FR3088498A1 - Corps de stator muni d'une culasse electrotechnique d'epaisseur reduite - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un corps de stator (43) pour une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - une culasse électrotechnique (51) permettant la circulation d'un flux magnétique, - des dents (52) issues d'une périphérie interne de la culasse électrotechnique (51) délimitant des encoches (54) destinées à recevoir des conducteurs d'un bobinage, caractérisé en ce que ladite culasse électrotechnique (51) présente une épaisseur radiale (L5) choisie au minimum nécessaire pour éviter une saturation magnétique de ladite culasse électrotechnique (51), - et en ce que ledit corps de stator (43) comporte en outre des crans (57) de support mécanique issus d'une périphérie externe de la culasse (51), un cran (57) de support mécanique s'étendant sur une plage angulaire (P) correspondant à au moins deux dents (52).
Description
CORPS DE STATOR MUNI D'UNE CULASSE ÉLECTROTECHNIQUE D'ÉPAISSEUR RÉDUITE
La présente invention porte sur un corps de stator muni d'une culasse d'épaisseur réduite. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des alternateurs pour véhicules automobiles.
Un tel alternateur transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique et peut être réversible. Un alternateur réversible, appelé alternodémarreur, permet de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule. L'invention pourra également être mise en œuvre avec un moteur électrique.
De façon connue en soi, un alternateur ou un alterno-démarreur comporte un carter et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes, solidaire en rotation d'un arbre, et un stator qui entoure le rotor avec présence d'un entrefer.
Le rotor, par exemple à griffes, comporte deux roues polaires présentant chacune un flasque d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de griffes d'orientation axiale. Les griffes des roues polaires sont imbriquées les unes par rapport aux autres. Un noyau cylindrique est intercalé axialement entre les flasques des roues. Ce noyau porte un bobinage d'excitation permettant de générer les pôles nord et sud du rotor lorsqu'il est parcouru par un courant. Le rotor peut également prendre la forme d'un rotor à aimants permanents.
Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces comportant une culasse et des dents issues d'une périphérie interne de la culasse. Ces dents délimitent des encoches destinées à recevoir des conducteurs d'un bobinage.
Ces conducteurs traversent les encoches du corps de stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps de stator. Les conducteurs prennent par exemple la forme de fils continus recouverts d'émail ou d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage.
La culasse du corps de stator vise à permettre la circulation d'un flux magnétique à l'intérieur du stator. Des contraintes mécaniques (contraintes d’assemblage, de résistance à la pollution par exemple) s'ajoutent à cette contrainte électrotechnique, de sorte que l'épaisseur totale de la culasse est surdimensionnée par rapport à l'épaisseur réellement efficace pour le passage du flux magnétique.
En effet, comme cela est illustré en figure 1, il est nécessaire de prévoir une largeur L1 supplémentaire liée à un déport du chignon de bobinage 1 vers l'extérieur du corps de stator 2 dû à un compactage du chignon 1, un jeu L2 minimal à respecter entre le chignon 1 et le palier 3 afin d'éviter les ponts salins, un écart radial L3 dû à la dépouille du palier 3, et une zone L4 de support minimal du paquet contre laquelle vient en appui un épaulement d'un palier 3.
L’invention vise à réduire la quantité de matière de la culasse en proposant un corps de stator pour une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant:
- une culasse électrotechnique permettant la circulation d'un flux magnétique,
- des dents issues d'une périphérie interne de la culasse électrotechnique délimitant des encoches destinées à recevoir des conducteurs d'un bobinage, caractérisé en ce que ladite culasse électrotechnique présente une épaisseur radiale choisie au minimum nécessaire pour éviter une saturation magnétique de ladite culasse électrotechnique,
- et en ce que ledit corps de stator comporte en outre des crans de support mécanique issus d'une périphérie externe de la culasse, un cran de support mécanique s'étendant sur une plage angulaire correspondant à au moins deux dents.
L'invention permet ainsi, grâce à la présence des crans de support mécanique, de réduire la masse du corps de stator en limitant l'épaisseur de la culasse, et ce sans détériorer les performances de la machine électrique tournante. Ainsi, il est possible de gagner 50 à 200 g de matière selon la machine considérée. L’invention permet également de rapprocher les tirants de l’axe de la machine et donc de réduire l’encombrement radial de cette dernière.
Selon une réalisation, un cran de support mécanique s'étend sur une plage angulaire correspondant à au moins trois dents.
Selon une réalisation, un cran de support mécanique s'étend sur une plage angulaire correspondant à au moins quatre dents.
Selon une réalisation, une épaisseur radiale de la culasse électrotechnique est comprise entre 2 fois et 2.5 fois une plus petite largeur d'une dent.
Selon une réalisation, un cran de support mécanique présente une hauteur radiale comprise entre 1 et 3mm.
Selon une réalisation, une largeur axiale d'un cran de support mécanique est égale à une hauteur axiale de la culasse électrotechnique.
