Brevet FR2843246A1 — publié le 20040206

L'invention concerne un procédé de montage d'un bobinage électrique au moins triphasé en configuration en étoile formé par une pluralité de conducteurs électriques en forme d'épingle connectés électriquement entre eux, sur un corps de support du bobinage, pour machine électrique tournante, notamment le stator d'une telle machine, avec immobilisation des conducteurs dans les encoches de réception des conducteurs, prévues dans le corps de support. Par le brevet français NO 2 809 546 est connu un procédé d'immobilisation entre eux d'un grand nombre de conducteurs de section transversale circulaire et recouverts d'un matériau de liaison à l'intérieur des encoches d'un stator d'une machine électrique tournante, selon lequel les conducteurs électriques sont chauffés par effet Joule en faisant circuler un courant électrique à travers le bobinage. Grâce à l'échauffement ainsi obtenu des conducteurs, le matériau de liaison chauffé à sa température de fusion comble le jeu entre les conducteurs. Ce matériau de liaison faisant office de colle en refroidissant immobilise les conducteurs. Il s'est avéré nécessaire pour le chauffage par effet Joule de bien maîtriser la température du cuivre des conducteurs et la meilleure méthode est de mesurer la température par la variation de la résistance lors de leur échauffement. Il convient alors d'assurer que tous les conducteurs soient parcourus par le même courant. Or, cette exigence est difficile à satisfaire lorsque le bobinage est du type au moins triphasé et à épingle et présente une configuration en étoile. La présente invention a pour but de proposer un procédé permettant de résoudre le problème occasionné par le couplage en étoile du bobinage. Pour atteindre ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on recouvre les faces internes des encoches d'un isolant électrique pourvu d'un vernis polymérisable, en ce que l'on place les conducteurs qui constituent le bobinage dans les encoches recouverts de l'isolant, en ce que, par l'intermédiaire du bobinage, l'on chauffe le vernis polymérisable par effet Joule en montant les enroulements de phase (Pl à P3 P4 à P6) en configuration d'étoile en série entre les bornes d'une source d'énergie électrique, à une température qui permet une polymérisation du vernis lors de son refroidissement. Selon une caractéristique de l'invention, pour une configuration d'enroulement de phase en étoile avant l'établissement du point neutre par connexion des entrées des trois enroulements de phase, on connecte la sortie d'un enroulement de phase à la borne positive de la source d'énergie électrique, connecte l'entrée de cet enroulement de phase à l'entrée d'un autre enroulement de phase, établit une liaison électrique entre la sortie de ce dernier enroulement de phase à l'entrée du troisième enroulement de phase dont on connecte la sortie à la borne négative de la source. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour un bobinage hexaphasé formé par deux configurations triphasées en étoile, on connecte en série les enroulements de chaque configuration en étoile entre les bornes positives et négatives de la source d'énergie électrique. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, pour un bobinage hexaphasé formé par deux configurations triphasées en étoile, sans constitution du point neutre, on monte les enroulements de phase des deux configurations en étoile en série entre les bornes positive et négative de la source d'énergie électrique. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on connecte les sorties de deux enroulements de phase d'une configuration en étoile aux bornes positive et négative de la source d'énergie électrique, interconnecte l'entrée d'un des deux enroulements à l'entrée du troisième enroulement de phase de cette configuration en étoile, établit une liaison entre la sortie de ce troisième enroulement à la sortie d'un enroulement de phase de l'autre configuration en étoile, connecte l'entrée de cet enroulement à l'entrée d'un deuxième enroulement de cette autre configuration, établit une liaison entre la sortie de ce deuxième enroulement à l'entrée du troisième enroulement et établit une liaison entre la sortie de ce troisième enroulement et l'entrée de l'enroulement de la première configuration en étoile dont la sortie est reliée à l'autre borne de la source d'énergie électrique. