EP4352858A1 - Guide de têtes de bobines, rotor bobiné et procédé de bobinage associés - Google Patents

Guide de têtes de bobines, rotor bobiné et procédé de bobinage associés

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EP4352858A1
EP4352858A1 EP22734536.0A EP22734536A EP4352858A1 EP 4352858 A1 EP4352858 A1 EP 4352858A1 EP 22734536 A EP22734536 A EP 22734536A EP 4352858 A1 EP4352858 A1 EP 4352858A1
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EP
European Patent Office
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guide
rotor
gadroons
shaft
rotor shaft
Prior art date
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Pending
Application number
EP22734536.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Emmanuel MOTTE
Daniella VIVAS-MARQUEZ
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.)
Ampere SAS
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Ampere SAS
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K3/527—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to rotors only
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
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    • H02K3/325—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation for windings on salient poles, such as claw-shaped poles
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    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/12—Machines characterised by the bobbins for supporting the windings

Definitions

  • the invention relates to the winding of a rotor.
  • the present invention relates more particularly to a coil head guide for winding conductive electric wires around teeth of a wound rotor, a wound rotor for a rotating electrical machine comprising such a guide and a winding method implementing such a guide.
  • a wound-rotor electric motor such as an electric machine used in an electric traction motor vehicle, is made from electrically conductive wires, such as enamelled copper wires.
  • the electrically conductive wires are wound around a core made from a stack of electrically conductive sheets
  • a winding head guide is centered and immobilized on the shaft of the rotor to guarantee the positioning of the wires during winding.
  • the guide is generally made of plastic to prevent damage to the electrical wires.
  • the plastic guide can be shrunk on the rotor shaft, which is generally metallic.
  • the document FR3084220 proposes molding a winding guide for plastic reel heads around a metal part allowing the shrinking of said part on a rotor shaft.
  • the subject of the invention is a coil head guide for winding conductive electric wires around teeth of a wound rotor, comprising a central opening intended to accommodate a rotor shaft.
  • Gadroons are regularly arranged projecting inwards from the central opening and are configured to deform against the shaft.
  • the opening is in the form of a truncated cone in the thickness of the guide, the truncated cone being configured so that when inserting the guide around the rotor shaft, the shaft first passes through the larger base of the truncated cone, the gadroons extending through the thickness of the guide and the length of the gadroons being constant.
  • the reel head guide further comprises a groove extending along the thickness of the guide between two adjacent gadroons.
  • the reel head guide comprises at least three gadroons.
  • Another subject of the invention is a wound rotor for a rotating electrical machine comprising a rotor shaft, two coil head guides as defined previously and each arranged at a different end of the rotor shaft, the gadroons of the coil heads being deformed on the rotor shaft to immobilize the rotor shaft in the openings of the guides.
  • Another subject of the invention is a method for winding conductive electric wires around the teeth of a wound rotor.
  • the method comprises the insertion of a coil head guide at one end of the rotor shaft of the rotor so that the shaft deforms regularly arranged gadroons projecting inwardly from a central opening of the reel head guide.
  • the method comprises the insertion at the other end of the rotor shaft of a second reel head guide so that the shaft deforms the gadroons of the central opening of the second head guide. of coils.
  • each coil head guide is inserted on the rotor shaft so that the rotor shaft passes through the largest base of the central opening in the shape of a truncated cone in the thickness of the guide, the gadroons extending along the thickness of the guide and having a constant length.
  • FIG.l schematically illustrates an example of a wound rotor according to the invention
  • FIG.2 schematically illustrates a partial view of one end of the rotor according to the invention
  • FIG.3 illustrates an embodiment of the coil head guide according to the invention
  • FIG.4 is an axial sectional view of the coil head guide of [Fig.3];
  • FIG.5 illustrates an embodiment of a gadroon according to the invention.
  • the [Fig.l] illustrates an example of a wound rotor 1 intended to be inserted into a stator of a rotating electrical machine.
  • the rotor 1 comprises a shaft 2 and a magnetic mass 3 mounted on the metal shaft 2.
  • the rotor 1 rotates along an axis of rotation (A).
  • the magnetic mass 3 comprises magnetic laminations forming an alternation of rotor teeth 4 and notches 5 regularly arranged over a diameter of the magnetic mass 3, two coil head guides 6 and coils 7.
  • the magnetic mass 3 here comprises eight rotor teeth 4.
