Titre : Stator de machine électrique tournante

La présente invention revendique la priorité de la demande française 1902072 déposée le 28 février 2019 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

La présente invention concerne les machines électriques tournantes et plus particulièrement les stators de telles machines.

Domaine technique

L’invention porte plus particulièrement sur les machines synchrones ou asynchrones, à courant alternatif. Elle concerne notamment les machines de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques ( Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides ( Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que voitures individuelles, camionnettes, camions ou bus. L’invention s’applique également à des machines électriques tournantes pour des applications industrielles et/ou de production d’énergie, notamment navales ou éoliennes.

Technique antérieure

Dans les demandes de brevet US 2003/0214196 et US 2007/0018525, et dans le brevet US 7 348 705, les encoches sont semi-ouvertes, et logent des conducteurs électriques en U, les conducteurs électriques étant répartis entre deux ensembles de bobines indépendants sur quatre couches, deux couches par ensemble de bobines. Les conducteurs de deux ensembles de bobines différents ne sont pas reliés électriquement ensemble dans le stator. Les connexions entre les phases sont faites à l’extérieur du stator, dans une boite à bornes. Dans la demande US 2007/0018525, le stator a un nombre d’encoches par pôle et par phase fractionnaire.

Par ailleurs, dans les stators connus, la culasse du stator ménage des encoches totalement ouvertes ou semi-ouvertes en direction de l’entrefer, de manière à permettre l’introduction des conducteurs des bobinages. Généralement, les encoches semi-ouvertes reçoivent des conducteurs électriques de section transversale circulaire disposés en vrac, tandis que les encoches totalement ouvertes logent des conducteurs électriques de section transversale rectangulaire, disposés de manière rangée. La demande de brevet US 2010/001609 a pour objet un stator dans lequel les encoches sont fermées, et reçoivent des conducteurs électriques en U de section rectangulaire, qui sont connectés chacun à un conducteur de l’encoche adjacente, afin de former un bobinage série ondulé. Le bobinage n’est pas fractionnaire.

Dans la demande JP 2012 110077, des conducteurs électriques en U sont torsadés puis empilés les uns sur les autres.

Il existe un besoin pour bénéficier d’un stator de machine électrique tournante d’assemblage aisé permettant un remplissage efficace des encoches, tout en assurant des performances électromagnétiques satisfaisantes. Il existe également un besoin pour améliorer encore les stators de machines électriques et notamment diminuer les ondulations de couple et les pertes Joule AC par courants induits, les vibrations et le bruit électromagnétiques.

Exposé de l’invention

Stator

L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, grâce à un stator de machine électrique tournante, comportant une masse statorique comportant des encoches, des conducteurs électriques étant logés dans les encoches, au moins une partie des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, étant en forme d'épingle en U, comportant chacun des première et seconde jambes s’étendant axialement respectivement dans des première et seconde encoches, chaque conducteur électrique comportant plusieurs brins, les brins de la première jambe d’un conducteur électrique étant disposés dans la première encoche dans un ordre radialement inverse des brins de la seconde jambe du même conducteur électrique dans la seconde encoche.

L’utilisation de conducteurs électriques en forme d'épingle en U permet avantageusement d’obtenir un coefficient de remplissage des encoches élevé, et ainsi une réduction des pertes Joule à basse fréquence.

Par ailleurs, chaque conducteur électrique comportant plusieurs brins, on obtient une réduction des pertes par courants induit, ou pertes Joule AC, ce qui est particulièrement avantageux lorsque la vitesse de fonctionnement est élevée. Le transfert thermique vers la source froide en est également facilité.

L’inversion de l’ordre des brins de la première jambe dans la première encoche, par rapport à l’ordre des brins de la seconde jambe du même conducteur électrique dans la seconde encoche, également appelée « transposition », permet de minimiser les courants de circulation entre les brins d’un même conducteur électrique dans chacune des première et seconde encoche.

Les première et seconde encoches peuvent être non consécutives. On peut parler respectivement d’encoche aller et d’encoche retour.

Les première et seconde encoches peuvent être séparées par un nombre d’encoches compris entre 3 et 20, mieux entre 6 et 16, étant par exemple de 7 ou 8, ou 10 ou 11 encoches.

Dans un mode de réalisation, chaque encoche peut loger un seul conducteur électrique unique. Dans ce cas, les conducteurs électriques forment un bobinage entier, non fractionnaire.

En variante, chaque encoche peut loger au moins un premier et un deuxième conducteurs électriques, la première jambe du premier conducteur électrique étant disposée radialement dans la première encoche dans une première couche à une première position radiale, et la seconde jambe du même premier conducteur électrique étant disposée radialement dans la seconde encoche dans une deuxième couche à une deuxième position radiale différente de la première position radiale.

Dans un mode de réalisation, chaque encoche loge un premier et un deuxième conducteur électrique, sur deux couches. Dans ce cas, on peut avoir à la fois une inversion de l’ordre des brins d’un même conducteur électrique, et un changement de couche entre les première et seconde jambes du conducteur électrique.

Dans un mode de réalisation, chaque encoche peut loger deux couches de deux conducteurs électriques chacune, c’est-à-dire quatre conducteurs électriques répartis sur deux couches. Dans ce cas, on peut avoir à la fois une inversion de l’ordre des brins d’un même conducteur électrique, et un changement de couche entre les première et seconde jambes du conducteur électrique.

On peut également avoir une permutation de la position relative des deux conducteurs électriques de la même couche entre eux, entre les première et seconde encoches, ou au contraire une absence de changement de leur position relative.

Chaque encoche peut loger deux couches de deux conducteurs électriques chacune, les postions relatives des deux conducteurs électriques d’une même couche étant permutées entre les première et seconde encoches. Bobinage fractionnaire

Un bobinage est constitué d’un nombre de phases m décalées dans l’espace de telle façon que lorsqu’elles sont alimentées par un système de courant multi-phasés, elles produisent un champ tournant.

Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage unique, notamment entier ou fractionnaire. Par « bobinage unique », on entend que les conducteurs électriques sont reliés électriquement ensemble dans le stator, et que les connexions entre les phases sont faites dans le stator, et non pas à l’extérieur du stator, par exemple dans une boite à bornes.

Les conducteurs électriques peuvent former un bobinage distribué. Le bobinage n’est pas concentré ou bobiné sur dent.

Le bobinage est dans l’invention entier ou fractionnaire. Le bobinage peut être entier à pas avec ou sans raccourcissement, ou en variante fractionnaire. Dans un mode de réalisation, les conducteurs électriques forment un bobinage fractionnaire, notamment à pas raccourci.

Pour un bobinage fractionnaire, le nombre d’encoches par pôle et par phase est fractionnaire, c’est-à-dire que le rapport q défini par q= d{2pm) s’écrit sous la forme d’une fraction irréductible z/n, z et n étant deux nombres entiers non nuis, n étant différent de 1, où Ne est le nombre d’encoches du stator, m le nombre de phases du bobinage et p le nombre de paires de pôles du stator.

