Brevet FR2910195A1 — publié le 20080620

Pièce d'une machine électrique tournante, procédé de fabrication d'une telle pièce et machine électrique tournante équipée d'une telle pièce L'invention concerne une pièce d'une machine électrique tournante, un procédé de fabrication d'une telle pièce ainsi qu'une machine électrique tournante équipée d'une telle pièce. Les machines électriques tournantes, telles que par exemple les alternateurs, comprennent généralement au moins une pièce qui porte un bobinage dans le but de mettre en relation un champ magnétique au sein de la machine (lié au mouvement de celle-ci) et le courant dans les différentes parties du bobinage (qui est quant à lui associé aux grandeurs électriques de la machine). Une solution couramment utilisée pour former ce bobinage consiste à prévoir un corps essentiellement cylindrique selon l'axe de rotation de la machine tournante, formé en général d'un empilement de tôles le long de ce même axe, et pourvu d'encoches longitudinales essentiellement parallèles à cet axe et qui reçoivent les enroulements qui forment le bobinage. Des pièces pour machines électriques tournantes de ce type sont par exemple décrites dans les documents GB 2 325 350, DE 1 203 374 et 20 US 2006/0152100. Dans le même contexte, le document WO 2005/064766 propose de partir d'un corps rectiligne présentant des encoches parallèles et alignées, de déposer le bobinage sur ce corps rectiligne, puis de déformer le corps pourvu du bobinage de manière à obtenir sa forme cylindrique finale. Ce document, qui 25 mentionne des facteurs de remplissage compris entre 50 % et 80 %, ne s'intéresse pas au problème d'encombrement au sein des encoches. Pourtant, lorsque l'on développe ces solutions à l'échelle industrielle, le dimensionnement des différents éléments doit répondre à certaines contraintes, tant sur le plan pratique (par exemple l'utilisation de dimension standard pour le 30 corps pour simplifier sa production) qu'en raison des caractéristiques électriques souhaitées pour la machine électrique, qui peuvent entraîner des problèmes d'encombrement au sein des encoches. Afin notamment de répondre à ces problèmes, sans toutefois compliquer la fabrication de la machine électrique et de ses éléments, l'invention propose selon 2910195 2 un premier aspect une pièce d'une machine électrique tournante, notamment un stator ou un rotor, comprenant un bobinage enroulé sur un corps cylindrique présentant des encoches longitudinales, caractérisée en ce qu'une encoche reçoit au moins des premier et second segments du bobinage au niveau d'une 5 circonférence du corps et en ce que le premier segment présente, au moins au niveau de l'encoche, une section avec une partie arrondie et un méplat en regard du second segment. Le méplat permet de loger le premier segment sur la même circonférence que le second segment en ne nécessitant qu'un espace limité. Par 10 ailleurs, un tel segment est facile à obtenir à partir d'un fil de section circulaire. Le méplat peut être radial par rapport au corps cylindrique, ce qui optimise le rangement du segment. La partie arrondie présente par exemple un diamètre supérieur à 1,5 mm, auquel cas la réduction d'encombrement autorisée grâce au méplat est 15 particulièrement intéressante. En variante, la partie arrondie peut présenter un diamètre inférieur à 1,5 mm. Selon une possibilité de réalisation, l'encoche reçoit un troisième segment du bobinage présentant, au moins localement, un diamètre différent du diamètre de la partie arrondie. On prévoit ainsi des fils de diamètre initiaux différents au sein de l'encoche, par exemple pour des motifs liés au fonctionnement électrique de la machine. En variante, chacun des segments du bobinage reçus dans l'encoche peut présenter, au moins localement, un diamètre égal au diamètre de la partie arrondie. On utilise ici un seul diamètre de fil. On peut prévoir en pratique que la section du premier segment présente un second méplat essentiellement parallèle audit méplat, ce qui permet une réduction supplémentaire de l'encombrement. Selon une possibilité de réalisation, chacun des segments du bobinage reçus dans l'encoche comporte deux méplats essentiellement parallèles et distants d'une largeur égale à celle séparant