Brevet FR2695520A3 — publié le 19940311

FR 2695520 A3 19940311 FR 9309870 A 19930811 "Alternateur notamment alternateur pour véhicule automobile". La présente invention concerne un alternateur à trois paquets de tôles de stator placés axialement l'un derrière l'autre dans un carter, les rainures de ces paquets de tôles recevant des enroulements de stator multipolaires sous la forme d'enroulements à ondes de courant alternatif, avec trois brins d'enroulement qui coopèrent avec un rotor de préférence avec un rotor à griffes polaires à excitation extérieure, les branchements des deux enroulements de stator sortant en commun de la face avant du stator pour être raccordés, les branchements de l'enroulement arrière du stator traversant des rainures du paquet de tôles avant, qui ne sont que partiellement remplies par l'enroulement avant de stator. On connait déjà un tel alternateur pour véhicule automobile par exemple selon le document DE- OS 40 18 090; il comporte sur sa face frontale correspondant à l'entraînement, les bornes de raccordement des enroulements pour les deux enrou- lements à courant alternatif du stator disposés axialement l'un derrière l'autre, pour se loger dans une cavité en forme de pont du groupe de propulsion du véhicule et être refroidi par le fluide de refroidissement de se groupe de propulsion Les enroulements à courant alternatif sont conçus pour ne pas remplir complètement les rainures au moins du paquet de tôles avant, pour que les conducteurs de raccordement de l'enroulement arrière puissent passer par des rainures du paquet de tôles avant. L'inconvénient de telles solutions est que pour éviter des asymétries de charge dans les enroulements à courant alternatif, il faut également ne pas remplir les rainures du paquet de tôles arrière pour l'enroulement arrière, ce qui limite inutilement la puissance de la machine. La présente invention a pour but d'utiliser aussi complètement que possible la section des rainures des deux paquets de tôles de stator avec les deux enroulements et de n'utiliser pour le montage des conducteurs de raccordement de l'enroulement arrière, en tant qu'il est possible de créer uniquement la place nécessaire à cet effet dans les rainures du paquet de tôles de stator avant. A cet effet, l'invention concerne une machine électrique correspondant au type défini ci- dessus caractérisée en ce que la distance entre le début et la fin de chaque brin d'enroulement de l'enroulement avant du stator est plus grand d'au moins un pas de paire de pôles que la distance entre le début et la fin de chaque brin d'enroulement de l'enroulement arrière de stator et en ce que les rainures comprises entre le début et la fin de l'enroulement de stator avant du paquet de tôles présentent ainsi un coefficient de remplissage réduit et les conducteurs de raccordement de l'enroulement de stator arrière traversent chaque fois l'une des rainures vers l'avant. Cette réalisation de l'enroulement de la machine électrique selon l'invention, offre l'avantage qu'en augmentant la distance entre le début et la fin des brins d'enroulement du seul stator avant, on introduit un fil de moins dans le brin pour chaque fois deux rainures entre le début et la fin, et ainsi pour trois brins d'enroulement, on ait six rainures qui soient moins occupées pour créer de la place et permettre le passage des conducteurs de raccordement de l'enroulement arrière. Un autre avantage est que toutes les autres rainures des deux paquets de tôles peuvent s'utiliser ainsi de manière optimale pour loger les enroulements de courant On peut, le cas échéant, diminuer l'ondulation de la tension fournie en fixant de manière décalée les deux paquets de tôles en les tournant l'un par rapport à l'autre d'une demi- division de rainure dans le carter du stator. Suivant une autre caractéristique particu- lièrement avantageuse de l'invention, les trois brins d'enroulement des deux enroulements de stator sont branchés en étoile, le centre de l'étoile étant prévu chaque fois sur la tête d'enroulement avant des deux enroulements de stator le branchement étant fait sur un conducteur qui en sort On réduit ainsi les raccords de stator. Il est en outre avantageux que les conducteurs de branchement des trois brins d'enroulement et le point étoile de l'enroulement arrière traversent quatre rainures juxtaposées du paquet de tôles avant du stator Cette solution est en outre avantageuse pour la séparation des bornes dans l'espace Pour cela, on peut utiliser avantageusement les rainures du paquet de tôles avant comprises entre les trois débuts d'une part et les trois extrémités d'autre part reliées au point étoile de l'enroulement avant du stator. On réduit de manière très limitée les conducteurs de branchement sur la tête d'enroulement du système arrière du stator si les débuts de l'enroulement arrière sont tournés par rapport à ceux de l'enroulement avant dans la direction des rainures recevant moins de fil d'enroulement, et cela jusqu'à un maximum de six rainures dans le carter commun du stator, pour que les branchements de l'enroulement arrière se trouvent en regard des rainures les moins remplies de l'enroulement avant. