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EP3999271A1 - Procédé de soudage sans apport de matière - Google Patents

Procédé de soudage sans apport de matière

Info

Publication number
EP3999271A1
EP3999271A1 EP20747058.4A EP20747058A EP3999271A1 EP 3999271 A1 EP3999271 A1 EP 3999271A1 EP 20747058 A EP20747058 A EP 20747058A EP 3999271 A1 EP3999271 A1 EP 3999271A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
strands
electrical conductors
stator
thickness
strand
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20747058.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Romaric Lenoir
Cyril Moya
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.)
Nidec PSA Emotors SAS
Original Assignee
Nidec PSA Emotors SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec PSA Emotors SAS filed Critical Nidec PSA Emotors SAS
Publication of EP3999271A1 publication Critical patent/EP3999271A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0056—Manufacturing winding connections
    • H02K15/0068—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/0081—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals for form-wound windings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/38—Conductors

Definitions

  • the present invention relates to a method of welding electrical conductors in a stator of a rotating electrical machine.
  • the invention relates more particularly to synchronous or asynchronous machines with alternating current. It relates in particular to traction or propulsion machines for electric motor vehicles (Battery Electric Vehicle) and / or hybrids (Hybrid Electric Vehicle - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), such as passenger cars, vans, trucks or buses.
  • the invention also applies to rotating electrical machines for industrial and / or energy production applications, in particular naval, wind or aeronautical applications.
  • Too much welding energy increase to increase weld penetration leads to destruction of electrical conductors by accumulating energy in the end to be welded and then melting and collapsing.
  • MIG Metal Inert Gas
  • the invention aims to meet this need and it achieves it, according to one of its aspects, by means of a process for welding several strands of one or more electrical conductors, comprising at least the following steps:
  • the layer of material having merged notably having a variable thickness of greater thickness between 100% and 300% of the thickness of a strand, better still between 120% and 200% of the thickness of a strand.
  • Another subject of the invention is a method of welding several strands of one or more electrical conductors, comprising at least the following steps:
  • axial offset is meant the offset of a strand along its axis of elongation.
  • Step (a) of preparing the strands to be welded can be done using strands of different lengths.
  • the preparation step (a) can be carried out by machining the free ends of the strands to be welded.
  • the free ends of the strands are then machined at different heights.
  • the free ends of the strands can be machined perpendicular to their axis of elongation.
  • the free ends of the strands are machined obliquely with respect to their axis of elongation.
  • machining is meant the fact of subjecting a part to the action of one or more machine tools in order to remove material. The machining can be done by milling, grinding or by cutting, for example using a clamp.
  • Microchips resulting from machining by cutting have a larger size than those resulting from machining by milling or grinding. They are then easier to eliminate. And therefore, pollution by micro-chips is thus limited.
  • the distance d can be between 5% and 120% of the thickness e of the strand, preferably between 10% and 100% of the thickness e of a strand, better still between 15% and 80% of the thickness e d 'a strand.
  • the thickness e of a strand is defined as its dimension in the radial direction of the machine.
  • the strands are held in place, for example by means of tools, for example pliers.
  • the free end or ends of strands of one or more electrical conductors higher than all of the free ends of the other strands of the electrical conductor or conductors are adjacent to the plane separating two electrical conductors to be welded.
  • the free end (s) of strands of one or more electrical conductors higher than all the free ends of the other strands of the electrical conductor (s) are located on a lateral edge of all of the strands of the conductor (s). electric soldering.
  • the distance d can be between 5% and 50% of the width L of the section to be welded, or even between 10% and 40%, better still between 15% and 23% of the width L of the section to be welded, for example 19 % +/- 4%.
  • width L of the section to be welded is meant the sum of the thicknesses e of the strands to be welded.
  • all the strands of one or more electrical conductors to be soldered together are arranged symmetrically with respect to a plane of symmetry.
  • a plane of symmetry is a plane orthogonal to the radial axis of the machine.
  • the plane of symmetry can be contained in the plane separating two electrical conductors.
  • the free ends of the strands of one or more electrical conductors to be welded together are for example prepared so that all the free ends of the strands have the general shape of a step pyramid.
  • the step pyramid can be regular. That is to say that the distance d between two adjacent free ends of the strand is constant. Alternatively, the step pyramid can be irregular. That is to say that the distance d between two free ends of adjacent strands is not constant.
  • the strands are prepared so that the whole presents a triangular profile.
  • the strands are prepared so that the whole presents a staircase shape.
  • the strands can also be prepared so that the whole has a bevel shape.
  • the strands are prepared such that the assembly exhibits a piecewise affine function profile. In this case, there are at least two obliquely machined strands with a distinct slope.
  • the affine function representing the profile can be increasing then decreasing or strictly increasing or strictly decreasing.
  • the strands can be prepared so that all of the strands are arranged in a crenellated shape.
  • Melting step (b) can be carried out by means of a heat source, in particular a laser or an electric arc, for example an electric arc produced by means of a tungsten electrode.
  • a heat source in particular a laser or an electric arc, for example an electric arc produced by means of a tungsten electrode.
  • the welding process using a tungsten electrode can be TIG welding (in English “Tungsten Inert Gas”). In this welding process, the electric arc is produced from a tungsten electrode and a plasma.
  • TIG welding in English “Tungsten Inert Gas”.
  • the electric arc is produced from a tungsten electrode and a plasma.
  • a single heat source can be used to produce the same weld. As a variant, several heat sources can be used to produce the same weld.
  • the heat source first heats the free end or ends of the strands of greater height, during the melting step (b).
  • the tip of the strands of the electrical conductor (s) is the zone containing the free end (s) of the strands of greater height. Heating the tip of the strands of the electrical conductor or conductors first makes it possible in particular to benefit from the peak effect of the strands of the electrical conductor or conductors. The peak effect allows heat to accumulate in the tip of the strands of the electrical conductor (s) and facilitates the transmission of this heat by thermal conduction to the other strands of the electrical conductor (s).
  • the tip of electrical conductor melts first, then the adjacent strands melt by thermal conduction, which makes it possible to give the solder a rounded shape.
  • the point effect is particularly advantageous when the strands are arranged in a step pyramid.
  • only the tip of the electrical conductor (s) is heated by means of the heat source.
  • heating the free end (s) of the taller strands first, during the melting step (b) allows the fused material to flow to the strands adjacent to the higher strands. and thereby facilitate the formation of a layer of fused material having a convex portion.
  • the heat source can be moved stepwise so as to weld the peripheral strands, on either side, to form and finalize the entire weld.
  • the heat source begins for example by heating the tip of the strands of the electric conductor (s) of greater height, then those to their right, then the strands to the left, passing through the center.
  • the heat source begins for example by heating the tip of the strands of the electric conductor (s) of greater height then the strands on the left then those on the right, passing through the center.
  • the heat source sweeps the free ends of the strands of the electrical conductor or conductors several times.
  • a stator of a rotating electrical machine comprising a stator mass comprising notches, each notch receiving one or more electrical conductors, an electrical conductor comprising one or more strands having each has a free end, the free ends of the strands of one or more electrical conductors being welded together by the welding process as described above, the layer of material having fused together having in particular a variable thickness of greater thickness between 100 % and 300% of the thickness of a strand, better still between 120% and 200% of the thickness of a strand.
  • stator of a rotating electrical machine comprising a stator mass comprising notches, each notch receiving one or more electrical conductors, an electrical conductor comprising one or more strands having each one free end, the free ends of the strands of one or more electrical conductors being welded together by welding without adding material.