Selon une réalisation, ledit corps de stator comporte un nombre d'encoches sélectionné notamment parmi 36, 72, ou 96 encoches.
Selon une réalisation, ledit corps de stator est formé par un empilement axial de tôles réalisées dans un matériau magnétique.
Selon une réalisation, ledit corps de stator est formé par des tôles réalisées dans un matériau magnétique et enroulées en spirale les unes par rapport aux autres.
L'invention a également pour objet une machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un corps de stator tel que précédemment défini.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte deux paliers portant chacun un roulement pour le montage à rotation d'un arbre, chaque palier venant en appui mécanique, via un épaulement, contre une face d'extrémité axiale d'un cran de support mécanique.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte des tirants de fixation des paliers, de sorte que le corps de stator est maintenu serré axialement entre les paliers.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe illustrant les différentes dimensions à prendre en considération pour le dimensionnement d'une culasse d'un corps de stator selon l'état de la technique;
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 3 est une vue en perspective d'un corps de stator selon la présente invention;
La figure 4 est une vue partielle de dessus d'un corps de stator selon la présente invention.
Sur les figures 2 à 4, les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
On a représenté, sur la figure 2, un alternateur 10 compact et polyphasé, notamment pour véhicule automobile. L'alternateur 10 est apte à transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique et pourra être réversible. Un alternateur réversible, appelé alterno-démarreur, permet de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule.
Cet alternateur 10 comporte un carter 11 et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes 12 monté sur un arbre 13, et un stator 16, qui entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer. L'axe X suivant lequel s'étend l'arbre 13 forme l'axe de la machine électrique.
Le carter 11 comporte des paliers avant 17 et arrière 18 portant le stator 16. Les paliers 17, 18 sont de forme creuse et portent chacun un roulement à billes 20, 21 pour le montage à rotation de l'arbre 13.
Plus précisément, le rotor 12 comporte deux roues polaires 24, 25 présentant chacune un flasque 28 d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de griffes 29 par exemple de forme trapézoïdale et d'orientation axiale. Les griffes 29 d'une roue 24, 25 sont dirigées axialement vers le flasque 28 de l'autre roue. La griffes 29 d'une roue polaire 24, 25 pénètrent dans l'espace existant entre deux griffes 29 voisines de l'autre roue polaire, de sorte que les griffes 29 des roues polaires 24, 25 sont imbriquées les unes par rapport aux autres.
Un noyau cylindrique 30 est intercalé axialement entre les flasques 28 des roues 24, 25. En l'occurrence, le noyau 30 consiste en deux deminoyaux appartenant chacun à l'un des flasques 28. Ce noyau 30 porte à sa périphérie externe un bobinage d'excitation 31 bobiné dans un isolant 32 intercalé radialement entre le noyau 30 et la bobine 31.
L'arbre 13 pourra être emmanché à force dans l'alésage central des roues polaires 24, 25. Du côté de son extrémité avant, l'arbre 13 porte une poulie 35 appartenant à un dispositif de transmission de mouvements à au moins une courroie entre l'alternateur 10 et le moteur thermique du véhicule automobile.
Le palier arrière 18 porte un porte-balais 38 muni de balais 39 destinés à venir frotter contre des bagues 40 d'un collecteur 41 pour assurer l'alimentation du bobinage du rotor 12.
Par ailleurs, le stator 16 comporte un corps 43 décrit plus en détails ciaprès ainsi qu'un bobinage 42 formant un chignon avant 44 et un chignon arrière 45 s'étendant de part et d'autre du corps de stator 43. Le bobinage 42 est réalisé à partir de conducteurs constitués par exemple par des fils continus recouverts d'émail ou d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées électriquement entre elles notamment par soudage.
Le bobinage 42 comporte des sorties de phase reliée à un module électronique de commande 47. Ce module 47 comporte notamment un onduleur et/ou un pont redresseur constitué par exemple par des diodes ou des transistors du type MOSFET.
Un capot de protection 50 est positionné autour du module électronique de commande 47 pour le protéger des salissures et des projections de liquide lors de l'utilisation du véhicule automobile.
Afin d'assurer un refroidissement de la machine électrique 10, des ventilateurs 48 fixés sur les extrémités axiales du rotor 12 permettent de générer un flux d'air pour évacuer la chaleur produite par le stator 16 ainsi que par le module électronique de commande 47. A cet effet, le flux d'air passe à travers des ouïes 49 ménagées dans le palier avant 17 et le palier arrière 18.
Comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, le corps de stator 43 comporte une culasse électrotechnique 51 permettant la circulation d'un flux magnétique à l'intérieur du stator 16. Des dents 52 issues d'une périphérie interne de la culasse électrotechnique 51 délimitent des encoches 54 destinées à recevoir les conducteurs du bobinage 42. Les dents 52 délimitent deux à deux des encoches 54, de sorte qu'il existe une alternance de dents 52 et d'encoches 54 suivant une circonférence du stator 16. Le corps de stator 43 comporte un nombre d'encoches 54 sélectionné notamment parmi 36, 72, ou 96 encoches. Il serait bien entendu possible d'envisager tout autre nombre d'encoches 54 adapté à l'application. Les encoches 54 pourront être à bords parallèles ou non.
