Brevet FR2887087A1 — publié le 20061215

Stator pour machine électrique et machine électrique. La présente invention concerne le domaine des machines électriques et plus particulièrement des stators pour machines électriques. Dans l'industrie automobile, la mise au point de véhicules hybrides électrique-thermique nécessite un bon rapport coûtcompacité-rendement des actionneurs de propulsion. Cette nécessité s'applique également aux autres machines électriques ou actionneurs présents dans le véhicule. De manière classique, une machine électrique à courant alternatif comprend un stator et un rotor. Le stator comprend un assemblage de tôles magnétiques pourvues d'encoches pour les conducteurs des bobines en cuivre réparties autour du rotor. Le bobinage peut être mono- ou multiphasé, fréquemment triphasé. Les bobinages des machines électriques nécessitent de former les spires constituées de plusieurs petits fils insérés dans les encoches des tôles magnétiques. Le nombre de spires que l'on peut obtenir est un multiple du nombre d'encoches par pôle et par phase et du nombre de spires par encoche. A puissance égale, lorsque la tension d'alimentation d'une machine électrique est élevée, le courant est faible et l'on peut disposer un grand nombre de spires grâce au faible diamètre des fils. Il est alors facile d'ajouter ou de supprimer quelques spires pour disposer de la meilleure plage de fonctionnement de puissance. Dans le cas d'une machine électrique embarquée dans une automobile, la tension disponible est souvent assez faible, par exemple 10 volts ou quelques dizaines de volts. Le courant est donc relativement élevé et le nombre de spires par encoche est faible. L'ajustement du nombre de spires s'avère alors particulièrement délicat. Le document US 6 281 614 décrit une machine électrique multiphasée à enroulement optimisé pour occuper au mieux l'espace disponible dans les encoches et assurer une distribution uniforme de la densité de courant. Ce document vise à une optimisation distincte de celle proposée par l'invention. Le document FR-A-2 850 497 décrit une bobine de stator à enroulement concentré pour machine électrique tournante, dans le but de réduire une perte de puissance due à la résistance à travers un fil de bobinage, d'empêcher les fils du stator d'entrer en contact avec le rotor, d'empêcher d'interférer avec le processus d'ajustement du rotor et d'élever la densité d'enroulement des spires, et ce par un placement particulier des extrémités de fil. Ce document vise un objectif différent de celui de l'invention. Après avoir étudié les limitations des machines électriques connues, la demanderesse a mis au point un stator offrant une grande souplesse de bobinage pour permettre d'ajuster le nombre de spires de façon précise, ce qui présente un grand intérêt pour des tensions d'alimentation faibles. L'invention vise donc à permettre un dimensionnement plus précis d'une machine électrique par un plus grand choix offert de nombre de spires. Le dispositif de stator par machine électrique comprend une pluralité d'encoches et au moins une spire disposée dans une encoche. Une spire comprend une pluralité de fils. Au moins une spire comprend un premier groupe de fils disposés dans une première encoche et un deuxième groupe de fils disposés dans une deuxième encoche pour obtenir un nombre non- entier de spires par encoche. Le nombre de spires peut ainsi être choisi différent d'un multiple du nombre d'encoches par pôle et par phase, ce qui permet un dimensionnement plus précis de la machine électrique, d'où une réduction du coût de la machine électrique, un encombrement optimisé et un rendement accrû. Dans un mode de réalisation, un conducteur comprend ladite spire et au moins une autre spire disposée dans une seule encoche. Un conducteur peut comprendre ladite spire et deux autres spires. Dans un mode de réalisation, le nombre de spires par pôle et par phase est un nombre premier supérieur à un. Le nombre de phases peut être égal à un, deux, trois ou plus. Dans un mode de réalisation, le nombre de pôles est égal à deux, quatre, six, huit ou plus. Dans un mode de réalisation, le nombre d'encoches par pôle étant égal à N, le nombre de spires par encoche est égal à S+(P/N), avec S un entier et P un entier inférieur à N. Il en découle que le nombre d'encoches est égal à NxS+P et peut donc être différent du produit NxS lorsque P est non- nul. L'invention concerne également une machine électrique comprenant un rotor et un stator. Le stator comprend une pluralité d'encoches et au moins une spire disposée dans une encoche. La spire comprend une pluralité de fils. Au moins une spire comprend un premier groupe de fils disposés dans une première encoche et un deuxième groupe de fils disposés dans une deuxième encoche, pour obtenir un nombre non-entier de spires par encoche. