WO1998059409A1 - Procede de bobinage en deux plans d'encoche pour une machine electrique tournante - Google Patents

Procede de bobinage en deux plans d'encoche pour une machine electrique tournante Download PDF

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WO1998059409A1
WO1998059409A1 PCT/FR1998/001298 FR9801298W WO9859409A1 WO 1998059409 A1 WO1998059409 A1 WO 1998059409A1 FR 9801298 W FR9801298 W FR 9801298W WO 9859409 A1 WO9859409 A1 WO 9859409A1
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WO
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winding
plane
conductors
notch
coils
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Application number
PCT/FR1998/001298
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English (en)
Inventor
Yves Milet
Robert Deltour
Philippe Huart
Original Assignee
Jeumont Industrie
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Filing date
Publication date
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Priority to CA2294109A priority patent/CA2294109C/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • H02K15/085—Forming windings by laying conductors into or around core parts by laying conductors into slotted stators

Definitions

  • the invention relates to the field of rotary electrical machines, which comprise at least two coaxial armatures, separated by an air gap: a fixed stator and a rotor driven by a uniform movement.
  • These reinforcements can be cylindrical and the machine then creates a radial field.
  • the conductors are placed in notches distributed on the internal periphery of the stator or the external periphery of the rotor.
  • the conductors are parallel to the axis of rotation of the machine.
  • These reinforcements can also take the form of a disc and in this case, the machine creates an axial field.
  • the conductors are placed in radial notches, so they are perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the conductors are arranged in the notches of a magnetic circuit, according to different types of windings, chosen according to the applications.
  • the windings are made from coils or bars.
  • the coils or sections are made from conductors insulated from each other and which are wound in concentric turns. Each coil is placed in two different slots in the magnetic circuit. Usually called bundles, the two parts of the coil located in the notches and involute or coil head, the part of the coil which is outside the magnetic circuit.
  • the bars are unclosed conductors on themselves which can be made up of several flat elements led in parallel. Also called beams, the parts located in the notches. Connections are provided between the bars.
  • Windings with concentric sections or coils can be made by alternating pole or consequent pole winding.
  • the conductors are placed in a single notch plane which is composed of two layers produced successively, for a winding with consequent poles and as many layers as there are phases, for a winding with alternating poles.
  • Windings in a plane are today mainly intended for low power machines for which the manufacturing costs are preponderant in front of the technical performances.
  • the conductors are made of round wires with a notch filling less than that which can be obtained with flat conductors and the winding pitch is whole at the expense of the appearance of the rotating field.
  • windings with tangled sections or bars can be made in a coat, imbricated or wavy.
  • the most common windings are nested and wavy which are generally used for medium and high power machines.
  • the windings are made manually from bars for the corrugated and from bars or coils for the nested.
  • a coil is produced by winding previously isolated rectangular conductors in a winding lathe, so as to obtain one or more concentric turns.
  • the coil generally has the shape of a shuttle which is then stretched to open the coil and raise the coil head.
  • the distance between the two long sides of a coil intended to be placed in the notches of the magnetic circuit is a function of the number of poles.
  • the two long sides of the coil are in planes offset from each other, these two sides are therefore also located in planes different from the notches, when the coil is placed in the magnetic circuit. This allows the electrical circuit of the machine to be produced, by placing the coils one after the other in the magnetic circuit.
  • step lifting is essentially a manual operation, which makes any automation difficult.
  • the invention therefore relates to a method of producing a winding for the magnetic circuit of a rotary electrical machine, in which conductors are placed in the notches of the magnetic circuit in two notch planes, the method consisting in carrying out the two conductor planes successively and independently, each conductor plane comprising at least one layer of conductors.
  • At least one plane of conductors comprises at least two layers of conductors, these are produced successively and independently, so that the conductors of each layer are located in the same plane of the magnetic circuit.
  • said layers of a plane of conductors are formed of coils, each of them comprising two bundles and two coil heads whose thickness is equal to a fraction of the thickness of said bundles, said coils being symmetrical by relation to the median plane of the beams.
  • the two conductor planes are identical.
  • an offset of a determined number of notches is provided between the two planes of conductors.
  • the coils are directly formed in the notches on the magnetic circuit.
  • the method can be implemented by consistent or alternating poles.
  • the invention also relates to a winding produced according to the preceding method for a three-phase electric machine, the allocation of the phases to each conductor being identical to that of a winding of the corresponding nested type, with the exception of a phase inversion d '' one notch plane to another, in certain notches defined according to the pitch.
  • the phase inversion is made one notch in two.
  • FIG. 1 partially shows a developed view of a conventional nested winding for a three-phase machine 72 slots, 20 poles, steps from 1 to 4.
  • FIG. 2 is a simplified representation of the figure
  • FIGS. 2a and 2b which respectively show the distribution of the conductors in the notches, and the allocation of the three phases in the winding.
  • FIG. 3 partially shows a partial developed view of a winding according to the invention for the same machine.
  • FIG. 4 is a simplified representation of the figure
  • Figures 4a and 4b which show respectively the distribution of the conductors in the notches and the allocation of the three phases in the winding.
  • Figure 5 is a partial representation, for the phase
  • FIG. 6 is a partial perspective view of a magnetic circuit of an example of a discoid machine, equipped with a winding according to the invention.
  • Figure 7 is a sectional view along VII-VII of Figure 6.
  • the machine taken for example is a three-phase machine, 72 notches, 20 poles, with a winding of the type from 1 to.
  • the nested winding is conventionally produced according to two notch planes, commonly called “top notch” and “bottom notch", the conductors of each plane being separated by insulators.
  • the “top notch” plane is located closest to the air gap, while the “bottom notch” plane is the plane farthest from the air gap.
  • the parameters taken into account to establish a nested type winding are as follows: the number of notches in the magnetic circuit, the number of poles, the pitch, the number of phases and the direction of rotation of the machine.
  • the number of notches, the number of poles and the pitch are interdependent, but the winding can be carried out with shortened or elongated steps.
