EP1661230A1 - Machine electrique tournante polyphasee telle qu'un alternateur ou alterno-demarreur, notamment pour vehicule automobile - Google Patents

Machine electrique tournante polyphasee telle qu'un alternateur ou alterno-demarreur, notamment pour vehicule automobile

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Publication number
EP1661230A1
EP1661230A1 EP04787271A EP04787271A EP1661230A1 EP 1661230 A1 EP1661230 A1 EP 1661230A1 EP 04787271 A EP04787271 A EP 04787271A EP 04787271 A EP04787271 A EP 04787271A EP 1661230 A1 EP1661230 A1 EP 1661230A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
stator
turns
star
triangle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04787271A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Fabrice Tauvron
Olivier Gas
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.)
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Publication of EP1661230A1 publication Critical patent/EP1661230A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/34—Generators with two or more outputs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/24—Casings; Enclosures; Supports specially adapted for suppression or reduction of noise or vibrations

Definitions

  • Polyphase rotary electrical machine such as an alternator or alternator-starter, in particular for a motor vehicle.
  • the invention relates to a polyphase rotary electrical machine such as an alternator or alternator-starter, in particular for a motor vehicle, of the type comprising, inside a casing, a stator surrounding a rotor, the stator comprising a three-phase winding in star and a three-phase triangle winding, the outputs of which are connected to rectifier bridges mounted in parallel between earth and the output terminal of the rotary electric machine, the two windings being received together in notches in the stator.
  • These two three-phase windings, one connected in star, the other connected in triangle form a device of composite stator windings.
  • the state of the art is thus limited to mentioning some specific positive effects which the device for composite stator windings provides.
  • the object of the invention is to go further by proposing possibilities of optimizing the performance of a rotary electric machine as defined above, by virtue of the device of composite stator windings.
  • the rotary electric machine according to the invention in which the ratio of the numbers of the turns of the star and triangle windings is chosen so that the number of turns of each winding are whole numbers, while maintaining the ratio of these numbers as close as possible to the value 3, is characterized in that the number of turns of the star winding and the number of turns of the triangle winding are 3 and 5 respectively.
  • the diameter of the wire of the star winding is different from the diameter of the wire of the triangle winding and the ratio of the diameters is chosen so as to be close to the optimal ratio of 3 of the resistances of the windings, and the diameters of the windings of star and triangle stator are chosen to obtain a filling coefficient of the notches greater than 50%.
  • the star winding is formed by two wires in parallel, advantageously wound in a distributed manner.
  • the turns of the star winding of a stator notch are arranged at the notch opening, in a distributed manner, while the turns of the triangle winding are at the bottom of one notch.
  • the number of magnets is less than the number of poles and the magnets are arranged symmetrically in the center of the rotor.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of a rotary electrical machine of the prior art
  • - Figure 2 illustrates the electrical diagram of a rotary electrical machine whose stator winding comprises a three-phase star winding and a three-phase triangle winding, according to the prior art
  • - Figure 3 is a sectional view, broken away, of the stator of a rotary electric machine according to one invention
  • - Figure 4 is a perspective view of a rotor of a rotary electrical machine according to the invention
  • FIG. 5 is a curve representing the thermal state T of the machine as a function of the ratio R of the numbers of the turns of the star and triangle windings.
  • a rotary electrical machine is briefly described below, in this case an alternator here of the three-phase type, in particular for a motor vehicle with an internal combustion engine, of the state of the art, to which the invention is applicable.
  • the alternator can be reversible and consist of an alternator-starter in particular for starting the engine of the vehicle.
  • alternator mode When the machine operates in alternator mode it transforms mechanical energy into electrical energy like any alternator.
  • electric motor mode in particular in starter mode to start the heat engine of the motor vehicle, it transforms electrical energy into mechanical energy.
  • This machine essentially comprises a casing 1 and, inside thereof, a rotor 2 integral in rotation with a shaft 3 and a stator 4 which surrounds the rotor and comprises a body in the form of a pack of sheets provided notches, here of the semi-closed type, for the mounting of the stator windings forming on either side thereof a chignon indicated at 5.
  • These windings here comprise a three-phase star winding and a three-phase winding in a triangle arranged as described below to form a composite stator winding device.
  • the rotor is produced in the example shown in the form of a claw rotor, as described for example in documents TS 2002/0175589 A1 and EP 0 454 039 A1, comprising two pole wheels 7, 8 axially juxtaposed and each having a transverse flange provided at its outer periphery with teeth 9 of trapezoidal shape axially aligned towards the flange of the other pole wheel, the tooth of a pole wheel penetrating into the space existing between two adjacent teeth 9 of the other pole wheel, so that the teeth of the pole wheels are nested.
