FR3054740A1 - Corps de stator pour machine electrique tournante - Google Patents

Abstract

Corps de stator muni d'un axe pour machine électrique tournante, ledit corps de stator comporte un ruban de tôle comprenant une succession de dents et d'encoches, ledit ruban étant enroulé en hélice sur lui même et sur plusieurs tours de sorte à former des couches axiales successives, une couche correspondant à un tour de ruban et comprenant N encoches. Une partie seulement des dents dites dents pliables (701) comprennent au moins un rabat apte à former un pied de dent par pliage et en ce que le ruban comprend des encoches fermables (703) adjacentes à une dent pliable.

Description

Titulaire(s) : VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR Société par actions simplifiée.

Demande(s) d’extension

Mandataire(s) : VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR Société par actions simplifiée.

CORPS DE STATOR POUR MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE.

FR 3 054 740 - A1 (6/) Corps de stator muni d'un axe pour machine électrique tournante, ledit corps de stator comporte un ruban de tôle comprenant une succession de dents et d'encoches, ledit ruban étant enroulé en hélice sur lui même et sur plusieurs tours de sorte à former des couches axiales successives, une couche correspondant à un tour de ruban et comprenant N encoches. Une partie seulement des dents dites dents pliables (701) comprennent au moins un rabat apte à former un pied de dent par pliage et en ce que le ruban comprend des encoches fermables (703) adjacentes à une dent pliable.

CORPS DE STATOR POUR MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention porte sur un corps de stator pour machine électrique tournante et sur un procédé permettant d'obtenir un tel corps de stator.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE

De manière connue, les machines électriques tournantes comportent deux parties coaxiales à savoir un rotor et un stator entourant le rotor.

En se reportant à la figure 1, on a représenté un exemple d'une telle machine électrique tournante référencée 100, dans le cas d'un alternateur à ventilation interne du type polyphasé pour véhicule automobile à moteur thermique fonctionnant en mode alternateur. Bien entendu l'alternateur peut aussi être réversible et consister en un alterno-démarreur fonctionnant également en mode moteur électrique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule comme décrit dans le document FR A 2 745 445 pour assurer la propulsion du véhicule automobile.

Lorsque la machine 100 fonctionne en mode alternateur elle transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique comme tout alternateur. Lorsque la machine fonctionne en mode moteur électrique, notamment en mode démarreur pour démarrer le moteur thermique du véhicule, elle transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique.

Cette machine 100 comporte essentiellement un carter 1 et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor 2 solidaire en rotation d'un arbre central 3, appelé arbre de rotor, et un stator 50 de forme annulaire, qui entoure le rotor 2 avec présence d'un entrefer et qui comporte un corps 4 en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi-fermé, pour le montage d'un bobinage de stator 5 formant de part et d'autre du corps 4 de stator 50, à chaque extrémité axiale de celui-ci, un chignon avant 51 et un chignon arrière 53 qui sont saillants axialement.

Ce bobinage 5 comporte par exemple un jeu d'enroulements triphasé en étoile ou en triangle, dont les sorties sont reliées à un pont redresseur, visible partiellement en 52, comportant des éléments redresseurs tels que des diodes ou des transistors du type MOSFET, notamment lorsque la machine consiste en un alterno- démarreur.

Les enroulements du bobinage 5 sont obtenus à l'aide d'un fil continu, électriquement conducteur, revêtu d'une couche électriquement isolante, tel que de l'émail, et monté dans les encoches concernées du corps 4 du stator 50 via des isolants d'encoches (non visibles).

Selon une autre variante, le bobinage 5 comporte deux jeux d'enroulements triphasés pour former un dispositif d'enroulements composites de stator, les enroulements étant décalés de trente degrés électriques comme décrit par exemple dans les documents US-A1-2002/0175589, et FR-A-2.784.248. Dans ce cas il est prévu deux ponts redresseurs et toutes les combinaisons d'enroulements triphasés en étoile et/ou en triangle sont possibles. En variante le bobinage du stator est du type pentaphasé.

D'une manière générale l'alternateur est du type polyphasé et le ou les ponts redresseurs permettent notamment de redresser le courant alternatif produit dans les enroulements du stator 50 en un courant continu notamment pour charger la batterie du véhicule automobile et alimenter les charges et les consommateurs électriques du réseau de bord du véhicule automobile.

Le rotor 2, de forme annulaire, est réalisé dans l'exemple représenté sous la forme d'un rotor à griffes, comme décrit par exemple dans les documents US-A1 -2002/01 75589, comprenant deux roues polaires 7,8 ici axialement juxtaposées et présentant chacune un flasque transversal de forme annulaire pourvu à sa périphérie extérieure de griffes 9.

Chaque griffe 9 comporte un tronçon d'enracinement d'orientation transversale dans le plan du flasque concerné. Ce tronçon d'enracinement est prolongé à sa périphérie extérieure par une dent d'orientation globalement axiale avec présence d'un chanfrein entre la dent et le tronçon d'enracinement.

Un entrefer annulaire existe entre la face périphérique extérieure des dents des griffes 9 et la périphérie intérieure du corps 4 du stator 50.

Les dents sont globalement de forme trapézoïdale ou triangulaire. Les dents d'une roue polaire 7, 8 sont dirigées axialement vers le flasque de l'autre roue polaire 8, 7 ; la dent d'une roue 7, 8 pénétrant dans l'espace existant entre deux dents adjacentes de l'autre roue 8, 7 de sorte que les dents des roues 7, 8 soient imbriquées. Pour plus de précisions on se reportera au document EP 051 5 259.

Un bobinage d'excitation 10 est implanté axialement entre les flasques des roues 7, 8. II est porté par une partie de rotor 2 en forme d'un noyau annulaire cylindrique coaxial à l'arbre 3. Le noyau de la figure 1 est constitué de deux tronçons axialement distincts dont chacun est réalisé venu de matière avec une roue polaire 7,8 associée. Selon une variante non représentée, le noyau central est constitué d'une seule pièce et il est distinct des roues polaires 7, 8 qui sont agencées axialement de part et d'autre du noyau.

