FR3126567A1 - Procédé de bobinage d'un stator de machine électrique tournante à multi-encoches par pôle et par phase - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un procédé de bobinage d’un stator (10) polyphasé à multi-encoches par pôle et par phase comportant notamment:
- une étape de bobinage d'au moins une portion d'au moins une première spire (Sp1) d'un conducteur continu (C1, C2, C3) suivant un pas d'encoches de base (P_b),
- une étape d'application d'un pas d'encoches spécial (P_r) différent du pas d'encoches de base (P_b),
- puis une étape de bobinage d'au moins une portion d'au moins une deuxième spire (Sp2) dudit conducteur continu (C1, C2, C3) suivant le pas d'encoches de base (P_b),
- ladite au moins une première spire (Sp1) et ladite au moins une deuxième spire (Sp2) d'un enroulement de phase (PH1, PH2, PH3) donné étant reliées de façon continue entre elles par ledit conducteur continu (C1, C2, C3).
Figure 2
Description
La présente invention porte sur un procédé de bobinage d'un stator de machine électrique tournante à multi-encoches par pôle et par phase ainsi que sur le stator bobiné correspondant. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour un stator d'une machine électrique tournante telle que par exemple un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique d'un véhicule ou d’un drone.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené. La machine électrique comporte un carter portant le stator. Ce carter est également configuré pour porter à rotation l'arbre du rotor par exemple par l'intermédiaire de roulements.
Le stator comporte un corps constitué par un empilage de feuilles de tôles ainsi qu'un bobinage des phases reçu dans des encoches du stator ouvertes radialement. Les phases sont généralement au nombre de trois pour une machine triphasée ou six pour une machine hexaphasée.
Dans les stators d'alternateurs de ce genre, les types de bobinages les plus couramment utilisés sont les bobinages de type "ondulé" comportant une pluralité d'enroulements de phases. Chaque enroulement de phase comporte un conducteur en spirale dont chaque spire forme des ondulations parcourant les encoches du corps. Ainsi, dans chaque spire, le conducteur présente des brins axiaux situés à l'intérieur des encoches du stator et des brins de liaison situés alternativement de chaque côté du stator reliant entre eux des brins axiaux. Le conducteur pourra être formé d'un ou plusieurs fils électriquement conducteur. L'ensemble des brins de liaison s'étendant d'un côté du stator forme un chignon de bobinage. Les enroulements de phases présentent chacun une entrée et une sortie de phase correspondant respectivement à une première et une deuxième extrémité d'un enroulement de phase. Les entrées et les sorties de phases sont destinées à être reliées entre elles pour effectuer un couplage (en triangle, en étoile, ou hybride de type triangle-étoile ou autre) des différentes phases de la machine électrique.
Il est connu un procédé de bobinage dans lequel l'ensemble des enroulements de phases sont bobinés en même temps et en parallèle dans les encoches correspondantes du corps du stator pour obtenir un bobinage hexaphasé. Comme cela est illustré par la , afin de transformer un bobinage hexaphasé en un bobinage triphasé multi-encoches par pôle et par phase, il est nécessaire d'effectuer des jonctions J1-J3 entre des enroulements de phases pour passer de six enroulements de phase PH1-PH6 à trois enroulement de phase.
Une telle transformation d'un bobinage hexaphasé en un bobinage triphasé multi-encoches par pôle et par phase permet d'obtenir un compromis de performance et de coût entre un bobinage triphasé et un bobinage hexaphasé. En effet, le bobinage obtenu est plus économique qu'un bobinage hexaphasé du fait de la réduction du nombre de composants électroniques, tout en étant plus performant qu'un bobinage triphasé.
Afin d'effectuer les jonctions entre les enroulements, on utilise généralement un interconnecteur INT assurant les connexions entre les entrées et les sorties de phases entre elles. Or, un tel interconnecteur induit un coût additionnel, des étapes supplémentaires de montage pour connecter les entrées et les sorties de phases audit interconnecteur, ainsi qu'une augmentation de l'encombrement au niveau d'un chignon de bobinage du stator dû à la présence de l'interconnecteur.
L'invention vise à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant un procédé de bobinage d’un stator polyphasé à multi-encoches par pôle et par phase, ledit stator comportant des encoches destinées à recevoir des conducteurs d'un bobinage, ledit bobinage comprenant un nombre N d’enroulements de phases, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes pour réaliser chaque enroulement de phase:
- une première étape de bobinage d'au moins une portion d'au moins une première spire d'un conducteur continu d'un enroulement de phase suivant un pas d'encoches de base, de sorte à laisser au moins une encoche libre entre deux encoches destinées à être remplies par deux conducteurs continus de deux enroulements de phases adjacents,
- une étape d'application d'un pas d'encoches spécial différent du pas d'encoches de base, de sorte que le conducteur continu dudit enroulement de phase est inséré à l'intérieur d'une encoche libre adjacente à une encoche dans laquelle est également inséré ledit conducteur continu dudit enroulement de phase,
- puis une deuxième étape de bobinage d'au moins une portion d'au moins une deuxième spire dudit conducteur continu suivant le pas d'encoches de base,
- ladite au moins une première spire et ladite au moins une deuxième spire dudit enroulement de phase étant reliées de façon continue entre elles par ledit conducteur continu.
