EP2095487A2 - Stator d'une machine electrique tournante polyphasee, machine electrique tournante polyphasee comportant un tel stator et procede de realisation d'un tel stator - Google Patents

Stator d'une machine electrique tournante polyphasee, machine electrique tournante polyphasee comportant un tel stator et procede de realisation d'un tel stator

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Publication number
EP2095487A2
EP2095487A2 EP07872006A EP07872006A EP2095487A2 EP 2095487 A2 EP2095487 A2 EP 2095487A2 EP 07872006 A EP07872006 A EP 07872006A EP 07872006 A EP07872006 A EP 07872006A EP 2095487 A2 EP2095487 A2 EP 2095487A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
teeth
parts
winding
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07872006A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Richard Tellier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Publication of EP2095487A2 publication Critical patent/EP2095487A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/022—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with salient poles or claw-shaped poles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine

Definitions

  • Stator of a polyphase rotating electrical machine comprising such a stator and method for producing such a stator.
  • the invention relates to a stator of a polyphase rotating electrical machine, a polyphase rotating electrical machine comprising such a stator and a method for producing such a stator.
  • the invention has applications in the field of the automotive industry and, in particular, in the field of alternators and alternator-starters for motor vehicles.
  • the rotating electrical machines are used, according to their design, either as an electric power generator, or as an electric motor, or as a reversible machine that can function both as a generator and as an engine.
  • An electric current generator for example a polyphase alternator, makes it possible to transform a rotational movement of the inductor rotor, driven for example by a heat engine, into an electric current induced in the stator winding.
  • an electric current applied to the winding of the stator of the electric machine makes it possible to drive in rotation, via the rotor shaft, a member mounted to rotate with the rotor shaft.
  • the electric machine thus transforms electrical energy into mechanical energy.
  • a typical example for a rotating electrical machine transforming a rotational movement into an electric current is the alternator that is used in motor vehicles to provide the electricity necessary for the operation of various organs installed on board the motor vehicle.
  • a typical example for a rotating electrical machine transforming electrical energy into mechanical energy is the starter.
  • the rotating electrical machine may be a reversible machine intended to serve, in the automotive field, as an alternator-starter, that is to say as a machine which, when operating in current generator mode, fills the function of the alternator while, when operating in electric motor mode, performs the function of a starter.
  • an alternator or an alternator-starter operating in current generator mode the stator is an induced element and the rotor an inductive element.
  • the stator is an inductive element and the rotor an induced element.
  • the rotating electrical machines such as alternators and alternator-starters comprise a housing in at least two parts, called front bearing and rear bearing, carrying a stator surrounding a rotor secured to a rotor shaft, which carries at one of its ends.
  • axial means a motion transmission member, such as a pulley or a gear, belonging to a motion transmission device intervening between the engine and the alternator or the alternator-starter.
  • the rotor comprises at least one induction coil connected to a voltage regulator.
  • the stator comprises a body carrying a winding composed of several phases, each comprising at least one winding, the outputs of which are electrically connected to a winding device. rectification for rectifying the alternating current produced in the phases of the stator, when the stator is an armature, in a direct current to recharge the battery and / or to supply the consumers of the onboard network of the motor vehicle.
  • the rectifying device comprises for example a diode bridge.
  • the inductor winding of the rotor can be fixed and be connected to the voltage regulator or, alternatively, be implanted in the rotor.
  • the rotor shaft carries at its other axial end slip rings connected by wire bonds to the ends of the inductor winding. Brushes rub on the slip rings, these brushes belonging to a brush holder connected to the voltage regulator.
  • the stator body is most often in the form of a bundle of plates to reduce eddy currents. These sheets comprise a plurality of notches which are aligned to form a plurality of axial grooves.
  • the notches are of the closed or semi-closed type and, in this case, each of these notches has an opening which opens out at the inner periphery of the stator body. These notches are delimited alternately by teeth, two consecutive notches being separated by a tooth.
  • stator windings of the stator winding are mounted in the slots, the number of which varies according to the applications and the number of phases.
  • the stator comprises 36 notches.
  • the windings are continuous-wire windings made, for example, undulated or nested in the notches around a plurality of teeth. With continuous wire windings, the filling rate of the notches by the windings is not as high as desired.
  • the windings are bar coils having pins connected to each other by welding.
  • each of the teeth is surrounded by a single coil.
  • the advantage of polyphase rotating electrical machines over single-phase rotating electrical machines is that it is possible to reduce the ripple rate of the induced current and thus obtain a more stable voltage by increasing the number of phases.
  • the object of the invention is therefore to overcome the disadvantages presented above.
  • the object of the invention is achieved with a stator of a polyphase rotating electrical machine, each phase comprising at least one winding, each winding comprising coils with several turns, the stator being provided with a body having an axial length and having internally a plurality of notches delimited by teeth each tooth is surrounded by a coil.
  • the stator body comprises two complementary annular parts each having a partial axial length, the teeth of the body being alternately integral with one or the other of the two parts of the stator body. Thanks to the design of the invention, it is possible to increase the filling rate of the notches while keeping a certain ease of realization of the windings.
  • each of the two has only half of the teeth and thus has notches or spaces twice larger.
  • These larger spaces between two consecutive teeth can be provided with coils wound in situ by conventional winding machines. Instead of having to load and unload the winding station an equal number of times to the number of teeth, for example twenty-eight times, it is only loaded and discharged twice.
  • the coils of the same electrical circuit located on the same half stator can be made in continuity, which saves having to reconnect later these coils.
  • the distribution or division of the stator body into two complementary concentric annular parts does not require forming two body parts of identical axial lengths, but includes the possibility, if for example design aspects of the rotating electrical machine were to make it advantageous, to form two body parts of different axial lengths.
  • the teeth of the rotor body being distributed over two body parts so that they are alternately secured to one or the other of the two parts of the body, each of the two parts of the body is provided with whole teeth .
