Brevet FR3080714A1 — publié le 20191101

STATOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'UN ISOLANT DE BOBINES L'invention porte sur un stator de machine électrique tournante muni d'un isolant de bobines. De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor peut être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et peut 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 un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans le corps de rotor. Par ailleurs, 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 constitué par un empilage de tôles minces formant une culasse en forme de couronne dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir un bobinage. Le bobinage est obtenu 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. Alternativement, un bobinage de type "concentrique" est constitué par des bobines enroulées autour des dents du stator. Le bobinage comporte plusieurs phases connectées en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un module électronique. Afin d'isoler le stator par rapport aux dents du stator, il est connu de disposer du papier isolant à l'intérieur des encoches du stator. Le papier assure ainsi une isolation entre les dents du stator et le bobinage. Toutefois, le procédé de mise en place du papier à l'intérieur des encoches est relativement complexe et onéreux à mettre en oeuvre. 2 L'invention vise notamment à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un stator de machine électrique tournante destinée à être utilisée dans un véhicule automobile, ledit stator comportant: - un corps muni d'une culasse et d'une pluralité de dents issues d'une 5 périphérie interne de la culasse, deux dents successives délimitant une encoche, - un bobinage comportant des bobines enroulées autour des dents du corps de stator, et - au moins un isolant de bobines destiné à isoler électriquement les bobines 10 par rapport au corps de stator, caractérisé en ce que l'isolant de bobines comporte une portion annulaire destinée à recouvrir au moins une portion de la culasse, - des bras issus d'une périphérie interne de la portion annulaire destinés à recouvrir chacun une face d'extrémité axiale d'une dent correspondante, et 15 - des parois d'encoche destinées à recouvrir des faces internes des encoches du corps de stator. L'invention permet ainsi de faciliter l'opération d'isolation du bobinage en ayant à mettre en place uniquement deux isolants de bobines de part et d'autre du corps de stator. En outre, les isolants de bobines sont aisément 20 obtenus, par moulage notamment. Selon une réalisation, l'isolant de bobines comporte des trous de passage d'un vernis d'imprégnation du bobinage. Le vernis permet ainsi de réaliser un contact entre le corps de stator et le bobinage. Il comble également les lames d'air pouvant se former entre les parois de l'isolant de bobines et le 25 corps de stator. On améliore ainsi la conductivité thermique de l'ensemble. Selon une réalisation, les trous de passage du vernis d'imprégnation sont ménagés dans les bras de l'isolant de bobines. Selon une réalisation, les trous de passage du vernis d'imprégnation sont ménagés dans les parois d'encoche de l'isolant de bobines. Selon une réalisation, l'isolant de bobines comporte des plots d'indexage en rotation par rapport au corps de stator, lesdits plots d'indexage étant destinés 3 à s'insérer à l'intérieur d'ouvertures de forme correspondante ménagées dans ledit corps de stator. Selon une réalisation, l'isolant de bobines comporte des creusures de réception de têtes de rivets de fixation du corps de stator. 5 Selon une réalisation, l'isolant de bobines comporte des éléments de guidage d'extrémités d'entrée et de sortie des bobines formant le bobinage. Selon une réalisation, l'isolant de bobines comporte des tiges de bouterollage pour la fixation dudit stator sur un module électronique. Selon une réalisation, l'isolant de bobines comporte une zone de marquage, 10 notamment au laser, située sur une face de de la portion annulaire. Selon une réalisation, ledit stator comporte deux isolants de bobines disposés axialement de part et d'autre du corps de stator, les parois d'encoche de chaque isolant de bobines s'étendant axialement sensiblement sur la moitié d'une longueur axiale du corps de stator. 15 Selon une réalisation, chacun des deux isolants de bobines conserve un jeu strictement positif l'un par rapport à l'autre après assemblage sur le corps du stator. Selon une réalisation, l'isolant de bobine est réalisé dans un matériau plastique ayant une épaisseur comprise entre 0.4mm et 1 mm, notamment de 20 l'ordre de 0.5mm. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un stator tel que précédemment défini. 