L'invention permet ainsi, en assurant une liaison continue entre les spires d'un enroulement de phase, de proposer une solution économique par rapport à un bobinage analogue où la liaison entre les spires est obtenue au moyen d'un interconnecteur. L'invention permet également d'obtenir un stator compact en évitant l'intégration d'un composant additionnel à proximité d'un chignon. L'invention présente également l'avantage de réduire le bruit aéraulique et magnétique par rapport à une machine triphasée standard. L'invention permet également d'atténuer certains harmoniques de la machine électrique tournante.
On entend par « encoche libre », une encoche qui ne comporte pas de conducteur lors d’une étape donnée du procédé de bobinage, étant entendu qu’une fois le procédé de bobinage terminé toutes les encoches comportent des conducteurs.
On entend par « de façon continu », une liaison faite directement par le conducteur lui-même. Aucun système additionnel tel qu’un interconnecteur ou une soudure n’est nécessaire pour faire la liaison électrique entre les spires.
Selon une mise en œuvre de l'invention, la au moins une portion d'au moins une première spire d'un conducteur continu est bobinée suivant un premier sens de bobinage et la au moins une portion d'au moins une deuxième spire dudit conducteur continu est bobinée suivant un deuxième sens de bobinage inverse au premier sens de bobinage. Cela permet d’obtenir des chignons moins encombrant, notamment dans une direction radiale en alternant la position des brins de liaison dans le chignon avant ou le chignon arrière entre les spires.
Selon une mise en œuvre de l'invention, pour réaliser chaque enroulement de phase:
- la première étape de bobinage comporte le bobinage d'un nombre entier M de spires du conducteur continu pour former une première bobine, et
- la deuxième étape de bobinage comporte le bobinage d'un nombre entier M' de spires dudit conducteur continu pour former une deuxième bobine,
- le pas d'encoches spécial étant appliqué entre la première bobine et la deuxième bobine de l'enroulement de phase,
- ladite premier bobine et ladite deuxième bobine dudit enroulement de phase étant reliées de façon continue entre elles par ledit conducteur continu.
Par exemple, M et M’ sont des nombres entiers strictement supérieurs à 1.
Alternativement, chaque étape de bobinage comporte le bobinage d’une seule spire.
Selon une mise en œuvre de l'invention, les enroulements de phases sont bobinés simultanément ou les uns après les autres.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le procédé comporte plusieurs étapes d'application d'un pas d'encoches spécial et plusieurs étapes de bobinage suivant le pas d'encoches de base, chaque étape d’application étant précédée d’une étape de bobinage et suivie d’une autre étape de bobinage, les spires dudit enroulement de phase obtenues pas les étapes de bobinage étant reliées de façon continue entre elles par ledit conducteur continu.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le pas d'encoches de base égal à au nombre d’encoches par pole et par phase multiplié par le nombre de phase N.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le pas d'encoches spécial est égal au pas d’encoches de base moins k ou au pas d’encoches de base plus k, k étant un nombre entier supérieur ou égal à 1.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le pas d'encoches spécial est identique pour toutes les étapes d’application.
Par exemple, le bobinage est un bobinage triphasé à deux encoches par pôle et par phase.
Par exemple, le bobinage est un bobinage triphasé à 3 encoches par pôle et par phase.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le pas d'encoches spécial est dégressif de sorte à ce que le premier pas d’encoche spécial est égal au pas d’encoches de base moins k et les pas d’encoches spéciaux suivants sont respectivement égaux au pas d’encoche spécial précédent moins k, ou le pas d'encoches spécial est progressif de sorte à ce que le premier pas d’encoche spécial est égal au pas d’encoches de base plus k et les pas d’encoches spéciaux suivants sont respectivement égaux au pas d’encoche spécial précédent plus k, k étant un nombre entier supérieur ou égal à 1.
Par exemple, pour un bobinage à 3 spires, on applique un pas d'encoches de base égal au nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases soit un pas d'encoches de base égal à 9 encoches, des pas d'encoches spéciaux utilisés lors des étapes d’application valant respectivement le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 1 soit 8 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 2 soit 7 encoches.
Par exemple, le bobinage est un bobinage triphasé à 4 encoches par pôle et par phase.
Par exemple, pour un bobinage à 4 spires, on applique un pas d'encoches de base égal au nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases soit un pas d'encoches de base égal à 12 encoches, des pas d'encoches spéciaux utilisés lors des étapes d’application valant respectivement le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 1 soit 11 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 2 soit 10 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 3 soit 9 encoches.
Selon une mise en œuvre de l'invention, au moins un pas d'encoches spécial est égal au pas d’encoche de base moins k et au moins un autre pas d'encoches spécial est égal au pas d’encoche de base plus k, k étant un nombre entier supérieur ou égal à 1.
Par exemple, le bobinage est un bobinage triphasé à 1 encoche plus 2 demi-encoches par pôle et par phase.
Par exemple, pour un bobinage à 4 spires, on applique un pas d'encoches de base égal à deux encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases soit un pas d'encoches de base égal à 6 encoches, des pas d'encoches spéciaux utilisés avant un changement de sens de bobinage valant respectivement le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 1 soit5 encochespuis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases plus 1 soit 7 encoches, puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases plus 1 soit 7 encoches.