  • the winding can also be full pitch.
  • phase In general, three phases are planned.
  • the direction of rotation of the machine determines the order in which the phases are assigned to the conductors.
  • FIG. 1 shows the distribution of the conductors in the notches 1 to 36, the numbers of which appear on the diagram.
  • FIG. 1 is a partial view of the complete winding diagram which relates to the notches 1 to 72.
  • the conductors are in the form of coils 1.
  • the reference 2 designates the bundle placed in the “top notch” plane 30.
  • the bundle 2 is shown in thin lines.
  • the reference 3 designates the beam placed in the “bottom notch” plane 33.
  • the beam 3 is shown in bold line.
  • the solid lines, long dotted lines and short dotted lines identify coils belonging to the electrical circuit of one of the three phases.
  • the two parallel electrical circuits of phase 1 have for input, respectively UE1 and UE2 (not shown) and for output, respectively US1 and US2 (not shown).
  • the two parallel electrical circuits of phase 2 have as input, E1 and WE2 respectively (not shown) and as output, respectively S1 (not shown) and WS2.
  • the two parallel electrical circuits of phase 3 have for input, respectively VE1 and VE2 (not shown) and for output, respectively VS1 (not shown) and VS2.
  • Figure 2 is another representation of the winding which indicates the distribution of the coils in the notches and the assignment of the phases, without specifying the electrical connection of the conductors.
  • FIG. 2a designates a table with double entry: on-line are noted the notch numbers and in column the position of the conductor: first the "top notch" plane (H), then the “bottom plane notch ”(B).
  • the number ⁇ e is noted the phase to which the corresponding conductor is assigned, located in a determined notch plane of a given notch.
  • the conductor located in the “top notch” plane of the notch 4 is assigned to an electrical circuit of phase 2.
  • FIG. 2b is a graphic representation of the distribution of the coils 1 in the slots of the magnetic circuit of the machine. For each coil, the number placed in a circle indicates the phase corresponding to the electrical circuit of which this coil is a part.
  • FIGS. 2a and 2b show that the bundle 2 of the coil 10 is placed in the “top notch” plane of the notch 30, while the bundle 3 is placed in the “plane bottom of the notch ”of the notch 33, the beams 2 and 3 being allocated to phase 1.
  • Figure 2 is generally supplemented by tables and graphical representations of the distribution of the coils, established for each phase. They are not illustrated in Figure 2.
  • the coils 1 enabling a nested winding to be produced are each placed in two offset notch planes: the “top notch” plane and the “low notch” plane.
  • this type of winding requires, at the end of the production, a manual step-up operation.
  • FIGs 3 to 5 illustrate the winding according to the invention for the example of machine already used for Figures 1 and 2, the winding also being of the type from 1 to.
  • Figures 3 to 5 illustrate this winding for notches 1 to 36 only.
  • the complete winding diagram concerns notches 1 to 72.
  • the winding according to the invention is produced according to two notch planes, constituted respectively by the "top notch” plane and the "bottom notch” plane of the magnetic circuit.
  • Such a winding has the advantage of being able to create a progressive rotating field.
  • Classic nested winding also has this advantage.
  • the conductors placed in one notch plane are independent of the conductors located in the other plane.
  • the winding is carried out successively in each plane.
  • conductor or winding plane denotes all of the conductors placed in a notch plane, “low notch” or “high notch”.
  • a winding plane comprises several layers of conductors, the latter are produced successively and independently.
  • the conductors of the same layer are located in the same plane of the magnetic circuit.
  • the bundles of the same coil are placed in the same notch plane. Furthermore, if in the same notch plane, the winding is composed of several layers of conductors, the bundles of the same coil are located in the same layer of the plane of conductors.
  • FIG. 3 is a partial developed view of a winding according to the invention for a three-phase machine, 72 notches, 20 poles, steps from 1 to 4.
  • FIG. 3 shows the winding diagram for the notches 1 to 36, the complete diagram relates to the notches 1 to 72. It is a representation of the type of that of FIG. 1. It also shows the electrical connection between the different coils.
  • the coils 2 are distributed in two notch planes.
  • the foreground is made up of the "top notch" plane and the coils of the foreground are shown in bold lines.
  • the second plane is constituted by the plane "bottom of notch" and the coils are represented in fine lines. Furthermore, the solid lines, long dotted lines and short dotted lines identify coils belonging to the electrical circuit of one of the three phases.
  • the coil 40 is located in the plane
  • the bundles 5 and 6 of the coil 40 are respectively placed at the top of the notch 30 and of the notch 33. It is shown in solid lines and it is in the electrical circuit of phase 1.
  • the coil 41 is located in the "bottom notch" plane. It is represented in long dotted lines and it belongs to the electrical circuit of phase 2.
  • the coil 42 is located in the “low notch” plane.
  • the bundles 7 and 9 of the coil 42 are respectively placed at the bottom of the notch 6 and the bottom of the notch 3. It is shown in short dotted lines and it is in the electrical circuit of phase 3.
  • the bundles of the same coil are placed in the same notch plane.
  • Figure 4 is a representation similar to that of Figure 2.
  • FIG. 2a and FIG. 4b is a graphic representation of the coils 2 in the slots of the magnetic circuit of the machine.
  • FIG. 4b shows the two winding planes: "top notch" plane 11 and "bottom notch” plane 12.
  • each plane of conductors 11, respectively 12 is produced in two layers 13 and 15, respectively 14 and 16.
  • Each plane could also be produced in a layer of conductors or more than two layers of conductors .
  • the coils 2 are connected together so as to form two parallel circuits for each of the three phases.
  • the number placed in a circle for each coil indicates the phase corresponding to the electrical circuit to which the coil belongs.
  • the two circuits of phase 1 have for input, respectively UE1 and UE2 (not shown) and for output, respectively US1 (not shown) and US2.
  • the two circuits of phase 2 have for input, respectively VE1 and VE2 and for output, respectively VS1 and VS2 (not shown).
