FR2875069B1 - Element principal d'une machine electrique - Google Patents

Abstract

Elément principal d'une machine électrique comportant un corps (11) en matière magnétoconductrice ayant un ensemble de dents (15) en étoile qui s'étendent axialement, chaque dent ayant un corps (151) et un patin (152). Ces dents réparties de manière équiangulaire forment entre elles des rainures axiales (18). Un enroulement électrique (12) est formé de bobines (17) reliées entre elles et bobinées avec un fil de bobinage (19) isolé électriquement par rapport au corps (11) sur les dents (15) de façon que le côté des bobines s'étendant axialement se place dans les rainures (18).Un masque d'isolation (20) pour isoler les bobines recouvre le corps (11) dans la zone des dents et des rainures et sur au moins une face frontale, ce masque ayant des aides à la pose pour le fil de bobinage (19), pour l'enroulement et le branchement des bobines (17).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention concerne un élément principal d’une machine électrique comportant un corps en matière magnétoconductrice ayant un ensemble de dents en étoile qui s’étendent axialement en ayant un corps et un patin, ces dents étant réparties de manière équiangulaire en formant entre elles des rainures axiales, ainsi qu’un enroulement électrique formé de bobines reliées entre elles et bobinées avec un fil de bobinage isolé électriquement par rapport au corps sur les dents de façon que le côté des bobines s’étendant axialement se place dans les rainures.

Etat de la technique

Dans le cas d’un stator connu constituant l’élément principal d’un moteur à rotor intérieur (DE 299 16 605 Ul) le corps magnéto-conducteur se compose de deux paquets de tôle, l’étoile de dents ou étoile de stator, et la culasse ou anneau de retour de flux ; ces deux éléments sont constitués par un empilage d’éléments de tôle découpée. Un premier élément de tôle découpée ou une lamelle de la culasse de retour de flux comporte un orifice de réception pour le rotor avec un bord d’ouverture dont la périphérie comporte un nombre de rainures d’assemblage équidistantes, en forme de queue d’aronde. Ces éléments de tôle découpée sont appliqués axialement l’un contre l’autre et sont mis en paquet pour former la culasse cylindrique creuse de retour de flux ou anneau de retour de flux. Un second élément de tôle découpée pour une dent comporte un corps de dent avec un pied de dent en forme de queue d’aronde et une tête de dent ou patin de dent dépassant du corps de la dent. Ces éléments en tôle découpée sont mis en paquet pour former des segments de paquets axiaux de dents de stator. Un troisième élément en tôle découpée comporte un nombre de rainures d’assemblage correspondant au nombre de dents identiques avec des corps de dent, destinées à être installées en étoile et ayant un pied de dent en forme de queue d’aronde et une tête de dent, les têtes de dent étant reliées entre elles par de minces entretoises périphériques. Lorsqu’on assemble les éléments de paquets de dents pour former l’étoile de dents, on place les troisièmes éléments de tôle découpée entre les segments de paquets de dents et on les installe sur les deux faces extérieures du paquet de dents. Ce troisième élément de tôle découpée donne une forme stable au paquet de stator de l’étoile de stator ou l’étoile de dents.

Pour réaliser l’enroulement du stator, on bobine le fil sur les dents du stator pour former des bobines allongées dont les côtés des bo bines tiennent dans les rainures axiales entre les dents et on branche les bobines. Au lieu de bobiner le fil directement de manière isolée sur les dents, on bobine également séparément les différentes dents sur des corps de bobine en matière isolante et ensuite on glisse les corps de bobines ainsi munies de leur enroulement sur les dents du stator. Les étoiles de stator ou de dents occupées par l’enroulement de stator reçoivent ensuite l’anneau de retour de flux et on glisse les dents de stator avec les pieds des dents dans les rainures d’assemblage de l’anneau de retour de flux pour réaliser une liaison par la forme.

Pour isoler les bobines dont les fils d’enroulement sont enroulés directement sur les dents du stator, on utilise une opération de revêtement. Selon cette opération on revêt le corps magnétoconducteur au moins au niveau des corps de dent délimitant les rainures, pour revêtir les rainures et au niveau des faces frontales des dents, avec une couche de matière plastique électro isolante, mince.

