WO2023052601A1 - Bobine pour stator de moteur électrique, stator et procédé de fabrication - Google Patents

Bobine pour stator de moteur électrique, stator et procédé de fabrication Download PDF

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WO2023052601A1
WO2023052601A1 PCT/EP2022/077313 EP2022077313W WO2023052601A1 WO 2023052601 A1 WO2023052601 A1 WO 2023052601A1 EP 2022077313 W EP2022077313 W EP 2022077313W WO 2023052601 A1 WO2023052601 A1 WO 2023052601A1
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WO
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coil
winding
stator
central axis
intended
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/077313
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English (en)
Inventor
Gilles Neron
Olivier Marroux
Alain Servin
Jose Luis Herrada
Original Assignee
Valeo Systèmes d'Essuyage
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.)
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Publication date
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Priority to EP22786964.1A priority Critical patent/EP4409729A1/fr
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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
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • H02K15/095—Forming windings by laying conductors into or around core parts by laying conductors around salient poles

Definitions

  • the present invention relates to the field of electric motors and in particular electric motors intended to equip electric bicycles.
  • Electric bikes are becoming more and more popular because of the ease of movement they provide while having reduced energy consumption, environmental impact and cost price.
  • the positioning of the electric motor on the bicycle involves space constraints so as to allow the integration of the electric motor without compromising other characteristics of the bicycle.
  • the invention therefore relates to a coil of a stator for an electric motor comprising:
  • a central axis of tubular shape comprising a plurality of grooves provided on its periphery between a first end of the central axis intended to be oriented towards the center of the stator and a second end of the central axis intended to be oriented towards the exterior of the stator, the grooves being intended to receive a turn of a winding wire wound around the coil,
  • the coil comprises an inner portion intended to receive a first number of layers of turns and an outer portion intended to receive a second number of layers of turns greater than the first number to form a trapezoidal winding and wherein a first end of the winding is positioned on the side of the first end of the central axis of the spool and in that the beginning of the winding of the winding wire is carried out on a groove located at the interface between the internal portion and the external portion of the spool .
  • the coil also comprises a first connector configured to receive the first end of the winding wire and a second connector configured to receive a second end of the winding wire, said first and second connectors being arranged on the side of the first retaining collar.
  • the first connector and the second connector are integral with the coil.
  • the coil comprises a raised portion located in a zone comprised between the first collar and the interface between the internal portion and the external portion forming a ramp for guiding the winding wire between the first connector and the groove located at the interface between the inner portion and the outer portion of the coil.
  • the height of the raised portion is between 0.8 and 1.2 times the diameter of the winding wire.
  • the winding comprises two layers of turns on the inner portion and three layers of turns on the outer portion.
  • the start of the winding of the winding wire is carried out in the direction of the second end of the central axis.
  • the grooves are inclined with respect to a plane normal to the axis of the coil, the width and the inclination of the grooves being determined so that turns of the winding arranged in two adjacent grooves are adjacent and that the successive turns form a helical winding around the central axis.
  • the central axis of the reel has a rectangular section.
  • the coil forms a tooth separate from the stator configured to be positioned on a central module of the stator after the winding has been completed.
  • the present invention also relates to a stator for an electric motor comprising a plurality of coils as described previously.
  • the coils are connected according to a star or delta connection.
  • the present invention also relates to an electric motor comprising a stator as described previously, in which said electric motor is a three-phase brushless motor.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a coil of an electric motor stator comprising a coil on which is formed a plurality of grooves arranged on the periphery of a central axis of the coil between a first end of the axis central intended to be oriented towards the inside of the stator and a second end of the central axis intended to be oriented towards the outside of the stator, the said grooves being distributed between an internal portion of the coil intended to receive a first number of layers of turns and an outer portion of the coil intended to receive a second number of layers of turns greater than the first number to form a trapezoidal winding, said method comprising a step of winding a winding wire around the central axis of the reel in which the winding is started by a groove located at the interface between the internal portion and the external portion.
  • the step of winding the winding wire is completed at one end of the central axis of the reel and in which a second end of the winding wire associated with the end of the winding is attached to the level of a first end of the coil intended to be oriented towards the inside of the stator.
  • FIG. 1 shows a first perspective schematic view of a coil of a coil of a stator
  • FIG. 1 shows a second perspective schematic view of a coil of a coil of a stator
  • FIG. 1 shows a third schematic view in perspective of a coil of a coil of a stator
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a coil during a first winding step
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a coil during a second winding step
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a coil during a third winding step
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a coil during a fourth winding step
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a coil during a fifth winding step
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a coil during a sixth winding step
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a coil at the end of the winding
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a split-tooth stator
  • FIG. 1 represents a flowchart of the steps of a method of manufacturing a stator according to the present invention.
  • first element or second element as well as first parameter and second parameter or else first criterion and second criterion, etc.
  • first criterion and second criterion etc.
  • it is a simple indexing to differentiate and name elements or parameters or criteria that are close, but not identical.
  • This indexing does not imply a priority of one element, parameter or criterion over another and it is easy to interchange such denominations without departing from the scope of the present description.
  • This indexing does not imply an order in time either, for example to assess such and such a criterion.
  • the electric motor 1 is for example a brushless three-phase electric motor but the present invention is not limited to this type of electric motor.
  • Such an electric motor 1 is particularly suitable for being placed in an electric bicycle, but the present invention is not limited to this application.
  • the stator 3 comprises a central module 7 and a plurality of teeth formed by coils 9 and arranged around the central module 7.