  • the two circuits of phase 3 have for input, WE1 and WE2 respectively (not shown) and for output, respectively WS1 and WS2 (not shown).
  • the winding according to the invention has the advantage of being able to be produced automatically, whether the coils are manufactured beforehand or directly in the magnetic circuit.
  • each layer of conductors is produced successively, by inserting coils according to the diagram for example of FIG. 4b and starting with layer 16, or by directly producing the coils in the notches by winding the conductors.
  • FIG. 6 illustrates coils which are advantageously used to produce a plane of conductors having at least two layers of conductors, as illustrated in FIG. 4b.
  • FIG. 6 partially represents the magnetic circuit 60 ⁇ ′ of a discoid machine, having notches 61 and fitted with a winding of steps 1 to 4.
  • the coils 50 each have two beams 51 and 52 and two coil heads 53 and 54. They are plane and symmetrical with respect to the median plane of their beams. This median plane is shown by line VII-VII. It passes through the middle of each of the coil heads 53 and 54 and it is perpendicular to the plane passing through the two beams 51 and 52.
  • FIG. 7 is a sectional view along VII-VII of FIG. 6.
  • This figure shows the coils in the two notch planes: “bottom notch” plane 62 and “notch top” plane 63.
  • the coils 55, 56, 57 and 58 have a particular shape to allow the nesting of the coil heads. It can be seen that the heads of the coils have a thickness, in a plane transverse to the beams, which is substantially half the thickness of the beams in the notches 61 of the magnetic circuit 60.
  • the thickness of the coil heads is substantially equal to a fraction of the thickness of the bundles, this fraction depending on the number of layers of coils placed in a notch plane.
  • the thickness of the coil heads is substantially equal to half the thickness of the bundle. If the number of layers is equal to 3, the thickness of the coil heads is substantially equal to one third of the thickness of the bundle.
  • each notch plane 62 or 63 the coils are distributed in two layers 64, 65 or 66, 67. In the same notch plane, the coils are inverted from one layer to another to ensure nesting coil heads.
  • the coils illustrated in Figures 6 and 7 are flat because they are intended for a discoid machine. For a machine with cylindrical armatures, they form a portion of cylinder whose curvature depends on the diameter of the machine.
  • FIG. 4b shows that the two winding planes 11 and 12 are identical. There is only, between the two planes, a shift of a determined number of notches.
  • This offset is determined by a person skilled in the art, taking into account the characteristics of the machine and in particular, the number of notches, poles, phases and the pitch of the winding.
  • the offset is 7 notches, if one takes into account the distribution of the phases and one notch, if one only takes into account the distribution of the coils in the notches.
  • the two layers can be reversed, without the identity between the two planes being affected.
  • the difference between the two planes will only have to be adapted.
  • the coils can be produced independently, then connected before or after their installation in the notches. It is also possible to make each electrical circuit directly, by successively and continuously forming the coils.
  • FIG. 5 illustrates the two circuits in parallel of phase 1, for the machine Figures 3 and 4. These two circuits have respectively for input, UEl and UE2 (not shown) and for output, USl (not shown) and US2.
  • the circuit (UEl, USl) can be carried out continuously, continuously and successively forming:
  • phase 1 As well as the electrical circuits of phases 2 and 3 are produced in a similar way to completely realize the winding.
  • the realization of the winding according to the invention by notch plane, the conductor planes being independent, avoids the lifting of pitch, imposed by any nested winding. This therefore makes it possible to eliminate this necessarily manual operation which is long and complex.
  • the winding according to the invention has the same electrical performance as a nested type winding. This will be illustrated with reference to FIGS. 2a and 4a, but can be extended to any winding produced according to the invention.
  • FIG. 2a, respectively 4a shows the allocation of the phases to the conductors according to their position in the “low notch” plane or in the “high notch” plane of each notch, this for a nested type winding. , respectively for a winding according to the invention, for the example of machine used.
  • FIGS. 2a and 4a show that it is possible to go from one table to another by reversing the phases between the "top notch" plane and the “bottom notch” plane and this, a notch out of six.
  • the phases are inverted between the two notch planes for certain notches defined as a function of the pitch.
  • winding according to the invention stems from this electrical similarity with the nested type winding.
  • software exists to determine the corresponding nested type winding scheme for a given machine.
  • the step is from 1 to.
  • the winding according to the invention can be determined using existing software for nested type windings, by reversing in a single notch the phases allocated to the conductors between the "low notch" plane and the plane “Top notch” and this, one notch in two.
  • each plane of conductors is produced with two layers of conductors, but the invention is not limited to this embodiment.
  • the winding according to the invention is applicable to any type of machine, with cylindrical or discoid armatures. However, it is of particular interest for discoid machines, in which the active surfaces are generally larger than in machines with cylindrical armatures. The possibility of automating the production of the winding according to the invention and therefore of reducing its cost therefore proves to be even more advantageous for discoid machines.
  • the coils can be formed from round wires or flat wires.
  • the reference signs inserted after the technical characteristics mentioned in the claims are intended only to facilitate the understanding of the latter and should not limit their scope.

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Abstract

L'invention consiste en un procédé de réalisation d'un bobinage pour le circuit magnétique d'une machine électrique tournante, dans lequel des conducteurs sont placés dans les encoches du circuit magnétique selon deux plans d'encoche, le procédé consistant à réaliser les deux plans (11, 12) de conducteurs successivement et indépendamment, chaque plan (11, 12) de conducteurs comportant au moins une couche (13, 15; 14, 16) de conducteurs.

Description

"Procédé de bobinage en deux plans d' encoche pour une machine électrique tournante" .
L' invention est relative au domaine des machines électriques tournantes, lesquelles comportent au moins deux armatures coaxiales, séparées par un entrefer : un stator fixe et un rotor animé d'un mouvement uniforme.
On s'intéresse essentiellement aux machines à courant alternatif, multiphasées et multipoles.
