WO2023218150A1 - Stator de machine electrique tournante et procede de production - Google Patents

Stator de machine electrique tournante et procede de production Download PDF

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WO2023218150A1
WO2023218150A1 PCT/FR2023/050685 FR2023050685W WO2023218150A1 WO 2023218150 A1 WO2023218150 A1 WO 2023218150A1 FR 2023050685 W FR2023050685 W FR 2023050685W WO 2023218150 A1 WO2023218150 A1 WO 2023218150A1
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WO
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plates
stator
grains
stack
opposite
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/050685
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English (en)
Inventor
Jere Kolehmainen
Sid-Ali RANDI
Original Assignee
Renault S.A.S
Whylot
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Filing date
Publication date
Application filed by Renault S.A.S, Whylot filed Critical Renault S.A.S
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
    • 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
    • H02K1/08—Salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine stator for an electric or hybrid automobile vehicle and to a process for producing such a stator.
  • axial flux machines comprise a rotor installed coaxially between two stators.
  • the rotor comprises a disk divided into identical angular sectors, and the disk has one or more housings in each of the angular sectors to receive one or more permanent magnets.
  • the two stators between which the disc rotates, they each comprise a stator yoke having a circular receiving surface extending along a plane and a plurality of stator teeth regularly erect at iso-distance from each other. on the circular receiving surface to be able to coincide with the angular sectors of the rotor.
  • the stator teeth each comprise a stack of grain-oriented steel plates, having a first end linked to the cylinder head and a second free opposite end capable of coming opposite the rotor disk.
  • Each of the stator teeth includes a winding of electric wire around the stack to be able to induce a magnetic field through it.
  • each of said plates extends in a direction normal to the circular receiving surface, while the grains are oriented substantially parallel to said normal direction.
  • Grain-oriented steels are advantageously used in applications linked to rotating machines because they offer better magnetic conductivity, precisely in the direction of orientation of the grains.
  • these materials conversely present a strong magnetic resistance, or reluctance, when the magnetic field extends in a direction transverse to the orientation of the grains.
  • the free end of the stacks of the stator teeth are separated from the permanent magnets of the rotor by a functional air gap, since the rotor is driven in rotary movement relative to the stator. And the performance of rotating electrical machines is conditioned, in particular on the reduction of this air gap.
  • a problem which arises and which the present invention aims to resolve is to provide a stator allowing the reduction of this air gap without interfering with the other elements already making it possible to improve the performance of the machines.
  • a stator of a rotating electrical machine for a motor vehicle comprising a stator yoke having a circular receiving surface and a plurality of stator teeth regularly erected at a distance from each other on said circular surface, each of the stator teeth comprising, on the one hand a stack of grain-oriented steel plates, having a first end linked to said yoke and a second free opposite end, and on the other hand a winding of electric wire around said stack, each of said plates extending in a direction normal to said circular receiving surface, while the grains are oriented substantially parallel to said normal direction.
  • Each of said plates is cut in a T shape, forming two opposite beaks, so that said second free end of said stack of plates has two opposite free wings formed by the beaks of the plates of said stack; and each of said plates is treated so as to disorient the grains at their two opposite noses.
  • a characteristic of the invention lies in the use of T-cut plates to form each of the stacks and, moreover, in the local treatment of each of these plates at the level of each of the two opposite noses in order to locally disorient the grains of the steel at the level of these nozzles.
  • the noses of the plates make it possible to form two opposite free wings of the stack when they are stacked, which free wings make it possible to retain the winding of electrical wire.
  • the magnetic field lines which extend substantially parallel to said normal direction at the heart of the stack, diverge at the free end of the stacks, and tend to cross the free wings in an oblique direction by relative to the normal direction.
  • the grains are oriented in a direction substantially parallel to the normal direction including in the plates at the level of the free wings in the absence of treatment, and like steel has poor magnetic conductivity when the field lines magnetic cut the direction of the grains, the free wings of the stacks offer strong reluctance and strong iron losses if the orientation of the grains is not modified at this level.
  • the grains are disoriented at the level of the nose of the plates to reduce this reluctance.
  • said grains are disoriented independently of each other in random directions.
  • the steel locally becomes “non-oriented grains” again, so that the reluctance is lowered compared to the situation where the grains are oriented substantially parallel to said normal direction.
  • the two opposite noses of each of said plates are heat treated to disorient said grains.
  • a metallurgical modification is caused which randomly redistributes the orientation of the grains.
  • the two opposite noses of each of said plates are folded, or folded and unfolded along lines transverse to said noses spaced from each other, to disorient said grains.
  • This mechanical operation of bending and unbending the plates at the nozzles, along transverse lines also makes it possible to redistribute the orientation of the grains.
  • This bending can consist of folding the nozzle portions against each other, for example at less than 90° and then unfolding them in the opposite direction.
  • the nozzle extends freely in the middle plane of the steel plate.
  • the transverse bending lines of the nozzles are substantially parallel to each other.
  • both heat treatment and mechanical treatment are carried out.
  • the two opposite noses of each of said plates are engraved by a laser beam along longitudinal lines oriented towards the tip of said noses and spaced from each other to disorient said grains.
  • said longitudinal lines are preferably substantially parallel to each other. In this way, we can obtain a random redistribution locally.
  • said stator yoke is made of grain-oriented steel; and, said first end of said stack and the yoke portion located in the vicinity of said first end are treated so as to disorient the grains.
  • the stator yoke can also be made from a superposition of grain-oriented steel plates. And, at the junction between the stack and said stack of plates, the grains of the steel of the stack extend substantially perpendicular to those of the steel of the plates of the stack. Therefore, the magnetic field lines generated by the winding of electric wire around the stack, which extend parallel to the direction of the normal, then extend perpendicular to the oriented grains of the plates of the stack forming the yoke. Consequently, locally, the cylinder head offers significant reluctance at said junction.
