the outer positioning ring may each comprise a shoulder 36, as illustrated in FIG. 6a, which may make it possible to wedge the electrical conductors.
  • the mobile fingers present at the aforementioned notches may comprise such a shoulder.
  • the outward radial offset can be more or less accentuated.
  • the inclination of the outer legs can have a curved part having a large radius of curvature, as shown in figure 6b, or a smaller radius of curvature, as shown in figure 6c, which causes the welding portion to be then closer to the sheet metal package.
  • the length of the welding portions of the outer legs of the electrical phase input and/or output conductors may be greater than the length of the welding portions of the outer legs of the other electrical conductors , as illustrated in Figures 7a to 7c.
  • the method then comprises the following additional step (d):
  • step (d) circumferentially deform the welding portions of the electrical conductors, with at least two different pitches, in particular three different pitches.
  • This step (d) can be broken down into several sub-steps (d1) to (d5) and is implemented using three deformation crowns 41,
  • step (dl) the third deformation crown is first placed in position
  • This third deformation ring 43 will deform in particular the welding portions of the inner legs of the electrical conductors at a first pitch PL
  • the third deformation ring 43 is generally circular and crenellated, comprising in particular as many slots as notches in the stator to receive the welding portions of the electrical conductors. Slots 49 are regular, all being regularly distributed around its circumference.
  • this third deformation crown makes it possible to deform the 63 welding portions of the inner legs of the electrical conductors at a first pitch PL
  • a step (d2) the first deformation ring 41 is placed in position, as illustrated in FIG. 9.
  • This first deformation ring 41 will deform part of the welding portions of the outer legs 22f of the electrical conductors to a second step P2, as well as all the welding portions of the outer legs of the electrical conductors radially offset in step (c).
  • This first deformation crown 41 is generally circular and crenellated, comprising a number of slots 49 equal to the number of notches of the stator from which the number of slots of the second deformation crown 42 described below is deduced.
  • this first deformation crown 41 makes it possible to deform 42 welding portions of the outer legs of the electrical conductors at a second pitch P2.
  • the first deformation crown also includes notches 48 which also make it possible to deform all the welding portions of the outer legs of the electrical conductors offset radially in step (c), in particular six notches 48 for six welding portions offset radially at the step (c).
  • the windows 45 of the first deformation ring have a longer circumferential extent than the tabs 46 of the second deformation ring 42, which can allow the rotational displacement of the second deformation crown in the first deformation crown.
  • the second deformation ring 42 is placed in position, as illustrated in FIG. 10.
  • This second deformation ring 42 can deform in particular the other welding portions of the outer legs of the electrical conductors at a third P3.
  • the second deformation crown 42 is configured to be nested in the first deformation crown 41, and to move there in rotation.
  • the second deformation crown 42 is generally circular and crenellated, comprising in particular tabs 46 each received in a window 45 of the first deformation crown 4L
  • the tabs 46 can move in the windows 45 when the second deformation crown 42 moves in rotation in the first deformation ring 4L
  • the legs 46 are crenellated, comprising slots 49.
  • the second deformation crown comprises 15 slots 49 distributed over 4 legs 46, for a stator comprising 63 slots and 6 poles.
  • a step (d4) the inner 31 and outer 32 positioning rings are put back into position against the stator mass.
  • the external positioning crown 32 descends in a helix in order to follow the inclination of the phase input and/or output electrical conductors which are placed on the third outermost layer Ext.
  • the inner positioning crown 31 descends parallel to the longitudinal axis of the stator. During this repositioning movement, the movable fingers of the inner and outer positioning rings are in the retracted position.
  • the movable fingers can be put back into a position of grip with the electrical conductors. This movement provides protection for the insulators at the slot exit during the next step.
  • a step (d5) the first, second and third deformation crowns 41, 42, 43 are driven in simultaneous rotation, with different pitches, as illustrated in FIG. 11.
  • the second deformation crown is rotated with respect to the first deformation crown.
  • Figure 11 shows the starting position of the first and second deformation crowns, and Figure 11b their arrival position.
  • the first and second deformation ring are rotated in a first direction, but not at the same pitch, while the third deformation ring is rotated in a second direction opposite to the first direction.
  • the welding portions of the inner legs of the electrical conductors are deformed at a first pitch PI.
  • the third pitch P3 is lower than the first and second pitches PI and P2.
  • the welding portions of the phase input and/or output electrical conductors are radially aligned with the welding portions of other electrical conductors.
  • the electrical phase input and/or output conductors are pushed outwards.
  • the set of tools can for this purpose comprise pliers or another gripping tool, such as independent claws 50.
  • Said claws 50 can be configured to allow the outward deformation of these welding portions.
  • This embodiment variant can in particular be implemented with phase input and/or output electrical conductors protruding longitudinally from the other electrical conductors, being longer than the latter.
  • the electrical phase input and/or output conductors are pushed inwards. In this case, as illustrated in FIG. 13, the inner legs 22e of the electrical conductors have been circumferentially offset by half a tooth pitch with respect to the outer legs 22f, then the six inner legs 22e of the phase input and/or output electrical conductors.

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Abstract

Procédé de fabrication et stator de machine électrique tournante avec bobinage asymétrique Procédé de fabrication d'un stator (2) de machine électrique tournante (1), comportant les étapes suivantes : (a) fournir une masse statorique (25), la masse statorique (25) comportant des encoches (21) ménagées entre des dents (23), des conducteurs électriques (22) étant logés dans les encoches (21), au moins une partie des conducteurs électriques étant en forme d'épingle en U ou en I, comportant chacun des jambes intérieure (22e) et extérieure (22f), au moins une des jambes intérieure (22e) et extérieure (22f) des conducteurs électriques (22) se prolongeant hors des encoches par une portion de soudage, (b) décaler circonférentiellement les jambes extérieures (22f) des conducteurs électriques d'un demi pas dentaire par rapport aux jambes intérieures (22e), et (c) décaler radialement vers l'extérieur les jambes extérieures (22f) de certains conducteurs électriques, notamment les jambes extérieures des conducteurs électriques d'entrée et/ou de sortie de phase.

Description

Description
Titre : Procédé de fabrication et stator de machine électrique tournante avec bobinage asymétrique
La présente invention revendique la priorité de la demande française 2110758 déposée le 12 octobre 2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
La présente invention concerne les machines électriques tournantes et plus particulièrement les stators de telles machines. Elle porte notamment sur un procédé de fabrication du stator, avec un ensemble d’outillage correspondant.
Domaine technique
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, aéronautiques ou éoliennes.
Technique antérieure
Il est connu d’utiliser, afin d’obtenir une déformation des conducteurs électriques, des outils comportant des dents permettant de loger les extrémités libres des conducteurs électriques à déformer.
On connait notamment par la demande US 2014/0237811 des outils en forme de secteurs arqués. La déformation des conducteurs électriques est effectuée sur quatre plans concentriques, avec chacun un nombre de conducteurs identiques.
On connait également par la demande internationale WO 2021/023523 des outils comportant quatre anneaux concentriques.
Dans les demandes JP 2013/172575 et JP 2020/110025, les outils comportent des doigts verticaux de différentes longueurs.
Les demandes US 2018/0212496 et US 2018/0212499 portent sur des outillages comportant deux couronnes non imbriquées. Dans US 2018/0212499, les dents des couronnes ont des largeurs différentes.
Il existe un besoin pour bénéficier d’un stator de machine électrique tournante d’assemblage aisé permettant un remplissage efficace des encoches, tout en assurant des performances électromagnétiques satisfaisantes. Il existe encore un besoin pour réduire le coût de fabrication des machines électriques, notamment en simplifiant la fabrication du bobinage du stator, par exemple en minimisant le nombre de pièces à utiliser.
Il existe également un besoin pour améliorer encore les stators de machines électriques et notamment diminuer les ondulations de couple et les pertes Joule AC par courants induits, les vibrations et le bruit électromagnétique.
Exposé de l’invention
Procédé de fabrication
L’invention vise à répondre à tout ou partie de ces besoins et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, grâce à un procédé de fabrication d’un stator de machine électrique tournante, comportant les étapes suivantes :
(a) fournir une masse statorique, notamment comportant un paquet de tôles magnétiques, la masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U ou en I, comportant chacun des jambes intérieure et extérieure, lesquelles s’étendent notamment axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches, au moins une des jambes intérieure et extérieure des conducteurs électriques se prolongeant hors des encoches par une portion de soudage,
(b) décaler circonférentiellement les jambes extérieures des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes intérieures, et
(c) décaler radialement respectivement vers l’intérieur ou vers l’extérieur respectivement les jambes intérieures ou les jambes extérieures de certains conducteurs électriques, notamment les jambes extérieures de certains conducteurs électriques, notamment les jambes des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, notamment six jambes.
L’invention a notamment pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un stator de machine électrique tournante, comportant les étapes suivantes :
(a) fournir une masse statorique, notamment comportant un paquet de tôles magnétiques, la masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U ou en I, comportant chacun des jambes intérieure et extérieure, lesquelles s’étendent notamment axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches, au moins une des jambes intérieure et extérieure des conducteurs électriques se prolongeant hors des encoches par une portion de soudage, (b) décaler circonférentiellement les jambes extérieures des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes intérieures, et
(c) décaler radialement vers l’extérieur les jambes extérieures de certains conducteurs électriques, notamment les jambes extérieures des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, notamment six jambes extérieures.
L’invention a notamment pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un stator de machine électrique tournante, comportant les étapes suivantes :
(a) fournir une masse statorique, notamment comportant un paquet de tôles magnétiques, la masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U ou en I, comportant chacun des jambes intérieure et extérieure, lesquelles s’étendent notamment axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches, au moins une des jambes intérieure et extérieure des conducteurs électriques se prolongeant hors des encoches par une portion de soudage,
(b) décaler circonférentiellement les jambes intérieures des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes extérieures, et
(c) décaler radialement vers l’intérieur les jambes intérieures de certains conducteurs électriques, notamment les jambes intérieures des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, notamment six jambes intérieures.
Le procédé selon l’invention permet d’obtenir l’inclinaison souhaitée des conducteurs électriques en dehors de la masse statorique, du côté des portions de soudage de ceux-ci, avec des inclinaisons différentes pour différents conducteurs électriques. En outre, le procédé selon l’invention permet de décaler radialement certains conducteurs électriques, notamment ceux d’entrée et/ou de sortie de phase. Une telle configuration permet de faciliter leur connexion à un connecteur électrique de la machine.
Le procédé selon l’invention permet avantageusement d’effectuer ces opérations sans changement de poste de travail pour le stator, ni changement d’outillage, ni de changement d’orientation du stator dans le poste de travail. Le procédé de fabrication en est facilité et simplifié.
Le positionnement des conducteurs électriques dans un plan axial est facilité.
La position angulaire de chaque conducteur électrique peut être plus facilement maitrisée.
En outre, le nombre de type de conducteurs électriques à introduire dans la masse statorique peut en être diminué, ce qui peut faciliter le stockage des conducteurs électriques avant leur insertion dans la masse statorique. La déformation des conducteurs électriques dans le plan circonférentiel et hors du plan circonférentiel peut être effectué au même poste de travail, avec le même outillage. L’encombrement du poste de travail peut en être réduit.
Le procédé selon l’invention peut également permettre d’ajouter facilement un isolant entre les jambes intérieures et extérieures des conducteurs électriques, ce qui peut notamment être utile lors de la montée en tension du stator.
