Brevet FR2649556A1 — publié le 19910111

"Machine électrique, de préférence générateur triphasé pour véhicules automobiles." L'invention part d'une machirne électrique, de préférence générateur triphasé pour véhicules avec un stator refroidi superficiellement, avec un rotor à pôles à griffes et avec un paquet de t-les de stator, qui porte un enroulement de stator, dor.t les têtes de bobinage font saillie hors des encoches de ce paquet de tôles de stator sur les deux faces frontales de ce- lui-ci, ce paquet de tôles de stator es_ placé dans un boîtier métallique par l'intermédiaire de la surface enveloppe externe duquel la chaleur perdue est trans- mise à un fluide de refroidissement, les têtes de bo- binage étant entourées, en étant électriquement iso- lées, par un anneau métallique conducteur de la cha- leur qui est relié d'une façon conductrice de la cha- leur, au boîtier métallique. Par la publication de modèle d'utilité JA 57-65 570, on sait déjà munir le bottier 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 sur les têtes de bobinage de l'enroulement du stator avec une résine moulée conductrice de la chaieur. Les têtes de bobinage sont alors complètement enrobées dans la résine moulée. On sait en outre, par le document CH-PS 317 647 remplir ou entourer les vides externes d'un paquet de tÈles de stator de machines électriques, conjointe- ment avec les têtes de bobinage de l'enroulement du stator, avec une masse de remplissage en résine de coulée ou en un produit analogue. Les matériaux utili- sés, dans ce cas, pour l'enrobage des têtes de bobina- ge assurent certes, une bonne protection contre un en- dommagement mécanique des têtes de bobinage à partir de l'extérieur, mais ils présentent toutefois l'incon- vénient d'une évacuation non satisfaisante de la cha- leur du fait de leur valeur de conductibilité thermi- que défavorable. En outre, les résines utilisées dans ce cas ont tendance, lors du durcissement, à permettre la formation d'inclusion d'air du fait de leur retrait relativement important. Par le document DE-OS 27 11 053 on sait en- fin, pour évacuer la chaleur produite dans le rotor de la machine, disposer devant les têtes de bobinage de l'enroulement du stator, des anneaux conducteurs de la chaleur, dont les saillies en forme de peignes sont insérées dans les encoches du stator et dont les faces externes s'appliquent contre le boîtier du stator pour permettre l'évacuation de chaleur. Grâce à ces dispo- sitions, l'enroulement du stator sera protégé, dans une large mesure, contre le rayonnement thermique du rotor, les têtes de bobinage, grâce à des perçages des anneaux conducteurs de la chaleur, étant enrobées dans un matériau isolant, qui assure aussi bien l'isolation thermique que l'isolation électrique des têtes de bo- binage. La chaleur produite dans les têtes de bobinage doit, en conséquence, être évacuée sur le boîtier par l'intermédiaire du paquet de tôles du stator. La présente solution a pour but d'améliorer l'évacuation de là chaleur des têtes de bobinage vers l'extérieur d'une manière efficace et économique. A cet effet, la machine électrique conforme à l'invention est caractérisée en ce que, entre le boîtier métallique et au moins une des têtes de bobi- nage, un anneau métallique dépassant de peu la face frontale de la tête de bobinage considérée est intro- duit à la presse jusqu'à ce qu'il vienne contre le pa- quet de tôles de stator et est joint par sa surface au boîtier métallique sur toute la profondeur de la tête de bobinage considérée, tandis qu'un interstice sub- sistant respectivement entre la tête de bobinage et cet anneau métallique est rempli par une matière syn- thétique. La machine électrique, conforme à l'inven- tion, comportant les caractéristiques indiquées ci- dessus, présente l'avantage que les anneaux conduc- teurs de la chaleur, peuvent capter à peu près direc- tement à travers une couche isolante relativement min- ce, la chaleur perdue produite dans les têtes de bobi- nage et l'évacuer par l'intermédiaire de la surface enveloppe externe du boîtier de la machine. Un autre avantage réside en ce que le retrait de la masse de remplissage est négligeable, de sorte que des inclu- sions d'air ou bien des interstices remplis d'air en- tre la couche isolante d'une tête de bobinage et l'an- neau métallique, sont évités. Grâce à d'autres caractéristiques de l'in- vention, on obtient des compléments avantageux et des améliorations des caractéristiques indiquées ci- dessus. Il est alors particulièrement avantageux de ne prévoir un