Brevet FR3025058A1 — publié le 20160226

ISOLANT SOUPLE POUR STATOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE ET STATOR CORRESPONDANT La présente invention porte sur un isolant souple pour stator de machine électrique tournante, ainsi que sur le stator correspondant. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les machines électriques tournantes, telles que par exemple un alternateur, un alterno-démarreur, voire un démarreur de véhicule automobile. De façon connue en soi, un stator de machine électrique tournante comporte un corps de forme sensiblement cylindrique annulaire constitué classiquement par un empilement axial de tôles d'acier. Le corps est équipé d'encoches axiales qui sont prévues pour recevoir des conducteurs formant le bobinage. Il est connu de réaliser un bobinage de stator d'alternateur à partir de conducteurs constitués par des épingles globalement en forme de U. Généralement, on insère deux branches axiales de conducteurs différents par encoche. L'empilage radial des branches à l'intérieur des encoches comporte une couche externe de branches axiales de conducteurs et une couche interne de branches axiales de conducteurs. Pour réaliser les enroulements statoriques, chaque tronçon d'extrémité libre d'une branche axiale de conducteur est plié pour permettre d'agencer les extrémités libres de chaque branche axiale de la couche externe en regard et au contact de l'extrémité libre d'une branche axiale de la couche interne. On obtient ainsi une surface de contact entre les branches axiales de deux conducteurs consécutifs qui est de taille suffisante pour réaliser une liaison électrique fiable entre les deux conducteurs consécutifs. Les stators à bobinage en épingles présentent ainsi sur un côté axial un ensemble de zones de liaison électrique réparties suivant une configuration en couronne. Ces zones de liaison électrique sont constituées par des paires d'extrémités libres des conducteurs reliées par un procédé assurant de bonnes propriétés électriques et mécaniques, par exemple par soudage (laser, ou TIG pour "Tungsten Inert Gas" en anglais) ou brasage fort. 3025058 2 Les liaisons électriques sont réalisées sur les extrémités libres dénudées, généralement sur une distance comprise entre 3 et 12 mm, des fils émaillés qui constituent le bobinage. L'isolation des zones nues est reconstituée après la réalisation des liaisons électriques des fils du bobinage. Toutefois, 5 l'opération classique d'imprégnation du stator n'est pas suffisante pour reconstituer cette isolation, dans la mesure où la couche de vernis d'imprégnation ne présente pas une épaisseur suffisante sur les parties dénudées des fils du bobinage de sorte que cette couche peut s'arracher à la suite de contacts avec des agents chimiques comme du brouillard salin. 10 Il est donc nécessaire de réaliser, préalablement à l'opération d'imprégnation, une étape supplémentaire de dépose d'une résine en poudre ou liquide à base d'époxy sur toutes les extrémités des fils, comme cela est décrit par exemple dans le document EP0978927. Cette dépose, qui s'effectue sur un poste dédié, nécessite l'achat, l'apport, le dosage, la 15 dépose du produit de protection. En outre, l'étape de dépose supplémentaire s'accompagne d'un cycle long de préchauffe, de chauffe (gélification) à une température élevée supérieure à 200°C, puis d'une phase de refroidissement. On note également que le produit utilisé à base d'époxy peut être toxique pour l'environnement. 20 L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un isolant souple plié de façon à former un secteur d'une couronne annulaire ou une couronne annulaire et à présenter des ondulations en créneaux, lesdites ondulations comprenant une alternance de fonds et de sommets reliés entre eux par des parois, caractérisé en ce que lesdits fonds sont 25 configurés pour s'étendre entre deux zones de liaison électrique successives d'un bobinage d'un stator et en ce que lesdits sommets sont configurés pour recouvrir lesdites zones de liaison électrique du bobinage dudit stator. Les zones de liaison électrique du bobinage forment au moins une couronne. L'invention permet ainsi de faire l'économie du poste de dépose 30 supplémentaire à cycle lent, dans la mesure où l'isolant souple permet de retenir par capillarité le vernis déposé lors de l'étape d'imprégnation du stator. On garantit ainsi le dépôt d'une quantité suffisante de vernis sur les 3025058 3 zones de liaison électrique de manière à reconstituer, après solidification du vernis, une