WO2016009141A1 - Ensemble stator multi-secteurs pour moteur à rotor extérieur - Google Patents

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WO2016009141A1
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ferromagnetic
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angular sectors
rotor
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Luc Michel
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    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots

Definitions

  • Multi-sector stator assembly for external rotor motor.
  • the present invention relates to stator assemblies for an electric motor with an outer rotor, in particular for an electric motor integrated in a motor-wheel device for an electric vehicle.
  • Electric motors integrated with a motorized wheel are known, for example from document US2014152076, with a rotor arranged radially inside the stator and without a gearbox; however, since the generated torque is proportional to the distance separating the stator-rotor gap of the axis, this configuration does not make it possible to increase the torque sufficiently; therefore, in order to maximize the torque generated in a given wheel rim inner space, it is preferred to select the outer rotor configuration whereby the stator-rotor gap can be further away from the axis.
  • the invention therefore particularly relates to wound stators cooperating with a rotor with permanent magnets arranged radially outside the stator, and secured to the wheel.
  • Wound stators for an external rotor electric motor are known, for example documents US Pat. No. 7,292,372 or FR 2,822,617.
  • the magnetic core of the stator is obtained by a superposition of ferromagnetic sheets formed integrally and manufactured by die cutting.
  • the ferromagnetic material used for such ferromagnetic sheets has a preferred crystalline orientation, this orientation being substantially homogeneous over the entire ferromagnetic sheet.
  • the angle between the local radial direction and the general ferromagnetic orientation of the sheet varies between 0 and% / 2 in absolute value. This variation is harmful because it causes torque ripples in relation to the rotational speed of the rotor. It is therefore interesting to reduce this effect.
  • the position of the conductors in each electromagnetic pole must be well controlled, otherwise the magnetic balancing between the different electromagnetic poles may present an imperfection and also lead to torque ripples in relation to the speed of rotation of the rotor. and the imperfectly balanced rotation of the rotating magnetic field.
  • Torque ripples or acyclisms related to the rotational speed of the rotor can cause undesirable vibrations and / or noise.
  • a stator assembly with P electromagnetic poles for an electric motor with a rotor arranged radially outside the stator, with axis A, the stator comprising:
  • a ferromagnetic carcass with a plurality of identical or similar N-shaped angular sectors arranged one after the other in the circumferential direction, each formed by a stack of cut-out ferromagnetic sheets,
  • a base located radially inside the angular sectors, the angular sectors being fixed to the base
  • each angular sector comprises passages through, each through passage being dimensioned for the individual passage of a flexible multi-stranded conductor, preferably a single flexible stranded conductor.
  • stator configuration in which, depending on the choice of cutting the sheets from a primary sheet, the orientation of the crystals in the ferromagnetic sheet remains close to the radial orientation, and the position of the conductors forming the electromagnetic poles are perfectly defined thanks to their individual passage through the unitary through-holes.
  • auxiliary passages for the individual passage of a flexible multi-stranded conductor; so that the precise position of the electrical conductors is ensured even in the interface areas (junction) between two angular sectors.
  • the auxiliary passage is formed by two semicylindrical portions, each belonging to one of the two adjacent sectors; whereby a substantially cylindrical housing is formed which conforms well to the shape of the electrical conductor.
  • the angular sectors comprise retaining recesses
  • the base comprises at least one annular edge, with holes opposite the retaining recesses in the angular sectors, the angular sectors being fixed on the base, by fastening means.
  • the through passages are formed by orifices of substantially round general shape and obtained by cutting; which is particularly optimized in terms of industrial process.
  • the stator assembly may furthermore comprise, on each of the lateral flanks of the ferromagnetic carcass, a protective plate adapted to receive a 180 ° loopback of a conductor. This avoids the risk of injury to the insulating jacket of the conductors during the braiding / winding operation.
  • the through passages include a mouth on each side, each mouth having a flared shape or a leave; This makes it possible to avoid injuring the insulating sheath of the conductor cable at the place of the turns at 180 °.
  • a multi-stranded conductor is provided for each phase, connected to a common point at one end, and to excitation of a phase at the other end; thus, the wiring configuration is particularly simple.
  • the stack of cut ferromagnetic sheets forming each angular sector is produced by cutting a primary ferromagnetic sheet so that the crystallographic orientation in the sector plates is generally parallel to the median of the sector; thus, the angular difference between the crystallographic orientation and the radial direction at the stator rotor gap is minimized.
  • the stator assembly may further comprise a protective coating formed after assembly of the wound angular sectors. In this way, a reinforced protection of the stator windings vis-à-vis the environment is obtained.
  • the invention also relates to an electric motor, comprising a stator assembly as described above and a rotor arranged radially outside the stator, in which the magnetic part of the rotor has a greater length, at least on one side, at the axial length of the ferromagnetic core of the stator, so as to be able to install at least one position and / or speed sensor vis-à-vis the magnetic portion of the rotor which protrudes from the ferromagnetic stator core, the sensor being arranged at the edge of the ferromagnetic core of the stator, without the necessary savings in the latter.
  • the installation of the sensor is totally without influence or impact on the structure of the ferromagnetic stator core.
  • the magnetic portion of the rotor has a length greater, at least on one side, than the axial length of the ferromagnetic core of the rotor. stator, so as to be able to install at least one position and / or speed sensor vis-à-vis the magnetic portion of the rotor which protrudes from the ferromagnetic stator core, the sensor being arranged at the edge of the ferromagnetic core of the stator, without savings or housing needed in the latter.
  • the implantation of the sensor, outside the carcass ferromagnetic does not induce any particularity or singularity at this location in said carcass.
  • FIG. 1 represents an axial section of the stator-rotor assembly in an external rotor motorized wheel device according to the invention
  • FIG. 2 represents an exploded perspective view of the stator-rotor assembly of FIG.
