FR3141016A1 - Stator pour moteur électrique intégrant un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un stator (5) pour moteur électrique (1) comprenant : - un corps (50) de stator formant une couronne s’étendant le long d’un axe (X) entre une face d’extrémité avant (51) et une face d’extrémité arrière (52), ledit corps (50) de stator comportant une face périphérique externe (53) et une face périphérique interne (54) pourvue de dents (55), lesdites dents (55) délimitant deux à deux une pluralité d’encoches (56) ouvertes vers l’intérieur du corps (50) de stator ; - une pluralité de segments de conducteur (57) insérés au moins partiellement dans les encoches (56) du corps (50) de stator ; caractérisé par la fait que le corps (50) de stator est muni d’au moins une cavité interne (60), ladite au moins une cavité interne (60) logeant au moins un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel, ledit au moins un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel étant apte à atténuer les vibrations et/ou les bruits mécaniques et/ou magnétiques générés par le stator (5) lors de son fonctionnement au sein du moteur électrique (1). Figure 5
Description
L’invention concerne un stator pour moteur électrique. L’invention concerne également un moteur électrique comprenant un tel stator.
De manière générale, les moteurs électriques actuels comportent un rotor solidaire d’un arbre et un stator qui entoure le rotor. Le stator est monté dans un carter qui comporte des roulements pour le montage en rotation de l’arbre. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de tôles ou roues polaires (claw pole) maintenues sous forme de paquet au moyen d’un système de fixation adapté. Le corps du rotor comporte des cavités internes logeant des aimants permanents. Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue de dents délimitant deux à deux une pluralité d’encoches ouvertes vers l’intérieur du corps de stator et destinées à recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements de phase traversent les encoches du corps de stator et forment des chignons faisant saillie de part et d’autre du corps de stator. Les enroulements de phase peuvent par exemple être constitués d’une pluralité de segments de conducteur en forme de U, les extrémités libres de deux segments adjacents étant reliées entre elles par soudage.
Lors de leur fonctionnement, les moteurs électriques génèrent souvent des bruits qui peuvent s’avérer gênants pour les personnes situées à proximité. Ces bruits peuvent être d’ordre mécanique et résulter des chocs ou frottements entre les pièces mécaniques lors de la rotation du rotor. Ils peuvent également être d’ordre magnétique et être générés par les forces magnétiques produites par les courants circulant dans le moteur électrique. En effet, ces forces magnétiques peuvent faire vibrer la structure du moteur électrique à des fréquences audibles (de 20 Hz à 20 kHz), et ces vibrations sont transmises à l'air ambiant par la structure, générant du bruit.
En particulier, le stator peut être soumis sous l’effet des efforts électromagnétiques à des micro-déplacements à haute fréquence et dans le domaine audible de l’oreille humaine. Ces vibrations se transmettent ensuite sur le reste de la structure du moteur électrique.
Pour réduire les nuisances sonores générées par les moteurs électriques, une des solutions actuellement envisagées consistent à encapsuler partiellement ou totalement le stator. Cette solution présente toutefois l’inconvénient d’augmenter le volume et la masse du moteur électrique. Une autre solution envisageable consiste à renforcer l’isolation acoustique entre le compartiment moteur et l’intérieur habitable du véhicule. Cette solution présente toutefois l’inconvénient de ne pas réduire les bruits diffusés à l’extérieur du véhicule.
Un des buts de l’invention est donc de proposer une solution au problème des nuisances sonores générées par les moteurs électriques tel que décrit précédemment, et, notamment, de proposer une solution permettant de réduire les bruits générés par le stator.
