EP3698454A1 - Machine électrique toroïdale polyphasée - Google Patents

Machine électrique toroïdale polyphasée

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EP3698454A1
EP3698454A1 EP18803743.6A EP18803743A EP3698454A1 EP 3698454 A1 EP3698454 A1 EP 3698454A1 EP 18803743 A EP18803743 A EP 18803743A EP 3698454 A1 EP3698454 A1 EP 3698454A1
Authority
EP
European Patent Office
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coils
strip
wire
stator assembly
stator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18803743.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gaël ANDRIEUX
Arnaud HYPPIAS
Laurent HERBEIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moving Magnet Technologie SA
Original Assignee
Moving Magnet Technologie SA
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02K2203/06—Machines characterised by the wiring leads, i.e. conducting wires for connecting the winding terminations

Definitions

  • the invention relates to the field of polyphase electrical machines and more particularly to an advantageous embodiment of machines called toroidal winding, or circumferential winding, that is to say machines in which the winding axes follow the direction circumferential stators of said machines.
  • the invention also relates to a method of producing a toroidal type electrical machine, allowing significant gains in terms of number of parts and performance.
  • the present invention aims to overcome the disadvantages of the state of the art by proposing a simplified embodiment and more economically viable.
  • the invention aims to reduce the number of parts used to produce a toroidal electric machine.
  • the invention provides an electric machine having a rotor comprising a set of permanent magnets and a stator comprising a stator strip of a soft ferromagnetic material, said strip carrying a coil body carrying a plurality of coils of wires so as to form a toroidal polyphase coiled stator assembly.
  • the strip advantageously has a single discontinuity and periodically exhibits at least one partial cut between two consecutive wire coils in order to obtain a polygonal shape of said strip within said plurality of wire coils.
  • the machine has: a rotor with two radial rows of permanent magnets located on either side, radially, of the coiled stator assembly,
  • a rotor with a third row of magnets situated radially at the same level of the coiled stator assembly and above axially of said coiled stator assembly
  • the invention relates to a three-phase machine.
  • the set of wire coils is wound with a continuous wire to make a connection between said three phases, and the electrical assembly of the three phases is achieved by local cuts of the son.
  • the polyphase coiled stator assembly is in a star or parallel arrangement with, for each phase, assemblies in series or parallel of several coils of wires.
  • the invention also proposes a method of winding a stator assembly for an electric toroidal winding machine, comprising a sequence of steps that consist of:
  • said machine is a three-phase machine and said linearly arranged coils are wound with a continuous wire and said continuous wire also carries the connection between said phases, and said continuous wire is then cut locally to achieve the electrical assembly of the three phases.
  • the polyphase coiled stator assembly may be in a star or parallel arrangement with, for each phase, assemblies in series or parallel of several coils.
  • FIGS. 1a, 1b and 1c respectively, an isolated view of a stator unwound from a machine according to the invention before insertion of the coil body, an isolated view of a linear matrix of strips and an isolated view a matrix of superimposed bands,
  • FIGS. 2a, 2b and 2c isolated views of a cut of a stator strip unrolled from a machine according to the invention before insertion of the bobbin body
  • FIGS. 3a and 3b are isolated views of an unwound coil body intended for a machine according to the invention and according to two different embodiments, - Figure 4 an isolated view of a coil body according to Figure 3a on which are wound electrical son,
  • FIGS. 5a and 5b are isolated views of a coil body intended for a machine according to the invention, showing respectively an example of coil wire passage and flexible bridges of the coil body,
  • FIG. 6 a view of a coil body according to the invention illustrating the winding of a particular machine
  • FIGS. 7a and 7b insulated views of the respectively wound and unwinded coil body of FIG. 4, in which is inserted the unwrapped stator of FIG. 1 respectively after or before the winding of the body,
  • FIGS. 8a to 8d isolated views of examples of closure of the stator assembly
  • FIGS. 9a and 9b axial views of a machine according to the invention in two different embodiments
  • FIGS. 10a, 10b and 10c are isolated sectional views of examples of machines according to the invention with different use of magnets
  • FIGS. 11a, 11b, 11c, 11d and 1b are sectional views of examples of machines according to the invention with different use of magnets,
  • FIGS. 12a, 12b and 12c views of a particular embodiment of the magnets of a machine according to the invention
  • FIG. 13 an isolated view of a magnetized ring of a machine according to the invention according to a particular embodiment
  • FIGS. 14a, 14b and 14c various views of an embodiment of an axial flow machine according to the invention
  • FIG. 15 an exploded isolated view of an embodiment of a machine with two independent electrical networks
  • FIG. 16 an alternative embodiment of a coil body according to the invention
  • FIGS. 17a, 17b and 17c views of a first embodiment integrating ferromagnetic poles
  • FIG 1a shows a strip (1) stator unwound from an electric machine according to the invention.
  • This stator band (1) is generally in the form of a plate of soft ferromagnetic material, several of these strips being superposable in order to obtain a strip which forms the core of the stator.