Ces armatures peuvent être cylindriques et la machine crée alors un champ radial. Les conducteurs sont placés dans des encoches réparties sur la périphérie interne du stator ou la périphérie externe du rotor. Les conducteurs sont parallèles à l'axe de rotation de la machine.
Ces armatures peuvent également prendre la forme de disque et dans ce cas, la machine crée un champ axial. Les conducteurs sont placés dans des encoches radiales, ils sont donc perpendiculaires à l'axe de rotation de la machine .
De manière classique, les conducteurs sont disposés dans les encoches d'un circuit magnétique, selon différents types de bobinages, choisis en fonction des applications.
Les bobinages sont réalisés a partir de bobines ou de barres .
Les bobines ou sections sont réalisées à partir de conducteurs isolés entre eux et qui sont enroulés selon des spires concentriques. Chaque bobine est placée dans deux encoches différentes du circuit magnétique. On appelle généralement faisceaux, les deux parties de la bobine situées dans les encoches et développante ou tête de bobine, la partie de la bobine qui est à l'extérieur du circuit magnétique.
Les barres sont des conducteurs non fermés sur eux-mêmes qui peuvent être constitués de plusieurs éléments méplats menés en parallèles. On appelle également faisceaux, les parties situées dans les encoches. Des raccordements sont prévus entre les barres.
On distingue principalement les bobinages à sections concentriques et les bobinages à sections ou à barres enchevêtrées .
Les bobinages à sections ou bobines concentriques peuvent être réalisés par enroulement à pôles alternés ou à pôles conséquents .
Les conducteurs sont placés dans un seul plan d'encoche qui est composé de deux couches réalisées successivement, pour un bobinage à pôles conséquents et d'autant de couches que de phases, pour un bobinage à pôles alternés.
Ces bobinages ont l'avantage d'être réalisés par plan, ils sont donc facilement automatisables.
Ils présentent cependant des limites et des inconvénients.
Les bobinages en un plan sont aujourd'hui essentiellement destinés à des machines de faible puissance pour lesquelles les coûts de fabrication sont prépondérants devant les performances techniques. Dans ce cas, les conducteurs sont en fils ronds avec un remplissage d'encoche inférieur à ce que l'on peut obtenir avec des conducteurs méplats et le pas de bobinage est entier au détriment de l'allure du champ tournant . Toutefois, il est possible de réaliser ce type de bobinage à partir de conducteurs méplats avec des bobines de géométrie différente, ce qui peut entraîner des déséquilibres entre phases et une dispersion magnétique, du fait des différences d'encombrement des développantes.
Pour améliorer la progressivité du champ magnétique tournant, la réalisation de bobinages à pas raccourci est faisable mais ses possibilités sont limitées et elle entraîne des dissymétries de bobinage.
Les bobinages a sections ou barres enchevêtrées peuvent être réalisés en manteau, imbriques ou ondulés.
Ces bobinages autorisent les pas raccourcis et de ce fait, ils permettent l'élimination de certains harmoniques électriques .
Les bobinages les plus courants sont l'imbriqué et l'ondulé qui sont généralement utilisés pour les machines de moyenne et de forte puissance.
Pour ces applications, les bobinages sont réalisés manuellement à partir de barres pour l'ondulé et de barres ou de bobines pour l'imbriqué.
On s'intéresse plus particulièrement aux bobinages imbriques, dans lesquels les conducteurs sont disposes dans les encoches selon deux plans différents, séparés par des isolants .
Ces bobinages présentent de nombreux avantages du point de vue électrique. Ils offrent en particulier une grande souplesse au concepteur de la machine électrique pour réaliser des pas fractionnaires. De manière classique, une bobine est réalisée en enroulant des conducteurs rectangulaires préalablement isoles dans un tour à bobiner, de façon à obtenir une ou plusieurs spires concentriques.
La bobine présente généralement la forme d'une navette qui est ensuite etiree pour ouvrir la bobine et relever la tête de bobine.
L'écart entre les deux grands côtés d'une bobine destinée à être placée dans des encoches du circuit magnétique, est fonction du nombre de pôles. Les deux grands côtés de la bobine sont dans des plans décalés l'un par rapport à l'autre, ces deux côtés sont donc également situés dans des plans différents des encoches, lorsque la bobine est placée dans le circuit magnétique. Ceci permet de réaliser le circuit électrique de la machine, en disposant les bobines les unes après les autres dans le circuit magnétique.
Un bobinage ιr__.nqué, réalisé à partir de boomes, présente un inconvénient majeur.
La mise en place de l'ensemble des bobines nécessite le relevage des bobines disposées en premier lieu, pour pouvoir insérer les dernières bobines. Cette opération, communément appelée relevage de pas, est une opération essentiellement manuelle, ce qui rend difficile toute automatisation.
Il est donc apparu nécessaire de proposer un autre bobinage destiné au circuit magnétique d'une machine électrique, facilement automatisable et présentant les mêmes avantages électriques qu'un bobinage du type imbriqué. L'invention concerne donc un procède de réalisation d'un bobinage pour le circuit magnétique d'une machine électrique tournante, dans lequel des conducteurs sont placés dans les encoches du circuit magnétique selon deux plans d'encoche, le procédé consistant à réaliser les deux plans de conducteurs successivement et indépendamment, chaque plan de conducteurs comprenant au moins une couche de conducteurs.
Dans la mesure où au moins un plan de conducteurs comprend au moins deux couches de conducteurs, celles-ci sont réalisées successivement et indépendamment, de telle sorte que les conducteurs de chaque couche sont situes dans un même plan du circuit magnétique.
De manière avantageuse, lesdites couches d'un plan de conducteurs sont formées de bobines, chacune d'elles comprenant deux faisceaux et deux têtes de bobine dont l'épaisseur est égale à une fraction de l'épaisseur desdits faisceaux, lesdites bobines étant symétriques par rapport au plan médian des faisceaux.
De préférence, les deux plans de conducteurs sont identiques .
