Brevet FR2869736A1 — publié le 20051104

"Machine électrique tournante comportant au moins un bobinage électrique imprégné de vernis" DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne une machine électrique 5 tournante du type qui comporte un rotor et un stator sur lesquels sont réalisés des bobinages électriques. L'invention concerne par exemple un alternateur de véhicule automobile ETAT DE LA TECHNIQUE lo De façon connue, les machines électriques tournantes comportent un rotor et un stator sur chacun desquels peut être réalisé un bobinage électrique. Ainsi qu'on le sait un alternateur comporte, comme décrit par exemple dans les documents EP-A-O 515 259 et WO-A-02/054566, un rotor inducteur et un stator induit montés de manière coaxiale. Le rotor est solidaire d'un arbre qui est lui-même solidaire d'un organe de transmission de mouvement, tel qu'une poulie, appartenant à un dispositif de transmission de mouvement, tel qu'un dispositif comportant au moins une courroie, intervenant entre l'alternateur et un moteur thermique, par exemple le moteur thermique d'un véhicule automobile. Ce rotor comporte au moins un bobinage inducteur. Il peut être du type à griffes ou à pôles saillants comme décrit dans les documents précités. En variante, le rotor peut être dépourvu de bobinage et ne comporter que des aimants. Le stator comporte un corps sous la forme d'un paquet de tôles portant des bobinages statoriques appartenant aux phases de l'alternateur. Les bobinages de ces phases sont reliés à un redresseur de tension. Cet alternateur est une machine électrique tournante qui permet de transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique. Ainsi dans un véhicule automobile, l'alternateur permet de transformer un mouvement de rotation du rotor inducteur, entraîné par le moteur thermique du véhicule, en un courant électrique induit dans les bobinages du stator. L'alternateur peut aussi être réversible et constituer un moteur électrique permettant d'entraîner en rotation, via l'arbre du rotor, le moteur thermique du véhicule. Cet alternateur réversible, décrit par exemple dans les documents WO-A01/69762 et FR-A-2 745 444, est appelé io alterno-démarreur, ou encore alternateur-démarreur. Cet alternateur réversible permet de transformer l'énergie mécanique en une énergie électrique, et vice versa. Ainsi, un alterno-démarreur peut démarrer le moteur du véhicule automobile, constituer un moteur auxiliaire pour entraîner, par exemple, un compresseur de climatisation ou encore fonctionner en mode moteur pour entraîner le véhicule automobile. En général, le stator comporte trois bobinages de sorte que l'alternateur est de type triphasé. Ces bobinages sont montés en étoile ou en triangle. Cette machine de type polyphasé et réversible fonctionne donc en alternateur pour, notamment, charger la batterie du véhicule, et en démarreur pour entraîner le moteur à combustion interne, à savoir le moteur thermique du véhicule automobile, lors de son démarrage. A cet effet, le pont redresseur, en sortie du stator de l'alternodémarreur, sert également de pont de commande des phases de l'alternodémarreur. Ce pont redresseur est relié aux différentes phases du stator et est monté entre la masse et une borne d'alimentation de la batterie. Ce pont redresseur comporte, dans une application à trois phases, trois branches comprenant chacune deux transistors de puissance de type MOSFET. Les transistors de ce pont redresseur sont pilotés chacun par une unité de commande. Chaque bobinage électrique est réalisé sur un organe, rotor ou stator, et comprend une série de brins d'élément(s) conducteur(s) qui s'étendent longitudinalement d'avant en arrière. Le bobinage est ainsi un enroulement d'au moins un élément conducteur électrique qui est revêtu d'une couche en matériau isolant électrique. En section transversale, un bobinage est donc constitué d'une juxtaposition horizontale et verticale de brins de l'élément conducteur électrique, ou d'élément(s) conducteur(s) électriques io lorsque l'enroulement comporte plusieurs conducteurs enroulés. De façon connue, le stator d'une machine électrique tournante comporte un corps muni intérieurement d'une série d'encoches axiales, ou en variante hélicoïdales, qui sont ouvertes radialement et qui sont débouchantes axialement. De telles encoches sont visibles par exemple dans le document FR-A-2.603. 