FR2887086A1 - Machine electrique rotative equipee d'un noyau de stator concu pour assurer des performances de la machine - Google Patents

Abstract

Une machine électrique rotative, telle qu'un alternateur (1) d'automobile ou un moteur électrique de démarreur de moteur d'automobile, est réalisée, laquelle comprend un rotor (2) et un stator (3). Le stator (3) est équipé d'un noyau de stator (32) annulaire qui comporte une pluralité de dents de pôles magnétiques (322) dirigées vers l'intérieur et un enroulement de stator (31). L'enroulement de stator (31) comprend des parties conductrices disposées à l'intérieur des fentes (321), chacune étant formée entre deux dents adjacentes parmi les dents de pôles magnétiques (322) et des parties de connexion qui connectent les parties conductrices et s'étendent à partir des fentes (321) pour définir les extrémités de bobinage (31a, 31b). Le noyau de stator (32) est formé en pliant un stratifié de bandes qui s'étend de façon globalement droite en une forme annulaire et en usinant une surface circonférentielle intérieure du stratifié pour avoir une circularité élevée, en permettant ainsi qu'un entrefer entre le rotor (2) et le stator (3) soit minimisé afin d'améliorer les performances de la machine électrique rotative.

Description

MACHINE ELECTRIQUE ROTATIVE EQUIPEE D'UN NOYAU DE STATOR CONCU

POUR ASSURER DES PERFORMANCES DE LA MACHINE

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte d'une façon générale à une machine électrique rotative, telle qu'un alternateur d'automobile ou un moteur électrique de démarreur de moteur d'automobile, équipée d'un stator conçu pour assurer les performances désirées de la machine.

2. Technique d'arrière-plan Ces dernières années, il a été requis que des machines électriques rotatives, telles que des alternateurs pour des véhicules automobiles, entraînées par la puissance du moteur soient de taille réduite et de puissance et d'efficacité accrues de manière à satisfaire les exigences pour diminuer les vitesses de ralenti du moteur, diminuer le poids du véhicule ou diminuer le volume d'un compartiment moteur en faveur de l'augmentation de l'espace intérieur du véhicule. En tant que l'une des approches pour satisfaire de telles exigences, les fils d'enroulement de stator peuvent être disposés dans chaque fente d'un noyau de stator à des densités élevées, c'est-à-dire que le coefficient de remplissage peut être augmenté. L'augmentation du coefficient de remplissage peut être obtenu en conduisant le fil au travers d'une pluralité de fentes formées dans un noyau stratifié en parallélépipède rectangle pour réaliser un enroulement de stator et plier le noyau en une forme annulaire. Par exemple, la première publication de brevet japonais N 9-103 052 décrit une telle technique.

Habituellement, un entrefer entre le rotor et le stator de la machine électrique rotative qui est de résistance magnétique la plus grande dans un circuit magnétique est un facteur plus important affectant les performances de puissance de la machine électrique rotative. Il est ainsi recommandable qu'un tel entrefer soit conçu pour être aussi petit que possible. Dans le cas d'alternateurs d'automobile, l'entrefer est habituellement conçu pour être de 0,15 mm à 0,3 mm.

Les machines électriques rotatives montées dans le compartiment moteur du véhicule peuvent habituellement supporter une exposition à une solution aqueuse telle qu'un shampoing pour automobile, de l'eau salée ou d'autres objets étrangers de manière à maintenir les performances de celles-ci. En particulier, l'entrefer entre la périphérie extérieure du rotor et la périphérie intérieure du stator est habituellement très étroit, amenant ainsi la solution aqueuse à rester dans celui-ci, ce qui conduit à la formation de rouille. Ceci résulte en un blocage du rotor et un dysfonctionnement lors de toute la mise en oeuvre de la machine électrique rotative. La résistance à la rouille est habituellement obtenue en revêtant la périphérie intérieure du stator d'une peinture anticorrosive.

