Brevet FR2610770A1 — publié le 19880812

La présente invention concerne d'une manière gé- nérale des alternateurs et notamment un stator qui convient pour être-utilisé dans un alternateur pour un véhicule ou ana- logue et puisse fournir une puissance de sortie accrue et dont il soit possible de réduire les dimensions, ainsi qu'un pro- cédé pour fabriquer un tel stator. Dans un tel stator destiné à être utilisé dans un alternateur pour un véhicule, on introduit un fil électri- que massif possédant une section en coupe transversale circu- laire comme cela est décrit par exemple dans le brevet japonais mis à l'inspection publique sous le N 55- 79 660, dans des fentes ménagées dans le stator, tout en lui conservant sa forme en coupe transversale, et on replie des prolongementsformésle long de bords, opposés circonférentiel- lement, de l'extrémité de chaque partie en forme de dent d'un noyau sta- torique, de manière à former des ouvertures partiellement fer- mées pour les encoches. Comme cela est décrit dans le bre- vet japonais mis à l'inspection publique sous le N 55-94 567, on introduit un fil électrique massif semblable possédant une section transversale circulaire, dans des encoches ménagées dans le stator et on repousse à son tour le fil ou l'enrou- lement dans la direction de la profondeur des encoches de ma- nière à améliorer le rapport de la surface occupée par l'en- roulement à la surface occupée par l'encoche (rapport désigné ci-après sous le terme de "coefficient de remplissage"). En- fin, on étend circonférentiellement les bords opposés des ex- trémités des parties en fonrme de dents du noyau statorique-de manière à former des ouvertures partiellement fermées pour les enco- ches. Cependant, dans les techniques associées décri- tes précédemment, étant donné qu'on introduit le fil ou l'en- roulement électrique massif possédant une section transversale circulaire dans les encoches avant que sa forme en coupe trans- versale ait été modifiée, on ne peut pas améliorer le coef- ficient de remplissage mentionné précédemment étant donné que des espaces se forment nécessairement entre des spires suc- cessives de l'enroulement. Ceci rend difficile d'améliorer le niveau de sortie de l'alternateur. Dans le type, dans le- quel une pression est appliquée au fil ou à l'enroulement élec- trique massif possédant une section transversale circulaire et qui a été introduit dans les encoches, les spires de l'en- lement à l'intérieur des encoches peuvent se croiser partiel- lement de sorte qu'il peut s'avérer impossible de maintenir la disposition correcte des spires de l'enroulement. Il en résulte que, bien que l'enroulement soit comprimé, la pelli- cule électriquement isolante, qui recouvre la surface de l'en- roulement, peut être endommagée et par conséquent il peut se produire un court-circuit entre les enroulements. Par consé- quent l'adoption d'un tel procédé entraîne l'apparition d'un pourcentage accru de défauts pendant un procédé de fabrica- tion en grandes séries et par conséquent un rendement réduit. On sait de façon usuelle que les grosses machi- nes tournantes électriques utilisent en particulier un fil rectangulaire plat à la place d'un fil cylindrique. Cependant si l'on utilise un tel fil rectangulaire plat tel quel dans de petits alternateurs ou analogues, auxquels a trait la pré- sente invention, on obtient les inconvénients indiqués ci- après. D'une manière générale, avant de mettre en place l'en- roulement dans les encoches, il est nécessaire de donner à cet enroulement une forme prédéterminée. Cependant, dans un procédé de fabrication en grandes séries d'un volume impor- tant d'enroulement en un bref intervalle de temps à l'aide de machines d'enroulement, l'utilisation de ce type de fil plat rectangulaire ne convient pas étant donné qu'un tel fil présente une usinabilité inférieure à celle du fil cylindri- que étant donné la présence d'une courbure ou d'un torsadage au niveau des parties d'extrémité de la bobine. C'est pourquoi un but de la présente invention est de fournir une structure pour un stator convenant pour être utilisé dans un alternateur pour un véhicule, et un pro- cédé de fabrication d'un tel stator, dans lequel le taux de remplissage des encoches recevant l'enroulement