EP1344297A2 - Stator d'un alternateur pour des vehicules - Google Patents

Stator d'un alternateur pour des vehicules

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Publication number
EP1344297A2
EP1344297A2 EP01989658A EP01989658A EP1344297A2 EP 1344297 A2 EP1344297 A2 EP 1344297A2 EP 01989658 A EP01989658 A EP 01989658A EP 01989658 A EP01989658 A EP 01989658A EP 1344297 A2 EP1344297 A2 EP 1344297A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductive elements
branches
alternator according
notch
stator
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.)
Withdrawn
Application number
EP01989658A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Denis Even
Pierre Faverolle
Jean-Claude Mipo
Jean-Luc Tarrago
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.)
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur 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
Priority claimed from FR0016738A external-priority patent/FR2818821B1/fr
Priority claimed from FR0104770A external-priority patent/FR2820896B1/fr
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Publication of EP1344297A2 publication Critical patent/EP1344297A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • 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
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • 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
    • H02K3/505—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto for large machine windings, e.g. bar windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Definitions

  • the present invention relates generally to alternators for motor vehicles.
  • the invention relates to alternators for motor vehicles comprising a stator, a claw rotor with N pairs of poles disposed inside the stator and carrying an excitation coil provided with an input wire and an output wire,
  • the stator comprising a cylindrical body, several phases each formed by a plurality of electrically conductive elements mounted in series along the periphery of the stator between an input and an output, the cylindrical body comprising in its radially internal face radial notches for receiving at least four phase conductive elements which are juxtaposed in the notch in the radial direction to form at least four layers of conductive elements, each conductive element having the shape of a pin extending between two notches and- comprising a first branch which is placed in a notch in a predetermined layer and a second branch available sée in another notch in a predetermined layer and, between the two branches, on an axial side of the stator body, a head forming a U seen in the peripheral direction, while on the other side of the body a free end of
  • Each notch in their stators contains four conductors, two first conductors joining this notch to the same second notch, and two other conductors joining this notch to the same third notch.
  • the two conductors of the first pair overlap so that their heads form concentric unequal U's.
  • the stators of these alternators require for their manufacture at least two pin forming stations equipped with different tools, one per size of U.
  • pins with a small radius of curvature present a risk of alteration of the enamel pin protection in the area of the stronger U.
  • the insertion of the conductive elements into the body must be done in at least two steps, one step for each layer of concentric pins.
  • the object of the present invention is therefore to overcome the difficulties described above.
  • the invention is mainly characterized in that at least first and second conductive elements of said half are such that the radial deviation of the layers to which the two branches of said first conductive element belong is the same as 1 radial deviation of the layers to which the two branches of said second conductive element belong and that the radii of curvature of the U of the two conductive elements are identical.
  • said four conductive elements are grouped in pairs of adjacent conductors, the aforementioned radial difference being the same for the two conductive elements of the same pair, and the radii of curvature of the U of the two conductive elements of the same pair are substantially identical.
  • the aforementioned radial deviation of the conductive elements of one of the two pairs is different from the aforementioned radial deviation of the conductive elements of
  • the other pair and the radii of curvature of the U of the conductive elements of the two pairs are different.
  • the aforementioned radial deviation of the conductive elements of one of the two pairs is the same as the aforementioned radial deviation of the conductive elements of the other pair and the radii of curvature of the U of the two pairs are substantially identical.
  • two of said conductive elements are adjacent and have the same aforementioned radial deviation, the radii of curvature of the two U of the two elements conductors being substantially identical.
  • the phase inputs are connected to branches of conductive elements in layer C1, the corresponding outputs being connected to branches of conductive elements in layer C4.
  • the phase inputs are connected to branches of conductive elements in layer C, the corresponding outputs being connected to branches ' of conductive elements in layer C1.
  • the phase inputs are connected to branches of conductive elements in layer C2, the corresponding outputs being connected to branches of conductive elements in layer C3.
  • the phase inputs are connected to branches of conductive elements in layer C3, the corresponding outputs being connected to branches of conductive elements in layer C2.
  • at least part of the free end of the branches located in layers C1 and C4 is inclined in a first direction, at least part of the free end of the branches located in layers C2 and C3 being inclined in a second direction symmetrical to the first with respect to the Aadial plane in which the notch is located.
  • At least part of the free end of the branches located in layers C1 and C3 is inclined in a first direction, at least part of the free end of the branches located in layers C2 and C4 being inclined in a second direction symmetrical with the first with respect to the radial plane in which the notch is located.
  • phase inputs are electrically connected to form a neutral point.
  • the rotor comprises 6, 7, 8 or 9 pairs of poles.
  • the stator has three phases.
  • the stator comprises two times three phases electrically offset by 30 °.
  • the rotor comprises 7 pairs of poles, the external diameter of the cylindrical body of the stator being between 132 mm and 138 mm.
  • the rotor comprises 6 pairs of poles, the outside diameter of the stator cylindrical body being between 137 mm and 142 mm.
  • the outputs of the stator phases are connected to a current rectification device with at least 12 diodes.
  • the rotor comprises two front and rear pole wheels secured to a shaft, each carrying at their periphery seven axial teeth oriented towards the other pole wheel, the axial teeth of the same wheel forming grooves between them, the wire d input of the rotor coil extending radially between the shaft and a first of said grooves of the rear pole wheel, the lead extending radially between the shaft and a second groove, this second groove being one of the two said grooves diametrically opposite to the first groove.
  • the lead extends radially substantially between the shaft and the groove diametrically opposite the first groove and angularly offset in the normal direction of rotation of the rotor.
  • the lead extends radially substantially between the shaft and the groove diametrically opposite the first groove and angularly offset in the opposite direction from the normal rotation of the rotor.
  • a capstan is arranged in each of the first and second grooves, the input and output wires respectively making at least one turn of the capstan located in the first and second grooves.
  • the capstans each comprise a radial rod fixed to the rotor and a block fixed to a free end of the radial rod.
  • the two neutral points are straightened.
  • the electrical network of the motor vehicle will receive more current.
  • the ratio of the thickness of the cylinder head to the width L1 of the notches must have a value between 0.51 and 0.57.
  • Figure 1 is a half sectional view of an alternator according to the invention
  • - Figure 2 is a perspective view of the stator of Figure 1, with conductive elements removed to show the notches of the body
  • Figure 3 is a schematic representation of an example of connection of the phase windings
  • - Figure 4 is a cross-sectional view showing the arrangement of the conductive elements in a notch in a first embodiment of the invention
  • Figure 5 is a top view of the stator according to the first embodiment of the invention
  • Figure 6 is a perspective view of the arrangement of four conductive elements of the same notch of the stator of Figure 5
  • Figure 7 is a schematic representation showing the location of the conductive elements of Figure 6 in two consecutive notches of the same phase
  • Figure 8 is a schematic view in a peripheral direction of the heads of two elements Figure 6 conductors
  • Figure 9 is a schematic representation showing the layout of three conductive elements in two consecutive notches of the same phase in a second embodiment of the invention
  • - Figure 10 is a schematic view according to
  • FIG. 11 is a schematic representation showing the implantation of four conductive elements in two consecutive notches of the same phase in a third embodiment of the invention
  • Figure 12 is a schematic view in a peripheral direction of the heads of the four conductive elements of Figure 11
  • Figure 13 is a schematic representation showing one implantation of four conductive elements in two consecutive notches of the same phase in a fourth mode of embodiment of the invention
  • FIG. 14 is a diagrammatic view in a peripheral direction of the heads of the four conducting elements of FIG. 13
  • FIG. 15 is a figure similar to FIG.
  • Figure 16 is a figure similar to Figure 15, in another embodiment, Figure 17 is a schematic representation of the free ends of the branches of the conductive elements of Figure 7 ,
  • Figure 18 is a figure similar to Figure 17, in another alternative embodiment,
  • Figure 19 is a perspective view corresponding to Figure 18,
  • FIG. 20 is a rear view of an embodiment of the rotor of the alternator of Figure 1
  • - Figure 21 is a top view with partial section of the rotor of the alternator of Figure 20
  • Figure 22 is a curve comparing the electrical currents produced by three alternators in accordance with FIGS. 3 to 8, of stators with an outside diameter of 135 mm, comprising 6, 7 and 8 pairs of poles, respectively
  • FIG. 23 is a figure similar to FIG. 22 for three alternators of stators with outside diameter 140 mm.
  • FIG. 24 is a perspective view of the electrically conductive elements of FIG. 5. Description of preferred embodiments
  • the alternator comprises, going from left to right of f.igure 1, that is to say from front to back, a drive pulley 1 secured to the front end of a shaft 2, of which the rear end carries slip rings (not referenced) belonging to a manifold 3.
  • the axis of the shaft 2 constitutes the axis of rotation of the machine.
  • the shaft 2 centrally carries the rotor 4 with an excitation winding 5, the ends of which are connected by connections to the collector 3.
  • the rotor 4 is here a Lundell-type claw rotor and therefore has two wheels front and rear poles 6, 7 each carrying a front 8 and rear fan respectively 9.
  • Each wheel 6, 7 has a flange perpendicular to the axis of the shaft 2.
  • At the outer periphery of the flanges are made of material of the teeth s 'extending axially.
  • the teeth have a trapezoidal shape and have chamfers.
  • the teeth of one of the wheels are directed towards the other wheel while being angularly offset with respect to the teeth of this other wheel.
  • each pole wheel then comprising respectively N North poles and N South poles formed by the teeth.
  • the teeth of the pole wheels having laterally each at least one anti-noise chamfer.
  • the fans 8, 9 comprise for example two series of blades or blades 90 and 91, as visible in FIG. 20, which provide ventilation channels between them.
  • the blades are produced by cutting and folding a fixed flange, for example by welding 92 or any other means such as crimping, on the pole wheel 6, 7 concerned; each wheel having, as mentioned above, axial teeth directed towards the other wheel with nesting of the teeth from one wheel to the other for the formation of magnetic poles when the winding 5 is activated by means of the collector rings of the collector 3 each in contact with a brush (not referenced) carried by a brush holder 10 also serving as a support for a voltage regulator (not visible) electrically connected to the brushes.
  • the regulator is connected to a current rectifying device 11, such as a diode bridge (two of which are visible in FIG. 1) itself connected to the outputs of the phases provided with windings, which comprises the stator 12 of the 'alternator.
  • a current rectifying device 11 such as a diode bridge (two of which are visible in FIG. 1) itself connected to the outputs of the phases provided with windings, which comprises the stator 12 of the 'alternator.
  • These fans 8, 9 extend in the vicinity respectively of a front bearing 13 and a rear bearing 14.
  • the bearings 13, 14 are perforated for internal ventilation of the alternator via the fans 8, 9 when the fan assembly 8, 9 - rotor 4 - shaft 2 is rotated by the pulley 1 connected to the engine of the motor vehicle by a transmission device comprising. at least one belt in engagement with the pulley 1.
  • This ventilation makes it possible to cool the windings of the stator 12 and the winding 5 as well as the brush holder 10 with its generator and the straightening device 11.
  • the arrows represent the Figure 1 the path followed by the cooling fluid, here air, through the different openings of the bearings 13, 14 and inside the machine.
  • the brush holder 10 As well as a perforated protective cover (not referenced) are carried by fixing by the bearing 14 so that the rear fan 9 is more powerful than the front fan 8.
  • the bearings 13, 14 are interconnected, here using screws or, in a variant, non-visible tie rods, to form a casing or support intended to be mounted on a fixed part of the vehicle.
  • the bearings 13, 14 each carry a ball bearing 15, 16 centrally to rotationally support the front and rear ends of the shaft 2 passing through the bearings to carry the pulley 1 and the collector rings 3.
  • the blades of the fans 8, 9 extend radially above the housings presented by the bearings 13, 14 for mounting the bearings 15 and 16 which are thus ventilated. These blades define between them divergent channels towards the outside.
  • the fans here are of the type described in application FR 2,811,156 to which reference will be made for more details.
  • At least some of the blades are of decreasing height from their internal periphery to their external periphery, and at least some of the blades are provided, overhanging relative to the bottoms of the channels, with means preventing secondary recirculation. fluid above these so-called first blades.
  • the fluid flow speed is as constant and regular as possible.
  • This arrangement also makes it possible to reduce the axial size at the level of the external periphery of the rotor of the electric machine.
  • the efficiency of the fan and the stability of the flow of the cooling fluid are increased, while preventing secondary recirculation of the fluid above the blades concerned, and having blades of reduced thickness.
  • the means avoiding secondary recirculation of the cooling fluid may consist of fins, bridges and / or a cover.
  • the fan in order to reduce the noise of the fan while improving the ventilation thereof, it is proposed to provide the fan with a second series of blades, called second blades, on the one hand, shorter than those of the other series of blades called first series of blades, and on the other hand, located radially above the internal periphery of the first series of blades in at least one channel delimited by two first consecutive blades, so that at least one second blade is interposed between two consecutive blades of the first series of blades.
  • second blades on the one hand, shorter than those of the other series of blades called first series of blades, and on the other hand, located radially above the internal periphery of the first series of blades in at least one channel delimited by two first consecutive blades, so that at least one second blade is interposed between two consecutive blades of the first series of blades.
  • the risks of detachment of the cooling fluid stream from the blades, called the first blades, of the first series of blades framing the second blade are reduced. If this fluid takes off from the first blades, in particular when the fluid penetrates with shock between the first blades, the second blade will allow the fluid to be bonded to the first blades framing the second blade.
  • one of the fans can be eliminated due to the improvement in performance of the remaining fan.
  • the two fans are of identical size because, because of a better performance of the rear fan, it is possible to reduce the size of the latter, knowing that the front fan is more powerful than that of the prior art.
  • the fan described in the aforementioned application FR 2,811,156 due to better performance are particularly well suited to the stator 12, which has at least one circumferential connection piece of neutral points carried by one of the chignon and creating a pressure drop .
  • the or the connecting points of the neutral points are located at the outer periphery of one of the buns to interfere as little as possible with the ventilation of this bun.