  • the fixing of the windings on the teeth is independent of the axial length of each of the two parts of the rotor body. If the axial lengths of the two parts of the rotor body are equal to each other, then it is an advantageous but not necessary choice.
  • stator Since polyphase rotating electrical machines can also be used as a current generator in the coils of an electromagnetic retarder, it is advantageous for the stator to be shaped to be in thermal contact with a water jacket which surrounds it. .
  • stator of the invention may be shaped to be surrounded by at least one turn a water jacket conduit for water cooling of the stator.
  • each of the two parts of the rotor body is shaped to form a corresponding half of a water jacket for water cooling of the stator.
  • the object of the invention is also achieved with a method of producing a stator for a polyphase rotating electrical machine in which, after production, each phase comprises at least one winding and each winding comprises coils with several turns, the stator is then having a body having an axial length and internally having a plurality of notches delimited by teeth each of which is intended to be surrounded by a coil, the body comprising two complementary annular portions each having a partial axial length and being alternately secured both teeth.
  • a polyphase rotating electrical machine is characterized in that it comprises a stator according to the invention.
  • the method comprises the following steps: surrounding the teeth of the first part, then the teeth of the second part of the stator body of a coil and assembling the two parts of the stator body.
  • the design of the invention makes it possible to make the stator of a rotating electrical machine with its windings in two parts and to assemble them next, which gives more particularly for the realization of the windings a sufficient space around of each of the teeth intended for to carry a winding while at the same time being able to obtain at the end a very high filling rate of the notches of the stator.
  • the invention allows great flexibility in the implementation of notch insulators, if necessary.
  • FIG. 1 represents an alternator with internal ventilation provided with a stator according to the invention
  • Figure 2 is a perspective view of a stator according to the invention
  • FIG. 3 is a perspective view of one of the two parts of a stator according to the invention
  • FIG. 4 is a perspective view of the two parts of the body of a stator according to the invention, the parts being brought into axial alignment to be assembled
  • Figure 5 is a perspective view of a coil mounted on its associated tooth, the notches being of the open type.
  • FIG. 1 shows an alternator for a motor vehicle with internal ventilation equipped with two fans.
  • This alternator comprises, in the aforementioned manner, a body 1 for transmitting movements, in the form of a pulley, belonging to a device for transmitting motion, not shown in FIG. 1, intervening between the engine of the vehicle and the vehicle. alternator.
  • This member 1 is traversed, in part, by a rotation shaft 2, which it is integral in rotation and whose axis of axial symmetry XX constitutes the axis of rotation of the machine.
  • This rotating shaft 2 carries a rotor 4, for example a claw rotor, provided with at least one inductor winding also called excitation winding.
  • the rotor 4 is surrounded by a wound stator 5 which comprises one or more windings per phase to constitute the induced winding.
  • the rotor 4 is carried by a front bearing 8 and a rear bearing 6, both having at the axial ends a ball bearing carrying the rotation shaft 2.
  • the X-X axis is also the axis of the rotor 4 and the stator 5.
  • the bearings 6, 8 are of hollow form and interconnected by tie rods (not referenced) for forming a housing internally carrying the stator 5 according to the invention.
  • the rear bearing 6 carries a brush holder (not referenced) whose brushes are adapted to rub on slip rings (not referenced) connected by wire links to the inductor winding or excitation winding (not visible) that includes the rotor 4 with claws between its two pole wheels 27, 29 each having teeth 45 axially imbricated.
  • Magnetic poles are formed, at the rate of one pole per tooth 45 of the pole wheel, when the excitation coil of the rotor is electrically powered.
  • Drilling zones 26 are provided in the base
  • the alternator has two fans, a fan 9 at the front of the rotor and a fan 7 at the rear, both integral with the rotor.
  • Another example of an alternator could comprise a single fan, generally the rear fan 7, which is more powerful than the front fan 9 placed on the side of the drive pulley 1.
  • the stator comprises a body 50 integral with the openwork bearings 6, 8 for internal circulation of the air caused by the fans 7, 9.
  • This body 50 carries a winding, described hereinafter, whose ends 51, 52, called buns, extend on either side of the body 50 of the stator 5.
  • the alternator is cooled by circulation of a coolant, such as the cooling water of the engine of the vehicle.
  • the casing has a chamber for circulating the cooling water.
  • this chamber belongs to the hollow-shaped rear bearing closed at the front by a cover constituting the front bearing.
  • the chamber can affect both bearings.
  • a solution of the type described in document FR 2 793 083 may be adopted with gaskets.
  • the stator body can define a cylindrical face of the chamber.
  • the alternator is cooled by circulation of the cooling water of the engine and by circulation of the air.
  • the housing can be in three parts, the body 50 of the stator being carried by an intermediate portion of the housing located between the front and rear bearings. This intermediate portion is then provided with the water circulation chamber, this chamber can, in one embodiment also affected one of the bearings.
  • the alternator which alternatively is predictable and consists of an alternator-starter described for example in WO 01/69762 or in document FR A 2 745 444 to which we will refer.
  • the body 50 of the stator is made here in the form of a packet of sheets to reduce the eddy currents.
  • This body 50 and the stator 5 have an annular shape.
  • These sheets have a plurality of notches 60 ( Figure 2, 5). These notches 60 are aligned to form a plurality of axial grooves.
  • the notches 60 are in FIG. 2 of the semi-closed type, but may also be of the open type towards the inner periphery of the body 50 as can be seen in FIG. 5.
  • This inner periphery delimits a cylindrical bore with the presence of a small gap between the inner periphery of the body 50 of the stator 5 and the outer periphery of the rotor 4 of ferromagnetic material and annular.
  • the notches 60 have in both cases an opening at the inner periphery of the body 50, the opening being wider in FIG. 5 than that of FIG. 2. These notches 60 are thus open towards the inside and are delimited. alternately by teeth 61, that is to say, two consecutive teeth 61, 61 define a notch 60 and two consecutive notches 60, 60 are separated by a tooth 61.
  • the body 50 is therefore simple to manufacture.
