FR3118351A1 - Bobine destinée à être insérée dans des encoches d’un stator d’une machine électrique tournante - Google Patents

Bobine destinée à être insérée dans des encoches d’un stator d’une machine électrique tournante Download PDF

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Abstract

Bobine destinée à être insérée dans des encoches d’un stator d’une machine électrique tournante . L’invention concerne une bobine (20) pour être insérée dans des d’un stator, la bobine (20) étant enroulée selon plusieurs spires successives comportant chacune : - une première demi-spire (32a) comportant une première portion d’encoche (34a), - une seconde demi-spire (32b) comportant une seconde portion d’encoche (34b), les première et seconde portions d’encoche (34a, 34b) les plus intérieures de la bobine (20) ayant leurs surfaces les plus intérieures s’étendant selon un même plan médian (P) de la bobine (20), la bobine (20) étant entièrement comprise entre deux plans externes définis par les surfaces des premières et secondes portions d’encoche (34a, 34b) les plus extérieures de la bobine (20) les plus éloignées du plan médian (P) de la bobine (20), les premières portions d’encoche (34a) et les secondes portions d’encoche (34b) étant empilées selon un ordre identique du plan médian (P) de la bobine (20) vers les plans externes (V, R). Figure pour l’abrégé : Fig. 19

Description

Bobine destinée à être insérée dans des encoches d’un stator d’une machine électrique tournante
La présente invention concerne les bobines destinées à être insérée dans des encoches d’un stator d’une machine électrique tournante. L’invention concerne également le bobinage associé, le stator et la machine électrique tournante correspondante. Elle concerne également les procédés de fabrication de tels bobinages.
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.
Usuellement, les bobines de machines électriques sont formées par enroulement d’un fil électrique selon une pluralité de spires identiques, les bobines étant ensuite insérées dans les encoches de la machine en prenant la forme nécessaire au remplissage des encoches par cintrage à l’insertion. En variante, les bobines sont formées par enroulement d’un fil électrique en spire sur un gabarit de forme prédéterminée, puis insérées dans les encoches en conservant sensiblement la forme du gabarit.
Il est connu des demandes de brevet EP2416471, JP2011097723, EP2562917, EP3197020 et US10476337 des stators comportant des bobines formées par enroulement d’un fil électrique selon une pluralité de spires identiques de forme sensiblement hexagonales. Les bobines sont configurées pour être insérés dans deux encoches du stator espacées l’une de l’autre par une pluralité d’encoches.
Il existe un besoin pour bénéficier de bobines pour un stator de machine électrique tournante d’assemblage aisé permettant un remplissage efficace des encoches, tout en assurant des performances électromagnétiques satisfaisantes. 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.
Il existe également un besoin pour disposer d’un procédé de fabrication des bobines permettant la formation de bobines avec un taux de remplissage des encoches satisfaisant, permettant une fabrication rapide des bobines, limitant la quantité de conducteurs électriques utilisée et capables d’être refroidies efficacement.
Bobine entre deux plans défin i s par les portions d’encoche externes
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon un premier aspect, grâce à une bobine destinée à être cintrée pour être insérée dans une première et une seconde encoche d’un stator d’une machine électrique tournante, la bobine étant enroulée selon une pluralité de spires successives, chaque spire comportant :
- une première demi-spire présentant une première portion d’encoche configurée pour être insérée dans la première encoche du stator,
- une seconde demi-spire présentant une seconde portion d’encoche configurée pour être insérée dans la seconde encoche du stator,
les première et seconde portions d’encoche les plus intérieures de la bobine ayant leurs surfaces les plus intérieures s’étendant selon un même plan médian de la bobine, la bobine étant entièrement comprise entre deux plans externes parallèles au plan médian de la bobine et définis par les surfaces des premières et secondes portions d’encoche les plus extérieures de la bobine les plus éloignées du plan médian de la bobine,
les premières portions d’encoche et les secondes portions d’encoche étant empilées selon un ordre identique en partant du plan médian de la bobine vers les plans externes.
Par «les premières portions d’encoche et les secondes portions d’encoch e étant empilées selon un ordre identique en partant du plan médian de la bobine vers les plans externes», on comprend que, si les premières portions d’encoche prises de la première spire à la dernière spire de l’enroulement sont empilées à partir du plan médian vers un des plans externes, alors les secondes portions d’encoche prises de la première spire à la dernière spire de l’enroulement sont empilées aussi à partir du plan médian vers un des plans externes, et inversement. Ainsi, on comprend que si la première portion d’encoche de la première spire de la bobine est la plus intérieure de la bobine, la seconde portion d’encoche de cette même première spire est la plus intérieure de la bobine également et inversement.
Il en résulte que, lorsque les portions d’encoche sont insérées dans les encoches correspondantes, les premières portions d’encoche des spires successives sont configurées pour être disposées dans la première encoche du stator dans un ordre radialement inverse des secondes portions d’encoche des spires successives dans la seconde encoche. C’est-à-dire, si la première portion d’encoche de la première spire de la bobine est radialement la plus intérieure dans la première encoche du stator, la seconde portion de cette même spire est radialement la plus extérieure dans la seconde encoche du stator et inversement.
Chaque bobine comportant plusieurs spires, on obtient une réduction des pertes par courants induits, ou pertes Joule AC, ce qui est particulièrement avantageux lorsque la vitesse de fonctionnement est élevée. Le transfert thermique vers la source froide en est également facilité.
L’inversion de l’ordre des portions d’encoche dans les première et seconde encoches, également appelée «transposition», permet notamment de minimiser les courants de circulation entre portions d’encoche d’une même bobine dans chacune des première et seconde encoches.
Par «l es plus intérieure s de la bobine», on comprend les plus proches du plan médian de la bobine.
Le fait que les première et seconde portions d’encoche les plus intérieures de la bobine aient leurs surfaces les plus intérieures s’étendant selon un même plan médian permet d’avoir une bobine qui est compacte perpendiculairement au plan médian de la bobine. De plus une telle compacité permet un meilleur remplissage des encoches du stator en permettant que la première et la deuxième portion d’encoche insérées dans une encoche soient très proches voire même en contact l’une de l’autre. Ce qui améliore les performances de la machine.
Par «la bobine étant entièrement comprise entre deux plans externes parallèles au plan médian et définis par les surfaces des premières et secondes portions d’encoche les plus extérieures de la bobine les plus éloignées du plan médian de la bobine», on comprend que l’épaisseur maximale de la bobine correspond à l’épaisseur de la bobine au niveau des portions d’encoche.
Le fait que les bobines s’étendent entièrement entre deux plans externes définis par des surfaces des portions d’encoche les plus extérieure permet d’avoir des bobines compactes dans le sens radial au niveau des chignons, c’est à dire les portions qui s’étendent hors des encoches après l’insertion des bobines dans les encoches. Ceci permet également de faciliter la fabrication de la machine électrique en limitant évitant que les portions hors des encoches aient un encombrement radial hors des encoches supérieur à l’encombrement radial des encoches.
Lorsque la bobine est insérée dans les encoches du stator ou avant qu’elle ne soit insérée dans les encoches du stator, elle est cintrée (ou galbée) pour prendre la courbure du stator et permettre l’insertion des portions d’encoches dans deux encoches du stator espacées entre elles. Le plan médian devient un cylindre médian de la bobine et les plans externes deviennent des cylindres externes de même axe central que le cylindre médian mais de rayons différents. La bobine peut présenter une étendue angulaire dans le stator comprise entre 20° et 180°, mieux comprise entre 50° et 80°, de préférence sensiblement égale à 65°.
De préférence, les premières et secondes portions d’encoche sont de même longueur, notamment sensiblement la longueur des encoches du stator.
De préférence, les premières et secondes demi-spires sont de mêmes longueurs.
De préférence, les premières et secondes portions d’encoche sont rectilignes.
La bobine est formée préférentiellement d’un ou plusieurs fils conducteurs, de préférence d’un unique fil conducteur. De préférence, le ou les fils conducteurs sont, en section transversale, de forme circulaire, ou de forme polygonale, notamment à arêtes arrondies, préférentiellement de forme rectangulaire, entre autres formes possibles. De préférence, le fil conducteur est de section transversale rectangulaire. De préférence, les premières portions d’encoche sont empilées les unes sur les autres en étant en contact les unes avec les autres par leur face la plus large, autrement appelée le plat, et les secondes portions d’encoche sont également empilées les unes sur les autres en étant en contact les unes avec les autres par leur plat.
De préférence, le fil conducteur de la bobine est isolé électriquement par un revêtement isolant, notamment un émail.
La bobine est, de préférence, de forme sensiblement hexagonale, notamment avec deux côtés opposés formés par les premières et secondes portions d’encoche plus longs que les autres, notamment au moins deux fois plus longs que les autres côtés de l’hexagone. En variante, les premières et secondes portions d’encoche sont moins longues que les autres côtés de l’hexagone.
De préférence, les premières et secondes demi-spires s’étendent chacune selon un plan de demi-spire, notamment parallèle au plat du fil conducteur, les plans de demi-spire des premières et secondes demi-spires étant parallèles entre eux et parallèle au plan médian de la bobine. De préférence, les plans de demi-spire des premières demi-spires s’étendent tous d’un même côté du plan médian de la bobine et les plans de demi-spire des secondes demi-spires s’étendant tous de l’autre côté du plan médian de la bobine.
De préférence, les secondes demi-spires sont chacune reliées à la première demi-spire de la même spire et à la première demi-spire de la spire suivante par des portions de jonction.
De préférence, les premières et secondes demi-spires comportent chacune deux portions de chignon s’étendant de part et d’autre des premières et secondes portions d’encoche respectives. Les portions de chignon sont reliées aux portions de jonction entre les premières et secondes demi-spires et destinées à s’étendre hors des premières et secondes encoches. Les portions de chignon sont, de préférence, formées rectilignes avant insertion des portions d’encoche dans les encoches du stator et cintrés juste avant ou lors de l’insertion des portions d’encoche dans les encoches du stator pour suivre la courbure du stator. De préférence, les portions de chignon s’étendent dans le même plan d’extension parallèle au plan médian de la bobine que la première ou la deuxième portion d’encoche correspondante. Les portions de chignon peuvent former un angle non plat avec la première ou seconde portion d’encoche correspondante. L’angle entre la première ou la seconde portion d’encoche et les portions de chignon peut être compris entre 90° et 150°,étant de préférence de l’ordre de 120°.
De préférence, les portions de jonction entre les premières et secondes demi-spires et une partie des premières et secondes demi-spires, notamment les portions de chignon des demi-spires, forment deux chignons de la bobine s’étendant de part et d’autre du stator lorsque la bobine est insérée dans le stator.
De préférence, chaque portion de jonction est une portion de boucle s’étendant entre la première et la seconde demi-spire qu’elle relie, notamment entre les portions de chignon de la première et la seconde demi-spire qu’elle relie. De préférence, la portion de jonction la plus intérieure de la bobine forme une boucle sensiblement complète, les autres portions de jonction formant préférentiellement des portions de boucle d’étendue angulaire sensiblement égale à 180°.
Des deux côtés des premières et deuxièmes portions d’encoche, les portions de jonction de la bobine peuvent toutes s’empiler selon un même plan de jonction en se superposant toutes les unes aux autres, notamment sur le plat du fil conducteur. Ainsi, les portions de jonction forment une unique tête à chaque extrémité de la bobine et sont de longueur croissante du centre de la bobine vers l’extérieur de la bobine. De préférence, les têtes des deux extrémités de la bobine s’étendent selon le même plan de jonction, notamment perpendiculaire au plan médian de la bobine.