  • the magnetic mass 3 may include more or less than eight teeth.
  • the coil head guides 6 are respectively arranged at different ends of the rotor shaft 2 and each comprise a circular part 8 surmounted by guide teeth 9 (not shown) regularly arranged on the periphery of the circular part 8, the number of guide teeth 9 being equal to the number of rotor teeth 4.
  • Each coil 7 is wound around a rotor tooth 4 and a guide tooth 9 of the two coil head guides 6 so as to form, for example, a rotor pole.
  • Each coil head guide 6 is immobilized on the rotor shaft 2 so that the circular part 8 and the rotor shaft 2 are concentric and so that each guide tooth 9 coincides with a rotor tooth 4.
  • the coil head guides 6 make it possible to correctly position the wires in the notch 5 during a winding step to produce the coils 7.
  • Each winding head guide 6 further comprises pins 10.
  • the pins 10 of one of the coil head guides 6 make it possible to connect part of the coils 7 together to form pairs of poles, the pins of the other coil head guide 6 not being used.
  • FIG.2 illustrates a partial view of one end of the rotor 1, the coils 7 having been removed.
  • coil head guide 6 further comprising guide grooves 11 arranged on the edges of each guide tooth 9 so as to hold the wires of the coils 7.
  • Each coil head guide 6 further comprises a central opening 12 made in the circular part 8 and housing the rotor shaft 2.
  • the central opening 12 is generally circular.
  • Gadroons 13 are regularly arranged projecting inwardly from the opening center 12.
  • the gadroons 13 are sized to be deformed against the rotor shaft 2 during insertion of the coil head guide 6 around the rotor shaft 2, being crushed against the shaft 2.
  • the central opening 12 comprises at least three gadroons 13 angularly offset by 120° with respect to the axis (A).
  • Figures 3 and 4 respectively illustrate a view and a partial section along the direction IV-IV of an embodiment of the guide 6.
  • the guide 6 further comprises grooves 14 extending along the thickness of the guide 6 between two adjacent gadroons 13.
  • the grooves 14 make it possible to have a symmetry of the rotor on both sides of the winding in order to free up a passage for the insertion of parts comprising for example the excitation ring,
  • the opening 12 is in the shape of a truncated cone in the thickness of the guide 6.
  • the truncated cone comprises a large base 20 with a diameter greater than that of the rotor shaft 4 and located at one end of the circular part 8, and a small base 21 located at the other end of the circular part 8 of smaller diameter than the large base 20.
  • the gadroons 13 extend along the thickness of the circular part 8 and are of constant length L13.
  • the guide 6 is inserted around the rotor shaft 4 so that the rotor shaft 4 first passes through the largest base 20 of the truncated cone with a clearance facilitating the centering of the guide 6 around the rotor shaft 4 when inserting the guide 6, then through the small base 21.
  • the gadroons 13 are partially crushed.
  • the [Fig.5] illustrates an embodiment of the gadroon 13.
  • the gadroon 13 includes connecting spokes.
  • the gadroon 13 has for example a length L13 of 1 mm.
  • gadroons 13 makes it possible to center and immobilize the guide 6 on the rotor shaft 4 to produce the coils 7 without generating additional mechanical stresses on the guide 6 liable to damage the guide 6 during the winding step and when G using rotor 1.
  • the guide 6 without gadroons is commonly used, it suffices to modify the mold to produce the guide 6, reducing the manufacturing costs of the guide 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Le guide (6) de têtes de bobines pour le bobinage de fils électriques conducteurs autour de dents d'un rotor bobiné, comprend une ouverture centrale (12) destinée à accueillir un arbre rotorique. Des godrons (13) sont régulièrement disposés en saillie vers l'intérieur de l'ouverture centrale et sont configurés pour se déformer contre l'arbre.

Description

WO 2022/258545 PCT/EP2022/065277
Description
Titre de l'invention : Guide de têtes de bobines, rotor bobiné et procédé de bobinage associés
[0001] L'invention concerne le bobinage d'un rotor.
[0002] La présente invention concerne plus particulièrement un guide de têtes de bobines pour le bobinage de fils électriques conducteurs autour de dents d’un rotor bobiné, un rotor bobiné pour machine électrique tournante comprenant un tel guide et un procédé de bobinage mettant en œuvre un tel guide.
