Brevet FR2846480A1 — publié le 20040430

L'invention concerne une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comprenant un rotor monté rotatif à l'intérieur d'un stator comportant un corps cylindrique portant un 5 bobinage à plusieurs phases formées chacune par une pluralité d'éléments électriquement conducteurs connectés électriquement entre eux entre une entrée et une sortie; le corps cylindrique comprenant dans sa face radialement interne des encoches radiales de 10 réception de deux paires d'éléments conducteurs de phase présentant chacun la forme d'une épingle comportant une partie formant tête sensiblement en forme d'un U et deux branches parallèles avec un écartement constant entre elles, chaque encoche reçevant quatre branches d'épingle 15 juxtaposées dans la direction radiale en quatre couches, à savoir une branche de chaque épingle des deux paires, chaque paire d'épingles étant insérée dans deux encoches différentes du stator, après une opération de vrillage, de façon qu'une branche d'une épingle de la paire soit 20 placée dans une même encoche dans une couche adjacente à la couche dans laquelle se trouve la branche de l'autre épingle, tandis que les deux autres branches de la paire d'épingles sont placées dans une autre encoche dans deux couches voisines, les têtes en forme d'un U des épingles 25 formant un chignon d'un côté axial du stator tandis que les extrémités libres des branches des épingles sont connectées chacune électriquement à l'extrémité libre d'une branche d'une autre épingle et forment un chignon sur l'autre côté axial du stator. L'invention concerne également un élément conducteur en épingle destiné à être utilisé dans une machine électrique tournante du type défini ci-dessus. Les figures 1 à 6 illustrent une telle machine électrique, consistant ici en un alternateur pour 35 véhicule automobile à ventilation interne. Cette machine comporte, en allant de gauche à droite de la figure 1, c'est-à-dire d'avant en arrière, une poulie d'entraînement 1 solidaire de l'extrémité avant de l'arbre 2 dont l'extrémité arrière porte des bagues collectrices (non référencées) appartenant à un collecteur 3. L'axe de l'arbre 2 constitue l'axe de rotation de la machine. Centralement, l'arbre porte à fixation le rotor 4 doté d'un bobinage d'excitation 5, dont les extrémités sont reliées par des liaisons électriques au collecteur 3. Le rotor 4 est ici un rotor à griffes comportant deux 10 roues polaires avant et arrière 6, 7 portant chacune respectivement un ventilateur avant 8 et arrière 9. Les références 11 et 13 désignent les paliers avant et arrière de la machine reliés ensembles, par exemple à l'aide de tirants, pour former un carter destiné à être 15 fixé sur une partie fixe du véhicule. Ce carter porte intérieurement à sa périphérie externe un stator 10 et centralement à rotation, par l'intermédiaire de roulements portés par les paliers 11, 13, l'arbre du rotor 4. Les ventilateurs créent des écoulements d'air de refroidissement tels que, par exemple, indiqués par des lignes fléchées; les paliers 11,13 étant ajourés à cet effet. Le rotor 4 est monté coaxialement et rotatif à 25 l'intérieur d'un stator 10 de type hexaphasé, comprenant dans l'exemple représenté à la figure 2 un corps cylindrique 12 d'axe X-X' et deux séries de trois phases Pi à P3 et P4 à P6, de façon connue en soi, portées par le corps 12. Chaque phase Pi à P6 est formée par une 30 pluralité d'éléments électriquement conducteurs 14 connectés électriquement, en étant ici montés en série, le long de la périphérie du corps 12 du stator 10 entre une entrée, respectivement El à E6 et une sortie respectivement Si à S6, pour former au moins un 35 enroulement de phase. Les sorties Si à S6 sont destinées à être reliées de manière connue à un pont de diodes de redressement non référencé à la figure 1. Comme on le voit sur la figure 2, le corps cylindrique 12, formé par un paquet de tôles, comprend dans sa face radialement interne des encoches radiales L semi-fermées de réception d'au moins quatre éléments conducteurs de 5 phase 14. Les éléments conducteurs sont juxtaposés dans l'encoche L dans la direction radiale pour former au moins quatre couches d'éléments conducteurs Cl à C4, ici de section rectangulaire, comme on le voit sur les figures 3 et 5. Les quatre éléments conducteurs engagés 10 dans une encoche constituent deux paires d'éléments conducteurs. La figure 6 présente une paire d'éléments conducteurs 14 dont chacun présente la forme d'une épingle comportant deux branches sensiblement parallèles 15 14a et 14b reliées entre elles par une tête globalement en forme de U. On constate que les rayons de courbure des têtes 14c des deux épingles sont identiques. En se référant