  • the coils 9 form, for example, separate teeth configured to be fixed on the central module 7.
  • the central module 7 includes for example connection frames 11 configured to connect the various coils 9 according to a predefined electrical diagram, for example a star connection.
  • the connection frames 11 comprise for example connection lugs extending radially.
  • the coils 9 include, for example, connectors 13a and 13b configured to receive the ends 29a, 29b of the winding wires 29.
  • the connectors are complementary to the connection tabs and are configured to be positioned on the connection tabs to ensure an electrical connection between the ends of the winding wires 15 and the lead frames 11.
  • the spool 17 forms the support on which the winding wire 29 is wound to form the spool 9.
  • the spool 17 comprises a central axis 19 of tubular shape.
  • the section of the central axis 19 is rectangular but other section shapes can also be used.
  • the central axis 19 comprises a plurality of grooves 21 arranged on its periphery and configured to receive turns of winding wire 29.
  • the grooves 21 make it possible to ensure the maintenance in position of the turns of the first layer along the axis central 19.
  • the grooves 21 extend in a direction substantially perpendicular to the axial direction of the central axis 19.
  • the grooves 21 may have an angle with respect to the direction perpendicular to the axial direction to allow the winding of the turns helically along the central axis 19.
  • the width of the grooves 21 is determined so that two consecutive turns are adjacent.
  • the grooves 21 are formed between a first end 19a of the central axis 19 also corresponding to a first end 17a of the reel 17 and a second end 19b of the central axis 19 also corresponding to a second end 17b of the reel 17.
  • the first end 19a of the central axis 19 is intended to be oriented towards the center of the stator 3 and comprises a first flange 23 for retaining the winding wire 29.
  • the second end 19b of the central axis 19 is intended to be oriented towards the outside of the stator 3 and comprises a second collar 25 for retaining the winding wire 29.
  • the coil 17 can also comprise a first connector 13a configured to receive a first end 29a of the winding wire 29 corresponding for example to the initial end of the winding wire 29, that is to say the end connected to a turn of the first layer (i.e. the layer in contact with the grooves 21 of the coil 17) and a second connector 13b configured to receive a second end 29b of the winding wire 29 corresponding for example to the final end of the winding wire 29, it i.e. the end connected to a turn of the last layer (i.e. the peripheral layer).
  • a first connector 13a configured to receive a first end 29a of the winding wire 29 corresponding for example to the initial end of the winding wire 29, that is to say the end connected to a turn of the first layer (i.e. the layer in contact with the grooves 21 of the coil 17)
  • a second connector 13b configured to receive a second end 29b of the winding wire 29 corresponding for example to the final end of the winding wire 29, it i.e. the end connected
  • the first 13a and the second 13b connectors are located on the internal side of the coil 17, that is to say the side of the coil 17 configured to be oriented towards the inside of the stator 3 in the mounted state. of the stator 3.
  • the first 13a and second 13b connectors are for example fixed on the first retaining collar 23 and come for example in one piece with the rest of the coil 17.
  • the coil 17 comprises a raised portion 27.
  • the raised portion 27 has for example a right triangular shape whose hypotenuse forms a guide ramp for the winding wire 29 between the first connector 13a and a start groove 21 of the winding.
  • the raised portion 27 has for example a height of between 0.8 and 1.2 times the diameter of the winding wire 29.
  • Coil 9 also includes a winding wire 29 (visible in Figures 6 to 12) configured to be wound around coil 17 to form the winding.
  • the winding produced is a so-called trapezoidal winding, that is to say the number of layers of turns is not the same over the entire axial length of the coil 17.
  • the coil 17 and therefore the coil 9 comprise an internal portion 9i, 17i intended to receive a first number of layers of turns, for example two layers, and an external portion 9th, 17th intended to receive a second number of layers of turns greater than the first number, for example three layers .
  • first 13a and second 13b connectors intended to receive the ends 29a and 29b of the winding wire 29 being located at the first end 17a of the coil 17, that is to say the end intended to be oriented towards the center of the stator 3 in the mounted state, it is necessary to connect the first 29a and the second 29b ends of the winding wire 29 to this first coil end 17.
  • the winding of the winding wire 29 is started at the level of a starting groove located at the interface between the internal portion 17i and the external portion 17e of the coil 17, for example at the level of a central groove 21 of the spool if the internal and external 17i 17e parts are of equivalent size but the starting groove can be on any groove 21 except the two extreme grooves.
  • the coil 17 includes a raised portion 27 (as in Figures 3 and 4)
  • the winding wire 29 can be guided from the first connector 13a to the starting groove along the raised portion 27.
  • an oblique groove can be formed in the spool 17 to guide the winding wire 29 from the first connector 13a towards the starting groove (to replace the raised portion 27).
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a coil 9 as described above. There represents a flowchart of the steps of the manufacturing process.
  • the first step 101 concerns the positioning of the first end 29a of the winding wire 29 in the first connector 13a.
  • the first connector 13a comprises for example one or more slots in which the first end 29a of the winding wire 29 is placed to be held in position.
  • the second step 102 relates to the positioning of the winding wire 29 between the first connector 13a and the starting groove as represented on the .
  • the reel 17 comprises seven grooves 21, the dotted lines representing the separations between the various grooves 21 and the starting groove corresponds to the fifth groove (starting from the first end 19a of the central axis 19).
  • the circles represent the position of the various turns at the end of the winding. If the spool 17 includes a raised portion 27, the winding wire 29 extends along the raised portion 27 between the first connector 13a and the starting groove.
  • the third step 103 relates to the winding of the first layer of turns of the outer portion 17e of the spool 17.