Le bobinage 10 est donc implanté dans l'espace délimité radialement par les griffes 9 des roues 7,8 et le noyau central.

Les roues 7, 8 et le noyau sont de préférence en matière ferromagnétique et sont traversées de manière coaxiale par l'arbre de rotor 3 également en matériau ferromagnétique. Ces roues 7, 8 sont solidaires de l'arbre 3. A cet effet, chaque roue 7, 8 comporte un alésage central qui traverse axialement le flasque et prolonge l'alésage de la partie du noyau concerné. L'arbre 3 présente des portions moletées (non référencées) et est emmanché à force dans les alésages précités du noyau et des roues 7, 8 en sorte, qu'il taille des sillons par l'intermédiaire de ses portions moletées. L'arbre 3 est ainsi solidaire en rotation et axialement des roues, une entretoise, non référencée, étant intercalée entre la roue 7 et un roulement 19 décrit ci-après.

L'axe de l'arbre 3 constitue l'axe X de la machine. Le fil du bobinage 10 est bobiné sur un support en matière électriquement isolante (non représenté) monté, de préférence à force, sur la périphérie extérieure du noyau.

Lorsque le bobinage d'excitation 10 est activé, c'est-à-dire alimenté électriquement, les roues 7, 8 et le noyau, sont magnétisés et le rotor 2 devient un rotor inducteur avec formation de pôles magnétiques au niveau des griffes 9 des roues 7, 8.

Ce rotor inducteur 2 crée un courant induit alternatif dans le stator 50 lorsque l'arbre 3 tourne.

L'arbre 3 du rotor 2 porte à son extrémité avant un organe de transmission de mouvement 12, ici une poulie 12 appartenant à un dispositif de transmission de mouvements par l'intermédiaire d'au moins une courroie (non représentée) entre l'alternateur et le moteur thermique du véhicule automobile. Cet arbre porte à son extrémité arrière des bagues collectrices 13 reliées par des liaisons filaires (non représentées) aux extrémités du bobinage d'excitation 10 du rotor 2.

En variante la poulie 12 est remplacée par un engrenage et le dispositif de transmission est à chaîne et/ou à engrenages.

Des balais appartiennent à un porte-balais représenté de façon générale à la référence 14 et ils sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices 13, afin d'alimenter le bobinage 10 en courant électrique. Le porte-balais 14 est relié à un régulateur de tension (non représenté).

Le carter 1 dans lequel sont placés le rotor 2 et le stator 50 est ici en deux parties, à savoir un flasque avant 16 adjacent à la poulie 12 et un flasque arrière 17 portant le porte-balais 14 et le plus souvent le ou les ponts redresseurs et le régulateur de tension. Les flasques 16, 17 de forme annulaire, par exemple à base d'aluminium, sont de forme creuse et portent chacun centralement un roulement à billes respectivement 19 et 20 pour le montage à rotation de l'arbre 3 du rotor 2. Les flasques sont assemblés entre eux à l'aide de tirants ou de vis comme visible par exemple à la figure 1 du document EP 0515 259 précité. En d'autres termes, Le carter 1 de la machine 100 comprend le flasque avant 16 également appelé palier avant et le flasque arrière 17 également palier arrière.

A la figure 1 on prévoit à la périphérie externe du corps 4 du stator, en forme de paquet de tôle, un système élastique pour filtrer les vibrations, avec à l'avant un joint plat 40 et à l'arrière des tampons 41, de la résine souple et thermo conductrice étant intercalée entre le flasque avant et le corps de stator pour évacuer la chaleur.

En variante il n'est pas prévu de joints. Dans tous les cas le stator est porté de manière fixe par le carter 1, tandis que le rotor 2 est porté centralement à rotation par le carter 1 via les roulements 19, 20.

En variante le carter est en trois parties, les flasques 16, 17 étant disposés de part et d'autre d'une partie centrale portant le corps de stator. Les flasques sont assemblés à la partie intermédiaire par exemple par vissage.

L'alternateur comporte aussi des moyens pour son refroidissement. A cet effet, à la figure 1, les flasques 16, 17 sont ajourés pour permettre le refroidissement de l'alternateur par circulation d'air et le rotor 2 porte au moins à l'une de ses extrémités axiales un ventilateur destiné à assurer cette circulation de l'air. Ici un premier ventilateur 23 est prévu sur la face frontale avant du rotor 2 et un deuxième ventilateur 24, sur la face arrière du rotor 12. Chaque ventilateur 23, 24 est de forme annulaire et est pourvu d'une pluralité de pâles 26 et est fixé sur les faces radiales externes des flasques des roues 7, 8.

Les ventilateurs sont par exemple métalliques et sont obtenus avec leur pâles 26 par découpe et pliage. Les ventilateurs 23, 24 sont par exemple du type centrifuge ou hélico-centrifuge.

En référence à la figure 1, l'air est aspiré par des ouvertures 60 du flasque avant entourant la poulie 12 à l'avant du flasque puis est majoritairement éjecté de manière centrifuge par les pales 26 et passe dans l'espace entre le chignon avant 51 et le flasque avant 16 pour refroidir le chignon avant et finalement sortir par des ouvertures 61 sur la périphérie radiale externe du flasque avant. Le flasque arrière 17 présente également une pluralité d'orifices d'entrée et de sortie d'air.

A la figure 1, le porte-balais 14 et le régulateur de tension, solidaires du flasque 17, sont coiffé par un capot 70, solidaire du flasque arrière 17 en étant fixé ici sur celui -ci par encliquetage sur des goujons 71 solidaires du flasque arrière. Ce capot 70 présente également des orifices d'entrée d'air, non visibles à la figure 1.

