Brevet FR3002821A1 — publié le 20140905

Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un stator de machine électrique comprenant un corps de stator avec une culasse de stator et des dents de stator ainsi qu'un bobinage de stator, le bobinage passant à la périphérie du corps autour de la culasse de stator. L'invention a également pour objet une machine électrique équipée d'un tel stator. L'invention a aussi pour objet un procédé de réalisation d'un tel stator. Etat de la technique On connaît différentes réalisation de machines électriques. En général les machines électriques ont un rotor et un stator. Le stator est équipé d'enroulements formant son bobinage coopérant avec les aimants du rotor. Les enroulements du stator sont installés au- tour de dents ou autour de la culasse du stator. La réalisation des ma- chines électriques peut être complexe, nécessiter beaucoup d'entretien et être couteuse. But de l'invention La présente invention a pour but de perfectionner un sta- tor de machine électrique et son procédé de fabrication pour notamment une utilisation optimale du flux magnétique dans les enroulements tout en conservant une construction relativement simple. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un stator du type défi- ni ci-dessus caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément de guidage de flux pour guider le flux magnétique de la périphérie extérieure du corps de stator vers le rotor de la machine électrique. Ainsi, l'invention a pour objet un stator de machine élec- trique. Le stator comporte un corps avec une culasse de stator et des dents. Un enroulement prévu sur le stator entoure la périphérie exté- rieure du corps autour de la culasse. Le stator comporte également un élément de guidage de flux pour guider le flux magnétique de la périphérie extérieure du corps du stator vers le rotor de la machine électrique. En d'autres termes, l'invention se caractérise en ce qu'à l'aide d'un élément de guidage de flux supplémentaire pour le champ magnétique, tous les côtés du bobinage de stator et notamment la rainure extérieure peuvent servir pour générer le couple moteur. Le flux magnétique peut être guidé par l'élément de guidage de flux en trois di- mensions, vers le rotor qui se trouve par exemple à l'intérieur du stator. Cela permet d'avoir un flux plus important dans le stator sans perte de courant ou perte par le cuivre, supplémentaires. L'élément de guidage de flux permet également d'allonger axialement le guidage du flux au- delà des têtes d'enroulement du bobinage de stator. On utilise ainsi de façon optimale l'encombrement occupé par le stator et la machine électrique. Le stator et la machine électrique équipée d'un tel stator ont une construction relativement simple, ce qui évite par exemple tout rotor supplémentaire pour utiliser de façon optimale le flux magnétique. Cela signifie que la déviation proposée du flux magné- tique par les dents extérieures en direction par exemple du rotor intérieur, prolongé, permet d'utiliser la partie de bobinage par ailleurs non utiliser au niveau de la rainure extérieure de l'enroulement de stator. Ainsi, pour une même intensité de courant et des pertes identiques dans le cuivre, on aura un flux plus important dans l'entrefer prolongé axialement. En particulier, la combinaison du bobinage de stator au- tour de la culasse, c'est-à-dire le bobinage de culasse avec un élément de guidage de flux est avantageux par rapport aux enroulements usuels autour des dents de stator. Le stator peut s'appliquer à une machine électrique fonctionnant comme moteur et/ou comme générateur. La machine électrique peut être une machine synchrone ou une machine asynchrone. Plusieurs stators ou machines électriques selon l'invention peuvent être combinées l'une derrière l'autre. En outre, le stator et la machine électrique équipée de celui-ci peuvent avoir un nombre réduit de paires polaires ou un nombre important de paires polaires. De façon préférentielle, le stator est installé dans une machine électrique d'un véhicule automobile notamment d'un véhicule hybride. En particulier, le stator et la machine électrique ainsi équipé peuvent être installés entre la boîte de vitesse et le moteur thermique du véhicule automobile. Le stator comporte une culasse de stator avec du fer ou réalisée en fer. La culasse de stator