Brevet FR3038156A1 — publié le 20161230

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un profilé isolant pour l'isolation électrique d'au moins une encoche de bobinage d'un paquet de tôles magnéto-conductrices d'un moteur électrique, l'encoche de bobinage recevant au moins par segments un segment, de bobine d'un enroulement associé au moteur électrique. L'invention se rapporte également à un moteur électrique comportant au moins un paquet de tôles magnéto-conductrices ayant au moins une encoche de bobinage pour recevoir au moins par seg- ments un segment, d'enroulement d'un enroulement associé au moteur électrique et un profilé isolant pour isoler électriquement au moins une encoche de bobinage. Etat de la technique Selon l'état de la technique, on connait des paquets de tôles pour des stators et des rotors de moteurs électriques. Un tel pa- quet de tôles se compose d'un grand nombre de lamelles de tôles ou de fer doux frité et se présente sous une forme segmentée ou non segmentée avec des dents orientées globalement dans la direction radiale vers l'intérieur ou vers l'extérieur et qui sont occupées par des segments de bobines de l'enroulement de stator ou de rotor. Pour garantir la fiabilité de l'isolation électrique du paquet de tôles par rapport aux segments d'enroulement, il est en outre connu de placer du papier isolant entre les segments de bobine et les dents, c'est-à-dire des morceaux de papier isolant dans les encoches de bobinage, entre les dents voisines. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un profilé isolant pour l'isolation électrique d'au moins une encoche de bobinage d'un paquet de tôles magnéto-conductrices d'un moteur électrique, l'encoche de bobinage recevant au moins par segments un segment, de bobine d'un enroulement associé au moteur électrique, ce profilé isolant étant carac- térisé en ce qu'il est réalisé en une matière synthétique électro-isolante et a des dimensions qui, à l'intérieur des tolérances de fabrication pré-définies, correspondent aux dimensions associées de l'encoche de bobinage, le profilé isolant ayant une ouverture longitudinale continue pour recevoir au moins par segments, le segment de bobine et le profilé iso- 3038156 2 lant a une longueur supérieure à la hauteur du paquet de tôles magnéto-conductrices. Ainsi l'invention réalise une nouvelle isolation d'encoches de bobinage sous la forme de profilés isolants respectant tous les écarts 5 d'isolation requis ainsi que les chemins de circulation d'air et chemins rampants. En outre les profilés isolants en outre se fabriquent de manière économique comme pièces identiques ayant une géométrie relativement simple ; ces profilés isolants se montent de façon économique. On supprime ainsi les outils complexes pour enrober le paquet de tôles. 10 Le profil isolant s'applique sans difficulté à des longueur de moteur dif- férentes, par exemple, des dimensions de longueur différente entre le paquet de tôles par des coupes à la longueur d'un profilé isolant extrudé en continu et permettant aussi de conserver les autres composants tels que par exemple les plaques d'extrémités et les plaques de bran- 15 chement sans avoir à les modifier. En outre, le blocage de la position du profilé isolant dans le paquet de tôles fait avec une liaison par enclipsage aux dents du paquet de tôles constitue un blocage particulièrement fiable. De façon préférentielle, le profilé isolant a une géométrie 20 de section qui est au moins sensiblement une forme de 0. Ainsi, en réa- lisant le paquet de tôles pour fonctionner comme des tôles de stator, on aura un siège très fiable du profilé isolant dans l'encoche de bobinage. De manière préférentielle, le profilé isolant est logé dans l'encoche de bobinage par une liaison essentiellement par la forme, ce 25 qui réduit les cavités remplies d'air se traduisant par des pertes de flux magnétique. Selon un développement, le profilé isolant a deux branches dont les extrémités s'accrochent pour le blocage périphérique chaque fois à des arêtes opposées de deux dents voisines du paquet de 30 tôles magnéto-conductrices. Cela garantit la fixation du profilé isolant dans l'encoche de bobinage. Selon un développement, la longueur du