FR3008254A1

FR3008254A1 - Stator de machine electrique et machine electrique ainsi realisee

Info

Publication number: FR3008254A1
Application number: FR1456275A
Authority: FR
Inventors: Michael Huber; Andreas Pfeil; Michael Pesch; Andreas Ewert; Kevin Gutmann; Carl Neale; Zoltan Lambert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2015-01-09
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: CN104283340A; FR3008254B1; CN104283340B; DE102013212892A1

Abstract

Stator de machine électrique comportant un ensemble de segments de stator (5) portant chacun un enroulement. La face frontale des segments de stator (5) comporte un anneau de support complémentaire (3) qui comporte les segments d'anneau de support (8) sur un anneau de liaison (9) et un passage (10) est formé entre les segments d'anneau de support (8) pour le fil d'enroulement. Les segments de stator (5) sont tournés avec leurs segments de culasse (6) courbes vers les segments d'anneau de support (8) de l'anneau de support complémentaire (3) et une machine de bobinage réalise le bobinage du fil d'enroulement sur la dent de support (7) d'un segment de stator (5) puis conduit le fil d'enroulement à travers le passage (10) entre les segments d'anneau de support (8), voisins, radialement vers l'intérieur puis dans la direction périphérique sur une plage angulaire définie , le long des segments d'anneau de support (8) puis le fil d'enroulement est conduit radialement vers l'extérieur à travers un passage (10) pour être bobiné sur la dent de support (7) d'un autre segment de stator (5).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un stator de machine électrique ainsi qu'à une machine électrique équipée d'un tel stator et un procédé de réalisation d'un stator.

Etat de la technique Le document WO 2011/080008 A2 décrit un stator de machine électrique comportant un ensemble de segments de stator composé pour former l'anneau de stator. Chaque segment de stator a un segment de culasse à sections en forme d'arc de cercle et une dent de support dirigée radialement vers l'intérieur sur le segment de cu- lasse. Cette dent porte un enroulement. Les segments de culasse sont situés radialement à l'extérieur et constituent l'anneau périphérique. Habituellement on réalise le bobinage des segments de stator séparément avec un fil d'enroulement que l'on coupe une fois l'enroulement terminé. Ensuite, on assemble les segments de stator et on relie électriquement les fils d'enroulement. On connaît également des stators obtenus sous la forme d'une chaîne de segments bobinés qui sont reliés électriquement au montage. De tels stators sont par exemple décrits dans les documents JP 2003 111362 A. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un seg- ment de stator de machine électrique qui puisse être bobiné de façon plus simple et de manière plus ergonomique avec le fil d'enroulement.

L'invention a également pour but de réaliser une machine électrique équipée d'un tel stator et de développer un procédé de réalisation d'un tel stator. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un stator de machine électrique comportant un ensemble de segments de stator portant cha- cun un enroulement. La face frontale des segments de stator comporte un anneau de support complémentaire qui comporte les segments d'anneau de support sur un anneau de liaison et un passage est formé entre les segments d'anneau de support pour le fil d'enroulement.

Le stator est par exemple celui d'une machine électrique telle qu'un moteur d'actionneur équipant un véhicule automobile. Il comporte un ensemble de segments de stator portant chacun un enroulement. En fonctionnement, on alimente électriquement les enroule- ments qui génèrent un champ électrique coopérant avec le champ magnétique de l'induit tournant dans le stator. Le champ magnétique de l'induit peut être généré par des aimants permanents ou des bobines et celles-ci seront alimentées par l'intermédiaire d'un collecteur. La face frontale des segments de stator comportent un anneau de support complémentaire muni de segments d'anneau de support qui se trouvent sur un anneau de liaison. Les segments d'anneaux de support sont écartés et laissent entre eux un passage intermédiaire par lequel arrive le fil des enroulements portés par les segments de stator.