Le noyau de stator dans la structure, comme enseigné dans la publication ci-dessus, est formé en enroulant un fil au travers d'un stratifié de plaques d'acier en parallélépipède rectangle afin de réaliser un enroulement de stator et en pliant le stratifié en une forme annulaire, en étant ainsi sensible à un décalage ou défaut d'alignement radial entre deux plaques adjacentes des plaques d'acier, ce qui conduit à des irrégularités sur une surface périphérique intérieure du noyau de stator. L'élimination d'interférence physique entre le stator et le rotor tournant à l'intérieur du stator nécessite la sélection du diamètre extérieur du rotor afin de former une taille désirée de l'entrefer entre la périphérie extérieure du rotor et une partie de la périphérie intérieure du stator ayant un diamètre intérieur maximum. Une taille moyenne de l'entrefer est de ce fait importante de façon indésirable, ce qui résulte ainsi en une augmentation de la résistance magnétique de l'entrefer et en une diminution de la sortie en dessous d'un niveau attendu.

Le défaut d'alignement radial entre les plaques d'acier amènera certains des bords intérieurs des plaques d'acier à dépasser vers l'intérieur, ce qui résulte en une adhérence médiocre de la peinture anticorrosive sur les bords et en une épaisseur non uniforme de la couche de peinture anticorrosive lorsque la peinture anticorrosive est appliquée sur la surface périphérique intérieure du noyau de stator. Ceci résultera en une augmentation de la quantité requise de peinture anticorrosive.

RESUME DE L'INVENTION C'est de ce fait un but principal de l'invention d'éviter les inconvénients de la technique antérieure.

C'est un autre but de l'invention de fournir une structure améliorée d'une machine électrique rotative qui permet qu'un entrefer entre un rotor et un stator soit minimisé pour améliorer les performances de celle- ci.

C'est un autre but de l'invention de fournir une structure améliorée d'une machine électrique rotative qui est conçue pour minimiser la rouille entre un rotor et un stator pour éviter le blocage du rotor.

Conformément à un aspect de l'invention, il est fourni une machine électrique rotative qui peut être employée dans des véhicules automobiles. La machine électrique rotative comprend: (a) une structure, (b) un rotor retenu par la structure, et (c) un stator retenu par la structure. Le stator est équipé d'un noyau de stator annulaire faisant face au rotor et un enroulement de stator disposé dans le noyau de stator. Le noyau de stator comporte une pluralité de dents de pôles magnétiques dirigées vers l'intérieur et une section de connexion connectant les dents de pôles magnétiques. L'enroulement de stator comprend des parties conductrices disposées à l'intérieur des fentes, chacune étant formée entre deux dents adjacentes parmi les dents de pôles magnétiques et les parties de connexion qui connectent les parties conductrices et s'étendent à partir des fentes pour définir des extrémités de bobinage. Le noyau de stator est formé en pliant un stratifié de bandes qui s'étend de façon pratiquement droite en une forme annulaire et en usinant une surface circonférentielle intérieure du stratifié de bandes pour présenter une circularité élevée. Ceci permet qu'un entrefer entre le rotor et le stator soit minimisé afin d'améliorer les performances de la machine électrique rotative et ceci minimise également la rouille entre le rotor et le stator pour éviter le blocage du rotor.

Dans le mode préféré de l'invention, la surface circonférentielle intérieure du stratifié de bandes est revêtue d'un matériau présélectionné, ce qui résulte en la formation d'une surface plane de la périphérie intérieure du noyau de stator. Ceci évite la protubérance vers l'intérieur des bords des bandes et minimise la quantité de matériau utilisé.

Les extrémités de bobinage sont formées de façon étanche par de la résine pour éviter l'endommagement des films isolants sur les extrémités de bobinage qui résulte des copeaux de coupe lors de l'usinage du noyau de stator.

Une circonférence intérieure de chacune des extrémités de bobinage est située de façon coaxiale avec une circonférence intérieure du noyau de stator. Ceci minimise la quantité d'électrolyte de batterie, etc., qui pénètre depuis l'extérieur dans la structure et reste dans l'entrefer entre le rotor et le stator, en évitant ainsi la formation de rouille entre le rotor et le noyau de stator.

