Brevet FR2890798A1 — publié le 20070316

Stator de machine électrique tournante polyphasée du type alternateur ou alterno-démarreur. Domaine de l'invention L'invention concerne un stator de machine électrique tournante polyphasée, du type alternateur ou alterno-démarreur. L'invention trouve des applications dans le domaine de l'industrie automobile et, en particulier, dans le domaine des alternateurs et alternodémarreurs pour véhicules automobiles. Etat de la technique Dans un véhicule automobile, l'alternateur polyphasé permet de transformer un mouvement de rotation du rotor inducteur, entraîné par le moteur thermique du véhicule, en un courant électrique induit dans le bobinage du stator. L'alternateur peut aussi être réversible. Il constitue alors un moteur électrique qui peut entraîner en rotation, via l'arbre du rotor, le moteur thermique du véhicule. Cet alternateur réversible est appelé alternodémarreur. L'alternateur permet de transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique. Il en est de même de l'alterno-démarreur lorsque celui-ci fonctionne en mode générateur de courant. Lorsque l'alterno-démarreur fonctionne en mode moteur électrique, notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule, l'alterno-démarreur transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique. Dans un alternateur ou dans un alterno-démarreur fonctionnant en mode générateur de courant, le stator est un stator induit et le rotor un rotor inducteur. Dans un alterno-démarreur fonctionnant en mode moteur électrique, le stator est un stator inducteur et le rotor un rotor induit. Plus précisément l'alternateur ou l'alterno-démarreur comporte un carter en au moins deux parties, appelées palier avant et palier arrière, portant un stator entourant un rotor solidaire d'un arbre de rotor, qui porte à l'une de ses extrémités axiale un organe de transmission de mouvement, tel qu'une poulie ou un engrenage, appartenant à un dispositif de transmission de mouvement intervenant entre le moteur thermique et l'alternateur ou l'alterna-démarreur. 2890798 2 Le rotor comporte au moins un bobinage inducteur relié à un régulateur de tension. Le stator comporte un corps portant un bobinage composé de plusieurs phases, comportant chacune au moins un enroulement, dont les sorties sont reliées électriquement à un dispositif de redressement pour redresser le courant alternatif produit dans les phases du stator, lorsque le stator est un induit, en un courant continu pour recharger la batterie et/ou alimenter les consommateurs du réseau de bord du véhicule. Ce dispositif de redressement comporte par exemple un pont de diodes. En variante le dispositif de redressement comporte un pont de transistors par exemple du type MOSFET, notamment dans le cas d'un alterno-démarreur, et il est prévu un dispositif de commande pour notamment injecter du courant dans les phases du stator lorsque I'alterno-démarreur fonctionne en mode moteur électrique Le bobinage inducteur du rotor peut être fixe et être relié au régulateur de tension ou en variante être implanté dans le rotor. Dans ce cas l'arbre de rotor porte à son autre extrémité axiale des bagues collectrices reliées par des liaisons filaires aux extrémités du bobinage inducteur. Des balais frottent sur les bagues collectrices. Ces balais appartiennent à un porte-balais relié à au régulateur de tension. Le corps du stator est réalisé le plus souvent sous la forme d'un paquet de tôles pour diminuer les courants de Foucault. Ces tôles comportent une pluralité d'encoches. Ces encoches sont alignées pour former une pluralité de rainures axiales. Les encoches sont du type fermé ou semi-fermé et présentent dans ce cas chacune une ouverture qui débouche à la périphérie interne du corps du stator. Ces encoches sont délimitées de manière alternée par des dents, deux encoches consécutives étant séparées par une dent. Les enroulements du bobinage du stator sont montés dans les encoches dont le nombre varie selon les applications et le nombre de phases. Par exemple l'alternateur ou l'alterno-démarreur, étant du type triphasé et le rotor étant un rotor à griffes comportant deux roues polaires présentant chacune six dents, le stator comporte dans ce cas 36 encoches. Dans une forme de réalisation les enroulements sont des enroulements à fil continu réalisés par exemple de manière ondulée ou imbriquée dans les encoches