Pour obtenir un bobinage dont les performances électriques sont similaires à celles d'un bobinage de type imbrique, un décalage d'un nombre détermine d'encoches est prévu entre les deux plans de conducteurs.
Il est avantageux de réaliser en continu chacun des circuits électriques d'une phase déterminée, de façon a éviter tout raccordement ultérieur entre les conducteurs.
De préférence, les bobines sont directement formées dans les encoches au circuit magnétique. Par ailleurs, le procédé peut être mis en oeuvre par pôles conséquents ou alternés.
L' invention concerne également un bobinage réalisé conformément au procédé précédent pour une machine électrique triphasée, l'attribution des phases à chaque conducteur étant identique à celle d'un bobinage du type imbriqué correspondant, à l'exception d'une inversion de phase d'un plan d'encoche à l'autre, dans certaines encoches définies en fonction du pas.
Pour un bobinage du type pas de 1 à 4, l'inversion de phase est réalisée une encoche sur deux.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celles-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, qui est faite en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 représente, de façon partielle, une vue développée d'un bobinage imbriqué classique pour une machine triphasée 72 encoches, 20 pôles, pas de 1 à 4.
La figure 2 est une représentation simplifiée de la figure
1 ; elle comporte les figures 2a et 2b qui montrent respectivement la répartition des conducteurs dans les encoches, et l'attribution des trois phases dans le bobinage .
La figure 3 représente, de façon partielle, une vue partielle développée d'un bobinage selon l'invention pour une même machine .
La figure 4 est une représentation simplifiée de la figure
3 ; elle comporte les figures 4a et 4b qui montrent respectivement la répartition des conducteurs dans les encoches et l'attribution des trois phases dans le bobinage .
La figure 5 est une représentation partielle, pour la phase
1, de la répartition des conducteurs dans les encoches et de leur connexion électrique, correspondant aux figures 3 et 4.
La figure 6 est une vue partielle en perspective d'un circuit magnétique d'un exemple de machine discoïde, équipé d'un bobinage selon l'invention.
La figure 7 est une vue en coupe selon VII-VII de la figure 6.
On se réfère tout d'abord à la figure 1. La machine prise pour exemple est une machine triphasée, 72 encoches, 20 pôles, avec un bobinage du type pas de 1 à .
Il existe aujourd'hui des logiciels qui intègrent le savoir-faire des bobiniers et qui permettent, pour une machine donnée, d'établir une vue développée du bobinage imbriqué correspondant.
Le bobinage imbrique est classiquement réalisé selon deux plans d'encoche, communément dénommes « haut d'encoche » et « bas d' encoche », les conducteurs de chaque plan étant séparés par des isolants.
De manière classique, le plan « haut d'encoche » est situé le plus proche de l'entrefer, tandis que le plan « bas d'encoche » est le plan le plus éloigné de l'entrefer.
Les paramètres pris en compte pour établir un bobinage du type imbrique sont les suivants : le nombre d' encoches du circuit magnétique, le nombre de pôles, le pas, le nombre de phases et le sens de rotation de la machine.
Le nombre d'encoches, le nombre de pôles et le pas sont interdépendants, mais le bobinage peut être réalisé à pas raccourci ou à pas allongé. Le bobinage peut également être à pas entier.
On prévoit en général trois phases. Le sens de rotation de la machine détermine l'ordre dans lequel les phases sont attribuées aux conducteurs.
Les logiciels existants permettent, pour l'exemple de machine retenu, d'établir le bobinage imbriqué correspondant.
Ainsi, la figure 1 montre la répartition des conducteurs dans les encoches 1 à 36, dont les numéros figurent sur le schéma .
La figure 1 est une vue partielle du schéma de bobinage complet qui concerne les encoches 1 à 72.
Les conducteurs se présentent sous la forme de bobines 1.
Pour chaque bobine, les parties droites correspondent aux faisceaux .
Pour la bobine 10 par exemple, la référence 2 désigne le faisceau placé dans le plan « haut d'encoche » 30. Le faisceau 2 est représenté en traits fins.
La référence 3 désigne le faisceau placé dans le plan « bas d'encoche » 33. Le faisceau 3 est représenté en trait gras.
La référence 4 désigne une tête de bobine, La figure 1 montre également la connexion électrique entre les différentes bobines 1.
Celles-ci forment trois ensembles de circuits électriques parallèles, chacun d'eux étant attribué à une phase.
Les traits continus, pointillés longs et pointillés courts identifient des bobines appartenant au circuit électrique d'une des trois phases.
Ainsi, les deux circuits électriques parallèles de la phase 1 ont pour entrée, respectivement UE1 et UE2 (non représentées) et pour sortie, respectivement US1 et US2 (non représentée) . De même, les deux circuits électriques parallèles de la phase 2 ont pour entrée, respectivement E1 et WE2 (non représentée) et pour sortie, respectivement S1 (non représentée) et WS2 . Enfin, les deux circuits électriques parallèles de la phase 3 ont pour entrée, respectivement VE1 et VE2 (non représentées) et pour sortie, respectivement VS1 (non représentée) et VS2.
La figure 2 est une autre représentation du bobinage qui indique la répartition des bobines dans les encoches et l'affectation des phases, sans préciser le raccordement électrique des conducteurs.
Ainsi, la figure 2a désigne un tableau a double entrée : en ligne sont notés les numéros d' encoche et en colonne la position du conducteur : tout d'abord le plan « haut d'encoche » (H), puis le plan « bas d'encoche » (B) .
A l'intersection d'une ligne et d'une colonne, est noté le numéro αe la phase à laquelle est attribué le conducteur correspondant, situe dans un plan d'encoche déterminé d'une encoche donnée. A titre d'exemple, le conducteur situé dans le plan « haut d'encoche » de l'encoche 4 est attribué à un circuit électrique de la phase 2.
Par ailleurs, la figure 2b est une représentation graphique de la répartition des bobines 1 dans les encoches du circuit magnétique de la machine. Pour chaque bobine, le numéro placé dans un cercle indique la phase correspondant au circuit électrique dont fait partie cette bobine.