  • the body of the stator 12 is advantageously not in direct contact with the support 13, 14; elastic means acting between the body of the stator 12 and the external periphery of the support or casing 13, 14.
  • elastomeric pads 100, 101 are interposed axially and radially between the axial ends of the body 17 of the stator 12 and the free ends of the axially oriented parts 102, 103 of the bearings 13, 14 belonging to the support.
  • the pads 100, 101 have an annular shape and have a square shape in section so that they partially cover the external periphery of the body 17.
  • the free ends of the parts 102, 103 are for this purpose internally stepped in diameter for formation of a shoulder and marry externally the shape of the pads 100, 101.
  • These buffers constitute elastic damping means with radial and axial action to effect mechanical decoupling of the body 17 of the stator 12 relative to the casing constituted by the bearings 13, 14.
  • the neutral point connection part and its welds with the phase inputs are provided, as well as the welds of the pins as described below.
  • the elastic damping means intervene at the notches between the edges thereof and the electrically conductive elements, described below, mounted in these as described in the document FR-A-2 803 128.
  • the elastically deformable thermally conductive resin is interposed radially between the outer periphery of the body 14 and the inner periphery of one of the bearings, such as the front bearing, as described in document FR 00 13527 filed on
  • the winding 5 of the rotor 4 can be formed from a conductive element wound and coated with a bonding layer, for example of the thermosetting type, as described in the document FR-A- 2
  • the coil 5 gives off more heat which is dissipated by the thermally conductive resin.
  • the body 14 is mounted directly on the bearings.
  • the rotor has salient poles as described in document FR 01 00122 filed on
  • the alternator is cooled by a coolant, such as the cooling water of the internal combustion engine of the motor vehicle; the rear bearing comprising channels as described for example in document DE-A-100 19 914 to which reference will be made for more details.
  • a coolant such as the cooling water of the internal combustion engine of the motor vehicle; the rear bearing comprising channels as described for example in document DE-A-100 19 914 to which reference will be made for more details.
  • the stator is in this case mounted with the aid of pads of elastic material, for example elastomer, on the casing 13, 14 of the alternator to filter vibrations and reduce noise.
  • Figures 2 and 3 show a stator 12 comprising a cylindrical body 18 of axis XX 'and two series of three phases PI to P3 and P4 to P6 constituting two series of three-phase windings offset by 30 ° electric and behaving like a hexaphase winding seen from the side of the straightening device.
  • a stator 12 comprising a cylindrical body 18 of axis XX 'and two series of three phases PI to P3 and P4 to P6 constituting two series of three-phase windings offset by 30 ° electric and behaving like a hexaphase winding seen from the side of the straightening device.
  • the six-phase it will include two three-phase winding series of staggered '30 ° electrical, each coil three-phase wound in a star having an independent neutral point.
  • Each phase PI to P6 is each formed by a plurality of electrically conductive elements 20 mounted in series along the periphery of the stator 12 between an input, respectively El to E6, and an output, respectively SI to S6, to form at least winding phase by phase.
  • the cylindrical body 18, also called a sheet bundle comprises in its radially internal face radial notches L for receiving at least four phase conductive elements 20.
  • the conductive elements 20 are juxtaposed in the notch L in the radial direction to form at least four layers of conductive elements C1 to C4, as shown in FIG. 4 in the case of notches with 4 conductive elements.
  • each conductive element 20 has the shape of a pin extending between two notches L and having a first branch
  • the U-shaped heads 20c are generally all arranged on a first axial side 18a of the body 18, forming a first bun 24.
  • the branches 20a and 20b of the conductive elements protrude from a second axial side 18b of the body 18 by free ends 20d, each free end 20d being electrically connected to a free end of a branch of another conductive element, for example by welding, thus forming the phase windings.
  • the free ends 20d form the second bun 26.
  • Half of the conductive elements 20 engaged by their first branches 20a in a first notch L is engaged by their ' second respective branches in the same second notch L ', each forming between the two notches L and L' the so-called U.
  • the branches 20a and 20b all extend parallel to the axis XX '.
  • the conductive elements 20, the El to E6 inputs and outputs SI to S6 are in the form of metal bars, typically * copper, typically of rectangular cross section, although other forms of 'section can be considered as circular sections or oval.
  • the notches L extend over the entire axial length of the body 18. They are radially oblong and of semi-closed type, as can be seen in FIG. 4. These notches L are distributed circumferentially in a regular manner.
  • the conductive elements 20 are mounted axially by threading in the notches L. They can also be mounted radially, the notches L then being closed by shims or by plastic deformation of the edges of the notch.
  • the intermediate U-shaped portions 20c are twisted so as to be able to pass from a branch 20a situated on one layer to a branch 20b situated on a layer of different level.
  • the stators are part of alternators with 6, 7, 8 or 9 pairs of poles. These stators can comprise three phases, twice three phases, 6 phases or more. Each phase can include one, two or more than two phase windings. Each notch L can include 4, 6, 8 conductive elements 20 or more. The number of notches in the body 18 depends on these four factors. For example, for an alternator with 8 pairs of poles, 6 phases, 4 windings per phase and 4 conductive elements by notches, the body 18 will comprise 96 notches marked from L1 to L96 in the order of their arrangement around the body 18.
  • a first conductive element 20 comprises a first branch 20a disposed in a given notch Lk '
  • the second branch 20b corresponding is arranged in a notch Lk + 6 located 6 notches further.
  • the second branch 20b is connected by its free end 20d to a free end of a third branch 20a of a second conductive element 20, this third branch 20a being in a notch Lk + 12 being still 6 notches away.
  • a phase winding corresponds to a set of connected conductive elements making an approximate turn of the body 18.
  • a phase can include several phase windings, in series connecting the input to the output making a total of several turns of the body.
  • the phase windings can in. this case be connected by special conductive elements, allowing for example to reverse the winding direction, or to offset the windings by a notch.
  • the notches of the first winding are adjacent to the notches of the second winding, making an electrical offset of 30 ° between these windings for a hexaphase stator.
  • the phase inputs can be electrically connected to form a neutral point.
  • FIG. 3 schematically represents a hexaphase stator, the inputs El to E3 of the first three phases PI to P3 being connected and the inputs E4 to E6 of the other three phases P4 to P6 being also connected.
  • the phases P4 to P6 are offset by 30 ° respectively with respect to the phases PI to P3, which represents an offset of a notch L.
  • half of the conductive elements 20 engaged by their first branches 20a in a first notch L is engaged by their second respective branches in the same second notch L ', each forming between said two notches said U.
  • At least one of the first and second conducting members 20 of the so-called half are as 1 gap radial layers which belong the two branches 20a and 20b of said first conductive element 20 is the same as the radial deviation of the layers to which belong the two branches 20a and 20b of said second conductive element 20.
  • These first and second ' conductive elements ' are therefore arranged strictly parallel over most of their length, and it follows that the radii of curvature of the U of the first and second conductive elements 20 are substantially identical.
  • FIGS 5 to 8 illustrate this advantageous characteristic for a hexaphase winding, in a first embodiment where the notches L contain four
  • FIG. 5 shows a six-phase alternator stator comprising a body 18, aforementioned comprising a sheet package provided with notches L traversed by electrically conductive elements 20 called here
  • the stator winding of the phases comprises on a first axial side 18a of the body 18, the first bun 24 which brings together all of the heads 20c of all the pins as well as the phase outputs SI to S3
  • stator winding of the hexaphase type being composed of the two series above of
  • the bun 24 also includes the phase inputs as mentioned above, also called neutral inputs as well as their connections or connections at an equipotential point.
  • the neutral inputs are 6 in number and are therefore connected in two groups of three inputs corresponding to the two star windings.
  • FIG. 24 shows an advantageous variant of the device for connecting the neutral point. Two first neutral inputs are connected by a pin 160. The third neutral input. is then connected to the previous pin by a single connection point produced for example in the form of a weld 162 -by electron beam. Thus it is possible to connect the equipotential neutral point with a single solder connecting only two specific conductors 161, 160 thereby increasing the reliability of the electrical connection.
  • Each winding series can be made with standard pins 140, 145, three standard pins 164, 165, 166 for phase output and two specific pins for the connection of the neutral point.
  • Pin 163 which allows the windings to be connected at the phase outputs and the neutral point.
  • Pins 164 to 166 correspond to standard pins of the nested or wavy type, one of the branches of which is extended axially. We also see in this figure in 167 the three phase outputs of the second phase series.
  • the second bun 26 On the opposite side of the bun 24 is the second bun 26 which carries all the connections / connections of the free ends 20d of the pins to form the phase windings.
  • these connections are made in the form of welding by electron beams or by laser as described in application FR-0102735 filed on February 28, 2001, which allows welding without first stripping the free ends of the pins, for example by a mechanical process.
  • FIG. 6 represents a set of two wavy pins 31 and 33 and two nested pins 32 and 34.
  • the 4 branches 311, 321, 331 and 341 adjacent to the aforementioned four pins, are aligned radially in a notch L of the stator body as shown in FIG. 4.
  • the branch 311 is placed on the airgap side of the electric machine, that is to say at the internal periphery of a notch , while the branch 341 is placed at the bottom of the notch.
  • the branch 311 belongs to a pin of the wavy type while the branch 341 belongs to a pin of the nested type.
  • the pin placed as close as possible to the air gap could be of the nested type.
  • the tops 20e of the heads 20c of the pins at the level of the bun 24 are - located axially substantially at the same level. .
  • this arrangement makes it possible to use only one type of pin for the production of pins of the wavy and nested types.
  • the conductive elements shaped shaped pin are threaded through the notches axially pushing their free ends into the slots until they emerge from the other side of the stator body. Then, to form the bun 26, the free ends of the pins are bent so as to produce wavy and nested pins.
  • tops 20e of the heads of the pins 20 are substantially situated axially at the same level represents an advantage since their alignment can be achieved in a single pushing operation by a suitable tool.
  • Another advantage provided by the configuration of the bun 24 relates to its ventilation. Indeed, the fact that all the tops of the pin heads are located at the same level allows better ventilation because the interior of the pin heads 20c constitutes a chamber devoid of any obstacle which could interfere with good air circulation of cooling, generated for example, by the fans 8 and 9 shown in FIG. 1.
  • the air easily penetrates through the blanks of the buns 24 and 26 to emerge just as easily as shown by the ventilation arrows in FIG. 1.
  • the vertices 20e of the pin heads are adjacent while being here in contact with each other.
  • the bun 24 is more rigid because all the pins are in contact, thus forming a mechanically rigid assembly.
  • the air noise is also very reduced because there is no obstacle inside the bun 24 which could generate a harmful air noise during the operation of the electric machine at certain speeds.
  • the height of the bun 24 is reduced because all the vertices 20e are at the same level.
  • the phase outputs SI to S6 extend in axial projection relative to the heads 20c and to the inputs El to E6. It will also be noted that it is easily possible to adjust the axial length of the second bun 26 by pushing more or less on the heads 20c since these are located at the same level. Finally, a great standardization of pins is obtained.
  • FIG. 7 schematically describes the arrangement of the conductive elements in the notches in order to obtain a hexaphase winding of the type previously described. There is shown at 35 a pin head of the corrugated type, close to the air gap and at 36 a pin head of the nested type. These two pins constitute a basic segment or pattern of a phase winding.
  • the head 35 is connected to the branches A and G of the pin in question, while the head 36 is connected to the branches B and H of this second pin.
  • Said branches passing axially through a notch Lk and Lk + 6 respectively.
  • Lk and Lk + 6 are provided 5 notches distributed circumferentially in a regular manner for the windings of the 5 other phases.
  • the hexaphase winding of our embodiment has 2 notches per pole and per phase.
  • the stator will have 96 notches.
  • the branch B associated with the head 36 is located in the notch Lk radially above the branch A associated with the head 35.
  • the branch H associated with the head 36 is located in 1 ' notch Lk + 6 radially above the branch G associated with the head 35.
  • the branch H is adjacent to the bottom of the notch so that two branches F and E, associated with two other pin heads are located radially au- below the branches H and G.
  • two branches D and C associated with two other heads of pins 1 are located radially above the branches B and A so that the heads 35 and 36 are parallel. This pattern is repeated so on.
  • a notch there are two pairs of electrically conductive elements, a first pair of these elements, implanted at the external periphery of the notch being connected by heads to another pair of conductive elements implanted at the internal periphery of another consecutive notch belonging to the same phase.
  • the pairs are distributed alternately from one notch to another.
  • This regular pattern is interrupted at the entry and exit of the phase considered as represented according to two possible embodiments in FIGS. 15 and 16 in which the pins corresponding to the heads 35 and 36 are identical to those of FIG. 7
  • the conductor D 'corresponding to the conductor D of FIG. 7 constitutes the phase output of the winding considered, while the conductor E' corresponding to the conductor E of FIG.
  • the conductor C corresponding to the conductor C in FIG. 7 constitutes the phase output of the winding considered, while the conductor F 'corresponding to the conductor F in FIG. 7 constitutes the input of the neutral point of said winding.
  • the conductors C and F of FIG. 15 and the conductors D and E of FIG. 16 are respectively connected to each other by a special connection pin.
  • two pairs of conductive elements are mounted in superposition in each notch of the stator so that a first pair is installed above or below the second pair and this, in an alternating manner from one notch to another consecutive notch of the same phase so that the heads of the pins are parallel and the tops of these pin heads are axially substantially at the same height.
  • Figure 8 shows pins 35 and 36 viewed peripherally. It is clear that the radii of curvature of the U-shaped heads of these pins are substantially equal.
  • Figures 9 and 10 illustrate a second embodiment of the invention where the notches L contain six conductive elements arranged on six layers C1 to C6.
  • the said three pins extend between a notch Lk and a notch Lk + 6, in the case of a hexaphase winding.
  • the difference between these two notches would of course be different if the stator had a different number of phases.
  • the head 37 joins a branch located on the layer C3 of the housing Lk to a branch located on the layer C5 of the housing Lk + 6.