Le nombre d’encoches du stator peut être compris entre 18 et 96, mieux entre 30 et 84, étant par exemple de 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 81, 92, 96, mieux étant de 60 ou 63. Le nombre de pôles du stator peut être compris entre 2 et 24, voire entre 4 et 12, étant par exemple de 6 ou de 8.

La combinaison nombre d’encoches/nombre de pôles du stator peut être choisie parmi les combinaisons de la liste suivante, qui n’est pas limitative : 30/4, 42/4, 45/6, 63/6, 60/8, 84/8.

Dans un mode de réalisation, la combinaison nombre d’encoches/nombre de pôles du stator est 60/8. On a dans ce cas _< 7=60/(2*4*3)=5/2.

Dans un mode de réalisation, la combinaison nombre d’encoches/nombre de pairs de pôles du stator est 63/6 ou On a dans ce cas _< 7=63/(2*3*3)=7/2. Plus largement, la combinaison entre le nombre d’encoches Ne et le nombre de paires de pôles p du stator peut être l’une de celles cochées dans le tableau 1 suivant, pour un bobinage triphasé.

[Tableau 1]

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Tableau 1

Le nombre de phase est dans ce cas de trois, mais on ne sort pas du cadre de la présente invention si le nombre de phase est différent, étant par exemple de deux, la machine comportant alors un bobinage biphasé, ou étant par exemple de 5, 6 ou 9. De préférence, le0 bobinage est polyphasé.

On va maintenant expliciter les avantages d’un bobinage fractionnaire, éventuellement associé à des encoches fermées.

Les ondulations de couple et les efforts magnétiques qui dépendent du spectre de l’induction dans l’entrefer, constituent les sources principales du bruit d’origine5 électromagnétique. Ce bruit se manifeste d’une part par les ondulations de couple qui interagissent avec le système de transmission et d’autre part par les efforts magnétiques qui s’appliquent au stator de la machine qui peuvent, en fonction de leurs amplitudes et de leurs fréquences, exciter les modes propres de la machine, et donc la faire entrer en résonnance.

Les harmoniques de forces magnétiques et d’ondulation de couple qui sont à la0 source de ces phénomènes sont dus aux harmoniques spatiales d’encoches. Ces harmoniques proviennent de la variation de la perméance d’entrefer qui dépend de l’ouverture d’encoche et de la distribution discrète de la force magné tomotrice.

Dans le cas des machines à encoches ouvertes ou semi-ouvertes, le spectre de la perméance est riche en harmonique, ce qui augmente le taux d’harmonique des efforts magnétiques ; la culasse statorique peut alors être davantage le sujet de problèmes de résonance puisque sa rigidité est d’autant plus faible si l’ouverture d’encoche est plus grande.

Dans les machines à pas entier, afin de réduire les harmoniques du champ d’entrefer, on adopte souvent un nombre d’encoches par pôle et par phase relativement élevé, par exemple supérieur à 3, ainsi qu’un raccourcissement du pas d’ouverture des bobines. Afin de réduire les harmoniques d’encoches, qui sont dus à la distribution du bobinage, on peut procéder au vrillage du stator ou du rotor de la machine. Cependant, ce procédé ajoute une étape supplémentaire de fabrication.

On comprend que le bobinage fractionnaire permet de réduire le contenu harmonique de la force magnétomotrice dans l’entrefer, réduisant ainsi les ondulations de couple et les amplitudes des pressions magnétiques radiales et tangentielles.

Par exemple, une comparaison des taux d’harmoniques entre une machine 48 encoches 8 pôles à nombre d’encoches par pôles et par phase entier avec et sans raccourcissement et une machine 60 encoches 8 pôles à nombre d’encoches par pôle et par phase fractionnaire est illustré dans le tableau 2 ci-après, qui montre l’intérêt du pas fractionnaire.

[Tableau 2]

Tableau 2 : Taux d'harmonique en p.u entre un nombre q entier et fractionnaire

La mise en série des conducteurs électriques peut être faite en bobinage dit ondulé ou en bobinage dit imbriqué.

Par « bobinage ondulé », on entend un bobinage dans lequel les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle sont reliés électriquement l’un à l’autre de façon que, pour une voie d’enroulement, le courant électrique de la phase circule dans les conducteurs électriques en tournant autour de l’axe de rotation de la machine toujours dans un seul sens. Pour une voie d’enroulement, les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle ne se chevauchent pas lorsqu’ observés perpendiculairement à Taxe de rotation de la machine. Par « bobinage imbriqué », on entend un bobinage dans lequel les conducteurs électriques d’une même phase d’un même pôle sont reliés électriquement l’un à l’autre de façon que le courant électrique de la phase circule dans les conducteurs électriques en tournant autour de l’axe de rotation de la machine alternativement dans un sens puis dans l’autre. Pour une voie d’enroulement, les conducteurs électriques d’une même phase et d’un même pôle se chevauchent lorsqu’ observés perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine.

Le bobinage peut comporter une seule voie d’enroulement ou plusieurs voies d’enroulement. Dans un « conducteur électrique » circule le courant d’une même phase par voie d’enroulement. Par « voie d’enroulement », on entend l’ensemble des conducteurs électriques de la machine qui sont parcourus par un même courant électrique d’une même phase. Ces conducteurs électriques peuvent être connectés entre eux en série ou en parallèle ou en série-parallèle. Dans le cas où on a une seule voie, les conducteurs électriques sont connectés en série. Dans le cas où on a plusieurs voies, les conducteurs électriques de chaque voie sont connectés en série, et les voies sont connectés en parallèle.

Conducteurs électriques

Dans un « conducteur électrique » circule le courant d’une même phase d’une voie d’enroulement. Plusieurs conducteurs en série forment une « bobine » (« œil » en anglais). Le nombre de bobines par phase est au maximum égal au nombre de pôles du stator ou au nombre de paires de pôles.

Dans chaque encoche, il peut y avoir une ou plusieurs couches. Par « couche » (« layer » en anglais), on désigne les conducteurs en série appartenant à une même phase disposés dans une même encoche. Dans chaque couche d’une encoche, il y a les conducteurs électriques d’une même phase. De manière générale, les conducteurs électriques d’un stator peuvent être réparties en une couche ou en deux couches. Lorsque les conducteurs électriques sont repartis en une seule couche, chaque encoche ne loge que des conducteurs électriques d’une même phase.

Dans l’invention, les conducteurs électriques peuvent être répartis en deux couches seulement. Dans ce cas, une ou des encoches peuvent loger des conducteurs électriques de deux phases différentes. C’est toujours le cas pour un bobinage à pas raccourci. Dans un mode de réalisation, le bobinage peut ne pas comporter plus de deux couches. Dans un mode de réalisation, il est notamment dépourvu de quatre couches. Au moins un premier conducteur électrique logé dans une première encoche peut être relié électriquement à un deuxième conducteur électrique logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches.

Par « reliés électriquement », on entend tout type de liaison électrique, notamment par soudure, avec différentes méthodes de soudures possible, notamment laser, induction, friction, ultrasons, vibrations, ou brasure, ou par serrage mécanique, notamment par sertissage, vissage ou rivetage par exemple.