  • the pole wheels each have eight teeth 45 and the body 50 of the stator has 28 teeth, the alternator having seven phases.
  • the number of teeth 61 of the stator per phase is equal to half the number of teeth of each pole wheel of the claw rotor.
  • the number of teeth per phase of the stator is equal to or double the number of teeth of a pole wheel.
  • the teeth 61 have parallel edges 63, 62 (FIG. 3, 5). These teeth have a large width, a strip of material, called cylinder head, existing between the bottoms 64 of the notches 60 and the outer periphery of the body 50.
  • FIG. 5 uses parallel edges 63, 62 for mounting preformed coils. Alternatively, it is possible to varnish winding directly on the teeth of the stator.
  • the alternator or the alternator-starter is of the polyphase type and therefore comprises a winding comprising a plurality of phases, each phase comprising at least one winding.
  • Each phase winding comprises (FIG. 5) a plurality of coils 70 made from a wire wound on several turns to form several turns.
  • These turns 73 have a width 74 and a height 75.
  • this output 72 is connected to another coil 70 so that the coils are connected in a cluster.
  • the wires are of constant section and consist for example of a copper wire coated with enamel.
  • Each coil surrounds a single tooth 60. This tooth can be split as shown in dashed lines in FIG.
  • the son may be of circular section, rectangular section or consist of a flat type wire.
  • each phase winding comprises coils 70 having turns of constant width.
  • These coils 70 are mounted around the teeth 61 with parallel edges 62, 63.
  • no notch insulation has been shown which could be interposed between the coils and the edges 62, 63 as well as the bottom 64 of the notch 60 to isolate the coils of the body 50 and avoid injuring the insulation thereof.
  • Such an insulator is described for example in the document FR 2 890 798 to which reference will be made.
  • notch 60 of the open type the coils may be mounted around a notch insulator threaded onto the concerned tooth and having a lower edge to retain the coil. This lower edge replaces the lower edge 161 of the semi-closed type tooth of FIG.
  • FIG. 2 shows a stator body 50 according to the invention comprising two complementary annular portions 501, 502 each having a partial axial length L1, L2.
  • the body 50 comprises, as indicated above, teeth 61 each of which is intended to carry a coil.
  • Each of the teeth 61 has an axial length L corresponding to the axial length of the body 50.
  • the sum of the two partial axial lengths L1, L2 of the two annular portions 501, 502 of the body 50 is therefore equal to the axial length L of the teeth 61 and of the body 50.
  • the coils of the same phase located on the same part 501, 502 can be wound on the teeth 61 in continuity or mounted easily on the teeth 61 given the space left free by the absence the other part 502, 501.
  • Figure 3 shows, in a schematic perspective view, the portion 501 of the body 50 of the stator 5 of the invention.
  • FIG. 3 shows more particularly that the first portion 501 of the stator body has a partial length L1 while each of the teeth 61 has the total axial length L and that the teeth 61 protrude from the portion 501 of the body 50, in the direction of the axial length of the part 501, all in the same direction.
  • the teeth 61 are in their final configuration, and this as well with regard to the dimensions of each of the teeth as the spacing between the teeth.
  • FIG. 4 shows the two parts 501, 502 of the body 50 of the stator 5 axially aligned relative to one another and angularly offset in a manner that the two parts 501, 502 can be assembled to form the body 50 of the stator 5.
  • the angular disposition of the two parts 501, 502 with respect to each other is determined so as to ensure, on the assembled body 50, a homogeneous distribution of teeth 61.
  • FIG. 4 shows more particularly that the two parts 501, 502 of the body 50 of the stator 5 of the invention are formed in such a way that, when the two parts are facing each other and axially aligned, the corresponding teeth 61 of each of the two parts extend respectively to the other part.
  • the two parts 501, 502 of the body 50 comprise alignment aids, also called polarizers, which are intended to ensure that the two parts are well oriented relative to one another. other at the time of assembly.
  • alignment aids also called polarizers
  • These polarizers are then formed on the two opposite edges of the two parts 501, 502 of the body 50 of the stator 5 and may have, for example, the form of axial notches formed in one of the two edges and corresponding tenons in the other edge.
  • the two parts 501, 502 of the body 50 of the stator 5 are assembled together in one embodiment by means of screws. Alternatively the two parts 501, 502 are joined together by welding at their axial ends in contact with each other.
  • parts 501, 502 can be assembled with each other using rivets. Alternatively the assembly is made by hooping. Rivets, tie rods, screws are advantageously located in the cylinder heads of parts 501, 502. In the figures the parts 501, 502 have the same axial length, but alternatively the lengths are different.
  • stator of the rotating electrical machine alternatively belongs to a current generator in the coils of an electromagnetic retarder as described for example in document WO 2006/010863.
  • This stator in general can be in contact with a water jacket that surrounds it.
  • the length of the teeth may be less than the axial length L of the body 50 of the stator.
  • the teeth may protrude axially from one of the parts of a length less than the axial length of the other part, so that the buns may have different length of coil heads. Thanks to this lower length of the teeth, it is possible to adjust the length of the buns 51, 52.
  • One of the buns may have an axial length greater than that of the other bun.
  • one of the buns protrudes more axially with respect to the corresponding axial end face of the body 50 than the other bun relative to the other face. axial end of the body 50 to reduce the operating noise of aeraulic origin.
  • At least one buns does not overflow This bun is then covered and is protected by the breech of the body 50.
  • the cooling of the stator is then performed in the aforementioned manner by a water jacket as described for example in the document FR A 2 793 083.
  • the fan or fans 9 are axial action.
  • teeth of one of the annular portions of the stator body may be of different lengths of the teeth of the other annular portion of the stator body.
  • the teeth can be reported on each part 501, 502, reducing to a cylinder head, for example by a dovetail assembly. After mounting the teeth you can coil the coils or mount the coils on the teeth.

