FR3127655A1 - Corps de stator pour moteur électrique, stator, moteur électrique et procédé de fabrication associé - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un stator (1) pour moteur électrique comprenant : - une étoile (3) comprenant une pluralité de dents (30) s’étendant radialement, - une pluralité de bobineaux (15) configurés d’une part pour recevoir des spires d’un fil de bobinage (17) pour former une pluralité de bobines (13) et d’autre part pour venir se positionner sur les dents (30) respectives de l’étoile (3), caractérisé en ce que les dents (30) comprennent une partie extrémale (30b) dont la section est constante et en ce que les bobineaux (15) présentent une première extrémité (15a) de forme évasée et une deuxième extrémité (15b) opposée à la première extrémité (15a) et de forme évasée, et une partie centrale (15c) disposée entre la première (15a) et la deuxième (15b) extrémités, la section de la partie centrale (15c) étant réduite par rapport à la section de la première (15a) et de la deuxième (15b) extrémités. Fig.4

Description

Corps de stator pour moteur électrique, stator, moteur électrique et procédé de fabrication associé

La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques et notamment les moteurs électriques destinés à équiper des vélos électriques.

Les vélos électriques sont de plus en plus populaires du fait de la facilité de déplacement qu’ils procurent tout en ayant une consommation énergétique, un impact environnemental et un coût de revient réduits.

Cependant, l’utilisation d’un moteur électrique dans un vélo électrique implique différentes contraintes. Il convient en particulier de fournir un couple important tout en limitant au maximum le poids et l’encombrement du moteur électrique.

Afin de limiter l’encombrement, il est connu d’utiliser des stators 1 en deux parties aussi appelés stator 1 à dents séparées dans lesquels le stator 1 comprend une pièce interne appelée étoile 3 comprenant les dents 30 autour desquelles sont disposées les bobines 13 et une pièce externe appelée culasse 5 disposée autour des dents 30 comme représenté sur le stator 1 de la . Les bobines 13 sont par exemple réalisées par un fil de bobinage 17 enroulé sous forme de couches de spires autour d’un bobineau 15 venant se fixer sur la dent 30 de l’étoile 3.

L’utilisation d’un tel stator 1 permet de fournir plus de place pour le bobinage et donc de maximiser la place disponible et de faciliter l’enroulement du fil de bobinage autour des dents 30. De plus, afin de maximiser le ratio entre le nombre de spires des bobines 13 et leur taille, il est connu d’utiliser un bobinage dit trapézoïdal dans lequel le nombre de couches de spires varie entre les deux extrémités de la bobine 13. La représente un exemple d’un tel bobinage réalisé autour d’un bobineau 15 avec trois couches de spires, la troisième couche étant incomplète.

Cependant, avec un tel bobinage, la dernière spire du bobinage située au centre du bobinage (indiqué par une flèche sur la ) tend à être très proche de la bobine adjacente lorsque monté sur l’étoile 3 et peut venir en contact avec la dernière spire des bobines adjacentes conduisant à un court-circuit entre les bobines 13. Ce court-circuit peut conduire à un dysfonctionnement voire un endommagement du moteur électrique.

Il convient donc de fournir une solution permettant d’éloigner les dernières spires des bobines adjacentes afin de réduire voire supprimer le risque de court-circuit entre les bobines 13 du stator.

A cet effet, l’invention a donc pour objet un stator pour moteur électrique comprenant :

- une étoile comprenant une pluralité de dents s’étendant radialement,

- une pluralité de bobineaux configurés d’une part pour recevoir des spires d’un fil de bobinage pour former une pluralité de bobines et d’autre part pour venir se positionner sur les dents respectives de l’étoile,

dans lequel les dents comprennent une partie extrémale dont la section est constante et en ce que les bobineaux présentent une première extrémité de forme évasée, une deuxième extrémité opposée à la première extrémité et de forme évasée, et une partie centrale disposée entre la première et la deuxième extrémités, la section de la partie centrale étant réduite par rapport à la section de la première et de la deuxième extrémités.

Selon un autre aspect de la présente invention, les dents comprennent également une partie proximale, par rapport à la direction radiale, de forme générale convergente et la forme évasée de la première extrémité des bobineaux à une forme complémentaire de la partie proximale des dents de sorte que la forme évasée de la première extrémité du bobineau est configurée pour venir en contact avec la partie proximale convergente de la dent ce qui permet de réduire les pertes magnétiques.

Selon un autre aspect de la présente invention, la forme convergente de la dent et la forme évasée des extrémités du bobineau concernent au moins les côtés de la dent et du bobineau en regard avec une dent adjacente.

