FR3088499A1 - Machine electrique tournante munie d'une bouche isolante de sorties de phases - Google Patents

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Abstract

L'invention porte principalement sur une machine électrique tournante (10), notamment pour véhicule automobile, comportant: - un palier (11) muni d'un logement de réception (12) d'un roulement (13) pour le montage en rotation d'un arbre (15), - un stator (18) monté dans le palier (11), ledit stator (18) comportant un corps (17) et un bobinage (19) ayant une pluralité de sorties de phases (23), - un connecteur de phases (31) comportant des pattes individuelles de connexion (35), chaque patte individuelle de connexion (35) étant destinée à être connectée à une sortie de phase (23) correspondante, caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante (10) comporte en outre au moins une bouche isolante (41) définissant une ouverture traversante dans laquelle passent au moins deux sorties de phases (23), ladite bouche isolante (41) étant configurée pour isoler électriquement les sorties de phases (23) par rapport au palier (11).

Description

MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UNE BOUCHE ISOLANTE DE SORTIES DE PHASES
La présente invention porte sur une machine électrique tournante munie d'une bouche isolante de sorties de phases. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques tournantes fonctionnant au moins en mode alternateur.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené. Le stator est monté dans un carter comportant des paliers configurés pour porter à rotation l'arbre par l'intermédiaire de roulements.
Le rotor, par exemple à griffes, comporte deux roues polaires présentant chacune un flasque d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de griffes d'orientation axiale. Les griffes des roues polaires sont imbriquées les unes par rapport aux autres. Un noyau cylindrique est intercalé axialement entre les flasques des roues. Ce noyau porte un bobinage d'excitation permettant de générer les pôles nord et sud du rotor lorsqu'il est parcouru par un courant. Le rotor peut également prendre la forme d'un rotor à aimants permanents.
Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phases. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Ces enroulements de phases présentent des sorties de phases reliées électriquement à un pont redresseur.
Afin d'assurer une isolation électrique entre les sorties phases et un palier de la machine électrique, il est possible de disposer des gaines thermorétractables autour des différentes sorties de phases.
Dans le cas d'un montage en étoile, il est nécessaire d'utiliser une gaine par phase et par neutre, soit dans certains cas, par exemple pour un bobinage double triphasés, jusqu’à 12 gaines réparties suivant une zone angulaire importante du stator. La mise en place étant unitaire, le procédé d'installation des gaines est donc long et coûteux, d'autant plus qu'il est nécessaire de prévoir également une étape de contrôle qualité dans le procédé de fabrication afin de s’assurer que toutes les gaines sont présentes.
En outre, certaines architectures de stator dans lesquelles les sorties de phases sont proches les unes des autres ne permettent pas d’utiliser les gaines pour isoler électriquement les sorties de phases.
L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant:
- un palier muni d'un logement de réception d'un roulement pour le montage en rotation d'un arbre,
- un stator monté dans le palier, ledit stator comportant un corps et un bobinage ayant une pluralité de sorties de phases,
- un connecteur de phases comportant des pattes individuelles de connexion, chaque patte individuelle de connexion étant destinée à être connectée à une sortie de phase correspondante, caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante comporte en outre au moins une bouche isolante définissant une ouverture traversante dans laquelle passent au moins deux sorties de phases, ladite bouche isolante étant configurée pour isoler électriquement les sorties de phases par rapport au palier.
L'invention permet ainsi, grâce à la bouche d'isolation, de réduire le temps de montage de la machiné électrique en effectuant l’opération d'isolation des sorties de phases par rapport au palier lors de la mise en place du pont rapporté sur le stator. On supprime ainsi les opérations d’insertion des gaines isolantes sur les sorties de phases.
Selon une réalisation, la bouche isolante comporte des parois disposées entre les sorties de phases et le palier.
Selon une réalisation, la bouche isolante présente une hauteur axiale au moins égale à une épaisseur du palier.
Selon une réalisation, la bouche isolante présente un contour fermé.
Selon une réalisation, la bouche isolante comporte une paroi interne et une paroi externe présentant chacune une forme incurvée suivant un rayon différent du palier, la paroi interne et la paroi externe étant reliées à leurs extrémités par des parois de liaison.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte une seule bouche isolante contenant six sorties de phases. Dans ce cas, la bouche isolante s'étend suivant un secteur angulaire de l'ordre de 60 degrés.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte deux bouches isolantes contenant chacune trois sorties de phases. Dans ce cas, chaque bouche isolante s'étend suivant un secteur angulaire de l'ordre de 30 degrés.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte trois bouches isolantes contenant chacune deux sorties de phases. Dans ce cas, chaque bouche isolante s'étend suivant un secteur angulaire de l'ordre de 15 degrés.
