WO2022018333A1 - Stator de machine électrique tournante - Google Patents

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WO2022018333A1
WO2022018333A1 PCT/FR2021/051085 FR2021051085W WO2022018333A1 WO 2022018333 A1 WO2022018333 A1 WO 2022018333A1 FR 2021051085 W FR2021051085 W FR 2021051085W WO 2022018333 A1 WO2022018333 A1 WO 2022018333A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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sectors
crown
stator
teeth
yoke
Prior art date
Application number
PCT/FR2021/051085
Other languages
English (en)
Inventor
Olivier Gas
Xavier JANNOT
Jacques Saint Michel
Francois Turcat
Nicolas Langlard
Sébastien DESURMONT
Original Assignee
Nidec Psa Emotors
Skyazur
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to CN202180059701.0A priority patent/CN116195170A/zh
Priority to US18/012,134 priority patent/US20230268782A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • 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
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
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    • H02K2201/15—Sectional machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to rotating electrical machines and more particularly to the stators of such machines.
  • the yoke provides notches that are totally open or semi-open in the direction of the air gap, so as to allow the introduction of the windings.
  • the semi-open slots receive electrical conductors of circular cross section arranged in bulk, as described for example in patent application FR 2 801 142, while the fully open slots accommodate electrical conductors of rectangular cross section, arranged in tidy manner.
  • JP 2 875497 relates to an electric machine stator comprising a serrated crown whose laminations have thinned portions in their thicknesses located between two consecutive teeth on the air gap side.
  • Such thinned portions constitute openings towards the air gap which can produce non-negligible electromagnetic disturbances, in particular an increase in the "magnetic" air gap due to flux fringes, higher iron losses at the surface of the rotor for the same reason, or even pulsating torques because the variations in permeance are relatively brutal.
  • the windings are wound on teeth.
  • JP 2011-097723 shows individual teeth added to a cylinder head.
  • Patent application FR 3 019 947 and international application WO 2015/155730 describe a stator comprising a toothed crown comprising teeth interconnected by bridges of material and defining between them notches for receiving the coils, the notches being open radially outwards. The openings of the notches are closed by a breech attached to the serrated crown.
  • a rotating electrical machine stator that is easy to assemble, allowing efficient filling of the slots and easy manufacture of the stator, while ensuring satisfactory electromagnetic performance.
  • a stator for a rotating electric machine comprising: a radially inner crown comprising teeth and notches open radially outwards s extending between the teeth, bridges of material connecting two adjacent teeth at their base and defining the bottom of the notch between these teeth, windings arranged in the notches, in particular in a distributed manner, having electrical conductors arranged in a row in the notches, and a radially outer cylinder head, attached in contact with the crown, the cylinder head being formed of assembled sectors.
  • the bridges of material connecting two adjacent teeth at their base and defining the bottom of the notch between these teeth allow the closing of the notches on the air gap side.
  • the material bridges and the teeth came in one piece with the rest of the sheets forming the crown.
  • the presence of the notches closed on the side of the air gap makes it possible to mechanically reinforce the stator and to reduce the vibrations, because one obtains a minimized cogging effect (“cogging torque”), the electromagnetic disturbances being reduced, even eliminated , compared to a prior art stator having slots open to the air gap.
  • inserted cylinder head it should be understood that the cylinder head is not made in one piece with the crown but is fixed to the latter during the manufacture of the stator.
  • the cylinder head is formed of assembled sectors.
  • the sectors of the cylinder head are not in one piece, but assembled together and on the crown during the manufacture of the stator.
  • the manufacture of the cylinder head can be facilitated, as well as the assembly of the stator.
  • the sectors of the yoke can each have an angular extent b of between 18 and 180°, better still between 24 and 120°, or even between 30 and 90°, being for example of the order of 12°.
  • the angular extent is measured in a transverse plane of the stator, perpendicular to an axis of rotation of the machine, around said axis of rotation.
  • the angular extent is defined between the side faces of the sectors, defining the interface between the sectors.
  • the sectors of the yoke can each have an angular extent b of 120°, the yoke comprising 3 angular sectors intended to cooperate with 12 notches each. In another embodiment, the sectors of the yoke can each have an angular extent b of 60°, the yoke comprising 6 angular sectors intended to cooperate with 6 notches each.
  • the sectors of the yoke can each have an angular extent b of 30°, the yoke comprising 12 angular sectors intended to cooperate with 3 notches each.
  • all the sectors of the yoke have the same angular extent.
  • all the sectors of the cylinder head are identical. They can be identical by their angular extent, by their shape, by the arrangement of complementary reliefs on the surface allowing the various sheets making up the cylinder head to be clipped together, this list not being exhaustive.
  • a sector of the cylinder head may have a certain symmetry, partial or complete, with respect to a plane perpendicular to an axis of rotation of the machine, making it possible to assemble them in one way or the other during the manufacture of the cylinder head.
  • the sectors can thus be “returnable”, for example one layer out of two. Such a configuration can make it possible to improve the stiffness of the stator after assembly of the sectors which constitute its yoke.
  • a sector, or even all the sectors can be symmetrical with respect to a plane perpendicular to an axis of rotation of the machine.
  • Each sector can comprise a stack of sheets.
  • Each sheet of the stack of sheets can be monobloc.
  • the leafing of the sectors makes it possible to limit the eddy current losses.
  • the sheets can be glued or stapled together, or even welded together.
  • a sheet see each sheet, can have a certain symmetry, partial or complete, with respect to a plane perpendicular to an axis of rotation of the machine, making it possible to assemble them in one direction or in the other during the manufacture of the sector.
  • the sheets can thus be “returnable”, for example one out of two.
  • At least two adjacent sheets can be staggered with respect to each other.
  • the staggered arrangement can be achieved by turning over certain sheets, in particular one sheet out of two, the stack of sheets forming the sector or by angular cutting of the sheets or by using different sheets.
  • Sheets can be arranged in groups of three sheets arranged in the same direction, stacked on a group of three turned over sheets, and so on.
  • a sector can for example comprise between 10 and 200 sheets, better still between 15 and 100 sheets, for example between 20 and 50 sheets.
  • the laminations or groups of laminations may be offset circumferentially. Such a configuration makes it possible to promote the passage of the magnetic flux through the faces of the sheets.
  • Such a configuration can make it possible to minimize the distance between the assembly surfaces, and to minimize the clearance between the sectors and the crown. This minimizes the possible barriers to the passage of the magnetic flux.
  • the sectors of the cylinder head can be cut from a strip of sheet metal, all in the rolling direction of the strip of sheet metal.
  • the flow in the cylinder head can circulate for all sectors in the direction of rolling of the sheet.
  • the inner crown can be obtained by cutting from a narrow strip of sheet metal, then shaped into a crown by deforming the bridges of material connecting the teeth. The passage of the flux in the sheets is facilitated.
  • the use for the cutting of relatively narrow sheet metal strips can make it possible to minimize the risks of the presence of defects in the sheet. Furthermore, the influence of any defects in the sheet can be minimized insofar as they can be distributed over the entire periphery of the cylinder head, which can make it possible to minimize the impact on the geometry of the stack of sheets. It is for example possible to use different laminations for the yoke and the crown, for example laminations of different magnetic shades.
  • the cylinder head may comprise, in a cross section, between 2 and 20 sectors, better still between 3 and 15 sectors, or even between 4 and 12 sectors, for example 5 sectors.
  • One or more of the sectors of the cylinder head can each have an angular extent allowing them to cooperate with one or more teeth of the crown, in particular several teeth, in particular at least 2 teeth, see at least 3 teeth, for example between 2 and 20 teeth, better between 3 and 15 teeth, for example 9 teeth.
  • Each sector of the cylinder head may have an angular extent allowing it to cooperate with one or more teeth of the crown, in particular several teeth, in particular at least 2 teeth, or even at least 3 teeth, for example between 2 and 20 teeth, better between 3 and 15 teeth, for example 9 teeth.
  • the number of teeth with which a sector of the cylinder head cooperates can be whole, or in a non-whole variant.
  • Each sector of the cylinder head can cooperate with the same number of teeth.
  • the sectors can be configured in such a way as to optimize material waste when cutting them.
  • Sectors can be configured to optimize magnetic circulation in the stator.
  • One can for example choose their angular extent and/or the number of teeth and/or notches per sector for this purpose.
  • the height of the sectors can be chosen taking into account the thickness of the sheets and the expansion, which is the quantity of iron found in a given length of the stator. Expansion may depend on the thickness of the sheets, the quality of the sheets, any local defects in the sheet, rolling defects, varnish.
  • the cylinder head can be configured so that the sectors thereof can be assembled together by movement in the radial direction, which is advantageous for facilitating the assembly of the sectors of the cylinder head.
  • the sectors of the cylinder head may include reliefs configured to fit into each other, preferably in a radial direction. These reliefs can be defined in such a way that a hard point must be passed during their radial assembly. There may for example be an elastic deformation of the female part of the relief during radial assembly. This hard point can make it possible to maintain these sectors against the inner crown during the winding of the stator, which makes it possible to avoid the addition of dedicated external tools.
  • Two adjacent sectors of the cylinder head can define between them an interface extending in a substantially radial plane.
  • the interface may extend entirely in said radial plane. This interface can be planar.
  • All the sectors of the cylinder head can define between them an interface extending in a substantially radial plane. All interfaces can each extend entirely in a radial plane. Each of these interfaces can be planar.
  • the interface may not be entirely radial, one of the sectors possibly comprising one or more reliefs intended to cooperate with one or more corresponding reliefs of the other adjacent sector.
  • Such reliefs can make it possible to promote the radial immobilization of a cylinder head sector with respect to the adjacent cylinder head sector, and to maintain the fixed cylinder head sectors with respect to each other, in particular radially as well as circumferentially.
  • the interface may extend in the radial plane, with the exception of the cooperating relief(s).
  • the radial plane of the interface may pass through a notch, in particular in its middle. Better still, all the radial planes of all the interfaces of the cylinder head can pass through notches, in particular in their middle. In one embodiment, the radial plane of the interface may pass through a notch, but not in its middle, but offset from it. The radial plane of the interface can for example pass at 1/3 or 2/3 of the notch, or at 1 ⁇ 4 or 3 ⁇ 4 of it. Such a configuration makes it possible to break possible effects of symmetry which risks creating noise.
  • the radial plane of the interface can pass through a tooth, better all the radial planes of all the interfaces of the cylinder head can pass through teeth. In yet another alternative embodiment, radial planes of some of the interfaces pass through notches and other radial planes of other interfaces pass through teeth.
  • One or more of the sectors of the cylinder head may each have a height of between 5 and 50 mm, better still between 10 and 30 mm, being for example of the order of 15 mm.
  • the total height of the yoke measured along the longitudinal axis X can be an integer multiple of the height of a sector of the yoke.
  • the stator may include an axial stack of axially assembled sectors. In one embodiment, several consecutive sectors are encountered when moving parallel to the axis of rotation of the machine.
  • a first interface defined between two adjacent sectors located at a first abscissa along the axis of rotation of the machine can be angularly offset with respect to a second interface defined between two adjacent sectors located at a second abscissa along the axis of rotation, different from the first abscissa.
  • the angular offset can be between one and ten teeth, better still between two and eight teeth, for example five teeth. It could be in certain embodiments of four teeth, or of six teeth for example.
  • the second interface is located circumferentially between the first interface and a third interface located at the same first abscissa.
  • the arrangement of the interfaces “situated circumferentially between” is defined when the stator is observed in cross section, from the axis of rotation of the machine.
  • each sector may include reliefs on the surface allowing them to be clipped together.
  • each sector comprises a stack of sheets.
  • Each sheet may comprise on the surface one or more reliefs making it possible to clip together the various sheets making up said sector of the cylinder head.
  • the interface between the cylinder head and the crown can be smooth. It may have a cylindrical shape of revolution.
  • the crown and the cylinder head may respectively have first and second reliefs cooperating together and/or with one or more inserts.
  • the first and second reliefs are preferably complementary and they cooperate by complementarity of shapes. They make it possible to immobilize the cylinder head angularly with respect to the crown and to maintain the crown and the cylinder head fixed with respect to one another, in particular circumferentially as well as preferably radially. It is possible to obtain a stiffening of the crown by the cylinder head, which can make it possible to produce the crown with thin bridges of material, which has multiple advantages as detailed below. Such a configuration makes it possible to minimize the parasitic air gap between the cylinder head and the crown.
  • first and second reliefs also makes it possible to increase the surface of the interface between the crown and the cylinder head, and thus to better distribute the flux circulating in the parasitic air gap between the cylinder head and the crown, and therefore to minimize the impact of this parasitic air gap on the magnetic pole.
  • the sectors of the cylinder head can be configured to allow the cylinder head to exert a mechanical constraint on the crown, in order to promote contact between the cylinder head and the teeth. There may be a clearance between the sectors, which may be as small as possible but is preferably always positive.
  • first and second reliefs and/or with the insert or inserts can be total or partial. In other words, their respective shape may not be exactly the same without departing from the scope of the present invention.
  • the shapes of the first and second reliefs may not be exactly complementary.
  • the first reliefs of the crown can be arranged on the teeth, in particular at their end facing the cylinder head.
  • the second reliefs of the cylinder head can be arranged on the inner surface of the cylinder head, facing the teeth of the crown and more particularly facing the first reliefs. They are in particular angularly offset with respect to the notches of the crown.
  • the second reliefs may have an outline formed by two portions of straight lines forming an angle a between them, connected by a clipping at the bottom of the second relief.
  • the angle a can define the angular opening of the second relief.
  • the second relief is oriented towards the cylinder head.
  • the angular opening a can be given by the following inequality related to the angular extent b of the sector: a > b - 360/Nenc, where Nenc is the total number of notches of the stator.
  • the orientation of the second relief towards the cylinder head can facilitate the insertion of the windings, thanks to the absence of sharp edges at the entrance to the notches.