Les première et deuxième encoches sont de préférence non consécutives.

Les premier et deuxième conducteurs électriques peuvent être reliés électriquement à la sortie des première et deuxième encoches, c’est-à-dire que la liaison électrique est formée sur les conducteurs électriques juste après leur sortie des deux encoches, à une extrémité axiale de la masse statorique. La liaison électrique peut être faite dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la machine. Le plan de la liaison électrique peut être éloigné de la masse statorique de moins de 60 mm, mieux de moins de 40 mm, par exemple de 27 mm ou de 38 mm environ.

Une majorité des conducteurs électriques logés dans une première encoche peuvent être reliés électriquement chacun à un deuxième conducteur électrique respectif logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches. Au moins une encoche, mieux une majorité des encoches, voire plus de la moitié des encoches, mieux plus des deux-tiers des encoches, voire toutes les encoches, peuvent comporter des premiers conducteurs électriques chacun relié électriquement à un deuxième conducteur électrique respectif logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches.

Dans un mode de réalisation, tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre situées à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale, sont reliés électriquement ensemble.

Les premier et deuxième conducteurs électriques peuvent comporter chacun une portion oblique. Les portions obliques peuvent s’étendre dans une direction circonférentielle, autour de l’axe de rotation de la machine. Les deux portions obliques peuvent être configurées pour converger l’une vers l’autre et permettre ainsi de réaliser la liaison électrique.

Un conducteur électrique peut comporter deux portions obliques, une à chacune de ses deux extrémités. Les deux portions obliques d’un même conducteur électrique peuvent s’étendre dans des directions opposées. Elles peuvent diverger l’une par rapport à l’autre. Elles peuvent être symétriques l’une par rapport à l’autre.

Une majorité des conducteurs électriques peuvent comporter une ou des portions obliques telles que décrites ci-dessus.

Les conducteurs électriques peuvent être disposés dans les encoches de manière répartie. Par « répartie », il faut comprendre que les conducteurs électriques de départ et de retour sont logés chacun dans des encoches différentes et non consécutives. Au moins l’un des conducteurs électriques peut passer successivement dans deux encoches non consécutives.

Les conducteurs électriques peuvent être disposés de manière rangée dans les encoches. Par « rangée », on entend que les conducteurs électriques ne sont pas disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés selon une rangée de conducteurs électriques alignés dans la direction radiale.

Les conducteurs électriques peuvent être en section transversale de forme générale rectangulaire, notamment avec des arêtes arrondies. La dimension circonférentielle d’un conducteur électrique peut correspondre sensiblement à la largeur d’une encoche. Ainsi, une encoche peut ne comporter dans sa largeur qu’un seul conducteur électrique. La largeur de l’encoche est mesurée dans sa dimension circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine.

Les conducteurs électriques peuvent être adjacents les uns aux autres par leurs grands côtés, autrement appelé le plat.

L’optimisation de l’empilement peut permettre de disposer dans les encoches une plus grande quantité de conducteurs électriques et donc d’obtenir un stator de plus grande puissance, à volume constant.

Chaque encoche peut comporter deux à 36 conducteurs électriques, notamment deux à 24, mieux 2 à 12 conducteurs électriques. Chaque encoche peut comporter deux à huit conducteurs électriques, notamment deux à quatre conducteurs électriques, par exemple deux ou quatre conducteurs électriques. Dans une variante de réalisation chaque encoche comporte deux conducteurs électriques. Dans une autre variante de réalisation, chaque encoche comporte quatre conducteurs électriques.

Epingles Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, de U ou de I. L’épingle peut être en forme de U (« U-pin » en anglais) ou droite, étant en forme de I (« I-pin » en anglais).

Les conducteurs électriques en épingle et méplat permettent d’augmenter le coefficient de remplissage de l’encoche, rendant la machine plus compacte. Grâce à un coefficient de remplissage élevé, les échanges thermiques entre les conducteurs électriques et la masse statorique sont améliorés, ce qui permet de réduire la température des conducteurs électriques à l’intérieur des encoches.

En outre, la fabrication du stator peut être facilitée grâce aux conducteurs électriques en forme d'épingles. De plus, le bobinage avec des épingles peut être aisément modifiable en changeant uniquement les connexions entre les épingles au niveau des têtes de bobines. Enfin, les épingles ne nécessitant pas d’avoir des encoches ouvertes, on peut avoir des encoches fermées qui permettent de tenir les épingles et on peut donc ainsi supprimer l’étape d’insertion des cales du stator.

Des conducteurs électriques, voire une majorité des conducteurs électriques, s’étendent axialement dans les encoches. Les conducteurs électriques peuvent être introduits dans les encoches correspondantes par l’une ou les deux extrémités axiales de la machine.

Un conducteur électrique en forme de I a deux extrémités axiales chacune placées à l’une des extrémités axiales du stator. Il passe dans une encoche unique, et peut être soudé à chacune de ses extrémités axiales à deux autres conducteurs électriques, au niveau des extrémités axiales du stator. Le stator peut par exemple comporter six ou douze conducteurs électriques en forme de I, les autres conducteurs électriques pouvant tous être en forme de U.

Un conducteur électrique en forme de U a deux extrémités axiales toutes deux placées à l’une des extrémités axiales du stator. Il passe dans deux encoches différentes, et peut être soudé à chacune de ses extrémités axiales à deux autres conducteurs électriques, au niveau d’un même côté axial du stator. Le bas du U est disposé de l’autre côté axial du stator.

Brins

Dans l’invention, chaque conducteur électrique comporte plusieurs brins (« wire » ou « strand » en anglais). Par « brin », on entend l’unité la plus élémentaire pour la conduction électrique. Un brin peut être de section transversale ronde, on peut alors parler de‘fil’, ou en méplat. Les brins en méplat peuvent être mis en forme en épingles, par exemple en U ou en I. Chaque brin est revêtu d’un émail isolant.

Le fait que chaque encoche puisse comporter plusieurs conducteurs et/ou plusieurs brins permet de minimiser les pertes par courants induits, ou pertes Joule AC, lesquelles évoluent avec le carré de la fréquence d’alimentation, ce qui est particulièrement avantageux à haute fréquence et lorsque la vitesse de fonctionnement est élevée. On peut ainsi obtenir un meilleur rendement à haute vitesse.

La présence des encoches fermées peut permettre d’obtenir une réduction des flux de fuites vu par les conducteurs, ce qui entraîne une diminution des pertes par courants de Foucault dans les brins.

Dans un mode de réalisation, chaque conducteur électrique peut comporter plusieurs épingles, chacune formant un brin, comme explicité ci-dessus. Tous les brins d’un même conducteur électrique peuvent être reliés électriquement les uns aux autres à la sortie de l’encoche. Les brins reliés électriquement les uns aux autres sont placés en court-circuit. Le nombre de brins reliés électriquement ensemble peut être supérieur ou égal à 2, étant par exemple compris entre 2 et 12, étant par exemple de 3, 4, 6 ou 8 brins.