  • This stator band (1) comprises regularly spaced cuts (2) whose shape can be variable but allow the contact of the lateral flanks (3a, 3b), better visible in FIGS. 2a to 2c, during the winding of the stator band (1), while these flanks (3a, 3b) are disjoint in this unwound form.
  • the shape of the cutoff (2) and the flanks (3a, 3b) is not limiting and FIGS.
  • the angle formed by the cutoff (12) will preferably be close to 30 ° in order to allow contact of the flanks (3a, 3b).
  • the angle formed by the cutoff (12) will preferably be close to 40 °.
  • the stator strip (1) can be made from a linear continuous strip matrix (15) as shown in FIG. 1c, or from an array of superposed stripes (16) as shown in FIG. 1 b, without these examples being limiting in their possible achievements.
  • FIG. 3a A second part of the object of the invention is appreciated in Figures 3a and 3b, showing a coil body (4) of an electric machine according to the invention and according to two different embodiments.
  • This coil body (4) is in the form of a linear strip before mounting the stator and made of an electrically insulating material, preferably of the plastic type.
  • the bobbin body (4) can optionally be loaded with ferromagnetic particles to improve the magnetic performance of the machine.
  • the coil body (4) has a a multitude of reception zones (5), the number of which is preferably equal to the number of cuts (2) of the stator band (1) minus one unit.
  • the coil body (4) also has a succession of pins
  • the coil body (4) further has a longitudinal opening (9) therethrough.
  • FIG. 3b A second example of a coil body (4) is given in FIG. 3b.
  • This coil body (4) does not have a pin (6) but only IDC cavities
  • FIG. 16 A third example of a coil body (4) is given in FIG. 16. This coil body (4) has forks (20) for welding the wires when this solution is preferred.
  • Figure 4 shows the coil body (4) after winding a wire (8) conductor (typically copper, silver or aluminum). The winding method and the advantages of the coil body (4) are explained in FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 5a shows, for example, in an isolated view of a few reception zones (5) of the coil body (4), the theoretical path of a wire (8) around the pins (6) in the where the coil body (4) comprises such pins (6) in a clockwise (CW) or counterclockwise (CCW) direction relative to the longitudinal opening (9).
  • the pins (6) serve to guide the wire (8) during the winding and ensure that it remains on the average fiber, that is to say in the plane cutting longitudinally the coil body (4) and passing through the IDC cavities (7) during winding.
  • FIG. 5b illustrates the bridges (21) flexible between the receiving areas (5) of the coil body (4) and which ensure the continuous connection of the latter.
  • These bridges (21) also give the degree of freedom to the body of coils (4) allowing it to deform during the shaping of the stator assembly (10).
  • these bridges (21) are two in number between each receiving zone (5), and are situated on the lower part and the upper part of the body (5) on either side of the stator band (1) (not shown here) and symmetrically on the depth of the body (4).
  • This embodiment of the bridges (21) is non-limiting and the shape, position and number of bridges (21) can be modified without departing from the scope of the invention.
  • FIG. 6 shows that it is possible with the concept of the present invention to wind the entire coil body (4) with a single wire (8) in a single continuous operation.
  • the three reel body strings (4) of this figure 6 represent one and the same reel body (4), but shown in three wire winding steps (8) for better understanding.
  • a stator carrying 12 coils in an operation whose wiring is called "triangle-series-parallel", that is to say having 4 coils per phase and whose coils of a phase are in series one by one and in parallel two by two
  • This winding "triangle-series-parallel" is given as an example and is in no way limiting. It is thus possible to achieve different wiring in accordance with the invention, although this wiring is preferably considered for its simplicity of implementation.
  • the coil body (4) receives in its longitudinal opening (9) the superimposed unrolled stator strips (1) which are thus inserted into the coil body (4) in the direction given by the arrow thick in Figure 7a. It is also notable that it is possible, again according to the invention, to provide for the mounting of the stator strip (1) in the coil body (4) before the winding thereof, as illustrated in FIG. 7b.
  • FIGS. 8a to 8d the joint is made by a weld (17)
  • FIG. 8b the joint is made by the coil body (4)
  • FIG. 8c the joint is made by an insert (18) at the body of coil (4)
  • FIG. 8d the joint is formed by against-forms (19) at the level of the strip (1) of the stator.
  • a dovetail principle can also be envisaged (not shown) at the stator strip (1).
  • the joining and closing of the stator assembly can be achieved by overmoulding into an injectable material.
  • Figures 9a and 9b show an electric machine according to the invention in two different embodiments, for example, once The stator strip (1) inserted into the coil body (4) and the stator assembly (10) wound so that the flanks (3a, 3b) are joined.
  • the stator strip (1) has a polygonal shape within said plurality of wire coils.
  • the machine according to the example of Figure 9a is a three-phase machine having 9 coils and two rotors (1 1a, 1 1b) formed by multipole magnet rings (13a, 13b) alternating polarities North and South - here 5 pairs of poles for each rotor- and ferromagnetic yokes (12a, 12b).