autour de plusieurs dents. Avec des enroulements à fil continu le taux de remplissage des encoches par les enroulements n'est pas aussi élevé que souhaité. En variante, pour augmenter la puissance de la machine et augmenter le taux de remplissage des encoches, les enroulements sont des enroulements à barres comportant des épingles reliées les unes aux autres par soudure. Une telle disposition nécessite de réaliser de nombreuses soudures. Pour diminuer le taux d'ondulation du courant induit et donc de la tension il est souhaitable de doubler le nombre effectif d'enroulements pour avoir deux encoches par pôles et par phase. Par exemple dans le cas précité d'un rotor à griffes présentant six dents par roue polaire, le nombre d'encoches est alors de 72. Pour un rotor à griffes avec huit dents par roue polaire le nombre d'encoches est de 96. Dans ce cas les dents, délimitant deux encoches consécutives, 15 peuvent ne pas être aussi épaisses que souhaité, sauf à augmenter la taille du corps du stator. Exposé de l'invention L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients des techniques 20 exposées ci-dessus. Un but de l'invention est donc d'augmenter le taux de remplissage des encoches par rapport à une solution avec des enroulements à fils continus. Un autre but de l'invention est de diminuer le nombre de soudures par rapport à une solution à enroulements avec barres. Un autre but de l'invention est de pouvoir réduire le taux d'ondulation de la tension sans avoir besoin de doubler le nombre de dents. L'invention propose à cet effet un stator d'une machine électrique tournante polyphasée, chaque phase comportant au moins un enroulement, chaque enroulement comportant des bobines à plusieurs spires, le stator étant doté d'un corps (50) présentant intérieurement une pluralité d'encoches délimitées par des dents, caractérisé en ce que chaque bobine entoure une dent. Grâce à l'invention on peut augmenter le taux de remplissage des 5 encoches et on diminue le nombre de soudures puisque les bobines sont connectées entre elles pour former une phase. Les dents du stator sont à bords parallèles et les spires des bobines sont de largeur constante. En variante, les encoches sont à bords parallèles et les spires des bobines sont de largeur non constante. Les bobines sont préformées en grappe ce qui permet de réduire encore le nombre de soudures. Grâce à l'invention on peut augmenter le nombre de phases. Le stator peut comporter ainsi 3, 5 ou 7 phases. L'augmentation du nombre de phases permet de réduire le taux d'ondulation de la tension et le bruit acoustique de l'alternateur ou de I'alterno-démarreur tout en ayant des dents larges et sans avoir à augmenter la taille radiale du corps du stator. L'augmentation du nombre de phase permet également, lorsque l'alternodémarreur fonctionne en mode moteur électrique, de moins sollicité en ampérage le dispositif de redressement qui comporte alors un plus grand nombre de composants, tels que des transistors du type MOSFET, En réalité chaque transistor comporte plusieurs transistors montés en parallèle en sorte que l'on peut réduire pour chaque transistor le nombre de transistor lorsque l'on augmente le nombre de phases. La solution est donc économique. Avec une augmentation du nombre de phase on obtient un meilleur fonctionnement et une plus grande puissance lorsque l'alterno-démarreur fonctionne en mode moteur électrique. Dans tous les cas les dents ont une grande section en sorte que l'on 35 peut augmenter la longueur active de fer en regard du rotor. Ces dents sont en outre simplifiées puisqu'elles sont dépourvues de pied. Dans un mode de réalisation les encoches sont ouvertes vers l'intérieur. La solution est compacte. Grâce à l'invention on peut maîtriser la longueur de l'enroulement faisant saillie de part et d'autre du corps du rotor c'est-à-dire la longueur des chignons en sorte que la solution est axialement compacte. Les bobines comportent plusieurs spires qui peuvent être de hauteur variable. Ceci permet dans un mode de réalisation de faire varier la taille de la bobine à l'extérieur du corps du stator. La longueur du bobinage du stator est donc ajustable. Ainsi dans une variante de réalisation la longueur axiale du chignon 15 varie d'un tour à l'autre pour un meilleur refroidissement. Dans un mode de réalisation le fil des bobines est de section circulaire. Dans un autre mode