429 (US-A-4.908.541). De manière classique, le corps est métallique en étant formé par un paquet ou empilement de tôles. Chaque encoche loge une série de brins longitudinaux ou 20 axiaux d'élément(s) conducteur(s) appartenant à un bobinage d'un enroulement statorique. Les brins du bobinage sont reliés entre eux par des brins transversaux en forme de boucles constituant des têtes de bobine, aussi appelées chignons. Lors de la fabrication du stator, les brins axiaux des élément(s) conducteur(s) revêtus sont rangés à l'intérieur des encoches puis sont maintenus par exemple par une cale de fermeture d'encoches. De façon à assurer un fonctionnement optimal de la machine électrique tournante, il est préférable que le bobinage constitue un bloc suffisamment rigide avec le stator, notamment pour limiter les vibrations et les bruits et résister ainsi durant toute la durée d'utilisation de la machine électrique tournante. Un procédé connu de fabrication consiste à imprégner le bobinage ainsi réalisé d'un vernis, dans le but de rigidifier et de lier au stator. L'imprégnation peut être obtenue par immersion du stator dans un bain de vernis, ou par versement du vernis sur et entre les brins axiaux et transversaux du bobinage électrique. De façon à diminuer le risque de court-circuits entre les brins des élément(s) conducteur(s) et l'organe métallique que constitue le corps métallique du stator, il est connu d'interposer lo une feuille en matériau isolant électrique entre chaque paroi ou surface délimitant une encoche et les brins axiaux adjacents logés dans cette encoche. Pour assurer une bonne tenue mécanique et vibratoire de la bobine, il est préférable qu'elle soit immobilisée par rapport au corps du stator, c'està-dire que la feuille en matériau isolant soit liée mécaniquement à la paroi délimitant l'encoche et aussi aux brins axiaux avec lesquels elle est en contact. A cet effet, il est connu d'utiliser une feuille en matériau isolant qui est perforée par une série de trous qui sont réalisés dans la feuille de façon à permettre le passage du vernis pour qu'il s'infiltre entre la paroi délimitant l'encoche et la feuille en matériau isolant. Le durcissement du vernis provoque par conséquent l'immobilisation de la feuille en matériau isolant par rapport aux brins axiaux avec lesquels elle est en contact et par rapport à l'encoche. Le bobinage du rotor d'une machine électrique tournante peut être réalisé de manière analogue. RESUME DE L'INVENTION L'invention propose une machine électrique tournante du type: - qui comporte au moins un organe, statorique ou rotorique, sur lequel est réalisé au moins un bobinage électrique, imprégné de vernis, comprenant une série de brins d'élément(s) conducteur(s) qui s'étendent longitudinalement, parallèlement à l'axe de rotation du rotor, d'avant en arrière; - dans laquelle une feuille en matériau isolant électrique est interposée entre le bobinage et une paroi de l'organe sur lequel est réalisé le bobinage; - et dans laquelle la feuille en matériau isolant est perforée par une série de trous de façon à permettre le passage du vernis pour qu'il s'infiltre entre ladite paroi et la feuille en matériau isolant, io caractérisée en ce qu'au moins un tronçon longitudinal de la feuille est dépourvu de trous. Grâce à une telle conception, il est possible de prévoir certaines zones ou tronçon longitudinaux de l'organe, par exemple du stator, qui sont volontairement dépourvus de perforations dans les feuilles isolantes interposées entre les bobinages et les parois des encoches, de manière à éviter ou réduire la propagation éventuelle de la corrosion dans ces zones, les perforations nécessaires au passage et à l'infiltration du vernis étant ainsi agencées de préférence dans des zones, ou tronçons longitudinaux, n'étant pas susceptibles d'être affectés par la corrosion, ou ne présentant que des risques réduits de propagation de la corrosion. L'invention propose ainsi une solution à la maîtrise des problèmes de corrosion, sans devoir faire appel à la solution particulièrement coûteuse des papiers isolants non perforés qui sont préencollés ou pré- imprégnés qui, outre