Pendant la mise en œuvre du procédé selon l’invention, on peut également bien supporter la forme intérieure des chignons formés par les extrémités en U des conducteurs électriques, à l’opposé des portions de soudage de ceux-ci.
A l’étape (b) de décalage circonférentiel des jambes extérieures des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes intérieures, on peut déformer les jambes extérieures des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes intérieures, ou en variante déformer les jambes intérieures par rapport aux jambes extérieures. L’étape (b) de décalage circonférentiel des jambes intérieures ou des jambes extérieures des conducteurs électriques, notamment des jambes extérieures des conducteurs électriques, d’un demi pas dentaire peut comporter une étape (bl) de mise en position de deux couronnes intérieure et extérieure de positionnement des conducteurs électriques.
Les deux couronnes intérieure et extérieure de positionnement peuvent être mise en place contre la masse statorique, juste au-dessus du paquet de tôles de celle-ci.
Les deux couronnes intérieure et extérieure de positionnement peuvent comporter, comme décrit plus loin, des doigts mobiles s’étendant radialement, qui sont mobiles chacun selon un axe radial du stator. Durant l’étape (bl) de mise en position des couronnes de positionnement, les doigts mobiles peuvent être en position escamotée dans les couronnes de positionnement.
Dans une étape (b2), on sort les doigts mobiles, qui peuvent venir se placer chacun entre deux conducteurs électriques consécutifs. Les doigts mobiles de la couronne extérieure de positionnement viennent se placer entre les jambes extérieures des conducteurs électriques et les doigts mobiles de la couronne intérieure de positionnement viennent se placer entre les conducteurs électriques intérieurs.
Les doigts mobiles peuvent entrer en contact ou peuvent ne pas entrer en contact avec les conducteurs électriques, notamment en fonction du bobinage. Quoi qu’il en soit, on cherche à éviter qu’un conducteur électrique ne puisse glisser entre deux doigts mobiles intérieur et extérieur.
Les doigts mobiles coulissent comme des pistons.
Dans une étape (b3), on déplace les couronnes de positionnement en translation le long de l’axe longitudinal du stator, notamment en éloignement de la masse statorique, en particulier vers le haut. Ainsi, les couronnes de positionnement peuvent être déplacées vers les extrémités des portions de soudage. Dans ce mouvement de translation, les doigts mobiles jouent le rôle de peignes qui permettent de bien aligner les conducteurs électriques.
Dans une étape (b4), on fait tourner la couronne extérieure de positionnement d’un angle donné autour de l’axe longitudinal du stator. L’angle peut être égal à un demi pas dentaire. Dans ce mouvement de rotation, les doigts mobiles permettent de vriller les jambes extérieures d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes intérieures.
A l’étape (c) de décalage radial on peut sortir des doigts mobiles de phase de la couronne intérieure de positionnement, lesquels sont notamment configurés pour avoir une course radiale plus longue que d’autres doigts mobiles de la couronne intérieure de positionnement.
Le décalage radial a de préférence lieu en éloignement de l’axe longitudinal du stator.
La course radiale plus longue de ces doigts mobiles de phase permet le décalage radial vers l’extérieur des jambes extérieures de certains conducteurs électriques, notamment les jambes extérieures des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, par rapport aux autres jambes extérieures qui restent alignées circonférentiellement.
Ces doigts mobiles de phase permettent de décaler vers l’extérieur certains conducteurs électriques dit d’entrée et/ou de sortie de phase et les placer sur une troisième couche, notamment une couche la plus extérieure.
Le décalage radial vers l’extérieur peut être plus ou moins accentué. L’inclinaison des jambes extérieures peut comporter une partie courbée ayant un grand rayon de courbure ou un rayon de courbure plus faible, ce qui fait que la partie courbée se trouve alors plus près du paquet de tôle.
Dans un mode de réalisation, avant leur déformation dans le procédé de l’invention, la longueur des portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase peut être différente, notamment supérieure, à la longueur des portions de soudage des jambes extérieures des autres conducteurs électriques. En variante, les longueurs peuvent être égales.
Dans un mode de réalisation, les doigts mobiles de phase sont configurés pour pousser vers l’extérieur les conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase.
En variante, ils peuvent être configurés pour tirer ceux-ci vers l’extérieur. Ils peuvent à cet effet comporter une pince ou un autre outil de saisie. Cette variante de réalisation peut notamment être mise en œuvre avec des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase dépassant longitudinalement des autres conducteurs électriques, étant plus long que ceux-ci.
En variante encore, à l’étape (c) de décalage radial on peut sortir des doigts mobiles de phase de la couronne extérieure de positionnement, lesquels sont notamment configurés pour avoir une course radiale plus longue que d’autres doigts mobiles de la couronne extérieure de positionnement. Le décalage radial a dans ce cas lieu en rapprochement de l’axe longitudinal du stator.
La course radiale plus longue de ces doigts mobiles de phase permet le décalage radial vers l’intérieur des jambes intérieures de certains conducteurs électriques, notamment les jambes intérieures des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, par rapport aux autres jambes intérieures qui restent alignées circonférentiellement.
Ces doigts mobiles de phase permettent de décaler vers l’intérieur certains conducteurs électriques dit d’entrée et/ou de sortie de phase et les placer sur une troisième couche, notamment une couche la plus intérieure.
Le décalage radial vers l’intérieur peut être plus ou moins accentué. L’inclinaison des jambes intérieures peut comporter une partie courbée ayant un grand rayon de courbure ou un rayon de courbure plus faible, ce qui fait que la partie courbée se trouve alors plus près du paquet de tôle.
Dans un mode de réalisation, avant leur déformation dans le procédé de l’invention, la longueur des portions de soudage des jambes intérieures des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase peut être différente, notamment supérieure, à la longueur des portions de soudage des jambes intérieures des autres conducteurs électriques. En variante, les longueurs peuvent être égales.
Dans un mode de réalisation, les doigts mobiles de phase sont configurés pour pousser vers l’intérieur les conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase.
Le procédé peut comporter l’étape (d) supplémentaire suivante :
(d) déformer circonférentiellement les portions de soudage des conducteurs électriques, avec au moins deux pas différents, notamment trois pas différentes.
Dans un mode de réalisation, on peut déformer les portions de soudage des jambes intérieures des conducteurs électriques à un premier pas PL On peut déformer au moins une partie des portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques à un deuxième pas P2. On peut déformer toutes les portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques décalés radialement à l’étape (c). On peut déformer les autres portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques à un troisième pas P3.
Le troisième pas P3 peut être inférieur aux premier et deuxième pas PI et P2.
Dans le procédé selon l’invention, l’étape (d) de déformation circonférentielle peut comporter une étape (dl) de mise en position d’une troisième couronne de déformation, laquelle peut être crénelée, pouvant comporter autant de créneaux que d’encoches au stator. Cette troisième couronne de déformation peut venir déformer notamment les portions de soudage des jambes intérieures des conducteurs électriques à un premier pas PL Dans un exemple de réalisation, elle comporte 63 créneaux, pour un stator comportant 63 encoches et 6 pôles. Cette troisième couronne de déformation permet de déformer les 63 portions de soudage des jambes intérieures des conducteurs électriques à un premier pas PI .
L’étape (d) de déformation circonférentielle peut comporter une étape (d2) de mise en position d’une première couronne de déformation, laquelle peut comporter au moins une fenêtre pour recevoir une patte d’une deuxième couronne de déformation.
La première couronne de déformation peut être crénelée, pouvant comporter un nombre de créneaux égal au nombre d’encoches du stator duquel on déduit le nombre de créneaux de la deuxième couronne de déformation décrite ci-après.
Cette première couronne de déformation peut venir déformer notamment au moins une partie des portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques à un deuxième pas P2, ainsi que toutes les portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques décalés radialement à l’étape (c).
Dans un exemple de réalisation, elle comporte 42 créneaux, pour un stator comportant 63 encoches et 6 pôles. Cette première couronne de déformation permet de déformer 42 portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques à un deuxième pas P2.
La première couronne de déformation peut également comporter des encoches qui permettent également de déformer toutes les portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques décalés radialement à l’étape (c), notamment six encoches pour six portions de soudage décalées radialement à l’étape (c).
La position desdites encoches peut dépendre du schéma de bobinage du stator.
Ensuite, l’étape (d) de déformation circonférentielle peut comporter une étape (d3) de mise en position d’une deuxième couronne de déformation.
La deuxième couronne de déformation peut être configurée pour être imbriquée dans la première couronne de déformation, étant notamment configurée pour s’y déplacer, notamment en rotation.
La deuxième couronne de déformation peut notamment comporter des pattes reçues chacune dans une fenêtre de la première couronne de déformation, notamment quatre fenêtres et quatre pattes.
Les pattes peuvent se déplacer dans les fenêtres lorsque la deuxième couronne de déformation se déplace en rotation dans la première couronne de déformation.
Cette deuxième couronne de déformation peut venir déformer notamment les autres portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques à un troisième pas P3.
Les pattes peuvent être crénelées. Dans un exemple de réalisation, la deuxième couronne de déformation comporte 15 créneaux répartis sur 4 pattes, pour un stator comportant 63 encoches et 6 pôles. Cette deuxième couronne de déformation permet de déformer les autres portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques à un troisième pas P3.
Ainsi, grâce à la configuration des couronnes de déformation, on peut obtenir un angle d’inclinaison plus faible pour ces conducteurs électriques, qui ont ainsi un pas plus court dans le stator résultant.
L’étape (d) de déformation circonférentielle peut comporter une étape (d4) de remise en position contre la masse statorique des couronnes intérieure et extérieure de positionnement, avec notamment un mouvement en hélice de la couronne extérieure de positionnement.
La couronne extérieure de positionnement peut descendre en hélice afin de suivre l’inclinaison de certains conducteurs électriques dit d’entrée et/ou de sortie de phase qui sont placés sur une troisième couche, notamment la couche la plus extérieure.
La couronne intérieure de positionnement peut descendre parallèlement à l’axe longitudinal du stator.
Pendant ce mouvement de remise en position, les doigts mobiles des couronnes intérieure et extérieure de positionnement peuvent être en position escamotée.
Une fois les couronnes intérieure et extérieure de positionnement remises en position, les doigts mobiles peuvent être placés en position d’emprise avec les conducteurs électriques.
Ce mouvement permet d’obtenir la protection des isolants en sortie d’encoche lors de l’étape suivante. Ainsi, le maintien des isolants en sortie d’encoche pour les soutenir lors l’étape (d) de déformation circonférentielle est amélioré.
L’étape (d) de déformation circonférentielle peut comporter une étape (d5) de mise en rotation simultanée d’au moins deux des première, deuxième et troisième couronnes de déformation, avec au moins deux pas différents.
En particulier, la deuxième couronne de déformation peut être mise en rotation par rapport à la première couronne de déformation.
Ainsi, toutes les portions de soudage du stator sont déformées simultanément, avec pour chacune le pas qui convient.
Les première et deuxième couronnes de déformation peuvent être mises en rotation dans une première direction, mais pas au même pas, tandis que la troisième couronne de déformation peut être mise en rotation dans une deuxième direction opposée à la première direction.
Après la mise en rotation, les portions de soudage des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase sont alignées radialement avec des portions de soudage d’autres conducteurs électriques. Dans une étape supplémentaire (e), les couronnes de déformation peuvent être retirées, puis les couronnes intérieure et extérieure de positionnement sont retirées également.
La couronne extérieure de positionnement peut avantageusement comporter des encoches pour recevoir certains conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, notamment six encoches, ce qui permet d’éviter que son mouvement de retrait ne soit empêché par les conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase.
