EP1925066A2 - Stator polyphase de machine electrique tournante a rotor a griffes et alternateur ou alterno-demarreur comportant un tel stator - Google Patents

Stator polyphase de machine electrique tournante a rotor a griffes et alternateur ou alterno-demarreur comportant un tel stator

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Publication number
EP1925066A2
EP1925066A2 EP06808307A EP06808307A EP1925066A2 EP 1925066 A2 EP1925066 A2 EP 1925066A2 EP 06808307 A EP06808307 A EP 06808307A EP 06808307 A EP06808307 A EP 06808307A EP 1925066 A2 EP1925066 A2 EP 1925066A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
alternator
teeth
coils
polyphase
Prior art date
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Ceased
Application number
EP06808307A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Marc Dubus
Arnaud De Vries
Denis Even
Jean-Claude Mipo
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Publication of EP1925066A2 publication Critical patent/EP1925066A2/fr
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/049—Rectifiers associated with stationary parts, e.g. stator cores
    • H02K11/05—Rectifiers associated with casings, enclosures or brackets

Definitions

  • Polyphase stator of rotary electric machine with claw rotor and alternator or alternator-starter comprising such a stator.
  • the invention relates to a polyphase stator of rotary electric machine with claw rotor, of the alternator or polyphase alternator-starter type and an alternator or an alternator-starter comprising such a stator.
  • the invention has applications in the field of the automotive industry and, in particular, in the field of alternators and alternator starters for motor vehicles.
  • the polyphase alternator makes it possible to transform a rotational movement of the inductor rotor, driven by the engine of the vehicle, into an electric current induced in the stator winding.
  • the alternator can also be reversible. It then constitutes an electric motor which can drive in rotation, via the rotor shaft, the engine of the vehicle.
  • This reversible alternator is called alternator-starter.
  • the alternator makes it possible to transform mechanical energy into electrical energy. It is the same for the alternator-starter when it operates in current generator mode. When the alternator-starter operates in electric motor mode, in particular to start the engine of the vehicle, the alternator-starter transforms electrical energy into mechanical energy.
  • stator In an alternator or an alternator-starter operating in current generator mode, the stator is an induced stator and the rotor an inductor rotor. In an alternator-starter operating in electric motor mode, the stator is an inductor stator and the rotor an induced rotor.
  • the alternator or alternator-starter comprises a housing in at least two parts, called front bearing and rear bearing, carrying a stator surrounding a rotor secured to a rotor shaft, which carries at one of its ends.
  • axial motion transmission member such as a pulley or a gear, belonging to a motion transmission device intervening between the engine and the alternator or alternator-starter.
  • the rotor comprises at least one induction coil connected to a voltage regulator.
  • the stator comprises a body carrying a winding composed of several phases, each comprising at least one winding, whose outputs are electrically connected to a rectifying device for rectifying the alternating current produced in the phases of the stator, when the stator is an armature, in a direct current to recharge the battery and / or supply the consumers of the vehicle on-board network.
  • This rectifying device comprises for example a diode bridge.
  • the rectifying device comprises a bridge of transistors, for example of the MOSFET type, in particular in the case of an alternator / starter, and a control device is provided, in particular for injecting current into the phases of the stator when the alternator -starter operates in electric motor mode.
  • the inductor winding of the rotor can be fixed and be connected to the voltage regulator or alternatively be implanted in the rotor.
  • the rotor shaft carries at its other axial end slip rings connected by wire bonds to the ends of the inductor winding. Brushes rub on the slip rings. These brushes belong to a brush holder connected to the voltage regulator.
  • the stator body is most often in the form of a bundle of plates to reduce eddy currents. These sheets comprise a plurality of notches. These notches are aligned to form a plurality of axial grooves.
  • the notches are of the closed or semi-closed type and in this case each have an opening which opens out at the inner periphery of the stator body. These notches are delimited alternately by teeth, two consecutive notches being separated by a tooth.
  • stator windings of the stator winding are mounted in the slots, the number of which varies according to the applications and the number of phases.
  • the alternator or the alternator-starter being of the type three-phase and the rotor being a claw rotor having two pole wheels each having six teeth
  • the stator comprises in this case 36 notches.
  • the windings are continuous-wire windings made, for example, in a corrugated or nested manner in the notches around a plurality of teeth. With continuous wire windings the filling rate of the notches by the windings is not as high as desired.
  • the windings are bar coils having pins connected to each other by welding.
  • the number of notches is then 72.
  • the number of notches is 96.
  • teeth delimiting two consecutive notches, may not be as thick as desired, except to increase the size of the stator body.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the techniques described above.
  • An object of the invention is to reduce the rate of ripple of the voltage without the need to double the number of teeth.
  • Another object of the invention is to increase the filling rate of the notches with respect to a solution with continuous filament windings. Another object of the invention is to reduce the number of welds compared to a bar coiled solution.
  • the invention proposes for this purpose a polyphase stator for a rotary electric machine with claw rotor, comprising a stator body internally having a plurality of notches delimited by teeth, each phase comprising at least one winding, characterized in that combination, on the one hand, each phase winding having coils with multiple turns, each coil surrounds a single tooth and secondly, the stator has five or seven phases.
  • an alternator or an alternator-starter is characterized in that it comprises such a stator. Thanks to the invention, the number of phases is increased, the stator comprising 5 or 7 phases, while having wide teeth.
  • the increase in the number of phases makes it possible to reduce the ripple rate of the voltage and the acoustic noise of the alternator or alternator-starter while having large teeth and without having to increase the radial size of the body of the stator.
  • the invention makes it possible to increase the filling rate of the notches and to reduce the number of welds since the coils are connected together to form a phase.
  • stator has seven phases and twenty-eight notches.
  • the stator body has an inside diameter of between 90 millimeters and 1 millimeter.
  • the minimum value of the inner diameter of the stator body ensures a sufficient torque of operation of the electric machine, particularly during the driving phase of the heat engine, in the case of a reversible electric machine.