son coût, est difficile à mettre en oeuvre industriellement. Selon d'autres caractéristique de l'invention: - la longueur totale des tronçons longitudinaux perforés de la feuille est inférieure à la longueur totale des tronçons longitudinaux non perforés; - au moins un tronçon longitudinal non perforé est agencé à une extrémité longitudinale de la feuille; - seule une des deux moitiés longitudinales de la feuille est perforée de trous pour le passage du vernis; - chaque tronçon longitudinal perforé de la feuille comporte une série de rangées de trous alignés transversalement, et ces rangées sont réparties longitudinalement selon un pas régulier; - la feuille comporte un tronçon longitudinal non perforé agencé à l'extrémité longitudinale avant de la feuille et un tronçon longitudinal perforé agencé à l'extrémité longitudinale arrière; l'organe sur lequel est réalisé ledit au moins un bobinage io est un stator. - l'organe sur lequel est réalisé ledit au moins un bobinage est un rotor; - la machine électrique tournante est un alternateur; - la machine électrique tournante est un moteur électrique - l'organe sur lequel est réalisé ledit au moins un bobinage comporte un corps comportant des encoches axiales qui s'étendent radialement et dans lesquelles lesdits brins longitudinaux d'élément(s) conducteur(s) du bobinage électrique s'étendent axialement; - ledit corps est constitué par un empilement axial de tôles transversales. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en demi-section axiale d'un alternateur réalisé conformément aux enseignements de l'invention; - la figure 2 est une vue en section transversale partielle d'un bobinage d'un élément conducteur d'un stator, avant l'imprégnation par le vernis; - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 sur laquelle le bobinage électrique est illustré après avoir été imprégné de vernis; - la figure 4 est une vue schématique en perspective éclatée qui illustre le corps du stator comportant des encoches axiales et une feuille en matériau isolant électrique réalisée conformément aux enseignements de l'invention, pliée en U et destinée à être reçue dans une des encoches du corps du stator; et io - la figure 5 est une vue en plan de la feuille isolante de la figure 4 représentée avant son pliage. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES Dans la description qui va suivre, afin d'en faciliter la compréhension, on adoptera à titre non limitatif une orientation is avant-arrière selon l'orientation droite-gauche de la figure 1. On a représenté à la figure 1, un alternateur 10 constitué principalement d'un carter 12 en deux parties comportant intérieurement deux organes principaux qui sont un stator 14 et un rotor 16, par exemple, comme décrit dans le document EP-B1-0.515.259 auquel on pourra se reporter pour plus de précisions. Le stator 14 entoure le rotor 16 qui est solidaire d'un arbre 18 sur l'extrémité arrière duquel deux bagues collectrices 20 sont fixées, tandis qu'une poulie 21 est solidaire de l'extrémité avant de l'arbre 18. La poulie 21 est destinée à recevoir une courroie (non représentée) faisant partie d'un dispositif de transmission de mouvement entraîné par le moteur à combustion interne du véhicule automobile équipé de l'alternateur. De manière connue, le stator 14 est composé d'un corps 22 en métal qui est ici constitué principalement par un empilement axial de tôles 24 transversales en fer doux. Une face cylindrique concave intérieure 26 du corps 22 comporte des encoches axiales 28, dont une seule est représentée partiellement à la figure 1, qui s'étendent radialement vers l'extérieur et qui reçoivent des brins axiaux d'un bobinage électrique 32. Les encoches 28 sont ouvertes ou débouchantes radialement vers l'intérieur et axialement vers l'avant et vers l'arrière comme on peut le voir notamment à la figure 4. Le bobinage électrique 32 est par exemple constitué par l'enroulement en spires ou boucles d'un élément conducteur électrique 34, ou de plusieurs éléments conducteurs électriques, io en fil de cuivre qui est revêtu d'au moins une couche 36 en matériau isolant électrique qui est par exemple un polyester en deux couches ou de l'émail. La figure 2 représente à grande échelle, selon une section transversale, une