  • the second relief is oriented towards the air gap.
  • the angular opening a can be given by the following inequality related to the angular extent b of the sector: a > - (b - 360/Nenc), where Nenc is the total number of notches of the stator.
  • Nenc is the total number of notches of the stator.
  • the second relief is flat.
  • Such a configuration is particularly advantageous for small machines.
  • the angular opening a can be related to the angular extent b of the sector by the following formula:
  • the second reliefs may have an outline formed by two straight portions forming an angle ⁇ between them, with on either side two flattened portions at 180°. A point is thus formed for stopping the cylinder head from rotating relative to the crown.
  • the angle a can be given by the formulas above.
  • the height of the tip can be chosen according to the maximum torque to be transmitted by the machine.
  • the tip can be oriented towards the cylinder head or alternatively towards the air gap.
  • the second reliefs can have an outline in the shape of an arc of a circle.
  • the arc of a circle can have a chord separated by a distance h from its center of curvature. We can have the following relationship:
  • the difference between the radii of the portions of a circle defining the respective edges of the first and second reliefs may be between 2 and 20 hundredths of a millimeter, better between 3 and 15, or even between 4 and 10 hundredths of a millimeter.
  • Crown notches may have rounded corners near the cylinder head.
  • the cylinder head may have notches at the ends of the notches in the crown, near the cylinder head. These notches can make it possible to provide rounded angles in the notches of the crown near the cylinder head, with a clean cut and without burrs.
  • the first and/or the second reliefs can take the form of a disc portion, being able in particular to extend over an angular extent of approximately 180°, or over an angular extent greater than 180°, better still greater than 210°, or even greater at 240°.
  • the other of the first and/or second reliefs then has the shape of a recess in the form of a disc portion, of corresponding shape.
  • the first and second reliefs may each alternately take the form of a disk portion or a recess in the shape of a disk portion, when moving around the axis of rotation of the machine.
  • Said disc portion or the corresponding recess may extend over an angular extent of approximately 180°, or over an angular extent greater than 180°, better still greater than 210°, or even greater than 240°.
  • first reliefs protrude into recesses of the second reliefs.
  • first reliefs have a shape of disk portion and the second reliefs have a recessed shape in the shape of a disk portion.
  • the second reliefs may have the shape of a recess in which the ends of the teeth are arranged.
  • the ends of the teeth constitute in this case the first reliefs of the crown.
  • the recess may have a width substantially equal to, in particular slightly greater than, the width of the teeth at their free end.
  • the free ends of the teeth can be slightly bevelled, so as to facilitate their insertion into the recesses of the cylinder head.
  • the edges of the teeth may converge slightly when moving away from the axis of rotation of the machine.
  • the first and second reliefs can be configured so that the interface between the crown and the cylinder head has a wavy shape.
  • Holes can be made at the interface between the crown and the cylinder head. These holes can be used to pass a circulation of cooling fluid, for example to a circulation of air, for cooling the stator. As a variant, they can be used to pass stator retaining rods.
  • each notch is closed on the side of the air gap by a bridge of material linking together two consecutive teeth of the stator mass.
  • the material bridges each connect two adjacent teeth at their base on the air gap side and define the bottom of the notch between these teeth.
  • the material bridges are in one piece with the adjacent teeth.
  • the presence of material bridges reduces the risk of loss of varnish in the air gap during impregnation with a varnish of the complete stator. This reduces the need for cleaning. It also makes it possible to reduce leakage of varnish into the air gap during operation of the machine on which the stator is mounted. This simplifies the maintenance of the machine.
  • the stator can be used as a closed impregnation enclosure by sealing the ends of the stator only. The tooling is thus simplified. This also reduces the amount of varnish lost and cleaning operations.
  • Material bridges may have magnetically saturated areas during machine operation. This limits the passage of the flux from one notch to the other without preventing the passage of the flux from the rotor to the stator.
  • the material bridges have, for example, areas of lesser width.
  • the section of the bridge of material available for the passage of the flow can be locally reduced, for example by providing at least one localized constriction formed by at least one groove.
  • At least some and better all of the material bridges can each have at least one area with reduced magnetic permeability in one or more of the following forms:
  • Each zone with reduced magnetic permeability preferably extends over the entire thickness of the crown. As a variant, the zone with reduced magnetic permeability extends over a length less than or equal to the thickness of the crown.
  • the zone with reduced magnetic permeability of each bridge of material is preferably continuous in the thickness of the crown, rectilinear or not.
  • the zone with reduced magnetic permeability is discontinuous in the thickness of the crown.
  • the crown is in the form of stacked sheets, each sheet having teeth interconnected at their base on the air gap side by bridges of material, at least some and better still all of the bridges of material each having at least a zone of reduced magnetic permeability.
  • the areas of reduced magnetic permeability of the material bridges of each of the sheets may not be centered.
  • Each sheet of the stack of sheets can be monobloc.
  • At least two adjacent sheets may have at least two zones with reduced magnetic permeability arranged in staggered rows with respect to each other, partially overlapping or not.
  • the staggered arrangement can be achieved by reversing certain sheets, in particular one sheet out of two, the stack of sheets forming the crown or by angular cutting of the sheets or by using different sheets.
  • Each sheet is for example cut from a sheet of magnetic steel, for example steel 0.1 to 1.5 mm thick.
  • the sheets can be coated with an electrically insulating varnish on their opposite faces before they are assembled within the stack. Electrical insulation can still be obtained by heat treatment of the sheets, if necessary.
  • the grooves are open towards the notches.
  • the bottom of the notches preferably has at least one bearing surface, better still at least two bearing surfaces, oriented transversely and the bottom of the groove is recessed with respect to this or these surfaces.
  • the bearing surface(s) can be oriented obliquely with respect to the radial axis of the corresponding notch or, preferably, oriented perpendicular to this axis.
  • the groove forms a break in slope with respect to the support surface or surfaces.
  • the windings, preferably of substantially rectangular section, inserted into the notch corresponding are preferably bearing against the bearing surfaces and recessed relative to the bottom of the groove.
  • the windings are without contact with the groove.
  • the bearing surface(s) are preferably flat.
  • the bottom of the notch can be flat except for the groove. This allows good filling of the slots by the windings in the case of windings of rectangular cross-section, by allowing the coils to rest flat in the bottom of the slots.
  • the groove in the bottom of the notch preferably forms a clearance between the material bridge and the corresponding winding, which can facilitate the penetration of the varnish during the impregnation of the stator.
  • the bridge of material may include at least two grooves as described above.
  • the groove(s) may or may not be centered with respect to the notch.
  • the inner surface of the stator is preferably cylindrical of revolution.
  • the grooves may extend over the inner surface of the stator.
  • the grooves are each of curved profile in section in a plane perpendicular to the axis of the stator, in particular of substantially semi-circular section.
  • the localized crushing can be carried out in the thickness of the bridge of material, that is to say along a radial axis of the stator, and constitutes a localized shrinkage with reduced magnetic permeability.
  • the crush preferably forms a groove in the bottom of the notch.
  • the localized crushing can be as described above for the grooves.
  • the localized crushing is carried out in the thickness of the stator, that is to say along an axis parallel to the longitudinal axis of the stator, and has reduced magnetic permeability.
  • the aforementioned opening preferably extends along the longitudinal axis of the stator over the entire thickness of the stator mass.
  • the opening may be of oval or circular cross-section, or of polygonal shape, for example with rounded edges, in particular rectangular.
  • the bridge of material may have only one opening in its width. The opening can be at the center of the material bridge. The opening may have two thinned zones on either side thereof, the thinned zones being magnetically saturated during operation of the machine.
  • the bridge of material has a plurality of microperforations in its width. The microperforations reduce the sheet section and allow the material bridge to be magnetically saturated for less magnetic flux.
  • the localized treatment makes it possible to locally modify the magnetic flux permeability of the material of the bridge.
  • the localized treatment can extend over the entire width of the bridge of material or over only a portion of it.
  • This treatment can be a heat treatment which locally modifies the orientation of the metal grains and leads to a reduction in the magnetic permeability in the circumferential direction.
  • the heat treatment is a thermal stress linked to the degradation of the material during the laser cutting of the bridge of material.
  • Material bridges can be non-deformable. This increases the rigidity of the stator and improves the life of the electric machine.
  • the slots are open radially outward allows the windings to be inserted into the slots by radially inward movement of the slots.
  • the installation of the windings is facilitated, on the one hand in that access to the interior of the notches is easier, since they are notches that are completely open and in the direction of the outside rather than towards the air gap, and secondly in that the space available around the crown, for the necessary tools, or even for a winding machine, is much greater than the space available in the bore of the stator.
  • Such a configuration is particularly advantageous for small diameter stators.
  • such a stator has many advantages from the electromagnetic point of view compared to a stator having slots open towards the air gap. It makes it possible to greatly reduce the electromagnetic disturbances linked to the presence of the openings of the notches giving onto the air gap in the prior art. In addition, the filling of the notches being facilitated, the filling rate can be improved, which can make it possible to further increase the performance of the machine. The volume torque can be increased.
  • At least one notch may have opposite edges parallel to each other, better all the notches. There is thus a better rate of filling of the notches.
  • the width of the notches is preferably substantially constant over its entire height.
  • At least one notch may have opposite non-parallel edges, for example converging towards the axis of rotation of the machine.
  • At least one tooth may be generally trapezoidal in shape when viewed in section in a plane perpendicular to the axis of the stator. At least one tooth, better all the teeth, can have divergent edges when moving away from the axis of rotation of the machine.
  • Such a configuration can make it possible to compensate for the obstacles to the passage of the magnetic flux which can be linked to the presence of the first and second reliefs cooperating together and/or with inserts, to a possible opening or to the presence of a parasitic air gap at the interface between the cylinder head and the crown.
  • the smallest width of the tooth can be substantially equal to the size of the interface between the cylinder head and the crown for which there is a close contact, that is to say outside the first and second reliefs cooperating together and / or with inserts, or a possible orifice.
  • the crown can be made by winding in a helix a strip of sheet metal comprising teeth connected by the bridges of material, the opposite edges of each notch becoming, preferably, substantially parallel to each other when the strip is wound on itself to form the crown.
  • the strip may be formed of sectors each comprising several teeth, the sectors being connected by links, these sectors being cut out from a sheet metal strip.
  • the connections can be flexible bridges connecting the sectors together and/or parts of complementary shapes, for example of the dovetail and mortise type or complementary reliefs bearing against each other, in particular when the crown is held in compression by the cylinder head.
  • the sheet metal strip(s) can be cut straight, then bent.
  • the complementary shapes can be on the material bridges so that the different sectors are assembled at the level of the material bridges.
  • the assembly of the complementary shapes of the different sectors takes place outside the deformable zones of the bridges of material. This facilitates assembly, especially in the case of bulky machines.
  • sectors have recessed shapes cooperating with complementary projecting shapes of adjacent sectors.
  • the ring comprises a stack of pre-cut magnetic sheets.
  • the crown is manufactured by additive manufacturing, for example by powder sintering, or wafers obtained by additive manufacturing, for example by powder sintering.
  • the cylinder head is attached to the crown after the installation of the windings in the notches, or if necessary at the same time.
  • the windings can be arranged in the slots in a concentrated or distributed manner.
  • distributed we mean that at least one of the windings passes successively through two non-adjacent slots.
  • the windings are arranged in the slots in a distributed manner, in particular when the number of poles of the rotor is less than or equal to 8.
  • the windings each comprise at least one electrical conductor which can be circular in cross-section, or polygonal in shape with rounded edges, preferably rectangular in shape, this list not being exhaustive.
  • the windings may each comprise at least one electrical conductor with a rectangular cross-sectional shape, the windings being in particular arranged in a distributed manner in the notches.
  • the conductors When the conductors are of circular cross-section, they can be arranged in the slot in a hexagonal stack. When the conductors are of polygonal cross-section, they can be arranged in the slot in one or more radially oriented rows. The optimization of the stack can make it possible to place a greater quantity of electrical conductors in the slots and therefore to obtain a stator of greater power, at constant volume.
  • the electrical conductors can be randomly arranged in the slots or rows.
  • the electrical conductors are stored in the notches.
  • arranged it is meant that the conductors are not arranged in the slots in bulk but in an orderly manner. They are stacked in the notches in a non-random manner, being for example arranged in one or more rows of aligned electrical conductors, in particular in one or two rows, preferably in a single row.
  • the electrical conductors are preferably electrically insulated from the outside by an insulating coating, in particular an enamel.
  • the windings can be separated from the walls of the slot by an insulator, in particular by at least one sheet of insulation.
  • an insulator in particular by at least one sheet of insulation.
  • Such a sheet insulator allows better insulation of the windings compared to the slot.
  • each slot receives at least two windings, in particular at least two windings of different phases, or alternatively of the same phase. These two windings can overlap radially.
  • the two windings can be separated from each other by at least one sheet of insulation, preferably by at least two sheets of insulation.
  • the windings are hairpins.
  • Each winding can be formed of several turns.
  • the coils are said to be hairpin, in particular U-shaped (“U-pin”) or straight, I-shaped (“I-pin”) hairpin, and in this case comprise a portion I-shaped or U-shaped, the ends of which are soldered to conductors outside the corresponding notch.
  • a rotating electrical machine such as a synchronous motor or a synchronous generator, comprising a stator as defined previously.
  • the machine can be synchronous or asynchronous.
  • the machine can be reluctance. It can constitute a synchronous motor.
  • the rotating electrical machine may include a rotor.
  • the rotor can be a wound rotor or a permanent magnet rotor. If the machine is intended to operate as an alternator, the rotor can be wound. In the case where the machine is intended to operate as a motor, the rotor may be with permanent magnets.
  • the rotor can be connected to the crown of the stator, in particular by material connections making it possible to stiffen the crown of the stator during winding. After the winding, or even after the installation of the yoke of the stator, these material connections are cut to allow the rotation of the rotor relative to the stator and the use of the machine. Cutting can be done by electron beam.
