WO2024003495A1 - Stator de machine electrique rotative a flux axial - Google Patents

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WO2024003495A1
WO2024003495A1 PCT/FR2023/050970 FR2023050970W WO2024003495A1 WO 2024003495 A1 WO2024003495 A1 WO 2024003495A1 FR 2023050970 W FR2023050970 W FR 2023050970W WO 2024003495 A1 WO2024003495 A1 WO 2024003495A1
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wings
teeth
pairs
housings
windings
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/050970
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English (en)
Inventor
Jere Kolehmainen
Original Assignee
Ampere S.A.S.
Whylot
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/182—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to stators axially facing the rotor, i.e. with axial or conical air gap
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the present invention relates to a stator of a rotary electric machine with axial flux.
  • a envisaged field of application is in particular, but not exclusively, that of the motorization of motor vehicles, and in particular electric or hybrid vehicles.
  • Known axial flux rotary electrical machines usually comprise a stator and opposite it, a discoidal rotor equipped with permanent magnets.
  • Some other electrical machines include a rotor located between two stators.
  • the stators of these electrical machines comprise a support ring, or yoke, made of a magnetic material, which ring has a plurality of teeth, fifteen for example, extending along an axial component.
  • the support rings are made from a stack of uniform so-called “electric” sheets. These uniform sheets are obtained by simultaneous punching and rolling of the same strip of “electric” steel.
  • the teeth are regularly spaced from each other, defining free spaces between them.
  • the housings are generally rectangular parallelepiped in shape, while the teeth are generally prismatic in shape. The teeth thus extend in a point along a radial component, towards the center of the crown.
  • the teeth each include a winding of conductive wire forming a winding extending into the free housings.
  • the crown has at the top of each of the teeth, two wings opposite each other in relation to the tooth, to extend to the right of the windings. These two opposing wings are also made of a magnetic material so as to be able to better guide the field lines outside the windings of conductive wire.
  • a problem which arises and which the present invention aims to solve is to provide a stator which is not only easy and inexpensive to manufacture, but also which has better efficiency.
  • a stator of a rotary electric machine with axial flux comprising: a support ring made of a magnetic material, said support ring having N teeth each extending along a component axial to a vertex, N being an integer greater than 2, said N teeth being respectively separated from each other by N housings so that each of said teeth extends between two adjacent housings; N windings of conductive wires respectively wound around said N teeth, each of said N windings extending into said two adjacent housings; and, N pairs of wings made of magnetic material respectively secured to the tops of said N teeth, the two wings of each of said N pairs extending laterally opposite each other relative to each of said N teeth and respectively to the right of each of said N windings. Also, said N pairs of wings are embedded together at least partially in a single piece forming a cover and covering said N teeth, so as to confine said N housings to be able to refrigerate them better.
  • a characteristic of the invention lies in the implementation of a part adapted to form a cover, and including the N pairs of wings, to confine the housings so as to refrigerate them effectively. Indeed, the thermal energy released by the Joule effect in the wires of the windings can be effectively evacuated via a refrigerant, provided that the housings in which these windings extend are confined.
  • the air gap, or the spacing between the elements of the stator and those of the rotor, must be minimal to maintain good performance of the machine. Thanks to the object of the invention, the top of the teeth and their wings remain close to the rotor despite the implementation of the only part forming a cover, because they are an integral part of this cover, as will be explained in more detail. in the remainder of the description.
  • said N pairs of wings are advantageously embedded together at least partially in a polymer material.
  • said N housings are refrigerated by injecting a refrigerant fluid.
  • a refrigerant fluid for each housing unit, we provide a cold gas inlet and an outlet to evacuate the gas.
  • the thermal energy released by the windings is exchanged with the cold gas which can be evacuated, once heated, through the outlet.
  • said refrigerant fluid is guided inside said N housings inside a conduit.
  • a conduit is provided which extends inside each of the housings, around the wire windings. The conduit is then connected outside the housing to a refrigerant fluid circuit.
  • an inlet of a refrigerant liquid and a corresponding outlet are provided.
  • the two wings of each of said N pairs of wings together form a single element bearing against the top of each of said N teeth.
  • the magnetic field lines generated by the wire windings across the teeth extend seamlessly across the wings. This also contributes to the performance of the electrical machine.
  • the wings of said N pairs of wings are produced by sintering metal powder. Also, this is also the case when the two wings of each of said N pairs of wings together form a single element. Thus, the wings are produced at an advantageous cost and are easy to implement. in said single piece to form a cover as will be explained in more detail later in the description.
  • the wings of said N pairs of wings are made of a composite material with metallic reinforcing fibers.
  • the metal reinforcing fibers are embedded in a matrix of a polymer material. Consequently, the only part forming the cover includes in its thickness the wings formed by the metal fibers. Consequently, we obtain both the function of the wings as a guide to the field lines as close as possible to the rotor, and the function of confining the housings. Also, such characteristics make it possible to obtain perfectly watertight housing. This makes it easier to cool the conductive wires.
  • a method for producing a stator of a rotary electric machine with axial flux as described above.