  • An excitation winding 10 is located axially between the flanges and the pole wheels 7, 8.
  • a rotor part in the form of a cylindrical core, which could be separate from the flanges or be in two parts each belonging to one of the flanges as shown in Figure 1
  • the rotor of ferromagnetic material is magnetized and becomes an inductive rotor with the formation of magnetic poles at the teeth of the pole wheels.
  • This inductor rotor creates an alternating induced current in the induced stator when the shaft 3 rotates.
  • the rotor may have salient poles, as described for example in document WO 02/054566, and then comprises several excitation coils each wound around such a pole.
  • the shaft 3 of the rotor 2 carries at its front end a pulley 12 belonging to a movement transmission device with at least one belt between the alternator and the heat engine of the motor vehicle, and at its rear end 13 connected slip rings by wire connections at the ends of the rotor excitation coil (s).
  • Brushes belong to a brush holder shown generally at 14 and are arranged so as to rub on the slip rings.
  • the brush holder is connected to a voltage regulator.
  • the housing 1 is in two parts, namely a front bearing 16 adjacent to the pulley 12 and a rear bearing 17 carrying the brush holder, the voltage regulator and rectifier bridges described below.
  • the bearings are hollow in shape and each have a central ball bearing 19 and 20 respectively for the rotational mounting of the shaft 2 of the rotor 3.
  • the bearings are, in the machine shown, perforated to allow cooling of the alternator by air circulation.
  • the rotor carries at least at one of its axial ends a fan intended to ensure this air circulation.
  • a fan marked 23 is pre-seen on the front end face of the rotor and another fan 24, more powerful, on the rear face, each fan being provided with a plurality of blades indicated at 25 and 26
  • the alternator can also be water cooled, the casing then being configured to include an appropriate water circulation channel.
  • a rotary electrical machine of the type shown in FIG. 2 and to which the invention is applicable comprises a device for composite stator windings, which comprises, as shown in FIG.
  • a three-phase star winding 28 and a winding three-phase triangle 29 whose outputs are connected to rectifier bridges 30 and 31 respectively comprising rectifier elements such as diodes 32 or MOSFET type transistors, especially when the machine is of the reversible type and consists of an alternator-starter as described for example in document FR A 2 745 445 (US A 6 002 219).
  • each three-phase winding has three arms each consisting of a winding of a phase.
  • the three-phase star winding has three arms connected in a star and therefore a common input and three outputs electrically connected to bridge 30.
  • the three-phase winding in a triangle has three arms connected in a triangle, that is to say electrically connected in pairs at each of the vertices of the triangle, each vertex constituting an entry.
  • the outputs of this three-phase winding are electrically connected to the bridge 31.
  • the rectifier bridges are mounted in parallel between the ground and the continuous output terminal 33. These bridges are carried by the rear bearing 17 of the alternator as visible for example in FIG.
  • the bridges are full-wave bridges of the Graetz type. These bridges make it possible in particular to rectify the alternating current produced in the windings of the stator in a direct current in particular for charging the battery of the motor vehicle.
  • the number of turns of the triangle winding 29 is 3 times greater than the number of turns of the star winding 28.
  • the ratio between the sections of the turns of the 1 ' triangle winding and the turns of the star winding is 1 / V3. Since the diagram of FIG. 2 is known, for example from French patent No. 2,737,063, it will not be described below in more detail.
  • the turns of the star 28 and triangle 29 windings are arranged in the same notches denoted 35, the turns of the triangle winding being placed near the opening 36 of the notches, while the turns of the star winding 28 are placed at the bottom.
  • the rotor 2 ( Figure 4) has eight teeth 9 per pole wheel and therefore eight pairs of poles. 48 notches are therefore provided in the stator body, that is to say half as many notches as in the solutions described in documents US 2002/0175589 A1 and EP 0 454 039 A1 mentioned above.
  • the rotor can, depending on the applications, comprise 6, 7, 10 or 12 pairs of poles and the stator 36, 42, 60 or 72 pairs of poles.
  • two notches for receiving the second and third arms of the winding respectively.
  • each notch 35 comprises, in a known manner, a not referenced notch insulator for isolating the wires from the windings with respect to the stator body and that the opening 36 of each notch 35 is sufficiently wide to allow the wires of the windings to pass .
  • This entry is in a known manner closed by a not referenced notch block.
  • This wedge is advantageously elastic to exert a clamping action on the wires of the windings.
  • the object of the invention is to improve rotary electrical machines of the type shown in FIGS. 1 and 2 by optimizing their performance, in particular by means of an appropriate configuration of the device for composite stator windings, and of additional constructive measures, as will be described below.
