Brevet FR3054743A1 — publié le 20180202

BOBINE POUR MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE La présente invention porte sur une bobine pour machine électrique tournante. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des alternateurs pour véhicules automobiles. Un tel alternateur transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique et peut être réversible. Un tel alternateur réversible est appelé alterno-démarreur et permet de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule. L'invention pourra également être mise en oeuvre avec un moteur électrique. De façon connue en soi, un alternateur comporte un carter et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes, solidaire en rotation d'un arbre, et un stator qui entoure le rotor avec présence d'un entrefer. Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés dont les extrémités sont reliées à un module électronique de puissance comportant notamment un pont redresseur. Par ailleurs, le rotor comporte deux roues polaires présentant chacune un flasque d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de griffes d'orientation axiale. Les griffes des roues polaires sont imbriquées les unes par rapport aux autres. Un noyau cylindrique est intercalé axialement entre les flasques des roues. Ce noyau porte à sa périphérie externe une bobine d'excitation formée autour d'un élément isolant intercalé radialement entre le noyau et la bobine. Un vernis déposé au cours d'une étape d'imprégnation du rotor assure un maintien mécanique de la bobine. 3054743 2 La configuration classique du rotor nécessite de prévoir un jeu important entre les flasques et les extrémités axiales de la bobine pour éviter la déformation de la bobine lors de l'assemblage et compenser les variabilités dimensionnelles de l'isolant de bobine. On observe également 5 des croisements de fils lors du bobinage augmentant l'encombrement de la bobine. En outre, la bobine actuelle est faiblement refroidie par convection du fait de la dépression existante entre les flasques avant et arrière du rotor. L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une bobine pour machine électrique tournante comportant: 10 - un enroulement comportant une pluralité de spires constituées à partir d'un fil thermodurcissable, - ledit enroulement étant enrobé d'une couche élastique ayant une fonction d'isolant électrique. L'invention permet ainsi d'assurer une isolation électrique des bobines 15 tout en s'affranchissant des variabilités dimensionnelles de l'isolant de bobine habituellement utilisé. En maîtrisant l'espace occupé par la bobine, l'invention autorise une réduction du jeu axial entre la bobine et les roues polaires. L'invention permet également d'améliorer la tenue en vibrations de la bobine et présente un intérêt économique, dans la mesure où il est 20 possible de supprimer l'étape d'imprégnation de vernis. Selon une réalisation, ladite couche élastique est réalisée dans un matériau à base de silicone. L'utilisation d'un matériau à base de silicone permet d'évacuer par conduction la chaleur générée par la bobine et donc de mieux maîtriser sa température lors du fonctionnement de l'alternateur. Du 25 fait d'un meilleur refroidissement de la bobine, on améliore ses performances magnétiques de génération de flux. Selon une réalisation, ladite couche élastique est chargée en additifs favorisant la dissipation thermique. Selon une réalisation, ledit fil thermodurcissable comporte une âme 30 conductrice recouverte d'une première couche d'émail assurant une isolation électrique, d'une deuxième couche d'émail solidarisant deux spires adjacentes dudit enroulement, et d'une couche de liaison intermédiaire 3054743 3 assurant une liaison mécanique entre ladite première couche d'émail et ladite deuxième couche d'émail. Du fait de la liaison entre les spires, le bobinage obtenu présente des rangées de spires régulières dans lesquelles les croisements de fil sont 5 évités au maximum. On améliore ainsi le taux de remplissage du rotor en matière active. Selon une réalisation, ledit fil thermodurcissable comporte une âme conductrice réalisée en cuivre ou en aluminium. Selon une réalisation, ledit enroulement est monté entre deux flasques 10 de maintien. Les flasques de maintien permettent d'assurer le centrage de la bobine par rapport au moule d'injection et par rapport aux roues polaires lors de l'assemblage du rotor. Selon une réalisation, chaque flasque de maintien comporte une collerette de centrage coopérant avec une périphérie interne dudit 15 enroulement. Selon une réalisation, chaque flasque de maintien comporte des pieds s'étendant axialement en direction opposée dudit enroulement, chaque pied étant destiné à s'engager dans un espace d'entredent d'un élément actif de ladite machine électrique tournante. 