est fortement amélioré, ce qui accroît la puissance de sortie de l'alterna- teur et le revêtement de l'enroulement n'est en aucune maniè- re endommagé pendant l'assemblage, et qui permette une produc- tivité supérieure. Le but indiqué plus haut est atteint à l'aide d'un stator convenant pour être utilisé dans un alternateur pour un véhicule, comportant: un noyau statorique possédant une pluralité d'encoches ménagées dans son pourtour intérieur; un enroulement statorique dont certaines parties sont insérées dans chacune desdites encoches dudit noyau statorique, et un matériau isolant du point de vue électrique, inséré entre ledit enroulement statorique et ledit noyau statorique, carac- térisé en ce que lesdites encoches ménagées dans ledit noyau statorique possèdent une forme en coupe transversale sensible- ment rectangulaire et que lesdites parties dudit enroulement statorique, insérées dans lesdites encoches, possèdent égale- ment une forme en coupe transversale rectangulaire et que le reste dudit enroulement statorique possède une forme en coupe transversale circulaire. Conformément à la présente invention,on conforme une partie de l'enroulement inséré dans les encoches du sta- tor de manière à donner aux parties de l'enroulement insérées dans les encoches une forme en coupe transversale sensible- ment rectangulaire, par application d'une pression, ce qui améliore fortement le degré de remplissage des encoches par l'enroulement. En outre, étant donné que l'enroulement est réalisé en un matériau pour enroulements possédant au moins une forme en coupe transversale circulaire, il est possible de supprimer différents inconvénients qui apparaissaient jus- qu'alors lors de la formation des enroulements. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une partie d'un stator destiné à être utilisé dans un al- ternateur pour un véhicule, conforme à la présente invention; - la figure 2 représente une vue dans la direc- tion repérée par une flèche II sur la figure 1; - les figures 3 à 5 sont des vues schématiques illustrant la formation d'un enroulement statorique pour le stator logé dans un alternateur prévu pour un véhicule, con- O10 forme à la présente invention; - la figure 3 représente à l'état enroulé le ma- tériau de l'enroulement, auquel s'applique la présente inven- tion; - la figure 4 est une vue en perspective schéma- tique illustrant le procédé de compression du matériau de l'en- roulement représenté sur la figure 3, à l'aide d'une matrice de compression; - la figure 5 représente une vue en perspective schématique montrant un enroulement statorique formé confor- mément à la présente invention; - la figure 6 représente une vue en perspective schématique d'un noyau statorique d'un alternateur pour un véhicule, conforme à la présente invention, et représente un état dans lequel des prolongements destinés à servir de par- ties collectant le flux magnétique, n'ont pas été formées: - les figures 7A et 7B montrent des vues sché- matiques représentant un procédé de fabrication de parties collectant le flux magnétique, du stator d'un alternateur pour un véhicule, conforme à la présente invention, la figure 7A montrant un état dans lequel l'enroulement statorique est in- sérç dans les fentes du stator, tandis que la figure 7B mon- tre un état dans lequel la surface d'extrémité de chaque par- tie dentée du noyau statorique-est conformée par compression; - les figures 8A et 8B représentent des coupes transversales d'un autre exemple d'un enroulement statorique prévu pour un stator d'un alternateur pour un véhicule, con- forme à la présente invention, la figure 8A représentant une coupe transversale d'un fil conducteur creux, tandis que la figure 8B représente le fil conducteur creux qui est conformé par compressionde manière à posséder une surface en coupe trans- versale sensiblement rectangulaire; - la figure 9 est une vue en coupe transversa- le schématique d'un alternateur pour un véhicule, qui contient le stator conforme à l'invention; et - la figure 10 représente un diagramme de carac- téristiques permettant de comparer la caractéristique de sor- tie de l'alternateur pour un véhicule, qui contient un stator conforme à l'invention, et la caractéristique de sortie d'un type classique