Brevet FR2649557A1 — publié le 19910111

"Machine électrique, de préférence générateur triphasé pour véhicules automobiles." Etat de la technique - L'invention part d'une machine électrique, de préférence générateur triphasé pour véhicules, avec un stator refroidi superficiellement, un rotor à pôles à griffes et un paquet de tôles de stator qui porte un enroulement de stator dont les têtes de bobinage font saillie aux deux faces frontales du paquet de tôles de stator à partir des encoches de celui-ci, et ce stator étant placé dans un boîtier métallique par l'intermé- diaire des surfaces enveloppes externes duquel les chaleurs perdues sont transmises à un fluide de re- froidissement, les têtes de bobinage étant enrobées en étant isolées électriquement dans un matériau conduc- teur de la chaleur qui est relié, d'une façon conduc- trice de la chaleur, avec le boîtier métallique. Par la publication JA-57-65 570 d'un modèle d'utilité, on sait déjà munir le boîtier de stator d'un moteur électrique de nervures de refroidissement pour l'évacuation de la chaleur, ces nervures étant remplies, conjointement avec les espaces annulaires contre les têtes de bobinage de l'enroulement du sta- tor, par une résine moulée conductrice de la chaleur. Les têtes de bobinage sont alors complètement enrobées dans la résine moulée. Par le document CH 317 647, on sait en outre garnir, ou bien enrober les vides externes d'un paquet de tôles de stator de machines électriques, conjointe- ment avec les têtes de bobinage de l'enroulement du stator, avec une masse de remplissage en résine coulée ou un produit analogue. Les matériaux utilisés dans ce cas pour l'enrobage des têtes de bobinage assurent certes une bonne protection contre un endommagement mécanique des têtes de bobinage à partir de l'exté- rieur, mais ils présentent toutefois l'inconvénient d'une évacuation non satisfaisante de la chaleur du fait de valeurs de conduction thermique défavorables. En outre, les résines utilisées dans ce cas ont ten- dance lors du durcissement, à permettre la formation d'inclusions d'air du fait d'un retrait relativement important. Grâce à la présente solution on s'efforce d'améliorer l'évacuation de la chaleur des têtes de bobinage vers l'extérieur d'une façon économique. A cet effet, la machine électrique conforme à l'invention, est caractérisée en ce que les têtes de bobinage sont tout d'abord complètement recouvertes par une couche électriquement isolante et qu'elles sont ensuite enrobées dans un alliage métallique coulé sous pression jouant le rôle de matériau conducteur de la chaleur. Avantages de l'invention - La machine électrique conforme à l'inven- tion, avec les caractéristiques indiquées ci-dessus, présente l'avantage que l'alliage métallique coulé sous pression a de bonnes valeurs de conductibilité thermique, de sorte que la chaleur perdue émise par les têtes de bobinage arrive presque directement à l'alliage métallique coulé sous pression à travers la couche isolante relativement mince et peut être, à partir de là, évacuée rapidement par l'intermédiaire de la surface enveloppe externe du boîtier du stator. Un autre avantage réside en ce que le retrait de cer- tains alliages métalliques coulés sous pression, est pratiquement négligeable par rapport à celui des mas- ses de remplissage, de sorte que les inclusions d'air entre la couche isolante des têtes de bobinage et l'alliage métallique coulé sous pression, sont évi- tées. En outre, un endommagement des têtes de bobinage par la coulée de l'alliage métallique coulé sous pres- sion, est empêché par la couche isolante recouvrant complètement les têtes de bobinage. L'invention prévoit que le matériau conduc- teur de la chaleur est relié sur toute sa surface à sa périphérie externe avec le boîtier métallique. Il est également prévu que les têtes de bobinage sont tout d'abord complètement recouvertes d'une couche électri- quement isolante, et qu'ensuite elles sont enrobées 2 dans un alliage métallique coulé sous pression jouant le rôle de matériau conducteur de la chaleur et cons- tituant, en même temps, le boîtier métallique. Selon ces autres caractéristiques de l'in- vention, l'enrobement des têtes de bobinage et le bo - tier métallique pour le stator de la machine électri- que, sont réalisés en une seule opération grâce à l'alliage métallique coulé sous pression, de sorte qu'à côté de la bonne évacuation de chaleur à partir des têtes de bobinage, on obtient également en outre, une économie de prix de revient considérable pour la fabrication de la machine électrique. Grâce à d'autres caractéristiques de l'in- vention, on obtient des compléments avantageux et des améliorations