  • the aforementioned maximum value of the inner diameter of the stator body provides a reasonable inertia of the electric machine.
  • the increase in the number of phases also makes it possible, when the alternator / starter is operating in electric motor mode, to use the rectification device less often in terms of amperage, which then comprises a larger number of components, such as transistors. of the MOSFET type,
  • each transistor has several transistors connected in parallel, so that the number of transistors can be reduced for each transistor. transistor when increasing the number of phases. The solution is therefore economical.
  • the teeth have a large section so that one can increase the active length of iron facing the rotor.
  • the teeth are further simplified since they have no foot.
  • the notches are open to the interior.
  • the stator teeth have parallel edges and the turns of the coils are of constant width.
  • the notches have parallel edges and the coils of the coils are non-constant width.
  • the coils are preformed in a cluster, which further reduces the number of welds. The solution is compact.
  • the invention can control the length of the coil projecting from either side of the rotor body that is to say the length of the buns so that the solution is axially compact.
  • the coils have several turns which can be of variable height. This allows in one embodiment to vary the size of the coil outside the stator body. The length of the stator winding is therefore adjustable.
  • the axial length of the bun varies from one tower to another for better cooling.
  • the wire of the coils is of circular section.
  • a flat or rectangular-section wire is used to form the coil and to further increase the filling rate of the notches.
  • the invention allows great flexibility in the implementation of notch insulators.
  • the notch insulation is placed in the notches before the reels are put in place.
  • the coil is mounted around the insulator and the assembly is then mounted on the teeth with parallel edges.
  • the notch insulation has a bottom edge to retain the associated coil.
  • two coils are implanted in the same notch, each coil being wound around one of the teeth delimiting the notch.
  • a single coil is mounted by notch.
  • Thanks to the invention increases the power of the rotating electric machine of the alternator type or alternator-starter at low speed.
  • FIG. 1 shows an internal ventilation alternator with a stator according to the invention shown schematically.
  • FIG. 2 represents a perspective view of an alternative embodiment of a fan of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a partial perspective view of the body of the stator of FIG. 1 showing the teeth with parallel edges thereof.
  • - Figure 4 is a partial view of a set coil - notch insulation before mounting threaded on its associated wide tooth.
  • FIG. 5 is a view similar to Figure 4 of the coil assembly - notch insulation after mounting threaded on its associated wide tooth.
  • FIGs 6a and 6b show perspective views at different angles of a flat wire coil mounted on its associated tooth.
  • FIG. 7 represents a stator comprising five phases connected to a rectifying device.
  • FIG. 8 shows a stator comprising seven phases connected to a rectifier device.
  • FIG. 1 represents a polyphase alternator for a motor vehicle with internal ventilation equipped with two fans.
  • This alternator comprises, in the aforementioned manner, a body 1 for transmitting movements, in the form of a pulley, belonging to a device for transmitting motion, not shown in FIG. 1, intervening between the engine of the vehicle and the vehicle. alternator.
  • This member 1 is traversed, in part, by a rotation shaft 2, which it is integral in rotation and whose axis of axial symmetry XX constitutes the axis of rotation of the machine.
  • This rotating shaft 2 carries a rotor 4, for example a claw rotor, provided with at least one excitation winding.
  • the rotor 4 is surrounded by a wound stator 5 which comprises one or more windings to constitute the induced winding.
  • the stator 5, of the polyphase type is carried by a front bearing 8 and a rear bearing 6, both having at the axial ends a ball bearing carrying the rotation shaft 2.
  • the bearings 6, 8 are of hollow form and interconnected by tie rods (not referenced) for forming a housing internally bearing the stator 5 according to the invention.
  • the rear bearing 6 carries a brush holder (not referenced) whose brushes, in known manner, are adapted to rub on slip rings (not referenced) connected by wire links to the inductor winding or excitation winding (not visible) that comprises the rotor 4 with claws between its two pole wheels 27,29 each having teeth 45 axially imbricated.
  • Magnetic poles are formed, on the one hand polar gear tooth 45, when the rotor winding is electrically powered.
  • the alternator comprises two fans, a fan 9 at the front of the rotor and a fan 7 rear, both integral with the rotor.
  • Another example of an alternator could comprise a single fan, generally the rear fan 7, which is more powerful than the fan, before placing it on the side of the drive pulley 1.
  • Such a fan has a flange from which at least one series of protruding blades 8a, 7a. It is fixed, generally, on the rotor by welding the flange on the rotor.
  • a fan is generally asymmetrical, originally. To eliminate this unbalance, the skilled person usually balances the assembly before it starts moving.
  • This balancing is generally done by modifying the mass of the assembly so as to modify its center of gravity. This change in mass is achieved by removing material from the rotor by means of drill guns which make holes in a drilling zone 26 provided in the base 127 of at least one claw 45 of the rotor 4 as visible at Figure 1.
  • the fan 7 is replaced by a double fan 23 ( Figure 2) more powerful with a lower fan 20 and an upper fan 21. These fans 20, 21 are superimposed and each having blades here ribbed 24.
  • the fan 20 is secured to the rotor 4, for example by welding or crimping.
  • the two fans are connected together, for example by welding, gluing, riveting or crimping.
  • the stator 5 comprises a body 50 integral with the openwork bearings 6, 8 for internal circulation of the air caused by the fans 7, 9, 23.
  • This body 50 carries a winding, described hereinafter , whose ends 51, 52, called buns extend on either side of the body 50 of the stator 5.
  • alternator is cooled by water.
  • alternator which alternatively is reversible and consists of an alternator-starter described for example in WO 01/69762 or in document FR A 2,745 444 to which we will refer.
  • the body 50 of the stator 5 is made here in the form of a packet of sheets to reduce the eddy currents.
  • This body 50 and the stator 5 to an annular shape.
  • the stator body 50 has an inside diameter which can vary from 90 mm to 1 15 mm.
  • These sheets include a plurality of notches 60 ( Figures 3, 6a and 6b). These notches 60 are aligned to form a plurality of axial grooves.
