Brevet FR3056350A1 — publié le 20180323

SEGMENT DE STATOR POUR MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE ET PROCÉDÉ DE REALISATION D'UN STATOR BOBINÉ CORRESPONDANT La présente invention porte sur un segment de stator pour machine électrique tournante ainsi que sur le procédé de réalisation d'un stator bobiné correspondant. De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités réalisées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor. Le stator comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le stator comporte un corps muni d'une pluralité de dents définissant des encoches, et un bobinage inséré dans les encoches du stator. Les documents US8127430 et JP2014050236 décrivent un procédé de réalisation d'un stator bobiné suivant lequel un bobinage est préformé avant insertion de segments à l'intérieur des espaces du bobinage. Plus précisément, le bobinage préformé de forme globalement cylindrique comporte des conducteurs entrelacés pour former les différents enroulements de phase de la machine. Les conducteurs comportent des portions axiales destinées à être insérées à l'intérieur des encoches. Les portions axiales sont espacées angulairement entre elles d'un pas régulier. Les conducteurs comportent en outre des 3056350 2 portions de liaison s'étendant suivant une direction circonférentielle et assurant une liaison entre les extrémités des portions axiales. Un ensemble de segments de stator muni chacun de deux dents et d'une portion de culasse sont positionnés autour du bobinage. Les segments sont 5 ensuite rapprochés radialement vers l'intérieur bobinage, de telle façon que les portions axiales du bobinage pénètrent à l'intérieur des encoches définies par deux dents successives des segments de stator. Le maintien des segments peut ensuite être assuré au moyen d'un anneau installé par frettage autour de la périphérie externe du corps du stator bobiné 10 ainsi formé. L'utilisation d'un tel anneau nécessite toutefois la mise en oeuvre d'une étape complexe et onéreuse d'assemblage. L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un stator de machine électrique tournante comportant une pluralité de segments assemblés entre eux, chaque segment de stator étant formé par un 15 empilement de tôles et comportant au moins une dent et une portion de culasse, caractérisé en ce que lesdites tôles des segments de stator sont maintenues par au moins un organe de maintien axial avantageusement positionné au niveau de ladite portion de culasse desdits segments de stator. L'invention permet ainsi, du fait de l'utilisation d'au moins un organe de 20 maintien axial, de faciliter la réalisation du stator bobiné en supprimant l'utilisation de l'anneau fretté. En outre, l'assemblage des différents segments du stator pourra être réalisé à l'aide d'outils simples à manipuler pour assurer l'insertion des organes de maintien. Selon une réalisation, ledit organe de maintien est constitué de deux demi- 25 rivets. Selon une réalisation, ledit organe de maintien est un ampoulage. Selon une réalisation, chaque segment de stator comporte soit des rivets, soit des ampoulages soit une combinaison des deux. 3056350 3 Selon une réalisation, ladite portion de culasse de chaque segment de stator comporte une extrémité présentant une forme de découpe sensiblement complémentaire de celle de l'autre extrémité de ladite portion de culasse. Selon une réalisation, la découpe des extrémités de la portion de culasse est 5 asymétrique par rapport à un plan médian de la dent. Selon une réalisation, au moins une tôle est positionnée dans l'empilement de façon inversée par rapport au reste des tôles. Selon une réalisation, les tôles sont empilées alternativement dans un sens recto et un sens verso. 10 Selon une réalisation, chaque segment de stator est formé par au moins deux paquets de tôles, un des paquets étant constitué par un premier empilement de tôles dans un sens recto, et l'autre paquet étant constitué par un deuxième empilement dans un sens verso. Selon une réalisation, chaque segment de stator est formé de deux paquets 15 de tôles ayant sensiblement la même hauteur axiale. Selon une réalisation, les organes de maintien sont positionnés dans des zones d'assemblage entre deux segments de stator adjacents. Selon une réalisation, chaque segment de stator est un ensemble monobloc réalisé par encollage ou tout autre moyen mécanique de fixation. 