  • the head 38 joins a branch located on the layer C2 of the housing Lk to a branch located on the layer C4 of the housing Lk + 6. It will be noted that the heads 37 and 38 are parallel over most of their lengths.
  • the head 39 joins a branch located on the layer C1 to a branch located on the layer C6.
  • pins form the basic pattern of a phase winding, this pattern being reproduced over the entire circumference of the stator, the pin 39 being, depending on the case, of the nested type or of the wavy type.
  • Figures 11 and 12 illustrate a third embodiment of the invention where the notches L contain eight conductive elements arranged on eight layers C1 to C8.
  • the head of a pin of the nested type has been represented at 40, at 41 the head of a wavy type pin, 42 the head of a pin of the nested type, at 43 the head of a pin of the wavy type.
  • the head 40 can belong to a pin of the wavy type, the head 41 then belonging to a pin of the nested type.
  • the head 42 may belong to a pin of the wavy type, the head 43 then belonging to a pin of the nested type.
  • the heads 42 and 43 pass astride the • 10 heads 40 and 41.
  • Said four pins extend between a notch Lk and a notch Lk + 6, in the case of a hexaphase winding. The difference between these two notches would of course be different if the stator had a number of
  • the head 40 joins a branch located on the layer C4 of the housing Lk to a branch located on the layer C6 of the housing Lk + 6. At the same time, the head 41 joins a branch located on the layer C3 of the
  • the head 42 joins a branch located on the layer C2 of the housing Lk to a branch located on the 2.5 layer ' C8 of the housing Lk + 6.
  • the head 43 joins a branch located on the layer C1 of the housing Lk to a branch located on the layer C7 of the housing Lk + 6. It will be noted that the heads 42 and 43 are parallel over most of their lengths.
  • pins form the basic pattern of a phase winding, this pattern being reproduced over the entire circumference of the stator.
  • FIG. 12 It can be seen in FIG. 12 that the U formed by the heads 40 and 41 when viewed in a peripheral direction have substantially identical radii of curvature.
  • the radii of curvature of the U of heads 42 and 43 are also substantially identical, and are larger than those of heads 40 and 41.
  • Figures 13 and 14 illustrate a fourth embodiment of one invention where the notches L also contain eight conductive elements arranged on eight layers C1 to C8.
  • the head of a nested type pin is represented at 44, the head of a wavy type pin at 45, the head of a nested type pin at 46, the head of a wavy type pin at 47 .
  • the head 44 can belong to a pin of the wavy type, the head 45 then belonging to a pin of the nested type.
  • the head 46 can belong to a pin of the wavy type, the head 47 then belonging to a pin of the nested type. Heads 44 and 45 never cross heads 46 and 47.
  • Said four pins extend between a notch Lk and a notch Lk + 6, in the case of a hexaphase winding. The difference between these two notches would of course be different if the stator had a different number of phases.
  • the head 44 joins a branch located on layer C6 of housing Lk to a branch located on layer C8 of housing Lk + 6.
  • the head 45 joins a branch located on the * layer C5 of the housing Lk to a branch located on the layer C7 of the housing Lk + 6.
  • the head 46 joins a branch located on the layer C2 of the housing Lk to a branch located on the layer C4 of the housing Lk + 6. At the same time, the head 47 joins a branch located on the layer C1 of the housing Lk with a branch located on the layer C3 of the housing Lk + 6.
  • heads 44, 45, 46 and 47 are parallel over most of their lengths.
  • the free ends of the branches located on the layers C4 and C1 are twisted in a peripheral direction, the free ends of the branches located on the layers C3 and C2 being twisted in an opposite peripheral direction.
  • the second variant is shown in perspective in FIG. 19.
  • the main criterion used for this optimization is the mass power of the alternator, that is to say the ability of the alternator to deliver current relative to the weight of its active part, essentially consisting of the winding 5 of the rotor 4 , phases P of the stator 12, the body 18 of the stator 12 and the pole wheels 6, 7 of the rotor 4.
  • This criterion is particularly relevant since current motor vehicles require an available electrical power of larger and larger to supply more and more electrical consumers. However, this increase in power must not lead to an excessive increase in the external dimensions of the alternator.
  • the alternator is always placed under the engine hood where, as everyone knows, the space available is very limited.
  • the external size of the alternator therefore becomes a determining criterion.
  • alternators comprising stators wound with round wire coils know that, when the number of pairs of rotor poles increases, then the frequency of the induced flux increases in the same proportions as well as the induced current and the losses of iron at stator level. These iron losses resulting from eddy currents tend to reduce the efficiency of the alternator.
  • those skilled in the art of alternators comprising stators wound with coils of round wire increases the number of pairs of poles with the diameter of the machine. Its objective is indeed to control the losses of magnetic flux between the adjacent teeth of different magnetic polarity. This magnetic leakage flow passes directly from one tooth of the Lundell type rotor to another adjacent to it, but of different sign, without passing through the body of the stator.
  • the choice of the number of pairs of poles in stators wound with round wires is mainly dictated either by considerations of process, or according to the diameter of the machine to guarantee leaks of forbidden magnetic fluxes, with or without forbidden magnets, reasonable.
  • technical devices are then placed in the alternator to reduce, for example, the losses of iron which can occur, for example at the level of the stator or the rotor.
  • alternators having a relatively large diameter it is necessary to take into account the problems of centrifugation at the level of the teeth of the rotor which can deviate and strike the stator.
  • a folded or forged wheel will have a different behavior on centrifugation and, for a given diameter, the number of poles which ensures the best mechanical strength may be different according to one or the other method.
  • Alternators wound with pins have a different geometry than those wound with round wires.
  • the active part of the stator facing the rotor has an active magnetic part with a different surface because in the case of a winding produced with pins, said pins are inserted by the axial openings of the notches of the stator and not by the radial openings notches as is the case for wound stators - with conventional round wires.
  • the alternator comprises a rotor 4 with seven pairs of poles and a hexaphase stator 12 with two series of three phases P offset by 30 ° electric.
  • the body 18 of the stator 12 comprises notches each containing four conductive elements 20 in pins of substantially rectangular section, such as those described above, arranged in accordance with the figures
  • the inputs El to E3 and E4 to E6 of the two series of three phases are connected respectively to a neutral point.
  • the main dimensions of the stator are indicated below, mainly with reference to FIG. 4.
  • the outside diameter Rext of the body 18 of the stator is 135 mm. It can vary from 132 mm to 138 mm without the performance of the alternator are greatly affected.
  • the internal diameter Rint of this body 18 is 108 mm.
  • the stator comprises 84 identical notches L arranged on the internal radial face of the body 18 in a regular pitch of 4.286 °.
  • the width L1 of the notches is 2.05 mm and their depth pi is 10.3 mm.
  • the radial thickness e of the solid part partially closing the opening of the notch is 0.4 mm.
  • the width L2 of the branches of the conductive elements passing through the notch is 1.55 mm and their thickness p2 is 2.4 mm.
  • the radius of curvature of the angles of the section of these branches is 0.5 mm.
  • These branches are surrounded by a layer of insulating material 160 ⁇ m thick.
  • the stator yoke is the part between the external peripheral part of the stator and the bottom of the notches. To have the optimum specific power, the ratio of the thickness of the cylinder head to the width L1 of the notches must have a value between 0.51 and 0.57.
  • the curve in FIG. 22 compares the electric current I expressed in amperes supplied by 3 alternators all conforming to FIGS. 3 to 8 and of body 18 of external diameter • 135 mm, comprising respectively 6 pairs of PP poles, 7 pairs of PP poles and 8 pairs of PP poles, for two rotational speeds, 1800 rpm (curve Cl) and 6000 rpm (curve C2).
  • 1800 and 6000 rpm respectively represent the idling speed of the internal combustion engine of the motor vehicle and an average speed.
  • the size of the conductive elements is the same for the three alternators, and corresponds to the dimensions given above.
  • the mass power varies according to the number of poles in the same way as the intensity, because the mass of an alternator varies little when we go from 6 to 8 pairs of poles.
  • stator 12 has in this configuration an iron / copper distribution, ie magnetic path / electrical path, optimum.
  • the alternator comprises a rotor 4 with six pairs of poles and a six-phase stator 12 with two series of three phases P offset by 30 ° electric.
  • the body 18 of the stator 12 comprises 72 notches each containing four conductive elements 20 in pins of substantially rectangular section, such as those described above, arranged in accordance with FIGS. 3 to 8.
  • the outside diameter Rext of the stator body 18 is 140 mm. It can vary from 137 mm to 143 mm without the performance of the alternator is not greatly affected.
  • the curve in Figure 23 compares the electrical current I expressed in amperes supplied by 3 alternators all in accordance with Figures 3 to 8 and of body 18 with an external diameter of 140 mm, comprising respectively 6 pairs of PP poles, 7 pairs of PP poles and 8 pairs of PP poles, for two rotational speeds, 1800 rpm (curve C1) and 6000 rpm (curve C2). It is clearly seen that the maximum intensity, therefore the maximum specific power, is produced by the alternator with 6 pairs of poles, which therefore represents the optimum efficiency for the outside diameter of 140 mm.
  • the other dimensional characteristics of the alternator in the preferred embodiment described above result directly from the know-how of a person skilled in the art, once the number of pairs of poles and the external diameter of the body 18 are fixed. They are not shown here.
  • stator notches contain 4 conductors. They can easily be adapted 'to cases where the notches contain 6 or 8 conductors.
  • the first preferred embodiment of the invention described above involves an asymmetrical rotor 4 with 7 pairs of poles.
  • the input 50 and output 51 wires of the winding 5 of this rotor are connected to the collector 3.
  • an advantageous arrangement is provided for the invention. which will now be described with reference to FIGS. 20 and 21.
  • the rotor comprises two front and rear pole wheels 6 and 7 each carrying teeth at their periphery, referenced 71 to 77 following the periphery of the rear pole wheel in the normal direction of rotation of the rotor 4 symbolized by an arrow in FIG. 20.
  • Each pole wheel comprises 7 teeth since the alternator in the first preferred embodiment comprises 7 pairs of poles.
  • the teeth 71 to 77 of the rear pole wheel are separated from each other by grooves 71 'to 77'.
  • the rotor 4 also includes 2 . hooks 78 and 78 'carried by the rear face of the rear pole wheel 7. These hooks 78 and 78' are located near the shaft
  • the input wire 50 connects the hook 78 to the coil 5. It extends radially from the hook 78 to the first groove 71 '.
  • the output wire 51 connects the hook 78 ′ to the coil 5 passing through a hole made at the base of the tooth 74, that is to say in a direction exactly diametrically opposite to the first groove
  • the two input and output wires 50 and 51 are symmetrical with respect to the axis of rotation of the machine and this device therefore adapts to a conventional manifold 3.
  • This solution has the following drawbacks.
  • the passage section of the magnetic flux is reduced by the presence of the hole, and this in the most saturated part of the rotor, which causes a degradation of the performance of the machine.
  • the mounting of the coil 5 is difficult because it is necessary to pass the output wire 51 blind into the hole, which risks causing many manufacturing defects.
  • the hole is located near ground, which leads to the risk of short circuit.
  • the output wire 51 extends radially from the hook 78 'to a second groove, this second groove being the groove 74' or the groove 75 ', these two grooves being diametrically opposite to groove 71'.
  • the output wire 51 passes through the groove 75 ', because this arrangement is more favorable for hooking to the hook 78'.
  • Capstans 79 are located in gorges 71 'and 74' / 75 '. These capstans 79 each comprise a radial rod secured to the rotor at one end, and a block mounted at the opposite free end.
  • the input and output wires 50 and 51 each make a tour of the capstans 79 respectively located in the first and second grooves 71 'and 74' / 75 'before joining the coil 5.
  • This arrangement can obviously be used with any rotor comprising a number of pairs of odd poles.
  • the rear fan 9 has clearances 93 and 94 which respectively allow the passage of the wires 50 and 51 between the flange of the rear pole wheel and the fan.
  • the two neutral points are rectified.
  • the electrical machine delivers more current into the electrical network while delivering an acceptable ripple rate.
  • the alternator is an alternator-starter, that is to say a reversible machine constituting an alternator when the pulley is driven by the engine of the motor vehicle or a starter to drive the vehicle engine via the pulley as described for example.
  • alternator-starter that is to say a reversible machine constituting an alternator when the pulley is driven by the engine of the motor vehicle or a starter to drive the vehicle engine via the pulley as described for example.
  • one of the bearings 15, 16 carries at least one sensor, for example of the magnetic type, for detecting the passage of a magnetic target carried by the rotor.
  • the rectifier bridge is then a rectifier and control bridge, which in a mode of
  • phase outputs are then connected to a connector carried by one alternator and connected to the rectification and control device by a cable.
  • the electric machine according to the invention with a connecting part is a high power machine, compact, low noise and well cooled.

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Abstract

L'invention concerne des alternateurs pour véhicule automobile, dont un stator (12) comprend un corps cylindrique (18), plusieurs phases (P) formées chacune par une pluralité d'éléments électriquement conducteurs (20), le corps cylindrique (18) comprenant des encoches radiales (L) de réception d'au moins quatre éléments conducteurs de phase (20) formant au moins quatre couches d'éléments conducteurs, chaque élément conducteur (20) comportant deux branches (20a) et (20b) placées dans des encoches (L) chacune dans une couche prédéterminée et une tête (20c) formant un U vu dans la direction périphérique, la moitié des éléments conducteurs (20) engagés par leurs premières branches (20a) dans une encoche (L) étant engagés par leurs deuxièmes branches (20b) respectives dans une même autre encoche (L'). Selon l'invention, au moins des premier et second éléments conducteurs (20) de ladite moitié sont tels que les rayons de courbure des U des deux éléments conducteurs (20) sont sensiblement identiques.

Description

Alternateur pour véhicule automobile
Domaine technique de 1 ' invention
La présente invention concerne de .façon générale les alternateurs pour véhicule automobile.