En prenant pour exemple la bobine 10, les figures 2a et 2b montrent que le faisceau 2 de la bobine 10 est placé dans le plan « haut d'encoche » de l'encoche 30, tandis que le faisceau 3 est placé dans le plan « bas d'encoche » de l'encoche 33, les faisceaux 2 et 3 étant attribués à la phase 1.
La figure 2 est généralement complétée par des tableaux et des représentations graphiques de la répartition des bobines, établis pour chaque phase. Ils ne sont pas illustrés sur la figure 2.
Ainsi, comme le montre la figure 2b, les bobines 1 permettant la réalisation d'un bobinage imbriqué sont chacune placées dans deux plans d' encoche décalés : le plan « haut d'encoche » et le plan « bas d'encoche ».
Comme cela a été indiqué précédemment, ce type de bobinage nécessite, en fin de réalisation, une opération manuelle de relevage de pas.
On se réfère maintenant aux figures 3 à 5 qui illustrent le bobinage conforme à l'invention pour l'exemple de machine déjà retenu pour les figures 1 et 2, le bobinage étant également du type pas de 1 à . Les figures 3 à 5 illustrent ce bobinage pour les encoches 1 à 36 seulement. Le schéma complet de bobinage concerne les encoches 1 à 72.
Le bobinage selon l'invention est réalisé selon deux plans d'encoche, constitués respectivement par le plan « haut d' encoche » et le plan « bas d' encoche » du circuit magnétique.
Un tel bobinage présente l'avantage de pouvoir créer un champ tournant progressif. Le bobinage imbriqué classique comporte également cet avantage.
Cependant, dans le bobinage selon l'invention, les conducteurs places dans un plan d' encoche sont indépendants des conducteurs situés dans l'autre plan. Ainsi, le bobinage est réalisé successivement dans chaque plan.
La notion d'indépendance signifie que les faisceaux d'une même bobine sont situes dans le même plan d'encoche.
De même, dans un plan détermine du bobinage, il y a une ou plusieurs couches de conducteurs.
On désigne par plan de conducteurs ou de bobinage, l'ensemble des conducteurs places dans un plan d'encoche, « bas d'encoche » ou « haut d'encoche ».
Lorsqu'un plan de bobinage comporte plusieurs couches de conducteurs, ces dernières sont réalisées de façon successive et indépendante. Les conducteurs d'une même couche sont situés dans un même plan du circuit magnétique.
La notion d' indépendance signifie ici que les faisceaux d'une même bobine sont tous situés dans la même couche d'un même plan de bobinage. Cependant, lorsque le bobinage est terminé et alimenté en courant, il y a bien sûr interaction électrique entre les différentes couches du bobinage.
Ainsi, les faisceaux d'une même bobine sont placés dans le même plan d'encoche. Par ailleurs, si dans un même plan d'encoche, le bobinage est composé de plusieurs couches de conducteurs, les faisceaux d'une même bobine sont situés dans la même couche du plan de conducteurs.
Ceci distingue fondamentalement le bobinage selon l'invention d'un bobinage imbriqué classique, tel que décrit en référence aux figures 1 et 2. En effet, dans un bobinage imbriqué, des conducteurs appartenant à une même bobine sont placés dans deux plans d'encoche différents.
Ceci est tout d'abord illustré par la figure 3 qui est une vue partielle développée d'un bobinage selon l'invention pour une machine triphasée, 72 encoches, 20 pôles, pas de 1 à 4.
La figure 3 montre le schéma de bobinage pour les encoches 1 à 36, le schéma complet concerne les encoches 1 à 72. C'est une représentation du type de celle de la figure 1. Elle montre également la connexion électrique entre les différentes bobines.
Les bobines 2 sont réparties dans deux plans d'encoche.
Le premier plan est constitué par le plan « haut d'encoche » et les bobines du premier plan sont représentées en traits gras.
De même, le deuxième plan est constitué par le plan « bas d' encoche » et les bobines sont représentées en traits fins . Par ailleurs, les traits continus, pointillés longs et pointillés courts identifient des bobines appartenant au circuit électrique d'une des trois phases.
A titre d'exemple, la bobine 40 est située dans le plan
« haut d'encoche ». Les faisceaux 5 et 6 de la bobine 40 sont respectivement placés dans le haut de l'encoche 30 et de l'encoche 33. Elle est représentée en traits continus et elle est dans le circuit électrique de la phase 1.
La bobine 41 est située dans le plan « bas d'encoche ». Elle est représentée en traits pointillés longs et elle appartient au circuit électrique de la phase 2.
De même, la bobine 42 est située dans le plan « bas d'encoche ». Les faisceaux 7 et 9 de la bobine 42 sont respectivement placés dans le bas de l'encoche 6 et le bas de l'encoche 3. Elle est représentée en traits pointillés courts et elle est dans le circuit électrique de la phase 3.
Ainsi, les faisceaux d'une même bobine sont placées dans un même plan d'encoche.
La figure 4 est une représentation similaire à celle de la figure 2.
C'est un tableau à double entrée du type illustré à la figure 2a et la figure 4b est une représentation graphique des bobines 2 dans les encoches du circuit magnétique de la machine .
La figure 4b montre les deux plans de bobinage : plan « haut d'encoche » 11 et plan « bas d'encoche » 12. Dans l'exemple illustré à la figure 4b, chaque plan de conducteurs 11, respectivement 12 est réalisé en deux couches 13 et 15, respectivement 14 et 16. Chaque plan pourrait également être réalisé en une couche de conducteurs ou plus de deux couches de conducteurs.
On retrouve les bobines 40, 41 et 42 qui étaient identifiées sur la figure 3. Ainsi, la bobine 40 est dans la première couche 15 du plan « haut d'encoche » 11 et les bobines 41 et 42 sont dans la deuxième couche 14 du plan « bas d'encoche » 12.
