WO2014041313A1 - Stator a dents rapportees pour machine electrique tournante et machine electrique tournante correspondante - Google Patents

Stator a dents rapportees pour machine electrique tournante et machine electrique tournante correspondante Download PDF

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WO2014041313A1
WO2014041313A1 PCT/FR2013/052104 FR2013052104W WO2014041313A1 WO 2014041313 A1 WO2014041313 A1 WO 2014041313A1 FR 2013052104 W FR2013052104 W FR 2013052104W WO 2014041313 A1 WO2014041313 A1 WO 2014041313A1
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WO
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support
stator
teeth
stator according
coil
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/052104
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English (en)
Inventor
Jean-Luc Tarrago
Svetislav JUGOVIC
Khadija El Baraka
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators

Definitions

  • the invention relates to a stator with reported teeth for rotating electrical machine and the corresponding rotating electrical machine.
  • the invention relates to the field of rotating electrical machines such as motors, alternators, or alternator-starters.
  • the invention finds a particularly advantageous application with alternators used in so-called “range-extender” systems intended to increase the autonomy of electric vehicles.
  • These systems comprise for this purpose a low-power heat engine mechanically rotating the alternator intended to provide, when necessary, electrical energy to the power supply batteries of an electric traction motor of the vehicle.
  • Electrical machines having a stator and a rotor integral with a shaft.
  • the rotor may be integral with a drive shaft and / or driven and may belong to a rotating electrical machine in the form of an alternator as described in EP 0 803 962 or an electric motor as described in EP 0 831 580.
  • the electric machine has a housing carrying the stator.
  • This housing is configured to rotate the shaft for example by means of bearings, such as ball bearings and / or needle.
  • the rotor may comprise a body made of laminated sheet metal, which comprises housing. Permanent magnets are positioned inside at least some of these housings as visible for example in Figures 1 and 2 of EP0803962.
  • the machine comprises a claw rotor and a stator body in the form of a sheet metal package with teeth for mounting coils belonging to the winding of the stator.
  • the body of the stator has notches open towards the inside delimited each by two consecutive teeth. These teeth are mounted on preformed coils made from a wire wound on several turns.
  • the son consist for example of a copper wire coated with enamel.
  • two coils are implanted in the same notch, each coil being wound around one of the teeth delimiting the notch via a coil insulator.
  • the coils are interconnected for example by welding or using a connector to form a phase of the machine which may be of the polyphase type.
  • the document US2010 / 0237726 teaches the production of a stator comprising a plurality of segments assembled together annularly in a ring shape. For this purpose, each segment is connected to an adjacent segment by means of connecting means having a concave portion cooperating with a corresponding convex portion. To maintain the segment ring, two bearings are plated on both sides of the ring. Such a configuration is however not suitable for producing a large-diameter stator.
  • the invention aims to overcome this disadvantage by proposing a stator for rotating electrical machine characterized in that it has teeth reported each comprising a portion for receiving a coil and a flange extending circumferentially from both sides. other of said portion receiving the coil to ensure a radial retention of said coil, the stator further comprising an annular support for connecting the teeth together and assembly means providing a connection between an inner wall of the support and the teeth.
  • the assembly means are formed by a pin located on the tooth of the opposite side to the flange and a mortise made in the inner wall of the support.
  • the assembly means have dimensions adapted to a fastening by hooping of the teeth on the support.
  • the assembly means are shaped dovetail.
  • the assembly means have a cylindrical portion shape. [017] In one embodiment, the assembly means have a V-shape.
  • each tooth further comprises two branches extending circumferentially on either side of the portion of the tooth receiving the coil, and complementary connecting means disposed on end faces of the branches for connect two adjacent teeth in position in which the branches of these two teeth are in the extension of one another.
  • the complementary connection means comprise a protuberance and a housing of complementary shape.
  • the complementary connection means have a V shape.
  • each tooth has two slots located at the junction between the portion of the tooth receiving the coil and the branches, these slots being intended to receive projections belonging to a coil insulator.
  • the support is integrated in a housing of the electric machine.
  • the support is reported relative to the housing of the electric machine. [024] In one embodiment, the support comprises at least one recess open on the side of an outer periphery of said support for the passage of fastening means.
  • the support is equipped with an indexing system ensuring accurate angular positioning of said support on an outer casing.
  • the invention also relates to a rotating electrical machine characterized in that it comprises a stator according to the invention.
  • Figure 1a shows an exploded view of a stator according to the invention and a housing of the electric machine for receiving said stator;
  • Figure 1b shows a perspective view of the stator according to the invention installed inside the housing of Figure 1a;
  • Figure 2 shows a perspective view of a stator support according to the invention and an attached tooth to be fixed on an inner wall of said stator support;
  • Figure 3 shows a sectional view of the assembly means intervening between a tooth and the inner wall of the stator support according to the invention in a plane perpendicular to the axis of the stator;
  • Figures 4a, 4b and 5a, 5b show alternative embodiments of the assembly means between the tooth and the inner wall of the support;
  • Figure 6a shows a perspective view of an embodiment in which the stator support according to the invention is integrated in the housing of the electric machine;
  • Figure 6b shows a perspective view of the support of the stator of Figure 6a on which is fixed all the teeth of the stator;
  • Figure 7 shows a perspective view of another embodiment of the stator teeth according to the invention.
  • Figure 8 shows a perspective view of a ring of teeth obtained from the assembly of the teeth of Figure 7;
  • FIG. 9 shows a perspective view of the stator support according to the invention used with the crown of teeth of Figure 8;
  • Figure 10 shows a perspective view of the assembly between the ring of teeth of Figure 8 and the support of Figure 9;
  • Figures 11a and 11b show perspective views of a coil insulator used with the stator according to the invention respectively before and after its assembly around a stator tooth.