Exposé et avantages de l’invention

La présente invention concerne un élément principal de machine électrique du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu’un masque d’isolation pour isoler les bobines recouvre le corps dans la zone des dents et des rainures et sur au moins une face frontale, ce masque ayant des aides à la pose pour le fil de bobinage, pour l’enroulement et le branchement des bobines. L’élément principal de machine électrique selon l’invention 1 a ainsi l’avantage que grâce au masque d’isolation muni d’aide à la pose, on peut bobiner pour obtenir un coefficient de remplissage élevé des rainures et permettre un câblage simple des bobines sans nécessiter d’éléments de câblage. Cela se traduit par une réduction du coût de fabrication. Par comparaison à des enroulements réalisés sur des bobines ou corps de bobine, on réduit considérablement le nombre de pièces à préfabriquer et à installer, ce qui se répercute sur le coût de fabrication.

Le masque d’isolation selon l’invention peut s’utiliser à la fois pour les éléments principaux dont le corps magnétoconducteur se compose d’une étoile de dents, intérieure, avec des patins de dent ou des têtes de dent reliés au moins en partie par de minces entretoises et un anneau de retour de flux situé à l’extérieur, tous deux réalisés sous la forme de paquets emboutis d’éléments de tôle découpée ou encore pour des éléments principaux dont le corps magnétoconducteur se compose d’un grand nombre d’éléments de tôles complètement découpées, une mise en paquets et ayant un anneau intérieur de retour de flux et un patin de dent extérieurs.

Selon un développement avantageux de l’invention, les aides à la pose comportent des brides périphériques à l’extrémité radiale libre de la zone du masque d’isolation couvrant les dents, ces brides couvrant les ouvertures des rainures jusqu’à un intervalle central de rainure et laissant dégagées les surfaces frontales libres des corps des dents. Ces brides périphériques laissant dégagées les surfaces frontales libres des corps de dent servent à tenir les bobines enroulées sur le masque d’isolation et à isoler les bobines par rapport à des parties du corps comme, par exemple, l’anneau de retour de flux ou par rapport à des têtes ou patins de dent situés à l’extérieur.

Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les aides à la pose comportent des becs dans les zones du masque d’isolation couvrant la jonction d’une face frontale des dents et le grand côté de la dent, ces becs étant en saillie par rapport au masque d’isolation et étant écartés les uns des autres dans la direction radiale. La distance du bec est inférieure au diamètre du fil de bobinage. Ces becs permettent ainsi un positionnement très précis des différentes spires de la bobine, en particulier au début de l’opération de bobinage, ce qui permet de réaliser un coefficient de remplissage de rainure, élevé.

Suivant une autre caractéristique avantageuse de l’invention, la zone du masque d’isolation couvrant au moins une face frontale du corps a une forme de capuchon et les aides à la pose ont un canal de pose, périphérique, concentrique, prévu dans la zone du capuchon, et par des languettes de guidage venant axialement en saillie dans la zone du capuchon, alternativement vers une dent et un fond de rainure. Les languettes de guidage et le canal de pose servent à guider le fil de bobinage d’une bobine à la suivante, ce qui élimine tout élément de branchement ou câblage spécial.

Si les languettes de guidage forment la paroi extérieure du canal de pose, avantageusement les languettes de guidage sont situées sur un cercle concentrique entourant le canal de pose et passant au milieu des dents et des rainures, le rayon du cercle étant fixé de façon que la surface dirigée vers l’extérieur des languettes de guidage soit à niveau avec la surface de la zone du masque d’isolation couvrant le fond de rainure.

De préférence, les aides à la pose comportent dans la zone de capuchon du masque d’isolation des puits axiaux dans lesquels se logent des broches de contact pour le branchement d’enroulements électriques.