partie d'un enroulement d'un élément conducteur 34 revêtu d'une couche 36 de matériau isolant, avant l'imprégnation par du vernis. La figure 3 est une vue similaire à celle représentée à la figure 2 sur laquelle le bobinage 32 a été imprégné de vernis 38 et après durcissement du vernis, notamment par chauffage. De manière connue, une feuille 44 isolante de l'électricité est interposée entre le bobinage électrique 32 et le corps 22 du stator 14 afin de supprimer les risques de courts-circuits entre le bobinage 32 et le corps 22. De manière connue, pour réduire le niveau sonore de 25 l'alternateur 10, la feuille isolante 44 est immobilisée par rapport au bobinage électrique 32 et au corps 22. A cet effet, la feuille 44 est perforée de trous 46 qui la traversent de façon à permettre au vernis 38 de la traverser et de s'infiltrer entre la paroi ou surface intérieur 49 de l'encoche axiale 28 en vis-à-vis de la face externe 45 de la feuille 44. Les brins axiaux 30 sont prolongés par des brins de jonctions 48 qui constituent des chignons 39 s'étendant en saillie, de part et d'autre du corps 22 du stator 14, conformément à la figure 1. A titre de variante, non représentée, on peut faire appel à des épingles de section circulaire ou rectangulaire montées dans les encoches axiales 28 du stator 14 comme décrit par exemple dans le document WO-A-92/06.527 ou dans le document FR-A-2.843.246. En variante, quatre éléments électriquement conducteurs sont montés radialement à superposition dans chaque encoche. Le rotor est ici un rotor à griffes qui est constitué par un bobinage électrique 62 cylindrique annulaire qui est monté entre io deux plateaux 64 et 66 métalliques comportant chacun des griffes 68 et 70 respectivement, qui s'étendent axialement en direction de l'autre plateau 66, 64. Chaque ensemble plateau-griffes constitue une roue polaire, ici en acier magnétique. Un noyau 67, ici aussi en acier magnétique, est intercalé axialement entre les plateaux 66, 64. Le noyau 67 est de forme cylindrique annulaire d'orientation axiale X-X. Le noyau 67 est ici réalisé ici de manière distincte des roues polaires pour faciliter l'enroulement des éléments électriquement conducteurs sur le noyau, sans que les griffes 68, 70 ne gênent. Chaque roue polaire est fixée sur l'arbre à la faveur de partie moletée de l'arbre dont une sert à la fixation du noyau 67. Pour plus de précisions, on se reportera au document EP-B1-0.515.259 qui illustre aussi les autres constituants de l'alternateur. Pour assurer la ventilation interne de l'alternateur, il est ici prévu que chaque plateau 64, 66 porte un ventilateur 102, 104 adjacent à la partie concernée du carter. Chaque partie du carter 12 est ajourée pour la circulation de l'air et porte centralement un roulement à billes 17, 19 pour support respectivement de l'extrémité avant et arrière de l'arbre 18. io Ainsi l'une des ces parties du carter 12 est appelée palier avant, c'està-dire celle adjacente à la poulie 21, tandis que l'autre est appelée palier arrière. Le palier arrière porte un agencement de redressement du courant produit par le stator et un porte-balais coopérant avec les bagues collectrices 20. Il est en outre prévu un capot de protection (non représenté) coiffant le porte-balais, connecté de manière de manière connue à un dispositif de régulation de courant, et l'agencement de redressement comportant des diodes. lo Les paliers avant et arrière sont métalliques en étant de forme creuse délimitée par un flasque transversal portant le roulement à billes correspondant, et par un rebord périphérique d'orientation axiale épaulé intérieurement pour porter l'empilement de tôles 24 du stator 22. De manière connue, les flasques et les rebords présentent des ouvertures pour la circulation de l'air. Ainsi, les rebords présentent des ouvertures en regard des extrémités axiales 39 du bobinage 32, appelées chignons, s'étendant en saillie axiale par rapport au corps 22 du stator 14, tandis que les flasques comportent des ouvertures en regard des pales des ventilateurs 102, 104. Les paliers sont reliés à fixation avec deux vis ou des tirants. Conformément aux enseignements de l'invention, et comme on peut le voir notamment aux figures 4 et 5, la feuille en matériau isolant 44 n'est pas perforée sur toute sa longueur axiale. A cet effet, la feuille 44 ne comporte ici des trous que dans un seul tronçon longitudinal agencé au voisinage de son bord d'extrémité longitudinale arrière 80. Au contraire, la partie ou moitié avant délimitée par le bord d'extrémité longitudinale avant 82 est dépourvue de trous ou perforations 46. 