  • the rotors (1 1 a, 1 1 b) are located respectively radially outside and inside, of the stator assembly (10), and are advantageously integral with each other.
  • the machine comprises 12 coils and 4 pairs of poles per rotor (1 1 a, 1 1 b).
  • the shape of the multipole magnet rings (13a, 13b) may be variable and in particular have radial extensions (14), as shown in FIGS. 10a to 10c, in order to increase the active surface area of the magnets (13a, 13b) opposite the wound wire (8).
  • the bobbin body (4) is not illustrated to simplify understanding.
  • the invention allows to use an inner magnet (13b) and outer (13a), as shown in Figure 1 1a, but also to use in addition an axial magnet (13c) located axially relative to the assembly stator (10), as shown in Figures 1 1 b, or to use a radial magnet and an axial magnet, as shown in Figure 1 1 c.
  • the magnets (13a, 13b and 13c) are integral with each other. According to the invention, it is possible to use only one inner magnet (13b) as shown in FIG. 11d or a single external magnet (13a) as shown in FIG.
  • the various magnetic rings used for a machine according to the invention can be rigid rings or be made in the form of a flexible strip (19), illustrated in FIG. 12a, cut to form a magnet (13d), and magnetized to make a magnetic strand illustrated in Figure 12b, then shaped and positioned inside the ferromagnetic yoke (12a) as shown in Figure 12c.
  • the magnetization of the magnets of a machine according to the invention can be carried out radially unidirectionally as shown in Figures 9a, 9b and 9c or be performed in a sinusoidal evolution of the magnetization angle as presented in Figure 13 - Thick arrows showing the local magnetization direction in the magnet.
  • FIGS 14a to 14c are illustrations of an embodiment of the invention of an axial flow machine.
  • the stator strip (1) consists of a plurality of ferromagnetic sheets stacked according to the width of the strip (1) and the magnets (13f, 13g) are located, after assembly of the stator assembly (10), of part and of other of the latter, axially.
  • FIG. 15 illustrates the concept of this particular embodiment with two different stator sets (10a, 10b) which are made separately in the same way as previously presented and then assembled together, for example, the techniques presented in FIGS. 8a to 8d.
  • Figures 17a and 17b show the body of coils (4) respectively with and without the conductive son wound (8) for a machine stator having 6 pole pieces and 6 son coils (8).
  • These bodies (4) have inserted pole pieces (23) whose geometry is given as an example in FIG. 17c.
  • each pole piece is in the form of portions of stacked sheets. It can also be envisaged that these polar pieces are massive. In the spirit of the invention, these pole pieces (23) are inserted mechanically before or after the winding of son (8) in the coil body (4).
  • FIG. 18a shows a second example where pole pieces (23) are reported in the coil body (4) for a machine having here 12 pole pieces (23) and 12 son coils (8).
  • FIG. 18b is a longitudinal sectional view of FIG. 18a, in which the two breaks (2), in particular, are separated between the coils of wires (8) in order to allow the winding of the stator assembly to realize a rotating machine.

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Abstract

L'invention concerne une machine électrique présentant un rotor (11a, 11b, 11c) comprenant un ensemble d'aimants permanents (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g) et un stator comprenant une bande (1) de stator en une matière ferromagnétique douce, ladite bande (1) portant un corps de bobine (4) présentant une seule discontinuité, ledit corps de bobine (4) portant une pluralité de bobines de fils (8) de manière à former un ensemble statorique (10) bobiné polyphasé de type toroïdal, caractérisée en ce que ladite bande (1) présente une seule discontinuité et présente périodiquement au moins une coupure (2) partielles entre deux bobines de fils (8) consécutives.

Description

MACHINE ELECTRIQUE TOROÏDALE POLYPHASEE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] L'invention se rapporte au domaine des machines électriques polyphasées et plus particulièrement à une réalisation avantageuse de machines dites à bobinage toroïdal, ou bobinage circonférentiel, c'est-à-dire des machines dans lesquelles les axes de bobinage suivent la direction circonférentielle des stators desdites machines.
[0002] L'invention se rapporte également à un procédé de réalisation d'une machine électrique de type toroïdal, permettant des gains importants en termes de nombre de pièces et de performances.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0003]On connaît déjà dans l'état de la technique des machines électriques de type toroïdal comme par exemple décrites dans les documents US9470238 et EP1324472.
[0004] Ces dispositifs présentent cependant des stators segmentés, c'est-à-dire réalisés en plusieurs parties distinctes sur lesquelles sont positionnés, unitairement, des ensembles bobinés, lesdits ensembles étant par la suite assemblés entre eux. Cette construction, bien que permettant une réalisation viable techniquement, implique cependant un nombre important d'étapes de fabrication et de manipulations qui rend la viabilité industrielle et économique bien difficile.
[0005]On connaît aussi par ailleurs le document JP1980173254, plus ancien, qui décrit la réalisation d'un moteur à bobinage toroïdal. Dans les réalisations illustrées, des bobinages discrets sont insérés un par un sur une bande enroulée de matière, formant le stator ferromagnétique de la machine.