  • the notches 60 are of the type open towards the inner periphery of the body 50. This inner periphery delimits a cylindrical bore with the presence of a small gap between the inner periphery of the body 50 of the stator 5 and the outer periphery of the rotor 4 of ferromagnetic material and ring-shaped.
  • These notches 60 are, according to a characteristic, open here inwards, and are delimited alternately by teeth 61, two consecutive notches 60 being separated by a tooth 61.
  • the body 50 is therefore simple to manufacture.
  • the teeth 61 have parallel edges 63, 62. These teeth have a large width, a strip of material, called the yoke, existing between the bottoms 64 of the notches 60 and the outer periphery of the body 50 .
  • parallel edges 63, 62 are used to mount preformed coils 70.
  • the alternator or the alternator / starter is of the polyphase type and therefore comprises a stator winding comprising several phases each phase comprising at least one winding so that the stator is polyphase.
  • Each phase winding comprises a plurality of coils 70. These coils 70 are made from a wire wound on several turns to form several turns 73. These turns 73 have a width 74 and a height 75.
  • FIGS. 6a and 6b five complete turns and two incomplete turns are formed to form an inlet 71 and an outlet 72.
  • the wire is a flat type wire.
  • the wire is a rectangular section wire. These son are positioned so that their widest side is parallel to the edges of the notches which reduces the width of the buns.
  • the wires are of constant section and consist for example of a copper wire coated with enamel.
  • each phase winding comprises coils 70 having turns of constant width. These coils 70 are mounted around teeth 61 with parallel edges 62, 63.
  • each phase winding comprises coils 70 having turns of non-constant width. These coils 70 are mounted, for example, in notches with parallel edges 63, 65.
  • FIGS. 6a and 6b the notch insulation interposed between the coils 70 and the edges 61, 62 as well as the bottom 64 of the notch 60 is not shown to isolate the coils 70 from the body 50 and to avoid injure the insulation of these.
  • the notch insulation is placed in the notches before the reels are put in place.
  • each coil 70 is mounted around the notch insulation 80 and the assembly 70-80 is then mounted by simply radial threading on the tooth 61 concerned with parallel edges.
  • the insulator 80 has a lower edge, here of rectangular shape, visible in FIG.
  • This lower edge thus enters two consecutive notches 60 and retains the coil 70. It is also provided to provide the notch insulation with an upper edge adjacent the bottom 64 of the notch.
  • edges are perpendicular to the edges 62, 63 of the tooth 61 so that the insulator 70 has a housing groove of the coil 70 formed in advance on a template.
  • Insulator 80 is in prepreg embodiment. Alternatively it is impregnated so that after cooling it becomes integral with its associated tooth.
  • two coils 70 are implanted in the same notch, each coil being wound around one of the teeth delimiting the notch.
  • a single coil is mounted by notch.
  • the coils 70 are interconnected together, for example by welding, then to form a phase.
  • the coils 70 are formed in clusters and threaded on the teeth at the pitch of n stator body teeth by n phases.
  • a good filling rate of the notches 60 is obtained with a minimum of interconnection by welding.
  • the number of phases can be increased without increasing the size of the body 50.
  • a three-phase wire-winding stator of the prior art has 48 notches while a five-phase stator according to the invention comprises 20 notches, that is to say 20 teeth.
  • the polyphase stator according to the invention comprises 7 phases and
  • the width of the teeth according to the invention is greater than that of the teeth of the prior art with reduction of noise and the rate of ripple.
  • the coils 70 can be connected in series or in parallel.
  • the height of the turns 73 can be varied at each turn to obtain better cooling with the fans of FIGS. 1 and 2.
  • a good air passage is obtained at the head of the coils 70 having generally two parallel edges connected by two rounded edges
  • the coils 70 therefore have an oblong shape and are therefore well cooled by circulation of the air caused by the fan or fans of FIG. In addition, the solution is not very noisy.
  • the solution is also compact axially.
  • the teeth can be split as shown in dashed lines in Figure 6a.
  • FIG. 7 and 8 show the aforementioned embodiments of the invention at five or seven phases.
  • the outputs 30 of the windings 32 of the stator 5 are electrically connected to a rectifying device 33.
  • the stator comprises five phases and the rectifying device 33 comprises 10 transistors 31 of the MOSFET type.
  • Fig. 8 represent the outputs 130 of the windings 132 of the stator 5 electrically connected to a rectifying device 133.
  • the stator 5 comprises seven phases and the rectifying device 133 comprises 14 transistors 31 of the MOSFET type. According to this particular embodiment of the invention, the seven phases of the stator offer the advantage of reducing the intensity that passes through the rectifying device 133, while having a good reduction of the ripple ratio and wide teeth.
  • the reference GND corresponds to the mass of the vehicle and the reference + BAT to a voltage corresponding to the voltage of the positive terminal of the battery of the motor vehicle.
  • each winding of the polyphase stator comprises several coils with several turns, each coil surrounding a single tooth and, on the other hand, the stator comprises five or seven phases. .
  • a turn of a tooth corresponds to a turn.
  • the claw rotor 4 has eight teeth 45 per pole wheel 27, 28, while the body 50 of the stator 5 has four teeth per phase, respectively 20 and 28 teeth.
  • the number of teeth, or notches, per phase of the stator is therefore equal to half the number of teeth of a pole wheel 27, 28.
  • the coils 70 When the coils 70 are formed in clusters, they consist of a single wire constituting the coils and the interconnections between the coils.
  • the rectifying device is carried by the rear bearing or alternatively, especially when the alternator is reversible, by a housing outside the alternator. It is electrically connected to the stator, more precisely to the outputs of the phases thereof.
  • the invention is not limited to the particular embodiments described in the present application. It is clear that various modifications may be made by the skilled person according to the intended applications, without departing from the scope of the appended claims.
  • the claw rotor 4 in an alternative embodiment comprises 4, 6 or 10 teeth per pole wheel.
  • the body 50 of the stator comprises respectively three or five teeth in phases.