  • the welded portion Since the welding is without material input, the welded portion has a uniform metallurgy. Welding without adding material can make it possible to weld together the strands of the same electrical conductor. It can also allow two single-strand electrical conductors to be soldered together. It can also make it possible to weld together two electrical conductors each having several strands, by welding together the strands of the two electrical conductors. For example, in the case where each electrical conductor has three strands, the six strands of two electrical conductors can be welded together. It can also allow more than two electrical conductors to be welded together.
  • Such welding without adding material makes it possible to limit the amount of energy required for welding, namely the amount of energy transferred per unit length of weld throughout the movement of the heat source.
  • all the free ends of the strands of the electrical conductors of the same notch are welded together to form a single weld.
  • the layer of fused material extends over substantially the entire width L of the section to be welded.
  • the welding is performed exiting the notch.
  • the outer surface of the layer of material having fused has a convex part.
  • the outer surface of the weld may have the shape of a dome.
  • the convex shape of the outer surface of the weld makes it possible to limit the risks of hot spots forming when the current passes through the stator, compared with shapes of the outer weld surface having sharper angles.
  • the convex shape of the outer surface of the weld makes it possible to promote the uniform distribution of the impregnation material on the outer surface of the weld.
  • the impregnation material can be distributed more evenly than in the case where the outer surface of the weld is substantially flat.
  • the layer of material having fused has a variable thickness h, of greater thickness greater than 1 mm, better still greater than 1.5 mm, being for example between 2 mm and 5 mm.
  • thickness of layer of material having fused is meant the distance between the outer surface of the weld and the part of the free ends of the strands which is not melted.
  • the greatest thickness h is for example at least greater than 50% or even 80% of the distance between the free end of the strand of greater height and the free end of the strand of smaller height.
  • the greatest thickness h is equal to the distance between the free end of the strand of greater height and the free end of the strand of smaller height.
  • the layer of material having merged can have a variable thickness h of greater thickness between 100% and 300% of the thickness e of a strand, better still between 120% and 200% of the thickness e of a strand.
  • the area of the current flow section between two electrical conductors welded by the method according to the invention is larger than when the strands of the electrical conductors are welded in a configuration with raised edges. This increase in the area of the electrical current flow section in the weld ensures good electrical conductivity between the electrical conductors.
  • the smallest current flow section in the weld can for example be located in the plane separating two electrical conductors.
  • all the electrical conductors having a free end located at the same circumferential position around the axis of rotation of the machine, regardless of their radial position, are welded together by a method according to the invention.
  • part of the electrical conductors are electrically connected by welding without adding material and the rest of the electrical conductors are electrically connected by welding with adding material.
  • the electrical conductors can form a single coil, in particular whole or fractional.
  • single winding is meant that the electrical conductors are electrically connected together in the stator, and that the connections between the phases are made in the stator, and not outside the stator, for example in a terminal box. .
  • the electrical conductors can form a distributed coil.
  • the winding is not concentrated or wound on tooth.
  • the winding is in the invention whole or fractional.
  • the winding can be full in pitch with or without shortening, or in a fractional variant.
  • the electrical conductors form a fractional coil, in particular with a shortened pitch.
  • the number of notches in the stator can be between 18 and 96, better still between 30 and 84, being for example 18, 24, 27, 30, 36, 42, 45, 48, 54, 60, 63, 72, 78 , 81, 92, 96, better still being 60 or 63.
  • the number of poles of the stator can be between 2 and 24, or even between 4 and 12, being for example 6 or 8.
  • the winding can have a single winding path or several winding paths.
  • electrical conductor flows the current of the same phase by winding.
  • winding path is meant all the electrical conductors of the machine which are traversed by the same electric current of the same phase.
  • These electrical conductors can be connected to each other in series or in parallel or in series-parallel. In the case where there is only one channel, the electrical conductors are connected in series. In the case where there are several channels, the electrical conductors of each channel are connected in series, and the channels are connected in parallel.
  • an “electrical conductor” flows the current of the same phase of a winding track.
  • Several electrical conductors in series form a “coil”.
  • the number of coils per phase is at most equal to the number of stator poles or to the number of pole pairs.
  • each notch there can be one or more layers.
  • layer denotes the electrical conductors in series belonging to the same phase arranged in the same notch.
  • electrical conductors of the same phase In each layer of a notch, there are electrical conductors of the same phase.
  • the electrical conductors of a stator can be distributed in one layer or in two layers. When the electrical conductors are distributed in a single layer, each notch only accommodates electrical conductors of the same phase.
  • the electrical conductors can be divided into only two layers.
  • one or more notches can house electrical conductors of two different phases. This is always the case for a winding with shortened pitch.
  • the coil may not have more than two layers. In one embodiment, it is notably devoid of four layers. At least a first electrical conductor housed in a first notch can be electrically connected to a second electrical conductor housed in a second notch, at the outlet from said notches.
  • electrically connected is meant any type of electrical connection, in particular by welding, with different possible welding methods, in particular laser, TIG, induction, friction, ultrasound, vibrations, or soldering, or by mechanical clamping, in particular by crimping, screwing or riveting for example.
  • the first and second notches are preferably non-consecutive.
  • the first and second electrical conductors can be electrically connected to the output of the first and second notches, that is to say that the electrical connection is formed on the electrical conductors just after their exit from the two notches, at an axial end of the stator mass.
  • the electrical connection can be made in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine.
  • the plane of the electrical connection can be away from the stator mass by less than 60 mm, better still less than 40 mm, for example 27 mm or 38 mm approximately.
  • a majority of the electrical conductors housed in a first notch can each be electrically connected to a respective second electrical conductor housed in a second notch, at the exit from said notches.
  • At least one notch, better still a majority of the notches, or even more than half of the notches, better still more than two-thirds of the notches, or even all the notches, can comprise first electrical conductors each electrically connected to a respective second electrical conductor housed in a second notch, at the exit of said notches.
  • all the electrical conductors having a free end located at the same circumferential position around the axis of rotation of the machine, regardless of their radial position, are electrically connected together.
  • the first and second electrical conductors can each have an oblique portion.
  • the oblique portions may extend in a circumferential direction, around the axis of rotation of the machine.
  • the two oblique portions can be configured to converge towards each other and thus allow the electrical connection to be made.
  • An electrical conductor can have two oblique portions, one at each of its two ends.
  • the two oblique portions of the same electrical conductor can extend in opposite directions. They can diverge from each other. They can be symmetrical with respect to each other.
  • a majority of the electrical conductors can include one or more oblique portions as described above.
  • the electrical conductors can be arranged in the notches in a distributed manner.
  • distributed it should be understood that the outgoing and return electrical conductors are each housed in different and non-consecutive notches. At least one of the electrical conductors can pass successively through two non-consecutive notches.
  • the electrical conductors can be arranged in a row in the notches. By “row” is meant that the electrical conductors are not arranged in the slots in bulk but in an orderly manner. They are stacked in the notches in a non-random manner, being for example arranged in a row of electrical conductors aligned in the radial direction.
  • the strands of one or more electrical conductors are arranged in a row of electrical conductor strands aligned in the radial direction.
  • they are arranged in a row of strands of electrical conductors aligned in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
  • the electrical conductors may have a generally rectangular cross section, in particular with rounded edges.
  • the circumferential dimension of an electrical conductor can correspond substantially to the width of a notch.
  • a notch may have only one electrical conductor in its width.
  • the width of the notch is measured in its circumferential dimension around the axis of rotation of the machine.