Plusieurs brins peuvent former un même conducteur électrique. Un même courant électrique d’une même phase circule dans l’ensemble des brins d’un même conducteur électrique. Tous les brins d’un même conducteur électrique peuvent être reliés électriquement les uns aux autres, notamment à la sortie de l’encoche. Tous les brins d’un même conducteur électrique peuvent être reliés électriquement les uns aux autres à chacune de leurs deux extrémités axiales, notamment à la sortie de l’encoche. Ils peuvent être reliées électriquement en parallèle.

Tous les brins de tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre situées à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale, peuvent être reliés électriquement les uns aux autres.

Dans un autre mode de réalisation, chaque conducteur électrique comporte trois brins.

Dans le cas où une encoche comporte deux conducteurs électriques, une encoche peut donc loger six brins, par exemple, répartis entre les deux conducteurs électriques. En variante, une encoche comporte quatre conducteurs électriques. Chaque conducteur électrique peut comporter deux brins. L’encoche loge alors huit brins, répartis entre les quatre conducteurs électriques.

Les brins d’un même conducteur électrique peuvent être en contact deux à deux sur toute leur longueur. Ils peuvent notamment être en contact au niveau des têtes de bobines. En outre, ils peuvent notamment être en contact au niveau des extrémités de soudure. Ils peuvent être accolés. Dans un mode de réalisation, les brins peuvent être soudés par paire de trois brins. Une telle configuration permet une bonne optimisation de l’espace disponible dans et autour du stator. On gagne notamment en compacité au niveau de la hauteur des chignons. En outre, on peut réduire les risques de court-circuit entre les conducteurs électriques.

Les brins peuvent être positionnés dans l’encoche de façon que leur dimension circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine soit supérieure à leur dimension radiale. Une telle configuration permet une réduction des pertes par courants de Foucault dans les brins.

Un brin peut avoir une largeur comprise entre 1 et 5 mmm, étant par exemple de l’ordre de 2,5 ou 3 mm. La largeur d’un brin est définie comme sa dimension dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine.

Un brin peut avoir une hauteur comprise entre 1 et 4 mmm, étant par exemple de l’ordre de 1 ,6 ou 1 ,8 mm. La hauteur d’un brin est définie comme son épaisseur dans la dimension radiale.

Un ratio de la largeur d’un brin sur sa hauteur peut être compris entre 1 et 2,5, mieux entre 1,2 et 2, voire entre 1,4 et 1,8, étant par exemple de 1,56 ou de 1,66. Un tel ratio permet une réduction des pertes par courants de Foucault dans les brins.

Les conducteurs électriques peuvent être réalisés en cuivre ou aluminium.

Isolants

Les conducteurs électriques sont isolés électriquement de l’extérieur par un revêtement isolant, notamment un émail. Les conducteurs électriques peuvent être séparés des parois de l’encoche par un isolant, notamment par au moins une feuille d’isolant. Un tel isolant en feuille permet une meilleure isolation des conducteurs électriques par rapport à la masse statorique. L’utilisation d’encoches fermées peut permettre d’améliorer le maintien des isolants autour des conducteurs électriques dans les encoches. Encoches partiellement fermées ou entièrement fermées

Les encoches peuvent être au moins partiellement fermée. Une encoche partiellement fermée permet de ménager une ouverture au niveau de l’entrefer, qui peut servir par exemple à la mise en place des conducteurs électriques pour le remplissage de l’encoche. Une encoche partiellement fermée est notamment ménagée entre deux dents qui comportent chacune des épanouissements polaires au niveau de leur extrémité libre, lesquels viennent fermer l’encoche au moins en partie.

En variante, les encoches peuvent être entièrement fermée. Par « encoche entièrement fermée », on désigne des encoches qui ne sont pas ouvertes radialement vers l’entrefer.

Les encoches peuvent être fermées du côté de l’entrefer par une frette magnétique. La frette peut être rapportée sur les dents du côté de l’entrefer. La frette magnétique peut avoir de préférence la même perméabilité magnétique que le stator. Elle peut notamment être réalisée dans le même matériau que la masse statorique. Elle peut être de forme générale annulaire et disposée dans l’entrefer. Elle forme des ponts de matière entre les dents, qui ferment les encoches du côté de l’entrefer. Ces ponts de matière ne sont pas d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. Cette frette magnétique peut notamment être en une seule pièce sur toute la circonférence du stator. Elle peut être formée d’un empilement de tôles laminées.

La frette magnétique peut présenter au moins un rétrécissement localisé formé par au moins une rainure. La frette peut notamment comporter au moins une rainure par pont de matière fermant une encoche, lesdites rainures pouvant être disposées devant chacune des encoches.

Lorsque l’on utilise une frette, il est alors possible d’utiliser des conducteurs électriques à fil rond.

En variante, le stator est dépourvu d’une frette rapportée servant à la fermeture des encoches. Chacune des encoches peut être de contour continûment fermé.

Dans un mode de réalisation, au moins une encoche, voire chaque encoche, peut être continûment fermée du côté de l’entrefer par un pont de matière venu d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. Toutes les encoches peuvent être fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière fermant les encoches. Les ponts de matière peuvent être venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. La masse statorique est alors dépourvue de découpe entre les dents et les ponts de matière fermant les encoches, et les encoches sont alors continûment fermées du côté de l’entrefer par les ponts de matière venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche.

En outre, les encoches peuvent également être fermées du côté opposé à l’entrefer par une culasse rapportée ou d’un seul tenant avec les dents. Les encoches ne sont alors pas ouvertes radialement vers l’extérieur. La masse statorique peut être dépourvue de découpe entre les dents et la culasse.

Dans un mode de réalisation, chacune des encoches est de contour continûment fermé. Par « continûment fermé », on entend que les encoches présentent un contour fermé continu lorsqu’elles sont observées en section transversale, prise perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine. On peut faire le tour complet de l’encoche sans rencontrer de découpe dans la masse statorique.

La présence des encoches fermées permet d’améliorer les performances de la machine électrique en termes de qualité du champ magnétique dans l’entrefer, en minimisant le contenu harmonique et les pertes par courants de Foucault dans les conducteurs électriques, et les flux de fuite dans les encoches, ainsi que les fluctuations du champ magnétique dans l’entrefer et réchauffement de la machine. Les encoches fermées permettent d’avoir un entrefer cylindrique fermé, de réduire les flux de fuite dans les encoches, ce qui permet de diminuer les pertes AC dans le bobinage statorique. L’autonomie de la batterie en est donc rallongée grâce au rendement de la machine augmenté en raison de la diminution des pertes AC.

En outre, la présence de ces encoches fermées permet d’améliorer la rigidité mécanique du stator, en renforçant mécaniquement le stator et en réduisant les vibrations. On peut notamment obtenir un éloignement des fréquences de résonnance du mode de déformation correspondant à 2p, p étant le nombre de paires de pôles du stator. La réduction des vibrations peut contribuer à rendre le fonctionnement de la machine plus silencieux, ce qui peut être particulièrement avantageux lorsque le stator est destiné à être associé à un système de boite de vitesse.