  • FIG. 3 represents a perspective view of the stator assembly
  • FIGS. 4A and 4B each represent an angular sector of stator core with its winding, respectively for an intermediate sector and for the star connection sector,
  • FIG. 5 represents a cut-away perspective view of the ferromagnetic stator carcass
  • FIG. 6 illustrates a protection piece attached to an angular sector at the location of 180 ° turns of the winding conductors
  • FIG. 7 illustrates the stator assembly with a protective coating represented partially
  • FIG. 8 illustrates the position of the sensors
  • FIG. 9 represents a detail of the winding of an electromagnetic pole phase winding
  • FIG. 10 shows a detail of the side protection part protecting a loopback conductor.
  • the stator-rotor assembly for a motorized wheel device comprises a base 2, a stator assembly 1, fixed on the base, and an outer rotor 6, that is to say radially arranged on the base outside of the stator, and rotatably mounted on the axis of the motor designated by A, as known per se.
  • the rotor 6 is configured to be integrally connected to the vehicle wheel, without gearbox, while the stator, in particular its base 2 is configured to be connected to a rocket support connected to the chassis of the vehicle (not shown).
  • the rotor 6 comprises permanent magnets 60 arranged all around the inside of a cylindrical rotor body 62 of axis A.
  • the stator assembly 1 comprises a ferromagnetic carcass formed by the union of a plurality of angular sectors 5. In the example illustrated there are 7 identical angular sectors between them, however it is not excluded that certain angular sectors have different angular openings. More generally, the complete disk of the ferromagnetic carcass can be divided into N identical angular sectors, with a preference for N greater than or equal to 4; so as to be able to choose the orientation of the shapes of sheets to be cut so that the crystallographic orientation is substantially parallel to the median of the angular sector thus formed.
  • Each angular sector 5 is formed by a stack of ferromagnetic sheets 55, the stacking direction being parallel to the axial direction A, each ferromagnetic sheet 55 being disposed in a plane perpendicular to the axis A, and coated with a varnish of insulating protection.
  • the number of stacked NT plates can vary from 100 to 200.
  • a sheet thickness of about 0.4 mm is preferable with an NT number close to 150; which gives an axial thickness L2 of the ferromagnetic stator carcass close to 60 mm.
  • Ferromagnetic sheets 55 are held together, for example by gluing.
  • the angular sectors 5 are fixed to the base which is located radially inside the ferromagnetic carcass.
  • the base 2 is a solid piece centered on the axis A, generally of revolution, with an outer cylindrical surface 20 adapted to receive the inner radial base 57 of each angular sector.
  • the cylindrical bearing surface is delimited axially by two annular edges 21,22 configured to frame the inner radial base 57 of each angular sector 5; in addition these annular borders comprise holes 25, for fixing the angular sectors 5, as will be seen later.
  • the base 2 is a metal part made of steel, cast iron or aluminum alloy, without particular magnetic property; it can also contain a liquid cooling chamber 27.
  • the fixing of the angular sectors is based on the presence of retaining recesses 52 formed in the cut sheets of each angular sector 5, these retaining recesses being found opposite the above-mentioned holes of the borders. annular 21,22 of the base.
  • Fixing means are introduced and fixed in the holes 25, for example rivets 19, screws, pins or any known fastening means.
  • the body of the rivet is housed in the retaining recess 52 of the angular sector vis-à-vis. Rivets of the hollow rivet type can be used.
  • round and long rods 19 ' which axially pass right through the angular sectors through the retaining recesses 52 and which are lodged on each side in two opposite holes of the borders are used.
  • any known fastening means can be used to secure the angular sectors on one base 2.
  • a slight offset can be provided between the axis of the holes 25 and the axis of the retaining recess 52, so that when the fastening means are introduced, this produces a constraint exerted on the angular sector. 5 corresponding, directed radially inward, which improves the cohesion of the ferromagnetic carcass of the stator.
  • a locating or indexing form 56 which is housed in a complementary shape 59 of the adjacent sector. This location also makes it possible to increase the interface surface between two sectors in order to improve the electromagnetic behavior of the ferromagnetic carcass in this singular zone.
  • the ferromagnetic carcass is in a generally ring shape, the annular portion having a rectangle section LlxL2, the dimension L1 being the radial length between the inner radial base 57 and the outer radial periphery 58, the dimension L2 representing the axial length of the stack of ferromagnetic sheets (ie the thickness of the stack of sheets).
  • each tooth extending from a first lateral face 5a to the opposite lateral face 5b, each tooth being delimited in the circumferential direction. on each side by a continuous series of through passages 4.
  • these orifices then form through passages 4 of generally cylindrical shape, of axis parallel to A.
  • the cutting On the interface sides 53,54 (i.e., junction borders to adjacent sectors), the cutting also includes half-moon shapes, representing one-half of the previously mentioned cuts. In the form stacked in an angular sector, these half-moon cutouts form substantially semi-cylindrical housings. Two substantially hemi-cylindrical housings each belonging to a neighboring angular sector, together form an auxiliary passage 4 'of substantially the same size as each of the through passages 4 described above.
  • Each passage 4 comprises a mouth 4a on the side of the first lateral face 5a and a mouth 4b on the side of the second lateral face 5b.
  • first lateral face 5a is that in which the connections of the phases are made to the control circuit, and on the second side face 5b (so-called 'rear' side), opposite, the loopbacks of the windings and the positioning of the sensors 9 which will be discussed later.
  • the stator-rotor assembly shown is preferably used in a three-phase synchronous electric motor.
  • the electrical winding is thus based on the use of three distinct phases marked U, V, W.
  • each of the phases carries a periodic signal offset temporally from the others, typically at 120 ° phase shift.
  • the single stator assembly forms a succession of electromagnetic poles U, V, W when one traverses the gap in the circumferential direction.
  • Each angular sector 5 comprises 9 identical teeth 50, separated by the through passages already mentioned, in this case four passages 41,42,43,44, succeeding one another in a radial direction going outwards.
  • Each electromagnetic pole is formed on three consecutive teeth by the course of a flexible multi-stranded conductor (in other words a flexible electrical cable), which thus forms a winding 7 of electromagnetic pole.
