FR3122048A1 - Isolant électrique d’un stator bobiné - Google Patents

Abstract

Isolant électrique d’un stator bobiné L'invention concerne un stator (8) bobiné comprenant au moins un corps (12) et un isolant électrique, le corps (12) comprenant une pluralité d’encoches (22) recevant des éléments conducteurs (24a) d’un bobinage électrique (24), chacune des encoches (22) comprenant deux parois latérales qui s’étendent globalement radialement et une paroi de fond qui relie les deux parois latérales, l’isolant électrique étant disposé dans chacune des encoches (22) entre les éléments conducteurs (24a) et les parois de l’encoche (22) correspondante et de telle sorte qu’une zone de recouvrement de l’isolant électrique soit formée contre l’une des parois latérales de l’encoche (22). Fig 2

Description

Isolant électrique d’un stator bobiné

Le domaine de la présente invention est celui des machines électriques tournantes. L’invention porte plus particulièrement sur des stators de telles machines électriques tournantes.

Une telle machine peut notamment être un alterno-démarreur de véhicule automobile, configuré pour transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique et inversement. Un alterno-démarreur consiste en un alternateur réversible qui permet dans un premier cas de fonctionnement d’utiliser l’énergie mécanique générée lors du roulage du véhicule pour recharger une batterie de ce véhicule et dans un deuxième cas de fonctionnement de réaliser un apport en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule. La machine peut également être un alternateur, une machine réversible ou encore un moteur électrique.

De manière générale, une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en rotation et solidaire d’un arbre d’entraînement et un stator fixe autour duquel, ou à l’intérieur duquel, est apte à tourner le rotor.

Le stator est composé au moins d’un corps pourvu d’une pluralité de dents formant deux à deux des encoches ouvertes sur une périphérie notamment interne du corps de stator, de telle sorte que les encoches soient aptes à recevoir des éléments conducteurs d’un bobinage électrique. L’extrémité radiale interne de chaque dent forme une extrémité de dent agencée entre deux encoches voisines, chaque extrémité de dent pouvant notamment être configurée pour retenir les éléments conducteurs du bobinage à l’intérieur de leur encoche correspondante une fois en position, notamment par l’intermédiaire d’une portion de dent, nommée couramment pied de dent, qui s’étend circonférentiellement à partir de l’extrémité de dent.

La circulation d’un courant dans le bobinage électrique participe à générer un effet de champ magnétique tournant circulant dans le corps métallique du stator, et le rotor, équipé d’un élément magnétique, comme par exemple un bobinage ou des aimants permanents, est apte à tourner à l’intérieur du stator par entraînement électromagnétique. De manière réversible, un mouvement mécanique de rotation du rotor équipé d’élément magnétique peut générer la création, via une interaction électromagnétique avec le stator bobiné, d’un courant électrique dans les éléments conducteurs du bobinage.

Il est connu de disposer un isolant électrique, entre le corps du stator et les éléments conducteurs, de telle sorte que le bobinage électrique et le corps du stator soient exclus de tout contact et que l’on évite ainsi un court-circuit entre le corps du stator et les éléments conducteurs du bobinage électrique. L’isolant électrique peut notamment se présenter sous la forme d’une feuille de papier isolant à laquelle on donne une forme sensiblement complémentaire à celle de l’encoche. Chaque encoche doit ainsi être munie d’une feuille de papier isolant.

Afin d’éviter une opération de montage fastidieuse et coûteuse qui consisterait à déposer une pluralité de feuilles de papier isolant indépendantes les unes des autres et respectivement dans chacune des encoches, il est connu de prévoir une bande continue de papier isolant qui est apte à être conformée pour venir se loger successivement dans chacune des encoches du stator et contre chacune des dents, et notamment contre chacune des extrémités de dent agencés sur le pourtour du corps de stator. En une seule opération de montage, l’ensemble des encoches est équipé d’une bande de papier isolant qui présente une forme à créneaux alternant un positionnement en regard d’une extrémité de dent et un positionnement au fond d’une encoche. .

La bande présente ainsi une largeur sensiblement égale à la dimension axiale du corps de stator, pour que le papier isolant s’étende sur toute la dimension axiale de chaque encoche, et une longueur, entre un bord d’entame et un bord de coupure, permettant de faire le tour du stator en venant se positionner successivement dans le fond de chaque encoche. Afin d’optimiser la quantité de papier isolant utilisé pour réaliser l’ensemble des moyens isolants, et éviter des surépaisseurs de papier isolant dans les encoches pour permettre le logement des éléments conducteurs du bobinage, il est prévu de dimensionner la longueur de la bande de façon optimale, avec le bord d’entame et le bord de coupure qui se retrouvent dans une même encoche après que la bande ait fait le tour du stator. Une zone de recouvrement, formée par le recouvrement de l’extrémité du bord de coupure sur l’extrémité du bord d’entame, est ainsi formée dans une des encoches.

Il est connu de positionner cette zone de recouvrement dans le fond de cette encoche, à l’opposé des extrémités de dents et de l’ouverture par laquelle les éléments conducteurs du bobinage électrique sont insérés dans lesdites encoches. L’insertion des éléments conducteurs dans le fond de l’encoche a ainsi pour effet de plaquer les extrémités de la bande de papier isolant, dans la zone de recouvrement, contre la paroi de fond de l’encoche et évite le dégagement du papier isolant. Cependant, lorsque l’isolant est mal positionné initialement, il est possible que les conducteurs décalent une partie de l’isolant lors de leur insertion dans les encoches. Cela peut créer une zone non couverte par l’isolant et donc un potentiel risque de court-circuit entre le corps de stator et les conducteurs.