En variante, de chaque côté des premières et deuxièmes portions d’encoche, les portions de jonction de la bobine s’empilent selon au moins deux têtes juxtaposées s’étendant selon des plans de jonction parallèles entre eux, les portions de jonction se superposant entre elles, notamment sur le plat du fil conducteur, alternativement sur l’une et l’autre des deux têtes. Les deux plans de jonction sont, de préférence, décalés latéralement entre eux d’une distance sensiblement égale à la largeur du plat du fil conducteur de sorte que les deux têtes adjacentes sont jointives latéralement. Ceci permet notamment de réduire l’encombrement radial des chignons afin de faciliter la fabrication de la machine électrique. De préférence, les plans de jonctions sont perpendiculaires au plan médian de la bobine.
Les premières portions d’encoche peuvent se superposer selon une unique colonne s’étendant perpendiculairement au plan médian de la bobine, c’est-à-dire configuré pour s’étendre radialement dans la première encoche, et les secondes portions d’encoche peuvent se superposer selon une unique colonne perpendiculaire au plan médian, c’est à dire configuré pour s’étendre radialement dans la seconde encoche. De préférence, la largeur du fil de la première et de la seconde portion d’encoche est sensiblement égale à la largeur de la première et de la seconde encoche respectivement dans laquelle elle s’insère.
En variante, les premières portions d’encoche se superposent selon plusieurs, notamment deux, colonnes juxtaposées s’étendant perpendiculairement au plan médian, et les secondes portions d’encoche se superposent également selon plusieurs, notamment deux, colonnes juxtaposées s’étendant perpendiculairement au plan médian. Dans ce cas, de préférence, les portions de jonction d’un côté des portions d’encoche s’empilent selon autant de têtes que de colonnes juxtaposées des portions de jonction, et les portions de jonction de l’autre côté des portions d’encoche s’empilent selon un nombre de têtes juxtaposées correspondant au nombre de colonnes des portions d’encoche plus une, les têtes s’étendant selon des plans de jonctions parallèles entre eux et préférentiellement perpendiculaire au plan médian de la bobine.
La bobine peut être configurée pour être disposée dans les encoches du stator de manière concentrée ou répartie.
Par «concentrée», on comprend que la bobine est enroulée autour d’une seule dent et la première et la seconde encoche sont adjacentes.
Par «répartie», on entend que la première et la seconde encoche ne sont pas adjacentes.
De préférence, la bobine est configurée pour être disposée dans la première et la seconde encoche de manière répartie.
Bobine ayant au moi n s deux têtes de chignon par chignon
L’invention a encore pour objet, selon un second aspect, une bobine destinée à être insérée dans une première et une seconde encoche d’un stator d’une machine électrique tournante, la bobine étant enroulée selon une pluralité de spires successives, chaque spire comportant :
- une première demi-spire comportant une première portion d’encoche configurée pour être insérée dans la première encoche du stator,
- une seconde demi-spire comportant une seconde portion d’encoche configurée pour être insérée dans la seconde encoche du stator,
les secondes demi-spires étant chacune reliées à la première demi-spire de la même spire et à la première demi-spire de la spire suivante par des portions de jonction,
de chaque côté des premières et deuxièmes portions d’encoche, les portions de jonction de la bobine s’empilent selon au moins deux têtes juxtaposées s’étendant selon des plans de jonctions parallèles entre eux.
Le fait que les portions de jonction de la bobine s’empilent selon au moins deux têtes juxtaposées permet notamment de réduire l’encombrement radial des chignons, ce qui facilite la fabrication de la machine.
Les deux plans de jonctions sont, de préférence, décalés latéralement entre eux d’une distance sensiblement égale à la largeur du plat du fil conducteur de sorte que les deux têtes adjacentes sont jointives latéralement.
De préférence, avant insertion dans le stator, la première portion d’encoche et la seconde portion d’encoche la plus intérieure de la bobine ont leur surface la plus intérieure qui s’étendent selon un même plan médian de la bobine. Ceci permet d’avoir une bobine qui est compacte perpendiculairement au plan médian. De plus une telle compacité permet un meilleur remplissage des encoches du stator en permettant que la première et la deuxième portion d’encoche insérées dans une encoche soient en contact l’une de l’autre. Ce qui améliore le refroidissement.
En variante, les première et seconde portions d’encoche les plus intérieures de la bobine ont leurs surfaces les plus intérieures qui s’étendent selon deux plans différents espacés entre eux radialement d’une distance non nulle.
Par «la plus intérieure de la bobine», on comprend la plus proche du plan médian de la bobine.
De préférence, la bobine est entièrement comprise entre deux plans externes parallèles au plan médian et définis par les surfaces les plus éloignées du plan médian des premières et secondes portions d’encoche les plus extérieures de la bobine. Le fait que les bobines s’étendent entièrement entre deux plans définis par des surfaces de portions d’encoche les plus extérieure parallèles au plan médian permet d’avoir des bobines compactes dans le sens radial au niveau des chignons, c’est à dire les portions qui s’étendent hors des encoches après l’insertion des bobines dans les encoches.
Par «la bobine étant entièrement comprise entre deux plans externes parallèles au plan médian et définis par les surfaces les plus éloignées du plan médian des premières et secondes portions d’encoche les plus extérieures de la bobine», on comprend que l’épaisseur maximale de la bobine correspond à l’épaisseur de la bobine au niveau des portions d’encoche.
De préférence, les premières portions d’encoche et les secondes portions d’encoche sont empilées selon un ordre identique en partant du plan médian de la bobine vers les plans externes.
Par «les premières portions d’encoche et les secondes portions d’encoch e étant empilées selon un ordre identique en partant du plan médian de la bobine vers les plans externes», on comprend que, si les premières portions d’encoche prises de la première spire à la dernière spire de l’enroulement sont empilées à partir du plan médian vers un des plans externe, alors les secondes portions d’encoche prises de la première spire à la dernière spire de l’enroulement sont empilées aussi à partir du plan médian vers un des plans externe et inversement. Ainsi, on comprend que si la première portion d’encoche de la première spire de la bobine est la plus intérieure de la bobine, la seconde portion d’encoche de cette même spire est la plus intérieure de la bobine et inversement.
Il en résulte que, lorsque les portions d’encoche sont insérées dans les encoches correspondantes, les premières portions d’encoche des spires successives sont configurées pour être disposées dans la première encoche du stator dans un ordre radialement inverse des secondes portions d’encoche des spires successives dans la seconde encoche. C’est-à-dire, si la première portion d’encoche de la première spire de la bobine est radialement la plus intérieure dans la première encoche du stator, la seconde portion de cette même spire est radialement la plus extérieure dans la seconde encoche du stator et inversement.
Chaque bobine comportant plusieurs spires, on obtient une réduction des pertes par courants induits, ou pertes Joule AC, ce qui est particulièrement avantageux lorsque la vitesse de fonctionnement est élevée. Le transfert thermique vers la source froide en est également facilité.
L’inversion de l’ordre des portions d’encoche dans les première et seconde encoches, également appelée «transposition», permet notamment de minimiser les courants de circulation entre portions d’encoche d’une même bobine dans chacune des première et seconde encoches.
De préférence, les deux plans de jonction sont perpendiculaires au plan médian de la bobine.
De préférence, les premières et secondes demi-spires comportent chacune deux portions de chignon s’étendant de part et d’autre des premières et secondes portions d’encoche respectives. Les portions de chignon sont reliées aux portions de jonction entre les premières et secondes demi-spires et destinées à s’étendre hors des premières et secondes encoches. Les portions de chignon sont, de préférence, rectilignes avant insertion des portions d’encoche dans les encoches du stator et courbes après insertion pour suivre la courbure du stator. De préférence, les portions de chignon s’étendent dans le même plan que la première ou la deuxième portion d’encoche correspondante. Les portions de chignon peuvent former un angle non plat avec la première ou seconde portion d’encoche correspondante. L’angle entre la première ou la seconde portion d’encoche et les portions de chignon peut être compris entre 90° et 150°,étant de préférence de l’ordre de 120°.
De préférence, les portions de jonction entre les premières et secondes demi-spires et une partie des premières et secondes demi-spires, notamment les portions de chignon des demi-spires, forment deux chignons de la bobine s’étendant de part et d’autre du stator lorsque la bobine est insérée dans le stator.
De préférence, chaque portion de jonction est une portion de boucle s’étendant entre la première et la seconde demi-spire qu’elle relie, notamment entre les portions de chignon de la première et la seconde demi-spire qu’elle relie. De préférence, la portion de jonction la plus intérieure de la bobine forme une boucle sensiblement complète, les autres portions de jonction formant préférentiellement des portions de boucle d’étendue angulaire sensiblement égale à 180°. En variante, toutes les portions de jonction forment des portions de boucle d’étendue angulaire sensiblement égale à 180°.
Lorsque la bobine est insérée dans les encoches du stator, elle est déformée pour prendre la courbure du stator. Le plan médian devient un cylindre médian de la bobine et les plans externes deviennent des cylindres externes de même axe central que le cylindre médian mais de rayons différents. La bobine peut présenter une étendue angulaire dans le stator comprise entre 20° et 180°, mieux comprise entre 50° et 80°, de préférence sensiblement égale à 65°.
De préférence, les premières et secondes portions d’encoche sont de même longueur.
De préférence, les premières et secondes demi-spires sont de mêmes longueurs.
La bobine est, de préférence, de forme sensiblement hexagonale, notamment avec deux côtés opposés formés par les premières et secondes portions d’encoche plus longs que les autres, notamment au moins deux fois plus longs que les autres côtés de l’hexagone. En variante, les premières et secondes portions d’encoche sont moins longues que les autres côtés de l’hexagone.
La bobine est formée préférentiellement d’un ou plusieurs fils conducteurs, de préférence d’un unique fil conducteur. De préférence, le ou les fils conducteurs sont, en section transversale, de forme circulaire, ou de forme polygonale, notamment à arêtes arrondies, préférentiellement de forme rectangulaire, entre autres formes possibles. De préférence, le fil conducteur est de section transversale rectangulaire. De préférence, les premières portions d’encoche sont empilées les unes sur les autres en étant en contact les unes avec les autres par leur face la plus large, autrement appelée le plat, et les secondes portions d’encoche sont également empilées les unes sur les autres en étant en contact les unes avec les autres par leur plat.
De préférence, le fil conducteur de la bobine est isolé électriquement par un revêtement isolant, notamment un émail.
De préférence, les premières et secondes portions d’encoche sont rectilignes.
De préférence, les premières et secondes demi-spires s’étendent chacune selon un plan de demi-spire, notamment parallèle au plat du fil conducteur, les plans de demi-spire des premières et secondes demi-spires étant parallèles entre eux et parallèle au plan médian de la bobine. De préférence, les plans de demi-spire des premières demi-spires s’étendent tous d’un même côté du plan médian de la bobine et les plans de demi-spire des secondes demi-spires s’étendant tous de l’autre côté du plan médian de la bobine.
Les premières portions d’encoche peuvent se superposer selon une unique colonne perpendiculaire au plan médian de la bobine, c’est-à-dire configuré pour s’étendre radialement dans la première encoche, et les secondes portions d’encoche peuvent se superposer selon une unique colonne perpendiculaire au plan médian, c’est à dire configuré pour s’étendre radialement dans la seconde encoche. De préférence, la largeur du fil de la première et de la seconde portion d’encoche est sensiblement égale à la largeur de la première et de la seconde encoche respectivement dans laquelle elle s’insère.
En variante, les premières portions d’encoche se superposent selon plusieurs, notamment deux, colonnes juxtaposées s’étendant perpendiculairement au plan médian, et les secondes portions d’encoche se superposent également selon plusieurs, notamment deux, colonnes juxtaposées s’étendant perpendiculairement au plan médian. Ceci permet d’avoir un plus grand nombre de spires dans les encoches, ce qui améliore les performances de la machine.