  • Electrical conductors can be adjacent to each other by their long sides, otherwise called the flat.
  • Optimization of the stack can allow a greater quantity of electrical conductors to be placed in the slots and thus obtain a stator of greater power, at constant volume.
  • Each notch can include 2 to 36 electrical conductors, in particular 2 to 24, better still 2 to 12 electrical conductors.
  • Each notch may have two to eight electrical conductors, in particular two to four electrical conductors, for example two or four electrical conductors.
  • each notch has two electrical conductors.
  • each notch has four electrical conductors.
  • Electrical conductors at least, see a majority of electrical conductors, can be in the shape of pins, U or I.
  • the pin can be U-shaped ("U-pin” in English) or straight, being in form of I ("I-pin” in English).
  • the hairpin and flat electrical conductors increase the fill factor of the slot, making the machine more compact. Thanks to a high filling coefficient, the thermal exchanges between the electrical conductors and the stator mass are improved, which makes it possible to reduce the temperature of the electrical conductors inside the slots.
  • the manufacture of the stator can be facilitated by the electrical conductors in the form of pins.
  • the winding with pins can be easily changed by changing only the connections between the pins at the coil heads.
  • Electrical conductors extend axially into the notches.
  • the electrical conductors can be introduced into the corresponding notches through one or both axial ends of the machine.
  • An I-shaped electrical conductor has two axial ends each placed at one of the axial ends of the stator. It passes through a single notch, and can be welded at each of its axial ends to two other electrical conductors, at the axial ends of the stator.
  • the stator may for example comprise six or twelve electrical conductors in the shape of an I, the other electrical conductors possibly all being in the shape of a U.
  • a U-shaped electrical conductor has two axial ends both placed at one of the axial ends of the stator. It passes through two different slots, and can be welded at each of its axial ends to two other electrical conductors, at the same axial side of the stator. The bottom of the U is on the other axial side of the stator.
  • each electrical conductor comprises one or more strands (“wire” or “strand” in English).
  • strand is meant the most basic unit for electrical conduction.
  • a strand can be of round cross section, we can then speak of 'wire', or flat.
  • the flattened strands can be shaped into pins, for example U or I.
  • Each strand is coated with an insulating enamel.
  • each notch can include several electrical conductors and / or several strands makes it possible to minimize losses by induced currents, or Joule AC losses, which evolve with the square of the supply frequency, which is particularly advantageous at high frequency and when the operating speed is high. It is thus possible to obtain better efficiency at high speed.
  • the presence of the closed notches can make it possible to obtain a reduction in the flow of leaks seen by the electrical conductors, which results in a decrease in eddy current losses in the strands.
  • each electrical conductor may include several pins, each forming a strand, as explained above. All strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other at the exit of the notch. The strands electrically connected to each other are placed in short circuit. The number of strands electrically connected together may be greater than or equal to 2, being for example between 2 and 12, being for example 3, 4, 6 or 8 strands.
  • Several strands can form the same electrical conductor.
  • the same electric current of the same phase flows through all strands of the same electrical conductor.
  • All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other, especially at the exit of the notch.
  • All the strands of the same electrical conductor can be electrically connected to each other at each of their two axial ends, in particular at the exit from the notch. They can be electrically connected in parallel.
  • each electrical conductor has three strands.
  • a notch can therefore accommodate six strands, for example, distributed between the two electrical conductors.
  • a notch has four electrical conductors. Each electrical conductor can have two strands. The notch then accommodates eight strands, distributed between the four electrical conductors.
  • the strands can be positioned in G notch so that their circumferential dimension around the axis of rotation of the machine is greater than their radial dimension. Such a configuration allows a reduction in Loucault current losses in the strands.
  • a strand may have a width of between 1 and 5 mmm, being for example of the order of
  • the width of a strand is defined as its dimension in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
  • a strand may have a height of between 1 and 4 mmm, being for example of the order of
  • the height of a strand is defined as its thickness in the radial dimension.
  • a ratio of the width of a strand to its height can be between 1 and 2.5, better still between 1.2 and 2, or even between 1.4 and 1.8, being for example 1.56 or 1 , 66. Such a ratio allows a reduction in losses by Loucault currents in the strands.
  • the electrical conductors can be made of copper or aluminum.
  • the electrical conductors are electrically isolated from the outside by an insulating coating, including enamel.
  • the electrical conductors can be separated from the walls of the notch by an insulation, in particular by at least one sheet of insulation. Such a sheet insulation allows better insulation of the electrical conductors with respect to the stator mass.
  • the use of closed notches can improve the retention of insulation around electrical conductors in the notches.
  • the notches can be open or at least partially closed.
  • a partially closed notch makes it possible to provide an opening at the level of the air gap, which can be used, for example, for the installation of the electrical conductors for filling the notch.
  • a partially closed notch is in particular formed between two teeth which each have pole shoes at their free end, which close the notch at least in part.
  • the notches can be completely closed.
  • the term “fully closed notch” denotes notches which are not open radially towards the air gap.
  • closed notches makes it possible to improve the performance of the electric machine in terms of the quality of the magnetic field in the air gap, by minimizing the harmonic content and the losses by eddy currents in the electrical conductors, and the leakage fluxes in the air gap. the notches, as well as the fluctuations of the magnetic field in the air gap and heating of the machine. In addition, the presence of these closed notches improves the mechanical rigidity of the stator, mechanically strengthening the stator and reducing vibrations.
  • the stator mass can be produced by stacking magnetic sheets, the notches being formed by cutting the sheets.
  • the stator mass can also be produced by cutting from a mass of sintered or agglomerated magnetic powder.
  • Another subject of the invention is a rotating electrical machine, such as a synchronous motor or a synchronous generator, comprising a stator as defined above.
  • the machine can be synchronous or asynchronous.
  • the machine can be reluctance. It can constitute a synchronous motor.
  • the maximum speed of rotation of the machine can be high, being for example greater than 10,000 rpm, better still greater than 12,000 rpm, being for example of the order of 14,000 rpm at 15,000 rpm. min, or even 20,000 rpm or 25,000 rpm.
  • the maximum speed of rotation of the machine may be less than 100,000 rev / min, or even 60,000 rev / min, or even less than 40,000 rev / min, better still less than 30,000 rev / min.
  • the rotating electric machine may include a rotor.
  • the rotor can be permanent magnet, with surface magnets or buried.
  • the rotor can be in flux concentration. It may include one or more layers of magnets arranged in an I, U or V arrangement. Alternatively, it may be a wound rotor or squirrel cage rotor, or a variable reluctance rotor.
  • the diameter of the rotor may be less than 400 mm, better still less than 300 mm, and greater than 50 mm, better still greater than 70 mm, being for example between 100 and 200 mm.
  • the rotor may include a rotor mass extending along the axis of rotation and arranged around a shaft.
  • the shaft may include torque transmission means for driving the rotor mass in rotation.
  • the rotor may or may not be cantilevered.
  • the machine can be inserted alone in a housing or inserted in a gearbox housing. In this case, it is inserted in a housing which also houses a gearbox. Manufacturing process
  • a further subject of the invention is a process for manufacturing a stator as described above.
  • the process may include the following step:
  • the positioning step (c) can be performed after the preparation step (a) and before the melting step (b).
  • the subject of the invention is also, independently or in combination with the foregoing, a method for manufacturing a stator for a rotating electric machine, comprising the following steps:
  • Positioning step (c) can take place before the preparation steps (a) and (b) melting mentioned above. In another embodiment, the positioning step (c) can be performed after the preparation step (a) and before the melting step (b).