  • the first end of the stack and the cylinder head portion to which it is connected are for example treated by means of a laser beam as will be explained in more detail below. so as to redistribute the orientation of the grains randomly at the junction.
  • said stator yoke has a circular receiving surface of generally cylindrical shape.
  • the electric machine The resulting rotating rotation is called “radial flow”. More precisely, the rotor rotates inside the stator and the magnetic field induced through the stacks of plates extends in a radial direction.
  • said stator yoke has a circular receiving surface extending along a plane.
  • the resulting rotating electrical machine is called “axial flux”.
  • a method for producing a stator of a rotating electrical machine for a motor vehicle as described above, according to which a stator yoke is provided having a circular receiving surface and a plurality of stator teeth regularly erected at a distance from each other on said circular surface, each of the stator teeth comprising, on the one hand, a stack of grain-oriented steel plates, having a first end linked to said cylinder head and a second free opposite end , and on the other hand a winding of electric wire around said stack, each of said plates extending in a direction normal to said circular receiving surface, while the grains are oriented substantially parallel to said normal direction; and, each of said plates is cut in a T shape, forming two opposite beaks, each of said plates is treated so as to disorient the grains at the level of their two opposite beaks, so that said second free end of said stack of plates has two wings. free opposite sides formed by the noses of the plates of said stack.
  • said grains are disoriented independently of each other in random directions.
  • FIG. 1 is a partial schematic view in radial section of a stator according to the invention according to one mode of implementation
  • FIG. 2A is a schematic detailed perspective view of [Fig. 1] ;
  • FIG. 2B is a schematic front view of an element of the object of [Fig. 2A] ;
  • FIG. 3 is a schematic view in axial section of an element illustrated in [Fig. 1] according to a variant of execution
  • [Fig. 4] is a schematic view in axial section of an element illustrated in [Fig. 1] according to another variant of execution
  • FIG. 5 is a schematic side view of a stator according to the invention according to another mode of implementation
  • FIG. 6 is a schematic detailed front view along arrow F of the stator illustrated in [Fig. 5] ;
  • FIG. 7 is a schematic perspective view from below of an element shown in [Fig. 6] according to arrow Z.
  • FIG. 1 partially shows a stator 10 inside which a rotor 12 is installed so as to be able to form a rotating electric machine. The latter is called “radial flow”.
  • the stator 10 comprises a stator yoke 14 having a cylindrical internal surface with a circular base 16 and a plurality of stator teeth 18 regularly erected at a distance from each other on the cylindrical surface 16.
  • each of the stator teeth 18 comprises a stack 20 of grain-oriented steel plates which will be described below, which stack 20 extends radially between a first anchoring end 22, anchored in the stator yoke 14 and a second free opposite end 24 extending opposite the rotor 12. In other words, each of said plates extends in a direction normal to said circular receiving surface.
  • each of the stator teeth 18 comprises a winding 25 of electric wire so as to be able to induce a magnetic field through the stack 20 and extending in a radial direction R.
  • the rotor 12 has a cylindrical external surface with a circular base 26, which is provided with a plurality of permanent magnets 28 adjusted at a distance from each other and regularly spaced.
  • the stack 20 is made from steel plates 32, cut in a T shape from strips of steel, called “electrical steel”, generally less than 2 mm. These steel plates 32 are for example cut by punching or stamping to be obtained at an advantageous cost.
  • This type of flat metallurgical product is specially designed to obtain particular magnetic properties and in particular, high magnetic permeability.
  • the steel plate 32 cut into a T shape illustrated in [Fig. 2B], has a stem 35, and opposite each other, a foot 34 and a head 36. And it is cut so that the crystal structures, or grains, are aligned parallel to each other , in a given direction D, from foot 34 towards head 36.
  • the steel plate 32 due to its T-shaped structure, has two opposite noses 38, 40, which extend laterally and end respectively in two points 39, 41. Consequently, the grains being oriented in direction D, including at the level of the nozzles 38, 40, and they thus extend there in a direction transverse to the nozzles 38, 40.
  • One object of the invention is to disorient the crystalline structures of the nozzles 38, 40 as will be explained below.
  • the noses 38, 40 of the stacked steel plates 32 form two opposite free wings 42, 44.
  • the cylinder head 14 is also made of stacked grain-oriented sheets. And the grains are oriented in a direction L perpendicular to the direction D in which the grains of the steel plates are themselves oriented. Furthermore, when the electric wire of the winding 25 is powered, then it induces a magnetic field at the heart of the winding 20 oriented in the direction D of the oriented grains.
  • the magnetic field tends to diverge and the field lines, two of which 46, 48 have been partially shown for illustrative purposes, curving outwards and moving away from each other.
  • the magnetic field particularly in the two opposite free wings 42, 44, becomes inclined relative to the orientation of the grains.
  • the magnetic permeability decreases, and it is the object of the invention to compensate for this.
  • the two opposite noses 38, 40 of each of the plates 32 are engraved by means of a laser beam along first longitudinal engraving lines 50, 52 oriented towards the tip 39, 41 of the noses 38, 40.
  • the first lines etching 50, 52 are spaced from each other and are preferably parallel to each other, to be able to disorient said grains in the nozzles 38, 40 in a homogeneous manner.
  • the first etching lines 50, 52 are respectively inclined at an angle of between 60° and 80° relative to the original direction D of the crystal structures.
  • This local treatment at the level of the noses 38, 40 of the plates 32 does not make it possible to reorient the grains in another same direction, but to ensure that their orientation is distributed randomly. As a result, and statistically, fewer grains, or crystal structures, are oriented inclined relative to the magnetic field lines 46, 48.