Le rotor peut comprendre un noyau de pôle ayant des pôles magnétiques à griffes et un ventilateur installé sur une extrémité orientée axialement du noyau de pôle. Ceci minimise davantage la quantité d'électrolyte de batterie, etc. Une ouverture orientée vers l'intérieur de chacune des fentes est remplie de résine. Ceci évite l'intrusion de copeaux de coupe dans les fentes lors de l'usinage du noyau de stator.

Conformément à un autre aspect de l'invention, il est fourni un procédé de fabrication d'un noyau de stator d'une machine électrique rotative équipée d'un rotor faisant face à une périphérie intérieure du noyau de stator, d'une pluralité de dents de pôles magnétiques qui sont formées dans le noyau de stator et sont dirigées vers l'intérieur, d'une section de connexion connectant les dents de pôles magnétiques et un enroulement de stator comprenant des parties conductrices disposées à l'intérieur des fentes chacune étant formée entre deux dents adjacentes parmi les dents de pôles magnétiques et les parties de connexion qui connectent les parties conductrices et s'étendent à partir des fentes pour définir des extrémités de bobinage. Le procédé comprend: (a) la préparation d'un stratifié de bandes qui s'étend de façon globalement droite, (b) le pliage du stratifié en une forme annulaire, et (c) l'usinage de surface circonférentielle intérieure du stratifié de bandes Dans le mode préféré de l'invention, le procédé comprend en outre le revêtement de la surface circonférentielle intérieure du stratifié avec le matériau présélectionné.

Le procédé peut également comprendre la fermeture de façon 40 étanche des extrémités de bobinage avec de la résine.

Le procédé peut également comprendre le remplissage d'une ouverture orientée vers l'intérieur de chacune des fentes avec de la résine.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera comprise plus complètement à partir de la description détaillée donnée ci-dessous et d'après les dessins annexés des modes de réalisation préférés de l'invention, lesquels cependant ne devront pas être considérés comme limitant l'invention aux modes de réalisation spécifiques mais sont destinés à un but d'explication et de compréhension uniquement.

Dans les dessins.

La figure 1 est une vue en coupe partiellement longitudinale 15 qui représente la structure d'un alternateur conformément à l'invention, La figure 2 est une vue en perspective qui représente un noyau de stator utilisé dans l'alternateur de la figure 1, La figure 3 est une vue partiellement en perspective qui représente une partie d'une forme d'origine d'un noyau de stator, La figure 4 est une vue partiellement en coupe qui représente un noyau de stator et une extrémité de bobinage, et La figure 5 est une vue partiellement en coupe qui représente un exemple d'un noyau de stator de la technique antérieure et d'une extrémité de bobinage.

DESCRIPTION DU MODE DE REALISATION PREFERE

En faisant référence aux dessins, dans lesquels des numéros de référence identiques se rapportent à des parties identiques dans plusieurs vues, en particulier en se référant à la figure 1, il est représenté un générateur de courant alternatif (AC) ou un alternateur 1 pour des véhicules automobiles conformément à l'invention.

L'alternateur 1 est constitué essentiellement d'un stator 3, d'un rotor 2, d'une structure 4, d'un dispositif redresseur 5 et d'un régulateur 7.

Le rotor 2 est équipé d'un ensemble de noyau constitué d'une paire de noyaux de pôles de type Randel 71 et 72 et d'un enroulement du champ 8. Les ventilateurs de refroidissement 11 et 12 sont fixés sur les extrémités avant et arrière du rotor 2 respectivement, pouvant être entraînées en rotation après la rotation du rotor 2 pour créer des flux d'air de refroidissement. La structure 4 comporte des entrées d'air 41 formées dans les parois d'extrémité avant et arrière et des sorties d'air 42 formées dans une paroi d'extrémité périphérique de celle-ci. Les ventilateurs de refroidissement 11 et 12 fonctionnent pour aspirer l'air dans la structure 4 par l'intermédiaire des entrées d'air 41 et pour le souffler vers les sorties d'air 42, en refroidissant ainsi un enroulement de stator 31, le dispositif redresseur 5, le régulateur 7, etc. installés dans la structure 4.