d'alternateur pour véhicule. On va décrire ci-après, en référence à une forme de réalisation préférée représentée, un stator convenant pour être utilisé dans un alternateur pour un véhicule, conforme à la présente invention, et un procédé pour fabriquer ce sta- tor. Sur les dessins, on a utilisé des chiffres de référence identiques pour désigner des éléments identiques ou corres- pondants. La figure 1 représente, selon une coupe trans- versale, une partie de l'induit d'un alternateur pour un vé- hicule, c'est-à-dire un stator 1. Le stator 1 possède un no- yau statorique 2 constitué par des tôles d'acier laminées pos- sédant chacune une forme estampee prédéterminée. Le noyau stato- rique2 possède une partie cylindrique 3 et une pluralité de parties en forme dents 4 dont chacune fait saillie radialement à l'intérieur de la partie cylindrique 3, et chaque encoche 5 est définie entre des parties en forme de dents voisines 4. L'encoche possède une section transversale rectangulaire. Dans la pré- sente forme de réalisation, le stator 1, qui convient pour être utilisé dans un alternateur pour un véhicule, comporte douze encoches ménagées dans la partie cylindrique 3 du noyau statorique 2 sur le côté de sa périphérie intérieure. Sur la figure 1, on a représenté uniquement trois de ces fentes, à titre d'exemple. Un couple de prolongements 6, qui s'étendent circonférentiellement dans des directions opposées, sont for- més sur les bords circonférentiellement opposés de l'extrémi- té intérieure de chacune des parties en forme de dents.Chacun des prolongements 6 sert à collecter le flux magnétique et à définir l'ouverture partiellement fermée de l'encoche 5, de manière à empêcher une disposition en saillie d'un enroulement, comme cela sera décrit plus loin de façon plus détaillée. Dans la présente forme de réalisation, on insè- re un enroulement statorique 7 constitué de six spires dans chacune des encoches 5 du stator 1. Naturellement on enroule cet enroulement statorique de manière à obtenir une sortie triphasée de la même manière que dans les alternateurs pour véhicules, de l'art antérieur. Entre le noyau statorique 2 et l'enroulement statorique 7 on insère une tôle électrique- ment isolante 8, réalisée en un matériau du type désigne sous l'appellation "Nomex", qui possède un haut degré de résistan- ce à la chaleur. Par conséquent on obtient une isolation élec- trique efficace entre le noyau statorique 2 et l'enroulement statorique 7. La figure 2 représente une vue en plan du sta- tor 1 de l'alternateur, représenté sur la figure 1, dans la direction repérée par une flèche II sur cette figure 1. Comme cela est clairement visible sur la figure 2, l'enroulement statorique 7 logé dans l'encoche 5 du noyau statorique 2 pos- sède une partie 7a et des parties d'extrémité de bobine 7b. La partie 7a est insérée dans l'encoche 5 et possède une sec- tion transversale plate ou rectangulaire. Les autres parties ou parties d'extrémité de bobine 7b possèdent une forme en cou- pe transversale circulaire. Comme on peut le voir d'après ce qui précède, étant donné que chacune des encoches 5, qui pos- sède une forme sensiblement rectangulaire en coupe transver- sale, loge l'enroulement qui possède une forme en coupe trans- versale rectangulaire similaire, le taux de remplissage de la fente 5 du stator par l'enroulement est amélioré, On va maintenant décrire un procédé de fabrica- tion de l'enroulement statorique 7 décrit plus haut. Comme cela est représenté sur la figure 3, on enroule un matériau massif 17 en forme de fil électrique, possédant une section transversale circulaire, plusieurs fois, par exem- ple six fois, selon une forme sensiblement rectangulaire, ce qui fournit un enroulement possédant une forme prédéterminée. Dans l'exemple représenté, on enroule le matériau 17 de l'en- roulement selon une forme sensiblement rectangulaire et on donne une forme d'arc aux parties d'extrémité de bobine 17b. C'est pourquoi, lorsqu'on insère l'enroulement dans l'encoche du noyau statorique 2, la partie d'extrémité de bobine 17b peut être aisément travaillée. De même, étant donné qu'on uti- lise un matériau formant fil électrique possédant une section transversale circulaire, il n'apparaît aucune altération de