Dans une variante de réalisation, la mise en rotation des première, deuxième et troisième couronnes de déformation est simultanée pour les trois couronnes de déformation.
En variante, la mise en rotation des trois couronnes de déformation peut ne pas être simultanée. Elle peut avoir lieu successivement.
Dans une variante de réalisation, la mise en rotation de la première couronne de déformation peut précéder la mise en rotation des autres couronnes de déformation. Elle peut ou non précéder le décalage radial de l’étape (c). Ainsi, dans un mode de réalisation, l’étape (c) de décalage radial peut avoir lieu avant l’étape (b) de décalage circonférentiel.
Dans une variante de réalisation, les couronnes de positionnement peuvent ne pas être configurées pour permettre le décalage circonférentiel. Le décalage radial peut être effectué comme décrit ci-après, au moyen de griffes.
Dans l’exemple qui a été décrit précédemment, les conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase sont poussés vers l’extérieur. En variante, ils peuvent être tirés vers l’extérieur, par exemple au moyen d’une pince ou un autre outil de saisie, tel que des griffes indépendantes. Lesdites griffes peuvent être configurées pour permettre la déformation vers l’extérieur de ces portions de soudage. Cette variante de réalisation peut notamment être mise en œuvre avec des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase dépassant longitudinalement des autres conducteurs électriques, étant plus long que ceux-ci.
En variante encore, les conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase peuvent être poussés vers l’intérieur. Dans ce cas, on décale circonférentiellement les jambes intérieures des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes extérieures, puis on décale radialement vers l’intérieur les jambes intérieures de certains conducteurs électriques, notamment les jambes intérieures des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, notamment six jambes intérieures.
Une telle configuration peut permettre d’améliorer de manière générale l’accessibilité de l’ensemble d’outillage. En outre, cette configuration peut permettre d’éviter d’utiliser une couronne intérieure avec doigts mobiles car l’accessibilité par l’extérieure est complète. Enfin, cette configuration permet d’obtenir une meilleure compacité, et ainsi une réduction des matières premières nécessaires pour le connecteur, lorsque l’on souhaite positionner le connecteur de phases sur un stator de grand diamètre.
Au moins un conducteur électrique, voir une majorité des conducteurs électriques, introduit dans les encoches, sont en forme d'épingle en U. Ils peuvent être mis en forme en épingle préalablement à leur introduction dans les encoches. Tous les conducteurs électriques en forme d'épingle en U peuvent être mis en forme, simultanément ou successivement, puis introduit dans la masse statorique simultanément ou successivement.
La mise en forme peut comporter une première étape d’assemblage des brins d’un même conducteur électrique.
On peut disposer un même conducteur électrique en forme de U dans deux encoches différentes non consécutives de la masse statorique du stator. Dans le cas où un conducteur électrique est en forme de U, il peut être soudé à deux autres conducteurs électriques d’un même côté de la machine.
Ensemble
L’invention a encore pour objet un ensemble d’outillage, notamment pour la fabrication d’un stator de machine électrique tournante, pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit plus haut.
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un ensemble d’outillage, notamment pour la fabrication d’un stator de machine électrique tournante, notamment pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit plus haut, qui comporte : une pluralité de couronnes de déformation, notamment trois couronnes de déformation, dont une deuxième couronne de déformation qui est configurée pour être imbriquée dans une première couronne de déformation, étant notamment configurée pour s’y déplacer, notamment en rotation.
La première couronne de déformation peut comporter au moins une fenêtre pour recevoir une patte de la deuxième couronne de déformation. La première couronne de déformation peut comporter en particulier quatre fenêtres. La deuxième couronne de déformation peut comporter en particulier quatre pattes.
La ou les fenêtres de la première couronne de déformation peuvent avoir une étendue circonférentielle plus longue que la ou les pattes de la deuxième couronne de déformation, ce qui peut permettre le déplacement, notamment en rotation, de la deuxième couronne de déformation dans la première couronne de déformation.
La pluralité de couronnes de déformation peut comporter une troisième couronne de déformation, laquelle peut comporter des créneaux réguliers, tous régulièrement répartis sur sa circonférence. Les couronnes de déformation sont de forme générale circulaire. Elles ne sont notamment pas réalisées en secteurs indépendants.
Les couronnes de déformation peuvent être fabriquées par exemple par usinage ou par moulage, ou encore par fabrication additive, dite impression 3D.
Les couronnes de déformation peuvent comporter chacune des créneaux longitudinaux pour recevoir les portions de soudage des conducteurs électriques.
Chaque portion de soudage d’un conducteur électrique peut être reçue dans un créneau d’une des couronnes de déformation. Chaque créneau peut recevoir une unique portion de soudage d’un conducteur électrique.
La ou les pattes de la deuxième couronne de déformation peuvent être crénelées.
Les différentes couronnes de déformation peuvent être concentriques autour de l’axe longitudinal du stator. Dans un mode de réalisation, chaque couronne de déformation peut comporter un nombre différent de créneaux.
Par exemple, une couronne de déformation, notamment la troisième couronne de déformation, peut comporter autant de créneaux que d’encoches au stator.
Par exemple, une couronne de déformation, notamment la deuxième couronne de déformation, peut comporter un nombre de créneaux inférieur au nombre d’encoches au stator, étant par exemple égal à 15.
Par exemple, une couronne de déformation, notamment la première couronne de déformation, peut comporter un nombre de créneaux égal au nombre d’encoches du stator duquel on déduit le nombre de créneaux de la deuxième couronne de déformation.
Tous les créneaux de la première couronne de déformation peuvent avoir la même largeur circonférentielle et/ou la même hauteur selon l’axe longitudinal du stator et/ou la même profondeur radiale.
Tous les créneaux de la deuxième couronne de déformation peuvent avoir la même largeur circonférentielle et/ou la même hauteur selon l’axe longitudinal du stator et/ou la même profondeur radiale.
Tous les créneaux de la troisième couronne de déformation peuvent avoir la même largeur circonférentielle et/ou la même hauteur selon l’axe longitudinal du stator et/ou la même profondeur radiale.
L’ensemble peut comporter au moins une couronne extérieure de positionnement des conducteurs électriques, la couronne extérieure de positionnement comportant une pluralité de doigts mobiles.
Les doigts mobiles s’étendent radialement, ils sont mobiles chacun selon un axe radial du stator. La couronne extérieure de positionnement peut comporter autant de doigts mobiles que de dents au stator.
Les doigts mobiles peuvent être de forme conique, avec notamment une extrémité chanfreinée et/ou rayonnée.
Les doigts mobiles sont mobiles entre une position escamotée et une position d’emprise avec les conducteurs électriques. Ils peuvent coulisser comme des pistons dans la couronne extérieure de positionnement.
Dans la position escamotée, les doigts mobiles ne gênent pas le mouvement de la couronne extérieure de positionnement par rapport au stator. En particulier, la couronne extérieure de positionnement peut être mobile en translation le long de l’axe longitudinal du stator.
Dans la position d’emprise, les doigts mobiles sont engagés chacun entre deux conducteurs électriques consécutifs. Ils peuvent permette de favoriser leur alignement, notamment lors d’un mouvement en translation le long de l’axe longitudinal du stator de la couronne extérieure de positionnement. En outre, ils peuvent permettre leur déformation par vrillage, notamment sur une distance circonférentielle d’un demi pas dentaire.
Dans un mode de réalisation, tous les doigts mobiles de la couronne extérieure de positionnement peuvent être identiques les uns aux autres.
La couronne extérieure de positionnement peut comporter des encoches pour recevoir certains conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, notamment six encoches.
Ces encoches peuvent permettre le placement des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase sur une troisième couche, notamment la couche la plus extérieure.
Dans un mode de réalisation, la couronne extérieure de positionnement comporte six encoches pouvant recevoir chacune un conducteur électrique d’entrée et/ou de sortie de phase.
Certains ou tous les doigts mobiles de la couronne extérieure de positionnement peuvent comporter chacun un épaulement, lequel peut permettre de caler les conducteurs électriques.
En particulier les doigts mobiles présents au niveau des encoches précitées peuvent comporter un tel épaulement.
L’épaulement peut permettre le maintien des conducteurs électriques, ainsi que le maintien d’un isolant dudit conducteur électrique.
Les épaulements peuvent permettre de favoriser le maintien d’éventuels isolants disposés sur les conducteurs électriques et permet leur protection.
L’ensemble peut comporter au moins une couronne intérieure de positionnement des conducteurs électriques, la couronne intérieure de positionnement comportant une pluralité de doigts mobiles. Les doigts mobiles s’étendent radialement, ils sont mobiles chacun selon un axe radial du stator.
La couronne intérieure de positionnement peut comporter autant de doigts mobiles que de dents au stator.
Les doigts mobiles peuvent être cylindriques, avec notamment une extrémité chanfireinée et/ou rayonnée.
Les doigts mobiles sont mobiles entre une position escamotée et une position d’emprise avec les conducteurs électriques. Ils peuvent coulisser comme des pistons dans la couronne intérieure de positionnement.
Dans la position escamotée, les doigts mobiles ne gênent pas le mouvement de la couronne intérieure de positionnement par rapport au stator. En particulier, la couronne intérieure de positionnement peut être mobile en translation le long de l’axe longitudinal du stator.
Dans la position d’emprise, les doigts mobiles sont engagés chacun entre deux conducteurs électriques consécutifs. Ils peuvent permettre de favoriser leur alignement, notamment lors d’un mouvement en translation le long de l’axe longitudinal du stator de la couronne intérieure de positionnement. En outre, ils peuvent permettre leur déformation par vrillage, notamment sur une distance circonférentielle d’un demi pas dentaire.
La couronne intérieure peut avoir une forme de disque.
Les doigts mobiles de la couronne intérieure de positionnement peuvent comporter des doigts mobiles de phase configurés pour avoir une course radiale plus longue que les autres doigts mobiles, notamment quatre ou six.
Ces doigts mobiles de phase permettent de décaler vers l’extérieur ou vers l’intérieur certains conducteurs électriques dit d’entrée et/ou de sortie de phase et les placer sur une troisième couche, notamment la couche la plus extérieure.
Ainsi la couronne intérieure de positionnement peut comporter des doigts mobiles avec deux courses radiales possibles, une plus courte pour la plupart d’entre eux, et une plus longue pour certains d’entre eux, notamment six d’entre eux.
L’ensemble peut être configuré de telle sorte que la couronne extérieure de positionnement et la couronne intérieure de positionnement peuvent être déplacées de haut en bas et de bas en haut par rapport au stator, le long d’un axe longitudinal de celui-ci.
En outre, l’ensemble peut être configuré de telle sorte que la couronne extérieure de positionnement et la couronne intérieure de positionnement peuvent être déplacées en rotation l’une par rapport à l’autre. En particulier, l’une des deux couronnes peut être déplacée en rotation par rapport à l’autre et par rapport au stator, tandis que l’autre couronne peut rester fixe par rapport au stator. Dans un mode de réalisation, c’est la couronne extérieure de positionnement qui est configurée pour être déplacée en rotation par rapport à la couronne intérieure de positionnement et par rapport au stator, tandis que la couronne intérieure de positionnement peut rester fixe par rapport au stator.
L’ensemble d’outillage comporte des couronnes de forme simple, qui sont configurées pour avoir une cinématique simple.
Dans une variante de réalisation, l’ensemble peut être dépourvu d’une couronne intérieure de positionnement. Il peut ne comporter qu’une couronne extérieure de positionnement.