  • At least one electrical conductor, or even a majority of the electrical conductors, introduced into the notches, are in the shape of a U-shaped pin. They can be shaped prior to their introduction into the notches. All the electrical conductors in the shape of a U-pin can be shaped, simultaneously or successively, then introduced into the stator mass simultaneously or successively.
  • the shaping may include a first step of assembling the strands of the same electrical conductor.
  • the same U-shaped electrical conductor can be placed in two different non-consecutive notches of the stator mass of the stator. In the case where an electrical conductor is U-shaped, it can be soldered to two other electrical conductors on the same side of the machine.
  • I-shaped electrical conductors can be connected together beforehand in two different non-consecutive notches of the stator mass of the stator.
  • an electrical conductor is I-shaped, it can be soldered to two other electrical conductors on two opposite sides of the machine.
  • all electrical conductors having a free end located at the same circumferential position around the axis of rotation of the machine can be electrically connected together, regardless of their radial position.
  • FIG 1 is a perspective view, schematic and partial, of a stator made in accordance with the invention.
  • FIG. 2 is a perspective view, schematic and partial, of the stator of FIG.
  • FIG 3 is a detail view, in perspective, of the stator of Figure 1,
  • FIG 4 Figure 4 is a partial view of the stator of Figure 1 after preparation of the strands
  • Figure 5 is a partial view of the stator of Figure 1 after melting of the free ends of the strands
  • Figure 6 is a sectional view of the strands of two electrical conductors welded together by the method according to the invention
  • Figure 7a is a sectional view of the strands of two electrical conductors to be soldered arranged to have the shape of a regular step pyramid,
  • Figure 7b is a view similar to Figure 7a of an alternative embodiment
  • Figure 7c is a view similar to Figure 7a of an alternative embodiment
  • FIG 8a Figure 8a is a view similar to Figure 7a of an alternative embodiment
  • Figure 8b is a view similar to Figure 7a of an alternative embodiment
  • FIG. 9 is a view similar to FIG. 7a of an alternative embodiment.
  • stator 2 of a rotating electrical machine 1 also comprising a rotor not shown.
  • the stator is used to generate a rotating magnetic field to drive the rotating rotor, as part of a synchronous motor, and in the case of an alternator, the rotation of the rotor induces an electromotive force in the electrical conductors of the stator.
  • the stator 2 comprises electrical conductors 22, which are arranged in notches 21 formed between teeth 23 of a stator mass 25.
  • the notches 21 are closed.
  • the electrical conductors 22 have strands 33.
  • the strands 33 have a generally rectangular cross section, in particular with rounded corners.
  • the strands 33 are in the example described superimposed radially in a single row.
  • the thickness e of a strand 33 is its dimension in the radial direction of the machine.
  • the width 1 of a strand 33 is defined as its dimension in the circumferential direction around the axis of rotation of the machine.
  • the width L of the section to be welded corresponds to the sum of the thicknesses e of each strand.
  • the electrical conductors 22 are mostly pin-shaped, i.e. U or I, and extending axially into the notches.
  • a first electrical conductor housed in a first notch is electrically connected to a second electrical conductor housed in a second notch, at the outlet from said notches.
  • the first and second notches are non-consecutive. In the example shown, they are separated by 7 other notches. Alternatively, the first and second notches are separated by 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 or 11 other notches, for example.
  • the electrical connection is formed on the electrical conductors just after their exit from the two notches, at one axial end of the stator mass.
  • the two electrical conductors each have an oblique portion 22b, which converge towards one another.
  • the electrical connection between two conductors is made in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine, causing the free ends 22a of the strands of the two electrical conductors to merge.
  • FIG. 3 shows the free end surfaces 22a of the strands of the first and second electrical conductors intended to be prepared such that at least the free ends 22a of adjacent strands are axially offset by a distance d no nothing.
  • the preparation takes place by machining the strands.
  • Figure 4 illustrates the free end surfaces 22a of the strands of the first and second electrical conductors 22 after a machining step.
  • the end surfaces 22a are at different heights as a result of this machining step.
  • Figure 5 shows the stator 2 after the step of melting the free ends 22a of the strands.
  • Two 22 and 22 ’electrical conductors were soldered together.
  • the electrical conductor 22 has three strands 33a, 33b, 33c and the electrical conductor 22 "has three strands 33a", 33b ", 33c".
  • a layer of fused material 13 ensures the electrical connection between the two electrical conductors 22 and 22 ’.
  • the outer surface of this layer of fused material 13 is convex. In the example shown in Figure 6, it has the shape of a dome.
  • the thickness h of the layer of fused material 13 is of the order of 3 mm.
  • the smallest current flow section 14 is contained in the plane which separates the strands 33a and 33a '.
  • the strands can be prepared according to one of the arrangements illustrated in Figures 7a to 9.
  • the free ends of the strands of the two electrical conductors 22, 22 'to be welded together are prepared so that all the free ends of the strands have the general shape of a step pyramid.
  • the distance between two free ends 22a of two adjacent strands is denoted by d.
  • the electrical conductor 22 comprises the three strands 33a, 33b, 33c and the electrical conductor 22 'comprises the three strands 33a', 33b ', 33c'.
  • the distance d between the free ends of the strands 33a and 33a ' is zero.
  • the distance d between the free ends of the strands 33a and 33b, 33b and 33c, 33a 'and 33b' and 33b 'and 33c' is non-zero.
  • the strands 33a and 33a ' are the strands of greater height.
  • the strands are prepared by being machined perpendicular to their axis of elongation.
  • the greatest thickness h of the layer of fused material which can be obtained when the strands are prepared according to this embodiment is equal to twice the value of the distance d.
  • the strands are prepared so that the assembly has a triangular profile.
  • the electrical conductors 22, 22 ' have been machined obliquely.
  • the greatest thickness h of the layer of fused material which can be obtained when the strands are prepared according to this embodiment is equal to twice the value of the distance d.
  • the strands are prepared such that the assembly exhibits a piecewise affine function profile.
  • the affine function which represents the profile is increasing then decreasing.
  • Each strand is machined obliquely in isolation. Thus each strand can be machined at a slope distinct from the others.
  • the strands 33a, 33b, 33c of the electrical conductor 22 are machined in a direction opposite to the strands 33a ’, 33b’, 33c ’of the electrical conductor 22’.
  • the difference in height between the free ends 22a of the uppermost strands 33a and 33a ’and the free ends 22a of the lower strands 33c and 33c’ is between 1 and 2mm.
  • the greatest thickness h of the layer of fused material which can be obtained when the strands are prepared according to this embodiment is equal to twice the value of the distance d.
  • the strands are prepared so that the whole has a staircase shape.
  • the free end 22a of one strand is offset by a distance d from the adjacent strand.
  • the distance d is constant.
  • the greatest thickness h of the layer of fused material which can be obtained when the strands are prepared according to this embodiment is equal to five times the value of the distance d.
  • the strands are prepared so that the assembly has a bevel shape.
  • all the strands of the two electrical conductors 22 and 22 ’ are machined obliquely in the same direction. All the free ends 22a then have the same slope.
  • the greatest thickness h of the layer of fused material which can be obtained when the strands are prepared according to this embodiment is equal to five times the value of the distance d.
  • the strands are prepared such that the assembly exhibits a piecewise affine function profile.
  • the affine function representing the profile is strictly increasing. In an embodiment not shown, it is strictly decreasing.