20 Selon une réalisation, chaque flasque de maintien comporte une pluralité d'orifices traversants, un axe de chaque orifice traversant étant parallèle à un axe de révolution dudit enroulement. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte une bobine telle que précédemment 25 définie. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un rotor comprenant deux roues polaires, ladite bobine étant montée coincée, sans jeu, entre lesdites deux roues polaires. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit 3054 743 4 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 est une vue en coupe longitudinale d'un alternateur selon la présente invention; 5 La figure 2 montre une vue en perspective d'une bobine selon la présente invention; La figure 3 est une vue en coupe longitudinale partielle de la bobine selon la présente invention; La figure 4 est une vue en coupe transversale d'un fil de bobine selon 10 la présente invention; Les figures 5a et 5b sont respectivement des vues en perspective et de côté d'un flasque de maintien de la bobine selon la présente invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 15 On a représenté sur la figure 1 un alternateur 10 compact et polyphasé, notamment pour véhicule automobile. L'alternateur 10 est apte à transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique et pourra être réversible. Un tel alternateur réversible, appelé alterno-démarreur, permet de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour 20 démarrer le moteur thermique du véhicule. Cet alternateur 10 comporte un carter 11 et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes 12 monté sur un arbre 13, et un stator 16, qui entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer entre la périphérie externe du rotor 12 et la périphérie interne du stator 16. L'axe X suivant lequel s'étend l'arbre 13 25 forme l'axe de rotation du rotor 12. Le carter 11 comporte des paliers avant 17 et arrière 18 portant le stator 16. Les paliers 17, 18 sont de forme creuse et portent chacun centralement un roulement à billes pour le montage à rotation de l'arbre 13. Plus précisément, le rotor 12 comporte deux roues polaires 24, 25 3054743 5 présentant chacune un flasque 28 d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de griffes 29 par exemple de forme trapézoïdale et d'orientation axiale. Les griffes 29 d'une roue 24, 25 sont dirigées axialement vers le flasque 28 de l'autre roue. La griffes 29 d'une roue polaire 24, 25 5 pénètrent dans un espace d'entredent existant entre deux griffes 29 voisines de l'autre roue polaire, de sorte que les griffes 29 des roues polaires 24, 25 sont imbriquées les unes par rapport aux autres. Un noyau cylindrique 30 est intercalé axialement entre les flasques 28 des roues 24, 25. En l'occurrence, le noyau 30 consiste en deux demi-10 noyaux appartenant chacun à l'un des flasques 28. Ce noyau 30 porte à sa périphérie externe une bobine d'excitation 31 décrite plus en détail ci-après. L'arbre 13 pourra être emmanché à force dans l'alésage central des roues polaires 24, 25. Du côté de son extrémité avant, l'arbre 13 pourra comporter une partie filetée pour la fixation d'une poulie 35. La poulie 35 15 appartient à un dispositif de transmission de mouvements à au moins une courroie entre l'alternateur 10 et le moteur thermique du véhicule automobile. Le palier arrière 18 porte un porte-balais 38 muni de balais 39 destinés à venir frotter contre des bagues 40 d'un collecteur 41 pour assurer l'alimentation du bobinage du rotor 12. 20 Par ailleurs, le stator 16 comporte un corps 43 en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches équipées d'isolant d'encoches pour le montage des phases du stator 16. Chaque phase comporte au moins un enroulement de phase traversant les encoches du corps de stator 43 et forme, avec toutes les phases, un chignon avant 46 et un chignon arrière 47 de part et d'autre 25 du corps de stator 43. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées électriquement entre elles par exemple par soudage. Les enroulements de phase sont reliés électriquement à un module électronique 30 de puissance. Ce module comporte notamment un pont redresseur constitué par exemple par des diodes ou des transistors du type MOSFET. 3054743 6 Comme cela est illustré par les figures 2 et 3, la bobine d'excitation 31 du rotor comporte un enroulement 50 ayant une pluralité de spires 51 constituées à partir d'un fil 52 thermodurcissable. Le fil 52 utilisé pour réaliser l'enroulement 50 est de préférence un fil unique et continu. L'enroulement 50 5 est en outre enrobé d'une couche élastique 55 ayant notamment une fonction d'isolant électrique. Avantageusement, la couche élastique 55 est réalisée dans un matériau à base de silicone afin d'évacuer par conduction la chaleur générée par la bobine 31. Du fait d'un meilleur refroidissement de la bobine 31, on 10 améliore ses performances magnétiques de génération de flux. S'il y a lieu, la couche élastique 55 est chargée en additifs favorisant la dissipation thermique. La couche élastique 55 d'enrobage recouvre l'ensemble du volume de l'enroulement 50 de forme globalement annulaire ayant un axe de révolution Y. Ce volume est délimité par les faces d'extrémité axiales 58, 59, 15 ainsi que les périphéries cylindriques interne 60 et externe 61 de l'enroulement 50. La couche d'enrobage 55 pourra être réalisée par injection d'un matériau à base de silicone dans un moule correspondant. L'enroulement 50 de la bobine 31 est ainsi entièrement noyé dans le matériau de silicone. 20 Comme cela est illustré par la figure 4, le fil 52 thermodurcissable comporte une âme conductrice 64 réalisée de préférence en cuivre. En variante, l'âme conductrice 64 pourra être réalisée en aluminium. L'âme conductrice 64 est recouverte d'une première couche d'émail 65 assurant une isolation électrique, d'une deuxième couche d'émail 66 solidarisant deux 25 spires 51 adjacentes de l'enroulement 50, et d'une couche de liaison 67 intermédiaire assurant une liaison mécanique entre la première couche d'émail 65 et la deuxième couche d'émail 66. Le fil 52 représenté présente une section ronde. En variante, le fil 52 pourra présenter une section de forme carrée, en forme de méplat, ou toute autre forme adaptée à 30 l'application. Le fil 52 pourra également prendre la forme d'une bande allongée de forme rectangulaire enroulée sur elle-même autour d'un axe. La liaison entre les spires 51 adjacentes de la bobine 31 est obtenue en faisant passer un courant de forte intensité dans le fil 52 après la 3054743 7 réalisation de l'enroulement 50 sur un support. Cela a pour effet d'échauffer la deuxième couche d'émail 66 qui va se polymériser en refroidissant pour assurer la liaison entre les spires 51. Du fait de la liaison entre les spires 51, la bobine 31 obtenue présente des rangées de spires 51 régulières dans 5 lesquelles les croisements de fil 52 sont évités au maximum. On améliore ainsi le taux de remplissage du rotor 12 en matière active. De préférence, la bobine 31 enrobée de silicone est montée entre deux flasques de maintien 70. Comme cela est illustré sur les figures 5a et 5b, chaque flasque de maintien 70 d'axe Z comporte une paroi 71 en forme 10 de couronne annulaire. L'axe Z est sensiblement confondu avec l'axe Y de l'enroulement lorsque le flasque de maintien 70 est plaqué contre l'enroulement 50. Une collerette de centrage 72 présente une forme annulaire d'orientation axiale. Cette collerette 72 est issue d'une périphérie interne de 15 la couronne 71. La collerette 72 est destinée à s'insérer dans l'ouverture interne 75 de l'enroulement 50 de façon à coopérer avec la périphérie interne 60 de l'enroulement 50. La collerette 72 présente à cet effet un diamètre externe sensiblement égal au diamètre de l'ouverture interne 75 de l'enroulement 50. 