bonne protection des zones de liaison électriques. Selon une réalisation, l'isolant souple est isolant électrique d'une part et est pliable d'autre part. Pliable, c'est-à-dire qu'il conserve en partie la forme que 5 l'on lui a imposée par pliage. Selon une réalisation, l'isolant souple comprend du papier, par exemple l'isolant souple est en papier. Selon une réalisation, une face tournée vers les zones de liaison électrique comprend une couche de résine activable à la chaleur. Cela permet à 10 l'isolant souple d'être maintenu en position sur les liaisons électriques du stator avant de réaliser l'étape d'imprégnation du stator. La couche de résine est dite activable à la chaleur dans le sens où la résine devient adhérente lorsque celle-ci est portée à une température d'activation plus élevée que la température ambiante, puis va polymériser lorsque sa température 15 redescend jusqu'à la température ambiante. Selon une réalisation, lesdites parois comportent des rabats. Ces rabats visent à recouvrir les faces latérales des zones de liaison électrique pour améliorer la retenue du vernis lors de l'étape d'imprégnation. Selon une réalisation, une arête entre une paroi donnée et le fond adjacent 20 et une arête entre ladite paroi donnée et un sommet adjacent ont des longueurs différentes. Une telle configuration permet de s'adapter à la forme d'épingles chanfreinées du côté de leurs extrémités libres. Selon une réalisation, ladite arête entre ladite paroi donnée et ledit fond adjacent présente une longueur supérieure à celle de ladite arête située 25 entre ladite paroi donnée et un sommet correspondant. Selon une réalisation, chaque fond comprend un pliage de manière à écarter deux parois contiguës dudit fond. Une telle caractéristique permet d'obtenir des lignes de compression au niveau d'une jonction entre une partie axiale et une partie inclinée des tronçons d'extrémités libres des conducteurs du 30 bobinage, lorsque l'isolant souple est posé sur le stator. 3025058 4 Selon une réalisation, ledit isolant souple est réalisé dans le même matériau que des isolants d'encoches dudit stator. Selon une réalisation, le matériau dudit isolant souple est choisi parmi un des matériaux suivants: un matériau comprenant du polyester et du feutre de 5 polyester, un matériau comprenant une couche de méta-aramide par exemple du Nomex, une couche de polyester et une couche de méta-aramide par exemple du Nomex, un matériau comprenant du de méta-aramide pur par exemple du Nomex pur. Selon une réalisation, une surface dudit isolant souple est lisse. 10 Selon une réalisation, une surface dudit isolant souple est feutrée. On favorise ainsi la rétention du vernis lors de l'étape d'imprégnation. L'invention a également pour objet un stator de machine électrique tournante comprenant un bobinage ayant des zones de liaison électrique situées d'un côté axial et un isolant souple tel que précédemment défini disposé sur 15 lesdites zones de liaison électrique. Les zones de liaison électrique du bobinage forment au moins une couronne. Selon une réalisation, ledit stator comprend une couche de vernis recouvrant ledit isolant souple. Selon une réalisation, ledit bobinage comprend un ensemble de conducteurs 20 constitués par des épingles, lesdites zones de liaison électrique correspondant aux extrémités libres desdites épingles liées électriquement entre elles par soudage ou brasage. Selon une réalisation, le bobinage est tel que les extrémités libres d'épingles sont au nombre de 4 par encoche du stator, les zones de liaison formant 25 deux couronnes et un seul isolant souple couvrant lesdites deux couronnes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 3025058 5 La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un stator de machine électrique tournante; La figure 2 est une vue en perspective qui représente schématiquement une portion du stator et deux conducteurs agencés dans une encoche du stator; 5 La figure 3 est une vue schématique en coupe transversale qui illustre l'agencement des conducteurs dans une encoche de la portion de stator de la figure 2 ; Les figures 4a et 4b montre une bande d'isolant souple selon la présente invention respectivement à l'état non plié et à l'état plié; 10 La figure 5 est une vue en perspective de la bande d'isolant souple de la figure 4b positionnée sur les zones de liaison électrique du stator de la figure 1, La figure 6 est une vue en coupe de la bande d' isolant souple selon la présente invention positionnée de manière compressée entre les