  • the invention is essentially based on the discovery that the choice of the number of turns received in each notch of the stator, the star 28 and triangle 29 windings has a considerable impact on the performance of the machine.
  • the number of turns must be as small as possible but that the ratio of the number of turns of the winding in a triangle relative to the number of turns the star winding must be as close as possible to the optimal value equal to ⁇ 3. Measurements made it possible to establish the characteristic curve represented in FIG.
  • the abscissa thus carries different ratios or pairs of turns that can be envisaged as a function of the two conditions and taking into account that each number of turns must be an integer.
  • the abscissa carries the possible ratios for numbers of turns of the star winding 2, 3, 4.
  • the curve has the shape of a bell opening upwards, with a minimum value between the 5/3 and 7/4 ratios, where the ratio has the optimal value is ⁇ 3.
  • the thermal degradation to the right of the value ⁇ 3 during the increase in the number of turns of the star winding is explained by the fact that the bun which then becomes large does not allow the cooling air to pass, which has could be measured as an increase in the stator iron temperature.
  • To the left of the value ⁇ 3 the thermal degrades because for a number of turns of winding in star equal to 2, it is necessary to associate four turns of winding in triangle, which involves a report equal to 2 instead of the report optimal "v3.
  • the filling coefficient of the notches is greater than or equal to 50%, and the diameter of the wires is as large as possible to ensure good ventilation of the buns.
  • the positioning of the turns in the notches is easier for wires of a smaller diameter, it is planned to make the turns of the star winding with wires in parallel.
  • the number of wires in parallel must be as low as possible to ensure good ventilation of the buns.
  • a distributed winding consists of winding the wire in the notches of the stator body in a circumferential direction, then after a turn of the stator body to wind the wire in the notches of the stator body in the other circumferential sense.
  • the triangle winding could be made with a 1.6 mm wire and the star winding with a 2 wire, 24 mm.
  • the realization in parallel of the turns of the star winding could allow the use for the star winding wires and the triangle winding wires of wires of diameters of 1.6 mm and 1.7 mm respectively.
  • the arrangement of the triangular winding wires near the opening 36 of the notches 35 and the star winding wires in the bottom of the notches ensures a good balance in electrical flow.
  • a rotor having the configuration according to FIG. 4.
  • This rotor comprises, in a manner known per se and for example described in the French Patent No. 2,784,248, interposed between two teeth 9 adjacent to the periphery of the stator such as the stator 2 according to FIG.
  • a certain number of permanent magnets 38 by choosing the number of these magnets so that it is less than the number of poles of the rotor and that their arrangement is symmetrical with respect to the axis of the rotor.
  • This arrangement of the invention is also applicable to rotors of the salient pole type.
  • Figure 4 there are provided four pairs of magnets 38 for eight pairs of poles. It should be noted that it is also advantageous in the context of the invention to provide at the external periphery of the stator body, in the form of a sheet bundle, an elastic system for filtering vibrations, with a seal at the front.
  • the invention provides, compared to the state of the art, multiple advantages, such as an improvement in the specific power, a reduction in the magnetic noise and the ripple rate. These advantages are obtained by the offset of 30 electrical degrees of the two star and triangle windings in the stator while respecting a ratio of the number of turns of "V3 and a resistance ratio of the windings of l /" V3.
  • the machine is in Figure 1 to be air cooled by a front fan and a more powerful rear fan.
  • the power of the machine can be further increased by using more efficient fans such as fans obtained by superposition of two elementary fans each comprising a series of blades as described for example in the document FR A 2 741 912 and as shown in the figure. 1 (rear fan).
  • the wire diameter of the star winding is different from the wire diameter of the triangle winding.
  • the star winding could be wound with two wires in hand and the triangle winding with one wire in hand.
  • the star winding is wound in distributed corrugation and the wires used are round wires to improve the cooling of the stator chignon.
  • the wire section is greater than or equal to 1.5 mm.
  • windings of different axial height are provided at the buns.
  • one of the windings preferably the one located in the vicinity of the bottoms of the notches, extends in axial projection relative to the other winding at each bun.
  • the star winding is placed in the bottom of the notches.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

L'invention concerne une machine électrique tournante polyphasée telle qu'un alternateur ou alterno-démarreur, notamment pour véhicule automobile. Cette machine est du type comprenant à l'intérieur d'un carter un stator entourant un rotor, le stator comportant un enroulement triphasé en étoile et un enroulement triphasé en triangle dont les sorties sont reliées à des ponts redresseurs montés en parallèle entre la masse et une borne de sortie commune, les deux enroulements étant reçus ensemble dans des encoches du stator, dans cette machine le rapport des nombres des spires des enroulements en étoile et en triangle est choisi de façon que le nombre des spires de chaque enroulement soit respectivement de 3 et 5. L'invention est utilisable pour des alternateurs et des alterno-démarreurs.