Dans ce cas, de préférence, les portions de jonction d’un côté des portions d’encoche s’empilent selon autant de têtes que de colonnes juxtaposées des portions de jonction, et les portions de jonction de l’autre côté des portions d’encoche s’empilent selon un nombre de têtes juxtaposées correspondant au nombre de colonnes des portions d’encoche plus une, les têtes s’étendant selon des plans de jonctions parallèles entre eux et préférentiellement perpendiculaire au plan médian de la bobine.
La bobine peut être configurée pour être disposée dans les encoches du stator de manière concentrée ou répartie.
Par «concentrée», on comprend que la bobine est enroulée autour d’une seule dent et la première et la seconde encoche sont adjacentes.
Par «répartie», on entend que la première et la seconde encoche ne sont pas adjacentes.
De préférence, la bobine est configurée pour être disposée dans la première et la seconde encoche de manière répartie.
Grappe
L’invention a encore pour objet, selon un troisième aspect, une grappe de bobine comportant une pluralité de bobines telles que décrites précédemment en relation avec les premier et deuxième aspects de l’invention, les bobines étant reliées entre elle par continuité du fil conducteur.
Stator avec couronne et culasse rapportée
L’invention a encore pour objet, selon un quatrième aspect, un stator comportant :
- une couronne comportant :
○ des dents ménageant entre elles des encoches ouvertes radialement vers l’extérieur, et
○ des ponts de matière reliant chacun deux dents adjacentes à leur base du côté de l'entrefer et définissant le fond de l’encoche entre ces dents,
- des bobines disposées chacune dans une première et une seconde encoche du stator,
- une culasse rapportée sur la couronne.
chaque bobine étant enroulée selon une pluralité de spires successives, chaque spire comportant :
- une première demi-spire comportant une première portion d’encoche configurée pour être insérée dans la première encoche du stator,
- une seconde demi-spire reliée à la première demi-spire comportant une seconde portion d’encoche configurée pour être insérée dans la seconde encoche du stator,
les premières portions d’encoche des spires successives étant disposés dans la première encoche du stator dans un ordre radialement inverse des secondes portions d’encoche des spires successives dans la seconde encoche.
Par «les premières portions d’encoche des spires successives étant disposés dans la première encoche du stator dans un ordre radialement inverse des secondes portions d’encoche des spires successives dans la seconde encoche», on comprend que les portions d’encoche sont disposées dans la première encoche selon un ordre radial des spires successives particulier et que les secondes portions d’encoche sont disposées dans la seconde encoche selon un ordre radial des spires successives inverse. C’est-à-dire, si la première portion d’encoche de la première spire de la bobine est radialement la plus intérieure dans la première encoche du stator, la seconde portion de cette même spire est radialement la plus extérieure dans la seconde encoche du stator et inversement.
Ceci résulte du fait que les premières portions d’encoche et les secondes portions d’encoche sont empilées selon un ordre identique en partant du plan médian de la bobine vers les plans externe, c’est-à-dire que les premières portions d’encoche prises de la première spire à la dernière spire de l’enroulement sont empilées à partir du plan médian vers un des plans externe, alors les secondes portions d’encoche prises de la première spire à la dernière spire de l’enroulement sont empilées aussi à partir du plan médian vers un des plans externe et inversement. Ainsi, on comprend que si la première portion d’encoche de la première spire de la bobine est la plus intérieure de la bobine, la seconde portion d’encoche de cette même spire est la plus intérieure de la bobine et inversement.
Chaque bobine comportant plusieurs spires, on obtient une réduction des pertes par courants induits, ou pertes Joule AC, ce qui est particulièrement avantageux lorsque la vitesse de fonctionnement est élevée. Le transfert thermique vers la source froide en est également facilité.
L’inversion de l’ordre des portions d’encoche dans les première et seconde encoches, également appelée «transposition», permet notamment de minimiser les courants de circulation entre portions d’encoche d’une même bobine dans chacune des première et seconde encoches.
Par «culasse rapportée», il faut comprendre que la culasse n’est pas réalisée d’un seul tenant avec la couronne mais est fixée à cette dernière au cours de la fabrication du stator.
Le fait que les encoches soient ouvertes radialement vers l’extérieur permet que les bobinages soient insérés dans les encoches par un déplacement radial vers l’intérieur des encoches. L’installation des bobinages est facilitée, d’une part en ce que l’accès à l’intérieur des encoches est plus aisé, s’agissant d’encoches ouvertes totalement et en direction de l’extérieur plutôt que vers l’entrefer, et d’autre part en ce que l’espace disponible autour de la couronne, pour les outillages nécessaires, voire pour une machine à bobiner, est plus important que l’espace disponible dans l’alésage du stator.
Lors de l’insertion des conducteurs électriques dans les encoches, qui se fait radialement et non axialement, les conducteurs se déplacent au contact d’une longueur de la masse statorique qui au maximum correspond à la profondeur de l’encoche. Il en résulte des contraintes mécaniques plus faibles que pour une insertion axiale, où les conducteurs sont exposés à un déplacement au contact de la masse statorique sur une longueur égale à la dimension axiale de celle-ci. Du fait des contraintes mécaniques moindres lors de l’insertion, le revêtement isolant recouvrant les conducteurs électriques est moins sollicité et le risque d’une détérioration est réduit, de telle sorte que la présence d’un isolant en feuille autour du bobinage n’est plus nécessaire lorsque l’isolant est en polymère.
La culasse permet de fermer les encoches de la couronne et de maintenir les bobinages dans les encoches après leur insertion. Lors de la fabrication du stator, la culasse peut être assemblée avec la couronne de diverses manières.
Du fait que les encoches sont fermées après assemblage de la culasse, le risque de fuite du vernis d’imprégnation vers l’entrefer est éliminé. Le stator peut être utilisé comme une enceinte fermée d’imprégnation en assurant une étanchéité aux extrémités du stator seulement. L’outillage est ainsi simplifié. Ceci réduit également la quantité de vernis perdue et les opérations de nettoyage.
En outre, un tel stator présente de nombreux avantages du point de vue électromagnétique par rapport à un stator présentant des encoches ouvertes vers l’entrefer. Il permet de réduire fortement les perturbations électromagnétiques liées à la présence des ouvertures des encoches donnant sur l’entrefer dans l’art antérieur.
L’absence d’ouverture des encoches vers l’entrefer permet de réduire les pulsations d’encoches. Les performances électromagnétiques de la machine en sont améliorées.
Encoches
Au moins une encoche, mieux toutes les encoches, peuvent être à bords opposés parallèles entre eux. La largeur des encoches est, de préférence, sensiblement constante sur toute leur hauteur.
Au moins une dent, mieux toutes les dents, peuvent être de forme générale trapézoïdale lorsqu’observée en section dans un plan perpendiculaire à l’axe du stator.
De préférence, plusieurs ponts de matière présentent chacun une zone déformable, et de préférence, tous les ponts de matière présentent chacun une zone déformable. Par «zone déformable», on comprend une zone du pont de matière se déformant de manière préférentielle lors d’un mouvement relatif des dents qu’il relie. La déformation du pont de matière peut se traduire par un allongement ou un raccourcissement de la dimension circonférentielle du pont de matière, ce qui entraîne un allongement ou un raccourcissement de la dimension circonférentielle de la couronne. La déformation préférentielle peut résulter d’une forme particulière donnée au pont.
La zone déformable permet de s’adapter aux contraintes mécaniques subies par la couronne lors de l’assemblage de la couronne avec la culasse. De plus, cela permet si on le souhaite d’avoir des encoches plus ouvertes avant montage de la culasse et donc un jeu plus important entre les conducteurs électriques et la paroi des encoches lors de l’insertion des conducteurs électriques, ce qui facilite celle-ci et réduit le risque d’endommagement des isolants.
De préférence, les ponts de matière présentent chacun une zone à perméabilité magnétique réduite, notamment sous la forme d’au moins un rétrécissement localisé, d’au moins un écrasement localisé, d’au moins une ouverture ou d’au moins un traitement localisé. La zone à perméabilité magnétique réduite du pont de matière est saturée magnétiquement lors du fonctionnement de la machine, ce qui limite le passage du flux et augmente l’efficacité de la machine.
De préférence, le fond des encoches présente chacun au moins une portion plane contre laquelle au moins un conducteur électrique, de préférence de section sensiblement rectangulaire, est en appui. La ou les portions planes sont sensiblement perpendiculaires à l’axe radial de l’encoche.
Le fond de l’encoche peut être plat, à l’exception d’un renfoncement et/ou d’une zone déformable.
La zone déformable ou le renfoncement forme, de préférence, un jeu entre le pont de matière et le ou les conducteurs électriques correspondant, ce qui peut faciliter la pénétration du vernis lors de l’imprégnation du stator.
Ceci permet un bon remplissage des encoches par les conducteurs électriques dans le cas de conducteurs électriques de section transversale rectangulaire, en permettant aux conducteurs électriques de prendre appui à plat dans le fond de l’encoche.
Interface entre la culasse et la couronne
De préférence, la couronne présente des reliefs sur sa surface radialement extérieure, coopérant avec des reliefs coopérants, notamment imbriqués l’un dans l’autre de la culasse. De tels reliefs permettent par coopération de formes de maintenir la couronne et la culasse fixes l’un par rapport à l’autre. Les reliefs coopérants sont, de préférence, du type queue d’aronde et mortaise ou des reliefs venant en appui l’un contre l’autre.
La couronne peut être réalisée par enroulement en hélice d’une bande de tôle comportant des dents reliées par les ponts de matière, les bords opposés de chaque encoche devenant, de préférence, sensiblement parallèles entre eux lorsque la bande est enroulée sur elle-même pour former la couronne.
En variante, la bande peut être formée de secteurs comportant chacun plusieurs dents, les secteurs étant reliés par des liaisons, ces secteurs étant découpés dans une bande de tôle. Les liaisons peuvent être des ponts flexibles reliant les secteurs entre eux et/ou des parties de formes complémentaires, par exemple du type queue d’aronde et mortaise ou des reliefs complémentaires venant en appui l’un contre l’autre, notamment lorsque la couronne est maintenue en compression par la culasse.
Les formes complémentaires peuvent être sur les ponts de matière de sorte que les différents secteurs sont assemblés au niveau des ponts de matière. De préférence, l’assemblage des formes complémentaires des différents secteurs se fait hors des zones déformables des ponts de matière. Ceci facilite l’assemblage, notamment dans le cas de machines volumineuses. Par exemple, les secteurs présentent des formes en creux coopérant avec des formes en saillie complémentaires d’un secteur adjacent.
En variante, la couronne comporte un empilement de tôles magnétiques prédécoupées.
En variante encore, la couronne est fabriquée par fabrication additive, par exemple par frittage de poudre.
La culasse peut être réalisée en enroulant directement en hélice une bande de tôle si sa largeur le permet, en formant ou non dans ladite bande de tôle des fentes adaptées lors de sa découpe, de manière à faciliter cet enroulement, en empilant des tôles magnétiques prédécoupées, ou par fabrication additive, par exemple par frittage de poudre.
La culasse est rapportée sur la couronne après l’installation des bobinages dans les encoches.
Bobine
De préférence, les bobines sont chacune telle que décrit précédemment en relation avec le premier ou le deuxième aspect de l’invention. Les caractéristiques ci-dessus en relation avec les autres aspects de l’invention s’applique au procédé en combinaison ou indépendamment des autres aspects de l’invention.
De préférence, la première portion d’encoche et la seconde portion d’encoche la plus intérieure de chaque bobine ont leur surface la plus intérieure qui s’étendent dans les encoches selon un même cylindre médian de la bobine ayant pour axe principale l’axe du stator. Ceci permet d’avoir une bobine qui est compacte perpendiculairement à la portion de cylindre médian. De plus une telle compacité permet un meilleur remplissage des encoches du stator en permettant que la première et la deuxième portion d’encoche insérées dans une encoche soient en contact l’une de l’autre. Ce qui améliore le refroidissement.