zones de 15 liaison électrique du bobinage du stator; Les figures 7a et 7b sont des vues en coupe transversale d'une zone de liaison électrique entre deux branches de conducteur recouverte par une portion de la bande d'isolant souple selon la présente invention respectivement avant et après l'étape d'imprégnation; 20 La figure 8a montre une variante de réalisation de la bande d'isolant souple munie de rabats; La figure 8b représente une vue en coupe illustrant la mise en place des rabats autour de la zone de liaison électrique; La figure 9a représente un stator comportant des conducteurs ayant des 25 extrémités biseautées; et La figure 9b est une vue de dessus d'une bande d'isolant souple configurée pour s'adapter aux extrémités biseautées des conducteurs du stator de la figure 9a. 302 505 8 6 Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. Les figures 1 et 5 montrent un stator 10 de machine électrique comportant un corps 11 sensiblement cylindrique annulaire constitué classiquement par un 5 empilement axial de tôles d'acier. Le corps 11 est équipé d'encoches axiales 12 qui sont prévues pour recevoir des conducteurs 16 formant un bobinage 17. Chaque encoche 12 est délimitée par deux dents 13 successives. Ces dents 13 sont de préférence munies chacune d'un pied de dent 15 pour améliorer les performances magnétiques de la machine. 10 Il est connu de réaliser un bobinage 17 à partir de conducteurs 16 constitués par des épingles globalement en forme de U, visibles sur la figure 2. Ces conducteurs 16 sont des fils réalisés par exemple en cuivre recouverts d'une couche de matériau isolant, tel que de l'émail. Ces conducteurs 16 présentent chacun deux branches axiales Bint, Bext 15 reliées entre elles par une portion 19. Généralement, on insère deux branches axiales Bint, Bext de conducteurs 16 différents par encoche 12. L'empilage radial des branches Bint, Bext à l'intérieur des encoches 12 comporte une couche externe de branches axiales Bext de conducteurs 16 et une couche interne de branches axiales 20 Bint de conducteurs 16. Un isolant d'encoche 21 représenté en traits discontinus sur la figure 3 est positionné à l'intérieur de chaque encoche 12 pour isoler électriquement les conducteurs 16 par rapport au corps 11. Pour réaliser les enroulements statoriques, chaque tronçon 24 d'extrémité libre d'une branche axiale Bint, Bext de conducteur 16 est plié deux fois dans 25 une direction sensiblement circonférentielle. Chaque tronçon 24 d'extrémité libre est ainsi plié une première fois au voisinage de la sortie d'encoche 12, de manière à présenter une partie inclinée 25 par rapport à l'axe du stator 10, puis il est plié une seconde fois au voisinage de son extrémité libre 26, de manière que son extrémité libre 26 soit d'orientation sensiblement axiale. 30 Les tronçons 24 d'extrémité libre des branches axiales de la couche externe Bext sont pliés dans un sens et les tronçons 24 d'extrémité libre des branches axiales de la couche interne Bint sont pliés dans le sens opposé. 3025058 7 Les deux pliages de chaque tronçon 24 d'extrémité libre permettent d'agencer les extrémités libres 26 de chaque branche axiale Bext de la couche externe en regard, et au contact, de l'extrémité libre 26 d'une branche axiale Bint de la couche interne. 5 On obtient ainsi une surface de contact entre les branches axiales Bext, Bint de deux conducteurs 16 consécutifs qui est de taille suffisante pour réaliser une liaison électrique fiable entre les deux conducteurs 16 consécutifs. Le stator 10 présente ainsi sur un côté axial un ensemble de zones de liaison électrique 29 suivant une configuration en couronne. Ces zones de liaison 10 électrique 29 sont constituées par des paires d'extrémités libres 26 des conducteurs reliées par un procédé assurant de bonnes propriétés électriques et mécaniques, par exemple par soudage (laser, ou TIG pour "Tungsten Inert Gas" en anglais) ou brasage fort. Ces liaisons électriques sont réalisées sur les extrémités dénudées, généralement sur 3 à 12 mm, 15 des fils émaillés qui constituent le bobinage 17. Pour reconstituer l'isolation dans les zones de liaison électrique 29, on utilise une bande d'isolant souple 31 montrée sur la figure 4a qui est pliée de manière à présenter des ondulations en créneaux, comme cela est bien visible sur la figure 4b. Ces ondulations comprennent une alternance de 20 fonds 32 et de sommets 33 reliés entre eux par des parois 34. Comme on peut le voir sur la figure 5, la bande d'isolant souple 31 est mise en place sur les zones de liaison électrique 29, en sorte que les fonds 32 s'étendent entre deux zones de liaison électrique 29 successives du bobinage 17 et les sommets 33 recouvrent les zones de liaison électrique 29 du bobinage 17. 