A cet effet, l’invention concerne un stator pour moteur électrique comprenant :
- un corps de stator formant une couronne s’étendant le long d’un axe entre une face d’extrémité avant et une face d’extrémité arrière, ledit corps de stator comportant une face périphérique externe et une face périphérique interne pourvue de dents, lesdites dents délimitant deux à deux une pluralité d’encoches ouvertes vers l’intérieur du corps de stator ;
- une pluralité de segments de conducteur insérés au moins partiellement dans les encoches du corps de stator ;
caractérisé par le fait que le corps de stator est muni d’au moins une cavité interne, ladite au moins une cavité interne logeant au moins un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel, ledit au moins un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel étant apte à atténuer les vibrations et/ou les bruits mécaniques et/ou magnétiques générés par le stator lors de son fonctionnement au sein du moteur électrique.
Ainsi configuré, le stator de l’invention permet de diminuer les bruits générés lors de son fonctionnement du fait de la présence d’un élément apte à absorber les bruits mécaniques et/ou magnétiques et/ou à amortir les vibrations à l’intérieur d’une cavité interne du corps de stator.
Le stator de l’invention pourra également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- ladite au moins une cavité interne comprend un segment principal formant un anneau autour de l’axe du corps de stator, une première pluralité de segments secondaires dits avant s’étendant depuis le segment principal en direction de la face d’extrémité avant du corps de stator et une deuxième pluralité de segments secondaires dits arrière s’étendant depuis le segment principal en direction de la face d’extrémité arrière du corps de stator.
- chaque segment secondaire avant et arrière est rectiligne et est orienté de manière oblique par rapport au segment principal.
- chaque segment secondaire avant et arrière est rectiligne et est orienté perpendiculairement au segment principal.
- les segments secondaires avant et arrière forment des trous tubulaires ayant une base parallélépipédique.
- chaque segment secondaire étant défini par une largeur B, mesurée selon une direction orthoradiale, et une longueur D, mesurée selon une direction radiale. la largeur B est proportionnelle à la largeur A d’une section formée d’une dent et d’une encoche, telle que mesurée selon une direction orthoradiale, le rapport entre la largeur B et la largeur A étant préférentiellement compris entre 0,25 et 0,75, et la longueur D est proportionnelle à la distance C séparant un bord d’extrémité interne d’une encoche de la face périphérique externe du corps de stator, telle que mesurée selon une direction radiale, le rapport entre la longueur D et la distance C étant préférentiellement compris entre 0,25 et 0,75.
- le corps de stator comprend au moins une ouverture radiale débouchant, d’un côté, sur le segment central de ladite au moins une cavité interne et, de l’autre côté, au niveau de la face périphérique externe du corps de stator, ladite au moins une ouverture radiale permettant l’injection d’un matériau de remplissage à l’intérieur de ladite au moins une cavité interne.
- le stator comprend une pluralité d’orifices traversants débouchant, d’un côté, sur l’un des segments secondaires avant, respectivement arrière, et, de l’autre côté, au niveau de la face d’extrémité avant, respectivement arrière, lesdits orifices traversants étant configurés pour laisser passer l’air mais pas le matériau de remplissage.
- les orifices traversants sont de forme cylindrique et possèdent un diamètre compris entre 0,02 mm et 0,2 mm.
- ledit au moins un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel possède une forme complémentaire à celle de ladite au moins une cavité interne.
- ledit au moins un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel est constitué d’un matériau choisi parmi une matière silicone, un élastomère thermoplastique, et une masse lourde.
L’invention concerne également un moteur électrique comprenant un stator tel que défini ci-dessus.
L’invention sera davantage comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre, faite en référence aux figures ci-annexées.
Dans l’ensemble de la description et dans les revendications, les termes « axial » et « radial » et leurs dérivés sont définis par rapport à l’axe longitudinal le long duquel s’étend le stator et qui passe par le centre du stator. Ainsi, une orientation axiale se rapporte à une orientation parallèle à l’axe longitudinal du stator et une orientation radiale se rapporte à une orientation perpendiculaire à l’axe longitudinal du stator. Par ailleurs, par convention, les termes « avant » et « arrière » font référence à des positions séparées le long de l’axe longitudinal du stator. En particulier, le terme « avant » correspond aux parties du stator qui jouxtent l’extrémité de l’arbre du rotor sur laquelle peut être fixé(e) une poulie, un pignon, une cannelure destiné(e) à transmettre le mouvement de rotation du rotor à tout autre dispositif similaire de transmission de mouvements. Le terme « arrière » correspond de ce fait aux parties du stator qui jouxtent l’autre extrémité de l’arbre du rotor.