Stator
L’invention a encore pour objet un stator de machine électrique tournante obtenu en mettant en œuvre le procédé tel que décrit plus haut.
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un stator de machine électrique tournante, comportant une masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U ou en I, comportant chacun des jambes intérieure et extérieure s’étendant axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches, au moins une des jambes intérieure et extérieure des conducteurs électriques se prolongeant hors des encoches par une portion de soudage inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à un axe longitudinal du stator pour venir en surplomb de la masse statorique circonférentiellement au niveau d’une encoche ou d’une dent, cette encoche ou dent étant séparée de la première A ou de la seconde R encoche respectivement par un nombre NI et/ou N2 de dents, au moins une partie des conducteurs électriques ayant chacun une portion de soudage la plus intérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, voire une majorité, mieux tous les conducteurs électriques ayant chacun une portion de soudage la plus intérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, au moins une partie des conducteurs électriques ayant chacun une portion de soudage la plus extérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, voire une majorité, mieux tous les conducteurs électriques ayant chacun une portion de soudage la plus extérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, lesdites portions de soudage les plus intérieures ou lesdites portions de soudage les plus extérieures étant inclinées avec une même inclinaison par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator, les autres des portions de soudage les plus extérieures des conducteurs électriques ou des portions de soudage les plus intérieures étant inclinées avec au moins deux, voire trois ou quatre, inclinaisons différentes par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator, au moins une portion de soudage d’un conducteur électrique d’entrée et/ou de sortie de phase étant aligné radialement avec des portions de soudage d’autres conducteurs électriques.
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un stator de machine électrique tournante, notamment obtenu en mettant en œuvre le procédé tel que décrit plus haut, qui comporte une masse statorique comportant des encoches ménagées entre des dents, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U ou en I, comportant chacun des jambes intérieure et extérieure s’étendant axialement notamment respectivement dans des première A et seconde R encoches, au moins une des jambes intérieure et extérieure des conducteurs électriques se prolongeant hors des encoches par une portion de soudage inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à un axe longitudinal du stator pour venir en surplomb de la masse statorique circonférentiellement au niveau d’une encoche ou d’une dent, cette encoche ou dent étant notamment séparée de la première A ou de la seconde R encoche respectivement par un nombre NI et/ou N2 de dents, au moins une partie des conducteurs électriques ayant chacun une portion de soudage la plus intérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, voire une majorité, mieux tous les conducteurs électriques ayant chacun une portion de soudage la plus intérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, lesdites portions de soudage les plus intérieures étant inclinées avec une même inclinaison par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator, les portions de soudage les plus extérieures des conducteurs électriques étant inclinées avec au moins deux, voire trois ou quatre, inclinaisons différentes par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator, au moins une portion de soudage d’un conducteur électrique d’entrée et/ou de sortie de phase étant aligné radialement avec des portions de soudage d’autres conducteurs électriques.
Chaque portion de soudage des conducteurs électriques d’entrée de phase peut être alignée radialement avec des portions de soudage d’autres conducteurs électriques.
En particulier, les portions de soudage des conducteurs électriques d’entrée de phase peuvent ne pas être décalées d’une demi-dent par rapport à des portions de soudage d’autres conducteurs électriques.
Les portions de soudage des conducteurs électriques peuvent être disposées en plusieurs couches par rapport à l’axe longitudinal du stator, notamment en trois couches, au moins deux couches comportant un nombre différent de portions de soudage de conducteurs électriques.
Les différentes couches de portions de soudage de conducteurs électriques sont concentriques autour de l’axe longitudinal du stator. Dans un mode de réalisation, chaque couche peut comporter un nombre différent de portions de soudage de conducteurs électriques.
Par exemple, une couche, notamment la couche la plus intérieure, peut comporter autant de portions de soudage que d’encoches au stator.
Par exemple, une couche, notamment la couche la plus extérieure, peut comporter un nombre de portions de soudage égal au double du nombre de phases du bobinage du stator, par exemple six dans le cas où le bobinage est triphasé.
Par exemple, une couche, notamment une couche intermédiaire placée entre la couche la plus intérieure et la couche la plus extérieure, peut comporter un nombre de portions de soudage égal au nombre d’encoches du stator duquel on déduit le double du nombre de phases du bobinage du stator, par exemple six dans le cas où le bobinage est triphasé.
Ainsi, les portions de soudage de conducteurs électriques sont bien alignées entre elles, ce qui peut faciliter le soudage des conducteurs électriques et simplifier la fabrication du stator.
Le nombre de couches peut par exemple être différent de 4.
Les nombres NI et N2 peuvent être égaux ou différents.
Les première A et seconde R encoches sont séparées par un nombre Nd de dents.
Le nombre Nd de dents est de préférence le même pour tous les conducteurs électriques en forme d'épingle en U du stator. On peut également parler pour le nombre Nd de dents de pas d’un conducteur électrique, qui est dans l’invention le même pour tous les conducteurs électriques du stator qui sont en forme d'épingle en U. On facilite ainsi la fabrication des épingles en U, et on simplifie l’étape de positionnement de celles-ci dans la masse statorique, notamment leur insertion.
Compte tenu de l’écartement constant entre les jambes de tous les conducteurs électriques, l’invention permet de diminuer la hauteur des chignons du côté opposé aux soudures, ce qui est avantageux pour minimiser l’encombrement de la machine et la quantité de matériau, notamment de cuivre, nécessaire pour les conducteurs électriques. On a ainsi une meilleure compacité du stator, y compris lorsqu’il est assemblé, donc de la machine résultante, qui peut notamment être plus courte. L’arbre du rotor peut être plus court, le carter peut être plus court, l’intégration de la machine dans son environnement d’utilisation peut être facilitée. Enfin, la masse globale de la machine peut être minimisée.
D’autre part, l’écartement entre chacun des chignons est plus régulier, ce qui peut permettre de minimiser les risques de contact entre eux, et ainsi de permettre de supprimer l’étape de recouvrement de ceux-ci par un isolant.
Par ailleurs, l’invention permet de diminuer le nombre de formes d’épingles à utiliser dans un même stator. Ainsi, la fabrication du stator peut en être accélérée, avec moins d’étapes de fabrication. On simplifie la fabrication, l’espace nécessaire ainsi que l’outillage à utiliser. Enfin, l’invention permet de libérer de l’espace de part et d’autre des épingles en sortie d’encoche, ce qui peut permettre d’y positionner les connexions aux autres phases ou vers un onduleur, notamment du côté de la culasse du stator. L’espacement entre les épingles en sortie d’encoche peut être dans un mode de réalisation, constant ou sensiblement constant. Cela peut faciliter la réalisation des soudures d’une part, et du refroidissement des conducteurs électriques d’autre part.
Dans l’invention, N 1 peut varier de Nd/2 - 0,5 à Nd dents, et N2 peut varier de 0 à Nd/2 + 1,5 dents.
Dans un exemple de réalisation, NI est égal à Nd ou Nd + 1 et N2 est égale à 0 ou 1.
Dans un autre exemple de réalisation, NI et N2 sont égaux ou presque égaux. NI et N2 peuvent être chacun égal à l’un de Nd/2 ou Nd/2 + 0,5 ou Nd/2 - 0,5 ou Nd/2 +/- 1 ou Nd/2 + 1,5.
Dans la suite, on peut désigner les jambes extérieure et intérieure d’un conducteur électrique par les termes ‘première et seconde jambes’.
Dans un mode de réalisation, on a la portion de soudage de la seconde jambe du conducteur électrique qui est alignée avec celle-ci. Dans ce cas, on a N2 qui est nul.
Dans les autres cas où N2 est non nul, on a chacune des première et seconde jambes des conducteurs électriques qui peuvent se prolonger hors des encoches par une portion de soudage inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à un axe longitudinal du stator pour venir en surplomb de la masse statorique circonférentiellement au niveau d’une encoche ou d’une dent, cette encoche étant séparée de la première A ou de la seconde R encoche respectivement par un nombre NI et N2 de dents, les nombres NI et N2 pouvant être égaux ou différents.
Lorsque NI et N2 sont égaux ou presque égaux, la compacité du stator peut être encore améliorée.
Les deux portions de soudage de chacune des première et seconde jambes des conducteurs électriques peuvent être orientées en éloignement l’un de l’autre, ce qui peut notamment être le cas lorsque le bobinage est ondulé. En variante, elles peuvent être orientées dans le même sens, ce qui peut notamment être le cas lorsque le bobinage est en série.
L’invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un stator de machine électrique tournante, comportant une masse statorique comportant des encoches, des conducteurs électriques logés dans les encoches, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U, comportant chacun des première et seconde jambes s’étendant axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches, les première A et seconde R encoches étant séparées par un nombre Np d’encoches. Le nombre Np d’encoches est le même pour tous les conducteurs électriques en forme d'épingle en U du stator. On peut également parler pour le nombre Np d’encoches de pas d’un conducteur électrique, qui est dans l’invention le même pour tous les conducteurs électriques du stator qui sont en forme d'épingle en U. On facilite ainsi la fabrication des épingles en U, et on simplifie l’étape de positionnement de celles-ci dans la masse statorique, notamment leur insertion.
Au moins une des première et seconde jambes des conducteurs électriques peut se prolonger hors des encoches par une portion de soudage inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à un axe longitudinal du stator pour venir en surplomb de la masse statorique circonférentiellement au niveau d’une encoche, cette encoche étant séparée de la première A ou de la seconde R encoche respectivement par un nombre NI et/ou N2 de dents. Les nombres NI et N2 peuvent être égaux ou différents.
Dans un mode de réalisation, N 1 peut varier de Np/2 - 0,5 à Np encoches, et N2 peut varier de 0 à Np/2 + 0,5 encoches. Dans un exemple de réalisation, NI est égal à Np et N2 est égale à 0. Dans un autre exemple de réalisation, NI et N2 sont égaux, étant égale à Np/2 ou Np/2 + 0,5 ou Np/2 - 0,5.
Dans un mode de réalisation, on a la portion de soudage de la seconde jambe du conducteur électrique qui est alignée avec celle-ci. Dans ce cas, on a N2 qui est nul.
Dans les autres cas où N2 est non nul, on a chacune des première et seconde jambes des conducteurs électriques qui peuvent se prolonger hors des encoches par une portion de soudage inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à un axe longitudinal du stator pour venir en surplomb de la masse statorique circonférentiellement au niveau d’une encoche, cette encoche étant séparée de la première A ou de la seconde R encoche respectivement par un nombre NI et N2 de dents, les nombre NI et N2 pouvant être égaux ou différents.
Jambes des épingles
Au moins une partie des conducteurs électriques ont chacun une portion de soudage la plus intérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, voire une majorité, mieux tous les conducteurs électriques ont chacun une portion de soudage la plus intérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator.
Au moins une partie des conducteurs électriques ont chacun une portion de soudage la plus extérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, voire une majorité, mieux tous les conducteurs électriques ont chacun une portion de soudage la plus extérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator.
Les portions intérieures sont disposées plus près du rotor que les portions extérieures.
Dans l’invention, les portions de soudage les plus intérieures sont inclinées avec une même inclinaison par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator. Ces portions de soudages les plus intérieures s’étendent toutes parallèlement entre elles. En ce qui concerne les portions de soudage les plus extérieures, elles ne sont pas nécessairement toutes inclinées avec une même inclinaison par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator. Elles peuvent être inclinées avec au moins deux, voire trois ou quatre, inclinaisons différentes par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator.
Dans un mode de réalisation, les portions de soudage les plus extérieures des conducteurs électriques sont inclinées avec au moins deux, voire trois ou quatre, inclinaisons différentes par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator.