Landscapes

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

Abstract

Le stator d'une machine électrique tournante polyphasée, chaque phase comportant au moins un enroulement, chaque enroulement comportant des bobines (70) à plusieurs spires (73), le stator (5) étant doté d'un corps (50) ayant une longueur axiale (L) et présentant intérieurement une pluralité d'encoches (60) délimitées par des dents (61) dont chaque dent (61) est entourée par une bobine (70), est caractérisé en ce que le corps (50) du stator (5) comprend deux parties annulaires (501, 502) complémentaires ayant chacune une longueur axiale partielle (L1, L2), les dents (61) du corps (50) étant alternativement solidaires de l'une (501) ou de l'autre (502) des deux parties (501, 502) du corps (50) du stator (5). La machine électrique tournante du type polyphasée est caractérisée en ce qu'elle comporte un stator selon l'invention. Le procédé comprend les étapes suivantes : entourer les dents (61) de la première (501), puis les dents (61) de la seconde partie (502) du corps (50) du stator (5) d'une bobine (70), et assembler les deux parties (501, 502) du corps (50) du stator (5).

Description

Stator d'une machine électrique tournante polyphasée, machine électrique tournante polyphasée comportant un tel stator et procédé de réalisation d'un tel stator.
Domaine de 1 ' invention
L'invention concerne un stator d'une machine électrique tournante polyphasée, une machine électrique tournante polyphasée comportant un tel stator ainsi qu'un procédé de réalisation d'un tel stator.
L'invention trouve des applications dans le domaine de l'industrie automobile et, en particulier, dans le domaine des alternateurs et alterno-démarreurs pour des véhicules automobiles.
Etat de la technique
Les machines électriques tournantes sont utilisées, selon leur conception, soit comme générateur de courant électrique, soit comme moteur électrique, soit comme machine réversible pouvant fonctionner aussi bien comme générateur que comme moteur.
Un générateur de courant électrique, par exemple un alternateur polyphasé, permet de transformer un mouvement de rotation du rotor inducteur, entraîné par exemple par un moteur thermique, en un courant électrique induit dans le bobinage du stator. Inversement, un courant électrique appliqué au bobinage du stator de la machine électrique permet d'entraîner en rotation, via l'arbre de rotor, un organe monté solidaire en rotation avec l'arbre du rotor. Dans ce mode de fonctionnement, la machine électrique transforme donc de l'énergie électrique en énergie mécanique. Un exemple typique pour une machine électrique tournante transformant un mouvement de rotation en un courant électrique est l'alternateur que l'on utilise dans les véhicules automobiles pour fournir l'électricité nécessaire pour le fonctionnement de différents organes installés à bord du véhicule automobile. Pour ce même domaine d'application, un exemple typique pour une machine électrique tournante transformant de l'énergie électrique en énergie mécanique est le démarreur.
Selon une conception alternative, la machine électrique tournante peut être une machine réversible destinée à servir, dans le domaine automobile, comme alterno-démarreur, c'est-à-dire comme machine qui, lorsqu'elle fonctionne en mode générateur de courant, remplit la fonction de l'alternateur alors que, lorsqu'elle fonctionne en mode moteur électrique, remplit la fonction d'un démarreur. Dans un alternateur ou dans un alterno-démarreur fonctionnant en mode générateur de courant, le stator est un élément induit et le rotor un élément inducteur. Inversement, dans un alterno-démarreur fonctionnant en mode moteur électrique, le stator est un élément inducteur et le rotor un élément induit.
Les machines électriques tournantes telles les alternateurs et alterno-démarreurs comportent un carter en au moins deux parties, appelés palier avant et palier arrière, portant un stator entourant un rotor solidaire d'un arbre de rotor, qui porte à l'une de ses extrémités axiales un organe de transmission de mouvement, telle qu'une poulie ou un engrenage, appartenant à un dispositif de transmission de mouvement intervenant entre le moteur thermique et l'alternateur ou l'alterno- démarreur.
Le rotor comporte au moins un bobinage inducteur relié à un régulateur de tension. Le stator comporte un corps portant un bobinage composé de plusieurs phases, comportant chacune au moins un enroulement, dont les sorties sont reliées électriquement à un dispositif de redressement pour redresser le courant alternatif produit dans les phases du stator, lorsque le stator est un induit, en un courant continu pour recharger la batterie et/ou pour alimenter les consommateurs du réseau de bord du véhicule automobile. Le dispositif de redressement comporte par exemple un pont de diodes .
Le bobinage inducteur du rotor peut être fixe et être relié au régulateur de tension ou, en variante, être implanté dans le rotor. Dans ce cas, l'arbre de rotor porte à son autre extrémité axiale des bagues collectrices reliées par des liaisons filaires aux extrémités du bobinage inducteur. Des balais frottent sur les bagues collectrices, ces balais appartenant à un porte-balai relié au régulateur de tension. Le corps du stator est réalisé le plus souvent sous la forme d'un paquet de tôles pour diminuer les courants de Foucault. Ces tôles comportent une pluralité d'encoches qui sont alignées pour former une pluralité de rainures axiales. Les encoches sont du type fermé ou semi- fermé et, dans ce cas, chacune des ces encoches présente une ouverture qui débouche à la périphérie interne du corps du stator. Ces encoches sont délimitées de manière alternée par des dents, deux encoches consécutives étant séparées par une dent.
Les enroulements du bobinage du stator sont montés dans les encoches dont le nombre varie selon les applications et le nombre de phases. Ainsi, par exemple, pour une machine électrique tournante triphasée ayant un rotor à griffes comportant deux roues polaires présentant chacune six dents, le stator comporte 36 encoches.
Dans une forme de réalisation, les enroulements sont des enroulements à fil continu réalisés par exemple de manière ondulée ou imbriquée dans les encoches autour de plusieurs dents. Avec des enroulements à fil continu, le taux de remplissage des encoches par les enroulements n'est pas aussi élevé que souhaité.
En variante, pour augmenter la puissance de la machine et pour augmenter le taux de remplissage des encoches, les enroulements sont des enroulements à barres comportant des épingles reliées les unes aux autres par soudure .