Par ailleurs, le fait de fermer l’encoche peut permettre de réduire la capacité parasite entre les bobinages du stator et le rotor, ce qui réduit les courants de fuite et peut permettre d’éviter d’avoir à utiliser des bagues ou balais de drainage des courants d’arbre. La masse statorique peut être réalisée par empilement de tôles magnétiques, les encoches étant venues par découpage des tôles. La masse statorique peut également être réalisée par taillage dans une masse de poudre magnétique frittée ou agglomérée. La fermeture des encoches du côté de l’entrefer est obtenue par des ponts de matière venus d’un seul tenant avec le reste des tôles ou du bloc formant la masse statorique.

Le stator selon l’invention est dépourvu de cales magnétiques rapportées de fermeture des encoches. On élimine ainsi le risque de détachement accidentel de ces cales.

Ponts de matière

La masse statorique peut comporter des dents ménagées entre les encoches, qui sont reliées entre elles du côté de l’entrefer par des ponts de matière. Ainsi, chaque encoche est fermée du côté de l’entrefer par un pont de matière reliant entre elles deux dents consécutives de la masse statorique. Les ponts de matière relient chacun deux dents adjacentes à leur base du côté de l'entrefer et définissent le fond de l’encoche entre ces dents du côté de l’entrefer.

Les ponts de matière sont d’un seul tenant avec les dents adjacentes.

Les deux dents consécutives sont reliées du côté opposé par une culasse. La culasse peut être réalisée d’un seul tenant avec les dents. Le stator peut ainsi être dépourvu de culasse rapportée sur une couronne dentelée.

Comme mentionné ci-dessus, l’absence d’ouverture des encoches vers l’entrefer permet d’éviter de produire des perturbations électromagnétiques, notamment une augmentation de l’entrefer « magnétique » en raison des franges de flux, des pertes fer plus élevées à la surface du rotor pour la même raison, ou encore des couples pulsatoires, et des forces radiales, et les pertes Joule AC. Les performances électromagnétiques de la machine en sont améliorées.

Les ponts de matière peuvent être réalisés de façon à être saturés magnétiquement durant le fonctionnement de la machine. On limite ainsi le passage du flux d’une encoche à l’autre sans pour autant empêcher le passage du flux du rotor vers le stator.

Les ponts de matière sont de préférence indéformables. Ceci accroît la rigidité du stator et améliore la durée de vie de la machine électrique.

La plus petite largeur des ponts de matière est par exemple comprise entre 0,2 et 0,5 mm. Elle peut être de l’ordre de 0,35 mm par exemple. La largeur du pont de matière peut être du même ordre de grandeur que l’épaisseur de la tôle.

Par exemple, la masse statorique se présente sous forme de tôle empilées, présentant des dents reliées entre elles à leur base du côté de l'entrefer par des ponts de matière.

Les ponts de matière sont venus d’un seul tenant avec les dents.

Rainures

Les ponts de matière peuvent présenter chacun au moins un rétrécissement localisé formé par au moins une rainure. Pour obtenir la saturation, on peut diminuer localement la section du pont de matière disponible pour le passage du flux, par exemple en prévoyant une rainure.

De préférence, les rainures sont ouvertes vers les encoches.

Le fond des encoches du côté du pont de matière présente au moins une surface d’appui, mieux au moins deux surfaces d’appui, orientée transversalement et le fond de la rainure est en retrait par rapport à cette ou ces surfaces. La ou les surfaces d’appui peuvent être orientées obliquement par rapport à l’axe radial de l’encoche correspondante ou orientées perpendiculairement à cet axe. La rainure forme une rupture de pente par rapport à la ou aux surfaces d’appui. Les conducteurs électriques, de préférence de section sensiblement rectangulaire, insérés dans l’encoche correspondante sont, de préférence, en appui contre les surfaces d’appui et en retrait par rapport au fond de la rainure. De préférence, les conducteurs électriques sont sans contact avec la rainure. La ou les surfaces d’appui sont préférentiellement planes. Le fond de l’encoche peut être plat, à l’exception de la rainure. Ceci permet un bon remplissage des encoches par les conducteurs électriques dans le cas de conducteurs électriques de section transversale rectangulaire, en permettant aux bobines de prendre appui à plat dans le fond des encoches.

La rainure dans le fond de l’encoche forme, de préférence, un jeu entre le pont de matière et le conducteur électrique correspondant.

Le pont de matière peut comporter au moins deux rainures telles que décrites précédemment, par exemple deux rainures par encoche.

La ou les rainures peuvent être centrées par rapport à la ou aux encoches, ou au contraire être décalées par rapport à un plan de symétrie de la ou des encoches. De préférence, la ou les rainures sont chacune de profil courbe en section dans un plan perpendiculaire à l’axe du stator, notamment de section sensiblement semi- circulaire. Le fond de la rainure peut être en forme d’arc de cercle, ou de toute autre forme appropriée, par exemple semi-elliptique ou ondulée.

La surface interne du stator est, de préférence, cylindrique de révolution.

Encoches

Au moins une encoche, mieux toutes les encoches, peuvent être en section transversale de forme générale rectangulaire.

Au moins une encoche, mieux toutes les encoches, peuvent comporter des bords radiaux ayant une nervure, notamment chacun une nervure. La nervure peut permettre d’améliorer le maintien des conducteurs électriques dans les encoches. En outre, la nervure peut permettre de minimiser les pertes Joule AC.

La nervure peut s’étendre parallèlement à l’axe de rotation de la machine.

La nervure peut être placé dans une partie centrale des bords radiaux, par exemple à mi-chemin entre le fond de l’encoche et le pont de matière la fermant. En variante, au moins une encoche, mieux toutes les encoches, peuvent comporter des bords radiaux ayant chacun plusieurs nervures, par exemple deux ou trois. Cela peut notamment être utile dans le cas où l’encoche est destinée à recevoir trois, quatre, six ou huit conducteurs électriques. L’encoche peut comporter une nervure entre chacune des couches de conducteurs électriques.

Dans une variante de réalisation les bords radiaux sont rectilignes, étant dépourvus de nervure.

Au moins une encoche peut être à bords radiaux opposés parallèles entre eux, mieux toutes les encoches sont à bords radiaux parallèles entre eux. La largeur d’une encoche est, de préférence, sensiblement constante sur toute sa hauteur. On a ainsi un meilleur taux de remplissage des encoches.

En variante, les bords radiaux des encoches ne sont pas parallèles entre eux.

Au moins une encoche, mieux toutes les encoches, peuvent avoir un fond rectiligne, en forme d’arc de cercle ou autre. Le fond de l’encoche est le fond de celle-ci situé du côté de la culasse, opposé au pont de matière et à l’entrefer.