de réalisation on utilise un fil du type méplat ou 20 de section rectangulaire pour former la bobine et augmenter encore le taux de remplissage des encoches. L'invention permet une grande souplesse dans la mise en place d'isolants d'encoches. Plus précisément dans un mode de réalisation l'isolant d'encoche est mis en place dans les encoches avant la mise en place des bobines. En variante la bobine est montée autour de l'isolant et l'ensemble est 30 monté ensuite sur les dents à bords parallèles. L'isolant d'encoche présente un bord inférieur pour retenir la bobine associée. Dans une forme de réalisation deux bobines sont implantées dans une même encoche, chaque bobine étant enroulée autour de l'une des dents délimitant l'encoche. En variante une seule bobine est montée par encoche. Grâce à l'invention on augmente la puissance de la machine électrique tournante du type alternateur ou alterno-démarreur à bas régime. Brève description des dessins - La figure 1 représente un alternateur à ventilation interne doté d'un stator selon l'invention représenté de manière schématique. - La figure 2 représente une vue en perspective d'une variante de réalisation d'un ventilateur de la figure 1. - La figure 3 est une vue partielle en perspective du corps du stator 15 de la figure 1 montrant les dents à bords parallèles de celui-ci. - La figure 4 est une vue partielle d'un ensemble bobine isolant d'encoche avant son montage par enfilage sur sa dent large associée. - La figure 5 est une vue analogue à la figure 4 de l'ensemble bobine isolant d'encoche après son montage par enfilage sur sa dent large associée. - Les figures 6a et 6b représentent des vues en perspectives sous des angles différents d'une bobine à fil méplat montée sur sa dent associée. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La figure 1 représente un alternateur pour véhicule automobile a ventilation interne équipé de deux ventilateurs. Cet alternateur comporte, de manière précitée, un organe 1 de transmission de mouvements, sous la forme d'une poulie, appartenant à un 30 dispositif de transmission de mouvements, non représenté sur la figure 1, intervenant entre le moteur thermique du véhicule et l'alternateur. Cet organe 2890798 7 1 est traversé, en partie, par un arbre de rotation 2, dont il est solidaire en rotation et dont l'axe de symétrie axiale XX constitue l'axe de rotation de la machine. Cet arbre de rotation 2 porte un rotor 4, par exemple un rotor à griffes, pourvu d'au moins un bobinage d'excitation. Le rotor 4 est entouré par un stator bobiné 5 qui comporte un ou plusieurs enroulements pour constituer le bobinage induit. Le stator 5 est porté par un palier avant 8 et un palier arrière 6, tous deux comportant aux extrémités axiales un roulement à billes portant l'arbre de rotation 2. Les paliers 6, 8 sont de forme creuse et reliés entre eux par des tirants 10 (non référencés) pour formation d'un carter portant intérieurement le stator 5 selon l'invention. Le palier arrière 6 porte un porte-balais (non référencé) dont les balais, de manière connue, sont adaptés à frotter sur des bagues collectrices (non référencées) reliées par des liaisons filaires au bobinage inducteur ou bobinage d'excitation (non visible) que comporte le rotor 4 à griffes entre ses deux roues polaires 27,29 dotées chacune de dents 45 d'orientation axiale imbriquées. Des pôles magnétiques sont formés, à raison de un part dent 45 de roue polaire, lorsque le bobinage du rotor est alimenté électriquement. Dans l'exemple de la figure 1, l'alternateur comporte deux ventilateurs, un ventilateur 9 à l'avant du rotor et un ventilateur 7 arrière, tous deux solidaires du rotor. Un autre exemple d'alternateur pourrait comporter un seul ventilateur, généralement le ventilateur arrière 7 plus puissant que le ventilateur avant 9 placer du coté de la poulie d'entraînement 1. Un tel ventilateur comporte un flasque d'où part au moins une série de pales saillantes 8a, 7a. Il est fixé, généralement, sur le rotor par soudage du flasque sur le rotor. Or, par sa fabrication, un ventilateur est généralement asymétrique, à l'origine. Pour éliminer ce balourd, l'homme du métier effectue habituellement un équilibrage de l'ensemble avant sa mise en mouvement. Cet équilibrage est réalisé généralement en modifiant la masse de l'ensemble de façon à en modifier son centre de gravité. Cette modification de la masse