Selon un autre aspect de la présente invention, les bobineaux sont configurés pour recevoir une pluralité de couches de spires, la dernière couche de spires étant réalisée seulement sur une partie de la hauteur du bobineau pour former un bobinage trapézoïdal.

Selon un autre aspect de la présente invention, la partie de la hauteur du bobineau comprenant la dernière couche de spires correspond à la partie externe radialement lorsque le bobineau est monté sur la dent.

Selon un autre aspect de la présente invention, le stator comprend également une culasse de forme générale cylindrique configurée pour venir se positionner autour de l’étoile et des bobines.

Selon un autre aspect de la présente invention, la culasse comprend une pluralité d’encoches axiales disposées sur sa face interne et configurées pour recevoir l’extrémité des dents.

Selon un autre aspect de la présente invention, la culasse et l’étoile sont formées par découpe à partir d’un empilement de tôles configurées pour être superposées axialement.

Selon un autre aspect de la présente invention, les bobineaux sont réalisés en matière plastique.

La présente invention concerne également un moteur électrique comprenant un stator tel que décrit précédemment.

La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un stator comprenant :
- une étape d’enroulement d’un fil de bobinage autour d’un bobineau comprenant une première extrémité de forme évasée et une deuxième extrémité de forme évasée reliées par une partie centrale de section inférieure à la première et la deuxième extrémités pour former une bobine selon un bobinage trapézoïdal dont la dernière spire de l’enroulement est positionnée en regard de la partie centrale du bobineau, l’étape d’enroulement étant répétée pour former l’ensemble des bobines du stator,
- une étape de positionnement des bobines formées autour des bobineaux sur les dents respectives d’une étoile du corps de stator,

- une étape d’insertion de l’étoile munie des bobines dans la culasse par translation axiale.

Selon un autre aspect de la présente invention, le procédé de fabrication comprend également des étapes préliminaires de formation de l’étoile et de la culasse à partir d’un empilement de tôles superposées selon une direction axiale, l’étoile et la culasse étant obtenues par découpe des tôles.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :

représente une vue schématique en perspective d’un stator d’un moteur électrique;

représente une vue schématique d’une bobine formée un fil de bobinage enroulé autour d’un bobineau ;

représente une vue schématique en coupe d’une dent et d’une bobine d’un stator;

représente une vue schématique en coupe d’une dent d’un corps de stator et d’un bobineau selon un premier mode de réalisation de la présente invention;

représente une vue schématique en coupe d’une dent d’un corps de stator et d’un bobineau selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention;

représente un organigramme des étapes de fabrication d’un stator selon la présente invention.

Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.

Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.

Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.

La présente invention concerne un stator 1 pour moteur électrique, en particulier un stator à dents 30 séparées dans lequel les bobines 13 sont formées autour de bobineaux 15 configurés pour venir se positionner sur les dents 30 d’une étoile 3 d’un corps de stator comme représenté sur la . Sur la , le stator 1 comprend dix-huit bobines 13 mais un nombre différent de bobines 13 peut être utilisé. Le corps de stator comprend par exemple une étoile 3 comprenant une pluralité de dents 30 s’étendant radialement. Les dents 30 sont réparties régulièrement autour de l’étoile 3. Le corps de stator comprend également une culasse 5 de forme générale cylindrique comprenant des encoches axiales 50 et configurée pour venir se positionner autour de l’étoile 3 et des bobines 13. L’extrémité des dents 30 de l’étoile 3 et les encoches 50 de la culasse ont de formes complémentaires, par exemple rectangulaire comme représenté sur la ou en forme de queue d’aronde comme représenté sur la . Cependant, l’invention ne se limite à ces formes d’encoches 50 et de dents 30. La culasse 5 est configurée pour venir se placer autour de l’étoile par translation axiale selon l’axe X représenté sur la . En pratique, l’étoile 3 et la culasse 5 sont généralement obtenues à partir d’un empilement de tôles superposées axialement et assemblées les unes aux autres, par exemple par emboîtement (« interlocking » en anglais) ou greffage (« grafting » en anglais). Chaque tôle est ainsi découpée pour fournir d’une part, une tranche d’étoile 3 et d’autre part une tranche de culasse 5.