Selon encore une autre variante, chacune des dents est entourée d'une seule bobine. L'avantage des machines électriques tournantes polyphasées par rapport à des machines électriques tournantes monophasées est que l'on peut diminuer le taux d'ondulation du courant induit et obtenir ainsi une tension plus stable par augmentation du nombre de phases. En même temps, pour augmenter la puissance de la machine, il faut augmenter le nombre d'enroulements. Alors que l'augmentation du nombre de phases entraîne une augmentation du nombre de dents et donc une réduction de la largeur des encoches pour une circonférence donnée du rotor, l'augmentation du nombre d'enroulements ou du taux de remplissage des encoches entraîne que les enroulements doivent être disposés de plus en plus serrés les uns par rapport aux autres. Il en résulte le problème pratique de la réalisation d'enroulements dans un espace serré. Une solution proposée dans le document
US2005/0269895A1 consiste à enrouler les bobines sur des dents détachées du stator et à réinsérer les dents « équipée » ensuite dans le stator. Cette solution imposerait, dans l'exemple d'un stator à 28 dents présenté plus loin, de gérer et de manipuler un grand nombre de pièces, à savoir 28 dents, les 28 bobinages correspondants et éventuellement 28 isolants d'encoche. Par ailleurs, une telle solution rendrait, au moins à priori, impossible de réaliser des enroulements à fil continu. II en résulte le problème de devoir faciliter la réalisation d'enroulements d'un stator d'une machine électrique, lorsque le nombre de dents est élevé et l'espace entre les dents ne peut être augmenté à moins d'augmenter la taille du corps du stator et donc de la machine électrique.
Exposé de 1 ' invention
Le but de l'invention est donc de remédier aux inconvénients présentés ci avant.
Le but de l'invention est atteint avec un stator d'une machine électrique tournante polyphasée, chaque phase comportant au moins un enroulement, chaque enroulement comportant des bobines à plusieurs spires, le stator étant doté d'un corps ayant une longueur axiale et présentant intérieurement une pluralité d'encoches délimitées par des dents dont chaque dent est entourée par une bobine. Conformément à l'invention, le corps du stator comprend deux parties annulaires complémentaires ayant chacune une longueur axiale partielle, les dents du corps étant alternativement solidaires de l'une ou de l'autre des deux parties du corps du stator. Grâce à la conception de l'invention, on peut augmenter le taux de remplissage des encoches tout en gardant une certaine aisance de réalisation des enroulements .
En effet, en réalisant deux demi stators, chacun des deux ne comporte que la moitié des dents et présente ainsi des encoches ou espaces deux fois plus grands. Ces espaces plus importants entre deux dents consécutives peuvent être pourvus de bobines bobinées in situ par des machines à bobiner classiques. Au lieu de devoir charger et décharger le poste de bobinage un nombre de fois égal au nombre de dents, par exemple vingt-huit fois, on ne le charge et décharge que deux fois.
Et même lorsqu'on réalise les dernières spires d'une bobine, il reste un espace suffisamment important permettant le passage du fil et des pièces de guidage. Enfin, si le schéma électrique s'y prête, les bobines d'un même circuit électrique situé sur le même demi stator peuvent être réalisées en continuité, ce qui épargne d'avoir à reconnecter ultérieurement ces bobines. Par ailleurs, la répartition ou division du corps du stator en deux parties annulaires concentriques complémentaires n'impose pas de former deux parties de corps de longueurs axiales identiques, mais comprend la possibilité, si par exemple des aspects de conception de la machine électrique tournante devaient le rendre avantageux, de former deux parties de corps de longueurs axiales différentes. En effet, les dents du corps du rotor étant reparties sur deux parties de corps de manière qu'elles soient alternativement solidaires de l'une ou de l'autre des deux parties du corps, chacune des deux parties du corps est pourvue de dents entières. En conséquence, la fixation des enroulements sur les dents est indépendante de la longueur axiale de chacune des deux parties du corps de rotor. Si les longueurs axiales des deux parties du corps de rotor sont égales entre elles, il s'agit alors d'un choix avantageux, mais non nécessaire.
Dans la mesure où des machines électriques tournantes polyphasées peuvent être utilisées aussi comme générateur de courant dans les bobines d'un ralentisseur électromagnétique, il est avantageux, que le stator soit conformé pour être un contact thermique avec une chemise d'eau qui l'entoure.
Plus particulièrement, le stator de l'invention peut être conformé pour être entouré d'au moins une spire d'un conduit formant chemise d'eau pour un refroidissement par eau du stator.
Selon une alternative de réalisation, chacune des deux parties du corps du rotor est conformée pour constituer une moitié correspondante d'une chemise d'eau pour un refroidissement par eau du stator.
Le but de l'invention est également atteint avec un procédé de réalisation d'un stator pour une machine électrique tournante polyphasée dans laquelle, après réalisation, chaque phase comporte au moins un enroulement et chaque enroulement comporte des bobines à plusieurs spires, le stator est alors doté d'un corps ayant une longueur axiale et présentant intérieurement une pluralité d'encoches délimitées par des dents dont chacune est destinée à être entourée par une bobine, le corps comprenant deux parties annulaires complémentaires ayant chacune une longueur axiale partielle et étant alternativement solidaires des unes et des autres des dents . Une machine électrique tournante polyphasée est caractérisée en ce qu'elle comporte un stator selon 1 ' invention .
Conformément à l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes : entourer les dents de la première partie, puis les dents de la seconde partie du corps du stator d'une bobine et assembler les deux parties du corps du stator. Comme le procédé le montre aussi, la conception de l'invention permet de réaliser le stator d'une machine électrique tournante avec ses enroulements en deux parties et de les assembler ensuite, ce qui donne plus particulièrement pour la réalisation des enroulements un espace suffisant autour de chacune des dents destinée à porter un enroulement tout en pouvant obtenir à la fin un taux de remplissage très élevé des encoches du stator.