  • the method comprises the following steps: a support crown made of a magnetic material is provided, said support crown having N teeth each extending along an axial component up to a vertex, N being an integer greater than 2, said N teeth being respectively separated from each other by N housings so that each of said teeth extends between two adjacent housings; N conductive wires are wound respectively around said N teeth so as to form N windings, each of said N windings extending into said two adjacent housings; N pairs of wings made of magnetic material are provided and said N pairs of wings are respectively joined to the tops of said N teeth, the two wings of each of said N pairs extending laterally opposite each other by relative to each of said N teeth and respectively to the right of each of said N windings. And, said N pairs of wings are at least partially embedded together in a single piece forming a cover and said N teeth are covered, so as to confine said N housings in order to be able to ref
  • the N pairs of wings are overmolded together in a single part with a polymer material to produce the single part forming the cover.
  • the wings are then connected together by portions of relatively thin polymer material walls.
  • the wings are held against the teeth between the vertices, while the wall portions of the cover apply against the vertices directly.
  • the two wings of each of said N pairs of wings are formed together into a single element and said single element is applied against the top of each of said N teeth.
  • the two wings in a single element are applied against the top of the teeth and the N single elements are overmolded directly on the crown to form the cover. In this way, the sealing of the housing is further improved, while ensuring perfect continuity of the field lines.
  • the wings of said N pairs of wings are produced by sintering metal powder. In this way, it is easy to choose and produce the appropriate material for guiding the field lines.
  • the wings of said N pairs of wings are made from a composite material with metallic reinforcing fibers.
  • the single piece forming the cover is relatively homogeneous and it has areas forming the wings, themselves made up of the same continuous element.
  • the part forming the cover is directly overmolded on the crown, as will be explained in more detail later in the description.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view from above of a stator element according to the invention according to one mode of implementation
  • FIG. 2 is a partial schematic view in straight section of an element of the object of [Fig. 1] in combination with a first other element and according to a first embodiment;
  • FIG. 3 is a partial schematic view in straight section of an element of the object of [Fig. 1] in combination with a second other element and according to a second embodiment
  • FIG. 4 is a partial schematic view in straight section of an element of the object of [Fig. 1] in combination with a third other element and according to a third embodiment in a first production step
  • FIG. 5 is a schematic view of the object of [Fig. 4] in a second production stage
  • FIG. 6A]-[Fig. 6C] are schematic views of implementation of the invention according to the third embodiment which is the subject of [Fig. 4] and [Fig. 5] ;
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of a stator element obtained according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a partial schematic view in radial section of the stator which is the subject of the invention.
  • FIG. 1 shows a support ring 10 having a center C and an axis of symmetry A.
  • the ring 10 is made up of a stack of a plurality of “electric” steel sheets.
  • the crown 10 has fifteen U-shaped grooves 12 of cylindrical symmetry with a square base and oriented along straight lines perpendicular to the axis of symmetry A which they intersect.
  • the U-shaped grooves 12 are regularly spaced from each other.
  • the fifteen U-shaped grooves 12 thus define fifteen teeth 14 of substantially prismatic shape, and extending along an axial component parallel to the axis of symmetry A.
  • the teeth 14 extend, for example, in the axial direction, over a thickness of between a third and a quarter of the total thickness of the crown 10.
  • the teeth 14 of prismatic shape are also oriented radially towards the center C of the crown 10. Also, the length of the teeth 14 in this radial direction is for example between a third and a quarter of the external radius of the crown 10.
  • each of the teeth 14 has, inside the crown 10, an interior face 16, substantially concave, opposite an exterior face 18, substantially convex and oriented towards the exterior of the crown 10.
  • Each of the teeth 14 also has two opposite side faces 20, 22, defined by the two adjacent grooves 12, and a free upper face 24. Each of the fifteen teeth 14 then receives the winding of a conductive wire around an axis Z, substantially parallel to the axis of symmetry A of the crown 10.
  • FIG. 2 a sectional view of a tooth 14, along a plane parallel to the axis of symmetry A of the crown 10, and in the vicinity of the interior face 16, also parallel to the average plane which it defines.
  • winding 26 also extends facing the interior face 16 and the opposite exterior face 18.
  • the winding 26 of conductive wire allows, by supplying the conductive wire with electric current, to generate through the tooth 14, a magnetic field parallel to the axis Z. It will be observed that the magnetic field lines tend to deviate from the Z axis, outside the winding 26.
  • an aim of the invention is to confine the housings formed by the grooves 12 so as to be able to effectively evacuate the thermal energy which accumulates there.
  • the two opposite lateral faces 20, 22 of each of the teeth 14 are notched behind the free upper face 24 so as to form two opposite recesses 32, 34.
  • Each of the teeth 14 is then associated with two first wings 36, 38, obtained by sintering metal powder, and each having a return 40, 42.
  • the two first wings 36, 38 are advantageously joined together in a single piece at the end of the teeth 14, by a portion, not shown, extending along the interior face 16, and on the opposite by a portion not shown. shown either, extending along the exterior face 18.
  • the fifteen pairs of wings are overmolded with a layer of a polymer material 44.
  • the polymer material forms portions 46 of thin film between the wings 36, 38 d the same pair of wings, and also fills the spaces 48 which extend between the wings 36, 38 of each of the two pairs of contiguous wings, and this in a watertight manner.
  • the fifteen pairs of wings 36, 38 are partially embedded in the layer of polymer material 44.
  • all of the fifteen pairs of overmolded wings 36, 38 form a waterproof cover 50 which can then cover the crown.
  • the returns 40, 42 of each of the pairs of wings 36, 48 then engage respectively in the opposite recesses 32, 34, while the thin film portions 46 are applied to the upper face 24 of each of the teeth 14.