  • the material connections can be arranged at the level of the teeth of the stator, for example one tooth out of two.
  • the machine can have a relatively large size.
  • the diameter of the rotor can be greater than 50 mm, better still greater than 80 mm, being for example between 80 and 500 mm.
  • the rotor may comprise a rotor mass extending along the axis of rotation and arranged around a shaft.
  • the shaft may include torque transmission means for driving the rotor mass in rotation.
  • the rotor can be cantilevered or not.
  • the rotor can be made of several rotor pieces aligned in the axial direction, for example three pieces. Each of the pieces can be offset angularly relative to the adjacent pieces (“step skew”). The rotor may be twisted.
  • Another subject of the invention is a process for manufacturing a stator as defined above, in which sectors are applied radially to the crown to form the yoke in contact with the crown.
  • all the sectors can be radially reported simultaneously.
  • the sectors can be attached radially to the crown in a radial direction extending in the median plane of the corresponding sector.
  • the fact that the sectors of the yoke are connected radially to the crown reduces the risk of damaging the windings. It is possible to implement a step of inserting the windings into the notches of the crown of the stator. During this step, at least one winding can be placed in two different, non-consecutive slots in the crown of the stator. This step can take place before the step during which sectors are applied radially to the crown to form the yoke in contact with the crown.
  • the method may include a step of deforming the deformable zone(s) when mounting the yoke on the ring gear and/or inserting the windings into the notches. Such deformation can change the diameter of the crown and the width of the notches.
  • the step of inserting the windings into the notches can be implemented so as to widen the notches by extending the bridges of material. This also leads to an increase in the external diameter of the crown. This facilitates the insertion of the windings.
  • the windings are preferably inserted into the slots by radial inward movement, the slots being open radially outward.
  • the step of mounting the cylinder head on the crown can lead to a reduction in the inside diameter of the crown by tightening the bridges of material. This makes it possible to assemble the cylinder head and the ring gear while having a minimum clearance between the latter in order to improve the electrical performance by reducing the sum of the air gaps of the magnetic pole.
  • the crown and the cylinder head can be assembled to cause the first and second reliefs to cooperate.
  • FIG 1 Figure 1 is a perspective view, schematic and partial, of a stator produced in accordance with the invention
  • Figure 2 is a perspective view, schematic and partial, of the crown of the stator of Figure 1
  • FIG 3 Figure 3 is a detail view
  • Figure 4 shows in cross section, schematically and partially, a machine comprising the stator of Figure 1,
  • FIG 5 Figure 5 schematically represents a portion of the crown of this stator
  • FIG 6 Figure 6 schematically shows, in perspective, an alternative machine embodiment
  • FIG 6a Figure 6a is a detail view
  • Figure 7a is a view similar to Figures 6 and 6a of an alternative embodiment
  • Figure 7b is a view similar to Figures 6 and 6a of an alternative embodiment
  • Figure 7c is a view similar to Figures 6 and 6a of an alternative embodiment
  • Figure 7d is a view similar to Figures 6 and 6a of an alternative embodiment
  • FIG 8 Figure 8 schematically shows an alternative machine embodiment
  • FIG 9 Figure 9 is a detail view
  • Figure 9a is a view similar to Figure 9 of an alternative embodiment
  • Figure 10 is a cross-section, schematic and partial, of a sector of the cylinder head of figure 8,
  • FIG 11 is a view similar to Figure 10 of an alternative embodiment
  • Figure 12 is a view similar to Figure 10 of an alternative embodiment
  • FIG 13 Figure 13 a view similar to Figure 9 of an alternative embodiment
  • Figure 14 is a view similar to Figure 8 of an alternative embodiment
  • Figure 15 is a view similar to Figure 9 of the variant embodiment of Figure 14.
  • Figure 16a is a view similar to Figure 10 of an alternative embodiment.
  • Figure 16b is a perspective view, schematic and partial, of the crown associated with the cylinder head sector of Figure 16a.
  • Figure 17a is a view similar to Figure 9 of another alternative embodiment.
  • Figure 17b is a view similar to Figure 9 of another variant embodiment.
  • Figure 17c is a view similar to Figure 9 of another alternative embodiment.
  • Figure 17d is a view similar to Figure 9 of another alternative embodiment.
  • Figure 17e is a view similar to Figure 9 of another alternative embodiment.
  • FIG. 1 to 5 a rotating electrical machine 10, comprising a rotor 1 and a stator 2.
  • the stator 2 makes it possible to generate a rotating magnetic field for driving the rotor 1 in rotation, within the framework of a synchronous motor , and in the case of an alternator, the rotation of the rotor induces an electromotive force in the windings of the stator.
  • the stator 2 comprises windings 22, which are arranged in notches 21 formed between teeth 23 of a toothed crown 25 radially inside.
  • the notches are open radially outwards and closed on the air gap side by bridges of material 27, each connecting two consecutive teeth of crown 25 and defining the bottom of the notch between these teeth.
  • the notches 21 are, in the example described, with radial edges 33 parallel to each other, and are, in section in a plane perpendicular to the axis of rotation X of the machine, of substantially rectangular shape.
  • the stator 2 comprises a radially outer yoke 29 and attached in contact with the crown 25.
  • the crown 25 and the yoke 29 are each formed of a stack of magnetic laminations stacked along the axis X, the laminations being for example identical and superimposed exactly. They can be held together by clipping, rivets, tie rods, welds and/or any other technique.
  • the magnetic laminations are preferably made of magnetic steel.
  • the yoke 29 is formed of assembled sectors 30, six in number in the example described. Each sector 30 is attached in contact with crown 25. They are assembled together and on the crown during manufacture of the stator.
  • each sector has an angular extent of 60°, measured in a transverse plane of the stator, perpendicular to an axis of rotation of the machine, around said axis of rotation.
  • Each sector 30 has the same angular extent.
  • the sectors 30 of the yoke are identical to each other also in their shape.
  • Each sector cooperates with six teeth of crown 25.
  • two adjacent sectors 30 of the cylinder head define between them an interface 30a extending entirely in a radial plane.
  • This interface 30a is planar.
  • the radial planes of the interfaces 30a pass through the corresponding notches, in particular in their middle.
  • the teeth 23 of the crown 25 have complementary reliefs 56 on the surface allowing the various metal sheets making up the crown 25 to be clipped together, as shown in figure 5.
  • the crown can also be formed from a strip of cut sheet metal rolled up on itself.
  • the cylinder head 29 is mounted on the crown 25 by cooperation of shapes, more particularly the sectors 30 of the cylinder head 29 are mounted on the crown 25 by cooperation of shapes.
  • the crown 25 and the yoke 29 have respectively first 40 and second 50 reliefs cooperating to immobilize the yoke 29 with respect to to crown 25. These first 40 and second 50 reliefs allow angular and radial immobilization.
  • the first reliefs 40 are located on the outer surface of the crown 25, being arranged on the teeth, at their end facing the cylinder head.
  • the second reliefs 50 are located on the internal surface of the cylinder head 29, facing the teeth of the crown and more particularly facing the first reliefs. They are angularly offset from the notches in the crown.
  • the first 40 and second 50 reliefs are complementary and cooperate by complementarity of shapes and to maintain the crown and the cylinder head in position with respect to each other.
  • the windings 22 can be arranged in the slots 21 in a concentrated or distributed manner, preferably distributed. As illustrated in Figure 5, the electrical conductors 34 of the windings 22 are arranged in the slots in a row.
  • the electrical conductors 34 are preferably of flattened, rectangular cross-section and are radially superimposed, for example in a single row. Electrical conductors 34 are enamelled or coated with any other suitable insulating coating.
  • Each notch 21 can receive two stacked windings 22, of different phases.
  • Each winding 22 may, in cross section, be of substantially rectangular shape.
  • Each winding 22 is surrounded by an insulating sheet 37 making it possible to insulate the windings from the walls 33 and 36 of the notch and the windings 22 of different phases.
  • the electrical conductors 22 are assembled in windings 22 outside the notches 21 and surrounded by an insulating sheet 27 and the windings 22 with the insulating sheets 37 are inserted into the notches 21. This operation is facilitated by the fact that the notches are totally open radially outwards.
  • the rotor 1 represented in FIG. 4 comprises a central opening 5 for mounting on a shaft and comprises a toroidal magnetic mass 3 extending axially along the axis of rotation X of the rotor, this rotor mass being for example formed by a stack of magnetic laminations stacked along the X axis, the laminations being for example identical and exactly superposed.
  • the rotor 1 comprises for example a plurality of permanent magnets 7 arranged in housings 8 of the rotor magnetic mass 3. As a variant, the rotor is wound.
  • the stator can be obtained by means of the manufacturing process which will now be described.
  • the windings 22 are first inserted into the notches 21 of the crown 25 by a radial displacement of the windings 21 towards the inside of the notches 21.
  • the yoke 29 is attached by force to the crown 27, all the sectors 30 being attached radially simultaneously, in a radial direction extending in the median plane of the corresponding sector.
  • Each sector can be inserted on the crown by axial displacement of one relative to the other, as illustrated in figure 1.
  • the interface between the cylinder head and the crown forms undulations 99.
  • the first reliefs 40 have the shape of a boss and the second reliefs 50 have the shape of a corresponding recess.
  • the second reliefs 50 have in the example described an angular opening a of the order of 80°.
  • each sector has the same angular extent, measured in a transverse plane of the stator, perpendicular to an axis of rotation of the machine, around said axis of rotation, allowing it to cooperate with five teeth of the ring gear.
  • the yoke 29 comprises in this example nine sectors 30 which are identical to one another also by their shape. Each sector cooperates with five teeth of crown 25.
  • Two adjacent sectors of the cylinder head define between them an interface extending partially in a substantially radial plane, but not entirely, the sectors comprising reliefs 110 intended to cooperate with corresponding reliefs of the other adjacent sector.
  • the stator comprises an axial stack of sectors 30 assembled axially. Several consecutive sectors are encountered when moving parallel to the axis of rotation X of the machine.
  • a first interface 30a defined between two adjacent sectors 30 located at a first abscissa XI along the axis of rotation of the machine can be angularly offset relative to a second interface 30a defined between two adjacent sectors 30 located at a second abscissa X2 along the axis of rotation, different from the first abscissa XL
  • this second interface 30a is located circumferentially between the first interface 30a and a third interface 30a located at the same first abscissa XL
  • the outer surface of the sectors 30 is smooth.
  • the outer surface of the sectors 30 comprises grooves 30b which are in the extension of each other when the sectors are stacked to form the yoke of the stator, thus forming grooves on the surface. exterior of the cylinder head.
  • each sector comprises two grooves.
  • the sectors are “turned over”, one layer out of two.
  • each sector comprises a single groove 30b.
  • the embodiment of Figures 7c and 7d differs from the previous ones in that it has no stacked sectors when moving parallel to the axis of rotation X of the machine.
  • the cylinder head is formed of sectors 30 assembled circumferentially and not axially.
  • the interface between the cylinder head and the crown also forms undulations 99.
  • the first reliefs 40 have the shape of a boss and the second reliefs 50 a shape of corresponding recess.
  • the second reliefs 50 have in the example described an angular opening a of 80°.
  • each sector has an angular extent b of 72°, measured in a transverse plane of the stator, perpendicular to an axis of rotation of the machine, around said axis of rotation.
  • Each sector 30 has the same angular extent.
  • the cylinder head 29 comprises in this example five sectors 30 which are identical to one another also by their shape. Each sector cooperates with nine teeth of crown 25.
  • the teeth 23 of the crown 25 have complementary reliefs 56 on the surface allowing the various metal sheets making up the crown 25 to be clipped together, as shown in FIG. 9.
  • a complementary relief 56 is present on each tooth.
  • the cylinder head can also comprise some, as illustrated in figure 8.
  • These reliefs 56 can be generally oblong in shape, for example rectangular, and they can have a major axis oriented radially, or alternatively oriented circumferentially, as shown in Figure 11.
  • the stator can be obtained by means of the manufacturing process which will now be described. After insertion of the windings 22 into the notches 21 of the crown 25 by a radial displacement of the windings 21 towards the inside of the notches 21, all the sectors 30 of the yoke 29 are attached radially simultaneously, in a radial direction extending in the median plane of the corresponding sector. Each sector can be inserted on the crown by radial displacement, and not axial, of one relative to the other, thanks to the planar shape of the interfaces 30a between the sectors 30 and the wavy shape of the interface between the cylinder head and the crown.
  • each sector, the shape of the interfaces 30a and the shape of the interface between the cylinder head and the crown are chosen so as to allow the radial approach of the sectors 30 of the cylinder head to the crown. They are in one embodiment reported simultaneously.
  • the bottom 35 of the notches 21 has a shape substantially complementary to that of the coils 22, being flat.
  • the bottom of the notches 35 may comprise a localized constriction formed by at least one groove, as illustrated in FIG. 9, and in the embodiments of FIGS. 7 to 7d.
  • the bottom 35 of the notches 21 has two flat portions 31 on either side of a recess 39, against which the rectangular coils 22 bear.
  • the bottom 35 of the notches 21 is connected to the radial edges 33 by roundings 36.
  • the recess 39 is in the form of a longitudinal groove extending along the axis of rotation X of the machine, centered on the bottom of notch 21.
  • the recess 39 preferably has a depth p of between 0.4 mm and 1 mm, for example equal to 0.6 mm.
  • the bottom of the notch 21 may not have any recess, the bottom 35 of the notches being flat.
  • the bottom of the notch 21 could have no recess and the folds could each be formed by a groove facing this bottom of the notch 21 and a projecting relief could extend into the air gap. 46.
  • the grooves 48 and protruding reliefs 42 may have a profile in the form of a V-shaped broken line and in that the bottom of the notch 21 is of decreasing width towards the protruding relief from the radial edges 33 of the notch 21.
