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WO2007065929A1 - Raccordement de bobine excitatrice aux moyens de redressement - Google Patents

Raccordement de bobine excitatrice aux moyens de redressement Download PDF

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WO2007065929A1
WO2007065929A1 PCT/EP2006/069441 EP2006069441W WO2007065929A1 WO 2007065929 A1 WO2007065929 A1 WO 2007065929A1 EP 2006069441 W EP2006069441 W EP 2006069441W WO 2007065929 A1 WO2007065929 A1 WO 2007065929A1
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electric machine
coil
machine according
connection piece
connection
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Cyril Moya
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Thales
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    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • the invention relates to the connection of the exciter of an electric machine.
  • the invention is particularly suitable for a synchronous electric machine used as a generator, an example of an electric diagram of which is given in FIG. 1.
  • This type of machine comprises a rotor 1 and a stator 2.
  • the rotor 1 comprises an inductor 3 supplied with direct current.
  • the direct current is generated by a rectifier bridge 4 supplied by an exciter 5.
  • the invention relates to the connection between the exciter 5 and the rectifier bridge 4.
  • the exciter is three-phase, according to the example presented.
  • the exciter is formed by three windings 6, 7 and 8, the first ends of each of which are connected at a common point 9. Second ends 10, 11 and 12 of each winding, respectively 6, 7 and 8, are connected to diodes 13 to 18 of the rectifier bridge 4. More precisely, the end 10 is connected to the anode of the diode 13 and to the cathode of the diode 14.
  • the end 11 is connected to the anode of the diode 15 and to the cathode of the diode 16.
  • the end 12 is connected to the anode of the diode 17 and to the cathode of the diode 18.
  • the cathodes of the diodes 13, 15 and 17 are connected to a first end 19 of the inductor 3 and the anodes of the diodes 14, 16 and 18 are connected to a second end 20 of the inductor 3.
  • the stator 1 comprises a main excitation winding 25 supplied with direct current by its terminals 26 and 27 as well as an armature 28 formed by three windings 29, 30 and 31 delivering an alternating current.
  • the diodes 13 to 18 are for example fixed on a magnetic circuit of the exciter 5.
  • Each diode has a threaded rod forming the terminal on which the wires of the windings 10, 11 and 12 of the exciter 5 are connected.
  • An attempt has been made to connect the wires of the windings 10, 1 1 and 12 to the threaded rods by means of lugs crimped onto the wires of the windings 10, 1 1 and 12.
  • the lugs each have a circular opening each inserted on one of the rods threaded.
  • the lugs are held in position on the threaded rods by nuts.
  • the shaping of the crimping of the terminals on the wires is a very delicate manual operation.
  • the wire 10 is formed by two conductors 10a and 10b each crimped into a terminal, respectively 35 and 36. To ensure an equipotential connection between the terminals 35 and 36, it is necessary to add a conductor 37 whose ends are each crimped into one of the terminals 35 and 36.
  • An insulator 38 is wrapped around the conductors 37 and 10a from the point 39 of crimping on the terminal 35 to an outlet 40 of the conductors 10a and 10b of the winding 6.
  • an insulator 41 is wrapped around the conductors 37 and 10b from the crimping point 42 on the terminal 36 to the outlet 40.
  • a heat-shrinkable sheath 43 insulates the crimping point 39 and a heat-shrinkable sheath 44 insulates the point 42.
  • the invention aims to simplify the connection of the output wires of the exciter windings to the diode bridge by eliminating in particular the conductor 37.
  • the invention aims to limit the number of manual operations in the connection.
  • the subject of the invention is an electric machine comprising a rotor comprising at least one excitation coil and means for rectifying a current generated by the coil, characterized in that the coil and the rectification means are connected between them using at least one rigid connection piece, in that an output wire of the excitation coil is soldered on the connection piece, in that the connection piece is removably connected at two points input rectifying means and in that the connecting piece is incorporated in the coil.
  • connection piece that can be produced in series between the winding wires and the diodes, the connection of the exciter is carried out much more quickly and its reproducibility is improved.
  • FIG. 2 represents an embodiment of the connection between a winding of an exciter and two diodes of a rectifier bridge
  • Figures 1 and 2 have already been described to introduce the invention
  • Figure 3 shows a connection piece according to the invention
  • Figures 4 and 5 show the mounting of the connection between an exciter and a diode bridge
  • Figure 6 shows in perspective the mounting of three connection pieces
  • Figure 7 shows in perspective the connection piece incorporated in the coil.