  • the winding is carried out from the starting groove going towards the outer end 19b of the central axis 19 following the adjacent grooves to make the turns of the first layer of the 9th outer portion of the coil 9 as shown in the .
  • the fourth step 104 concerns the winding of the second layer of turns of the outer portion 17e of the coil 17.
  • the winding reaches the groove 21 located at the second end 19b of the central axis at the end of step 103, the winding begins the second layer of turns of the outer portion 9e by moving towards the first end 19a of the central axis 19, the winding being carried out over the turns formed during step 103 as represented on the .
  • the turns of the second layer are positioned in the pseudo-groove formed at the interface between two adjacent turns of the first layer.
  • the fifth step 105 concerns the winding of the turns of the first layer of the internal portion 9i of the coil 9.
  • the turns are then wound in the grooves 21 of the inner portion 9i and are therefore turns of the first layer as shown in the .
  • the sixth step 106 concerns the winding of the turns of the second layer of the internal portion 9i of the coil 9.
  • the winding goes up towards the second end 19b to form the second layer of turns of the inner portion 9i of the coil 9 as shown in the .
  • the seventh step 107 relates to the winding of the turns of the third layer of the 9th outer portion of the coil 9.
  • the turns form the third layer of this outer portion 9e and the winding continues up to the second end 19b as represented on the .
  • the eighth step 108 concerns the positioning of the second end 29b of the winding wire 29 in the second connector 13b as shown in the .
  • the second end 29b of the winding wire 29 is attached to the second connector 13b as shown in the .
  • This step 108 may include the cutting of the winding wire 29 to form the second end 29b of the winding wire 29.
  • the second connector 13b comprises for example one or more slots in which the second end 29b of the winding wire 29 is placed to be held in position.
  • the last turn is held in position by the adjacent turn of the third layer.
  • the present invention also relates to a stator 3 comprising a plurality of teeth formed by coils 9 such as the coil 9 described previously.
  • the coils 9 form separate teeth configured to be positioned on a central module 7 as shown in the .
  • a stator 3 with separated teeth (on the , the central module comprising the connecting frames is not shown).
  • the coils 9 are positioned on the central module 7.
  • the first 13a and second 13b connectors of the coils 9 are configured to come into contact with connection frames 11 configured to connect the ends 29a, 29b of the winding wires 29 of the coils 9 according to the desired electrical assembly.
  • the size of the coils 9 is reduced compared to a standard winding stator 3 having an equivalent power.
  • the start of the winding at the level of a starting groove located between an internal portion 9i and an external portion 9e of a reel 9 which does not correspond to an end groove of the reel 17 makes it possible to ensure keeping the last turn of the winding in position and thus preventing the last turn from slipping towards the center of the stator 3, which could lead to a short-circuit with the winding wire 29 of an adjacent coil 9.
  • the stator 3 also includes a yoke 19 configured to be positioned around the coils 9.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a stator 3 as described above.
  • the first step 201 concerns the making of the coils 9 as described above.
  • the winding of the winding wire 29 is for example carried out by a robot and the coils 9 can all be identical.
  • the second step 202 relates to the connection of the coils 9 forming separate teeth on the central module 7 so that the connection tabs of the connection frames 11 are inserted into the first 13a and second 13b connectors to ensure the connection between the coils 9 and the connection frames 11.
  • a connection tab being configured to come into contact with one end 29a, 29b of the winding wire 29 at the level of a first connector 13a or a second connector 13b.
  • the fixing is done for example by snapping the coils 9 onto the central module 7.
  • the third step 203 concerns the positioning of the yoke 19 around the coils 9 forming the separate teeth.
  • the yoke 19 being positioned on the coils 9 by axial translation.
  • the present invention also relates to an electric motor 1 comprising a stator 3 as described previously and a rotor 5 comprising a plurality of poles, for example 10 or 14 poles.
  • the poles of rotor 5 are for example formed by permanent magnets and are configured to interact with the coils of stator 3 to cause rotor 5 to rotate.
  • stator 3 with separate teeth configured to be fixed on a central module 7 comprising the connection frames ensuring the electrical connections between the coils 9 via connectors 13a, 13b provided on the coil 17 and a trapezoidal winding makes it possible to obtain a stator 3 and therefore an electric motor 1 having a reduced size which can thus be easily integrated into an electric bicycle in particular.
  • a configuration allows a simple and rapid method of manufacturing the electric motor 1.

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Abstract

La présente invention concerne une bobine (9) d'un stator (3) pour moteur électrique (1) comprenant : - un bobineau (17) formant une dent du stator comprenant : - un axe central (19) de forme tubulaire comprenant une pluralité de sillons (21) destinés à recevoir une spire d'un fil de bobinage (29) enroulé autour du bobineau (17), - une première collerette de retenue (23) située sur la première extrémité (19a) de l'axe central (19), - une deuxième collerette de retenue (25) située sur la deuxième extrémité (19b) de l'axe central (19), - un bobinage formé par fil de bobinage (29) configuré pour être enroulé autour du bobineau (17) entre la première (23) et la deuxième (25) collerette de retenue, dans lequel la bobine (9) comprend une portion interne (9i) destinée à recevoir un premier nombre de couches de spires et une portion externe (9e) destinée à recevoir un deuxième nombre de couches de spires supérieur au premier nombre pour former un bobinage trapézoïdal et dans lequel une première extrémité (29a) du fil de bobinage (29) est positionnée du côté de la première extrémité (19a) de l'axe central (19) du bobineau (17) et en ce que le début de l'enroulement du fil bobinage (29) est réalisé sur un sillon (21) situé à l'interface entre la portion interne (9i) et la portion externe (9e) de la bobine (9).