L'anneau de support complémentaire monté côté frontal avec les segments d'anneau de support permet de fabriquer simplement le stator. Pour le bobinage, on installe les différents segments de stator en position retourner sur le côté extérieur de l'anneau de support complémentaire de faon que le côté extérieur courbe des segments de cu- lasse des segments de stator (qui à l'état installé constitue la l'anneau de stator continu) soit tourné radialement vers l'intérieur et soit tourné vers le côté situé radialement à l'extérieur de l'anneau de support complémentaire. Dans cette étape du procédé les segments de stator sont encore séparés ce qui permet de bobiner le fil pour l'enroulement. De façon avantageuse, on utilise une machine de bobinage à aiguille qui conduit le fil d'enroulement tout d'abord sur la dent de support d'un premier segment de stator, du fait de la position retournée du segment de stator, la dent de support étant alors tournée vers l'extérieur. On a ainsi suffisamment de place pour réaliser l'enroulement sur les dents de support. Une fois l'enroulement réalisé sur une dent de support on fait passer le fil d'enroulement à travers le passage entre les segments d'anneau de support voisin, radialement vers l'intérieur puis dans la direction périphérique sur la plage angulaire définie le long des seg- ments d'anneau de support. Ensuite, le fil d'enroulement repasse par un autre passage entre les segments d'anneau et de support pour sortir radialement et permettre de bobiner la dent de support d'un autre segment de stator. Cette opération se répète jusqu'à ce que tous les segments de stator soient bobinés.

Une fois le bobinage terminé, on peut rabattre de 180° les segments de stator sans avoir à couper les fils d'enroulement de sorte que les segments de stator et l'anneau de support complémentaires se trouvent appliqués face contre face. Les segments de stator sont ainsi assemblés pour former l'anneau de stator continu. De façon avanta- geuse, le diamètre extérieur de l'anneau de stator et celui de l'anneau de support complémentaire sont identiques ou au moins sensiblement identiques. Le bobinage des segments de stator dans leur position rabattue de 180° vers l'extérieur sur le côté extérieur de l'anneau de support complémentaire peut ainsi se faire simplement grâce aux meil- leures conditions d'accessibilité. Le mouvement relatif entre la machine de bobinage et les segments de stator est réalisé avantageusement par une combinaison de mouvements axiaux et radiaux de la partie de la machine de bobinage qui conduit le fil d'enroulement ; dans le cas d'une machine de bobinage à aiguilles, il s'agit de la buse portant le porte-aiguille avec un mouvement de rotation de l'anneau de support complémentaire. Comme la partie de la machine de bobinage qui conduit le fil d'enroulement, celui-ci peut arriver à l'intérieur de l'anneau de support complémentaire pour y être déplacé dans la direction axiale et radiale. De façon avantageuse, le fil d'enroulement ne sera pas couper au bobinage de tous les segments de stator. Pour rabattre les segments de stator pour la fabrication du stator il n'est pas nécessaire de couper le fil d'enroulement. Cela réduit le nombre d'étapes de procé- dé nécessaire et améliore la sécurité du procédé et sa fiabilité. De façon avantageuse, le nombre de segments d'anneau de support correspond au nombre de segments de stator ce qui détermine également le nombre de passage entre chaque fois deux segments d'anneau de support de sorte que le fil d'enroulement d'un segment de stator puisse traverser le passage associé entre des segments de l'anneau de support complémentaire. De façon avantageuse, les segments de stator se trouvent au milieu des passages entre les segments d'anneau de support pour réduire au minimum la longueur de fil d'enroulement nécessaire et de plus permettre le rabattement ou relèvement des segments de stator à la fin du bobinage pour passer dans la position frontale sur l'anneau de support complémentaire. Suivant un autre développement avantageux, les seg- ments d'anneau de support ont des rainures périphériques superposés dans la direction axiale et servant à recevoir le fil d'enroulement. Le fil d'enroulement est placé dans les rainures au passage d'un segment de stator au segment de stator suivant. Le bobinage se fait selon un schéma de bobinage prédéfini selon lequel habituellement le bobinage ne se fait pas successivement sur les segments de stator adjacent mais sur des segments de stator éloignés. Les rainures qui sont écartées axiale-ment sur chaque segment d'anneau de support garantissent le guidage du fil d'enroulement dans la direction périphérique le long des segments d'anneau de support et exclu tout court-circuit accidentel entre les fils d'enroulement qui sont voisins. Les segments d'anneau de support ont de préférence une forme de section en trapèze ou en triangle et à l'état de montage terminé les segments d'anneau de support ont sur le côté tourné vers les segments de stator, une section plus grande que sur le côté non tourné vers les segments de stator. Ainsi, le stator a une forme qui diminue de façon conique dans la région de l'anneau de support complémentaire vers sa face libre. Les rainures des segments d'anneau de support sont de préférence sur le côté extérieur. Dans le cas de segments d'anneau de support en forme de trapèze ou de triangle, les rainures se trouvent sur le côté extérieur incliné par rapport à l'axe longitudinal de l'anneau de support complémentaire dont la paroi intérieure est de forme cylindrique. Selon un autre développement avantageux, le diamètre intérieur de l'anneau de support complémentaire correspond au moins au diamètre intérieur de l'anneau de stator composé des segments de stator au niveau de la face frontale des dents de support tourné radialement vers l'intérieur. Cela garantit qu'au montage de la machine électrique, le rotor ou l'induit pourront être installés avec l'anneau de support complémentaire à l'intérieur de l'anneau de stator. Selon un autre développement avantageux, les segments d'anneau de support portent les éléments d'isolation qui, à l'état de montage terminé se trouve entre les enroulements voisins des segments de stator. Les éléments d'isolation ont de préférence une forme de cloi- son ou de plaque. Les éléments d'isolation évitent tout contact élec- trique accidentel entre les enroulements de segments de stator voisin et diminuent ainsi le risque de court-circuit. Les éléments d'isolation sont portés par des segments d'anneau de support et sont dirigés suivant la direction axiale et une orientation radiale. Dès que le bobinage des segments de stator est terminé ont les rabat ou les relève de 180° de sorte que les segments de stator arrivent sur la face frontale de l'anneau de support complémentaire qui portent également les éléments d'isolation pour venir chaque fois entre deux éléments d'isolation voisins.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de stator et de son procédé de fabrication représenté dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments portent les mêmes références dans les différentes figures.