  • the deformable zone is an area that can stretch and deform by stretching to form a constriction. When stretched, the deformable zone 32 can thin out locally. Before mounting the cylinder head, the bridge of material 27 may have a constant thickness.
  • the bottom of the notch may have two deformable zones 32 as described previously.
  • the interface between two adjacent sectors 30 is flat, extending in a radial plane.
  • Two adjacent sectors of the cylinder head can define between them an interface extending almost entirely in a substantially radial plane, but not entirely, as illustrated in FIG. 12.
  • the sectors comprise reliefs 110 intended to cooperate with reliefs correspondents of the other adjacent sector.
  • the reliefs 110 comprise a triangular part 110a cooperating by form complementarity with the adjacent sector, and a circular part 110b, forming an orifice between the two adjacent sectors.
  • Figure 13 differs from that of Figures 8 to 10 in that the crown notches have rounded corners 92 close to the cylinder head.
  • Holes 100 can be provided at the interface between the crown and the cylinder head, as illustrated in FIGS. 14 and 15. These holes 100 make it possible to avoid the presence of sharp edges at the level of the interface. There is maximum contact between the straight edges on either side of the holes 100.
  • These holes 100 can be used to pass a circulation of cooling fluid, for example to a circulation of air, for cooling the stator. As a variant, they can be used to pass stator retaining rods.
  • each sector has an angular extent of 60°, measured in a transverse plane of the stator, perpendicular to an axis of rotation of the machine, around said axis of rotation.
  • Each sector 30 has the same angular extent.
  • the sectors 30 of the yoke are identical to each other also in their shape.
  • Each sector cooperates with eight teeth of crown 25.
  • the sector of the cylinder head comprises second reliefs 50 whose bottom is in the form of an arc of a circle. The bottom of a second relief 50 out of two is in the example described deeper than the others.
  • the teeth of the serrated ring shown in Figure 16b are also longer one in two times. There is thus an alternation of two depths at the interface between the cylinder head and the crown.
  • the inner crown can also be shifted by one tooth step, without reversing.
  • this interface I makes it possible to properly immobilize the serrated crown with respect to the cylinder head.
  • the interface I between the sets can be located in the middle of the stack of sheets, or alternatively offset to one side.
  • the second relief is oriented towards the cylinder head.
  • the second relief is on the contrary oriented towards the air gap.
  • the second relief is flat.
  • the second reliefs have an outline formed by two portions of straight lines forming an angle a between them, with on either side two flat portions at 180°. A point is thus formed for stopping the rotation of the cylinder head with respect to the crown.
  • the tip can be oriented towards the cylinder head or alternatively towards the air gap.
  • the second reliefs may have an outline in the shape of an arc of a circle.
  • the arc of a circle has a chord separated by a distance h from its center of curvature.
  • r is the radius of curvature of the portion of the arc of a circle
  • h is the distance separating the chord of the arc of a circle from the center of curvature
  • b is l angular extent of a sector of the cylinder head
  • Nenc is the total number of notches of the stator.
  • the arc of a circle can be oriented towards the cylinder head, as shown in Figure 17d, or alternatively towards the air gap, as shown in Figure 17e.
  • the invention is not limited to the examples described of the interface between the sectors of the cylinder head, and the latter can be produced with still other shapes.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Stator (2) de machine électrique tournante (1), comportant : - une couronne (25) radialement intérieure comportant des dents (23) et des encoches (21) ouvertes radialement vers l'extérieur s'étendant entre les dents, des ponts de matière (27) reliant deux dents adjacentes à leur base et définissant le fond de l'encoche entre ces dents, - des bobinages (22) disposés dans les encoches, ayant des conducteurs électriques disposés de manière rangée dans les encoches (21), et - une culasse (29) radialement extérieure, rapportée au contact de la couronne, la culasse étant formée de secteurs (30) assemblés.

Description

Description
Titre : Stator de machine électrique tournante
La présente invention revendique la priorité de la demande française 2007746 déposée le 23 juillet 2020 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Domaine technique
La présente invention concerne les machines électriques tournantes et plus particulièrement les stators de telles machines.
Technique antérieure
Dans des stators connus, la culasse ménage des encoches totalement ouvertes ou semi-ouvertes en direction de l’entrefer, de manière à permettre l’introduction des bobinages. Généralement, les encoches semi-ouvertes reçoivent des conducteurs électriques de section transversale circulaire disposés en vrac, comme décrit par exemple dans la demande de brevet FR 2 801 142, tandis que les encoches totalement ouvertes logent des conducteurs électriques de section transversale rectangulaire, disposés de manière rangée.
JP 2 875497 porte sur un stator de machine électrique comportant une couronne dentelée dont les tôles présentent des portions amincies dans leurs épaisseurs situées entre deux dents consécutives du côté de l'entrefer. De telles portions amincies constituent des ouvertures vers l’entrefer qui peuvent produire des perturbations électromagnétiques non négligeables, notamment une augmentation de l’entrefer « magnétique » en raison des franges de flux, des pertes fer plus élevées à la surface du rotor pour la même raison, ou encore des couples pulsatoires car les variations de perméance sont relativement brutales. En outre, les bobinages y sont bobinés sur dents.
JP 2011-097723 montre des dents individuelles rapportées sur une culasse.
La demande de brevet FR 3 019 947 et la demande internationale WO 2015/155730 décrivent un stator comportant une couronne dentelée comportant des dents reliées entre elles par des ponts de matière et définissant entre elles des encoches de réception des bobines, les encoches étant ouvertes radialement vers l’extérieur. Les ouvertures des encoches sont fermées par une culasse rapportée sur la couronne dentelée. Il existe un besoin pour bénéficier d’un stator de machine électrique tournante d’assemblage aisé permettant un remplissage efficace des encoches et une fabrication aisée du stator, tout en assurant des performances électromagnétiques satisfaisantes. Il existe également un besoin pour améliorer encore les stators de machines électriques et notamment diminuer les ondulations de couple.
Exposé de l’invention
Stator
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, grâce à un stator de machine électrique tournante, comportant : une couronne radialement intérieure comportant des dents et des encoches ouvertes radialement vers l’extérieur s’étendant entre les dents, des ponts de matière reliant deux dents adjacentes à leur base et définissant le fond de l’encoche entre ces dents, des bobinages disposés dans les encoches, notamment de manière répartie, ayant des conducteurs électriques disposés de manière rangée dans les encoches, et une culasse radialement extérieure, rapportée au contact de la couronne, la culasse étant formée de secteurs assemblés.
Les ponts de matière reliant deux dents adjacentes à leur base et définissant le fond de l’encoche entre ces dents permettent la fermeture des encoches du côté de l’entrefer. Les ponts de matière et les dents sont venus d’un seul tenant avec le reste des tôles formant la couronne. La présence des encoches fermées du côté de l’entrefer permet de renforcer mécaniquement le stator et de réduire les vibrations, car l’on obtient un effet de crantage minimisé (en anglais « cogging torque »), les perturbations électromagnétiques étant réduites, voire supprimées, par rapport à un stator de l’art antérieur ayant des encoches ouvertes sur l’entrefer.
Résumé de l’invention
Culasse
Par « culasse rapportée », il faut comprendre que la culasse n’est pas réalisée d’un seul tenant avec la couronne mais est fixée à cette dernière au cours de la fabrication du stator.
Selon l’invention, la culasse est formée de secteurs assemblés. Les secteurs de la culasse ne sont pas d’un seul tenant, mais assemblés ensemble et sur la couronne au cours de la fabrication du stator. La fabrication de la culasse peut en être facilitée, de même que l’assemblage du stator.
Les secteurs de la culasse peuvent avoir chacun une étendue angulaire b comprise entre 18 et 180 °, mieux entre 24 et 120 °, voire entre 30 et 90 °, étant par exemple de l’ordre de 12°. L’étendue angulaire est mesurée dans un plan transversal du stator, perpendiculairement à un axe de rotation de la machine, autour dudit axe de rotation. L’étendue angulaire est définie entre les faces latérales des secteurs, définissant l’interface entre les secteurs.
Dans un mode de réalisation, les secteurs de la culasse peuvent avoir chacun une étendue angulaire b de 120°, la culasse comportant 3 secteurs angulaires destinés à coopérer avec 12 encoches chacun. Dans un autre mode de réalisation, les secteurs de la culasse peuvent avoir chacun une étendue angulaire b de 60°, la culasse comportant 6 secteurs angulaires destinés à coopérer avec 6 encoches chacun.
Dans un autre mode de réalisation encore, les secteurs de la culasse peuvent avoir chacun une étendue angulaire b de 30°, la culasse comportant 12 secteurs angulaires destinés à coopérer avec 3 encoches chacun.
Dans un mode de réalisation, tous les secteurs de la culasse ont une même étendue angulaire. Dans une variante de réalisation, tous les secteurs de la culasse sont identiques. Ils peuvent être identiques par leur étendue angulaire, par leur forme, par la disposition de reliefs complémentaires en surface permettant de clipser les différentes tôles composant la culasse entre elles, cette liste n’étant pas limitative.
Dans un mode de réalisation, un secteur de la culasse, voire tous les secteurs, peuvent avoir une certaine symétrie, partielle ou complète, par rapport à un plan perpendiculaire à un axe de rotation de la machine, permettant d’assembler ceux-ci dans un sens ou dans l’autre lors de la fabrication de la culasse. Les secteurs peuvent ainsi être « retoumables », par exemple une couche sur deux. Une telle configuration peut permettre d’améliorer la raideur du stator après assemblage des secteurs qui constituent sa culasse.
Dans une variante de réalisation, un secteur, voire tous les secteurs, peuvent être symétriques par rapport à un plan perpendiculaire à un axe de rotation de la machine.
Chaque secteur peut comporter un empilement de tôles. Chaque tôle de l’empilement de tôles peut être monobloc. Le feuilletage des secteurs permet de limiter les pertes par courant de Foucauld. Les tôles peuvent être encollées ou agrafées entre elles, ou encore soudées entre elles.
Dans un mode de réalisation, une tôle, voir chaque tôle, peut avoir une certaine symétrie, partielle ou complète, par rapport à un plan perpendiculaire à un axe de rotation de la machine, permettant d’assembler celles-ci dans un sens ou dans l’autre lors de la fabrication du secteur. Les tôles peuvent ainsi être « retoumables », par exemple une sur deux.
Au moins deux tôles adjacentes peuvent être agencées en quinconce l’une par rapport à l’autre. L’agencement en quinconce peut être réalisé par retournement de certaines tôles, notamment d’une tôle sur deux, de l’empilement de tôles formant le secteur ou par découpage angulaire des tôles ou par utilisations de tôles différentes. Les tôles peuvent être agencées en groupes de trois tôles disposées dans le même sens, empilées sur un groupe de trois tôles retournées, et ainsi de suite.
Un secteur peut par exemple comporter entre 10 et 200 tôles, mieux entre 15 et 100 tôles, par exemple entre 20 et 50 tôles.
En variante ou additionnellement, les tôles ou groupes de tôles peuvent être décalés circonférentiellement. Une telle configuration permet de favoriser le passage du flux magnétique par les faces des tôles.
Une telle configuration peut permettre de minimiser la distance entre les surfaces d’assemblage, et de minimiser le jeu entre les secteurs et la couronne. On minimise ainsi les barrières possibles au passage du flux magnétique.
Les secteurs de la culasse peuvent être découpés dans une bande de tôle, tous dans le sens du laminage de la bande de tôle. Ainsi, le flux dans la culasse peut circuler pour tous les secteurs dans le sens du laminage de la tôle.
La couronne intérieure peut être obtenue par découpage dans une bande de tôle étroite, puis mise en forme en couronne par déformation des ponts de matière reliant les dents. Le passage du flux dans les tôles en est facilité.
L’utilisation pour le découpage de bandes de tôles relativement étroites peut permettre de minimiser les risques de présence de défauts dans la tôle. Par ailleurs, l’influence des défauts éventuels de la tôle peut être minimisée dans la mesure où ils peuvent être répartis sur tout le pourtour de la culasse, ce qui peut permettre de minimiser l’impact sur la géométrie du paquet de tôles. On peut par exemple utiliser des tôles différentes pour la culasse et la couronne, par exemple des tôles de nuances magnétiques différentes.
La culasse peut comporter, dans une section transversale, entre 2 et 20 secteurs, mieux entre 3 et 15 secteurs, voire entre 4 et 12 secteurs, par exemple 5 secteurs. Un ou plusieurs des secteurs de la culasse peuvent avoir chacun une étendue angulaire leur permettant de coopérer avec une ou plusieurs dents de la couronne, notamment plusieurs dents, en particulier au moins 2 dents, voir au moins 3 dents, par exemple entre 2 et 20 dents, mieux entre 3 et 15 dents, par exemple 9 dents.
Chaque secteur de la culasse peut avoir une étendue angulaire lui permettant de coopérer avec une ou plusieurs dents de la couronne, notamment plusieurs dents, en particulier au moins 2 dents, voir au moins 3 dents, par exemple entre 2 et 20 dents, mieux entre 3 et 15 dents, par exemple 9 dents. Le nombre des dents avec lesquelles coopère un secteur de la culasse peut être entier, ou en variante non entier. Chaque secteur de la culasse peut coopérer avec le même nombre de dents.
Les secteurs peuvent être configurés de manière à optimiser les chutes de matière lors de leur découpage. On peut par exemple choisir leur étendue angulaire et/ou le nombre de dents et/ou d’encoches par secteur à cet effet.
Les secteurs peuvent être configurés de manière à optimiser la circulation magnétique dans le stator. On peut par exemple choisir leur étendue angulaire et/ou le nombre de dents et/ou d’encoches par secteur à cet effet.
On peut par exemple choisir la hauteur des secteurs en tenant compte de l’épaisseur des tôles et du foisonnement, qui est la quantité de fer que l’on retrouve dans une longueur donnée du stator. Le foisonnement peut dépendre de l’épaisseur des tôles, de la qualité des tôles, d’éventuels défauts locaux dans la tôle, de défauts de laminage, du vernis.