En variante, les première et seconde portions d’encoche les plus intérieures de chaque bobine ont leurs surfaces les plus intérieures qui s’étendent selon deux cylindres différents espacés entre eux radialement d’une distance comprise non nulle.
Par «la plus intérieure de chaque bobine», on comprend la plus proche de la portion de cylindre médiane de chaque bobine.
De préférence, chaque bobine présente un encombrement radial inférieur ou égale à la profondeur des encoches (dimensions des encoches dans les sens radial).
De préférence, chaque bobine est entièrement comprise entre deux cylindres externes de même axe central que le cylindre médian et définis par les surfaces les plus éloignées du cylindre médian des premières et secondes portions d’encoche les plus extérieures de la bobine. Le fait que les bobines s’étendent entièrement entre cylindre définis par des surfaces de portions d’encoche les plus extérieure parallèles au cylindre médian permet d’avoir des bobines compactes dans le sens radial au niveau des chignons, c’est à dire les portions qui s’étendent hors des encoches après l’insertion des bobines dans les encoches.
Par «la bobine étant entièrement comprise entre deux cylindres externes parallèles au cylindre médian et définis par les surfaces les plus éloignées du cylindre médian des premières et secondes portions d’encoche les plus extérieures de la bobine», on comprend que la bobine présente au niveau des chignons un encombrement radial égale ou plus faible que la somme des encombrement radiaux des première et secondes portions d’encoches. De ce fait, les chignons des bobines ont une encombrement radial inférieure ou égale à la profondeur (dimensions des encoches dans les sens radial) des encoches.
En variante, les chignons présentent un encombrement radial supérieur à la profondeur des encoches.
Les bobines peuvent présenter une étendue angulaire comprise entre 20° et 180°, mieux comprise entre 50° et 80°, de préférence sensiblement égale à 65°.
De préférence, les premières et secondes portions d’encoche sont de même longueur.
De préférence, les premières et secondes demi-spires sont de mêmes longueurs.
Chaque bobine est, de préférence, de forme sensiblement hexagonale, notamment avec deux côtés opposés formés par les premières et secondes portions d’encoche plus longs que les autres, notamment au moins deux fois plus longs que les autres côtés de l’hexagone. En variante, les premières et secondes portions d’encoche sont moins longues que les autres côtés de l’hexagone.
Chaque bobine est formée préférentiellement d’un ou plusieurs fils conducteurs, de préférence d’un unique fil conducteur. De préférence, le ou les fils conducteurs sont, en section transversale, de forme circulaire, ou de forme polygonale, notamment à arêtes arrondies, préférentiellement de forme rectangulaire, entre autres formes possibles. De préférence, le fil conducteur est de section transversale rectangulaire. De préférence, les premières portions d’encoche sont empilées les unes sur les autres en étant en contact les unes avec les autres par leur face la plus large, autrement appelée le plat, et les secondes portions d’encoche sont également empilées les unes sur les autres en étant en contact les unes avec les autres par leur plat.
De préférence, le fil conducteur de la bobine est isolé électriquement par un revêtement isolant, notamment un émail.
De préférence, les premières et secondes portions d’encoche sont rectilignes.
De préférence, les premières et secondes demi-spires de chaque bobine s’étendent chacune selon un cylindre de demi-spire, notamment parallèle au plat du fil conducteur, les cylindres de demi-spire des premières et secondes demi-spires étant parallèles entre eux et parallèle au cylindre médian de la bobine. De préférence, les cylindres de demi-spire des premières demi-spires s’étendent tous d’un même côté du cylindre médian de la bobine correspondante et les cylindres de demi-spire des secondes demi-spires s’étendant tous de l’autre côté du cylindre médian de la bobine correspondante.
De préférence, les secondes demi-spires sont chacune reliées à la première demi-spire de la même spire et à la première demi-spire de la spire suivante par des portions de jonction.
De préférence, les premières et secondes demi-spires comportent chacune deux portions de chignon s’étendant de part et d’autre des premières et secondes portions d’encoche respectives. Les portions de chignon sont reliées aux portions de jonction entre les premières et secondes demi-spires et destinées à s’étendre hors des premières et secondes encoches. Les portions de chignon sont, de préférence, rectilignes avant insertion des portions d’encoche dans les encoches du stator et courbe après insertion pour suivre la courbure du stator. De préférence, les portions de chignon s’étendent sur le même cylindre que la première ou la deuxième portion d’encoche correspondante. Les portions de chignon peuvent former un angle non nul avec la première ou seconde portion d’encoche correspondante. L’angle entre la première ou la seconde portion d’encoche et les portions de chignon peut être compris entre 5 et 90°, de préférence entre 40 et 60.
De préférence, les portions de jonction entre les premières et secondes demi-spires et une partie des premières et secondes demi-spires, notamment les portions de chignon des demi-spires, forment deux chignons de la bobine s’étendant de part et d’autre du stator lorsque la bobine est insérée dans le stator.
De préférence, chaque portion de jonction est une portion de boucle s’étendant entre la première et la seconde demi-spire qu’elle relie, notamment entre les portions de chignon de la première et la seconde demi-spire qu’elle relie. De préférence, la portion de jonction la plus intérieure de chaque bobine forme une boucle sensiblement complète, les autres portions de jonction formant préférentiellement des portions de boucle d’étendue angulaire sensiblement égale à 180°. En variante, toutes les portions de jonction forment des portions de boucle d’étendue angulaire sensiblement égale à 180°.
Pour chaque bobine, des deux côtés des premières et deuxièmes portions d’encoche, les portions de jonction de la bobine correspondante peuvent toutes s’empiler selon un même plan de jonction en se superposant toutes les unes aux autres, notamment sur le plat du fil conducteur. Ainsi, les portions de jonction forment une unique tête à chaque extrémité de la bobine correspondante et sont de longueur croissante du centre de la bobine correspondante vers l’extérieur de la bobine correspondante. De préférence, les têtes des deux extrémités de la bobine s’étendent selon le même plan de jonction, notamment un plan radial du stator.
En variante, pour chaque bobine, de chaque côté des premières et deuxièmes portions d’encoche, les portions de jonction de la bobine s’empilent selon au moins deux têtes juxtaposées s’étendant selon des plans de jonction parallèles entre eux, les portions de jonction se superposant entre elles, notamment sur le plat du fil conducteur, alternativement sur l’une et l’autre des deux têtes. Les deux plans de jonction sont, de préférence, décalés latéralement entre eux d’une distance sensiblement égale à la largeur du plat du fil conducteur de sorte que les deux têtes adjacentes sont jointives latéralement. Ceci permet notamment de réduire l’encombrement radial des chignons afin de faciliter la fabrication de la machine électrique. De préférence, les plans de jonctions sont des plans radiaux du stator.
Pour chaque bobine, les premières portions d’encoche peuvent se superposer selon une unique colonne s’étendant selon un plan radial du stator, c’est-à-dire configuré pour s’étendre radialement dans la première encoche, et les secondes portions d’encoche peuvent se superposer selon une unique colonne s’étendant selon un plan radial du stator, c’est à dire configuré pour s’étendre radialement dans la seconde encoche. De préférence, la largeur du fil de la première et de la seconde portion d’encoche est sensiblement égale à la largeur de la première et de la seconde encoche respectivement dans laquelle elle s’insère.
En variante, pour chaque bobine, les premières portions d’encoche se superposent selon plusieurs, notamment deux, colonnes juxtaposées s’étendant selon un plan radial du stator, et les secondes portions d’encoche se superposent également selon plusieurs, notamment deux, colonnes juxtaposées s’étendant selon un plan radial du stator. Dans ce cas, de préférence, les portions de jonction d’un côté des portions d’encoche s’empilent selon autant de têtes que de colonnes juxtaposées des portions de jonction, et les portions de jonction de l’autre côté des portions d’encoche s’empilent selon un nombre de têtes juxtaposées correspondant au nombre de colonnes des portions d’encoche plus une, les têtes s’étendant selon des plans de jonctions correspondant à des plans radiaux du stator.
La bobine peut être configurée pour être disposée dans les encoches du stator de manière concentrée ou répartie.
Par «concentrée», on comprend que la bobine est enroulée autour d’une seule dent et la première et la seconde encoche sont adjacentes.
Par «répartie», on entend que la première et la seconde encoche ne sont pas adjacentes.
De préférence, la bobine est configurée pour être disposée dans la première et la seconde encoche de manière répartie.
Les portions d’encoches peuvent être séparés de la surface intérieure des encoches par un isolant en feuilles. La bobine peut comporter au moins un isolant en feuille fixée sur une portion de la bobine, notamment entourée autour d’une portion de la bobine. La portion de la bobine recouverte de l’isolant en feuille correspond de préférence aux premières ou aux secondes portions d’encoche. De préférence, la bobine comporte au moins deux isolants en feuille fixées sur deux portions de la bobine correspondant respectivement aux moins aux premières et secondes portions d’encoche, notamment entourées autour de deux portions de la bobine.
De préférence, les portions de la bobine reçues dans les encoches sont recouvertes d’un isolant en feuille sur toute leur surface insérée dans les encoches.
Les bobines peuvent être regroupées en grappes de bobines comportant une pluralité de bobines telles que décrites précédemment, les bobines d’une grappe étant reliées entre elle par continuité du fil conducteur, en particulier au niveau des chignons.
Machine électrique
L’invention a également pour objet, selon un cinquième aspect de l’invention, une machine électrique tournante comportant un stator tel que décrit précédemment ou comportant un stator présentant des encoches et des bobines ou grappes de bobines telles que définies précédemment au premier, deuxième et troisième aspects, dont les première portions d’encoches sont insérées dans une des encoches et les secondes portions d’encoches sont insérées dans une autre des encoches, l’ensemble des encoches recevant des premières portions d’encoches d’une bobine et des secondes portions d’encoches d’une autre bobine.
Les caractéristiques mentionnées précédemment, en relation avec les aspects précédents de l’invention, peuvent s’appliquer également à ce cinquième aspect en combinaison ou indépendamment des autres aspects de l’invention.
Procédé de fabrication
L’invention a également pour objet, selon un sixième aspect, un procédé de fabrication d’une bobine électrique pour une machine électrique tournante, comportant les étapes consistant à :
(a) mettre en forme au moins un fil conducteur à l’aide d’un système de formage de façon à former une alternance, le long du fil conducteur, d’au moins une première demi-spire et d’au moins une seconde demi-spire,
(b) replier les première(s) et seconde(s) demi-spires les unes sur les autres en partant d’une première extrémité du fil conducteur vers une seconde extrémité du fil conducteur, pour former un enroulement formant au moins une spire.
Un tel procédé de fabrication permet de fabriquer des bobines compactes dont les chignons, c’est à dire les portions de la bobine qui s’étendent hors des encoches après l’insertion des bobines dans les encoches, sont d’encombrement réduit.
Il permet également un meilleur remplissage des encoches, ce qui améliore le refroidissement et permet de réduire la quantité de conducteur électrique utilisée.
Il permet également d’avoir une inversion de l’ordre des portions d’encoche des spires de la bobine dans les encoches dans lesquelles la bobine s’étend, également appelée «transposition», afin de minimiser les courants de circulation entre portions d’encoche d’une même bobine dans chacune des première et seconde encoches.
De préférence, le procédé est un procédé de fabrication de la bobine selon le premier ou le second aspect ou d’une grappe selon le troisième aspect. Le procédé peut également être un procédé de fabrication de la bobine reçu dans un stator selon le quatrième aspect de l’invention.
La bobine fabriquée peut être la bobine selon le premier ou le second aspect de l’invention ou une des bobines selon le quatrième aspect de l’invention. Les caractéristiques ci-dessus en relation avec les autres aspects de l’invention s’applique au procédé en combinaison ou indépendamment des autres aspects de l’invention.
De préférence, le ou les repliements de l’étape (b) sont chacun effectués par rotation autour d’un axe transversal à un axe d’extension du fil conducteur avant sa mise en forme.