comporte plusieurs dents à l'intérieur du stator. A la périphérie extérieure des dents sont reliées par le corps du stator. La région entre les dents de stator est appelée « culasse de stator ». Le stator comporte un bobinage par exemple en fil de cuivre a plusieurs spires autour du corps de stator et notamment autour de la culasse du corps de stator. Les enroulements correspondent aux bobines du stator coopérant par exemple avec les aimants d'un ro- tor installé dans le stator. Les points d'inversion de sens du fil ou les endroits là où le fil revient vers la périphérie intérieure peuvent être appelés « tête de bobinage ». Le bobinage de stator autour de la culasse est installé en partie à la périphérie extérieure du corps de stator. Le bobinage du sta- tor peut être réalisé comme un bobinage annulaire. Le stator peut comporter plusieurs éléments de guidage de flux. Notamment, la périphérie extérieure peut comporter un élément de guidage de flux associé à chaque dent du stator. L'élément de guidage de flux peut être réalisé séparément du corps de stator et permettre un guidage en trois dimensions du flux magnétique au niveau du stator. En particulier, l'élément de guidage de flux guide le flux magnétique de la périphérie extérieure du corps de stator c'est-à-dire de la rainure extérieure traversée par le bobinage de stator par exemple vers le rotor situé à l'intérieur du stator. En particu- lier, l'élément de guidage de flux guide le flux magnétique en direction de l'entrefer. Selon un développement, l'élément de guidage de flux est installé sur une dent du stator ou sur le stator pour prolonger la dent du stator dans la direction axiale. Le prolongement peut aller jusqu'à la tête de bobinage formée par l'enroulement de stator. En particulier chaque dent du stator peut comporter un élément de guidage de flux prolongeant cette dent du stator dans la direction axiale. L'élément de guidage de flux peut se trouver dans la région des dents du stator, c'est- à-dire entre les enroulements du stator. La direction axiale est la direc- tion parallèle à l'axe longitudinale de la machine électrique ou du stator. L'axe longitudinal coïncide avec l'axe autour duquel tourne le rotor de la machine électrique. Selon un autre développement, l'élément de guidage de flux est installé sur le stator pour prolonger le corps du stator ou le sta- tor lui-même dans la direction radiale. La direction radiale est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la machine électrique ou du stator. L'élément de guidage du flux est dans la région de la périphérie extérieure de la culasse de stator notamment transversalement à la direc- tion périphérique autour du stator. Entre les différents éléments de guidage de flux, on a le bobinage de stator à la périphérie extérieure. Selon un autre développement, l'élément de guidage de flux a une forme en U. Cette forme en U signifie que l'élément de guidage de flux entoure par trois côtés le corps de stator. Par exemple, l'élément de guidage de flux en forme de U est anguleux ou arrondi. Dans le cas d'une réalisation de l'élément de guidage de flux en forme de U, cet élément de guidage de flux prolonge à la fois les dents du stator dans la direction axiale et aussi le stator dans la direction radiale. En variante, l'élément de guidage de flux est en forme d'entretoise qui prolonge la culasse de stator uniquement dans la direction radiale. Selon un autre développement, l'élément de guidage de flux est réalisé en partie ou totalement sous la forme d'un paquet de lamelles. Le paquet de lamelles est également appelé « paquet de tôles ». les lamelles ou les tôles de l'élément de guidage de flux peuvent être di- rigées axialement. Cela signifie que les lamelles ou les tôles sont orien- tées perpendiculairement aux tôles de la culasse de stator. En variante, les tôles ou lamelles du paquet de lamelles sont orientées parallèlement aux tôles du corps de stator. Selon un autre développement, l'élément de guidage de flux est réalisé en partie ou complètement sous la forme d'un compo- sant à aimantation douce (encore appelé « composant SCM »). Le composant à aimantation douce est par exemple obtenu par un procédé de métallurgie des poudres qui permet de réaliser une matière ayant une très forte densité. Suivant une caractéristique, l'élément de guidage de flux est réalisé