[0006]Cette réalisation se révèle aussi peu intéressante industriellement par le nombre important de pièces, en l'occurrence d'ensemble bobinés à réaliser et à positionner précisément sur le stator. La forme enroulée du stator n'aide, de plus, pas à la mise en œuvre. [0007]On connaît plus récemment le document US7145280 qui présente une réalisation améliorée d'une machine toroïdale en partant d'un noyau ferromagnétique sous forme d'une bande sur laquelle sont positionnés de manière discrète les bobinages.
[0008]Cette réalisation améliore les réalisations précédentes mais pose toujours un problème en termes de nombre de pièces discrètes à manipuler et n'explique pas comment le noyau doit être enroulé une fois le montage des bobines réalisé. Il parait difficilement concevable d'enrouler un matériau massif épais, de sorte qu'uniquement de faibles sections de noyaux sont réalistes, ce qui implique une réalisation de machines à faibles performances.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0009] La présente invention vise à pallier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant une réalisation simplifiée et plus viable économiquement. Notamment, l'invention vise à réduire le nombre de pièces mises en œuvre pour réaliser une machine électrique toroïdale.
[0010] Il est aussi dans le but de l'invention que de permettre un enroulement simplifiée du stator de la machine par le jeu d'une géométrie particulière.
[0011] Il est aussi dans le but de l'invention que de proposer un procédé de réalisation simplifiant les techniques mises en œuvre dans l'état de l'art.
[0012] Plus particulièrement, l'invention propose une machine électrique présentant un rotor comprenant un ensemble d'aimants permanents et un stator comprenant une bande de stator en une matière ferromagnétique douce, ladite bande portant un corps de bobine portant une pluralité de bobines de fils de manière à former un ensemble statorique bobiné polyphasé de type toroïdal. La bande présente avantageusement une seule discontinuité et présente périodiquement au moins une coupure partielle entre deux bobines de fils consécutives afin d'obtenir une forme polygonale de ladite bande à l'intérieur de ladite pluralité de bobines de fils.
[0013] Dans des modes de réalisation différents, la machine présente : -un rotor avec deux rangées radiales d'aimants permanents situées de part et d'autre, radialement, de l'ensemble statorique bobiné,
-un rotor avec une troisième rangée d'aimants située radialement au même niveau de l'ensemble statorique bobiné et au-dessus, axialement dudit ensemble statorique bobiné,
-une couronne avec une jointure soudée assurant la fermeture circonférentielle de ladite couronne.
[0014] Alternativement, sont insérées dans le corps de bobine, entre les bobines de fils consécutives, des pièces polaires et le nombre de coupures partielles de la bande est de deux.
[0015] Dans des modes de réalisations particuliers, l'invention concerne d'une machine triphasée. L'ensemble de bobines de fils est enroulé avec un fil continu afin de réaliser une connexion entre lesdites trois phases, et le montage électrique des trois phases est réalisé par des coupures locales du fils. L'ensemble statorique bobiné polyphasé est selon un montage étoile ou parallèle avec pour chaque phase, des montages en série ou parallèle de plusieurs bobines de fils.
[0016] L'invention propose aussi un procédé d'enroulement d'un ensemble statorique pour une machine électrique à bobinage toroïdal, comprenant une séquence d'étapes qui consistent à :
-former une bande continue linéaire en une matière ferromagnétique présentant périodiquement des coupures partielles formant, pour chaque coupure, deux flancs disjoints,
-former un corps de bobine continu linéaire présentant un ensemble de zones d'accueil,
-former un ensemble de bobines agencées selon un arrangement linéaire de bobines adjacentes se logeant dans lesdites zones d'accueil, lesdites bobines à agencement linéaire étant enroulées avec un fil continu ou un ensemble continu de fils parallèles pour chaque phase, -plier l'arrangement linéaire de l'ensemble statorique formé par ladite bande continue linéaire en une matière ferromagnétique, par ledit corps de bobine continu linéaire et par ledit ensemble de bobines afin de constituer un tore, dans lequel les bobines alignées le long d'une circonférence forment un enroulement toroïdal de machine électrique et pour lequel lesdits flancs disjoints sont mis en contact, et dans lequel ladite bande présente une forme polygonale à l'intérieur de l'ensemble de bobines de fils .
[0017] Préférentiellement, pour ce procédé, ladite machine est une machine triphasée et lesdites bobines à agencement linéaire sont enroulées avec un fil continu et ledit fil continu réalise aussi la connexion entre lesdites phases, et ledit fil continu est ensuite coupé localement pour réaliser le montage électrique des trois phases.