à la figure 5 on constate que chaque élément conducteur en épingle 14 s'étend entre 20 deux encoches L, L' d'une même phase dont chacune reçoit une branche 14a ou 14b, les deux branches se trouvant dans les deux encoches L, L' dans des couches différentes. Cette disposition des éléments conducteurs est 25 obtenue par vrillage des épingles telles que représentées sur la figure 4, avec les têtes 14c se trouvant du même côté axial 12a du stator 12 et formant un chignon 16. Les extrémités libres des branches 14a et 14b de chaque élément conducteur en épingle 14 dépassent 30 du second côté axial 12b du corps 12 et sont électriquement connectés, par exemple par soudage, chacun à l'extrémité libre d'un autre élément conducteur en épingle, formant ainsi un deuxième chignon 18. La configuration de la figure 5 permet d'avoir les bases 35 des têtes d'épingles au même niveau comme visible à la figure 4. Ici les épingles sont identiques et la branche 14b de l'encoche L' de la première couche C4 la plus proche du fond de cette encoche L' est reliée par la tête 14c de l'épingle à la branche 14a de la même épingle se trouvant dans la troisième couche C2 dans l'encoche L à partir du fond de cette encoche L. De même 5 la branche 14b se trouvant dans la deuxième couche C3 à partir du fond de l'encoche L' est reliée par la tête 14c de l'épingle à la branche 14a de l'encoche L se trouvant dans la quatrième couche Ci à partir du fond de cette encoche L. 1 est ainsi constitué une première 10 paire d'épingle dont les branches 14b et 14a sont montées respectivement dans la partie supérieure de l'encoche L' dans la partie inférieure de l'encoche L. Dans chaque encoche L, L' il est prévue également, respectivement dans la partie supérieure (les deux 15 premières couches C4, C3) et dans la partie inférieure (les deux dernières couches C2, Ci), une seconde paire d'épingles dont les autres branches sont placées dans des autres encoches. La figure 6 illustre schématiquement la disposition des deux paires d'éléments conducteurs en épingle dans leurs deux encoches réceptrices, désignées L et L'. On constate que par exemple les branches 14a des éléments conducteurs 14 d'une paire se trouvent dans l'encoche L dans les couches radialement successives 25 interne Cl et C2 et les branches 14b des éléments conducteurs de cette paire sont placées dans l'encoche L' dans les deux couches successives radialement externes C3 et C4. Or, la paire d'épingles représentée à la figure 6 30 présente l'inconvénient majeur que, lorsqu'on constitue cette paire d'épingles, il reste un jeu important J entre les bras intérieurs 14a et 14b de la paire. Par exemple, pour des épingles en fil de 2,40 mm de largeur, pliées sur un diamètre de 5 mm, le jeu est donc de 2,60 35 mm, la largeur totale de la paire étant de 12,20 mm pour une largeur extérieure d'épingle de 9,6 mm. Lors de l'opération de vrillage des épingles et de leur insertion dans le paquet de tôles du stator, le jeu J va être réduit à une valeur proche de zéro dans la partie droite des épingles dans les encoches, mais le 5 jeu d'origine au voisinage des plis tendra à subsister, vu dans un plan axial du stator incluant les plis. Par conséquent le diamètre extérieur du chignon formé par les têtes en forme de U reste pratiquement inchangé comme on le voit sur la figure 7 sur laquelle le 10 diamètre extérieur est désigné par la référence DCH alors que le diamètre extérieur sur les épingles en encoche DE est devenu plus faible grâce à la suppression du jeu. Dans le présent exemple, le diamètre extérieur DCH du chignon est égal à 133 mm pour un diamètre 15 intérieur d'appui des épingles de 108,6 mm, alors que le diamètre DE ne présente qu'une valeur de 127,8 mm. Le chignon présente donc un gonflement local qui peut gêner son bon montage dans le palier. En pratique, il est possible de laisser les plis 20 prendre une position inclinée lors du vrillage et de réduire ainsi l'épaisseur occupée radialement par les plis. Mais cette inclinaison tend aussi à rapprocher les milieux de paires d'épingles consécutives et risque de créer un contact et un court-circuit. La présente invention a pour but de proposer une solution au problème qui vient d'être énoncé. Pour atteindre ce but, une machine électrique tournante selon l'invention est caractérisée en ce que le diamètre du pli dans la partie formant tête d'un 30 conducteur en forme d'épingle, au niveau de la face interne, est inférieur à l'écartement des branches et en ce que le pli s'étend sur un angle inférieur à 1800. Selon une caractéristique de l'invention, le diamètre du pli est choisi de façon que lors de 35 l'insertion des conducteurs en épingle dans le stator, après le vrillage, le diamètre extérieur du chignon