dans la région le long de la périphérie extérieure du corps de stator sous la forme d'un paquet de lamelles. Les régions de l'élément de guidage de flux qui correspondent au prolongement axial des dents de stator sont sous la forme de composants à aimantation douce. Dans ce cas, l'élément de guidage de flux est composé de trois parties. Le paquet de lamelles s'installe entre les composants à aimantation douce. Selon un autre développement de 1"invention, le corps du stator comporte au moins une lamelle d'extrémité portant un élément de fixation. En particulier l'élément de guidage de flux est relié à la la- melle d'extrémité par une liaison par la force ou la forme à l'aide de l'élément de fixation. La lamelle d'extrémité correspond à la tôle extérieure ou à une lamelle extérieure du paquet de tôles du stator. L'élément de fixation est par exemple réalisé sous la forme d'une cavité ou d'une broche. En particulier, l'élément de fixation sert à positionner et à fixer l'élément de guidage de flux. Selon un autre développement de l'invention, le corps de stator comporte une lamelle d'extrémité reliée à l'élément de guidage de flux par une liaison par la matière. La lamelle d'extrémité correspond comme dans l'exemple de réalisation précédent à la tôle extérieure du corps de stator. La lamelle d'extrémité peut être réalisée en une seule pièce avec l'élément de guidage de flux. Cela signifie que la lamelle d'extrémité constitue une seule pièce avec l'élément de guidage de flux. Selon un autre développement de l'invention, le rapport entre la longueur axiale du corps de stator et son diamètre est inférieur à 1. Cela signifie que le stator peut être installé dans une machine électrique plus courte avec un nombre plus réduit de paires polaires. La longueur axiale du corps de stator ou du stator pro- prement dit correspond ainsi à la longueur du corps de stator parallè- lement à l'axe longitudinal du stator ou à la machine électrique. Le diamètre du corps de stator correspond à son diamètre extérieur. Le diamètre du corps de stator est mesuré dans le plan perpendiculaire à son axe longitudinal. Selon un développement, l'invention a pour objet une machine électrique équipée d'un stator tel que décrit ci-dessus ainsi que d'un rotor monté à rotation dans le stator. La longueur axiale du rotor correspond ainsi à la longueur axiale totale du corps de stator avec l'élément de guidage de flux. En d'autres termes, le rotor de la machine électrique et son entrefer sont prolongés dans la direction axiale. En variante, le rotor peut entourer le stator. La machine électrique comporte également un boîtier logeant le stator et le rotor. Selon un autre développement, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un stator pour une machine électrique comprenant les étapes suivantes : utiliser un corps de stator comportant une culasse de stator et des dents de stator, installer un bobinage de stator à la périphérie extérieure du corps de stator autour de la culasse, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à utiliser un élément de guidage de flux pour guider le flux magnétique de la périphérie extérieure du corps de stator vers le rotor de la machine électrique. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de stators de machines électriques et du procédé de réalisation d'un tel stator selon les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue isométrique d'une machine électrique avec les éléments de guidage de flux installés sur le stator selon un exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de côté d'un élément de gui- dage de flux selon un exemple de l'invention, - la figure 3 montre une partie en coupe d'un stator perpendiculairement à l'axe longitudinal selon un exemple de réalisation de l'invention, - la figure 4 montre un détail d'un stator selon un exemple de réalisation de l'invention en vue isométrique, - la figure 5 montre une vue isométrique d'un stator avec des éléments de guidage de flux en forme de tiges selon un autre mode de réalisation, - la figure 6 est une vue en coupe perpendiculairement à l'axe longitudinale du stator de la figure 5, - la figure 7 est une vue éclatée d'un stator avec un élément de guidage de flux sous la forme d'un composant à aimantation douce correspondant à un exemple de réalisation de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est