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on réalise les conducteurs dont les portions d'extrémité doivent servir d'entrées sous forme d'une épingle unique de forme spéciale, dans le bobinage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on établit le point neutre après l'opération d'immobilisation des conducteurs dans les encoches par polymérisation du vernis, par connexion de l'extrémité de l'épingle constituant l'entrée du troisième enroulement à l'épingle réunissant les deux autres entrées. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, pour un bobinage formé par deux configurations triphasées en étoile dont les entrées des enroulements de phase sont réunies pour former le point neutre, on connecte le neutre d'une configuration à une borne de la source d'énergie électrique et le neutre de l'autre configuration à l'autre borne de la source et établit une liaison électrique entre chaque sortie d'une configuration à une sortie de l'autre configuration en étoile. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - La figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machine électrique tournante, à savoir d'un alternateur, à laquelle l'invention est applicable; - La figure 2 est une vue en perspective d'un stator à bobinage hexaphasé pour une machine électrique tournante selon la figure 1; - La figure 3 est une représentation schématique électrique d'un bobinage hexaphasé tel que représenté sur la figure 2; - La figure 4 est une portion d'une vue en coupe axiale d'un stator selon la figure 2; - La figure 5 est une vue illustrant un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention pour un bobinage hexaphasé d'un stator pour une machine électrique tournante du type de la figure 1; - La figure 6 est une vue schématique et simplifiée d'un stator pourvu d'un bobinage dont seulement trois entrées sont montrées et qui est adapté au procédé selon la figure 5; - La figure 7 illustre, schématiquement, un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention pour un bobinage hexaphasé pour un stator d'une machine électrique tournante selon la figure 1; - La figure 8 illustre un troisième mode de réalisation d'un procédé selon l'invention, pour un stator d'une machine électrique tournante du type de la figure 1. Avant de décrire spécifiquement l'objet de l'invention, on décrira tout d'abord, brièvement, en se référant à la figure 1, la structure générale d'une machine électrique tournante à laquelle l'invention est applicable. La machine électrique comporte, en allant de gauche à droite de la figure 1, c'est-à-dire d'avant en arrière, une poulie d'entraînement 1 solidaire de l'extrémité avant de l'arbre 2 dont l'extrémité arrière porte des bagues collectrices (non référencées) appartenant à un collecteur 3. L'axe de l'arbre 2 constitue l'axe de rotation de la machine. Centralement, l'arbre porte à fixation le rotor 4 doté d'un bobinage d'excitation 5, dont les extrémités sont reliées par des liaisons électriques au collecteur 3 en contact avec des balais (non référencés) appartenant à un porte balais (partiellement visible) relié à un régulateur de tension non visible. Le rotor 4 est ici un rotor à griffe comportant deux roues polaires avant et arrière 6, 7 portant chacune respectivement un ventilateur avant 8 et arrière 9. Les références 11 et 13 désignent des paliers avant et arrière de la machine. Ces paliers sont reliés entre eux, par exemple à l'aide de tirants, pour constituer un carter portant à sa périphérie externe un stator 10. Les paliers 11, 13 portent chacun centralement un roulement à billes pour montage rotatif de l'arbre 2 et du rotor 4. Les ventilateurs créent des écoulements d'air de refroidissement tels que, par exemple, indiqué par des lignes fléchées, les paliers 11, 13 étant dotés d'ouvertures d'entrée et de sortie d'air à cet effet. Le rotor 4 est monté coaxialement et rotatif à l'intérieur du stator 10 de type hexaphasé, comprenant dans l'exemple représenté à la figure 2 un corps cylindrique 12 d'axe X-X' porté par les paliers 11, 13 supportant deux séries de trois phases Pl à P3 et P4 à P6, de façon connue en soi, comme