L'alternateur 1 comprend également un arbre 6 auquel le rotor 2 est fixé. Des bagues collectrices 9 et 10 sont adaptées sur l'arbre 6. L'arbre 6 est maintenu par la structure pour pouvoir être entraîné en rotation. Le stator 3 est fixé à la structure 4 et fait face à une périphérie extérieure du rotor 2.

L'arbre 6 est couplé à une poulie 20 entraînée par un couple de sortie d'un moteur (non représenté) monté dans un véhicule automobile. La poulie 20 est reliée à l'arbre 6 ainsi qu'au rotor 2. Lorsqu'un courant existant est appliqué à l'enroulement du champ 8 du rotor 2 par l'intermédiaire des bagues collectrices 9 et 10 et que la poulie 20 est entraînée par le moteur, cela amènera les noyaux de pôles 71 et 72 à créer les pôles N et S pour développer un champ magnétique tournant. Ceci induit une tension alternative dans l'enroulement de stator 31 qui est à son tour redressée par le dispositif redresseur 5 pour fournir en sortie un courant continu à partir des bornes de sortie.

Le stator 3 comprend le noyau de stator 32 et l'enroulement de stator 31. Le noyau de stator 32 fait face au rotor 2. L'enroulement de stator 31 est enroulé dans le noyau de stator 32. La figure 2 est une vue en perspective qui représente le noyau de stator 32. Le noyau de stator 32 est constitué d'un stratifié de bandes annulaires (par exemple des plaques d'acier) et est constitué d'une pluralité de dents de pôles 322 et d'une bague de connexion 323 connectant les dents de pôles 322 ensemble. Deux dents adjacentes parmi les dents de pôles 322 définissent chaque fente 321. L'enroulement de stator 31 est constitué de parties conductrices dans les fentes disposées à l'intérieur des fentes 321 et des extrémités de bobinage 31a et 31b qui servent de fils de connexion et comme illustré sur la figure 1, dépassent des fentes 321 à l'extérieur des extrémités du noyau de stator 32 dans une direction axiale du noyau de stator 32.

Le noyau de stator 32 n'est pas formé à l'origine pour être annulaire, comme illustré sur la figure 2, mais pour être en forme de parallélépipède rectangle. La figure 3 est une vue en perspective qui représente une partie d'une forme d'origine du noyau de stator 32. En particulier, le noyau de stator 32 est constitué à l'origine d'un élément en parallélépipède rectangle 320 formé par un stratifié de plaques comportant chacun des dents de pôles magnétiques 322 et une section droite de connexion 323. Les dents de pôles magnétiques 322 sont disposées en ligne. Les fentes 321 sont chacune définies par deux dents adjacentes des dents de pôles magnétiques 322. Le produit final du noyau de stator 32 est formé en faisant passer l'enroulement de stator 31 au travers des fentes 321 de l'élément en parallélépipède 320, respectivement, en pliant l'élément en parallélépipède 320 en une forme annulaire, les parties supérieures des dents de pôles magnétiques 320 étant orientées vers l'intérieur, et en reliant les extrémités opposées de l'élément en parallélépipède 320 en une forme de bague continue. Ceci termine le stator 3. La jonction peut être obtenue par soudage ou raccordement. Enfin, la périphérie intérieure (c'est-à-dire, les parties supérieures des dents de pôles magnétiques 322) du noyau de stator 32 est usinée ou façonnée autour de façon à satisfaire une circularité requise. Ceci élimine les irrégularités sur la surface périphérique intérieure du noyau de stator 32, en permettant ainsi la rotation relative du stator 3 par rapport au rotor 2 sans aucune interférence physique entre ceux-ci. Il devient également possible de minimiser l'entrefer entre le rotor 2 et le stator 3, en diminuant ainsi la résistance magnétique dans l'entrefer pour améliorer la sortie de l'alternateur 1.