20 Selon une réalisation, chaque segment de stator comporte au moins deux dents. Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un stator bobiné, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - une étape de réalisation d'un bobinage préformé à partir d'un ensemble de 25 conducteurs entrelacés pour former différents enroulements de phase, lesdits conducteurs comportant des portions axiales destinées à être insérées à l'intérieur d'encoches, et des portions de liaison s'étendant suivant une direction circonférentielle et assurant une liaison entre les extrémités desdites portions axiales, 3056350 4 - une étape de positionnement de segments de stator autour dudit bobinage préformé, chaque segment de stator étant formé par un empilement de tôles et comportant au moins une dent et une portion de culasse, - une étape d'insertion radiale des dents des segments de stator à l'intérieur 5 d'espaces s'étendant entre deux portions axiales successive dudit bobinage préformé, et - une étape d'insertion d'organes de maintien axial dans des ouvertures correspondantes ménagées au niveau de ladite portion de culasse desdits segments de stator pour maintenir axialement lesdites tôles desdits 10 segments de stator adjacents. 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. La figure 1 montre une vue en perspective d'un segment de stator de 15 machine électrique selon la présente invention; La figure 2a est une représentation schématique d'un rivet en deux parties utilisé pour l'assemblage des segments de stator selon l'invention; La figure 2b est une représentation schématique d'une zone d'assemblage entre deux segments de stator adjacents; 20 La figure 3 est une vue schématique de dessus illustrant la découpe des tôles formant le segment de stator selon la présente invention; La figure 4 est une vue en perspective d'un segment de dents de stator selon la présente invention; La figure 5 est une vue en perspective d'un bobinage préformé utilisé pour 25 réaliser un stator bobiné selon la présente invention; La figure 6 est une vue schématique partielle illustrant l'insertion des segments de stator à l'intérieur des espaces du bobinage préformé; La figure 7 est une vue en perspective du stator bobiné selon l'invention obtenu après l'étape d'insertion des segments de la figure 6. 3056350 5 Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. Comme cela est illustré par la figure 1, un segment de stator 10 est formé par un empilement de tôles 11 et comporte une dent 12 et une portion de 5 culasse 13 correspondante. Les tôles 11 des segments 10, en l'occurrence de deux segments 10 adjacents, sont maintenues entre elles par au moins un organe de maintien axial 16 avantageusement positionné au niveau de la portion de culasse 13 des segments 10. L'organe de maintien axial 16 pourra être constitué par un rivet, ou deux 10 demi-rivets 17, 18 avec un demi-rivet mâle 17 coopérant avec un demi-rivet femelle 18 de forme correspondante, tel que montré sur la figure 2a. L'organe de maintien axial 16 pourra également prendre la forme d'un ampoulage constitué par des formes mâle et femelles réalisées dans les tôles 11. Chaque segment de stator 10 pourra comporter soit des rivets, soit 15 des ampoulages, soit une combinaison des deux. Dans un exemple de réalisation, la portion de culasse 13 de chaque segment 10 comporte une extrémité présentant une forme de découpe sensiblement complémentaire de celle de l'autre extrémité de la portion de culasse 13. La découpe des extrémités de la portion de culasse 13 est de préférence 20 asymétrique par rapport à un plan médian Pm de la dent 12. Afin d'obtenir une telle configuration, toutes les tôles 11 présentent la même forme suivant laquelle chaque tôle 11 présente une excroissance latérale. Il sera possible de tirer profit de cette forme pour limiter les pertes de matière lors de la découpe en imbriquant les formes de deux tôles 11 adjacentes 25 l'une dans l'autre comme cela est illustré par la figure 3. Au moins une tôle 11 est positionnée dans l'empilement de façon inversée par rapport au reste des tôles 11, c'est-à-dire qu'au moins une des tôles 11 est positionnée du côté "verso" tandis que les autres tôles sont positionnées du côté "recto". Si la face dite "recto" référencée 21 correspond à la face 30 