Description

"Machine électrique tournante polyphasée telle qu'un alternateur ou alterno-démarreur, notamment pour véhicule automobile".
Domaine de l' invention
L ' invention concerne une machine électrique tournante polyphasée telle qu'un alternateur ou alterno- dëmarreur, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant, à l'intérieur d'un carter, un stator entourant un rotor, le stator comportant un enroulement triphasé en étoile et un enroulement triphasé en triangle dont les sorties sont reliées à des ponts redresseurs montés en parallèle entre la masse et la borne de sortie de la machine électrique tournante, les deux enroulements étant reçus ensemble dans des encoches du stator. Ces deux enroulements triphasés, l'un connecté en étoile, l'autre connecté en triangle, forment un dispositif d'enroulements composites de stator.
Etat de la technique Une machine électrique tournante de ce type est connue par le brevet français N° 2 737 063 auquel on se reportera pour plus de détails. Pour que les tensions produites par les deux enroulements triphasés, l'un connecté en étoile et l'autre connecté en triangle, soient identiques, il est indiqué que les spires de 1 ' enroulement en triangle doit être 3 fois le nombre des spires de l'enroulement en étoile. Il est également précisé que le rapport des sections des spires des deux enroulements doit être la valeur 1/^3.
Objet de l'invention L'état de la technique se limite ainsi à faire état de quelques effets positifs spécifiques que procure le dispositif d'enroulements composites de stator. L ' invention a pour but d' aller plus loin en proposant des possibilités d'optimiser les performances d'une machine électrique tournante telle que définie plus haut, grâce au dispositif d'enroulements composites de stator. Pour atteindre ce but, la machine électrique tournante selon 1 ' invention dans laquelle le rapport des nombres des spires des enroulements en étoile et en triangle est choisi de façon que le nombre des spires de chaque enroulement soient des nombres entiers, tout en maintenant le rapport de ces nombres le plus proche possible de la valeur 3, est caractérisée en ce que le nombre de spires de 1 'enroulement étoile et le nombre de spires de l'enroulement triangle sont respectivement de 3 et 5. Selon encore une autre caractéristique, le diamètre du fil de l'enroulement en étoile est différent du diamètre du fil de 1 ' enroulement en triangle et le rapport des diamètres est choisi de façon à être proche du rapport optimal de 3 des .résistances des enroulements, et les diamètres des enroulements de stator en étoile et en triangle sont choisis pour obtenir un coefficient de remplissage des encoches supérieur à 50%. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'enroulement en étoile est formé par deux fils en parallèle, avantageusement bobinés en réparti. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les spires de l'enroulement en étoile d'une encoche de stator sont disposées au niveau de l'ouverture d'encoche, en réparti, tandis que les spires de l'enroulement en triangle se trouvent dans le fond de 1 ' encoche. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, dans un rotor comportant des paires de pôles et des aimants permanents, le nombre des aimants est inférieur au nombre de pôles et les aimants sont disposés symétriquement au centre du rotor.
Bien entendu ces caractéristiques avantageuses peuvent être considérées isolément ou en combinaison. Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de 1 ' invention et dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machine électrique tournante de 1 ' état de la technique ; - la figure 2 illustre le schéma électrique d'une machine électrique tournante dont 1 ' enroulement de stator comporte un enroulement triphasé en étoile et un enroulement triphasé en triangle, selon l'état de la technique ; - la figure 3 est une vue en coupe, avec arrachement, du stator d'une machine électrique tournante selon 1 ' invention ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un rotor d'une machine électriqαie tournante selon l'invention ; et - la figure 5 est une courbe représentant l'état thermique T de la machine en fonction du rapport R des nombres des spires des enroulements en étoile et en triangle.