le second méplat et ledit méplat. On prévoit ainsi que tous les segments de l'encoche aient la même largeur, ce qui permet de simplifier l'outillage, notamment d'insertion des fils dans l'encoche. En variante, l'encoche reçoit un troisième segment du bobinage comportant deux méplats essentiellement parallèles et distants d'une largeur 2910195 3 différente de celle séparant le second méplat et ledit méplat. On prévoit dans ce cas différentes largeurs pour les segments situés dans une même encoche, par exemple pour s'adapter à une largeur variable de l'encoche. L'encoche peut recevoir en outre au moins un segment supplémentaire, 5 différent du premier et du second segment, au niveau de ladite circonférence. On a ainsi une rangée d'au moins trois segments. Par ailleurs, l'encoche peut recevoir au moins deux segments distincts chacun des premier et second segments au niveau d'une seconde circonférence différente de ladite circonférence. 10 L'encoche reçoit alors au moins deux rangées de segments. Selon d'autres caractéristiques optionnelles, également envisageables en tant que telles comme décrit ci-après : - le premier segment peut se prolonger en dehors de l'encoche en un segment de section circulaire ; 15 - le premier segment se prolonge en dehors de l'encoche en un segment comportant un méplat circonférentiel par rapport au corps cylindrique, afin d'obtenir un rangement compact des fils au niveau des chignons ; - le premier segment se prolonge à chacune de ses extrémités en dehors de l'encoche vers des encoches distantes de la première encoche 20 (bobinage ondulé) ; - l'encoche reçoit une cale d'immobilisation de segments du bobinage incluant le premier et le second segment, notamment grâce à l'espace laissé libre grâce au rangement "en rangées" des segments. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'une au moins des 25 encoches présente deux parois latérales non parallèles, la distance entre ces parois étant notamment décroissante en direction du centre du stator. En variante, et en fonction du type de machine, les parois latérales de l'encoche peuvent être parallèles. Selon un second aspect, éventuellement indépendant du premier 30 aspect, l'invention propose une pièce d'une machine électrique tournante comprenant un bobinage enroulé sur un corps cylindrique présentant des encoches longitudinales, caractérisée en ce qu'une première encoche reçoit un segment du bobinage dont les extrémités se prolongent respectivement vers des secondes encoches distantes de la première encoche et en ce que le segment présente, au 2910195 4 moins au niveau de la première encoche, une section avec deux méplats séparés par deux parties arrondies. Il s'agit notamment d'un bobinage ondulé. Selon un troisième aspect, éventuellement indépendant des deux premiers, l'invention propose une pièce d'une machine électrique tournante 5 comprenant un bobinage enroulé sur un corps cylindrique présentant des encoches longitudinales, caractérisée en ce que le bobinage comprend un premier segment situé en dehors des encoches et présentant une section circulaire, et un second segment situé dans une encoche et dont la section comporte un méplat. Selon un quatrième aspect, éventuellement indépendant des trois 10 premiers, l'invention propose une pièce d'une machine électrique tournante comprenant un bobinage enroulé sur un corps cylindrique présentant des encoches longitudinales, caractérisée en ce qu'une encoche reçoit au moins un premier et un second segment du bobinage au niveau d'une circonférence du corps, ainsi qu'une cale destinée à immobiliser une pluralité de segments du bobinage incluant le 15 premier et le second segments, et en ce que le premier segment présente un méplat radial par rapport au corps et en regard du second segment. L'invention propose en outre un procédé de fabrication d'une pièce d'une machine électrique tournante comprenant un bobinage enroulé sur un corps cylindrique présentant des encoches longitudinales, caractérisé par les étapes 20 suivantes : - déformation de la section circulaire d'une partie au moins d'un fil conducteur de manière à obtenir un méplat ; - dépôt de ladite partie et d'un autre segment conducteur dans une encoche de telle sorte que le méplat soit en regard de l'autre segment. 