l'usinabilité sous l'effet du torsadage du fil électrique, contrairement au cas dans lequel l'enroulement indiqué précé- demment est formé à partir de ce qu'on appelle un fil rectan- gulaire. C'est pourquoi il est inutile de tenir compte d'un torsadage des fils électriques. Par conséquent il est évident que le présent matériau de l'enroulement convient pour être utilisé dans un procédé de fabrication en grandes séries, en raison de son usinabilité supérieure. Une fois qu'on a donné au matériau 17 de l'enrou- lement statorique une forme prédéterminée de la manière décri- te précédemment, on donne à sa partie 17a, qui doit être in- sérée dans l'encoche 5, une forme plate, au moyen d'un' ma- trice de compression 9. La matrice de compression 9 comporte une embase 10, une butée 11 située à mi-distance-------------- le long de l'embase 10, dans ---------------------------------- la direction longitudinale, un couple de blocs 12 prévus sur les extrémités longitudinales opposées de l'embase 10, un cou- ple de coulisseaux 13 aptes à glisser longitudinalement sur lemrbase 10, des ressorts 14 fixés respectivement par une ex- trémité au bloc 12 et par l'autre extrémité au coulisseau 13, et un poussoir 15 déplacé verticalement au moyen d'une pres- sion hydraulique ou analogue. On insère le matériau de l'en- roulement, auquel on a donné la forme représentée sur la fi- gure 3, entre la butée 11 et les coulisseaux 13, les parties 17a dudit matériau, qui doivent être insérées dans les encoches, c'est-à-dire les parties autres que les parties d'extrémité de bobine 17b, sont retenues entre le dis- positif d'arrêtetlescoulisseaux par la force des ressorts 12. Ensuite, on repousse les parties insérées 17a, à l'aide du poussoir 15, dans la direction repérée par une flèche repré- sentée sur la figure 4. Sous l'effet de l'application de cette pression, le matériau 17 de l'enroulement du stator prend la forme d'un enroulement statorique 7 tel que celui représenté sur la figure 5, sur laquelle les parties autres que les par- ties d'extrémité de bobine 7b, c'est-à-dire les parties 7a devant être insérées dans l'encoche 5, possèdent une forme en coupe transversale sensiblement carrée et par exemple rec- tangulaire. Dans le mode d'exécution décrit ci-dessus, une fois que le matériau de l'enroulement a été enroulé et que l'enroulement ainsi obtenu a été disposé de manière que ses spires soient superposées, on comprime des parties prédéter- minées des spires superposées. Cependant, après que seules les parties prédéterminées du matériau de l'enroulement aient été comprimées, on peut enrouler le matériau d'enroulement obtenu sous une forme désirée. On introduit fermement l'enroulement statorique 7, qui a été formé de la manière décrite plus haut, dans cha- cune des encoches 5 définies entre les parties en forme de dents voi- sines 4 du noyau statorique 2 représenté sur la figure 6, mo- yennant l'interposition d'une feuille électriquement isolante- entre l'enroulement et le noyau. Comme représenté sur la fi- gure 6, on aménage axialement un trou traversant 16 de forme sensiblement elliptique, à travers chacune des parties en forme de dents 4 du noyau statorique 2. Comme cela sera décrit plus loin, on forme les prolongements 6 mentionnés précédemment et ser- vant de parties collectant le flux magnétique, en comprimant la surface d'extrémité de chacune des parties en forme de dents 4. De ce fait il est possible d'empêcher l'enroulement inséré de sortir des encoches 5. Comme cela ressort à l'évi- dence de ce qui précède, une fois que l'enroulement 7 a été inséré dans chacune des encoches 5, on forme le prolongement 6 constituant une partie collectant le flux magnétique, sur la surface d'extrémité de la partie en forme de dent 4 du no- yau statorique 2. Par conséquent, on peut aisément insérer dans chacune des encoches 5 l'enroulement 7 qui possède une forme sensiblement rectangulaire. On notera que le rendement de l'ensemble est remarquablement amélioré, en particulier dans -le cas d'un procédé de fabrication en grandes séries. Ci-après on va décrire un procédé de fabrication des prolongements qui servent de parties du noyau statorique 2 collectant le flux magnétique. En référence à la figure 7A, on introduit six spires de