cela est montré sur la figure 3. Chaque phase Pl à P6 est formée par une pluralité d'éléments électriquement conducteurs 14 connectés électriquement entre eux en étant ici montés en série le long de la périphérie du stator 10 entre une entrée respectivement El à E6 et une sortie respectivement Si à S6, pour former au moins un enroulement par phase. Les sorties 51 à 56 sont reliées à un pont redresseur à diodes (non référencé) pour redresser le courant alternatif produit par le stator. Comme on le voit sur la figure 2, le corps cylindrique 12, sous la forme d'un paquet de tôles, comprend dans sa face radialement interne des encoches radiales L de réception d'au moins quatre éléments conducteurs de phase 14. Les éléments conducteurs sont juxtaposés dans l'encoche L dans la direction radiale pour former au moins quatre couches d'éléments conducteurs Cl à C4, comme on le voit sur la figure 4. Les quatre éléments conducteurs engagés dans une encoche constituent deux paires d'éléments conducteurs. Pour plus de précisions sur le montage des éléments conducteurs on se reportera au document FR-A-2 819 117. Ainsi en se référant à la figure 2, on constate que chaque élément conducteur 14 présente la forme d'une épingle 14 en U qui s'étend entre deux encoches L, L' dont chacune reçoit une branche de l'épingle. Cette disposition des éléments conducteurs est obtenue par vrillage des épingles, avec les têtes 14c se trouvant du même côté axial 12a du stator 12 et formant un chignon 16. De façon également connue en soi, les extrémités libres des branches de chaque élément conducteur en épingle 14 dépassent du second côté axial 12b du corps 12 et sont électriquement connectés chacun à l'extrémité libre d'un autre élément conducteur en épingle, avantageusement par soudage, en formant ainsi un deuxième chignon 18. La figure 2 montre que les sorties Sl à S6 s'étendent dans la direction axiale du stator hors du chignon 16 et constituent ainsi des portions d'un conducteur qui ne présente pas la forme d'une épingle en U mais la forme d'une épingle spéciale, de façon connue en soi. Les entrées El à E6 constituent également des portions d'extrémité de conducteurs aussi de forme spécifique. Les entrées sont électriquement reliées pour former les points neutres de la figure 3. Les types de liaison et les formes des extrémités d'entrée peuvent -2843246 être différents et déterminent les différents modes de mise en òuvre de l'invention qui sont décrits en se référant aux figures 5 à 10. L'objectif de l'invention est de proposer un procédé qui permet d'immobiliser les conducteurs 14 à l'intérieur de leur encoche L du stator de façon à supprimer tout mouvement relatif entre le cuivre des conducteurs et le fer du stator. En effet, le moindre mouvement entraîne une dégradation de l'isolant et un risque de court-circuit à la masse. Pour atteindre ce but, on prévoit un vernis d'imprégnation sur l'isolant ici pré-imprégné indiqué en 19 sur la figure 4, qui recouvre la face interne de l'encoche. L'immobilisation des conducteurs est obtenue par polymérisation du vernis d'imprégnation. Afin de réaliser la polymérisation, on chauffe le stator à une température rendant le vernis fluide pour qu'il puisse combler les jeux entre le cuivre des conducteurs et le fer du stator à l'intérieur de chaque encoche. En se polymérisant lors du refroidissement du stator, le vernis durcit et assure l'immobilisation parfaite des conducteurs dans l'encoche, ce qui assure une bonne tenue mécanique aux vibrations. Il s'est avéré que la meilleure méthode de chauffer le stator consiste à faire passer à travers les conducteurs un courant électrique. Ce courant, par effet Joule, provoque l'échauffement des conducteurs et par conséquent du stator. Cependant, à cette fin une bonne maîtrise de la température du cuivre et ainsi du courant le parcourant est indispensable. La difficulté vient du fait que le bobinage est en couplage étoile sur le stator comme visible à la figure 3. L'invention propose un procédé qui résout le problème qui vient d'être exposé. Ce procédé sera décrit ci-après dans différentes versions de mise en oeuvre. Les figures 5 et 7 illustrent l'application du procédé à un système bobinage hexaphasé avec deux configurations d'enroulement de phase en