Description de modes de réalisation de l' invention En se reportant à la figure 1, on décrit ci-après brièvement une ma.chine électrique tournante, dans le cas présent un alternateur ici du type triphasé notamment pour véhicule automobile à moteur thermique, de l'état de la technique, auquel l'invention est applicable. Bien entendu l'alternateur peut être réversible et consister en alterno-démarreur notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule. Lorsque la machine fonctionne en mode alternateur elle transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique comme tout alternateur. Lorsque la machine fonctionne en mode moteur électrique, notamment en mode démarreur pour démarrer le moteur thermicque du véhicule automobile, elle transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine comporte essentiellement un carter 1 et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor 2 solidaire en rotation d'un arbre 3 et un stator 4 qui entoure le rotor et comporte un corps en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, ici du type semi-fermé, pour le monta.ge des enroulements de stator formant de part et d'autre de celui-ci un chignon indiqué en 5. Ces enroulements comportent ici u enroulement triphasé en étoile et un enroulement triphasé en triangle agencés de manière décrite ci-après pour former un dispositif d'enroulements composites de stator. Le rotor est réalisé dans l'exemple représenté sous forme d'un rotor à griffes, comme décrit par exemple dans les documents TS 2002/0175589 Al et EP 0 454 039 Al, comprenant deux roues polaires 7, 8 axialement juxtaposées et présentant chacune un flasque transversal pourvu à sa périphérie externe de dents 9 de forme trapézoïdale dinrigêes axialement vers le flasque de l'autre roue polaire, la dent d'une roue polaire pénétrant dans l'espace existant entre deux dents 9 adjacentes de L'autre roue polaire, de sorte qτιe les dents des roues polaires soient imbriquées. Un bobinage d'excitation 10 est implanté axialement entire les flasques et les roues polaires 7, 8. Il est porté par une partie de rotor en forme d'un noyau cylindrique, qui pourrait être distinct des flasques ou être en deux parties appartenant chacune à 1 'un des flasques comme représenté à la figure 1. Lorsque le bobinage d'excitation 10 est activé, c'est-à-dire alimenté électriquement, le rotor en matériau ferromagnétique est magnétisé et devient un rotor inducteur avec formation de pôles magnétiques au niveau des dents des roues polaires . Ce rotor inducteur crée un courant induit alternatif dans le stator induit lorsque l'arbre 3 tourne . En variante, le rotor peut être à pôles saillants, comme décrit par exemple dans le document WO 02/054566, et comporte alors plusieurs bobinages d'excitation enroulés chacun autour d'un tel pôle. L'arbre 3 du rotor 2 porte à son extrémité avant une poulie 12 appartenant à un dispositif de transmission de mouvements à au mois une courroie entre 1 ' alternateur et le moteur thermique du véhicule automobile, et à son extrémité arrière 13 des bagues collectrices reliées par des liaisons filaires aux extrémités du ou des bobinages d'excitation du rotor. Des balais appartiennent à un porte-balais représenté de façon générale en 14 et sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices. Le porte-balais est relié à un régulateur de tension. Le carter 1 est en deux parties, à savoir un palier avant 16 adjacent à la poulie 12 et un palier arrière 17 portant le porte-balais, le régulateur de tension et des ponts redresseurs décrits ci-aprês. Les paliers sont de forme creuse et comportent chacun centralement un roulement à billes respectivement 19 et 20 pour le montage à rotation de l'arbre 2 du rotor 3. Les paliers sont, dans la machine représentée, ajourés pour permettre le refroidissement de l'alternateur par circulation d'air. A cette fin, le rotor porte au moins à l'une de ses extrémités axiales un ventilateur destiné à assurer cette circulation de l'air. Dans l'exemple représenté, un ventilateur noté 23 est pré-vu sur la face frontale avant du rotor et un autre ventilateur 24, plus puissant, à la face arrière, chaque ventilateur étant pourvu d'une pluralité de pâles indiquées en 25 et 26. En variante, l'alternateur peut aussi être refroidi par eau, le carter étant alors configuré pour comporter un canal de circulation d'eau approprié. Une machine électrique tournante du type représenté à la figure 2 et à laquelle l'invention est applicable comporte un dispositif d'enroulements composites de stator, qui comprend, comme cela est représenté sur la figure 2, un enroulement triphasé en étoile 28 et un enroulement triphasé en triangle 29 dont les sorties sont reliées à des ponts redresseurs respectivement 30 et 31 comportant des éléments redresseurs tels que des diodes 32 ou des transistors du type MOSFET, notamment lorsque la machine est du type réversible et consiste en un alterno-démarreur comme décrit par exemple dans le document FR A 2 745 445 (US A 6 002 219) .