Les figures 2 et 3 illustrent un corps de stator 503 d'axe 545 décrit dans le brevet US4914934 (A) auquel on peut se référer pour plus de détails. Ce corps de stator peut être utilisé dans la machine électrique tournante 100. II s'agit d'un corps de stator de type slinky selon un terme anglo saxon bien connu de l'homme du métier. Un tel corps de stator est obtenu en enroulant un ruban de tôle en hélice sur lui même et sur plusieurs tours.

II est représenté sur la figure 2, un ruban 501 qui est adapté pour être enroulé pour former un corps de stator 503. Plus particulièrement, le ruban découpé 501 peut être formée à partir d'une bande 3 généralement mince découpée dans un matériau ferromagnétique. Les deux lignes en pointillés 505, 507 représentant les deux bords opposés du ruban 501.

Le ruban 501 comprend une section de culasse 7 et des dents 9 disposées de manière à s'étendre globalement perpendiculairement par rapport à la section de culasse 7. Les dents 9 ont chacune un axe 509. Les axes sont disposés en parallèle de manière équidistante l'un par rapport à l'autre. Les axes 509 sont perpendiculaires aux bords opposés 505, 507 du ruban 501.

Les dents 9 sont généralement alignées et comportent une pluralité de racines 511 solidaires de la section de culasse 7, et une pluralité d'extrémités de dent 513 qui sont prévus sur l'extrémité libre des dents. Des encoches 11 sont disposées au moins en partie entre des dents adjacentes 9, et les encoches comprennent une pluralité de passages 515 qui s'étendent généralement entre les extrémités de dent 513 des dents adjacentes, respectivement.

Une pluralité de bords intérieurs en arc de cercle 517 sont définis sur la section de culasse 7 et chacun de ces bords intérieurs se prolonge entre les racines 511 des dents adjacentes pour délimiter les passages 515.

Une pluralité d'arêtes 525 externes incurvés en arc de cercle sont prévus sur le ruban découpé 501 sur les bords externes opposés des bords intérieurs 517. Les intersections 527 entre les arêtes 525 adjacents se croisent au niveau d'un axe 509.

On peut voir sur la figure 2, un bord interne 543 d'axe 545 défini partiellement par les extrémités de dent 513, ledit bord interne définissant un diamètre interne du corps de stator.

On peut voir également sur la figure 2, un bord externe 547 d'axe 545 défini partiellement par les arêtes 525, ledit bord externe définissant un diamètre externe du corps de stator.

La figure 3 illustre le corps de stator 503 de l'état de la technique vue de profil selon la vue 25 mentionnée sur la figure 2. Le corps de stator est délimité par deux faces 541 et 539 opposées. La face 541 est formée par la première couche de ruban 501 tandis que la face 539 est formée par la dernière couche de ruban 501.

La figure 4 illustre une encoche d'un stator en coupe selon l'état de la technique. Le stator comprend un corps de stator 503 et un bobinage formé par des fils 403 installés dans une encoche 11. Le corps du stator 503 comprend à l'intérieur de l'encoche 11, un isolant 404. Les fils sont maintenus dans l'encoche 11 à l'aide d'une cale d'encoche 401, elle-même soutenue par des pieds de dents 402 de chacune des deux extrémités de dent 513. Toutefois, selon cette coupe, des espaces 405 non occupés par des fils 403 sont présents dans la surface de encoche 11. Cela diminue le taux de remplissage de l'encoche par les fils.

Pour éviter cela, il est connu de l'état de la technique de positionner une seule colonne de fils dans l'encoche avec un bobinage qui doit être insérer radialement. Toutefois, une telle insertion radiale est difficile avec la présence des pieds de dents. En effet, l'encoche ayant sensiblement une largeur circonférentielle égale à la largeur du fil, la distance entre les deux pieds de dent est inférieure à la largeur du fil, ce qui empêche l'insertion radial du fil. Une solution est alors de prévoir un jeu d'insertion c'est à dire d'avoir une distance entre les deux pieds de dent prenant en compte le passage des fils. Toutefois, une telle solution diminue le taux de remplissage car il faut alors prévoir une largeur circonférentielle de l'encoche plus importante.

Une solution alternative consiste à écraser les fils pour augmenter leur largeur après leur insertion radiale. La demande de brevet WO2007125234A1 décrit un procédé d'écrasement de deux colonnes de fils pour permettre leur maintien dans l'encoche dans le cas. Ce procédé peut être applicable à l'écrasement d'une seule colonne de fils. Toutefois, ce type de solution peut entraîner la détérioration des fils et notamment de leur couche d'isolation.

La demande de brevet US2005046299A1 dont une des principales figures est reproduite en figure 5 se propose de remédier à ces problèmes en utilisant des pieds de dents pliables. La figure 5 illustre une coupe d'un stator 50 comprenant un corps de stator 503 dont une encoche 11 délimitée par des dents 9 est illustrée. L'encoche 11 comprend deux flancs 604 qui sont parallèles. Le stator comprend des fils 403 alignés suivant une seule colonne dans l'encoche 11. Le corps de stator 503 comprend un isolant 404 qui recouvre l'intérieur de l'encoche 11. Les dents 9 comprennent des extrémités de dents 513. Les extrémités de dent 513 comprennent chacune deux pieds de dents 402 pliables qui définissent un espace 603.

Un système d'application de force radiale 601 est prévu. Il agit par l'intermédiaire de doigts 602 sur les extrémités 513 de sorte que l'angle entre les deux pieds de dents 402 délimitant l'espace 603 augmente. On obtient ainsi que les deux pieds de dents 402 sont pliés pour s'aligner selon une direction ortho radiale. Les deux pieds de dent 402 occupent ainsi une longueur circonférentielle plus importante ce qui permet de maintenir les fils 403 dans l'encoche 11.