En référence à la , il est représenté un moteur électrique 1 mettant en œuvre un stator conforme à l’invention. Ce moteur électrique 1 comprend notamment un carter 2 en deux parties logeant le rotor 3 solidaire en rotation d’un arbre 4 monté rotatif autour d’un axe X et un stator 5 annulaire qui entoure le rotor 3 de manière coaxiale à l’arbre 4. Le carter 2 est constitué notamment d’un palier avant 24 et un palier arrière 25 connectés l’un à l’autre au moyen de vis de fixation 23. Les paliers 24, 25 sont de forme creuse et portent chacun centralement un roulement à billes respectivement 21 et 22 pour le montage en rotation de l’arbre 4.
Le palier arrière 25 consiste en un couvercle en forme de cloche qui, dans la position montée du moteur représentée sur la , recouvre totalement une partie cylindrique 242 du palier avant 24 qui s'étend axialement depuis une face d'extrémité 241 dudit palier avant 24, ladite face 241 possédant la forme d'un disque aligné dans un plan perpendiculaire à l'axe X de l'arbre 4. Le palier arrière 25 repose au niveau d'un bord d'extrémité 251 sur un épaulement 243 défini par la face d'extrémité 241.
Le palier arrière 25 possède une forme sensiblement complémentaire à celle de la partie cylindrique 242 du palier avant 24 de sorte que, dans la position montée du moteur, cette partie 242 est en contact étanche avec la paroi interne 252 du palier arrière 25, l'étanchéité étant assurée par deux joints d'étanchéité 8 de forme annulaire qui sont logés à l'intérieur de deux rainures annulaires 7 formées à la périphérie de la partie 242. Les rainures 7 sont disposées de part et d'autre d'une zone 244 de plus faible épaisseur de la partie 242. La zone 244 forme avec la paroi interne 252 du palier arrière 25 un canal interne 9 de circulation de liquide. Le canal 9 permet ainsi la circulation d'un liquide de refroidissement, comme par exemple de l'eau, du glycol ou une huile, autour de la partie cylindrique 242 du palier avant 24. Ainsi, lors du fonctionnement du moteur 1, la chaleur dégagée par le stator 5 et transmise au palier avant 24 pourra être directement transférée au liquide de refroidissement circulant dans le canal interne 9. Un refroidissement plus rapide du stator 5 pourra ainsi être obtenu. Le transfert de chaleur vers le liquide de refroidissement est encore amélioré dans le cas où le palier avant 24 est constitué d'un matériau possédant une conductivité thermique élevée, comme l'aluminium par exemple, et le palier arrière 25 est constitué d'un matériau à faible conductivité thermique, comme une matière plastique par exemple. L'alimentation en liquide de refroidissement se fera au travers d'une tubulure d'entrée 26 de liquide formée à la périphérie du palier arrière 25, ladite tubulure d'entrée 26 débouchant dans le canal interne 9. La sortie du liquide de refroidissement se fera au travers d'une tubulure de sortie 27 de liquide formée à la périphérie du palier arrière 25, ladite tubulure de sortie 27 débouchant également dans le canal interne 9.
En référence aux figures 3 et 4, il est représenté le stator 5 équipant le moteur des figures 1 et 2. Ce stator 5 comprend un corps 50 en forme de couronne s’étendant le long de l’axe X entre une face d’extrémité avant 51 et une face d’extrémité arrière 52. Le corps 50 est constitué par un empilement de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le corps 50 comporte une face périphérique externe 53 sensiblement cylindrique et une face périphérique interne 54 pourvue de dents 55 s'étendant parallèlement à la direction axiale X et régulièrement espacées autour de la circonférence du corps 50. Les dents 55 délimitent deux à deux une pluralité d'encoches 56 destinées à loger au moins partiellement une pluralité de segments de conducteur 57 en forme de U. Ainsi, deux encoches 56 successives sont séparées par une dent 55 comme représenté sur la . Les encoches 56 débouchent axialement sur les faces d'extrémité avant et arrière 51, 52 du corps 50 de stator et radialement sur la face périphérique interne 54 du corps 50.