  • the driver 3U of the first phase is placed in the auxiliary housing 41 'closest to the axis A from the first side face Ula 5a, to the second side face Ulb 5b; at this point the driver is reintroduced with a 180 ° turn in the right through passage 41 to the right and leaves the front side Ul2a then is reintroduced with a 180 ° turn in the second auxiliary housing 42 ', U2a-U2b.
  • the driver 3U makes a 180 ° turn on the rear face and passes in passage 42 and leaves the front side in U23a, then is reintroduced with a 180 ° turn U3a in a housing 41 even more to the right , opens in U3b makes a 180 ° turn (long plug) on the back side, passes in passage 43 and spring on the side before in U34a then is reintroduced with a 180 ° turn in U4a in a housing 42 just to the right, opens in U4b makes a 180 ° turn on its rear face (also long plug), passes in passage 44 and spring on the front side in U45a.
  • the driver is reintroduced with a 180 ° turn U5a in a housing 43 opens in U5b turns 180 ° on its back side, passes in passage 43 to leave the front side to be reintroduced U6a in a housing 44; a last U6b loopback on the backside brings the driver back to the U7c outlet.
  • the conductors 3 are preferably identical and have an outside diameter of between 5 and 8 mm, with a number of unit strands of between 50 and 600, and an insulating sheath, preferably of small thickness, preferably less than 0.5 mm.
  • the strands can be isolated from each other, and it is noted that the greater the number of strands, the more the conductor is flexible, which is favorable to facilitate the winding operation.
  • each through passage 4,4 forms an individual housing in which a single conductor can be inserted; there is a minimum clearance between the outer diameter of the conductor and the diameter circumscribed by the walls of the housing formed by the through passage 4.
  • a sleeve 97 for electrical connection to the next angular sector.
  • a plate of protection 8 on each of the lateral faces 5a, 5b of the angular sectors 5.
  • This protective plate may be made of plastic material (without any other material being excluded as far as this piece having the shape of a diverging comb, each of branches 80 extending along a tooth 50 between two series of through passages 4.
  • the branches 81 are curved so as to provide a continuous curved support which prevents the insulating sheath of the driver from coming into contact with a sharp edge of the ferromagnetic metal sheet (Fig. 10).
  • the plate 8 thus forms a mainly mechanical protection for the conductor (s) which prevents deterioration of its sheath.
  • the branches 81 are connected to the comb body 80, and surface markings 83 are provided to help the operator in charge of the winding operation to avoid making mistakes, and to follow the prescribed path.
  • the seven angular sectors 5 are assembled on the base 2 and the fixing is carried out via the aforementioned fixing means 19, 19 '; then the electrical connection of each of the phases of an angular sector to the following angular sector is carried out using the sleeves 97.
  • the first angular sector will form the electrical connection to the control unit and therefore each of the three phases U, V, W will be equipped with a terminal or connection terminal; likewise in the last angular sector, the termination of the three phases will be joined to form a common point 33 that is to say the center of the star according to the electrical connection in known star of a three-phase assembly.
  • the lugs U, V, W may be held on an insulating base, for example made of nylon.
  • This base serves to freeze the position of the terminals before embedding (see below).
  • an (optional) coating step is carried out during which a protective elastomeric material 90, synthetic resin type, is overmolded on the stator ring.
  • the coating also called 'encapsulation'
  • the coating has a mechanical function, it allows to block the components (sheets, cables, base, etc.) between them. This avoids vibrations.
  • the material is chosen to facilitate thermal evacuation (it is chosen with a better conduction coefficient than air, for example from 0.4 to 0.8 W / m K, typically 0.76, that of air being close to 0.03. W / m
  • the coating is preferably carried out under vacuum to ensure a perfect homogeneity, free of air bubbles, with penetration of the product in all the cavities and interstices.
  • the ferromagnetic sheets 55 are cut from a primary sheet blank to form each angular sector.
  • the orientation of the cutout in the sheet-side is chosen to minimize the difference between the crystallographic orientation of the sheet and the radial direction in the final configuration of the stator.
  • the ferromagnetic sheets are cut so that the crystallographic orientation in the sheet is generally parallel to the median RM of the sector (Fig. 5).
  • the magnetic part 60 of the rotor 6 has an upper length L6, at least on one side (here in second lateral face, in other words, rear face), at the axial length L2 of the ferromagnetic core of the stator; it is thus possible to install the sensor (s) 9 of position and / or speed vis-a-vis the portion of the rotor which protrudes from the ferromagnetic stator core.
  • the sensor is arranged at the edge of the ferromagnetic core of the stator, without the necessary savings in the latter.
  • the sensors are expected to be removable for ease of maintenance.
  • a location piece is disposed before encapsulation. This piece is positioned precisely with respect to the angular sector vis-à-vis using known means. This part includes positions capable of receiving the sensors.
  • the coating mold comprises the necessary reservations.
  • Winding or braiding can be done manually or by automated means.
  • the configuration thus proposed makes it possible to guarantee accurate and repeatable positioning of the conductors 3 in the different phase windings 7, which tends to minimize the acyclisms and irregularities.

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Abstract

Ensemble stator (1) à P pôles électromagnétiques pour moteur électrique à rotor (6) extérieur du stator (1), le stator (1) comprenant une noyau ferromagnétique avec une pluralité de secteurs angulaires (5), identiques entre eux, disposés les uns à la suite des autres dans la direction circonférentielle, chacun formé par un empilement de tôles ferromagnétiques découpées, une embase (2) située radialement à l'intérieur des secteurs angulaires (5) et des conducteurs électriques souples multibrin, configurés pour exciter les pôles électromagnétiques, dans lequel chaque secteur (5) comprend des orifices traversants, chaque orifice traversant étant dimensionné pour le passage individuel d'un conducteur souple multibrin.

Description

Ensemble stator multi-secteurs pour moteur à rotor extérieur .
La présente invention est relative aux ensembles stators pour moteur électrique à rotor extérieur, notamment pour moteur électrique intégré à un dispositif de moteur- roue pour véhicule électrique.