  • Figures 1a, 1b, 2, 6a, 6b and 10 show an X-axis stator 1 for rotating electrical machine, such as an alternator used with the range extender systems of an electric vehicle.
  • the machine consists of a motor, an alternator-starter or an electromagnetic retarder.
  • This stator 1 has teeth 2 regularly distributed on the inner periphery of a support 3 forming a cylinder head and notches 5 open towards the inside, two consecutive notches 5 being separated by a tooth 2 intended to receive a coil 8
  • the breech consists of a strip of material connecting the teeth 2 to each other.
  • the teeth extend between the bottom of the notches 5 and the outer periphery of the stator 1.
  • two coils 8 are located in the same slot 5.
  • Each coil 8 is wound around one of the teeth 2 delimiting the notch via a coil insulator that can take different form, as explained below.
  • the coils 8 are interconnected with each other, for example by welding or with the aid of a connector (not shown) to form a U, V, W phase of the machine which may be of the polyphase type.
  • the stator 1 is intended to be installed around a rotor so that the free ends of the teeth 2 delimit, in known manner, an air gap with the outer periphery of the rotor of the rotating electrical machine.
  • the rotor may comprise a body made of laminated sheet which has housing. Permanent magnets are positioned inside at least some of these housings as visible for example in Figures 1 and 2 of EP0803962.
  • the rotor of the machine may be a claw rotor as in FR 2,890,798, or with salient poles.
  • the rotor with claws or salient poles may also include permanent magnets.
  • the stator 1 is intended to be positioned inside a housing 10 having an annular wall 101 of internal diameter substantially equal to the mounting clearance near the outer diameter of the support 3.
  • the heights of the internal wall 101 of the housing and support 3 are substantially identical.
  • the rotor is intended to be mounted on a bearing 9 provided with a bearing carried by the housing 10.
  • the X axis of the stator 1 merges with the rotor axis.
  • This housing 10 may for example be cooled by water by means of a cooling circuit having an input and an output respectively referenced 1 1 1 and 1 12.
  • the stator 1 is formed by a plurality of teeth 2 reported having a portion 12 around which is intended to be wound a coil 8 by via a coil insulator 34. These teeth 2 are parallel edges in pairs. On the side of their free radial end, the teeth 2 have a flange 13 which extends circumferentially on either side of the portion 12 to ensure the radial retention of the coil 8.
  • Each tooth 2 is formed by a stack of sheets of ferromagnetic material extending in a radial plane perpendicular to the axis X.
  • the sheets are cut so as to delimit the contour of each tooth 2, that is to say the contour of the portion 12 receiving the coil 8, the flange 13, and the pin 20 of the assembly means 18 described in more detail below.
  • the sheets are held by means of rivets traversing axially from one side to the stack of sheets for forming a tooth 2 manipulable and transportable.
  • the stator 1 further comprises the annular support 3 of axial orientation also made of laminated sheet and assembly means 18 intervening between the support 3 and the teeth 2 clearly visible in Figures 2, 3 and 6a .
  • These assembly means 18 are formed by a pin 20 located in the extension of the portion 12 of the side opposite the flange 13 and a mortise 21 made in the inner wall of the support 3.
  • the assembly means 18 extend symmetrically with respect to a Y axis of radial symmetry of each tooth 2.
  • the mortise 21 is made in the tooth 2, while the pin 20 belongs to the support 3.
  • the assembly means 18 are shaped dovetail. More specifically, the post 20 has a trapezoidal cross section having a width which increases when moving from the outer periphery of the tooth 2 towards the outside of the support 3.
  • the mortise 21, also of trapezoidal shape, is narrower the tenon 20 to allow preferably a hooping assembly of the teeth 2 on the support 3.
  • the support 3 is heated, which has the effect of dilate it to allow the insertion of the tenons 20 inside the mortises 21. The assembly is then allowed to cool to obtain a tight fit between the teeth 2 and the support 3, as shown in FIG. 3.
  • the support 3 contracts around the teeth 2 so that the external surfaces of the tenons 20 cooperate with the internal surfaces of the mortises 21. Thanks to the shape of the assembly means 18, the teeth 2 are fixed integrally to the support 3 without the risk of detaching during the use of the electric machine, which makes it easy to produce stators of large diameter.
  • the assembly means 18 have a rounded shape.
  • the pin 20 has the shape of a cylindrical portion projecting from the outer periphery of the tooth 2.
  • the mortise 21 has the shape of a complementary cylindrical portion narrower than the pin 20 to allow a effective fixing by hooping teeth 2 on the support 3.
  • the assembly means 18 have a V-shaped.
  • the pin 20 has a triangular section whose width decreases when moving from the periphery external to the tooth 2 towards the outside of the support 3.
  • the mortise 21 has a complementary hollow shape with dimensions slightly smaller than those of the post 20.
  • the stator 1 comprises 36 teeth angularly spaced from each other in a regular manner on the circumference of the stator.
  • the stator 1 has 27 teeth.
  • the number of teeth 2 of the stator may thus vary depending on the application. Alternatively, the teeth 2 may not be distributed circumferentially in a regular manner.
  • the support 3 is attached relative to the housing 10. This facilitates the realization of the impregnating step of the stator 1 which can easily be tempered to then be rolled in a varnish bath before installation inside the housing 10.
  • the support 3 is integrated in the housing 10, the outer periphery of the support 3 being integral with an inner periphery of the wall 101.
  • the latter may have recesses 25 visible in Figures 1a, 1b and 2 open on the side of the outer periphery of the support 3 to allow the passage of tie rods (not shown ) inside the machine along the outer wall of the support 3 to assemble the stator body with the housing.