La présente invention vise à répondre à cet inconvénient, à savoir éviter les risques de voir une portion de l’encoche non recouverte par du papier isolant qui pourrait générer un court-circuit entre les éléments conducteurs du bobinage et le corps du stator. Un but secondaire de l’invention est aussi de s’inscrire dans un contexte d’optimisation de la quantité de papier isolant présent dans chaque encoche pour optimiser les coûts et le taux de remplissage des conducteurs dans les encoches afin d’améliorer le rendement global de la machine.

L’invention porte sur un stator bobiné comprenant au moins un corps et un isolant électrique, le corps comprenant au moins une culasse qui s’étend autour d’un axe de révolution et une pluralité de dents formées en saillie de la culasse, lesdites dents délimitant deux à deux une pluralité d’encoches recevant des éléments conducteurs d’un bobinage électrique, chacune des encoches comprenant deux parois latérales qui s’étendent globalement radialement et une paroi de fond qui relie les deux parois latérales, l’isolant électrique étant disposé dans chacune des encoches entre les éléments conducteurs et les parois de l’encoche correspondantes, le stator étant caractérisé en ce qu’au moins une des encoches comprend une zone de recouvrement comprenant une première couche d’isolant électrique qui recouvre une deuxième couche d’isolant électrique, la zone de recouvrement étant formée contre l’une des parois latérales de l’une des encoches du corps du stator.

L’isolant électrique peut, selon un exemple de l’invention, prendre la forme d’une feuille isolante électrique disposée entre les éléments conducteurs et les parois de l’encoche, ladite feuille isolante étant apte à isoler électriquement le corps du stator par rapport aux éléments conducteurs. On évite ainsi les courts-circuits entre le corps du stator et les éléments conducteurs du bobinage électrique. On entend alors par première couche d’isolant électrique et deuxième couche d’isolant électrique, respectivement une première feuille isolante et une deuxième feuille isolante qui sont superposées l’une sur l’autre. La zone de recouvrement est alors formée d’au moins une partie de la première feuille isolante, ou de la première couche d’isolant électrique, qui recouvre au moins en partie la deuxième feuille isolante, ou la deuxième couche d’isolant électrique, disposée contre l’une des parois latérales de l’une des encoches du stator.

Une telle zone de recouvrement est notamment générée par le procédé particulier de bobinage du stator comprenant une installation de l’isolant électrique dans le stator, ledit isolant électrique prenant initialement la forme d’une bande continue d’isolant électrique. Lors de ce procédé avec une installation de l’isolant électrique sous une telle forme, la bande continue est disposée successivement dans chacune des encoches du stator, avec un bord d’entame qui est disposée dans une encoche et avec un bord de coupure qui vient se positionner dans cette même encoche et de telle sorte que l’extrémité de ladite bande continue formée par ce bord de coupure recouvre une extrémité associée au bord d’entame dans cette encoche. Le procédé de bobinage comprend par la suite, une fois les éléments conducteurs de bobinage installés dans les encoches, une étape de découpage de la bande continue à l’issue de l’insertion des éléments conducteurs dans les encoches, au niveau de la périphérie interne du corps de stator, de sorte qu’après découpage est formée une pluralité d’isolants électriques et que dans l’encoche ayant reçu les extrémités de la bande continue, une première feuille isolante et une deuxième feuille isolante soit formée en comprenant respectivement l’extrémité de fin, ou extrémité de découpe, de la bande continue et l’extrémité de début, ou extrémité d’entame, de la bande continue.

On tire alors avantage de la zone de recouvrement selon l’invention en ce qu’elle peut être réalisée le long d’une paroi latérale sur une plus grande étendue que lorsqu’elle est réalisée dans le fond de l’encoche. Ceci permet d’assurer l’existence d’un recouvrement, et donc d’assurer que l’intégralité des parois délimitant l’encoche est bien recouverte d’isolant électrique, malgré le fait que lors du montage la couche d’isolant électrique peut ne pas être exactement à la position théorique souhaitée du fait d’un plaquage de la bande continue qui ne soit pas parfaitement réalisé sur tout le pourtour du corps de stator.

Selon une caractéristique de l’invention, la zone de recouvrement est disposée sensiblement au centre de la paroi latérale de l’encoche contre laquelle elle s’étend, selon une direction radiale du corps de stator. Par exemple, la zone de recouvrement s’étend à distance des extrémités radiales de la paroi latérale. Notamment, la zone de recouvrement peut s’étendre à une distance d’une des extrémités de la paroi égale à au moins 10% de la longueur radiale totale de la paroi latérale. Cela permet de simplifier le procédé d’assemblage de l’isolant dans le stator en évitant d’ajouter une étape supplémentaire de maintien de portion d’isolant pouvant alors être trop courte pour rester en place seule.

Selon une caractéristique de l’invention, la zone de recouvrement s’étend sur au moins 20% d’une dimension radiale de l’encoche.