étoile, décalées électriquement de 300 dont les points neutres ne sont pas connectés. En effet, comme on le voit sur les figures 5 et 7, seulement les entrées E2 et E3 d'une configuration en étoile, et E5 et E4 de l'autre configuration sont connectées tandis que les entrées El et E4 sont isolées. La figure 6 montre schématiquement un bobinage réalisé selon ce concept. On constate que les conducteurs destinés à constituer les entrées E2 et E3 sont réalisés sous forme d'une seule épingle de forme spécifique en forme de U tandis que l'entrée El est formée par l'extrémité sortie du chignon, d'une autre épingle spéciale. L'extrémité El peut être connectée par soudure à l'épingle comportant les entrées E2 et E3, en 22. Il en est de même des entrées E4 à EG; les entrées E5 et E6 étant réalisées sous la forme d'une épingle en forme de U. Pour assurer l'immobilisation des conducteurs du système de bobinage illustré sur la figure 5 dans leur encoches, avant la connexion par soudure de l'épingle d'entrée El sur l'épingle commune des entrées E2 et E3 réunies, on monte les six enroulements de phase Pl à P6 en série entre les bornes + et - d'une source de puissance électrique à l'aide de deux connexions de puissance 24 et 25. Etant donné que les entrées E2 et E3 de la première configuration d'enroulement de phase Pi à P3 et les entrées E5 et E6 de la deuxième configuration d'enroulement de phase P4-P6 sont déjà connectées, le montage en série de l'ensemble des enroulements de phase consiste à établir entre la sortie S3 de l'enroulement de phase P3 et la sortie S5 de l'enroulement de phase P5 une liaison électrique 26, entre la sortie S6 de l'enroulement de phase P6 et l'entrée E5 de l'enroulement de phase P5 une liaison 27 et enfin entre la sortie S4 de l'enroulement de phase P4 et l'entrée El de l'enroulement de phase Pl une liaison 28. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention conformément à la figure 5 implique l'établissement de deux connexions de puissance et de six connexions de mise en série, à savoir les connexions des sorties S2 et Sl aux bornes de la source et deux connexions pour l'établissement de chaque liaison 26, 27 et 28. Cette mise en oeuvre présente l'avantage que le circuit en série d'écoulement du courant électrique d'échauffement présente une résistance assez élevée qui est donc facile à mesurer. Ceci assure une très bonne maîtrise de la température lors du processus d'échauffement du stator en vue de la polymérisation subséquente du vernis d'imprégnation. La mise en oeuvre du procédé appliquée à un bobinage tel que représenté sur la figure 7 consiste à connecter en série seulement les trois enroulements de phase de chaque constellation en étoile entre les bornes + et - de la source de puissance, à savoir des enroulements Pl à P3 et P4 à P6. Plus précisément, on connecte la sortie S2 en 30 à la borne positive de la source de puissance électrique et la sortie Sl à la borne négative de cette source en 31 et on établit une liaison 32 entre la sortie S3 et l'entrée El par deux connexions. Parallèlement à ce circuit de courant d'échauffement de la première configuration en étoile, on établit de la manière correspondante un circuit en série pour la deuxième configuration en étoile en connectant la sortie S5 en 33 à la borne positive de la source de puissance, et la sortie S4 en 34 à la borne négative de cette source de puissance et en établissant par deux connexions une liaison 34 entre la sortie S6 et l'entrée E4. La mise en oeuvre du procédé selon la figure 7 nécessite de faire quatre connexions de puissance, c'està-dire des connexions à la source de puissance, et quatre connexions de mise en série. En comparaison à la mise en oeuvre selon la figure 5, celle de la figure 7 nécessite l'établissement de deux circuits en série mais seulement de quatre connexions. Le procédé dans ses mises en oeuvre représentées sur les figures 5 et 7 présente l'avantage qu'il n'y a qu'une seule soudure à faire pour réaliser le point neutre. Cette soudure 22 est faite en fin de processus, par exemple lors du chargement du stator. Ainsi, pour la finition du stator, en fin du processus, il suffit de faire un pliage et de souder et d'isoler le point neutre. La figure 8 illustre un autre mode de réalisation de