anneau métallique pour entourer une tête de bobinage, que sur un côté du paquet de tôles du stator de la machine électrique et de munir le boîtier métal- lique du stator sur l'autre côté du paquet de tôles du stator d'un épaulement interne qui sert de butée pour le paquet de tôles du stator et qui s'étend peu au- delà de la tête de bobinage, et de le réaliser avec une saillie annulaire dirigée radialement vers l'inté- rieur qui recouvre la face frontale de cette tête de bobinage. Dans le cas d'une machine électrique avec deux enroulements de stator disposés axialement l'un derrière l'autre, tels qu'on les utilise, de préféren- ce dans le cas de génératrices d'éclairage à double pièce conductrice, il est particulièrement avantageux de munir le boîtier de la machine entre les deux pa- quets de tôles du stator d'une collerette de section transversale en forme de T dirigée vers l'intérieur et qui recouvre les têtes de bobinage internes voisines pour permettre l'évacuation de la chaleur. Les deux têtes de bobinage externes sont alors recouvertes par deux anneaux métalliques en forme de cornière intro- duits à la presse à partir de l'extérieur dans le bo - tier métallique. Dans le cas d'un boîtier en forme de pot du stator, il est par contre avantageux, au lieu de la collerette de boîtier en forme de T, d'utiliser pour les deux têtes de bobinage internes voisines, un anneau métallique en forme de T qui sert en même temps de butée pour les paquets de tôles de stator voisins. Dans le cas d'une machine à double pièce conductrice, entre deux paquets de tôles de stator disposés axialement l'un à côté de l'autre avec un in- tervalle entre eux, est introduit à la presse un an- neau métallique en forme de H dans le boîtier métalli- que (44) pour permettre l'évacuation de la chaleur, cet anneau entourant les têtes de bobinage internes voisines. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, l'interstice subsistant respectivement entre la tête de bobinage et l'anneau métallique, ou bien le boîtier métallique, est rempli par injection avec une matière synthétique électriquement isolante conductri- ce de la chaleur, de préférence avec un caoutchouc de silicone. Enfin,, suivant une autre caractéristique de l'invention, les anneaux métalliques introduits à la presse dans le boîtier métallique sont réalisés en aluminium. Trois exemples de réalisation de l'invention sont représentés sur les dessins ci-joints et sont ex- posés plus en détail dans la description ci-après. - la figure 1 montre en coupe transversale, la moitié supérieure d'un générateur triphasé avec un anneau conducteur de la chaleur, - la figure 2 montre la moitié inférieure d'un générateur triphasé à double pièce conductrice avec deux anneaux conducteurs de la chaleur et une collerette de boîtier en forme de T entre les paquets de tôles de stator, - la figure 3 montre un générateur triphasé à double pièce conductrice avec un anneau médian con- ducteur de la chaleur, en forme de T, et deux anneaux externes conducteurs de la chaleur. Le générateur triphasé désigné par 10 sur la figure 1 sert à alimenter en courant des véhicules au- tomobiles lourds, des engins de chantiers et des en- gins analogues. Il est constitué d'un stator 11, d'un rotor 12 à pôles à griffes, qui est fixé sur un arbre d'entraînement 13, et d'un enroulement d'excitation fixe 14. L'extrémité arrière de l'arbre entraînement 13 est saisie par l'intermédiaire d'un palier à billes dans un flasque de palier 16 d'un boîtier métalli- que 17 du générateur. Du côté entraînement, l'arbre d'entraînement 13 est saisi par l'intermédiaire d'un autre palier à billes 18 d'une bride d'entraînement 19 du générateur, qui ferme le boîtier métallique en for- me de pot 17 vers le côté entraînement. L'enroulement d'excitation 14 est rapporté, en étant isolé, sur un anneau 20 conducteur du flux magnétique, qui est fixé sur sa face frontale par des vis 21 sur la bride d'en- traînement 19 et qui est traversé par l'arbre d'en- traînement 13. Le rotor 12 est fretté sur l'arbre d'entraînement 13 et il est constitué de deux pièces magnétiquement conductrices 12a et 12b en forme de pô- les à griffes, magnétiquement isolées l'une de l'au- tre, ces pièces conductrices 12a et 12b étant mainte- nues ensemble par deux anneaux de maintien non magné- tiques 22 et 23. L'entraînement s'effectue de préfé- rence à partir d'un moteur à combustion interne, au moyen d'un entraînement à courroies, et par l'intermé- diaire d'une poulie 24 sur l'extrémité côté entraîne- ment de l'arbre d'entraînement 