Selon une réalisation, il existe un jeu entre la bouche isolante et un connecteur de neutre.
Selon une réalisation, la bouche isolante est intégrée sur un obturateur.
Selon une réalisation, la bouche isolante est intégrée sur le connecteur de phases.
Selon une réalisation, la bouche isolante est intégrée sur un connecteur de neutre.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 représente une vue en perspective partielle de la partie arrière d'un alterno-démarreur selon la présente invention sans le capot de protection;
La figure 2 représente une vue en coupe partielle de la partie arrière d'un alterno-démarreur selon la présente invention;
La figure 3 est une vue en coupe illustrant le positionnement de la bouche isolante selon l'invention par rapport au palier;
La figure 4 montre une vue de côté d’un stator ayant des sorties de phases destinées à être connectées à un connecteur de phases;
Les figures 5a et 5b sont des vues en perspective, respectivement de dessus et de dessous, d’un obturateur intégrant une bouche isolante des sorties de phases selon l’invention;
La figure 6 est une vue en coupe montrant la configuration d’un canon isolant d'un obturateur selon l’invention.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
Les figures 1 et 2 représentent une partie arrière d'un alternateur 10 selon l'invention située à l'opposé d'une poulie d'entraînement. Cet alternateur 10 est apte à fonctionner au moins en mode générateur pour fournir une puissance à la batterie du véhicule automobile. Dans le cas d'un alternodémarreur, il pourra également fonctionner en mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique du véhicule automobile.
Cet alternateur 10 comporte un palier arrière 11 muni d'un logement de réception 12 d'un roulement 13 pour le montage à rotation d'un arbre 15 portant un rotor 16 d'axe X correspondant à l'axe de la machine électrique. Le rotor 16 est par exemple un rotor à griffes portant un bobinage.
Un stator 18 monté dans le palier arrière 11 comporte un corps 17 constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir un bobinage 19. Ce bobinage 19 comporte des enroulements de phases formant des chignons 20 faisant saillie de part et d'autre du stator 18, tel que montré sur la figure 4.
Dans le cadre d'un couplage en étoile, les enroulements de phases présentent chacun une première extrémité 21 reliée à un connecteur de neutre 22 pour former au moins un point neutre, notamment deux points neutres dans le cas d'un bobinage de type double triphasés. Ces enroulements de phases présentent chacun une deuxième extrémité 23, dite sortie de phase, reliée électriquement à un pont redresseur 25, tel que montré sur la figure 1.
Ce pont redresseur 25 comporte un premier dissipateur thermique 26, dit dissipateur positif, portant un premier ensemble de diodes 27 de polarité positive, ainsi qu'un deuxième dissipateur thermique 28, dit dissipateur négatif, portant un deuxième ensemble de diodes 27 de polarité négative. Les corps des diodes 27 de polarité positive sont reliés à la borne de sortie positive de l'alternateur 10 via le dissipateur positif 26. Une borne de puissance 29 reliée à une borne positive de la batterie pourra indifféremment être située d'un côté ou de l'autre du dissipateur positif 26 en fonction de la position prévue, dans le véhicule, du câble relié à la batterie. Les corps des diodes 27 de polarité négative sont reliés à la masse de l'alternateur 10 via le dissipateur négatif 28. Les corps des diodes 27 pourront par exemple être emmanchés à force à l'intérieur d'ouvertures de forme correspondante ménagées dans les dissipateurs 26, 28.
En outre, un connecteur de phases 31 permet de connecter électriquement les sorties de phases 23 du bobinage 19 aux diodes 27 du pont redresseur 25. Les dissipateurs thermiques 26, 28 sont positionnés de part et d'autre du connecteur de phases 31. Les diodes 27 des dissipateurs 26, 28 sont montées tête-bêche les unes par rapport aux autres pour faciliter la connexion avec le connecteur de phases 31. Afin d'éviter au maximum réchauffement des diodes 27 de polarité négative, le dissipateur négatif 28 est le plus éloigné axialement du palier arrière 11.
Le connecteur de phases 31, visible en figures 1 et 3, comporte un corps 33 en forme générale de plaque en matériau isolant, surmoulé sur un ensemble de conducteurs 34, notamment des conducteurs plats. Des extrémités de certains conducteurs débordent radialement vers l'extérieur pour former des pattes individuelles de connexion 35. Chaque patte individuelle de connexion 35 est destinée à être connectée à une sortie de phase 23 correspondante. Des extrémités de certains conducteurs s’étendant en saillie par rapport au corps 33 forment des pattes de connexion 36 destinées à être connectées chacune à une queue de diode 27 correspondante. Les composants du pont redresseur 25, à savoir les deux dissipateurs thermiques 26, 28 et le connecteur de phases 31, sont assemblés au moyen d'organes de fixation, par exemple des plots bouterollés, afin de former un ensemble compact.