Description

[Titre établi par l'ISA selon la règle 37.2] BOBINE POUR STATOR DE MOTEUR ÉLECTRIQUE, STATOR ET PROCÉDÉ DE FABRICATION
La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques et notamment les moteur électriques destinés à équiper des vélos électriques.
Les vélos électriques sont de plus en plus populaires du fait de la facilité de déplacement qu’ils procurent tout en ayant une consommation énergétique, un impact environnemental et un coût de revient réduits.
Cependant, l’utilisation dans un vélo électrique implique différentes contraintes. Il convient en particulier de fournir un couple important et une vitesse de rotation réduite de manière à permettre une assistance efficace tout en étant compatible avec la cadence de pédalage du cycliste.
Par ailleurs, le positionnement du moteur électrique sur le vélo, généralement au niveau du boîtier de pédalier du vélo implique des contraintes d’encombrement de manière à permettre l’intégration du moteur électrique sans compromettre d’autres caractéristiques du vélo.
Afin de répondre à ces contraintes, il convient donc de limiter au maximum l’encombrement du moteur électrique et en particulier l’encombrement des bobines du stator. Un moyen de limiter cet encombrement est d’utiliser un bobinage dit trapézoïdal dans lequel le nombre de couches de spires varie entre les deux extrémités de la bobine. Cependant, un problème pouvant survenir avec un tel bobinage concerne le maintien en position de la dernière spire. En effet, cette dernière spire tend à glisser vers l’extrémité interne de la bobine puisqu’il n’y a pas de spires adjacente ni de paroi du bobineau pour maintenir la spire en position. Or, un déplacement de la dernière spire peut conduire à un court-circuit avec les spires d’une bobine adjacente et provoquer ainsi un dysfonctionnement voire un endommagement du moteur électrique. Il convient donc de trouver une solution permettant de limiter l’encombrement des bobines du stator tout en assurant un fonctionnement correct du moteur électrique.
L’invention a donc pour objet une bobine d’un stator pour moteur électrique comprenant :
- un bobineau formant une dent du stator comprenant :
- un axe central de forme tubulaire comprenant une pluralité de sillons ménagés sur son pourtour entre une première extrémité de l’axe central destinée à être orientée vers le centre du stator et une deuxième extrémité de l’axe central destinée à être orientée vers l’extérieur du stator, les sillons étant destinés à recevoir une spire d’un fil de bobinage enroulé autour du bobineau,
- une première collerette de retenue située sur la première extrémité de l’axe central,
- une deuxième collerette de retenue située sur la deuxième extrémité de l’axe central,
- un bobinage formé par le fil de bobinage configuré pour être enroulé autour du bobineau entre la première et la deuxième collerette de retenue,
dans lequel la bobine comprend une portion interne destinée à recevoir un premier nombre de couches de spires et une portion externe destinée à recevoir un deuxième nombre de couches de spires supérieur au premier nombre pour former un bobinage trapézoïdal et dans lequel une première extrémité du fil de bobinage est positionnée du côté de la première extrémité de l’axe central du bobineau et en ce que le début de l’enroulement du fil bobinage est réalisé sur un sillon situé à l’interface entre la portion interne et la portion externe de la bobine.
Selon un autre aspect de la présente invention, la bobine comprend également un premier connecteur configuré pour recevoir la première extrémité du fil de bobinage et un deuxième connecteur configuré pour recevoir une deuxième extrémité du fil de bobinage, lesdits premier et deuxième connecteurs étant disposés du côté de la première collerette de retenue.
Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, le premier connecteur et le deuxième connecteur viennent de matière avec le bobineau.
Selon un aspect additionnel de la présente invention, le bobineau comprend une portion surélevée située dans une zone comprise entre la première collerette et l’interface entre la portion interne et la portion externe formant une rampe de guidage du fil de bobinage entre le premier connecteur et le sillon situé à l’interface entre la portion interne et la portion externe de la bobine.
Selon un autre aspect de la présente invention, la hauteur de la portion surélevée est comprise entre 0,8 et 1,2 fois le diamètre du fil de bobinage.
Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, le bobinage comprend deux couches de spires sur la portion interne et trois couches de spires sur la portion externe.
Selon un aspect additionnel de la présente invention, le début de l’enroulement du fil de bobinage est réalisé en direction de la deuxième extrémité de l’axe central.
Selon un autre aspect de la présente invention, les sillons sont inclinés par rapport à un plan normal à l’axe du bobineau, la largeur et l’inclinaison des sillons étant déterminées de sorte que des spires du bobinage disposées dans deux sillons adjacents sont adjacentes et que les spires successives forment un bobinage hélicoïdal autour de l’axe central.
Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, l’axe central du bobineau a une section rectangulaire.
Selon un aspect additionnel de la présente invention, la bobine forme une dent séparée du stator configurée pour venir se positionner sur un module central du stator après la réalisation du bobinage.
La présente invention concerne également un stator pour moteur électrique comprenant une pluralité de bobines telles que décrites précédemment.
Selon un autre aspect de la présente invention, les bobines sont connectées selon un montage en étoile ou en triangle.