Par exemple, le bobinage est un bobinage triphasé à 4 demi-encoches par pôle et par phase.
Par exemple, pour un bobinage à 4 spires, on applique un pas d'encoches de base égal à deux encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases soit un pas d'encoches de base égal à 6 encoches, des pas d'encoches spécial utilisés avant un changement de sens de bobinage valant respectivement le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases plus 1 soit 7 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 1 soit 5 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases plus 1 soit 7 encoches.
Selon une mise en œuvre de l'invention, k est égal à 1.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le nombre d’étapes de bobinage est égal au nombre de spires du bobinage.
Selon une mise en œuvre de l'invention, un conducteur continu d'un enroulement de phase est formé par un seul fil continu ou par un faisceau d'au moins deux fils continus.
L'invention a également pour objet un stator polyphasé à multi-encoches par pôle et par phase, ledit stator comportant un bobinage comprenant un nombre N d’enroulements de phases et étant bobiné selon le procédé de bobinage précédemment décrit et des encoches recevant des conducteurs du bobinage, ledit bobinage comportant pour chaque enroulement de phase :
- au moins une portion d'au moins une première spire bobinée à partir d'un conducteur continu d'un enroulement de phase suivant un pas d'encoches de base,
- un pas d'encoches spécial différent du pas d'encoches de base, de sorte que le conducteur continu dudit enroulement de phase est logé à l'intérieur d'une encoche libre adjacente à une encoche dans laquelle est également logé ledit conducteur continu dudit enroulement de phase,
- au moins une portion d'au moins une deuxième spire dudit conducteur continu bobinée suivant le pas d'encoches de base,
- ladite au moins une première spire et ladite au moins une deuxième spire dudit enroulement de phase étant reliées de façon continue entre elles par ledit conducteur continu.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le bobinage présente au moins une encoche recevant des conducteurs continus appartenant à plusieurs enroulements de phases ou en ce que toutes les encoches du bobinage logent uniquement des conducteurs continus appartenant à un même enroulement de phases.
Selon une réalisation de l'invention, la au moins une portion d'au moins une première spire d'un conducteur continu est bobinée suivant un premier sens de bobinage et la au moins une portion d'au moins une deuxième spire dudit conducteur continu est bobinée suivant un deuxième sens de bobinage inverse au premier sens de bobinage.
L'invention concerne en outre une machine électrique tournante comprenant un stator tel que précédemment défini.
Selon une réalisation de l'invention, la machine électrique tournante forme un alternateur ou un alterno-démarreur ou une machine réversible ou un moteur électrique.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
Sur les figures 2 et suivantes, les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d’une figure à l’autre.
La est une vue en perspective d'un stator bobiné 10 de machine électrique tournante qui comporte principalement un corps 11 dans lequel sont montés plusieurs enroulements de phases PH1, PH2, PH3 formant un bobinage électrique. La machine tournante est par exemple un alternateur, alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique de traction. Cette machine est de préférence destinée à être mise en œuvre dans un véhicule tel qu’un véhicule automobile ou un drone. On rappelle qu'un alterno-démarreur est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d'une part, comme générateur électrique en fonction alternateur, et d'autre part comme moteur électrique, notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile.
La machine (non représentée) comporte un boitier sur lequel peut être monté un convertisseur de tension tel qu’un onduleur ou un pont redresseur. A l'intérieur de ce boitier, elle comporte, en outre, un arbre, un rotor solidaire en rotation de l’arbre et un stator 10. Dans cet exemple, le stator est agencé pour entourer le rotor. Le mouvement de rotation du rotor se fait autour d’un axe X.
Le rotor comporte par exemple un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté, tel que des rivets traversant axialement le rotor de part en part. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor. Toujours alternativement, le rotor peut être un rotor à griffe comportant deux roues polaires. Chaque roue polaire est formée d’un plateau orienté transversalement, d’une pluralité de griffes formants des pôles magnétiques et d’un noyau cylindrique. Le rotor comporte une bobine enroulée autour du noyau.
Le corps de stator 11 a une forme cylindrique annulaire d'axe X et consiste en un empilement axial de tôles planes. Le corps 11 comporte des dents 12 réparties angulairement de manière régulière sur une circonférence interne d'une culasse 13. Ces dents 12 délimitent deux à deux des encoches 15. La culasse 13 correspond à la portion annulaire pleine du corps 11 qui s'étend entre le fond des encoches 15 et la périphérie externe du corps 11.
Les encoches 15 débouchent axialement de part et d'autre du corps 11. Les encoches 15 sont également ouvertes radialement ici dans la face interne du corps 11. Dans les exemples de réalisation indiqués ci-après, le stator 10 comporte 36 encoches afin de faciliter la compréhension de l'invention. De préférence, le stator 10 est dépourvu de pied de dents afin de faciliter l'insertion des conducteurs lors de l'étape de bobinage. Alternativement, le stator peut comprendre des pieds de dents pour améliorer les performances électrotechniques de la machine. Des isolants 16 sont disposés dans les encoches 15 afin d'assurer une isolation électrique entre les conducteurs du bobinage et le corps de stator 11.
Pour former le bobinage du stator 10, un nombre N d'enroulements de phases correspondant au nombre de phases de la machine électrique sont installés dans les encoches 15 du corps 11. En l'occurrence, le stator "triphasé" 10 comporte trois enroulements de phases PH1, PH2, PH3. L'invention est cependant applicable à des stators comportant un nombre différent d'enroulements de phases.