Ainsi - la figure 1 est une vue en perspective d'un stator de machine électrique comportant un anneau de stator formé de segments de stator assemblé et ayant un anneau de support complémentaire rapporté sur le côté frontal, cet anneau ayant des segments d'anneau de sup- port séparés, - la figure 2 montre les segments de stator dans leur position orientée vers l'extérieur sur l'anneau de support complémentaire, pour le bobinage, - la figure 3 est une vue de dessus de l'anneau de support complé- mentaire avec trois segments de stator représentés à titre d'exemple, - la figure 4 est une coupe de l'anneau de support complémentaire, - la figure 5 est une vue en perspective de l'anneau de support complémentaire munie des éléments d'isolation. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un stator 1 de machine électrique par exemple d'un moteur d'actionneur de véhicule automobile sous la forme d'un moteur synchrone à excitation par aimant permanent. Le stator 1 comporte un anneau de stator 2 portant sur son côté intérieur, plusieurs bobines alimentées, réparties en périphérie et un anneau de support 3, supplémentaire rapporté sur le côté frontal ; cet anneau de support comporte plusieurs rainures 4 périphérique, écartées axiale-ment les unes des autres. Lorsque le montage est terminé, les rainures 4 reçoivent le fil d'enroulement qui relie les enroulements aux différentes positions du côté intérieur de l'anneau de stator 2. Le contour extérieur de l'anneau de support 3, supplémentaire va en diminuant suivant une forme conique vers la face libre. Au passage entre l'anneau de stator 2 et l'anneau de support 3, les deux composants ont au moins sensiblement le même diamètre extérieur. Le diamètre intérieur de l'anneau de support 3 est au moins aussi grand que le diamètre inté- rieur libre de l'anneau de stator 2. Les figures 2 et 3 montrent l'anneau de support 3 avec les segments de stator 5, séparés, prévus sur le côté extérieur. L'anneau de stator 2 selon la figure 1 se compose dans la direction périphérique, d'un ensemble de segments de stator 5, séparé, qui sont représentés à la figure 2, pour la phase de bobinage dans une position tournée de 180° sur le côté extérieur de l'anneau de support 3. Chaque segment de stator 5 a un segment de culasse 6, courbe et une dent de support 7 partant radialement du segment de culasse 6 pour porter l'enroulement. A l'état assemblé selon la figure 1, le côté extérieur courbe des segments de culasse constitue le côté extérieur de l'anneau de stator ; les dents de support 7 sont alors dirigées radialement vers l'intérieur. La disposition des différents segments de stator 5 dans leur position tournée de 180° sur le côté extérieur de l'anneau de support 3 selon les figures 2 et 3 est choisie pour permettre le bobinage.