Dans ce contexte, la première couche d’isolant électrique et la deuxième couche d’isolant électrique peut s’étendre sur tout ou partie de la dimension radiale de cette paroi latérale, dès lors que la dimension radiale de la zone de recouvrement qu’elles participent à former est égale à au moins 20% de la dimension radiale correspondante de l’encoche. On entend par dimension radiale de l’encoche, comme de la paroi latérale, une dimension prise depuis une ouverture de l’encoche sur la périphérie interne du corps de stator jusqu’à sa paroi de fond, selon la direction radiale du corps de stator. Une telle zone de recouvrement qui s’étend sur au moins 20% de la dimension radiale de l’encoche permet de s’assurer que, même en cas d’un défaut ponctuel de placage de la bande d’isolant électrique contre le corps de stator lors du procédé de bobinage, l’on ait un recouvrement suffisant de la paroi latérale de l’encoche par de l’isolant électrique de manière à éviter d’avoir des portions de stator non recouvertes par de l’isolant et des courts-circuits entre les éléments conducteurs et le corps de stator. Dit autrement, une dimension radiale de la zone de recouvrement d’au moins 20% de la dimension radiale de l’encoche correspond à un seuil de recouvrement minimal qui assure le recouvrement suffisant de la paroi latérale afin d’éviter les courts-circuits entre les éléments conducteurs et le stator, et plus particulièrement le paquet de tôles participant à former le corps de stator, quels soient les jeux de montage. Dans ce contexte, la zone de recouvrement peut notamment s’étendre contre la paroi latérale radialement sur au moins 4mm.

De manière complémentaire, la zone de recouvrement peut s’étendre sur une portion de la paroi latérale inférieure à 50% d’une dimension radiale de l’encoche ou s’étendant sur toute la dimension radiale de la paroi latérale. On prévoit dans un cas une dimension maximale de recouvrement, un tel recouvrement de la paroi latérale de l’encoche entre 20% et 50% de la dimension radiale de l’encoche représentant un compromis intéressant entre le fait de limiter la quantité d’isolant électrique à utiliser et le fait d’assurer une fiabilité de l’isolation électrique entre le corps de stator et les éléments conducteurs.

Selon une caractéristique de l’invention, la première couche d’isolant électrique s’étend uniquement le long d’au moins une portion de la paroi latérale contre laquelle est formée la zone de recouvrement.

Selon une caractéristique de l’invention, la première couche d’isolant électrique présente un bord d’extrémité disposé à une distance non nulle de la paroi de fond de l’encoche.

Selon une caractéristique de l’invention, la première couche d’isolant électrique s’étend depuis une ouverture de l’encoche agencée radialement à l’opposé de la paroi de fond. La première couche d’isolant électrique, lors de l’opération d’installation de l’isolant électrique, peut présenter un bord d’extrémité tourné vers la paroi de fond et qui donc a tendance à être plaquée contre la paroi latérale lors de l’insertion des éléments conducteurs plutôt qu’être ramené vers le centre de l’encoche.

Selon une caractéristique de l’invention, la deuxième couche d’isolant électrique qui est au moins en partie recouverte s’étend de manière continue le long de la paroi latérale contre laquelle est formée la zone de recouvrement, de la paroi de fond de l’encoche et de l’autre paroi latérale. Plus particulièrement, la deuxième couche d’isolant électrique forme sensiblement une forme de U dont la base est positionnée contre la paroi de fond de l’encoche et donc les branches s’étendent le long des parois latérales. Cette forme peut être asymétrique en ce que la deuxième couche d’isolant électrique s’étend sur l’intégralité de la dimension radiale de l’autre paroi latérale, à savoir la paroi latérale opposée à la zone de recouvrement, alors que la deuxième couche d’isolant électrique peut ne s’étendre que sur une partie de la paroi latérale contre laquelle est formée la zone de recouvrement. On comprend alors que la deuxième couche d’isolant électrique, qui s’étend sur trois parois de l’encoche, recouvre une surface des parois de l’encoche plus importante que la première couche d’isolant électrique, qui s’étend uniquement sur une paroi latérale.

Alternativement, la forme de la deuxième couche d’isolant électrique peut être symétrique notamment en forme de U.

Selon une caractéristique de l’invention, la deuxième couche d’isolant électrique s’étend le long de la paroi latérale contre laquelle est formée la zone de recouvrement, depuis la paroi de fond de l’encoche, et la première couche d’isolant électrique s’étend le long de cette même paroi latérale depuis la périphérie interne du corps de stator. On permet ainsi un recouvrement intégral, tout en pouvant réduire la quantité d’isolant utilisé, de la paroi latérale contre laquelle est formée la zone de recouvrement, et on permet, en combinant cette caractéristique à la disposition continue de la deuxième couche d’isolant électrique contre les paroi latérales et la paroi de fond de l’encoche, un recouvrement intégral des parois latérales et de la paroi de fond de l’encoche dans laquelle est formée la zone de recouvrement, par la première couche d’isolant électrique et/ou par la deuxième couche d’isolant électrique.

Selon une caractéristique de l’invention, une épaisseur de chacune des couches d’isolant électrique est comprise entre 0,1mm et 0,3mm. On comprend alors que la zone de recouvrement présente une épaisseur comprise entre 0,2mm et 0,6mm.

Selon une caractéristique de l’invention, les encoches, distinctes de l’encoche dans laquelle est disposée la zone de recouvrement, comprennent chacune une épaisseur régulière d’isolant électrique contre chacune des parois délimitant ces encoches, l’isolant électrique étant réparti contre les parois latérales et la paroi de fond en une unique couche continue d’isolant électrique.

Une telle caractéristique découle notamment du procédé de montage particulier de l’isolant électrique dans les encoches du stator, celui-ci étant initialement présent sous la forme de la bande continue évoquée précédemment. Ainsi, seule l’encoche dans laquelle se rejoignent l’extrémité d’entame et l’extrémité de découpe de la bande continue présente localement une double épaisseur d’isolant électrique, comprise entre 0,2mm et 0,6mm selon l’exemple chiffré précédemment évoqué, formée par la superposition de la première couche d’isolant électrique et de la deuxième couche d’isolant électrique, les autres encoches présentant une unique couche d’isolant électrique, d’une épaisseur comprise entre 0,1mm et 0,3mm selon l’exemple chiffré précédemment évoqué, sans zone de recouvrement.