une vue isométrique d'une machine élec- trique 1 comportant des éléments de guidage de flux 15. La machine électrique 1 est représentée en partie sous la forme d'une vue éclatée. A gauche, la figure montre un rotor 5 avec des éléments de guidage de flux 15 adjacent à l'entrefer 27. Dans la partie droite, la figure 1 montre le corps de stator 7 avec sa culasse 9 et ses dents 11 entre le rotor 5 et les éléments de guidage de flux 15. Le stator 3 composé des éléments de guidage de flux 15 et du corps de stator 7 est ainsi divisé en deux parties à la figure 1. Les enroulements de stator 13 sont simplement suggérés à la figure 1. Ces enroulements formant le bobinage tournent autour de la culasse de stator 9. Les enroulements de stator 13 passent au ni- veau de la périphérie intérieure de la culasse de stator 7 entre les dents de stator 11 et à la périphérie extérieure 19 du corps de stator 7 entre les éléments de guidage de flux 15. Le flux magnétique 17 partant du stator 3 vers le rotor 5 est suggéré par des flèches. L'élément de guidage de flux 15 guide le flux magnétique 17 de la périphérie extérieure 19 du corps de stator vers l'entrefer 27 et vers le rotor 5. La partie du bobinage de stator 3 arrivant à la périphérie extérieure 19 peut ainsi servir pour générer le couple fourni par la machine électrique 1. La machine électrique 1 peut être réalisée comme moteur ou générateur avec un bobinage de culasse. La machine électrique peut être une machine synchrone à excitation permanente (PSM) comme machine synchrone à excitation électrique ou comme machine asynchrone (ASM). En d'autres termes, la déviation du flux magnétique 17 par l'élément de guidage de flux 15 en direction du rotor 5 le cas échéant prolongé, permet d'utiliser la partie de l'enroulement dans la rainure extérieure. La figure 2 est une vue de côté de l'élément de guidage de flux 15. Dans les exemples de réalisation des figures 1, 2 et 4, l'élément de guidage de flux 15 a une forme de U. Cela signifie que dans cet exemple de réalisation, l'élément de guidage de flux 15 prolonge les dents de stator 11 dans la direction axiale, c'est-à-dire dans la direction parallèle à l'axe longitudinal 25 du stator 3. En même temps, l'élément de guidage de flux 15 prolonge le corps de stator 7 dans la direction ra- diale, c'est-à-dire dans la direction perpendiculaire à l'axe longitudinal 25. L'élément de guidage de flux 15 est réalisé selon les figures 1 à 6 comme paquet de lamelles 29. Comme l'indique la figure 4, les différentes lamelles du paquet 29 passent transversalement à l'élément de guidage de flux 15 vers les lamelles du paquet de tôle du corps de stator 7. La figure 3 montre un détail d'une section du stator 3 de la figure 1 perpendiculairement à l'axe longitudinal 25. La section passe dans la tôle de la culasse de stator 7. Il apparaît que les lamelles du pa- is guet de lamelles 29 de l'élément de guidage de flux 15 sont perpendicu- laires aux tôles du corps de stator 7. La figure 4 montre un détail d'un stator 5 sous la forme d'une représentation isométrique. Les enroulements de stator 13 (bobinage) sont suggérés entre les éléments de guidage de flux 15. Les dents 20 de stator 11 n'apparaissent pas à la figure 4. La référence 23 désigne le rayon du fer de stator. La référence 21 désigne la longueur axiale du fer de stator 7. Le rapport entre la longueur axiale 21 du fer de stator 7 et son diamètre, peut être inférieur à 1. Cela signifie que la machine électrique 1 peut être réalisée comme machine électrique courte. En va- 25 riante, la machine électrique 1 peut avoir une longueur axiale quelconque et être réalisée avec un nombre quelconque de paires polaires. Pour une utilisation optimale du flux magnétique 17, on peut prolonger le rotor 5 dans la direction axiale. Le rotor 5 peut ainsi 30 être allongé pour avoir une longueur axiale qui correspond à la lon- gueur axiale totale 37 du corps de stator 7 avec les éléments de guidage de flux 15. Cette situation est par exemple représentée à la figure 4. La figure 5 montre une variante de réalisation des éléments de guidage de flux 15 du stator 3. Les éléments de guidage de 35 flux de la figure 5 sont comme des entretoises dirigées radialement vers l'extérieur. Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, les éléments de guidage de flux 15 prolongent le corps de stator 7 uniquement dans la direction radiale mais non dans la direction axiale. La figure 6 montre une section du stator 3 de la figure 5. La figure 7 montre une variante de réalisation du stator 3 avec un élément de guidage 15 comportant un composant 33 à aimantation douce. Dans l'exemple de réalisation de la figure 7, l'élément de guidage de flux 15 prolonge le corps de stator 7 ou les dents de stator 11 uniquement dans la direction axiale. Cela signifie que l'élément de guidage de flux 15 est formé de trois parties. Le paquet de tôles du corps de stator 7 est au milieu entre deux composants à aimantation douce 33. En outre, dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 7, on a une lamelle d'extrémité 31 ou une tôle d'extrémité du paquet de tôles du corps de stator 7. La lamelle d'extrémité 31 est munie d'un élément de fixation 35. L'élément de fixation 35 de l'exemple de réalisa- tion présenté est un trou ou une cavité. L'élément de fixation 35 reçoit par exemple l'élément de guidage de flux 15 muni d'une broche. Cela permet de positionner l'élément de fixation 35 et le composant à aimantation douce 33 sur le corps de stator 7.20 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 3 Stator Rotor 5 7 Corps de stator 9 Culasse de stator 11 Machine électrique 11 Dent de stator 13 Bobinage de stator/ Enroulement de stator 15 Elément de guidage de flux 17 Flux magnétique 19 Périphérie extérieure du corps de stator 7 21 Longueur axiale du corps de stator 23 Rayon du corps de stator 25 Axe longitudinal du stator 27 Entrefer 29 Paquet de lamelles 37 Longueur totale du corps de stator20 REVENDICATIONS1°) Stator (3) de machine électrique (1) comprenant un corps de stator (7) avec une culasse de stator (9) et des dents de stator (11) ainsi qu'un bobinage de stator (13) passant à la périphérie (19) du corps (7) autour de la culasse de stator (9), stator caractérisé en ce qu' il comporte en outre un élément de guidage de flux (15) pour guider le flux magnétique (17) de la périphérie extérieure (19) du corps de stator (7) vers le rotor (5) de la machine électrique (1). 2°) Stator (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de guidage de flux (15) est monté sur une dent de stator (11) pour la prolonger dans la direction axiale. 3°) Stator (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de guidage de flux (15) est installé sur le stator (3) pour prolonger le corps de stator (7) dans la direction radiale. 4°) Stator (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de guidage de flux (15) a une forme de U. 25 5°) Stator (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de guidage de flux (15) est sous la forme d'un paquet de lamelles (29). 30 6°) Stator (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de guidage de flux (15) est un composant à aimantation douce (33). 20 357°) Stator (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de stator (7) comporte une lamelle d'extrémité (31) munie d'un élément de fixation (35) auquel est relié l'élément de guidage de flux (15). 8°) Stator (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de stator (7) comporte une lamelle d'extrémité (31) relié à l'élément de guidage de flux (15) par une liaison par la matière. 9°) Stator (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la longueur axiale (21) du corps de stator (7) et son diamètre est inférieur à 1. 10°) Machine électrique (1) comprenant un stator (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, un rotor (5) loge à rotation dans le stator (3), caractérisé en ce que la longueur axiale du rotor (5) correspond à une longueur axiale totale (37) du corps de stator (7) avec l'élément de guidage de flux (15). 11°) Procédé de réalisation d'un stator (3) selon l'une des revendications 1 à 9 pour une machine électrique (1) comprenant les étapes suivantes : - utiliser un corps de stator (7) comportant une culasse de stator (9) et des dents de stator (11), - installer un bobinage de stator (13) à la périphérie extérieure (19) du corps de stator (7) autour de la culasse (9), procédé caractérisé en ce que il comprend en outre l'étape consistant à : - utiliser un élément de guidage de flux (15) pour guider le flux magnétique (17) de la périphérie extérieure (19) du corps de stator (7) vers le rotor (5) de la machine électrique (1).35