Chaque enroulement de phase PH1, PH2, PH3 est constitué par un conducteur continu correspondant C1, C2, C3 plié en forme de serpentin et enroulé à l'intérieur du stator dans les encoches 15 pour former une pluralité de spires.
Dans chaque spire, un conducteur C1, C2, C3 présente ainsi des brins axiaux 18 situés dans une série d'encoches 15 associées à un enroulement de phase donné PH1, PH2, PH3 ainsi que des brins de liaison 19a, 19b situés alternativement de chaque côté axial du corps de stator 11 et reliant entre eux les brins axiaux 18. L'ensemble des brins de liaison 19a, 19b s'étendant d'un côté du corps forme un chignon de bobinage. Les encoches 15 d'une série sont séparées entre elles par un pas d'encoches défini plus en détails ci-après. L'enroulement de plusieurs spires concentriques permet de réaliser le bobinage de la phase complète. Une spire correspond au bobinage d'un conducteur C1, C2, C3 sur un tour de stator 10.
Il est à noter que chaque conducteur C1, C2, C3 pourra comporter un fil continu unique ou un faisceau de F fils conducteurs continus, F étant supérieur ou égal à 2. En l'occurrence, les fils présentent une section ronde. Alternativement, afin d'optimiser le remplissage des encoches 15, les fils pourront présenter une section rectangulaire, carrée, ou une forme de méplat. Dans certains modes de réalisation, les fils pourront présenter des brins axiaux 18 ayant une forme différente des brins de liaison 19a, 19b. Par exemple, les brins axiaux 18 pourront présenter une section de forme rectangulaire, carrée, ou en forme de méplat pour optimiser le remplissage des encoches 15, tandis que les brins de liaison 19a, 19b présentent une section de forme ronde pour faciliter la conformation des chignons de bobinage. Dans tous les cas, les conducteurs C1, C2, C3 sont de préférence réalisés dans un matériau métallique recouvert d'émail. Le matériau métallique est de préférence du cuivre mais pourrait en variante être de l'aluminium ou tout autre matériau adapté à l'application.
Le procédé de bobinage d’un stator 10 polyphasé à multi-encoches par pôle et par phase comporte au moins les étapes suivantes pour réaliser chaque enroulement de phase PH1, PH2, PH3:
- une étape de bobinage d'au moins une portion d'au moins une première spire Sp1 d'un conducteur continu C1, C2, C3 suivant un pas d'encoches de base P_b, tout en prévoyant au commencement de la première spire des encoches libres entre deux encoches 15 destinées à être remplies par deux conducteurs continus C1, C2, C3 de deux enroulements de phases PH1, PH2, PH3 adjacents,
- une étape d'application d'un pas d'encoches spécial P_r différent, et notamment ici inférieur au pas d'encoches de base P_b pour finaliser la au moins une première spire, de sorte que le conducteur continu C1, C2, C3 d'un enroulement de phase PH1, PH2, PH3 donné est inséré à l'intérieur d'une encoche 15 libre adjacente à une encoche 15 dans laquelle est également inséré ledit conducteur continu C1, C2, C3 dudit enroulement de phase PH1, PH2, PH3,
- puis une étape de bobinage d'au moins une portion d'au moins une deuxième spire Sp2 dudit conducteur continu C1, C2, C3 suivant le pas d'encoches de base P_b,
- ladite au moins une première spire Sp1 et ladite au moins une deuxième spire Sp2 d'un enroulement de phase PH1, PH2, PH3 donné étant reliées de façon continue entre elles par ledit conducteur continu C1, C2, C3.
Bien entendu, comme cela est expliqué plus en détails ci-après, plus de deux spires Sp1, Sp2 pourront être réalisées pour obtenir le nombre souhaité de couches de conducteurs C1, C2, C3 à l'intérieur d'une encoche 15.
On décrit dans l’exemple ci-après, en référence avec les figures 3a à 3h, les étapes de réalisation d'un stator bobiné 10 de type triphasé (N=3) à deux encoches par pôle et par phase. Le stator triphasé 10 comporte trois enroulements de phases PH1, PH2, PH3. Chaque enroulement de phase PH1, PH2, PH3 est constitué par un conducteur C1, C2, C3 correspondant. En l'occurrence, les conducteurs C1, C2, C3 pourront être constitués chacun par un fil continu ou un faisceau d’au moins deux fils continus. Dans l'exemple représenté, le corps de stator 11 comporte 36 encoches et 3 paires de pôles.
Plus précisément, comme cela est illustré sur la , les conducteurs C1, C2, C3 sont insérés dans trois encoches 15 distinctes. En l'occurrence, les conducteurs C1, C2, C3 sont insérés simultanément dans les encoches 15. Alternativement, les conducteurs C1, C2, C3 peuvent être insérés les uns après les autres. La portion d'un conducteur C1, C2, C3 située à l'intérieur d'une encoche correspond à un brin axial 18. Les extrémités des conducteurs C1, C2, C3 qui dépassent du corps 11 et situées au niveau des repères A, B, C correspondent aux entrées de phase E1, E2, E3 des enroulements de phases PH1, PH2, PH3.