25 Un tel procédé peut également présenter, à titre optionnel, des caractéristiques équivalentes à celles envisagées cidessus pour la pièce elle-même. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans 30 lesquels : - la figure 1 représente une vue en section d'une pièce conforme aux enseignements de l'invention ; - la figure 2 représente un détail de la pièce de la figure 1 ; et - la figure 3 illustre une étape de fabrication d'un fil avec méplats. 2910195 5 La figure 1 présente en section le stator 2 d'un alternateur. Ce stator 2 comprend un corps 4 de forme général cylindrique avec un axe qui correspond à l'axe de rotation de l'alternateur. Le corps 4 est formé d'un empilement de tôles selon ce même axe (et 5 est de ce fait parfois dénommé paquet de tôles). Le corps 4 présente une pluralité d'encoches longitudinales 6 au niveau de sa paroi interne. Chaque encoche 6 s'étend dans une direction principale essentiellement parallèle à l'axe du corps 4 (qui correspond comme déjà vu à l'axe de rotation de la machine tournante). Le corps 4 représenté à la figure 1 définit 10 précisément quarante-huit encoches 6. Chaque encoche 6 reçoit une pluralité de segments conducteurs 8 disposés comme décrit ci-après en référence notamment à la figure 2 et qui forment le bobinage porté par le stator 2. Ce bobinage est par exemple du type triphasé. En variante, il pourrait 15 s'agir d'un bobinage double triphasé ou hexaphasé ou heptaphasé. Le bobinage mis en oeuvre ici est par exemple du type ondulé, c'est-à-dire dans lequel les segments de bobinage reçus dans une encoche se prolongent vers des encoches distantes (différentes des encoches immédiatement voisines de l'encoche concernée). 20 La figure 2 représente une vue de détail du stator de la figure 1 au niveau d'une encoche 6. Le corps 4 forme à cet endroit deux parois latérales 10, 11 qui définissent l'extension latérale de l'encoche, ainsi qu'une paroi de fond 12 qui s'étend donc essentiellement sur une circonférence du corps 4, à l'opposé de la 25 région débouchante de l'encoche 6. On remarque que, dans l'exemple représenté ici, les parois latérales 10, 11 ne sont pas strictement parallèles de sorte que la largeur de l'encoche au niveau de la paroi de fond 12 est supérieure à la largeur de l'encoche au niveau de sa région débouchante. 30 Des plots d'extrémité 14, 15 sont en outre prévus en prolongement des parois latérales 10, 11 et au niveau de la région débouchante de l'encoche 6 de manière à réduire encore la largeur en section de cette région débouchante. 2910195 6 On peut d'ailleurs remarquer que le corps 4 est recouvert de papier, sauf au niveau de l'extrémité libre des plots d'extrémité 14, 15, comme bien visible sur la figure 2. L'encoche 6 représentée à la figure 2 reçoit une pluralité de segments 5 conducteurs (ici neuf segments). Ces segments sont par exemple des fils de cuivre recouverts d'un isolant. Les fils utilisés ici sont de diamètre relativement conséquent (de manière générale supérieur à 1,5 mm) par rapport à la largeur de l'encoche afin de permettre la circulation d'une intensité électrique (et donc d'une puissance) 10 importante. On utilise ici par exemple des fils de 1,6 mm de diamètre (référencés B en figure 2) et des fils de 1,7 mm de diamètre (référencés A). Comme bien visible sur la figure 2, chacun des fils est formé à partir d'un fil de section circulaire (fil cylindrique) mais a été déformé de manière à présenter deux méplats parallèles. Les fils ont ainsi une largeur réduite (ici de 1,35 mm 15 environ, que le diamètre initial soit 1,6 mm ou 1,7 mm) qui correspond à la distance séparant les deux méplats. Ainsi, malgré la largeur relativement faible de l'encoche (en partie au moins inférieure strictement à trois fois le diamètre d'origine des fils dans le cas décrit ici), les fils 8 peuvent être bobinés dans l'encoche 6 avec leurs méplats 20 essentiellement parallèles aux parois latérales 10, 11 (c'est-à-dire essentiellement radiaux par rapport au corps 4) de sorte qu'une rangée de trois fils contient dans une largeur de l'encoche 6 (c'est-à-dire sur une même circonférence du corps 4). Comme bien visible sur la figure 2, les onze fils 8 reçus dans l'encoche 6 sont ainsi organisés sous forme de quatre rangées (dont trois rangées de trois fils). 