Ainsi (figure 2) chaque enroulement triphasé comporte trois bras constitués chacun par un enroulement d'une phase. L'enroulement triphasé en étoile comporte trois bras connectés en étoile et donc une entrée commune et trois sorties reliées électriquement au pont 30. L'enroulement triphasé en triangle comporte trois bras connectés en triangle c'est-à-dire reliés électriquement deux à deux à chacun des sommets du triangle, chaque sommet constituant une entrée. Les sorties de cet enroulement triphasé sont reliées électriquement au pont 31. Les ponts redresseurs sont montés en parallèle entre la masse et la borne de sortie continue 33. Ces ponts sont portés par le palier arrière 17 de l'alternateur comme visible par exemple à la figure 3 du document FR A 2 737 063 Les ponts sont des ponts double alternance du type Graetz. Ces ponts permettent notamment de redresser le courant alternatif produit dans les enroulements du stator en un courant continu notamment pour charger la batterie du véhicule automobile. Pour que les tensions délivrées par les deux enroulements soient sensiblement identiques, le nombre de spires de l'enroulement triangle 29 est 3 fois plus important que le nombre de spires de 1 ' enroulement étoile 28. Le rapport entre les sections des spires de 1 ' enroulement triangle et les spires de 1 ' enroulement étoile est de 1/V3. Etant donné que le schéma de la figure 2 est connu, par exemple par le brevet français N° 2 737 063, il ne sera pas décrit ci-après plus en détails. Comme on le voit sur la figure 3 , les spires des enroulements étoile 28 et triangle 29 sont disposées dans les mêmes encoches notées 35, les spires de l'enroulement triangle étant placées à proximité de l'ouverture 36 des encoches, tandis que les spires de l'enroulement étoile 28 se trouvent placées dans le fond.
Il est à noter que dans l'exemple de réalisation décrit le rotor 2 (figure 4) comporte huit dents 9 par roue polaire et donc huit paires de pôles. Il est donc prévu 48 encoches dans le corps du stator soit deux fois moins d'encoches que dans les solutions décrites dans les documents US 2002/0175589 Al et EP 0 454 039 Al précités. Bien entendu le rotor peut, selon les applications, comporter 6, 7 ,10 ou 12 paires de pôles et le stator 36, 42, 60 ou 72 paires de pôles. De manière connue, s' agissant d'un enroulement triphasé entre deux encoches successives de réception d'un premier bras de l'enroulement il est prévu deux encoches de réception respectivement du deuxième et du troisième bras de l'enroulement.
On notera également que chaque encoche 35 comporte de manière connue un isolant d'encoche non référencé pour isoler les fils des enroulements par rapport au corps du stator et que l'ouverture 36 de chaque encoche 35 est suffisamment large pour laisser passer les fils des enroulements. Cette entrée est de manière connue fermée par une cale d'encoche non référencée. Cette cale est avantageusement élastique pour exercer une action de serrage sur les fils des enroulements. L'invention a pour but de perfectionner des machines électriques tournante du type représenté sur les figures 1 et 2 en optimisant leurs performances, notamment grâce à une configuration appropriée du dispositif d'enroulements composites de stator, et de mesures constructives supplémentaires, comme cela sera décrit ci-après. L'invention est essentiellement fondée sur la découverte que le choix du nombre des spires reçues dans chaque encoche du stator, des enroulements en étoile 28 et en triangle 29 a un impact considérable sur les performances de la machine. Dans le cadre de l'invention, on a constaté que pour obtenir des conditions thermiques optimales, le nombre de spires doit être le plus petit possible mais que le rapport du nombre de spires de 1 ' enroulement en triangle par rapport au nombre de spires de l'enroulement en étoile doit être le plus proche possible de la valeur optimale égale à ^3. Des mesures ont permis d'établir la courbe caractéristique représentée sur la figure 5 qui indique sur l'ordonnée l'état thermique de la machine, à savoir la température mesurée sur le fer du corps du stator, c'est-à-dire sur le paquet de tôles constituant le corps du stator, ou au niveau des diodes des ponts redresseurs et sur l'abscisse le rapport R des nombres de spires des deux enroulements. L'abscisse porte ainsi différents rapports ou couples de spires envisageables en fonction des deux conditions et en prenant en compte que chaque nombre de spires doit être un nombre entier. Ainsi l'abscisse porte les rapports envisageables pour des nombres de spires de l'enroulement en étoile 2, 3, 4. On constate que la courbe présente la forme d'une cloche s 'ouvrant vers le haut, avec une valeur minimum entre les rapports 5/3 et 7/4, là où le rapport a la valeur optimale est de ^3. La dégradation thermique à droite de la valeur ^3 lors de l'augmentation du nombre de spires de l'enroulement en étoile s'explique par le fait que le chignon devenu alors important ne laisse pas passer l'air de refroidissement, ce qui a pu être mesuré sous forme d'une augmentation