Comme représenté sur la , le corps 50 est muni par ailleurs de plusieurs ouvertures radiales 58 sur sa face périphérique externe 53. Ces ouvertures radiales 58 débouchent dans une cavité interne 60 formée à l’intérieur du corps 50 de stator. Ces ouvertures radiales 58 permettront ainsi d’injecter un matériau de remplissage (non représenté) à l’intérieur de la cavité interne 60. Le matériau de remplissage possèdera notamment des caractéristiques spécifiques le rendant particulièrement apte à atténuer les vibrations et/ou les bruits mécaniques et/ou magnétiques générés par le stator lors de son fonctionnement au sein du moteur électrique. Il pourra ainsi être avantageusement choisi parmi une matière silicone, un élastomère thermoplastique (par exemple du type Hytrel® ou du type PP/EPDM), et une masse lourde.
Une fois l’opération d’injection terminée, ce matériau de remplissage formera un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel qui remplira totalement la cavité interne 60. Cet élément absorbant acoustique ou amortissant structurel possèdera donc une forme complémentaire à celle de la cavité interne 60. L’effet d’atténuation acoustique obtenu au moyen de cet élément absorbant acoustique ou amortissant structurel dépendra donc de la forme de la cavité interne 60.
Deux formes préférentielles de cavité interne ont été représentées respectivement sur les figures 6-7 et 8-9. Ces formes préférentielles ne sont évidemment pas limitatives pour l’invention. Toute autre forme de cavité interne permettant de réduire de manière efficace les bruits générés par le stator pourra être envisagée à ce niveau. En particulier, il pourra être envisageable de munir le stator de plusieurs cavités internes séparées les unes des autres, chaque cavité interne logeant un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel spécifique.
En référence aux figures 6 et 7, il est représenté un premier mode de réalisation d’un corps de stator selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, la cavité interne 60 comprend un segment principal 61, formant un anneau autour de l’axe X du corps 50 de stator, et plusieurs segments secondaires 62a, 62b s’étendant depuis ledit segment principal 61 en direction des faces d’extrémité 51, 52 du corps 50 de stator, respectivement des segments secondaires 62a, dits avant, s’étendant depuis le segment principal 61 en direction de la face d’extrémité avant 51 et des segments secondaires 62b, dits arrière, s’étendant depuis le segment principal 61 en direction de la face d’extrémité arrière 52. Chaque segment secondaire avant et arrière 62a, 62b est rectiligne et est orienté de manière oblique par rapport au segment principal 61. Dans la configuration représentée sur la , les segments secondaires avant 62a sont parallèles à une même direction D1 et les segments secondaires arrière 62b sont parallèles à une même direction D2, la direction D1 formant avec la direction D2 un angle α. Cet angle α sera de préférence compris entre 30° et 120°.
Dans la configuration représentée sur la , les segments secondaires avant et arrière 62a, 62b possèdent une forme tubulaire à base parallélépipédique. Comme illustré sur la , ces segments secondaires 62a, 62b seront définis par une largeur B, mesurée selon une direction orthoradiale, et une longueur D, mesurée selon une direction radiale. La largeur B pourra être proportionnelle à la largeur A d’une section formée d’une dent 55 et d’une encoche 56, telle que mesurée selon une direction orthoradiale. En particulier, le rapport entre la largeur B et la largeur A pourra être compris entre 0,25 et 0,75. De manière similaire, la longueur D pourra être proportionnelle à la distance C séparant le bord d’extrémité interne d’une encoche 56 de la paroi périphérique externe 53 du corps 50 de stator, telle que mesurée selon une direction radiale. En particulier, le rapport entre la longueur D et la distance C pourra être compris entre 0,25 et 0,75.