  • This treatment operation using a laser can be carried out on each of the steel plates 32, and each of their noses 38, 40, prior to their stacking. [0060] Also, after the assembly of the steel plates 32, and that of the stack 20 thus constituted on the yoke 14, the first end 22 of the stack 20 and the portion of the yoke in which the first end 22 is anchored, are also treated so as to disorient the grains.
  • second engraving lines 54, 56 are produced by means of a laser beam straddling the first end 22 of the stack 20 and the yoke 14. These second engraving lines 54, 56 are respectively inclined substantially by 45° relative to the direction D of orientation of the grains of the plates 32 and to the direction L of the grains of the stacked sheets of the cylinder head.
  • the grains are locally disoriented at the junction between the stack 20 and the yoke 14, in a random manner to avoid lowering the magnetic conductivity when the magnetic field tilts relative to the orientation of the grains of the yoke 14 of the first end 22 of the stack 20.
  • the use of a laser beam is advantageous because it allows remote local treatment without contact with the material. In addition, it is easily industrializable on existing production lines.
  • thermal energy is supplied to the nozzles 38, 40 of the steel plates 32, by any means, to be able to disorient the crystalline structures and thus improve the magnetic conductivity.
  • the two opposite noses 38', 40' of each of the plates 32' of the stack 20' are folded and unfolded respectively along transverse folding lines 58, 60 to the noses 38', 40', spaced from each other to also disorient said grains.
  • the transverse folding lines 58, 60 respectively are parallel to each other.
  • the tips 38', 40' of each of the steel plates are bent regularly from the base to the tip 39', 41'.
  • the transverse folding lines 58, 60 extend in a direction inclined relative to the direction D' of orientation of the crystal structures of the steel plates, at an angle of between 20° and 45° . In this way, we obtain a random redistribution of the orientation of the crystal structures in the nozzles 38', 40'.
  • both the heat treatment of the nozzles and their bending are carried out in order to obtain a better random distribution of the orientation of the grains.
  • the 10” stator comprises a 14” stator yoke having a first circular surface 16” extending along a plane P and a plurality of 18” stator teeth regularly erected at a distance from each other on the circular surface 16”.
  • each of the 18” stator teeth comprises a 20” stack of grain-oriented steel plates, substantially trapezoidal, and which will be described in more detail below, which 20” stack extends radially between a first anchoring end 22”, anchored in the stator yoke 14” and a second free opposite end 24” extending opposite the rotor 12”.
  • Each of the 18” stator teeth comprises a winding of electric wire not shown for reasons of clarity of the drawing, so as to be able to induce a magnetic field through the 20” stack and extending in an axial direction A.
  • the 12” rotor has a second circular surface 26”, which is provided with a plurality of 28” permanent magnets adjusted at a distance from each other and regularly spaced.
  • the opposing 38”, 40” nozzles of all the plates have undergone a heat treatment so as to disorient the crystalline structures, or grains; the crystal structures of the rest of the plates remaining aligned from the first anchoring end 22” to the second free end 24”.
  • the magnetic conductivity of the two opposing free divergent wings 42”, 44” is improved thanks to a random reorientation of the crystal structures, or grains.
  • the invention also relates to a method for producing a stator 10 of a rotating electrical machine for a motor vehicle.
  • a stator yoke 14 having a circular receiving surface 16 and a plurality of stator teeth 18 regularly erected at a distance from each other on the circular surface 16.
  • each of the plates 32 is cut in a T shape, forming two opposite noses 38, 40. Then, each of the plates 32 is treated with so as to disorient the grains at the level of their two opposite nozzles 38, 40.
  • the treatment can be carried out according to the treatment modes mentioned above.
  • the grains are disoriented independently of each other in random directions. In other words, the grains are no longer oriented in a preferred direction and their orientation is distributed randomly in the beaks 38, 40.
  • each of the plates 32 then extends in a direction normal to the circular receiving surface 16, while the grains of the plates are oriented substantially parallel to said normal direction, except at the level of their two opposite noses 38, 40.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

L'invention concerne un stator de machine électrique, comprenant une culasse statorique (14) présentant une surface circulaire (16) et une pluralité de dents statoriques dressées sur ladite surface circulaire (16), chacune des dents statoriques (18) comportant, d'une part un empilement (20) de plaques d'acier à grains orientés (32), présentant une première extrémité (22) liée à ladite culasse (14) et une seconde extrémité opposée libre (24), et d'autre part un enroulement de fil électrique (25), chacune desdites plaques (32) s'étendant selon une direction normale à ladite surface circulaire (16), tandis que les grains sont orientés parallèlement à ladite direction normale. Chacune desdites plaques (32) est découpée en T en formant deux becs (38, 40), de manière à ce que ladite seconde extrémité libre (24) présente deux ailles libres opposées (42, 44); et chacune desdites plaques (32) est traitée de façon à désorienter les grains au niveau de leur deux becs (38, 40).

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Stator de machine électrique tournante et procédé de production
[0001] La présente invention se rapporte à un stator de machine électrique tournante pour véhicule automobile électrique ou hybride et à un procédé de production d’un tel stator.
[0002] Des machines électriques tournantes connues dites « à flux axial », comprennent un rotor installé coaxialement entre deux stators.
[0003] Le rotor comprend un disque divisé en secteurs angulaires identiques, et le disque présente un ou plusieurs logements dans chacun des secteurs angulaires pour recevoir un ou plusieurs aimants permanents.
[0004] Quant aux deux stators, entre lesquels le disque évolue en rotation, ils comprennent chacun une culasse statorique présentant une surface de réception circulaire s’étendant selon un plan et une pluralité de dents statoriques régulièrement dressées à iso-distance les unes des autres sur la surface de réception circulaire pour pouvoir coïncider avec les secteurs angulaires du rotor.
[0005] Les dents statoriques comportent chacune un empilement de plaques d’acier à grains orientés, présentant une première extrémité liée à la culasse et une seconde extrémité opposée libre apte à venir en regard du disque du rotor.