Pour cela, par exemple à l'aide d'une machine de bobinage à aiguille on place le fil de l'enroulement sur la dent de support 7 de chaque segment de stator 5. La buse qui porte le fil d'enroulement dans le support d'aiguille de la machine de bobinage à aiguille peut être déplacée radialement et axialement et la liaison entre l'anneau de support 3 et le seg- ment de stator 5 peuvent être tournés autour de l'axe de l'anneau de façon que la combinaison de ces mouvements permet de commander la buse de chaque porte aiguille dans chaque position pour appliquer le fil d'enroulement. L'anneau de support 3 comporte un ensemble de seg- ments d'anneau 8 qui sont tenus par un anneau de liaison 9 ; entre chaque fois deux segments d'anneaux de support 8 on a un passage 10 (figures 2, 3). Le nombre de segments d'anneaux de support 8 et de passage 10 correspond au nombre de segments de stator 5. Les segments de stator 5 sont prévus sur le côté extérieur de l'anneau de sup- in port 3 au milieu des passages 10. Selon la figure 4, l'anneau de support 3 a une section en forme de triangle ou de trapèze au niveau de ces segments d'anneaux 8. Les rainures 4 se trouvent sur le côté extérieur en biais de l'anneau de support 3. Plusieurs rainures 4 sont prévues dans la direction axiale 20 allant de la base du côté extérieur incliné avec des distances radiales différentes par rapport à l'axe 11 de l'anneau de support 3. L'anneau de support 3 est avantageusement une pièce en matière plastique fabriquée par injection. Les rainures 4 sont ouvertes radialement vers l'extérieur dans l'exemple présenté. Pour simplifier le démoulage de la 25 pièce injectée au niveau des rainures 4, il est avantageux que l'angle de sortie des rainures présente une composante axiale et le cas échéant soit dirigé dans la direction axiale. Le bobinage des segments de stator 5 sera décrit ci-après à l'aide des figures 2 à 4. Partant de la disposition des segments de sta- 30 tor 5 selon les figures 2 et 3, le côté extérieur courbe des segments de culasse 6 étant sur le côté extérieur de l'anneau de support 3, on applique par exemple à l'aide d'une machine de bobinage à aiguille, le fil d'enroulement 12 selon la ligne en traits interrompus représentée à la figure 3. On enroule d'abord le fil d'enroulement sur une dent de sup- 35 port 7 d'un premier segment de stator 5 puis on déplace la buse de la machine de bobinage à aiguille par le passage 10 le plus proche, radialement vers l'intérieur jusque dans le volume intérieur de l'anneau de support 3. Le fil d'enroulement est conduit le long d'une rainure 4 (selon la figure 3 dans la rainure 4 située radialement à l'extérieur) jus- qu'au segment de stator 5, suivant à commander. La mise en place du fil d'enroulement dans la rainure 4 se fait à l'aide de la buse du support d'aiguille qui est axialement sous l'anneau de support 3 mais radiale-ment à l'intérieur de la cavité de l'anneau de support. Le support de buse/aiguille se trouve radialement à l'intérieur de l'anneau de support alors que la pointe de la buse est radialement à l'extérieur et se trouve ainsi devant l'ouverture de la rainure. Dès que l'on atteint le segment de stator 5 suivant, on conduit le fil d'enroulement par le passage 10 correspondant faire la dent de support 7 du segment de stator concerné et on l'enroule autour de ce segment de stator. Puis on procède comme décrit ci-dessus et on effectue le bobinage du segment de stator suivant jusqu'à ce que tous les enroulements soient terminés. A la fin de l'opération de bobinage, on bascule les seg- ments de stator 5 qui portent maintenant chacun un enroulement, vers le haut de 180° comme l'indique les flèches 13 à la figure 2. Comme pour l'opération de bobinage, les segments de stator 5 ont leur côté frontal au moins sensiblement à la même hauteur que le côté frontal des segments d'anneau de support 8, en relevant les segments de stator selon la flèche 13 on conduit la face frontale des segments de stator en appui contre la face frontale de l'anneau de support 3, c'est-à-dire des segments d'anneau de support 8. On arrive ainsi dans l'état d'installation de la figure 1. Il n'est alors plus nécessaire de couper le fil d'enroulement 12. La figure 5 montre l'anneau de support 3 et les éléments d'isolation 14 qui se place à l'état de montage terminé entre les bobines de segments de stator voisins. Les éléments d'isolation 14 sont des cloisons ou des plaques et se trouvent respectivement sur chaque segment d'anneau 8 de l'anneau de support 3. Le nombre d'éléments d'isolation 14 correspond au nombre d'enroulements ou de segments de stator.

Chaque élément d'isolation 14 se trouve sur le côté supérieur du segment d'anneau de support 8 et s'étendent dans la direction axiale avec une orientation radiale. En relevant les segments de stator 5 dont le bobinage est terminé, dans la position côté frontal contre l'anneau de support 3, les segments de stator arrivent dans les inter- valles entre chaque fois deux éléments d'isolation voisins 14 de sorte que le relèvement des segments de stator réalise automatiquement l'isolation électrique entre les enroulements voisins. Les éléments d'isolation 14 se trouvent au milieu de chaque segment de support 8.