13. Le stator 11 du gé- nérateur triphasé 10- est constitué d'un paquet de tô- les de stator 25 de forme annulaire qui est encoché sur sa face interne et qui reçoit dans ses encoches, non représentées, un enroulement triphasé de stator 26 dont les têtes de bobinage 26a font saillie hors des encoches sur les deux faces frontales du paquet de tô- les de stator 25. Pour évacuer par l'intermédiaire de la surface enveloppe externe du boîtier métallique 17 la chaleur perdue produite dans le générateur, le gé- nérateur triphasé 10 peut être placé dans un boîtier de refroidissement fermé et être fixé sur ce boîtier par la bride 19, de façon qu'un fluide de refroidisse- ment, par exemple de l'eau de refroidissement, circu- lant à travers ce boîtier de refroidissement, non re- présenté, évacue la chaleur perdue. Pour -obtenir une bonne évacuation de la cha- leur perdue des têtes de bobinage 26a et 26b, un an- neau métallique 27 est introduit à la presse dans le boîtier métallique 17 entre ce boîtier métallique 17 et la tête de bobinage gauche 26a jusqu'à ce qu'il ar- rive contre le paquet de tôles de stator 25, cet an- neau métallique de section transversale en forme de cornière s'étendant peu au-delà de la face frontale de la tête de bobinage antérieure 26a. L'anneau métalli- que 27 est relié par sa surface périphérique externe au boîtier métallique 17 sur toute la profondeur de la tête de bobinage 26a pour assurer une bonne évacuation de la chaleur. Sur le côté gauche, opposé à l'anneau métallique 27, du paquet de tôles de stator 25, le boîtier métallique 17 du stator 11 est muni d'un épau- lement interne 28 pour évacuer la chaleur de la tête de bobinage gauche 26b, cet épaulement servant de bu- tée pour le paquet de tôles de stator 25 et s'étendant un peu au-delà de la tête de bobinage 26b. Le boîtier 17 est muni d'une saillie annulaire 17a se raccordant à l'épaulement précité et dirigée radialement vers l'intérieur, cette saillie recouvrant la tête de bobi- nage 26b. Un interstice subsistant entre la tête de bobinage 26a et l'anneau métallique 27 d'une part, et entre la tête de bobinage 26b et la saillie 17a, d'au- tre part, est rempli avec une matière synthétique 29, de préférence conductrice de la chaleur. Dans l'exemple de réalisation selon la figu- re 2, est représentée, en coupe transversale, la moi- tié inférieure d'un générateur triphasé 30 avec un ro- tor à double pièce conductrice 31. Sur un arbre d'en- traînement 32 sont fixés, symétriquement par rapport à un plan, deux rotors 33, 34 à pôles à griffes, les pô- les à griffes recouvrant respectivement un des deux enroulements d'excitation 35, 36. Chacun des enroule- ments d'excitation 35, 36 est rapporté, en étant iso- lé, sur un anneau magnétiquement conducteur 37, 38, respectivement vissé sur sa face frontale contre une bride de boîtier 39, 40 du générateur triphasé 30. Le stator 41 du générateur triphasé 30 est muni de deux paquets de tôles de stator 42, 43 disposés axialement l'un derrière l'autre, qui portent les enroulements de stators 45, 46 et qui sont entourés par un boîtier mé- tallique 44 muni de canaux pour le fluide de refroi- dissement. Les deux têtes de bobinage placées à l'exté- rieur 45a et 46a des enroulements de stator 45, 46, sont respectivement recouvertes par deux anneaux mé- talliques en forme de cornière 27 selon la figure 1, pour permettre l'évacuation de la chaleur. Les têtes de bobinage internes voisines 45b, 46b sont, dans ce cas, recouvertes par une collerette 47, de section transversale en forme de T dirigée vers l'intérieur, du boîtier métallique 44. Ici également, les faces de la collerette de boîtier 47 en forme de T constituent respectivement une butée pour les paquets de tôles de stator 42 et 43. Tandis que les deux systèmes de pièces ma- gnétiquement conductrices du générateur triphasé 30 de la figure 2 sont assemblés à partir des faces fronta- les, la figure 3 montre, selon un autre exemple de ré- alisation, un générateur triphasé 50 à double pièce conductrice, avec un boîtier métallique 51 en forme de pot qui n'est fermé que du côté entraîné par une bride 52. Dans ce cas, au lieu de la collerette 47 formée sur le boîtier et qui est représentée sur la figure 2, il est prévu pour l'évacuation de. la chaleur, un an- neau métallique 53 en forme de H introduit à la presse dans le boîtier métallique 51 entre les paquets de tô- les de stator 42, 43 disposés axialement l'un derrière l'autre, cet anneau entourant les têtes de bobinage internes 45b, 46b. Les têtes de bobinage externes 45a