L’invention peut également porter sur un procédé de bobinage d’un stator selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes, au cours duquel à une première étape on dispose une bande continue d’isolant électrique dans chacune des encoches du corps du stator et contre chacun des extrémités de dents agencés entre les encoches, de telle sorte qu’une extrémité d’entame de la bande continue soit recouverte par une extrémité de découpe de la bande continue dans l’une des encoches et le long d’une des parois latérales de cette encoche, , au cours duquel à une deuxième étape on insère des éléments conducteurs du bobinage dans chacune des encoches.

Par exemple, le procédé peut comprendre une troisième étape, une fois les éléments conducteurs du bobinage insérés dans les encoches, où on découpe des parties de la bande continue formant des parties de raccordement disposées en regard de chacune des extrémités de dents. Cela permet d’éviter tout frottement entre le rotor et l’isolant et d’éviter une diminution de l’entrefer entre le rotor et le stator.

On comprend qu’à l’issue du procédé, l’isolant électrique initialement sous forme de bande continue se trouve séparé en une pluralité de feuilles indépendantes d’une encoche à l’autre, avec l’isolant électrique dans l’encoche comportant la zone de recouvrement qui se retrouve formé par deux feuilles distinctes au sein de la même encoche. La position de la zone de recouvrement contre une paroi latérale et la configuration des deux feuilles participant à former cette zone de recouvrement permet de s’assurer lors de l’insertion des éléments conducteurs que les feuilles sont plaquées contre cette paroi latérale, et que la zone de recouvrement est maintenue latéralement dans sa position théorique. La surépaisseur créée dans la zone de recouvrement par la superposition des deux feuilles autorise l’insertion des éléments conducteurs dans l’encoche et favorise l’immobilisation de l’isolant contre la paroi latérale une fois les éléments conducteurs en place, ce qui permet là encore de s’assurer que la zone de recouvrement est maintenue latéralement dans sa position théorique lors de l’opération de découpe des parties de raccordement dans la dernière étape du procédé.

Par exemple, l’extrémité de découpe est tournée vers une paroi de fond de l’encoche.

L’invention porte par ailleurs sur une machine électrique tournante comprenant au moins un stator bobiné selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes et au moins un bobinage électrique qui comprend des éléments conducteurs respectivement logés dans les encoches du stator bobiné.

D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :

est une vue générale partielle en perspective éclatée d’une machine électrique tournante selon l’invention ;

est une vue en perspective d’un stator de la machine électrique tournante de la comprenant au moins un bobinage électrique ;

est une vue de dessus du stator de la , sans le bobinage électrique, rendant plus particulièrement visible une pluralité d’encoches formées dans un corps du stator ;

est une vue de détail de deux encoches successives du stator de la , chaque encoche étant délimité par des parois contre lesquelles s’étend un isolant électrique, une encoche comportant plus particulièrement une première couche d’isolant électrique et une deuxième couche d’isolant électrique formant une zone de recouvrement ;

est une vue de détail de l’encoche de la comportant une zone de recouvrement de deux couches d’isolant électrique, ladite encoche étant ici remplie d’éléments conducteurs du bobinage électrique ;

est une représentation schématique d’une bande continue d’isolant électrique utilisée pour former les isolants électriques présents dans les encoches, la bande continue étant représentée dans sa forme d’origine, puis dans la forme crénelée permettant sa mise en place contre les parois des encoches du stator de la .

Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, ces figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Il est également à noter que ces figures n’exposent que des exemples de réalisation de l’invention. Enfin, les mêmes repères désignent les mêmes éléments dans l'ensemble des figures.

Pour rappel, l’invention concerne un agencement particulier d’un isolant électrique logé dans le corps d’un stator de manière à éviter des courts circuits entre le corps métallique de ce stator et un bobinage électrique associé à ce stator. L’invention, qui va être décrite plus en détails ci-après, est notamment appliquée dans des machines électriques tournantes telles que celle illustrée sur la .

La illustre une vue éclatée d’une machine électrique tournante 1, pouvant par exemple être utilisée au sein d’un véhicule tel qu’un véhicule automobile ou d’un drone dans une application de type alterno-démarreur, alternateur, machine réversible ou moteur électrique. Lorsqu’elle fonctionne dans un mode alternateur, la machine électrique tournante 1 transforme l’énergie mécanique en énergie électrique et lorsqu’elle fonctionne en mode moteur, elle transforme l’énergie électrique en énergie mécanique.

A cet effet, la machine électrique tournante 1 comprend, à l’intérieur d’un carter 2 ici formé de deux coques aptes à être rapportées l’une contre l’autre, un ensemble rotor/stator. Plus particulièrement, l’ensemble rotor/stator, ici à rotor interne, comporte un stator 8, qui est équipé d’un bobinage électrique 24 apte à être relié par une connectique 25 approprié à un réseau électrique via un convertisseur de tension, non illustré ici, et un rotor 3 apte à tourner à l’intérieur du stator et rendu solidaire d’un arbre 4 qui s’étend selon un axe d’extension X. Le rotor 3 comporte des éléments magnétiques, par exemple un bobinage électrique, apte à interagir avec un champ magnétique tournant créé par l’alimentation électrique du bobinage. Alternativement, le rotor peut comporter des aimants magnétiques pour générer le champ magnétique ou encore être un rotor à cage d’écureuil.