  • the wires of the windings 10, 1 1 and 12 of the excitation coil are no longer connected to the threaded rods of the diodes 13 to 18 only by crimp terminals on the wires 10, 1 1 and 12
  • the connection is made by means of a rigid connection piece 50 shown in FIG. 3.
  • the connecting piece 50 is advantageously made from a cut sheet.
  • the connection piece 50 has a semi-circular part 51 around an axis 52.
  • the plane of the sheet from which the connection piece is cut is perpendicular to the axis 52.
  • the axis 52 is coincident with an axis of a rotor of the electric machine.
  • One or more notches 53 are formed in the semi-circular part 51. The notches 53 make it possible to solder the output wire or wires of the excitation coil such as for example the wires 10a and 10b.
  • the semicircular part 51 has two ends 54 and 55 advantageously extended by two arms respectively 56 and 57 each ending in a ring respectively 58 and 59 making it possible to connect two entry points of the straightening means.
  • the connecting piece 50 is advantageously covered with an insulator, shown hatched in FIG. 3, with the exception of the zones allowing connection such as notches 53 and rings 58 and
  • the arms 56 and 57 each comprise an elastic zone respectively 60 and 61 making it possible to accept deviations in the positioning between the straightening means and the exciter.
  • the elastic zones 60 and 61 also allow the expansion of the arms which occurs during the rotation of the rotor of the electric machine.
  • the elastic zones 60 and 61 are for example formed by U-shaped folds of the sheet, called grooving, of the arms 56 and 57 moving away from the plane of the semicircular part 51.
  • the connecting piece 50 advantageously comprises a folding
  • the folding 62 located near the notches 53.
  • the folding 62 allows the nesting of several connection pieces as shown in FIG. 4.
  • FIG. 4 represents in top view, an excitation coil on which a rectifier bridge has been assembled comprising six diodes 13 to 18 each located on a radius around the axis 52 of the rotor.
  • the spokes are substantially angularly spaced 60 °.
  • FIG. 5 shows in partial section in a plane containing the axis 52 the excitation coil shown in Figure 4.
  • the connecting piece 50 with its semicircular part 51, one of the arms 56 terminated by the ring 58 which is crossed by a threaded rod 65 belonging to the diode 14.
  • the locking of the ring 58 on the diode 14 is obtained by a nut 66 coming to be screwed on the threaded rod 65.
  • FIG. 6 makes it possible to view in perspective the mounting of three connection pieces 50 regularly arranged around the axis 52. With respect to FIG. 3, an additional fold is produced in each arm 56 and 57. These folds are produced at the time mounting rings 58 and 59 on threaded rods 65.
  • Figure 6 allows to view in perspective the assembly of the connecting piece 50 and a coil 70 for example formed of the three windings 6, 7 and 8 arranged inside a magnetic circuit 71 formed of an assembly of sheets.
  • the connection pieces 50 are incorporated into the coil 70.
  • the connection parts are an integral part of the coil 70.
  • This structure has the advantage of withstanding mechanical forces well when the coil 70 is in rotation. Tests have been carried out at more than 20,000 revolutions per minute. The mechanical strength of a connection piece forming part of the coil is much better than an attached or removable connection piece.
  • the coil 70 and the connection pieces 50 are laced together.
  • the wires which compose it are wound in the magnetic circuit 71.
  • Buns 72 formed of winding wires project beyond the magnetic circuit 71.
  • the updos by means of a tape 73 resistant to mechanical stress and to the internal temperature of the electric machine in use.
  • a Nomex brand ribbon manufactured by the Dupont de Nemours company based in the United States of America will be used.
  • an impregnation of the assembly is practiced by means of a varnish making the assembly homogeneous.
  • the semi-circular part 51 of each connection piece 50 is laced with the wrap 70.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

L'invention concerne le raccordement de l'excitatrice d'une machine électrique. L'invention est particulièrement adaptée à une machine électrique synchrone utilisée en génératrice. La machine électrique comprend un rotor comportant au moins une bobine excitatrice et des moyens de redressement d'un courant généré par la bobine. La bobine et les moyens de redressement sont raccordés entre eux à l'aide d'au moins une pièce de connexion (50) rigide. Un fil de sortie de la bobine excitatrice est brasé sur la pièce de connexion (50). La pièce de connexion (50) est raccordée de façon amovible sur deux points d'entrée des moyens de redressement et est incorporée à la bobine.