Les segments de stator sont tournés avec leurs segments de culasse courbes vers les segments d'anneau de support de l'anneau de support complémentaire et une machine de bobinage réalise le bobinage du fil d'enroulement sur la dent de support d'un segment de stator puis conduit le fil d'enroulement à travers le passage entre les segments d'anneau de support, voisins, radialement vers l'intérieur puis dans la direction périphérique sur une plage angulaire définie, le long des segments d'anneau de support puis le fil d'enroulement est conduit radialement vers l'extérieur à travers un passage pour être bobiné sur la dent de support d'un autre segment de stator.

A la fin de l'opération de bobinage, on relève les segments de stator par rapport à l'anneau de support complémentaire jusqu'à ce que cet anneau soit appliqué contre le côté frontal des segments de stator. La machine de bobinage est une machine de bobinage à aiguille.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Stator 2 Anneau de stator 3 Anneau de support complémentaire 4 Rainure 5 Segment de stator 6 Segment de culasse 7 Dent de support 8 Segment de l'anneau de support 9 Anneau de liaison 10 Passage 11 Axe de l'anneau de support 12 Fil d'enroulement 13 Flèche 14 Elément d'isolation20

Claims

REVENDICATIONS1°) Stator de machine électrique comportant un ensemble de segments de stator (5) portant chacun un enroulement, stator caractérisé en ce que la face frontale des segments de stator (5) comporte un anneau de sup- port complémentaire (3) qui comporte les segments d'anneau de support (8) sur un anneau de liaison (9) et un passage (10) est formé entre les segments d'anneau de support (8) pour le fil d'enroulement (12).
2°) Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de segments d'anneau de support (8) correspond au nombre de segments de stator (5).
3°) Stator selon la revendication 2, caractérisé en ce que les segments de stator (5) sont situés au milieu des passages (10) entre les segments d'anneau de support (8).
4°) Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments d'anneau de support (8) ont des rainures (4) périphériques, superposés pour recevoir le fil d'enroulement (12).
5°) Stator selon la revendication 4, caractérisé en ce que les rainures (4) sont sur le côté extérieur des segments d'anneau de support (8).
6°) Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments d'anneau de support (8) ont une section en forme de trapèze ou de triangle.357°) Stator selon la revendication 6, caractérisé en ce que le côté des segments d'anneau de support (8) tourné vers les segments de stator (5) ont une section plus grande que sur le côté non tourné vers les segments de stator (5). 8°) Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de l'anneau de support supplémentaire (3) corres- pond au moins au diamètre intérieur de l'anneau de stator (2) composé des segments de stator (5). 9°) Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments d'anneau de support (8) sont les supports des éléments d'isolation (14) entre les enroulements voisins portés par les segments de stator (5). 10°) Machine électrique comportant un stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, le stator ayant un ensemble de segments de stator (5) portant chacun un enroulement et la face frontale des segments (5) comporte un anneau de support complémentaire (3) qui comporte les segments d'anneau de support (8) sur un anneau de liaison (9) et un passage (10) est formé entre les segments d'anneau de support (8) pour le fil d'enroulement (12). 11°) Procédé de réalisation d'un stator selon l'une des revendications 1 à 9, selon lequel les segments de stator (5) sont tournés avec leur segment de culasse (6) courbe vers les segments d'anneau de support (8) de l'anneau de sup- port complémentaire (3), et une machine de bobinage réalise le bobinage du fil d'enroulement (12) sur la dent de support (7) d'un segment de stator (5) puis conduit le fil d'enroulement (12) à travers le passage (10) entre les segments d'anneau de support (8), voisins, radialement vers l'intérieur puis dansla direction périphérique sur une plage angulaire définie, le long des segments d'anneau de support (8) puis le fil d'enroulement (12) est conduit radialement vers l'extérieur à travers un passage (10) pour être bobiné sur la dent de support (7) d'un autre segment de stator (5). 12°) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu' à la fin de l'opération de bobinage, on relève de 180° les segments de stator (5) par rapport à l'anneau de support complémentaire (3) jusqu'à ce que cet anneau (3) soit appliqué contre le côté frontal des segments de stator (5). 13°) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la machine de bobinage est une machine de bobinage à aiguille.