  • the stator body has 15 teeth when it has five phases and 21 teeth when it has seven phases.
  • the stator body For a claw rotor with ten teeth per pole wheel, the stator body has 25 teeth when it has five phases and 35 teeth when it has seven phases.
  • stator body For a claw rotor with four teeth per pole wheel, the stator body has 10 teeth when it has five phases and 14 teeth when it has seven phases.
  • the number of teeth per phase of the stator is equal to or double the number of teeth of a pole wheel.
  • the stator body comprises in one embodiment six teeth per phase, ie 30 teeth or 42 teeth depending on whether it is of the five or seven-phase type.
  • the stator body has in one embodiment eight teeth per phase or 40 teeth or 56 teeth depending on whether it is of the five or seven-phase type.
  • the alternator is a brushless variant as described for example in the document FR 2 744 575 to which reference will be made.
  • the claw rotor comprises a stepped main polar wheel bearing its outer periphery, via a non-magnetic ring, the teeth of the other polar wheel devoid of flange, the excitation winding being carried by a fixed core secured to the housing of the alternator.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

L'invention propose un stator polyphasé (5) pour une machine électrique tournante à rotor à griffes du type comprenant cinq ou sept phases (132) un corps de stator présentant intérieurement une pluralité d'encoches délimitées par des dents, chaque phase comportant au moins un enroulement, chaque enroulement comportant des bobines à plusieurs spires, chaque bobine entourant une unique dent (61 ). L'alternateur ou l'alterno-démarreur comporte un tel stator.

Description

Stator polyphasé de machine électrique tournante à rotor à griffes et alternateur ou alterno-démarreur comportant un tel stator.
Domaine de l'invention L'invention concerne un stator polyphasé de machine électrique tournante à rotor à griffes, du type alternateur ou alterno-démarreur polyphasé et un alternateur ou un alterno-démarreur comportant un tel stator.
L'invention trouve des applications dans le domaine de l'industrie automobile et, en particulier, dans le domaine des alternateurs et alterno- démarreurs pour véhicules automobiles.
Etat de la technique
Dans un véhicule automobile, l'alternateur polyphasé permet de transformer un mouvement de rotation du rotor inducteur, entraîné par le moteur thermique du véhicule, en un courant électrique induit dans le bobinage du stator. L'alternateur peut aussi être réversible. Il constitue alors un moteur électrique qui peut entraîner en rotation, via l'arbre du rotor, le moteur thermique du véhicule. Cet alternateur réversible est appelé alterno- démarreur. L'alternateur permet de transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique. Il en est de même de l'alterno-démarreur lorsque celui-ci fonctionne en mode générateur de courant. Lorsque l'alterno-démarreur fonctionne en mode moteur électrique, notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule, l'alterno-démarreur transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique. Dans un alternateur ou dans un alterno-démarreur fonctionnant en mode générateur de courant, le stator est un stator induit et le rotor un rotor inducteur. Dans un alterno-démarreur fonctionnant en mode moteur électrique, le stator est un stator inducteur et le rotor un rotor induit.
Plus précisément l'alternateur ou l'alterno-démarreur comporte un carter en au moins deux parties, appelées palier avant et palier arrière, portant un stator entourant un rotor solidaire d'un arbre de rotor, qui porte à l'une de ses extrémités axiale un organe de transmission de mouvement, tel qu'une poulie ou un engrenage, appartenant à un dispositif de transmission de mouvement intervenant entre le moteur thermique et l'alternateur ou l'alterno-démarreur.
Le rotor comporte au moins un bobinage inducteur relié à un régulateur de tension. Le stator comporte un corps portant un bobinage composé de plusieurs phases, comportant chacune au moins un enroulement, dont les sorties sont reliées électriquement à un dispositif de redressement pour redresser le courant alternatif produit dans les phases du stator, lorsque le stator est un induit, en un courant continu pour recharger la batterie et/ou alimenter les consommateurs du réseau de bord du véhicule.
Ce dispositif de redressement comporte par exemple un pont de diodes.
En variante le dispositif de redressement comporte un pont de transistors par exemple du type MOSFET, notamment dans le cas d'un alterno-démarreur, et il est prévu un dispositif de commande pour notamment injecter du courant dans les phases du stator lorsque l'alterno-démarreur fonctionne en mode moteur électrique.
Le bobinage inducteur du rotor peut être fixe et être relié au régulateur de tension ou en variante être implanté dans le rotor. Dans ce cas l'arbre de rotor porte à son autre extrémité axiale des bagues collectrices reliées par des liaisons filaires aux extrémités du bobinage inducteur. Des balais frottent sur les bagues collectrices. Ces balais appartiennent à un porte-balais relié à au régulateur de tension.
Le corps du stator est réalisé le plus souvent sous la forme d'un paquet de tôles pour diminuer les courants de Foucault. Ces tôles comportent une pluralité d'encoches. Ces encoches sont alignées pour former une pluralité de rainures axiales.
Les encoches sont du type fermé ou semi-fermé et présentent dans ce cas chacune une ouverture qui débouche à la périphérie interne du corps du stator. Ces encoches sont délimitées de manière alternée par des dents, deux encoches consécutives étant séparées par une dent.
Les enroulements du bobinage du stator sont montés dans les encoches dont le nombre varie selon les applications et le nombre de phases. Par exemple l'alternateur ou l'alterno-démarreur, étant du type triphasé et le rotor étant un rotor à griffes comportant deux roues polaires présentant chacune six dents, le stator comporte dans ce cas 36 encoches.
Dans une forme de réalisation les enroulements sont des enroulements à fil continu réalisés par exemple de manière ondulée ou imbriquée dans les encoches autour de plusieurs dents. Avec des enroulements à fil continu le taux de remplissage des encoches par les enroulements n'est pas aussi élevé que souhaité.
En variante, pour augmenter la puissance de la machine et augmenter le taux de remplissage des encoches, les enroulements sont des enroulements à barres comportant des épingles reliées les unes aux autres par soudure.