25 La bande d'isolant souple 31 présente à l'état plié soit une longueur L1 correspondant la circonférence totale de la couronne des zones de liaison électrique 29, soit une longueur L1 correspondant à un secteur de la couronne compris par exemple entre 10 et 60 degrés. Dans ce cas, plusieurs secteurs sont mis bout à bout pour décrire la circonférence totale de la 30 couronne des zones de liaison électrique 29. Comme on peut le voir sur la figure 7a, la bande d'isolant souple 31 présente une largeur L2 constante qui est légèrement supérieure à la dimension radiale des zones de liaison électrique 29 à recouvrir. 302 505 8 8 La classe thermique du matériau isolant est sélectionnée en fonction de l'endurance souhaitée du stator 10. On utilise ainsi de préférence le même matériau que les isolants d'encoches 21 du stator 10. L'isolant souple utilisé est ainsi choisi parmi un des matériaux suivants: un matériau comprenant du 5 polyester et du feutre de polyester, un matériau comprenant une couche de méta-aramide par exemple du Nomex (marque déposée), une couche de polyester et une couche de méta-aramide par exemple du Nomex, un matériau comprenant du méta-aramide pur par exemple du Nomex pur. L'épaisseur de la bande d'isolant souple 31 est choisie pour assurer une 10 raideur mécanique suffisante après pose sur les fils avant imprégnation. L'épaisseur est par exemple comprise entre 0.1 et 0.2mm et vaut de préférence 0.13mm. La surface de l'isolant souple pourra être lisse ou feutrée (non calandrée) pour favoriser ainsi la rétention du vernis. Par ailleurs, comme cela est illustré par la figure 6, chaque fond 32 15 comprend de préférence un pliage 38 de manière à écarter les deux parois 34 contiguës dudit fond 32 pour maintenir la bande d'isolant souple 31 en compression entre deux zones de liaison électrique 29 adjacentes. Ainsi, une telle caractéristique permet d'obtenir des lignes de compression au niveau d'une jonction entre une partie inclinée 25 et les extrémités libres 25 des 20 conducteurs 16 d'orientation axiale. Afin d'améliorer le maintien de la bande d'isolant souple 31 lors de la manipulation du stator 10 avant de réaliser l'étape d'imprégnation, on utilise une bande d'isolant souple 31 pré-imprégnée, c'est-à-dire une bande d'isolant souple 31 ayant une face tournée vers les zones de liaison 25 électrique 29 comprenant une fine couche de résine. Cette couche de résine est activable à chaud, ce qui assure le collage de la bande d'isolant souple 31 lors de la phase de préchauffage des pièces qui précède l'imprégnation. Ainsi, on limite les risques de déplacement de la bande d'isolant souple 31 lors de l'imprégnation. La chauffe de l'isolant souple préimprégné peut 30 alternativement être effectuée au moyen d'une buse d'air chaud au moment de la pose. Une fois l'isolant souple mis en place sur les zones de liaison électrique 29, on réalise l'étape d'imprégnation du bobinage 17 par un vernis 35 montré sur 3025058 9 la figure 7b. A cette fin, le vernis 35 chauffé est introduit à l'état liquide par exemple par goutte à goutte ou par immersion dans le bobinage 17 du stator 10 préchauffé, de manière à imprégner et maintenir les fils du bobinage 17. La ou les bandes d'isolant souple 31 permettent de retenir par capillarité le 5 vernis 35 déposé lors de l'étape d'imprégnation. On garantit ainsi le dépôt d'une quantité suffisante de vernis 35 sur les zones de liaison électrique 29 de manière à reconstituer, après solidification de la couche de vernis entre l'isolant souple et les zones de liaison électrique 29, une bonne protection des zones de liaison électrique 29. 10 Afin d'améliorer la retenue de vernis par la bande d'isolant souple 31, les parois 34 de l'isolant souple comportent des rabats 39. Comme on peut le voir sur la figure 8a, ces rabats 39 s'étendent de chaque côté de la bande d'isolant souple 31, suivant un côté sur deux des parois 34. Une fois que la bande d'isolant souple 31 a été mise en place sur les zones de liaison 15 électrique 29, les parois 34 s'étendent suivant des côtés longitudinaux 291 d'orientation radiale des zones de liaison électrique 29, tandis que les rabats 39 visent à recouvrir les côtés transversaux 292 des zones de liaison électrique 29, comme cela est visible sur la figure 8b. Dans le cas présent, les