Par ailleurs, l'invention permet une grande souplesse dans la mise en place d'isolants d'encoches, si cela est nécessaire.
En effet, grâce à l'invention, il est possible de mettre un isolant d'encoche en place dans les encoches avant la mise en place des bobines, tout comme il est possible, en variante, lorsque les encoches sont de type ouvert, de monter d'abord chaque bobine autour d'un isolant et de monter l'ensemble sur les dents correspondantes .
Brève description des dessins
La figure 1 représente un alternateur à ventilation interne doté d'un stator selon l'invention ; la figure 2 est une vue en perspective d'un stator selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective de l'une des deux parties d'un stator selon l'invention ; et la figure 4 est une vue en perspective des deux parties du corps d'un stator selon l'invention, les parties étant mises en alignement axial pour être assemblées ; la figure 5 est une vue en perspective d'une bobine montée sur sa dent associée, les encoches étant du type ouvert .
Description détaillée d'un mode de réalisation de
1 ' invention
La figure 1 représente un alternateur pour véhicule automobile à ventilation interne équipé de deux ventilateurs. Cet alternateur comporte, de manière précitée, un organe 1 de transmission de mouvements, sous la forme d'une poulie, appartenant à un dispositif de transmission de mouvements, non représenté sur la figure 1, intervenant entre le moteur thermique du véhicule et l'alternateur. Cet organe 1 est traversé, en partie, par un arbre de rotation 2, dont il est solidaire en rotation et dont l'axe de symétrie axiale X-X constitue l'axe de rotation de la machine. Cet arbre de rotation 2 porte un rotor 4, par exemple un rotor à griffes, pourvu d'au moins un bobinage inducteur dit aussi bobinage d'excitation. Le rotor 4 est entouré par un stator bobiné 5 qui comporte un ou plusieurs enroulements par phase pour constituer le bobinage induit. Le rotor 4 est porté par un palier avant 8 et un palier arrière 6, tous deux comportant aux extrémités axiales un roulement à billes portant l'arbre de rotation 2.
L'axe X-X constitue également l'axe du rotor 4 et du stator 5.
Les paliers 6, 8 sont de forme creuse et reliés entre eux par des tirants (non référencés) pour formation d'un carter portant intérieurement le stator 5 selon 1 ' invention. Le palier arrière 6 porte un porte-balais (non référencé) dont les balais sont adaptés à frotter sur des bagues collectrices (non référencées) reliées par des liaisons filaires au bobinage inducteur ou bobinage d'excitation (non visible) que comporte le rotor 4 à griffes entre ses deux roues polaires 27, 29 dotées chacune de dents 45 d'orientation axiale imbriquées. Des pôles magnétiques sont formés, à raison de un pôle par dent 45 de roue polaire, lorsque le bobinage d'excitation du rotor est alimenté électriquement. II est prévu des zones de perçage 26 dans la base
127 d'au moins une dents 45 du rotor pour équilibrer dynamiquement ce rotor. Cet équilibrage est réalisé en retirant de la matière ce qui laisse apparaître un trou borgne 25.
Dans l'exemple de la figure 1, l'alternateur comporte deux ventilateurs, un ventilateur 9 à l'avant du rotor et un ventilateur 7 à l'arrière, tous deux solidaires du rotor. Un autre exemple d'alternateur pourrait comporter un seul ventilateur, généralement le ventilateur arrière 7, plus puissant que le ventilateur avant 9 placé du côté de la poulie d'entraînement 1.
On voit dans cette figure 1 que le stator comporte un corps 50 solidaire des paliers, 6, 8 ajourés pour circulation interne de l'air provoquée par les ventilateurs 7, 9. Ce corps 50 porte un bobinage, décrit ci-après, dont les extrémités 51, 52, appelées chignons, s'étendent de part et d'autre du corps 50 du stator 5.
Il faut bien refroidir ces chignons 51, 52 à l'aide des ventilateurs. Aussi, il est souhaitable que le bobinage du stator soit de configuration appropriée permettant un bon passage de l'air au niveau des chignons .
En variante l'alternateur est refroidi par circulation d'un liquide de refroidissement, tel que l'eau de refroidissement du moteur thermique du véhicule. Dans ce cas le carter comporte une chambre pour circulation de l'eau de refroidissement. Par exemple cette chambre appartient au palier arrière de forme creuse fermé à l'avant par un couvercle constituant le palier avant. En variante la chambre peut affecter les deux paliers. On peut en variante adopter une solution du type de celle décrite dans le document FR 2 793 083 avec des joints d' étanchéité . Ainsi le corps du stator peut définir une face cylindrique de la chambre. En variante on peut adopter une solution du type de celle décrite dans le document WO 2005/062444, l'alternateur constituant alors le générateur de courant du ralentisseur électromagnétique. Le corps du stator est En variante l'alternateur est refroidi par circulation de l'eau de refroidissement du moteur thermique et par circulation de l'air.
Par exemple le carter peut être en trois parties , le corps 50 du stator étant porté par une partie intermédiaire du carter implantée entre les paliers avant et arrière. Cette partie intermédiaire est alors doté de la chambre de circulation de l'eau, cette chambre pouvant, dans un mode de réalisation affecté également l'un des paliers. Dans tous les cas, il est souhaitable d'augmenter la puissance et les performances de l'alternateur, qui en variante est prévisible et consiste en un alterno- démarreur décrit par exemple dans le document WO 01/69762 ou dans le document FR A 2 745 444 auxquels on se reportera.
Le corps 50 du stator est réalisé ici sous la forme d'un paquet de tôles pour diminuer les courants de Foucault. Ce corps 50 ainsi que le stator 5 ont une forme annulaire . Ces tôles comportent une pluralité d'encoches 60 (figure 2, 5) . Ces encoches 60 sont alignées pour former une pluralité de rainures axiales.