Une telle disposition nécessite de réaliser de nombreuses soudures.
Pour diminuer le taux d'ondulation du courant induit et donc de la tension il est souhaitable de doubler le nombre effectif d'enroulements pour avoir deux encoches par pôles et par phase. Par exemple dans le cas précité d'un rotor à griffes présentant six dents par roue polaire, le nombre d'encoches est alors de 72. Pour un rotor à griffes avec huit dents par roue polaire le nombre d'encoches est de 96.
Dans ce cas les dents, délimitant deux encoches consécutives, peuvent ne pas être aussi épaisses que souhaité, sauf à augmenter la taille du corps du stator.
Exposé de l'invention
L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients des techniques exposées ci-dessus.
Un but de l'invention est de pouvoir réduire le taux d'ondulation de la tension sans avoir besoin de doubler le nombre de dents.
Un autre but de l'invention est d'augmenter le taux de remplissage des encoches par rapport à une solution avec des enroulements à fils continus. Un autre but de l'invention est de diminuer le nombre de soudures par rapport à une solution à enroulements avec barres. L'invention propose à cet effet un stator polyphasé pour une machine électrique tournante à rotor à griffes, comportant un corps de stator présentant intérieurement une pluralité d'encoches délimitées par des dents, chaque phase comportant au moins un enroulement, caractérisé en ce que en combinaison, d'une part, chaque enroulement de phase comportant des bobines à plusieurs spires, chaque bobine entoure une unique dent et d'autre part, le stator comporte cinq ou sept phases.
Suivant l'invention un alternateur ou un alterno-démarreur est caractérisé en ce qu'il comporte un tel stator. Grâce à l'invention on augmente le nombre de phases, le stator comportant 5 ou 7 phases, tout en ayant des dents larges.
L'augmentation du nombre de phases permet de réduire le taux d'ondulation de la tension et le bruit acoustique de l'alternateur ou de l'alterno-démarreur tout en ayant des dents larges et sans avoir à augmenter la taille radiale du corps du stator.
Avantageusement, l'invention permet d'augmenter le taux de remplissage des encoches et de diminuer le nombre de soudures puisque les bobines sont connectées entre elles pour former une phase.
Dans un mode de réalisation le stator comporte sept phases et vingt huit encoches.
Dans un autre mode de réalisation le corps de stator comporte un diamètre intérieur compris entre 90 millimètres et 1 15 millimètres. La valeur minimale du diamètre intérieur du corps de stator assure un couple suffisant de fonctionnement de la machine électrique, notamment lors de la phase d'entraînement du moteur thermique, dans le cas d'une machine électrique réversible. De plus, la valeur maximale précitée du diamètre intérieur du corps de stator assure une inertie raisonnable de la machine électrique.
D'une manière générale l'augmentation du nombre de phase permet également, lorsque l'alterno-démarreur fonctionne en mode moteur électrique, de moins sollicité en ampérage le dispositif de redressement qui comporte alors un plus grand nombre de composants, tels que des transistors du type MOSFET,
En réalité chaque transistor comporte plusieurs transistors montés en parallèle en sorte que l'on peut réduire pour chaque transistor le nombre de transistor lorsque l'on augmente le nombre de phases. La solution est donc économique.
Avec une augmentation du nombre de phase on obtient un meilleur fonctionnement et une plus grande puissance lorsque l'alterno-démarreur fonctionne en mode moteur électrique.
Dans tous les cas, les dents ont une grande section en sorte que l'on peut augmenter la longueur active de fer en regard du rotor.
Ces dents sont en outre simplifiées puisqu'elles sont dépourvues de pied. Dans un mode de réalisation les encoches sont ouvertes vers l'intérieur.
Les dents du stator sont à bords parallèles et les spires des bobines sont de largeur constante.
En variante, les encoches sont à bords parallèles et les spires des bobines sont de largeur non constante. Les bobines sont préformées en grappe ce qui permet de réduire encore le nombre de soudures. La solution est compacte.
Grâce à l'invention on peut maîtriser la longueur de l'enroulement faisant saillie de part et d'autre du corps du rotor c'est-à-dire la longueur des chignons en sorte que la solution est axialement compacte. Les bobines comportent plusieurs spires qui peuvent être de hauteur variable. Ceci permet dans un mode de réalisation de faire varier la taille de la bobine à l'extérieur du corps du stator. La longueur du bobinage du stator est donc ajustable.
Ainsi dans une variante de réalisation la longueur axiale du chignon varie d'un tour à l'autre pour un meilleur refroidissement.
Dans un mode de réalisation le fil des bobines est de section circulaire.
Dans un autre mode de réalisation on utilise un fil du type méplat ou de section rectangulaire pour former la bobine et augmenter encore le taux de remplissage des encoches.
L'invention permet une grande souplesse dans la mise en place d'isolants d'encoches.
Plus précisément dans un mode de réalisation l'isolant d'encoche est mis en place dans les encoches avant la mise en place des bobines. En variante la bobine est montée autour de l'isolant et l'ensemble est monté ensuite sur les dents à bords parallèles.
L'isolant d'encoche présente un bord inférieur pour retenir la bobine associée. Dans une forme de réalisation deux bobines sont implantées dans une même encoche, chaque bobine étant enroulée autour de l'une des dents délimitant l'encoche.
En variante une seule bobine est montée par encoche.
Grâce à l'invention on augmente la puissance de la machine électrique tournante du type alternateur ou alterno-démarreur à bas régime.
Bien entendu toutes ces variantes sont à considérer isolément ou en combinaison.
Brève description des dessins
- La figure 1 représente un alternateur à ventilation interne doté d'un stator selon l'invention représenté de manière schématique.
- La figure 2 représente une vue en perspective d'une variante de réalisation d'un ventilateur de la figure 1 .
- La figure 3 est une vue partielle en perspective du corps du stator de la figure 1 montrant les dents à bords parallèles de celui-ci. - La figure 4 est une vue partielle d'un ensemble bobine - isolant d'encoche avant son montage par enfilage sur sa dent large associée.