Le stator 8, plus particulièrement visible aux figures 2 et 3, comprend un corps 12 formé par un paquet de tôles empilées les unes contre les autres le long d’un axe de révolution R du stator, parallèle à l’axe d’extension X de la machine électrique tournante précédemment évoqué. Dans la suite de la description, les termes radial, axial et intérieur/extérieur se réfèrent à l’axe de révolution R du stator 8.

Le corps 12 du stator 8 comprend au moins une culasse 14 qui s’étend autour de l’axe de révolution R du stator 8, et en saillie de laquelle est formée une pluralité de dents 16, visibles à la . Chaque dent 16 s’étend radialement vers l’axe de révolution du stator et l’extrémité libre de chacune des dents, formant une extrémité de dent 20 tournée vers l’intérieur du stator, participe à délimiter une périphérie interne 18 du corps 12 du stator. La pluralité de dents 16 permet par ailleurs de délimiter deux à deux une pluralité d’encoches 22. Plus précisément, deux dents 16 adjacentes permettent de délimiter une encoche 22 du corps de stator, chacune des encoches étant destinée à recevoir des éléments conducteurs 24a d’un bobinage électrique 24 du stator 8 tel que cela est visible à la .

Les encoches 22, plus particulièrement visibles aux figures 4 et 5, comprennent chacune deux parois latérales 26 qui s’étendent radialement et une paroi de fond 28 qui relie les deux parois latérales 26 au niveau de la culasse 14. Les encoches 22 sont ouvertes vers l’intérieur du corps de stator de sorte qu’elles présentent chacune une ouverture 30 au niveau de la périphérie interne 18 du corps 12 de stator, à l’opposé de la paroi de fond 28. L’ouverture 30 de chacune des encoches 22 permet d’insérer les éléments conducteurs 24a du bobinage électrique 24, suivant la direction radiale du stator.

Ces éléments conducteurs 24a traversent axialement le stator et peuvent être agencés en un alignement radial au sein de l’encoche, les extrémités de ces éléments conducteurs étant reliés aux extrémités d’éléments conducteurs traversant axialement le stator dans une autre encoche de manière à former un bobinage continu. Ces éléments conducteurs peuvent, sans que cela soit limitatif de l’invention, consister en une portion d’un fil conducteur continu et enroulé autour des dents, ou en des segments rigides dont les extrémités sont soudées aux extrémités d’autres segments rigides.

La machine électrique 1 comprend également un isolant électrique 32, destiné à être disposé entre les éléments conducteurs 24a du bobinage et les parois 26, 28 des dents du stator délimitant les encoches, tel que cela peut notamment être visible sur la .

L’isolant électrique 32 est selon l’invention formé d’une pluralité de feuilles de papier isolant respectivement disposées dans chacune des encoches 22 du corps de stator. Plus particulièrement, dans chacune des encoches, au moins une couche d’isolant électrique 34 est disposée entre les éléments conducteurs 24a et les parois latérales 26 et la paroi de fond 28 délimitant ces encoches 22 et une feuille de papier isolant forme cette couche d’isolant électrique 34.

Selon l’invention, une des encoches 22 de la pluralité d’encoches 22 est particulière en ce que l’isolant électrique 32 qui y est logé est formé de plusieurs couches d’isolant électrique, tandis que les autres encoches comportent une unique couche d’isolant électrique. Sur les figures 4 et 5, un petit nombre d’encoches est représenté mais il convient de bien noter que seule une encoche est différente des autres concernant l’agencement de l’isolant électrique dans cet exemple.

Il convient de comprendre que sur la , les feuilles de papier isolant respectivement disposées dans chacune des encoches, et formant l’au moins une couche d’isolant électrique 34, sont reliées par des portions de raccordement 35 participant à former avec les feuilles de papier une bande continue qui est, selon un procédé de montage qui va être décrit par la suite, conformée pour être disposée en une opération dans chacune des encoches. Ces portions de raccordement sont retirées une fois les éléments conducteurs 24a disposés au sein des encoches, pour aboutir à une configuration visible sur la .

Tel que cela a été évoqué, les encoches, distinctes de l’encoche dans laquelle est formée la zone de recouvrement 36, comprennent chacune une unique couche d’isolant électrique 34c formant une épaisseur régulière d’isolant électrique 32 répartie contre les parois latérales 26 et la paroi de fond des encoches 22. Dit autrement, chacune des encoches 22 ne comprenant pas la zone de recouvrement 36 comprend une unique feuille isolante qui s’étend contre ses parois latérales 26 et sa paroi de fond 28, et qui présente de la sorte une forme en U sensiblement symétrique avec deux branches qui s’étendent sur toute la dimension radiale de l’encoche correspondante, à savoir de la paroi de fond jusqu’à l’ouverture opposée.

Tel qu’évoqué, une des encoches 22 de la pluralité d’encoches 22 est particulière en ce que l’isolant électrique 32 qui y est logé est formé de plusieurs couches d’isolant électrique. Plus particulièrement, cette encoche particulière comprend une zone de recouvrement 36 comprenant une première couche d’isolant électrique 34a qui recouvre au moins en partie une deuxième couche d’isolant électrique 34b, la zone de recouvrement 36 étant formée contre l’une des parois latérales 26 de l’encoche 22 dans laquelle s’étend ladite zone de recouvrement 36.

Tel que cela est visible sur la , une fois les portions de raccordement découpées, la première couche d’isolant électrique 34a est une première feuille isolante et la deuxième couche d’isolant électrique 34b est une deuxième feuille isolante, distincte de la première feuille isolante et plaquée contre cette dernière.