Les bobines 13 sont par exemple formées par un enroulement de spires d’un fil de bobinage 17 autour d’un bobineau 15. Afin de minimiser l’encombrement du stator 1, les bobines 13 sont réalisées par un enroulement trapézoïdal dans lequel plusieurs couches de spires du fil de bobinage 17 sont enroulées les unes sur les autres et la dernière couche de spires est réalisée seulement sur une partie de la hauteur du bobineau 15, en particulier la partie externe radialement du bobineau 15 (à l’état monté sur l’étoile 3) comme représenté sur les figures 2 et 3. De plus, afin de limiter la largeur de la bobine 13 au niveau de la dernière spire de l’enroulement (indiquée par la flèche sur la ), le bobineau 15 présente un forme générale de sablier avec une première extrémité 15a, correspondant à l’extrémité interne (à l’état monté sur l’étoile 3) de forme évasée et une deuxième extrémité 15b, correspondant à l’extrémité externe (à l’état monté sur l’étoile 3) de forme évasée. La forme évasée des extrémités 15a, 15b du bobineau 15 concernent au moins les côtés du bobineau 15 destinés à être en regard avec une bobine 13 adjacente à l’état monté du stator 1. Les formes évasées sont par exemple des formes linéaires comme sur les figures 4 et 5 mais des formes incurvées sont également possibles. De plus, la forme de l’évasement (l’angle d’évasement dans le cas de forme linéaire) est déterminée de manière à maximiser les nombres de spires disposées à l’intérieur du volume formé par les extrémités du bobineau 15 (volume délimité par le trait en pointillés référencé Y sur la ) tout en conservant un bobinage trapézoïdal (nombre de couche de spires supérieur sur la partie externe (à l’état monté sur l’étoile 3) du bobineau 15).

La partie centrale 15c du bobineau 15 située entre la première 15a et la deuxième 15b extrémités présente une section réduite par rapport à la première 15a et la deuxième 15b extrémités. Cette partie centrale 15c de section réduite est destinée à recevoir les spires du fil de bobinage 17 situées sous la dernière spire de l’enroulement (la dernière spire de l’enroulement est disposée en regard de la partie centrale 17c du bobineau 17) et ainsi limiter l’encombrement latéral de la bobine 13 au niveau de la dernière spire. La deuxième extrémité 15b peut également comprendre une collerette 150 de retenue des spires du fil de bobinage 17. La première extrémité 15a peut également comprendre une telle collerette 150 de retenue des spires du fil de bobinage 17. Le bobineau 15 est par exemple réalisé en matière plastique.

Selon un premier mode de réalisation représenté sur la , les dents 30 présentent une partie proximale 30a par rapport au centre de l’étoile 3 de forme générale convergente dans la direction radiale, c’est-à-dire en s’éloignant du centre de l’étoile, et une partie extrémale 30b dans la direction radiale dont la section est constante, c’est-à-dire de forme générale linéaire. La partie proximale 30a est configurée pour recevoir la première extrémité 15a du bobineau 15 de sorte que la forme évasée de la première extrémité 15a du bobineau 15 à une forme complémentaire de la partie proximale 30a des dents 30. Cette forme convergente de la partie proximale 30a complémentaire de la première extrémité 15a du bobineau 15 permet de limiter les pertes magnétiques.

Selon un deuxième mode de réalisation représenté sur la , les dents 30 présentent une section constante, c’est-à-dire une forme générale linéaire.

La présente invention concerne également un moteur électrique comprenant un stator 1 tel que décrit précédemment. Le moteur électrique est par exemple un moteur triphasé.

La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un stator 1 tel que décrit précédemment. La représente un organigramme des étapes du procédé de fabrication selon la présente invention.

La première étape 101 concerne l’empilement de tôles, destinées à former l’étoile et la culasse 5 du stator 1, selon une direction axiale et la fixation des tôles entre elles, par exemple par emboîtement (« interlocking » en anglais) ou greffage (« grafting » en anglais). Les tôles sont des tôles métalliques, par exemple en acier. L’épaisseur des tôles est par exemple de 0,3mm. L’empilement a une forme sensiblement cylindrique.

La deuxième étape 102 concerne une étape de découpe de l’empilement de tôles obtenu à l’étape 101. La découpe permet de former d’une part une étoile 3 comprenant une pluralité de dents 30 s’étendant radialement de manière régulière et d’autre part, une culasse 5 comprenant une pluralité d’encoches 50 de forme complémentaire aux extrémités des dents 30. L’extrémité des dents 30 et les encoches 50 peuvent avoir des formes rectangulaires ou en queue d’aronde par exemple.