[0006] Chacune des dents statoriques comprend un enroulement de fil électrique autour de l’empilement pour pouvoir y induire à travers, un champ magnétique.
[0007] Aussi, chacune desdites plaques s’étend selon une direction normale à la surface circulaire de réception, tandis que les grains sont orientés sensiblement parallèlement à ladite direction normale.
[0008] On pourra se référer au document WO 2020/078667, lequel décrit la mise en œuvre d’un tel matériau dans une machine électrique tournante.
[0009] Les aciers à grains orientés sont avantageusement mis en œuvre dans les applications liées aux machines tournantes car ils offrent une meilleure conductivité magnétique, précisément dans la direction d’orientation des grains.
[0010] En revanche, ces matériaux présentent à l’inverse une forte résistance magnétique, ou réluctance, lorsque le champ magnétique s’étend selon une direction transversale par rapport à l’orientation des grains. [0011 ] Aussi, l’extrémité libre des empilements des dents statoriques sont séparées des aimants permanents du rotor d’un entrefer fonctionnel, puisque le rotor est entraîné en mouvement rotatif par rapport au stator. Et la performance des machines électriques tournantes est conditionnée, notamment à la réduction de cet entrefer.
[0012] Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un stator permettant la réduction de cet entrefer sans interférer avec les autres éléments permettant d’améliorer déjà la performance des machines.
[0013] Dans le but de résoudre ce problème, et selon un premier objet, il est proposé un stator de machine électrique tournante pour véhicule automobile, comprenant une culasse statorique présentant une surface circulaire de réception et une pluralité de dents statoriques régulièrement dressées à distance les unes des autres sur ladite surface circulaire, chacune des dents statoriques comportant, d’une part un empilement de plaques d’acier à grains orientés, présentant une première extrémité liée à ladite culasse et une seconde extrémité opposée libre, et d’autre part un enroulement de fil électrique autour dudit empilement, chacune desdites plaques s’étendant selon une direction normale à ladite surface circulaire de réception, tandis que les grains sont orientés sensiblement parallèlement à ladite direction normale. Chacune desdites plaques est découpée en T en formant deux becs opposés, de manière à ce que ladite seconde extrémité libre dudit empilement de plaques présente deux ailles libres opposées formées par les becs des plaques dudit empilement ; et chacune desdites plaques est traitée de façon à désorienter les grains au niveau de leur deux becs opposés.
[0014] Ainsi, une caractéristique de l’invention réside dans la mise en œuvre de plaques découpées en T pour former chacun des empilements et au surplus, dans le traitement local de chacune de ces plaques au niveau de chacun des deux becs opposés afin de désorienter localement les grains de l’acier au niveau de ces becs.
[0015] En effet, les becs des plaques permettent de former deux ailes libres opposées de l’empilement lorsqu’elles sont empilées, lesquelles ailes libres permettent de retenir l’enroulement de fil électrique.
[0016] Toutefois, les lignes de champ magnétique qui s’étendent sensiblement parallèlement à ladite direction normale au cœur de l’empilement, divergent au niveau de l’extrémité libre des empilements, et tendent à traverser les ailes libres selon une direction oblique par rapport à la direction normale. [0017] Or, les grains sont orientés selon une direction sensiblement parallèle à la direction normale y compris dans les plaques au niveau des ailes libres en l’absence de traitement, et comme l’acier à une mauvaise conductivité magnétique lorsque les lignes de champ magnétique coupent la direction des grains, les ailes libres des empilements offrent une forte réluctance et de fortes pertes fer si l’orientation des grains n’est pas modifiée à ce niveau.
[0018] Et précisément, selon l’invention, on désoriente les grains au niveau du bec des plaques pour réduire cette réluctance.
[0019] Préférentiellement, lesdits grains sont désorientés indépendamment les uns des autres dans des directions aléatoires. De la sorte, l’acier redevient localement à « grains non orientés », de sorte que la réluctance est abaissée par rapport à la situation où les grains sont orientés sensiblement parallèlement à ladite direction normale.
[0020] Selon une variante de réalisation nullement limitative, les deux becs opposés de chacune desdites plaques sont traités thermiquement pour désorienter lesdits grains. En fournissant de l’énergie thermique aux plaques au niveau des becs, on provoque une modification métallurgique qui vient redistribuer de manière aléatoire l’orientation des grains.
[0021 ] De surcroît, cet apport énergétique local, après le découpage des plaques est aisé à mettre en œuvre.
[0022] Selon une autre variante de réalisation de l’invention, les deux becs opposés de chacune desdites plaques sont pliés, ou pliés et dépliés selon des lignes transversales auxdits becs espacées les unes des autres, pour désorienter lesdits grains. Cette opération mécanique de cintrage et de décintrage des plaques au niveau des becs, selon des lignes transversales, permet également de redistribuer l’orientation des grains. Ce cintrage peut consister à replier les portions de becs l’une contre l’autre, par exemple à moins de 90° et à les déplier ensuite à l’inverse. In fine, le bec s’étend librement dans le plan moyen de la plaque d’acier.
[0023] Avantageusement, les lignes transversales de cintrage des becs sont sensiblement parallèles entre elles.
[0024] Selon une variante de réalisation hybride de l’invention, il est procédé à la fois à un traitement thermique et à un traitement mécanique. [0025] Selon encore une autre variante, les deux becs opposés de chacune desdites plaques sont gravées par un faisceau laser selon des lignes longitudinales orientées vers la pointe desdits becs et espacées les unes des autres pour désorienter lesdits grains. Une telle technique permet aisément de modifier la structure métallurgique de l’acier sans contact. De surcroît, elle est aisée à intégrer au système de production usuel de réalisation des plaques et des empilements.