Etat de la technique
Plus précisément, l'invention concerne les alternateurs pour véhicules automobiles comprenant un stator, un rotor à griffes à N paires de pôles disposé à l'intérieur du stator et portant une bobine d'excitation dotée d'un fil d'entrée et d'un fil de sortie, le stator comprenant un corps cylindrique, plusieurs phases formées chacune par une pluralité d'éléments électriquement conducteurs montés en série le long de la périphérie du stator entre une entrée et une sortie, le corps cylindrique comprenant dans sa face radialement interne des encoches radiales de réception d'au moins quatre éléments conducteurs de phase qui sont juxtaposés dans 1 ' encoche dans la direction radiale pour former au moins quatre couches d'éléments conducteurs, chaque élément conducteur présentant la forme d'une épingle s ' étendant entre deux encoches et- comportant une première branche qui est placée dans une encoche dans une couche prédéterminée et une seconde branche disposée dans une autre encoche dans une couche prédéterminée et, entre les deux branches, sur un côté axial du corps du stator, une tête formant un U vu dans la direction périphérique, tandis que sur l'autre côté du corps une extrémité libre d'une branche d'un élément conducteur est électriquement connectée à une extrémité libre d'une branche d'un autre élément conducteur, la moitié des éléments conducteurs engagés par leurs premières branches dans une encoche étant engagés par leurs deuxièmes branches respectives dans une même autre encoche en formant chacun entre les deux encoches les dits U. Des alternateurs de ce type sont connus de l'art antérieur. Chaque encoche de leurs stators contient quatre conducteurs, deux premiers conducteurs joignant cette encoche à une même deuxième encoche, et deux autres conducteurs joignant cette encoche à une même troisième encoche. Les deux conducteurs de la première paire se chevauchent de telle sorte que leurs têtes forment des U inégaux concentriques .
Les stators de ces alternateurs nécessitent pour leur fabrication au moins deux postes de formage d'épingles équipés d'outillages différents, un par taille de U. Par ailleurs, les épingles à faible rayon de courbure présentent un risque d'altération de l'émail de protection de l'épingle dans la zone du U plus fort. Enfin, l'insertion des éléments conducteurs dans le corps doit se faire en au moins deux étapes, une étape pour chaque couche d'épingles concentriques.
Obi et de 1 ' invention
Le but de la présente invention est donc de pallier les difficultés décrites ci-dessus.
A cette fin, l'invention est principalement caractérisée en ce qu'au moins des premier et second éléments conducteurs de la dite moitié sont tels que 1 ' écart radial des couches auxquelles appartiennent les deux branches du dit premier élément conducteur est le même que 1 ' écart radial des couches auxquelles appartiennent les deux branches du dit second élément conducteur et que les rayons de courbure des U des deux éléments conducteurs sont identiques.
Dans un mode de réalisation de 1 ' invention avec huit éléments conducteurs par encoche dont quatre s ' étendant entre deux mêmes encoches, lesdits quatre éléments conducteurs sont groupés par paires de conducteurs adjacents, l'écart radial précité étant le même pour les deux éléments conducteurs d'une même paire, et les rayons de courbure des U des deux éléments conducteurs d'une même paire sont sensiblement identiques . Avantageusement, l'écart radial précité des éléments conducteurs d'une des deux paires est différent de 1 ' écart radial précité des éléments conducteurs de
1 ' autre paire et les rayons de courbure des U des éléments conducteurs des deux paires sont différents.
De préférence, l'écart radial précité des éléments conducteurs d'une des deux paires est le même que l'écart radial précité des éléments conducteurs de l'autre paire et les rayons de courbure des U des deux paires sont sensiblement identiques.
Dans un mode de réalisation de l'invention avec six éléments conducteurs par encoche dont trois s'étendent entre deux mêmes encoches, deux des dits éléments conducteurs sont adjacents et présentent le même écart radial précité, les rayons de courbure des deux U des deux éléments conducteurs étant sensiblement identiques.
Dans un mode de réalisation de 1 ' invention avec quatre éléments conducteurs par encoche dont deux s'étendent entre deux mêmes encoches, les quatre couches d'éléments conducteurs étant référencées Cl, C2, C3 et C4 par ordre d' eloignement croissant de la face radiale interne du corps, ces deux éléments conducteurs sont adjacents et présentent le même écart radial précité, les rayons de courbure des deux U des deux éléments conducteurs étant sensiblement identiques.
Avantageusement, les entrées des phases sont reliées à des branches d'éléments conducteurs en couche Cl, les sorties correspondantes étant reliées à des branches d'éléments conducteurs en couche C4. De préférence, les entrées des phases sont reliées à des branches d'éléments conducteurs en couche C , les sorties correspondantes étant reliées a des branches' d'éléments conducteurs en couche Cl.
Par exemple, les entrées des phases sont reliées à des branches d'éléments conducteurs en couche C2 , les sorties correspondantes étant reliées à des branches d'éléments conducteurs en couche C3. Avantageusement, les entrées des phases sont reliées à des branches d'éléments conducteurs en couche C3 , les sorties correspondantes étant reliées à des branches d'éléments conducteurs en couche C2. De préférence, pour chaque encoche, au moins une partie de 1 ' extrémité libre des branches situées en couches Cl et C4 est inclinée suivant une première direction, au moins une partie de l'extrémité libre des branches situées en couches C2 et C3 étant inclinée suivant une seconde direction symétrique de la première par rapport au plan Aadial dans lequel se trouve 1 ' encoche .
Par exemple, pour chaque encoche, au moins une partie de l'extrémité libre des branches situées en couches Cl et C3 est inclinée suivant une première direction, au moins une partie de l'extrémité libre des branches situées en couches C2 et C4 étant inclinée suivant une seconde direction symétrique de la première par rapport au plan radial dans lequel se trouve l'encoche.
Avantageusement, au moins une partie des entrées des phase sont électriquement reliées pour former un point neutre .
De préférence, le rotor comprend 6, 7, 8 ou 9 paires de pôles.
Par exemple, le stator comprend trois phases.
Avantageusement, le stator comprend deux fois trois phases décalées électriquement de 30°.
De préférence, le rotor comprend 7 paires de pôles, le diamètre extérieur du corps cylindrique du stator étant compris entre 132 mm et 138 mm.
Par exemple, le rotor comprend 6 paires de pôles, le diamètre extérieur du corps cylindrique du stator étant compris entre 137 mm et 142 mm. Avantageusement, les sorties des phases du stator sont reliées à un dispositif de redressement de courant à au moins 12 diodes . De préférence, le rotor comprend deux roues polaires avant et arrière solidaires d'un arbre portant chacune à leur périphérie sept dents axiales orientées vers l'autre roue polaire, les dents axiales d'une même roue formant entre elles des gorges, le fil d'entrée de la bobine du rotor s ' étendant radialement sensiblement entre 1 ' arbre et une première desdites gorges de la roue polaire arrière, le fil- de sortie s ' étendant radialement sensiblement entre l'arbre et une deuxième gorge, cette deuxième gorge étant une des deux dites gorges diamétralement opposées à la première gorge.
Par exemple, le fil de sortie s'étend radialement sensiblement entre l'arbre et la gorge diamétralement opposée à la première gorge et angulairement décalée dans le sens de rotation normal du rotor.
Avantageusement, le fil de sortie s'étend radialement sensiblement entre l'arbre et la gorge diamétralement opposée à la première gorge et angulairement décalée dans le sens inverse de la rotation normale du rotor.
De préférence, un cabestan est disposé dans chacune des première et deuxième gorges, les fils d'entrée et de sortie faisant respectivement au moins un tour du cabestan situé dans les première et deuxième gorges . Par exemple, les cabestans comprennent chacun une tige radiale fixée sur le rotor et un pavé fixé à une extrémité libre de la tige radiale.
De préférence, les deux points neutres sont redressés. Ainsi le réseau électrique du véhicule automobile recevra plus de courant.
De préférence, le ratio de l'épaisseur de la culasse par rapport à la largeur Ll des encoches doit avoir une valeur comprise entre 0,51 et 0,57.
Description sommaire des dessins D'autres caractéristiques et avantages de 1 ' invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
La figure 1 est une demi-vue en coupe d'un alternateur selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective du stator de la figure 1, avec des éléments conducteurs enlevés pour montrer les encoches du corps, la figure 3 est une représentation schématique d'un exemple de branchement des enroulements des phases, - la figure 4 est une vue en coupe transversale montrant la disposition des éléments conducteurs dans une encoche dans un premier mode de réalisation de 1 ' invention, la figure 5 est une vue de dessus du stator selon le premier mode de réalisation de l'invention, la figure 6 est une vue en perspective de la disposition de quatre éléments conducteurs d'une même encoche du stator de la figure 5, la figure 7 est une représentation schématique montrant l'implantation des éléments conducteurs de la figure 6 dans deux encoches consécutives d'une même phase, la figure 8 est une vue schématique suivant une direction périphérique des têtes de deux éléments conducteurs de la figure 6, la figure 9 est une représentation schématique montrant l'implantation de trois éléments conducteurs dans deux encoches consécutives d'une même phase dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 10 est une vue schématique suivant une direction périphérique des têtes des trois éléments conducteurs de la figure 9, la figure 11 est une représentation schématique montrant l'implantation de quatre éléments conducteurs dans deux encoches consécutives d'une même phase dans un- troisième mode de réalisation de l'invention, la figure 12 est une vue schématique suivant une direction périphérique des têtes des quatre éléments conducteurs de la figure 11, la figure 13 est une représentation schématique montrant 1 ' implantation de quatre éléments conducteurs dans deux encoches consécutives d'une même phase dans un quatrième mode de réalisation de l'invention, la figure 14 est une vue schématique suivant une direction périphérique des têtes des quatre éléments conducteurs de la figure 13, la figure 15 est une figure analogue à la figure 7, montrant une implantation de l'entrée et de la sortie de la phase de la figure 7, la figure 16 est une figure analogue à la figure 15, dans un autre mode de réalisation, la figure 17 est une représentation schématique des extrémités libres des branches des éléments conducteurs de la figure 7,, la figure 18 est une figure analogue à la figure 17, dans une autre variante de réalisation, la figure 19 est une vue en perspective correspondante à la figure 18,
. - la figure 20 est une vue arrière d'un mode de réalisation du rotor de l'alternateur de la figure 1, - la figure 21 est une vue de dessus avec coupe partielle du rotor de l'alternateur de la figure 20, la figure 22 est une courbe comparant les intensités électriques produites par trois alternateurs conformes aux figures 3 à 8, de stators de diamètre extérieur 135 mm, comprenant respectivement 6, 7 et 8 paires de pôles, et la figure 23 est une figure similaire à la figure 22 pour trois alternateurs de stators de diamètre extérieur 140 mm. - La figure 24 est une vue en perspective des éléments électriquement conducteurs de la figure 5. Description de modes de réalisation préférentiels
On décrira d'abord en référence à la figure 1 la structure générale d'un alternateur pour véhicule automobile . L'alternateur comporte, en allant de gauche à droite de la f.igure 1, c'est-à-dire d'avant en arrière, une poulie d'entraînement 1 solidaire de l'extrémité avant d'un arbre 2, dont l'extrémité arrière porte des bagues collectrices (non référencées) appartenant à un collecteur 3. L'axe de l'arbre 2 constitue l'axe de rotation de la machine.
Centralement l'arbre 2 porte à fixation le rotor 4 doté d'un bobinage d'excitation 5, dont les extrémités sont reliées par des liaisons au collecteur 3. Le rotor 4 est ici un rotor à griffes de type Lundell et comporte donc deux roues polaires avant et arrière 6, 7 portants chacune respectivement un ventilateur avant 8 et arrière 9. Chaque roue 6 , 7 comporte une flasque perpendiculaire à 1 ' axe de 1 ' arbre 2. A la périphérie externe des flasques sont ménagées de matière des dents s ' étendant axialement . Les dents ont une forme trapézoïdale et sont dotées de chanfreins. Les dents de l'une des roues sont dirigées vers 1 ' autre roue en étant décalées angulairement par rapport aux dents de cette autre roue. Lorsque le bobinage 5 est activé le rotor 4 est magnétisé et il définit ainsi des paires de pôles magnétiques, chaque roue polaire comportant alors respectivement N pôles Nord et N pôles Sud constitués par les dents. Pour plus de précisions on se reportera au document EP-A-0 515 259, les dents des roues polaires présentant latéralement chacune au moins un chanfrein antibruit .
Les ventilateurs 8, 9 comportent par exemple deux séries de pales ou aubes 90 et 91, comme visible à la figure 20, qui ménagent entre elles des canaux de ventilation. Les pales sont issues par découpe et pliage d'un flasque fixé, par exemple par soudage 92 ou tout autre moyen tel qu'un sertissage, sur la roue polaire 6, 7 concernée; chaque roue présentant de manière précitée des dents axiales dirigées vers l'autre roue avec imbrication des dents d'une roue à l'autre pour formation de pôles magnétiques lorsque le bobinage 5 est activé grâce aux bagues collectrices du collecteur 3 chacune en contact avec un balai (non référencé) porté par un porte balais 10 servant également de support à un régulateur de tension (non visible) relié électriquement aux balais.
Le régulateur est relié à un dispositif de redressement de courant 11, tel qu'un pont de diodes (dont deux sont visibles à la figure 1) lui-même relié aux sorties des phases dotées d'enroulements, que comporte le stator 12 de l'alternateur.
