WO2020128175A1 - Machine electrique avec surmoulage d'anneaux de couplage de phases comportant des fonctions - Google Patents

Machine electrique avec surmoulage d'anneaux de couplage de phases comportant des fonctions Download PDF

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Olivier Blanc
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    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • the present invention relates to a synchronous or asynchronous electric machine, comprising a wound stator.
  • a known type of electric machine presented in particular in document US-A1 -20150035396, comprises a stator formed by an axial stack of ferromagnetic sheets, forming a cylinder having in its bore a succession of axial grooves.
  • the grooves receive coils of copper wires comprising axially elongated parts in these grooves, which pass from one groove to the other by curves formed at the axial ends, forming buns. Windings are thus formed forming a succession of magnetic poles.
  • the electric machine has three phases, each supplying several windings, the windings of the different phases being alternated to produce a rotating magnetic field.
  • All of the copper wires are impregnated with an insulating resin, also ensuring thermal conduction connecting these wires to each other and to the bundle of ferromagnetic sheets to dissipate the heat dissipated by the Joule effect.
  • a set of four rings is obtained which in known manner are fixed and at the same time isolated from each other by a plastic overmolding.
  • a plastic overmolding With the overmolding, a circular rigid sub-assembly is obtained, easy to install and connect in the casing of the machine.
  • the electrical machines in particular the traction machines of electric or hybrid motor vehicles, may include additional equipment, comprising for example temperature sensors, sensors for measuring the position of the rotor, or particular shapes allowing in particular to channel a coolant in the stator.
  • the present invention aims in particular to avoid these problems of the prior art.
  • an electric machine rotating along a main axis comprising a stator receiving windings of conductive wires forming different poles supplied by current phases, and comprising at a axial end of these windings phase coupling rings arranged transversely. , each comprising a conductor connected to a phase of the current, supplying the ends of the windings corresponding to this phase, these phase coupling rings receiving an overmolding forming between them a mechanical connection and an electrical insulation, this machine being remarkable in that the overmolding comprises particular forms performing complementary support functions
  • An advantage of this electric machine is that in a simple and economical way, by adapting the overmolding mold on the coupling rings to achieve the particular shapes, without
  • the electric machine according to the invention may further include one or more of the following characteristics, which can be combined with one another.
  • the particular shape constitutes a tab formed in the overmolding, fixed on the contour of this overmolding surrounding the coupling rings.
  • the tab can come radially outside or inside the contour of the overmolding surrounding the coupling rings.
  • the tab fixed radially to the outside of the contour of the overmolding surrounding the coupling rings extends above loops formed at the ends of the windings.
  • the tab fixed radially to the outside can hold a temperature sensor placed on the windings.
  • the tab fixed radially inside the contour of the overmolding surrounding the coupling rings extends in the direction of a lateral face of the rotor.
  • the lug fixed radially inside can maintain a position or speed sensor of the rotor.
  • the particular shape can constitute a circular chute centered on the axis of this machine, for channeling a liquid contained in the electric machine.
  • the chute can form a circular ring arranged
  • the invention further relates to a hybrid or electric motor vehicle comprising an electric traction machine comprising any one of the preceding characteristics.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of a synchronous or asynchronous electric machine according to the prior art
  • FIG. 2 is a partial view in axial section of an electric machine according to the invention, comprising respectively a temperature sensor and a rotor position sensor; and
  • FIG. 3 is a partial view in axial section of an electric machine according to the invention, comprising respectively a temperature sensor and a rotor position sensor; and
  • FIG. 4 is a partial view in axial section of an electric machine according to the invention, comprising a chute for internal circulation of cooling oil.
  • FIG. 1 shows an electric machine comprising a shaft 2 rotating along a main axis, supporting a rotor 4 disposed between two bearings 6 fixed in the end plates of a casing 8.
  • a stator 10 surrounding the rotor 4, fixed in the casing 8 comprises a bundle of axially stacked sheets aligned with this rotor, and coils of copper wires 12 inserted in grooves, having loops protruding at each end of this stator. .
  • phase coupling rings 14 each produced by a flat copper strip, which is superimposed radially on the other flat strips, are integrated in a plastic overmolding 18 having a substantially square outer section, so as to keep these rings together by isolating them from each other.
  • Each coupling ring 14 is connected on the one hand to an external connector 16 receiving the supply of a phase or of the neutral, and on the other hand to the different ends of the coils 12 corresponding to the phase or to the neutral of this ring.
  • FIG. 2 shows the production of an external support of plastic material 22, produced directly by overmolding 18 by virtue of a particular shape of the mold, comprising on the radially external side of the contour surrounding the coupling rings 14 a tab turned axially towards the stator 10, coming slightly above the loops of a winding 12.