La présente invention concerne également un moteur électrique comprenant un stator tel que décrit précédemment dans lequel ledit moteur électrique est un moteur triphasé sans balais.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’une bobine d’un stator de moteur électrique comprenant un bobineau sur lequel est ménagé une pluralité de sillons disposés sur le pourtour d’un axe central du bobineau entre une première extrémité de l’axe central destinée à être orientée vers l’intérieur du stator et une deuxième extrémité de l’axe central destinée à être orientée vers l’extérieur du stator, lesdits sillons étant répartis entre une portion interne de la bobine destinée à recevoir un premier nombre de couches de spires et une portion externe de la bobine destinée à recevoir un deuxième nombre de couches de spires supérieur au premier nombre pour former un bobinage trapézoïdal, ledit procédé comprenant une étape d’enroulement d’un fil de bobinage autour de l’axe central du bobineau dans laquelle l’enroulement est débuté par un sillon situé à l’interface entre la portion interne et la portion externe.
Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, l’étape d’enroulement du fil de bobinage est terminée à une extrémité de l’axe central du bobineau et dans lequel une deuxième extrémité du fil de bobinage associée à la fin du bobinage est rapportée au niveau d’une première extrémité du bobineau destinée à être orientée vers l’intérieur du stator. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
représente une vue schématique en perspective d’une partie d’un moteur électrique;
représente une première vue schématique en perspective d’un bobineau d’une bobine d’un stator;
représente une deuxième vue schématique en perspective d’un bobineau d’une bobine d’un stator;
représente une troisième vue schématique en perspective d’un bobineau d’une bobine d’un stator;
représente un organigramme des étapes d’un procédé de fabrication d’une bobine selon la présente invention;
représente une vue schématique en coupe d’une bobine lors d’une première étape de bobinage;
représente une vue schématique en coupe d’une bobine lors d’une deuxième étape de bobinage;
représente une vue schématique en coupe d’une bobine lors d’une troisième étape de bobinage;
représente une vue schématique en coupe d’une bobine lors d’une quatrième étape de bobinage;
représente une vue schématique en coupe d’une bobine lors d’une cinquième étape de bobinage;
représente une vue schématique en coupe d’une bobine lors d’une sixième étape de bobinage;
représente une vue schématique en coupe d’une bobine à la fin du bobinage;
représente une vue schématique en perspective d’un stator à dent séparées;
représente un organigramme des étapes d’un procédé de fabrication d’un stator selon la présente invention.
Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.
La représente un schéma d’une partie d’un moteur électrique 1 comprenant un stator 3 et un rotor 5. Le moteur électrique 1 est par exemple un moteur électrique triphasé sans balais mais la présente invention ne se limite pas à ce type de moteur électrique. Un tel moteur électrique 1 est particulièrement adapté pour être disposé dans un vélo électrique mais la présente invention ne se limite pas à cette application.
Le stator 3 comprend un module central 7 et une pluralité de dents formées par des bobines 9 et disposées autour du module central 7. Les bobines 9 forment par exemple des dents séparées configurées pour venir se fixer sur le module central 7. Le module central 7 comprend par exemple des cadres de connexion 11 configurés pour connecter les différents bobines 9 selon un schéma électrique prédéfini, par exemple un montage en étoile. Les cadres de connexion 11 comprennent par exemple des pattes de connexion s’étendant radialement. Les bobines 9 comprennent par exemple des connecteurs 13a et 13b configurés pour recevoir les extrémités 29a, 29b des fils de bobinage 29. Les connecteurs sont complémentaires des pattes de connexion et sont configurés pour venir positionner sur les pattes de connexion pour assurer une connexion électrique entre les extrémités des fils de bobinage 15 et les cadres de connexion 11.
La représente une vue schématique en perspective d’un bobineau 17 d’une bobine 9. Le bobineau 17 forme le support sur lequel est enroulé le fil de bobinage 29 pour former la bobine 9. Le bobineau 17 comprend un axe central 19 de forme tubulaire. Dans le cas présent, la section de l’axe central 19 est rectangulaire mais d’autres formes de section peuvent également être utilisées. L’axe central 19 comprend une pluralité de sillons 21 disposés sur son pourtour et configurés pour recevoir des spires de fil de bobinage 29. Les sillons 21 permettent d’assurer le maintien en position des spires de la première couche le long de l’axe central 19. Les sillons 21 s’étendent selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction axiale de l’axe central 19. Cependant, les sillons 21 peuvent présenter un angle par rapport à la direction perpendiculaire à la direction axiale pour permettre l’enroulement des spires de manière hélicoïdal le long de l’axe central 19. La largeur des sillons 21 est déterminée de manière à ce que deux spires consécutives soient adjacentes. Les sillons 21 sont formés entre une première extrémité 19a de l’axe central 19 correspondant également à une première extrémité 17a du bobineau 17 et une deuxième extrémité 19b de l’axe central 19 correspondant également à une deuxième extrémité 17b du bobineau 17. La première extrémité 19a de l’axe central 19 est destinée à être orientée vers le centre du stator 3 et comprend une première collerette de retenue 23 du fil de bobinage 29. La deuxième extrémité 19b de l’axe central 19 est destinée à être orientée vers l’extérieur du stator 3 et comprend une deuxième collerette de retenue 25 du fil de bobinage 29.
Le bobineau 17 peut également comprendre un premier connecteur 13a configuré pour recevoir une première extrémité 29a du fil de bobinage 29 correspondant par exemple à l’extrémité initiale du fil de bobinage 29, c’est-à-dire l’extrémité reliée à une spire de la première couche (i.e. la couche en contact avec les sillons 21 du bobineau 17) et un deuxième connecteur 13b configuré recevoir une deuxième extrémité 29b du fil de bobinage 29 correspondant par exemple à l’extrémité finale du fil de bobinage 29, c’est-à-dire l’extrémité reliée à une spire de la dernière couche (i.e. la couche périphérique).