Ces ventilateurs 8, 9 s'étendent au voisinage respectivement d'un palier avant 13 et d'un palier arrière 14. Les paliers 13, 14 sont ajourés pour une ventilation interne de l'alternateur par l'intermédiaire des ventilateurs 8, 9 lorsque l'ensemble ventilateurs 8, 9 - rotor 4 - arbre 2 est entraîné en rotation par la poulie 1 reliée au moteur du véhicule automobile par un dispositif de transmission comportant . au moins une courroie en prise avec la poulie 1. Cette ventilation permet de refroidir les enroulements du stator 12 et le bobinage 5 ainsi que le porte-balais 10 avec son générateur et le dispositif de redressement 11. On a représenté par des flèches à la figure 1 le trajet suivi par le fluide de refroidissement, ici de l'air, à travers les différentes ouvertures des paliers 13 , 14 et à l'intérieur de la machine. - Ce dispositif 11, le porte-balais 10, ainsi qu'un capot de protection ajouré (non référencé) sont portés à fixation par le palier 14 en sorte que le ventilateur arrière 9 est plus puissant que le ventilateur avant 8. De manière connue, les paliers 13, 14 sont reliés entre eux, ici à l'aide de vis ou en variante de tirants non visibles, pour former un carter ou support destiné à être monté sur une partie fixe du véhicule. Les paliers 13 , 14 porte chacun centralement un roulement à billes 15, 16 pour supporter à rotation les extrémités avant et arrière de l'arbre 2 traversant les paliers pour porter la poulie 1 et les bagues du collecteur 3.
Les pales des ventilateurs 8, 9 s'étendent radialement au-dessus des logements que présentent les paliers 13 , 14 pour montage des roulements 15 et 16 qui ainsi sont ventilés. Ces pales délimitent entre elles des canaux divergents vers l'extérieur. Les ventilateurs sont ici du type de ceux décrits dans la demande FR 2,811,156 vers laquelle on se reportera pour plus de précisions.
Ainsi dans une forme de réalisation certaines au moins des pales sont de hauteur décroissante en allant de leur périphérie interne à leur périphérie externe, et certaines au moins des pales sont dotées, en surplomb par rapport aux fonds des canaux, de moyens évitant une recirculation secondaire du fluide au-dessus de ces dites premières pales.
La vitesse d'écoulement du fluide est la plus constante et régulière possible.
Cette disposition permet également de réduire 1 ' encombrement axial au niveau de la périphérie externe du rotor de la machine électrique.
En outre on augmente le rendement du ventilateur et la stabilité de l'écoulement du fluide de refroidissement, tout en empêchant une recirculation secondaire de fluide au-dessus des pales concernées, et en ayant des pales d'épaisseur réduite.
Les moyens évitant une recirculation secondaire du fluide de refroidissement peuvent consister en des ailettes, en des ponts et/ou en un couvercle.
Dans une autre forme de réalisation, dans le but de diminuer les bruits du ventilateur tout en améliorant la ventilation de celle-ci, il est proposé de doter le ventilateur d'une deuxième série de pales, dites deuxièmes pales, d'une part, plus courtes que celles de l'autre série de pales dites première série de pales, et d'autre part, implantées radialement au-dessus de la périphérie interne de la première série de pales dans au moins un canal délimité par deux premières pales consécutives, en sorte qu'au moins une deuxième pale est intercalée entre deux pales consécutives de la première série de pales .
Grâce à cette caractéristique on réduit les risques de décollement de la veine de fluide de refroidissement par rapport aux pales, dites premières pales, de la première série de pales encadrant la deuxième pale . Si ce fluide décolle des premières pales, notamment lorsque le fluide pénètre avec choc entre les premières pales, la deuxième pale autorisera un recollement du fluide sur les premières pales encadrant la deuxième pale.
Grâce à ces dispositions on peut supprimer l'un des ventilateurs du fait de l'amélioration des performances du ventilateur restant . De préférence on supprime le ventilateur avant.
En variante les deux ventilateurs sont de taille identique car du fait d'une meilleure performance du ventilateur arrière on peut réduire la taille de celui- ci, sachant que le ventilateur avant est plus puissant que celui de l'art antérieur.
D'une manière générale pour une puissance donnée des ventilateurs on peut réduire la taille de ceux-ci et donc l'encombrement, notamment axial, de la machine. Pour un encombrement donné on peut augmenter la puissance de l'alternateur. Ces dispositions sont d'un emploi universel et peuvent donc s'appliquer à un ventilateur muni ou non de deuxièmes pales. Les ventilateurs décrits dans la demande FR 2,811,156 précitée du fait d'une meilleure performance, sont particulièrement bien adaptés au stator 12, qui présente au moins une pièce de liaison circonférentielle des points neutres portée par l'un des chignons et créant une perte de charge . De préférence la ou les pièces de liaison des points neutres sont implantées à la périphérie externe de l'un des chignons pour gêner le moins possible la ventilation de ce chignon . Avantageusement pour réduire les bruits et filtrer les vibrations le corps du stator 12 n'est avantageusement pas en contact direct avec le support 13 , 14; des moyens élastiques intervenant entre le corps du stator 12 et la périphérie externe du support ou carter 13, 14.
Plus précisément des tampons en êlastomère 100, 101 sont interposés axialement et radialement entre les extrémités axiales du corps 17 du stator 12 et les extrémités libres des parties d'orientation axiale 102, 103 des paliers 13, 14 appartenant au support. Les tampons 100, 101 ont une forme annulaire et ont en section une forme d'équerre en sorte qu'ils recouvrent partiellement la périphérie externe du corps 17. Les extrémités libres des parties 102, 103 sont pour ce faire étagées intérieurement en diamètre pour formation d'un épaulement et épouser extérieurement la forme des tampons 100, 101.
Ces tampons constituent des moyens élastiques d'amortissement à action radiale et axiale pour réaliser un découplage mécanique du corps 17 du stator 12 par rapport au carter constitué par les paliers 13, 14.
Grâce à ces dispositions la pièce de liaison du point neutre et ses soudures avec les entrées des phases sont ménagées ainsi que les soudures des épingles de manière décrite ci-après.
En variante les moyens élastiques d'amortissement interviennent au niveau des encoches entre les bords de celles-ci et les éléments électriquement conducteurs, décrits ci-après, montés dans celles-ci comme décrit dans le document FR-A-2 803 128.
En variante de la résine thermoconductrice déformable élastiquement est interposée radialement entre la périphérie externe du corps 14 et la périphérie interne de l'un des paliers, tel que le palier avant, comme décrit dans le document FR 00 13527 déposé le
06/10/2000. Dans ce cas le bobinage 5 du rotor 4 peut être constitué à partir d'un élément conducteur enroulé et enrobé d'une couche de liaison, par exemple du type thermodurcissable, comme décrit dans le document FR-A- 2
809 546. Le bobinage 5 dégage plus de chaleur laquelle est évacuée par la résine thermoconductrice. En variante le corps 14 est monté directement sur les paliers.
En variante le rotor comporte des pôles saillants comme décrit dans le document FR 01 00122 déposé le
05/01/2001; des aimants permanents étant reçus dans des logements réalisés dans le paquet de tôles que comporte le rotor. Ces logements sont ouverts vers la périphérie externe du rotor et fermés axialement par des pièces amagnétiques destinées à venir en butée contre les aimants.
En variante, l'alternateur est refroidi par un liquide de refroidissement, tel que l'eau de refroidissement du moteur à combustion interne du véhicule automobile; le palier arrière comportant des canaux comme décrit par exemple dans le document DE-A-100 19 914 auquel on se reportera pour plus de précisions-. Avantageusement, comme décrit précédemment, le stator est dans ce cas monté à 1 ' aide de tampons en matière élastique, par exemple en êlastomère, sur le carter 13, 14 de l'alternateur pour filtrer les vibrations et réduire les bruits. Les figures 2 et 3 représentent un stator 12 comprenant un corps cylindrique 18 d'axe X-X' et deux séries de trois phases PI à P3 et P4 à P6 constituant deux séries de bobinage triphasé décalés de 30° électrique et se comportant comme un bobinage hexaphasé vu du coté du dispositif de redressement. Pour simplifier, dans la suite de la description, par hexaphasé il faudra comprendre deux séries de bobinage triphasé décalés de ' 30° électrique, chaque bobinage triphasé bobiné en étoile ayant un point neutre indépendant .
Chaque phase PI à P6 est formée chacune par une pluralité d'éléments électriquement conducteurs 20 montés en série le long de la périphérie du stator 12 entre une entrée, respectivement El à E6 , et une sortie, respectivement SI à S6, pour former au moins un enroulement de phase par phase.
Comme le montre la figure 2, le corps cylindrique 18, appelé aussi paquet de tôles, comprend dans sa face radialement interne des encoches radiales L de réception d'au moins quatre éléments conducteurs de phase 20. Les éléments conducteurs 20 sont juxtaposés dans l'encoche L dans la direction radiale pour former au moins quatre couches d'éléments conducteurs Cl à C4 , comme le montre la figure 4 dans le cas d'encoches à 4 éléments conducteurs .
Comme représenté à la figure 5, chaque élément conducteur 20 présente la forme d'une épingle s ' étendant entre deux encoches L et comportant une première branche
20a qui est placée dans une encoche dans une couche prédéterminée, une seconde branche 20b disposée dans une autre ' encoche dans une couche prédéterminée et, entre les deux branches 20a et 20b, une tête 20c formant un U vu dans la direction périphérique du stator.
Les têtes en U 20c sont en général toutes disposées d'un premier côté axial 18a du corps 18, formant un premier chignon 24.
Les branches 20a et 20b des élément conducteurs dépassent d'un second côté axial 18b du corps 18 par des extrémités libres 20d, chaque extrémité libre 20d étant électriquement connectée à une extrémité libre d'une branche d'un autre élément conducteur, par exemple par soudage, formant ainsi les enroulements de phase. Les extrémités libres 20d forment le second chignon 26.
La moitié des éléments conducteurs 20 engagés par leurs premières branches 20a dans une première encoche L est engagée par leurs ' deuxièmes branches respectives dans une même deuxième encoche L ' en formant chacun entre les deux encoches L et L ' les dits U. Les branches 20a et 20b s'étendent toutes parallèlement à l'axe X-X' .
Les éléments conducteurs 20, les entrées El à E6 et les sorties SI à S6 sont en forme de barres métalliques, typiquement en * cuivre, typiquement de section rectangulaire, bien que d'autres formes de' section puissent être envisagées comme des sections circulaires ou ovales . Les encoches L s'étendent sur toute la longueur axiale du corps 18. Elles sont radialement de forme oblongue et de type semi-fermé, comme on peut le voir sur la figure 4. Ces encoches L sont réparties circonférentiellement de manière régulière. Les éléments conducteurs 20 sont montés axialement par enfilage dans les encoches L. Elles peuvent également être montées radialement, les encoches L étant ensuite refermées par des cales ou par déformation plastique des bords de 1 ' encoche . Les portions intermédiaires en U 20c sont vrillées pour pouvoir passer d'une branche 20a située sur une couche à une branche 20b située sur une couche de niveau différent .
Les stators font parties d'alternateurs à 6, 7, 8 ou 9 paires de pôles. Ces stators peuvent comprendre trois phases, deux fois trois phases, 6 phases ou plus. Chaque phase peut comprendre un, deux ou plus de deux enroulements de phase. Chaque encoche L peut comprendre 4, 6, 8 éléments conducteurs 20 ou plus. Le nombre d'encoches du corps 18 dépend de ces quatre facteurs. Par exemple, pour un alternateur à 8 paires de pôles, 6 phases, 4 enroulements par phases et 4 éléments conducteurs par encoches, le corps 18 comportera 96 encoches repérées de Ll à L96 dans l'ordre de leur disposition autour du corps 18.
Dans ce cas de figure, si un premier élément conducteur 20 comprend une première branche 20a disposée dans une encoche Lk ' donnée, la deuxième branche 20b correspondante est disposée dans une encoche Lk+6 se trouvant 6 encoches plus loin.
La deuxième branche 20b est connectée par son extrémité libre 20d à une extrémité libre d'une troisième branche 20a d'un second élément conducteur 20, cette troisième branche 20a se trouvant dans une encoche Lk+12 se trouvant encore 6 crans plus loin.
Un enroulement de phase correspond à un ensemble d'éléments conducteurs reliés faisant approximativement un tour du corps 18.
Une phase peut comprendre plusieurs enroulements de phase, en série reliant l'entrée à la sortie en faisant au total plusieurs tours du corps . Les enroulements de phase peuvent dans . ce cas être reliés par des éléments conducteurs spéciaux, permettant par exemple d'inverser le sens d'enroulement, ou de décaler les enroulements d'une encoche. Dans ce dernier cas, les encoches du premier enroulement sont adjacentes aux encoches du second enroulement, réalisant un décalage électrique de 30° entre ces enroulements pour un stator hexaphasé,.
Les entrées des phases peuvent être électriquement reliées pour former un point neutre.
La figure 3 représente schématiquement un stator hexaphasé, les entrées El à E3 des trois premières phases PI à P3 étant reliées et les entrées E4 à E6 des trois autres phases P4 à P6 étant également reliées . On peut noter sur la figure 3 que les phase P4 à P6 sont décalées de 30° respectivement par rapport aux phases PI à P3 , ce qui représente un décalage d'une encoche L. Comme on l'a précisé plus haut, la moitié des éléments conducteurs 20 engagés par leurs premières branches 20a dans une première encoche L est engagée par leurs deuxièmes branches respectives dans une même deuxième encoche L' en formant chacun entre les deux encoches les dits U.
Selon l'invention, au moins un des premier et second éléments conducteurs 20 de cette dite moitié sont tels que 1 ' écart ' radial des couches auxquelles appartiennent les deux branches 20a et 20b du dit premier élément conducteur 20 est le .même que l'écart radial des couches auxquelles appartiennent les deux branches 20a et 20b du dit second élément conducteur 20. 5 Ces premier et second- éléments' conducteurs- sont donc disposés rigoureusement parallèlement sur la plus grande partie de leur longueur, et il s'en suit que les rayons de courbure des U des premiers et second éléments conducteurs 20 sont sensiblement identiques.
10 Les avantages de cette solution sont expliquées plus loin.
Les figures 5 à 8 illustrent cette caractéristique avantageuse pour un bob.inage hexaphasé, dans un premier mode de réalisation où les encoches L contiennent quatre
15 éléments conducteurs disposés sur quatre couches Cl à C4.