On connaît des moteurs électriques intégrés à une roue motorisée, par exemple à partir du document US2014152076, avec un rotor agencé radialement à l'intérieur du stator et sans réducteur ; toutefois, étant donné que le couple généré est proportionnel à la distance séparant l'entrefer stator-rotor de l'axe, cette configuration ne permet pas d'accroître suffisamment le couple ; c'est pourquoi, en vue de maximiser le couple généré dans un espace intérieur de jante de roue donné, on préfère choisir la configuration à rotor extérieur moyennant quoi l'entrefer stator-rotor peut être plus éloigné de l'axe.
L'invention concerne donc particulièrement les stators bobinés coopérant avec un rotor à aimants permanents disposé radialement extérieurement au stator, et solidaire de la roue.
On connaît des stators bobinés pour moteur électrique à rotor extérieur, par exemple des documents US7923872 ou FR2823617. Toutefois, dans ces documents, le noyau magnétique du stator est obtenu par une superposition de tôles ferromagnétiques formées d'un seul tenant et fabriquées par découpage à la presse. Or, il s'avère que le matériau ferromagnétique utilisé pour de telles tôles ferromagnétiques présente une orientation cristalline privilégiée, cette orientation étant sensiblement homogène sur l'ensemble de la tôle ferromagnétique. Lorsque l'on parcourt l'entrefer stator-rotor, l'angle entre la direction radiale locale et l'orientation ferromagnétique générale de la tôle varie entre 0 et %/ 2 en valeur absolue. Cette variation est néfaste car elle provoque des ondulations de couple en relation avec la vitesse de rotation du rotor. Il est par conséquent intéressant de diminuer cet effet.
Par ailleurs, la position des conducteurs dans chaque pôle électromagnétique doit être bien maîtrisée, à défaut de quoi l'équilibrage magnétique entre les différents pôles électromagnétiques peut présenter une imperfection et conduire également à des ondulations de couple en relation avec la vitesse de rotation du rotor et la rotation imparfaitement équilibrée du champ magnétique tournant.
De plus, il est habituel de prévoir une épargne localement dans le noyau ferromagnétique au voisinage du rotor pour y loger un capteur qui permet un contrôle électronique du moteur ; la présence de cette épargne peut elle aussi créer dans une certaine mesure une zone singulière et une ondulation de couple.
Les ondulations de couple ou acyclismes en relation avec la vitesse de rotation du rotor peuvent provoquer des vibrations et/ou des bruits indésirables.
II est donc apparu un besoin de proposer une configuration de rotor qui pallie au moins en partie les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un ensemble stator à P pôles électromagnétiques pour moteur électrique à rotor disposé radialement à l'extérieur du stator, d'axe A, le stator comprenant :
- une carcasse ferromagnétique avec une pluralité de secteurs angulaires, au nombre de N, identiques ou similaires à entre eux, disposés les uns à la suite des autres dans la direction circonférentielle, chacun formé par un empilement de tôles ferromagnétiques découpées,
- une embase, située radialement à l'intérieur des secteurs angulaires, les secteurs angulaires étant fixés à l'embase,
- des conducteurs électriques souples multibrin, configurés pour exciter les pôles électromagnétiques,
dans lequel chaque secteur angulaire comprend des passages traversants, chaque passage traversant étant dimensionné pour le passage individuel d'un conducteur souple multibrin, de préférence un seul conducteur souple multibrin .
On peut ainsi choisir une configuration statorique dans laquelle, en fonction des choix de découpe des tôles à partir d'un tôle primaire, l'orientation des cristaux dans la tôle ferromagnétique reste peu éloignée de l'orientation radiale, et la position des conducteurs formant les pôles électromagnétiques est parfaitement définie grâce à leur passage individuel dans les orifices traversants unitaires.
Grâce à ces dispositions, on peut parvenir à réduire les ondulations, acyclismes ou irrégularités, on peut obtenir un champ tournant bien équilibré, et un comportement homogène tout autour de la circonférence dans la zone d'entrefer stator-rotor.
Dans divers modes de réalisation du système selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
Selon une caractéristique, il est prévu dans une zone de transition/ onction entre deux secteurs angulaires, (c'est-à-dire de raboutage entre deux secteurs), de former des passages auxiliaires pour le passage individuel d'un conducteur souple multibrin ; de sorte que la position précise des conducteurs électriques est assurée y compris dans les zones d'interface (de jonction) entre deux secteurs angulaires.
Avantageusement, le passage auxiliaire est formé par deux portions hémicylindriques, chacune appartenant à un des deux secteurs adjacents ; moyennant quoi on forme un logement sensiblement cylindrique qui épouse bien la forme du conducteur électrique.
On prévoit avantageusement plusieurs passages traversants individuels les uns à la suite des autres dans la direction radiale ; le conducteur peut ainsi être rebouclé plusieurs fois autour d'une même dent pour former une bobine (un enroulement) de pôle électromagnétique.
Les secteurs angulaires comprennent des évidements de retenue, l'embase comprend au moins une bordure annulaire, avec des trous en vis-à-vis des évidements de retenue dans les secteurs angulaires, les secteurs angulaires y étant fixés sur l'embase, par des moyens de fixation. Ceci forme une solution simple, facile à assembler et économique pour l'assemblage et la cohésion de l'ensemble statorique.
Les passages traversant sont formés par des orifices de forme générale sensiblement ronde et obtenus de découpe ; ce qui s'avère particulièrement optimisé en terme de processus d'obtention industriel.
L'ensemble statorique peut comprendre en outre sur chacun des flancs latéraux de la carcasse ferromagnétique une plaquette de protection adaptée pour recevoir un rebouclage à 180° d'un conducteur. On évite ainsi les risques de blessures de la gaine isolante des conducteurs au cours de l'opération tressage/bobinage.
Les passages traversant comprennent une embouchure de chaque côté, chaque embouchure présentant une forme évasée ou un congé; Ce qui permet d'éviter de blesser la gaine isolante du câble conducteur à l'endroit des virages à 180° .