  • the air gap between the elements of the rotor and the stator can be very thin, thanks to the thin portions of film 46. The electric machine will then maintain good performance.
  • grooves 12 forming housings are confined and can be easily refrigerated as will be explained below.
  • FIG. 3 showing a second mode of confinement of the housings formed by the grooves 12.
  • the winding 126 also extends facing the interior face and the opposite exterior face. Also, according to this second embodiment allowing both the guiding of the field lines beyond the tooth 114 and also, to confine the housings formed by the grooves 112, two second wings 136, 138, of the same pair of wings, are formed together from a single element 135 bearing against the top, or free upper face 124, of each of the teeth 114. Element 135 is also obtained by sintering metal powder.
  • the fifteen elements 135, regularly offset from each other by 30°, are overmolded with another layer of a polymer material 144.
  • the fifteen elements 115 defining the pairs of wings 136, 138 are embedded in the layer of the other layer of polymer material 144.
  • FIG. 4 showing a third mode of confinement of the housings formed by the grooves 12.
  • the winding 226 also extends facing the interior face and the opposite exterior face.
  • the waterproof cover 250 is formed in one piece in a composite material including portions of metal fiber sheet 252 and portions of glass fiber sheet 254, all embedded in a matrix of a polymer material. The process for producing the composite will be explained in the remainder of the description. Also, the portion of metal fiber sheet 252 impregnated with its matrix, defines two third wings 236, 238, of the same pair of wings, and they are therefore formed together. The portion of metal fiber sheet 252 comes into contact with the top, or free upper face 224, of each of the teeth 214.
  • FIG. 6A illustrates seen from below, a first stack 260 of trapezoidal portions of fiberglass sheet having a central light 262 which is also trapezoidal. It also illustrates a second stack 264 of trapezoidal portions of metal fiber sheet.
  • the two stacks 260, 264 are substantially of the same thickness. For example, they each include five crossed fiber layers.
  • the width L of the five layers of the second stack 264 increases, from the bottom view appearing in [Fig. 6A], up to the top view appearing in [Fig. 6C].
  • the five layers of the first stack 260 have a central light 262 which widens in the width direction between the bottom view appearing in [Fig. 6A] and the top view appearing in [Fig. 6C],
  • the second stack 264 has two opposite lateral edges 266, 268 in a bevel, while the first stack 260 has two opposite interior edges 270, 272 also in a bevel which are applied oppositely against and two opposite side edges 266, 268.
  • the respective superposition of the side and interior edges 266, 270; 268, 272 remains at constant thickness of the five layers of fiber.
  • the crown 10 is then adjusted in the mold, so that the free upper face 224 of each of the teeth comes precisely and respectively in contact with the narrowest ply of each of the second stacks 264.
  • a polymer material is then injected into the mold, preferably a viscous thermoplastic polymer material at a temperature above 100°C.
  • the polymer material permeates all tablecloth stacks.
  • FIG. 8 thus illustrates, in a diametrical section and in accordance with a particular embodiment, the cover 250, which confines the free spaces 212.
  • the crown 210 installed inside a circular U-shaped receptacle 280, which cooperates with the cover 250 in a sealed manner.
  • the circular U-shaped receptacle 280 has radial inlet orifices 282, 284 of refrigerant fluid, opening into the free spaces 212. And it also has axial outlet orifices 286, 288, allowing the hot fluid to be evacuated. And in this way, thanks to the waterproof cover 250, the refrigerant fluid can circulate without leaking around the windings 226 so as to cool them.
  • the cover 250 has the advantage of having magnetic portions made of metal fiber, which extend on the surface of the cover 250. And these magnetic portions can interact freely with the elements of the rotor. Under these conditions, the air gap is small, and the electric machine maintains all its performance.
  • the crown 210 described above has fifteen teeth. According to certain other embodiments, it presents less and according to others, it presents more.

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Abstract

Abrégé La présente invention concerne un stator de machine électrique rotative à flux axial et un procédé de réalisation. Le stator comprend : une couronne support (10) présentant N dents (14) (24), lesdites N dents étant séparées respectivement les unes des autres par N logements (12); N enroulements (26) de fils conducteurs respectivement enroulés autour desdites N dents (14); N paires (14), les deux ailes de chacune desdites N paires et respectivement au droit de chacun desdits N enroulements (26). L moins partiellement dans une seule pièce formant couvercle (50) et coiffant lesdites N dents (14), de manière à confiner lesdits N logements (12) pour pouvoir réfrigérer lesdits N logements.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Stator de machine électrique rotative à flux axial
La présente invention se rapporte à un stator de machine électrique rotative à flux axial.
Un domaine d'application envisagé est notamment, mais non exclusivement, celui de la motorisation des véhicules automobiles, et en particulier les véhicules électriques ou hybrides.
Des machines électriques rotatives à flux axial connues, comprennent usuellement un stator et en regard, un rotor discoïdal équipé d'aimants permanents.
Certaines autres machines électriques comprennent un rotor situé entre deux stators.
Les stators de ces machines électriques comportent une couronne support, ou culasse, réalisée dans un matériau magnétique, laquelle couronne présente une pluralité de dents, quinze par exemple, s'étendant selon une composante axiale. Les couronnes support sont réalisées à partir d'un empilage de tôles uniformes dites « électriques ». Ces tôles uniformes sont obtenues par poinçonnage et laminage simultané d’une même bande d’acier « électrique ».