La figure 5 présente un stator d'alternateur hexaphasé comportant un corps 18 comprenant de manière précitée un paquet de tôles doté d'enchoches L traversées par des éléments électriquement conducteur 20 appelés ici
20 épingles.
Le bobinage statorique des phases, comporte d'un premier côté axial 18a du corps 18, le premier chignon 24 qui rassemble l'ensemble des têtes 20c de toutes les épingles ainsi que les sortie de phase SI à S3
2.5 respectivement pour un premier bobinage comportant une première série de trois phases PI à P3 , et S4 à S6 pour le second bobinage comportant la deuxième série de trois phases P4 à P6, le bobinage statorique du type hexaphasé étant composé de manière précitée des deux séries de
30 trois phases montées en étoile et décalés de 30° électrique comme représenté à la figure 3. Le chignon 24 comporte également les entrées des phases comme cité précédemment, aussi appelées entrées neutre ainsi que leurs liaisons ou connections en un point équipotentiel .
35 Dans ce mode de réalisation hexaphasé, les entrées neutres sont au nombre de 6 et sont donc reliées en deux groupes de trois entrées correspondant aux deux bobinages en étoile. La figure 24 présente une variante avantageuse du dispositif de connexion du point neutre. Deux premières entrées neutres sont reliées par une épingle 160. La troisième entrée neutre . est ensuite reliée à la précédente épingle par un seul point de connexion réalisé par exemple sous la forme d'une soudure 162 -par faisceau d'électrons. Ainsi il est possible de connecter le point neutre équipotentiel avec une seule soudure reliant uniquement deux conducteurs spécifiques 161, 160 augmentant ainsi la fiabilité de la connexion électrique. Chaque série d'enroulement peut être réalisée avec des épingles standards 140, 145, trois épingles standard 164, 165, 166 de sortie de phase et deux épingles spécifiques pour la connexion du point neutre. Il est en outre prévu une épingle 163 qui permet de réaliser le raccordement des bobinages au niveau des sorties de phase et du point neutre. Les épingles 164 à 166 correspondent à des épingles standards du type imbriqué ou ondulé dont l'une des branches est prolongée axialement . On voit également dans cette figure en 167 les trois sorties de phase de la deuxième série de phase.
Du côté opposé du chignon 24 se trouve le second chignon 26 qui porte toutes les liaisons/connexions des extrémité libres 20d des épingles pour former les enroulements de phase. Avantageusement ces connexions sont réalisées sous forme de soudure par faisceaux d'électrons ou par laser tels que décrit dans la demande FR-0102735 déposée le 28 Février 2001, ce qui permet de souder sans préalablement dénuder les extrémités libres des épingles, par exemple par un procédé mécanique.
Ce bobinage statorique est réalisé en combinant, pour chaque enroulement de phase des épingles du type ondulé avec des épingles du type imbriqué tel que représenté à la figure 6. La figure 6 représente un ensemble de deux épingles ondulées 31 et 33 et deux épingles imbriquées 32 et 34. Les 4 branches 311, 321, 331 et 341 adjacentes des quatre épingles précitées, sont alignées radialement dans une encoche L du corps du stator comme représenté à la figure 4. Dans le mode de réalisation ainsi représenté à la figure 6 la branche 311 est placé du côté entrefer de la machine électrique, c'est à dire à la périphérie interne d'une encoche, alors que la branche 341 est placé au niveau du fond de l'encoche. Ainsi la branche 311 appartient à une épingle du type ondulée alors que la branche 341 appartient à une épingle du type imbriquée. Bien évidemment, l'épingle placée au plus près de l'entrefer pourrait être du type imbriqué.
Comme on peut le voir aux figures 5, 6 et 7 les sommets 20e des têtes 20c des épingles au niveau du chignon 24 sont - situées axialement sensiblement au même niveau.. Avantageusement, cette disposition permet de n'utiliser qu'un seul type d'épingle pour la réalisation des épingles des types ondulés et imbriqués. Ainsi, le coût de fabrication est réduit car un seul équipement est nécessaire pour la fabrication de ces épingles. Les éléments conducteurs conformés en forme d'épingle sont enfilés dans les encoches en poussant axialement leurs extrémités libres dans les encoches jusqu'à ce qu'elles ressortent de l'autre côté du corps du stator'. Puis, pour former le chignon 26, les extrémités libres des épingles sont pliées de manière à réaliser des épingles ondulées et imbriquées. Le fait que les sommets 20e des têtes des épingles 20 soient sensiblement situés axialement au même niveau représente un avantage car leur alignement peut être réalisé en une seule opération de poussée par un outil adapté. Un autre avantage procuré par la configuration du chignon 24 concerne sa ventilation. En effet, le fait que tous les sommets des têtes des épingles soient situés au même niveau permet une meilleure ventilation car 1 ' intérieur des têtes d'épingles 20c constitue une chambre dénuée de tout obstacle pouvant nuire à une bonne circulation de l'air de refroidissement, généré par exemple, par les ventilateur 8 et 9 représentés à la figure 1. Avantageusement, l'air pénètre facilement à travers les flans des chignons 24 et 26 pour en ressortir tout aussi facilement comme le représentent les flèches de ventilation de la figure 1. Il est bon de noter que dans ce mode de réalisation, les sommets 20e des têtes d'épingles sont adjacents en étant ici en contact l'une avec l'autre. Ainsi le chignon 24 est plus rigide car toutes les épingles sont' en contact formant ainsi un ensemble mécaniquement rigide. Nous obtenons ainsi avantageusement, une meilleure fiabilité vibratoire. Le bruit aéraulique est également très réduit car il n'y a pas d'obstacle à l'intérieur du chignon 24 qui pourrait engendrer un bruit aéraulique nuisible lors du fonctionnement de la machine électrique à certaines vitesses. Egalement, la hauteur du chignon 24 est réduite car tous les sommets 20e sont au même niveau. Bien entendu, les sorties de phase SI à S6 s'étendent en saillie axiale par rapport aux têtes 20c et aux entrées El à E6. On notera également qu'il est facilement possible d'ajuster la longueur axiale du second chignon 26 en poussant plus ou moins sur les têtes 20c puisque celles-ci sont situées au même niveau. Finalement, une grande standardisation des épingles est obtenue.
On peut encore ajouter que cette disposition des épingles permet d'éviter la présence d'épingles à faible rayon de courbure, qui présentent un risque d'altération de l'émail dans la zone en U.
Les sommets 20e des têtes 20c des épingles, au niveau du chignon 24 sont adjacents et en contact. De plus, ces sommets sont décalés radialement alternativement au niveau de chaque épingle consécutive. Ainsi la ventilation du chignon 24 est améliorée car les branches de deux épingles consécutives du chignon 24 sont décalées radialement' et alternativement ce qui améliore leur refroidissement . La figure 7 décrit schématiquement la disposition des éléments conducteurs dans les encoches afin d'obtenir un bobinage hexaphasé du type précédemment décrit . On a représenté en 35 une tête d'épingle du type ondulé, proche de l'entrefer et en 36 une tête d'épingle du type imbriqué. Ces deux épingles constituent un segment ou motif de base d'un enroulement de phase. Plus précisément, la tête 35 est reliée aux branches A et G de l'épingle considérée, tandis que la tête 36 est reliée aux branches B et H de cette deuxième épingle. Lesdites branches traversant axialement respectivement une encoche Lk et Lk+6. Entre ces deux encoches Lk et Lk+6 sont prévues 5 encoches réparties circonferentiellement de manière régulière pour les enroulements des 5 autres phases. En effet, le bobinage hexaphasé de notre mode de réalisation comporte 2 encoches par pôle et par phase. Ainsi, par exemple si le rotor de la machine électrique comporte 8 pôles Nord et Sud, le stator comportera 96 encoches .
Comme visible dans cette figure, la branche B associée à la tête 36 est implantée dans l'encoche Lk radialement au dessus de la branche A associée à la tête 35. De même, la branche H associée à la tête 36 est implantée dans 1 ' encoche Lk+6 radialement au dessus de la branche G associée à la tête 35. La branche H est adjacente au fond de l'encoche en sorte que deux branches F et E, associées à deux autres têtes d'épingle sont implantées radialement au-dessous des branches H et G. De même, deux branches D et C associées à deux autres têtes d1 épingles sont implantées radialement au dessus des branches B et A en sorte que les têtes 35 et 36 sont parallèles. Ce motif est répété ainsi de suite. Dans une encoche, on trouve deux paires d'éléments électriquement conducteurs , une première paire de ces éléments , implantés à la périphérie externe de l'encoche étant reliée par des têtes à une autre paire d'éléments conducteurs implantés à la périphérie interne d'une autre encoche consécutive appartenant une même phase. Les paires sont réparties d'une manière alternée d'une encoche à une autre . Ce motif régulier est interrompu au niveau de l'entrée et de la sortie de la phase considérée comme représenté suivant deux modes de réalisation possibles aux figures 15 et 16 dans lesquelles les épingles correspondants aux têtes 35 et 36 sont identiques à celles de la figure 7. Dans un premier mode de réalisation, le conducteur D' correspondant au conducteur D de la figure 7 constitue la sortie de phase de l'enroulement considéré, tandis que le conducteur E' correspondant au conducteur E de la figure 7 constitue 1 ' entrée du point neutre dudit bobinage . Dans un deuxième mode de réalisation, le conducteur C correspondant au conducteur C de la figure 7 constitue la sortie de phase de l'enroulement considéré, tandis que le conducteur F' correspondant au conducteur F de la figure 7 constitue l'entrée du point neutre dudit bobinage. Bien évidemment, pour ces deux modes de réalisation, on peut inverser les entrées et les sorties. Les conducteurs C et F de la figure 15 et les conducteurs D et E de la figure 16 sont respectivement reliés eux par une épingle spéciale de raccordement .
Ainsi qu'on l'aura compris, deux paires d'éléments conducteurs sont montées à superposition dans chaque encoche du stator de manière qu'une première paire soit implantée au dessus ou au dessous de la seconde paire et ce, d'une manière alternée d'une encoche à une autre encoche consécutive d'une même phase en sorte que les têt'es des épingles soient parallèles et que les sommets de ces têtes d'épingle soient axialement sensiblement à la même hauteur.
La figure 8 représente les épingles 35 et 36 vues périphériqùement . On voit bien que les rayons de courbure des têtes en U de ces épingles sont sensiblement égaux.
Les figures 9 et 10 illustrent un deuxième mode de réalisation de l'invention où les encoches L contiennent six éléments conducteurs disposés sur six couches Cl à C6. On a représenté en 37 la tête d'une épingle du type imbriqué, en 38 la tête d'une épingle du type ondulé et en 39 la tête d'une troisième épingle, cette tête 39 passant à cheval au dessus des têtes 35 et 36 comme le montre la figure 9.
On peut bien entendu avoir la disposition inverse, la tête 37 appartenant à une épingle du type ondulé et la tête 38 appartenant à une épingle du type imbriqué.
Les dites trois épingles s ' étendent entre une encoche Lk et une encoche Lk+6, dans le cas d'un bobinage hexaphasé. L'écart entre ces deux encoches serait bien entendu différent si le stator comportait un nombre de phases différent.
La tête 37 joint une branche se trouvant sur la couche C3 du logement Lk à une branche se trouvant sur la couche C5 du logement Lk+6. Parallèlement, la tête 38 joint une branche se trouvant sur la couche C2 du logement Lk à une branche se trouvant sur la couche C4 du logement Lk+6. On notera que les têtes 37 et 38 sont parallèles sur la plus grande partie- de leurs longueurs.
La tête 39 joint une branche se trouvant sur la couche Cl à une branche se trouvant sur la couche C6.
Ces épingles forment le motif de base d'un enroulement de phase, ce motif étant reproduit sur toute la circonférence du stator, l'épingle 39 étant suivant les cas du type imbriqué ou du type ondulé.
On peut voir sur la figure 10 que les U formés par les têtes 37 et 38 quand on les voit dans une direction périphérique présentent des rayons de courbures sensiblement identiques. Le rayon de courbure du U de la tête 39 'est plus grand.
Les figures 11 et 12 illustrent un troisième mode de réalisation de l'invention où les encoches L contiennent huit éléments conducteurs disposés sur huit couches Cl à C8.
On a représenté en 40 la tête d'une épingle du type imbriqué, en 41 la tête d'une épingle du type ondulé, en 42 la tête d'une épingle du type imbriqué, en 43 la tête d'une épingle du type ondulé.
Inversement, la tête 40 peut appartenir à une épingle du type ondulé, la tête 41 appartenant alors à 5 une épingle du type imbriqué .
De même, la tête 42 peut appartenir à une épingle du type ondulé, la tête 43 appartenant alors à une épingle du type imbriqué .
Les têtes 42 et 43 passent à cheval au dessus des •10 têtes 40 et 41.
Les dites quatre épingles s ' étendent entre une encoche Lk et une encoche Lk+6, dans le cas d'un bobinage hexaphasé. L'écart entre ces deux encoches serait bien entendu différent si le stator comportait un nombre de
15 phases différent.
La tête 40 joint une branche se trouvant sur la couche C4 du logement Lk à une branche se trouvant sur la couche C6 du logement Lk+6. Parallèlement, la tête 41 joint une branche se trouvant sur la couche C3 du
20 logement Lk à une branche se trouvant sur la couche C5 du logement Lk+6. On notera que les têtes 40 et 41 sont parallèles sur la plus grande partie de leurs longueurs .
La tête 42 joint une branche se trouvant sur la couche C2 du logement Lk à une branche se trouvant sur la 2.5 couche' C8 du logement Lk+6. Parallèlement, la tête 43 joint une branche se trouvant sur la couche Cl du logement Lk à une branche se trouvant sur la couche C7 du logement Lk+6. On notera que les têtes 42 et 43 sont parallèles sur la plus grande partie de leurs longueurs.
30 Ces épingles forment le motif de base d'un enroulement de phase, ce motif étant reproduit sur toute la circonférence du stator.