- La figure 5 est une vue analogue à la figure 4 de l'ensemble bobine - isolant d'encoche après son montage par enfilage sur sa dent large associée. - Les figures 6a et 6b représentent des vues en perspectives sous des angles différents d'une bobine à fil méplat montée sur sa dent associée.
- La figure 7 représente un stator comportant cinq phases reliées à un dispositif de redressement.
- La figure 8 représente un stator comportant sept phases reliées à un dispositif de redressement. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
La figure 1 représente un alternateur polyphasé pour véhicule automobile à ventilation interne équipé de deux ventilateurs.
Cet alternateur comporte, de manière précitée, un organe 1 de transmission de mouvements, sous la forme d'une poulie, appartenant à un dispositif de transmission de mouvements, non représenté sur la figure 1 , intervenant entre le moteur thermique du véhicule et l'alternateur. Cet organe 1 est traversé, en partie, par un arbre de rotation 2, dont il est solidaire en rotation et dont l'axe de symétrie axiale XX constitue l'axe de rotation de la machine. Cet arbre de rotation 2 porte un rotor 4, par exemple un rotor à griffes, pourvu d'au moins un bobinage d'excitation. Le rotor 4 est entouré par un stator bobiné 5 qui comporte un ou plusieurs enroulements pour constituer le bobinage induit. Le stator 5, du type polyphasé, est porté par un palier avant 8 et un palier arrière 6, tous deux comportant aux extrémités axiales un roulement à billes portant l'arbre de rotation 2.
Les paliers 6, 8 sont de forme creuse et reliés entre eux par des tirants (non référencés) pour formation d'un carter portant intérieurement le stator 5 selon l'invention. Le palier arrière 6 porte un porte-balais (non référencé) dont les balais, de manière connue, sont adaptés à frotter sur des bagues collectrices (non référencées) reliées par des liaisons filaires au bobinage inducteur ou bobinage d'excitation (non visible) que comporte le rotor 4 à griffes entre ses deux roues polaires 27,29 dotées chacune de dents 45 d'orientation axiale imbriquées. Des pôles magnétiques sont formés, à raison de un part dent 45 de roue polaire, lorsque le bobinage du rotor est alimenté électriquement.
Dans l'exemple de la figure 1 , l'alternateur comporte deux ventilateurs, un ventilateur 9 à l'avant du rotor et un ventilateur 7 arrière, tous deux solidaires du rotor. Un autre exemple d'alternateur pourrait comporter un seul ventilateur, généralement le ventilateur arrière 7 plus puissant que le ventilateur avant 9 placer du coté de la poulie d'entraînement 1 . Un tel ventilateur comporte un flasque d'où part au moins une série de pales saillantes 8a, 7a. Il est fixé, généralement, sur le rotor par soudage du flasque sur le rotor. Or, par sa fabrication, un ventilateur est généralement asymétrique, à l'origine. Pour éliminer ce balourd, l'homme du métier effectue habituellement un équilibrage de l'ensemble avant sa mise en mouvement. Cet équilibrage est réalisé généralement en modifiant la masse de l'ensemble de façon à en modifier son centre de gravité. Cette modification de la masse est réalisée en retirant de la matière dans le rotor au moyen de canons de perçages qui font des trous 25 dans une zone de perçage 26 prévue dans la base 127 d'au moins une griffe 45 du rotor 4 comme visible à la figure 1 .
En variante le ventilateur 7 est remplacé par un ventilateur double 23 (figure 2) plus puissant comportant un ventilateur inférieur 20 et un ventilateur supérieur 21 . Ces ventilateurs 20, 21 sont superposés et dotés chacun de pales ici nervurées en 24. Le ventilateur 20 est solidaire du rotor 4, par exemple par soudage ou sertissage. Les deux ventilateurs sont reliés ensembles, par exemple par soudage, collage, rivetage ou sertissage.
On voit dans cette figure 1 que le stator 5 comporte un corps 50 solidaire des paliers 6, 8 ajourés pour circulation interne de l'air provoquée par les ventilateurs, 7, 9, 23. Ce corps 50 porte un bobinage, décrit ci-après, dont les extrémités 51 , 52, appelées chignons s'étendent de part et d'autre du corps 50 du stator 5.
Il faut bien refroidir ces chignons 51 , 52 à l'aide des ventilateurs en sorte qu'il est souhaitable que le bobinage du stator soit de configuration appropriée permettant un bon passage de l'air au niveau des chignons.
En variante l'alternateur est refroidit par eau.
Dans tous les cas il est souhaitable d'augmenter la puissance et les performances de l'alternateur, qui en variante est réversible et consiste en un alterno-démarreur décrit par exemple dans le document WO 01/69762 ou dans le document FR A 2 745 444 auxquels on se reportera.
Le corps 50 du stator 5 est réalisé ici sous la forme d'un paquet de tôles pour diminuer les courants de Foucault. Ce corps 50 ainsi que le stator 5 à une forme annulaire. Selon les applications de l'invention, le corps de stator 50 comporte un diamètre intérieur qui peut varier de 90 mm à 1 15 mm. Ces extremums offrent l'avantage de répondre favorablement aux contraintes de couple et d'inertie de la machine électrique.
Ces tôles comportent une pluralité d'encoches 60 (figures 3, 6a et 6b). Ces encoches 60 sont alignées pour former une pluralité de rainures axiales. Les encoches 60 sont ici du type ouvert vers la périphérie interne du corps 50. Cette périphérie interne délimite un alésage cylindrique avec présence d'un faible entrefer entre la périphérie interne du corps 50 du stator 5 et la périphérie externe du rotor 4 en matériau ferromagnétique et de forme annulaire. Ces encoches 60 sont, suivant une caractéristique, ouvertes ici vers l'intérieur, et sont délimitées de manière alternée par des dents 61 , deux encoches consécutives 60 étant séparées par une dent 61 . Le corps 50 est donc de fabrication simple.