Selon d’autres caractéristiques avantageuses : - le masque d’isolation est injecté sur le corps, - le masque d’isolation est un corps en matière plastique injectée composé de parties de masque engagées sur le corps en partant de ses faces frontales, - le corps est formé de l’assemblage d’une étoile de dents et d’un anneau de retour de flux, ces deux éléments étant laminés l’un et l’autre, et l’étoile de dents comporte des dents en étoile ayant chacune un corps de dent et un patin de dent situés à l’intérieur, l’anneau de retour de flux étant appliqué sur la surface frontale libre des corps de dents, et la surface périphérique couvre la surface annulaire intérieure de l’anneau de retour de flux, - le corps est formé d’un paquet de lamelles de tôle avec un anneau de retour de flux intérieur et ayant chaque fois un corps de dent et un patin de dent, l’anneau de retour de flux faisant corps avec les dents, les corps des dents sont radialement en saillie de l’anneau de retour de flux, les patins de dent étant formés à l’extrémité des corps de dent du côté éloigné de celui de l’anneau de retour de flux, et la surface enveloppe couvre la surface intérieure des patins de dent tournée vers l’anneau de retour de flux.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d’un stator de machine à rotor intérieur, - la figure 2 est une vue de face du stator dans la direction de la flèche II de la figure 1, la figure 3 est une vue de face du stator dans la direction de la flèche III de la figure 1, - la figure 4 est une vue éclatée du stator de la figure 1 sans enroulement de stator, - la figure 5 est une vue de face de la partie supérieure d’un masque d’isolation représenté à la figure 4, - la figure 6 est un élément de tôle découpée pour un anneau de retour de flux du corps de stator selon la figure 4, - la figure 7 montre un élément de tôle découpée pour une étoile de dent du corps de stator de la figure 4, - la figure 8 est un élément de tôle découpée, complet, pour un corps de rotor d’une machine à rotor intérieur ou d’un corps de stator d’une machine à rotor extérieur.

Description d’un mode de réalisation L’élément principal d’une machine électrique sera un stator de machine à rotor intérieur, par exemple d’un moteur à courant continu, pris à titre d’exemple. L’élément principal peut également s’appliquer dans la même réalisation à un rotor de moteur à rotor extérieur, si bien que les expressions de corps de stator utilisées ci-après pour le corps à conductivité magnétique et « enroulement de stator » pour l’enroulement électrique sont également synonymes de « corps de rotor » et « enroulement de rotor » dans le cas d’une machine à rotor extérieur.