25 Une telle disposition compacte des fils (ou segments conducteurs) 8 dans l'encoche 6 permet le positionnement d'une cale d'encoche 16 entre les plots d'extrémité 14, 15 et les fils conducteurs les plus proches de la région débouchante de l'encoche 6, malgré le diamètre relativement important des fils utilisés. Comme visible sur la figure 2, la cale 16 utilisée ici est une cale en U 30 dont les bras sont tournés vers les segments conducteurs de l'encoche et dont la base ferme la région débouchante. En variante, il pourrait s'agir d'une cale plate. L'utilisation d'une seule largeur réduite pour les segments (distance séparant les méplats), comme proposé dans le présent exemple, permet en outre 2910195 7 une simplification de l'outillage, notamment de formation et d'insertion des segments conducteurs. On a décrit ci-dessus l'utilisation de fils ayant des diamètres différents, mais on pourra utiliser un seul diamètre de fils. 5 Par ailleurs, que l'on utilise des fils de diamètre fixe ou ayant une pluralité de diamètres, on pourra prévoir d'utiliser des fils ayant des largeurs différentes après écrasement (c'est-à-dire des fils dont la distance séparant les méplats peuvent varier d'un fil à l'autre). On pourra ainsi par exemple utiliser des fils ayant une première largeur au niveau du fond de l'encoche et des fils ayant une 10 seconde largeur, inférieure à la première largeur, dans les régions plus proches de la région débouchante de manière à s'adapter à la largeur variable de l'encoche mentionnée ci-dessus. Les méplats formés sur les segments conducteurs 8 reçus dans les encoches 6 sont par exemple réalisés par déformation de fils à section circulaire 15 par passage entre deux cylindres 20 (voir figure 3). Par ailleurs, les méplats peuvent être formés sur toute la longueur des fils du bobinage. En variante, les méplats peuvent n'être formés que pour les parties de fils destinées à être reçues dans des encoches 6, et non par exemple pour les 20 parties de fils destinées à former les chignons (c'est-à-dire les parties de bobinage reliant les segments d'une encoche à ceux d'une autre encoche). Selon une autre variante encore, on peut prévoir également des méplats au niveau des chignons mais orientés à 90 des méplats prévus pour les segments conducteurs situés dans les encoches 6 (c'est-à-dire orientés essentiellement 25 parallèlement à la circonférence du corps 4). Ainsi, la formation de méplats radiaux au niveau des segments 8 situés dans les encoches 6 permet un meilleur rangement de ceux-ci au sein des encoches, tandis que la présence de méplats circonférentiels en dehors des encoches permet une bonne compacité des chignons qui relient les différentes encoches. 30 On prévoit pour la fabrication du stator présenté aux figures 1 et 2 de former le corps cylindrique 4 avant dépôt du bobinage. Le bobinage est constitué quant à lui de fils préformés au cours d'une étape antérieure (avant montage sur le corps 4), par exemple par passage entre deux cylindres comme déjà mentionné. 2910195 8 Le bobinage peut être déposé phase par phase, ou préparé puis déposé en une seule fois au sein des encoches (technique de mono-insertion). Les modes de réalisation qui viennent d'être décrits ne représentent que des exemples possibles pour la mise en oeuvre de l'invention. Notamment, bien que 5 la description ait été faite dans le cadre d'un stator d'alternateur, l'invention s'applique à d'autres types de pièces (par exemple un rotor) et de machine (par exemple machine asynchrone ou machine synchrone à aimant). REVENDICATIONS 1. Pièce d'une machine électrique tournante comprenant un bobinage enroulé sur un corps cylindrique (4) présentant des encoches longitudinales (6), caractérisée en ce qu'une encoche reçoit au moins des premier et second segments (8) du bobinage au niveau d'une circonférence du corps (4) et en ce que le premier segment présente, au moins au niveau de l'encoche, une section avec une partie arrondie et un méplat en regard du second segment. 2. Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que le méplat est radial par rapport au corps cylindrique. 