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté dans les dessins et sera décrit ci-après de manière plus détaillée Ainsi: La figure 1 montre un alternateur de véhicule automobile à deux systèmes de générateur partiellement en coupe. La figure 2 montre un ensemble préfabriqué pour les deux systèmes de stator placés axialement l'un derrière l'autre. La figure 3 montre le schéma de l'enroulement pour les enroulements des deux systèmes de stator. La figure 4 montre la disposition et le câblage des branchements et des deux enroulements de courant alternatif selon un développement schématique. Selon la figure 1, l'alternateur portant la référence 10 sert à alimenter en courant des véhicules automobiles demandant beaucoup de puissance, des machines de construction analogue Il se compose d'un stator 11, d'un double rotor 12 à griffes polaires fixé sur un arbre d'entraînement 13 ainsi que de deux enroulements d'excitation 14, 15 montés sur deux couronnes polaires 16, 17 Les couronnes polaires 16, 17 sont fixées au carter métallique 20 ou à un panneau avant formant palier 18 L'arbre d'entraînement 13 est logé par son extrémité arrière par l'intermédiaire d'un palier à billes 19 dans le fond du carter métallique 20 en forme de pot de l'alternateur 10 Du côté de l'entraînement, l'axe 13 est monté dans le couvercle de palier 18 par l'intermédiaire d'un autre palier à billes 21 qui ferme le carter métallique 20 du côté de l'entraînement et porte les bornes électriques 22 de l'alternateur ainsi de manière non apparente ici, un montage redresseur et régulateur. L'alternateur 10 refroidi par fluide est muni sur le côté extérieur du carter métallique 20, de nervures d'écartement 23 qui, comme indiqué, se logent dans un cavité en forme de pot correspondant du groupe d'entraînement 24 du véhicule en étant fixées par des vis 25 Le liquide de refroidissement du groupe d'entraînement ou du groupe moteur 24 est conduit par un perçage d'entrée 26 vers la surface extérieure du carter métallique 20, pour prendre la chaleur perdue par l'alternateur 10 et l'évacuer vers le circuit de refroidissement de la machine par l'intermédiaire d'un perçage de sortie 27. Le stator 11 de l'alternateur 10 comporte, comme cela apparaît à la figure 2, deux paquets de tôles de stator 28, 29 placés axialement l'un derrière l'autre et dont les rainures 30 reçoivent respectivement des enroulements de stator 31, 32 Les enroulement de stator 31, 32 se composent chaque fois de trois brins d'enroulement d'un enroulement pour courant alternatif, est branché en étoile Il coopère avec le rotor à deux éléments conducteur 12 muni de deux systèmes de pâles à griffes 33, 34 Les deux paquets de tôles de stator 28, 29 sont maintenus et écartés par une bague d'écartement 35 métallique et sont placés de manière décalée l'un de l'autre d'une demi-division de rainure dans le carter métallique 20. Ces paquets et les têtes d'enroulement 31 a, 31 b ou 32 a, 32 b des enroulements de stator 31, 32 sont noyés dans un corps de matière synthétique 36 conduisant la chaleur. Selon la figure 2, les deux systèmes de stator se composent des deux paquets de tôles de stator 28, 29, de la bague d'écartement 25 et des deux enroulements de stator 31, 32 réunis en un ensemble préfabriqué 37 par le corps en matière plastique 36; comme matière plastique conductrice de chaleur, on utilise une résine polyester réticulée avec de l'oxyde d'aluminium-fibres de verre, pressée dans un moule de compression à chaud, à l'état liquide autour des têtes de bobine des enroulements de stator 31, 32 Pour mieux évacuer la chaleur vers le carter métallique 20 en forme de pot, les deux enroulements de stator 31, 32 sont élargis par déformation au-delà du diamètre de base des rainures 30 dans les paquets de tôles de stator 28, 29 pour qu'après mise en place dans le boîtier métallique 20, ces éléments se trouvent aussi étroitement que possible sous la surface intérieure du boîtier métallique refroidi 20 Les bornes de raccordement des deux enroulements de stator 31, 32 sont prévues sur la face avant 37 a de l'ensemble préfabriqué 37 en deux groupes opposés, dans lesquels chaque fois quatre pièces de raccordement 38 en forme de douilles filetées sont noyées dans des parties en saillie à collet 39 correspondants de la matière plastique 36 conductrice de