Deux encoches 15 contenant respectivement un enroulement de phase adjacent sont espacées entre elles par une encoche laissée libre afin de permettre l'insertion ultérieure des conducteurs C1, C2, C3 lors de la deuxième spire Sp2. Autrement dit, les conducteurs C1, C2, C3 sont insérés à l'intérieur d'une encoche sur deux. Dans l'exemple représenté, les conducteurs C1, C2, C3 sont insérés dans les encoches numérotées respectivement 14, 16, et 18.
Les conducteurs C1, C2, C3 sont ensuite pliés pour former des brins de liaison 19a ici de forme sensiblement triangulaire, qui dépassent axialement d'un même côté du corps 11. Des brins axiaux 18 des conducteurs C1, C2, C3 sont ensuite insérés chacun dans une encoche en suivant un pas d'encoches de base P_b séparant deux encoches adjacentes d'une série d'encoches 15 associées à une spire d’un enroulement de phase PH1, PH2, PH3. Le pas d'encoches de base P_b est égal à 2N soit ici P_b=6 (N étant le nombre d'enroulements de phases et le chiffre 2 correspondant au nombre d’encoches par pole et par phase). Les conducteurs C1, C2, C3 sont ensuite pliés pour former des brins de liaison 19b qui dépassent axialement d'un côté opposé à celui des brins de liaison 19a. Ainsi, les brins de liaison 19a, 19b sont situés à l'extérieur du corps 11 alternativement d'un côté ou de l'autre du corps 11. L'ensemble des brins de liaison 19a, 19b dépassant d'un même côté corps 11 forme un chignon de bobinage.
On continue ainsi à bobiner les enroulements de phases PH1, PH2, PH3 suivant un premier sens de bobinage K1, notamment dans une première direction circonférentielle, et suivant le pas d'encoches de base P_b jusqu'aux repères D, E, F situés avant la fin de la première spire Sp1.
Comme cela est illustré par la , au niveau des brins de liaison 19a, 19b des repères D, E, F, c’est-à-dire juste avant la fin de la première spire Sp1, on applique un pas d'encoches spécial P_r égal à 2N-1=5 de façon à insérer les conducteurs C1, C2, C3 des enroulements de phases PH1, PH2, PH3 à l'intérieur des encoches 15 laissées libres au début de la première spire Sp1. Dans l'exemple représenté, les conducteurs C1, C2, C3 sont insérés à l'intérieur des encoches impaires numérotées 13, 15, et 17. On change ensuite de sens de bobinage suivant un sens K2 opposé circonférentiellement au premier sens K1 pour réaliser une deuxième spire Sp2 en reprenant le pas d'encoches de base P_b. Le premier sens de bobinage K1 pourra par exemple être le sens horaire et le deuxième sens de bobinage K2 pourra être le sens antihoraire ou inversement.
Comme cela est illustré par la , la deuxième spire Sp2 est effectuée suivant le pas d'encoches de base P_b jusqu'aux repères G, H, I. Pour simplifier la , la première spire n’est pas représentée.
Comme cela est illustré par la , au niveau des brins de liaison 19a, 19b des repères G, H, I, on applique le pas d'encoches spécial P_r égal à 2N-1=5 de façon à insérer les conducteurs C1, C2, C3 des enroulements de phases PH1, PH2, PH3 à l'intérieur des encoches paires. On retombe ainsi à l'intérieur de la série d'encoches paires numérotées 14, 16, 18. On change de nouveau de sens de bobinage suivant le sens K1 pour former une troisième spire Sp3 en reprenant le pas d'encoches de base P_b égal à 2N=6.
Comme cela est illustré par la , la troisième spire Sp3 est bobinée jusqu'aux repères J, K, L suivant le pas d'encoches de base P_b. Pour simplifier la , les spires précédentes ne sont pas représentées.
Comme cela est illustré par la , au niveau des brins de liaison 19a, 19b des repères J, K, L, on applique le pas d'encoches spécial P_r égal à 2N-1=5 de façon à insérer les conducteurs C1, C2, C3 des enroulements de phases PH1, PH2, PH3 à l'intérieur des encoches impaires 13, 15, 17. On change de nouveau le sens de bobinage suivant le sens K2.
Comme cela est illustré par la , on forme ensuite une quatrième spire Sp4 jusqu'au repères M, N, O où on arrête le bobinage. Les extrémités des conducteurs C1, C2, C3 situées au niveau des repères M, N, O correspondent aux sorties de phase S1, S2, S3 des enroulements de phases PH1, PH2, PH3.
La illustre le bobinage obtenu à la fin du procédé pour lequel chaque conducteur C1, C2, C3 a été représenté avec un type de trait différent. Ce bobinage est de type ondulé réparti imbriqué. On observe que chaque enroulement de phase PH1, PH2, PH3 associé à un conducteur C1, C2, C3 correspondant traverse deux encoches 15 consécutives. On obtient ainsi un bobinage à deux encoches par pôle et par phase sans aucune jonction entre les spires dans la mesure où un seul et même conducteur continu C1, C2, C3 a été utilisé pour former chaque enroulement de phase PH1, PH2, PH3.