  • a temperature sensor 20 placed flat radially outside the loops of the winding 12 is held by a pressure from the temperature sensor support 22 coming from above.
  • the support 22 is also precisely positioned relative to the coils 12 to facilitate the installation of the temperature 20, as well as its tightening on these windings to ensure the correct temperature measurement.
  • FIG. 3 shows the production of an internal plastic support 34, produced directly by the overmolding 18, comprising on the radially internal side of the contour surrounding the coupling rings 14, a tab first turned radially towards the axis of the electric machine, then axially towards the stator 4.
  • the end of the inner support 34 receives a rotor position sensor 32 coming flat in front of a disc 30 fixed on the end of this rotor, comprising marks read by this sensor.
  • FIG. 4 shows the embodiment in the overmoulding 18 of an external chute 40, forming a circular ring disposed radially outside the loops of the windings 12, centered on the axis of rotation of the electric machine, having a groove turned towards outside.
  • the chute 40 is connected continuously or discontinuously by a lateral part 42 formed in the overmolding 18, which is fixed radially outside the contour surrounding the coupling rings 14.
  • the chute 40 receives projections of a cooling fluid contained in the casing of the electric machine, in particular an oil, and distributes this fluid over the rotor 4 or the stator 10 so as to transfer calories which makes it possible to optimize the torque and power delivered by this machine.
  • a cooling fluid contained in the casing of the electric machine in particular an oil

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Abstract

Machine électrique tournant suivant un axe principal, comprenant un stator (10) recevant des bobinages de fils conducteurs (12) formant différents pôles alimentés par des phases de courant, et comprenant à une extrémité axiale de ces bobinages des anneaux de couplage de phase (14) disposés transversalement, comportant chacun un conducteur relié à une phase du courant, alimentant les extrémités des bobinages (12) correspondant à cette phase, ces anneaux de couplage de phase (14) recevant un surmoulage (18) formant entre eux une liaison mécanique et une isolation électrique, le surmoulage (18) comportant des formes particulières réalisant des fonctions complémentaires de support d'équipements (20) ou de canalisation de fluide.

Description

DESCRIPTION
MACHINE ELECTRIQUE AVEC SURMOULAGE D’ANNEAUX DE COUPLAGE DE PHASES COMPORTANT DES FONCTIONS
La présente invention concerne une machine électrique synchrone ou asynchrone, comprenant un stator bobiné.
Un type de machine électrique connu, présenté notamment par le document US-A1 -20150035396, comporte un stator formé par un empilage axial de tôles ferromagnétiques, formant un cylindre présentant dans son alésage une succession de rainures axiales.
Les rainures reçoivent des bobinages de fils de cuivre comprenant des parties allongées axialement dans ces rainures, qui passent d’une rainure à l’autre par des courbes formées aux extrémités axiales, réalisant des chignons. On constitue de cette manière des bobinages formant une succession de pôles magnétiques.
La machine électrique comporte trois phases alimentant chacune plusieurs bobinages, les bobinages des différentes phases étant alternées pour réaliser un champ magnétique tournant.
L’ensemble des fils de cuivre est imprégné d’une résine isolante, assurant aussi une conduction thermique reliant ces fils entre eux et au paquet de tôles ferromagnétiques pour évacuer la chaleur dissipée par effet Joule.
Des fils électriques sortant sur un côté des bobinages, sont reliés à un connecteur électrique fixé sur le carter de la machine afin de permettre un branchement des phases ou du neutre vers l’extérieur.
Pour certains types de machine électrique, en particulier pour des machines présentant un grand diamètre et un nombre relativement important de pôles sur le stator, il est connu de disposer dans un plan transversal à une extrémité des bobinages, plusieurs anneaux fermés de conducteurs rigides réalisant chacune un couplage de phase. Chaque anneau connecté vers l’extérieur à une phase ou à un neutre, forme un distributeur de grande section présentant une faible résistance électrique, qui est relié aux extrémités correspondantes des différents bobinages répartis sur le contour du stator.
Pour une machine triphasée comprenant un neutre, on obtient un ensemble de quatre anneaux qui de manière connue sont fixées et en même temps isolées entre elles par un surmoulage de matière plastique. On obtient avec le surmoulage un sous-ensemble rigide circulaire, facile à installer et à connecter dans le carter de la machine.
Toutefois les machines électriques, en particulier les machines de traction de véhicules automobiles électriques ou hybrides, peuvent comporter des équipements supplémentaires, comprenant par exemple des capteurs de température, des capteurs de mesure de position du rotor, ou des formes particulières permettant notamment de canaliser un fluide de refroidissement dans le stator.
Il faut alors prévoir dans la machine électrique des supports spécifiques pour ces équipements ainsi que des surfaces de fixation de ces supports, qui peuvent présenter un certain encombrement en augmentant la longueur ou le diamètre de cette machine, et qui ajoutent des coûts pour la fabrication et l’installation de ces supports.