On prévoit un conducteur multibrin pour chaque phase, raccordé à un point commun à une extrémité, et à l'excitation d'une phase à l'autre extrémité ; ainsi, la configuration de câblage est particulièrement simple.
L'empilement de tôles ferromagnétiques découpées formant chaque secteur angulaire est réalisé en découpant une tôle ferromagnétique primaire de manière à ce que l'orientation cristallographique dans les tôles de secteurs soit généralement parallèle à la médiane du secteur ; ainsi on minimise l'écart angulaire entre l'orientation cristallographique et la direction radiale au niveau de l'entrefer stator rotor.
Le nombre de secteurs angulaires et le nombre de pôles électromagnétiques peuvent être avantageusement choisis tel que N=7 et P=21, avec de préférence un nombre de dents M égal à 63. Cette configuration s'avère particulièrement optimisée pour une roue motorisée de diamètre 14 pouces.
L'ensemble statorique peut comprendre en outre un enrobage de protection formé après assemblage des secteurs angulaires bobinés. On obtient de la sorte une protection renforcée des bobinages du stator vis-à-vis de l'environnement.
L'invention vise également un moteur électrique, comprenant un ensemble stator tel que décrit ci-dessus et un rotor disposé radialement à l'extérieur du stator, dans lequel la partie magnétique du rotor présente une longueur supérieure, au moins d'un côté, à la longueur axiale du noyau ferromagnétique du stator, de manière à pouvoir installer au moins un capteur de position et/ou de vitesse en vis-à-vis de la portion magnétique du rotor qui dépasse du noyau ferromagnétique de stator, le capteur étant agencé en bordure du noyau ferromagnétique du stator, sans épargne nécessaire dans ce dernier. Avantageusement, l'installation du capteur est totalement sans influence ou impact sur la structure du noyau ferromagnétique de stator. Selon un second aspect, qui peut être indépendant du premier aspect, et notamment indépendamment de la constitution de carcasse ferromagnétique du stator, la partie magnétique du rotor présente une longueur supérieure, au moins d'un côté, à la longueur axiale du noyau ferromagnétique du stator, de manière à pouvoir installer au moins un capteur de position et/ou de vitesse en vis-à-vis de la portion magnétique du rotor qui dépasse du noyau ferromagnétique de stator, le capteur étant agencé en bordure du noyau ferromagnétique du stator, sans épargne ou logement nécessaire dans ce dernier. Ainsi, l'implantation du capteur, hors de la carcasse ferromagnétique, n'induit aucune particularité ou singularité à cet endroit dans ladite carcasse.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. L'invention sera également mieux comprise en regard des dessins joints sur lesquels :
- la figure 1 représente une coupe axiale de l'ensemble stator-rotor dans un dispositif de roue motorisée à rotor extérieur selon l'invention,
- la figure 2 représente une vue éclatée en perspective de l'ensemble stator-rotor de la figure 1.
- la figure 3 représente une vue en perspective de l'ensemble statorique,
- les figures 4A et 4B représentent chacune un secteur angulaire de noyau statorique avec son bobinage, respectivement pour un secteur intermédiaire et pour le secteur de raccordement en étoile,
- la figure 5 représente une vue en perspective avec arraché de la carcasse statorique ferromagnétique,
la figure 6 illustre une pièce de protection rapportée sur un secteur angulaire à l'endroit des virages à 180° des conducteurs de bobinage,
la figure 7 illustre l'ensemble stator avec un enrobage de protection représentée partiellement,
- la figure 8 illustre la position des capteurs,
- la figure 9 représente un détail du bobinage d'un enroulement de phase de pôle électromagnétique,
- la figure 10 représente un détail de la pièce de protection latérale protégeant un rebouclage de conducteur.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
Sur la figure 1, l'ensemble stator-rotor pour dispositif de roue motorisée comprend une embase 2, un ensemble statorique 1, fixé sur l'embase, et un rotor extérieur 6, c'est-à-dire disposé radialement à l'extérieur du stator, et monté à rotation sur l'axe du moteur désigné par A, comme connu en soi.
Le rotor 6 est configuré pour être relié solidairement à la roue du véhicule, sans réducteur, tandis que le stator, en particulier son embase 2 est configurée pour être reliée à un support-fusée relié au châssis du véhicule (non représenté) .
Le rotor 6 comprend des aimants permanents 60 agencés sur tout le pourtour à l'intérieur d'un corps de rotor 62 cylindrique d'axe A.
L'ensemble statorique 1 comprend une carcasse ferromagnétique formée par la réunion d'une pluralité de secteurs angulaires 5. Dans l'exemple illustré il y a 7 secteurs angulaires identiques entre eux, cependant il n'est pas exclu que certains secteurs angulaires présentent des ouvertures angulaires différentes. Plus généralement, le disque complet de la carcasse ferromagnétique peut être divisé en N secteurs angulaires identiques, avec une préférence pour N supérieur ou égal à 4 ; de manière à pouvoir choisir l'orientation des formes de tôles à découper pour que l'orientation cristallographique soit sensiblement parallèle à la médiane du secteur angulaire ainsi formé.
STATOR - CARCASSE FERROMAGNETIQUE
Chaque secteur angulaire 5 est formé par un empilement de tôles ferromagnétiques 55, la direction d'empilement étant parallèle à la direction axiale A, chaque tôle ferromagnétique 55 étant disposée dans un plan perpendiculaire à l'axe A, et revêtue d'un vernis de protection isolant. Le nombre de tôles NT empilées peut varier de 100 à 200. Préfèrentiellement on prévoit plutôt une épaisseur de tôle voisine de 0,4 mm avec un nombre NT voisin de 150 ; ce qui donne une épaisseur axiale L2 de la carcasse statorique ferromagnétique voisine de 60 mm. Les tôles ferromagnétiques 55 sont maintenues ensemble les unes aux autres, par exemple par collage. Les secteurs angulaires 5 sont fixés à l'embase qui est située radialement à l'intérieur de la carcasse ferromagnétique .