  • tie rods not shown
  • each tooth 2 further comprises two branches 27 extending circumferentially on either side of the portion 12 of the tooth carrying the coil 8.
  • the tenons 20 of the assembly means extend from an outer periphery of the branches 27 in a direction opposite to that of the portion 12.
  • the teeth 2 comprise complementary connecting means 28 disposed on the end faces of the branches 27 remote from the portion 12. These complementary means 28 are located between the inner periphery and the outer periphery of the branches 27. These means 28 allow to connect the branches 27 of two adjacent teeth 2 in position in which the branches 27 of these two teeth 2 are in the extension of one another.
  • the connecting means 28 comprise a protrusion 29 and a housing 30 of complementary shape. A housing 30 can thus cooperate with a protuberance 29 of an adjacent tooth by interlocking.
  • the connecting means 28 have a V-shaped section.
  • the connecting means 28 have any other form of section adapted to the assembly of the teeth 2 with each other, such as a section of square shape, oval , or round.
  • Each tooth 2 also preferably comprises two slots 33 extending along the side walls of the tooth 2 visible in Figures 7 and 11a. These slots 33 are located at the junction between the portion 12 of the tooth 2 and the branches 27 to allow the penetration of projections belonging to the coil insulation 34. Such a configuration makes it possible to maintain a good position in position. the coil insulation 34 during the welding operation of the ends of the son of the coils on terminals of a connector.
  • the support 3 comprises an indexing system formed by indexing pads 31 to facilitate its angular positioning on an outer housing having holes of complementary shape.
  • the pads of the indexing system are carried by the housing.
  • the support 3 further comprises on its outer periphery openings 32 for the passage of fixing screws.
  • FIGS 1 1 a and 1 1 b show a coil insulator 34 intended to be positioned around each tooth 2.
  • This insulator is an electrical insulator made here of electrically insulating and moldable material for example plastic such as PA 6.6.
  • the insulator 34 has a body 35 formed by two parts 37, 38 cut vertically along a median plane of the insulator 34. These parts 37, 38 are intended to be assembled by snapping around the tooth 2. When the two parts 37 , 38 are assembled, the body 35 comprises a frame 40 of generally rectangular shape positioned around a tooth 2.
  • the body 35 further comprises a front flange 43 and a rear flange 44 defining with the walls of the frame 40 a mounting groove of the coil.
  • the insulator 34 also comprises a fin 48 located in the extension of the rear flange 44.
  • This fin 48 foldable relative to the body 35, is adapted to provide electrical insulation between two coils 8 mounted on two teeth 2 adjacent.
  • This fin 48 can be left free or held down against the body 35 by means of a latching system 47.
  • the insulator 34 also comprises a heel 49 located in the extension of the rear flange 44 on the opposite side of the fin 48 This heel 49 is intended to be pressed against a bottom of a notch 5 of the stator to effectively isolate the coils 8 of the cylinder head.
  • the front flange 43 has zones 45 configured to serve as a wire guide for each coil outlet.
  • the insulator 34 takes the form of a thin membrane, made of an electrically insulating material and heat conductor, for example a Nomex aramid material (trademark). This thin membrane is folded so that each insulator is pressed around the portions 12 of the teeth 2.
  • Each coil 8 is then made from a wire wound on several turns.
  • the son consist of an electrically conductive wire, for example a copper wire and / or aluminum, coated with an electrical insulator, such as enamel.
  • the son may be of circular, rectangular or flat-shaped section.
  • the wire is wound compactly around the coil insulation and easy and fast since this is done outside the notches. The winding is performed for example on four layers of windings superimposed on each other.
  • the ends of the wire of each coil 8 are positioned in the wire guides 45 formed in the front flange 43.
  • the teeth 2 are then fixed by hooping to the support 23 via the assembly means 18.
  • the support 3 is heated to allow the insertion of the tenons 20 belonging to the teeth 2 inside the mortises 21 formed in the inner wall of the support 3.
  • the assembly is then allowed to cool to obtain a tight fit between the teeth 2 and the support 3.
  • the teeth 2 are first assembled together by means 28 complementary connecting means to form a ring of teeth 2. To this end, it inserts a protuberance 29 of a tooth within a housing 30 of a branch belonging to an adjacent tooth 2. It is thus possible to chain the branches 27 to each other in a circular manner to form the ring of teeth 2. This ring of teeth 2 is then fixed to the support 3 via the assembly means 18.
  • the impregnation operation may be carried out under vacuum or by simple complete soaking of the stator 1 in a bath of impregnation varnish.
  • the varnish is cooled by polymerizing.
  • the varnish is for example based on epoxy resin, unsaturated polyester resin or silicone resin.
  • accelerators it is possible to add accelerators to the resins in order to reduce the duration of the impregnation.
  • the rotating electrical machine may belong to a motor vehicle and be in the above manner an alternator, an alternator-starter which is a reversible alternator, an electric motor or an electromagnetic retarder.
  • the rotor and the stator described above respectively play the role of inductor and armature. Thus, the current flowing through the rotor polarizes it and the rotating magnetic field in the stator generates an induced current.
  • the rotor and the stator described above play respectively the role of armature and inductor.
  • This case is illustrated in particular in Figures 15 and 16 of the patent application FR2918512.
  • the current flowing through the stator will bias the stator and an induced current will be generated in the rotor subjected to this magnetic field.