La culasse électrotechnique 51 correspond à la bande de matière s'étendant entre le fond des encoches 54 et la périphérie externe du corps de stator 43 et à travers laquelle passe le flux du stator 16. La culasse électrotechnique 51 présente une épaisseur radiale L5 choisie au minimum nécessaire pour éviter une saturation magnétique de la culasse électrotechnique 51. Une épaisseur radiale L5 de la culasse électrotechnique 51 est avantageusement comprise entre 2 fois et 2.5 fois une plus petite largeur L6 d'une dent 52.
En outre, le corps de stator 43 comporte des crans 57 de support mécanique issus d'une périphérie externe de la culasse 51. Un cran 57 s'étend 52 sur une plage angulaire P correspondant au moins à quatre dents
52, de préférence au moins cinq dents 52 pour former un appui mécanique suffisant avec les paliers 17, 18.
Suivant un exemple de réalisation, un cran de support 57 présente une hauteur radiale L7 comprise entre 1 et 3mm. Une largeur axiale L8 d'un cran de support 57 est égale à une hauteur axiale de la culasse électrotechnique 51. Autrement dit, un cran 57 s'étend suivant toute la hauteur axiale de la culasse 51. Deux crans 57 successifs sont séparés entre eux par un dégagement circonférentiel 58. Les crans 57 pourront être répartis angulairement de façon régulière suivant la circonférence du corps de stator 43.
Le corps de stator 43 pourra être formé par un empilement axial de tôles magnétiques. Dans ce cas, les tôles sont assemblées entre elles au moyen d'un système de fixation adapté, tel que des rivets, du boutonnage, ou par soudure.
Alternativement, le corps de stator 43 est formé par des tôles magnétiques enroulées en spirale les unes par rapport aux autres.
Suivant un assemblage de la machine électrique 10, chaque palier 17, 18 vient en appui mécanique, via un épaulement, contre une face d'extrémité axiale d'un cran de support 57. Le diamètre externe d'un cran 57 étant supérieur au diamètre externe de la culasse 51 électrotechnique, le corps de stator 43 n’est pas en contact avec le palier 17, 18 sur l’ensemble de sa circonférence, mais uniquement suivant les crans 57 de support mécanique. Les paliers 17, 18 sont assemblés entre eux au moyen des tirants de fixation, de sorte que le corps de stator 43 est maintenu serré axialement entre les paliers 17 et 18.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Corps de stator (43) pour une machine électrique tournante (10), notamment pour véhicule automobile, comportant:- une culasse électrotechnique (51 ) permettant la circulation d'un flux magnétique,- des dents (52) issues d'une périphérie interne de la culasse électrotechnique (51) délimitant des encoches (54) destinées à recevoir des conducteurs d'un bobinage (42), caractérisé en ce que ladite culasse électrotechnique (51) présente une épaisseur radiale (L5) choisie au minimum nécessaire pour éviter une saturation magnétique de ladite culasse électrotechnique (51),- et en ce que ledit corps de stator (43) comporte en outre des crans (57) de support mécanique issus d'une périphérie externe de la culasse (51), un cran (57) de support mécanique s'étendant sur une plage angulaire (P) correspondant à au moins deux dents (52).
- 2. Corps de stator selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une épaisseur radiale (L5) de la culasse électrotechnique (51) est comprise entre 2 fois et 2.5 fois une plus petite largeur (L6) d'une dent (52).
- 3. Corps de stator selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un cran de support mécanique (57) présente une hauteur radiale (L7) comprise entre 1 et 3mm.
- 4. Corps de stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une largeur axiale (L8) d'un cran de support mécanique (57) est égale à une hauteur axiale de la culasse électrotechnique (51).
- 5. Corps de stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre d'encoches (54) sélectionné notamment parmi 36, 72, ou 96 encoches.
- 6. Corps de stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est formé par un empilement axial de tôles réalisées dans un matériau magnétique.
- 7. Corps de stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est formé par des tôles réalisées dans un matériau magnétique et enroulées en spirale les unes par rapport aux autres.
- 8. Machine électrique tournante (10) caractérisée en ce qu'elle 5 comporte un corps de stator (43) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- 9. Machine électrique tournante selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte deux paliers (17, 18) portant chacun un roulement (20, 21) pour le montage à rotation d'un arbre (13), chaque palier (17, 18) ίο venant en appui mécanique, via un épaulement, contre une face d'extrémité axiale d'un cran (57) de support mécanique.
- 10. Machine électrique tournante selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte des tirants de fixation des paliers (17, 18), de sorte que le corps de stator (43) est maintenu serré
- 15 axialement entre les paliers (17, 18).
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