[0026] Elle permet également d’obtenir une redistribution plus aléatoire de l’orientation des grains dans le matériau.
[0027] Également, lesdites lignes longitudinales sont préférentiellement sensiblement parallèles entre elles. De la sorte, on peut obtenir une redistribution aléatoire localement.
[0028] Selon un mode de mise en œuvre de l’invention particulièrement avantageux, mais nullement limitatif, ladite culasse statorique est réalisée en acier à grains orientés ; et, ladite première extrémité dudit empilement et la portion de culasse située au voisinage de ladite première extrémité sont traitées de façon à désorienter les grains. La culasse statorique peut également être faite d’une superposition de plaques d’acier à grains orientés. Et, au niveau de la jonction entre l’empilement et ladite superposition de plaques, les grains de l’acier de la superposition s’étendent de manière sensiblement perpendiculaire à ceux de l’acier des plaques de l’empilement. Partant, les lignes de champ magnétique générées par l’enroulement de fil électrique autour de l’empilement, qui s’étendent parallèlement à la direction de la normale, s’étendent alors perpendiculairement aux grains orientés des plaques de la superposition formant la culasse. En conséquence, localement, la culasse offre une réluctance importante au niveau de ladite jonction.
[0029] Aussi, pour y remédier, la première extrémité de l’empilement et la portion de culasse à laquelle elle est reliée, sont par exemple traités au moyen d’un faisceau laser comme on l’expliquera plus en détail ci-après de manière à redistribuer l’orientation des grains de manière aléatoire au niveau de la jonction.
[0030] De la sorte, on diminue, de la même façon, la réluctance au niveau de la jonction.
[0031 ] Selon un mode de réalisation de l’invention particulièrement avantageux, mais nullement limitatif, ladite culasse statorique présente une surface circulaire de réception de forme générale cylindrique. Autrement dit, la machine électrique tournante qui en résulte est dite « à flux radial ». Plus précisément, le rotor tourne à l’intérieur du stator et le champ magnétique induit à travers les empilements de plaques s’étend selon une direction radiale.
[0032] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, ladite culasse statorique présente une surface circulaire de réception s’étendant selon un plan. Autrement dit, la machine électrique tournante qui en résulte est dite « à flux axial >>.
[0033] Selon un autre objet, il est proposé un procédé de production d’un stator de machine électrique tournante pour véhicule automobile telle que décrite ci-dessus, selon lequel on fournit une culasse statorique présentant une surface circulaire de réception et une pluralité de dents statoriques régulièrement dressées à distance les unes des autres sur ladite surface circulaire, chacune des dents statoriques comportant, d’une part un empilement de plaques d’acier à grains orientés, présentant une première extrémité liée à ladite culasse et une seconde extrémité opposée libre, et d’autre part un enroulement de fil électrique autour dudit empilement, chacune desdites plaques s’étendant selon une direction normale à ladite surface circulaire de réception, tandis que les grains sont orientés sensiblement parallèlement à ladite direction normale ; et, on découpe en T chacune desdites plaques en formant deux becs opposés , on traite chacune desdites plaques de façon à désorienter les grains au niveau de leur deux becs opposés, de manière à ce que ladite seconde extrémité libre dudit empilement de plaques présente deux ailles libres opposées formées par les becs des plaques dudit empilement.
[0034] Préférentiellement, on désoriente lesdits grains indépendamment les uns des autres dans des directions aléatoires.
[0035] D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig. 1 ] est une vue schématique partielle en coupe radiale d’un stator conforme à l’invention selon un mode de mise en œuvre ;
[Fig. 2A] est une vue schématique de détail en perspective de la [Fig. 1] ;
[Fig. 2B] est une vue schématique de face d’un élément de l’objet de la [Fig. 2A] ;
[Fig. 3] est une vue schématique en coupe axiale d’un élément illustré sur la [Fig. 1 ] selon une variante d’exécution ; [Fig. 4] est une vue schématique en coupe axiale d’un élément illustré sur la [Fig. 1 ] selon une autre variante d’exécution ;
[Fig. 5] est une vue schématique de côté d’un stator conforme à l’invention selon un autre mode de mise en œuvre ;
[Fig. 6] est une vue schématique de face de détail selon la flèche F du stator illustré sur la [Fig. 5] ; et,
[Fig. 7] est une vue schématique en perspective de dessous d’un élément représenté sur la [Fig. 6] selon la flèche Z.
[0036] La [Fig. 1 ] montre partiellement un stator 10 à l’intérieur duquel est installé un rotor 12 de manière à pouvoir former une machine électrique tournante. Cette dernière est dite « à flux radial ».
[0037] Ainsi, le stator 10 comporte une culasse statorique 14 présentant une surface interne cylindrique à base circulaire 16 et une pluralité de dents statoriques 18 régulièrement dressées à distance les unes des autres sur la surface cylindriques 16. [0038] Aussi, chacune des dents statoriques 18 comporte un empilement 20 de plaques d’acier à grains orientés que l’on va décrire ci-après, lequel empilement 20 s’étend radialement entre une première extrémité d’ancrage 22, ancrée dans la culasse statorique 14 et une seconde extrémité opposée libre 24 s’étendant en regard du rotor 12. Autrement dit, chacune desdites plaques s’étend selon une direction normale à ladite surface circulaire de réception.
[0039] De plus, chacune des dents statoriques 18 comprend un enroulement 25 de fil électrique de manière à pouvoir induire un champ magnétique à travers l’empilement 20 et s’étendant selon une direction radiale R.
[0040] Le rotor 12 présente une surface externe cylindrique à base circulaire 26, laquelle est munie d’une pluralité d’aimants permanents 28 ajustés à distance les uns des autres et régulièrement espacés.