  • the rotor may be a rotor with permanent magnets with several magnets per housing subject to the action of a spring as described in application FR12 / 54733 filed on May 24, 2012.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

L'invention porte principalement sur un stator (1 ) pour machine électrique tournante. Conformément à l'invention, ce stator (1 ) comporte des dents (2) comprenant chacune une portion (12) destinée à recevoir une bobine (8) et un rebord (13) s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de ladite portion (12) recevant la bobine (8) pour assurer un maintien radial de ladite bobine (8). Le stator (1 ) comporte en outre un support (3) de forme annulaire destiné à relier les dents (2) entre elles et des moyens d'assemblage (18) assurant une liaison entre une paroi interne du support (3) et les dents (2). L'invention porte également sur la machine électrique tournante correspondante équipée d'un tel stator.

Description

STATOR A DENTS RAPPORTEES POUR MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE ET MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE CORRESPONDANTE
[01] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [02] L'invention porte sur un stator à dents rapportées pour machine électrique tournante ainsi que sur la machine électrique tournante correspondante.
[03] L'invention se rapporte au domaine des machines électriques tournantes telles que les moteurs, les alternateurs, ou les alterno-démarreurs.
[04] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les alternateurs utilisés dans des systèmes dits "range-extender" destinés à augmenter l'autonomie des véhicules électriques. Ces systèmes comportent à cet effet un moteur thermique de faible puissance entraînant mécaniquement en rotation l'alternateur destiné à fournir, quand cela est nécessaire, de l'énergie électrique à des batteries d'alimentation d'un moteur électrique de traction du véhicule.
[05] ETAT DE LA TECHNIQUE
[06] On connaît des machines électriques comportant un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou menée et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur comme décrit dans le document EP 0 803 962 ou d'un moteur électrique comme décrit dans le document EP 0 831 580.
[07] La machine électrique comporte un boîtier portant le stator. Ce boîtier est configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements, tels que des roulements à billes et/ou à aiguilles. Le rotor pourra comporter un corps réalisé en tôle feuilletée, qui comporte des logements. Des aimants permanents sont positionnés à l'intérieur d'au moins certains de ces logements comme visible par exemple dans les figures 1 et 2 du document EP0803962. [08] Comme décrit dans le document FR2890798 auquel on se reportera pour plus de précisions, la machine comporte un rotor à griffes et un corps de stator sous la forme d'un paquet de tôles doté de dents pour le montage de bobines appartenant au bobinage du stator. Le corps du stator comporte des encoches ouvertes vers l'intérieur délimitées chacune par deux dents consécutives. On monte sur ces dents des bobines préformées réalisées à partir d'un fil enroulé sur plusieurs tours. Les fils consistent par exemple en un fil de cuivre revêtu d'émail.
[09] Dans une forme de réalisation, deux bobines sont implantées dans une même encoche, chaque bobine étant enroulée autour de l'une des dents délimitant l'encoche par l'intermédiaire d'un isolant de bobine. Les bobines sont interconnectées entre elles par exemple par soudure ou à l'aide d'un connecteur pour former une phase de la machine qui pourra être du type polyphasée. [010] Le document US2010/0237726 enseigne la réalisation d'un stator comportant une pluralité de segments assemblés entre eux de manière annulaire suivant une forme en couronne. A cet effet, chaque segment est relié à un segment adjacent par l'intermédiaire de moyens de liaison ayant une portion concave coopérant avec une portion convexe correspondante. Pour maintenir la couronne de segments, deux paliers sont plaqués de part et d'autre de la couronne. Une telle configuration n'est toutefois pas adaptée à la réalisation d'un stator de grand diamètre.
[011] OBJET DE L'INVENTION
[012] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un stator pour machine électrique tournante caractérisé en ce qu'il comporte des dents rapportées comprenant chacune une portion destinée à recevoir une bobine et un rebord s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de ladite portion recevant la bobine pour assurer un maintien radial de ladite bobine, le stator comportant en outre un support de forme annulaire destiné à relier les dents entre elles et des moyens d'assemblage assurant une liaison entre une paroi interne du support et les dents. [013] Selon une réalisation, les moyens d'assemblage sont formés par un tenon situé sur la dent du côté opposé au rebord et une mortaise réalisée dans la paroi interne du support.
[014] Selon une réalisation, les moyens d'assemblage présentent des dimensions adaptées à une fixation par frettage des dents sur le support.
[015] Selon une réalisation, les moyens d'assemblage sont en forme de queue d'aronde.
[016] Selon une réalisation, les moyens d'assemblage présentent une forme de portion cylindrique. [017] Selon une réalisation, les moyens d'assemblage présentent une forme en V.
[018] Selon une réalisation, chaque dent comporte en outre deux branches s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de la portion de la dent recevant la bobine, et des moyens complémentaires de liaison disposés sur des faces d'extrémités des branches pour raccorder deux dents adjacentes en position dans laquelle les branches de ces deux dents se trouvent dans le prolongement l'une de l'autre.
[019] Selon une réalisation, les moyens complémentaires de liaison comportent une protubérance et un logement de forme complémentaire. [020] Selon une réalisation, les moyens complémentaires de liaison présentent une forme en V.
[021] Selon une réalisation, chaque dent comporte deux fentes situées au niveau de la jonction entre la portion de la dent recevant la bobine et les branches, ces fentes étant destinées à recevoir des saillies appartenant à un isolant de bobine.
[022] Selon une réalisation, le support est intégré à un boîtier de la machine électrique.
[023] Selon une réalisation, le support est rapporté par rapport au boîtier de la machine électrique. [024] Selon une réalisation, le support comporte au moins un évidement ouvert du côté d'une périphérie externe dudit support pour le passage de moyens de fixation.
[025] Selon une réalisation, le support est équipé d'un système d'indexage assurant un positionnement angulaire précis dudit support sur un boîtier externe.