Les bobines 2 sont reliées entre elles de façon à constituer deux circuits parallèles pour chacune des trois phases. Le numéro placé dans un cercle pour chaque bobine indique la phase correspondant au circuit électrique auquel la bobine appartient.
Comme le montre la figure 3, les deux circuits de la phase 1 ont pour entrée, respectivement UE1 et UE2 (non représentée) et pour sortie, respectivement US1 (non représentée) et US2. Les deux circuits de la phase 2 ont pour entrée, respectivement VE1 et VE2 et pour sortie, respectivement VS1 et VS2 (non représentées) . Enfin, les deux circuits de la phase 3 ont pour entrée, respectivement WE1 et WE2 (non représentée) et pour sortie, respectivement WS1 et WS2 (non représentée) .
Le bobinage selon l'invention présente l'avantage de pouvoir être réalisé de façon automatisée, que les bobines soient fabriquées au préalable ou directement dans le circuit magnétique.
En effet, chaque couche de conducteurs est réalisée successivement, en insérant des bobines selon le schéma par exemple de la figure 4b et en commençant par la couche 16, ou en réalisant directement les bobines dans les encoches par enroulement des conducteurs.
La figure 6 illustre des bobines qui sont avantageusement utilisées pour réaliser un plan de conducteurs présentant au moins deux couches de conducteurs, comme illustré sur la figure 4b.
Cette figure 6 représente partiellement le circuit magnétique 60 α' une machine discoïde, présentant des encoches 61 et équipe d'un bobinage de pas 1 à 4.
Les bobines 50 comportent chacune deux faisceaux 51 et 52 et deux têtes de bobine 53 et 54. Elles sont planes et symétriques par rapport au plan médian de leurs faisceaux. Ce plan médian est matérialise par la ligne VII-VII. Il passe par le milieu de chacune des têtes de bobine 53 et 54 et il est perpendiculaire au plan passant par les deux faisceaux 51 et 52.
On se réfère également a la figure 7 qui est une vue en coupe selon VII-VII de la figure 6.
Cette figure montre les bobines dans les deux plans d' encoche : plan « bas d' encoche » 62 et plan « haut d' encoche » 63.
Les bobines 55, 56, 57 et 58 présentent une forme particulière pour permettre l'emboîtement des têtes de bobines. On constate que les têtes des bobines ont une épaisseur, dans un plan transversal aux faisceaux qui est sensiblement la moitié de l'épaisseur des faisceaux dans les encoches 61 du circuit magnétique 60.
De façon plus générale, l'épaisseur des têtes de bobine est sensiblement égale à une fraction de l'épaisseur des faisceaux, cette fraction dépendant du nombre de couches de bobines place dans un plan d'encoche. Ainsi, si le nombre de couches est égal à 2, l'épaisseur des têtes de bobine est sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur du faisceau. Si le nombre de couches est égal à 3, l'épaisseur des têtes de bobines est sensiblement égale au tiers de l'épaisseur du faisceau.
Dans chaque plan d'encoche 62 ou 63, les bobines sont réparties en deux couches 64, 65 ou 66, 67. Dans un même plan d'encoche, les bobines sont inversées d'une couche à l'autre pour assurer l'emboîtement des têtes de bobines.
Les bobines décrites en référence aux figures 6 et 7 présentent l'avantage de réduire la longueur des développantes dont la forme est très compacte.
Ceci permet αe réduire la quantité de cuivre utilisée, par rapport à une machine dont le bobinage est du type imbriqué, et d'améliorer les performances électriques. La tension a v de de la machine n'est pas modifiée. La résistance et la reactance de dispersion des têtes de bobines sont réduites, ce qui permet d'obtenir une meilleure caractéristique externe (tension en fonction du courant) que pour les machines à enroulement imbriqué.
Pour les applications à vitesse variable, cela conduit à une meilleure utilisation des convertisseurs.
Par ailleurs, les pertes « cuivre » sont donc également diminuées, alors qu'elles représentent généralement 50% des pertes de la machine. Le rendement de la machine est ainsi amélioré .
Les bobines illustrées aux figures 6 et 7 sont planes car elles sont destinées à une machine discoïde. Pour une machine à armatures cylindriques, elles forment une portion de cylindre dont la courbure dépend du diamètre de la machine.
La figure 4b montre que les deux plans de bobinage 11 et 12 sont identiques. Il existe seulement, entre les deux plans, un décalage d'un nombre déterminé d'encoches.
Ce décalage est nécessaire pour obtenir un bobinage présentant les mêmes performances électriques qu'un bobinage du type imbriqué. Cette question sera revue dans la suite de la description.
Ce décalage est déterminé par l'homme du métier, en tenant compte des caractéristiques de la machine et notamment, du nombre d'encoches, de pôles, de phases et du pas du bobinage .
Dans l'exemple illustré à la figure 4b, le décalage est de 7 encoches, si l'on tient compte de la répartition des phases et d'une encoche, si on ne tient compte que de la répartition des bobines dans les encoches.
On constate également que dans un même plan, les deux couches peuvent être inversées, sans que l'identité entre les deux plans soit affectée. Le décalage entre les deux plans devra seulement être adapté.
Pour constituer les circuits de chacune des phases, on peut réaliser les bobines indépendamment, puis les relier avant ou après leur mise en place dans les encoches. On peut également réaliser directement chaque circuit électrique, en formant successivement et en continu les bobines.
On peut notamment se référer à la figure 5 qui illustre les deux circuits en parallèle de la phase 1, pour la machine des figures 3 et 4. Ces deux circuits ont respectivement pour entrée, UEl et UE2 (non représentée) et pour sortie, USl (non représentée) et US2.
Le circuit (UEl, USl) pourra être réalise en continu, en formant en continu et successivement :
- les bobines 43, 44 et 45 qui seront placées dans la première couche 16 du plan « bas d'encoche » 12,
- puis après avoir complète cette première couche avec les bobines correspondant aux autres circuits électriques, les bobines 46, 47, 48 qui seront placées dans la deuxième couche 14 du plan « bas d'encoche » 12,
- puis, après avoir complété cette deuxième couche, trois bobines situées dans la première couche 15 du plan « haut d'encoche » 11, dont les bobines 40 et 49 illustrées sur la figure 5,
- et enfin, la première couche du plan « haut d'encoche » étant complément réalisée avec les boomes des autres circuits électriques, les trois dernières bobines situées dans la deuxième couche du plan « haut d'encoche » (non représentées) .