L'embase 2 se présente comme une pièce massive centrée sur l'axe A, de forme générale de révolution, avec une portée cylindrique 20 extérieure apte à recevoir la base radiale intérieure 57 de chaque secteur angulaire. La portée cylindrique est délimitée axialement par deux bordures annulaires 21,22 configurées pour encadrer la base radiale intérieure 57 de chaque secteur angulaire 5 ; de plus ces bordures annulaire comprennent des trous 25, servant à fixer les secteurs angulaires 5, comme il sera vu plus loin.
L'embase 2 est une pièce métallique en acier, fonte ou alliage d'aluminium, sans propriété magnétique particulière ; elle peut contenir également une chambre de refroidissement liquide 27.
Dans l'exemple illustré, la fixation des secteurs angulaires repose sur la présence d'évidements de retenue 52 ménagés dans les tôles découpées de chaque secteur angulaire 5, ces évidements de retenue se retrouvant en vis-à-vis des trous 25 susmentionnées des bordures annulaires 21,22 de l'embase.
Des moyens de fixation sont introduits et fixés dans les trous 25, par exemple des rivets 19, des vis, des goupilles ou tout moyen de fixation connu. Dans le cas du rivet, le corps du rivet vient se loger dans 1 ' évidement de retenue 52 du secteur angulaire en vis-à-vis. On peut utiliser des rivets de type rivet creux.
En alternative, on peut utiliser des tiges rondes et longues 19' qui traversent axialement de part en part les secteurs angulaires par les évidements de retenue 52 et qui se logent de chaque côté dans deux trous 25 opposés des bordures. Plus généralement, tout moyen de fixation connu peut être utilisé pour solidariser les secteurs angulaires sur 1 ' embase 2. En outre, on peut prévoir un léger décalage entre l'axe des trous 25 et l'axe de l'évidement de retenue 52, de manière à ce que lorsque on introduit les moyens de fixation, cela produit une contrainte exercée sur le secteur angulaire 5 correspondant, dirigée radialement vers l'intérieur, ce qui améliore la cohésion de la carcasse ferromagnétique du stator.
Sur ce thème, il est aussi prévu, dans la zone d ' interfaçage entre deux secteurs angulaires contigus, une forme de localisation ou d'indexation 56 qui vient se loger dans une forme complémentaire 59 du secteur adjacent. Cette localisation permet en outre d'augmenter la surface d'interface entre deux secteurs afin d'améliorer le comportement électromagnétique de la carcasse ferromagnétique dans cette zone singulière.
Grâce à ces dispositions, après mise en place des moyens de fixation, on obtient une carcasse statorique présentant une très bonne cohésion, un positionnement géométrique précis et une bonne solidité.
Ainsi assemblée, la carcasse ferromagnétique se présente sous une forme générale d'anneau, la partie annulaire présentant une section rectangle LlxL2, la dimension Ll étant la longueur radiale entre la base radiale intérieure 57 et la périphérie radiale extérieure 58, la dimension L2 représentant la longueur axiale de l'empilage des tôles ferromagnétiques (i.e. l'épaisseur de l'empilement des tôles).
Excepté dans la zone de la base radiale 57, on forme des dents 50 dirigées radialement vers l'extérieur, chaque dent s 'étendant depuis une première face latérale 5a jusqu'à la face latérale opposée 5b, chaque dent étant délimitée dans la direction circonférentielle de chaque côté par une série continue de passages traversants 4.
Plus précisément, lors de la formation par découpe des tôles, on enlève par découpage plusieurs petits disques de matière, contigus, se recouvrant légèrement, et alignés selon une direction radiale. Il en résulte dans la tôle découpée une série d'orifices se joignant continûment les uns aux autres, depuis l'orifice radialement le plus intérieur 41 jusqu'à l'orifice radialement le plus extérieur 44 qui forme une fente débouchant vers l'extérieur 40.
Sous la forme empilée dans un secteur angulaire 5, ces orifices forment alors des passages traversants 4 de forme générale cylindrique, d'axe parallèle à A.
Sur les côtés d'interface 53,54 (c'est-à-dire les bordures de jonction aux secteurs adjacents), le découpage inclut aussi des formes en demi-lune, représentant une moitié des découpes précédemment mentionnées. Sous la forme empilée dans un secteur angulaire, ces découpes en demi- lune forment des logements sensiblement hemi-cylindriques . Deux logements sensiblement hemi-cylindriques appartenant chacun à un secteur angulaire voisin, forment ensemble un passage auxiliaire 4' sensiblement de même taille que chacun des passages traversant 4 précédemment décrits.
Chaque passage 4 comprend une embouchure 4a du côté de la première face latérale 5a et une embouchure 4b du côté de la deuxième face latérale 5b.
On note que la première face latérale 5a (côté dit 'avant') est celle où sont effectués les raccordements des phases vers le circuit de commande, et sur la deuxième face latérale 5b (côté dit 'arrière'), opposée, on forme les rebouclages des bobinages et le positionnement des capteurs 9 dont il sera question plus loin.
BOBINAGE
L'ensemble stator-rotor présenté est de préférence utilisé dans un moteur électrique synchrone triphasé. Le bobinage électrique repose ainsi sur l'utilisation de trois phases distinctes repérées U,V,W. Comme connu en soi, chacune des phases porte un signal périodique décalé temporellement des autres, typiquement à 120° de décalage de phase. L'ensemble stator unique forme une succession de pôles électromagnétiques U,V,W lorsque l'on parcourt l'entrefer dans le sens circonférentiel .
En l'occurrence, dans l'exemple illustré (Fig . 3 ) , on trouve une succession de sept triplets de phases U,V,W, à savoir un nombre P de pôles électromagnétiques égal à 21.
De façon avantageuse, dans l'exemple illustré, on choisit de faire coïncider la configuration d'un secteur angulaire avec un triplet de phases (Fig . 4A, 4B, 6 ) . De cette manière, il est possible de pré-câbler chacun des secteurs angulaires 5 avant de procéder à l'assemblage des secteurs angulaires 5 ensemble sur l'embase 2.