3. Pièce selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie arrondie présente un diamètre supérieur à 1,5 mm. 4. Pièce selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'encoche (6) reçoit un troisième segment du bobinage présentant, au moins localement, un diamètre différent du diamètre de la partie arrondie. 20 5. Pièce selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chacun des segments (8) du bobinage reçus dans l'encoche (6) présente, au moins localement, un diamètre égal au diamètre de la partie arrondie. 6. Pièce selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la 25 section du premier segment (8) présente un second méplat essentiellement parallèle audit méplat. 7. Pièce selon la revendication 6, caractérisée en ce que chacun des segments (8) du bobinage reçus dans l'encoche (6) comporte deux méplats 30 essentiellement parallèles et distants d'une largeur égale à celle séparant le second méplat et ledit méplat. 8. Pièce selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'encoche reçoit un troisième segment du bobinage comportant deux méplats essentiellement 2910195 10 parallèles et distants d'une largeur différente de celle séparant le second méplat et ledit méplat. 9. Pièce selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que 5 l'encoche (6) reçoit en outre au moins un segment supplémentaire, différent du premier et du second segment, au niveau de ladite circonférence. 10. Pièce selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'encoche (6) reçoit au moins deux segments distincts chacun des premier et 10 second segments au niveau d'une seconde circonférence différente de ladite circonférence. 11. Pièce selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le premier segment (8) se prolonge en dehors de l'encoche (6) en un segment de 15 section circulaire. 12. Pièce selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le premier segment (8) se prolonge en dehors de l'encoche (6) en un segment comportant un méplat circonférentiel par rapport au corps cylindrique (4). 13. Pièce selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le premier segment (8) se prolonge à chacune de ses extrémités en dehors de l'encoche (6) vers de encoches distantes de la première encoche. 25 14. Pièce selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que l'encoche (6) reçoit une cale d'immobilisation (16) de segments du bobinage incluant le premier et le second segment. 15. Pièce d'une machine électrique tournante comprenant un bobinage 30 enroulé sur un corps cylindrique (4) présentant des encoches longitudinales (6), caractérisée en ce qu'une première encoche (6) reçoit un segment (8) du bobinage dont les extrémités se prolongent respectivement vers des secondes encoches distantes de la première encoche (6) et en ce que le segment (8) 2910195 11 présente, au moins au niveau de la première encoche, une section avec deux méplats séparés par deux parties arrondies. 16. Pièce d'une machine électrique tournante comprenant un bobinage 5 enroulé sur un corps cylindrique (4) présentant des encoches longitudinales (6), caractérisée en ce que le bobinage comprend un premier segment situé en dehors des encoches et présentant une section circulaire, et un second segment (8) situé dans une encoche et dont la section comporte un méplat. 10 17. Pièce d'une machine électrique tournante comprenant un bobinage enroulé sur un corps cylindrique (4) présentant des encoches longitudinales (6), caractérisée en ce qu'une encoche (6) reçoit au moins un premier et un second segments du bobinage au niveau d'une circonférence du corps, ainsi qu'une cale (16) destinée à immobiliser une pluralité de segments du bobinage 15 incluant le premier et le second segments, et en ce que le premier segment présente un méplat radial par rapport au corps et en regard du second segment. 18. Procédé de fabrication d'une pièce d'une machine électrique tournante comprenant un bobinage enroulé sur un corps cylindrique (4) présentant 20 des encoches longitudinales (6), caractérisé par les étapes suivantes : -déformation de la section circulaire d'une partie au moins d'un fil conducteur de manière à obtenir un méplat ; - dépôt de ladite partie (8) et d'un autre segment conducteur dans une encoche (6) de telle sorte que le méplat soit en regard de l'autre segment.25