Description

RACCORDEMENT DE BOBINE EXCITATRICE AUX MOYENS DE REDRESSEMENT
L'invention concerne le raccordement de l'excitatrice d'une machine électrique. L'invention est particulièrement adaptée à une machine électrique synchrone utilisée en génératrice dont un exemple de schéma électrique est donné à la figure 1 .
Ce type de machine comprend un rotor 1 et un stator 2. Le rotor 1 comprend un inducteur 3 alimenté en courant continu. Le courant continu est généré par un pont redresseur 4 alimenté par une excitatrice 5. L'invention concerne le raccordement entre l'excitatrice 5 et le pont redresseur 4. L'excitatrice est triphasée, selon l'exemple présenté. L'excitatrice est formée par trois enroulements 6, 7 et 8 dont des premières extrémités de chacun sont raccordées en un point commun 9. Des deuxièmes extrémités 10, 1 1 et 12 de chaque enroulement, respectivement 6, 7 et 8, sont raccordées à des diodes 13 à 18 du pont redresseur 4. Plus précisément, l'extrémité 10 est raccordée à l'anode de la diode 13 et à la cathode de la diode 14. L'extrémité 1 1 est raccordée à l'anode de la diode 15 et à la cathode de la diode 16. L'extrémité 12 est raccordée à l'anode de la diode 17 et à la cathode de la diode 18. Les cathodes des diodes 13, 15 et 17 sont raccordées à une première extrémité 19 de l'inducteur 3 et les anodes des diodes 14, 1 6 et 18 sont raccordées à une seconde extrémité 20 de l'inducteur 3.
Le stator 1 comprend un enroulement d'excitation principal 25 alimenté en courant continu par ses bornes 26 et 27 ainsi qu'un induit 28 formé par trois enroulements 29, 30 et 31 délivrant un courant alternatif.
Les diodes 13 à 18 sont par exemple fixées sur un circuit magnétique de l'excitatrice 5. Chaque diode présente une tige filetée formant la borne sur laquelle les fils des enroulements 10, 1 1 et 12 de l'excitatrice 5 sont raccordés. On a tenté de raccorder les fils des enroulements 10, 1 1 et 12 aux tiges filetées par l'intermédiaire de cosses serties sur les fils des enroulements 10, 1 1 et 12. Les cosses présentent chacune une ouverture circulaire insérée chacune sur une des tiges filetées. Le maintien en position des cosses sur les tiges filetées est assuré par des écrous. Le façonnage du sertissage des cosses sur les fils est une opération manuelle très délicate. Il est en effet nécessaire de couper les fils à une longueur précise par rapport à l'enroulement, d'isoler les parties des fils avant le sertissage de donner une forme précise à chaque fil puis enfin d'effectuer le sertissage. La longueur et la forme donnée aux fils sont importantes pour éviter tout balourd lors de la rotation du rotor 1. Un exemple de sertissage des cosses sur un des fils, par exemple 10 est donné sur la figure 2. Le fil 10 est formé de deux conducteurs 10a et 10b serti chacun dans une cosse, respectivement 35 et 36. Pour assurer une liaison équipotentielle entre les cosses 35 et 36, on est tenu d'ajouter un conducteur 37 dont les extrémités sont serties chacune dans une des cosses 35 et 36. Un isolant 38 est enrubanné autour des conducteurs 37 et 10a depuis le point 39 de sertissage sur la cosse 35 jusqu'à une sortie 40 des conducteurs 10a et 10b de l'enroulement 6. De même un isolant 41 est enrubanné autour des conducteurs 37 et 10b depuis le point 42 de sertissage sur la cosse 36 jusqu'à la sortie 40. Une gaine 43 thermo rétractable assure l'isolement du point 39 de sertissage et une gaine 44 thermo rétractable assure l'isolement du point 42.
L'invention vise à simplifier le raccordement des fils de sortie des enroulements de l'excitatrice au pont de diode en supprimant notamment le conducteur 37. L'invention vise à limiter le nombre d'opérations manuelles dans le raccordement.