Les dents sont régulièrement espacées les unes des autres en définissant des logements libres entre elles. Les logements sont de forme générale parallélépipédique rectangle, tandis que les dents sont de forme générale prismatique. Les dents s'étendent ainsi en pointe selon une composante radiale, vers le centre de la couronne.
Aussi, les dents comprennent chacune, un enroulement de fil conducteur formant un enroulement s'étendant dans les logements libres.
Au surplus, la couronne présente au sommet de chacune des dents, deux ailes opposées l'une de l'autre par rapport à la dent, pour venir s'étendre au droit des enroulements. Ces deux ailes opposées sont réalisées dans un matériau magnétique également de manière à pouvoir mieux guider les lignes de champ en dehors des enroulements de fil conducteur.
On pourra se référer au document FR 2 998 112 A1 , lequel décrit un tel stator. Ces stators permettent de réaliser des machines électriques performantes. Toutefois, leurs enroulements de fil conducteur génèrent beaucoup d'énergie thermique, ce qui grève les performances de la machine.
Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un stator qui soit non seulement aisé et peu coûteux à fabriquer, mais aussi, qui ait un meilleur rendement.
Dans le but de résoudre ce problème, et selon un premier objet, il est proposé un stator de machine électrique rotative à flux axial comprenant : une couronne support réalisée dans un matériau magnétique, ladite couronne support présentant N dents s’étendant chacune selon une composante axiale jusqu’à un sommet, N étant un entier supérieur à 2, lesdites N dents étant séparées respectivement les unes des autres par N logements de façon que chacune desdites dents s’étende entre deux logements adjacents ; N enroulements de fils conducteurs respectivement enroulés autour desdites N dents, chacun desdits N enroulements s’étendant dans lesdits deux logements adjacents ; et, N paires d’ailes en matériau magnétique respectivement solidaires des sommets desdites N dents, les deux ailes de chacune desdites N paires s’étendant latéralement à l’opposé l’une de l’autre par rapport à chacune desdites N dents et respectivement au droit de chacun desdits N enroulements. Aussi, lesdites N paires d’ailes sont noyées ensemble au moins partiellement dans une seule pièce formant couvercle et coiffant lesdites N dents, de manière à confiner lesdits N logements pour pouvoir mieux les réfrigérer.
Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en œuvre d'une pièce adaptée à former couvercle, et incluant les N paires d’ailes, pour confiner les logements de manière à les réfrigérer efficacement. En effet, l'énergie thermique dégagée par effet Joule dans les fils des enroulements peut être efficacement évacuée par l'intermédiaire d'un réfrigérant, pour autant que les logements dans lesquels ces enroulements viennent s'étendre sont confinés.
En évacuant cette énergie thermique, on améliore très nettement le rendement et les performances de la machine électrique.
En revanche, l'entrefer, soit l'espacement entre les éléments du stator et ceux du rotor, doit être minimal pour conserver une bonne performance de la machine. Grâce à l'objet de l'invention, le sommet des dents et leurs ailes demeurent rapprochées du rotor malgré la mise en œuvre de la seule pièce formant couvercle, car elles sont parties intégrantes de ce couvercle, comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description.
En outre, et comme on l'expliquera également ci-après, lesdites N paires d’ailes sont avantageusement noyées ensemble au moins partiellement dans un matériau polymère.
Selon un mode de mise en œuvre de l'invention particulièrement avantageux, lesdits N logements sont réfrigérés en injectant un fluide réfrigérant. Par exemple, on prévoit pour chacun des logements, une entrée de gaz froid et une sortie pour évacuer le gaz. Ainsi, l'énergie thermique dégagée par les enroulements est échangée avec le gaz froid qui peut être évacué, une fois réchauffée, par la sortie.
Préférentiellement, ledit fluide réfrigérant est guidé à l’intérieur desdits N logements à l’intérieur d’un conduit. Ainsi, on prévoit un conduit qui s'étend à l'intérieur de chacun des logements, autour des enroulements de fil. Le conduit est alors raccordé à l'extérieur des logements à un circuit de fluide réfrigérant.
Aussi, selon encore un autre mode de mise en œuvre, et dans la mesure où les logements sont suffisamment étanches, on prévoit une entrée d'un liquide réfrigérant et une sortie correspondante. De la sorte, on peut par exemple injecter à l'intérieur des logements, de l'huile pour évacuer l'énergie thermique produite par les fils conducteurs des enroulements.
Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, les deux ailes de chacune desdites N paires d’ailes forment ensemble un seul élément venant en applique contre le sommet de chacune desdites N dents. De la sorte, les lignes de champ magnétique générées par les enroulements de fil à travers les dents s'étendent sans discontinuité à travers les ailes. Cela contribue également à la performance de la machine électrique.
Selon une variante de réalisation de l'invention particulièrement avantageuse, mais non limitative, les ailes desdites N paires d’ailes sont réalisées par frittage de poudre métallique. Aussi, c'est également le cas lorsque les deux ailes de chacune desdites N paires d’ailes forment ensemble un seul élément. Ainsi, les ailes sont réalisées à un coût avantageux et sont aisées à mettre en œuvre dans ladite seule pièce pour former couvercle comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description.