La première couche d’isolant électrique 34a s’étend uniquement en regard de la paroi latérale contre laquelle est formée la zone de recouvrement. Plus particulièrement, cette première couche d’isolant électrique 34a s’étend depuis l’ouverture 30 de l’encoche correspondante jusqu’à la zone de recouvrement et présente un bord d’extrémité 37 disposé à distance non nulle D de la paroi de fond 28, selon la direction radiale du stator. Au moins une partie de cette première couche d’isolant électrique 34a recouvre au moins une partie de la deuxième couche d’isolant électrique 34b, qui s’étend elle directement contre la paroi latérale 26 contre laquelle est formée la zone de recouvrement 36.

La deuxième couche d’isolant électrique 34b, qui est au moins en partie recouverte par la première couche d’isolant électrique 34a afin de former la zone de recouvrement 36, s’étend de manière continue sur chacune des parois délimitant l’encoche, à savoir le long des parois latérales 26 et de la paroi de fond 28 de ladite encoche 22. Plus particulièrement, la deuxième couche d’isolant électrique 34b s’étend au moins partiellement sur la dimension radiale de la paroi latérale de l’encoche contre laquelle est formée la zone de recouvrement 36, puis est prolongée de manière à s’étendre contre la paroi de fond de l’encoche, puis est encore prolongée de manière à s’étendre sur toute la dimension radiale de l’autre paroi latérale, depuis la paroi de fond 28 jusqu’à l’ouverture 30. Cette deuxième couche d’isolant électrique 34b présente ainsi une forme de U, dont la base est positionnée contre la paroi de fond 28 et dont les branches s’étendent le long des parois latérales 26. Tel qu’illustré, cette forme de U peut être asymétrique dès lors que la zone de recouvrement est telle que la deuxième couche d’isolant électrique ne s’étend que sur une partie de la paroi latérale contre laquelle est formée la zone de recouvrement.

De la sorte, les parois délimitant l’encoche 22 dans laquelle est formée la zone de recouvrement 36 sont intégralement recouvertes par une simple épaisseur de couche d’isolant formée par la première couche d’isolant électrique 34a ou par la deuxième couche d’isolant électrique 34b ou par, dans la zone de recouvrement, une double épaisseur de couche d’isolant par la superposition des deux couches d’isolant électrique 34a, 34b. On assure ainsi une isolation électrique intégrale entre l’encoche 22 qui comprend la zone de recouvrement 36 et les éléments conducteurs 24a du bobinage électrique 24 logés dans cette encoche.

Il résulte de l’agencement selon l’invention de la zone de recouvrement 36 contre une paroi latérale 26 de l’encoche que l’une des deux couches d’isolant présentes dans cette encoche, ici la première couche d’isolant électrique 34a présente la forme d’une feuille plane, en regard d’une unique paroi latérale, et que l’autre couche d’isolant, ici la deuxième couche d’isolant électrique 34b présente la forme d’une feuille en U, en regard de chacune des parois délimitant l’encoche. Avantageusement, c’est la couche d’isolant présentant la forme d’une feuille plane qui vient recouvrir l’une des branches du U formée par l’autre couche d’isolant. Ceci peut s’expliquer notamment en référence à la , qui illustre l’agencement de la zone de recouvrement avant l’insertion des éléments conducteurs 24a du bobinage. La couche d’isolant présentant la forme d’une feuille plane, ici la première couche d’isolant électrique 34a, s’étend dans la continuité d’une portion de raccordement, en formant un bord d’extrémité de coupure de la bande continue précédemment évoquée, de sorte qu’elle présente un bord d’extrémité libre tournée vers le fond de l’encoche. L’autre couche d’isolant, ici la deuxième couche d’isolant électrique 34b, s’étend dans la continuité de l’autre portion de raccordement adjacente à l’encoche mais s’étend le long d’une première paroi latérale et de la paroi de fond avant de remonter le long de la paroi latérale contre laquelle est formée la zone de recouvrement 36, en direction de l’ouverture 30, de sorte qu’elle présente également un bord d’extrémité libre, formant un bord d’extrémité d’entame de la bande continue précédemment évoquée, mais qui est tournée vers l’ouverture. Une disposition conforme à celle de l’exemple de la , avec la première couche d’isolant électrique, à savoir la couche d’isolant ne s’étendant que le long d’une paroi latérale, qui recouvre la deuxième couche d’isolant électrique, à savoir la couche d’isolant s’étendant sur toutes les parois délimitant l’encoche, permet de simplifier le fait que l’insertion des éléments conducteurs 24a du bobinage électrique dans l’encoche va avoir tendance à plaquer les parties des couches d’isolant formant la zone de recouvrement contre la paroi latérale correspondante. On comprend qu’une disposition inverse, avec la deuxième couche d’isolant électrique recouvrant la première couche d’isolant électrique, impliquerait la présence d’un bord d’extrémité libre de cette deuxième couche d’isolant tournée vers l’ouverture et susceptible d’être poussée vers la paroi de fond lors de l’insertion des éléments conducteurs. Il serait alors possible de rajouter un élément de maintien pour maintenir la deuxième couche d’isolant électrique lors de l’insertion des conducteurs. Une autre alternative, pourrait être d’avoir la deuxième couche d’isolant électrique qui recouvre l’extrémité de dent portant la zone de recouvrement.