De préférence, l’étape (a) comporte la mise en forme d’au moins un fil conducteur à l’aide du système de formage de façon à former une alternance, le long du fil conducteur, de premières demi-spires et de secondes demi-spires.
De préférence, les première(s) et seconde(s) demi-spires adjacentes sont chacune reliées entre elles par une portion de jonction du fil conducteur rectiligne avant l’étape (b) de repliement. De préférence, la ou chaque portion de jonction forme une portion de boucle lors du repliement des première et seconde demi-spires correspondantes l’une sur l’autre. Dans le cas d’une pluralité de premières et secondes demi-spires, les portions de jonction se replient préférentiellement les unes sur les autres à l’étape (b) de la première extrémité à la seconde extrémité du fil conducteur. Les portions de jonction peuvent être de longueur croissante de la première extrémité du fil conducteur à la seconde extrémité du fil conducteur.
L’étape (a) peut être réalisée en une ou plusieurs opérations successives de mise en forme par le système de formage, la ou chaque opération de mise en forme par le système de formage comportant la succession d’étapes suivantes :
- le positionnement d’une portion de fil conducteur dans le système de formage,
- la mise en forme de la portion du fil conducteur par le système de formage, et
- l’extraction, du système de formage, de la portion du fil conducteur mise en forme.
L’étape (a) peut comporter une pluralité d’opérations successives de mise en forme, par le système de formage, de parties successives du fil conducteur pour mettre en forme dans chaque partie au moins une première ou seconde demi-spire.
Les étapes (a) et (b) peuvent ne pas être distinctes. L’étape (a) peut comporter une pluralité d’opérations successives de mise en forme par le système de formage de parties successives du fil conducteur et l’étape (b) peut être réalisée en différentes sous-étapes de repliement au fur et à mesure de la mise en forme des première(s) et seconde(s) demi-spires par le système de formage. De préférence, le repliement des première(s) et seconde(s) demi-spires les unes sur les autres se fait dans l’ordre de mise en forme des première(s) et seconde(s) demi-spires en repliant la première demi-spire mise en forme à proximité de la première extrémité du fil conducteur sur la seconde demi-spire adjacente pour former un enroulement d’une spire, puis en repliant de façon répétitive l’enroulement sur la demi-spire adjacente de la première extrémité à la seconde extrémité du fil conducteur.
En variante, les étapes (a) et (b) sont distinctes, l’étape (b) étant réalisée entièrement après l’étape (a).
De préférence, le repliement des première(s) et seconde(s) demi-spires dans l’étape (b) se fait toujours par rotation dans le même sens de la première extrémité du fil conducteur vers la seconde extrémité du fil conducteur.
De préférence, le système de formage comporte une pluralité de galets comportant :
  • des galets d’axes fixes pendant les étapes de mise en forme, et
  • des galets d’axes mobiles pendant les étapes de mise en forme entre une position de repos dans laquelle le fil conducteur n’est pas déformé et une position de déformation du fil conducteur.
La présence des galets d’axes fixes et mobiles permet d’avoir une versatilité des dimensions de la bobine que l’on peut former. La dimension de la bobine est en particulier fonction du positionnement choisi des galets.
Les galets d’axe mobile sont, de préférence, d’axe mobile transversalement à un axe d’extension du fil conducteur en l’absence de mise en forme.
Les galets d’axes fixes et/ou mobiles peuvent être escamotables. Par «escamotables», on comprend que les galets peuvent être retirés de leur emplacement ou enfoncés dans un logement prévu à cet effet pour libérer le fil conducteur mis en forme et faciliter son extraction. Ceci permet de faciliter l’extraction de chacune des parties de fil conducteur du système de formage et éventuellement de changer la position des galets d’axes fixes et/ou mobiles entre deux opérations de mise en forme par le système de formage.
Au moins deux galets d’axes fixes successifs peuvent s’étendre du même côté du fil conducteur.
De préférence, au moins deux galets d’axes mobiles s’étendent entre deux galets d’axes fixes d’un côté du fil conducteur opposé par rapports audits deux galets d’axes fixes.
De préférence, chaque galet d’axes mobiles est adjacent à deux galets d’axes fixes s’étendant du côté opposé du fil conducteur et la mise en forme du fil conducteur se fait à l’étape (a) par déplacement des galets d’axes mobiles en translation vers le fil conducteur.
Chaque opération de mise en forme peut comporter les étapes consistant à :
(i) étendre une portion de fil conducteur dans le système de formage configuré pour que les galets d’axes mobiles s’étendent du côté du fil conducteur opposé à celui duquel s’étendent les deux galets d’axes fixes adjacents, les galets d’axes mobiles étant en position de repos,
(ii) déplacer les galets d’axes mobiles en position de déformation pour mettre en forme la portion de fil conducteur, et
(iii) escamoter les galets d’axes fixes et/ou mobiles une fois la demi-spire correspondante formée pour extraire la portion de fil conducteur mise en forme du système de formage.
L’étape (a) peut comporter les étapes consistant à :
(a1) mettre en forme une première partie du fil conducteur à l’aide du système de formage dans une première configuration par une première opération de mise en forme,
(a2) mettre en forme une seconde partie du fil conducteur adjacente à la première partie du fil conducteur à l’aide du système de formage dans une seconde configuration par une seconde opération de mise en forme.
Les première et seconde parties du fil conducteur sont, de préférence, de même longueur.
Les première et seconde configurations du système de formage peuvent être identiques ou, de préférence, différentes. Dans le cas où la première et la seconde configuration du système de formage sont identiques, la première et la seconde partie sont de mêmes formes après mise en forme et dans le cas où la première et la seconde configuration du système de formage sont différentes, la première et la seconde partie sont de formes différentes après mise en forme.
Dans le cas où la première et la seconde configuration sont différentes, les galets fixes et mobiles peuvent être chacun disposés, en seconde configuration du système de formage, du côté opposé du fil conducteur par rapport à leur position en première configuration du système de formage. Ceci permet notamment de mettre en forme les première et seconde parties respectivement en symétrie par rapport à l’axe d’extension du fil avant déformation et évite d’avoir à retourner le fil lors du repliement des demi-spires l’une sur l’autre. Le repliement se fait alors par basculement de la première demi-spire sur la seconde demi-spire autour d’un axe transversal à l’axe du fil conducteur avant déformation, sans aucune autre déformation du fil conducteur.
A l’étape (a1), la mise en forme de la première partie du fil conducteur peut former une première demi-spire et à l’étape (a2) la mise en forme de la seconde partie du fil conducteur peut former une seconde demi-spire, la première et la seconde demi-spire étant configurées pour former une spire complète à l’étape (b).
Le fil conducteur avant formage peut s’étendre selon un axe longitudinal s’étendant entre les première(s) et seconde(s) demi-spires après formage, notamment selon l’axe longitudinal de la spire formée.
Dans le cas où les premières et secondes configurations sont différentes, le système de formage peut comporter deux galets d’axes fixes lors de la mise en forme et deux galets d’axes mobiles lors de la mise en forme, disposés entre les galets d’axes fixes.
Le segment du fil conducteur entre les deux galets d’axes mobiles aux étapes (a1) et (a2) peut être sensiblement rectiligne et peut être configuré pour s’insérer dans les encoches de la machine électriques, notamment les encoches du stator.
Le procédé peut comporter les étapes additionnelles consistant à :
(a3) mettre en forme une troisième partie du fil conducteur adjacente à la seconde partie du fil conducteur à l’aide du système de formage dans la première configuration pour former une première demi-spire additionnelle,
(a4) répéter les étapes (a2) et (a3) pour former une pluralité de première(s) et seconde(s) demi-spires additionnelles.
Le procédé peut comporter des étapes de repliement des première(s) et seconde(s) demi-spires au fur et à mesure de leur formation. De préférence, le procédé comporte les étapes de :
(b1) repliement, après l’étape (a2) et avant l’étape (a3), de la première demi-spire mise en forme à l’étape (a1) et de la seconde demi-spire mise en forme à l’étape (a2) pour former un enroulement formant une spire,
(b2) repliement, après l’étape (a3) et avant l’étape (a4), de l’enroulement obtenu à l’étape (b1) et de la demi-spire additionnelle mise en forme à l’étape de mise en forme précédente pour former un nouvel enroulement, et
(b3) répétition de l’étape (b2) après chaque étape de mise en forme.
L’étape de repliement (b1) peut se faire par rotation de la première demi-spire autour d’un axe transversal à l’axe longitudinal du fil conducteur avant mise en forme. L’étape de repliement (b2) peut se faire par rotation de l’enroulement autour d’un axe transversal à l’axe longitudinal du fil conducteur avant mise en forme.
En variante, la première et la seconde configuration du système de formage sont identiques.
Les étapes (a1) et (a2) peuvent être identiques et permettent chacune de mettre en forme en une seule opération du système de formage au moins une première demi-spire et au moins une partie d’une seconde demi-spire adjacente à la première demi-spire.
Le procédé peut comporter une étape (a3) de répétition de l’étape (a2).
Les étapes (a1) et (a2) peuvent être identiques et peuvent permettre chacune de mettre en forme en une seule opération du système de formage une première demi-spire et une seconde demi-spire adjacente à la première demi-spire.
Le fil conducteur peut s’étendre le long d’un axe s’étendant entre les première(s) et seconde(s) demi-spires.
Dans ce cas, le système de formage peut comporter deux enroulements successifs de deux galets d’axes fixes lors de la mise en forme et de deux galets d’axes mobiles lors de la mise en forme s’étendant entre les galets d’axes fixes, les galets d’axes fixes d’un des deux enroulements étant disposés du côté du fil conducteur opposé à celui duquel les galets d’axes fixes de l’autre enroulement sont disposés. De la sorte, un des enroulements permet la formation de l’une de la première et de la seconde demi-spire et l’autre des enroulements permet la formation de l’autre de la première et de la seconde demi-spire.
Le procédé peut comporter les étapes de :
(b1) repliement entre les étapes (a1) et (a2) de la première demi-spire mise en forme à l’étape (a1) sur la seconde demi-spire mise en forme à l’étape (a1) pour former un enroulement formant une spire,
(b2) repliement après l’étape (a2) de l’enroulement sur la première demi-spire adjacente à l’enroulement pour former un nouvel enroulement, puis du nouvel enroulement sur la seconde demi-spire mise en forme à l’étape précédente et adjacente à l’enroulement pour former un nouvel enroulement, et
(b3) répétition de l’étape (b2) entre les différentes étapes de mise en forme.
En variante, les étapes (a1) et (a2) sont identiques et permettent chacune de mettre en forme en une seule opération du système de formage une première partie d’une seconde demi-spire, une première demi-spire adjacente à la première partie de seconde demi-spire précédente et une seconde partie d’une seconde demi-spire adjacente à la première demi-spire, le fil conducteur avant formage s’étendant selon un axe longitudinal s’étendant latéralement aux secondes demi-spires, la première et la seconde partie de seconde demi-spire étant deux parties qui réunies forment une seconde demi-spire complète.
Le procédé peut comporter une étape (a3) de répétition de l’étape (a2).
Dans ce cas, le système de formage peut comporter deux premiers galets d’axes mobiles imbriqués entre deux premiers galets d’axes fixes, eux-mêmes imbriqués entre deux seconds galets d’axes mobiles, eux-mêmes imbriqués entre deux seconds galets d’axes fixes le long de l’axe longitudinal du fil conducteur. De préférence, les seconds galets d’axes fixes sont à proximité du fil conducteur pour maintenir ce dernier le long de l’axe longitudinal, les premiers galets d’axes fixes sont espacés de l’axe longitudinal transversalement à ce dernier de la largeur de la ou des secondes demi-spires ; les seconds galets d’axes mobiles se déplacent transversalement à l’axe longitudinal de la largeur de la ou des secondes demi-spires et les premiers galets d’axes mobiles se déplacent transversalement à l’axe longitudinal de la largeur d’une spire.