[0003] Un moteur électrique à rotor bobiné, tel qu'une machine électrique utilisée dans un véhicule automobile à traction électrique, est réalisé à partir de fils électriquement conducteurs, tels que des fils de cuivre émaillé. Les fils électriquement conducteurs sont bobinés autour d'un noyau réalisé dans un empilement de tôles électriquement conductrices
[0004] Afin de garantir le bon positionnement des fils pendant le bobinage du rotor, un guide de têtes de bobinage est centré et immobilisé sur l’arbre du rotor pour garantir le positionnement des fils lors du bobinage.
[0005] Le guide est généralement réalisé en matière plastique pour prévenir l’endommagement des fils électriques.
[0006] Afin de garantir l’immobilisation du guide sur l’arbre rotorique, le guide en plastique peut être fretté sur l’arbre rotorique, généralement métallique.
[0007] Cependant, un tel assemblage crée des contraintes sur le guide susceptible de l’endommager et d’engendrer une panne du moteur électrique.
[0008] Le document FR3084220 propose de mouler un guide de bobinage des têtes de bobine en plastique autour d’une pièce métallique permettant le frettage de ladite pièce sur une arbre rotorique.
[0009] Cependant, la réalisation d’un tel guide de bobinage de têtes nécessite la réalisation d’une pièce métallique supplémentaire.
[0010] Il est donc proposé de pallier tout ou partie des inconvénients des guides de têtes de bobinages selon l’état de la technique, notamment en proposant un guide de têtes de bobines fiable et simple à réaliser.
[0011] Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet un guide de têtes de bobines pour le bobinage de fils électriques conducteurs autour de dents d’un rotor bobiné, comprenant une ouverture centrale destinée à accueillir un arbre rotorique.
[0012] Des godrons sont régulièrement disposés en saillie vers l’intérieur de l’ouverture centrale et sont configurés pour se déformer contre l’arbre.
[0013] De préférence, l’ouverture est en forme de cône tronqué dans l’épaisseur du guide, le cône tronqué étant configuré de sorte que lors de l’insertion du guide autour de l’arbre rotorique, l’arbre passe d’abord à travers la plus grande base du cône tronqué, les godrons s’étendant selon l’épaisseur du guide et la longueur des godrons étant constante.
[0014] Avantageusement, le guide de têtes de bobines comprend en outre une rainure s’étendant selon l’épaisseur du guide entre deux godrons adjacents.
[0015] De préférence, le guide de têtes de bobines comprend au moins trois godrons.
[0016] L’invention a également pour objet un rotor bobiné pour machine électrique tournante comprenant un arbre rotorique, deux guides de tête de bobines tels que définis précédemment et disposés chacun à une extrémité différente de l’arbre rotorique, les godrons des guides de têtes de bobines étant déformés sur l’arbre rotorique pour immobiliser l’arbre rotorique dans les ouvertures des guides.
[0017] L’invention a encore pour objet un procédé de bobinage de fils électriques conducteurs autour de dents d’un rotor bobiné.
[0018] Le procédé comprend l’insertion d’un guide de têtes de bobines à une extrémité de l’arbre rotorique du rotor de sorte que l’arbre déforme des godrons régulièrement disposés en saillie vers l’intérieur d’une ouverture centrale du guide de têtes de bobines.
[0019] De préférence, le procédé comprend l’insertion à l’autre extrémité de l’arbre rotorique d’un deuxième guide de têtes de bobines de sorte que l’arbre déforme les godrons de l’ouverture centrale du deuxième guide de têtes de bobines.
[0020] Avantageusement, chaque guide de têtes de bobines est inséré sur l’arbre rotorique de sorte que l’arbre rotorique passe à travers la plus grande base de l’ouverture centrale en forme de cône tronqué dans l’épaisseur du guide, les godrons s’étendant selon l’épaisseur du guide et ayant une longueur constante.
[0021] D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[0022] [Fig.l] illustre schématiquement un exemple d’un rotor bobiné selon l’invention ;
[0023] [Fig.2] illustre schématiquement une vue partielle d’une extrémité du rotor selon l’invention ;
[0024] [Fig.3] illustre un mode de réalisation du guide de têtes de bobines selon l’invention ;
[0025] [Fig.4] est une vue en coupe axiale du guide de têtes de bobine de la [Fig.3] ; et
[0026] [Fig.5] illustre un exemple de réalisation d’un godron selon l’invention.
[0027] La [Fig.l] illustre un exemple de rotor bobiné 1 destiné à être inséré dans un stator d’une machine électrique tournante.