Tel que cela a pu être évoqué précédemment, chacune des couches d’isolant électrique 34, à savoir la première couche d’isolant électrique 34a ou la deuxième couche d’isolant électrique 34b disposées dans l’encoche qui comprend la zone de recouvrement 36 et l’unique couche d’isolant électrique 34c des encoches 22 ne comprenant pas de zone de recouvrement, est obtenue à partir d’une bande continue de papier isolant, par exemple l’épaisseur de chaque couche peut être la même. L’épaisseur de chacune des couches d’isolant électrique 34 est prise le long d’une droite perpendiculaire à la paroi latérale 26 et/ou la paroi de fond 28 contre laquelle s’étend cette couche d’isolant électrique 34. L’épaisseur est ici comprise entre 0,1mm et 0,3mm. On comprend alors que la zone de recouvrement 36 présente une épaisseur comprise entre 0,2mm et 0,6mm.

La zone de recouvrement 36 de l’encoche 22 s’étend sur au moins 20% d’une dimension radiale de l’encoche 22 prise depuis l’ouverture 30 de l’encoche 22 jusqu’à sa paroi de fond 28, selon la direction radiale du corps du stator.

Autrement dit, la partie de la première couche d’isolant électrique 34a et la partie de la deuxième couche d’isolant électrique 34b qui forme la zone de recouvrement 36 s’étendent chacune sur au moins 20% de la dimension radiale de l’encoche 22, étant entendu que si l’une des couches d’isolant présente une étendue seulement égale à cette valeur minimale de 20% de la dimension radiale de l’encoche 22, l’autre couche d’isolant doit s’étendre sur l’intégralité de la dimension radiale de l’encoche pour que la zone de recouvrement peut s’étendre sur au moins 20% de la dimension radiale de l’encoche 22.

Une telle zone de recouvrement 36 correspondant à au moins 20% de la dimension radiale de l’encoche 22 assure une zone de recouvrement 36 suffisante pour limiter les courts-circuits entre les éléments conducteurs et l’encoche 22, notamment dû aux jeux de montage de l’isolant électrique 32 dans le stator. Le procédé de bobinage et l’installation particulière de l’isolant électrique 32 dans le corps du stator seront détaillés plus loin dans la suite de la description.

L’étendue radiale de chaque couche d’isolant formant la zone de recouvrement peut par ailleurs être telle que la zone de recouvrement s’étende jusqu’à 50% de la dimension radiale de l’encoche, étant entendu qu’un dimensionnement supérieur de la zone de recouvrement est à éviter dans un double souci d’économie de papier isolant et de limitation des zones de surépaisseur dans l’encoche pour ne pas gêner l’insertion des éléments conducteurs.

Dans l’exemple plus particulièrement illustré sur les figures 4 et 5, la zone de recouvrement 36 s’étend sensiblement au centre de la paroi latérale 26 de l’encoche 22 contre laquelle elle s’étend, selon la direction radiale du corps de stator. Une telle disposition de la zone de recouvrement 36 dans l’encoche 22 permet un maintien en position optimal de la zone de recouvrement 36 lors de l’insertion des éléments conducteurs dans ladite encoche 22 selon la direction radiale du corps de stator.

On va maintenant décrire plus en détails un procédé possible de bobinage du stator et plus particulièrement l’installation de l’isolant électrique 32 dans les encoches du stator.

Tel qu’évoqué, les couches d’isolant sont disposées dans les encoches en une seule opération d’installation continue, les couches d’isolant formant avec des portions de raccordement 35, destinées ensuite à être découpées et retirées, une bande continue 38.

La bande continue 38 d’isolant électrique 32 est faite d’un matériau apte d’une part à assurer à la fois l’isolation électrique entre deux éléments, ici le paquet de tôles formant le corps de stator et les éléments conducteurs 24a du bobinage électrique 24, et d’autre part à être suffisamment souple pour que la bande 38 puisse être conformée en une succession de créneaux aptes à être insérées successivement dans chacune des encoches 22. La illustre la déformation imposée à la bande continue 38, à l’origine plane, pour qu’elle soit susceptible d’être logée dans les encoches. La permet par ailleurs d’illustrer que la bande continue, dans sa disposition plane, comporte au moins une extrémité d’entame 40 et une extrémité opposée de coupure 42 selon la direction principale d’allongement de la bande continue 38, et que ces extrémités sont destinées à se retrouver superposées l’une à l’autre pour former selon l’invention la zone de recouvrement dans l’une des encoches.

Le procédé de bobinage comprend plus particulièrement une première étape au cours de laquelle on dispose la bande continue 38 d’isolant électrique 32 à l’intérieur du stator dans chacune de ses encoches 22, avec les portions de raccordement qui se retrouvent contre chacune des extrémités de dents 20 agencées entre les encoches, tel que cela est particulièrement visible à la . La dimension de la bande continue 38 est telle que l’extrémité d’entame 40 et l’extrémité de coupure 42 se trouvent dans la même encoche 22 et telle que ces extrémités 40, 42 forment la zone de recouvrement 36. Par exemple, dans cette encoche 22, l’extrémité d’entame 40 de la bande continue 38 étant recouverte par l’extrémité de découpe 42 de la bande continue 38 dans ladite encoche 22.

Afin de réaliser l’exemple d’agencement de la précédemment évoqué, la bande continue 38 est plus particulièrement installée dans le corps de stator de telle sorte que l’extrémité d’entame 40 de la bande continue 38 est disposée le long d’une paroi latérale en étant tournée vers l’ouverture 30 de l’encoche 20, et que cette extrémité d’entame est recouverte par l’extrémité de coupure 42 de la bande continue 38, qui elle est tournée vers la paroi de fond 28 de l’encoche 22.