A cet effet, l'invention a pour objet une machine électrique comprenant un rotor comportant au moins une bobine excitatrice et des moyens de redressement d'un courant généré par la bobine, caractérisé en ce que la bobine et les moyens de redressement sont raccordés entre eux à l'aide d'au moins une pièce de connexion rigide, en ce qu'un fil de sortie de la bobine excitatrice est brasé sur la pièce de connexion, en ce que la pièce de connexion est raccordée de façon amovible sur deux points d'entrée des moyens de redressement et en ce que la pièce de connexion est incorporée à la bobine.
En disposant entre les fils d'enroulement et les diodes une pièce de connexion que l'on peut fabriquer en série, la connexion de l'excitatrice est réalisée beaucoup plus rapidement et on améliore sa reproductibilité.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : la figure 1 , déjà décrite ci-dessus, représente un exemple de schéma électrique d'une machine électrique à laquelle on peut appliquer l'invention ;
la figure 2 représente un mode de réalisation de la connexion entre un enroulement d'une excitatrice et deux diodes d'un pont redresseur ;
les figures 1 et 2 ont déjà été décrites pour introduire l'invention ; la figure 3 représente une pièce de connexion conforme à l'invention ;
les figures 4 et 5 représentent le montage de la connexion entre une excitatrice et un pont de diode ;
la figure 6 représente en perspective le montage de trois pièces de connexion ;
la figure 7 représente en perspective la pièce de connexion incorporée à la bobine.
Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
Dans une machine électrique conforme à l'invention, les fils des enroulements 10, 1 1 et 12 de la bobine excitatrice ne sont plus raccordés aux tiges filetées des diodes 13 à 18 uniquement par des cosses serties sur les fils 10, 1 1 et 12. Le raccordement se fait par l'intermédiaire d'une pièce de connexion 50 rigide représentée sur la figure 3.
La pièce de connexion 50 est avantageusement réalisée dans une tôle découpée. La pièce de connexion 50 comporte une partie semi-circulaire 51 autour d'un axe 52. Le plan de la tôle dans laquelle est découpéela pièce de connexion est perpendiculaire à l'axe 52. Une fois montée sur l'excitatrice, l'axe 52 est confondu avec un axe d'un rotor de la machine électrique. Une ou plusieurs encoches 53 sont ménagées dans la partie semi-circulaire 51 . Les encoches 53 permettent de braser le ou les fils de sortie de la bobine excitatrice tels que par exemple les fils 10a et 10b.
La partie semi-circulaire 51 comporte deux extrémités 54 et 55 avantageusement prolongées par deux bras respectivement 56 et 57 se terminant chacun par un anneau respectivement 58 et 59 permettant de raccorder deux points d'entrée des moyens de redressement.
La pièce de connexion 50 est avantageusement recouverte d'un isolant, représenté de façon hachurée sur la figure 3, à l'exception des zones permettant le raccordement telles que les encoches 53 et les anneaux 58 et
59.
Avantageusement, les bras 56 et 57 comporte chacun une zone élastique respectivement 60 et 61 permettant d'accepter des écarts dans le positionnement entre les moyens de redressement et l'excitatrice. Les zones élastiques 60 et 61 permettent également la dilatation des bras qui intervient lors de la rotation du rotor de la machine électrique. Les zones élastiques 60 et 61 sont par exemple formées de repliements en forme de U de la tôle, appelés soyage, des bras 56 et 57 s'éloignant du plan de la partie semi- circulaire 51.
Sur la figure 3, au-delà des soyages 60 et 61 , les bras 56 et 57 sont repliés en s'éloignant du plan de la partie semi-circulaire 51 pour permettre le montage des anneaux 58 et 59 sur des tiges filetées formant des points de raccordement du pont redresseur 4.
La pièce de connexion 50 comporte avantageusement un pliage
62 situé à proximité des encoches 53. Le pliage 62 permet l'imbrication de plusieurs pièces de connexions comme représenté sur la figure 4.
La figure 4 représente en vue de dessus, une bobine excitatrice sur laquelle a été assemblé un pont redresseur comportant six diodes 13 à 18 situées chacune sur un rayon autour de l'axe 52 du rotor. Les rayons sont sensiblement espacés angulairement de 60°.