Au cours de cette opération le corps de stator 503 doit être maintenu par une force de support exercée par un système d'application de force 604. La distance entre les deux pieds de dent non pliés d'une encoche permet une insertion radiale du bobinage et après le pliage des pieds de dent pliables 402, on obtient un maintien des fils 403.

Toutefois, la force à exercer pour permettre ce pliage des pieds de dent est très importante. C'est un inconvénient car il faut pouvoir d'une part garantir une répétabilité du procédé de pliage des dents et d'autre part obtenir une homogénéité des positions de la dent pour qu’elle ne dépasse pas trop dans l’entrefer entre le rotor et le stator.

Il existe donc un besoin pour une solution permettant à la fois une insertion radiale et un bon maintien des fils dans l'encoche et ce sans l'exercice d'une force trop importante qui ne permettrait pas d'obtenir une position des pieds de dents pliés contrôlable industriellement.

OBJET DE L’INVENTION

L’invention a pour objet de répondre à ce souhait tout en remédiant à au moins un des inconvénients précités.

Suivant l’invention il est proposé un corps de stator pour machine électrique tournante, ledit corps de stator est muni d'un axe et comporte un ruban de tôle comprenant une succession de dents et d'encoches, ledit ruban étant enroulé en hélice sur lui même et sur plusieurs tours de sorte à former des couches axiales successives, une couche correspondant à un tour de ruban et comprenant N encoches.

Selon une caractéristique générale, une partie seulement des dents dites dents pliables comprennent au moins un rabat apte à former un pied de dent par pliage et le ruban comprend des encoches fermables adjacentes à une dent pliable.

D'une manière générale, les pieds de dents ont deux fonctions, à savoir une fonction de maintien du fil dans l'encoche et une fonction de remontée du flux du rotor. Pour ce qui est de la deuxième fonction, dans l'état de la technique, suite au pliage, la matière des pieds de dents est principalement écrouie si bien que les pieds de dent n'assurent plus leur fonction de captage du flux magnétique en provenance du rotor. En effet, une faible déformation plastique est suffisante pour dégrader les propriétés magnétiques de la tôle. Ainsi, la tôle écrouie a une induction magnétique dégradée et à champ magnétique égale cette partie va saturer plus rapidement et donc limiter le débit de l’alternateur. Ainsi, la caractéristique de l'invention selon laquelle les pieds de dents s'étendent suivant seulement une faible épaisseur, celle du ruban n'est pas inconvénient par rapport à l'état de la technique.

Avec un corps de stator selon l'invention dans lequel les dents ne sont pas toutes pliables, on peut agir, par exemple radialement, sur un nombre de rabats moins importants. Ainsi, le pliage est simple et ne nécessite pas une force importante.

Selon d’autres caractéristiques prises isolément ou en combinaison :

- lesdites dents pliables se répètent sur le ruban selon un pas de p dents, ledit chiffre p étant choisi parmi les entiers naturels non diviseurs de N. Ainsi, les dents pliables ne vont pas se répéter toujours sur la même position quand on change de couche. De ce fait, un ensemble de dents d'une même position comprend des dents dépourvues de rabats et des dents pliables ce qui permet que le pliage de cet ensemble de dents requiert une force moins importante.

- les rabats s'étendent à partir des extrémités des dents pliables, lesdites dents pliables comprenant un enlèvement de matière pour faciliter le pliage des rabats. On facilite ainsi le pliage des rabats. Ainsi si l'on agit sur un ensemble de dents ayant une même position cela facilite également le pliage de cet ensemble.

- le flanc de l'encoche fermable se poursuit de sorte à former la surface extérieure du rabat du côté de ladite encoche fermable. Ainsi, les rabats sont faciles à former.

- les dents de chaque couche ayant des numéros définis par rapport à la première dent de leur couche, la dent pliable d'une couche ayant un certain numéro, la dent de la couche adjacente ayant le même numéro n'est pas une dent pliable. Ainsi pour un ensemble de dents ayant une même position ou numéro, il y des dents dépourvues de rabats qui seront facilement pliables. Ainsi, le pliage de cet ensemble sera facilité.

- le corps de stator présente un diamètre interne et un diamètre externe, ledit diamètre interne étant compris 93 entre 100 mm et ledit diamètre externe étant compris 122 entre 130 mm. II s'agit de mesures de stator pour lequel le fonctionnement d'une machine électrique est optimisé. Par exemple, le corps de stator comprend 75 couches, le ruban ayant une épaisseur axiale de 0.5 mm.

- une partie des dents ne présentent pas de rabat et définissent des encoches ouvertes. Les encoches fermables ne sont pas nécessaires sur la totalité des couches pour permettre un bon maintien du fil dans la rainure.

- les encoches sont des encoches de type à flancs parallèles. On obtient alors des encoches dans lesquels le taux de remplissage est optimisé pour des fils ayant également des côtés parallèles.

- le corps de stator comprend N rainures, chaque rainure étant formée par les encoches alignées axialement des différentes couches de ruban. Une rainure comprend ainsi une série d'encoches du ruban.

- chaque rainure comprend un isolant dédié à cette rainure. On obtient ainsi une solution d'isolation facile à mettre en place et selon laquelle l'isolant ne risque pas d'être déchiré dans le cas d'un effort à exercer sur les extrémités des dents. En effet, les efforts exercés sur les extrémités pour plier les rabats présentent des risques de rupture de l'isolant important pour les solutions d'isolations utilisant un isolant continu.

- le corps de stator comprenant un nombre de tôles T, chaque rainure comprend en moyenne 2 x T/p dents pliables adjacentes et chaque couche comprend en moyenne N/p dents pliables. Ainsi en agissant sur le pas p on peut agir sur la densité d'encoches fermables. Le plus nombreuses sont les encoches fermables le plus la force pour plier les dents pliables d'un même ensemble de dents est importante ce qui induit un risque sur l'industrialisation du procédé. D'un autre côté si les encoches fermables ne sont pas assez nombreuses alors il y un risque de mauvais maintien du bobinage dans les rainures. Il existe donc un compromis qui est atteint par exemple avec les valeurs N = 72 et p = 5, 7 ou 10.