rabats 29 issus des parois 34 sont repliés vers les côtés transversaux 20 292 d'une même zone de liaison électrique 29 suivant deux directions opposées. En variante, dans le cas où les bouts des extrémités libres 26 comportent des chanfreins 261 et sont donc en forme de pointe (cf. figure 9a), la bande d'isolant souple 31 est découpée de façon à suivre le profil des bouts. A cet 25 effet, comme on peut le voir sur la figure 9b, l'arête 41 entre une paroi donnée 34 et le fond 32 adjacent suivant laquelle est réalisé le pliage présente une longueur supérieure à celle de l'arête 42 entre la paroi donnée 34 et le sommet 33 correspondant. En variante, plus de deux branches Bint, Bext de conducteurs 16, par 30 exemple quatre, sont positionnées à l'intérieur de chaque encoche en sorte que l'on a deux couronnes de zones de liaisons électriques 29 situées côte à côte. Dans ce cas, les couronnes de zones de liaison 29 sont recouvertes d'une bande unique d'isolant souple 31. 3025058 10 Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution par tous autres équivalents. REVENDICATIONS1. Isolant souple (31) plié de façon à former un secteur d'une couronne annulaire ou une couronne annulaire et à présenter des ondulations en créneaux, lesdites ondulations comprenant une alternance de fonds (32) et de sommets (33) reliés entre eux par des parois (34), caractérisé en ce que lesdits fonds (32) sont configurés pour s'étendre entre deux zones de liaison électrique (29) successives d'un bobinage (17) d'un stator (10), et en ce que lesdits sommets (33) sont configurés pour recouvrir lesdites zones de liaison électrique (29) du bobinage dudit stator (10). 2. Isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolant souple est un isolant électrique et est pliable. 3. Isolant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une face tournée vers les zones de liaison électrique (29) comprend une couche de résine. 4. Isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites parois (34) comportent des rabats (39). 5. Isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une arête entre une paroi (34) donnée et le fond (32) adjacent et une arête entre ladite paroi (34) donnée et un sommet (33) adjacent ont des longueurs différentes. 6. Isolant selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite arête (41) entre ladite paroi (34) donnée et ledit fond (32) adjacent présente une longueur supérieure à celle de ladite arête (42) située entre ladite paroi (34) donnée et un sommet (33) correspondant. 6. Isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque fond (32) comprend un pliage (38) de manière à écarter deux parois (34) contiguës dudit fond (32). 7. Isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est réalisé dans le même matériau que des isolants d'encoches 302 505 8 12 (21) dudit stator (10). 8. Isolant selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau dudit isolant souple (31) est choisi parmi un des matériaux suivants: un matériau comprenant du polyester et du feutre de polyester, un matériau 5 comprenant une couche de méta-aramide par exemple du Nomex, une couche de polyester et une couche de méta-aramide par exemple du Nomex, un matériau comprenant du méta-aramide pur par exemple du Nomex pur. 9. Isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une surface dudit isolant souple (31) est lisse. 10 10. Isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une surface dudit isolant souple (31) est feutrée. 11. Stator de machine électrique tournante comprenant un bobinage (17) ayant des zones de liaison électrique (29) situées d'un côté axial et un isolant souple (31) défini selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes disposé sur lesdites zones de liaison électrique (29). 12. Stator selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit stator (10) comprend une couche de vernis (35) recouvrant ledit isolant souple (31). 13. Stator selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ledit bobinage (17) comprend un ensemble de conducteurs (16) constitués par 20 des épingles, lesdites zones de liaison électrique (29) correspondant aux extrémités libres (26) desdites épingles liées électriquement entre elles par soudage ou brasage. 14. Stator selon la revendication 13, caractérisé en ce que le bobinage est tel que les extrémités libres d'épingles sont au nombre de 4 par encoche 25 du stator, et en ce que les zones de liaison électrique formant deux couronnes, un seul isolant souple couvre lesdites deux couronnes.