Les ventilateurs de refroidissement 11 et 12 sont comme décrit ci-dessus, fixés sur les parois d'extrémité axialement opposées des noyaux de pôles 71 et 72 et fonctionnent pour aspirer l'air depuis l'extérieur de la structure 4 et pour l'évacuer à l'extérieur de la structure 4. Ceci minimise la quantité d'électrolyte de batterie etc. qui entre depuis l'extérieur de la structure 4 et reste dans l'entrefer entre le rotor 2 et le stator 3, en évitant ainsi la formation de rouille entre le rotor 2 et le noyau de stator 32.

Tandis que la présente invention a été décrite en termes du mode de réalisation préféré de manière à faciliter une meilleure compréhension de celle-ci, on se rendra compte que l'invention peut être mise en oeuvre de diverses façons sans s'écarter du principe de l'invention.

Par exemple, après usinage, la paroi périphérique intérieure du noyau de stator 32 peut être préservée ou traitée au moyen de protection avec un antirouille. La figure 4 représente une modification du noyau de stator 32 qui comporte la paroi périphérique intérieure revêtue d'une peinture anticorrosive 314. La figure 5 illustre la paroi périphérique intérieure du noyau de stator 32 lorsqu'elle est revêtue de la peinture anticorrosive 314 sans être usinée. Dans ce cas, les bords des bandes annulaires du noyau de stator 32 peuvent dépasser vers l'intérieur, ce qui résulte ainsi en un manque d'adhérence de la peinture anticorrosive 314 sur les bords et en une réduction de l'effet de la protection contre la rouille. L'application de la peinture anticorrosive 314 sur la paroi périphérique intérieure usinée du noyau de stator 32, comme illustré sur la figure 4, évitera la formation de rouille entre le rotor 2 et le noyau de stator 32 contribuant au blocage du stator 2. Les bords des bandes annulaires du noyau de stator 32 sont à fleur l'une de l'autre, ce qui résulte ainsi en une épaisseur uniforme de la peinture anticorrosive 314, ce qui minimise la quantité requise de la peinture anticorrosive 314.

Les extrémités de bobinage 31a et 31b des enroulements de stator 31 peuvent être, comme illustré sur les figures 1 et 4, recouvertes ou fermées de façon étanche avec des couches de résine 312 pour éviter un endommagement mécanique d'un film isolant sur l'enroulement de stator 31 qui résulte des copeaux de coupe métalliques lors de l'usinage de la paroi périphérique intérieure du noyau de stator 32. Ceci assure la précision du diamètre intérieur du noyau de stator 32 sans sacrifier la résistance à l'environnement des enroulements de stator 31.

Les circonférences intérieures des extrémités de bobinage 31a et 31b (c'est-à-dire, les groupements annulaires des couches de résine 312 ou les groupements annulaires des spires d'extrémités de bobinage) peuvent être coaxiales avec la circonférence intérieure du noyau de stator 32, en diminuant ainsi davantage la quantité d'électrolyte de batterie, etc., qui entre depuis l'extérieur de la structure 4 et reste dans l'entrefer entre le rotor 2 et le stator 3, en améliorant ainsi l'effet consistant à éviter la formation de rouille entre le rotor 2 et le noyau de stator 32. La circonférence intérieure des groupements de couches de résine 312 peut être lissée pour minimiser la turbulence de l'air de refroidissement, comme produit par les ventilateurs de refroidissement 11 et 12 installés sur les extrémités du stator 2, ce qui résultera en une diminution du bruit de l'air de refroidissement.