2869736 Il Ainsi, en cas de projection de liquide vers l'avant de l'alternateur, l'absence de trou à l'extrémité 82 permet d'éviter l'apparition éventuelle de corrosion. Dans le mode de réalisation illustré en détails à la figure 5, la feuille 44 est de forme rectangulaire et est délimitée par deux bords longitudinaux parallèles 81 et deux bords transversaux d'extrémités 80 et 82. Ses dimensions correspondent à celles des encoches 28. Les principales dimensions et cotes sont indiquées en mm io à la figure 5. La feuille 44 présente comporte un son plan transversal médian PTM et seule sa moitié ou tronçon longitudinal de droite 84 comporte des perforations qui sont ici constituées par quatre rangés transversales parallèles 88 comportant chacune quatre trous, les trous des rangées successives et adjacentes 88 étant agencés en quinconce. Ainsi, après imprégnation par le vernis, toutes les parties ou moitiés avant de gauche des encoches 28 en regard des parties avant de gauche 86 des feuilles isolantes 44 dépourvues de perforations sont de conception analogues à celles d'encoches équipées de feuilles pré-imprégnées non perforées. REVENDICATIONS 1. Machine électrique (10) tournante du type: - qui comporte au moins un organe (22) sur lequel est réalisé au moins un bobinage électrique (32), imprégné de vernis s (38), comprenant une série de brins (30) d'élément(s) conducteur(s) (34, 36) qui s'étendent longitudinalement d'avant en arrière; - dans laquelle une feuille (44) en matériau isolant électrique est interposée entre le bobinage (32) et une paroi (49) de l'organe (22, 28) sur lequel est réalisé le bobinage (32) ; - et dans laquelle la feuille en matériau isolant (44) est perforée par une série de trous (46) de façon à permettre le passage du vernis (38) pour qu'il s'infiltre entre ladite paroi (49) et la feuille (44) en matériau isolant; caractérisée en ce qu'au moins un tronçon longitudinal (86) de la feuille est dépourvu de trous (46). 2. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la longueur totale des tronçons longitudinaux perforés (84) de la feuille est inférieure à la longueur totale des tronçons longitudinaux non perforés. 3. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit au moins un tronçon longitudinal non perforé (86) est agencé à une extrémité longitudinale (82) de la feuille (44). 4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que seule une des deux moitiés longitudinales de la feuille est perforée de trous (46) pour le passage du vernis. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque tronçon longitudinal perforé de la feuille comporte une série de rangées (88) de trous (46) alignés transversalement, et en ce que ces rangées (88) sont réparties longitudinalement selon un pas régulier. 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la feuille (44) comporte un tronçon longitudinal (86) non perforé agencé à l'extrémité longitudinale avant de la feuille, et un tronçon longitudinal perforé (64) agencé à l'extrémité longitudinale arrière. 7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe (22) sur lequel est réalisé ledit au moins un bobinage (32) est un stator. 8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'organe sur lequel est réalisé ledit au moins un bobinage (62) est un rotor (16). 9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est un alternateur. 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle est un moteur électrique. 11. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe (22) sur lequel est réalisé ledit au moins un bobinage (32) comporte un corps comportant des encoches axiales (28) qui s'étendent radialement et dans lesquelles lesdits brins longitudinaux (30) d'élément(s) conducteur(s) du bobinage électrique s'étendent axialement. 12. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit corps (22) est constitué par un empilement axial de tôles transversales (24).