[0041 ] Et l’espace qui s’étend entre les aimants permanents 28 et les secondes extrémités libres 24 de l’empilement 20 des dents 18, constitue l’entrefer 30.
[0042] On se référera à présent aux [Fig. 2A], [Fig. 2B], [Fig. 3] et [Fig. 4] pour décrire en détail l’empilement 20 de plaques d’acier à grains orientés.
[0043] Ainsi, l’empilement 20 est réalisé à partir de plaques d’acier 32, découpées en T dans des bandes d’acier, dit « acier électrique » de moins de 2 mm généralement. Ces plaques d’acier 32 sont par exemple découpées par poinçonnage ou estampage pour être obtenues à un coût avantageux.
[0044] Ce type de produit métallurgique plat est spécialement conçu pour obtenir des propriétés magnétiques particulières et notamment, une grande perméabilité magnétique.
[0045] Pour ce faire, grâce à des transformations métallurgiques, il est connu de faire en sorte que les grains de l’acier, s’orientent dans une même direction, précisément pour obtenir ces propriétés particulières.
[0046] Ainsi, la plaque d’acier 32 découpée en T illustrée sur la [Fig. 2B], présente une tige 35, et à l’opposé l’un de l’autre, un pied 34 et une tête 36. Et elle est découpée de façon à ce que les structures cristallines, ou grains, soient alignées parallèlement entre elles, selon une direction donnée D, du pied 34 vers la tête 36.
[0047] Aussi, la plaque d’acier 32, de part sa structure en T, présente deux becs opposés 38, 40, lesquels s’étendent latéralement et se terminent respectivement par deux pointes 39, 41 . En conséquence, les grains étant orientés selon la direction D, y compris au niveau des becs 38, 40, et ils s’y étendent ainsi selon une direction transversale par rapport aux becs à 38, 40.
[0048] Un objet de l’invention est de venir désorienter les structures cristallines des becs 38, 40 comme on va l’expliquer ci-après.
[0049] Des plaques d’acier 32 du type illustré sur la [Fig. 2B] sont ainsi empilées et solidarisées les unes contre les autres pour former l’empilement 20 illustré partiellement de profil sur la [Fig.2A], Les plaques d’acier 32 sont revêtues d’un vernis pour les isoler électriquement les unes des autres. Cette technique de feuilletage connue, permet de réduire les courants de Foucault à travers l’empilement 20.
[0050] Ainsi, les becs 38, 40 des plaques d’acier 32 empilées forment deux ailes libres opposées 42, 44.
[0051 ] On retrouve sur la [Fig. 3] l’empilement 20 ancré dans la culasse 14. De surcroît, on retrouve l’enroulement 25 de fil électrique autour de l’empilement 20 entre la culasse 14 et les deux ailes libres opposées 42, 44.
[0052] Aussi, on observera que la culasse 14 est également faite de tôles empilées à grains orientés. Et les grains sont orientés selon une direction L perpendiculaire à la direction D selon laquelle les grains des plaques d’acier sont eux-mêmes orientés. [0053] Par ailleurs, lorsque le fil électrique de l’enroulement 25 est alimenté, alors il induit un champ magnétique au cœur de l’enroulement 20 orienté selon la direction D des grains orientés.
[0054] En revanche, en dehors de l’enroulement 25, tant au niveau de la première extrémité d’ancrage 22 que de la seconde extrémité opposée libre 24, le champ magnétique tend à diverger et les lignes de champ, dont deux 46, 48 ont été partiellement représentées à titre illustratif, s’incurvent vers l’extérieur et s’écartent l’une de l’autre. Autrement dit, le champ magnétique, notamment dans les deux ailes libres opposées 42, 44 vient à s’incliner par rapport à l’orientation des grains. En conséquence, la perméabilité magnétique diminue, et c’est l’objet de l’invention que d’y pallier.
[0055] Pour ce faire, et selon une première variante d’exécution telle qu’illustrée sur la [Fig. 3], les deux becs opposés 38, 40 de chacune des plaques 32 sont gravées au moyen d’un faisceau laser selon des premières lignes longitudinales de gravure 50, 52 orientées vers la pointe 39, 41 des becs 38, 40. Les premières lignes de gravure 50, 52 sont espacées les unes des autres et sont préférentiellement parallèles entre elles, pour pouvoir désorienter lesdits grains dans les becs 38, 40 de manière homogène.
[0056] Par exemple, les premières lignes de gravure 50, 52 sont respectivement inclinées d’un angle compris entre 60° et 80° par rapport à la direction D originelle des structures cristallines.
[0057] Ce traitement local au niveau des becs 38, 40 des plaques 32, permet non pas de réorienter les grains selon une autre même direction, mais de faire en sorte que leur orientation soit distribuée de manière aléatoire. En conséquence, et de manière statistique, moins de grains, ou de structures cristallines, ne sont orientées de manière inclinée par rapport aux lignes de champ magnétique 46, 48.
[0058] Partant, la perméabilité magnétique diminue moins comparativement à une situation où les grains demeurent orientés selon la même direction D originelle. On améliore ainsi les performances de la machine électrique tournante.
[0059] Cette opération de traitement au moyen d’un laser, peut être réalisée sur chacune des plaques d’acier 32, et chacun de leurs becs 38, 40, préalablement à leur empilement. [0060] Aussi, après l’assemblage des plaques d’acier 32, et celui de l’empilement 20 ainsi constitué sur la culasse 14, la première extrémité 22 de l’empilement 20 et la portion de culasse dans laquelle la première extrémité 22 est ancrée, sont également traitées de façon à désorienter les grains.
[0061 ] Pour ce faire, des secondes lignes de gravure 54, 56 sont pratiquées au moyen d’un faisceau laser à cheval sur la première extrémité 22 de l’empilement 20 et de la culasse 14. Ces secondes lignes de gravure 54, 56 sont respectivement inclinées sensiblement de 45° par rapport à la direction D d’orientation des grains des plaques 32 et à la direction L des grains des tôles empilées de la culasse.