- le corps de stator comprend 72 ou 84 rainures. Un tel stator est particulièrement adapté pour fonctionner avec un rotor de 6 ou 7 paires de pôles.

L'invention a également pour objet, un stator comprenant un corps de stator tel que décrit ci dessus, un bobinage installé dans lesdites rainures et des cales, lesdites cales étant en appui sur lesdits pieds de dents pour maintenir le bobinage. L'utilisation des cales en conjonction avec les dents pliables permet de limiter les risques de blessure du fil. Les cales permettent également une répartition de la force de maintien sur l'ensemble des couches du corps de stator.

L'invention a également pour objet, une machine électrique comprenant un stator tel que décrit ci dessus, un rotor, le stator entourant ledit rotor.

L'invention a également pour objet un procédé de formation d'un stator comprenant un corps de stator muni d'un axe comportant un ruban de tôle comprenant des dents dites dents pliables munies d'au moins un rabat apte à former un pied de dent par pliage et des encoches parmi lesquelles des encoches fermables adjacentes à une dent pliable, ledit ruban étant enroulé en hélice sur lui même et sur plusieurs tours de sorte à former des couches axiales successives, lesdites encoches formant des rainures du corps de stator.

Selon une caractéristique générale, le procédé comprend une étape d'installation du bobinage dans lesdites rainures, une étape d'insertion des cales dans chaque rainure sur le bobinage, une étape de fermeture des pieds de dents par emboutissage radial des dents pliables et une étape d'imprégnation du stator. On a ainsi un procédé simple à mettre en œuvre utilisant des cales d'encoches et permettant une fermeture fiable des encoches fermables.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif et nullement limitatif de l’invention.

La figure 1 représente une machine électrique tournante sous la forme d’un alternateur équipée selon l'état de la technique ;

les figures 2 et 3 représentent un corps de stator selon l'état de la technique;

la figure 4 représente une vue en coupe d'une encoche d'un stator selon l'état de la technique;

la figure 5 représente un procédé de pliage des pieds de dent selon l'état de la technique;

la figure 6 représente un ruban pour un corps de stator selon un premier mode de réalisation de l'invention;

la figure 7 représente le corps de stator selon le premier mode de réalisation de l'invention;

la figure 8 représente un corps de stator selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; et la figure 9 représente un exemple de réalisation d'une dent pliable pour le premier ou le deuxième mode de réalisation.

Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.

DESCRIPTION D’EXEMPLES DE REALISATION DE L’INVENTION

La figure 6 illustre un ruban de tôle selon l'invention. Ce ruban 501 comprend une succession de dents 9 et d'encoches 11. Les dents 9 sont numérotées sur le ruban en commençant de la gauche vers la droite. Ainsi la première dent tout à gauche est numérotée 1, la deuxième dent 2 et ainsi de suite. Le numéro de dent est illustré sur la première ligne en dessous du ruban 501 de la figure 6. Pour simplifier la figure 6, une partie seulement des dents 9 et des encoches 11 du ruban 501 sont représentées. Il s'agit notamment des dents numérotées sur le ruban 1,2, 75, 76, 77, 145, 146, 147, 220, 221,222, 290, 291,292 et 360, 361,362.

Sur la figure 6, une partie seulement des dents 9 du ruban 501 sont noircies. Il s'agit de dents dites dents pliables 701. Ces dents pliables 701 comprennent au moins un rabat et sont visibles selon un exemple de réalisation sur la figure 9. Chaque rabat est apte à former un pied de dent par pliage. Par exemple, une dent pliable 701 comprend deux rabats aptes à former un pied de dent pour chacune des deux encoches qui lui sont adjacentes. Le ruban 501 comprend également des dents 702 qui ne présentent ni de rabat ni pied de dent.

En d'autres termes, les dents 9 du ruban 501 comprennent deux types de dents à savoir des dents pliables 701 et des dents 702 qui ne présentent ni de rabat ni pied de dent.

Chaque dent pliable 701 peut être entourée de deux encoches fermables 703 qui lui sont adjacentes. L'encoche 703 est fermable dans le sens où si la dent pliable à laquelle elle est adjacente comprend un rabat situé du côté de cette encoche alors, après pliage, un pied de dent est formé sur l'encoche

703. Ce pied de dent permet de fermer l'encoche 703 pour y maintenir le fil. Dans le cas où une dent pliable 701 comprend deux rabats aptes à former un pied de dent pour chacune des deux encoches qui lui sont adjacentes, alors ces deux encoches sont fermables.

Les dents 702 qui ne présentent ni de rabat ni pied de dent définissent des encoches ouvertes 704. Plus précisément, une encoche ouverte 704 est entourée de deux dents adjacentes qui ne présentent ni rabat ni pied de dent 702. L'encoche 704 est ouverte dans le sens où les deux dents 702 auxquelles elle est adjacente ne comprennent pas de pied de dent.

En d'autres termes, les encoches 11 du ruban 501 comprennent deux types d'encoches à savoir les encoches fermables 703 et les encoches ouvertes

704.

Dans le ruban 501, les dents pliables se répètent sur le ruban selon un pas de 5 dents. Ainsi, une dent sur cinq est pliable. Plus précisément, pour ce qui des onze premières dents 9, on peut prévoir par exemple que les dents pliables 701 ont les numéros sur le ruban: 1,6, 11 tandis que les dents 702 qui ne présentent ni de rabat ni pied de dent ont les numéros sur le ruban: 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10.