Selon une autre variante de réalisation de l'invention, les ailes desdites N paires d’ailes sont réalisées dans un matériau composite à fibres de renfort métalliques. De la sorte, les fibres de renfort métallique sont noyées dans une matrice d'un matériau polymère. Par conséquent, la seule pièce formant couvercle inclut dans son épaisseur les ailes formées par les fibres métalliques. Par conséquent, on obtient à la fois la fonction des ailes en tant que guide des lignes de champ au plus près du rotor, et la fonction de confinement des logements. Aussi, de telles caractéristiques permettent d'obtenir des logements parfaitement étanches. Cela facilite le refroidissement des fils conducteurs.
Selon un autre objet, il est proposé un procédé de réalisation d’un stator de machine électrique rotative à flux axial tel que décrit ci-dessus. Le procédé comprend les étapes suivantes : on fournit une couronne support réalisée dans un matériau magnétique, ladite couronne support présentant N dents s’étendant chacune selon une composante axiale jusqu’à un sommet, N étant un entier supérieur à 2, lesdites N dents étant séparées respectivement les unes des autres par N logements de façon que chacune desdites dents s’étende entre deux logements adjacents ; on enroule N fils conducteurs respectivement autour desdites N dents de façon à former N enroulements, chacun desdits N enroulements s’étendant dans lesdits deux logements adjacents ; on fournit N paires d’ailes en matériau magnétique et on solidarise respectivement lesdites N paires d’ailes aux sommets desdites N dents, les deux ailes de chacune desdites N paires s’étendant latéralement à l’opposé l’une de l’autre par rapport à chacune desdites N dents et respectivement au droit de chacun desdits N enroulements. Et, on noie au moins partiellement lesdites N paires d’ailes ensemble dans une seule pièce formant couvercle et on coiffe lesdites N dents, de manière à confiner lesdits N logements pour pouvoir réfrigérer lesdits N logements.
Selon un premier mode de mise en œuvre, on surmoule les N paires d’ailes ensemble dans une seule pièce avec un matériau polymère pour réaliser la seule pièce formant le couvercle. Les ailes sont alors reliées entre elles par des portions de parois en matériau polymère relativement fines. Selon ce mode de mise en œuvre, les ailes sont maintenues contre les dents entre les sommets, tandis que les portions de parois du couvercle s'appliquent contre les sommets directement.
Selon un deuxième mode de mise en œuvre, on forme ensemble en un seul élément les deux ailes de chacune desdites N paires d’ailes et on vient porter en applique ledit seul élément contre le sommet de chacune desdites N dents. Ainsi, les deux ailes en un seul élément sont appliquées contre le sommet des dents et on vient surmouler les N seuls éléments directement sur la couronne pour former le couvercle. De la sorte, on améliore plus encore étanchéité des logements, tout en permettant d'assurer une parfaite continuité des lignes de champ.
Préférentiellement, on réalise les ailes desdites N paires d’ailes par frittage de poudre métallique. De la sorte, il est aisé de choisir et de réaliser le matériau adéquat pour le guidage des lignes de champ.
Selon un troisième mode de mise en œuvre, on réalise les ailes desdites N paires d’ailes dans un matériau composite à fibres de renfort métalliques. De la sorte, la seule pièce formant couvercle est relativement homogène et elle présente des zones formant les ailes, elles-mêmes constituées d'un même élément continu. Là également, la pièce formant couvercle est directement surmoulée sur la couronne, comme on l'expliquera plus en détail dans la suite la description.
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 en perspective de dessus d’un élément du stator conforme à l’invention selon un mode de mise en œuvre ;
[Fig. 2] est une vue schématique partielle en coupe droite d’un élément de l’objet de la [Fig. 1] en combinaison avec un premier autre élément et selon un premier mode de réalisation ;
[Fig. 3] est une vue schématique partielle en coupe droite d’un élément de l’objet de la [Fig. 1] en combinaison avec un deuxième autre élément et selon un deuxième mode de réalisation ; [Fig. 4] est une vue schématique partielle en coupe droite d’un élément de l’objet de la [Fig. 1] en combinaison avec un troisième autre élément et selon un troisième mode de réalisation dans une première étape de réalisation ;
[Fig. 5] est une vue schématique de l’objet de la [Fig. 4] dans une seconde étape de réalisation ;
[Fig. 6A]-[Fig. 6C] sont des vues schématiques de mise en œuvre de l’invention selon le troisième mode de réalisation objet des [Fig. 4] et [Fig. 5] ;
[Fig. 7] est une vue schématique en perspective d’un élément du stator obtenu selon le troisième mode de réalisation ; et,
[Fig. 8] est une vue schématique partielle en coupe radiale du stator objet de l’invention.
La [Fig. 1] montre une couronne support 10 présentant un centre C et un axe de symétrie A. La couronne 10 est constituée d’un empilage d’une pluralité de tôles d’acier « électrique ».
Aussi, dans l’exemple nullement limitatif présenté ici, la couronne 10 présente quinze rainures en U 12 de symétrie cylindrique à base carrée et orientées selon des droites perpendiculaires à l’axe de symétrie A qu’elles coupent. De surcroît, les rainures en U 12 sont régulièrement espacées les unes des autres, Les quinze rainures en U 12 définissent ainsi quinze dents 14 de forme sensiblement prismatique, et s’étendant selon une composante axiale parallèle à l’axe de symétrie A. Aussi, les dents 14 s’étendent, par exemple, selon la direction axiale, sur une épaisseur comprise entre le tiers et le quart de l’épaisseur totale de la couronne 10.