Un obturateur 38 de forme globalement annulaire est monté entre le palier arrière 11 et le dissipateur positif 26. L'obturateur 38 est destiné à isoler électriquement le dissipateur positif 26 par rapport au palier arrière 11. L'obturateur 38 coopère avec un capot de protection 39 de manière à éviter une recirculation, vers l'intérieur de la machine électrique 10, d’un flux d'air chaud sortant de la machine 10.
Comme on peut le voir sur les figures 1, 3, et 5b, l'obturateur 38 intègre une bouche isolante 41 définissant une ouverture traversante dans laquelle passent au moins deux sorties de phases 23. La bouche isolante 41 est configurée pour isoler électriquement les sorties de phases 23 par rapport au palier 11. A l'intérieur de la bouche isolante 41, les sorties de phase 23 sont disposées côte à côte suivant une même circonférence.
A cet effet, la bouche isolante 41 de contour fermé comporte des parois 4245 disposées entre les sorties de phases 23 et le palier 11. Les parois 42-45 pénètrent à l'intérieur d'une ouverture ménagée dans le palier 11 et traversant axialement de part en part ledit palier 11 pour autoriser le passage des sorties de phases 23. La bouche isolante 41 présente une hauteur axiale L1 au moins égale à une épaisseur L2 du palier 11, tel que montré sur la figure 3.
Comme on peut le voir sur la figure 5b, la bouche isolante 41 comporte une paroi interne 42 et une paroi externe 43 présentant chacune une forme incurvée suivant un rayon différent du palier. La paroi interne 42 et la paroi externe 43 sont reliées entre elles à leurs extrémités par des parois de liaison 44, 45.
Afin de permettre le montage du pont 25 rapporté, on prévoit un jeu J entre la bouche isolante 41 et le connecteur de neutre 22 (cf. figure 3). Le jeu J est toutefois minimal pour éviter le re-bouclage de flux d'air chaud à l'intérieur de la machine électrique 10.
Dans l'exemple représenté, l'obturateur 38 comporte une seule bouche isolante 41 contenant six sorties de phases 23. Cette bouche isolante 41 s'étend suivant un secteur angulaire S de l'ordre de 60 degrés. Par de l'ordre de, on entend une variation de l'ordre de plus ou moins 15% autour de cette valeur.
En variante, l'obturateur 38 pourra comporter deux bouches isolantes 41 contenant chacune trois sorties de phases 23. Chaque bouche isolante 41 s'étend suivant un secteur angulaire de l'ordre de 30 degrés.
En variante, l'obturateur 38 comporte trois bouches isolantes 41 contenant chacune deux sorties de phases 23. Chaque bouche isolante 41 s'étend suivant un secteur angulaire de l'ordre de 15 degrés.
L'obturateur 38 pourra également intégrer un peigne de guidage 47 des sorties de phases 23 vers les pattes individuelles de connexion 35 du connecteur de phases 31. Le peigne de guidage 47 comporte des portions de guidage 48 associées chacune à une sortie de phase 23. Au moins une des portions de guidage 48 est configurée pour incliner angulairement une sortie de phase 23 par rapport à l'axe X de la machine électrique 10 en direction de la patte de connexion 35 correspondante. Le peigne de guidage 47 permet d'augmenter l'écartement des sorties de phases 23 les unes par rapport aux autres afin de faciliter leur connexion sur les pattes de connexion 35 du connecteur de phases 31.
Avantageusement, le peigne de guidage 47 comporte des portions de préguidage 49 situées chacune dans un prolongement d'une portion de guidage 48, comme on peut le voir sur la figure 3. Une portion de pré-guidage 49 est configurée pour guider une sortie de phase 23 vers une portion de guidage 48 correspondante. Une portion de pré-guidage 49 présente de préférence une extrémité chanfreinée ouverte en direction des sorties de phase 23.
Par ailleurs, l'obturateur 38 comporte des pions 51 d’indexage angulaire par rapport au palier 11 pour garantir un positionnement correct des sorties de phases 23 par rapport aux pattes individuelles de connexion 35. Ces pions 51 d’indexage sont destinés à s’insérer dans des ouvertures de forme correspondante ménagées dans le corps de stator 18.