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un stator; - la figure 2 est une vue schématique du plan de bobinage du stator; et - la figure 3 est une vue schématique d'une spire. Comme on peut le voir sur la figure 1, la machine électrique 1 comprend un stator 2 partiellement représenté et un rotor 3, coaxiaux autour d'un axe 4. Le rotor 2 comprend des tôles 5 dont une seule est visible sur la figure 1, pourvues d'encoches 6 ouvertes en direction du rotor 3. Dans chaque encoche 6, sont disposées une spire 7, une spire 8 et une demispire 9. Les spires 7 et 8 sont formées par un nombre égal de fils et la spire 9 comprend un nombre de fils sensiblement égal à la moitié du nombre de fils des spires 7 et 8. Pour une machine triphasée avec deux encoches par pôle et par phase, on obtient 2,5 spires par encoche, soit cinq spires par phase, alors qu'avec un bobinage traditionnel, le nombre de spires par phase aurait été un nombre pair. Bien entendu, il est possible de prévoir d'autres variantes, par exemple avec trois encoches par pôle et par phase et une répartition par tiers de spires dans les encoches. Plus généralement, pour un nombre d'encoches par pôle et par phase égal à N, on peut prévoir une répartition des spires par fraction 1/N ou multiple de 1/N. On peut également prévoir un nombre de spires inférieur à l'unité. A titre d'exemple, on peut prévoir une spire par pôle et par phase avec un nombre d'encoches par pôle et par phase égal à deux, trois ou quatre, ou trois, quatre ou cinq spires par pôle et par phase pour un nombre d'encoches par pôle et par phase respectivement égal à deux, trois ou quatre, et ainsi de suite. Sur la figure 2, est illustré le bobinage diamétral d'une machine triphasée à deux encoches par pôle et par phase. Le conducteur 10 forme dans une encoche donnée la spire 7 au premier tour, la spire 8 au deuxième tour et les spires 9 et 11 au troisième tour. La spire 9 est disposée dans la même encoche que les spires 7 et 8. La spire 11 est disposée dans une encoche voisine du même pôle et de la même phase. Le nombre de fils de la spire 7 ou 8 est égal à la somme du nombre de fils des spires 9 et 11. Comme illustré sur la figure 3, le conducteur 10 comprend une partie principale 10a où il forme un câble unique pour les spires 7 et 8 et une partie divisée 10b où il forme deux demi-spires 9 et 11 disposées chacune dans une encoche respective. Le conducteur comprend une pluralité de fils 12. Ainsi, un conducteur 10 est distribué dans plusieurs encoches d'une même phase d'un même pôle. Après avoir réalisé un nombre S de spires par encoche de manière classique, S étant un entier, on divise le conducteur 10 en deux parties et l'on bobine une dernière spire répartie dans les deux encoches par pôle et par phase. La partie 10b du conducteur 10 forme donc deux spires 9 et 11 de deux encoches 6 différentes de la même phase et du même pôle. On obtient ainsi 2,5 spires par encoche, soit cinq spires par phase dans le cas de deux encoches par phase et par pôle. De préférence, la couche de demi-spire 9 est équilibrée pour les tensions par bobine. La demi-spire 9 peut être réalisée en bobinage concentrique relativement simple à mettre en oeuvre par un processus robotisé de montage. L'invention s'applique de façon particulièrement intéressante pour les moteurs électriques de propulsion de véhicules automobiles hybrides appelés à fonctionner sous de faibles tensions d'alimentation et de grandes plages de variations de vitesse et accroît de façon importante la précision du dimensionnement du moteur électrique. L'invention peut s'appliquer quels que soient le nombre d'encoches, de paires de pôles et de phases de la machine électrique et permet d'augmenter les possibilités de dimensionnement en donnant plus de flexibilité dans le compromis entre le nombre de spires, les dimensions et les performances de la machine électrique. Les combinaisons de nombre de spires par pôle et par phase que l'on peut réaliser sont résumées dans le tableau ci-dessous, dans lequel les nouvelles combinaisons apparaissent en grisé, le nombre d'encoches par pôle et par phase étant représenté en abscisse et le nombre de spires par encoche en ordonnée: 1 2 3 4 0,33 L*-1 1 1 1 2 3 4 1,25 5 1,33 4 1,5 3 2 2 4 6 8 2,33 7 2,5 5 3 3 6 9 12 3,25 13 3,33 10 3,5 7 4 4 8 12 16 4,25.17 4,33 13 4,5 9 Nouvelles combinaisons On facilite ainsi le nombre d'arrangements de nombre de spires lors de la conception des machines électriques, en particulier lorsque les machines sont commandées sous faible tension et sur une grande 5 plage de variations de vitesse, ce qui est le cas dans le domaine de l'industrie automobile. REVENDICATIONS 1-Dispositif de stator (2) pour machine électrique, le stator (2) comprenant une pluralité d'encoches (6) et au moins une spire disposée dans une encoche, une spire comprenant une pluralité de fils (12), au moins une spire (9) comprenant un premier groupe de fils disposés dans une première encoche et un deuxième groupe de fils disposés dans une deuxième encoche pour obtenir un nombre non entier de spires par encoche. 2-Dispositif selon la revendication 1, dans lequel un conducteur (10) comprend ladite spire (9) et au moins une autre spire (8) disposée dans une seule encoche. 3-Dispositif selon la revendication 2, dans lequel un conducteur comprend ladite spire et deux autres spires. 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre de spires par pôle et par phase est un nombre premier supérieur à un. 5-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre de phases est égal à un. 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le nombre de phases est égal à deux. 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le nombre de phases est égal à trois ou plus. 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre de pôles est égal à deux, quatre, six, huit ou plus. 9-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, le nombre d'encoches par pôle étant égal à N, le nombre de spires par encoche est égal à S+(P/N), avec S un entier et P un entier inférieur à N. 10-Machine électrique (1) comprenant un rotor (3) et un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.