est réalisée en retirant de la matière dans le rotor au moyen de canons de perçages qui font des trous 25 dans une zone de perçage 26 prévue dans la base 127 d'au moins une griffe 45 du rotor 4 comme visible à la figure 1. En variante le ventilateur 7 est remplacé par un ventilateur double 23 (figure 2) plus puissant comportant un ventilateur inférieur 20 et un ventilateur supérieur 21. Ces ventilateurs 20, 21 sont superposés et dotés chacun de pales ici nervurées en 24. Le ventilateur 20 est solidaire du rotor 4. Les deux ventilateurs sont reliés ensembles. On voit dans cette figure 1 que le stator 5 comporte un corps 50 solidaire des paliers 6, 8 ajourés pour circulation interne de l'air provoquée par les ventilateurs, 7, 9, 23. Ce corps 50 porte un bobinage, décrit ci-après, dont les extrémités 51, 52, appelées chignons s'étendent de part et d'autre du corps 50 du stator 5. Il faut bien refroidir ces chignons 51, 52 à l'aide des ventilateurs en sorte qu'il est souhaitable que le bobinage du stator soit de configuration appropriée permettant un bon passage de l'air au niveau des chignons. En variante l'alternateur est refroidit par eau. Dans tous les cas il est souhaitable d'augmenter la puissance et les performances de l'alternateur, qui en variante est réversible et consiste en un alterno-démarreur décrit par exemple dans le document WO 01/69762 ou dans le document FR A 2 745 444 auxquels on se reportera. Le corps 50 du stator 5 est réalisé ici sous la forme d'un paquet de 20 tôles pour diminuer les courants de Foucault. Ce corps 50 ainsi que le stator 5 à une forme annulaire. Ces tôles comportent une pluralité d'encoches 60 (figures 3, 6a et 6b). Ces encoches 60 sont alignées pour former une pluralité de rainures axiales. Les encoches 60 sont ici du type ouvert vers la périphérie interne du corps 50. Cette périphérie interne délimite un alésage cylindrique avec présence d'un faible entrefer entre la périphérie interne du corps 50 du stator 5 et la périphérie externe du rotor 4 en matériau ferromagnétique et de forme annulaire. Ces encoches 60 sont, suivant une caractéristique, ouvertes ici vers l'intérieur, et sont délimitées de manière alternée par des dents 61, deux encoches consécutives 60 étant séparées par une dent 61. Le corps 50 est donc de fabrication simple. Les dents 61, suivant une caractéristique de l'invention, sont à bords parallèles 63, 62. Ces dents ont une grande largeur, une bande de matière, 2890798 9 appelée culasse, existant entre les fonds 64 des encoches 60 et la périphérie externe du corps 50. Suivant une caractéristique on se sert des bords parallèles 63, 62 pour monter des bobines préformées 70. En variante, on pourrait venir bobiner directement sur les dents du stator. Plus précisément l'alternateur ou I'alterno-démarreur est du type polyphasé et comporte donc un bobinage comportant plusieurs phases 10 chaque phase comportant au moins un enroulement. Chaque enroulement de phase comporte une pluralité de bobines 70. Ces bobines 70 sont réalisées à partir d'un fil enroulé sur plusieurs tours pour former plusieurs spires 73. Ces spires 73 ont une largeur 74 et une hauteur 75. Dans les figures 6a et 6b il est formé cinq tours cornplets et deux tours incomplets pour constituer une entrée 71 et une sortie 72. Dans les figures 6a et 6b le fil est un fil du type méplat. Dans les figures 4 et 5 le fil est un fil de section rectangulaire. Ces fils sont positionnés en sorte que leur côté le plus large soit 20 parallèle aux bords des encoches ce qui permet de réduire la largeur des chignons. Les fils sont de section constante et consistent par exemple en un fil de cuivre revêtu d'émail. Ainsi suivant une caractéristique chaque enroulement de phase 25 comporte des bobines 70 ayant des spires de largeur constante. Ces bobines 70 sont montées autour de dents 61 à bord parallèles 62, 63. En variante, chaque enroulement de phase comporte des bobines 70 ayant des spires de largeur non constante. Ces bobines 70 sont montées, 30 par exemple, dans des encoches à bords parallèles 63, 65. Dans les figures 6a et 6b on n'a pas représenté l'isolant d'encoche interposé entre les bobines 70 et les bords 61, 62 ainsi que le fond 64 de l'encoche 60 pour isoler les bobines 70 du corps 50 et éviter de blesser l'isolant de celles-ci. Plus précisément dans un mode de réalisation l'isolant d'encoche est mis en place dans