[0018] L'ensemble statorique bobiné polyphasé peut être selon un montage étoile ou parallèle avec pour chaque phase, des montages en série ou parallèle de plusieurs bobines.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture qui suit d'exemples de réalisation détaillés, en référence aux figures annexées qui représentent respectivement :
- les figures 1 a, 1 b et 1 c, respectivement une vue isolée d'un stator déroulé d'une machine suivant l'invention avant insertion du corps de bobine, une vue isolée d'une matrice linéaire de bandes et une vue isolée d'une matrice de bandes superposées,
- les figures 2a, 2b et 2c, des vues isolées d'une coupure d'une bande de stator déroulée d'une machine suivant l'invention avant insertion du corps de bobine,
- les figures 3a et 3b des vues isolées d'un corps de bobine déroulé destiné à une machine suivant l'invention et selon deux modes de réalisations différents, - la figure 4 une vue isolée d'un corps de bobine selon la figure 3a sur lequel sont enroulés des fils électriques,
- les figures 5a et 5b, des vues isolées d'un corps de bobine destiné à une machine selon l'invention montrant respectivement un exemple de passage de fil de bobine et les ponts flexibles du corps de bobine,
- la figure 6, une vue d'un corps de bobine selon l'invention illustrant le bobinage d'une machine particulière,
- les figures 7a et 7b, des vues isolées du corps de bobine respectivement bobiné et non bobiné, de la figure 4 dans lequel est inséré le stator déroulé de la figure 1 respectivement après ou avant le bobinage du corps,
- les figures 8a à 8d, des vues isolées d'exemples de fermeture de l'ensemble statorique,
- les figures 9a et 9b, des vues axiales d'une machine selon l'invention dans deux modes de réalisation différents,
- les figures 10a, 10b et 10c, des vues en coupe isolées d'exemples de machines selon l'invention avec différentes utilisation d'aimants,
- les figures 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d et 1 1 e des vues en coupe d'exemples de machines selon l'invention avec différentes utilisation d'aimants,
- les figures 12a, 12b et 12c, des vues d'un mode de réalisation particulier de réalisation des aimants d'une machine selon l'invention,
- la figure 13, une vue isolée d'une bague aimantée d'une machine selon l'invention selon un mode de réalisation particulier,
- les figures 14a, 14b et 14c, différentes vues d'un mode de réalisation d'une machine à flux axial selon l'invention,
- la figure 15, une vue isolée éclatée d'un mode de réalisation d'une machine à deux réseaux électriques indépendants,
- la figure 16, un mode de réalisation alternatif d'un corps de bobine selon l'invention,
- les figures 17a, 17b et 17c, des vues d'un premier mode de réalisation intégrant des pôles ferromagnétiques,
- les figures 18a et 18b, des vues d'un deuxième mode de réalisation intégrant des pôles ferromagnétiques. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION
[0020] Une première partie de l'objet de l'invention s'apprécie sur la figure 1 a, qui montre une bande (1 ) de stator déroulée d'une machine électrique selon l'invention. Cette bande (1 ) de stator est généralement sous la forme d'une tôle de matière ferromagnétique douce, plusieurs de ces bandes pouvant être superposées afin d'obtenir un bandeau qui forme le noyau du stator. Cette bande (1 ) de stator comprend des coupures (2) à intervalle régulier dont la forme peut être variable mais permettre le contact des flancs latéraux (3a, 3b), mieux visibles en figures 2a à 2c, lors de l'enroulement de la bande (1 ) de stator, alors que ces flancs (3a, 3b) sont disjoints sous cette forme déroulée. La forme de la coupure (2) et des flancs (3a, 3b) n'est pas limitative et les figures 2a à 2c ne montrent que quelques exemples de réalisation. Dans l'exemple des figures 2a et 2b, pour un stator destiné à présenter 12 bobines, l'angle formé par la coupure (12) sera préférentiellement voisine de 30° afin de permettre un contact des flancs (3a, 3b). Dans l'exemple de la figure 2c, pour un stator destiné à présenter 9 bobines, l'angle formé par la coupure (12) sera préférentiellement voisin de 40°. Afin de faciliter la déformation élastique il peut être envisagé de réaliser un enlèvement de matière (22) locale au- dessus de la coupure (12) comme représenté, en guise d'exemple, sur la figure 2b.
[0021] La bande (1 ) de stator peut être réalisée à partir d'une matrice de bandes continue linéaire (15) comme montrée en figure 1 c, ou à partir d'une matrice de bandes superposées (16) comme montrée en figure 1 b, sans que ces exemples ne soient limitatifs dans leurs possibles réalisations.
[0022] Une deuxième partie de l'objet de l'invention s'apprécie sur les figures 3a et 3b, montrant un corps de bobine (4) d'une machine électrique selon l'invention et selon deux modes de réalisation différents. Ce corps de bobine (4) est sous la forme d'une bande linéaire avant le montage du stator et réalisé en un matériau isolant électriquement, préférentiellement de type plastique. Le corps de bobine (4) peut éventuellement être chargé avec des particules ferromagnétiques afin d'améliorer les performances magnétiques de la machine. Le corps de bobine (4) présente une multitude de zones d'accueil (5), dont le nombre est préférentiellement égal au nombre de coupures (2) de la bande (1 ) de stator moins une unité. Dans le premier mode en figure 3a, le corps de bobine (4) présente aussi une succession de pions
(6) destinés à permettre le guidage d'un fil de bobinage, non montré ici, et de cavités dites IDC (7) - pour insulation displacement contact en anglais - destinées à recevoir des lames de connexion (non montrée) de type à déplacement d'isolant. Le placement et le nombre de ces pions (6) et cavités (7) peuvent varier selon le type de connexion - série, parallèle, étoile, triangle - et sont donnés ici à titre d'exemple pour une machine à 12 bobines connectées en triangle série. Le corps de bobine (4) présente par ailleurs une ouverture longitudinale (9) traversant.