La culasse peut être configurée pour que les secteurs de celle-ci puissent être assemblés entre eux par un déplacement dans la direction radiale, ce qui est avantageux pour faciliter l’assemblage des secteurs de la culasse.
Les secteurs de la culasse peuvent comporter des reliefs configurés pour s’emboîter les uns dans les autres, de préférence dans une direction radiale. Ces reliefs peuvent être définis de telle sorte qu’il faut passer un point dur lors de leur assemblage en radial. Il peut par exemple y avoir une déformation élastique de la partie femelle du relief lors de l’assemblage en radial. Ce point dur peut permettre de maintenir ces secteurs contre la couronne intérieure pendant le bobinage du stator, ce qui permet d’éviter l’ajout d’outillages extérieurs dédiés.
Deux secteurs adjacents de la culasse peuvent définir entre eux une interface s’étendant dans un plan sensiblement radial. L’interface peut s’étendre entièrement dans ledit plan radial. Cette interface peut être plane.
Tous les secteurs de la culasse peuvent définir entre eux une interface s’étendant dans un plan sensiblement radial. Toutes les interfaces peuvent s’étendre chacune entièrement dans un plan radial. Chacune de ces interfaces peut être plane.
En variante l’interface peut ne pas être entièrement radiale, l’un des secteurs pouvant comporter un ou plusieurs reliefs destinés à coopérer avec un ou plusieurs reliefs correspondants de l’autre secteur adjacent. De tels reliefs peuvent permettre de favoriser l’immobilisation radiale d’un secteur de culasse par rapport au secteur de culasse adjacent, et de maintenir les secteurs de culasse fixes les uns par rapport aux autres, notamment radialement ainsi que circonférentiellement. Dans ce cas, l’interface peut s’étendre dans le plan radial, à l’exception du ou des reliefs coopérant.
Le plan radial de l’interface peut passer par une encoche, notamment en son milieu. Mieux, tous les plans radiaux de toutes les interfaces de la culasse peuvent passer par des encoches, notamment en leur milieu. Dans un mode de réalisation, le plan radial de l’interface peut passer par une encoche, mais non pas en son milieu, mais décalé par rapport à celui-ci. Le plan radial de l’interface peut par exemple passer au 1/3 ou au 2/3 de l’encoche, ou à ¼ ou ¾ de celle-ci. Une telle configuration permet de casser de possibles effets de symétrie qui risque de créer des bruits.
Dans une variante de réalisation, le plan radial de l’interface peut passer par une dent, mieux tous les plans radiaux de toutes les interfaces de la culasse peuvent passer par des dents. Dans une autre variante de réalisation encore, des plans radiaux de certaines des interfaces passent par des encoches et d’autres plans radiaux d’autres interfaces passent par des dents.
Un ou plusieurs des secteurs de la culasse peuvent avoir chacun une hauteur comprise entre 5 et 50 mm, mieux entre 10 et 30 mm, étant par exemple de l’ordre de 15 mm. La hauteur totale de la culasse mesurée le long de l’axe longitudinal X peut être un multiple entier de la hauteur d’un secteur de la culasse. Le stator peut comporter un empilement axial de secteurs assemblés axialement. Dans un mode de réalisation, on rencontre plusieurs secteurs consécutifs lorsque l’on se déplace parallèlement à l’axe de rotation de la machine.
Une première interface définie entre deux secteurs adjacents situés à une première abscisse le long de l’axe de rotation de la machine peut être décalée angulairement par rapport à une deuxième interface définie entre deux secteurs adjacents situés à une deuxième abscisse le long de l’axe de rotation, différente de la première abscisse.
Le décalage angulaire peut être compris entre une et dix dents, mieux entre deux et huit dents, par exemple de cinq dents. Il pourrait être dans certains modes de réalisation de quatre dents, ou de six dents par exemple.
Dans une variante de réalisation, la deuxième interface est située circonférentiellement entre la première interface et une troisième interface située à la même première abscisse. La disposition des interfaces « située circonférentiellement entre » est définie lorsque l’on observe le stator en section transversale, depuis l’axe de rotation de la machine.
Les secteurs de la culasse peuvent comporter des reliefs en surface permettant de les clipser entre eux. Dans un mode de réalisation, chaque secteur comporte un empilement de tôles. Chaque tôle peut comporter en surface un ou plusieurs reliefs permettant de clipser entre elles les différentes tôles composant ledit secteur de la culasse.
Interface culasse - couronne
L’interface entre la culasse et la couronne peut être lisse. Elle peut avoir une forme cylindrique de révolution.
En variante, la couronne et la culasse peuvent présenter respectivement des premiers et deuxièmes reliefs coopérant ensemble et/ou avec un ou plusieurs inserts. Les premiers et deuxièmes reliefs sont de préférence complémentaires et ils coopèrent par complémentarité de formes. Ils permettent d’immobiliser angulairement la culasse par rapport à la couronne et de maintenir la couronne et la culasse fixes l’une par rapport à l’autre, notamment circonférentiellement ainsi que de préférence radialement. On peut obtenir une rigidification de la couronne par la culasse, ce qui peut permettre de réaliser la couronne avec des ponts de matière fins, ce qui présente de multiples avantages comme détaillé plus loin. Une telle configuration permet de minimiser l’entrefer parasite entre la culasse et la couronne. La présence des premiers et deuxièmes reliefs permet également d’augmenter la surface de l’interface entre la couronne et la culasse, et ainsi de mieux répartir le flux circulant dans l’entrefer parasite entre la culasse et la couronne, et donc de minimiser l’impact de cet entrefer parasite sur le pôle magnétique.
Les secteurs de la culasse peuvent être configurés pour permettre que la culasse exerce une contrainte mécanique sur la couronne, afin de favoriser le contact entre la culasse et les dents. Il peut exister un jeu entre les secteurs, qui peut être le plus faible possible mais est de préférence toujours positif.
La coopération entre les premiers et deuxièmes reliefs et/ou avec le ou les inserts peut être totale ou partielle. Autrement dit, leur forme respective peut ne pas être exactement la même sans que l’on sorte du cadre de la présente invention. Les formes des premiers et deuxièmes reliefs peuvent ne pas être exactement complémentaires.
Les premiers reliefs de la couronne peuvent être disposés sur les dents, notamment à leur extrémité faisant face à la culasse. Les deuxièmes reliefs de la culasse peuvent être disposés sur la surface intérieure de la culasse, face aux dents de la couronne et plus particulièrement face aux premiers reliefs. Ils sont notamment décalés angulairement par rapport aux encoches de la couronne.
Les deuxièmes reliefs peuvent avoir un contour formé de deux portions de droites formant un angle a entre elles, reliées par un écrêtage au fond du deuxième relief. L’angle a peut définir l’ouverture angulaire du deuxième relief.
Dans un mode de réalisation, le deuxième relief est orienté vers la culasse. L’ouverture angulaire a peut être donnée par l’inégalité suivante reliée à l’étendue angulaire b du secteur : a > b - 360/Nenc, où Nenc est le nombre d’encoches total du stator.
L’orientation du deuxième relief vers la culasse peut permettre de faciliter l’insertion des bobinages, grâce à l’absence d’arête vive à l’entrée des encoches.
Dans un autre mode de réalisation, le deuxième relief est orienté vers l’entrefer. L’ouverture angulaire a peut être donnée par l’inégalité suivante reliée à l’étendue angulaire b du secteur : a > - (b - 360/Nenc), où Nenc est le nombre d’encoches total du stator. L’orientation du deuxième relief vers l’entrefer peut permettre d’optimiser le découpage des tôles dans une bande de tôle.
Dans un autre mode de réalisation, le deuxième relief est en méplat. L’ouverture angulaire a peut être donnée par l’égalité suivante : a = 180°.
Une telle configuration est particulièrement avantageuse pour des machines de petite taille.
De manière générale, l’ouverture angulaire a peut être reliée à l’étendue angulaire b du secteur par la formule suivante :
-b > a > b , où b est l’étendue angulaire d’un secteur de la culasse.
La valeur de l’ouverture angulaire a peut avoir une valeur maximale amax définie par amax = 90 + 360/Nenc, où Nenc est le nombre d’encoches total du stator.
Dans un mode de réalisation, les secteurs de la culasse peuvent avoir chacun une étendue angulaire b de 120°, la culasse comportant 3 secteurs angulaires destinés à coopérer avec 12 encoches chacun. On peut alors avoir a = 60°.
Dans un autre mode de réalisation, les secteurs de la culasse peuvent avoir chacun une étendue angulaire b de 60°, la culasse comportant 6 secteurs angulaires destinés à coopérer avec 6 encoches chacun. On peut alors avoir a = 30°.
Dans un autre mode de réalisation encore, les secteurs de la culasse peuvent avoir chacun une étendue angulaire b de 30°, la culasse comportant 12 secteurs angulaires destinés à coopérer avec 3 encoches chacun. On peut alors avoir a = 15°.
Dans une variante de réalisation, les deuxièmes reliefs peuvent avoir un contour formé de deux portions de droites formant un angle a entre elles, avec de part et d’autre deux portions en méplat à 180°. On forme ainsi une pointe pour l’arrêt en rotation de la culasse par rapport à la couronne. L’angle a peut être donné par les formules ci-dessus. Une telle configuration permet de minimiser les perturbations dans la circulation du flux entre la culasse et les dents. La hauteur de la pointe peut être choisie en fonction du couple maximum à transmettre par la machine. La pointe peut être orienté vers la culasse ou en variante vers l’entrefer. En variante, les deuxièmes reliefs peuvent avoir un contour en forme d’arc de cercle. L’arc de cercle peut avoir une corde séparée d’une distance h de son centre de courbure. On peut avoir la relation suivante :
|h| > r.sin(p/2-7i/Ncnc) où r est le rayon de courbure de la portion d’arc de cercle, h est la distance séparant la corde de l’arc de cercle au centre de courbure, b est l’étendue angulaire d’un secteur de la culasse et Nenc est le nombre d’encoches total du stator.
Dans le cas où les premiers et deuxièmes reliefs ont un bord au moins partiellement défini par une portion de cercle, l’écart entre les rayons des portions de cercle définissant les bords respectifs des premiers et deuxièmes reliefs peut être compris entre 2 et 20 centièmes de millimètre, mieux entre 3 et 15, voire entre 4 et 10 centièmes de millimètre.
Les encoches de la couronne peuvent comporter des angles arrondis à proximité de la culasse.
La culasse peut comporter des entailles au niveau des extrémités des encoches de la couronne, à proximité de la culasse. Ces entailles peuvent permettre de ménager des angles arrondis dans les encoches de la couronne à proximité de la culasse, avec une découpe propre et sans bavure.
Les premiers et/ou les deuxièmes reliefs peuvent prendre une forme de portion de disque, pouvant notamment s’étendre sur une étendue angulaire d’environ 180°, ou sur une étendue angulaire supérieure à 180°, mieux supérieure à 210°, voire supérieure à 240°. L’autre des premiers et/ou des deuxièmes reliefs a alors une forme de renfoncement en forme de portion de disque, de forme correspondante.
Dans un mode de réalisation, les premiers et deuxièmes reliefs peuvent prendre chacun alternativement une forme de portion de disque ou de renfoncement en forme de portion de disque, lorsque l’on se déplace autour de l’axe de rotation de la machine. Ladite portion de disque ou le renfoncement correspondant peut s’étendre sur une étendue angulaire d’environ 180°, ou sur une étendue angulaire supérieure à 180°, mieux supérieure à 210°, voire supérieure à 240°.
En variante, tous les premiers reliefs font saillie dans des renfoncements des deuxièmes reliefs. Dans un tel mode de réalisation, les premiers reliefs ont une forme de portion de disque et les deuxièmes reliefs ont une forme de renfoncement en forme de portion de disque.
Les deuxièmes reliefs peuvent avoir une forme de renfoncement dans lesquels sont disposées les extrémités des dents. Les extrémités des dents constituent dans ce cas les premiers reliefs de la couronne. Le renfoncement peut avoir une largeur sensiblement égale, notamment légèrement supérieure, à la largeur des dents au niveau de leur extrémité libre. Les extrémités libres des dents peuvent être légèrement biseautées, de façon à favoriser leur insertion dans les renfoncements de la culasse. Au niveau des extrémités libres des dents, les bords des dents peuvent aller en convergeant légèrement lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine.
Les premiers et deuxièmes reliefs peuvent être configurés de telle sorte que l’interface entre la couronne et la culasse ait une forme ondulée.
Des trous peuvent être ménagés à l’interface entre la couronne et la culasse. Ces trous peuvent servir au passage d’une circulation de fluide de refroidissement, par exemple à une circulation d’air, pour le refroidissement du stator. Ils peuvent en variante servir au passage de tirants de maintien du stator.
Ponts de matière
Les dents ménagées entre les encoches sont reliées entre elles du côté de l’entrefer par des ponts de matière. Ainsi, chaque encoche est fermée du côté de l’entrefer par un pont de matière reliant entre elles deux dents consécutives de la masse statorique. Les ponts de matière relient chacun deux dents adjacentes à leur base du côté de l'entrefer et définissent le fond de l’encoche entre ces dents.
Les ponts de matière sont d’un seul tenant avec les dents adjacentes.
L’absence d’ouverture des encoches vers l’entrefer permet d’éviter de produire des perturbations électromagnétiques, notamment une augmentation de l’entrefer « magnétique » en raison des franges de flux, des pertes fer plus élevées à la surface du rotor pour la même raison, ou encore des couples pulsatoires. Les performances électromagnétiques de la machine en sont améliorées.
De plus, la présence des ponts de matière réduit le risque de perte de vernis dans l’entrefer lors de l’imprégnation par un vernis du stator complet. Ceci permet de réduire le besoin de nettoyage. Elle permet également de réduire la fuite du vernis dans l’entrefer pendant le fonctionnement de la machine sur laquelle le stator est monté. Ceci simplifie la maintenance de la machine.