formé par la partie pliée des épingles est inférieur au diamètre extérieur d'un chignon dont les épingles présentent un diamètre au niveau de leurs faces internes dans la partie formant tête, qui est égale à l'écartement des branches des épingles. Selon une autre caractéristique de l'invention l'arrondi selon le diamètre de courbure plus faible s'étend sur un angle de 1200. Selon encore une autre caractéristique de l'invention la partie formant tête en U des conducteurs 10 électriques en forme d'épingle comporte entre l'arrondi et chaque branche droite une portion intermédiaire inclinée. Un élément conducteur en épingle selon l'invention d'un bobinage à plusieurs phases, inséré dans le corps 15 de stator d'une machine électrique tournante est également présenté. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci 20 apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machine électrique tournante de l'état de la technique et à laquelle l'invention est applicable; - la figure 2 est une vue en perspective du stator de la machine selon la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe transversale montrant le dispositif des éléments conducteurs dans une encoche du stator de la machine selon la figure 1; la figure 4 est une vue de dessus du stator de la machine selon la figure 1; - la figure 5 est une vue schématique de l'implantation de paires d'éléments conducteurs dans le stator d'une machine électrique tournante selon la figure 1; - la figure 6 illustre une paire d'éléments conducteurs en épingle selon l'état de la technique; - la figure 7 est une représentation schématique de l'implantation des éléments conducteurs selon la figure 6 dans les encoches d'une machine électrique tournante de l'état de la technique; - la figure 8 est une vue latérale d'une épingle 10 selon l'invention avant le vrillage; - la figure 9 illustre une paire d'épingles selon la figure 8; et - la figure 10 est une vue schématique du stator d'une machine électrique dans lequel sont implantées les 15 épingles selon l'invention. L'invention est applicable à une machine électrique tournante du type représenté sur la figure 1, mais apporte une solution aux problèmes invoqués plus haut et occasionnés par des épingles selon la figure 6. 20 A cette fin l'invention propose des conducteurs électriques en épingle tels que représentés sur les figures 8 et 9. Les épingles selon l'invention sont désignées par la référence 20. La particularité des éléments conducteurs 20 selon 25 l'invention réside dans le fait que la partie formant tête en U, portant maintenant la référence 20c, comporte à sa base un arrondi ou pli en forme d'un arc de cercle 24 d'un rayon de courbure intérieur R qui est plus faible que la moitié de l'écartement E des deux branches 30 20a et 20b, qui s'étendent parallèlement l'une à l'autre, comme auparavant, mais sur une longueur plus faible. Autrement dit, le diamètre de courbure est inférieur à l'écartement E. Le diamètre de courbure 2 x R pourrait être de 3 mm au lieu de 5 mm pour une épingle 35 de l'état de la technique. Conformément à l'invention l'arrondi 24 en forme d'un arc de cercle ne s'étend plus sur un angle de 1800, mais sur un angle d'une valeur plus faible de par exemple 1200. La transition entre les bases de l'arrondi 24 et les portions droites de la branche 20a ou 20b est formée par une portion inclinée intermédiaire 25. Le fait que l'arrondi 24 s'étend par exemple seulement sur un angle de 1200 présente l'avantage que la forme en pointe de la partie formant tête 20c, réalisée à plat, se conserve globalement lors du vrillage qui précède l'insertion dans le paquet de tôle. 10 Par contre, lors de l'insertion, le jeu J est pratiquement annulé. Par conséquent, comme le montre la figure 10, le diamètre extérieur DCH du bobinage selon l'invention reste inférieur au diamètre de fond DE des encoches, ce qui facilite l'assemblage de l'alternateur. 15 Le rayon de courbure de l'arrondi 24 plus faible et l'angle d'extension de l'ordre de seulement 1200 de la courbure ont pour autre conséquence avantageuse que l'émail recouvrant les conducteurs en épingle est moins sollicité. Un autre avantage est que, du côté alésage du stator, les conducteurs s'éloignent du rotor, ce qui est favorable à l'assemblage et réduit le bruit aérodynamique. Cela permet également une bonne ventilation des têtes des épingles implantées ici sous 25 le ventilateur 9 de la figure 1. En résumé, l'invention apporte de nombreux avantages majeurs tels que l'obtention naturelle d'un chignon de diamètre extérieur réduit, sensiblement égal au diamètre extérieur sur les conducteurs électriques 30 dans l'encoche et d'un diamètre intérieur supérieur à l'alésage. Pour éviter les contacts entre des