Par ailleurs, pour former un corps de stator, le ruban 501 est destiné à être enroulé en hélice sur lui même et sur plusieurs tours de sorte à former des couches axiales successives, une couche correspondant à un tour de ruban. Ainsi, dans le cas où un tour correspond à 72 encoches, alors la dent numérotée 76 va se retrouver après un tour au dessus de la dent numéro 4. De même, la dent 146 va après deux tours au dessus de la dent 2, la dent 221 va après trois tours au dessus de la dent 5, la dent 291 va après quatre tours au dessus de la dent 3 et enfin la dent 361 va après cinq tours au dessus de la dent 1. On définit ainsi sur la deuxième ligne en dessous du ruban des numéros de dents de chaque couche par rapport à la première dent de leur couche. Ce numéro est avantageux car il donne une information sur la position de la dent dans le corps du stator. II est différent du numéro de dent dans le ruban illustré sur la première ligne en dessous du ruban 501 dans le sens où il revient à 1 après chaque fois que l'on atteint le nombre N égal au nombre d'encoche d'une couche. Par contre pour la première couche les deux numéros sont identiques.

On peut prévoir que les deux flancs de l'encoche 11 du ruban 501 sont tels que les deux flancs sont sensiblement parallèles après l'enroulement du ruban 501.

On a illustré sur la figure 7, les 6 premières couches du corps de stator 503 comprenant le ruban 501 illustré sur la figure 6. Pour obtenir ce corps de stator, le ruban 501 est enroulé en hélice sur lui même et sur plusieurs tours de sorte à former des couches axiales successives, une couche correspondant à un tour de ruban et comprenant ici 72 encoches. On pourrait bien entendu prévoir un nombre d'encoches par tour différent par exemple 84. Le corps de stator 503 ainsi formé a une forme circulaire autour d'un axe 545 déjà illustré pour le corps de stator de la figure 2. Cet axe est l'axe X de la machine quand le stator est monté dans la machine électrique tournante.

Sur la figure 7, le numéro de couche du corps de stator est indiqué à gauche. Les dents de chaque couche sont numérotées par rapport à la première dent de leur couche. Ainsi, les numéros mentionnés sous chacune des dents 9 des couches 2 et plus correspondent à la position qu'occupe la dent en référence aux numéros de dents de la première couche. En d'autres termes, les dents des couches 2 et plus ayant le numéro Y sont au dessus de la dent numéro Y de la première couche, Y prenant une valeur comprise entre 1 et le nombre d'encoches d'un tour, ici 72.

Sur la première couche du corps de stator 503, on peut voir notamment une encoche ouverte 704, entourée par deux dents 702 qui ne présentent ni de rabat ni de pied de dent et deux encoches fermables 703 adjacentes à une dent pliable 701.

Le corps de stator 503 comprend des rainures 705 qui sont formées par une encoche de chaque couche de ruban 501, lesdites encoches étant alignées axialement. Dans le cas illustré, le corps de stator 503 comprend 72 rainures 705, c'est à dire autant que le nombre d'encoches d'une couche correspondant à un tour de ruban 501.

Le corps de stator 503 comprend également des ensembles 706 de dents 9 ayant un même numéro, lesdits ensembles de dents 9 sont chacun formé par une dent de chaque couche de ruban 501.

La rainure référencée 705 comprend les encoches auxquelles sont adjacentes les dents 69 et 70 de chacune des couches du corps de stator. Ces encoches sont ouvertes ou fermables en fonction de la couche. Par exemple, dans cette rainure 705, les encoches des couches numéro 2 et 4 sont fermables tandis que l'encoche de la couche 3 est ouverte.

Ainsi, pour une même rainure 705 comprenant une série d'encoches appartenant chacune à une couche du corps de stator 503, les dents adjacentes à droite ou à gauche de chacune des encoches de cette série sont de type pliables 701 ou de type dépourvues de rabats et de pieds de dent 702 en fonction de la couche.

En d'autres termes, l'ensemble 706 des dents ayant un même numéro par rapport à la première dent de leur couche, par exemple 68 comme illustré sur la figure 7, comprend soit des dents pliables 701 soit des dents 702 dépourvues de rabats et de pieds de dent. Cela est avantageux car la force à appliquer sur cet ensemble de dents par exemple à l'aide d'un outil d'application de force est alors bien moins importante que si cet ensemble de dents ne comprenaient que des dents pliables. En effet, il n'y aucune force à appliquer sur les dents dépourvues de rabats et de pieds de dent.

Pour obtenir un changement de type de dent en suivant les couches selon un même numéro par rapport à la première dent de leur couche, il est prévu par exemple de répéter les dents pliables sur le ruban selon un pas p, ledit chiffre p étant choisi parmi les entiers naturels non diviseurs du nombre N de rainures du corps de stator.

Ainsi on obtient que les dents pliables ne soient pas pour les différentes couches toujours sur le même numéro par rapport à la première dent de leur couche.

Par exemple, comme illustré sur la figure 7, la dent numérotée 76 sur le ruban après k=15 fois le pas p (k =15, 15 x p +1), occupe le numéro 4 par rapport à la première dent de la deuxième couche. La dent 76 est donc décalée par rapport aux dents 1 (k =0, 0 x p +1) et 6 (k=1, 1 x p +1) de la première couche mais également par rapport à la dent 146 (k=29, 29 x p +1) qui occupe le numéro 2 par rapport à la première dent de la troisième couche.

Ainsi, avec un tel pas p = 5, dont la multiplication n'atteint pas le nombre N on est sûr de changer le numéro par rapport à la première dent d'une couche, d'une dent pliable quand on passe d'une couche à une autre. Au contraire, si la multiplication par un entier k du chiffre p arrivait au nombre N, on arriverait alors après k fois le pas dans la couche suivante au même numéro de dent par rapport à la première dent.

Comme on peut le voir sur la figure 7 pour une dent pliable 701, la dent de la couche adjacente ayant le même numéro par rapport à la première dent n'est pas une dent pliable.