l'invention, qui implique la réalisation du bobinage du stator avec un point neutre déjà soudé. Un bout de fil dépasse du chignon et permet de faire la connexion électrique. Sur la figure 6 on a représenté en traits interrompus le bout noté 37 de l'épingle. En fin du processus d'échauffement et de polymérisation, il suffit de couper le bout de fil et d'établir l'isolation. Etant donné que le point neutre est déjà établi pour chaque configuration en étoile par interconnexion des entrées El à E3 et E4 à E6, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention selon la figure 8 implique la connexion en 39 du point neutre d'une configuration à la borne positive de la source de puissance et la connexion en 40 du point neutre de l'autre configuration en étoile à la borne négative de la source de puissance et l'établissement d'une liaison 41 entre la sortie S2 et la sortie S6, d'une liaison électrique 42 entre la sortie S3 et la sortie S5 et d'une liaison 43 entre les sorties Sl et S4. Cette mise en oeuvre nécessite deux connexions de puissance et six connexions de mise en série. La finition du stator est simple puisqu'il suffit de couper le fil du point neutre et de le protéger après soudure. Bien entendu dans le cadre de la figure 8, avec le point neutre déjà établi, on peut connecter les entrées de différentes manières. Par exemple les entrées sont identiques et reliées entre elles par une pièce de 1l liaison électrique comme visible à la figure 2, cette pièce étant prolongée circonférentiellement pour porter le bout 37, d'orientation axiale, de la figure 6. La description qui précède met clairement en relief la particularité de l'invention et l'avantage qu'elle procure. En effet grâce à l'invention, l'isolant électrique est pourvu par avance (préimprégnation) d'un vernis de polymérisation dont on maîtrise bien la température finale du fait que les conducteurs électriques sont parcourus par un même courant. Le vernis de polymérisation est avantageusement un polymère du type thermoplastique, dont la température de fusion est supérieure à la température maximale de fonctionnement de la machine électrique tournante. Dans une forme de réalisation le stator équipé des conducteurs électriques et des isolants électriques, est plongé dans un vernis à l'état liquide, dont la température est ensuite augmentée grâce à un chauffage contrôlé à l'aide du bobinage. Cette température est choisie pour permettre une polymérisation du vernis lors de son refroidissement. Autrement dit, on plonge le stator équipé dans un vernis dont la température est inférieure à celle de l'art antérieur, qui correspondait à la température finale. Cela est possible grâce aux conducteurs électriques parcourus par le même courant. En variante, les isolants et les conducteurs électriques sont préimprégnés comme décrit par exemple dans le document FR-A-2 809 546 précité, et l'on effectue à l'aide d'un bobinage un chauffage pour l'amener à sa température finale qui permet sa polymérisation lors de son refroidissement. Dans tous les cas, on chauffe le vernis de polymérisation à une température finale inférieure à la température de fusion des isolants électriques. REVENDICATIONS 1. Procédé de montage d'un bobinage électrique au moins triphasé en configuration en étoile, formé par une pluralité de conducteurs électriques en forme d'épingle connectés électriquement entre eux, sur un corps de support du bobinage, pour machine électrique tournante, notamment le stator d'une telle machine, avec immobilisation des conducteurs dans les encoches de réception des conducteurs, prévues dans le corps de support, caractérisé en ce que l'on recouvre les faces internes des encoches (2) d'un isolant électrique (19) pourvu d'un vernis polymérisable, en ce que l'on place les conducteurs qui constituent le bobinage dans les encoches recouverts de l'isolant,, et en ce que, à l'aide du bobinage électrique, l'on chauffe le vernis polymérisable par effet Joule à une température qui permet une polymérisation du vernis lors de son refroidissement, en montant les enroulements de phase (Pl à P3; P4 à P6) en configuration d'étoile en série entre les bornes d'une source d'énergie électrique. 