Les dents 14 de forme prismatique sont également orientées radialement en direction du centre C de la couronne 10. Aussi, la longueur des dents 14 selon cette direction radiale est par exemple comprise entre le tiers et le quart du rayon extérieur de la couronne 10.
On observera que chacune des dents 14 présente, à l’intérieur de la couronne 10, une face intérieure 16, sensiblement concave, opposée à une face extérieure 18, sensiblement convexe et orientée vers l’extérieur de la couronne 10.
Chacune des dents 14 présente également deux faces latérales opposées 20, 22, défini par les deux rainures adjacentes 12, et une face supérieure libre 24. Chacune des quinze dents 14 reçoit alors l’enroulement d’un fil conducteur autour d’un axe Z, sensiblement parallèle à l’axe de symétrie A de la couronne 10.
On retrouve ainsi sur la [Fig. 2] une vue en coupe d’une dent 14, suivant un plan parallèle à l’axe de symétrie A de la couronne 10, et au voisinage de la face intérieure 16, parallèle également au plan moyen qu’elle définit.
On retrouve alors sur la [Fig. 2] les deux faces latérales opposées 20, 22 et un enroulements 26, divisé en deux premiers demi-enroulements 28, 30 qui s’étendent le long des deux faces latérales opposées 20, 22 et ainsi dans les deux rainures adjacentes 12, lesquelles forment alors deux logements adjacents.
Bien évidemment, l’enroulement 26 s’étend également en regard de la face intérieure 16 et de la face extérieure 18 opposée.
L’enroulement 26 de fil conducteur permet, en alimentant le fil conducteur en courant électrique, de générer à travers la dent 14, un champ magnétique parallèle à l’axe Z. On observera que les lignes de champ magnétique tendent à s’écarter de l’axe Z, en dehors de l’enroulement 26.
Aussi, il est opportun que ces lignes de champ soient guidées à l’intérieur d’un matériau métallique en dehors de l’enroulement 26 et au-delà de la dent 14.
De plus, le courant électrique tend à générer, par effet Joule, de l’énergie thermique à l’intérieur des logements.
Aussi, un but de l’invention, est de confiner les logements formés par les rainures 12 de manière à pouvoir évacuer de manière efficace, l’énergie thermique qui s’y accumule.
Aussi, il est également présenté sur la [Fig. 2], un premier mode de réalisation permettant, à la fois le guidage des lignes de champ au-delà de la dent 14 et aussi, de confiner les logements formés par les rainures 12.
Selon ce premier mode de réalisation, les deux faces latérales opposées 20, 22 de chacune des dents 14 sont entaillées en arrière de la face supérieure libre 24 de manière à former deux décrochements opposés 32, 34.
Chacune des dents 14, est alors associée à deux premières ailes 36, 38, obtenues par frittage de poudre métallique, et présentant chacune un retour 40, 42. Les deux premières ailes 36, 38 sont avantageusement réunies ensemble en une seule pièce à l’extrémité des dents 14, par une portion, non représentée, s’étendant le long de la face intérieure 16, et à l’opposé par une portion non représentée non plus, s’étendant le long de la face extérieure 18.
Aussi, les quinze paires d’ailes, décalées régulièrement les unes des autres de 30° sont surmoulées d’une couche d’un matériau polymère 44. Le matériau polymère, forme des portions 46 de film peu épaisses entre les ailes 36, 38 d’une même paire d’ailes, et vient également garnir les espaces 48 qui s’étendent entre les ailes 36, 38 de chacune des deux paires d’ailes contiguës, et ce de manière étanche. Autrement dit, les quinze paires d’ailes 36, 38 sont partiellement noyées dans la couche de matériau polymère 44.
Ainsi, l’ensemble des quinze paires d’ailes 36, 38 surmoulées, forment un couvercle étanche 50 qui peut alors venir coiffer la couronne. Les retours 40, 42 de chacune des paires d’ailes 36, 48 viennent alors s’engager respectivement dans les décrochements opposés 32, 34, tandis que les portions 46 de film peu épaisses viennent s’appliquer sur la face supérieure 24 de chacune des dents 14.
Grâce à ce mode de mise en œuvre, l’entrefer entre les éléments du rotor et du stator peut être très mince, grâce aux portions de film 46 peu épaisses. La machine électrique conservera alors une bonne performance.
Ainsi, les rainures 12 formant logements, sont confinées et peuvent être aisément réfrigérées comme on l’expliquera ci-après.
On se référera à présent à la [Fig. 3] montrant un deuxième mode de confinement des logements formés par les rainures 12.
Aussi, les éléments analogues présenteront la même référence que ceux de l’objet de la [Fig. 2] précédé d’un : « 1 ».
On retrouve alors sur la [Fig. 3] les deux faces latérales opposées 120, 122 et l’enroulement 126, divisé en deux deuxièmes demi-enroulements 128, 130 qui s’étendent le long des deux faces latérales opposées 120, 122 et ainsi dans les deux rainures adjacentes 112, lesquelles forment alors deux logements adjacents.
L’enroulement 126 s’étend également en regard de la face intérieure et de la face extérieure opposée. Aussi, selon ce deuxième mode de réalisation permettant, à la fois le guidage des lignes de champ au-delà de la dent 114 et aussi, de confiner les logements formés par les rainures 112, deux deuxièmes ailes 136, 138, d’une même paire d’ailes, sont formées ensemble d’un seul élément 135 venant en applique contre le sommet, ou face supérieure libre 124, de chacune des dents 114. L’élément 135 est également obtenu par frittage de poudre métallique.