Par exemple, la dent pliable 701 est numérotée 66 par rapport à la première dent sur la première couche, la dent numérotée 66 par rapport à la première dent de la deuxième couche n'est pas pliable et les dents de la deuxième couche les plus proches pliables sont les dents numérotées 64 et 69 par rapport à la première dent.

Le corps de stator 503 obtenu dont les 6 premières encoches sont illustrées sur la figure 7 présente un diamètre interne au niveau des extrémités des dents 513 après pliage des rabats et un diamètre externe au niveau de la culasse du corps de stator. Par exemple, le diamètre interne est compris 93 entre 100 mm, par exemple 96 mm et le diamètre externe est compris 122 entre 130 mm, par exemple 126 mm.

Etant donné les opérations de pliages à réaliser et notamment l'utilisation d'un outil d'application de force sur les dents pour les plier, il peut être opportun de prévoir comme illustré sur la figure 5, un isolant 404 pour chaque encoche et d'éviter un isolant continu qui risquerait d'être percé lors de l'opération de pliage des dents.

Le corps de stator 503 obtenu dont seulement les 6 premières encoches sont illustrées sur la figure 7 comprend par exemple 64 autres couches, c'est à dire un total de T=70 couches, chaque couche ayant l'épaisseur du ruban 501, c'est à dire par exemple 0.5 mm.

Plus généralement, chaque couche du corps de stator comprend N/p dents pliables et donc le corps de stator comprend T x (N/p) dents pliables, T étant le nombre couches du corps de stator. Par ailleurs, étant donné que le corps de stator comprend N ensembles de dents 706 ayant un même numéro, alors chaque ensemble de dents comprend T/p dents pliables. En d'autres termes, chaque rainure comprend 2 x T / p dents pliables adjacentes.

Par ailleurs, si on choisit un pas p > 2 alors, pour une encoche fermable donnée, elle ne comprend qu'une seule dent pliable adjacente. Ainsi, si p > 2, on obtient pour chaque rainure autant d'encoches fermables que de dents pliables c'est à dire 2 x T / p encoches fermables.

Par exemple, en choisissant p = 5, chaque rainure 705 va comprendre 28 encoches fermables 703 si le corps de stator comprend 70 couches. Ces encoches fermables 703 peuvent être de deux types: de type fermable à droite 703a ou de type fermable à gauche 703b. Une encoche de type fermable à droite 703a comprend à sa droite une dent pliable 701 à laquelle elle est adjacente, ladite dent étant munie d'un rabat situé du côté de cette encoche. De même, une encoche de type fermable à gauche 703b comprend à sa gauche une dent pliable 701 à laquelle elle est adjacente, ladite dent étant munie d'un rabat situé du côté de cette encoche.

Le corps de stator 503 peut être utilisé pour former un stator 50 tel qu'illustré en figure 1. A cet effet, le stator comprend en plus du corps de stator 503 un bobinage installé dans les rainures du corps de stator et des cales 401, les cales étant en appui sur lesdits pieds de dents formés par pliage et permettent ainsi de maintenir le bobinage.

De manière optionnelle, on peut prévoir qu'une rainure 705 comprend les deux types d'encoches fermables 703a et 703b pour permettre un maintien encore meilleur des fils et des cales d'encoches.

Le corps de stator 503 comprend par exemple N=72 rainures. Il est alors particulièrement intéressant de faire fonctionner le stator 50 avec un rotor comprenant 6 paires de pôles, le stator entourant ledit rotor.

Alternativement, le corps de stator 503 peut comprendre N=84 rainures. Il est alors particulièrement intéressant de faire fonctionner le stator 50 avec un rotor comprenant 7 paires de pôles.

La figure 8 illustre un corps de stator selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. On peut voir du corps de stator 503, un ensemble de dents ayant le même numéro 706 et une rainure 705. On peut voir de la première couche du corps de stator 503, deux encoches fermables 703 adjacentes à une dent pliable 701 et une encoche ouverte 704, entourée par deux dents 702 qui ne présentent ni de rabat ni pied de dent.

Le corps de stator de la figure 8 se distingue de celui illustré sur la figure 7 de part un pas p différent, à savoir p=7, le nombre de rainures ou d'encoche par tour de ruban 501 restant identique N = 72. Le chiffre 7 est un entier naturel non diviseur de N, on obtient donc avec le corps de stator illustré sur la figure 7 que pour une dent pliable donnée, la dent de la couche adjacente ayant le même numéro par rapport à la première dent de sa couche n'est pas une dent pliable.

Avec N =72, on pourrait également choisir le chiffre 10 pour le pas p. En effet, 10 est un entier naturel non diviseur de N.

La figure 9 illustre une dent pliable selon un exemple de réalisation de l'invention. La dent pliable 701 comprend une extrémité 513, des rabats 903 et 904, les rabats s'étendant à partir de ladite extrémité 513. La dent pliable 701 comprend en outre deux enlèvements de matière 901 et 902 un pour chacun des deux rabats 903 et 904. Les enlèvements de matière facilitant le pliage de leur rabat respectif.

La dent pliable 701 comprend deux côtés 906 et 905. Ces deux côtés forment chacun un des deux flancs de chacune des deux encoches fermables 703 qui sont adjacentes à la dent pliable 701. La figure 9 illustre en outre une droite 907 qui est alignée avec le côté 905 formant le flanc de l'encoche fermable à gauche 703b située à droite de la dent pliable. Comme on peut le voir sur la figure 9, la droite 907 est également alignée avec la surface extérieure du rabat 904 du côté de l'encoche fermable à gauche 703b située à droite de la dent pliable 701. Ainsi, le flanc de l'encoche fermable 703b se poursuit de sorte à former la surface extérieure du rabat du côté de ladite encoche fermable.