La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur.
Elle propose à cet effet une machine électrique tournant suivant un axe principal, comprenant un stator recevant des bobinages de fils conducteurs formant différents pôles alimentés par des phases de courant, et comprenant à une extrémité axiale de ces bobinages des anneaux de couplage de phase disposés transversalement, comportant chacun un conducteur relié à une phase du courant, alimentant les extrémités des bobinages correspondant à cette phase, ces anneaux de couplage de phase recevant un surmoulage formant entre eux une liaison mécanique et une isolation électrique, cette machine étant remarquable en ce que le surmoulage comporte des formes particulières réalisant des fonctions complémentaires de support
d’équipements ou de canalisation de fluide.
Un avantage de cette machine électrique est que de manière simple et économique, par une adaptation du moule de surmoulage sur les anneaux de couplage pour réaliser les formes particulières, on obtient sans
composant supplémentaire ni opération de montage complémentaire, des supports permettant de recevoir directement des capteurs, ou des formes réalisant une canalisation de fluide de refroidissement.
La machine électrique selon l’invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
Avantageusement, la forme particulière constitue une patte formée dans le surmoulage, fixée sur le contour de ce surmoulage entourant les anneaux de couplage.
En particulier, la patte peut venir radialement à l'extérieur ou à l'intérieur du contour du surmoulage entourant les anneaux de couplage.
Selon un mode de réalisation, la patte fixée radialement à l'extérieur du contour du surmoulage entourant les anneaux de couplage, s'étend au- dessus de boucles formées aux extrémités des bobinages.
Dans ce cas, la patte fixée radialement à l’extérieur peut maintenir un capteur de température posé sur les bobinages.
Selon un autre mode de réalisation, la patte fixée radialement à l’intérieur du contour du surmoulage entourant les anneaux de couplage, s’étend en direction d’une face latérale du rotor.
Dans ce cas, la patte fixée radialement à l’intérieur peut maintenir un capteur de position ou de vitesse du rotor. En particulier, la forme particulière peut constituer une goulotte circulaire centrée sur l’axe de cette machine, de canalisation d’un liquide contenu dans la machine électrique.
Dans ce cas, la goulotte peut former un anneau circulaire disposé
radialement à l’extérieur des bobinages, présentant une gorge tournée vers l’extérieur.
L’invention a de plus pour objet un véhicule automobile hybride ou électrique comportant une machine électrique de traction comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
[Fig. 1 ] est une vue en coupe axiale d’une machine électrique synchrone ou asynchrone selon l’art antérieur ;
[Fig. 2] est une vue partielle en coupe axiale d’une machine électrique selon l’invention, comprenant respectivement un capteur de température et un capteur de position du rotor ; et
[Fig. 3] est une vue partielle en coupe axiale d’une machine électrique selon l’invention, comprenant respectivement un capteur de température et un capteur de position du rotor ; et
[Fig. 4] est une vue partielle en coupe axiale d’une machine électrique selon l’invention, comprenant une goulotte de circulation intérieure d’huile de refroidissement.
La figure 1 présente une machine électrique comprenant un arbre 2 tournant suivant un axe principal, supportant un rotor 4 disposé entre deux roulements 6 fixés dans des flasques d’extrémité d’un carter 8. Un stator 10 entourant le rotor 4, fixé dans le carter 8, comporte un paquet de tôles empilées axialement, aligné sur ce rotor, et des bobinages de fils de cuivre 12 insérés dans des rainures, présentant des boucles dépassant à chaque extrémité de ce stator.
Quatre anneaux de couplage de phase 14 réalisés chacun par une bande de cuivre plate, qui se superpose radialement aux autres bandes plates, sont intégrés dans un surmoulage de matière plastique 18 présentant une section extérieure sensiblement carrée, de manière à maintenir ces anneaux entre eux tout en les isolant les uns des autres.
Chaque anneau de couplage 14 est relié d’une part à un connecteur extérieur 16 recevant l’alimentation d’une phase ou du neutre, et d’autre part aux différentes extrémités des bobinages 12 correspondant à la phase ou au neutre de cet anneau.
On réalise de cette manière un sous-ensemble rigide facilement mis en place et fixé dans le carter, qui alimente tous les bobinages 12 du stator 10 à partir du connecteur extérieur 16.
La figure 2 présente la réalisation d’un support extérieur en matière plastique 22, réalisé directement par le surmoulage 18 grâce à une forme particulière du moule, comprenant sur le côté radialement extérieur du contour entourant les anneaux de couplage 14 une patte tournée axialement vers le stator 10, venant légèrement au-dessus des boucles d’un bobinage 12.