de la température du fer du stator. A gauche de la valeur ^3 la thermique se dégrade parce que pour un nombre de spires d'enroulement en étoile égal à 2, il faut associer quatre spires d'enroulement en triangle, ce qui entraîne un rapport égal à 2 au lieu du rapport optimal "v3. Ce rapport éloigné de la valeur optimale provoque un déséquilibre dans le système électrique, ce qui se manifeste sous forme d'une augmentation des températures au niveau des diodes des ponts redresseurs. Par conséquent, il s'est avéré qu'une configuration d'enroulements comportant dans chaque encoche trois spires d'enroulement en étoile et cinq spires d'enroulement en triangle est particulièrement avantageuse . Il a été indiqué plus haut, que le dispositif d'enroulements composites de stator, c'est-à-dire en partie en étoile et en partie en triangle, doit encore respecter la condition que le rapport de la résistance de l'enroulement triangle doit être égal à la résistance de l'enroulement étoile multiplié par 1/ 3. Pour se rapprocher de ce rapport optimum de l'invention propose d'utiliser des fils d'enroulement triangle et d'enroulement étoile de diamètres différents. On obtient une optimisation des conditions thermiques dans laquelle la machine peut fonctionner, si l'on fait en sorte que le coefficient de remplissage des encoches soit supérieur ou égal à 50%, et que le diamètre des fils soit le plus gros possible pour assurer une bonne aération des chignons . Mais étant donné que la mise en place des spires dans les encoches est plus facile pour des fils d'un diamètre moins important, il est prévu de réaliser les spires de 1 ' enroulement étoile par des fils en parallèle . Cependant, le nombre de fils en parallèle doit être le plus faible possible pour assurer la bonne aération des chignons . Il s' est avéré dans le cadre de 1 ' invention comme particulièrement avantageux de réaliser 1 ' enroulement triphasé en triangle, c'est-à-dire chaque bras de cet enroulement, avec un fil d'un premier diamètre et l'enroulement triphasé en étoile, c'est-à-dire chaque bras de cet enroulement, avec deux fils en parallèle d'un second diamètre bobiné en réparti . Pour mémoire on rappellera qu'un bobinage en réparti consiste à bobiner le fil dans les encoches du corps du stator dans un sens circonférentiel, puis après un tour de corps de stator à bobiner le fil dans les encoches du corps du stator dans l'autre sens circonférentiel. Ici avec l'enroulement en étoile on réalise pour chaque bras de celui-ci trois tours de corps de stator dans les encoches de celui-ci avec deux fils en parallèle, c'est-à-dire deux fils en main, et avec l'enroulement en triangle on réalise cinq tour de corps de stator dans les encoches de celui-ci. Chaque bras comporte donc respectivement trois et cinq spires. En appliquant cette disposition au couple particulièrement avantageux de cinq spires d'enroulement triphasé en triangle et de trois spires d'enroulement triphasé en étoile dans chaque encoche du stator, on obtient la configuration représentée sur la figure 3 avec six fils d'un bras d'enroulement en étoile, à raison de deux fils par spire, au fond de l'encoche sous les cinq spires, c'est-à-dire les cinq fils, d'un bras d'enroulement en triangle. A titre d'exemple, dans un dispositif d'enroulements composites de stator sans dispositions en parallèle de fils, l'enroulement en triangle pourrait être réalisé avec un fil de 1,6 mm et l'enroulement en étoile avec un fil de 2,24 mm. La réalisation en parallèle des spires de l'enroulement étoile pourrait permettre l'emploi pour les fils d'enroulement en étoile et les fils d'enroulement en triangle des fils de diamètres respectivement de 1,6 mm et de 1,7 mm. Il est à noter que la disposition des fils d'enroulement en triangle près de l'ouverture 36 des encoches 35 et des fils d'enroulement en étoile dans le fond des encoches assure un bon équilibre en débit électrique. Cependant, pour améliorer les conditions thermiques et pour réduire le bruit de la machine, il est avantageux de placer les fils d'enroulement en étoile en ouverture des encoches, en réparti, et des fils d'enroulement en triangle au fond des encoches. Les performances, à savoir la puissance et le rendement, d'une machine selon l'invention peuvent encore être augmentées en utilisant un rotor présentant la configuration selon la figure 4. Ce rotor comporte, de façon connue en soi et par exemple décrite dans le brevet français N° 2 784 248, interposé entre deux dents 9 adjacentes à la périphérie du stator tel que le stator 2 selon la figure 1, un certain nombre d'aimants permanents 38, en choisissant le nombre de ces aimants de façon qu'il soit inférieur au nombre de pôles du rotor et que leur disposition soit symétrique par rapport à l'axe du rotor. Cette disposition de l'invention est également applicable à des rotors du type à pôles saillants. A la figure 4 il est prévu quatre paires d'aimants 38 pour huit paires de pôles. Il est à noter qu'il est encore avantageux dans le cadre de l'invention de prévoir à la périphérie externe du corps du stator, en