Au moins une encoche, mieux toutes les encoches, peuvent avoir un ratio de la longueur de l’encoche par rapport à sa largeur compris entre 2 et 6, mieux entre 3 et 4. La largeur d’une encoche correspond à sa dimension dans la direction circonférentielle mesurée autour de l’axe de rotation de la machine, et sa longueur à sa dimension dans la direction radiale.

Le stator peut comporter un capteur pour mesure la température des conducteurs électriques, le capteur étant disposé dans l’encoche, par exemple un thermocouple. Ce capteur peut être logé au moins en partie dans la rainure du pont de matière fermant l’encoche. Le capteur est par exemple logé dans un espace entre le conducteur le plus proche du pont de matière et le pont de matière.

Au moins une dent, mieux toutes les dents, peuvent être en section transversale de forme générale trapézoïdale. Au moins une dent, mieux toutes les dents, peuvent avoir des bords divergents lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine.

La masse statorique peut être réalisée par empilement de tôles. Les dents sont reliées entre elles par des ponts de matière, et du côté opposé par une culasse. Les encoches fermées peuvent être réalisées entièrement par découpage dans les tôles. Chaque tôle de l’empilement de tôles peut être monobloc.

Chaque tôle est par exemple découpée dans une feuille d’acier magnétique ou contenant de l’acier magnétique, par exemple de l’acier de 0,1 à 1,5 mm d’épaisseur. Les tôles peuvent être revêtues d’un vernis isolant électrique sur leurs faces opposées avant leur assemblage au sein de l’empilement. L’isolation électrique peut encore être obtenue par un traitement thermique des tôles, le cas échéant.

En variante, la masse statorique peut être fabriquée à partir d’une poudre magnétique compactée ou agglomérée.

Machine et rotor

L’invention a encore pour objet une machine électrique tournante, tel qu’un moteur synchrone ou une génératrice synchrone, comportant un stator tel que défini précédemment. La machine peut être synchrone ou asynchrone. La machine peut être à réluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone.

La vitesse maximale de rotation de la machine peut être élevée, étant par exemple supérieure à 10 000 tr/min, mieux supérieure à 12 000 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 14 000 tr/min à 15 000 tr/min, voire même de 20 000 tr/min ou de 25 000 tr/min. La vitesse maximale de rotation de la machine peut être inférieure à 100 000 tr/min, voire à 60 000 tr/min, voire encore inférieure à 40 000 tr/min, mieux inférieure à 30 000 tr/min. La machine électrique tournante peut comporter un rotor. Le rotor peut être à aimants permanents, avec des aimants surfaciques ou enterrés. Le rotor peut être à concentration de flux. Il peut comporter une ou plusieurs couches d’aimants disposées en I, en U ou en Y. En variante, il peut s’agir d’un rotor bobiné ou à cage d’écureuil, ou d’un rotor à réluctance variable.

Le diamètre du rotor peut être inférieur à 400 mm, mieux inférieur à 300 mm, et supérieur à 50 mm, mieux supérieur à 70 mm, étant par exemple compris entre 100 et 200 mm.

Le rotor peut comporter une masse rotorique s’étendant selon l’axe de rotation et disposée autour d’un arbre. L’arbre peut comporter des moyens de transmission de couple pour l’entraînement en rotation de la masse rotorique.

Le rotor peut être monté en porte à faux ou non.

La machine peut être insérée seule dans un carter ou insérée dans un carter de boite de vitesse. Dans ce cas, elle est insérée dans un carter qui loge également une boite de vitesse.

Procédé de fabrication

L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un stator de machine électrique tournante, notamment d’un stator tel que défini plus haut, dans lequel on dispose des conducteurs électriques dans les encoches d’une masse statorique du stator en les introduisant dans les encoches correspondantes par l’une ou les deux extrémités axiales du stator.

Au moins un conducteur électrique, voir une majorité des conducteurs électriques, introduit dans les encoches, sont en forme d'épingle en U. Ils peuvent être mis en forme préalablement à leur introduction dans les encoches. Tous les conducteurs électriques en forme d'épingle en U peuvent être mis en forme, simultanément ou successivement, puis introduit dans la masse statorique simultanément ou successivement.

La mise en forme peut comporter une première étape d’assemblage des brins d’un même conducteur électrique.

La mise en forme peut comporter une deuxième étape de torsadage de la seconde jambe du conducteur électrique par rapport à la première jambe, d’un angle de 180°, afin de permettre d’ obtenu que les brins de la première jambe du conducteur électrique soient disposés dans la première encoche dans un ordre radialement inverse des brins de la seconde jambe du même conducteur électrique dans la seconde encoche, après introduction du conducteur électrique dans les première et seconde encoches.

On peut disposer un même conducteur électrique en forme de U dans deux encoches différentes non consécutives de la masse statorique du stator. Dans le cas où un conducteur électrique est en forme de U, il peut être soudé à deux autres conducteurs électriques d’un même côté de la machine.

On peut relier entre eux deux conducteurs électriques en forme de I préalablement introduits dans deux encoches différentes non consécutives de la masse statorique du stator. Dans le cas où un conducteur électrique est en forme de I, il peut être soudé à deux autres conducteurs électriques des deux côtés opposés de la machine.

Dans l’invention, on peut relier électriquement ensemble tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre situées à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale.

Brève description des dessins

L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de réalisation non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :

[Fig 1] La figure 1 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’un stator réalisé conformément à l’invention.

[Fig 2] La figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, du stator de la figure 1.

[Fig 3] La figure 3 une vue de détail, en perspective, du stator de la figure 1.

[Fig 4] La figure 4 représente en coupe transversale, de manière schématique et partielle, le stator selon l’invention.

[Fig 5] La figure 5 représente en coupe transversale, de manière schématique et partielle, la masse statorique du stator selon l’invention.

[Fig 6] La figure 6 illustre la variation du champ radial d’entrefer, en Tesla, en fonction de la position angulaire en °.

[Fig 7] La figure 7 est une vue en perspective d’un conducteur électrique.

[Fig 8] La figure 8 est une autre vue en perspective du conducteur électrique de la figure 7. [Fig 9] La figure 9 est une vue en perspective, schématique et partielle, du stator comportant le conducteur électrique des figures 7 et 8.

[Fig 10] La figure 10 est une vue en perspective d’un conducteur électrique.

[Fig 11] La figure 11 est une autre vue en perspective du conducteur électrique de la figure 10.

[Fig 12] La figure 12 est une vue en perspective, schématique et partielle, du stator comportant le conducteur électrique des figures 10 et 11.

[Fig 13] La figure 13 est une vue en perspective, schématique et partielle, du stator comportant des conducteurs électriques des figures 10 et 11.

[Fig 14] La figure 14 représente en coupe transversale, de manière schématique et partielle, du stator de la figure 13.

[Fig 15] La figure 15 représente en coupe transversale, de manière schématique et partielle, une variante de réalisation.

[Fig 16] La figure 16 représente en coupe transversale, de manière schématique et partielle, une autre variante de réalisation.

[Fig 17] La figure 17 est une vue analogue à la figure 7 d’une variante de réalisation.