En d’autres termes, l’extrémité d’entame 40 de la bande continue 38 est disposée le long d’une paroi latérale d’une encoche et la bande continue 38 est ensuite dirigée vers la paroi de fond puis la paroi latérale opposée de cette encoche, avant de s’étendre successivement dans chacune des encoches et de revenir dans l’encoche initiale, avec l’extrémité d’entame qui est recouverte par l’extrémité de coupure 42 de la bande continue 38, qui est alors tournée vers la paroi de fond 28 de l’encoche 22.

Par la suite, au cours d’une deuxième étape, on insère les éléments conducteurs 24a du bobinage électrique 24 dans chacune des encoches 22 du corps de stator suivant la direction radiale de ce dernier, de telle sorte que la bande continue 38 et la zone de recouvrement 36 soient plaquées par les éléments conducteurs 24a contre chacune des parois 26, 28 des encoches 22 tel que cela est visible à la . Une fois les éléments conducteurs 24a installés dans les encoches 22, le procédé de bobinage comporte, dans une troisième étape, une opération de découpe des parties de raccordement 35 de la bande continue 38 disposées en regard de chacun des extrémités de dents 20. Tel qu’évoqué, à l’issue de cette troisième étape, la bande précédemment continue se trouve séparée en une pluralité de couches d’isolant électrique 34 dans chacune des encoches 22 du stator. On retrouve, dans l’encoche 22 comportant la zone de recouvrement 36, la première couche d’isolant électrique 34a et la deuxième couche d’isolant électrique 34b qui comprennent chacune respectivement l’extrémité de coupure 42 de la bande continue 38 et l’extrémité d’entame 40 de la bande continue 38. Et on retrouve dans chacune des autres encoches, ne comportant pas de zone de recouvrement, l’unique couche d’isolant électrique 34c.

Le stator bobiné tel qu’il vient d’être décrit permet par des moyens simples d’assurer une isolation électrique optimale entre des éléments conducteurs d’un bobinage électrique et un corps de stator.

L’invention telle qu’elle vient d’être décrite ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations. Par exemple, on ne sortira pas du cadre de l’invention en utilisant plusieurs bandes de papier isolant et en proposant un stator ayant plusieurs encoches présentant une zone de recouvrement et ainsi plusieurs zones de recouvrement sur la circonférence du stator.

Claims (10)

1. Stator (8) bobiné comprenant au moins un corps (12) et un isolant électrique (32), le corps (12) comprenant au moins une culasse (14) qui s’étend autour d’un axe de révolution (R) et une pluralité de dents (16) s’étendant en saillie de la culasse (14), lesdites dents (16) délimitant deux à deux une pluralité d’encoches (22) recevant des éléments conducteurs (24a) d’un bobinage électrique (24), chacune des encoches (22) comprenant deux parois latérales (26) qui s’étendent globalement radialement et une paroi de fond (28) qui relie les deux parois latérales (26), l’isolant électrique (32) étant disposé dans chacune des encoches (22) entre les éléments conducteurs (24a) et les parois (26, 28) de l’encoche (22) correspondantes, le stator (8) étant caractérisé en ce qu’au moins une des encoches (22) comprend une zone de recouvrement (36) comprenant une première couche d’isolant électrique (34a) qui recouvre une deuxième couche d’isolant électrique (34b), la zone de recouvrement (36) étant formée contre l’une des parois latérales (26) de l’une des encoches (22) du corps de stator(14).
2. Stator (8) bobiné selon la revendication précédente, dans lequel la zone de recouvrement (36) s’étend sur au moins 20% d’une dimension radiale de l’encoche (22).
3. Stator (8) bobiné selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la zone de recouvrement (36) s’étend sur une portion de la paroi latérale (26) inférieure à 50% d’une dimension radiale de l’encoche (22) ou s’étendant sur toute la dimension radiale de la paroi latérale.
4. Stator (8) bobiné selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième couche d’isolant électrique (34b) s’étend le long de la paroi latérale (26) contre laquelle est formée la zone de recouvrement (36), depuis la paroi de fond (28) de l’encoche, et la première couche d’isolant électrique (34a) s’étend le long de cette même paroi latérale (26) depuis une ouverture (30) de l’encoche agencée radialement à l’opposé de la paroi de fond (28).
5. Stator (8) bobiné selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première couche d’isolant électrique (34a) s’étend uniquement le long d’au moins une portion de la paroi latérale (26) contre laquelle est formée la zone de recouvrement (36).
6. Stator (8) bobiné selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première couche d’isolant électrique (34a) présente un bord d’extrémité (37) disposé à une distance (D) non nulle de la paroi de fond (28) de l’encoche (22).
7. Stator (8) bobiné selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième couche d’isolant électrique (34b) qui est au moins en partie recouverte s’étend de manière continue le long de la paroi latérale (26) contre laquelle est formée la zone de recouvrement (36), de la paroi de fond (28) de l’encoche et de l’autre paroi latérale (26).
8. Stator (8) bobiné selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les encoches (22), distinctes de l’encoche (22) dans laquelle est disposée la zone de recouvrement (36), comprennent chacune une épaisseur régulière d’isolant électrique (32) contre chacune des parois délimitant ces encoches, l’isolant électrique étant réparti contre les parois latérales (26) et la paroi de fond (28) en une unique couche d’isolant électrique (34c).
9. Stator (8) bobiné selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une épaisseur de chacune des couches d’isolant électrique (34a, 34b, 34c) est comprise entre 0,1mm et 0,3mm.
10. Machine électrique tournante (1) comprenant au moins un stator (8) bobiné selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins un bobinage électrique (24) qui comprend des éléments conducteurs (24a) respectivement logés dans les encoches (22) du stator (8) bobiné.