Les dents 61 , suivant une caractéristique de l'invention, sont à bords parallèles 63, 62. Ces dents ont une grande largeur, une bande de matière, appelée culasse, existant entre les fonds 64 des encoches 60 et la périphérie externe du corps 50.
Suivant une caractéristique on se sert des bords parallèles 63, 62 pour monter des bobines préformées 70. En variante, on pourrait venir bobiner directement sur les dents du stator.
Plus précisément l'alternateur ou l'alterno-démarreur est du type polyphasé et comporte donc un bobinage de stator comportant plusieurs phases chaque phase comportant au moins un enroulement en sorte que le stator est polyphasé.
Chaque enroulement de phase comporte une pluralité de bobines 70. Ces bobines 70 sont réalisées à partir d'un fil enroulé sur plusieurs tours pour former plusieurs spires 73. Ces spires 73 ont une largeur 74 et une hauteur 75.
Dans les figures 6a et 6b il est formé cinq tours complets et deux tours incomplets pour constituer une entrée 71 et une sortie 72.
Dans les figures 6a et 6b le fil est un fil du type méplat. Dans les figures 4 et 5 le fil est un fil de section rectangulaire. Ces fils sont positionnés en sorte que leur côté le plus large soit parallèle aux bords des encoches ce qui permet de réduire la largeur des chignons.
Les fils sont de section constante et consistent par exemple en un fil de cuivre revêtu d'émail.
Ainsi suivant une caractéristique chaque enroulement de phase comporte des bobines 70 ayant des spires de largeur constante. Ces bobines 70 sont montées autour de dents 61 à bord parallèles 62, 63.
En variante, chaque enroulement de phase comporte des bobines 70 ayant des spires de largeur non constante. Ces bobines 70 sont montées, par exemple, dans des encoches à bords parallèles 63, 65.
Dans les figures 6a et 6b on n'a pas représenté l'isolant d'encoche interposé entre les bobines 70 et les bords 61 , 62 ainsi que le fond 64 de l'encoche 60 pour isoler les bobines 70 du corps 50 et éviter de blesser l'isolant de celles-ci.
Plus précisément dans un mode de réalisation l'isolant d'encoche est mis en place dans les encoches avant la mise en place des bobines.
En variante chaque bobine 70 est montée autour de l'isolant d'encoche 80 et l'ensemble 70-80 est monté ensuite par simple enfilage radial sur la dent 61 concernée à bords parallèles. L'isolant 80 présente un bord inférieur, ici de forme rectangulaire, visible à la figure 5.
Ce bord inférieur pénètre donc dans deux encoches consécutives 60 et retient la bobine 70. Il également prévu de doté l'isolant d'encoche d'un bord supérieur adjacent au fond 64 de l'encoche.
Les bords sont perpendiculaires aux bords 62, 63 de la dent 61 en sorte que l'isolant 70 présente une gorge de logement de la bobine 70 formée par avance sur un gabarit. L'isolant 80 est dans réalisation préimprégné. En variante il est imprégné en sorte qu'après refroidissement il devient solidaire de sa dent associée.
Dans une forme de réalisation deux bobines 70 sont implantées dans une même encoche, chaque bobine étant enroulée autour de l'une des dents délimitant l'encoche.
En variante une seule bobine est montée par encoche.
Les bobines 70 sont interconnectées entre elles, par exemple par soudure, ensuite pour former une phase.
En variante les bobines 70 sont formées en grappes et enfilées sur les dents au pas de n dents de corps de stator par n phases.
On obtient un bon taux de remplissage des encoches 60 avec un minimum d'interconnexion par soudure.
On peut augmenter le nombre de phases sans augmenter la taille du corps 50.
Ainsi pour une même taille du corps 50, un stator triphasé à enroulement filaire de l'art antérieur comporte 48 encoches tandis qu'un stator à cinq phases selon l'invention, comporte 20 encoches, c'est-à-dire 20 dents. En variante le stator polyphasé selon l'invention comporte 7 phases et
28 encoches, c'est-à-dire 28 dents.
La largeur des dents selon l'invention est supérieure à celle des dents de l'art antérieur avec réduction des bruits et du taux d'ondulation. Bien entendu on peut relier en série ou en parallèle les bobines 70.
On peut faire varier la hauteur des spires 73 à chaque tour pour obtenir un meilleur refroidissement à l'aide des ventilateurs des figures 1 et 2.
Un bon passage d'air est obtenu au niveau de la tête des bobines 70 comportant globalement deux bords parallèles reliée par deux bords arrondis
(figures 6a et 6b). Les bobines 70 ont donc une forme oblongue et sont donc bien refroidies par circulation de l'air provoquée par le ou les ventilateurs de la figure 1 . En outre la solution est peu bruyante.
La solution est également compacte axialement. Les dents peuvent être fendues comme visible en pointillés à la figure 6a.
Dans les Fig. 7 et 8 on voit les formes de réalisation précitées de l'invention à cinq ou sept phases. Comme le montre la Fig. 7, les sorties 30 des enroulements 32 du stator 5 sont reliées électriquement à un dispositif de redressement 33. Le stator comporte cinq phases et le dispositif de redressement 33 comprend 10 transistors 31 de type MOSFET.
La Fig. 8 représentent les sorties 130 des enroulements 132 du stator 5 reliées électriquement à un dispositif de redressement 133. Le stator 5 comporte sept phases et le dispositif de redressement 133 comprend 14 transistors 31 de type MOSFET. Selon cette forme particulière de réalisation de l'invention, les sept phases du stator offre l'avantage de réduire l'intensité qui traverse le dispositif de redressement 133, tout en ayant une bonne réduction du taux d'ondulation et des dents larges.
Dans ces figures 7 et 8, de manière connue, la référence GND correspond à la masse du véhicule et la référence +BAT à une tension correspondante à la tension de la borne positive de la batterie du véhicule automobile.