  • Each free end 22a of the strand is machined obliquely and in isolation. Thus each strand can be machined at a slope distinct from the others. All the free ends 22a of the strands are machined in the same direction.
  • the greatest thickness h of the layer of fused material which can be obtained when the strands are prepared according to this embodiment is equal to five times the value of the distance d.
  • the strands can be prepared so that all of the strands are arranged in the form of slots.
  • the greatest thickness h of the layer of fused material which can be obtained when the strands are prepared according to this embodiment is equal to once the value of the distance d.
  • the invention is not limited to the embodiments which have just been described, and the rotor associated with the stator described can be wound, with a squirrel cage or with permanent magnets, or else with variable reluctance.
  • strands can be prepared in other strand arrangements than those shown.

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Abstract

Procédé de soudage de plusieurs brins (33) d'un ou plusieurs conducteurs électriques (22), comportant au moins les étapes suivantes : (a) préparer les brins (33) à souder de telle sorte qu'au moins les extrémités libres (22a) de brins adjacents soient décalées axialement d'une distance d non nulle. (b) provoquer une fusion des extrémités libres (22a) des brins ainsi disposées pour les souder sans apport de matière.

Description

Description
Titre : Procédé de soudage sans apport de matière
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1907978 déposée le 15 juillet 2019 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
La présente invention concerne un procédé de soudage de conducteurs électriques dans un stator de machine électrique tournante.
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, éoliennes ou aéronautiques.
Technique antérieure
Le soudage de plusieurs conducteurs électriques adjacents dans une configuration dite à bords relevés, c’est-à-dire avec des conducteurs électriques qui sont à une même hauteur, conduit à des soudures qui sont difficilement pénétrantes, et qui présentent donc une faible section de passage de courant entre les deux conducteurs électriques soudés entre eux.
Une augmentation trop forte de l’énergie de soudage visant à augmenter la pénétration de la soudure conduit à une destruction des conducteurs électriques par accumulation de l’énergie dans l’extrémité à souder, puis fusion et effondrement de celle-ci.
Une possibilité pour augmenter la section de passage du courant est de rajouter de la matière. Cependant, les technologies avec apport de métal, par exemple la technologie Métal Inert Gas (MIG), conduisent à des niveaux d’énergie élevés ce qui peut conduire également à la destruction de l’assemblage.
Il existe un besoin pour souder ensemble simplement des conducteurs électriques sans risquer de les détruire lors de l’opération de soudage.
Exposé de l’invention Procédé de soudage
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, grâce à un procédé de soudage de plusieurs brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques, comportant au moins les étapes suivantes :
(a) préparer les brins à souder de telle sorte qu’au moins les extrémités libres de brins adjacents soient décalées axialement, notamment suivant l'axe d'élongation des brins, d’une distance d non nulle,
(b) provoquer une fusion des extrémités libres des brins ainsi disposées pour les souder sans apport de matière,
la couche de matière ayant fusionnée présentant notamment une épaisseur variable de plus grande épaisseur comprise entre 100 % et 300% de l’épaisseur d’un brin, mieux entre 120 % et 200 % de l’épaisseur d’un brin.
L'invention a également pour objet selon un autre de ses aspects, un procédé de soudage de plusieurs brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques, comportant au moins les étapes suivantes :
(a) préparer les brins à souder de telle sorte qu’au moins les extrémités libres de brins adjacents soient décalées axialement suivant l'axe d'élongation des brins d’une distance d non nulle et que tous les brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques à souder ensemble soient disposés de manière symétrique par rapport à un plan de symétrie,
(b) provoquer une fusion des extrémités libres des brins ainsi disposées pour les souder sans apport de matière.
Par "décalage axial ", on entend le décalage d'un brin suivant son axe d'élongation.
Le décalage axial organisé des extrémités libres des brins du ou des conducteurs électriques permet d’avoir de la matière en excès pour pouvoir réaliser la soudure sans nécessiter l’apport de matière supplémentaire.
L’étape (a) de préparation des brins à souder peut se faire en utilisant des brins de longueurs différentes.
En variante, l’étape (a) de préparation peut se faire en usinant les extrémités libres des brins à souder. Les extrémités libres des brins sont alors usinées à différentes hauteurs. Les extrémités libres des brins peuvent être usinées perpendiculairement à leur axe d’élongation. En variante, les extrémités libres des brins sont usinées obliquement par rapport à leur axe d’élongation. On entend par "usinage" le fait de soumettre une pièce à l'action d'une ou plusieurs machines- outils pour réaliser un enlèvement de matière. L'usinage peut se faire par fraisage, meulage ou par découpe, par exemple à l'aide d'une pince.
Les micro-copeaux issus de l'usinage par découpe présentent une taille plus grande que ceux issus d'un usinage par fraisage ou meulage. Ils sont alors plus faciles à éliminer. Et donc, la pollution par des micro-copeaux est ainsi limitée.
La distance d peut être comprise entre 5% et 120% de l’épaisseur e du brin, préférentiellement entre 10 % et 100 % de l’épaisseur e d’un brin, mieux entre 15 % et 80 % de l’épaisseur e d’un brin. L’épaisseur e d’un brin est définie comme sa dimension dans la direction radiale de la machine.
Une fois les brins préparés, ils sont maintenus en place, par exemple au moyen d’un outillage, par exemple une pince. Il peut exister au moins une extrémité libre d’un brin qui est plus haute que l’ensemble des extrémités libres des autres brins du ou des conducteurs électriques. Dans un mode de réalisation, il existe deux extrémités libres de brins qui sont plus hautes que l’ensemble des extrémités libres des autres brins du ou des conducteurs électriques. Elles peuvent être adjacentes. La distance d entre ces deux brins de plus grande hauteur est donc nulle. En variante, elles ne sont pas adjacentes. Dans un mode de réalisation, la ou les extrémités libres de brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques plus hautes que l’ensemble des extrémités libres des autres brins du ou des conducteurs électriques sont adjacentes au plan séparant deux conducteurs électriques à souder. En variante, la ou les extrémités libres de brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques plus hautes que l’ensemble des extrémités libres des autres brins du ou des conducteurs électriques se situent sur un bord latéral de l’ensemble des brins du ou des conducteurs électriques à souder.
La distance d peut être comprise entre 5% et 50% de la largeur L de la section à souder, voire entre 10% et 40%, mieux entre 15% et 23% de la largeur L de la section à souder, par exemple 19% +/- 4%. On entend par largeur L de la section à souder la somme des épaisseurs e des brins à souder.
Avantageusement, tous les brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques à souder ensemble sont disposés de manière symétrique par rapport à un plan de symétrie. Dans un mode de réalisation, un plan de symétrie est un plan orthogonal à l’axe radial de la machine. Le plan de symétrie peut être contenu dans le plan séparant deux conducteurs électriques. Les extrémités libres des brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques à souder ensemble sont par exemple préparées afin que l’ensemble des extrémités libres des brins présente une forme générale de pyramide à degrés. La pyramide à degrés peut être régulière. C’est-à-dire que la distance d entre deux extrémités libres de brin adjacentes est constante. En variante, la pyramide à degrés peut être irrégulière. C’est-à-dire que la distance d entre deux extrémités libres de brin adjacentes n’est pas constante.
En variante, les brins sont préparés afin que l’ensemble présente un profil triangulaire.
En variante, les brins sont préparés afin que l’ensemble présente une forme d’escalier.