[0023] Un deuxième exemple de corps de bobine (4) est donné en figure 3b. Ce corps de bobine (4) ne présente pas de pion (6) mais seulement des cavités IDC
(7) qui permettent aussi le guidage des fils.
[0024] Un troisième exemple de corps de bobine (4) est donné en figure 16. Ce corps de bobine (4) présente des fourches (20) pour la soudure des fils lorsque cette solution est préférée.
[0025] La figure 4 montre le corps de bobine (4) après bobinage d'un fil (8) conducteur (typiquement en cuivre, argent ou aluminium). Le procédé de bobinage et les avantages du corps de bobine (4) sont explicités en figures 5 et 6.
[0026] La figure 5a montre par exemple, dans une vue isolée de quelques zones d'accueil (5) du corps de bobine (4), le trajet théorique d'un fil (8) autour des pions (6) -dans le cas où le corps de bobine (4) comprend de tels pions (6), dans un sens horaire (CW) ou antihoraire (CCW) relativement à l'ouverture longitudinale (9). Les pions (6) servent à guider le fil (8) pendant le bobinage et assurer qu'il reste sur la fibre moyenne, c'est-à-dire dans le plan coupant longitudinalement le corps de bobine (4) et passant par les cavités IDC (7), lors du bobinage.
[0027] La figure 5b illustre les ponts (21 ) flexibles situés entre les zones d'accueil (5) du corps de bobine (4) et qui permettent d'assurer la liaison continue de ce dernier. Ces ponts (21 ) donnent aussi le degré de liberté au corps de bobines (4) permettant à celui-ci de se déformer lors de la mise en forme de l'ensemble statorique (10). Dans l'exemple ici illustré, ces ponts (21 ) sont au nombre de deux entre chaque zone d'accueil (5), et sont situés sur la partie inférieure et la partie supérieure du corps (5) de part et d'autre de la bande (1 ) de stator (non montrée ici) et symétriquement sur la profondeur du corps (4). Cette réalisation des ponts (21 ) est non limitative et la forme, la position et le nombre de ponts (21 ) peuvent être modifiés sans sortir du cadre de l'invention.
[0028] La figure 6 montre qu'il est possible, avec le concept de la présente invention, de bobiner l'ensemble du corps de bobine (4) avec un seul fil (8) en une seule opération continue. Les trois chapelets de corps de bobine (4) de cette figure 6 représentent un même et seul corps de bobine (4), mais représenté en trois étapes de bobinage du fil (8) pour une meilleure compréhension. Ainsi pour le bobinage d'un stator portant 12 bobines en une opération dont le câblage est dit « triangle- série-parallèle », c'est-à-dire présentant 4 bobines par phase et dont les bobines d'une phase sont en série une à une et en parallèle deux à deux, il est possible de faire circuler un seul fil (8) comme représenté et de couper ledit fil (8) en deux endroits, les ciseaux représentant schématiquement les endroits de coupe nécessaires. Ce bobinage « triangle-série-parallèle » n'est donné qu'à titre d'exemple et n'est nullement limitatif. Il est ainsi possible de réaliser différents câblage en respectant l'invention, bien que ce câblage soit préférentiellement considéré pour sa simplicité de réalisation.
[0029] Une fois bobiné, le corps de bobine (4) reçoit dans son ouverture longitudinale (9) les bandes (1 ) de stator déroulées superposées qui sont donc insérées dans le corps de bobine (4) suivant la direction donnée par la flèche épaisse sur la figure 7a. Il est aussi notable qu'il est possible, toujours selon l'invention, de prévoir le montage de la bande (1 ) de stator dans le corps de bobine (4) avant le bobinage de celui-ci, comme illustré en figure 7b.
[0030] Une fois le corps de bobine (4) bobiné et la bande (1 ) de stator insérée - avant ou après bobinage- l'ensemble statorique (10) ainsi formé est mis en forme circulaire en pliant ce dernier au niveau des coupures (2). La fermeture de l'ensemble statorique (10) est alors réalisée selon différents modes comme illustrés en figures 8a à 8d. En figure 8a, la jointure est réalisée par une soudure (17), en figure 8b la jointure est réalisée par le corps de bobine (4), en figure 8c, la jointure est réalisée par une pièce rapportée (18) au niveau du corps de bobine (4) et en figure 8d, la jointure est réalisée par des contre-formes (19) au niveau de la bande (1 ) de stator. Un principe de queue d'aronde peut aussi être envisagé (non représenté) au niveau de la bande (1 ) de stator. De même, la jointure et la fermeture de l'ensemble statorique peut être réalisé par un surmoulage en une matière injectable.