principale d'extension de la tôle 11 se situant dans le plan de la feuille de dessins de la figure 3, la face dite "verso" correspond à la face opposée référencée 22. Le sens d'empilement dit "recto" correspond donc à la mise 3056350 6 en place d'une tôle dans l'empilement par sa face recto et le sens d'empilement dit verso correspond à la mise en place d'une tôle dans l'empilement par sa face verso. Autrement dit, au moins une des tôles 11 a été pivotée de 180 degrés suivant l'axe de la dent 12 par rapport aux autres 5 tôles 11 de l'empilement. Bien entendu, les dents 12 de toutes les tôles 11 de l'empilement formant un segment 10 sont orientées radialement dans le même sens. Suivant le mode de réalisation de la figure 1, les tôles 11 sont empilées alternativement dans un sens recto et un sens verso. Ainsi, l'extrémité d'une 10 portion de culasse 13 peut s'imbriquer par coopération de forme dans l'extrémité d'une portion de culasse 13 adjacente. En effet, les tôles 11 en saillie d'une des portions de culasse 13 peuvent s'insérer dans les espaces correspondants entre deux tôles 11 de la portion de culasse 13 adjacente. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, chaque segment 10 est formé 15 par au moins deux paquets de tôles 101, 102. Un des paquets 101 est constitué par un premier empilement de tôles 11 dans un sens recto, et l'autre paquet 102 est constitué par un deuxième empilement de tôles 11 dans un sens verso. En l'occurrence, les deux paquets de tôles 101, 102 ont sensiblement la même hauteur axiale. 20 Comme cela est illustré par la figure 2b, les organes de maintien 16 pourront être positionnés dans les zones d'assemblage 25 entre deux segments 10 adjacents. A cet effet, l'ouverture axiale 26 réalisée dans une portion de culasse 13 se situe axialement dans le prolongement de l'ouverture axiale 26 correspondante réalisée dans la portion de culasse 13 adjacente. Il est alors 25 possible de faire pénétrer à l'intérieur de ces ouvertures 26 en vis-à-vis l'une de l'autre un organe de maintien 16 de type rivet ou équivalent traversant axialement de part en part les extrémités des portions de culasse 13 de deux segments 10 adjacents superposées l'une par rapport à l'autre. On décrit ci-après, en référence avec les figures 5 à 7, le procédé de 30 réalisation d'un stator bobiné 30 selon la présente invention. Suivant une première étape, on réalise un bobinage préformé 31 ayant une forme globalement cylindrique à partir d'un ensemble de conducteurs entrelacés 32 3056350 7 pour former les différents enroulements de phase de la machine, tel que montré sur la figure 5. Les conducteurs 32 comportent des portions axiales 35 destinées à être insérées à l'intérieur des encoches 38 du stator. Les portions axiales 35 sont 5 espacées angulairement entre elles d'un pas régulier. Les conducteurs 32 comportent en outre des portions de liaison 36 s'étendant suivant une direction circonférentielle et assurant une liaison entre les extrémités des portions axiales 35. Comme cela est illustré par la figure 6, un ensemble de segments 10 10 espacés angulairement entre eux de façon régulière sont disposés autour du bobinage 31 à une distance supérieure à celle du diamètre externe du bobinage 31. Chaque segment 10 ayant la forme telle que précédemment décrite pourra être un ensemble monobloc réalisé par encollage ou tout autre moyen mécanique de fixation. 15 Les segments 10 sont ensuite rapprochés radialement vers l'intérieur du bobinage, de telle façon que les dents 12 pénètrent à l'intérieur des espaces 37 s'étendant entre deux portions axiales 35 successive du bobinage. Afin de faciliter l'insertion des segments 10 à l'intérieur des espaces 37, les dents 12 sont avantageusement dépourvues de pied de dent. 20 Lorsque les extrémités des portions de culasse 13 adjacentes s'imbriquent entre elles par coopération de forme, les organes de maintien axial 16 sont insérés dans les ouvertures 26 correspondantes afin de maintenir les segments 10 adjacents entre eux. Comme cela est illustré par la figure 7, une fois le stator 30 assemblé, les 25 dents 12 des segments 10 délimitent deux à deux des encoches 38 dans lesquelles sont positionnées les portions axiales 35 du bobinage 31, tandis que les portions de culasse 13 mises bout à bout forment la culasse correspondant à la partie annulaire externe pleine du corps de stator qui s'étend entre le fond des encoches 38 et la périphérie externe du stator 30. 