Aussi, les quinze éléments 135, décalés régulièrement les uns des autres de 30° sont surmoulés d’une autre couche d’un matériau polymère 144. Ainsi, les quinze éléments 115 définissant les paires d’ailes 136, 138 sont noyés dans la couche de l’autre couche de matériau polymère 144.
On observera que, l’élément 115 en matériau magnétique, vient directement en contact avec la face supérieure libre 124,
Ainsi, l’ensemble des quinze éléments 135, forme un couvercle étanche 150 qui peut alors venir coiffer la couronne
On se référera maintenant à la [Fig. 4] montrant un troisième mode de confinement des logements formés par les rainures 12.
Aussi, les éléments analogues à ceux de l’objet de la [Fig. 2] présenteront la même référence précédé d’un : « 2 ».
On retrouve alors sur la [Fig. 4] les deux faces latérales opposées 220, 222 et l’enroulement 226, divisé en deux troisièmes demi-enroulements 228, 230 qui s’étendent le long des deux faces latérales opposées 220, 222 et ainsi dans les deux rainures adjacentes 212, lesquelles forment alors deux logements adjacents.
L’enroulement 226 s’étend également en regard de la face intérieure et de la face extérieure opposée.
Selon ce troisième mode de réalisation permettant le guidage des lignes de champ au-delà de la dent 214 et aussi, de confiner les logements formés par les rainures 212, le couvercle étanche 250 est formé d’une seule pièce dans un matériau composite incluant des portions de nappe de fibre métallique 252 et des portions de nappe de fibre de verre 254, le tout noyé dans une matrice d’un matériau polymère. On expliquera dans la suite de la description le procédé de réalisation du composite. Aussi, la portion de nappe de fibre métallique 252 imprégnée de sa matrice, définit deux troisièmes ailes 236, 238, d’une même paire d’ailes, et elles sont donc formées ensemble. La portion de nappe de fibre métallique 252 vient en applique contre le sommet, ou face supérieure libre 224, de chacune des dents 214.
Les quinze portions de nappe de fibre métallique 252 décalées régulièrement les unes des autres de 30° entre les quinze portions de nappe de fibre de verre 254, sont imprégnées de la matrice polymère et sont surmoulées ensemble directement sur la couronne 210, comme illustré sur la [Fig. 5], en formant le couvercle 250.
On décrira en référence aux [Fig. 6A] - [Fig. 6C], le procédé permettant d’obtenir le couvercle 250 illustré sur la [Fig. 5],
Ainsi, la [Fig. 6A] illustre vu de dessous, un premier empilement 260 de portions trapézoïdales de nappe de fibre de verre présentant une lumière central 262 trapézoïdale également. Elle illustre également, un second empilement 264 de portions trapézoïdales de nappe de fibre métallique.
Les deux empilements 260, 264 sont sensiblement de même épaisseur. Par exemple, ils comprennent chacun cinq nappes de fibre croisées.
Aussi, la largeur L des cinq nappes du second empilement 264 croit, de la vue de dessous apparaissant sur la [Fig. 6A], jusqu’à la vue de dessus apparaissant sur la [Fig. 6C].
Inversement, les cinq nappes du premier empilement 260 présentent une lumière centrale 262 qui s’élargit dans le sens de la largeur entre la vue de dessous apparaissant sur la [Fig. 6A] et la vue de dessus apparaissant sur la [Fig. 6C],
Ainsi, comme illustré sur la [Fig. 6B], vu sur la tranche, le second empilement 264 présente deux bords latéraux opposés 266, 268 en biseau, tandis que le premier empilement 260 présente deux bords intérieurs opposés 270, 272 en biseau également qui viennent s’appliquer à l’opposé contre et deux bords latéraux opposés 266, 268. De la sorte, la superposition respective des bords latéraux et intérieurs 266, 270 ; 268, 272 demeure à épaisseur constante des cinq nappes de fibre. Ainsi, quinze premiers et seconds empilement sont ajustés bord à bord en couronne dans un moule, de manière à ce que la nappe la plus large du second empilement 264 vienne en applique contre le fond du moule.
La couronne 10 est alors ajustée dans le moule, de manière à ce que la face supérieure libre 224 de chacune des dents vienne précisément et respectivement en applique contre la nappe la plus étroite de chacun des seconds empilements 264.
Et on injecte alors dans le moule un matériau polymère, préférentiellement un matériau polymère thermoplastique visqueux à une température supérieure à 100 °C. Le matériau polymère imprègne tous les empilements de nappe.
On obtient ainsi, après refroidissement du polymère, le couvercle 250 fait d’une seule pièce que l’on retrouve sur la [Fig. 7] en perspective, dépourvu de la couronne pour des raisons explicatives.
On observera que les deux bords latéraux opposés 266, 268 en biseau du second empilement 264, représentés sur la [Fig. 6B] forment alors les deux ailes opposées 236, 238 telles que représentées sur la [Fig. 5].
La [Fig. 8] illustre ainsi, selon une coupe diamétrale et conformément à un mode de réalisation particulier, le couvercle 250, lequel vient confiner les espaces libres 212. On retrouve la couronne 210 installée à l’intérieur d’un réceptacle circulaire en U 280, lequel coopère avec le couvercle 250 de manière étanche.