profilé isolant est prédéfinie pour que lorsqu'il est logé dans l'encoche de bobinage il dépasse des deux extrémités axiales du paquet de tôles. Cela permet un 3038156 3 passage sans laisser d'intervalle de l'isolation à la plaque d'extrémité et/ou la plaque de branchement du moteur électrique. De façon préférentielle, le profilé isolant qui dépasse des deux extrémités axiales du paquet de tôles chevauche avec au moins 5 une plaque d'extrémité axiale électro-isolante, le paquet de tôles magné- to-conductrices. Cela permet une isolation électrique poussée du paquet de tôles. De manière préférentielle, le profilé isolant qui dépasse des deux extrémités axiales du paquet de tôles est relié à au moins une 10 plaque de branchement électro-isolante servant au branchement élec- trique du segment de bobine associé du moteur électrique. Ainsi, non seulement on complète l'isolation électrique du paquet de tôles, mais en même temps on termine électriquement, de façon externe, l'enroulement associé du moteur électrique. 15 Selon un développement, l'épaisseur de paroi du profilé isolant est pratiquement constante et se situe dans une plage comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm. On réduit ainsi au minimum les pertes magnétiques et on rend maximum, l'emplacement disponible pour l'enroulement associé au moteur électrique en liaison avec un effet 20 d'isolation électrique particulièrement poussé. La matière de synthèse est de préférence du polyphényl sulfure ou un polymère liquide cristallin. Ainsi, le profilé isolant selon l'appellation "Underwriters Laboratories" - (UL) présente une inflammabilité suffisamment difficile ou lourde et correspond à une classe 25 d'isolant électrique pour la plage de température nécessaire au moteur électrique. Pour des conditions plus réduites, on peut par exemple utiliser du polyamide 6. En variante, toutefois, on peut utiliser d'autres matières qui, avec une épaisseur de paroi requise, prédéfinie du profilé isolant correspondant également la liste UL. 30 Selon un développement technique avantageux, le paquet de tôles est sous la forme d'un paquet de tôles de stator ou de rotor. Ainsi, le profilé isolant s'applique de manière universelle au paquet de tôles de stator et/ou de rotor d'un moteur électrique ainsi qu'indépendamment de la conception du moteur électrique, comme ro- 35 tor intérieur ou rotor extérieur. 3038156 4 Selon un développement, le paquet de tôles est un paquet de tôles en lamelles ou un paquet de tôles en fer doux frité. Ainsi, le profil isolant s'applique de manière universelle pour différents types de construction de paquets de tôles pour des mo- 5 teurs électriques. L'invention a également pour objet un moteur électrique comportant au moins un paquet de tôles magnéto-conductrices ayant au moins une encoche de bobinage pour recevoir au moins par segments, un segment d'un enroulement associé au moteur électrique et 10 un profilé isolant pour isoler électriquement au moins une encoche de bobinage, ce moteur électrique étant caractérisé en ce que le profilé isolant est réalisé en une matière synthétique électro-isolante et a des dimensions qui, dans les tolérances de fabrication prédéfinie, correspondent aux dimensions de l'encoche de bobinage, le profilé iso- 15 Tant ayant une ouverture longitudinale continue pour recevoir au moins par segments, un segment de bobine et la longueur du profilé isolant est supérieure à la hauteur du paquet de tôles magnéto-conductrices. L'invention permet ainsi une amélioration significative du procédé de fabrication d'un moteur électrique tout en respectant les in- 20 tervalles d'isolation requis ainsi que les chemins de passage d'air et les chemins rampants. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée, à l'aide d'exemples de profilés isolants pour des encoches 25 de bobinage et moteurs électriques ainsi réalisés, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une coupe axiale schématique d'un moteur électrique équipé d'un noyau de stator et d'un noyau de rotor, la figure 2 est une vue en perspective du noyau de stator de la fi- 30 gure 1 équipé de profilés isolants selon l'invention, la figure 3 est une section selon la ligne III-III de la figure 2, la figure 4 est une vue en perspective d'un profilé isolant selon la figure 2, la figure 5 est une section selon la ligne V-V de la figure 4, 3038156 5 la figure 6 montre le détail VI de la figure 3 avec une encoche de bobinage et un profilé isolant placé dans celle-ci, la figure 7 montre l'encoche de bobinage de la figure 6 avec le profilé isolant et le bobinage placés dans celle-ci, et 5 la figure 8 est une coupe axiale partielle du noyau de stator de la figure 7 selon la ligne de coupe VIII-VIII avec une plaque d'extrémité et une plaque de raccordement. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre, à titre d'exemple un moteur électrique 10 100 sous la forme d'un moteur à rotor intérieur comportant un noyau de rotor 150 sensiblement cylindrique et un arbre de rotor 152. Le noyau de rotor 150 est placé co-axialement dans le noyau de stator 200 sensiblement cylindrique creux. L'arbre de rotor 152 portant solidairement en rotation le noyau de rotor 150 est logé de part et d'autre du 15 noyau de rotor 150, par exemple, dans des paliers à roulement 110, 112 logés dans un boîtier de moteur 102 pour tourner autour d'un axe longitudinal 124. Le noyau de stator 200 est réalisé de préférence sous la forme d'un paquet de tôles 202 magnéto-conductrices, en forme de lamelles ou frittées, et qui constituent fonctionnellement un paquet de 20 tôles de stator 204. Le noyau de rotor 150 est réalisé, à titre d'exemple, comme dispositif à aimant permanent 156. En variante, on peut également avoir un noyau de rotor 150 comme paquet de tôles et un noyau de stator 200 comme dispositif à aimant permanent. Il convient de remarquer que le moteur électrique 100 de 25 la figure 1 est représenté uniquement schématiquement car la structure et le fonctionnement des moteurs électriques est suffisamment connu selon l'état de la technique pour qu'il ne soit pas nécessaire, dans un but de simplification de la description, d'entrer dans le détail de la description du moteur électrique 100. Il convient en outre de remarquer 30 que le moteur électrique 100 est représenté uniquement à titre d'exemple non limitatif de l'invention, comme moteur à rotor intérieur car l'invention s'applique également à un moteur à rotor extérieur. La figure 2 montre le noyau de stator 200 de la figure 1 avec le paquet de tôles 202 constituant le paquet de tôles de stator 204 35 qui est présenté ici uniquement à titre d'exemple avec six encoches de 3038156 6 bobinage 210 identiques, orientées axialement et de forme continue. Ces encoches reçoivent chacune un profilé isolant 220 par une liaison principalement par la forme. Les six profilés isolants 220 ont chacun de préférence une ouverture longitudinale 222 axiale, continue. 5 Les dimensions géométriques, notamment le contour, des profilés isolants 220 sont dimensionnés pour correspondre au moins dans les limites des tolérances de fabrication prévues aux dimensions associées notamment à la géométrie de la périphérie ou la géométrie de la section des encoches de bobinage 210 du paquet de tôles de stator 10 204. On évite ainsi, dans une très large mesure, la formation de cavités remplies d'air entre les profilés isolants 220 et les encoches de bobinage 210 et qui affaibliraient le flux magnétique. Le paquet de tôles de stator 204, magnéto-conductrices a une hauteur 214 ou longueur axiale dimensionnée pour que les profilés isolants 220 placés dans les encoches 15 de bobinage 210 dépassent au moins d'un côté et de préférence des deux côtés au moins légèrement du paquet de tôles de stator 204. Les profilés isolants 220 sont de préférence en une ma- tière synthétique électro-isolante et qui peut être suffisamment sollicitée mécaniquement, comme par exemple, un polysulfure de phénylène ou 20 un polymère cristallin liquide et sont fabriqués par extrusion continue de la matière plastique puis découpés en segments de longueur appropriée. En variante, les profilés isolants 220 peuvent également être fabriqués comme pièces injectées dans des moules. Il convient néanmoins de remarquer que d'autres procédés de fabrication sont également pos- 25 Bibles pour réaliser des profilés isolants 220. De plus, les profilés iso- lants 220 peuvent être adaptés