l'enroulement statorique 7 dans chacune des-enco- ches 5 moyennant l'interposition d'une feuille électriquement isolante 8 entre l'enroulement 7 et la surface de l'encoche 5. Ultérieurement, comme représenté sur la figure 7B,on refoule la partie en forme de dent 4 du noyau statorique 2,à l'aide de moyens appropriés de compression(par exemple une presse ou un rouleau)dans la direction repérée par les flèches F représentées.Comme représenté par des lignes en trait olein sur la figure 7B,les trous traversants 16 formés axialement à travers les zones d'extrémité des parties en forme de dents 4 sont pincées et simultanément les parties du noyau statori- que 2, qui sont voisines des faces circonférentiellement op- posées du trou traversant 16, sont refoulées vers l'extérieur Darallèlement à la circonférence du noyau statorique 2. C'est pourquoi il est possible de former les parties 6 collectant le flux magnétique de manière que chacune d'elles possède une forme idéale, proche d'un arc. Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, à titre d'exemple, on utilise le matériau en forme de fil élec- trique massif possédant une surface en coupe transversale cir- culaire pour former l'enroulement statorique. Mais, dans la présente invention, on peut utiliser un fil conducteur creux 27 tel que représenté sur la figure 8A, à la place du maté- riau en forme de fil circulaire. Comme cela est représenté,- le noyau conducteur évidé 27 possède initialement une section transversale annulaire. Si l'on comprime le noyau conducteur 27, il prend une forme allongée possédant des extrémités ar- rondies, comme représenté sur la figure 8B. Comme cela res- sort à l'évidence de ce qui précède, si on utilise le conduc- teur creux 27 lors du procédé de compression expliqué précé- demment en référence à la figure 4, le niveau de pression requis pour la compression peut être réduit par rapport au cas du fil cylindrique plat, et il est possible de donner ai- sément et d'une manière efficace une forme en coupe transver- sale rectangulaire pour fil cylindrique. Naturellement on don- ne aux parties du conducteur creux 7 devant être inséré dans les encoches, une forme plate. En outre, on peut réduire le degré de compression requis pour la déformation du fil conduc- teur évidé par rapport au degré de pression requis lors de la déformation d'un fil conducteur plein. Par conséquent, une pellicule électriquement isolante recouvrant l'enroulement est moins susceptible d'être endommagée pendant la compres- sion, et le pourcentage de défauts peut être réduit à une va- leur extrêmement faible. La figure 9 représente, en coupe transversale, un alternateur pour un véhicule qui contient le stator 1 dé- crit précédemment. La figure 10 permet de comparer les carac- téristiques de sortie d'un alternateur typique de l'art anté- rieur et d'un alternateur qui-contient le stator conforme à la présente invention. Comme on peut le voir sur la figure 10, grâce à l'agencement conforme à la présente inventions -11 il est possible d'améliorer le rapport de la surface occupée par l'enroulement à la surface occupée par l'encoche, c'est- à-dire le taux de remplissage, à une valeur équivalente à en- viron 80 %. Par conséquent, comme le montre le diagramme des caractéristique de la figure 10, il est possible d'améliorer la puissance de sortie pour toute la gamme des vitesses de rotation de l'alternateur, par rapport à la puissance de sor- tie de l'alternateur pour véhicules, de l'art antérieur, et possédant les mêmes dimensions (sa caractéristique de sortie est représentée par une ligne formée de tirets). En particu- lier il a été établi que la puissance de sortie pour une vi- tesse de rotation nominale de 5000 tr/mn peut être accrue d'en- viron 25 %, comme cela est représenté par la ligne en trait plein. Comme cela ressort à l'évidence de la descrip- tion qui précède, la présente invention permet de réaliser un stator, dans lequel le taux de remplissage des encoches est élevé et qui soit utilisable dans un alternateur pour un véhicule, de sorte qu'il est possible d'obtenir un alterna- teur dont les dimensions peuvent être réduites et qui permet d'obtenir une puissance de sortie accrue. REVENDICATIONS 1. Stator convenant pour être utilisé dans