[0028] Le rotor 1 comprend un arbre 2 et une masse magnétique 3 montée sur l’arbre mé tallique 2. [0029] Le rotor 1 tourne selon un axe de rotation (A).
[0030] La masse magnétique 3 comprend des tôles magnétiques formant une alternance de dents rotoriques 4 et d’encoches 5 régulièrement disposées sur un diamètre de la masse magnétique 3, deux guides de têtes de bobines 6 et des bobines 7.
[0031] La masse magnétique 3 comprend ici huit dents rotoriques 4.
[0032] En variante, la masse magnétique 3 peut comprendre plus ou moins de huit dents.
[0033] Les guides de têtes de bobines 6 sont respectivement disposés à des extrémités dif férentes de l’arbre rotorique 2 et comprennent chacun une partie circulaire 8 surmontée de dents de guidage 9 (non représentées) régulièrement disposées sur la périphérie de la partie circulaire 8, le nombre de dents de guidage 9 étant égal au nombre de dents rotoriques 4.
[0034] Chaque bobine 7 est enroulée autour d’une dent rotorique 4 et d’une dent de guidage 9 des deux guides de têtes de bobines 6 de manière à former par exemple un pôle rotorique.
[0035] Chaque guide de têtes de bobines 6 est immobilisé sur l’arbre rotorique 2 de sorte que la partie circulaire 8 et l’arbre rotorique 2 sont concentriques et de sorte que chaque dent de guidage 9 coïncide avec une dent rotorique 4.
[0036] Les guides de têtes de bobines 6 permettent de positionner correctement des fils dans l’encoche 5 pendant une étape de bobinage pour réaliser les bobines 7.
[0037] Chaque guide de têtes de bobinage 6 comporte en outre des pions 10.
[0038] Les pions 10 de l’un des guides de têtes de bobines 6 permettent de raccorder une partie des bobines 7 entre elles pour former des paires de pôles, les pions de l’autre guide de têtes de bobines 6 n’étant pas utilisés.
[0039] Comme les guides de têtes de bobines 6 en plastique sont réalisés par moulage, un seul moule est nécessaire pour réaliser les guides de têtes de bobines 6 indé pendamment de G utilisation des pions 10.
[0040] La [Fig.2] illustre une vue partielle d’une extrémité du rotor 1, les bobines 7 ayant été retirées.
[0041] On retrouve le guide de têtes de bobines 6 comprenant en outre des rainures de guidage 11 disposées sur les bords de chaque dent de guidage 9 de manière à maintenir les fils des bobines 7.
[0042] Le positionnement des guides de têtes de bobines 6 sur l’arbre rotorique 2 permet de fixer de manière répétable le début de chaque bobine 7 dans les rainures de guidage 11 de chaque dent de guidage 9.
[0043] Chaque guide de têtes de bobines 6 comprend en outre une ouverture centrale 12 réalisée dans la partie circulaire 8 et logeant l’arbre rotorique 2.
[0044] L’ouverture centrale 12 est globalement circulaire.
[0045] Des godrons 13 sont régulièrement disposés en saillie vers l’intérieur de l’ouverture centrale 12.
[0046] Les godrons 13 sont dimensionnés pour être déformés contre l’arbre rotorique 2 lors de insertion du guide de têtes de bobines 6 autour de l’arbre rotorique 2, en étant écrasés contre l’arbre 2.
[0047] La déformation des godrons 13 sur l’arbre rotorique 4 immobilise le guide 6 autour de l’arbre rotorique 2 par frottement des godrons 13 sur l’arbre rotorique 4 sans transmettre de contrainte supplémentaire à l’ensemble du guide 6, réduisant le risque de casse du guide 6 lors du bobinage des bobines 7 et lors de la rotation du rotor 1.
[0048] Afin de centrer le guide 6 sur l’arbre rotorique 2, l’ouverture centrale 12 comprend au moins trois godrons 13 décalés angulairement de 120° par rapport à l’axe (A).
[0049] Les figures 3 et 4 illustrent respectivement une vue et une coupe partielle selon la direction IV-IV d’un mode de réalisation du guide 6.
[0050] Le guide 6 comprend en outre des rainures 14 s’étendant selon l’épaisseur du guide 6 entre deux godrons 13 adjacents.
[0051] Les rainures 14 permettent d’avoir une symétrie du rotor des deux côtés du bobinage afin de libérer un passage pour l’insertion de pièces comprenant par exemple la bague d’excitation,
[0052] Comme visible sur la [Fig.4], l’ouverture 12 est en forme de cône tronqué dans l’épaisseur du guide 6.