par des coupes en longueur, de manière simple au paquet de tôles de stator avec des hauteurs différentes (ou longueurs axiales), ce qui est nécessaire pour réaliser des moteurs électriques de différentes puissances. Ainsi, le profilé isolant 220 peut 30 s'appliquer de manière universelle à différents types de moteurs et diffé- rentes classes de puissance. La figure 3 montre le noyau de stator 200 de la figure 2 avec le paquet de tôles 202 formant le paquet de tôles de stator 204 ayant six encoches de bobinage 210 recevant les profilés isolants 220 ; 35 ces profilés ont de préférence chacun une géométrie de section prati- 3038156 7 quement en forme de 0. Le noyau de stator 200 comporte six dents 230 tournées radialement vers l'intérieur et écartées régulièrement dans la direction périphérique. Les dents 230 ont chacune deux arêtes 232, 234 orientées de façon assez écartées l'une de l'autre et ayant chacune une 5 géométrie de section pratiquement en forme de secteur d'anneau circu- laire ; ces arêtes font corps avec les dents. Pour ne pas compliquer le dessin, toutes les arêtes ne sont pas munies de références. Les encoches de bobinage 210 se trouvent chaque fois au milieu entre deux dents voisines 230 et sont perpendiculaires au plan du dessin. 10 La figure 4 montre le profilé isolant 220 de la figure 3 avec les dimensions géométriques et notamment la géométrie de la section en forme de 0 ou le contour périphérique du profilé isolant 220 défini entre autre par une largeur maximale 250 et une hauteur maximale 252 pour une longueur 254 et une longueur axiale maximale. La lon- 15 gueur 254 est choisie pour que le profilé isolant 220 logé dans l'encoche de bobinage dépasse de préférence légèrement les deux côtés. L'épaisseur 256 de la paroi du profilé isolant 220 est pratiquement constante et se situe dans une plage entre 0,1 mm et 0,5 mm y compris les limites de cet intervalle. 20 La figure 5 montre le profilé isolant 220 de la figure 4 dont la géométrie de la section pratiquement en forme de 0 ou le contour périphérique du profilé isolant 220 a un segment de tête 260 ainsi qu'un segment de base 262 avec l'ouverture longitudinale 222. Le segment de tête 260 se compose de préférence d'un segment de base 264 25 horizontal se poursuivant des deux côtés par une paroi de base 266, 268 inclinées l'une et l'autre de façon opposée selon un angle a. Les deux parois de base 266, 268 se poursuivent de préférence par une paroi latérale 270, 272 inclinée en sens opposé chacune selon un angle 13 qui est, ici, égal à environ 90°. Les deux parois latérales 270, 272 se 30 poursuivent de préférence par deux branches 274, 276 du segment de base 262 qui sont elles au moins sensiblement horizontales par segments. Ces branches se terminent par des extrémités 278, 280 courbées en forme de crochet, tournés l'un vers l'autre et en laissant libre l'ouverture longitudinale 222. Les parois de base 266, 268, les parois 35 latérales 270, 274 et les branches 274, 276 avec leurs extrémités 278, 3038156 8 280 en forme de crochet sont de préférence symétriques par rapport à un plan. La géométrie de la section (ou contour périphérique) en forme de 0 du profilé isolant 220 est conçue de préférence pour être reçue pratiquement par une liaison par la forme dans l'encoche de bobinage 5 du paquet de tôles de stator 204 selon la figure 2. La figure 6 montre l'encoche de bobinage 210 de paquet de tôles de stator 204 de la figure 2 dans laquelle on a placé le profilé isolant 220 de la figure 2 avec son ouverture longitudinale 222 débouchant radialement vers l'intérieur. Pour garantir la fixation en position 10 fiable du profilé isolant 220 dans l'encoche de bobinage 210, les extré- mités de branche 278, 280 en forme de crochet s'accrochent respectivement aux arêtes avant 232, 234 tournées l'une vers l'autre des deux dents voisines 230. Pour cela, les arêtes avant 232, 234 des dents ont, de préférence, chacune une légère contre-dépouille 240, 242 derrière 15 lesquelles les extrémités de branche 278, 280 en forme de crochet du profilé isolant 220 s'accrochent. Les deux contre-dépouilles 240, 242 sont de préférence réalisées chacune par un léger épaississement radial orienté vers l'extérieur. Pour