[026] L'invention a également pour objet une machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un stator selon l'invention.
[027] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [028] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.
[029] La figure 1 a montre une vue éclatée d'un stator selon l'invention et d'un boîtier de la machine électrique destiné à recevoir ledit stator; [030] La figure 1 b représente une vue en perspective du stator selon l'invention installé à l'intérieur du boîtier de la figure 1 a ;
[031] La figure 2 montre une vue en perspective d'un support du stator selon l'invention et d'une dent rapportée destinée à être fixée sur une paroi interne dudit support de stator; [032] La figure 3 représente une vue en coupe des moyens d'assemblage intervenant entre une dent et la paroi interne du support du stator selon l'invention suivant un plan perpendiculaire à l'axe du stator;
[033] Les figures 4a, 4b et 5a, 5b montrent des variantes de réalisation des moyens d'assemblage entre la dent et la paroi interne du support; [034] La figure 6a représente une vue en perspective d'un mode de réalisation dans lequel le support du stator selon l'invention est intégré au boîtier de la machine électrique; [035] La figure 6b montre une vue en perspective du support du stator de la figure 6a sur lequel est fixé l'ensemble des dents du stator;
[036] La figure 7 montre une vue en perspective d'un autre mode de réalisation des dents du stator selon l'invention; [037] La figure 8 montre une vue en perspective d'une couronne de dents obtenue à partir de l'assemblage des dents de la figure 7;
[038] La figure 9 représente une vue en perspective du support du stator selon l'invention utilisé avec la couronne de dents de la figure 8;
[039] La figure 10 représente une vue en perspective de l'assemblage entre la couronne de dents de la figure 8 et du support de la figure 9;
[040] Les figures 1 1 a et 1 1 b montrent des vues en perspective d'un isolant de bobine utilisé avec le stator selon l'invention respectivement avant et après son assemblage autour d'une dent du stator.
[041] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre.
[042] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION
[043] Les figures 1 a, 1 b, 2, 6a, 6b et 10 montrent un stator 1 d'axe X pour machine électrique tournante, telle qu'un alternateur utilisé avec les systèmes prolongateur d'autonomie d'un véhicule électrique. En variante, la machine consiste en un moteur, un alterno-démarreur ou un ralentisseur électromagnétique.
[044] Ce stator 1 comporte des dents 2 réparties régulièrement sur la périphérie interne d'un support 3 formant une culasse et des encoches 5 ouvertes vers l'intérieur, deux encoches 5 consécutives étant séparées par une dent 2 destinée à recevoir une bobine 8. La culasse consiste en une bande de matière reliant les dents 2 entre elles. Les dents s'étendent entre le fond des encoches 5 et la périphérie externe du stator 1 . [045] Dans une forme de réalisation, deux bobines 8 sont implantées dans une même encoche 5. Chaque bobine 8 est enroulée autour de l'une des dents 2 délimitant l'encoche par l'intermédiaire d'un isolant de bobine pouvant prendre différentes forme, comme expliqué ci-après. Les bobines 8 sont interconnectées entre elles, par exemple par soudure ou à l'aide d'un connecteur (non représenté) pour former une phase U, V, W de la machine qui pourra être du type polyphasé.
[046] Le stator 1 est destiné à être installé autour d'un rotor de sorte les extrémités libres des dents 2 délimitent, de manière connue, un entrefer avec la périphérie externe du rotor de la machine électrique tournante. Le rotor pourra comporter un corps réalisé en tôle feuilletée qui présente des logements. Des aimants permanents sont positionnés à l'intérieur d'au moins certains de ces logements comme visible par exemple dans les figures 1 et 2 du document EP0803962. En variante, le rotor de la machine pourra être un rotor à griffes comme dans le document FR 2 890 798, ou à pôles saillants. En variante, le rotor à griffes ou à pôles saillants pourra comporter également des aimants permanents.
[047] Le stator 1 est destiné à être positionné à l'intérieur d'un boîtier 10 ayant une paroi 101 annulaire de diamètre interne sensiblement égal au jeu de montage près au diamètre externe du support 3. Les hauteurs de la paroi 101 interne du boîtier et du support 3 sont sensiblement identiques. Le rotor est destiné à être monté sur un palier 9 muni d'un roulement porté par le boîtier 10. Lorsque le stator 1 et le rotor sont installés à l'intérieur du boîtier 10, l'axe X du stator 1 se confond avec l'axe du rotor. Ce boîtier 10 pourra par exemple être refroidi par eau au moyen d'un circuit de refroidissement ayant une entrée et une sortie référencées respectivement 1 1 1 et 1 12.
[048] Plus précisément, comme cela est bien visible sur les figures 2, 3, 6a et 8, le stator 1 est formé par une pluralité de dents rapportées 2 ayant une portion 12 autour de laquelle est destinée à être enroulée une bobine 8 par l'intermédiaire d'un isolant de bobine 34. Ces dents 2 sont à bords parallèles deux à deux. Du côté de leur extrémité radiale libre, les dents 2 présentent un rebord 13 qui s'étend circonférentiellement de part et d'autre de la portion 12 pour assurer le maintien radial de la bobine 8. [049] Chaque dent 2 est formée par un empilement de tôles en matière ferromagnétique s'étendant dans un plan radial perpendiculaire à l'axe X. Dans un plan radial, les tôles sont découpées de manière à délimiter le contour de chaque dent 2, c'est-à-dire le contour de la portion 12 recevant la bobine 8, le rebord 13, ainsi que le tenon 20 des moyens d'assemblage 18 décrits plus en détails ci-après. Les tôles sont maintenues au moyen de rivets traversant axialement de part en part l'empilement de tôles pour formation d'une dent 2 manipulable et transportable.