La première jambe peut être disposée plus près du rotor que la seconde jambe. On peut parler de jambe intérieure. La seconde jambe peut être disposée plus près de la culasse du stator que la première jambe. On peut parler de jambe extérieure.
En variante, la première jambe peut être disposée plus près de la culasse du stator que la seconde jambe, et la seconde jambe peut être disposée plus près du rotor que la première jambe.
Au moins une partie des conducteurs électriques peuvent avoir une seconde jambe se prolongeant hors de l’encoche par une portion de soudage s’étendant dans un même plan radial que la seconde jambe, voir étant alignée avec celle-ci. Lorsque seule la première jambe des conducteurs électriques a une portion de soudage inclinée, la fabrication du stator en est facilitée, dans la mesure où les opérations d’inclinaisons des épingles peuvent être simplifiées et accélérées. Dans cette configuration, une seule des jambes du conducteur électrique est inclinée, de sorte que l’on peut ainsi limiter les déformations et les contraintes sur les conducteurs électriques. On peut notamment réduire ainsi les risques de contact électrique entre les phases du bobinage du stator.
Dans un mode de réalisation, seule la première jambe des conducteurs électriques a une portion de soudage inclinée. La portion de soudage de la seconde jambe peut être alignée avec la seconde jambe, s’étendant dans le prolongement de celle-ci et étant rectiligne avec celle-ci. Lorsque seule la première jambe des conducteurs électriques a une portion de soudage inclinée, la première jambe peut être disposée plus près du rotor que la seconde jambe. En variante, la première jambe inclinée peut être disposée plus près de la culasse du stator que la seconde jambe.
Au moins une partie des conducteurs électriques peuvent avoir une seconde jambe se prolongeant hors de l’encoche par une portion de soudage faisant un décrochement par rapport à l’encoche, tout en s’étendant dans un même plan radial que la seconde jambe. Le décrochement du conducteur électrique peut permettre d’atteindre des éléments métalliques d’un connecteur de phases. Les éléments métalliques peuvent être disposés radialement extérieurement par rapport aux conducteurs électriques auxquels ils sont connectés.
Au moins une partie des conducteurs électriques peut avoir une seconde jambe se prolongeant hors de l’encoche par une portion de soudage s’étendant circonférentiellement. Au moins une partie des conducteurs électriques peuvent avoir une seconde jambe se prolongeant hors de l’encoche par une portion de soudage s’étendant en dehors d’une surface circonférentielle. Ces portions de soudage en dehors d’une surface circonférentielle peuvent permettre d’atteindre un connecteur de phase qui peut être disposé autour des portions de soudage, plutôt qu’ au-dessus, relativement à un axe longitudinal du stator.
Le stator peut comporter deux conducteurs électriques par encoche.
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage distribué. Le bobinage peut être ondulé ou en série. Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage fractionnaire. Le bobinage peut être à pas plein. Dans un mode de réalisation, le bobinage peut être à pas raccourci.
Bobinage multiphasé
Les conducteurs électriques logés dans les encoches peuvent former un bobinage multiphasé ayant au moins une première phase a et une deuxième phase b, un conducteur électrique d’entrée A de la première phase a étant située dans une première encoche (numéro d’encoche 1), un ou plusieurs conducteurs électriques de la deuxième phase b étant situés dans une deuxième encoche (numéro d’encoche 2), la deuxième encoche suivant immédiatement la première encoche quand on se déplace circonférentiellement autour de l’axe de rotation de la machine, dans le sens de circulation du courant électrique autour de l’axe de rotation de la machine
Le conducteur électrique d’entrée de la première phase est dans ce cas situé dans une première encoche juste avant une deuxième encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques de la deuxième phase, quand on se déplace circonférentiellement autour de l’axe de rotation de la machine, dans le sens de circulation du courant électrique autour de l’axe de rotation de la machine.
Ainsi, le conducteur électrique d’entrée de la première phase est situé à l’opposé de la position habituelle, à savoir une position dans laquelle la première encoche recevant le conducteur électrique d’entrée de la première phase est suivie immédiatement par une deuxième encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques de la même première phase, quand on se déplace circonférentiellement autour de l’axe de rotation de la machine, dans le sens de circulation du courant électrique autour de l’axe de rotation de la machine.
L’encoche d’entrée d’une première phase peut être suivie d’une encoche logeant des conducteurs électriques d’une deuxième phase différente de la première.
Ainsi, le nombre d’encoches entre le conducteur électrique d’entrée et le conducteur électrique de sortie d’une même phase est diminué. La première encoche d’entrée d’une phase peut être rapprochée d’une troisième encoche de sortie de cette même phase. Autrement dit, le nombre d’encoches séparant la première encoche d’entrée d’une phase et la troisième encoche de sortie de la même phase peut être plus petit. Ainsi, la mise en œuvre de l’invention permet de réduire le pas dentaire des conducteurs électriques qui servent à connecter les différentes voies de bobinage qui progresse dans le même sens autour de l’axe de rotation de la machine, et la longueur moyenne de chaque phase grâce à une meilleure imbrication des sous-ensembles de conducteurs électriques constituant le bobinage, mesurée circonférentiellement autour de l’axe de rotation de la machine. Le raccourcissement de la longueur moyenne d’une phase permet d’améliorer la résistance linéaire et les performances thermiques, et de réduire la masse de cuivre nécessaire.
On peut également obtenir pour les conducteurs électriques des têtes de chignon de hauteur moindre, du côté opposé aux soudures. La quantité de cuivre nécessaire à la fabrication des conducteurs est donc diminué, ce qui est avantageux économiquement. En outre, l’insertion des conducteurs électriques dans les encoches peut être facilitée.
Par ailleurs, un conducteur électrique de sortie de la première phase peut être situé dans une première encoche, un ou plusieurs conducteurs électriques de la deuxième phase étant situés dans une deuxième encoche, la deuxième encoche suivant immédiatement la première encoche quand on se déplace circonférentiellement autour de l’axe de rotation de la machine, dans le sens de circulation du courant électrique autour de l’axe de rotation de la machine.
Le conducteur électrique de sortie de la première phase peut être situé dans une première encoche juste avant une deuxième encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques de la deuxième phase, quand on se déplace circonférentiellement autour de l’axe de rotation de la machine, dans le sens de circulation du courant électrique autour de l’axe de rotation de la machine.
Ainsi, le conducteur électrique de sortie de la première phase est situé à l’opposé de la position habituelle, à savoir une position dans laquelle la première encoche recevant le conducteur électrique de sortie de la première phase est suivie immédiatement par une deuxième encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques de la même première phase, quand on se déplace circonférentiellement autour de l’axe de rotation de la machine, dans le sens de circulation du courant électrique autour de l’axe de rotation de la machine.
L’encoche de sortie d’une première phase peut être suivie d’une encoche logeant des conducteurs électriques d’une deuxième phase différente de la première.
Les entrées de phases peuvent être décalées d’un angle de 30°, 60°, 90 ou d’un angle de 120° par exemple.
La deuxième encoche peut comporter un ou plusieurs conducteurs électriques d’une même phase uniquement.
La première encoche d’entrée d’une première phase peut comporter un ou des conducteurs électriques de la première phase uniquement.
En variante, la première encoche d’entrée d’une première phase peut comporter un ou des conducteurs électriques de la première phase et un ou des conducteurs électriques de la deuxième phase. Le ou les conducteurs électriques de la première phase peuvent être placés du côté de la culasse ou en variante du côté de l’entrefer. Le ou les conducteurs électriques de la deuxième phase peuvent être placés du côté de l’entrefer ou en variante du côté de la culasse. Les entrées et sorties de phases peuvent être placées du côté de la culasse ou en variante du côté de l’entrefer.
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.
Tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre située à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale, peuvent être reliés électriquement ensemble.
Le stator peut comporter un connecteur de phases comportant des éléments métalliques connectés à des conducteurs électriques du stator. Les éléments métalliques peuvent être disposés radialement extérieurement ou intérieurement par rapport aux conducteurs électriques auxquels ils sont connectés. Les éléments métalliques connectés à des conducteurs des bobinages du stator peuvent être maintenus par un support isolant. Par ailleurs, le connecteur de phases peut présenter des pattes de connexion à un bus d’alimentation. La machine peut ainsi être reliée à un onduleur, connecté électriquement aux pattes de connexion du connecteur.
Epingles
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).
Dans un mode de réalisation, tous les conducteurs électriques sont en forme de U. En variante, tous les conducteurs électriques sont en forme de I.
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.
En outre, la fabrication du stator peut être facilitée grâce aux conducteurs électriques en forme d'épingles. 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.
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. 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 6, 10, 12, 14, 18, 22 ou 26 conducteurs électriques en forme de I, les autres conducteurs électriques pouvant tous être en forme de U.
Le stator peut être dépourvu de conducteur électrique en forme de I.
Un conducteur électrique en forme de U a deux extrémités axiales toutes deux placées à l’une des extrémités axiales du stator. Ces deux extrémités axiales sont définies par les deux jambes du U. 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, c’est- à-dire le côté du U formant le chignon ou tête de bobine, est disposé de l’autre côté axial du stator.
Au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingle en U.
En outre, l’encombrement des conducteurs électriques au niveau des têtes de bobines est diminué. Cela facilite l’imbrication des conducteurs électriques.
Le bobinage peut être dépourvu d’épingle en U d’une largeur différente de Np. Dans certaines réalisations de l’art antérieur, on a des épingles en U de trois largeurs différentes au moins. La largeur d’une épingle en U est égale au nombre de pas dentaire + 1. On définit la largeur d’une épingle en U par le nombre d’encoches séparant les première et seconde jambes de l’épingle en U, y compris les deux encoches logeant les deux jambes de l’épingle en U considérée. Les premières et seconde jambes peuvent être séparées par un nombre d’encoches compris entre 3 et 20, mieux entre 6 et 16, étant par exemple de 6,7, 8, 9 ou 10 ou 11 encoches.
Brins
Dans l’invention, chaque conducteur électrique peut comporter 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.
Le fait que chaque encoche puisse comporter plusieurs conducteurs 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. Le transfert thermique vers la source froide en est également facilité. On peut ainsi obtenir un meilleur rendement à haute vitesse.
Lorsque les encoches sont fermées, on peut obtenir une réduction des flux de fuites vu par les conducteurs, ce qui entraîne une diminution des pertes par courants de Foucault dans les brins. 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.
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.
Tous les brins de tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre située 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.
Dans un mode de réalisation, chaque conducteur électrique comporte un seul brin. Dans un autre mode de réalisation, chaque conducteur électrique comporte trois brins.
Dans le cas où une encoche comporte deux conducteurs électriques, une encoche peut donc loger deux brins, ou en variante six brins, par exemple, répartis entre les deux conducteurs électriques.
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.
Les brins peuvent être positionnés dans l’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 Foucault dans les brins.
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.
Un brin peut avoir une hauteur comprise entre 1 et 5 mm, 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.
Les conducteurs électriques peuvent être réalisés en cuivre ou aluminium.
Bobinage Un bobinage est constitué d’un nombre de phases m décalées dans l’espace de telle façon que lorsqu’elles sont alimentées par un système de courant multi-phasés, elles produisent un champ tournant.
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage unique, notamment à pas 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.
Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage distribué. Le bobinage n’est pas concentré ou bobiné sur dent.
Le bobinage peut être à pas plein. Chaque encoche ne loge que des conducteurs électriques d’une même phase et/ou la largeur d’un conducteur électrique est égale au nombre d’encoches divisé par le nombre de pôles.