Description détaillée

On a illustré aux figures 1 à 5 un stator 2 d’une machine électrique tournante 1 comportant également un rotor non représenté. Le stator permet de générer un champ magnétique tournant d’entraînement du rotor en rotation, dans le cadre d’un moteur synchrone, et dans le cas d’un alternateur, la rotation du rotor induit une force électromotrice dans les conducteurs électriques du stator.

Les exemples illustrés ci-dessous sont schématiques et les dimensions relatives des différents éléments constitutifs n’ont pas été nécessairement respectées.

Le stator 2 comporte des conducteurs électriques 22, lesquels sont disposés dans des encoches 21 ménagées entre des dents 23 d’une masse statorique 25. Les encoches 21 sont fermées.

Les encoches 21 sont fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière 27, reliant chacun deux dents consécutives de la masse statorique 25, et du côté opposé par une culasse 29. Cette dernière et les dents 23 sont d’un seul tenant. La culasse 29 peut être parcourue le cas échéant par des nervures longitudinales de section semi-circulaires destinées à loger des conduits de circulation d’un liquide de refroidissement.

Les encoches 21 sont, dans les exemples décrits et comme visible sur la figure 5, à bords radiaux 33 parallèles entre eux, et sont en section dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la machine de forme sensiblement rectangulaire.

Le fond 35 des encoches 21 est de forme sensiblement complémentaire de celle des conducteurs électriques 22, à l’exception d’une rainure 40, comme on peut le voir sur la figure 5.

Le fond 35 des encoches 21 est relié aux bords radiaux 33 par des arrondis 38. La rainure 40 de chaque encoche 21 est centrée sur le fond de l’encoche 35 et s’étend le long de l’axe de rotation de la machine. Dans une variante de réalisation non illustrée, la rainure n’est pas centrée, ou le fond 35 comporte plusieurs rainures.

Les rainures 40 présentent, en section dans un plan perpendiculaire à l’axe, une forme arrondie, notamment sensiblement semi-circulaire. Elles présentent une profondeur p comprise entre 0,3 mm et 0,6 mm, par exemple égale à 0,5 mm.

La présence des rainures 40 conduit à un rétrécissement localisé des ponts de matière 27. Un tel rétrécissement permet une saturation magnétique de la tôle pour un moindre flux magnétique le long du pont 27, ce qui limite le passage du flux magnétique.

La plus petite largeur / des ponts de matière 27 est de préférence comprise entre 0,2 mm et 0,5 mm, par exemple égale à 0,35 mm.

Les conducteurs électriques 22 sont pour la plupart d’entre eux en forme d'épingles, à savoir de U ou de I, et s’étendant axialement dans les encoches. Un premier conducteur électrique logé dans une première encoche est relié électriquement à un deuxième conducteur électrique logé dans une deuxième encoche, à la sortie desdites encoches.

Les première et deuxième encoches sont non consécutives. Dans l’exemple illustré, elles sont séparées par 7 autres encoches. En variante, les première et deuxième encoche sont séparées par 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 ou 11 autres encoches, par exemple.

On voit en particulier sur la figure 3 les surfaces d’extrémité 22a des premier et deuxième conducteurs électriques destinées à recevoir la liaison électrique. La liaison électrique est faite dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la machine. Le plan de la liaison électrique peut être éloigné de la masse statorique de moins de 40 mm, notamment de 27 mm environ.

La liaison électrique est formée sur les conducteurs électriques juste après leur sortie des deux encoches, à une extrémité axiale de la masse statorique. Les deux conducteurs comportent chacun une portion oblique 22b, qui convergent l’une vers l’autre.

Les conducteurs électriques sont disposés dans les encoches de manière répartie, et ils forment un bobinage distribué, qui est dans l’exemple décrit fractionnaire. Dans cet exemple, le nombre d’encoches est de 63. Le nombre de pôles du stator est de 6. Ainsi, la combinaison nombre d’encoches/nombre de pôles du stator est de 63/6.

Les conducteurs électriques forment un bobinage fractionnaire, pour lequel le rapport q défini par q= d(2pm) s’écrit sous la forme d’une fraction irréductible z/n, z et n étant deux nombres entiers non nuis, n étant différent de 1, où Ne est le nombre d’encoches du stator, m le nombre de phases du bobinage et p le nombre de paires de pôles du stator. On voit notamment sur la figure 4 isolément une bobine d'une phase dans le cas d'un bobinage fractionnaire triphasé. On a alors q=63/(3 ^x 6)=7/2 pour cette machine à 63 encoches et 6 pôles. Une bobine est formée par les conducteurs électriques aller d’une même phase passant dans des encoches adjacentes, et par les conducteurs électriques retours d’une même phase passant dans des encoches adjacentes.

Les conducteurs électriques 22 sont disposés de manière rangée dans les encoches 21, selon une rangée de conducteurs électriques alignés.

Les conducteurs électriques peuvent être en section transversale de forme générale rectangulaire, notamment avec des coins arrondis. Ils sont dans l’exemple décrit superposés radialement en une seule rangée. La dimension circonférentielle d’un conducteur électrique correspond sensiblement à la largeur d’une encoche. Ainsi, l’encoche ne comporte dans sa largeur qu’un seul conducteur électrique. Elle peut comporter plusieurs conducteurs électriques dans sa dimension radiale. Elle en comporte deux dans l’exemple décrit.

Les conducteurs électriques 22 sont en cuivre ou aluminium, ou tout autre matériau conducteur émaillé ou revêtu de tout autre revêtement isolant adapté.

On a illustré à la figure 6 la variation du champ radial d’entrefer dû à la réaction d’induit seule, en Tesla, en fonction de la position angulaire en °. La courbe A illustre cette variation pour un stator à encoches fermées conformément à l’invention, et est présentée en comparaison avec la courbe B qui illustre cette variation pour un stator à encoches semi- ouvertes, avec une ouverture de 2 mm. On voit que le champ radial d’entrefer obtenu avec un stator conforme à l’invention (courbe A) est moins riche en harmonique.

Dans l’exemple qui vient d’être décrit, une encoche comporte deux conducteurs électriques de phases différentes, et chaque conducteur électrique comporte plusieurs épingles, chacune formant un brin 32 au sein d’une encoche. Ainsi, chaque conducteur électrique comporte trois brins 32. Tous les brins 32 d’un même conducteur électrique 22 sont reliés électriquement les uns aux autres à la sortie de l’encoche, et à chacune de leurs deux extrémités axiales 22a.

Chaque conducteur électrique 22 est entouré d’une feuille d’isolant non visible sur les figures, permettant d’isoler les conducteurs électriques des parois 33 et 36 de l’encoche et les conducteurs électriques 22 de phases différentes entre eux au sein d’une encoche.

Le bobinage de la machine illustrée aux figures 1 à 5 comporte des conducteurs électriques de trois types différents, à savoir des connecteur électrique en I, des connecteurs électriques dit « de ceinture », comportant une portion s’étendant dans un plan perpendiculaire à l’axe de d rotation de la machine. Enfin, on a des conducteurs électriques en U. un exemple d’un tel conducteur électrique en U est illustré aux figures 7 et 8.