réaliser une terminaison aussi à niveau que pos- 20 Bible du profilé isolant 220 avec l'ouverture cylindrique 206 pour le noyau de rotor 154 rotatif selon la figure 1 dans le paquet de tôles de stator 204, la zone des arêtes avant 232, 234 des dents ont, de préférence, chacune un retrait 244, 246 en forme de rainure, légèrement incliné d'un côté et recevant les arêtes longitudinales 282, 284 légèrement 25 en biais des extrémités de branche 278, 280 pour s'accrocher également avec une légère contre-dépouille pour que les extrémités de branche 278, 280 du profilé isolant 220 se terminent à niveau avec l'ouverture 206 ; en coopérant avec les contre-dépouilles 240, 242 on réalise une fixation particulièrement garantie du profilé isolant 220 dans l'encoche 30 de bobinage 210 du paquet de tôles de stator 204. La figure 7 montre l'encoche de bobinage 210 de la figure 6 du paquet de tôles de stator 204 du noyau de stator 200 recevant le profilé isolant 220 montrant à titre d'illustration, la mise en place de deux segments de bobine 300, 302 faisant partie de l'enroulement 350 35 du noyau de stator 200. Des deux côtés de l'ouverture longitudinale 222 3038156 9 du profilé isolant 220 il subsiste, entre le paquet de tôles de stator 204 et les deux segments de bobine 300, 302, de l'enroulement 350 de préférence chaque fois un intervalle d'isolation 400, 402 particulièrement long qui garantit un fonctionnement du moteur électrique fiable et no- 5 tamment sans courant rampant et sans claquage, même à des tempéra- tures de fonctionnement et/ou des vitesses de rotation élevées. La figure 8 montre le paquet de tôles 202 du paquet de tôles de stator 204 du noyau de stator 200 de la figure 2 avec le segment d'enroulement 300 de hauteur 214 ou de longueur axiale qui est 10 de préférence légèrement inférieure à la longueur 254 du profilé isolant 202 de la figure 2. L'orientation axiale du profilé isolant 220 en relation avec l'encoche de bobinage 210 du paquet de tôles de stator 204 est, de préférence, dimensionnée pour que la première et la seconde extrémités axiales 286, 288 du profilé isolant 220 dépassent sensiblement d'une 15 même surlongueur 290, 292 de la première et de la seconde extrémités axiales 216, 218 du paquet de tôles de stator 204. En outre, et de manière préférentielle, il est prévu une plaque d'extrémité 130 électro-isolante qui chevauche la première extrémité axiale 286 du profilé isolant 220 ou s'engage sur celui-ci. De 20 façon correspondante et préférentielle, on a une plaque de branchement 140 électro-isolante chevauche la seconde extrémité axiale 288 du profilé isolant 220. La plaque d'extrémité 130 sert de préférence entre autres à terminer le côté frontal du noyau de stator 200 alors que la plaque de 25 branchement arrière 140 assure non seulement la fermeture arrière du noyau de stator 200 mais en même temps son branchement électrique ou sa liaison électrique avec une source de courant, extérieure. De plus, la plaque d'extrémité 130 et la plaque de raccordement 140 bloquent la position des extrémités axiales libres 286, 288 du profilé isolant 220 et 30 au guidage du segment d'enroulement 300. 3038156 10 100 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 102 Moteur électrique Boîtier du moteur 5 110, 112 Palier à roulement 124 Axe longitudinale 150 Noyau de rotor 152 Arbre de rotor 156 Dispositif d'aimant permanent 10 200 Noyau de stator 202 Paquet de tôles 204 Paquet de tôles 210 Encoche de bobinage 214 Hauteur du paquet de tôles de stator 15 216, 218 Extrémités axiales 220 Profilé isolant 222 Ouverture longitudinale 230 Dent 232, 234 Arête avant d'une dent 20 240, 242 Petite contre-dépouille des arêtes avant des dents 244, 246 Retrait en forme de rainure 250 Largeur maximale du profilé isolant 252 Hauteur maximale du profilé isolant 254 Longueur maximale du profilé isolant 25 256 Epaisseur de la paroi du profilé isolant 260 Segment de tête 262 Segment de base 264 Segment de base 266, 268 Parois de base 30 270, 272 Parois latérales 274, 276 Branches du segment de base 278, 280 Extrémités de la branche cintrée en forme de crochet 282, 284 Arêtes longitudinales 290, 292 Dépassements du profilé isolant de la première et de la 35 