L'autre circuit électrique de la phase 1 ainsi que les circuits électriques des phases 2 et 3 sont réalisés de façon similaire pour réaliser complètement le bobinage.
Ainsi, la réalisation du bobinage selon l'invention, par plan d'encoche, les plans de conducteurs étant indépendants, évite le relevage de pas, imposé par tout bobinage imbriqué. Ceci permet donc de supprimer cette opération nécessairement manuelle qui est longue et complexe . Par ailleurs, le bobinage selon l'invention présente les mêmes performances électriques qu'un bobinage du type imbriqué. Ceci va être illustré en référence aux figures 2a et 4a, mais peut être étendu à tout bobinage réalisé selon l' invention.
On rappelle que la figure 2a, respectivement 4a montre l'attribution des phases aux conducteurs selon leur position dans le plan « bas d'encoche » ou dans le plan « haut d'encoche » de chaque encoche, ceci pour un bobinage du type imbriqué, respectivement pour un bobinage selon l'invention, pour l'exemple de machine retenu.
L'examen des figures 2a et 4a montre que l'on peut passer d'un tableau a l'autre en inversant les phases entre le plan « haut d' encoche » et le plan « bas d' encoche » et ceci, une encoche sur six.
De façon générale, pour les machines présentant un bobinage de pas 1 à 4, il convient d'inverser les phases, une encoche sur deux.
Pour d'autres bobinages, l'inversion des phases entre les deux plans d' encoche est effectuée pour certaines encoches définies en fonction du pas.
Ceci montre la similitude électrique entre le bobinage du type imbriqué et le bobinage selon l'invention. Les performances électriques ne sont donc pas modifiées d'un bobinage à l'autre, pour une machine donnée.
Un autre avantage du bobinage selon l'invention découle de cette similitude électrique avec le bobinage du type imbrique. Comme cela a été indiqué précédemment, des logiciels existent dé à pour déterminer le schéma correspondant de bobinage du type imbriqué, pour une machine donnée.
Or, pour la plupart des machines de moyenne puissance et de forte polarité, le pas est de 1 à . Ainsi, pour toutes ces machines, le bobinage selon l'invention peut être déterminé grâce aux logiciels existants pour les bobinages du type imbriqué, en inversant dans une même encoche les phases attribuées aux conducteurs entre le plan « bas d' encoche » et le plan « haut d'encoche » et ceci, une encoche sur deux.
Il suffit ensuite de regrouper les conducteurs dans un bobinage en deux plans d'encoche, chaque plan comportant au moins une couche de conducteurs. Dans l'exemple illustré à la figure 4b et à la figure 5, chaque plan de conducteurs est réalisé avec deux couches de conducteurs, mais l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation.
Le bobinage selon l'invention est applicable a tout type de machine, a armatures cylindriques ou discoïdes. Il présente cependant un intérêt tout particulier pour les machines discoïdes, dans lesquelles les surfaces actives sont généralement plus importantes que dans les machines à armatures cylindriques. La possibilité d'automatiser la réalisation du bobinage selon l'invention et donc de réduire son coût se révèle donc encore plus avantageuse pour les machines discoïdes.
On peut non seulement réaliser le boomage selon l'invention avec des bobines mais également avec des barres .
Par ailleurs, les bobines peuvent être formées de fils ronds ou de fils méplats. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter la portée.

Claims

Revendications
1. Procédé de réalisation d'un bobinage pour le circuit magnétique d'une machine électrique tournante, dans lequel des conducteurs sont placés dans les encoches du circuit magnétique selon deux plans d'encoche, le procédé consistant à réaliser les deux plans (11, 12) de conducteurs successivement et indépendamment, chaque plan (11, 12) de conducteurs comprenant au moins une couche (13, 15 ; 14, 16) de conducteurs.
2. Procède de réalisation d'un bobinage selon la revendication 1, au moins un plan de conducteurs comprenant au moins deux couches de conducteurs, lesquelles sont également réalisées successivement et indépendamment, de telle sorte que les conducteurs de chaque couche (13, 15 ; 14, 16) sont situés dans un même plan du circuit magnétique.
3. Procédé de réalisation d'un bobinage selon l'une des revendications 1 ou 2, lesdites couches d'un plan de conducteurs sont formées de boDines, chacune d'elles comprenant deux faisceaux (51, 52) et deux têtes de bobine (53, 54) dont l'épaisseur est sensiblement égale à une fraction de l'épaisseur desdits faisceaux, lesdites bobines étant symétriques par rapport au plan médian des faisceaux.
4. Procédé de réalisation d'un bobinage selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les deux plans de conducteurs (11, 12) sont identiques.
5. Procédé de réalisation d'un bobinage selon la revendication 4, dans lequel un décalage d'un nombre détermine d' encoches est prévu entre les deux plans de conducteurs (11, 12) .
6. Procédé de réalisation d'un bobinage selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel chacun des circuits électriques d'une phase déterminée est réalisé en continu.
7. Procédé de réalisation d'un bobinage selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les bobines (2) sont directement formées dans les encoches du circuit magnétique .
8. Procédé de réalisation d'un bobinage selon l'une des revendications 1 à 7, mis en oeuvre par pôles conséquents ou alternés.
9. Bobinage réalisé selon le procédé de l'une des revendications 1 à 8, du type pas de 1 à 4 et pour une machine électrique triphasée, l'attribution des phases à chaque conducteur étant identique à celle d'un bobinage du type imbriqué correspondant, à l'exception d'une inversion de phase d'un plan d'encoche (11, 12) à l'autre, une encoche sur deux.
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