Selon d’autres configurations de l’invention (non représentées), les segments secondaires pourront également posséder une forme tubulaire à base circulaire.
Comme représenté sur la , le corps 50 de stator est également muni d’une pluralité de premiers et deuxièmes orifices traversants 59a et 59b. Chacun des premiers orifices traversants 59a débouche, d’un côté, sur l’un des segments secondaires avant 62a et, de l’autre côté, au niveau de la face d’extrémité avant 51 et chacun des deuxièmes orifices traversants 59b débouche, d’un côté, sur l’un des segments secondaires arrière 62b et, de l’autre côté, au niveau de la face d’extrémité arrière 52. Lesdits premiers et deuxièmes orifices traversants 59a, 59b serviront d’évents lors de l’opération d’injection du matériau de remplissage à l’intérieur de la cavité interne 60, empêchant ainsi la formation de poche d’air à l’intérieur du corps de stator. Les orifices traversants 59a, 59b devront ainsi être suffisamment larges pour laisser passer l’air mais suffisamment étroits pour empêcher le passage du matériau de remplissage.
En référence aux figures 8 et 9, il est représenté un deuxième mode de réalisation d’un corps de stator selon l’invention. Ce mode de réalisation diffère de celui des figures 6 et 7 par le fait que chaque segment secondaire avant et arrière 62a, 62b est orienté perpendiculairement au segment principal 61.
Dans la configuration représentée sur la , les segments secondaires avant et arrière 62a, 62b possèdent une forme tubulaire à base parallélépipédique. Comme illustré sur la , ces segments secondaires 62a, 62b seront définis par une largeur B, mesurée selon une direction orthoradiale, et une longueur D, mesurée selon une direction radiale. La largeur B pourra être proportionnelle à la largeur A d’une section formée d’une dent 55 et d’une encoche 56, telle que mesurée selon une direction orthoradiale. En particulier, le rapport entre la largeur B et la largeur A pourra être compris entre 0,25 et 0,75. De manière similaire, la longueur D pourra être proportionnelle à la distance C séparant le bord d’extrémité interne d’une encoche 56 de la paroi périphérique externe 53 du corps 50 de stator, telle que mesurée selon une direction radiale. En particulier, le rapport entre la longueur D et la distance C pourra être compris entre 0,25 et 0,75.
Selon d’autres configurations de l’invention (non représentées), les segments secondaires pourront également posséder une forme tubulaire à base circulaire.
Comme représenté sur la , le corps 50 de stator est également muni d’une pluralité de premiers et deuxièmes orifices traversants 59a et 59b. Chacun des premiers orifices traversants 59a débouche, d’un côté, sur l’un des segments secondaires avant 62a et, de l’autre côté, au niveau de la face d’extrémité avant 51 et chacun des deuxièmes orifices traversants 59b débouche, d’un côté, sur l’un des segments secondaires arrière 62b et, de l’autre côté, au niveau de la face d’extrémité arrière 52. Lesdits premiers et deuxièmes orifices traversants 59a, 59b serviront d’évents de dégazage lors de l’opération d’injection du matériau de remplissage à l’intérieur de la cavité interne 60, empêchant ainsi la formation de poche d’air à l’intérieur du corps de stator. Les orifices traversants 59a, 59b devront ainsi être suffisamment larges pour laisser passer l’air mais suffisamment étroits pour empêcher le passage du matériau de remplissage. En particulier, les orifices traversants 59a, 59b pourront être de forme cylindrique et posséder un diamètre compris entre 0,02 mm et 0,2 mm.