forme de paquet de tôle, un système élastique pour filtrer les vibrations, avec à l'avant un joint plat 40 et à l'arrière des tampons 41, de la résine souple et thermoconductrice étant intercalée entre le palier avant et le corps du stator pour évacuer la chaleur, comme on le voit sur la figure 1. Il ressort de la description qui précède, que l'invention procure, par rapport à l'état de la technique, de multiples avantages, tels qu'une amélioration de la puissance massique, d'une diminution du bruit magnétique et du taux d'ondulation. Ces avantages sont obtenus grâce au décalage de 30 degrés électriques des deux enroulements étoile et triangle dans le stator en respectant un rapport du nombre de spires de "V3 et un rapport de résistance des enroulements de l/"V3. La machine est à la figure 1 être refroidie à air par un ventilateur avant et un ventilateur arrière plus puissant. La puissance de la machine peut encore être augmentée en utilisant des ventilateurs plus performants tels que des ventilateurs obtenue par superposition de deux ventilateurs élémentaires chacun comportant une série de pales comme décrit par exemple dans le document FR A 2 741 912 et comme visible à la figure 1 (ventilateur arrière) . Le diamètre du fil de l'enroulement étoile est différent du diamètre du fil de l'enroulement triangle. L'enroulement étoile pourrait être bobiné avec deux fils en main et 1 ' enroulement triangle avec un fil en main. L'enroulement étoile est bobiné en ondulé réparti et les fils utilisés sont des fils ronds pour améliorer le refroidissement des chignons du stator. La section du fil est supérieure ou égale à 1,5 mm. On pourrait alterner la position des phases dans le chignon. Pour améliorer encore le refroidissement des chignons, on prévoit des enroulements de hauteur axiale différente au niveau des chignons. Ainsi, l'un des enroulements, de préférence celui situé au voisinage des fonds des encoches, s'étend en saillie axiale par rapport à 1 ' autre enroulement au niveau de chaque chignon. Dans ce cas, on place 1 ' enroulement étoile dans le fond des encoches .

Claims

R.EVENDICATI OHS,
1. Machine électrique tournante polyphasée, du type comprenant des ponts redresseurs et, à l'intérieur d'un carter, un stator doté d'un corps de stator à encoches et d'enroulements reçus dans les encoches du corps du stator, un rotor entouré par le stator, le stator comportant un enroulement triphasé en étoile et un enroulement triphasé en triangle dont les sorties sont reliées aux ponts redresseurs montés en parallèle entre la masse et une borne de sortie commune, les deux enroulements étant reçus ensemble dans des encoches du stator, dans laquelle le rapport (R) des nombres des spires des enroulements en étoile (28) et en triangle (29) est choisi de façon que le nombre des spires de chaque enroulement (28 , 29) soit un nombre entier tout en maintenant le rapport de ces nombres de spires le plus proche possible de la valeur "V3 et le plus petit possible, caractérisée en ce que le nombre de spires de l'enroulement étoile (28) et le nombre de spires de l'enroulement triangle (29) sont respectivement de 3 et 5.
2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre du fil de 1 ' enroulement en étoile (28) est différent du diamètre du fil de l'enroulement en triangle (29) , en ce que les diamètres sont choisis de façon que le rapport des sections transversales des deux enroulements soit proche de la valeur ^3 et en ce que les diamètres des enroulements de stator en étoile (28) et en triangle (29) sont choisis pour obtenir un coefficient de remplissage des encoches (35) du stator (4) , qui est supérieur à 50%.
3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'enroulement en étoile (28) est formé par deux fils en parallèle, avantageusement bobinés en réparti.
4. Machine selon la revendications 1, caractérisée en ce que les spires de l'enroulement en étoile (28) dans une encoche de stator (35) sont disposées au niveau de l'ouverture (36) de l'encoche (35), en réparti, tandis que les spires de l'enroulement en triangle (29) se trouvent dans le fond de 1 ' encoche 5. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans un rotor (2) comportant des paires de pôles (9) et des aimants permanents (38) disposés à la périphérie du rotor entre deux pôles (9) adjacents, le nombre des aimants (38) est inférieur au nombre de pôles, les aimants étant disposés symétriquement par rapport au centre du rotor. 6. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps du stator (4) est fixé au carter (1) à l'aide d'un système de suspension élastique (40, 41) . 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que le système élastique comprend à 1 ' avant du corps du stator un joint plat (40) et à l'arrière des tampons (41) . 8. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor (2) porte un ventilateur double obtenu par superposition de deux ventilateurs . 9. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle consiste en un alternateur pour véhicule automobile .
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