On peut voir sur la figure 12 que les U formés par les têtes 40 et 41 quand on les voit dans une direction 35 périphérique présentent des rayons de courbures sensiblement identiques. Les rayons de courbure des U des têtes 42 et 43 sont également sensiblement identiques, et sont plus grands que ceux des têtes 40 et 41. Les figures 13 et 14 illustrent un quatrième mode de réalisation de 1 ' invention où les encoches L contiennent également huit éléments conducteurs disposés sur huit couches Cl à C8. On a représenté en 44 la tête d'une épingle du type imbriqué, en 45 la tête d'une épingle du type ondulé, en 46 la tête d'une épingle du type imbriqué, en 47 la tête d'une épingle du type ondulé.
Inversement, la tête 44 peut appartenir à une épingle du type ondulé, la tête 45 appartenant alors à une épingle du type imbriqué .
De même, la tête 46 peut appartenir à une épingle du type ondulé, la tête 47 appartenant alors à une épingle du type imbriqué . Les têtes 44 et 45 ne croisent jamais les têtes 46 et 47.
Les dites quatre épingles s ' étendent entre une encoche Lk et une encoche Lk+6, dans le cas d'un bobinage hexaphasé. L'écart entre ces deux encoches serait bien entendu différent si le stator comportait un nombre de phases différent .
.La tête 44 joint une branche se trouvant sur la couche C6 du logement Lk à une branche se trouvant sur la couche C8 du logement Lk+6. Parallèlement, la tête 45 joint une branche se trouvant sur la* couche C5 du logement Lk à une branche se trouvant sur la couche C7 du logement Lk+6.
La tête 46 joint une branche se trouvant sur la couche C2 du logement Lk à une branche se trouvant sur la couche C4 du logement Lk+6. Parallèlement, la tête 47 joint une branche se trouvant sur la couche Cl du logement Lk à une branche se trouvant sur la couche C3 du logement Lk+6.
On notera que les têtes 44, 45, 46 et 47 sont parallèles sur la plus grande partie de leurs .longueurs .
Ces épingles forment le motif de base d'un enroulement de phase, ce motif étant reproduit sur toute la circonférence du stator. On peut voir sur la figure 14 que les U formés par les têtes 44, 45, 46 et 47 quand on les voit dans une direction périphérique présentent des rayons de courbures sensiblement identiques. Les figures 17 et 18 représentent deux variantes de réalisation pour le vrillage des extrémités libres 20d des branches des éléments conducteurs dans le deuxième mode de réalisation où chaque logement L contient 4 éléments conducteurs . Dans la première variante, les extrémités libres des branches se trouvant sur les couches C4 et C2 sont vrillées dans une direction périphérique, les extrémités libres des branches se trouvant sur les couches C3 et Cl étant vrillées dans une direction périphérique opposée. Dans la seconde variante, les extrémités libres des branches se trouvant sur les couches C4 et Cl sont vrillées dans une direction périphérique, les extrémités libres des branches se trouvant sur les couches C3 et C2 étant vrillées dans une direction périphérique opposée. La seconde variante est représentée en perspective sur la figure 19.
Ces arrangements concernant le vrillage des extrémités libres des éléments conducteurs peuvent bien entendu être généralisés aux modes de réalisation où les encoches L contiennent 6 ou 8 éléments conducteurs.
On va décrire ci-après plusieurs modes de réalisation préférés de 1 ' invention dans lesquels le nombre N de paires de pôles du rotor 4 et les dimensions principales du stator 12 ont été optimisés. Le critère principal utilisé pour cette optimisation est la puissance massique de l'alternateur, c'est-à-dire la capacité de l'alternateur à débiter du courant par rapport au poids de sa partie active, constituée esentiellement du bobinage 5 du rotor 4, des phases P du stator 12, du corps 18 du stator 12 et des roues polaires 6, 7 du rotor 4. Ce critère est particulièrement pertinent car les véhicules automobiles actuels exigent une puissance électrique disponible de plus en plus grande pour alimenter des consommateurs électriques de plus en plus nombreux. Toutefois, cet accroissement de puissance ne doit pas entraîner une augmentation démesurée des dimensions externes de l'alternateur. En effet, l'alternateur est toujours placé sous le capot moteur où, comme chacun le sait, la place disponible est très réduite. La taille externe de l'alternateur devient donc un critère- de choix déterminant . On sait par ailleurs que le nombre de paires de pôles est un paramètre influant pour ce qui est de la puissance massique de l'alternateur.
L'homme du métier des alternateurs comportant des stators bobinés avec des bobines en fil rond sait que, lorsque le nombre de paires de pôles rotoriques augmente, alors la fréquence du flux induit augmente dans les mêmes proportions ainsi que le courant induit et les pertes de fer au niveau du stator. Ces pertes de fer résultant des courant de Foucault tendent à réduire le rendement de 1 ' alternateur. De même l'homme du métier des alternateurs comportant des stators bobinés avec des bobines en fil rond, augmente le nombre de paires de pôles avec le diamètre de la machine. Son objectif est en effet de maîtriser les pertes de flux magnétique entre les dents adjacentes de polarité magnétique différente. Ce flux de fuite magnétique passe directement d'une dent du rotor du type Lundell à une autre autre qui lui est adjacente, mais de signe différent, sans passer par le corps du stator. La conséquence est que la performance de l'alternateur est affaiblie car le courant induit est dès lors plus faible. Pour réduire ces fuites de flux magnétiques rotorique, il est connu de placer des aimants interdents, tel que décrit par exemple dans le document FR 2,784,248. Ces aimants ont la double fonction d'une part, de créer un flux magnétique supplémentaire qui s'ajoute au flux rotorique créé ' par la bobine, d'excitation du rotor et d'autre part, d'annuler le flux magnétique de fuite interdents décrit précédemment . Dans l'état de la technique, les alternateurs bobinés avec du fil rond comportant des' rotors avec 6, 7 et 8 paires de pôles sont connus.
Par exemple, le document US 3 252 025, publié le 17 Mai 1966 divulgue un alternateur à 7 paires de pôles. Cette configuration du rotor était utilisée à cette époque pour une meilleure imbrication des roues polaires avant découpage ce qui réduisait 1 ' importance des chutes de matière première. Après découpage, ces roues polaires étaient ensuite pliées à froid pour présenter la forme finale des roues polaires avec les dents orientées parallèlement à l'axe de l'alternateur. Le procédé de réalisation des roues polaires par pliage à froid demeure plus économique que le procédé de forgeage à chaud bien qu'il présente des pertes de matière. Le choix de sept paires de pôles était avant tout dicté par des impératifs économiques de procédé et non par un souci d'optimisation de l'alternateur en cours de fonctionnement.
Le choix du nombre de paires de pôles dans les stators bobinés avec des fils ronds est dicté principalement soit par considérations de procédé, soit en fonction du diamètre de la machine pour garantir des fuites de flux magnétiques interdents, avec ou sans aimants interdents, raisonables . Dès lors que le nombre de paires de pôles est fixé, des dispositifs techniques sont alors mis eh place dans 1 ' alternateur pour réduire par exemple les pertes de fer qui peuvent se produire par exemple au niveau du stator ou du rotor.
De même, pour des alternateurs présentant un diamètre relativement important, il est nécessaire de tenir compte des problèmes de centrifugation au niveau des dents du rotor qui peuvent s ' écarter et venir frapper le stator. Ainsi une roue pliée ou forgée aura un comportement différent à la centrifugation et, pour un diamètre donné, le nombre de pôles qui assure la meilleure tenue mécanique peut être différent selon l'un ou 1 ' autre procédé . Les alternateurs bobinés avec des épingles présentent une géométrie différente de ceux bobinés avec des fils ronds. Par exemple la partie active du stator en regard du rotor présente une partie magnétique active de surface différente car dans le cas d'un bobinage réalisé avec des épingles, lesdites épingles sont insérées par les ouvertures axiales des encoches du stator et non par les ouvertures radiales des encoches comme c'est le cas pour les stators bobinés - avec des fils ronds classiques. De ce qui précède, il apparaît clairement qu'un alternateur bobiné avec des fils ronds présente un comportement magnétique différent lorsqu'il est bobiné avec des épingles car la géométrie de la machine est différente. II est donc nécessaire de bien choisir le nombre de paires de pôles rotoriques qui permet d'obtenir la puissance massique optimum étant donné que dans le cadre d'un alternateur bobiné avec des épingles pour un nombre d'épingles par encoche fixé et pour un diamètre extérieur du corps du stator fixé, ce nombre de paires de pôles étant un des paramètres les plus importants pouvant influer sur ladite puissance massique.
Dans un premier mode de réalisation préféré, 1 ' alternateur comprend un rotor 4 à sept paires de pôles et un stator 12 hexaphasé à deux séries de trois phases P décalées de 30° électriques.
Le corps 18 du stator 12 comprend des encoches contenant chacune quatre éléments conducteurs 20 en épingles de section sensiblement rectangulaire, tels que ceux décrits plus haut, disposés conformément aux figures
3 à 8.
Les entrées El à E3 et E4 à E6 des deux séries de trois phases sont reliées respectivement à un point neutre . Les principales dimensions du stator sont indiquées ci-dessous, principalement en référence à la figure 4. Le diamètre extérieur Rext du corps 18 du stator est de 135 mm. Il peut varier de 132 mm à 138 mm sans que les performances de l'alternateur soient fortement affectées. Le diamètre intérieur Rint de ce corps 18 est de 108 mm. Le stator comprend 84 encoches L identiques disposées sur la face radiale interne du corps 18 suivant un pas régulier de 4,286°. La largeur Ll des encoches est de 2,05 mm et leur profondeur pi de 10,3 mm. L'épaisseur radiale e de la partie pleine fermant partiellement l'ouverture de l'encoche est de 0,4 mm. La largeur L2 des branches des éléments conducteurs passant dans l'encoche est de 1,55 mm et leur épaisseur p2 de 2,4 mm. Le rayon de courbure des angles de la section de ces branches est de 0,5 mm. Ces branches sont entourées par une couche de matériau isolant d'épaisseur 160 μm. La culasse du stator est la partie comprise entre la partie périphérique externe du stator et le fond des encoches . Pour avoir la puissance massique optimum, le ratio de l'épaisseur de la culasse par rapport à la largeur Ll des encoches doit avoir une valeur comprise entre 0,51 et 0,57.
La courbe de la figure 22 compare l'intensité électrique I exprimée en Ampères fournie par 3 alternateurs tous conformes aux figures 3 à 8 et de corps 18 de diamètre • extérieur 135 mm, comprenant respectivement 6 paires de pôles PP, 7 paires de pôles PP et 8 paires de pôles PP, pour deux vitesses de rotation, 1800 tours/mn (courbe Cl) et 6000 tours/mn (courbe C2) .
1800 et 6000 tours/mn représentent respectivement la vitesse de ralenti du moteur à combustion interne du véhicule automobile et une vitesse moyenne.
La taille des éléments conducteurs est la même pour les trois alternateurs, et correspond aux dimensions données ci-dessus.
La puissance massique varie en fonction du nombre de pôles de la même façon que l'intensité, car la masse d'un alternateur varie peu quand on passe de 6 à 8 paires de pôles.
On voit clairement que l'intensité maximum, donc la puissance massique maximum, est produite par l'alternateur à 7 paires de pôles, qui représente donc l'optimum d'efficacité pour le diamètre extérieur de 135 mm.
Les autres caractéristiques dimensionnelles de l'alternateur dans le mode de réalisation préféré décrit ci-dessus découlent directement du savoir-faire de l'homme du métier, une fois le nombre de paires de pôles et le diamètre extérieur du corps 18 fixés.
Cet optimum à 7 paires de pôles s'explique avant tout par ce que le stator 12 présente dans cette configuration une répartition fer/cuivre, c'est à dire chemin magnétique/chemin électrique, optimum.
7 paires de pôles permettent d'avoir un corps de stator présentant des dents 80 séparant deux encoches L contiguëes idéalement proportionnées en nombre et en largeur, pour un courant nominal ciblé à 180 A, en adéquation avec le flux que peut débiter le rotor 4.
En revanches, 8 paires de pôles conduisent à des dents 80 trop étroites et saturées d'un point de vue magnétique. Cette configuration serait adaptée à un rotor plus petit et délivrant un flux magnétique plus faible.
6 paires de pôles conduisent à des dents 80 trop peu nombreuses pour produire une intensité suffisante, et peu saturées d'un point de vue magnétique. Elles seraient capables de passer un flux magnétique plus fort que ce que le rotor 4 peut délivrer et sont donc adaptées à un rotor plus grand.
Dans un second mode de réalisation préféré, l'alternateur comprend un rotor 4 à six paires de pôles et un stator 12 hexaphasé à deux séries de trois phases P décalées de 30° électriques.
Le corps 18 du stator 12 comprend 72 encoches contenant chacune quatre éléments conducteurs 20 en épingles de section sensiblement rectangulaire, tels que ceux décrits plus haut, disposés conformément aux figures 3 à 8.
Le diamètre extérieur Rext du corps 18 du stator est de 140 mm. Il peut varier de 137 mm à 143 mm sans que les performances de 1 ' alternateur ne soient fortement affectées .
Comme précédemment, la courbe de la figure 23 compare l'intensité électrique I exprimée en Ampères fournie par 3 alternateurs tous conformes aux figures 3 à 8 et de corps 18 de diamètre extérieur 140 mm, comprenant respectivement 6 paires de pôles PP, 7 paires de pôles PP et 8 paires de pôles PP, pour deux vitesses de rotation, 1800 tours/mn (courbe Cl) et 6000 tours/mn (courbe C2) . On voit clairement que l'intensité maximum, donc la puissance massique maximum, est produite par l'alternateur à 6 paires de pôles, qui représente donc l'optimum d'efficacité pour le diamètre extérieur de 140 mm. Les autres caractéristiques dimensionnelles de l'alternateur dans le mode de réalisation préféré décrit ci-dessus découlent directement du savoir-faire de l'homme du métier, une fois le nombre de paires de pôles et le diamètre extérieur du corps 18 fixés. Elles ne sont pas indiquées ici.