avantageuses de l'objet de l'invention. Il est alors particulièrement avantageux d'utiliser comme alliage métallique coulé sous pression, un al- liage de zinc, car un tel matériau présente aussi bien les caractéristiques nécessaires pour un matériau de boîtier, qu'un retrait réduit ainsi qu'une possibilité de coulée à une température relativement réduite, de sorte qu'il ne se produit ainsi pas d'endommagements des enroulements de stator. La couche électriquement isolante des têtes de bobinage est constituée de façon avantageuse, d'une résine d'imprégnation suffisamment résistante à la température, le paquet de tôles de !0 stator avec les têtes de bobinage étant tout d'abord plongé dans une résine d'imprégnation liquide. L'enro- bage des têtes de bobinage dans l'alliage métallique coulé sous pression ne s'effectue qu'après que la ré- sine d'imprégnation soit durcie. Une couche isolante fermée recouvrant complètement les têtes de bobinage, peut être également obtenue de façon avantageuse en garnissant les têtes de bobinage chauffées d'une pou- dre de matière plastique qui adhère fortement sur la surface chauffée des têtes de bobinage et qui est fon- due ou bien frittée pour constituer une couche de ma- tière plastique fermée d'environ 0,5 à 1,0 mm d'épais- seur. Ce procédé connu sous le nom de frittage par turbulence est particulièrement non polluant. Dessins - Deux exemples de réalisation de l'invention sont représentés sur les dessins ci-joints et vont être exposés plus en détail dans la description ci- après. - la figure 1 montre en coupe transversale la moitié supérieure d'un générateur triphasé avec un boîtier distinct, - la figure 2 montre la moitié supérieure d'un générateur triphasé avec un boîtier et un enroba- ge des têtes bobinées en une seule opération. Description des exemples de réalisation - Le générateur triphasé désigné par 10 sur la figure 1 est utilisé pour alimenter en courant des vé- hicules automobiles lourds, des engins de chantiers, et des engins analogues. Il est constitué d'un stator 11, d'un rotor 12 avec des pôles à griffes, qui est fixé sur un arbre d'entraînement 13, et d'un enroule- ment d'excitation fixe 14. L'extrémité arrière de l'arbre d'entraînement 13 est saisie par l'intermé- diaire d'un palier à billes 15 dans un flasque de pa- lier 16 d'un boîtier métallique 17 du générateur. Du côté entraînement, l'arbre d'entraînement 13 est saisi par l'intermédiaire d'un autre palier à billes 18 par une bride 19 du générateur qui ferme le boîtier métal- lique en forme de pot 17 du côté entraînement. L'en- roulement d'excitation 14 est monté, en étant isolé, sur un anneau 20 conducteur du champ magnétique qui est fixé sur sa face frontale par des vis 21 contre la bride 19 et qui est traversé par l'arbre d'entraîne- ment 13. Le rotor 12 est fretté sur l'arbre d'entraî- nement 13 et il est constitué par deux pièces magnéti- quement conductrices 12a et 12b en forme de pôles à griffes, isolées magnétiquement l'une de l'autre, ces pièces conductrices 12a et 12b étant maintenues ensem- ble par deux anneaux de maintien non magnétiques 22 et 23. L'entraînement s'effectue, de préférence à partir d'un moteur à combustion interne au moyen d'un entraî- nement par courroies par l'intermédiaire d'une poulie 24 sur l'extrémité côté entraînement de l'arbre d'en- traînement 13. Le stator 11 du générateur triphasé 10 est constitué d'un paquet annulaire de tôles de rotor qui est encoché sur sa face interne et il reçoit dans ses encoches, non représentées, un enroulement triphasé de stator 26 dont les têtes bobinées 26a font saillie hors des encoches sur les deux faces frontales du paquet 25 de tôles de stator. Pour l'évacuation par l'intermédiaire de la surface enveloppe externe du boîtier métallique 17, de la chaleur de perte produite dans le générateur, le générateur triphasé 10 peut être placé dans un boîtier de refroidissement fermé, et y être fixé par la bride d'entraînement 19, de sor- te que la chaleur perdue s'évacue par le fluide de re- froidissement, par exemple de l'eau de refroidissement s'écoulant à travers le boîtier de refroidissement non représenté. Pour obtenir une bonne évacuation de la cha- leur perdue à partir des têtes de bobinage 26a, ces têtes de bobinage 26a sont tout d'abord complètement recouvertes par une couche électriquement isolante 27 et, ensuite, elles sont enrobées dans un alliage mé- tallique coulé sous pression jouant le rôle de maté- riau conducteur de la chaleur 28. Ce matériau conduc- teur de la chaleur 28 est alors relié sur toute sa surface à la face interne du boîtier métallique 17 pour assurer l'évacuation de la chaleur. Un enrobage complet