Les brins peuvent également être préparés afin que l’ensemble présente une forme de biseau. En variante encore, les brins sont préparés de tel sorte que l’ensemble présente un profil de fonction affine par morceaux. Dans ce cas, il existe au moins deux brins usinés obliquement avec une pente distincte. La fonction affine représentant le profil peut être croissante puis décroissante ou strictement croissante ou strictement décroissante.
Enfin, les brins peuvent être préparés pour que l’ensemble des brins soient disposés en forme de créneaux.
L’étape (b) de fusion peut être mise en œuvre au moyen d’une source de chaleur, notamment un laser ou un arc électrique, par exemple un arc électrique produit au moyen d’une électrode de tungstène. Le procédé de soudage utilisant une électrode de tungstène peut être un soudage TIG (en anglais « Tungsten Inert Gas »). Dans ce procédé de soudage, l’arc électrique est produit à partir d’une électrode de tungstène et d’un plasma. L’utilisation d’une source de chaleur permet de réaliser la fusion des extrémités libres des brins sans dégrader l’assemblage des brins du ou des conducteurs électriques. On peut utiliser une seule source de chaleur pour réaliser une même soudure. En variante, on peut utiliser plusieurs sources de chaleur pour réaliser une même soudure.
Dans un mode de réalisation de l’invention, la source de chaleur chauffe en premier la ou les extrémités libres des brins de plus grande hauteur, lors de l’étape de fusion (b). La pointe des brins du ou des conducteurs électriques est la zone contenant la ou les extrémités libres des brins de plus grande hauteur. Chauffer en premier la pointe des brins du ou des conducteurs électriques permet notamment de bénéficier de l’effet de pointe des brins du ou des conducteurs électriques. L’effet de pointe permet une accumulation de chaleur dans la pointe des brins du ou des conducteurs électriques et facilite la transmission de cette chaleur par conduction thermique aux autres brins du ou des conducteurs électriques. La pointe du conducteur électrique fond en premier, puis les brins adjacents fondent par conduction thermique, ce qui permet de donner à la soudure une forme arrondie. L’effet de pointe est particulièrement avantageux lorsque les brins sont disposés en pyramide à degrés. Dans un mode de réalisation, seule la pointe du ou des conducteurs électriques est chauffée au moyen de la source de chaleur.
De plus, chauffer en premier la ou les extrémités libres des brins de plus grande hauteur, lors de l’étape de fusion (b) permet de faire en sorte que la matière fusionnée s'écoule vers les brins adjacents aux brins de plus grande hauteur et ainsi faciliter la formation d'une couche de matière fusionnée présentant une partie convexe.
En variante, ou additionnellement, la source de chaleur peut être déplacée par pas de manière à réaliser les soudures des brins périphériques, de part et d’autre, pour former et finaliser l’ensemble de la soudure. La source de chaleur commence par exemple par chauffer la pointe des brins du ou des conducteurs électriques de plus grande hauteur puis ceux à leur droite puis les brins à gauche en repassant par le centre. En variante, la source de chaleur commence par exemple par chauffer la pointe des brins du ou des conducteurs électriques de plus grande hauteur puis les brins à gauche puis ceux à droite en repassant par le centre. En variante, la source de chaleur balaye plusieurs fois les extrémités libres des brins du ou des conducteurs électriques.
Stator
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un stator de machine électrique tournante, comportant une masse statorique comportant des encoches, chaque encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques, un conducteur électrique comportant un ou plusieurs brins ayant chacun une extrémité libre, les extrémités libres des brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques étant soudées entre elles par le procédé de soudage tel que décrit plus haut, la couche de matière ayant fusionnée présentant notamment une épaisseur variable de plus grande épaisseur comprise entre 100 % et 300% de l’épaisseur d’un brin, mieux entre 120 % et 200 % de l’épaisseur d’un brin.
L’invention a également pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un stator de machine électrique tournante, comportant une masse statorique comportant des encoches, chaque encoche recevant un ou plusieurs conducteurs électriques, un conducteur électrique comportant un ou plusieurs brins ayant chacun une extrémité libre, les extrémités libres des brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques étant soudées entre elles par un soudage sans apport de matière.
Le soudage étant sans apport de matière, la portion soudée a une métallurgie uniforme. Le soudage sans apport de matière peut permettre de souder ensemble les brins d’un même conducteur électrique. Il peut également permettre de souder ensemble deux conducteurs électriques à un seul brin. Il peut également permettre de souder ensemble deux conducteurs électriques ayant chacun plusieurs brins, en soudant ensemble les brins des deux conducteurs électriques. Par exemple, dans le cas où chaque conducteur électrique comporte trois brins, on peut souder ensemble les six brins de deux conducteurs électriques. Il peut également permettre de souder ensemble plus de deux conducteurs électriques. Un tel soudage sans apport de matière permet de limiter la quantité d’énergie nécessaire au soudage, à savoir la quantité d’énergie transférée par unité de longueur de soudure tout au long du déplacement de la source de chaleur. En limitant l’énergie de soudage, on réduit la quantité d’énergie accumulée dans les extrémités libres des brins ou conducteurs électriques à souder. On réduit ainsi les risques de détérioration des extrémités libres des brins ou des conducteurs. On réduit également le risque de destruction des conducteurs électriques par accumulation d’énergie dans les extrémités à souder.
De préférence, toutes les extrémités libres des brins des conducteurs électriques d'une même encoche sont soudées ensemble pour former une unique soudure.
De préférence, la couche de matière fusionnée s'étend sur sensiblement toute la largeur L de la section à souder.
Dans un mode de réalisation, le soudage est réalisé à la sortie de l’encoche.
Avantageusement, la surface extérieure de la couche de matière ayant fusionnée présente une partie convexe. En particulier, la surface extérieure de la soudure peut présenter une forme de dôme. La forme convexe de la surface extérieure de la soudure permet de limiter les risques de formation de points chauds lors du passage du courant dans le stator, par rapport à des formes de surface extérieure de soudure présentant des angles plus vifs. Dans le cas où une étape d’imprégnation du stator est mise en œuvre, la forme convexe de la surface extérieur de la soudure permet de favoriser la répartition uniforme du matériau d’imprégnation sur la surface extérieure de la soudure. En particulier, le matériau d’imprégnation peut être réparti plus uniformément que dans le cas où la surface extérieure de la soudure serait sensiblement plane. Avantageusement, la couche de matière ayant fusionnée présente une épaisseur h variable, de plus grande épaisseur supérieure à 1 mm, mieux supérieure à 1,5 mm, étant par exemple comprise entre 2 mm et 5 mm. Par « épaisseur de couche de matière ayant fusionnée », on entend la distance entre la surface extérieure de la soudure et la partie des extrémités libres des brins qui est non fondue. La plus grande épaisseur h est par exemple au moins supérieure à 50% voire à 80% de la distance entre l’extrémité libre du brin de plus grande hauteur et l’extrémité libre du brin de plus petite hauteur. De préférence, la plus grande épaisseur h est égale à la distance entre l’extrémité libre du brin de plus grande hauteur et l’extrémité libre du brin de plus petite hauteur.
La couche de matière ayant fusionnée peut présenter une épaisseur h variable de plus grande épaisseur comprise entre 100 % et 300 % de l’épaisseur e d’un brin, mieux entre 120 % et 200 % de l’épaisseur e d’un brin. La surface de la section de passage du courant entre deux conducteurs électriques soudés par le procédé selon l’invention est plus grande que lorsque les brins des conducteurs électriques sont soudés dans une configuration à bords relevés. Cette augmentation de la surface de la section de passage du courant électrique dans la soudure permet d’assurer une bonne conductivité électrique entre les conducteurs électriques. La plus petite section de passage du courant dans la soudure peut par exemple être située dans le plan séparant deux conducteurs électriques.