30 En variante, chaque segment 10 comporte deux dents 12 ou plus comme cela est décrit notamment dans le document US8127430. 3056350 8 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 différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de 5 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. REVENDICATIONS1. Stator (30) de machine électrique tournante comportant une pluralité de segments (10) assemblés entre eux, chaque segment de stator (10) étant formé par un empilement de tôles (11) et comportant au moins une dent (12) et une portion de culasse (13), caractérisé en ce que lesdites tôles (11) des segments de stator (10) sont maintenues par au moins un organe de maintien axial (16) avantageusement positionné au niveau de ladite portion de culasse (13) desdits segments de stator (10). 2. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe de maintien (16) est constitué de deux demi-rivets (17, 18). 3. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe de maintien (16) est un ampoulage. 4. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque segment de stator (10) comporte soit des rivets (17, 18), soit des ampoulages soit une combinaison des deux. 5. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite portion de culasse (13) de chaque segment de stator (10) comporte une extrémité présentant une forme de découpe sensiblement complémentaire de celle de l'autre extrémité de ladite portion de culasse (13). 6. Stator selon la revendication 5, caractérisé en ce que la découpe des extrémités de la portion de culasse (13) est asymétrique par rapport à un plan médian (Pm) de la dent (12). 7. Stator selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'au moins une tôle (11) est positionnée dans l'empilement de façon inversée par rapport au reste des tôles (11). 8. Stator selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les tôles (11) sont empilées alternativement dans un sens recto et un sens verso. 3056350 10 9. Stator selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que chaque segment de stator (10) est formé par au moins deux paquets de tôles (101, 102), un des paquets (101) étant constitué par un premier empilement de tôles (11) dans un sens recto, et l'autre paquet (102) 5 étant constitué par un deuxième empilement dans un sens verso. 10. Stator selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque segment de stator (10) est formé de deux paquets de tôles (101, 102) ayant sensiblement la même hauteur axiale. 11. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, 10 caractérisé en ce que les organes de maintien (16) sont positionnés dans des zones d'assemblage (25) entre deux segments de stator (10) adjacents. 12. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que chaque segment de stator (10) est un ensemble monobloc réalisé par encollage ou par un moyen mécanique de fixation. 15 13. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que chaque segment de stator (10) comporte au moins deux dents (12). 14. Procédé de réalisation d'un stator bobiné, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: 20 - une étape de réalisation d'un bobinage préformé (31) à partir d'un ensemble de conducteurs (32) entrelacés pour former différents enroulements de phase, lesdits conducteurs (32) comportant des portions axiales (35) destinées à être insérées à l'intérieur d'encoches (38), et des portions de liaison (36) s'étendant suivant une direction circonférentielle et 25 assurant une liaison entre les extrémités desdites portions axiales (35), - une étape de positionnement de segments de stator (10) autour dudit bobinage préformé (31), chaque segment de stator (10) étant formé par un empilement de tôles (11) et comportant au moins une dent (12) et une portion de culasse (13), - une étape d'insertion radiale des dents (12) des segments de stator (10) à l'intérieur d'espaces (37) s'étendant entre deux portions axiales (35) successive dudit bobinage préformé (31), et 3056350 11 - une étape d'insertion d'organes de maintien axial (16) dans des ouvertures (26) correspondantes ménagées au niveau de ladite portion de culasse (13) desdits segments de stator (10) pour maintenir axialement lesdites tôles (11) desdits segments de stator (10) adjacents. 5