[050] Le stator 1 comporte en outre le support 3 de forme annulaire d'orientation axiale réalisé également en tôle feuilletée et des moyens d'assemblage 18 intervenant entre le support 3 et les dents 2 bien visibles sur les figures 2, 3 et 6a. Ces moyens d'assemblage 18 sont formés par un tenon 20 situé dans le prolongement de la portion 12 du côté opposé au rebord 13 et d'une mortaise 21 réalisée dans la paroi interne du support 3. Les moyens d'assemblage 18 s'étendent symétriquement par rapport à un axe Y de symétrie radial de chaque dent 2. En variante, la mortaise 21 est réalisée dans la dent 2, tandis que le tenon 20 appartient au support 3.
[051] De préférence, comme cela est montré sur la figure 3, les moyens d'assemblage 18 sont en forme de queue d'aronde. Plus précisément, le tenon 20 présente une section de forme trapézoïdale ayant une largeur qui augmente lorsqu'on se déplace depuis la périphérie externe de la dent 2 vers l'extérieur du support 3. La mortaise 21 , également de forme trapézoïdale, est moins large que le tenon 20 pour permettre de préférence un assemblage par frettage des dents 2 sur le support 3. [052] Lors de l'assemblage par frettage des dents 2 sur le support 3, on fait chauffer le support 3 ce qui a pour effet de le dilater pour permettre l'insertion des tenons 20 à l'intérieur des mortaises 21 . On laisse ensuite refroidir l'ensemble pour obtenir un ajustement serré entre les dents 2 et le support 3, comme cela est montré sur la figure 3. En effet, lors de son refroidissement, le support 3 se contracte autour des dents 2 de sorte que les surfaces externes des tenons 20 coopèrent avec les surfaces internes des mortaises 21 . Grâce à la forme des moyens d'assemblage 18, les dents 2 sont fixées solidairement au support 3 sans risque de se détacher au cours de l'utilisation de la machine électrique, ce qui permet de réaliser aisément des stators de grand diamètre.
[053] Dans une variante de réalisation montrée sur les figures 4a et 4b, les moyens d'assemblage 18 présentent une forme arrondie. Ainsi, le tenon 20 présente la forme d'une portion cylindrique s'étendant en saillie par rapport à la périphérie externe de la dent 2. La mortaise 21 présente la forme d'une portion cylindrique complémentaire moins large que le tenon 20 pour permettre une fixation efficace par frettage des dents 2 sur le support 3.
[054] Dans une autre variante de réalisation montrée sur les figures 5a et 5b, les moyens d'assemblage 18 présentent une forme en V. Ainsi, le tenon 20 présente une section triangulaire dont la largeur diminue lorsqu'on se déplace de la périphérie externe de la dent 2 vers l'extérieur du support 3. La mortaise 21 présente une forme en creux complémentaire avec des dimensions légèrement inférieures à celles du tenon 20. [055] Une fois les dents 2 assemblées avec le support 3, les dents 2 s'étendent radialement depuis une périphérie interne du support 3 vers l'intérieur du support 3 en délimitant des encoches 5, deux encoches 5 successives étant séparées par une dent 2. En variante, l'assemblage entre les dents 2 et le support est effectué par emmanchement à force, collage, ou soudage. Dans les modes de réalisation des figures 1 b et 6b, le stator 1 comporte 36 dents espacées angulairement entre elles de manière régulière sur la circonférence du stator. Dans le mode de réalisation de la figure 10, le stator 1 comporte 27 dents. Le nombre de dents 2 du stator pourra ainsi varier en fonction de l'application. En variante, les dents 2 pourront ne pas être réparties circonférentiellement de manière régulière.
[056] Dans le mode de réalisation des figures 1 a, 1 b et 2, le support 3 est rapporté par rapport au boîtier 10. Cela permet de faciliter la réalisation de l'étape d'imprégnation du stator 1 qui pourra aisément être trempé pour ensuite être roulé dans un bain de vernis avant son installation à l'intérieur du boîtier 10. Dans le mode de réalisation des figures 6a et 6b, le support 3 est intégré au boîtier 10, la périphérie externe du support 3 étant solidaire d'une périphérie interne de la paroi 101 . [057] Dans le cas du support 3 rapporté, ce dernier pourra présenter des évidements 25 visibles sur les figures 1 a, 1 b et 2 ouverts du côté de la périphérie externe du support 3 pour permettre le passage de tirants de fixation (non représentés) à l'intérieur de la machine le long de la paroi externe du support 3 pour assembler le corps du stator avec le boîtier. Une telle configuration permet d'améliorer la compacité de la machine électrique.
[058] Dans un autre mode de réalisation montré sur les figures 7 à 10, chaque dent 2 comporte en outre deux branches 27 s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de la portion 12 de la dent portant la bobine 8. Dans ce cas, les tenons 20 des moyens d'assemblage s'étendent depuis une périphérie externe des branches 27 dans une direction opposée à celle de la portion 12.
[059] Par ailleurs, les dents 2 comportent des moyens 28 complémentaires de liaison disposés sur les faces extrémités des branches 27 éloignées de la portion 12. Ces moyens 28 complémentaires se trouvent entre la périphérie interne et la périphérie externe des branches 27. Ces moyens 28 permettent de raccorder les branches 27 de deux dents 2 adjacentes en position dans laquelle les branches 27 de ces deux dents 2 se trouvent dans le prolongement l'une de l'autre. A cet effet, comme montré sur la figure 7, les moyens de liaison 28 comportent une protubérance 29 et un logement 30 de forme complémentaire. Un logement 30 pourra ainsi coopérer avec une protubérance 29 d'une dent adjacente par emboîtement mutuel. De préférence, les moyens de liaison 28 présentent une section en forme en V. Alternativement, les moyens de liaison 28 présentent toute autre forme de section adaptée à l'assemblage des dents 2 entre elles, telle qu'une section de forme carrée, ovale, ou ronde.