Avantageusement, tous les conducteurs électriques ayant une extrémité libre située à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine, quelle que soit leur position radiale, sont soudés ensemble par un procédé selon l’invention. En variante, une partie des conducteurs électriques sont reliés électriquement par un soudage sans apport de matière et le reste des conducteurs électriques sont reliés électriquement par un soudage avec apport de matière.
Bobinage
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. 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, 78, 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.
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 électriques en série forment une « bobine » (« coil » 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 électriques 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 possibles, notamment laser, TIG, 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 située 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. En variante, ils sont disposés selon une rangée de conducteurs électriques alignés dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. Dans un mode de réalisation, les brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques sont disposés selon une rangée de brins de conducteurs électriques alignés dans la direction radiale. En variante, ils sont disposés selon une rangée de brins de conducteurs électriques alignés dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine.
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 2 à 36 conducteurs électriques, notamment 2 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 un ou 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 électriques 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 électriques, 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 située 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 peuvent être positionnés dans G 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 Loucault 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 Loucault 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
Les encoches peuvent être ouvertes ou 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.
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. 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.
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.
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 V. 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 un procédé de fabrication d’un stator tel que décrit ci-dessus. Le procédé peut comporter l’étape suivante :
(c) positionner les conducteurs électriques dans les encoches du stator, cette étape (c) de positionnement ayant lieu avant les étapes (a) de préparation et (b) de fusion mentionnées ci-dessus.
Dans un autre mode de réalisation, l’étape (c) de positionnement peut être réalisée après l’étape (a) de préparation et avant l’étape (b) de fusion.
L’invention a également pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un stator de machine électrique tournante, comportant les étapes suivantes :
(a) préparer plusieurs brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques à souder de telle sorte qu’au moins les extrémités libres de brins adjacents soient décalées axialement d’une distance d non nulle.
(b) provoquer une fusion des extrémités libres des brins ainsi disposées pour les souder sans apport de matière.
(c) positionner les conducteurs électriques dans les encoches du stator.
L’étape (c) de positionnement peut avoir lieu avant les étapes (a) de préparation et (b) de fusion mentionnées ci-dessus. Dans un autre mode de réalisation, l’étape (c) de positionnement peut être réalisée après l’étape (a) de préparation et avant l’étape (b) de fusion.
Au moins un conducteur électrique, voire 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. 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 située 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’exemple 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 est une vue de détail, en perspective, du stator de la figure 1,
[Fig 4] la figure 4 est une vue partielle du stator de la figure 1 après préparation des brins, [Fig 5] la figure 5 est une vue partielle du stator de la figure 1 après fusion des extrémités libres des brins,
[Fig 6] la figure 6 est une vue en coupe des brins de deux conducteurs électriques soudés ensemble par le procédé selon l’invention,
[Fig 7a] la figure 7a est une vue en coupe des brins de deux conducteurs électriques à souder disposés pour présenter la forme d’une pyramide à degrés régulière,
[Fig 7b] la figure 7b est une vue analogue à la figure 7a d’une variante de réalisation,
[Fig 7c] la figure 7c est une vue analogue à la figure 7a d’une variante de réalisation,
[Fig 8a] la figure 8a est une vue analogue à la figure 7a d’une variante de réalisation,
[Fig 8b] la figure 8b est une vue analogue à la figure 7a d’une variante de réalisation,
[Fig 8c] la figure 8c est une vue analogue à la figure 7a d’une variante de réalisation, [Fig 9] la figure 9 est une vue analogue à la figure 7a 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 conducteurs électriques 22 comportent des brins 33. Les brins 33 sont de section transversale de forme générale rectangulaire, notamment avec des coins arrondis. Les brins 33 sont dans l’exemple décrit superposés radialement en une seule rangée.
L’épaisseur e d’un brin 33 est sa dimension dans la direction radiale de la machine. La largeur 1 d’un brin 33 est définie comme sa dimension dans la direction circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine. La largeur L de la section à souder correspond à la somme des épaisseurs e de chaque brin.
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 encoches sont séparées par 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 ou 11 autres encoches, par exemple.
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 électriques comportent chacun une portion oblique 22b, qui convergent l’une vers l’autre. La liaison électrique entre deux conducteurs est faite dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de la machine en provoquant une fusion des extrémités libres 22a des brins des deux conducteurs électriques. On voit en particulier sur la figure 3 les surfaces d’extrémité libres 22a des brins des premier et deuxième conducteurs électriques destinées à être préparés de telle sorte qu’au moins des extrémités libres 22a de brins adjacents soient décalées axialement d’une distance d non nulle.
Dans le mode de réalisation décrit, la préparation a lieu par usinage des brins.
La figure 4 illustre les surfaces d’extrémités libres 22a des brins des premier et deuxième conducteurs électriques 22 après une étape d’usinage. Les surfaces d’extrémité 22a sont à des hauteurs différentes à la suite de cette étape d’usinage.
La figure 5 représente le stator 2 après l’étape de fusion des extrémités libres 22a des brins. On a soudé ensemble deux conducteurs électriques 22 et 22’ . Le conducteur électrique 22 comporte trois brins 33a, 33b, 33c et le conducteur électrique 22’ comporte trois brins 33a’, 33b’, 33c’. Une couche de matière fusionnée 13 permet d’assurer la liaison électrique entre les deux conducteurs électriques 22 et 22’ . La surface extérieure de cette couche de matière fusionnée 13 est convexe. Dans l’exemple représenté à la figure 6 celle-ci présente une forme de dôme. L’épaisseur h de la couche de matière fusionnée 13 est de l’ordre de 3 mm. La plus petite section de passage du courant 14 est contenue dans le plan qui sépare les brins 33a et 33a’.