Le stator comporte un corps de stator 11 appelé corps en matière magnétoconductrice qui se compose de façon connue d’un ensemble de lamelles de tôle regroupées en un paquet ainsi que d’un enroulement de stator 12. Pour faciliter l’installation de l’enroulement de stator 12 sur le corps de stator 11, on a divisé le corps de stator 11 en un noyau de stator ou de dent 13 et un étrier de retour de flux ou bague de retour de flux 14 entourant le noyau de dent 13 extérieurement ; à la fois l’étoile de dents 13 et l’anneau de retour de flux 14 sont constitués par des paquets de tôle juxtaposés pour former un paquet de lamelles. Une lamelle de tôle ou une pièce de tôle découpée de l’anneau de retour de flux 14 est représentée à la figure 6 et une lamelle de tôle ou partie de tôle découpée pour l’étoile de dents 13 est représentée à la figure 7. Comme le montre notamment la découpe de tôle de la figure 7 et la vue en perspective de la figure 4, l’étoile de dents 13 comprend plusieurs (par exemple neuf) dents en étoile, alignées radialement, et s’étendant dans la direction axiale ; ces dents 15 forment entre elles des rainures 18 alignées dans la direction axiale. Chaque dent 15 se compose d’un corps de dent 151 et d’une tête de dent ou patin de dent 152 formés en une seule pièce avec l’extrémité intérieure du corps de dent 151, en débordant du corps de dent 151 dans la direction périphérique. Les patins de dent 152 sont reliés les uns aux autres par d’étroites entretoises radiales 16 de sorte qu’un élément de tôle découpée de l’étoile de dents 13 comporte, selon cet exemple, neuf dents 15 avec des corps de dent 151 et des patins de dent 152 ainsi que neuf entretoises 16 reliées en une seule pièces avec les patins de dent 152. Suivant la longueur axiale souhaitée ou la hauteur du paquet formant l’étoile de dents 13, on assemble en un paquet un nombre correspondant de pièces de tôle découpée pour former l’étoile de dents 13 et on sépare, le cas échéant, les entretoises 16 par des segments axiaux écartés. L’anneau de retour de flux 14 est composé d’un nombre identique d’éléments de tôles découpées, de forme annulaire, comme celles représentées à la figure 6, pour être assemblés et former un anneau de retour de flux 14 également installé sous la forme d’un paquet. L’anneau de retour de flux 14 est pressé axialement de force sur l’étoile de dents 13 à la fin de l’opération de montage comme cela apparaît aux figures 1 à 3 ; entre les extrémités frontales libres des corps de dents 151 et la surface intérieure de l’anneau de retour de flux 14, on aura une liaison de surface, pratiquement sans intervalle. Les paquets de tôle formés de lamelles de tôle sur les figures 6 et 7 et constituant l’anneau de retour de flux 14 et l’étoile de dents 13 sont représentés en perspective ou vue éclatée à la figure 4. L’enroulement de stator 12 se compose de bobines annulaires 17, allongées, reliées les unes aux autres. Ces bobines se composent d’un fil de bobinage 18 réalisé sur les différentes dents 15 de l’étoile de stator 13 pour que les côtés des bobines annulaires 17 qui s’étendent dans la direction axiale, s’appliquent dans les rainures 18 entre les dents 15. Pour isoler l’enroulement de stator 12 par rapport au corps de stator 11, on utilise un masque d’isolation 20 comme celui représenté en perspective à la figure 4 et en vue de face à la figure 5. Cet enroulement est glissé sur le corps de stator 11 et les bobines annulaires 17 sont enroulées directement sur le masque d’isolation 20. Pour simplifier sur le plan de la fabrication, d’une part, l’enroulement des différentes bobines annulaires 17 et le branchement de ces bobines annulaires 17 et pour, d’autre part, avoir un coefficient de remplissage élevé des rainures, le masque d’isolation 20 comporte des aides à la pose pour le fil de bobinage 19.

Comme le montre la figure 4, le masque d’isolation 20 est une pièce injectée en matière plastique composée de deux parties de masque 201, 202. Ces deux parties de masque 201, 202 sont emmanchées chacune sur l’étoile de dents 13 en partant d’une face frontale. Le masque d’isolation 20 est réalisé pour couvrir la zone de dents et de rainures du corps de stator 11 et au moins une face frontale. La zone du masque isolant 20 qui couvre la face frontale du corps de stator 11 est réalisée sur la partie supérieure 201 du masque selon la figure 4 et cela comme un capuchon 201a en une seule pièce. Ce capuchon comporte un orifice traversant central 21 pour l’arbre d’un rotor logé dans le corps 11 du stator (figure 5).

Les moyens de pose équipant le masque d’isolation 20 comportent, d’une part, à l’extrémité radiale libre de la zone du masque d’isolation 20 qui couvre les corps de dents 151, une surface périphérique 23 couvrant les ouvertures des rainures jusqu’à un intervalle central de rainure 24 et laissant dégagées les surfaces frontales libres des corps de dents 151 pour réaliser la liaison de surface entre les dents 15 et l’anneau de retour de flux 14 (figure 5). Les surfaces périphériques 23 servent à retenir les bobines annulaires 17, réalisées, dans la direction radiale, et aussi à l’isolation vis-à-vis de la surface intérieure de l’anneau de retour de flux 14. Les aides à la pose comportent, d’autre part, dans les zones couvertes par le masque d’isolation 20 du passage entre une face frontale de dents 15 et le grand côté de cette dent 15, des becs 25 en saillie du masque d’isolation 20 (figure 5) qui sont écartés dans la direction radiale. La distance des becs 25 est inférieure au diamètre du fil de bobinage 19 de sorte que les premières spires de la bobine 17 enroulée sur le masque d’isolation 20 sont tenues dans une position précise par les becs 25 et permettent ainsi d’effectuer l’enroulement des bobines 17 dans une position très précise des enroulements, ce qui permet d’obtenir un fort coefficient de remplissage des rainures.