Les encoches 60 sont à la figure 2 du type semi- fermé, mais peuvent également être du type ouvert vers la périphérie interne du corps 50 comme visible à la figure 5. Cette périphérie interne délimite un alésage cylindrique avec présence d'un faible entrefer entre la périphérie interne du corps 50 du stator 5 et la périphérie externe du rotor 4 en matériau ferromagnétique et de forme annulaire. Les encoches 60 présentent dans les deux cas une ouverture à la périphérie interne du corps 50, l'ouverture étant plus large dans la figure 5, que celle de la figure 2. Ces encoches 60 sont donc ouvertes vers l'intérieur, et sont délimitées de manière alternée par des dents 61, c'est-à-dire, deux dents consécutives 61, 61 délimitent une encoche 60 et deux encoches consécutives 60, 60 sont séparées par une dent 61. Le corps 50 est donc de fabrication simple.
Dans l'exemple de réalisation représenté les roues polaires présentent chacune huit dents 45 et le corps 50 du stator comporte 28 dents, l'alternateur comportant sept phases . Bien entendu cela dépend des applications. Dans un mode de réalisation le nombre de dents 61 du stator par phase est égal à la moitié du nombre de dents de chaque roue polaire du rotor à griffes.
En variante le nombre de dents par phase du stator est égal ou le double du nombre de dents d'une roue polaire.
Les dents 61 sont à bords parallèles 63, 62 (figure 3, 5) . Ces dents ont une grande largeur, une bande de matière, appelée culasse, existant entre les fonds 64 des encoches 60 et la périphérie externe du corps 50. On se sert à la figure 5 des bords parallèles 63, 62 pour monter des bobines préformées. En variante, on peut vernir bobiner directement sur les dents du stator.
C'est précisément ce qui se passe dans les figures 2 à 4, les dents 61 comportant un bord intérieur 161, appelé pied, à la périphérie interne du corps 50 du stator pour délimiter une encoche 60 du type semi-fermé.
Plus précisément l'alternateur ou l'alterno- démarreur est du type polyphasé et comprend donc un bobinage comportant plusieurs phases, chaque phase comportant au moins un enroulement .
Pour plus de clarté on a représenté que dans la figure 5 une partie de l'enroulement de phase. Chaque enroulement de phase comporte (figure 5) une pluralité de bobines 70 réalisées à partir d'un fil enroulé sur plusieurs tours pour former plusieurs spires
73. Ces spires 73 ont une largeur 74 et une hauteur 75.
On voit en 71 une entrée de l'enroulement et en 72 une sortie de la bobine 70, cette sortie 72 étant reliée à une autre bobine 70 en sorte que les bobines sont connectées en grappe.
Les fils sont de section constante et consistent par exemple en un fil de cuivre revêtu d'émail. Chaque bobine entoure une dent 60 unique. Cette dent peut être fendu comme représenté en pointillés à la figure 5.
Bien entendu les fils peuvent être de section circulaire, de section rectangulaire ou consister en un fil du type méplat.
Ainsi, chaque enroulement de phase comporte des bobines 70 ayant des spires de largeur constante. Ces bobines 70 sont montées autour des dents 61 à bord parallèles 62, 63. Dans les figures 2 à 5 on n'a pas représenté d'isolant d'encoche qui pourrait être interposé entre les bobines et les bords 62, 63 ainsi que le fond 64 de l'encoche 60 pour isoler les bobines du corps 50 et éviter de blesser l'isolant de celles-ci. Un tel isolant est décrit par exemple dans le document FR 2 890 798 auquel on se reportera.
Bien entendu à la figure 5, encoche 60 du type ouvert, les bobines peuvent être montées autour d'un isolant d'encoche enfilé sur la dent concernée et présentant un bord inférieur pour retenir la bobine. Ce bord inférieur remplace le bord inférieur 161 de la dent du type semi- fermé de la figure 2.
Il importe donc de faciliter dans tous les cas le montage des bobines 70 du stator bobiné 5 compte tenu de la présence d'un grand nombre de dents 61.
La figure 2 représente un corps de stator 50 selon l'invention comprenant deux parties annulaires 501, 502 complémentaires ayant chacune une longueur axiale partielle Ll, L2. Le corps 50 comporte, comme indiqué plus haut, des dents 61 dont chacune est destinée à être porteur d'une bobine. Chacune des dents 61 a une longueur axiale L correspondant à la longueur axiale du corps 50. La somme des deux longueurs axiales partielles Ll, L2 des deux parties annulaires 501, 502 du corps 50 est donc égale à la longueur axiale L des dents 61 et du corps 50. Ainsi les bobines d'une même phase située sur la même partie 501, 502 peuvent être bobinées sur les dents 61 en continuité ou montées de manière aisée sur les dents 61 compte tenu de l'espace laissé libre par l'absence de l'autre partie 502, 501.
La figure 3 représente, en une vue en perspective schématique, la partie 501 du corps 50 du stator 5 de l'invention. La figure 3 montre plus particulièrement que la première partie 501 du corps du stator a une longueur partielle Ll alors que chacune des dents 61 a la longueur axiale totale L et que les dents 61 dépassent de la partie 501 du corps 50, dans le sens de la longueur axiale de la partie 501, toutes dans la même direction. Les dents 61 sont dans leur configuration définitive, et cela aussi bien en ce qui concerne les dimensions de chacune des dents que l'espacement entre les dents.
La figure 4 montre les deux parties 501, 502 du corps 50 du stator 5 axialement alignées l'une par rapport à l'autre et angulairement décalées de manière que les deux parties 501, 502 puissent être assemblées pour former le corps 50 du stator 5. La disposition angulaire des deux parties 501, 502 l'une par rapport à l'autre est déterminée de manière à assurer, sur le corps 50 assemblé, une répartition homogène des dents 61.
La figure 4 montre plus particulièrement que les deux parties 501, 502 du corps 50 du stator 5 de l'invention sont formées de manière que, lorsque les deux parties sont mises en regard et alignées axialement, les dents 61 correspondantes de chacune des deux parties s'étendent respectivement vers l'autre partie.