La figure 5 représente en coupe partielle dans un plan contenant l'axe 52 la bobine excitatrice représentée sur la figure 4. Sur la figure 5 apparaît la pièce de connexion 50 avec sa partie semi-circulaire 51 , un des bras 56 terminé par l'anneau 58 qui est traversé par une tige filetée 65 appartenant à la diode 14. Le verrouillage de l'anneau 58 sur la diode 14 est obtenu par un écrou 66 venant se visser sur la tige filetée 65.
La figure 6 permet de visualiser en perspective le montage de trois pièces de connexion 50 régulièrement disposées autour de l'axe 52. Par rapport à la figure 3, un pli supplémentaire est réalisé dans chaque bras 56 et 57. Ces plis sont réalisés au moment du montage des anneaux 58 et 59 sur les tiges filetées 65.
La figure 6 permet de visualiser en perspective l'assemblage de la pièce de connexion 50 et d'une bobine 70 par exemple formée des trois enroulements 6, 7 et 8 disposés à l'intérieur d'un circuit magnétique 71 formé d'un assemblage de tôles. Les pièces de connexion 50 sont incorporées à la bobine70. Autrement dit, les pièces de connexions font partie intégrante de la bobine 70. Cette structure présente l'avantage de bien résister aux efforts mécaniques lorsque la bobine 70 est en rotation. Des essais ont été réalisés à plus de 20 000 tours par minute. La tenue mécanique d'une pièce de connexion faisant partie de la bobine est bien meilleure qu'une pièce de connexion rapportée ou amovible.
Avantageusement, la bobine 70 et les pièces de connexion 50 sont lacées ensemble. Lors de la réalisation de la bobine 70, les fils qui la composent sont enroulés dans le circuit magnétique 71. Des chignons 72 formés de fils d'enroulement débordent du circuit magnétique 71. Pour assurer une bonne rigidité de la bobine 70, on lace les chignons au moyen d'un ruban 73 résistant aux efforts mécaniques et à la température interne de la machine électrique en utilisation. On utilisera par exemple un ruban de marque Nomex fabriqué par la société Dupont de Nemours basée aux Etats Unis d'Amérique. Après laçage de la pièce de connexion 50 et de la bobine 70, on pratique une imprégation de l'ensemble au moyen d'un vernis rendant l'ensemble homogène. Avantageusement, la partie semi-circulaire 51 de chaque pièce de connexion 50 est lacée avec la bibine 70.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine électrique comprenant un rotor comportant au moins une bobine excitatrice et des moyens de redressement (13 à 18) d'un courant généré par la bobine (70), caractérisé en ce que la bobine (70) et les moyens de redressement (13 à 18) sont raccordés entre eux à l'aide d'au moins une pièce de connexion (50) rigide, en ce qu'un fil de sortie (10a, 10b) de la bobine excitatrice est brasé sur la pièce de connexion (50) en ce que la pièce de connexion (50) est raccordée de façon amovible sur deux points d'entrée (13, 14) des moyens de redressement (13 à 18) et en ce que la pièce de connexion (50) est incorporée à la bobine (70).
2. Machine électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la pièce de connexion (50) est réalisée dans une tôle découpée.
3. Machine électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la pièce de connexion (50) comporte une partie semi-circulaire (51 ) autour d'un axe (52) confondu avec un axe du rotor, et en ce que le fil de sortie (10a, 10b) de la bobine excitatrice est brasé sur la pièce de connexion (50) dans une encoche (53) ménagée dans la partie semi-circulaire (51 ).
4. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine (70) et la pièce de connexion (50) sont lacées ensemble.
5. Machine électrique selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la partie semi-circulaire (51 ) est lacée avec la bobine.
6. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie semi-circulaire (51 ) comporte deux extrémités (54, 55) prolongées par deux bras (56, 57) se terminant chacun par un anneau (58, 59) permettant de raccorder les deux points d'entrée des moyens de redressement (13 à 18).
7. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les points d'entrée des moyens de redressement (13 à 18) comportent des tiges filetées (65).
8. Machine électrique selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que un des anneaux (58, 59) est assemblé sur une des tiges filetées (65) au moyen d'un écrou (66).
9. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce de connexion (50) est recouverte d'un isolant à l'exception de zones (53, 58, 59) permettant le raccordement.
10. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bras (56, 57) comportent chacun une zone élastique (60, 61 ) permettant d'accepter des écarts dans le positionnement entre les moyens de redressement (13 à 18) et l'excitatrice.
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