Les aides à la pose comportent en outre un canal de pose 26 et des languettes de guidage 27, 28 prévues sur le capuchon 201a du masque d’isolation 20. Le canal de pose 26 qui tourne de manière concentrique est formé dans le capuchon 201a et les languettes de guidage 27 sont axialement en saillie par rapport au capuchon 201a dans une disposition alternée, chaque fois par rapport à une dent et un fond de rainure. Les languettes de guidage 27 qui sont plus larges dans la direction périphérique que les languettes de guidage 28 sont installées au milieu des zones du masque d’isolation 20 couvrant les corps de dents 151 alors que les languettes de guidage 28 sont situées au milieu des rainures 18. Les languettes de guidage 27, 28 sont réparties sur un cercle concentrique au canal de pose 26 et définissent la paroi extérieure du canal de pose 26. Les languettes de guidage 28 sont réalisées pour que leur surface tournée vers l’extérieur soit à niveau avec la surface de la zone du masque d’isolation 20 couvrant le fond de la rainure. Les languettes de guidage 27, 28 et du canal de pose 26 servent à guider le fil de bobinage 19 d’une bobine annulaire 17 à l’autre.

Les aides à la pose comportent également des puits 29 réalisés dans le capuchon 201a (figures 4 et 5) recevant chacun une broche de contact 30 (figures 2 et 4) pour le branchement de l’enroulement de stator 12. Les broches de contact 30 sont logées dans les puits 29 en nombre correspondant à celui des enroulements et ces pattes sont fixées dans les puits. La fixation des broches de contact 30 dans les puits 29 se fait soit en les enfonçant de force, soit en les enrobant lorsqu’on injecte la masse d’isolation 20. Les broches de contact 30 ont des crochets 301 dans lesquels on accroche les boucles formées au fur et à mesure de la pose du fil de bobinage 19 (figures 1, 2 et 4).

Le masque d’isolation 20 décrit ci-dessus peut s’utiliser avec les mêmes aides de pose pour un corps de rotor destiné à une machine à rotor intérieur ou un corps de stator d’une machine à rotor extérieur et qui ne se compose alors pas de deux paquets de tôle distincts formés d’éléments de lamelles de tôles découpées pour constituer l’étoile de dents 13 et l’anneau de retour de flux 14 comme pour le corps de stator 11 décrit ci-dessus. En revanche, le corps ne se compose que d’un unique paquet de tôles formées de lamelles constituées par des éléments en tôle découpée, complets, comme cela est présenté à la figure 8. L’anneau de retour de flux 14’ situé à l’intérieur, s’appuie sur l’arbre du rotor. Des dents 15’ sont radialement en saillie de l’anneau de retour de flux 14’ ; ces dents ont une répartition équiangulaire. Chaque dent 15 se compose là encore d’un corps de dent 151 et d’une tête ou d’un patin 152 à l’extrémité libre à l’opposé de celle de l’anneau de retour de flux 14, à l’extrémité extérieure du corps 151 de la dent en étant réalisée en une seule pièce avec ce corps. Dans ce cas, la surface de circulation 23 prévue sur le masque d’isolation 20 couvre la surface intérieure des patins de dent 152’ tournés vers l’anneau de retour de flux 14’.