Le procédé peut comporter les étapes de :
(b1) repliement après l’étape (a2) de la première demi-spire mise en forme à l’étape de mise en forme précédente sur la seconde demi-spire adjacente pour former un enroulement formant une spire puis repliement de l’enroulement sur la première demi-spire adjacente à l’enroulement pour former un nouvel enroulement, et
(b2) répétition de l’étape (b1) entre les différentes étapes de mise en forme.
L’enroulement formé comporte, de préférence, une pluralité de spires de fil conducteur.
L’enroulement est, de préférence, de forme sensiblement hexagonale, notamment avec deux côtés opposés plus longs que les autres, notamment au moins deux fois plus longs que les autres côtés, ces derniers pouvant avoir sensiblement la même longueur. Les première(s) et seconde(s) demi-spires peuvent chacune présenter une portion d’encoche droite destinée à s’insérer dans les encoches de la machine électrique tournante et deux portions de chignon formant un angle non nul avec la portion d’encoche et destinées à former les chignons de la bobine.
De préférence, les portions de jonction entre les première(s) et seconde(s) demi-spires forment chacune, après repliement des première et seconde demi-spires les unes sur les autres, une portion de boucle.
Dans le cas d’un enroulement présentant une pluralité de spires, lors du repliement des premières et secondes demi-spires les unes sur les autres, le fil conducteur, notamment chaque portion de jonction, peut s’enrouler autour d’au moins une portion de boucle formée précédemment par le ou les repliements des première et seconde demi-spires repliées précédemment. Le fil conducteur, notamment chaque portion de jonction, peut s’enrouler en une unique tête à chaque extrémité lors du repliement des premières et secondes demi-spires entre elles, les portions de jonction se superposant les unes aux autres à chaque extrémité.
En variante, les portions de jonction s’enroulent en au moins deux têtes en chaque extrémité lors du repliement des premières et secondes demi-spires entre elles de sorte que les portions de jonction s’enroulent alternativement sur l’une ou l’autre des têtes.
L’enroulement peut constituer une bobine telle que décrite précédemment en relation avec l’un des trois premiers aspects de l’invention.
Le procédé peut comporter une étape d’assemblage d’au moins deux enroulements superposés pour constituer une bobine de la machine électrique tournante. Les portions de jonction des chignons des différents enroulements peuvent être décalées les unes par rapport aux autres perpendiculairement à l’axe longitudinal du fil conducteur avant mise en forme.
Le procédé peut comporter une étape supplémentaire d’écartement des premières et secondes demi-spires les unes par rapport aux autres après repliement. Un tel écartement permet d’ouvrir angulairement la ou les portions de jonction au niveau des chignons. Ceci permet de réduire l’encombrement de la bobine, notamment des chignons, de faciliter son refroidissement.
Le procédé peut comporter une étape de cintrage de la bobine, notamment lors de son insertion dans les encoches de la machine électrique tournante, pour qu’elle s’étende dans les encoches en suivant la forme du stator de la machine électrique tournante, notamment en suivant une surface cylindrique.
Le procédé peut comporter la fixation d’un isolant en feuille au moins sur les portions de la bobine destinées à être reçues dans les encoches du stator.
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 :
La représente schématiquement en perspective un exemple de bobinage,
La représente un exemple de stator avec une partie des bobines,
La représente schématiquement et isolément, en perspective, un exemple de bobine,
La est une vue selon III de la bobine de la ,
La représente la bobine des figures 2 et 3 selon IV,
La représente schématiquement et en perspective la bobine des figures 2 et 3 avant cintrage,
La est une vue selon VI de la bobine de la ,
La représente la bobine des figures 5 et 6, selon VII,
La représente un détail de l’extrémité de la bobine des figures 1 à 7,
La représente le détail de la , vu selon IX,
La représente schématiquement et en perspective un système de formage et une portion d’un fil conducteur insérée dans le système de formage avant une étape de mise en forme de celle-ci,
La illustre la mise en forme de la portion du fil conducteur de la dans le système de formage de la ,
La représente schématiquement, le fil conducteur après trois étapes de mise en forme par le système de formage des figures 10 et 11,
La représente schématiquement et en perspective le fil conducteur de la , après repliement de la première demi-spire d’extrémité sur la seconde demi-spire adjacente pour former une spire,
La représente schématiquement et en perspective l’étape de repliement de la spire de la sur la première demi-spire adjacente,
La représente l’enroulement obtenu par l’étape illustrée à la ,
La représente schématiquement une variante de mise en forme par un système de formage des première et seconde demi-spires,
La représente schématiquement une variante de mise en forme par un système de formage des première et seconde demi-spires, et
La représente schématiquement en perspective une variante d’agencement des chignons des bobines
La représente schématiquement une variante de bobine avant cintrage,
La représente schématiquement et en perspective une variante de bobine avant cintrage,
La représente la bobine de la selon XXI,
La correspond à la bobine de la après cintrage,
La représente une grappe de bobine de la ,
La est une vue selon XXIV de la , et
La représente un exemple de stator.
Description détaillée
On a illustré à la un bobinage 10 disposés selon l’agencement qu’il aurait dans le stator (non apparent) de la machine.
La représente des bobines 20 insérées dans es encoches 62 du stator 60.
Les figures 2 et 3 représentent une bobine 20 isolément.
Chaque bobine 20 présente deux portions droite 22 destinées à s’insérer dans les encoches 62 du stator 60, comme cela est illustré sur la , et reliées entre elles à chacune de leurs extrémités par les chignons 24 destinés à s’étendre hors des encoches, de part et d’autre de celles-ci.
Les bobines 20 sont cintrées préalablement à leur insertion dans les encoches 62 du stator 60 pour permettre leur insertion dans ces dernières. Comme cela est illustré sur la , les bobines 20 s’étendent selon une cylindre médian P de même courbure que celle de la surface extérieure du stator sur lequel elles sont destinées à être montées, les portions droites 22 étant rectilignes et les chignons 24 s’étendant en vue du dessus selon un arc de cercle. Les bobines peuvent présenter une étendue angulaire comprise entre 20° et 180°, mieux comprise entre 50° et 80°, de préférence sensiblement égale à 65°. Avant le cintrage de la bobine 20, comme cela est illustré sur les figures 6 et 7, le cylindre P a la forme d’un plan médian P.
Dans la suite de la description, nous parlerons du plan médian P pour désigner le plan ou le cylindre médian de la bobine indifféremment de sa configuration.
Dans l’exemple illustré, les bobines 20 sont de forme sensiblement hexagonale en vue de face et sont formées de l’enroulement d’un fil conducteur 30 en une pluralité de spires formées chacune d’une première demi-spire 32a et d’une seconde demi-spire 32b reliées entre elles par une portion de jonction 40, les spires étant également reliées entre elles par des portions de jonction 40. Le premières demi-spires 32a s’étendent toutes majoritairement d’un côté d’un plan transversal T perpendiculaire au plan médian P et les secondes demi-spires 32b s’étendent majoritairement du côté opposé de ce plan transversal T par rapport aux premières demi-spires 32a. Le fil conducteur 30 est de section rectangulaire, son plus petit côté formant le chant et son grand côté formant le plat.
Les premières demi-spires 32a sont toutes de forme identique et se superposent en étant en contact deux à deux, de préférence sur toute leur longueur. Les fils conducteurs 30 des premières demi-spires 32a se superposent les uns sur les autres sur leur plat. Il en est de même des secondes demi-spires.
La première demi-spire la plus proche du plan médian P et la seconde demi-spire la plus proche du plan médian P peuvent se superposer en étant au moins partiellement jointives, notamment à leurs extrémités, comme cela est notamment visible sur les figures 7 et 8.
Les premières demi-spires 32a s’étendent toutes d’un premier côté du plan médian P et majoritairement d’un premier côté du plan transversal T en se superposant les unes aux autres dans une direction X perpendiculaire au plan médian P et les secondes demi-spires 32b s’étendent toutes d’un second côté du plan médian P opposé au premier et majoritairement d’un second côté du plan transversal T opposé au premier.
Les bobines 20 peuvent comporter entre 1 et 20, notamment entre 5 et 15, premières demi-spires 32a, par exemple 7 premières demi-spires 32a comme cela est illustré, et autant de secondes demi-spires 32b.
Les premières et secondes demi-spires 32a et 32b comportent des portions d’encoche respectives 34a et 34b rectilignes. Ces portions d’encoche sont reliées par des coudes respectifs 38a et 38b à des portions de chignon respectives 36a et 36b, rectilignes également. Les portions de chignon 36a des premières demi-spires sont reliées aux portions de chignon 36b des secondes demi-spires adjacentes par les portions de jonction 40 en forme de boucle.
Les portions de chignon 36a et 36b forment chacune un angle α, visible notamment sur la , avec la portion d’encoche correspondante 34a ou 34b. L’angle α est par exemple compris entre 90° et 150°, étant de préférence de l’ordre de 120°.
Les portions droites 22 des bobines 20 sont formées respectivement par la superposition des portions d’encoche 34a des premières demi-spires 32a et la superposition des secondes premières portions d’encoche 34b des secondes demi-spires 32b. Les chignons 24 des bobines 20 de part et d’autre des portions droites 22 des bobines 20 sont formés par la superposition des portions de chignon 36a et 36b et des portions de jonction 40 s’étendant du côté correspondant audit chignon 24.
L’ordre de la superposition des premières portions d’encoche 34a dans la portion droite 22 et opposée à l’ordre de la superposition des secondes portions d’encoche 34b dans la portion droite 22 de sorte que si la première portion d’encoche 32a d’une spire est la plus radialement intérieur dans l’encoche correspondante, la seconde portion d’encoche 34b de la même spire sera la plus radialement extérieur dans l’encoche et inversement.
Les premières et secondes demi-spires 32a et 32b sont de même longueur S, mesurée entre les extrémités des portions de chignon 36a ou 36b et les portions d’encoche 34a et 34b sont d’une même longueurmsensiblement égale à la hauteur des encoches du stator.
Les premières et secondes demi-spires peuvent être d’une même largeur Q, illustré notamment sur la , mesurée entre le plan transversal T et le barycentre de la portion intermédiaire 32a ou 32b. En variante, les premières demi-spires 32a peuvent être d’une largeur Q différente des secondes demi-spires 32b.
Les portions de jonction 40 forment des boucles superposées dans les chignons présentant en leur centre une ouverture 42 de largeur l, notamment visible sur les figures 7 et 8. Les boucles présentent une ouverture angulaire supérieure ou égale à 180°. De préférence, la boucle de la portion de jonction 40 la plus intérieure est quasiment une boule fermée, ceci résultant du fait que les portions d’encoches 34a et 34b les plus intérieures présentent des surfaces s’étendant selon le plan médian P.
Les chignons présentent une plus grande largeurL ,prise perpendiculairement au plan médian P, supérieure à l’épaisseuredes bobines 20 boucles 40 exclues, comme cela est illustré sur la .
Chaque bobine 20 présente deux extrémités de connexion 28 et 29, s’étendant chacune dans un chignon 24, de préférence dans le même chignon 24. Une première extrémité libre 28 du fil conducteur s’étend de la première ou seconde demi-spire 32a ou 32b la plus proche du plan médian P et la seconde extrémité libre 29 du fil conducteur s’étend de la première ou de la seconde demi-spire 32a ou 32b la plus éloignée du plan médian P. De la sorte, la bobine 20 est obtenue par enroulement du fil conducteur 30 toujours dans le même sens comme cela sera expliqué ultérieurement.
Dans le bobinage 10, les bobines 20 adjacentes se superposent partiellement par leurs chignons 24 en s’imbriquant les unes dans les autres, les chignons 24 étant décalés circonférentiellement les uns des autres. Les bobines 20 sont configurées pour que la portion droite 22 formée par les portions d’encoche 34a des premières demi-spires 32a d’une bobine 20 se superposent dans les encoches du stator avec la portion droite 22 formée par les portions d’encoche 34b des secondes demi-spires 32b d’une autre bobine 20.