Les deux modes de réalisation préférés ont été décrits dans le cas où les encoches du stator, contiennent 4 conducteurs. Ils peuvent être facilement adaptés ' aux cas où les encoches contiennent 6 ou 8 conducteurs.
Le premier mode de réalisation préféré de l'invention décrit ci-dessus met en jeu un rotor 4 asymétrique à 7 paires de pôles. Les fils d'entrées 50 et de sortie 51 du bobinage 5 de ce rotor sont reliés au collecteur 3. De façon à pouvoir utiliser un collecteur classique, symétrique, déjà utilisé pour des alternateurs avec un nombre pair de paires de pôles, une disposition avantageuse est prévue pour l'invention,. qui va maintenant être décrite en référence aux figures 20 et 21.
Comme expliqué plus haut, le rotor comprend deux roues polaires avant et arrière 6 et 7 portant chacune à leur périphérie des dents, référencées 71 à 77 en suivant la périphérie de la roue polaire arrière dans le sens de rotation normal du rotor 4 symbolisé par une flèche sur la figure 20. Chaque roue polaire comprend 7 dents puisque 1 ' alternateur dans le premier mode de réalisation préféré comprend 7 paires de pôles .
Les dents 71 à 77 de la roue polaire arrière sont séparées les unes des autres par des gorges 71 ' à 77 ' .
Le rotor 4 comprend également 2. crochets 78 et 78 ' portés par la face arrière de la roue polaire arrière 7. Ces crochets 78 et 78' sont situés à proximité de l'arbre
2 et sont diamétralement opposés par rapport à 1 ' axe de l'arbre 2. Ils sont électriquement reliés au collecteur
3.
Le fil d'entrée 50 relie le crochet 78 à la bobine 5. Il s'étend radialement à partir du crochet 78 jusqu'à la première gorge 71 ' .
Dans l'art antérieur, le fil de sortie 51 relie le crochet 78 ' à la bobine 5 en passant par un trou ménagé à la base de la dent 74, c'est à dire dans une direction exactement diamétralement opposée à la première gorge
71'. Les deux fils d'entrée et de sortie 50 et 51 sont symétriques par rapport à l'axe de rotation de la machine et ce dispositif s'adapte donc à un collecteur 3 classique . Cette solution présente les inconvénients suivants. La section de passage du flux magnétique est diminuée par la présence du trou, et ce dans la partie la plus saturée du rotor, ce qui provoque une dégradation des performances de la machine. Le montage de la bobine 5 est malaisé car il faut faire passer le fil de sortie 51 en aveugle dans le trou, ce qui risque d'entraîner de nombreux défauts de fabrication.
Enfin, le trou est situé à proximité de la masse, ce qui entraîne des risques de court-circuit.
Selon l'invention, le fil de sortie 51 s'étend radialement à partir du crochet 78' jusqu'à une deuxième gorge, cette deuxième gorge étant la gorge 74' ou la gorge 75 ' , ces deux gorges étant diamétralement opposées à la gorge 71 ' .
De préférence, le fil de sortie 51 passe par la gorge 75 ' , car cette disposition est plus favorable pour l'accrochage au crochet 78'.
Cette disposition évite d'avoir à percer un trou dans le rotor et permet néanmoins de connecter les fils d'entrée et de sortie 50 et 51 à un collecteur 3 symétrique . Des cabestans 79 sont situés dans les gorges 71' et 74 ' /75 ' . Ces cabestans 79 comprennent chacun une tige radiale solidaire du rotor par une extrémité, et un pavé monté à l'extrémité libre opposé.
Les fils d'entrée et de sortie 50 et 51 font chacun un tour des cabestans 79 respectivement situés dans les première et deuxième gorges 71' et 74 ' /75 ' avant de rejoindre la bobine 5.
Il est à noter que cette disposition des fils d'entrée et de sortie 50 et 51 impose de prévoir un passage pour les fils dans le ventilateur arrière 9.
Cette disposition peut bien évidemment être utilisée avec n'importe quel rotor comprenant un nombre de paires de pôles impairs.
Avantageusement le ventilateur arrière 9 comporte des dégagements 93 et 94 qui autorisent respectivement le passage des fils 50 et 51 entre le flasque de la roue polaire arrière et le ventilateur.
Avantageusement, dans un autre de mode de réalisation, les deux points neutres sont redressés. Ainsi, la machine électrique débite plus de courant dans le réseau électrique tout en délivrant , un taux d'ondulation acceptable.
De même en variante l'alternateur est un alterno- démarreur c ' est à dire une machine réversible constituant un alternateur lorsque la poulie est entraînée par le moteur du véhicule automobile ou un démarreur pour entraîner le moteur du véhicule via la poulie comme décrit par exemple dans le document FR-A-2 806 224.Dans ce cas l'un des paliers 15,16 porte au moins un capteur par exemple du type magnétique pour détecter le passage d'une cible magnétique portée par le rotor.
Le pont de redressements est alors un pont de redressement et de commande, qui dans un mode de
' réalisation est implanté à l'extérieur de l'alternateur réversible. Les sorties des phases sont alors reliées à un connecteur porté par 1 ' alternateur et relié au dispositif de redressement et de commande par un câble. Pour plus de précision on se reportera à ce document.
La machine électrique selon 1 ' invention à partie de liaison est une machine de forte puissance, de faible encombrement, peu bruyante et bien refroidie.

Claims

REVEND I CATI ONS
1. Alternateur pour véhicule automobile comprenant un stator (12) , un rotor (4) à griffes à N paires de pôles disposé à l'intérieur du stator (12) et portant une bobine d'excitation (5) dotée d'un fil d'entrée (50) et d'un fil de sortie (51), le stator (12) comprenant un corps cylindrique (18) , plusieurs phases (P) formées chacune par une pluralité d'éléments électriquement conducteurs (20) montés en série- le long de' la périphérie du stator entre une entrée (E) et une sortie (S) , le corps cylindrique (18) comprenant dans -sa face radialement interne des encoches radiales (L) de réception d'au moins quatre éléments conducteurs de phase
(20) qui sont juxtaposés dans l'encoche (L) dans la direction radiale pour former au moins quatre couches d'éléments conducteurs, chaque élément conducteur (20) présentant la forme d'une épingle s ' étendant entre deux encoches (L) et comportant une première branche (20a) qui est placée dans une encoche (L) dans une couche prédéterminée et une seconde branche (20b) disposée dans une autre encoche (L) dans une couche prédéterminée et, entre les deux branches (20a) et (20b) , sur un côté axial (18a) du corps (18) du stator, une tête (20c) formant un U vu dans la direction périphérique, tandis que sur l'autre côté axial (18b) du corps (18) une extrémité libre (20d) d'une branche d'un élément conducteur (20) est électriquement connectée à une extrémité libre (20d) d'une branche d'un autre élément conducteur (20), la moitié 'des éléments conducteurs (20) engagés par leurs premières branches (20a) dans une encoche (L) étant engagés par leurs deuxièmes branches (20b) respectives dans une même autre encoche (L') en formant chacun entre les deux encoches (L) et (L') les dits U, caractérisé en ce qu'au moins des premier et second éléments conducteurs (20) de la dite moitié sont tels que l'écart radial des couches auxquelles appartiennent les deux branches (20a) et (20b) du dit premier élément conducteur (20) est le même que 1 ' écart radial des couches auxquelles appartiennent les deux branches (20a) et (20b) du dit second élément conducteur (20) et que les rayons de courbure des U des deux éléments conducteurs (20) sont sensiblement identiques.
2. Alternateur selon la revendication 1, avec huit éléments conducteurs (20) par encoche (L) , quatre de ces éléments conducteurs (20) s ' étendant entre deux mêmes encoches, caractérisé en ce que lesdits quatre éléments conducteurs sont groupés par paires de conducteurs adjacents, l'écart radial précité étant le même pour les deux éléments conducteurs d'une même paire, et en ce que les rayons de courbure des U des deux éléments conducteurs d'une même paire sont sensiblement identiques .
3. Alternateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écart radial précité des éléments conducteurs d'une des deux paires ,est différent de
1 ' écart radial précité des éléments conducteurs de 1 ' autre paire et les rayons de courbure des U des éléments conducteurs des deux paires sont différents.
4. Alternateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écart radial précité des éléments conducteurs d'une des deux paires est le même que l'écart radial précité des éléments conducteurs 'de l'autre paire et les rayons de courbure ' des U des deux paires sont sensiblement identiques.
5. Alternateur selon la revendication 1, avec six éléments conducteurs (20) par encoche (L) dont trois s'étendent entre deux mêmes encoches, caractérisé en ce que deux des' dits éléments conducteurs sont adjacents et présentent le même écart radial précité, les rayons de courbure des deux U des deux éléments conducteurs étant sensiblement identiques.
6. Alternateur selon la revendication 1, avec quatre éléments conducteurs (20) par encoche (L) dont deux s'étendent entre deux mêmes" encoches, les quatre couches d'éléments conducteurs (20) étant référencées Cl, C2 , C3 et C4 par ordre d' eloignement croissant de la face radiale interne du corps (18) , caractérisé en ce que ces deux éléments conducteurs sont adjacents et présentent le même écart radial précité, les rayons de courbure des deux U des deux éléments conducteurs étant sensiblement identiques .
7. Alternateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les entrées (E) des phases (P) sont reliées à des branches (20a, 20b) d'éléments conducteurs (20) en couche Cl, les sorties (S) correspondantes étant reliées à des branches (20a, 20b) d'éléments conducteurs (20) en couche C4.
8. Alternateur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les entrées (E) des phases (P) sont reliées à des branches (20a, 20b) d'éléments conducteurs (20) en couche C4 , les sorties correspondantes (S) étant reliées à des branches (20a, 20b) d'éléments conducteurs- (20) en couche Cl.
9. Alternateur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les entrées (E) des phases (P) sont reliées à des branches (20a, 20b) d'éléments conducteurs en couche C2 , les sorties correspondantes (S) étant reliées à des branches (20a, 20b) d'éléments conducteurs (20) en couche C3.
10. Alternateur suivant la. revendication 6, caractérisé en ce que les entrées (E) des phases (P) sont reliées à des branches (20a, 20b) d'éléments conducteurs (20) en couche C3 , les sorties correspondantes (S) étant reliées à des branches (20a, 20b) d'éléments conducteurs (20) en couche C2.
11. Alternateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que -pour chaque encoche (L) , au moins une partie de l'extrémité libre (20d) des branches (20a, 20b) situées en couches Cl et C4 est inclinée suivant une première direction, au moins une partie de l'extrémité libre (20d) des branches (20a, 20b) situées en couches C2 et C3 étant inclinée suivant une seconde direction symétrique de la première par rapport au plan radial dans lequel se trouve l'encoche (L) .
12. Alternateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que pour chaque encoche (L) , au moins une partie de l'extrémité libre (20d) des branches (20a, 20b) situées en couches Cl et C3 est inclinée suivant une première direction, au moins une partie de l'extrémité libre (20d) des branches (20a, 20b) situées en couches C2 et C4 étant inclinée suivant une seconde direction symétrique de la première par rapport au plan radial dans lequel se trouve l'encoche (L) .
13. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins une partie des entrées (E) des phase (P) sont électriquement reliées pour former un point neutre.
14. Alternateur selon la revendication' 1, caractérisé en ce que le rotor (4) comprend 6, 7, 8 ou 9 paires de pôles .
15. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator comprend trois phases
(P) .
16. Alternateur selon la revendication 15, caractérisé en ce que le stator comprend deux fois trois phases (P) décalées électriquement de 30°.
17. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (4) comprend 7 paires de pôles, le diamètre extérieur du corps cylindrique (18) du stator (12) étant compris entre 132 mm et 138 mm.
18. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (4) comprend 6 paires de pôles, le diamètre extérieur du corps cylindrique (18) du stator (12) étant compris entre 137 mm et 142 mm.
19. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sorties (S) des phases (P) du stator (12) sont reliées à un dispositif de redressement de courant (11) à au moins 12 diodes.
20. Alternateur selon la revendication 17, caractérisé en ce que le rotor (4) comprend deux roues polaires avant et arrière (6 , 7) solidaires d'un arbre (2) , portant chacune à leur périphérie sept dents axiales orientées vers l'autre roue polaire, les dents axiales d'une même roue formant entre elles des gorges, le fil d'entrée (50) de la bobine (5) du rotor (4) s ' étendant radialement sensiblement entre l'arbre (2) et une première desdites gorges (71') de la roue polaire arrière (7), le fil de sortie (51) s ' étendant radialement sensiblement entre l'arbre (2) et une deuxième gorge, cette deuxième gorge étant une des deux dites gorges (74', 75') diamétralement opposées à la première gorge (71»).
21. Alternateur suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le fil de sortie (51) s'étend radialement sensiblement entre l'arbre (2) et la gorge (74') diamétralement opposée à la première gorgé (71') et angulairement décalée dans le sens de rotation normal du rotor.
22. Alternateur suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le fil de sortie (51) s'étend radialement sensiblement entre l'arbre (2) et la gorge
(75'), diamétralement opposée à la première gorge (71') et angulairement décalée dans le sens inverse de la rotation normale du rotor.
23. Alternateur selon la revendication 20, caractérisé en ce -qu'un cabestan (79) est disposé dans chacune des première et deuxième gorges (71', 74 ' /75 ' ) les fils d'entrée et de sortie (50, 51) faisant respectivement au moins un tour du cabestan (79) situé dans les première et deuxième gorges (71', 74 ' /75 ' )
24. Alternateur suivant la revendication 23, caractérisé en ce que les cabestans (79) comprennent chacun une tige radiale fixée sur le rotor (4) et un pavé fixé à une extrémité libre de la tige radiale.
25. Alternateur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les deux points neutres (E1,E2,E3; E4,E5,E6) sont redressés.
26. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ratio de 1 ' épaisseur de la culasse par rapport à la largeur Ll des encoches doit avoir une valeur comprise entre 0,51 et 0,57.
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