Chaque secteur angulaire 5 comprend 9 dents 50 identiques, séparées par les passages traversant déjà mentionnés, en l'occurrence quatre passages 41,42,43,44, se succédant selon une direction radiale en allant vers l'extérieur. Chaque pôle électromagnétique est formé sur trois dents consécutives par le parcours d'un conducteur souple multibrin (autrement dit un câble électrique souple) , qui forme ainsi un enroulement 7 de pôle électromagnétique .
Plus précisément, le parcours en question peut être détaillé au regard des figures 4A, 4B, 5 et 9. Le conducteur 3U de la première phase est placé dans le logement auxiliaire 41' le plus proche de l'axe A depuis la première face latérale Ula 5a, jusqu'à la deuxième face latérale Ulb 5b ; à cet endroit le conducteur est réintroduit avec un virage à 180° dans le passage traversant 41 suivant à droite et ressort du côté avant Ul2a puis est réintroduit avec un virage à 180° dans le second logement auxiliaire 42' , U2a-U2b. Et ainsi de suite, le conducteur 3U fait un virage à 180° sur la face arrière et passe en passage 42 et ressort du côté avant en U23a, puis est réintroduit avec un virage à 180° en U3a dans un logement 41 encore plus à droite, débouche en U3b fait un virage à 180° (plug long) sur la face arrière, passe en passage 43 et ressort du côté avant en U34a puis est réintroduit avec un virage à 180° en U4a dans un logement 42 juste à droite, débouche en U4b fait un virage à 180° sur sa face arrière (également plug long) , passe en passage 44 et ressort du côté avant en U45a. Puis le conducteur est réintroduit avec un virage à 180° en U5a dans un logement 43 débouche en U5b fait un virage à 180° sur sa face arrière, passe en passage 43 pour ressortir côté avant pour être réintroduit en U6a dans un logement 44 ; un dernier rebouclage de U6b en face arrière ramène le conducteur en face avant sur le débouché U7c.
On forme ainsi six boucles complètes avec le conducteur 3U qui forme l'enroulement de pôle 7. On fait de même avec le conducteur de deuxième phase 3V (sortie en V7c) , et on fait également de même avec le conducteur de troisième phase 3W (sortie en W7c) .
Les conducteurs 3 sont de préférence identiques et présentent un diamètre extérieur compris entre 5 et 8 mm, avec un nombre de brins unitaires compris entre 50 et 600, et une gaine isolante de préférence de faible épaisseur, de préférence inférieure à 0,5 mm. Les brins peuvent être isolés les uns des autres, et on remarque que plus le nombre de brins est important, plus le conducteur est souple, ce qui est favorable pour faciliter l'opération de bobinage .
On remarque que chaque passage traversant 4,4' forme un logement individuel dans lequel on peut insérer un seul conducteur ; on prévoit un jeu minime entre le diamètre extérieur du conducteur et le diamètre circonscrit par les parois du logement formé par le passage traversant 4.
Pour chacun des secteurs angulaires 5 et pour chaque phase, on prévoit un manchon 97 de raccordement électrique au secteur angulaire suivant.
Concernant les opérations de bobinage, afin de protéger le conducteur et en particulier sa gaine isolante à l'endroit des virages à 180°, il est prévu tel qu'illustré aux figures 6 et 10, de disposer une plaquette de protection 8 sur chacune des faces latérales 5a, 5b des secteurs angulaires 5. Cette plaquette de protection peut être réalisée en matière plastique (sans que d'autres matériaux soient exclus pour autant) cette pièce ayant la forme d'un peigne divergent, chacune des branches 80 s 'étendant le long d'une dent 50 entre deux séries de passages traversant 4. Les branches 81 sont bombées de manière à fournir un appui courbe continu qui évite à la gaine isolante du conducteur de rentrer en contact avec une arête vive de la tôle métallique ferromagnétique (Fig. 10) .
La plaquette 8 forme ainsi une protection principalement mécanique pour le (s) conducteur ( s ) qui évite une détérioration de sa gaine.
Les branches 81 se raccordent au corps de peigne 80, et il est prévu des marquages de surface 83 pour aider l'opérateur en charge de l'opération de bobinage à ne pas se tromper d'orifice, et bien suivre le parcours prescrit.
En alternative à la plaquette de protection 8, il est possible de prévoir un congé ou une forme évasée sur chacune des embouchures 4a, 4b des passages traversant 4 et des logements auxiliaires 4'.
Assemblage
Après avoir procédé au tressage/bobinage des trois phases U,V,W de conducteur dans chacun des secteurs angulaires, on assemble les sept secteurs angulaires 5 sur l'embase 2 et on procède à la fixation via les moyens de fixation susmentionnés 19,19'; puis on procède au raccordement électrique de chacune des phases d'un secteur angulaire au secteur angulaire suivant à l'aide des manchons 97. Toutefois, le premier secteur angulaire formera le raccordement électrique à l'unité de contrôle et par conséquent chacune des trois phases U,V,W sera équipée d'une borne ou cosse de raccordement ; de même dans le dernier secteur angulaire, la terminaison des trois phases sera jointe pour former un point commun 33 c'est-à-dire le centre de l'étoile selon le raccordement électrique en étoile connu d'un montage triphasé.
Selon une variante, les cosses U,V,W, peuvent être maintenues sur une embase isolante par exemple en nylon.
Cette embase sert à figer la position des bornes avant l'enrobage (cf. ci -après) .
Après assemblage mécanique et électrique, on procède à une étape (optionnelle) d'enrobage au cours de laquelle on surmoule sur l'anneau statorique un matériau élastomère de protection 90, de type résine synthétique.
L'enrobage (on dit aussi 'encapsulage') a une fonction mécanique, elle permet de bloquer les composants (tôles, câbles, embase, etc.) entre eux. Cela évite les vibrations.
En outre le matériau est choisi pour faciliter l'évacuation thermique (il est choisi avec un coefficient de conduction meilleur que l'air, par exemple de 0.4 à 0.8 W/m K, typiquement 0.76, celui de l'air étant proche de 0.03W/m
K) .