Le terme « vernis » doit ici s’entendre avec un sens large et couvre tout type de matériau d’imprégnation, notamment polymère.
Du fait que les encoches sont fermées après assemblage de la culasse, le risque de fuite du vernis d’imprégnation vers l’entrefer est éliminé. Le stator peut être utilisé comme une enceinte fermée d’imprégnation en assurant une étanchéité aux extrémités du stator seulement. L’outillage est ainsi simplifié. Ceci réduit également la quantité de vernis perdue et les opérations de nettoyage.
Zone à perméabilité magnétique réduite
Les ponts de matière peuvent présenter des zones saturées magnétiquement durant le fonctionnement de la machine. On limite ainsi le passage du flux d’une encoche à l’autre sans pour autant empêcher le passage du flux du rotor vers le stator.
Pour obtenir la saturation, les ponts de matières présentent par exemple des zones de moindre largeur. On peut diminuer localement la section du pont de matière disponible pour le passage du flux, par exemple en prévoyant au moins un rétrécissement localisé formé par au moins une rainure.
Au moins certains et mieux tous les ponts de matière peuvent présenter chacun au moins une zone à perméabilité magnétique réduite se présentant sous l’une ou plusieurs des formes suivantes :
- au moins un rétrécissement localisé formé par au moins une rainure s’étendant selon l’axe longitudinal du stator dans l’épaisseur du pont de matière ou au moins un écrasement localisé de la matière dans la largeur du pont de matière, et/ou
- au moins une ouverture dans la largeur du pont de matière, et/ou
- au moins un traitement, notamment localisé dans la largeur du pont de matière diminuant localement la perméabilité magnétique du pont de matière.
La zone de perméabilité magnétique réduite formée par le rétrécissement localisé, l’écrasement localisé, l’ouverture ou le traitement localisé du pont de matière permet que ladite zone du pont de matière soit saturée magnétiquement lors du fonctionnement de la machine, ce qui limite le passage du flux et augmente l’efficacité de la machine. Chaque zone à perméabilité magnétique réduite s’étend préférentiellement sur toute l’épaisseur de la couronne. En variante, la zone à perméabilité magnétique réduite s’étend sur une longueur inférieure ou égale à l’épaisseur de la couronne.
La zone à perméabilité magnétique réduite de chaque pont de matière est, de préférence, continue dans l’épaisseur de la couronne, rectiligne ou non.
En variante, la zone à perméabilité magnétique réduite est discontinue dans l’épaisseur de la couronne.
Par exemple, la couronne se présente sous forme de tôle empilées, chaque tôle présentant des dents reliées entre elles à leur base du côté de l'entrefer par des ponts de matière, au moins certains et mieux tous les ponts de matière présentant chacune au moins une zone à perméabilité magnétique réduite. Les zones à perméabilité magnétique réduite des ponts de matière de chacune des tôles peuvent ne pas être centrées. Chaque tôle de l’empilement de tôles peut être monobloc.
Au moins deux tôles adjacentes peuvent présenter au moins deux zones à perméabilité magnétique réduite agencées en quinconce l’une par rapport à l’autre en se recoupant partiellement ou non. L’agencement en quinconce peut être réalisé par retournement de certaines tôles, notamment d’une tôle sur deux, de l’empilement de tôles formant la couronne ou par découpage angulaire des tôles ou par utilisations de tôles différentes.
Chaque tôle est par exemple découpée dans une feuille d’acier magnétique, par exemple de l’acier de 0,1 à 1,5 mm d’épaisseur. Les tôles peuvent être revêtues d’un vernis isolant électrique sur leurs faces opposées avant leur assemblage au sein de l’empilement. L’isolation électrique peut encore être obtenue par un traitement thermique des tôles, le cas échéant.
De préférence, dans le cas où le fond des encoches présente au moins une rainure, les rainures sont ouvertes vers les encoches. Le fond des encoches présente de préférence au moins une surface d’appui, mieux au moins deux surfaces d’appui, orientée transversalement et le fond de la rainure est en retrait par rapport à cette ou ces surfaces. La ou les surfaces d’appui peuvent être orientées obliquement par rapport à l’axe radial de l’encoche correspondante ou, préférentiellement, orientées perpendiculairement à cet axe. La rainure forme une rupture de pente par rapport à la ou aux surfaces d’appui. Les bobinages, de préférence de section sensiblement rectangulaire, insérés dans l’encoche correspondante sont, de préférence, en appui contre les surfaces d’appui et en retrait par rapport au fond de la rainure. De préférence, les bobinages sont sans contact avec la rainure. La ou les surfaces d’appui sont préférentiellement planes. Le fond de l’encoche peut être plat, à l’exception de la rainure. Ceci permet un bon remplissage des encoches par les bobinages dans le cas de bobinages de section transversale rectangulaire, en permettant aux bobines de prendre appui à plat dans le fond des encoches.
La rainure dans le fond de l’encoche forme, de préférence, un jeu entre le pont de matière et le bobinage correspondant, ce qui peut faciliter la pénétration du vernis lors de l’imprégnation du stator.
Le pont de matière peut comporter au moins deux rainures telles que décrit précédemment. La ou les rainures peuvent être centrées par rapport à l’encoche ou non.
La surface interne du stator est, de préférence, cylindrique de révolution.
En variante, les rainures peuvent s’étendre sur la surface interne du stator.
De préférence, les rainures sont chacune de profil courbe en section dans un plan perpendiculaire à l’axe du stator, notamment de section sensiblement semi-circulaire.
L’écrasement localisé peut être réalisé dans l’épaisseur du pont de matière, c’est- à-dire selon un axe radial du stator, et constitue un rétrécissement localisé ayant une perméabilité magnétique réduite. L’écrasement forme, de préférence, une rainure dans le fond de l’encoche. Dans ce cas, l’écrasement localisé peut être tel que décrit ci-dessus pour les rainures.
En variante, l’écrasement localisé est réalisé dans l’épaisseur du stator c’est-à- dire selon un axe parallèle à l’axe longitudinal du stator, et présente une perméabilité magnétique réduite.
L’ouverture précitée s’étend préférentiellement selon l’axe longitudinal du stator sur toute l’épaisseur de la masse statorique. L’ouverture peut être de section transversale ovale, circulaire, ou de forme polygonale par exemple à arêtes arrondies, notamment rectangulaire. Le pont de matière peut ne présenter qu’une seule ouverture dans sa largeur. L’ouverture peut être au centre du pont de matière. L’ouverture peut présenter deux zones amincies de part et d’autre de celle-ci, les zones amincies étant saturées magnétiquement lors du fonctionnement de la machine. En variante, le pont de matière présente une pluralité de microperforations dans sa largeur. Les microperforations diminuent la section de tôle et permettent au pont de matière d’être saturé magnétiquement pour un flux magnétique moindre.
Le traitement localisé permet de modifier localement la perméabilité au flux magnétique de la matière du pont. Le traitement localisé peut s’étendre sur toute la largeur du pont de matière ou sur une portion seulement de celle-ci. Ce traitement peut être un traitement thermique qui modifie localement l’orientation des grains de métal et entraîne une baisse de la perméabilité magnétique dans le sens circonférentiel.
En variante, le traitement thermique est une contrainte thermique liée à la dégradation de la matière lors de la découpe laser du pont de matière.
Les ponts de matière peuvent être indéformables. Ceci accroît la rigidité du stator et améliore la durée de vie de la machine électrique.
Encoches
Le fait que les encoches soient ouvertes radialement vers l’extérieur permet que les bobinages soient insérés dans les encoches par un déplacement radial vers l’intérieur des encoches. L’installation des bobinages est facilitée, d’une part en ce que l’accès à l’intérieur des encoches est plus aisé, s’agissant d’encoches ouvertes totalement et en direction de l’extérieur plutôt que vers l’entrefer, et d’autre part en ce que l’espace disponible autour de la couronne, pour les outillages nécessaires, voire pour une machine à bobiner, est bien plus important que l’espace disponible dans l’alésage du stator. Une telle configuration est particulièrement avantageuse pour les stators de petit diamètre.
En outre, un tel stator présente de nombreux avantages du point de vue électromagnétique par rapport à un stator présentant des encoches ouvertes vers l’entrefer. Il permet de réduire fortement les perturbations électromagnétiques liées à la présence des ouvertures des encoches donnant sur l’entrefer dans l’art antérieur. En outre, le remplissage des encoches étant facilité, le taux de remplissage peut être amélioré, ce qui peut permettre d’augmenter encore les performances de la machine. Le couple volumique peut être augmenté.
L’absence d’ouverture des encoches vers l’entrefer permet de réduire les pulsations d’encoches. Les performances électromagnétiques de la machine en sont améliorées. Au moins une encoche peut être à bords opposés parallèles entre eux, mieux toutes les encoches. On a ainsi un meilleur taux de remplissage des encoches. La largeur des encoches est, de préférence, sensiblement constante sur toute sa hauteur.
En variante, au moins une encoche peut être à bords opposés non parallèles, par exemple convergents vers l’axe de rotation de la machine.
Au moins une dent, mieux toutes les dents, peuvent être de forme générale trapézoïdale lorsqu’ observées en section dans un plan perpendiculaire à l’axe du stator. Au moins une dent, mieux toutes les dents, peuvent avoir des bords divergents lorsque l’on s’éloigne de l’axe de rotation de la machine. Une telle configuration peut permettre de compenser les obstacles au passage du flux magnétique qui peuvent être liés à la présence des premiers et deuxièmes reliefs coopérant ensemble et/ou avec des inserts, à une ouverture éventuelle ou à la présence d’un entrefer parasite à l’interface entre la culasse et la couronne. La plus petite largeur de la dent peut être sensiblement égale à la taille de l’interface entre la culasse et la couronne pour laquelle on a un contact étroit, c’est-à-dire en dehors des premiers et deuxièmes reliefs coopérant ensemble et/ou avec des inserts, ou d’un orifice éventuel.
La couronne peut être réalisée par enroulement en hélice d’une bande de tôle comportant des dents reliées par les ponts de matière, les bords opposés de chaque encoche devenant, de préférence, sensiblement parallèles entre eux lorsque la bande est enroulée sur elle-même pour former la couronne.
En variante, la bande peut être formée de secteurs comportant chacun plusieurs dents, les secteurs étant reliés par des liaisons, ces secteurs étant découpés dans une bande de tôle. Les liaisons peuvent être des ponts flexibles reliant les secteurs entre eux et/ou des parties de formes complémentaires, par exemple du type queue d’aronde et mortaise ou des reliefs complémentaires venant en appui l’un contre l’autre, notamment lorsque la couronne est maintenue en compression par la culasse.
La ou les bandes de tôles peuvent être découpées droites, puis cintrées.
Les formes complémentaires peuvent être sur les ponts de matière de sorte que les différents secteurs sont assemblés au niveau des ponts de matière. De préférence, l’assemblage des formes complémentaires des différents secteurs se fait hors des zones déformables des ponts de matière. Ceci facilite l’assemblage, notamment dans le cas de machines volumineuses. Par exemple, des secteurs présentent des formes en creux coopérant avec des formes en saillie complémentaires de secteurs adjacents.
En variante, la couronne comporte un empilement de tôles magnétiques prédécoupées.
En variante encore, la couronne est fabriquée par fabrication additive, par exemple par frittage de poudre, ou des galettes obtenues par fabrication additive, par exemple par frittage de poudre.
La culasse est rapportée sur la couronne après l’installation des bobinages dans les encoches, ou le cas échéant en même temps.
Bobinages
Les bobinages peuvent être disposés dans les encoches de manière concentrée ou répartie.
Par « concentrée », on comprend que les bobinages sont enroulés chacun autour d’une seule dent.
Par « répartie », on entend qu’au moins l’un des bobinages passe successivement dans deux encoches non adjacentes.
De préférence, les bobinages sont disposés dans les encoches de manière répartie, notamment lorsque le nombre de pôles du rotor est inférieur ou égal à 8.
Les bobinages comportent chacun au moins un conducteur électrique qui peut être en section transversale de forme circulaire, ou de forme polygonale à arêtes arrondies, préférentiellement de forme rectangulaire, cette liste n’étant pas limitative.
Les bobinages peuvent comporter chacun au moins un conducteur électrique de forme, en section transversale, rectangulaire, les bobinages étant notamment disposés de manière répartie dans les encoches.
Lorsque les conducteurs sont de section transversale circulaire, ils peuvent être disposés dans l’encoche selon un empilement hexagonal. Lorsque les conducteurs sont de section transversale polygonale, ils peuvent être disposés dans l’encoche en une ou plusieurs rangées orientées radialement. L’optimisation de l’empilement peut permettre de disposer dans les encoches une plus grande quantité de conducteurs électriques et donc d’obtenir un stator de plus grande puissance, à volume constant.
Les conducteurs électriques peuvent être disposés de manière aléatoire dans les encoches ou rangées. De préférence, les conducteurs électriques sont rangés dans les encoches. Par « rangés », on entend que les conducteurs ne sont pas disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés selon une ou plusieurs rangées de conducteurs électriques alignés, notamment selon une ou deux rangées, préférentiellement selon une unique rangée.
Isolants
Les conducteurs électriques sont de préférence isolés électriquement de l’extérieur par un revêtement isolant, notamment un émail.
Les bobinages peuvent être séparés des parois de l’encoche par un isolant, notamment par au moins une feuille d’isolant. Un tel isolant en feuille permet une meilleure isolation des bobinages par rapport à l’encoche.
Lors de l’insertion des bobinages dans les encoches, qui se fait radialement et non axialement, les conducteurs de déplacent au contact d’une longueur de la masse statorique qui au maximum correspond à la profondeur de l’encoche. Il en résulte des contraintes mécaniques plus faibles que pour une insertion axiale, où les conducteurs sont exposés à un déplacement au contact de la masse statorique sur une longueur égale à la dimension axiale de celle-ci.