[0031] Les figures 9a et 9b montrent une machine électrique selon l'invention dans deux modes de réalisation différents, à titre d'exemple, une fois La bande de stator (1 ) insérée dans le corps de bobine (4) et l'ensemble statorique (10) enroulé de manière à ce que les flancs (3a, 3b) soient jointifs. La bande de stator (1 ) présente une forme polygonale à l'intérieur de ladite pluralité de bobines de fils. La machine selon l'exemple de la figure 9a est une machine triphasée présentant 9 bobines et deux rotors (1 1 a, 1 1 b) formés par des bagues d'aimant multipolaires (13a, 13b) alternant des polarités Nord et Sud - ici 5 paires de pôles pour chaque rotor- et par des culasses ferromagnétiques (12a, 12b). Les rotors (1 1 a, 1 1 b) sont situés respectivement à l'extérieur et l'intérieur, radialement considérés, de l'ensemble statorique (10), et sont avantageusement solidaires entre eux.
[0032] Dans le deuxième mode de la figure 9b, la machine comprend 12 bobines et 4 paires de pôles par rotors (1 1 a, 1 1 b).
[0033] Il est à noter que la forme des bagues d'aimants multipolaires (13a, 13b) peut être variable et notamment présenter des extensions radiales (14), comme présentées en figures 10a à 10c, afin d'augmenter la surface active des aimants (13a, 13b) en face du fil (8) bobiné. Dans ces illustrations 10a à 10c, représentant des vues en coupe isolées d'une machine selon l'invention, le corps de bobine (4) n'est pas illustré pour simplifier la compréhension. [0034] L'invention permet d'utiliser un aimant intérieur (13b) et extérieur (13a), comme montré en figure 1 1 a, mais aussi d'utiliser en plus un aimant axial (13c) situé axialement relativement à l'ensemble statorique (10), comme montré en figures 1 1 b, ou encore d'utiliser un aimant radial et un aimant axial, comme présenté en figure 1 1 c. Avantageusement, les aimants (13a, 13b et 13c) sont solidaires des uns des autres. Selon l'invention, il est possible de n'utiliser qu'un seul aimant intérieur (13b) comme montré en figure 1 1 d ou un seul aimant extérieur (13a) comme montré en figure 1 1 e.
[0035] Les différentes bagues aimantées utilisées pour une machine selon l'invention peuvent être des bagues rigides ou bien être réalisées sous forme d'une bande souple (19), illustrée en figure 12a, découpée pour former un aimant (13d), et aimantée pour réaliser un chapelet aimanté illustré en figure 12b, puis mis en forme et positionné à l'intérieur de la culasse ferromagnétique (12a) comme illustré en figure 12c.
[0036] L'aimantation des aimants d'une machine selon l'invention peut être réalisée de manière radiale unidirectionnelle comme présenté en figures 9a, 9b et 9c ou bien être réalisée selon une évolution sinusoïdale de l'angle d'aimantation comme présenté en figure 13 - les flèches épaisses démontrant la direction d'aimantation locale dans l'aimant. Dans ce cas de réalisation, il est possible de supprimer l'utilisation de la culasse, le champ magnétique se bouclant principalement à l'intérieur de l'aimant (13e), ce qui permet notamment d'améliorer les performances dynamiques de la machine en diminuant l'inertie du rotor et l'inductance de phase.
[0037] Les figures 14a à 14c sont des illustrations d'un mode de réalisation de l'invention d'une machine à flux axial. La bande (1 ) de stator est constituée de plusieurs tôles ferromagnétiques empilées selon la largeur de la bande (1 ) et les aimants (13f, 13g) sont situés, après montage de l'ensemble statorique (10), de part et d'autre de ce dernier, axialement.
[0038] L'invention permet aussi de réaliser une machine ayant deux réseaux de bobines indépendants afin de permettre d'assurer le fonctionnement de la machine même lorsque l'un ou l'autre des réseaux bobinés est défectueux (court-circuit par exemple). La figure 15 illustre le concept de ce mode particulier de réalisation avec deux ensembles statoriques (10a, 10b) différents qui sont réalisés séparément de manière identique à ce qui a été présenté précédemment puis assemblés l'un à l'autre suivant, par exemple, les techniques présentées en figures 8a à 8d.
[0039] Les modes de réalisations décrits précédemment se rapportent tous à des topologies de machines électriques dites « sans encoche » (slotless en anglais), mais cette caractéristique n'est en rien limitative. En effet, comme cela est visible dans les réalisations des figures 17a, 17b, 17c, 18a et 18b, il est possible d'envisager la réalisation d'une machine avec encoches en intégrant des pièces polaires (23), c'est-à-dire des pôles ferromagnétiques, tout en respectant l'esprit de l'invention.