2. Procédé selon la revendication 1, pour une configuration d'enroulement de phase en étoile avant l'établissement du point neutre par connexion des entrées des trois enroulements de phase, caractérisé en ce que l'on connecte la sortie (S2) d'un enroulement de phase (P2) à la borne positive (+) de la source d'énergie électrique, connecte l'entrée (E2) de cet enroulement de phase (P2) à l'entrée (E3) d'un autre enroulement de phase (P3), établit une liaison électrique entre la sortie (S3) de ce dernier enroulement de phase à l'entrée (El) du troisième enroulement de phase (Pi) dont on connecte la sortie (Si) à la borne négative (-) de la source. 3. Procédé selon la revendication 2 pour un bobinage hexaphasé formé par deux configurations triphasées en étoile, caractérisé en ce que l'on connecte en série les enroulements (Pi à P3; P4 à P5) de chaque configuration en étoile entre les bornes positives et négatives de la source d'énergie électrique. 4. Procédé selon la revendication 1 pour un bobinage hexaphasé formé par deux configurations triphasées en étoile, sans constitution du point neutre, caractérisé en ce que l'on monte les enroulements de phase (Pi à P6) des deux configurations en étoile en série entre les bornes positive et négative de la source d'énergie électrique. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on connecte les sorties (S2), (Si) de deux enroulements de phase (P2), (Pl) d'une configuration en étoile aux bornes positive et négative de la source d'énergie électrique, interconnecte l'entrée d'un des deux enroulements (P2) à l'entrée (E3) du troisième enroulement de phase (P3) de cette configuration en étoile, établit une liaison (26) entre la sortie (S3) de ce troisième enroulement (P3) à la sortie (S5) d'un enroulement de phase (P5) de l'autre configuration en étoile, connecte l'entrée (E5) de cet enroulement à l'entrée (E6) d'un deuxième enroulement (P5) de cette autre configuration, établit une liaison (27) entre la sortie (S6) de ce deuxième enroulement à l'entrée (E4) du troisième enroulement et établit une liaison (28) entre la sortie (S4) de ce troisième enroulement (P4) et l'entrée (El) de l'enroulement (Pl) de la première configuration en étoile dont la sortie (Si) est reliée à l'autre borne de la source d'énergie électrique. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'on réalise les conducteurs dont les portions d'extrémité doivent servir d'entrées (E2), (E3); (E5), (E6) sous forme d'une épingle unique de forme spéciale, dans le bobinage. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on établit le point neutre après l'opération d'immobilisation des conducteurs dans les encoches par polymérisation du vernis, par connexion de l'extrémité de l'épingle constituant l'entrée (El, E4) du troisième enroulement à l'épingle réunissant les deux autres entrées (E2, E3; E5, E6). 8. Procédé selon la revendication 1, pour un bobinage formé par deux configurations triphasées en étoile dont les entrées des enroulements de phase sont réunies pour former le point neutre, caractérisé en ce que l'on connecte le neutre d'une configuration à une borne de la source d'énergie électrique (en 39) et le neutre de l'autre configuration à l'autre borne de la source (en 40) et établit une liaison électrique (41, 42, 43) entre chaque sortie (S2), (S3), (S4) d'une configuration à une sortie (S6), (S5) , (S4) de l'autre configuration en étoile. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'isolant électrique est pourvu d'un vernis de polymérisation, formé avantageusement par un polymère du type thermoplastique dont la température de fusion est supérieure à la température maximale de fonctionnement de la machine électrique tournante. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on plonge le stator équipé des conducteurs électriques et des isolants électriques dans un vernis à l'état liquide, dont on augmente ensuite la température par l'effet Joule précité à une température permettant une polymérisation du vernis lors du refroidissement de celui-ci. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que on utilise des conducteurs électriques préimprégnés d'un vernis de polymérisation, assure le chauffage par l'effet Joule précité grâce à la circulation d'un courant par le bobinage, à une température permettant la polymérisation du vernis lors du refroidissement.