chaleur, dans laquelle sont noyées les têtes d'enroulement Les pièces de raccordement 38 forment ainsi chaque fois des bornes des trois brins d'enroulement des enroulements de stator 31, 32 et de leur branchement du point en étoile L'enroulement arrière de stator 32 est relié par quatre conducteurs de raccordement 40 aux pièces de raccordement 38 qui traversent respectivement une rainure 30 du paquet de tôles avant 28 Les conduites de liaison 40 des deux enroulements de stator 31, 32, sont soudées sur la face avant de la tête d'enroulement avant 3 la avec les pièces de raccordement 38 avant d'être transformées par piéçage dans les saillies 39 de la matière plastique conductrice de chaleur La bague d'écartement 35 comporte sur ses deux faces frontales, plusieurs cavités en forme de fentes 41, dans lesquelles viennent prendre les tiges de positionnement 42 pour positionner des paquets de tôles de stator 28, 29 avant le pressage avec la matière plastique 36; ces tiges de positionnement sont réparties symétriquement dans les perçages correspondants des paquets de tôles de stator 28, 29. Pour avoir la place nécessaire au conducteur de branchement 40 de l'enroulement arrière 32 du stator dans les rainures 30 du paquet de tôles avant 28 du stator, on utilise pour l'enroulement avant 31 du stator, un enroulement par ondes formé de trois brins d'enroulement différents de l'enroulement par ondes constituant l'enroulement arrière 32 du stator, la différence étant que le dernier enroulement étant raccourci d'une division de paire de pôles, c'est-à- dire d'une onde complète. La figure 3 montre le schéma d'enroulement des deux enroulements de stator 31, 32 Les trois brins d'enroulement sont intégrés chaque fois comme enroulements ondulés dans les rainures 36 des paquets de tôles de stator 28, 29 Le premier brin d'enroulement appartenant à l'enroulement avant 31 du stator, commence en Ul et se termine après la dixième boucle d'enroulement en Xl dans la onzième rainure Le second brin d'enroulement commence en Vi dans la troisième rainure et se termine en Y 1 dans la douzième rainure Le troisième brin d'enroulement commence en Wl dans la cinquième rainure et se termine en Zl dans la quatorzième rainure Les extrémités X 1, Yl, Zl des trois brins d'enroulement sont reliées en un point étoile Mpl sur la tête d'enroulement avant 31 a de l'enroulement 31 du stator Pour l'enroulement arrière 32 du stator, les trois brins d'enroulement commencent par U 2, V 2, W 2 également dans la première, la troisième et la cinquième rainure du paquet des tôles arrière du stator 29 Ces enroulements se terminent toutefois après dix boucles en X 2 dans la quatrième rainure en Y 2 dans la sixième rainure et en Z 2 dans la huitième rainure Dans ce cas également, les extrémités X 2, Y 2, Z 2 des trois brins d'enroulement sont réunies en un point étoile Mp 2 sur la tête d'enroulement avant 32 a de l'enroulement arrière proche du stator Pour des paquets de tôles ayant chaque fois 36 rainures, on obtient ainsi avec trois brins d'enroulement, une machine à 12 pôles dont le pas des pôles correspond à trois rainures Entre le début et la fin des trois brins d'enroulement U 1-X 1, Vl-Xl, W 1-Zl de l'enroulement avant 31 du stator ont à chaque fois une distance Ai qui est supérieure d'un pas de paire de pôles (c'est-à-dire six rainures) à la distance A 2 entre le début et la fin des trois brins d'enroulement U 2-X 2, V 2-Y 2, W 2-Z 2 de l'enroulement arrière 32 du stator On en arrive ainsi à un coefficient de remplissage moindre des rainures du paquet de tôles avant 38 du stator, entre le début et la fin des brins d'enroulement de l'enroulement avant 31, car dans la quatrième et la septième rainure du brin d'enroulement U 1-X 1, on a chaque fois une réduction d'un conducteur La même remarque s'applique pour le brin d'enroulement Vl-Y 1 dans la sixième et la neuvième rainure ainsi que dans le brin d'enroulement W 1-Zl dans la huitième et la onzième rainure On peut ainsi faire passer les conducteurs de raccordement de l'enroulement arrière 32 dans ces rainures 30 a à coefficient de remplissage réduit, pour les conduire jusqu'à la face avant de la machine. La figure 4, montre le développement des deux paquets de tôles de stator 28, 29 avec les trois brins d'enroulement des enroulements de stator 31, 32 branchés en étoile Le point étoile Mp se situe chaque fois sur la tête d'enroulement avant 31 a, 32 a des deux enroulements de stator 31, 32 Chaque fois en force sous la forme de ligne de raccordement 40 On remarque également que les quatre conducteurs de raccordement des trois brins d'enroulement et du point étoile de l'enroulement arrière 32, traversent quatre rainures juxtaposées 30 a à coefficient de remplissage réduit