[060] Il est ainsi possible de faire coopérer les branches 27 entre elles de manière annulaire suivant une chaîne via les moyens de liaison 28 de manière à former une couronne de dents 2 montrée sur la figure 8. Cette couronne de dents 2 sera ensuite fixée au support 3 à l'aide des moyens d'assemblage 18. Ce mode de réalisation permet de réduire de manière significative l'épaisseur du support 3. [061] Chaque dent 2 comporte également de préférence deux fentes 33 s'étendant le long des parois latérales de la dent 2 visibles sur les figures 7 et 1 1 a. Ces fentes 33 sont situées au niveau de la jonction entre la portion 12 de la dent 2 et les branches 27 pour permettre la pénétration de saillies appartenant à l'isolant de bobine 34. Une telle configuration permet d'assurer un bon maintien en position de l'isolant de bobine 34 lors de l'opération de soudage des extrémités des fils des bobines sur des bornes d'un connecteur.
[062] En outre, comme montré sur la figure 9, le support 3 comporte un système d'indexage formé par des plots d'indexage 31 pour faciliter son positionnement angulaire sur un boîtier externe ayant des trous de forme complémentaire. En variante les plots du système d'indexage sont portés par le boîtier. Le support 3 comporte en outre sur sa périphérie externe des ouvertures 32 pour le passage de vis de fixation.
[063] Les figures 1 1 a et 1 1 b montrent un isolant de bobine 34 destiné à être positionné autour de chaque dent 2. Cet isolant est un isolant électrique réalisé ici en matière électriquement isolante et moulable par exemple en matière plastique telle que du PA 6.6. L'isolant 34 a un corps 35 formé par deux parties 37, 38 découpées verticalement suivant un plan médian de l'isolant 34. Ces parties 37, 38 sont destinées à être assemblées par encliquetage autour de la dent 2. Lorsque les deux parties 37, 38 sont assemblées, le corps 35 comporte un cadre 40 de forme globalement rectangulaire positionné autour d'une dent 2. Le corps 35 comporte en outre un rebord avant 43 et un rebord arrière 44 définissant avec les parois du cadre 40 une gorge de montage de la bobine. [064] De préférence, l'isolant 34 comporte également une ailette 48 située dans le prolongement du rebord arrière 44. Cette ailette 48, pliable par rapport au corps 35, est apte à assurer une isolation électrique entre deux bobines 8 montées sur deux dents 2 adjacentes. Cette ailette 48 peut être laissée libre ou maintenue rabattue contre le corps 35 au moyen d'un système d'encliquetage 47. L'isolant 34 comporte également un talon 49 situé dans le prolongement du rebord arrière 44 du côté opposé de l'ailette 48. Ce talon 49 est destiné à être plaqué contre un fond d'une encoche 5 du stator pour isoler efficacement les bobines 8 de la culasse. [065] De préférence, le rebord avant 43 présente des zones 45 configurées pour servir de guide fil pour chaque sortie de la bobine.
[066] En variante, l'isolant 34 prend la forme d'une membrane fine, réalisée dans un matériau électriquement isolant et conducteur de chaleur, par exemple un matériau aramide de type dit Nomex (marque déposée). Cette membrane fine est pliée de manière que chaque isolant est plaqué autour des portions 12 des dents 2.
[067] Alternativement, on utilise un isolant mixte réalisé à partir des deux parties 37, 38 précédemment décrites comportant des fenêtres réalisées dans leur paroi latérale, une membrane fine par exemple en Nomex étant positionnée en regard des fenêtres. On améliore ainsi le transfert de chaleur entre la bobine 8 et la dent 2.
[068] On décrit ci-après une opération d'assemblage et de bobinage du stator 1 selon l'invention. [069] On installe dans un premier temps les isolants de bobine 34 autour des dents rapportées 2. A cet effet, les parties 37, 38 sont positionnées autour de la dent 2 et assemblées entre elles par encliquetage. L'isolant 34 ainsi formé est retenu radialement sur la dent 2 par le rebord 13.
[070] Chaque bobine 8 est ensuite réalisée à partir d'un fil enroulé sur plusieurs tours. Les fils consistent en un fil électriquement conducteur, par exemple en un fil de cuivre et/ou en aluminium, revêtu d'un isolant électrique, tel que de l'émail. Les fils peuvent être de section circulaire, rectangulaire ou en forme de méplat. Le fil est enroulé de manière compacte autour de l'isolant de bobine et ce de manière aisée et rapide puisque cela est réalisé en dehors des encoches. Le bobinage est effectué par exemple sur quatre couches d'enroulements superposées les unes sur les autres. Les extrémités du fil de chaque bobine 8 sont positionnées dans les guides fils 45 ménagés dans le rebord avant 43.
[071] Les dents 2 sont ensuite fixées par frettage au support 23 via les moyens d'assemblage 18. A cet effet, comme indiqué précédemment, on fait chauffer le support 3 pour permettre l'insertion des tenons 20 appartenant aux dents 2 à l'intérieur des mortaises 21 ménagées dans la paroi interne du support 3. On laisse ensuite refroidir l'ensemble pour obtenir un ajustement serré entre les dents 2 et le support 3.