Le conducteur électrique 22 comporte une première jambe 22e et une seconde jambe 22 f, chacune destinée à s’étendre axialement dans une encoche, à savoir respectivement dans une première encoche A dite encoche aller et dans une seconde encoche R dite encoche retour, comme illustré sur la figure 9 et à la figure 14.

Chaque conducteur électrique comportant trois brins, les brins 32 de la première jambe 22e du conducteur électrique 22 sont disposés dans la première encoche aller A dans un ordre radialement inverse des brins 32 de la seconde jambe 22f du même conducteur électrique 22 dans la seconde encoche retour R, comme illustré à la figure 14. Les brins 32 du premier conducteur électrique 22 sont numérotés de 1 à 3, et les brins des deuxièmes conducteurs électriques présents dans les encoches A et R sont numérotés de 4 à 6. Le fil noté 1 est situé en haut de l’encoche aller et situé en bas de l’encoche retour.

Par ailleurs, chaque encoche logeant dans l’exemple décrit un premier et un deuxième conducteurs électriques 22, la première jambe 22e du premier conducteur électrique est disposée radialement dans la première encoche aller A dans une première couche à une première position radiale, et la seconde jambe 22f du même premier conducteur électrique 22 est disposée radialement dans la seconde encoche retour R dans une deuxième couche à une deuxième position radiale différente de la première position radiale. Les conducteurs qui sont dans la couche supérieure dans l’encoche aller, reviennent dans la couche inférieure dans l’encoche retour.

On a ainsi à la fois une inversion de l’ordre des brins d’un même conducteur électrique, et un changement de couche entre les première et seconde jambes du conducteur électrique.

La transposition concerne uniquement les épingles en forme de U. Les conducteurs électriques en U peuvent avoir des longueurs différentes en fonction du pas de bobinage, correspondant au nombre d’encoches situés entre l’encoche aller et retour. Il peut y avoir des conducteurs électriques en U standard, ainsi que des conducteurs électriques en U raccourcis, et d’autres allongés. La forme des épingles est la même indépendamment de leur longueur.

Dans l’exemple illustré, la portion en U 22d du conducteur électrique en U 22 est courbée afin de permettre la transposition des brins et le changement de couche. La courbure peut être choisie afin de permettre la mise en place de tous les conducteurs électriques dans la masse statorique. La courbure peut s’étendre progressivement sur toute la portion des conducteurs électriques en dehors des encoches, comme illustré aux figures 7 et 8.

En variante, la courbure peut être plus serrée. A titre d’exemple, on a illustré aux figures 10 à 13 un exemple de réalisation dans lequel les conducteurs électriques en U ont une courbure resserrée dans une portion centrale, la courbure s’étendant dans un plan radial contenant l’axe de rotation de la machine, et perpendiculaire à un plan dans lequel s’étendent les portions adjacentes non courbées du conducteur électrique.

Ainsi, dans le mode de réalisation des figures 1 à 9, le pliage est fait de façon progressive, tandis que dans le mode de réalisation des figures 10 à 13, il est entièrement dans un même plan.

Il est à noter qu’afin de permettre l’introduction des conducteurs électriques en U dans l’encoche, il existe un rapport à respecter entre les dimensions des brins et le rayon de pliage. Le rayon de pliage doit être supérieur soit à la largeur du fil soit à la hauteur du brin, en fonction de la direction de pliage. Dans les exemples qui viennent d’être décrits, on a deux conducteurs par encoche.

En variante, chaque encoche peut loger un seul conducteur électrique unique. Dans ce cas, les conducteurs électriques forment un bobinage entier, non fractionnaire. Dans l’exemple de réalisation de la figure 15, on a un seul conducteur par encoche avec trois brins par conducteur, et avec une seule couche. On voit que pour ces deux cas présentés aux figures 14 et 15, la permutation des brins est complète : il existe une inversion de position de tous les brins entre l’encoche aller et l’encoche retour.

En variante encore, chaque encoche peut loger deux couches de deux conducteurs électriques chacune, c’est-à-dire quatre conducteurs électriques répartis sur deux couches. Dans ce cas, on peut avoir à la fois une inversion de l’ordre des brins d’un même conducteur électrique, et un changement de couche entre les première et seconde jambes du conducteur électrique.

Dans l’exemple de réalisation illustré à la figure 16, on a un bobinage avec deux couches et quatre conducteurs par encoche, et deux brins dans chaque conducteur.

Dans ce cas, il y a deux configurations possibles pour la seconde encoche retour

R.

Dans un premier cas, on a dans la seconde encoche retour RI une transposition des brins du conducteur et une permutation de la position relative des conducteurs entre eux. On a ainsi une permutation de la position relative des deux conducteurs électriques de la même couche entre eux, entre les première et seconde encoches.

Dans une variante, on peut au contraire avoir une absence de changement de leur position relative. Dans ce cas, on a dans la seconde encoche retour R2 une transposition des brins du conducteur sans changement de la position relative des conducteurs entre eux.

Dans tous les exemples qui précédent, le bobinage illustré est ondulé. Dans ce cas, les premier et deuxième conducteurs électriques comportent chacun une portion oblique 22b, lesquelles s’étendent dans une direction circonférentielle, autour de l’axe de rotation de la machine, en convergeant l’une vers l’autre.

Bien entendu, on ne sort pas du cadre de la présente invention si le bobinage n’est pas ondulé mais imbriqué par exemple. Dans ce cas, les premier et deuxième conducteurs électriques comportent chacun une portion oblique 22b, lesquelles s’étendent dans une direction circonférentielle, autour de l’axe de rotation de la machine, en divergeant l’une de l’autre, comme illustré sur la figure 17. Les extrémités peuvent se croiser pour le bobinage imbriqué, ce qui n’est pas le cas pour le bobinage ondulé.

La masse statorique 25 est formée d’un paquet de tôles magnétiques empilées selon l’axe de rotation, les tôles étant par exemple identiques et superposées exactement. Elles peuvent être maintenues entre elles par clipsage, par collage, par des rivets, par des tirants, des soudures et/ou toute autre technique. Les tôles magnétiques sont de préférence en acier magnétique. Les dents 23 de la masse statorique 25 peuvent présenter des reliefs complémentaires en surface permettant de clipser les différentes tôles composant la masse statorique 25 entre elles.

Le stator peut être obtenu au moyen d’un procédé de fabrication dans lequel on insère les conducteurs électriques 22 dans les encoches 21 par l’une ou les deux extrémités axiales du stator, par coulissement dans les encoches 21 selon un axe parallèle à l’axe longitudinal.

Dans l’invention, on relie électriquement ensemble tous les conducteurs électriques ayant leur extrémité libre située à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale.

Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits, et le rotor associé au stator décrit peut être bobiné, à cage d’écureuil ou à aimants permanents, ou encore à réluctance variable.

L’expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de

« comprenant au moins un ».