Dans l’exemple illustré, les extrémités libres 28 et 29 du fil conducteur s’étendent toutes du même côté du stator.
On va maintenant décrire, en se référant aux figures 10 à 15, un procédé de réalisation des bobines 20 par un système de formage 50.
Dans l’exemple illustré sur les figures 10 et 11, le système de formage 50 comporte deux galets d’axe fixe 52 d’un premier côté d’un axe longitudinal X et deux galets d’axe mobile 54 disposés entre les galets d’axe fixe 52 de l’autre côté de l’axe X. Les galets 54 sont mobiles en direction des galets 52 perpendiculairement à l’axe X, comme cela est illustré sur la . Les galets 52 sont espacés entre eux d’une distance d sensiblement égale à la longueur S des premières demi-spires 32a. Les axes des galets 54 sont espacés entre eux d’une distance k sensiblement égale à la longueur m de la portion principale des premières demi-spires 32a.
Selon une première opération de mise en forme, illustrée à la , une première partie rectiligne du fil conducteur 30 est positionnée le long de l’axe X entre les galets 52 et les galets 54. Puis, les galets 54 sont déplacés d’une première position, en direction des galets 52 perpendiculairement à l’axe X d’une même distance b sensiblement égale à la largeur Q des premières demi-spires 32a, vers une seconde position. Les galets 54 déforment le fil conducteur 30 lors de leur déplacement, lui donnant la forme de la première demi-spire 32a. Cette dernière est alors retirée du système de formage. Pour faciliter le retrait, les galets 54 sont escamotables.
Selon une seconde opération de mise en forme, les galets 52 et les galets 54 sont déplacés de telle sorte qu’ils soient positionnés du côté opposé de l’axe X par rapport à la position occupée lors de l’opération précédente. Une seconde partie rectiligne du fil conducteur 30, adjacente à la première partie mise en forme à l’opération précédente, est positionnée le long de l’axe X entre les galets 52 et les galets 54. Puis, les galets 34 sont déplacés de leur première position en direction des galets 52, perpendiculairement à l’axe X, d’une même distance b sensiblement égale à la largeur Q des secondes demi-spires 32a, vers une seconde position. Les galets 54 déforment le fil conducteur 30 lors de leur déplacement, leur donnant la forme d’une seconde demi-spire 32b. Comme cela est visible sur la , la première demi-spire 32a mise en forme précédemment et la seconde demi-spire 32b ici formée sont reliées entre elles par une portion rectiligne. La seconde demi-spire mise en forme est alors retirée du système de formage.
Dans une troisième opération de mise en forme, les galets 52 et 54 sont repositionnés comme selon la première opération et une nouvelle première demi-spire 32a est mise en forme sur une partie du fil conducteur 30 adjacente à la partie précédente.
Dans une quatrième opération de mise en forme, la seconde opération est reproduite sur une partie du fil 30 adjacente à la partie précédente.
Il est ainsi possible de mettre en forme successivement les premières et secondes demi-spires 32a et 32b. Le fil conducteur 30 présente alors une succession de premières et secondes demi-spires 32a et 32b le long de l’axe X, reliées entre elles par des portions rectilignes, comme cela est illustré sur la .
De préférence, les portions rectilignes sont de plus en plus longues le long du fil conducteur, ceci afin de permettre leur superposition en boucles 40 sans décaler les premières et secondes demi-spires successives. En effet, la portion de jonction 40 la plus intérieure des chignons est nécessairement plus courte que la portion de jonction 40 la plus extérieure des chignons.
Les premières et secondes demi-spires 32a et 32b sont ensuite repliées les unes sur les autres, comme cela est illustré sur les figures 13 à 15.
Pour ce faire, dans une première étape de repliement, la première demi-spire 32a mise en forme à la première étape ci-dessus est repliée sur la seconde demi-spire 32b mise en forme à la seconde étape au niveau de la portion rectiligne, par rotation autour d’un axe Y1 perpendiculaire à l’axe X, comme cela est illustré sur la . La première demi-spire 32a et la seconde demi-spire forment alors une spire complète et la portion rectiligne prend la forme d’une portion de boucle 40.
Puis, dans une seconde étape de repliement, la spire complète formée est elle-même repliée sur la première demi-spire 32a adjacente mise en forme à la troisième étape au niveau de la portion rectiligne entre la seconde demi-spire 32b mise en forme à la seconde étape et la première demi-spire 32a mise en forme à la troisième étape, par rotation autour d’un axe Y2 perpendiculaire à l’axe X, comme cela est illustré sur la . La spire complète et la première demi-spire forment alors un enroulement d’une spire et demie et la portion rectiligne forme une portion de boucle 40, comme cela est illustré sur la .
Dans une troisième étape de repliement, l’enroulement formé précédemment est lui-même replié sur la demi-spire adjacente au niveau de la portion rectiligne entre la demi-spire adjacente à l’enroulement et la demi-spire précédente par rotation autour d’un axe Yi perpendiculaire à l’axe X, la portion rectiligne se repliant sur la portion de boucle 40 formée lors de la première étape de repliement, et ainsi de suite jusqu’au repliement de l’enroulement sur la dernière demi-spire 32a ou 32b, de préférence 32b, de la bobine 20, les portions rectilignes se repliant les unes sur les autres.
Les étapes de repliement ci-dessus se font toujours dans le même sens de sorte que les portions rectilignes s’enroulent les unes sur les autres à chaque chignon de la bobine.
En variante, les étapes de repliement ci-dessus sont effectuées entre les opérations de mise en forme ci-dessus. L’étape de repliement sur une demi-spire 32a ou 32b est réalisée après sa mise en forme. Par exemple, les opérations sont réalisées dans l’ordre suivant :
- première et seconde opérations de mise en forme/première étape de repliement/troisième opération de mise en forme/seconde étape de repliement/alternance d’opérations de mise en forme et d’étapes de repliement, ou
- première et seconde opérations de mise en forme/première étape de repliement/troisième et quatrième opérations de mise en forme/seconde et troisième étapes de repliement/alternance de deux opérations de mise en forme et de deux étapes de repliement.
Dans la variante illustrée sur les figures 16 et 17, le système de formage 50 est différent.
Dans le mode de réalisation de la , le système de formage 50 permet de mettre en forme en une seule opération de mise en forme une première et une seconde demi-spires 32a et 32b le long de l’axe X. Il comporte le long de cet axe X :
- un premier ensemble de galets comportant deux galets d’axes fixes 52a d’un côté de l’axe X et deux galets d’axes mobiles 54a disposés entre les galets 52a de l’autre côté de l’axe X par rapport aux galets 52a, les galets 54a étant mobiles vers les galets 52a perpendiculairement à l’axe X et
- un second ensemble de galets comportant deux galets d’axes fixes 52b du côté de l’axe X opposé aux galets 52a du premier enroulement et deux galets d’axes mobiles 54b disposés entre les galets 52b du même côté de l’axe X que les galets 52a du premier enroulement, les galets 54b étant mobiles vers les galets 52b perpendiculairement à l’axe X.
Les galets 52a et 52b de chaque ensemble de galets sont espacés entre eux d’une distancedsensiblement égale à la longueurSdes premières et secondes demi-spires 32a et 32b respectivement. Les galets 54a et 54b sont espacés entre eux d’une distancek,entre leurs axes, sensiblement égale à la longueurmdes portions principales respectives 32a et 32b des premières et secondes demi-spires.
Selon une première opération de mise en forme illustrée sur la , une première partie rectiligne du fil conducteur 30 est positionnée le long de l’axe X entre les galets 52a et 52b et les galets 54a et 54b. Puis, les galets 54a et 54b sont déplacés en direction des galets 52a et 52b d’une distance b sensiblement égale à la largeur Q des premières et secondes demi-spires 32a et 32b. Les galets 54a et 54b déforment le fil conducteur 30 lors de leur déplacement, lui donnant la forme d’une succession d’une première demi-spire 32a mise en forme par le premier ensemble de galets et d’une seconde demi-spire 32b mise en forme par le second ensemble de galets. Cette opération peut être répétée autant de fois qu’il y a de spires sur des parties successives du fil conducteur 30. Les étapes de repliement sont identiques à celles décrites précédemment.
Dans le mode de réalisation de la , l’axe X s’étend le long de la portion principale des secondes demi-spires 32b et le système de formage 50 permet de mettre en forme en une seule opération une moitié de seconde demi-spire 32b, une première demi-spire 32a et une moitié de seconde demi-spire le long de l’axe X. Le système de formage comporte le long de l’axe X :
- deux galets d’axes fixes 52b d’un côté de l’axe X,
- deux galets d’axes mobiles 54b disposés entre les galets 52b, de l’autre côté de l’axe X par rapport aux galets 52b,
- deux galets d’axes fixes 52a disposés, en projection sur l’axe X, entre les galets 54b, du côté des galets 52b et espacés de l’axe X transversalement à ce dernier d’une distance r sensiblement égale à la largeur Q des secondes demi-spires 32b, et
- deux galets d’axes mobiles 54a disposés, en projection sur l’axe X, entre les galets 52a et du côté des galets 54b.
Les galets 54a sont espacés entre eux d’une distancekentre leurs axes, sensiblement égale à la longueurm -Sde la portion intermédiaire des premières demi-spires 32a. Les galets 52a sont espacés du galet 54a adjacent le long de l’axe X d’une distance sensiblement égale à la longueurS-mle long de l’axe X de la portion de chignon 36a des premières demi-spires 32a. Les galets 54b sont espacés du galet fixes 52a adjacent le long de l’axe X d’une distance sensiblement égale à la longueurm-Sde la portion principale des secondes demi-spires 32b.
Selon une première opération de mise en forme, illustrée sur la , une première partie rectiligne du fil conducteur 30 est positionnée le long de l’axe X entre les galets 52a et 52b et les galets 54a et 54b. Puis, les galets 54b sont déplacés d’une première position en direction des galets 52a, perpendiculairement à l’axe X, d’une distance b1 sensiblement égale à la largeur Q des secondes demi-spires 32b, en une seconde position, et les galets 54a sont déplacés d’une première position en direction des galets 52a perpendiculairement à l’axe X d’une distance b2 sensiblement égale à la largeur totale de la bobine 20 en une seconde position. Les galets 54a et 54b déforment le fil conducteur 30 lors de leur déplacement, lui donnant la forme d’une succession de motifs composés d’une moitié de seconde demi-spire 32b, d’une première demi-spire 32a et d’une moitié de seconde demi-spire le long de l’axe X, comme cela est illustré sur la .
Cette opération est répétée et les moitiés de secondes demi-spires adjacentes se complètent pour former une seconde demi-spire complète. Les étapes de repliement sont identiques à celles décrites précédemment.
Dans la variante illustrée sur les figures 18 et 19, les portions rectilignes se replient alternativement sur deux zones de superposition pour former deux têtes de chignon 26a et 26b juxtaposées. Un tel agencement avec deux têtes de chignon 26a et 26b formées par la superposition d’une portion de jonction 40 sur deux permet notamment de diminuer l’encombrement des chignons dans le plan transversal T, ces derniers ne s’étendant pas transversalement sur une largeur supérieure à l’épaisseur de la bobine, comme cela est particulièrement visible sur la . La bobine 20 est alors entièrement incluse, avant cintrage, entre les plans V et R avant cintrage de la bobine définis par les plats les plus extérieurs des première et seconde portions d’encoche 32a et 32b les plus extérieurs de la bobine 20, comme cela est visible sur la . Les plans V et R deviennent des cylindres extérieurs après cintrage de la bobine. Le mode de réalisation des figures 20 à 25 se distingue des modes de réalisation précédents en ce que les premières et deuxièmes portions d’encoche 34a et 34b s’empilent sur le plat du fil conducteur selon deux colonnes 22a et 22b juxtaposées et en contact l’une avec l’autre par le chant du fil conducteur.