[0040] Les figures 17a et 17b montrent le corps de bobines (4) respectivement avec et sans les fils conducteur bobinés (8) pour un stator de machine ayant 6 pièces polaires et 6 bobines de fils (8). Ces corps (4) présentent des pièces polaires (23) insérés et dont la géométrie est donnée en exemple en figure 17c. Sur cet exemple non limitatif, chaque pièce polaire se présente sous la forme de portions de tôles empilées. Il peut être aussi envisagé que ces pièces polaires soient massives. Dans l'esprit de l'invention, ces pièces polaires (23) sont insérées mécaniquement avant ou après le bobinage de fils (8), dans le corps de bobine (4).
[0041] La figure 18a montre un second exemple où des pièces polaires (23) sont rapportées dans le corps de bobine (4) pour une machine ayant ici 12 pièces polaires (23) et 12 bobines de fils (8). La figure 18b est une vue en coupe longitudinale de la figure 18a où l'on distingue notamment les coupures (2), qui sont au nombre de deux, entre les bobines de fils (8), afin de permettre l'enroulement de l'ensemble statorique afin de réaliser une machine tournante.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Machine électrique présentant un rotor (1 1 a, 1 1 b, 1 1 c) comprenant un ensemble d'aimants permanents (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g) et au moins un ensemble statorique (10) comprenant une bande (1 ) de stator en une matière ferromagnétique douce, ladite bande (1 ) portant un corps de bobine (4) portant une pluralité de bobines de fils (8) de manière à former l'ensemble statorique (10) bobiné polyphasé de type toroïdal caractérisée en ce que ladite bande (1 ) présente périodiquement au moins une coupure (2) partielles entre deux bobines de fils (8) consécutives afin d'obtenir une forme polygonale de ladite bande à l'intérieur de ladite pluralité de bobines de fils (8).
2. Machine électrique selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit rotor (1 1 a, 1 1 b, 1 1 c) présente deux rangées radiales d'aimants permanents (13a, 13b) situées de part et d'autre, radialement, de l'ensemble statorique (10) bobiné.
3. Machine électrique selon la revendication 2 caractérisée en ce que ledit rotor (1 1 a, 1 1 b, 1 1 c) présente une troisième rangée d'aimants (13c) située radialement au même niveau de l'ensemble statorique (10) bobiné et au- dessus, axialement, dudit ensemble statorique (10) bobiné.
4. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ladite bande (1 ) présente une jointure soudée assurant la fermeture circonférentielle de ladite bande (1 ).
5. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que sont insérées dans le corps de bobine (4), entre deux bobines de fils (8) consécutives, des pièces polaires (23) et en ce que le nombre de coupures (2) partielles de la bande (1 ) est de deux.
6. Machine électrique selon une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ladite machine est une machine triphasée, en ce que l'ensemble de bobines de fils (8) est enroulé avec un fil (18) continu afin de réaliser une connexion entre lesdites trois phases, et en ce que le montage électrique des trois phases est réalisé par des coupures locales du fils (18)
7. Machine électrique selon la revendication précédente caractérisée en ce que l'ensemble statorique (10) bobiné polyphasé est selon un montage étoile ou parallèle avec pour chaque phase, des montages en série ou parallèle de plusieurs bobines de fils (8).
8. Procédé d'enroulement d'un ensemble statorique (10) pour une machine électrique à bobinage toroïdal, comprenant une séquence d'étapes qui consistent à :
-former une bande (1 ) continue linéaire en une matière ferromagnétique présentant périodiquement des coupures (2) partielles formant, pour chaque coupure (2), deux flancs (3a, 3b) disjoints,
-former un corps de bobine (4) continu linéaire présentant un ensemble de zones d'accueil (5),
-former un ensemble de bobines de fils (8) agencées selon un agencement linéaire de bobines adjacentes se logeant dans lesdites zones d'accueil (5), lesdites bobines de fils (8) à agencement linéaire étant enroulées avec un fil (8) continu ou un ensemble continu de fils parallèles pour chaque phase, -plier l'ensemble statorique (10) formé par ladite bande (1 ) continue linéaire en une matière ferromagnétique, par ledit corps de bobine (4) continu linéaire et par ledit ensemble de bobines de fils (8) afin de constituer un tore, dans lequel les bobines forment le long de la circonférence un enroulement toroïdal de machine électrique, pour lequel lesdits flancs (3a, 3b) disjoints sont mis en contact, et dans lequel ladite bande présente une forme polygonale à l'intérieur de l'ensemble de bobines de fils (8).
9. Procédé d'enroulement d'un ensemble statorique (10) pour une machine électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite machine est une machine triphasée et en ce que lesdites bobines de fils (8) à agencement linéaire sont enroulées avec un fil (8) continu et en ce que ledit fil (8) continu réalise aussi la connexion entre lesdites phases, et en ce que ledit fil (8) continu est ensuite coupé localement pour réaliser le montage électrique des trois phases.
10. Procédé d'enroulement d'un ensemble statorique pour une machine électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'ensemble statorique (10) bobiné polyphasé est selon un montage étoile ou parallèle avec pour chaque phase, des montages en série ou parallèle de plusieurs bobines de fils (8).
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