g et 46a sont, dans ce cas, entourées par des anneaux métalliques 54, 55 en forme de U, qui recouvrent éga- lement la périphérie interne des têtes de bobinage jusqu'à un interstice d'air devant chacun des paquets de t8les de stator 45 ou 46. Par ces interstices d'air, est à nouveau introduite une matière synthéti- que de préférence conductrice, qui remplit les espaces entre les têtes de bobinage et les anneaux métalliques 53, 54 et 55. Dans une réalisation préférée, ces espa- ces sont remplis par injection d'un caoutchouc de si- licone. Une évacuation particulièrement bonne de la chaleur sur le boîtier métallique est obtenue en ce que les anneaux métalliques 53, 54, 55 introduits à la presse dans le boîtier métallique 52 sont réalisés en aluminium. REVEND I CATIONS 1.- Machine électrique, de préférence géné- rateur triphasé pour véhicules avec un stator refroidi superficiellement, avec un rotor à pôles à griffes et avec un paquet de tôles de stator, qui porte un enrou- lement de stator, dont les têtes de bobinage font saillie hors des encoches de ce paquet de tôles de stator sur les deux faces frontales de celui-ci, et ce paquet de tôles de stator est placé dans un boîtier métallique par l'intermédiaire de la surface enveloppe externe duquel la chaleur perdue est transmise à un fluide de refroidissement, les têtes de bobinage étant entourées, en étant électriquement isolées, par un an- neau métallique conducteur de la chaleur qui est relié d'une façon conductrice de la chaleur au boîtier mé- tallique, machine électrique caractérisée en ce que, entre le boîtier métallique (17; 44; 51) et au moins une des têtes de bobinage (26a, 45a, 46a), un anneau métallique (27, 55, 54) dépassant de peu la face fron- tale de la tête de bobinage considérée, est introduit à la presse jusqu'à ce qu'il vienne contre le paquet de tôles de stator (25, 42, 43) et soit joint par sa surface au boîtier métallique (17, 44, 51) sur toute la profondeur de la tête de bobinage considérée (26a, 45a, 46a), tandis qu'un interstice subsistant respec- tivement entre la tête de la bobinage et cet anneau métallique, est rempli par une matière synthétique (29). 2.- Machine électrique selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le boîtier métallique (17) du stator (11) comporte sur une face frontale du paquet de tôles de stator (25) un épaulement interne (28) qui sert de butée pour le paquet de tôles de sta- tor (25) et qui dépasse légèrement une tête de bobina- ge (26b) et est réalisé avec une saillie annulaire (29) dirigée radialement vers l'intérieur, qui recou- vre la face frontale de cette tête de bobinage (26b). 3.- Machine électrique selon l'une quelcon- que des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que dans le cas d'une machine à double pièce conductrice (30), entre deux paquets de tôles de stator (42, 43) disposés axialement l'un à côté de l'autre avec un certain intervalle entre eux, une collerette avec une section transversale en forme de T (47) dirigée vers l'intérieur du boîtier métallique (44) recouvre les têtes de bobinage internes voisines (45b, 46b) pour permettre l'évacuation de la chaleur, tandis que les deux têtes de bobinage externes (45a, 46a) sont recou- vertes par deux anneaux métalliques (27) en forme de cornière. 4.- Machine électrique selon la revendica- tion 3, caractérisée en ce que les côtés de la colle- rette en forme de T (47) constituent une butée pour les deux paquets de tôles de stator (42, 43). - 5.- Machine électrique selon l'une quelcon- que des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que dans le cas d'une machine à double pièce conductrice, entre deux paquets de tôles de stator (42, 43) dispo- sés axialement l'un à côté de l'autre avec un inter- valle entre eux, est introduit à la presse un anneau métallique en forme de H (53) dans le boîtier métalli- que (44) pour permettre l'évacuation de la chaleur, cet anneau entourant les têtes de bobinage internes voisines (45b, 46b). 6.- Machine électrique selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un interstice subsistant respectivement entre la tête de bobinage et l'anneau métallique, ou bien le boîtier métallique, est rempli par injection avec une matière synthétique électriquement isolante (29) conductrice de la chaleur, de préférence avec un caoutchouc de si- licone. 7.- Machine électrique selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les anneaux métalliques (21; 53, 54, 55) introduits à la presse dans le boîtier métallique (17, 44, 51) sont réalisés en aluminium.