En variante, le bobinage peut être à pas raccourci. Des encoches peuvent loger des conducteurs électriques de phases différentes. Dans un mode de réalisation, au moins une encoche loge un conducteur électrique de la première phase et un conducteur électrique de la deuxième phase et/ou la largeur de la majorité des conducteurs électriques est inférieure au nombre d’encoches divisé par le nombre de pôles.
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.
Pour un bobinage fractionnaire, le nombre d’encoches par pôle et par phase est fractionnaire, c’est-à-dire que le rapport q défini par ^=Ne/(2pm) s’écrit sous la forme d’une fraction irréductible z/n, z et n étant deux nombres entiers non nuis, n étant différent de 1 , où Ne est le nombre d’encoches du stator, m le nombre de phases du bobinage et p le nombre de paires de pôles du stator.
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.
La combinaison nombre d’encoches/nombre de pôles du stator peut être choisie parmi les combinaisons de la liste suivante, qui n’est pas limitative : 30/4, 42/4, 45/6, 48/8, 63/6, 60/8, 78/8, 84/8.
Dans un mode de réalisation, la combinaison nombre d’encoches/nombre de pôles du stator est 60/8. On a dans ce cas =60/(2*4*3)=5/2.
Dans un mode de réalisation, la combinaison nombre d’encoches/nombre de paires de pôles du stator est 63/6. On a dans ce cas =63/(2*3*3)=7/2. Plus largement, la combinaison entre le nombre d’encoches Ne et le nombre de paires de pôles p du stator peut être l’une de celles cochées dans le tableau 1 suivant, pour un bobinage triphasé.
[Tableau 1] invention si le nombre de phases est différent, étant par exemple de deux, la machine comportant alors un bobinage biphasé, ou étant par exemple de 5, 6 ,7 9, 11 ou 13. Le bobinage est polyphasé.
La mise en série des conducteurs électriques peut être faite en bobinage dit ondulé ou en bobinage dit en série. Par « bobinage ondulé », on entend un bobinage dans lequel les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle sont reliés électriquement l’un à l’autre de façon que, pour une voie d’enroulement, le courant électrique de la phase circule dans les conducteurs électriques en tournant autour de l’axe de rotation de la machine toujours dans un seul sens. Pour une voie d’enroulement, les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle ne se chevauchent pas lorsqu’ observés perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine.
Par « bobinage en série », on entend un bobinage dans lequel les conducteurs électriques d’une même phase d’un même pôle sont reliés électriquement l’un à l’autre de façon que le courant électrique de la phase circule dans les conducteurs électriques en tournant autour de l’axe de rotation de la machine alternativement dans un sens puis dans l’autre. Pour une voie d’enroulement, les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle se chevauchent lorsqu’ observés perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine.
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 connectées en parallèle.
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.
Par « reliés électriquement », on entend tout type de liaison électrique, notamment par soudure, avec différentes méthodes de soudures possibles, notamment laser, induction, friction, ultrasons, vibrations, ou brasure, ou par serrage mécanique, notamment par sertissage, vissage ou rivetage par exemple. L’étape de soudure 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 soudure utilisant une électrode de tungstène peut être une soudure TIG (en anglais « Tungsten Inert Gas »). Dans ce procédé de soudure, 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. 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.
Les premier et deuxième conducteurs électriques peuvent être reliés électriquement à la sortie des 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 Taxe de rotation de la machine. Le plan de la liaison électrique peut être éloigné de la masse statorique de 30 à 70 mm environ, mieux de 40 à 60 mm environ.
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.
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.
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.
Les conducteurs électriques peuvent être adjacents les uns aux autres par leurs grands côtés, autrement appelé le plat.
L’optimisation de l’empilement peut permettre de disposer dans les encoches une plus grande quantité de conducteurs électriques.
Le stator peut comporter un capteur pour mesurer la température des conducteurs électriques, par exemple un thermocouple. Le capteur peut être disposé dans l’encoche, ou en variante au niveau des portions de soudage.
Au moins une dent, mieux toutes les dents, peuvent être en section transversale de forme générale trapézoïdale. Au moins une dent, mieux toutes les dents, peuvent avoir des bords divergents lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine.
La masse statorique peut être réalisée par empilement de tôles. Les dents sont reliées entre elles par des ponts de matière, et du côté opposé par une culasse. Les encoches fermées peuvent être réalisées entièrement par découpage dans les tôles. Chaque tôle de l’empilement de tôles peut être monobloc.
Chaque tôle est par exemple découpée dans une feuille d’acier magnétique ou contenant de l’acier magnétique, par exemple de l’acier de 0,1 à 1,5 mm d’épaisseur. Les tôles peuvent être revêtues d’un vernis isolant électrique sur leurs faces opposées avant leur assemblage au sein de l’empilement. L’isolation électrique peut encore être obtenue par un traitement thermique des tôles, le cas échéant.
En variante, la masse statorique peut être fabriquée à partir d’une poudre magnétique compactée ou agglomérée.
Machine et 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 défini précédemment. La machine peut être synchrone ou asynchrone. La machine peut être à reluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone.
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 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.
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.
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.
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.
Le rotor peut être monté en porte à faux ou non.
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 boite de vitesse.
Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de réalisation non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig 1] La figure 1 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’un stator réalisé conformément à l’invention.
[Fig la] La figure la est une vue en perspective, schématique et partielle, du stator de la figure 1.
[Fig 2] La figure 2 illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 3] La figure 3 illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 4] La figure 4 illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 5] La figure 5 illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 6] La figure 6 illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 6a] La figure 6a illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 6b] La figure 6b illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 6c] La figure 6c illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 7a] La figure 7a illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 7b] La figure 7b illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 7c] La figure 7c illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 8] La figure 8 illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 8a] La figure 8a est une vue en perspective d’une couronne de déformation utilisée dans le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 9] La figure 9 illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1. [Fig 9a] La figure 9a est une vue en perspective d’une couronne de déformation utilisée dans le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 10] La figure 10 illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 10a] La figure 10a est une vue en perspective d’une couronne de déformation utilisée dans le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 11] La figure 11 illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 1 la] La figure 1 la illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 11b] La figure 11b illustre le procédé de fabrication du stator de la figure 1.
[Fig 12a] La figure 12a illustre une variante de réalisation du procédé.
[Fig 12b] La figure 12b illustre cette variante de réalisation du procédé.
[Fig 12c] La figure 12c illustre cette variante de réalisation du procédé.
[Fig 13] La figure 13 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une variante de réalisation.
Description détaillée
On a illustré aux figures 1 et la 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 ou asynchrone, et dans le cas d’un alternateur, la rotation du rotor induit une force électromotrice dans les conducteurs électriques du 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. Les encoches 21 sont fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière 27, reliant chacun deux dents consécutives de la masse statorique 25, et du côté opposé par une culasse 29. Cette dernière et les dents 23 sont d’un seul tenant. Les conducteurs électriques 22 peuvent être pour la plupart d’entre eux en forme d'épingles, à savoir en forme de U, et s’étendant axialement dans les encoches.
Dans l’exemple décrit, tous les conducteurs électriques 22 du stator 2 sont identiques, étant tous en forme d’épingle en U, avec un même pas Np pour tous les conducteurs électriques du stator qui sont en forme d'épingle en U. Chaque conducteur électrique en forme d'épingle en U comporte des première 22e et seconde 22f jambes s’étendant axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches. Les première A et seconde R encoches sont séparées par un nombre Np d’encoches et par un nombre Nd de dents. Le nombre Np d’encoches est le même pour tous les conducteurs électriques en forme d'épingle en U du stator. Dans l’exemple décrit, Np vaut 11. Le nombre Nd de dents est le même pour tous les conducteurs électriques en forme d'épingle en U du stator. Dans l’exemple décrit, Nd vaut 10.
Les premières jambes 22e sont intérieures et les secondes jambes 22f sont extérieures.
Dans l’exemple décrit, 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. Les première et deuxième encoches sont non consécutives. Dans l’exemple illustré, elles sont séparées par 12 autres encoches et par 11 dents. En variante, les première et deuxième encoche sont séparées par 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 13 autres encoches, par exemple, et par 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12 ou 13 dents.
Les conducteurs électriques sont disposés dans les encoches de manière répartie, et ils forment un bobinage distribué, qui est dans l’exemple décrit fractionnaire. Dans cet exemple, le nombre d’encoches est de 63. Le nombre de pôles du stator est de 6. Ainsi, la combinaison nombre d’encoches/nombre de pôles du stator est de 63/6.
Les conducteurs électriques forment un bobinage fractionnaire, pour lequel le rapport q défini par ^=Ne/(2pm) s’écrit sous la forme d’une fraction irréductible z/n, z et n étant deux nombres entiers non nuis, n étant différent de 1, où Ne est le nombre d’encoches du stator, m le nombre de phases du bobinage et p le nombre de paires de pôles du stator. On a alors q=63/(3 x6)=7/2 pour cette machine à 63 encoches et 6 pôles.
Les conducteurs électriques 22 sont en cuivre ou aluminium, ou tout autre matériau conducteur émaillé ou revêtu de tout autre revêtement isolant adapté.
Les conducteurs électriques 22 sont disposés de manière rangée dans les encoches 21, selon une rangée de conducteurs électriques alignés.
Les conducteurs électriques peuvent être en section transversale de forme générale rectangulaire, notamment avec des coins arrondis. Ils sont dans l’exemple décrit superposés radialement en une seule rangée. La dimension circonférentielle d’un conducteur électrique correspond sensiblement à la largeur d’une encoche. Ainsi, l’encoche ne comporte dans sa largeur qu’un seul conducteur électrique. Elle peut comporter plusieurs conducteurs électriques dans sa dimension radiale. Elle en comporte deux dans l’exemple décrit.
Par ailleurs, les conducteurs électriques en épingles ont chacun des première 22e et seconde 22f jambes qui se prolongent hors des encoches par une portion de soudage 22b inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à un axe longitudinal du stator pour venir en surplomb de la masse statorique circonférentiellement au niveau d’une encoche, cette encoche étant séparée de la première A ou de la seconde R encoche respectivement par un nombre NI et/ou N2 de dents.
Dans l’exemple décrit en référence aux figures 1 et la, on a la portion de soudage 22b de la seconde jambe extérieure 22f du conducteur électrique 22 qui est alignée avec celle-ci. Dans ce cas, on a N2 qui est nul. La première jambe intérieure 22e est disposée plus près du rotor que la seconde jambe 22f. La seconde jambe extérieure 22f est disposée plus près de la culasse du stator que la première jambe 22e. Ainsi, dans cet exemple, on a NI qui vaut 11.
Pour chaque conducteur électrique, la portion de soudage 22b la plus intérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, qui est disposée plus près du rotor, est inclinée avec une même inclinaison par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator que les autres portions de soudage les plus intérieures.
Pour chaque conducteur électrique, la portion de soudage la plus extérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, qui est disposée plus loin du rotor, est inclinée avec une inclinaison qui peut être différente par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator que les autres portions de soudage les plus extérieures. Les portions de soudage les plus extérieures ne sont pas nécessairement toutes inclinées avec une même inclinaison par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator. Elles peuvent être inclinées avec au moins deux, voire trois ou quatre, inclinaisons différentes par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator.