Afin de mettre en œuvre le procédé de soudage, on peut préparer les brins suivant l’une des dispositions illustrées aux figures 7a à 9.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 7a, les extrémités libres des brins des deux conducteurs électriques 22, 22’ à souder ensemble sont préparées afin que l’ensemble des extrémités libres des brins présente une forme générale de pyramide à degrés. On note d la distance entre deux extrémités libres 22a de deux brins adjacents. Dans le mode de réalisation représenté, le conducteur électrique 22 comporte les trois brins 33a, 33b, 33c et le conducteur électrique 22’ comporte les trois brins 33a’, 33b’, 33c’. La distance d entre les extrémités libres des brins 33a et 33a’ est nulle. La distance d entre les extrémités libres des brins 33a et 33b, 33b et 33c, 33a’ et 33b’ et 33b’ et 33c’ est non nulle. Les brins 33a et 33a’ sont les brins de plus grande hauteur. Les brins sont préparés en étant usinés perpendiculairement à leur axe d’élongation. La plus grande épaisseur h de la couche de matière fusionnée qui peut être obtenue lorsque les brins sont préparés suivant ce mode de réalisation est égale à deux fois la valeur de la distance d. Dans le mode de réalisation représentée à la figure 7b, les brins sont préparés afin que l’ensemble présente un profil triangulaire. Les conducteurs électriques 22, 22’ ont été usiné obliquement. Dans le mode de réalisation représenté, les deux conducteurs électriques 22, 22’ sont usinés suivant une même pente. La plus grande épaisseur h de la couche de matière fusionnée qui peut être obtenue lorsque les brins sont préparés suivant ce mode de réalisation est égale à deux fois la valeur de la distance d. Dans un mode de réalisation non représenté, les deux conducteurs électriques 22, 22’ sont usinés suivant deux pentes différentes.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 7c, les brins sont préparés de tel sorte que l’ensemble présente un profil de fonction affine par morceaux. La fonction affine qui représente le profil est croissante puis décroissante Chaque brin est usiné obliquement isolément. Ainsi chaque brin peut être usiné suivant une pente distincte des autres. Les brins 33a, 33b, 33c du conducteur électrique 22 sont usinés dans une direction opposée aux brins 33a’, 33b’, 33c’ du conducteur électrique 22’. La différence de hauteur entre les extrémités libres 22a des brins les plus haut 33a et 33a’ et les extrémités libres 22a des brins les moins haut 33c et 33c’ est comprise entre 1 et 2 mm. La plus grande épaisseur h de la couche de matière fusionnée qui peut être obtenue lorsque les brins sont préparés suivant ce mode de réalisation est égale à deux fois la valeur de la distance d.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 8a, les brins sont préparés afin que l’ensemble présente une forme d’escalier. Dans ce mode de réalisation, l’extrémité libre 22a d’un brin est décalée d’une distance d par rapport au brin adjacent. Dans l’exemple représenté, la distance d est constante. La plus grande épaisseur h de la couche de matière fusionnée qui peut être obtenue lorsque les brins sont préparés suivant ce mode de réalisation est égale à cinq fois la valeur de la distance d.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 8b, les brins sont préparés afin que l’ensemble présente une forme de biseau. Dans ce cas, tous les brins des deux conducteurs électriques 22et 22’ sont usinés obliquement suivant une même direction. Toutes les extrémités libres 22a ont alors la même pente. La plus grande épaisseur h de la couche de matière fusionnée qui peut être obtenue lorsque les brins sont préparés suivant ce mode de réalisation est égale à cinq fois la valeur de la distance d.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 8c, les brins sont préparés de tel sorte que l’ensemble présente un profil de fonction affine par morceaux. La fonction affine représentant le profil est strictement croissante. Dans une mode de réalisation non représenté, elle est strictement décroissante. Chaque extrémité libre 22a de brin est usinée obliquement et isolément. Ainsi chaque brin peut être usiné suivant une pente distincte des autres. Toutes les extrémités libres 22a des brins sont usinées dans une même direction. La plus grande épaisseur h de la couche de matière fusionnée qui peut être obtenue lorsque les brins sont préparés suivant ce mode de réalisation est égale à cinq fois la valeur de la distance d.
Dans un mode de réalisation représenté à la figure 9 les brins peuvent être préparés pour que l’ensemble des brins soient disposés en forme de créneaux. La plus grande épaisseur h de la couche de matière fusionnée qui peut être obtenue lorsque les brins sont préparés suivant ce mode de réalisation est égale à une fois la valeur de la distance d.
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.
De plus, les brins peuvent être préparés suivant d’autres arrangements de brins que ceux illustrés.
L’expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comprenant au moins un ».

Claims

Revendications
1. Procédé de soudage de plusieurs brins (33) d’un ou plusieurs conducteurs électriques (22), comportant au moins les étapes suivantes :
(a) préparer les brins (33) à souder de telle sorte qu’au moins les extrémités libres (22a) de brins adjacents soient décalées axialement suivant l'axe d'élongation des brins d’une distance d non nulle,
(b) provoquer une fusion des extrémités libres (22a) des brins ainsi disposées pour les souder sans apport de matière,
la couche de matière ayant fusionnée (13) présentant une épaisseur (h) variable de plus grande épaisseur comprise entre 100 % et 300% de l’épaisseur (e) d’un brin, mieux entre 120 % et 200 % de l’épaisseur (e) d’un brin.
2. Procédé de soudage de plusieurs brins (33) d’un ou plusieurs conducteurs électriques (22), comportant au moins les étapes suivantes :
(a) préparer les brins (33) à souder de telle sorte qu’au moins les extrémités libres (22a) de brins adjacents soient décalées axialement suivant l'axe d'élongation des brins d’une distance d non nulle et que tous les brins (33) d’un ou plusieurs conducteurs électriques (22) à souder ensemble soient disposés de manière symétrique par rapport à un plan de symétrie,
(b) provoquer une fusion des extrémités libres (22a) des brins ainsi disposées pour les souder sans apport de matière.
3. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, l’étape (a) de préparation se fait en usinant les brins (33) à souder.
4. Procédé selon la revendication précédente, la distance (d) étant comprise entre 5% et 120% de l’épaisseur (e) d’un brin (33), préférentiellement entre 10 % et 100 % de l’épaisseur (e) d’un brin (33), mieux entre 15 % et 80 % de l’épaisseur (e) du brin (33).
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la distance (d) étant comprise entre 5% et 50% de la largeur (L) de la section à souder, voire entre 10% et 40%, mieux entre 15% et 23% de la largeur (L) de la section à souder, par exemple 19% +/- 4%.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes lorsqu'elle ne dépend pas de la revendication 2, tous les brins (33) d’un ou plusieurs conducteurs électriques (22) à souder ensemble sont disposés de manière symétrique par rapport à un plan de symétrie.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, les extrémités libres (22a) des brins (33) d’un ou plusieurs conducteurs électriques (22) à souder ensemble étant préparées afin que l’ensemble des extrémités libres (22a) des brins présente une forme générale de pyramide à degrés.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’étape (b) de fusion étant mise en œuvre au moyen d’une source de chaleur, notamment un laser ou un arc électrique.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la source de chaleur chauffant en premier la ou les extrémités libres (22a) des brins de plus grande hauteur, lors de l’étape de fusion (b).
10. Stator de machine électrique tournante, comportant une masse statorique comportant des encoches (21), chaque encoche (21) recevant un ou plusieurs conducteurs électriques (22), un conducteur électrique (22) comportant un ou plusieurs brins (33) ayant chacun une extrémité libre (22a), les extrémités libres (22a) des brins d’un ou plusieurs conducteurs électriques (22) étant soudées entre elles par le procédé de soudage selon l’une quelconque des revendications précédentes,
la couche de matière ayant fusionnée (13) présentant une épaisseur (h) variable de plus grande épaisseur comprise entre 100 % et 300% de l’épaisseur (e) d’un brin, mieux entre 120 % et 200 % de l’épaisseur (e) d’un brin.
11. Stator selon la revendication précédente, la surface extérieure de la couche de matière ayant fusionnée (13) présentant une partie convexe.
12. Stator selon l’une des deux revendications précédentes, la couche de matière ayant fusionnée (13) présentant une épaisseur (h) variable, de plus grande épaisseur supérieure à 1 mm, mieux supérieure à 1,5 mm, étant par exemple comprise entre 2 mm et 5 mm.
13. Stator selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel tous les conducteurs électriques (22) ayant une extrémité libre (22a) située à une même position circonférentielle autour de l’axe de rotation de la machine (1), quelle que soit leur position radiale, sont soudés ensemble par un procédé selon l’une des revendications 1 à 7.
14. Machine électrique tournante (1) comportant un stator (2) selon l’une quelconque des revendications 10 à 13 et un rotor.
15. Procédé de fabrication d’un stator selon l’une quelconque des revendications 10 à 13, comportant l’étape suivante :
(c) positionner les conducteurs électriques (22) dans les encoches (21) du stator (22), cette étape (c) de positionnement ayant lieu avant les étapes (a) de préparation et (b) de fusion.
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