un alternateur pour un véhicule, comportant - un noyau statorique possédant une pluralité d'encoches ménagées dans son pourtour intérieur, - un enroulement statorique dont certaines par- ties sont insérées dans chacune desdites encoches dudit noyau statorique, et - un matériau isolant du point de vue électrique inséré entre ledit enroulement statorique et ledit noyau statorique, caractérisé en ce que lesdites encoches (5) ménagées dans le- dit noyau statorique (2) possèdent une forme en coupe trans- versale sensiblement rectangulaire et que lesdites parties (7a) dudit enroulement statorique (7), insérées dans lesdites encoches (5), possèdent également une formeencoupe transver- sale rectangulaire et que le reste (7b) dudit enroulement sta- torique (7) possède une forme en coupe transversale circulai- re. 2. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que le reste dudit enroulement statorique (7) possède une forme en coupe transversale creuse. 3. Procédé pour fabriquer un stator convenant pour être utilisé dans un alternateur pour un véhicule, ce stator comportant un noyau statorique possédant une pluralité d'encoches ménagées dans son pourtour intérieur; un enroule- ment statorique dont certaines parties sont insérées dans cha- cune desdites encoches dudit noyau statorique, et un matériau isolant du point de vue électrique, inséré entre ledit en- roulement statorique et ledit noyau statorique, caractérisé en ce qu'il inclut les étapes consistant à conformerparcompres- sion (9) les parties (7a) dudit enroulement statorique devant être insérées dans chacune desdites encoches (5), de manière à donner &uxdites parties ayant une forme en coupe transversale circulaire 'une- forme en coupe transversale sensiblement rec- tangulaire. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit enroulement statorique (7) est réalisé en un matériau (27) pour enroulements, possédant une forme en coupe transversale creuse. 5. Procédé pour fabriquer un stator convenant pour être utilisé dans un alternateur pour un. véhicule, ce stator comportant un noyau statorique:possédant une pluralité d'encoches ménagées dans son pourtour intérieur; un enroule- ment statorique dont certaines parties sont insérées dans cha- cune desdites encoches dudit noyau statorique, et un matériau isolant du point de vue électrique et inséré entre ledit en- roulement statorique et ledit noyau statorique, caractérisé en ce qu'il inclut les étapes consistant à enrouler un maté- riau (17) pour enroulements, possédant une forme en coupe transversale circulaire, selon une forme d'enroulement prédé- terminée, et ensuite à conformer par compression(9)les parties (17a) dudit matériau (17) de l'enroulement statorique, qui doivent être introduites dans chacune desdites encoches, en faisant passer ces parties d'une forme en coupe transversale circulaire à une forme en coupe transversale sensiblement rec- tangulaire. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'enroulement statorique (7) est réalisé à partir d'un matériau (27) pour enroulements, possédant une forme en coupe transversale creuse.. 7. Procédé pour fabriquer un stator convenant pour être utilisé dans un alternateur pour un véhicule, ce stator comportant un noyau statorique possédant une pluralité d'encoches ménagées dans son pourtour intérieur; un enroule- ment statorique dont certaines parties sont insérées dans cha- cune desdites encoches dudit noyau statorique, et un matériau isolant du point de vue électrique et inséré entre ledit en- roulement statorique et ledit noyau statorique, caractérisé en ce qu'il inclut les étapes consistantà conformer parcompres- sion (9) les parties (7a) dudit enroulement statorique, qui doivent être insérées dans chacune desdites encoches (5), en les faisant passer d'une forme en coupe transversale circulai- re à une forme en coupe transversale sensiblement rectangu- laire, et à enrouler ultérieurement le matériau (17) de l'en- roulement en lui donnant une forme d'enroulement déterminée, ce qui aboutit à la formation dudit enroulement statorique (7). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit enroulement statorique (7) est réalisé en un matériau (27) pour enroulements, possédant une forme en coupe transversale creuse.