De préférence, chaque encoche reçoit au moins deux bobinages, notamment au moins deux bobinages de phases différentes, ou en variante de même phase. Ces deux bobinages peuvent se superposer radialement. Les deux bobinages peuvent être séparés entre eux par au moins une feuille d’isolant, de préférence par au moins deux feuilles d’isolant.
En variante, les bobinages sont en épingles.
Chaque bobinage peut être formé de plusieurs spires.
En variante, les bobinages sont dits en épingles, notamment en épingle en forme de U (« U-pin » en anglais) ou droite, en forme de I (« I-pin » en anglais), et comportent dans ce cas une portion en forme de I ou de U dont les extrémités sont soudées à des conducteurs hors de l’encoche correspondante.
Machine et rotor
L’invention a encore pour objet une machine électrique tournante, telle qu’un moteur synchrone ou une génératrice synchrone, comportant un stator tel que défini précédemment. La machine peut être synchrone ou asynchrone. La machine peut être à réluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone. La machine électrique tournante peut comporter un rotor. Le rotor peut être un rotor bobiné ou à aimants permanents. Dans le cas où la machine est destinée à fonctionner en alternateur, le rotor peut être bobiné. Dans le cas où la machine est destinée à fonctionner en moteur, le rotor peut être à aimants permanents.
Au cours de la fabrication de la machine, le rotor peut être relié à la couronne du stator, notamment pas des liaisons de matière permettant de rigidifier la couronne du stator pendant le bobinage. Après le bobinage, voire après l’installation de la culasse du stator, ces liaisons de matière sont découpées pour permettre la rotation du rotor par rapport au stator et 1 ’ uti 1 i sation de la machine. La découpe peut être effectuée par faisceau d’électrons.
Les liaisons de matière peuvent être disposées au niveau des dents du stator, par exemple une dent sur deux.
La machine peut avoir une taille relativement élevée. Le diamètre du rotor peut être supérieur à 50 mm, mieux supérieur à 80 mm, étant par exemple compris entre 80 et 500 mm.
Le rotor peut comporter une masse rotorique s’étendant selon l’axe de rotation et disposée autour d’un arbre. L’arbre peut comporter des moyens de transmission de couple pour l’entraînement en rotation de la masse rotorique.
Le rotor peut être monté en porte à faux ou non.
Le rotor peut être réalisé en plusieurs morceaux de rotor alignés suivant la direction axiale, par exemple trois morceaux. Chacun des morceaux peut être décalé angulairement par rapport aux morceaux adjacents (« step skew » en anglais). Le rotor peut être vrillé.
Procédé de fabrication et machine
L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’un stator tel que défini plus haut, dans lequel on rapporte radialement des secteurs sur la couronne pour former la culasse au contact de la couronne.
Dans un mode de réalisation, tous les secteurs peuvent être rapportés radialement simultanément.
Les secteurs peuvent être rapportés radialement sur la couronne selon une direction radiale s’étendant dans le plan médian du secteur correspondant.
Le fait de venir radialement rapporter les secteurs de la culasse sur la couronne permet de réduire le risque d’endommager les bobinages. On peut mettre en œuvre une étape d’insertion des bobinages dans les encoches de la couronne du stator. Lors de cette étape, on peut disposer au moins un bobinage dans deux encoches différentes non consécutives de la couronne du stator. Cette étape peut avoir lieu avant l’étape au cours de laquelle on rapporte radialement des secteurs sur la couronne pour former la culasse au contact de la couronne.
Le procédé peut comporter une étape de déformation de la ou des zones déformables lors du montage de la culasse sur la couronne et/ou de l’insertion des bobinages dans les encoches. Une telle déformation peut modifier le diamètre de la couronne et la largeur des encoches.
L’étape d’insertion des bobinages dans les encoches peut être mise en œuvre de sorte à élargir les encoches par extension des ponts de matière. Ceci entraîne également une augmentation du diamètre extérieur de la couronne. Ceci facilite l’insertion des bobinages.
Les bobinages sont, de préférence, insérés dans les encoches par un déplacement radial vers l’intérieur, les encoches étant ouvertes radialement vers l’extérieur.
L’étape de montage de la culasse sur la couronne peut entraîner une diminution du diamètre intérieur de la couronne par resserrement des ponts de matière. Ceci permet d’assembler la culasse et la couronne tout en ayant un jeu minimal entre ces dernières afin d’améliorer les performances électriques en réduisant la somme des entrefers du pôle magnétique.
On peut assembler la couronne et la culasse pour faire coopérer les premiers et deuxièmes reliefs.
Notamment dans le cas où les ponts de matière sont dépourvus de zone déformable, on peut en variante dilater la culasse par chauffage ou contracter la couronne par refroidissement, afin de faciliter l’assemblage de la culasse sur la couronne.
Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de réalisation non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig 1] La figure 1 est une vue en perspective, schématique et partielle, d’un stator réalisé conformément à l’invention, [Fig 2] La figure 2 est une vue en perspective, schématique et partielle, de la couronne du stator de la figure 1,
[Fig 3] La figure 3 en est une vue de détail,
[Fig 4] La figure 4 représente en coupe transversale, de manière schématique et partielle, une machine comportant le stator de la figure 1,
[Fig 5] La figure 5 représente de manière schématique une portion de la couronne de ce stator,
[Fig 6] La figure 6 représente de manière schématique, en perspective, une variante de réalisation de machine,
[Fig 6a] La figure 6a en est une vue de détail,
[Fig 7a] La figure 7a est une vue analogue aux figures 6 et 6a d’une variante de réalisation,
[Fig 7b] La figure 7b est une vue analogue aux figures 6 et 6a d’une variante de réalisation,
[Fig 7c] La figure 7c est une vue analogue aux figures 6 et 6a d’une variante de réalisation,
[Fig 7d] La figure 7d est une vue analogue aux figures 6 et 6a d’une variante de réalisation,
[Fig 8] La figure 8 représente de manière schématique une variante de réalisation de machine,
[Fig 9] La figure 9 en est une vue de détail,
[Fig 9a] La figure 9a est une vue analogue à la figure 9 d’une variante de réalisation,
[Fig 10] La figure 10 est une coupe transversale, schématique et partielle, d’un secteur de la culasse de la figure 8,
[Fig 11] La figure 11 est une vue analogue à la figure 10 d’une variante de réalisation,
[Fig 12] La figure 12 est une vue analogue à la figure 10 d’une variante de réalisation,
[Fig 13] La figure 13 une vue analogue à la figure 9 d’une variante de réalisation, [Fig 14] La figure 14 est une vue analogue à la figure 8 d’une variante de réalisation, [Fig 15] La figure 15 est une vue analogue à la figure 9 de la variante de réalisation de la figure 14.
[Fig 16a] La figure 16a est une vue analogue à la figure 10 d’une variante de réalisation.
[Fig 16b] La figure 16b est une vue en perspective, schématique et partielle, de la couronne associée secteur de culasse de la figure 16a.
[Fig 17a] La figure 17a est une vue analogue à la figure 9 d’une autre variante de réalisation.
[Fig 17b] La figure 17b est une vue analogue à la figure 9 d’une autre variante de réalisation.
[Fig 17c] La figure 17c est une vue analogue à la figure 9 d’une autre variante de réalisation.
[Fig 17d] La figure 17d est une vue analogue à la figure 9 d’une autre variante de réalisation.
[Fig 17e] La figure 17e est une vue analogue à la figure 9 d’une autre variante de réalisation.
Description détaillée
On a illustré aux figures 1 à 5 une machine électrique tournante 10, comportant un rotor 1 et un stator 2. Le stator 2 permet de générer un champ magnétique tournant d’entraînement du rotor 1 en rotation, dans le cadre d’un moteur synchrone, et dans le cas d’un alternateur, la rotation du rotor induit une force électromotrice dans les bobinages du stator.
Les exemples illustrés ci-dessous sont schématiques et les dimensions relatives n’ont pas été nécessairement respectées.
Le stator 2 comporte des bobinages 22, lesquels sont disposés dans des encoches 21 ménagées entre des dents 23 d’une couronne dentelée 25 radialement intérieure. Les encoches sont ouvertes radialement vers l’extérieur et fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière 27, reliant chacun deux dents consécutives de la couronne 25 et définissant le fond de l’encoche entre ces dents. Les encoches 21 sont, dans l’exemple décrit, à bords radiaux 33 parallèles entre eux, et sont, en section dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X de la machine, de forme sensiblement rectangulaire.
Le stator 2 comporte une culasse 29 radialement extérieure et rapportée au contact de la couronne 25. La couronne 25 et la culasse 29 sont formées chacune d’un paquet de tôles magnétiques empilées selon l’axe X, les tôles étant par exemple identiques et superposées exactement. Elles peuvent être maintenues entre elles par clipsage, par des rivets, par des tirants, des soudures et/ou toute autre technique. Les tôles magnétiques sont de préférence en acier magnétique.
Selon l’invention, la culasse 29 est formée de secteurs assemblés 30, au nombre de six dans l’exemple décrit. Chaque secteur 30 est rapporté au contact de la couronne 25. Ils sont assemblés ensemble et sur la couronne au cours de la fabrication du stator.
Dans l’exemple décrit, chaque secteur a une étendue angulaire de 60°, mesurée dans un plan transversal du stator, perpendiculairement à un axe de rotation de la machine, autour dudit axe de rotation. Chaque secteur 30 a une même étendue angulaire.
Les secteurs 30 de la culasse sont identiques entre eux également par leur forme.
Chaque secteur coopère avec six dents de la couronne 25.
Enfin, dans l’exemple décrit, deux secteurs 30 adjacents de la culasse définissent entre eux une interface 30a s’étendant entièrement dans un plan radial. Cette interface 30a est plane.
Les plans radiaux des interfaces 30a passent par les encoches correspondantes, notamment en leur milieu.
Par ailleurs, dans l’exemple illustré, les dents 23 de la couronne 25 présentent des reliefs complémentaires 56 en surface permettant de clipser les différentes tôles composant la couronne 25 entre elles, comme visible sur la figure 5.
La couronne peut encore être formée d’une bande de tôle découpée enroulée sur elle-même.
La culasse 29 est montée sur la couronne 25 par coopération de formes, plus particulièrement les secteurs 30 de la culasse 29 sont montés sur la couronne 25 par coopération de formes. A cet effet, la couronne 25 et la culasse 29 présentent respectivement des premiers 40 et deuxièmes 50 reliefs coopérant pour immobiliser la culasse 29 par rapport à la couronne 25. Ces premiers 40 et deuxièmes 50 reliefs permettent une immobilisation angulaire et radiale.
Les premiers reliefs 40 sont situés sur la surface externe de la couronne 25, étant disposés sur les dents, à leur extrémité faisant face à la culasse.
Les deuxièmes reliefs 50 sont situés sur la surface interne de la culasse 29, face aux dents de la couronne et plus particulièrement face aux premiers reliefs. Ils sont décalés angulairement par rapport aux encoches de la couronne.
Les premiers 40 et deuxièmes 50 reliefs sont complémentaires et coopèrent par complémentarité de formes et pour maintenir la couronne et la culasse en position l’une par rapport à l’autre.
Les bobinages 22 peuvent être disposés dans les encoches 21 de manière concentrée ou répartie, de préférence répartie. Comme illustré sur la figure 5, les conducteurs électriques 34 des bobinages 22 sont disposés dans les encoches de manière rangée. Les conducteurs électriques 34 sont de préférence de section transversale aplatie, rectangulaire et sont superposés radialement par exemple en une seule rangée. Les conducteurs électriques 34 sont émaillés ou revêtus de tout autre revêtement isolant adapté.
Chaque encoche 21 peut recevoir deux bobinages 22 empilés, de phases différentes. Chaque bobinage 22 peut, en section transversale, être de forme sensiblement rectangulaire.
Chaque bobinage 22 est entouré d’une feuille d’isolant 37 permettant d’isoler les bobinages des parois 33 et 36 de l’encoche et les bobinages 22 de phases différentes.
Les conducteurs électriques 22 sont assemblés en bobinages 22 hors des encoches 21 et entourés d’une feuille d’isolant 27 et les bobinages 22 avec les feuilles d’isolant 37 sont insérés dans les encoches 21. Cette opération est facilitée par le fait que les encoches sont ouvertes totalement radialement vers l’extérieur.
Le rotor 1 représenté à la figure 4 comporte une ouverture centrale 5 pour le montage sur un arbre et comporte une masse magnétique ro torique 3 s’étendant axialement selon l’axe de rotation X du rotor, cette masse rotorique étant par exemple formée par un paquet de tôles magnétiques empilées selon l’axe X, les tôles étant par exemple identiques et superposées exactement. Le rotor 1 comporte par exemple une pluralité d’aimants permanents 7 disposés dans des logements 8 de la masse magnétique rotorique 3. En variante, le rotor est bobiné. Le stator peut être obtenu au moyen du procédé de fabrication qui va maintenant être décrit. Les bobinages 22 sont d’abord insérés dans les encoches 21 de la couronne 25 par un déplacement radial des bobinages 21 vers l’intérieur des encoches 21. Dans une étape suivante, la culasse 29 est rapportée en force sur la couronne 27, tous les secteurs 30 étant rapportés radialement simultanément, selon une direction radiale s’étendant dans le plan médian du secteur correspondant. Chaque secteur peut être inséré sur la couronne par déplacement axial de l’un par rapport à l’autre, comme illustré sur la figure 1.
Dans une variante de réalisation illustrée aux figures 6 et 6a, l’interface entre la culasse et la couronne forme des ondulations 99. A cet effet, les premiers reliefs 40 ont une forme de bossage et les deuxièmes reliefs 50 une forme de renfoncement correspondant. Les deuxièmes reliefs 50 ont dans l’exemple décrit une ouverture angulaire a de l’ordre de 80°.