seconde extrémités axiales du paquet de tôles de stator 3038156 300, 302 Segments de bobine 350 Enroulement 400, 402 Intervalles d'isolation 11 5 REVENDICATIONS1°) Profilé isolant (220) pour l'isolation électrique d'au moins une encoche de bobinage (210) d'un paquet de tôles (154, 202) magnéto-conductrices d'un moteur électrique (100), l'encoche de bobinage (210) recevant au moins par segments, un segment de bobine (300, 302) d'un enroulement (350) associé au moteur électrique (100), profilé isolant caractérisé en ce que il est réalisé en une matière synthétique électro-isolante et à des dimen- sions qui, à l'intérieur des tolérances de fabrication prédéfinies, corres- pondent aux dimensions associées de l'encoche de bobinage (210), le profilé isolant (220) ayant une ouverture longitudinale continue (222) pour recevoir au moins par segments, le segment de bobine (300, 302) et sa longueur (254) est supérieure à la hauteur (214) du paquet de tôles magnéto-conductrices (154, 202). 2°) Profilé isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il a une géométrie de section au moins voisine d'une forme en 0. 3°) Profilé isolant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' il est logé dans l'encoche de bobinage (210) pratiquement par une liaison par la forme. 4°) Profilé isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu' il a deux branches (274, 276) dont les extrémités (278, 280) s'accrochent pour le blocage périphérique chaque fois aux arêtes avant (232, 234) de deux dents voisines (230) du paquet de tôles (154, 202) magnéto-conductrices. 5°) Profilé isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que 3038156 13 la longueur (254) du profilé isolant (220) est prédéfinie pour que le profilé isolant (220) logé dans l'encoche de bobinage (210) dépasse des deux extrémités axiales (216, 218) du paquet de tôles (154, 202). 5 6°) Profilé isolant selon la revendication 5, caractérisé en ce que le profilé isolant (220) qui dépasse des deux extrémités axiales (216, 218) du paquet de tôles (154, 202) est couvert au moins avec une plaque d'extrémité (130) axiale, électro-isolante du paquet de tôles (154, 10 202) magnéto-conductrices. 7°) Profilé isolant selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le profilé isolant (220) qui dépasse des deux extrémités axiales (216, 15 218) du paquet de tôles (154, 202) est relié par au moins une plaque de branchement (140) électro-isolante pour assurer le branchement électrique de l'enroulement associé (350) du moteur électrique (100). 8°) Profilé isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 20 caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi (256) du profilé isolant (220) est au moins pour l'essentiel constante et se situe dans une plage comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm. 25 9°) Profilé isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la matière synthétique est un polysulfure de phénylène ou un polymère à cristaux liquides. 30 10°) Profilé isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le paquet de tôles (154, 202) est réalisé comme paquet de tôles de stator ou de rotor (156, 204). 3038156 14 11°) Profilé isolant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le paquet de tôles (154, 202) est un paquet de tôles laminées ou un paquet de tôles frité à partir d'acier doux. 5 12°) Moteur électrique (100) comportant au moins un paquet de tôles (154, 202) magnéto-conductrice ayant au moins une encoche de bobinage (210) pour recevoir au moins par segments, un segment (300, 302) d'un enroulement (300) associé au moteur électrique (100) et un profilé 10 isolant (220) pour isoler électriquement au moins une encoche de bobi- nage (210), moteur électrique caractérisé en ce que le profilé isolant (220) est réalisé en une matière synthétique électroisolante et a des dimensions qui, dans les tolérances de fabrication pré- 15 définie, correspondent aux dimensions de l'encoche de bobinage (210), le profilé isolant (220) ayant une ouverture longitudinale (222) continue pour recevoir au moins par segments, un segment de bobine (300, 302) et a une longueur (254) supérieure à la hauteur (214) du paquet de tôles (154, 202) magnéto-conductrices. 20