La troisième étape 103 concerne l’enroulement d’une pluralité de spires d’un fil de bobinage 17 autour d’un bobineau 15 en forme de sablier pour former une bobine 13 selon un bobinage trapézoïdal. Le bobineau comprend une première extrémité 15a de forme évasée et une deuxième extrémité 15b de forme évasée reliées par une partie centrale 15c de section inférieure à la première 15a et la deuxième 15b extrémités. Cet enroulement est répété pour former l’ensemble des bobines 13 du stator 1.

La quatrième étape 104 concerne le positionnement des bobines 13 formées à l’étape 103 sur les dents 30 de l’étoile 3, les bobineaux 15 venant se fixer sur les dents 30 respectives de l’étoile 3.

La cinquième étape 105 concerne le positionnement de la culasse 5 autour de l’étoile 3 comprenant les bobines 13. Le positionnement est réalisé par translation axiale.

Claims (12)

1. Stator (1) pour moteur électrique comprenant :
   - une étoile (3) comprenant une pluralité de dents (30) s’étendant radialement,
   - une pluralité de bobineaux (15) configurés d’une part pour recevoir des spires d’un fil de bobinage (17) pour former une pluralité de bobines (13) et d’autre part pour venir se positionner sur les dents (30) respectives de l’étoile (3),
   caractérisé en ce que les dents (30) comprennent une partie extrémale (30b) dont la section est constante et en ce que les bobineaux (15) présentent une première extrémité (15a) de forme évasée, une deuxième extrémité (15b) opposée à la première extrémité (15a) et de forme évasée, et une partie centrale (15c) disposée entre la première (15a) et la deuxième (15b) extrémités, la section de la partie centrale (15c) étant réduite par rapport à la section de la première (15a) et de la deuxième (15b) extrémités.
2. Stator (1) selon la revendication 1 dans lequel les dents (30) comprennent également une partie proximale (30a) de forme générale convergente et dans lequel la forme évasée de la première extrémité (15a) des bobineaux (15) à une forme complémentaire de la partie proximale (30a) des dents (30).
3. Stator (1) selon la revendication 2 dans lequel la forme convergente de la dent (30) et la forme évasée des extrémités du bobineau (15) concernent au moins les côtés de la dent (30) et du bobineau (15) en regard avec une dent (30) adjacente.
4. Stator (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les bobineaux (15) sont configurés pour recevoir une pluralité de couches de spires, la dernière couche de spires étant réalisée seulement sur une partie de la hauteur du bobineau (15) pour former un bobinage trapézoïdal.
5. Stator (1) selon la revendication précédente dans lequel la partie de la hauteur du bobineau (15) comprenant la dernière couche de spires correspond à la partie externe radialement lorsque le bobineau (15) est monté sur la dent (30).
6. Stator (1) selon l’une des revendications précédentes comprenant également une culasse (5) de forme générale cylindrique configurée pour venir se positionner autour de l’étoile (3) et des bobines (13).
7. Stator (1) selon la revendication précédente dans lequel la culasse (5) comprend une pluralité d’encoches axiales (50) disposées sur sa face interne et configurées pour recevoir l’extrémité des dents (30).
8. Stator (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la culasse (5) et l’étoile (3) sont formées par découpe à partir d’un empilement de tôles configurées pour être superposées axialement.
9. Stator (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les bobineaux (15) sont réalisés en matière plastique.
10. Moteur électrique comprenant un stator (1) selon l’une des revendications précédentes.
11. Procédé de fabrication d’un stator (1) selon l’une des revendications 1 à 9, ledit procédé de fabrication comprenant :
    - une étape (103) d’enroulement d’un fil de bobinage (17) autour d’un bobineau (15) comprenant une première extrémité (15a) de forme évasée et une deuxième extrémité (15b) de forme évasée reliées par une partie centrale (15c) de section inférieure à la première (15a) et la deuxième (15b) extrémités pour former une bobine (13) selon un bobinage trapézoïdal dont la dernière spire de l’enroulement est positionnée en regard de la partie centrale (15c) du bobineau (15), l’étape d’enroulement étant répétée pour former l’ensemble des bobines (13) du stator (1),
    - une étape (104) de positionnement des bobines (13) formées autour des bobineaux (15) sur les dents (30) respectives d’une étoile (3) du corps de stator,
    - une étape (105) d’insertion de l’étoile (3) munie des bobines (13) dans la culasse (5) par translation axiale.
12. Procédé de fabrication selon la revendication précédente comprenant également des étapes préliminaires (101, 102) de formation de l’étoile (3) et de la culasse (5) à partir d’un empilement de tôles superposées selon une direction axiale, l’étoile (3) et la culasse (5) étant obtenues par découpe des tôles.