[0062] De la sorte, on vient localement désorienter les grains au niveau de la jonction entre l’empilement 20 et la culasse 14, de manière aléatoire pour éviter d’abaisser la conductivité magnétique lorsque le champ magnétique s’incline par rapport à l’orientation des grains de la culasse 14 de la première extrémité 22 de l’empilement 20.
[0063] La mise en œuvre d’un faisceau laser est avantageuse car elle permet un traitement local à distance sans contact avec le matériau. De surcroît elle est aisément industrialisable sur les chaînes de production existantes.
[0064] Selon une autre variante de réalisation, on fournit de l’énergie thermique aux becs 38, 40 des plaques d’acier 32, par tous moyens, pour pouvoir désorienter les structures cristallines et améliorer ainsi la conductivité magnétique.
[0065] Selon encore une autre variante de réalisation, illustré sur la [Fig. 4], on exerce une action mécanique sur les becs 38’, 40’ des plaques d’acier 32’. Les références portées sur la [Fig. 4] sont identiques à celles apportées sur la [Fig. 3] et elles sont affectées d’un signe prime : « ‘ », permettant de distinguer cette variante de réalisation de la précédente.
[0066] On retrouve ainsi sur la [Fig. 4], partiellement l’empilement 20’, et ses deux ailes libres opposées 42’, 44’ formées par les becs 38’, 40’ des plaques d’acier 32’.
[0067] Selon cette troisième variante de réalisation, les deux becs opposés 38’, 40’ de chacune des plaques 32’ de l’empilement 20’ sont pliés et dépliés respectivement selon des lignes de pliage transversales 58, 60 aux becs 38’, 40’, espacées les unes des autres pour désorienter également lesdits grains. [0068] Pour chaque bec 38’, 40’ les lignes de pliage transversales 58, 60 respectivement sont parallèles entre elles. Aussi, les becs 38’, 40’ de chacune des plaques d’acier sont pliés de façon régulière de la base jusqu’à la pointe 39’, 41 ’.
[0069] Avantageusement, les lignes de pliage transversales 58, 60 s’étendent dans une direction inclinée par rapport à la direction D’ d’orientation des structures cristallines des plaques d’acier, d’un angle compris entre 20° et 45°. De la sorte, on obtient une redistribution aléatoire de l’orientation des structures cristallines dans les becs 38’, 40’.
[0070] De plus, selon une variante, on procède à la fois au traitement thermique des becs et à leur cintrage afin d’obtenir une meilleure distribution aléatoire de l’orientation des grains.
[0071 ] Selon un autre mode de réalisation de machine électrique tournante, dite « à flux axial », tel qu’illustré schématiquement sur la [Fig. 5], le stator 10” comprend une culasse statorique 14” présentant une première surface circulaire 16” s’étendant selon un plan P et une pluralité de dents statoriques 18” régulièrement dressées à distance les unes des autres sur la surface circulaire 16”.
[0072] Aussi, chacune des dents statoriques 18” comporte un empilement 20” de plaques d’acier à grains orientés, sensiblement trapézoïdal, et que l’on va décrire plus en détail ci-après, lequel empilement 20” s’étend radialement entre une première extrémité d’ancrage 22”, ancrée dans la culasse statorique 14” et une seconde extrémité opposée libre 24” s’étendant en regard du rotor 12”.
[0073] Chacune des dents statoriques 18” comprend un enroulement de fil électrique non représenté pour des raisons de clarté du dessin, de manière à pouvoir induire un champ magnétique à travers l’empilement 20” et s’étendant selon une direction axiale A.
[0074] Le rotor 12” présente une seconde surface circulaire 26”, laquelle est munie d’une pluralité d’aimants permanents 28” ajustés à distance les uns des autres et régulièrement espacés.
[0075] Et l’espace qui s’étend entre les aimants permanents 28” et les secondes extrémités libres 24” de l’empilement 20” des dents 18”, constitue l’entrefer 30”.
[0076] On retrouve sur la [Fig. 6] le stator 10” et sa culasse statorique 14” sur laquelle sont installées quatre dents statoriques 18” trapézoïdales au seul titre illustratif. [0077] Ces dents statoriques 18” trapézoïdales sont vues depuis leur seconde extrémité libre 24”, et on distingue leurs deux ailes libres opposées 42”, 44”, dont les becs 38”, 40” des plaques d’acier 32” qui les constituent sont traités pour désorienter leurs structures cristallines.
[0078] Aussi, on observera que les deux ailes libres opposées 42”, 44” divergent l’une de l’autre du centre, repéré par la direction axiale A, vers l’extérieur. Autrement dit, la largeur des plaques d’acier 32” formant l’empilement 20” diminue progressivement du centre vers l’extérieur, bien que les plaques 32” présentent la même forme générale. [0079] Ainsi, on retrouve sur la [Fig. 7] un seul empilement 20” de section trapézoïdale. Il est fait d’une succession de plaques d’acier à grains orientés 32” entre une première 62, étroite, et une dernière 64, large. En revanche, les becs opposés 38”, 40” des plaques intermédiaires entre la première 62 et la dernière 64, s’étendent latéralement d’une même amplitude et présente la même forme de manière à former les deux ailes libres opposées divergentes 42”, 44”.
[0080] Aussi, les becs opposés 38”, 40” de toutes les plaques ont subi un traitement thermique de manière à désorienter les structures cristallines, ou grains ; les structures cristallines du reste des plaques demeurant alignées de la première extrémité d’ancrage 22” à la seconde extrémité libre 24”.
[0081 ] Partant, tout comme dans le premier mode de mise en œuvre, on améliore la conductivité magnétique des deux ailes libres opposées divergentes 42”, 44” grâce à une réorientation aléatoire des structures cristallines, ou grains.