Comme on peut le voir sur les figures 5a, 5b, et 6, l'obturateur 38 comporte en outre des canons isolants 52 destinés à isoler chacun une vis de fixation 53 par rapport au dissipateur positif 26. En effet, une vis 53 assure la fixation de l'ensemble formé par le pont 25 et l'obturateur 38 sur le palier 11. A cet effet, la vis 53 passe à travers des ouvertures en coïncidence ménagées respectivement dans les dissipateurs 26, 28, le connecteur de phase 31, et l'obturateur 38 (cf. figure 6). Un canon isolant 52 comporte une paroi s'étendant entre la vis 53 et le dissipateur positif 26. On évite ainsi un éventuel court-circuit entre le dissipateur positif 26 et la vis 53 connectée à la masse via le palier 11.
Comme on peut le voir sur la figure 2, le capot de protection 39 coiffe le pont redresseur 25 ainsi qu'un élément référencé 55 visible en figure 1 comportant un porte-balais ainsi qu'un régulateur de la tension appliquée au bobinage rotorique. Cet élément 55 présente globalement une forme en T facilitant son intégration.
La machine électrique 10 comporte un ventilateur 56 solidaire du rotor 16 pour générer un flux d'air et des ouïes 56 réalisées respectivement dans le capot 39 et le palier 11 afin d'autoriser la circulation du flux d'air à l'intérieur de la machine électrique 10, tel que montré sur la figure 2. L'obturateur 38 empêche la recirculation, vers l'intérieur de la machine 10, du flux d'air chaud sortant pour évacuer les calories des composants internes.
En variante, la bouche isolante 41 pourra être intégrée sur le connecteur de phases 31. En variante, la bouche isolante 41 pourra être intégrée sur le connecteur de neutre 22.
En variante, les diodes 27 pourront être remplacées par des transistors de puissance par exemple de type MOS.
La configuration du pont redresseur 25 et de la bouche isolante 41 des sorties de phases 23 qui vient d'être décrite peut de façon générale être mise 5 en œuvre dans tout type d'alternateur 10 comportant notamment un rotor 16 à griffes, à aimants permanents, ou à pôles saillants, dans tout type d'alterno-démarreur et plus généralement dans tout type de machine électrique tournante.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple ίο uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas 15 incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Machine électrique tournante (10), notamment pour véhicule automobile, comportant:
    - un palier (11) muni d'un logement de réception (12) d'un roulement (13) pour le montage en rotation d'un arbre (15),
    - un stator (18) monté dans le palier (11), ledit stator (18) comportant un corps (17) et un bobinage (19) ayant une pluralité de sorties de phases (23),
    - un connecteur de phases (31) comportant des pattes individuelles de connexion (35), chaque patte individuelle de connexion (35) étant destinée à être connectée à une sortie de phase (23) correspondante, caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante (10) comporte en outre au moins une bouche isolante (41) définissant une ouverture traversante dans laquelle passent au moins deux sorties de phases (23), ladite bouche isolante (41) étant configurée pour isoler électriquement les sorties de phases (23) par rapport au palier (11).
  2. 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bouche isolante (41) comporte des parois (42-45) disposées entre les sorties de phases (23) et le palier (11 ).
  3. 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la bouche isolante (41 ) présente une hauteur axiale (L1 ) au moins égale à une épaisseur (L2) du palier (11 ).
  4. 4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la bouche isolante (41) présente un contour fermé.
  5. 5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la bouche isolante (41) comporte une paroi interne (42) et une paroi externe (43) présentant chacune une forme incurvée suivant un rayon différent du palier (11), la paroi interne (42) et la paroi externe (43) étant reliées à leurs extrémités par des parois de liaison (44, 45).
  6. 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte une seule bouche isolante (41) contenant six sorties de phases (23).
  7. 7. Machine électrique tournante selon la revendication 6, caractérisée en ce que la bouche isolante (41) s'étend suivant un secteur angulaire de l'ordre de 60 degrés.
  8. 8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte deux bouches isolantes (41) contenant chacune trois sorties de phases (23).
  9. 9. Machine électrique tournante selon la revendication 8, caractérisée en ce que chaque bouche isolante (41) s'étend suivant un secteur angulaire de l'ordre de 30 degrés.
  10. 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte trois bouches isolantes (41) contenant chacune deux sorties de phases (23).
  11. 11. Machine électrique tournante selon la revendication 10, caractérisée en ce que chaque bouche isolante (41) s'étend suivant un secteur angulaire de l'ordre de 15 degrés.
  12. 12. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'il existe un jeu (J) entre la bouche isolante (41) et un connecteur de neutre (22).
  13. 13. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la bouche isolante (41) est intégrée sur un obturateur (38).
  14. 14. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la bouche isolante (41) est intégrée sur le connecteur de phases (31).
  15. 15. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la bouche isolante (41) est intégrée sur un connecteur de neutre (22).
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