Il est à noter que dans ce type de bobinage, deux spires consécutives Spi, Spi+1 sont séparées entre elles par un changement de sens de bobinage K1, K2. Le nombre de changement de sens est donc égal au nombre total de spires du bobinage moins un. Ainsi, dans l'exemple précédent, la réalisation de 4 spires a impliqué 3 changements de sens de bobinage K1, K2.
Les entrées de phase E1-E3 et les sorties de phase S1-S3 du bobinage sont dans cet exemple regroupées dans une même zone. Cela permet de simplifier leur connexion avec le convertisseur de tension. Au moins une extrémité de phase de chaque enroulement de phase est reliée électriquement au convertisseur de tension afin de faire circuler un courant électrique dans le bobinage du stator 10. Il sera ainsi possible de réaliser aisément un couplage des enroulements de phases PH1, PH2, PH3 en triangle, en étoile ou suivant un couplage hybride de type triangle-étoile ou autre.
Différentes variantes de réalisation du bobinage à multi-encoches par pôle et par phase sont possibles. Ainsi, la illustre la réalisation d'un bobinage triphasé à 3 spires avec 3 encoches par pôle et par phase. Suivant cette réalisation, on applique un pas d'encoches de base P_b égal au nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases soit un pas d'encoches de base P_b égal à 9 encoches. Les pas d'encoches spéciaux P_r utilisés avant un changement de sens de bobinage K1, K2 valent respectivement le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 1 soit 8 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 2 soit 7 encoches.
La illustre la réalisation d'un bobinage triphasé à 4 spires avec 4 encoches par pôle et par phase. Suivant cette réalisation, on applique un pas d'encoches de base P_b égal au nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases soit un pas d'encoches de base P_b égal à 12 encoches. Les pas d'encoches spéciaux P_r utilisés avant un changement de sens de bobinage K1, K2 valent respectivement le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 1 soit 11 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 2 soit 10 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 3 soit 9 encoches.
La illustre la réalisation d'un bobinage triphasé à 4 spires avec 1 encoche plus 2 demi-encoches par pôle et par phase. Par demi-encoche, on entend le fait qu'une encoche est occupée par deux conducteurs C1, C2, C3 associés à deux enroulements de phases PH1, PH2, PH3 différents. Suivant cette réalisation, on applique un pas d'encoches de base P_b égal à deux encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases soit un pas d'encoches de base P_b égal à 6 encoches. Les pas d'encoches spéciaux P_r utilisés avant un changement de sens de bobinage K1, K2 valent respectivement le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 1 soit 5 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases plus 1 soit 7 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases plus 1 soit 7 encoches. Une telle configuration de bobinage permet de lisser la force électromotrice de la machine électrique.
La illustre la réalisation d'un bobinage triphasé à 4 spires avec 4 demi-encoches par pôle et par phase. Suivant cette réalisation, on applique un pas d'encoches de base P_b égal à deux encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases soit un pas d'encoches de base P_b égal à 6 encoches. Les pas d'encoches spéciaux P_r utilisés avant un changement de sens de bobinage K1, K2 valent respectivement le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases plus 1 soit 7 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases moins 1 soit 5 encoches puis le nombre d'encoches par pôle et par phase multiplié par le nombre de phases plus 1 soit 7 encoches.
Alternativement, il est possible de réaliser le bobinage avec plusieurs encoches par pôle et par phase en réalisant plusieurs spires de bobinage avant d’appliquer un pas d’encoches spécial. Dans l’exemple d’un bobinage avec 2 encoches par pôle et par phase, ledit bobinage peut être réaliser en formant une première bobine sur un support, puis en faisant un décalage d’un pas d’encoches pour appliquer le pas d’encoche spécial P_r et enfin de bobiner une deuxième bobine. Les deux bobines sont connectées par la continuité du fil et sont insérées dans le paquet du stator . Dans ce cas, le procédé comporte une étape de bobinage d'un nombre entier M de spires Sp1-SpM d'un conducteur continu C1, C2, C3 suivant le premier sens de bobinage K1 pour former une première bobine 21.1. Puis le procédé comporte une étape de bobinage d'un nombre entier M' de spires Sp1-SpM' suivant ledit deuxième sens de bobinage K2 pour former une deuxième bobine 21.2. Les nombres de spires M, M' de chaque bobine 21.1, 21.2 pourront être égaux ou différents. Chaque bobine 21.1, 21.2 pourra comporter un nombre de spires par exemple compris entre 2 et 10. Les bobines 21.1, 21.2 pourront être obtenues en bobinant un conducteur continu C1, C2 suivant un même sens de bobinage K1, K2 ou suivant des sens différents. La première bobine 21.1 et la deuxième bobine 21.2 forment l'enroulement de phase PH1. Ce procédé est répété pour les autres phases du bobinage.
Le pas d'encoches spécial P_r est appliqué entre la première bobine 21.1 et la deuxième bobine 21.2 de l'enroulement de phase PH1, PH2, PH3. La première bobine 21.1 et la deuxième bobine 21.2 d'un enroulement de phase PH1, PH2, PH3 donné sont reliées de façon continue entre elles par le conducteur continu C1, C2, C3.
Suivant un mode de réalisation particulier, comme cela est illustré par la , chaque bobine 21.1, 21.2 pourra dans une première étape de montage être formée à plat, c'est-à-dire que les spires Sp1-SpM; Sp1-SpM' s'étendent chacune dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe A.