Un capteur de température 20 posé à plat radialement à l’extérieur des boucles du bobinage 12, est maintenu par une pression du support de capteur de température 22 venant dessus.
On obtient de manière simple, sans pièce supplémentaire ni opération de montage, avec sensiblement pas d’augmentation du coût du surmoulage, un support de capteur de température 22 directement formé dans ce
surmoulage. Le support 22 est de plus positionné de manière précise par rapport aux bobinages 12 pour faciliter l’installation du capteur de température 20, ainsi que son serrage sur ces bobinages pour assurer la bonne mesure de température.
La figure 3 présente la réalisation d’un support intérieur en matière plastique 34, réalisé directement par le surmoulage 18, comprenant sur le côté radialement intérieur du contour entourant les anneaux de couplage 14, une patte tournée d’abord radialement vers l’axe de la machine électrique, puis axialement vers le stator 4.
L’extrémité du support intérieur 34 reçoit un capteur de position du rotor 32 venant à plat en face d’un disque 30 fixé sur l’extrémité de ce rotor, comprenant des repères lus par ce capteur.
En obtient aussi un positionnement précis du capteur de position 32 grâce à son support intérieur 34 directement réalisé dans le surmoulage 18 des anneaux de couplage 14, ce qui assure la qualité de mesure de la vitesse et de la position du rotor 4 de la machine électrique.
La figure 4 présente la réalisation dans le surmoulage 18 d’une goulotte extérieure 40, formant un anneau circulaire disposé radialement à l’extérieur des boucles des bobinages 12, centré sur l’axe de rotation de la machine électrique, présentant une gorge tournée vers l’extérieur.
La goulotte 40 est reliée de manière continue ou discontinue par une partie latérale 42 formée dans le surmoulage 18, qui est fixée radialement à l’extérieur du contour entourant les anneaux de couplage 14.
La goulotte 40 reçoit des projections d’un fluide de refroidissement contenu dans le carter de la machine électrique, notamment une huile, et répartit ce fluide sur le rotor 4 ou le stator 10 de manière à transférer des calories ce qui permet d’optimiser le couple et la puissance délivrée par cette machine.
On obtient dans tous les cas grâce à un ajout simple et économique d’une forme dans le moule du surmoulage 18, des fonctions complémentaires de support d’équipements ou de canalisations de fluide ne nécessitant pas d’opération spécifique de montage, ce qui permet de réduire les coûts, et dans certains cas les encombrements.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine électrique tournant suivant un axe principal, comprenant un stator (10) recevant des bobinages de fils conducteurs (12) formant différents pôles alimentés par des phases de courant, et comprenant à une extrémité axiale de ces bobinages (12) des anneaux de couplage de phase (14) disposés transversalement, comportant chacun un conducteur relié à une phase du courant, alimentant les extrémités des bobinages (12) correspondant à cette phase, ces anneaux de couplage de phase (14) recevant un surmoulage (18) formant entre eux une liaison mécanique et une isolation électrique, caractérisée en ce que le surmoulage (18) comporte des formes particulières réalisant des fonctions complémentaires de support d’équipements (20, 32) ou de canalisation de fluide (40).
2. Machine électrique selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu’une des formes particulières constitue une patte (22, 34) formée dans le surmoulage (18), fixée sur le contour de ce surmoulage (18) entourant les anneaux de couplage (14).
3. Machine électrique selon la revendication 2, caractérisée en ce que la patte (22, 34) vient radialement à l'extérieur ou à l'intérieur du contour du surmoulage (18) entourant les anneaux de couplage (14).
4. Machine électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la patte (22) fixée radialement à l'extérieur du contour du surmoulage (18) entourant les anneaux de couplage (14), s'étend au- dessus de boucles formées aux extrémités des bobinages (12).
5. Machine électrique selon la revendication 4, caractérisée en ce que la patte fixée radialement à l'extérieur (22) maintient un capteur de température (20) posé sur les bobinages (12).
6. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la patte (34) fixée radialement à l’intérieur du contour du surmoulage (18) entourant les anneaux de couplage (14), s’étend en direction d’une face latérale du rotor (4).
7. Machine électrique selon la revendication 6, caractérisée en ce que la patte fixée radialement à l'intérieur (34) maintient un capteur de position ou de vitesse du rotor (32).
8. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée une des formes particulières constitue une goulotte circulaire (40) centrée sur l’axe de cette machine, de canalisation d’un liquide contenu dans la machine électrique.
9. Machine électrique selon la revendication 8, caractérisée en ce que la goulotte (40) forme un anneau circulaire disposé radialement à l’extérieur des bobinages (12), présentant une gorge tournée vers l’extérieur.
10. Véhicule automobile hybride ou électrique comportant une machine électrique de traction, caractérisée en ce que cette machine est selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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