Avantageusement, bien que non représenté dans les dessins, les deux parties 501, 502 du corps 50 comportent des aides d'alignement, également appelées détrompeurs, qui sont destinées à assurer que les deux parties soient bien orientées l'une par rapport à l'autre au moment de l'assemblage. Ces détrompeurs sont alors formés sur les deux bords en regard des deux parties 501, 502 du corps 50 du stator 5 et peuvent avoir, par exemple, la forme d'encoches axiales pratiquées dans un des deux bords et de tenons correspondants dans l'autre bord.
Les deux parties 501, 502 du corps 50 du stator 5 sont assemblées ensembles dans un mode de réalisation moyennant des vis. En variante les deux paries 501, 502 sont assemblées ensembles par soudage au niveau de leurs extrémités axiales en contact l'une avec l'autre.
Ces parties peuvent être assemblées l'une avec l'autre à l'aide de rivets. En variante l'assemblage est réalisé par frettage. Les rivets, tirants, les vis sont avantageusement implantées dans les culasses des parties 501, 502. Dans les figures les parties 501, 502 ont la même longueur axiale, mais en variante les longueurs sont différentes .
Bien entendu le stator de la machine électrique tournante appartient en variante à un générateur de courant dans les bobines d'un ralentisseur électromagnétique comme décrit comme décrit par exemple dans le document WO 2006/010863. Ce stator d'une manière générale peut être en contact avec une chemise d'eau qui l'entoure.
Bien entendu en variante la longueur des dents peut être inférieure à la longueur axiale L du corps 50 du stator. Par exemple les dents peuvent dépasser axialement de l'une des parties d'une longueur inférieure à la longueur axiale de l'autre partie, en sorte que les chignons peuvent présenter des têtes de bobine de longueur différente. On peut, grâce à cette longueur inférieure des dents, on peut ajuster la longueur des chignons 51, 52. L'un des chignons peut être de longueur axiale supérieure à celle de l'autre chignon.
Plus précisément en variante, comme décrit dans le document FR 2 785 464, l'un des chignons déborde davantage en direction axiale par rapport à la face d'extrémité axial correspondante du corps 50 que l'autre chignon par rapport à l'autre face d'extrémité axiale du corps 50 pour réduire le bruit de fonctionnement d'origine aéraulique.
Cela est réalisé sans avoir à déplacer axialement les bobines constituant le bobinage du stators contrairement à l'enseignement du document FR 2 785 464. On peut donc obtenir aisément un décalage de 4 à 8 mm comme dans ce document ou un décalage plus petit inférieur à 4 mm. Tout dépend des applications.
En variante l'un au moins des chignons ne déborde pas Ce chignon est alors recouvert et est protégé par la culasse du corps 50.
Le refroidissement du stator est alors réalisé de manière précitée par une chemise d'eau comme décrit par exemple dans le document FR A 2 793 083. En variante le ou les ventilateurs 9 sont à action axiale.
Bien entendu il ressort de la description que les dents d'une des parties annulaire du corps du stator peuvent être de longueur différente des dents de l'autre partie annulaire du corps du stator.
Bien entendu les dents peuvent être rapportées sur chaque parie 501, 502, se réduisant à une culasse, par exemple par un assemblage à queue d'aronde. Après montage des dents on peut bobiner les bobines ou monter les bobines sur les dents.

Claims

REVENDICATIONS
1. Stator d'une machine électrique tournante polyphasée, chaque phase comportant au moins un enroulement, chaque enroulement comportant des bobines (70) à plusieurs spires (73), le stator (5) étant doté d'un corps (50) ayant une longueur axiale (L) et présentant intérieurement une pluralité d'encoches (60) délimitées par des dents (61) dont chaque dent (61) est entourée par une bobine (70), caractérisé en ce que le corps (50) du stator (5) comprend deux parties annulaires (501, 502) complémentaires ayant chacune une longueur axiale partielle (Ll, L2), les dents (61) du corps (50) étant alternativement solidaires de l'une (501) ou de l'autre (502) des deux parties (501, 502) du corps (50) du stator (5) .
2. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les longueurs axiales (Ll, L2) des deux parties (501, 502) du corps (50) du stator (5) sont égales entre elles .
3. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (5) est conformé pour être en contact thermique avec une chemise d'eau qui l'entoure.
4. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dents (61) du corps (50) du stator (5) ont une longueur axiale égale à celle du corps (50) du stator (5) .
5. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dents (61) du corps (50) du stator (5) ont une longueur axiale inférieure à celle du corps (50) du stator (5) .
6. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les encoches (60) sont à bords parallèles (62, 63) et en ce que les bobines (70) sont formées par des spires (73) de largeur constante.
7. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dents (61) sont enveloppées d'un matériau électriquement isolant.
8. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux parties (501, 502) du corps (50) du stator (5) sont assemblées moyennant des vis ou des tirants .
9. Machine électrique tournante polyphasée, notamment alternateur ou alterno-démarreur de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte un stator selon l'une quelconque des revendications précédentes.
10. Procédé de réalisation d'un stator (5) pour une machine électrique tournante polyphasée dans laquelle, après réalisation, chaque phase comporte au moins un enroulement et chaque enroulement comporte des bobines (70) à plusieurs spires (73), le stator (5) étant doté d'un corps (50) ayant une longueur axiale (L) et présentant intérieurement une pluralité d'encoches (60) délimitées par des dents (61) dont chacune (61) est destinée à être entourée par une bobine (70), le corps (50), caractérisé en ce que, partant d'un corps (50) comprenant deux parties annulaires (501, 502) complémentaires ayant chacune une longueur axiale partielle (Ll, L2) et étant alternativement solidaires des unes et des autres des dents (61, il comprend des étapes suivantes : entourer les dents (61) de la première (501), puis les dents (61) de la seconde partie (502) du corps (50) du stator (5) d'une bobine (70), et assembler les deux parties (501, 502) du corps (50) du stator (5) .
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