Pour cela, l'enrobage est réalisé de préférence sous vide pour garantir une parfaite homogénéité, exempt de bulle d'air, avec une pénétration du produit dans toutes les cavités et interstices.
Concernant toujours le procédé d'obtention, avantageusement, les tôles ferromagnétiques 55 sont découpées, à partir d'un flanc de tôle primaire, pour former chaque secteur angulaire. On choisit l'orientation de la découpe dans le flanc de tôle pour minimiser l'écart entre l'orientation cristallographique de la tôle et la direction radiale dans la configuration finale du stator. De préférence, on découpe les tôles ferromagnétiques de manière à ce que l'orientation cristallographique dans la tôle soit généralement parallèle à la médiane RM du secteur (Fig. 5) .
Autres points
Comme connu, on utilise un ou plusieurs capteurs 9, par exemple de type effet Hall, pour mesurer la position et la vitesse du rotor. Avantageusement dans l'exemple illustré, la partie magnétique 60 du rotor 6 présente une longueur L6 supérieure, au moins d'un côté (ici en deuxième face latérale, autrement dit face arrière), à la longueur axiale L2 du noyau ferromagnétique du stator ; on peut ainsi installer le (s) capteur (s) 9 de position et/ou de vitesse en vis-à-vis de la portion du rotor qui dépasse du noyau ferromagnétique de stator. Le capteur est agencé en bordure du noyau ferromagnétique du stator, sans épargne nécessaire dans ce dernier.
On peut avantageusement prévoir trois capteurs 9, soit un capteur par phase.
On prévoit que les capteurs soient amovibles pour faciliter la maintenance. Pour positionner et maintenir précisément les capteurs, une pièce de localisation, est disposée avant l'encapsulage. Cette pièce est positionnée précisément par rapport au secteur angulaire en vis-à-vis à l'aide de moyens connus. Cette pièce comprend des positions aptes à recevoir les capteurs.
Selon une variante, le moule d'enrobage comprend les réservations nécessaires.
Il n'est pas exclu, dans le cadre de la présente invention, de bobiner pour chaque phase l'ensemble des secteurs l'un après l'autre, de manière à éviter les manchons ou épissures de raccordement inter secteurs.
Le bobinage ou tressage peut être réalisé manuellement ou par des moyens automatisés.
On note aussi qu'il peut être prévu de coller les conducteurs W7c, Ula-Ulb, U2a-U2b qui se situent à l'extérieur du secteur angulaire sur les bordures de jonction 53, 54, de manière à maintenir ces conducteurs provisoirement en bonne place avant l'assemblage des différents secteurs les uns contre les autres.
La configuration ainsi proposée permet de garantir un positionnement précis et répétable des conducteurs 3 dans les différents enroulements 7 de phase, ce qui tend à minimiser les acyclismes et irrégularités.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble stator (1) à P pôles électromagnétiques pour moteur électrique à rotor disposé radialement à l'extérieur du stator, d'axe A, l'ensemble stator comprenant :
- une carcasse ferromagnétique avec une pluralité de secteurs angulaires (5), au nombre de N, identiques ou similaires entre eux, disposés les uns à la suite des autres dans la direction circonférentielle, chacun formé par un empilement de tôles ferromagnétiques (55) découpées, - une embase (2) située radialement à l'intérieur des secteurs angulaires, les secteurs angulaires étant fixés à 1 'embase,
des conducteurs électriques (3) souples multibrin, configurés pour exciter les pôles électromagnétiques, dans lequel chaque secteur comprend des passages traversants (4), chaque passage traversant étant dimensionné pour le passage individuel d'un conducteur souple multibrin.
2. Ensemble Stator selon la revendication 1, dans lequel il est prévu dans une zone de transition entre deux secteurs angulaires, de former des passages auxiliaires (4') pour le passage individuel d'un conducteur souple multibrin.
3. Ensemble Stator selon la revendication 2, dans lequel le passage auxiliaire (4') est formé par deux portions hémicylindriques, chacune appartenant à un des deux secteurs adjacents.
4. Ensemble Stator selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on prévoit plusieurs passages traversants individuels les uns à la suite des autres dans la direction radiale .
5. Ensemble Stator selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les secteurs angulaires comprennent des évidements de retenue (52), l'embase comprend au moins une bordure annulaire (21,22), avec des trous (25) en vis-à-vis des évidements de retenue dans les secteurs angulaires, les secteurs angulaires étant fixés sur l'embase par des moyens de fixation (19; 19 ' ) .
6. Ensemble Stator selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les passages traversant sont formés par des orifices de forme générale sensiblement ronde et obtenus de découpe.
7. Ensemble Stator selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant en outre sur chacun des flancs latéraux de la carcasse ferromagnétique une plaquette de protection adaptée pour recevoir un rebouclage à 180° d'un conducteur.
8. Ensemble Stator selon l'une des revendications 1 à 7, configuré pour un moteur synchrone triphasé, dans lequel on prévoit un conducteur multibrin pour chaque phase (U,V,W), raccordé à un point commun à une extrémité, et à l'excitation d'une phase à l'autre extrémité.
9. Ensemble Stator selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'empilement de tôles ferromagnétiques (55) découpées formant chaque secteur angulaire est réalisé en découpant une tôle ferromagnétique primaire de manière à ce que l'orientation cristallographique dans les tôles de secteurs soit généralement parallèle à la médiane (RM) du secteur .
10. Ensemble stator selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant en outre un enrobage de protection (90) formé après assemblage des secteurs angulaires bobinés.
11. Moteur électrique, comprenant un stator selon l'une des revendications précédentes, un rotor (6) disposé radialement à l'extérieur du stator, dans lequel la partie magnétique du rotor présente une longueur (L6) supérieure, au moins d'un côté, à la longueur axiale du noyau ferromagnétique du stator, de manière à pouvoir installer au moins un capteur de position et/ou de vitesse (9) en vis-à-vis de la portion du rotor qui dépasse du noyau ferromagnétique de stator, le capteur (9) étant agencé en bordure du noyau ferromagnétique du stator, sans épargne nécessaire dans ce dernier.
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