Dans le cas présent, les premier 13a et le deuxième 13b connecteurs sont situés du côté interne du bobineau 17, c’est-à-dire le côté du bobineau 17 configuré pour être orienté vers l’intérieur du stator 3 à l’état monté du stator 3. Les premier 13a et deuxième 13b connecteurs sont par exemple fixés sur la première collerette de retenue 23 et viennent par exemple de matière avec le reste du bobineau 17.
Selon un mode de réalisation particulier du bobineau 17 représenté sur les figures 3 et 4, le bobineau 17 comprend une portion surélevée 27. La portion surélevée 27 a par exemple une forme triangulaire droite dont l’hypoténuse forme une rampe de guidage du fil de bobinage 29 entre le premier connecteur 13a et un sillon 21 de départ du bobinage. La portion surélevée 27 a par exemple une hauteur comprise entre 0,8 et 1,2 fois la diamètre du fil de bobinage 29.
La bobine 9 comprend également un fil de bobinage 29 (visible sur les figures 6 à 12) configuré pour être enroulé autour du bobineau 17 pour former le bobinage. De plus, le bobinage réalisé est un bobinage dit trapézoïdal, c’est-à-dire que le nombre de couches de spires n’est pas le même sur toute la longueur axiale du bobineau 17. Ainsi, le bobineau 17 et donc la bobine 9 comprennent une portion interne 9i, 17i destinée à recevoir un premier nombre de couches de spires, par exemple deux couches, et une portion externe 9e, 17e destinée à recevoir un deuxième nombre de couches de spires supérieur au premier nombre, par exemple trois couches. Par ailleurs, les premier 13a et deuxième 13b connecteurs destinés à recevoir les extrémités 29a et 29b du fil de bobinage 29 étant situés à la première extrémité 17a du bobineau 17, c’est-à-dire l’extrémité destinée à être orientée vers le centre du stator 3 à l’état monté, il convient de relier la première 29a et la deuxième 29b extrémités du fil de bobinage 29 à cette première extrémité bobineau 17.
Afin d’obtenir le bobinage voulu, l’enroulement du fil de bobinage 29 est débuté au niveau d’un sillon de départ situé à l’interface entre la portion interne 17i et la portion externe 17e du bobineau 17, par exemple au niveau d’un sillon 21 central du bobineau si les parties interne 17i et externe 17e sont de taille équivalente mais le sillon de départ peut être sur n’importe quel sillon 21 excepté les deux sillons extrêmes. Si le bobineau 17 comprend une portion surélevée 27 (comme sur les figures 3 et 4), le fil de bobinage 29 peut être guidé depuis le premier connecteur 13a vers le sillon de départ le long de la portion surélevée 27. Selon un mode de réalisation alternatif non représenté, une gorge oblique peut être ménagée dans le bobineau 17 pour guider le fil de bobinage 29 depuis le premier connecteur 13a vers le sillon de départ (pour remplacer la portion surélevée 27).
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’une bobine 9 telle que décrite précédemment. La représente un organigramme des étapes du procédé de fabrication.
La première étape 101 concerne le positionnement de la première extrémité 29a du fil de bobinage 29 dans le premier connecteur 13a. Le premier connecteur 13a comprend par exemple une ou plusieurs fentes dans laquelle la première extrémité 29a du fil de bobinage 29 vient se placer pour être maintenue en position.
La deuxième étape 102 concerne le positionnement du fil de bobinage 29 entre le premier connecteur 13a et le sillon de départ comme représenté sur la .
Dans l’exemple de la , le bobineau 17 comprend sept sillons 21, les traits en pointillés représentant les séparations entre les différents sillons 21 et le sillon de départ correspond au cinquième sillon (en partant de la première extrémité 19a de l’axe central 19). De plus, les cercles représentent la position des différentes spires à la fin du bobinage. Si le bobineau 17 comprend une portion surélevée 27, le fil de bobinage 29 s’étend le long de la portion surélevée 27 entre le premier connecteur 13a et le sillon de départ.
La troisième étape 103 concerne l’enroulement de la première couche de spires de la portion externe 17e du bobineau 17. L’enroulement est réalisé à partir du sillon de départ en allant vers l’extrémité externe 19b de l’axe central 19 en suivant les sillons adjacents pour réaliser les spires de la première couche de la portion externe 9e de la bobine 9 comme représenté sur la .
La quatrième étape 104 concerne l’enroulement de la deuxième couche de spires de la portion externe 17e du bobineau 17. Lorsque le bobinage arrive au sillon 21 situé à la deuxième extrémité 19b de l’axe central à la fin de l’étape 103, l’enroulement commence la deuxième couche de spires de la portion externe 9e en se déplaçant vers la première extrémité 19a de l’axe central 19, l’enroulement étant réalisé par-dessus les spires formées lors de l’étape 103 comme représenté sur la . Les spires de la deuxième couche viennent se positionner dans le pseudo-sillon formé à l’interface entre deux spires adjacentes de la première couche.
La cinquième étape 105 concerne l’enroulement des spires de la première couche de la portion interne 9i de la bobine 9. Lorsque le bobinage arrive au niveau de la portion interne 9i à la fin de l’étape 104, les spires sont alors enroulées dans les sillons 21 de la portion interne 9i et sont donc des spires de la première couche comme représenté sur la .