Pour permettre un pliage des rabats 903 et 904 afin qu'il forment des pieds de dents pour l'encoche fermable à gauche 703b et l'encoche fermable à droite 703a, on peut utiliser un outil d'application de force de forme qui présente une coupe circulaire selon un plan perpendiculaire à l'axe 545 du corps de stator. II s'agit par exemple d'une forme sphérique ou cylindrique selon l'axe 545 du corps de stator.

On exerce alors une force selon une direction confondue avec la direction d'extension de la dent 701, c'est à dire une direction radiale après l'enroulement du ruban permettant formation du corps de stator. Cette force permet de pousser et plier les rabats 903 et 904 vers leur encoche fermable 703 respective.

La figure 10 illustre un procédé 1000 de fabrication d'un stator. Le stator comprenant :

- un corps de stator 503 muni d'un axe 545 comportant un ruban 501 de tôle comprenant des dents 9 dites dents pliables 701 munies d'au moins un rabat 903, 904 apte à former un pied de dent par pliage et des encoches 11 parmi lesquelles des encoches fermables 703 adjacentes à une dent pliable 701, ledit ruban 501 étant enroulé en hélice sur lui même et sur plusieurs tours de sorte à former des couches axiales successives, lesdites encoches 11 formant des rainures 705 du corps de stator 503,

Le procédé 1000 comprend:

-une étape d'installation 1001 du bobinage 5 dans lesdites rainures 705,

-une étape d'insertion 1002 des cales 401 dans chaque rainure sur le bobinage.

-une étape de fermeture 1003 des pieds de dents 903, 904 par emboutissage radial des dents pliables. Après leur fermeture les pieds de dent ont une forme semblable aux pieds de dents 402 illustrés en figure 4. Les pieds de dent permettent alors de maintenir les cales 401 et le bobinage 5.

-une étape d'imprégnation 1004 du stator 50. L'étape d'imprégnation est réalisée par exemple à l'aide d'une résine et permet de fixer le bobinage sur le corps de stator.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS

   1. Corps de stator (503) pour machine électrique tournante (100), ledit corps de stator est muni d'un axe (545) et comporte un ruban (501) de tôle comprenant une succession de dents (9) et d'encoches (11), ledit ruban étant enroulé en hélice sur lui même et sur plusieurs tours de sorte à former des couches axiales successives, une couche correspondant à un tour de ruban et comprenant N encoches, caractérisé en ce qu'une partie seulement des dents dites dents pliables (701) comprennent au moins un rabat (903, 904) apte à former un pied de dent (402) par pliage et en ce que le ruban comprend des encoches fermables (703) adjacentes à une dent pliable.
2. 2. Corps de stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites dents pliables (701) se répètent sur le ruban selon un pas de p dents, ledit chiffre p étant choisi parmi les entiers naturels non diviseurs de N.
3. 3. Corps de stator (503) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rabats (903, 904) s'étendent à partir des extrémités (513) des dents pliables (701), lesdites dents pliables (701) comprenant un enlèvement de matière (901,902) pour faciliter le pliage des rabats.
4. 4. Corps de stator (503) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flanc (905) de l'encoche fermable se poursuit de sorte à former la surface extérieure du rabat (904) du côté de ladite encoche fermable (703).
5. 5. Corps de stator (503) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dents de chaque couche ayant des numéros définis par rapport à la première dent de leur couche, pour une dent pliable (701) d'une couche ayant un certain numéro, la dent de la couche adjacente ayant le même numéro n'est pas une dent pliable (701).
6. 6. Corps de stator selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente un diamètre interne et un diamètre externe, ledit diamètre interne étant compris 93 entre 100 mm et ledit diamètre externe étant compris 122 entre 130 mm.
7. 7. Corps de stator (503) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une partie des dents (702) ne présentent pas de rabat et définissent des encoches ouvertes.
8. 8. Corps de stator (503) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les encoches (11) sont des encoches de type à flancs parallèles.
9. 9. Corps de stator selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend N rainures, chaque rainure (705) étant formée par les encoches (11) alignées axialement des différentes couches de ruban (501).
10. 10. Corps de stator selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque rainure (705) comprend un isolant (404) dédié à cette rainure.
11. 11. Corps de stator selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre de tôles T, chaque rainure comprend en moyenne 2 x T/p dents pliables (701) adjacentes et en ce que chaque couche comprend en moyenne N/p dents pliables (701).
12. 12. Corps de stator selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend 72 ou 84 rainures.
13. 13. Stator (50) de machine électrique tournante comprenant un corps de stator selon l'une des revendications 9 à 12, un bobinage installé dans lesdites rainures et des cales, lesdites cales (401) étant en appui sur lesdits pieds de dents (402) pour maintenir le bobinage.
14. 14. Machine électrique tournante comprenant un stator (50) selon la revendication précédente et un rotor, ledit stator entourant ledit rotor.
15. 15. Procédé (1000) de formation d'un stator comprenant :

    - un corps de stator (503) muni d'un axe (545) comportant un ruban (501) de tôle comprenant des dents (9) dites dents pliables (701) munies d'au moins un rabat (903, 904) apte à former un pied de dent (903, 904) par pliage et des encoches (11) parmi lesquelles des encoches fermables (703)

    5 adjacentes à une dent pliable (701), ledit ruban (501) étant enroulé en hélice sur lui même et sur plusieurs tours de sorte à former des couches axiales successives, lesdites encoches (11) formant des rainures (705) du corps de stator (503), caractérisé en ce que le procédé (1000) comprend une étape d'installation

    10 (1001) du bobinage (5) dans lesdites rainures (705), une étape d'insertion (1002) des cales (401) dans chaque rainure sur le bobinage, une étape de fermeture (1003) des pieds de dents (903, 904) par emboutissage radial des dents pliables et une étape d'imprégnation (1004) du stator (50).

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