Par ailleurs, certains conducteurs électriques ont une seconde jambe extérieure 22f se prolongeant hors de l’encoche par une portion de soudage 22b faisant un décrochement par rapport à l’encoche, tout en s’étendant dans un même plan radial que la seconde jambe. Cette portion de soudage 22b est radialement encore plus éloignée de l’axe de rotation de la machine. Ce décrochement du conducteur électrique permet d’atteindre les éléments métalliques du connecteur de phases de la machine. Il s’agit des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase.
On obtient ainsi, comme bien visible sur la figure la, qu’au moins une portion de soudage d’un conducteur électrique d’entrée et/ou de sortie de phase est aligné radialement avec des portions de soudage d’autres conducteurs électriques. Chaque portion de soudage des conducteurs électriques d’entrée de phase est notamment alignée radialement avec des portions de soudage d’autres conducteurs électriques.
Par ailleurs, les portions de soudage des conducteurs électriques sont disposées en trois couches par rapport à l’axe longitudinal du stator, chaque couche comportant un nombre différent de portions de soudage de conducteurs électriques. Les différentes couches de portions de soudage de conducteurs électriques sont concentriques autour de l’axe longitudinal du stator.
Dans l’exemple décrit, la couche la plus intérieure Int comporte autant de portions de soudage que d’encoches au stator. La couche la plus extérieure Ext comporte un nombre de portions de soudage égal au double du nombre de phases du bobinage du stator, ici six avec un bobinage triphasé. Enfin, la couche intermédiaire Cen placée entre la couche la plus intérieure et la couche la plus extérieure comporte un nombre de portions de soudage égal au nombre d’encoches du stator duquel on déduit le double du nombre de phases du bobinage du stator, ici six avec le bobinage triphasé.
Ainsi, les portions de soudage 22b de conducteurs électriques sont bien alignées entre elles, ce qui peut faciliter le soudage des conducteurs électriques 22 et simplifier la fabrication du stator.
On va maintenant décrire en détails le procédé de fabrication du stator, en référence aux figures 2 à 12c.
Dans une première étape (a) du procédé de fabrication, on fournit, comme visible sur la figure 2, une masse statorique 25, comportant un paquet de tôles magnétiques, la masse statorique 25 comportant des encoches 21 ménagées entre des dents 23, des conducteurs électriques 22 étant logés dans les encoches 21. Tous les conducteurs électriques sont en forme d'épingle en U, comportant chacun des jambes intérieure 22e et extérieure 22f, lesquelles s’étendent notamment axialement respectivement dans des première A et seconde R encoches. Au moins une des jambes intérieure 22e et extérieure 22f des conducteurs électriques 22 se prolonge hors des encoches par une portion de soudage.
Dans une deuxième étape (b), on va décaler circonférentiellement les jambes extérieures des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes intérieures. La deuxième étape (b) peut être décomposées en plusieurs sous-étapes (bl) à (b4).
L’étape (b) de décalage circonférentiel des jambes extérieures des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire comporte une étape (bl) de mise en position de deux couronnes intérieure 31 et extérieure 32 de positionnement des conducteurs électriques 22. Les deux couronnes intérieure 31 et extérieure 32 de positionnement sont mises en place contre la masse statorique 25, juste au-dessus du paquet de tôles de celle-ci, comme visible sur la figure 2. La couronne intérieure 31 a une forme de disque.
Les deux couronnes intérieure 31 et extérieure 32 de positionnement comportent comme décrit plus loin, des doigts mobiles respectivement 33 et 34, qui s’étendent radialement et qui sont mobiles chacun selon un axe radial du stator. Durant l’étape (bl) de mise en position des couronnes de positionnement, les doigts mobiles sont en position escamotée dans les couronnes de positionnement.
Dans une étape (b2), on sort les doigts mobiles 33 et 34, qui viennent se placer chacun entre deux conducteurs électriques 22 consécutifs, en coulissant comme des pistons, comme visible sur la figure 3. Les doigts mobiles 34 de la couronne extérieure 32 de positionnement viennent se placer entre les jambes extérieures 22f des conducteurs électriques et les doigts mobiles 33 de la couronne intérieure 31 de positionnement viennent se placer entre les conducteurs électriques intérieurs 22e. La couronne extérieure de positionnement 32 comporte autant de doigts mobiles 34 que de dents au stator. Ils peuvent être tous identiques les uns aux autres.
La couronne intérieure de positionnement 31 comporte également autant de doigts mobiles 33 que de dents au stator. Ils peuvent être tous identiques les uns aux autres.
Dans la position d’emprise, tous les doigts mobiles 33, 34 sont engagés chacun entre deux conducteurs électriques consécutifs. Ils permettent de favoriser leur alignement, notamment lors d’un mouvement en translation le long de l’axe longitudinal du stator des couronnes de positionnement 31 , 32, décrit ci-après.
Dans une étape (b3), on déplace les couronnes de positionnement 31, 32 en translation le long de l’axe longitudinal du stator, en éloignement de la masse statorique 25, à savoir vers le haut sur la figure 4. Ainsi, les couronnes de positionnement sont déplacées vers les extrémités des portions de soudage 22b. Dans ce mouvement de translation, les doigts mobiles 33, 34 jouent le rôle de peignes qui permettent de bien aligner les conducteurs électriques.
Dans une étape (b4), on fait tourner la couronne extérieure de positionnement d’un angle donné autour de l’axe longitudinal du stator, comme illustré sur la figure 5. L’angle est ici égal à un demi pas dentaire. Dans ce mouvement de rotation, les doigts mobiles permettent de vriller les jambes extérieures 22f d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes intérieures 22e.
En particulier, la couronne extérieure de positionnement 32 est déplacée en rotation par rapport à la couronne intérieure de positionnement 31 et par rapport au stator, tandis que la couronne intérieure de positionnement 31 reste fixe par rapport au stator.
Dans une étape (c) illustrée à la figure 6, on décale radialement vers l’extérieur les six jambes extérieures 22f des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, et on les place sur une troisième couche, à savoir la couche la plus extérieure Ext.
A cet effet, on sort des doigts mobiles de phase 35 de la couronne intérieure de positionnement 31, lesquels sont configurés pour avoir une course radiale plus longue que les autres doigts mobiles 33 de la couronne intérieure de positionnement 31.
Les doigts mobiles de la couronne intérieure de positionnement 31 comportent ainsi des doigts mobiles de phase 35 configurés pour avoir une course radiale plus longue que les autres doigts mobiles 33, ici six doigts mobiles de phase 35. La couronne intérieure de positionnement comporte ainsi des doigts mobiles avec deux courses radiales possibles, une plus courte pour la plupart d’entre eux 33, et une plus longue pour certains d’entre eux 35, notamment six d’entre eux.
La course radiale plus longue de ces doigts mobiles de phase permet le décalage radial vers l’extérieur, en éloignement de l’axe longitudinal du stator, des jambes extérieures 22f des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, par rapport aux autres jambes extérieures qui restent alignées circonférentiellement. En outre, la couronne extérieure de positionnement 32 comporte des encoches 38 pour recevoir les conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase. Ces encoches 38 permettent le placement des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase sur la troisième couche la plus extérieure Ext.
Certains ou tous les doigts mobiles de la couronne extérieure de positionnement peuvent comporter chacun un épaulement 36, comme illustré à la figure 6a, lequel peut permettre de caler les conducteurs électriques. En particulier les doigts mobiles présents au niveau des encoches précitées peuvent comporter un tel épaulement.
Le décalage radial vers l’extérieur peut être plus ou moins accentué. L’inclinaison des jambes extérieures peut comporter une partie courbée ayant un grand rayon de courbure, comme illustré à la figure 6b, ou un rayon de courbure plus faible, comme illustré à la figure 6c, ce qui fait que la portion de soudage se trouve alors plus près du paquet de tôle.
Avant leur déformation dans le procédé de l’invention, la longueur des portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase peut être supérieure à la longueur des portions de soudage des jambes extérieures des autres conducteurs électriques, comme illustré aux figures 7a à 7c.
Le procédé comporte ensuite l’étape (d) supplémentaire suivante :
(d) déformer circonférentielle les portions de soudage des conducteurs électriques, avec au moins deux pas différents, en particulier trois pas différentes. Cette étape (d) peut être décomposées en plusieurs sous-étapes (dl) à (d5) et est mise en œuvre à l’aide de trois couronnes de déformation 41,
42, 43 concentriques, dont une deuxième couronne de déformation 42 qui est configurée pour être imbriquée dans une première couronne de déformation 41, étant configurée pour s’y déplacer en rotation.
Dans une étape (dl), on met d’abord en position la troisième couronne de déformation
43, comme illustré à la figure 8. Cette troisième couronne de déformation 43 va venir déformer notamment les portions de soudage des jambes intérieures des conducteurs électriques à un premier pas PL
La troisième couronne de déformation 43 est de forme générale circulaire et crénelée, comportant en particulier autant de créneaux que d’encoches au stator pour recevoir les portions de soudage des conducteurs électriques. Les créneaux 49 sont réguliers, étant tous régulièrement répartis sur sa circonférence.
Dans l’exemple décrit, elle comporte 63 créneaux 49, comme visible sur la figure 8a, pour un stator comportant 63 encoches et 6 pôles. Cette troisième couronne de déformation permet de déformer les 63 portions de soudage des jambes intérieures des conducteurs électriques à un premier pas PL Dans une étape (d2), on met en position la première couronne de déformation 41, comme illustré à la figure 9. Cette première couronne de déformation 41 va venir déformer une partie des portions de soudage des jambes extérieures 22f des conducteurs électriques à un deuxième pas P2, ainsi que toutes les portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques décalés radialement à l’étape (c).
Cette première couronne de déformation 41 est de forme générale circulaire et crénelée, comportant un nombre de créneaux 49 égal au nombre d’encoches du stator duquel on déduit le nombre de créneaux de la deuxième couronne de déformation 42 décrite ci-après.
Dans l’exemple décrit, elle comporte 42 créneaux 49, pour un stator comportant 63 encoches et 6 pôles. Cette première couronne de déformation 41 permet de déformer 42 portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques à un deuxième pas P2.
La première couronne de déformation comporte également des encoches 48 qui permettent également de déformer toutes les portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques décalés radialement à l’étape (c), notamment six encoches 48 pour six portions de soudage décalées radialement à l’étape (c).
Elle comporte également des fenêtres 45 pour recevoir des pattes 46 de la deuxième couronne de déformation 42. Les fenêtres 45 de la première couronne de déformation ont une étendue circonférentielle plus longue que les pattes 46 de la deuxième couronne de déformation 42, ce qui peut permettre le déplacement en rotation de la deuxième couronne de déformation dans la première couronne de déformation.
Dans une étape (d3), on met en position la deuxième couronne de déformation 42, comme illustré à la figure 10. Cette deuxième couronne de déformation 42 peut venir déformer notamment les autres portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques à un troisième pas P3.
La deuxième couronne de déformation 42 est configurée pour être imbriquée dans la première couronne de déformation 41, et pour s’y déplacer en rotation.
La deuxième couronne de déformation 42 est de forme générale circulaire et crénelée, comportant en particulier des pattes 46 reçues chacune dans une fenêtre 45 de la première couronne de déformation 4L Les pattes 46 peuvent se déplacer dans les fenêtres 45 lorsque la deuxième couronne de déformation 42 se déplace en rotation dans la première couronne de déformation 4L Les pattes 46 sont crénelées, comportant des créneaux 49.
Dans l’exemple décrit, la deuxième couronne de déformation comporte 15 créneaux 49 répartis sur 4 pattes 46, pour un stator comportant 63 encoches et 6 pôles.