Le masque d’isolation 20 tel que décrit ne se réalise pas nécessairement comme pièce en matière plastique injectée séparément. En revanche, on peut également injecter directement sur le stator ou sur le rotor par application d’un procédé d’injection.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS 1°) Elément principal d’une machine électrique comportant un corps (11) en matière magnétoconductrice ayant un ensemble de dents (15) en étoile qui s’étendent axialement en ayant un corps (151) et un patin (152), ces dents étant réparties de manière équiangulaire en formant entre elles des rainures axiales (18), ainsi qu’un enroulement électrique (12) formé de bobines (17) reliées entre elles et bobinées avec un fil de bobinage (19) isolé électriquement par rapport au corps (11) sur les dents (15) de façon que le côté des bobines s’étendant axialement se place dans les rainures (18), caractérisé en ce qu’ un masque d’isolation (20) pour isoler les bobines recouvre le corps (11) dans la zone des dents et des rainures et sur au moins une face frontale, la zone du masque d’isolation (20) qui recouvre au moins une face frontale du corps (10) ayant une forme de capuchon avec un orifice de passage central (21), ce masque ayant des aides à la pose pour le fil de bobinage (19), pour l’enroulement et le branchement des bobines (17), et ces aides à la pose ayant un canal de pose (26) périphérique, concentrique, dans la zone en forme de capuchon (201a) du masque d’isolation (20).
2. 2°) Elément principal selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aides à la pose comportent des brides périphériques (23) à l’extrémité radiale libre de la zone du masque d’isolation (20) couvrant les dents (15), ces brides couvrant les ouvertures des rainures jusqu’à un intervalle central de rainure (24) et laissant dégagées les surfaces frontales libres des corps (151) des dents (15).
3. 3°) Elément principal selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aides à la pose comportent des becs (25) dans les zones du masque d’isolation (20) couvrant la jonction d’une face frontale des dents (15) et le grand côté de la dent (15), ces becs étant en saillie par rapport au masque d’isolation (20) et étant écartés les uns des autres dans la direction radiale.
4. 4°) Elément principal selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les aides à la pose comportent des languettes de guidage (27, 28) en saillie axiale dans la zone de capuchon (201a) du masque d’isolation (20), suivant une disposition respectivement alternée vers une dent (15) et un fond de rainure.
5. 5°) Elément principal selon la revendication 4, caractérisé en ce que les languettes de guidage (27, 28) forment la paroi extérieure du canal de pose (26).
6. 6°) Elément principal selon la revendication 5, caractérisé en ce que les languettes de guidage (27, 28) sont situées sur un cercle concentrique entourant le canal de pose (26) et passant au milieu des dents (15) et des rainures (18), le rayon du cercle étant fixé de façon que la surface dirigée vers l’extérieur des languettes de guidage (28) soit à niveau avec la surface de la zone du masque d’isolation (20) couvrant le fond de rainure.
7. 7°) Elément principal selon l’une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les aides à la pose comportent dans la zone de capuchon (201a) du masque d’isolation (20) des puits axiaux (29) dans lesquels se logent des broches de contact (30) pour le branchement d’enroulements électriques (12).
8. 8°) Elément principal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le masque d’isolation (20) est injecté sur le corps (11).
9. 9°) Elément principal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le masque d’isolation (20) est un corps en matière plastique injectée composé de parties de masque (201, 202) engagées sur le corps (11) en partant de ses faces frontales.
10. 10°) Elément principal selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps (11) est formé de l’assemblage d’une étoile de dents (13) et d’un anneau de retour de flux (14), ces deux éléments étant laminés l’un et l’autre, et l’étoile de dents (13) comporte des dents (15) en étoile ayant chacune un corps de dent (151) et un patin de dent (152) situés à l’intérieur, l’anneau de retour de flux (14) étant appliqué sur la surface frontale libre des corps de dents (151), et la surface périphérique (23) couvre la surface annulaire intérieure de l’anneau de retour de flux (14).
11. 11°) Elément principal selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps (11) est formé d’un paquet de lamelles de tôle avec un anneau de retour de flux (14’) intérieur et ayant chaque fois un corps de dent (151’) et un patin de dent (152’), l’anneau de retour de flux (14) faisant corps avec les dents (15), les corps ( 15 Γ) des dents sont radialement en saillie de l’anneau de retour de flux (143, les patins de dent (152’) étant formés à l’extrémité des corps de dent (1513 du côté éloigné de celui de l’anneau de retour de flux, et la surface enveloppe (23) couvre la surface intérieure des patins de dent (15Γ) tournée vers l’anneau de retour de flux (14’).