pour passer le paquet de tôles avant 28 du stator. Les quatre rainures juxtaposées 30 a du paquet de tôles avant 28 sont prévues d'une part entre les trois débuts Ul, Vi, Wl d'une part et les trois extrémités X 1, Y 1, Zl branchées sur le point étoile Mpl de l'enroulement avant 31 du stator Pour pouvoir passer les conducteurs de branchement 40 de l'enroulement arrière 32 du stator avec les difficultés aussi réduites que possible à travers les rainures 30 a du paquet de tôles avant 28, il faut les prévoir sur le paquet de tôles 29 arrière au niveau des rainure 30 a à coefficient de remplissage réduit du paquet de tôles avant 28 du stator. Cela est le cas si les débuts des enroulement arrière U 2, V 2, W 2 sont tournés par rapport aux débuts Ul, Vi, Wl des enroulements avant en direction des rainures 30 a à faible coefficient de remplissage, d'un angle allant jusqu'a six rainures (dans l'exemple présent, il s'agit de 5,5 rainures) lors de la mise en place dans le boîtier 20 de l'alternateur 10. Les trois brins d'enroulement des enroulements de stator 31, 32 de l'alternateur peuvent le cas échéant être branchés en triangle au lieu d'être branchés en étoile et le branchement peut également se faire sur les têtes d'enroulement avant 31 a, 32 a Dans le cas présent, on a seulement trois conducteurs de branchement 40 de l'enroulement arrière 32 qui traversent les rainures 30 a du paquet de tôles avant 28 du stator Si par contre, on voulait faire le branchement sur la tête d'enroulement avant 31 a de l'enroulement avant 31 du stator ou sur une plaque de branchement sur la face frontale de l'alternateur ou à l'extérieur de l'alternateur 10, il faudrait faire sortir tous les débuts et toutes les extrémités des brins d'enroulement Dans ce cas, on prévoit six conducteurs de branchement 40 pour les enroulements arrière 32 du stator, ces six conducteurs traversant alors les six rainures 30 a à coefficient de remplissage réduit dans le paquet de tôles avant 28 du stator, c'est-à-dire que ces conducteurs passeraient dans les rainures N 4, 6, 7, 8, 9 et 11 pour aller vers l'avant. il R E V E N D I C A T I O N S 1) Alternateur à trois paquets de tôles de stator placés axialement l'un derrière l'autre dans un carter, les rainures de ces paquets de tôles recevant des enroulements de stator multipolaires sous la forme d'enroulements à ondes de courant alternatif, avec trois brins d'enroulement qui coopèrent avec un rotor de préférence avec un rotor à griffes polaires à excitation extérieure, les branchements des deux enroulements de stator sortant en commun de la face avant du stator pour être raccordés, les branchements de l'enroulement arrière du stator traversant des rainures du paquet de tôles avant, qui ne sont que partiellement remplies par l'enroulement avant de stator, alternateur caractérisé en ce que la distance (Ai) entre le début (Ul, Vl, Wl) et fin (X 1, Y 1, Zl) de chaque brin d'enroulement de l'enroulement avant ( 31) du stator est plus grand d'au moins un pas de paire de pôles que la distance (A 2) entre le début et la fin de chaque brin d'enroulement de l'enroulement arrière ( 31) de stator et en ce que les rainures ( 30 a) comprises entre le début et la fin de l'enroulement de stator avant ( 31) du paquet de tôles ( 28) présentent ainsi un coefficient de remplissage réduit et les conducteurs de raccordement ( 40) de l'enroulement de stator arrière ( 32) traversent chaque fois l'une des rainures ( 30 a) vers l'avant. 2) Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trois brins d'enroulement des deux enroulements de stator ( 31, 32) sont branchés en étoile, le centre de l'étoile (Mpl, Mp 2) étant prévu chaque fois sur la tête d'enroulement avant ( 31 a, 32 a) des deux enroulements de stator ( 31, 32) le branchement étant fait sur un conducteur ( 40) qui en sort. 3) Alternateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conducteurs de branchement ( 40) des trois brins d'enroulement et le point étoile (Mp 2) de l'enroulement arrière ( 32) traversent quatre rainures juxtaposées ( 30 a) du paquet de tôles avant ( 28) du stator. 4) Alternateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les quatre rainures juxtaposées ( 30 a) du paquet de tôles avant ( 28) sont prévues d'une part entre les trois débuts (Ul, Vl, Wl) et les trois extrémités (Xl, Y 1, Zl) reliées au point étoile (Mp 2) de l'enroulement avant ( 31) du stator. ) Alternateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les débuts (U 2, V 2, W 2) de l'enroulement arrière ( 32) du stator sont décalés par rapport à ceux (Ul, Vl, Wl) de l'enroulement avant ( 31)dans la direction des rainures ( 30 a) à coefficient de remplissage réduit, le décalage allant jusqu'à un maximum de six rainures ( 30).