[072] Alternativement, dans le mode de réalisation des figures 7 à 10, les dents 2 sont d'abord assemblées entre elles à l'aide des moyens 28 complémentaires de liaison pour former une couronne de dents 2. A cet effet, on insère une protubérance 29 d'une dent à l'intérieur d'un logement 30 d'une branche appartenant à une dent 2 adjacente. Il est ainsi possible de chaîner de manière circulaire les branches 27 les unes aux autres pour former la couronne de dents 2. Cette couronne de dents 2 est ensuite fixée au support 3 via les moyens d'assemblage 18.
[073] On effectue ensuite une opération d'imprégnation du bobinage du stator par un vernis d'imprégnation. A cette fin, le stator 1 est chauffé ainsi que le vernis pour être introduit à l'état liquide goutte à goutte dans les bobines, par exemple via des rainures réalisées dans les rebords avant et/ou arrière de l'isolant de bobine 34. Cette technique est particulièrement bien adaptée au mode de réalisation des figures 6a et 6b dans lequel le support 3 est solidaire du boîtier 10. En variante, l'opération d'imprégnation pourra être réalisée par trempage partiel et roulage du stator 1 dans un bain de vernis d'imprégnation. Cette technique est particulièrement bien adaptée au mode de réalisation des figures 1 a et 1 b dans lequel le support 3 est rapporté par rapport au boîtier 10. En variante, l'opération d'imprégnation pourra être réalisée sous vide ou par trempage simple complet du stator 1 dans un bain de vernis d'imprégnation. [074] Ensuite, le vernis est refroidi en se polymérisant. Le vernis est par exemple à base de résine époxy, de résine polyester non saturée ou de résine silicone. Bien entendu, de manière connue, on peut ajouter aux résines des accélérateurs pour diminuer la durée de l'imprégnation.
[075] Une fois la phase d'imprégnation du bobinage du stator terminée, il sera possible de positionner un connecteur externe (non représenté) au- dessus des bobines pour assurer une connexion des bobines entre elles suivant une configuration particulière. [076] La machine électrique tournante pourra appartenir à un véhicule automobile et être de manière précitée un alternateur, un alterno-démarreur qui est un alternateur réversible, un moteur électrique ou un ralentisseur électromagnétique. [077] Selon un mode de réalisation d'une machine électrique tournante, le rotor et le stator décrits ci avant jouent respectivement le rôle d'inducteur et d'induit. Ainsi, le courant qui traverse le rotor le polarise et le champ magnétique tournant dans le stator y génère un courant induit.
[078] Selon un autre mode de réalisation d'une machine électrique tournante, le rotor et le stator décrits ci avant jouent respectivement le rôle d'induit et d'inducteur. Ce cas est illustré notamment dans les figures 15 et 16 de la demande de brevet FR2918512. Par exemple dans le cas d'un ralentisseur électromagnétique illustré sur la figure 15 de la demande de brevet précitée, le courant qui traverse le stator va polariser le stator et un courant induit va être généré dans le rotor soumis à ce champ magnétique.
[079] Dans le cadre d'un alternateur appartenant à un prolongateur d'autonomie d'un véhicule électrique (Range-extender en Anglais), le rotor pourra être un rotor à aimants permanents avec plusieurs aimants par logement soumis à l'action d'un ressort comme décrit dans la demande FR12/54733 déposée le 24/05/2012.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Stator (1 ) pour machine électrique tournante caractérisé en ce qu'il comporte des dents (2) rapportées comprenant chacune une portion (12) destinée à recevoir une bobine (8) et un rebord (13) s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de ladite portion (12) recevant la bobine (8) pour assurer un maintien radial de ladite bobine (8), le stator (1 ) comportant en outre un support (3) de forme annulaire destiné à relier les dents (2) entre elles et des moyens d'assemblage (18) assurant une liaison entre une paroi interne du support (3) et les dents (2).
2. Stator selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens d'assemblage (18) sont formés par un tenon (20) situé sur la dent (2) du côté opposé au rebord (13) et une mortaise (21 ) réalisée dans la paroi interne du support (3).
3. Stator selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage (18) présentent des dimensions adaptées à une fixation par frettage des dents (2) sur le support (3).
4. Stator selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage (18) sont en forme de queue d'aronde.
5. Stator selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage (18) présentent une forme de portion cylindrique.
6. Stator selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage (18) présentent une forme en V.
7. Stator selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque dent (2) comporte en outre deux branches (27) s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de la portion (12) de la dent (2) recevant la bobine (8), et des moyens complémentaires de liaison (28) disposés sur des faces d'extrémités des branches (27) pour raccorder deux dents (2) adjacentes en position dans laquelle les branches (27) de ces deux dents (2) se trouvent dans le prolongement l'une de l'autre.
8. Stator selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens (28) complémentaires de liaison comportent une protubérance (29) et un logement (30) de forme complémentaire.
9. Stator selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens (28) complémentaires de liaison présentent une forme en V.
10. Stator selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que chaque dent (2) comporte deux fentes (33) situées au niveau de la jonction entre la portion (12) de la dent (2) recevant la bobine et les branches (27), ces fentes (33) étant destinées à recevoir des saillies appartenant à un isolant de bobine (34).
1 1 . Stator selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le support (3) est intégré à un boîtier (10) de la machine électrique.
12. Stator selon l'une des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que le support (3) est rapporté par rapport à un boîtier (10) de la machine électrique.
13. Stator selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le support (3) comporte au moins un évidement (25) ouvert du côté d'une périphérie externe dudit support (3) pour le passage de moyens de fixation.
14. Stator selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le support (3) est équipé d'un système d'indexage (31 ) assurant un positionnement angulaire précis dudit support (3) sur un boîtier externe.
15. Machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un stator (1 ) selon l'une des revendications précédentes.
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