conducteurs en épingle voisins et les risques de courtcircuit, il est possible de localiser la déformation lors du vrillage en dehors de l'arrondi, par exemple en 35 plaçant un outillage muni de parois de séparation au niveau des arrondis. Bien entendu à la figure 10 les extrémités libres des branches ne sont pas encore vrillées et reliées entre elles par soudage pour constituer le bobinage du stator comportant, de manière connue, selon les applications un ou plusieurs enroulements par phase montés en série ou en parallèle. L'alternateur décrit ci-dessus est un générateur électrique permet de transformer l'énergie mécanique (poulie 1 et arbre 2 entraînés, via un dispositif de transmission comportant au moins une courroie, par le moteur thermique du véhicule) en énergie électrique 10 (courant alternatif produit dans le bobinage du stator puis redressé par un pont de diodes non référencé à la figure 1). Bien entendu la machine électrique tournante est en variante un alternateur du type réversible permettant de 15 transformer également de l'énergie électrique (bobinage 16 alimenté électriquement) en énergie mécanique pour entraîner la poulie 1 et donc le moteur à combustion interne du véhicule automobile afin de démarrer celuici. REVEND I CAT IONS 1. Machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comprenant un rotor monté rotatif à l'intérieur d'un stator comportant un corps cylindrique portant un bobinage à plusieurs phases formées chacune par une pluralité d'éléments électriquement conducteurs 10 connectés électriquement entre eux entre une entrée et une sortie, le corps cylindrique du stator comprenant dans sa face radialement interne des encoches radiales de réception de deux paires d'éléments conducteurs de phase présentant chacun la forme d'une épingle 15 comportant une partie formant tête sensiblement en forme d'un U et deux branches parallèles avec un écartement constant entre elles, chaque encoche recevant quatre branches d'épingle juxtaposées dans la direction radiale en quatre couches, à savoir une branche de chaque 20 épingle des deux paires, chaque paire d'épingles étant insérée dans deux encoches décalées à la périphérie du corps de stator, après une opération de vrillage, de façon qu'une branche d'une épingle d'une paire soit placée dans une encoche dans une couche adjacente à la 25 couche dans laquelle se trouve la branche de l'autre épingle de ladite paire, tandis que les deux autres branches de la paire d'épingles sont placées dans une autre encoche dans deux couches voisines, les têtes en forme d'un U des épingles formant un chignon sur un côté 30 axial du stator tandis que les extrémités libres des branches des épingles sont connectées chacune électriquement à l'extrémité libre d'une branche d'une autre épingle et forment un chignon sur l'autre côté axial du stator, caractérisée en ce que le diamètre de 35 la courbe de la partie arrondie (24) de la partie formant tête en forme d'un U (20c), au niveau de la face interne, est inférieur à l'écartement (E) des branches (20a, 20b), d'un conducteur électrique en épingle (20), et en ce que l'arrondi s'étend sur un angle inférieur à 1800. 2. Machine électrique tournante selon la 5 revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre de courbure de l'arrondi (24) est choisi de façon que lors de l'insertion des conducteurs en épingle (20) dans le corps de stator (12), après l'opération de vrillage, le diamètre extérieur (DCH) du chignon soit inférieur au 10 diamètre extérieur d'un chignon dont les épingles présentent un rayon de courbure au niveau de leurs faces internes dans la partie formant tête, qui est égale à l'écartement des branches des épingles. 3. Machine électrique tournante selon l'une des 15 revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'arrondi selon le diamètre de courbure plus faible s'étend sur un angle de 1200. 4. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la partie 20 formant tête en U (20c) des conducteurs électriques en forme d'épingle comporte entre l'arrondi (24) et chaque branche droite (20a, 20c) une portion intermédiaire inclinée (25). 5. Elément conducteur d'un bobinage à plusieurs 25 phases, destiné à être inséré dans le corps du stator d'une machine électrique tournante, présentant la forme d'une épingle comportant une partie arrondie (24) formant tête sensiblement en forme d'un U et deux branches parallèles (20a, 20b) avec un écartement (E) 30 constant entre elles caractérisée en ce que le diamètre de la courbe de la partie arrondie (24) de la partie formant tête en forme d'un U (20c), au niveau de la face interne, est inférieur à l'écartement (E) des branches (20a, 20b) et en ce que l'arrondi s'étend sur un angle 35 inférieur à 1800.