Claims (12)
- Stator (5) pour moteur électrique (1) comprenant :
- un corps (50) de stator formant une couronne s’étendant le long d’un axe (X) entre une face d’extrémité avant (51) et une face d’extrémité arrière (52), ledit corps (50) de stator comportant une face périphérique externe (53) et une face périphérique interne (54) pourvue de dents (55), lesdites dents (55) délimitant deux à deux une pluralité d’encoches (56) ouvertes vers l’intérieur du corps (50) de stator ;
- une pluralité de segments de conducteur (57) insérés au moins partiellement dans les encoches (56) du corps (50) de stator ;
caractérisé en ce que le corps (50) de stator est muni d’au moins une cavité interne (60), ladite au moins une cavité interne (60) logeant au moins un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel, ledit au moins un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel étant apte à atténuer les vibrations et/ou les bruits mécaniques et/ou magnétiques générés par le stator (5) lors de son fonctionnement au sein du moteur électrique (1). - Stator (5) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une cavité interne (60) comprend un segment principal (61) formant un anneau autour de l’axe (X) du corps (50) de stator, une première pluralité de segments secondaires dits avant (62a) s’étendant depuis le segment principal (61) en direction de la face d’extrémité avant (51) du corps (50) de stator et une deuxième pluralité de segments secondaires dits arrière (62b) s’étendant depuis le segment principal (61) en direction de la face d’extrémité arrière (52) du corps (50) de stator.
- Stator (5) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque segment secondaire avant et arrière (62a, 62b) est rectiligne et est orienté de manière oblique par rapport au segment principal (61).
- Stator (5) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque segment secondaire avant et arrière (62a, 62b) est rectiligne et est orienté perpendiculairement au segment principal (61).
- Stator (5) selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les segments secondaires avant et arrière (62a, 62b) forment des trous tubulaires ayant une base parallélépipédique.
- Stator (5) selon la revendication 5, caractérisé en ce que, chaque segment secondaire (62a, 62b) étant défini par une largeur B, mesurée selon une direction orthoradiale, et une longueur D, mesurée selon une direction radiale. la largeur B est proportionnelle à la largeur A d’une section formée d’une dent (55) et d’une encoche (56), telle que mesurée selon une direction orthoradiale, le rapport entre la largeur B et la largeur A étant préférentiellement compris entre 0,25 et 0,75, et la longueur D est proportionnelle à la distance C séparant un bord d’extrémité interne d’une encoche (56) de la face périphérique externe (53) du corps (50) de stator, telle que mesurée selon une direction radiale, le rapport entre la longueur D et la distance C étant préférentiellement compris entre 0,25 et 0,75.
- Stator (5) selon l’une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le corps (50) de stator comprend au moins une ouverture radiale (58) débouchant, d’un côté, sur le segment central (61) de ladite au moins une cavité interne (60) et, de l’autre côté, au niveau de la face périphérique externe (53) du corps (50) de stator, ladite au moins une ouverture radiale (58) permettant l’injection d’un matériau de remplissage à l’intérieur de ladite au moins une cavité interne (60).
- Stator (5) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité d’orifices traversants (59a, 59b) débouchant, d’un côté, sur l’un des segments secondaires avant (62a), respectivement arrière (62b), et, de l’autre côté, au niveau de la face d’extrémité avant (51), respectivement arrière (52), lesdits orifices traversants (59a, 59b) étant configurés pour laisser passer l’air mais pas le matériau de remplissage.
- Stator (5) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les orifices traversants (59a, 59b) sont de forme cylindrique et possèdent un diamètre compris entre 0,02 mm et 0,2 mm.
- Stator (5) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel possède une forme complémentaire à celle de ladite au moins une cavité interne (60).
- Stator (5) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un élément absorbant acoustique ou amortissant structurel est constitué d’un matériau choisi parmi une matière silicone, un élastomère thermoplastique, et une masse lourde.
- Moteur électrique (1) comprenant un stator (5) selon l’une des revendications précédentes.
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| EP0874444A1 (fr) * | 1997-04-22 | 1998-10-28 | General Motors Corporation | Moyens conducteurs de chaleur pour moteur ou générateur électrique |
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-
2023
- 2023-10-11 WO PCT/FR2023/051585 patent/WO2024079424A1/fr unknown
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