La sixième étape 106 concerne l’enroulement des spires de la deuxième couche de la portion interne 9i de la bobine 9. Lorsque le bobinage atteint la première extrémité 19a à la fin de l’étape 105, l’enroulement remonte vers la deuxième extrémité 19b pour former la deuxième couche de spires de la portion interne 9i de la bobine 9 comme représenté sur la .
La septième étape 107 concerne l’enroulement des spires de la troisième couche de la portion externe 9e de la bobine 9. Lorsque l’enroulement arrive au niveau de la portion externe 9e à la fin de l’étape 106, les spires forment la troisième couche de cette portion externe 9e et l’enroulement continue jusqu’à la deuxième extrémité 19b comme représenté sur la .
La huitième étape 108 concerne le positionnement de la deuxième extrémité 29b du fil de bobinage 29 dans le deuxième connecteur 13b comme représenté sur la . A la fin de l’enroulement à la fin de l’étape 107, la deuxième extrémité 29b du fil de bobinage 29 est rapportée vers le deuxième connecteur 13b comme représenté sur la . Cette étape 108 peut comprendre la coupe du fil de bobinage 29 pour former la deuxième extrémité 29b du fil de bobinage 29. Le deuxième connecteur 13b comprend par exemple une ou plusieurs fentes dans laquelle la deuxième extrémité 29b du fil de bobinage 29 vient se placer pour être maintenue en position.
La dernière spire est maintenue en position par la spire adjacente de la troisième couche.
Il est à noter le nombre de spires par couche et le nombre de couches peuvent être différent du mode de réalisation présenté précédemment.
Ainsi, débuter l’enroulement du bobinage au niveau d’un sillon situé à l’interface entre la portion interne 9i et la portion externe 9e de la bobine 9 permet d’obtenir un bobinage trapézoïdal dont les extrémités sont situées du petit côté du trapèze et dont la dernière spire est maintenue en position par les autres spires et ne risque donc pas de glisser vers le petit côté du trapèze.
La présente invention concerne également un stator 3 comprenant une pluralité de dents formées par des bobines 9 telles que la bobine 9 décrite précédemment. Les bobines 9 forment des dents séparées configurées pour venir se positionner sur un module central 7 comme représenté sur la . La représente un exemple de stator 3 à dents séparées (sur la , le module central comprenant les cadres de connexion n’est pas représenté). Ainsi, après la réalisation des bobines 9 par l’enroulement du fil de bobinage 29 sur les différents bobineaux, les bobines 9 viennent se positionner sur le module central 7. Les premier 13a et deuxième 13b connecteurs des bobines 9 sont configurés pour venir en contact avec des cadres de connexion 11 configurés pour relier les extrémités 29a, 29b des fils de bobinages 29 des bobines 9 selon le montage électrique voulu.
Du fait de l’utilisation de bobinages trapézoïdaux, l’encombrement des bobines 9 est réduit par rapport à un stator 3 à bobinage standard ayant une puissance équivalente. De plus, le début de l’enroulement au niveau d’un sillon de départ situé entre une portion interne 9i et une portion externe 9e d’une bobine 9 qui ne correspond pas à un sillon d’extrémité du bobineau 17 permet d’assurer le maintien en position de la dernière spire de l’enroulement et ainsi d’éviter un glissement de la dernière spire vers le centre du stator 3 pouvant conduire à un court-circuit avec le fil de bobinage 29 d’une bobine 9 adjacente. Le stator 3 comprend également une culasse 19 configurée pour venir se positionner autour des bobines 9.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un stator 3 tel que décrit précédemment.
La représente un organigramme des étapes du procédé de fabrication d’un tel stator 3.
La première étape 201 concerne la réalisation des bobines 9 telles que décrites précédemment. L’enroulement du fil de bobinage 29 est par exemple réalisé par un robot et les bobines 9 peuvent être toutes identiques.
La deuxième étape 202 concerne la connexion des bobines 9 formant des dents séparées sur le module central 7 de sorte que les pattes de connexion des cadres de connexion 11 viennent s’insérer dans les premiers 13a et deuxièmes 13b connecteurs pour assurer la connexion entre les bobines 9 et les cadres de connexion 11. Une patte de connexion étant configurée pour venir en contact avec une extrémité 29a, 29b du fil de bobinage 29 au niveau d’un premier connecteur 13a ou d’un deuxième connecteur 13b. La fixation se fait par exemple par encliquetage des bobines 9 sur le module central 7.
La troisième étape 203 concerne le positionnement de la culasse 19 autour des bobines 9 formant les dents séparées. La culasse 19 venant se positionner sur les bobines 9 par translation axiale.
La présente invention concerne également un moteur électrique 1 comprenant un stator 3 tel que décrit précédemment et un rotor 5 comprenant une pluralité de pôles, par exemple 10 ou 14 pôles. Les pôles du rotor 5 sont par exemple formés par des aimants permanents et sont configurés pour interagir avec les bobines du stator 3 pour provoquer la mise en rotation du rotor 5.
Ainsi, l’utilisation d’un stator 3 à dents séparées configurées pour venir se fixer sur un module central 7 comprenant les cadres de connexion assurant les connexions électriques entre les bobines 9 via des connecteurs 13a, 13b ménagés sur le bobineau 17 et d’un bobinage trapézoïdal permettent d’obtenir un stator 3 et donc un moteur électrique 1 ayant un encombrement réduit pouvant ainsi être aisément intégré dans un vélo électrique notamment. De plus une telle configuration permet un procédé de fabrication simple et rapide du moteur électrique 1.