On retrouve les enroulements 226 autour des dents 214. On retrouve également les portions de nappe de fibre métallique 252 imprégnées de polymère, respectivement en applique contre les faces supérieures libres 224, des dents 214.
Les éléments du rotor de la machine électrique vont ainsi pouvoir venir s’étendre en regard de ces portions de nappe de fibre métallique 252 imprégnées.
Aussi, le réceptacle circulaire en U 280 présente des orifices d’entrées radiales 282, 284 de fluide réfrigérant, débouchant dans les espaces libres 212. Et il présente également des orifices de sortie axiales 286, 288, permettant d’évacuer le fluide chaud. Et de la sorte, grâce au couvercle étanche 250, le fluide réfrigérant peut circuler sans fuite autour des enroulements 226 de manière à les refroidir.
De la sorte, l’efficacité de la machine électrique n’est pas affectée.
Le couvercle 250 présente l’avantage d’avoir des portions magnétiques constituées de fibre métallique, qui s’étendent à la surface du couvercle 250. Et ces portions magnétiques peuvent interagir librement avec les éléments du rotor. Dans ces conditions, l’entrefer est ténu, et la machine électrique conserve toutes ses performances.
La couronne 210 décrite ci-dessus présente quinze dents. Selon certains autres modes de réalisation, elle en présente moins et selon d’autres, elle en présente plus.
Bien évidemment, le nombre de paires d’ailes est adapté en conséquence.

Claims

REVENDICATION
1) Stator de machine électrique rotative à flux axial comprenant :
- une couronne support (10) réalisée dans un matériau magnétique, ladite couronne support présentant N dents (14) s’étendant chacune selon une composante axiale jusqu’à un sommet (24), N étant un entier supérieur à 2, lesdites N dents étant séparées respectivement les unes des autres par N logements (12) de façon que chacune desdites dents s’étende entre deux logements adjacents ;
- N enroulements (26) de fils conducteurs respectivement enroulés autour desdites N dents (14), chacun desdits N enroulements s’étendant dans lesdits deux logements adjacents (12) ;
- N paires d’ailes (36, 38) en matériau magnétique respectivement solidaires des sommets (24) desdites N dents (14), les deux ailes de chacune desdites N paires s’étendant latéralement à l’opposé l’une de l’autre par rapport à chacune desdites N dents et respectivement au droit de chacun desdits N enroulements (26) ; caractérisé en ce que lesdites N paires d’ailes (36, 38) sont noyées ensemble au moins partiellement dans une seule pièce formant couvercle (50) et coiffant lesdites N dents (14), de manière à confiner lesdits N logements (12) pour pouvoir réfrigérer lesdits N logements.
2) Stator de machine électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits N logements (12) sont réfrigérés en injectant un fluide réfrigérant.
3) Stator de machine électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit fluide réfrigérant est guidé à l’intérieur desdits N logements (12) à l’intérieur d’un conduit.
4) Stator de machine électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux ailes (136, 138) de chacune desdites N paires d’ailes forment ensemble un seul élément (135) venant en applique contre le sommet (124) de chacune desdites N dents.
5) Stator de machine électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ailes (136, 138) desdites N paires d’ailes sont réalisées par frittage de poudre métallique. 6) Stator de machine électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ailes (236, 238) desdites N paires d’ailes sont réalisées dans un matériau composite à fibres de renfort métalliques.
7) Procédé de réalisation d’un stator de machine électrique rotative à flux axial, selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes suivantes :
- on fournit une couronne support (10) réalisée dans un matériau magnétique, ladite couronne support présentant N dents (14) s’étendant chacune selon une composante axiale jusqu’à un sommet (24), N étant un entier supérieur à 2, lesdites N dents étant séparées respectivement les unes des autres par N logements (12) de façon que chacune desdites dents s’étende entre deux logements adjacents ;
- on enroule N fils conducteurs respectivement autour desdites N dents (14) de façon à former N enroulements (26), chacun desdits N enroulements s’étendant dans lesdits deux logements adjacents (12) ;
- on fournit N paires d’ailes (36, 38) en matériau magnétique et on solidarise respectivement lesdites N paires d’ailes aux sommets (24) desdites N dents (14), les deux ailes de chacune desdites N paires s’étendant latéralement à l’opposé l’une de l’autre par rapport à chacune desdites N dents et respectivement au droit de chacun desdits N enroulements (26) ; caractérisé en ce qu’on noie au moins partiellement lesdites N paires d’ailes (36, 38) ensemble dans une seule pièce formant couvercle (50) et on coiffe lesdites N dents (14), de manière à confiner lesdits N logements (12) pour pouvoir réfrigérer lesdits N logements.
8) Procédé de réalisation d’un stator selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’on forme ensemble en un seul élément les deux ailes (136, 138) de chacune desdites N paires d’ailes et on vient porter en applique ledit seul élément contre le sommet (124) de chacune desdites N dents (14).
9) Procédé de réalisation d’un stator selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu’on réalise les ailes (136, 138) desdites N paires d’ailes par frittage de poudre métallique. 10) Procédé de réalisation d’un stator selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu’on réalise les ailes (236, 238) desdites N paires d’ailes dans un matériau composite à fibres de renfort métalliques.
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