Ainsi qu'il ressort de la description et des dessins, en combinaison, d'une part, chaque enroulement du stator polyphasé comporte plusieurs bobines à plusieurs spires, chaque bobine entourant une unique dent et d'autre part le stator comporte cinq ou sept phases. Un tour d'une dent correspond à une spire.
Dans les modes de réalisation des figures 7 et 8 le rotor à griffes 4 comporte huit dents 45 par roue polaire 27, 28, tandis que le corps 50 du stator 5 comporte quatre dents par phase soit respectivement 20 et 28 dents.
Le nombre de dents, ou d'encoches, par phase du stator est donc égal à la moitié du nombre de dents d'une roue polaire 27, 28.
Lorsque les bobines 70 sont formées en grappes, elles sont constituées par un unique fil constituant les bobines et les interconnexions entre les bobines. Le dispositif de redressement est porté par le palier arrière ou en variante, notamment lorsque l'alternateur est réversible, par un boîtier extérieur à l'alternateur. Il est relié électriquement au stator, plus précisément aux sorties des phases de celui-ci. Bien entendu, l'invention ne se limite aux formes de réalisations particulières décrites dans la présente demande. Il est clair que différentes modifications pourront être apportées par l'homme du métier selon les applications envisagées, sans pour autant sortir de la portée des revendications annexées. Par exemple le rotor à griffes 4, dans une variante de réalisation comporte 4, 6 ou 10 dents par roue polaire. Dans ces cas le corps 50 du stator comporte respectivement trois ou cinq dents par phases.
Plus précisément pour un rotor à griffes avec six dents par roue polaire, le corps du stator comporte 15 dents lorsqu'il comporte cinq phases et 21 dents lorsqu'il comporte sept phases.
Pour un rotor à griffes avec dix dents par roue polaire, le corps du stator comporte 25 dents lorsqu'il comporte cinq phases et 35 dents lorsqu'il comporte sept phases.
Pour un rotor à griffes avec quatre dents par roue polaire, le corps du stator comporte 10 dents lorsqu'il comporte cinq phases et 14 dents lorsqu'il comporte sept phases.
En variante le nombre de dents par phase du stator est égal ou le double du nombre de dents d'une roue polaire.
Ainsi pour un rotor avec des roues polaires à six dents, le corps du stator comporte dans un mode de réalisation six dents par phase soit 30 dents ou 42 dents suivant qu'il est du type à cinq ou sept phases.
Dans un autre mode de réalisation avec des roues polaires à quatre dents, le corps du stator comporte dans un mode de réalisation huit dents par phase soit 40 dents ou 56 dents suivant qu'il est du type à cinq ou sept phases.
Bien entendu l'alternateur est en variante sans balais comme décrit par exemple dans le document FR 2 744 575 auquel on se reportera. Dans ce cas le rotor à griffes comporte une roue polaire principale étagée portant à sa périphérie externe, via un anneau amagnétique, les dents de l'autre roue polaire dépourvue de flasque, le bobinage d'excitation étant porté par un noyau fixe solidaire du carter de l'alternateur.

Claims

Revendications
1 . Stator polyphasé pour une machine électrique tournante à rotor à griffes comportant :
- un corps (50) de stator présentant intérieurement une pluralité d'encoches (60) délimitées par des dents (61 ),
- chaque phase comportant au moins un enroulement, caractérisé en ce que, en combinaison, d'une part, chaque enroulement de phase comportant des bobines (70) à plusieurs spires (73), chaque bobine (70) entoure une unique dent (61 ), et d'autre part, le stator (5) comporte cinq ou sept phases.
2. Stator polyphasé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le stator comporte sept phases et vingt huit encoches.
3. Stator polyphasé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps de stator (50) comporte un diamètre intérieur compris entre 95 millimètres et 1 15 millimètres.
4. Stator polyphasé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les bobines (70) sont montées autour d'un isolant d'encoche (80) pour former un ensemble enfilé ensuite sur les dents (61 ).
5. Stator polyphasé selon revendication précédente, caractérisé en ce que l'isolant d'encoche (80) présente un bord inférieur pour retenir la bobine associée.
6. Stator polyphasé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les dents (61 ) sont à bords parallèles (62, 63) et en ce que les spires (73) des bobines sont de largeur (74) constante.
7. Stator polyphasé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les encoches (60) sont à bords parallèles (63) et en ce que les spires (73) des bobines sont de largeur (74) non constante.
8. Stator polyphasé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les bobines (70) sont connectées entre elles ou en grappe pour former une phase.
9. Stator polyphasé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les spires (73) d'une bobine sont de hauteur (75) variable.
10. Stator polyphasé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les bobines (70) sont réalisées à partir d'un fil méplat ou d'un fil de section rectangulaire.
1 1 . Stator polyphasé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les encoches (60) sont ouvertes vers l'intérieur.
12. Alternateur ou alterno-démarreur polyphasé à rotor à griffes, caractérisé en ce qu'il comporte un stator polyphasé comportant :
- un corps (50) de stator présentant intérieurement une pluralité d'encoches (60) délimitées par des dents (61 ),
- chaque phase comportant au moins un enroulement, et en ce que, en combinaison, d'une part, chaque enroulement de phase comportant des bobines (70) à plusieurs spires (73), chaque bobine (70) entoure une unique dent (61 ), et d'autre part, le stator (5) comporte cinq ou sept phases.
13. Alternateur ou alterno-démarreur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le stator est relié électriquement à un dispositif de redressement et en ce que le dispositif de redressement (33, 133) comporte des transistors (31 ) du type MOSFET.
14. Alternateur ou alterno-démarreur selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un ventilateur double solidaire du rotor et comprenant deux ventilateurs superposés reliés ensembles.
15. Alternateur ou alterno-démarreur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le rotor à griffes (4) comporte des roues polaires (27, 28) dotées chacune de dents (45) et en ce que le nombre de dents (61 ) du corps (50) du stator (5) par phase est égal à la moitié du nombre de dents (45) de chaque roue polaire (27, 28) du rotor à griffes (4).
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