Claims (15)

  1. Bobine (9) d’un stator (3) pour moteur électrique (1) comprenant :
    - un bobineau (17) formant une dent du stator comprenant :
    - un axe central (19) de forme tubulaire comprenant une pluralité de sillons (21) ménagés sur son pourtour entre une première extrémité (19a) de l’axe central (19) destinée à être orientée vers le centre du stator (3) et une deuxième extrémité (19b) de l’axe central (19) destinée à être orientée vers l’extérieur du stator (3), les sillons (21) étant destinés à recevoir une spire d’un fil de bobinage (29) enroulé autour du bobineau (17),
    - une première collerette de retenue (23) située sur la première extrémité (19a) de l’axe central (19),
    - une deuxième collerette de retenue (25) située sur la deuxième extrémité (19b) de l’axe central (19),
    - un bobinage formé par le fil de bobinage (29) configuré pour être enroulé autour du bobineau (17) entre la première (23) et la deuxième (25) collerette de retenue,
    caractérisé en ce que la bobine (9) comprend une portion interne (9i) destinée à recevoir un premier nombre de couches de spires et une portion externe (9e) destinée à recevoir un deuxième nombre de couches de spires supérieur au premier nombre pour former un bobinage trapézoïdal, en ce qu’une première extrémité (29a) du fil de bobinage (29) est positionnée du côté de la première extrémité (19a) de l’axe central (19) du bobineau (17) et en ce que le début de l’enroulement du fil bobinage (29) est réalisé sur un sillon (21) situé à l’interface entre la portion interne (9i) et la portion externe (9e) de la bobine (9).
  2. Bobine (9) selon la revendication 1 comprenant également un premier connecteur (13a) configuré pour recevoir la première extrémité (29a) du fil de bobinage (29) et un deuxième connecteur (13b) configuré pour recevoir une deuxième extrémité (29b) du fil de bobinage (29), lesdits premier (13a) et deuxième connecteurs (13b) étant disposés du côté de la première collerette de retenue (23).
  3. Bobine (9) selon la revendication 2 dans laquelle le premier connecteur (13a) et le deuxième connecteur (13b) viennent de matière avec le bobineau (9).
  4. Bobine (9) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le bobineau (17) comprend une portion surélevée (27) située dans une zone comprise entre la première collerette (23) et l’interface entre la portion interne (9i, 17i) et la portion externe (9e, 17e) formant une rampe de guidage du fil de bobinage (29) entre le premier connecteur (13a) et le sillon (21) situé à l’interface entre la portion interne (9i) et la portion externe (9e) de la bobine (9).
  5. Bobine (9) selon la revendication précédente dans laquelle la hauteur de la portion surélevée (27) est comprise entre 0,8 et 1,2 fois le diamètre du fil de bobinage (29).
  6. Bobine (9) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le bobinage comprend deux couches de spires sur la portion interne (9i) et trois couches de spires sur la portion externe (9e).
  7. Bobine (9) selon la revendication précédente dans laquelle le début de l’enroulement du fil de bobinage (29) est réalisé en direction de la deuxième extrémité (19b) de l’axe central (19).
  8. Bobine (9) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle les sillons (21) sont inclinés par rapport à un plan normal à l’axe du bobineau (17), la largeur et l’inclinaison des sillons (21) étant déterminées de sorte que des spires du bobinage disposées dans deux sillons (21) adjacents sont adjacentes et que les spires successives forment un bobinage hélicoïdal autour de l’axe central (19).
  9. Bobine (9) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle l’axe central (19) du bobineau (17) a une section rectangulaire.
  10. Bobine (9) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle la bobine (9) forme une dent séparée du stator (3) configurée pour venir se positionner sur un module central (7) du stator (3) après la réalisation du bobinage.
  11. Stator (3) pour moteur électrique (1) comprenant une pluralité de bobines (9) selon l’une des revendications précédentes.
  12. Stator (3) selon la revendication précédente dans lequel les bobines (9) sont connectées selon un montage en étoile ou en triangle.
  13. Moteur électrique (1) comprenant un stator (3) selon la revendication 11 ou 12 dans lequel ledit moteur électrique (1) est un moteur triphasé sans balais.
  14. Procédé de fabrication d’une bobine (9) d’un stator (3) de moteur électrique (1) comprenant un bobineau (17) sur lequel est ménagé une pluralité de sillons (21) disposés sur le pourtour d’un axe central (19) du bobineau (17) entre une première extrémité (19a) de l’axe central (19) destinée à être orientée vers l’intérieur du stator (3) et une deuxième extrémité (19b) de l’axe central (19) destinée à être orientée vers l’extérieur du stator (3), lesdits sillons (21) étant répartis entre une portion interne (9i) de la bobine (9) destinée à recevoir un premier nombre de couches de spires et une portion externe (9e) de la bobine (9) destinée à recevoir un deuxième nombre de couches de spires supérieur au premier nombre pour former un bobinage trapézoïdal, ledit procédé comprenant une étape d’enroulement d’un fil de bobinage (29) autour de l’axe central (19) du bobineau (17) dans laquelle l’enroulement est débuté par un sillon (21) situé à l’interface entre la portion interne (9i) et la portion externe (9e).
  15. Procédé de fabrication d’une bobine (9) selon la revendication précédente dans lequel l’étape d’enroulement du fil de bobinage (29) est terminée à une extrémité (19a, 19b) de l’axe central (19) du bobineau (17) et dans lequel une deuxième extrémité (29b) du fil de bobinage (29) associée à la fin du bobinage est rapportée au niveau d’une première extrémité (17a) du bobineau (17) destinée à être orientée vers l’intérieur du stator (3).
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