20 En outre, chaque flasque de maintien 70 comporte avantageusement des pieds 78 s'étendant axialement en direction opposée de l'enroulement 50. Chaque pied 78 est destiné à s'engager dans un espace d'entredent d'une roue polaire 24, 25 correspondante. Les pieds 78 permettent d'assurer le centrage de la bobine 31 par 25 rapport aux roues polaires 24, 25 lors du montage du rotor 12. On garantit ainsi un positionnement correct des extrémités 81, 82 de la bobine 31 pour l'établissement des connexions avec le collecteur 41. Ces pieds 78 pourront également être utilisés pour réaliser le centrage de la bobine 31 par rapport au moule d'injection de résine de silicone. 30 Chaque flasque de maintien 70 comporte de préférence une pluralité d'orifices traversants 83. L'axe de chaque orifice 83 est parallèle à l'axe de révolution Y de l'enroulement 50. Ces orifices 83 autorisent la pénétration de 3054743 8 la couche de silicone 55, ce qui améliore la tenue en rotation de la bobine 31. Afin d'augmenter le taux de remplissage du rotor 12 ou à isoperformance de réduire son encombrement, la bobine 31 est montée coincée, sans jeu, entre les deux roues polaires 24, 25. Grâce à la couche de 5 silicone 55, la bobine 31 sera mise sous contrainte lors du paquetage du rotor 12 évitant ainsi toute vibration possible lors du fonctionnement de l'alternateur. Si la bobine 31 a été décrite en référence à son usage avec un rotor 12 de machine électrique tournante, une telle bobine 31 pourra également 10 être utilisée avec le stator 16 de la machine électrique, par exemple pour la réalisation d'un bobinage de type concentrique suivant lequel des bobines préformées sont montées autour de chaque dent du stator 16. 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 15 sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas 20 incompatibles ou exclusives les unes des autres. REVENDICATIONS1. Bobine (31) pour machine électrique tournante (10) comportant: - un enroulement (50) comportant une pluralité de spires (51) constituées à partir d'un fil thermodurcissable (52), - ledit enroulement (50) étant enrobé d'une couche élastique (55) ayant une fonction d'isolant électrique. 2. Bobine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite couche élastique (55) est réalisée dans un matériau à base de silicone. 3. Bobine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite couche élastique (55) est chargée en additifs favorisant la dissipation thermique. 4. Bobine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit fil thermodurcissable (52) comporte une âme conductrice (64) recouverte d'une première couche d'émail (65) assurant une isolation électrique, d'une deuxième couche d'émail (66) solidarisant deux spires (51) adjacentes dudit enroulement (50), et d'une couche de liaison (67) intermédiaire assurant une liaison mécanique entre ladite première couche d'émail (65) et ladite deuxième couche d'émail (66). 5. Bobine selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit fil thermodurcissable (52) comporte une âme conductrice (64) réalisée en cuivre ou en aluminium. 6. Bobine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit enroulement (50) est monté entre deux flasques de maintien (70). 7. Bobine selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque flasque de maintien (70) comporte une collerette de centrage (72) coopérant avec une périphérie interne (60) dudit enroulement (50). 8. Bobine selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que chaque flasque de maintien (70) comporte des pieds (78) s'étendant 3054743 10 axialement en direction opposée dudit enroulement (50), chaque pied (78) étant destiné à s'engager dans un espace d'entredent d'un élément actif de ladite machine électrique tournante (10). 9. Bobine selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, 5 caractérisée en ce que chaque flasque de maintien (70) comporte une pluralité d'orifices traversants (83), un axe de chaque orifice traversant (83) étant parallèle à un axe de révolution (Y) dudit enroulement (50). 10. Machine électrique tournante (10) caractérisée en ce qu'elle comporte une bobine (31) telle que définie selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes. 11. Machine électrique tournante selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor (12) comprenant deux roues polaires (24, 25), ladite bobine (31) étant montée coincée, sans jeu, entre lesdites deux roues polaires (24, 25). 15