Chaque bobine 21.1, 21.2 comprend une superposition de spires identiques en forme d'étoiles régulières d'axe A, l'axe A étant coaxial à l'axe X de la machine. Les spires Sp1-SpM; Sp1-SpM' de chaque bobine 21.1, 21.2 sont réalisées suivant le pas d'encoches de base P_b. Les deux bobines 21.1, 21.2 sont reliées entre elles de façon continue étant donné qu'un même conducteur continu C1, C2, C3 est utilisé pour réaliser ces deux bobines. La portion 22 correspond ainsi à la portion du conducteur continu C1, C2, C3 assurant la liaison électrique continue entre les deux bobines 21.1, 21.2.
Dans une seconde étape de montage, l'enroulement de phase PH1, PH2, PH3 est monté sur le corps de stator 11 par déformation. Plus précisément, l'enroulement est positionné dans les encoches 15 du corps 11 par torsion progressive des brins axiaux 18 axialement d'avant en arrière et par basculement simultané de tous les brins axiaux 18 d'une direction perpendiculaire à l'axe A vers une direction parallèle audit axe A. Cette déformation est par exemple obtenue en faisant coulisser un bloc d'insertion non représenté ici.
L'insertion est effectuée de sorte que les deux bobines 21.1, 21.2 sont insérées à l'intérieur d'encoches 15 différentes. La portion de liaison 22 permet d'obtenir le décalage entre les encoches des deux bobines 21.1, 21.2, via l'application du pas d'encoches spécial P_r. Il sera ainsi possible d'obtenir aisément un stator bobiné 10 à deux encoches par pôle et par phase par un décalage obtenu par l'application d'un pas d'encoches spécial P_r entre les deux bobines 21.1, 21.2.
Ces étapes de montage sont ensuite répétées de manière à insérer les autres enroulements de phase pour former le bobinage électrique.
Les enroulements de phase pourront ainsi être montés successivement l'un après l'autre dans le corps de stator 11. Cependant, l'invention est aussi applicable pour des procédés de montage dans lesquels au moins deux enroulements, voire tous les enroulements, sont montés simultanément dans le corps de stator 11.
Une bobine 21.1, 21.2 pourra être réalisée en ondulé simple comme cela est représenté sur la , c’est-à-dire que les brins de liaison sont disposés alternativement de part et d'autre du corps de stator 11. En variante, il est possible de réaliser un bobinage de type "ondulé réparti" suivant lequel les spires d'une même bobine 21.1, 21.2 sont ondulées en opposition, tel que cela est illustré par la . Ainsi, les brins de liaison 19a supérieur et les brins de liaison inférieur 19b d'une même bobine 21.1, 21.2 sont décalés angulairement autour de l'axe A. Le décalage angulaire est effectué de telle façon que chaque brin de liaison 19a, 19b vient se placer dans l'espace libre entre deux brins de liaison 19a, 19b successifs d'une ondulation précédente d'un conducteur C1, C2, C3.
Les étapes de bobinage précédemment décrites pourront être effectuées in situ directement sur le corps de stator 11. Alternativement, les étapes de bobinage pourront être effectuées sur une broche puis le bobinage obtenu sur la broche est transféré à l'intérieur des encoches 15 du corps de stator 11.
La présente invention trouve des applications avantageuses dans le domaine des stators pour alternateur ou machine réversible mais elle pourrait également s'appliquer à tout type de machine tournante.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de la présente invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. Par exemple, l'invention est application à un bobinage électrique comportant plus de trois phases tel que par exemple cinq, six, ou sept phases. Ainsi, on ne sortira pas du cadre de l'invention en augmentant ou diminuant le nombre de phases du stator 10.
Claims (15)
- Procédé de bobinage d’un stator (10) polyphasé à multi-encoches par pôle et par phase, ledit stator (10) comportant des encoches (15) destinées à recevoir des conducteurs (C1, C2, C3) d'un bobinage, ledit bobinage comprenant un nombre N d’enroulements de phases (PH1, PH2, PH3), caractérisé en ce que ledit procédé comprend au moins les étapes suivantes pour réaliser chaque enroulement de phase :
- une première étape de bobinage d'au moins une portion d'au moins une première spire (Sp1) d'un conducteur continu (C1, C2, C3) d'un enroulement de phase (PH1, PH2, PH3) suivant un pas d'encoches de base (P_b), de sorte à laisser au moins une encoche libre entre deux encoches (15) destinées à être remplies par deux conducteurs continus (C1, C2, C3) de deux enroulements de phases (PH1, PH2, PH3) adjacents,
- une étape d'application d'un pas d'encoches spécial (P_r) différent du pas d'encoches de base (P_b), de sorte que le conducteur continu (C1, C2, C3) dudit enroulement de phase (PH1, PH2, PH3) est inséré à l'intérieur d'une encoche (15) libre adjacente à une encoche (15) dans laquelle est également inséré ledit conducteur continu (C1, C2, C3) dudit enroulement de phase (PH1, PH2, PH3),
- puis une deuxième étape de bobinage d'au moins une portion d'au moins une deuxième spire (Sp2) dudit conducteur continu (C1, C2, C3) suivant le pas d'encoches de base (P_b),
- ladite au moins une première spire (Sp1) et ladite au moins une deuxième spire (Sp2) dudit enroulement de phase (PH1, PH2, PH3) étant reliées de façon continue entre elles par ledit conducteur continu (C1, C2, C3). - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la au moins une portion d'au moins une première spire (Sp1) d'un conducteur continu (C1, C2, C3) est bobinée suivant un premier sens de bobinage (K1) et la au moins une portion d'au moins une deuxième spire (Sp2) dudit conducteur continu (C1, C2, C3) est bobinée suivant un deuxième sens de bobinage (K2) inverse au premier sens de bobinage (K1).