des têtes de bobinage 26a dans le matériau 28 conducteur de la chaleur, n'est alors pas forcément nécessaire, de sorte que la face interne annulaire des têtes de bobinage 26a peut rester libre. Le recouvre- ment complet des têtes de bobinage 26a avec la couche isolante 27 est réalisé dans le cas présent par une poudre de matière plastique qui est frittée sur les têtes de bobinage 26a du stator préalablement chauffé, et qui forme alors un revêtement de matière plastique complètement fermé d'une épaisseur d'environ 1 mm. Comme le matériau 28 enrobant les têtes de bobinage 26a doit avoir à la fois une bonne valeur de conducti- bilité thermique, un retrait réduit et un point de fu- sion se situant nettement au-dessous de celui du cui- vre, pour ne pas endommager, lors du processus de cou- lée sous pression l'enroulement 26 du stator, un al- liage de zinc coulé sous pression a été utilisé dans le présent cas comme matériau 28 conducteur de la cha- leur. Dans le présent cas, le paquet de tôles de sta- tor 25 avec le matériau 28 conducteur de la chaleur, est réduit sur sa périphérie à la cote exacte par tournage, et ensuite, le boîtier métallique 17 est fretté à chaud sur le stator, de sorte que le matériau 28 conducteur de la chaleur est relié sur toute sa surface périphérique externe au boîtier métallique 17 dans de bonnes conditions de conductibilité thermique. Dans l'exemple de réalisation selon la figu- re 2, le générateur triphasé désigné par 30 a la même constitution, à l'exception du boîtier métallique, de sorte que par rapport à la figure 1, les mêmes réfé- rences sont utilisées pour les mêmes parties. Dans ce cas, également, les têtes de bobinage 26a sont tout d'abord complètement recouvertes d'une couche électri- quement isolante 27. A la différence de l'exemple de réalisation de la figure 1, les têtes de bobinage 26a sont toutefois dans ce cas, enrobées dans un matériau conducteur de la chaleur en un alliage métallique cou- lé sous pression, constituant en même temps le boîtier métallique 31. La condition préalable pour cela est que le matériau utilisé convienne également comme ma- tériau pour le boîtier. Dans le présent cas également, il y a lieu d'utiliser comme matériau 31 conducteur de la chaleur, un alliage de zinc coulé sous pression, car des métaux à un point de fusion plus élevé endom- Nmageraient l'enroulement 26 du stator lors du proces- sus de coulée. REVENDICATIONS 1.- Machine électrique, de préférence géné- rateur triphasé pour véhicules, avec un stator refroi- di en surface, un rotor à pôles à griffes et un pa- quet de tôles de stator qui porte un enroulement de stator dont les têtes de bobinage font saillie aux deux faces frontales du paquet de tôles de stator à partir des encoches de celui-ci et ce stator étant placé dans un boîtier métallique, par l'intermédiaire des surfaces enveloppes externes duquel la chaleur perdue est transmise à un fluide de refroidissement, les têtes de bobinage étant enrobées, en étant isolées électriquement, dans un matériau conducteur de la cha- leur qui est relié, d'une façon conductrice de la cha- leur avec le boîtier métallique, machine électrique caractérisée en ce que les têtes de bobinage (26a) sont tout d'abord complètement recouvertes par une couche électriquement isolante (27) et qu'elles sont ensuite enrobées dans un alliage métallique coulé sous pression jouant le rôle de matériau conducteur de la chaleur (28). 2.- Machine électrique selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le matériau conducteur de la chaleur (28) est relié sur toute sa surface à sa périphérie externe avec le boîtier métallique (17). 3.- Machine électrique selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les têtes de bobinage (26a) sont tout d'abord complètement recouvertes d'une couche électriquement isolante (27) et qu'ensuite el- les sont enrobées dans un alliage métallique coulé sous pression jouant le rôle de matériau conducteur de la chaleur et constituant en même temps, le boîtier métallique (31). 4.- Machine électrique selon l'une quelcon- que des revendications 1 ou 3, caractérisée en ce qu'il est prévu comme matériau conducteur de la cha- leur (28, 31), un alliage de zinc coulé sous pression. 5.- Machine électrique selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la couche électriquement isolante (27) des têtes de bobinage (26a) est une résine d'imprégnation. 6.- Machine électrique selon l'une quelcon- que des revendications i à 4, caractérisée en ce que la couche électriquement isolante (27) des têtes de bobinage (26a) est une couche de matière plastique fondue ou bien frittée sur ces têtes, d'environ 0,5 à 1 mm d'épaisseur.