Dans une étape (d4), on remet en position contre la masse statorique les couronnes intérieure 31 et extérieure 32 de positionnement. La couronne extérieure de positionnement 32 descend en hélice afin de suivre l’inclinaison des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase qui sont placés sur la troisième couche la plus extérieure Ext. La couronne intérieure de positionnement 31 descend parallèlement à l’axe longitudinal du stator. Pendant ce mouvement de remise en position, les doigts mobiles des couronnes intérieure et extérieure de positionnement sont en position escamotée.
Une fois les couronnes intérieure et extérieure de positionnement remises en position, les doigts mobiles peuvent être replacés en position d’emprise avec les conducteurs électriques. Ce mouvement permet d’obtenir la protection des isolants en sortie d’encoche lors de l’étape suivante.
Dans une étape (d5), on entraine en rotation simultanée les première, deuxième et troisième couronnes de déformation 41, 42, 43, avec des pas différents, comme illustré à la figure 11.
En particulier, la deuxième couronne de déformation est mise en rotation par rapport à la première couronne de déformation. On a illustré à la figure 11 a la position de départ des première et deuxième couronnes de déformation, et à la figure 11b leur position d’arrivée. Les première et deuxième couronne de déformation sont mises en rotation dans une première direction, mais pas au même pas, tandis que la troisième couronne de déformation est mise en rotation dans une deuxième direction opposée à la première direction.
Par les mouvements de rotation des couronnes de déformation, on vient déformer les portions de soudage des jambes intérieures des conducteurs électriques à un premier pas PI . On vient déformer une partie des portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques à un deuxième pas P2. On vient déformer toutes les portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques décalés radialement à l’étape (c), ainsi que les autres portions de soudage des jambes extérieures des conducteurs électriques à un troisième pas P3. Le troisième pas P3 est inférieur aux premier et deuxième pas PI et P2.
Après la mise en rotation, les portions de soudage des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase sont alignées radialement avec des portions de soudage d’autres conducteurs électriques.
Dans une étape supplémentaire (e), les couronnes de déformation sont retirées, puis les couronnes intérieure et extérieure de positionnement sont retirées également.
Dans l’exemple qui vient d’être décrit, la mise en rotation des première, deuxième et troisième couronnes de déformation est simultanée pour les trois couronnes de déformation.
Dans l’exemple qui vient d’être décrit, les conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase sont poussés vers l’extérieur.
En variante, comme illustré aux figures 12a à 12c, ils peuvent être tirés vers l’extérieur. L’ensemble d’outillage peut à cet effet comporter une pince ou un autre outil de saisie, tel que des griffes indépendantes 50. Lesdites griffes 50 peuvent être configurées pour permettre la déformation vers l’extérieur de ces portions de soudage. Cette variante de réalisation peut notamment être mise en œuvre avec des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase dépassant longitudinalement des autres conducteurs électriques, étant plus long que ceux-ci. Dans une autre variante de réalisation, les conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase sont poussés vers l’intérieur. Dans ce cas, comme illustré à la figure 13, on a décalé circonférentiellement les jambes intérieures 22e des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes extérieures 22f, puis on a décalé radialement vers l’intérieur les six jambes intérieures 22e des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase.

Claims

39 Revendications
1. Procédé de fabrication d’un stator (2) de machine électrique tournante (1), comportant les étapes suivantes :
(a) fournir une masse statorique (25), notamment comportant un paquet de tôles magnétiques, la masse statorique (25) comportant des encoches (21) ménagées entre des dents (23), des conducteurs électriques (22) étant logés dans les encoches (21), au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U ou en I, comportant chacun des jambes intérieure (22e) et extérieure (22f), lesquelles s’étendent notamment axialement respectivement dans des première (A) et seconde (R) encoches, au moins une des jambes intérieure (22e) et extérieure (22f) des conducteurs électriques (22) se prolongeant hors des encoches par une portion de soudage,
(b) décaler circonférentiellement les jambes extérieures (22f) des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes intérieures (22e), et
(c) décaler radialement respectivement vers l’intérieur ou vers l’extérieur respectivement les jambes intérieures (22e) ou les jambes extérieures (22f) de certains conducteurs électriques, notamment les jambes extérieures (22f) de certains conducteurs électriques, notamment les jambes des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, notamment six jambes, l’étape (b) de décalage circonférentiel des jambes intérieures (22e) ou des jambes extérieures (22f) des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire comportant une étape (bl) de mise en position de deux couronnes intérieure (31) et extérieure (32) de positionnement des conducteurs électriques, dans lequel à l’étape (c) de décalage radial on sort des doigts mobiles de phase (35) de la couronne intérieure de positionnement.
2. Procédé selon la revendication précédente, l’étape (b) de décalage circonférentiel des jambes extérieures (22f) des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire comportant une étape (bl) de mise en position de deux couronnes intérieure (31) et extérieure (32) de positionnement des conducteurs électriques.
3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel à l’étape (c) de décalage radial les doigts mobiles de phase (35) de la couronne intérieure de positionnement sont configurés pour avoir une course radiale plus longue que d’autres doigts mobiles (33) de la couronne intérieure (31) de positionnement.
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel à l’étape (c) de décalage radial on sort des doigts mobiles de phase (35) de la couronne extérieure de positionnement, lesquels sont notamment configurés pour avoir une course radiale plus longue que d’autres doigts mobiles (33) de la couronne extérieure (32) de positionnement. 40
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant l’étape (d) supplémentaire suivante :
(d) déformer circonférentiellement les portions de soudage des conducteurs électriques (22), avec au moins deux pas différents, notamment trois pas différentes.
6. Procédé selon la revendication précédente, l’étape (d) de déformation circonférentielle comportant une étape (d2) de mise en position d’une première couronne de déformation (41), laquelle peut comporter au moins une fenêtre (45) pour recevoir une patte (46) d’une deuxième couronne de déformation (42).
7. Procédé de fabrication d’un stator (2) de machine électrique tournante (1), comportant les étapes suivantes :
(a) fournir une masse statorique (25), notamment comportant un paquet de tôles magnétiques, la masse statorique (25) comportant des encoches (21) ménagées entre des dents (23), des conducteurs électriques (22) étant logés dans les encoches (21), au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U ou en I, comportant chacun des jambes intérieure (22e) et extérieure (22f), lesquelles s’étendent notamment axialement respectivement dans des première (A) et seconde (R) encoches, au moins une des jambes intérieure (22e) et extérieure (22f) des conducteurs électriques (22) se prolongeant hors des encoches par une portion de soudage,
(b) décaler circonférentiellement les jambes extérieures (22f) des conducteurs électriques d’un demi pas dentaire par rapport aux jambes intérieures (22e), et
(c) décaler radialement respectivement vers l’intérieur ou vers l’extérieur respectivement les jambes intérieures (22e) ou les jambes extérieures (22f) de certains conducteurs électriques, notamment les jambes extérieures (22f) de certains conducteurs électriques, notamment les jambes des conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, notamment six jambes,
(d) déformer circonférentiellement les portions de soudage des conducteurs électriques (22), avec au moins deux pas différents, notamment trois pas différentes, l’étape (d) de déformation circonférentielle comportant une étape (d2) de mise en position d’une première couronne de déformation (41), laquelle peut comporter au moins une fenêtre (45) pour recevoir une patte (46) d’une deuxième couronne de déformation (42).
8. Procédé selon l’une des deux revendications précédentes, la deuxième couronne de déformation (42) étant configurée pour être imbriquée dans la première couronne de déformation (41), étant notamment configurée pour s’y déplacer, notamment en rotation.
9. Procédé selon l’un des quatre revendications précédentes, l’étape (d) de déformation circonférentielle comportant une étape (d4) de remise en position contre la masse 41 statorique des couronnes intérieure et extérieure de positionnement (31, 32), avec notamment un mouvement en hélice de la couronne extérieure (32) de positionnement.
10. Procédé selon la revendication précédente, l’étape (d) de déformation circonférentielle comportant une étape (d5) de mise en rotation simultanée d’au moins deux des première, deuxième et troisième couronnes de déformation (41, 42, 43), avec au moins deux pas différents.
11. Ensemble d’outillage, notamment pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une pluralité de couronnes de déformation (41, 42, 43), notamment trois couronnes de déformation, dont une deuxième couronne de déformation (42) qui est configurée pour être imbriquée dans une première couronne de déformation (41), étant notamment configurée pour s’y déplacer, notamment en rotation, l’ensemble comportant au moins une couronne intérieure de positionnement (31) des conducteurs électriques, la couronne intérieure de positionnement comportant une pluralité de doigts mobiles (33).
12. Ensemble selon la revendication précédente, les couronnes de déformation (41, 42, 43) comportant chacune des créneaux longitudinaux (49) pour recevoir les portions de soudage des conducteurs électriques (22).
13. Ensemble selon l’une des deux revendications précédentes, comportant au moins une couronne extérieure de positionnement (32) des conducteurs électriques, la couronne extérieure de positionnement (32) comportant une pluralité de doigts mobiles (34).
14. Ensemble selon la revendication précédente, la couronne extérieure de positionnement (32) comportant des encoches (38) pour recevoir certains conducteurs électriques d’entrée et/ou de sortie de phase, notamment quatre ou six encoches (38).
15. Ensemble selon l’une des quatre revendications précédentes, les doigts mobiles de la couronne intérieure de positionnement comportant des doigts mobiles de phase (35) configurés pour avoir une course radiale plus longue que les autres doigts mobiles (33), notamment six.
16. Stator (2) de machine électrique tournante (1), comportant une masse statorique (25) comportant des encoches (21) ménagées entre des dents (23), des conducteurs électriques (22) étant logés dans les encoches (21), au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U ou en I, comportant chacun des jambes intérieure (22e) et extérieure (22f) s’étendant axialement respectivement dans des première (A) et seconde (R) encoches, au moins une des jambes intérieure (22e) et extérieure (22f) des conducteurs électriques (22) se prolongeant hors des encoches par une portion de soudage inclinée par rapport à un plan perpendiculaire à un axe longitudinal du stator pour venir en surplomb de la masse statorique circonférentiellement au niveau d’une encoche ou d’une dent, cette encoche ou dent étant séparée de la première (A) ou de la seconde (R) encoche respectivement par un nombre N 1 et/ou N2 de dents, au moins une partie des conducteurs électriques ayant chacun une portion de soudage la plus intérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, voire une majorité, mieux tous les conducteurs électriques ayant chacun une portion de soudage la plus intérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, au moins une partie des conducteurs électriques ayant chacun une portion de soudage la plus extérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, voire une majorité, mieux tous les conducteurs électriques ayant chacun une portion de soudage la plus extérieure par rapport à l’axe longitudinal du stator, lesdites portions de soudage (22b) les plus intérieures ou lesdites portions de soudage (22b) les plus extérieures étant inclinées avec une même inclinaison par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator, les autres des portions de soudage les plus extérieures des conducteurs électriques (22) ou des portions de soudage (22b) les plus intérieures étant inclinées avec au moins deux, voire trois ou quatre, inclinaisons différentes par rapport au plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator, au moins une portion de soudage d’un conducteur électrique (22) d’entrée et/ou de sortie de phase étant aligné radialement avec des portions de soudage d’autres conducteurs électriques.
17. Stator selon la revendication précédente, les portions de soudage (22b) des conducteurs électriques étant disposées en plusieurs couches (Int, Ext, Cen) par rapport à l’axe longitudinal du stator, notamment en trois couches, au moins deux couches comportant un nombre différent de portions de soudage de conducteurs électriques.
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