les encoches avant la mise en place des bobines. En variante chaque bobine 70 est montée autour de l'isolant d'encoche 80 et l'ensemble 70-80 est monté ensuite par simple enfilage radial sur la dent 61 concernée à bords parallèles. L'isolant 80 présente un bord inférieur, ici de forme rectangulaire, visible à la figure 5. Ce bord inférieur pénètre donc dans deux encoches consécutives 60 et retient la bobine 70. Il également prévu de doté l'isolant d'encoche d'un bord supérieur adjacent au fond 64 de l'encoche. Les bords sont perpendiculaires aux bords 62, 63 de la dent 61 en sorte que l'isolant 70 présente une gorge de logement de la bobine 70 formée par avance sur un gabarit. L'isolant 80 est dans réalisation préimprégné. En variante il est imprégné en sorte qu'après refroidissement il devient solidaire de sa dent 20 associée. Dans une forme de réalisation deux bobines 70 sont implantées dans une même encoche, chaque bobine étant enroulée autour de l'une des dents délimitant l'encoche. En variante une seule bobine est montée par encoche. Les bobines 70 sont interconnectées entre elles, par exemple par soudure, ensuite pour former une phase. En variante les bobines 70 sont formées en grappes et enfilées sur les dents au pas de n dents de corps de stator par n phases. On obtient un bon taux de remplissage des encoches 60 avec un minimum d'interconnexion par soudure. On peut augmenter le nombre de phases sans augmenter la taille du corps 50. Ainsi pour une même taille du corps 50, un stator triphasé à enroulement filaire de l'art antérieur comporte 48 encoches tandis qu'un stator à cinq phases selon l'invention comporte 20 encoches. En variante le stator selon l'invention comporte 7 phases et 28 encoches. La largeur des dents selon l'invention est supérieure à celle des dents de l'art antérieur avec réduction des bruits et du taux d'ondulation. Bien entendu on peut relier en série ou en parallèle les bobines70. On peut faire varier la hauteur des spires 73 à chaque tour pour obtenir un meilleur refroidissement à l'aide des ventilateurs des figures 1 et 2. Un bon passage d'air est obtenu au niveau de la tête des bobines 70 comportant globalement deux bords parallèles reliée par deux bords arrondis (figures 6a et 6b). Les bobines 70 ont donc une forme oblongue et sont donc bien refroidies par circulation de l'air provoquée par le ou les ventilateurs de la figure 1. En outre la solution est peu bruyante. La solution est également compacte axialement. Les dents peuvent être fendues comme visible en pointillés à la figure 6a. Revendications 1. Stator d'une machine électrique tournante polyphasée, chaque phase comportant au moins un enroulement, chaque enroulement comportant des bobines (70) à plusieurs spires (73), le stator (5) étant doté d'un corps (50) présentant intérieurement une pluralité d'encoches (60) délimitées par des dents (61), caractérisé en ce que chaque bobine (70) entoure une dent (61). 2. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dents (61) sont à bords parallèles (62, 63) et en ce que les spires (73) des bobines sont de largeur (74) constante. 3. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les encoches (60) sont à bords parallèles (63, 65) et en ce que les spires (73) des bobines sont de largeur (74) non constante. 4. Stator selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que les bobines (70) sont connectées entre elles ou en grappe pour former une phase. 5. Stator selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte cinq ou sept phases. 6. Stator selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans une bobine les spires (73) sont de hauteur (75) variable. 7. Stator selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines (70) sont réalisées à partir d'un fil méplat ou d'un fil de section rectangulaire. 8. Stator selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines (70) sont montées autour d'un isolant d'encoche (80) pour former un ensemble enfilé ensuite sur les dents (61). 9. Stator selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'isolant d'encoche (80) présente un bord inférieur pour retenir la bobine associée. 10. Stator selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les encoches (60) sont ouvertes vers l'intérieur. 11. Stator selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique tournante est un alternateur ou un alterno-démarreur.