[0053] Le cône tronqué comprend une grande base 20 de diamètre supérieur à celui de l’arbre rotorique 4 et située à une extrémité de la partie circulaire 8, et une petite base 21 située à l’autre extrémité de la partie circulaire 8 de diamètre inférieur à celui de la grande base 20.
[0054] Les godrons 13 s’étendent selon l’épaisseur de la partie circulaire 8 et sont de longueur L13 constante.
[0055] Le guide 6 est inséré autour de l’arbre rotorique 4 de sorte que l’arbre rotorique 4 passe d’abord à travers la plus grande base 20 du cône tronqué avec un jeu facilitant le centrage du guide 6 autour de l’arbre rotorique 4 lors de l’insertion du guide 6, puis à travers la petite base 21.
[0056] Les godrons 13 sont partiellement écrasés.
[0057] La [Fig.5] illustre un exemple de réalisation du godron 13.
[0058] Comme le guide 6 est réalisé par moulage, le godron 13 comprend des rayons de rac cordement.
[0059] Le godron 13 a par exemple une longueur L13 de 1 mm.
[0060] L’ajout de godrons 13 permet de centrer et d’immobiliser le guide 6 sur l’arbre rotorique 4 pour réaliser les bobines 7 sans engendrer de contraintes mécaniques sup plémentaires sur le guide 6 susceptible d’endommager le guide 6 lors de l’étape de bobinage et lors de G utilisation du rotor 1. [0061] En outre, comme le guide 6 sans godrons est couramment utilisé, il suffit de modifier le moule pour réaliser le guide 6 réduisant les coûts de fabrication du guide 6.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Guide (6) de têtes de bobines pour le bobinage de fils électriques conducteurs autour de dents (4) d’un rotor bobiné (1), comprenant une ouverture centrale (12) destinée à accueillir un arbre rotorique (2), ca ractérisé en ce que des godrons (13) sont régulièrement disposés en saillie vers l’intérieur de l’ouverture centrale et sont configurés pour se déformer contre l’arbre.
[Revendication 2] Guide selon la revendication 1, dans lequel l’ouverture (12) est en forme de cône tronqué dans l’épaisseur du guide (6), le cône tronqué étant configuré de sorte que lors de l’insertion du guide autour de l’arbre rotorique (2), l’arbre passe d’abord à travers la plus grande base (20) du cône tronqué, les godrons s’étendant selon l’épaisseur du guide et la longueur des godrons étant constante.
[Revendication 3] Guide selon l’une des revendications 1 et 2, comprenant en outre une rainure (14) s’étendant selon l’épaisseur du guide entre deux godrons (13) adjacents.
[Revendication 4] Guide selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant au moins trois godrons (13).
[Revendication 5] Rotor (1) bobiné pour machine électrique tournante comprenant un arbre rotorique (2), deux guides (6) de tête de bobines selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 disposés chacun à une extrémité différente de l’arbre rotorique, les godrons (13) des guides de têtes de bobines étant déformés sur l’arbre rotorique pour immobiliser l’arbre rotorique dans les ouvertures (12) des guides (6).
[Revendication 6] Procédé de bobinage de fils électriques conducteurs autour de dents (4) d’un rotor (1) bobiné, caractérisé en ce que le procédé comprend l’insertion d’un guide (6) de têtes de bobines à une extrémité de l’arbre rotorique du rotor de sorte que l’arbre déforme des godrons (13) régu lièrement disposés en saillie vers l’intérieur d’une ouverture centrale du guide de têtes de bobines.
[Revendication 7] Procédé selon la revendication 6, comprenant l’insertion à l’autre extrémité de l’arbre rotorique d’un deuxième guide (6) de têtes de bobines de sorte que l’arbre déforme les godrons (13) de l’ouverture centrale (12) du deuxième guide de têtes de bobines.
[Revendication 8] Procédé selon l’une des revendications 6 et 7, dans lequel chaque guide (6) de têtes de bobines est inséré sur l’arbre rotorique (2) de sorte que l’arbre rotorique passe d’abord à travers la plus grande base (20) de l’ouverture centrale (12) en forme de cône tronqué dans l’épaisseur du guide, les godrons (13) s’étendant selon l’épaisseur du guide et ayant une longueur constante.
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