[0082] De la sorte, on améliore par la même, les performances de la machine électrique tournante.
[0083] L’invention concerne également un procédé de production d’un stator 10 de machine électrique tournante pour véhicule automobile.
[0084] Selon ledit procédé, on fournit une culasse statorique 14 présentant une surface circulaire de réception 16 et une pluralité de dents statoriques 18 régulièrement dressées à distance les unes des autres sur la surface circulaire 16.
[0085] Afin de réaliser ces dents statoriques 18, on fournit des plaques d’acier à grains orientés 32, et on découpe en T chacune des plaques 32 en formant deux becs opposés 38, 40. Puis, on traite chacune des plaques 32 de façon à désorienter les grains au niveau de leur deux becs opposés 38, 40. [0086] Le traitement peut être opéré selon les modes de traitement précités ci-dessus. Avantageusement, on désoriente les grains indépendamment les uns des autres dans des directions aléatoires. Autrement dit, les grains ne sont plus orientés selon une direction privilégiée et leur orientation est distribuée de manière aléatoire dans les bec 38, 40.
[0087] On forme ainsi un empilement des plaques d’acier présentant une première extrémité 22, opposée à une seconde extrémité 24 libre formant alors deux ailes opposées 42, 44 constituées par les becs des plaques de l’empilement.
[0088] Aussi, pour chacune des dents, on enroule un fil électrique 25 autour de l’empilement, chacune des plaques 32 s’étend alors selon une direction normale à la surface circulaire 16 de réception, tandis que les grains des plaques sont orientés sensiblement parallèlement à ladite direction normale, excepté au niveau de leur deux becs opposés 38, 40.

Claims

REVENDICATION
[Revendication 1] Stator (10) de machine électrique tournante pour véhicule automobile, comprenant une culasse statorique (14) présentant une surface circulaire de réception (16) et une pluralité de dents statoriques (18) régulièrement dressées à distance les unes des autres sur ladite surface circulaire (16), chacune des dents statoriques (18) comportant, d’une part un empilement (20) de plaques d’acier à grains orientés (32), présentant une première extrémité (22) liée à ladite culasse (14) et une seconde extrémité opposée libre (24), et d’autre part un enroulement de fil électrique
(25) autour dudit empilement, chacune desdites plaques (32) s’étendant selon une direction normale à ladite surface circulaire (16) de réception, tandis que les grains sont orientés sensiblement parallèlement à ladite direction normale ; caractérisé en ce que chacune desdites plaques (32) est découpée en T en formant deux becs opposés (38, 40), de manière à ce que ladite seconde extrémité libre (24) dudit empilement (20) de plaques présente deux ailles libres opposées (42, 44) formées par les becs des plaques dudit empilement ; et en ce que chacune desdites plaques (32) est traitée de façon à désorienter les grains au niveau de leur deux becs opposés (38, 40).
[Revendication 2] Stator selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits grains sont désorientés indépendamment les uns des autres dans des directions aléatoires.
[Revendication 3] Stator selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux becs opposés (38, 40) de chacune desdites plaques (32) sont traités thermiquement pour désorienter lesdits grains.
[Revendication 4] Stator selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux becs opposés (38’, 40’) de chacune desdites plaques sont pliés, ou pliés et dépliés selon des lignes transversales (58, 60) auxdits becs espacées les unes des autres pour désorienter lesdits grains.
[Revendication 5] Stator selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites lignes transversales (58, 60) sont sensiblement parallèles entre elles.
[Revendication 6] Stator selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les deux becs opposés (38, 40) de chacune desdites plaques (32) sont gravées par un faisceau laser selon des lignes longitudinales (50, 52) orientées vers la pointe (39, 41 ) desdits becs et espacées les unes des autres pour désorienter lesdits grains.
[Revendication 7] Stator selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites lignes longitudinales (50, 52) sont sensiblement parallèles entre elles.
[Revendication 8] Stator selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite culasse statorique (14) est réalisée en acier à grains orientés, et en ce que ladite première extrémité (22) dudit empilement et la portion de culasse située au voisinage de ladite première extrémité sont traitées de façon à désorienter les grains.
[Revendication 9] Stator selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite culasse statorique (14) présente une surface circulaire (16) de réception de forme générale cylindrique.
[Revendication 10] Stator selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite culasse statorique (14”) présente une surface circulaire de réception (16”) s’étendant selon un plan.
[Revendication 11] Procédé de production d’un stator (10) de machine électrique tournante pour véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’on fournit une culasse statorique (14) présentant une surface circulaire de réception (16) et une pluralité de dents statoriques (18) régulièrement dressées à distance les unes des autres sur ladite surface circulaire (16), chacune des dents statoriques (18) comportant, d’une part un empilement (20) de plaques d’acier à grains orientés (32), présentant une première extrémité (22) liée à ladite culasse (14) et une seconde extrémité opposée libre (24), et d’autre part un enroulement de fil électrique (25) autour dudit empilement, chacune desdites plaques (32) s’étendant selon une direction normale à ladite surface circulaire (16) de réception, tandis que les grains sont orientés sensiblement parallèlement à ladite direction normale ; et en ce qu’on découpe en T chacune desdites plaques (32) en formant deux becs opposés (38, 40), et on traite chacune desdites plaques (32) de façon à désorienter les grains au niveau de leur deux becs opposés (38, 40), de manière à ce que ladite seconde extrémité libre (24) dudit empilement (20) de plaques présente deux ailles libres opposées (42, 44) formées par les becs des plaques dudit empilement. [Revendication 12] Procédé de production selon la revendication 11 , caractérisé en ce qu’on désoriente lesdits grains indépendamment les uns des autres dans des directions aléatoires.
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