D’un côté des portions d’encoche 34a et 34b, le chignon 24 comporte deux têtes de chignon 26a et 26b, l’une 26a reliant les premières portions d’encoche 34a de la colonne intérieure 22b aux deuxièmes portions d’encoche 34b de la colonne extérieure 22b et l’autre reliant les premières portions d’encoche 34a de la colonne extérieure 22a aux deuxièmes portions d’encoche 34b de la colonne intérieure 22a. De l’autre côté des portions d’encoche 34a et 34b, le chignon 24 comporte trois têtes de chignon 26c, 26d et 26e, les premières portions d’encoche 34a de la colonne intérieure 22b étant reliées alternativement aux deuxièmes portions d’encoche 34b de la colonne extérieure 22a et de la colonne intérieure 22b par l’intermédiaire des portions de jonction respectivement de la tête 26d centrale et de la tête 26e du côté duquel s’étendent les deuxièmes demi-spires et les premières portions d’encoche 34a de la colonne extérieure 22b étant reliées alternativement aux deuxièmes portions d’encoche 34b de la colonne extérieure 22a et de la colonne intérieure 22b par l’intermédiaire des portions de jonction respectivement de la tête 26d centrale et de la tête 26b du côté duquel s’étendent les premières demi-spires.
Dans ce mode de réalisation, les extrémités de connexion 28 et 29 sont de part et d’autre des trois têtes de chignon 26c, 26d et 26e.
Comme cela est visible sur la , les première et deuxième demi-spires 32a et 32b les plus intérieures peuvent être distantes l’une de l’autre transversalement au plan médian P de la bobine d’une distance m non nulle, notamment telle que les première et deuxième demi-spires 32a et 32b soient reliés entre elles par une portion de jonction formant une portion de boucle s’étendant sur 180° avec le plus petit rayon de courbure possible sans endommager le fil conducteur.
Comme cela est visible sur la , une fois une bobine 20a enroulée, le fil conducteur peut être encore enroulé pour former d’autres bobines 20b et 20c, les différentes bobines 20a, 20b et 20c étant rattachées entre elles par continuité du fil conducteur. Dans l’exemple illustré, l’ensemble de ces bobines 20a, 20b et 20c formées à partir du même fil sont configurés pour s’insérer dans des encoches du stator adjacentes, comme cela est illustré sur la . Elles sont imbriquées les unes sur les autres et forment une grappe de bobines adjacentes. Les extrémités 28 et 29 du fil conducteur s’étendent de préférence de part et d’autre des têtes de bobines d’un même chignon. Les portions du fil électrique permettant la jonction entre les différentes bobines 50 sont, de préférence, en forme de boucle s’étendant parallèlement aux boucles des têtes de chignon entre ces dernières, sans dépasser transversalement e ses dernières.
Les bobines 20 telles qu’illustrées peuvent s’insérer dans les encoches 62 de tout stator 60 présentant des encoches 62 ouvertes. Dans l’exemple illustré sur les figures 1B et 25, le stator 60 comporte une couronne 65 dans laquelle sont réalisée les encoches 62 s’ouvrant vers l’extérieur, et une culasse 68 rapportée sur la couronne 65 permettant de fermer radialement les encoches 62 après insertion du bobinage. Les encoches 62 sont formées entre des dents reliés entre elles par des ponts de matière formant le fond des encoches 62. Les ponts de matière formant le fond des encoches peuvent être déformable. La couronne 65 peut être d’un seul bloc comme représentée sur la ou en plusieurs secteurs, non illustré.
La culasse 68 peut comporter des reliefs complémentaires de reliefs de la couronne 65 permettant de faciliter l’assemblage. Les reliefs sont par exemple des tenons et mortaises ou des encoches et des rainures complémentaires.
Les portions droites 22 des bobines destinées à s’insérer dans les encoches 62 du stator 60 peuvent être recouverte d’un isolant en feuille 53 permettant de les isoler de l’intérieur de l’encoche et entre elles.
Le procédé peut comporter une étape supplémentaire d’écartement des portions droites 22 des bobines 20 les unes par rapport aux autres. Un tel écartement permet d’ouvrir la ou les portions de boucle dans les chignons 24. Ceci permet de réduire l’encombrement de la bobine, notamment des chignons 24, de faciliter leur refroidissement et de réduire la longueur de fil nécessaire à la fabrication de chaque bobine.
Le procédé peut également comporter une étape supplémentaire d’écrasement des têtes 26 de bobines permettant de les incliner relativement au plan transversal T.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui ont été décrits ci-dessus.
Par exemple, les premières et secondes demi-spires peuvent prendre des formes différentes, les grappes de bobines peuvent être réalisés avec des premières et secondes portions d’encoche en une seule colonne et avec une ou plusieurs têtes de chignon, l’écartement central des première et secondes demi-spires peut être présent sur une bobine dont les premières et deuxièmes portions d’encoche sont en une seule colonne.

Claims (16)

  1. Bobine (20) destinée à être cintrée pour être insérée dans une première et une seconde encoche d’un stator d’une machine électrique tournante, la bobine (20) étant enroulée selon une pluralité de spires successives, chaque spire comportant :
    - une première demi-spire (32a) comportant une première portion d’encoche (34a) configurée pour être insérée dans la première encoche du stator,
    - une seconde demi-spire (32b) comportant une seconde portion d’encoche (34b) configurée pour être insérée dans la seconde encoche du stator,
    les première et seconde portions d’encoche (34a, 34b) les plus intérieures de la bobine (20) ayant leurs surfaces les plus intérieures s’étendant selon un même plan médian (P) de la bobine (20), la bobine (20) étant entièrement comprise entre deux plans externes parallèles (V, R) au plan médian (P) de la bobine (20) et définis par les surfaces des premières et secondes portions d’encoche (34a, 34b) les plus extérieures de la bobine (20) les plus éloignées du plan médian (P) de la bobine (20),
    les premières portions d’encoche (34a) et les secondes portions d’encoche (34b) étant empilées selon un ordre identique en partant du plan médian (P) de la bobine (20) vers les plans externes (V, R).
  2. Bobine selon la revendication 1, dans laquelle la bobine (20) est formée d’un ou plusieurs fils conducteurs (30), de préférence d’un unique fil conducteur, le ou les fils conducteurs étant, en section transversale, de forme rectangulaire, les premières demi-spires (32a) étant en contact les unes avec les autres par leur plat et les secondes demi-spires (32b) étant en contact les unes avec les autres par leur plat.
  3. Bobine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les premières et secondes demi-spires (32a, 32b) s’étendent chacune selon un plan de demi-spire, notamment parallèle au plat du fil conducteur, les plans de demi-spire des premières et secondes demi-spires étant parallèles entre eux et parallèle au plan médian (P) de la bobine.
  4. Bobine selon la revendication 3, dans laquelle les plans de demi-spire des premières demi-spires (32a) s’étendant tous d’un même côté du plan médian (P) de la bobine et les plans de demi-spire des secondes demi-spires (32b) s’étendant tous de l’autre côté du plan médian (P) de la bobine.
  5. Bobine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la bobine est de forme sensiblement hexagonale, notamment avec deux côtés opposés formées par les premières et secondes portions d’encoche (34a, 34b) plus longs que les autres, notamment au moins deux fois plus longs que les autres côtés, ces derniers pouvant avoir sensiblement la même longueur.
  6. Bobine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les secondes demi-spires (32b) sont chacune reliées à la première demi-spire (32a) de la même spire et à la première demi-spire (32a) de la spire suivante par des portions de jonction (40), chaque portion de jonction (40) étant de préférence une portion de boucle s’étendant entre la première et la seconde demi-spire (32a, 32b) qu’elle relie.
  7. Bobine selon la revendication 6, dans laquelle la portion de jonction (40) la plus intérieure de la bobine forme une boucle sensiblement complète, les autres portions de jonction (40) formant préférentiellement des portions de boucle d’étendue angulaire sensiblement égale à 180°.
  8. Bobine selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle, des deux côtés des premières et deuxièmes portions d’encoche (34a, 34b), les portions de jonction (40) de la bobine peuvent toutes s’empiler selon un même plan de jonction T en se superposant toutes les unes aux autres, notamment sur le plat du fil conducteur, pour former une unique tête (26) à chaque extrémité de la bobine, les têtes (26) des deux extrémités de la bobine s’étendent selon le même plan de jonction T, notamment perpendiculaire au plan médian P de la bobine
  9. Bobine selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle, de chaque côté des premières et deuxièmes portions d’encoche (34a, 34b), les portions de jonction (40) de la bobine s’empilent selon au moins deux têtes (26a, 26b) juxtaposées s’étendant selon des plans de jonction parallèles entre eux, les portions de jonction (40) se superposant entre elles, notamment sur le plat du fil conducteur, alternativement sur l’une et l’autre des deux têtes (26a, 26b).
  10. Bobine selon la revendication précédente, dans laquelle les deux plans de jonction sont décalés latéralement entre eux d’une distance sensiblement égale à la largeur du plat du fil conducteur de sorte que les deux têtes (26a, 26b) adjacentes sont jointives latéralement.
  11. Bobine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les premières portions d’encoche (34a) se superposent selon une unique colonne s’étendant perpendiculairement au plan médian P de la bobine et les secondes portions d’encoche (34b) se superposent selon une unique colonne perpendiculaire au plan médian P de la bobine.
  12. Bobine selon l’une quelconque des revendication 1 à 10, dans laquelle les premières portions d’encoche (34a) se superposent selon plusieurs, notamment deux, colonnes (22a, 22b) juxtaposées s’étendant perpendiculairement au plan médian P, et les secondes portions d’encoche (34b) se superposent également selon plusieurs, notamment deux, colonnes (22a, 22b) juxtaposées s’étendant perpendiculairement au plan médian P.
  13. Bobine selon la revendication 12 et l’une des revendications 6 et 7, dans laquelle les portions de jonction (40) d’un côté des portions d’encoche s’empilent selon autant de têtes (26a, 26b) que de colonnes juxtaposées des portions de jonction (40), et les portions de jonction (40) de l’autre côté des première et secondes portions d’encoche (34a, 34b) s’empilent selon un nombre de têtes (26c, 26d, 26e) juxtaposées correspondant au nombre de colonnes des portions d’encoche plus une, les têtes (26a, 26b, 26c, 26d, 26e) s’étendant selon des plans de jonctions parallèles entre eux et préférentiellement perpendiculaire au plan médian P de la bobine.
  14. Grappe de bobine comportant une pluralité de bobines (20a, 20b, 20c) selon l’une quelconque des revendications précédentes, les bobines (20a, 20b, 20c) étant reliées entre elle par continuité du fil conducteur.
  15. Machine électrique tournante comportant un stator (60) présentant des encoches (62) et des bobines (20), selon l’une quelconque des revendications précédentes, dont les première portions d’encoches (34a) sont insérées dans une des encoches et les secondes portions d’encoches (34b) sont insérées dans une autre des encoche, l’ensemble des encoches recevant des premières portions d’encoches d’une bobine et des secondes portions d’encoches d’une autre bobine.
  16. Procédé de fabrication de la bobine selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 pour une machine électrique tournante, comportant les étapes consistant à :
    (a) mettre en forme au moins un fil conducteur (30) à l’aide d’un système de formage (50) de façon à former une alternance, le long du fil conducteur (30), d’au moins une première demi-spire (32a) et d’au moins une seconde demi-spire (32b),
    (b) replier les première(s) et seconde(s) demi-spires (32a, 32b) les unes sur les autres en partant d’une première extrémité (28) du fil conducteur vers une seconde extrémité (29) du fil conducteur, pour former un enroulement formant au moins une spire.
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