Dans l’exemple décrit, chaque secteur a une même étendue angulaire, mesurée dans un plan transversal du stator, perpendiculairement à un axe de rotation de la machine, autour dudit axe de rotation, lui permettant de coopérer avec cinq dents de la couronne. La culasse 29 comporte dans cet exemple neuf secteurs 30 qui sont identiques entre eux également par leur forme. Chaque secteur coopère avec cinq dents de la couronne 25.
Deux secteurs adjacents de la culasse définissent entre eux une interface s’étendant partiellement dans un plan sensiblement radial, mais non entièrement, les secteurs comportant des reliefs 110 destinés à coopérer avec des reliefs correspondants de l’autre secteur adjacent.
Dans cet exemple de la figure 6, le stator comporte un empilement axial de secteurs 30 assemblés axialement. On rencontre plusieurs secteurs consécutifs lorsque l’on se déplace parallèlement à l’axe de rotation X de la machine.
Une première interface 30a définie entre deux secteurs adjacents 30 situés à une première abscisse XI le long de l’axe de rotation de la machine peut être décalée angulairement par rapport à une deuxième interface 30a définie entre deux secteurs adjacents 30 situés à une deuxième abscisse X2 le long de l’axe de rotation, différente de la première abscisse XL En outre, cette deuxième interface 30a est située circonférentiellement entre la première interface 30a et une troisième interface 30a située à la même première abscisse XL
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 6, la surface extérieure des secteurs 30 est lisse. Dans une variante de réalisation illustrée aux figures 7 et 7a, la surface extérieure des secteurs 30 comporte des rainures 30b qui sont dans le prolongement les unes des autres lorsque les secteurs sont empilés pour former la culasse du stator, formant ainsi des rainures sur la surface extérieure de la culasse. Dans cet exemple de réalisation chaque secteur comporte deux rainures. Dans cet exemple de réalisation, les secteurs sont « retournés », une couche sur deux.
Dans une variante de réalisation illustrée à la figure 7b, chaque secteur comporte une seule rainure 30b. Quand on assemble les secteurs entre eux, on doit forer pour passer un point dur, ce qui permet d’assurer la cohérence de l’ensemble. Le mode de réalisation des figures 7c et 7d diffère des précédents par le fait qu’il est dépourvu de secteurs empilés lorsque l’on se déplace parallèlement à l’axe de rotation X de la machine. Dans cet exemple, la culasse est formée de secteurs 30 assemblés circonférentiellement et non axialement.
Dans la variante de réalisation illustrée aux figures 8 à 10, l’interface entre la culasse et la couronne forme également des ondulations 99. A cet effet, les premiers reliefs 40 ont une forme de bossage et les deuxièmes reliefs 50 une forme de renfoncement correspondant. Les deuxièmes reliefs 50 ont dans l’exemple décrit une ouverture angulaire a de 80°.
Dans l’exemple décrit, chaque secteur a une étendue angulaire b de 72°, mesurée dans un plan transversal du stator, perpendiculairement à un axe de rotation de la machine, autour dudit axe de rotation. Chaque secteur 30 a une même étendue angulaire.
La culasse 29 comporte dans cet exemple cinq secteurs 30 qui sont identiques entre eux également par leur forme. Chaque secteur coopère avec neuf dents de la couronne 25.
Par ailleurs, dans l’exemple illustré, les dents 23 de la couronne 25 présentent des reliefs complémentaires 56 en surface permettant de clipser les différentes tôles composant la couronne 25 entre elles, comme visible sur la figure 9. Dans cet exemple de la figure 9, un relief complémentaire 56 est présent sur chaque dent. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de la présente invention si une dent sur deux comporte de tels reliefs complémentaires, ou une dent sur trois ou sur quatre par exemple. La culasse peut également en comporter, comme illustré sur la figure 8. Ces reliefs 56 peuvent être de forme générale oblongue, par exemple rectangulaire, et ils peuvent avoir un grand axe orienté radialement, ou en variante orienté circonférentiellement, comme illustré sur la figure 11.
Le stator peut être obtenu au moyen du procédé de fabrication qui va maintenant être décrit. Après insertion des bobinages 22 dans les encoches 21 de la couronne 25 par un déplacement radial des bobinages 21 vers l’intérieur des encoches 21, tous les secteurs 30 de la culasse 29 sont rapportés radialement simultanément, selon une direction radiale s’étendant dans le plan médian du secteur correspondant. Chaque secteur peut être inséré sur la couronne par déplacement radial, et non pas axial, de l’un par rapport à l’autre, grâce à la forme plane des interfaces 30a entre les secteurs 30 et de la forme ondulée de l’interface entre la culasse et la couronne.
L’étendue angulaire de chaque secteur, la forme des interfaces 30a et la forme de l’interface entre la culasse et la couronne sont choisie de manière à permettre le rapprochement radial des secteurs 30 de la culasse sur la couronne. Ils sont dans un mode de réalisation rapportés simultanément.
Dans l’exemple décrit en référence aux figures 1 à 5, le fond 35 des encoches 21 est de forme sensiblement complémentaire de celle des bobinages 22, étant plan.
En variante, le fond des encoches 35 peut comporter un rétrécissement localisé formé par au moins une rainure, comme illustré à la figure 9, et dans les modes de réalisation des figures 7 à 7d. Dans cet exemple, le fond 35 des encoches 21 présente deux portions planes 31 de part et d’autre d’un renfoncement 39, contre lesquelles les bobinages 22 rectangulaires viennent en appui. Le fond 35 des encoches 21 est relié aux bords radiaux 33 par des arrondis 36. Le renfoncement 39 se présente sous la forme d’une rainure longitudinale s’étendant le long de l’axe de rotation X de la machine, centrée sur le fond de l’encoche 21.
Le renfoncement 39 présente de préférence une profondeur p comprise entre 0,4 mm et 1 mm, par exemple égale à 0,6 mm.
Dans une autre variante de réalisation illustrée à la figure 9a, le fond de l’encoche 21 peut ne pas présenter de renfoncement, le fond 35 des encoches étant plat.
En variante encore, le fond de l’encoche 21 pourrait ne pas présenter de renfoncement et les plis peuvent être formés chacun d’une gorge tournée vers ce fond de l’encoche 21 et un relief en saillie peut s’étendre dans l’entrefer 46. Les gorges 48 et reliefs en saillie 42 peuvent avoir un profil sous forme de ligne brisée en forme de V et en ce que le fond de l’encoche 21 est de largeur décroissante vers le relief en saillie à partir des bords radiaux 33 de l’encoche 21.
La zone déformable est une zone qui peut s’étirer et se déformer par étirement pour former une striction. Lorsqu’elle est étirée, la zone déformable 32 peut s’amincir localement. Avant le montage de la culasse, le pont de matière 27 peut présenter une épaisseur constante.
Le fond de l’encoche peut présenter deux zones déformables 32 telles que décrites précédemment.
Dans cet exemple des figures 8 à 10, l’interface entre deux secteurs 30 adjacents est plane, s’étendant dans un plan radial.
Deux secteurs adjacents de la culasse peuvent définir entre eux une interface s’étendant presque entièrement dans un plan sensiblement radial, mais non entièrement, comme illustré sur la figure 12. Dans cet exemple, les secteurs comportent des reliefs 110 destinés à coopérer avec des reliefs correspondants de l’autre secteur adjacent. Les reliefs 110 comportent une partie triangulaire 110a coopérant par complémentarité de forme avec le secteur adjacent, et une partie circulaire 110b, ménageant un orifice entre les deux secteurs adjacents.
Le mode de réalisation de la figure 13 diffère de celui des figures 8 à 10 en ce que les encoches de la couronne comportent des angles arrondis 92 à proximité de la culasse.
Des trous 100 peuvent être ménagés à l’interface entre la couronne et la culasse, comme illustré aux figures 14 et 15. Ces trous 100 permettent d’éviter la présence d’arêtes vives au niveau de l’interface. On a un contact maximal entre les bords droits de part et d’autre des trous 100.
Ces trous 100 peuvent servir au passage d’une circulation de fluide de refroidissement, par exemple à une circulation d’air, pour le refroidissement du stator. Ils peuvent en variante servir au passage de tirants de maintien du stator.
Dans ce mode de réalisation, chaque secteur a une étendue angulaire de 60°, mesurée dans un plan transversal du stator, perpendiculairement à un axe de rotation de la machine, autour dudit axe de rotation. Chaque secteur 30 a une même étendue angulaire. Les secteurs 30 de la culasse sont identiques entre eux également par leur forme. Chaque secteur coopère avec huit dents de la couronne 25. Dans la variante de réalisation illustrée aux figures 16 a et 16b, le secteur de la culasse comporte des deuxièmes reliefs 50 dont le fond est en arc de cercle. Le fond d’un deuxième relief 50 sur deux est dans l’exemple décrit plus profond que les autres. En outre, les dents de la couronne dentelée illustrée à la figure 16b sont également plus longue une fois sur deux. On a ainsi une alternance de deux profondeurs à l’interface entre la culasse et la couronne.
Par ailleurs, on met en place dans le paquet de tôles au moins deux ensembles de tôles dont l’un est retourné par rapport à l’autre. Il y a donc un décalage résultant au niveau de l’interface I entre les ensembles, comme visible sur la figure 16b.
En variante, on peut également décaler d’un pas dentaire la couronne intérieure, sans faire de retournement.
Ainsi, lorsque les secteurs de la culasse sont en place sur la couronne dentelée, on obtient un blocage axial dû à la présence de ce décalage.
En outre, cette interface I permet de bien immobiliser la couronne dentelée par rapport à la culasse.
L’interface I entre les ensembles peut être située au milieu du paquet de tôles, ou en variante décalée d’un côté.
On va maintenant illustrer d’autres variantes de réalisation.
Dans le mode de réalisation de la figure 9, le deuxième relief est orienté vers la culasse.
Dans un autre mode de réalisation illustré à la figure 17a, le deuxième relief est au contraire orienté vers l’entrefer.
Dans un autre mode de réalisation illustré à la figure 17b, le deuxième relief est en méplat. L’ouverture angulaire a est a = 180°.
Dans une variante de réalisation illustré à la figure 17c, les deuxièmes reliefs ont un contour formé de deux portions de droites formant un angle a entre elles, avec de part et d’autre deux portions en méplat à 180°. On forme ainsi une pointe pour l’arrêt en rotation de la culasse par rapport à la couronne. La pointe peut être orienté vers la culasse ou en variante vers l’entrefer.
En variante encore, comme illustré aux figures 17d et 17a, les deuxièmes reliefs peuvent avoir un contour en forme d’arc de cercle. L’arc de cercle a une corde séparée d’une distance h de son centre de courbure. On a la relation suivante : |h| > r.sin(p/2-7i/Ncnc) où r est le rayon de courbure de la portion d’arc de cercle, h est la distance séparant la corde de l’arc de cercle au centre de courbure, b est l’étendue angulaire d’un secteur de la culasse et Nenc est le nombre d’encoches total du stator. L’arc de cercle peut être orienté vers la culasse, comme illustré à la figure 17d, ou en variante vers l’entrefer, comme illustré à la figure 17e.
L’invention n’est pas limitée aux exemples décrits d’interface entre les secteurs de la culasse, et celle-ci peut être réalisée avec d’autres formes encore.

Claims

Revendications
1. Stator (2) de machine électrique tournante (1), comportant :
- une couronne (25) radialement intérieure comportant des dents (23) et des encoches (21) ouvertes radialement vers l’extérieur s’étendant entre les dents, des ponts de matière (27) reliant deux dents adjacentes à leur base et définissant le fond de l’encoche entre ces dents,
- des bobinages (22) disposés dans les encoches, ayant des conducteurs électriques disposés de manière rangée dans les encoches (21), et
- une culasse (29) radialement extérieure, rapportée au contact de la couronne, la culasse étant formée de secteurs (30) assemblés, le stator comportant un empilement axial de secteurs assemblés axialement, une première interface définie entre deux secteurs (30) adjacents situés à une première abscisse le long de l’axe de rotation de la machine étant décalée angulairement par rapport à une deuxième interface définie entre deux secteurs (30) adjacents situés à une deuxième abscisse le long de l’axe de rotation, différente de la première abscisse.
2. Stator selon la revendication précédente, les secteurs (30) de la culasse ayant chacun une étendue angulaire comprise entre 18 et 180 °, mieux entre 24 et 120 °, voire entre 30 et 90 °.
3. Stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, la culasse comportant, dans une section transversale, entre 2 et 20 secteurs (30), mieux entre 3 et 15 secteurs.
4. Stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, deux secteurs (30) adjacents de la culasse définissant entre eux une interface (30a) s’étendant dans un plan sensiblement radial.
5. Stator selon la revendication précédente, le plan radial de l’interface (30a) passant par une encoche, mieux tous les plans radiaux de toutes les interfaces (30a) de la culasse passent par des encoches.
6. Stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, le décalage angulaire étant compris entre une et dix dents, mieux entre deux et huit dents.
7. Stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, les secteurs de la culasse comportant des reliefs (56) en surface permettant de les clipser entre eux.
8. Stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, la couronne et la culasse présentant respectivement des premiers (40) et deuxièmes (50) reliefs coopérant ensemble et/ou avec un ou plusieurs inserts.
9. Stator selon la revendication précédente, les ponts de matière (27) présentant des zones saturées magnétiquement durant le fonctionnement de la machine, notamment des zones de moindre largeur.
10. Stator selon l'une quelconque des revendications précédentes, les bobinages (22) comportant chacun au moins un conducteur électrique (34) de forme, en section transversale, rectangulaire, les bobinages (22) étant notamment disposés de manière répartie dans les encoches.
11. Machine électrique tournante (10) comportant un stator (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un rotor (1).
12. Procédé de fabrication d’un stator selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on rapporte radialement des secteurs (30) sur la couronne pour former la culasse au contact de la couronne.
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