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour réaliser chaque enroulement de phase (PH1, PH2, PH3) :
- la première étape de bobinage comporte le bobinage d'un nombre entier M de spires du conducteur continu (C1, C2, C3) pour former une première bobine (21.1),
- la deuxième étape de bobinage comporte le bobinage d'un nombre entier M' de spires dudit conducteur continu (C1, C2, C3) pour former une deuxième bobine (21.2),
- le pas d'encoches spécial (P_r) étant appliqué entre la première bobine (21.1) et la deuxième bobine (21.2) de l'enroulement de phase (PH1, PH2, PH3),
- ladite premier bobine (21.1) et ladite deuxième bobine (21.2) dudit enroulement de phase (PH1, PH2, PH3) étant reliées de façon continue entre elles par ledit conducteur continu (C1, C2, C3). - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les enroulements de phases (PH1, PH2, PH3) sont bobinés simultanément ou les uns après les autres.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte plusieurs étapes d'application d'un pas d'encoches spécial (P_r) et plusieurs étapes de bobinage suivant le pas d'encoches de base (P_b), chaque étape d’application étant précédée d’une étape de bobinage et suivie d’une autre étape de bobinage, les spires dudit enroulement de phase (PH1, PH2, PH3) obtenues pas les étapes de bobinage étant reliées de façon continue entre elles par ledit conducteur continu (C1, C2, C3).
- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le pas d'encoches spécial (P_r) est égal au pas d’encoches de base (P_b) moins k ou au pas d’encoches de base (P_b) plus k, k étant un nombre entier supérieur ou égal à 1.
- Procédé l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le pas d'encoches spécial (P_r) est identique pour toutes les étapes d’application.
- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que :
- le pas d'encoches spécial (P_r) est dégressif de sorte à ce que le premier pas d’encoche spécial est égal au pas d’encoches de base (P_b) moins k et les pas d’encoches spéciaux suivants sont respectivement égaux au pas d’encoche spécial précédent moins k, ou
- le pas d'encoches spécial (P_r) est progressif de sorte à ce que le premier pas d’encoche spécial est égal au pas d’encoches de base (P_b) plus k et les pas d’encoches spéciaux suivants sont respectivement égaux au pas d’encoche spécial précédent plus k,
- k étant un nombre entier supérieur ou égal à 1. - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’au moins un pas d'encoches spécial (P_r) est égal au pas d’encoche de base (P_b) moins k et en ce qu’au moins un autre pas d'encoches spécial (P_r) est égal au pas d’encoche de base (P_b) plus k, k étant un nombre entier supérieur ou égal à 1.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que k est égal à 1.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre d’étapes de bobinage est égal au nombre de spires du bobinage.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'un conducteur continu (C1, C2, C3) d'un enroulement de phase (PH1, PH2, PH3) est formé par un seul fil continu ou par un faisceau d'au moins deux fils continus.
- Stator (10) polyphasé à multi-encoches par pôle et par phase, ledit stator (10) comportant un bobinage comprenant un nombre N d’enroulements de phases (PH1, PH2, PH3) et étant bobiné selon le procédé de bobinage selon l’une quelconque des revendications précédentes et des encoches (15) recevant des conducteurs (C1, C2, C3) du bobinage, ledit bobinage comportant pour chaque enroulement de phase:
- au moins une portion d'au moins une première spire (Sp1) bobinée à partir d'un conducteur continu (C1, C2, C3) d'un enroulement de phase (PH1, PH2, PH3) suivant un pas d'encoches de base (P_b),
- un pas d'encoches spécial (P_r) différent du pas d'encoches de base (P_b), de sorte que le conducteur continu (C1, C2, C3) dudit enroulement de phase (PH1, PH2, PH3) est logé à l'intérieur d'une encoche (15) libre adjacente à une encoche (15) dans laquelle est également logé ledit conducteur continu (C1, C2, C3) dudit enroulement de phase (PH1, PH2, PH3),
- au moins une portion d'au moins une deuxième spire (Sp2) dudit conducteur continu (C1, C2, C3) bobinée suivant le pas d'encoches de base (P_b),
- ladite au moins une première spire (Sp1) et ladite au moins une deuxième spire (Sp2) dudit enroulement de phase (PH1, PH2, PH3) étant reliées de façon continue entre elles par ledit conducteur continu (C1, C2, C3). - Stator (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bobinage présente au moins une encoche (15) recevant des conducteurs continus (C1, C2, C3) appartenant à plusieurs enroulements de phases (PH1, PH2, PH3) ou en ce que toutes les encoches (15) du bobinage logent uniquement des conducteurs continus (C1, C2, C3) appartenant à un même enroulement de phases (PH1, PH2, PH3).
- Machine électrique tournante comprenant un stator tel que défini selon la revendication 13 ou 14.
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