Un entrefer entre deux dents adjacentes parmi les dents de pôles magnétiques 322 le long de la circonférence intérieure du noyau de stator 32, c'est-à-dire à l'intérieur des ouvertures des fentes 321, peut être rempli de couches de résine 312 ou d'un autre matériau de résine de liaison de bobinage. Ceci évite l'intrusion de copeaux de coupe métalliques dans les fentes 321 lors de l'usinage de la paroi périphérique intérieure du noyau de stator 32, en évitant ainsi un endommagement mécanique des films isolants de l'enroulement de stator 31 et en facilitant le revêtement de la paroi périphérique intérieure du noyau de stator 32 sans sacrifier la résistance à l'environnement des enroulements de stator 31.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Machine électrique rotative destinée à un véhicule comprenant.

une structure (4), un rotor (2) retenu par ladite structure (4), et un stator (3) retenu par (3) étant équipé d'un noyau face audit rotor (2) et d'un dans le noyau de stator (32),ladite structure (4), ledit stator de stator (32) annulaire faisant enroulement de stator (31) disposé le noyau de stator (32) ayant une pluralité de dents l'intérieur et une de pôles magnétiques (322) dirigées vers section de connexion (323) connectant les dents de pôles magnétiques (322), l'enroulement de stator (31) comprenant des parties conductrices disposées à l'intérieur des fentes (321), chacune étant formée entre deux dents adjacentes parmi les dents de pôles magnétiques (322) et les parties de connexion qui connectent les parties conductrices et s'étendent à partir des fentes (321) pour définir les extrémités de bobinage (3la, 31b), le noyau de stator (32) étant formé en pliant un stratifié de bandes qui s'étend globalement de façon droite en une forme annulaire et en usinant une surface circonférentielle intérieure du stratifié de bandes

2. Machine électrique rotative selon la revendication 1, 25 dans laquelle la surface circonférentielle intérieure du stratifié de bandes est revêtue d'un matériau présélectionné.

3. Machine électrique rotative selon la revendication 1, dans laquelle les extrémités de bobinage (31a, 31b) sont fermées 30 de façon étanche par de la résine (312).

4. Machine électrique rotative selon la revendication 3, dans laquelle une circonférence intérieure de chacune des extrémités de bobinage (31a, 31b) est située de façon coaxiale avec une circonférence à l'intérieur dudit noyau de stator (32).

5. Machine électrique rotative selon la revendication 2, dans laquelle ledit rotor (2) comprend un noyau de pôle (32) comportant des pôles magnétiques à griffes et un ventilateur (11, 12) installé sur une extrémité orientée axialement du noyau de pôle (32).

6. Machine électrique rotative selon la revendication 1, 5 dans laquelle une ouverture orientée vers l'intérieur de chacune des fentes (321) est remplie de résine (312).

7. Procédé de fabrication d'un noyau de stator (32) d'une machine électrique rotative équipée d'un rotor (2) faisant face à une périphérie intérieure du noyau de stator (32), d'une pluralité de dents de pôles magnétiques (322) qui sont formées dans le noyau de stator (32) et dirigées vers l'intérieur, d'une section de connexion (323) connectant les dents de pôles magnétiques (322) et d'un enroulement de stator (31) comprenant des parties conductrices disposées à l'intérieur des fentes (321), chacune étant formée entre deux dents adjacentes parmi les dents de pôles magnétiques (322) et des parties de connexion qui connectent les parties conductrices et s'étendent à partir des fentes (321) pour définir des extrémités de bobinage (32a, 31b), le procédé comprenant: la préparation d'un stratifié de bandes qui s'étend de façon pratiquement droite, le pliage dudit stratifié en une forme annulaire, et l'usinage d'une surface circonférentielle intérieure du 25 stratifié de bandes.

8. Procédé selon la revendication 7, comprenant en outre le revêtement de la surface circonférentielle intérieure du stratifié avec un matériau présélectionné.

9. Procédé selon la revendication 7, comprenant en outre la fermeture de façon étanche des extrémités de bobinage (31a, 31b) avec de la résine (312).

10. Procédé selon la revendication 7, comprenant en outre le remplissage d'une ouverture orientée vers l'intérieur de chacune des fentes (321) avec de la résine (312).