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 25 titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe d'un compresseur électrique comportant une machine électrique tournante selon la présente invention; 4 La figure 2 montre une vue en perspective du corps de stator de la machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 3 est une vue en perspective d'un stator muni d'isolants de bobines selon la présente invention à chacune de ses extrémités; 5 La figure 4 est une vue en perspective d'un isolant de bobines selon la présente invention; La figure 5 est une vue de dessus d'un isolant de bobines selon la présente invention; La figure 6 est une vue en perspective d'un isolant de bobines muni d'une 10 zone de marquage laser. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 1 montre un compresseur électrique 1 permettant de compenser au moins en partie la perte de puissance des moteurs thermiques de cylindrée 15 réduite utilisés sur de nombreux véhicules automobiles pour en diminuer la consommation et les émissions de particules polluantes (principe dit de "downsizing" an anglais). Le compresseur 1 comporte une turbine 2 munie d'ailettes 3 apte à aspirer, via une entrée 4, de l'air non-comprimé issu d'une source d'air (non représentée) et à refouler de l'air comprimé via la sortie 5 20 après passage dans une volute référencée 6. La sortie 5 pourra être reliée à un répartiteur (non représenté) situé en amont du moteur thermique afin d'optimiser le remplissage des cylindres du moteur thermique. En l'occurrence, l'aspiration de l'air est réalisée suivant une direction axiale, c'est-à-dire suivant l'axe X1 de la turbine 2, et le refoulement est réalisé 25 suivant une direction radiale perpendiculaire à l'axe X1 de la turbine 2. En variante, l'aspiration est radiale, tandis que le refoulement est axial. Alternativement, l'aspiration et le refoulement sont réalisés suivant une même direction par rapport à l'axe de la turbine (axiale ou radiale). 30 A cet effet, la turbine 2 est entraînée par une machine électrique 7 montée à l'intérieur du carter 8. Cette machine électrique 7 comporte un stator 9, qui 5 pourra être polyphasé, entourant un rotor 10 à aimants permanents. La périphérie interne du stator et la périphérie externe du rotor sont séparés entre eux par un entrefer 11. Ce stator 9 est monté dans le carter 8 configuré pour porter à rotation un arbre 12 par l'intermédiaire de roulements 13. 5 L'arbre 12 est lié en rotation avec la turbine 2 ainsi qu'avec le rotor 10. Le stator 9 est de préférence monté dans le carter 8 par frettage. Afin de minimiser l'inertie de la turbine 2 lors d'une demande d'accélération de la part du conducteur, la machine électrique 7 présente un temps de réponse court compris entre 100 ms et 600 ms, notamment compris entre 10 200 ms et 400 ms, par exemple étant de l'ordre de 250ms pour passer de 0 ou 5000 à 70000 tours/min. De préférence, la tension d'utilisation est de 12V ou 48V. De préférence, la machine électrique 7 est apte à fournir un pic de courant, c'est-à-dire un courant délivré sur une durée continue inférieure à 3 secondes, compris entre 150 A et 500 A, notamment entre 180 A et 250 A. 15 En variante, la machine électrique 7 est apte à fonctionner en mode alternateur, ou est une machine électrique de type réversible. Comme on peut le voir sur la figure 3, le stator 9 comporte un corps 14 et un bobinage 15. Le corps de stator 14 d'axe X2 consiste en un empilement axial de tôles planes 16, tel que montré sur la figure 2. Les tôles 16 sont 20 maintenues par des organes de fixation 17, tel que des rivets, pour formation d'un ensemble manipulable et transportable. A cet effet, les rivets 17 sont insérés à l'intérieur de trous de fixation 18 correspondant réalisés dans le corps de stator 14. Le corps 14 comporte des dents 20 issues une périphérie interne d'une 25 culasse 22 et réparties angulairement de manière régulière. Ces dents 20 délimitent des encoches 23, de telle façon que chaque encoche 23 est délimitée par deux dents 20 successives. La culasse 22 correspond ainsi à la portion annulaire externe pleine du corps 14 qui s'étend entre le fond des encoches 23 et la périphérie externe du stator 9. 30 Les encoches 23 débouchent axialement dans les faces d'extrémité axiales du corps 14. Les encoches 23 sont également ouvertes radialement dans la face cylindrique interne du corps 14. 6 De préférence, le stator 9 est muni de pieds de dents 25 du côté des extrémités libres des dents 20. Chaque pied de dent 25 s'étend circonférentiellement de part et d'autre d'une dent 20 correspondante. Comme on peut le voir sur la figure 3, pour former le bobinage 15 du stator 9, 5 des bobines 26, ici au nombre de six, sont enroulées chacune autour d'une dent 20 correspondante. Chaque bobine 26 est formée à partir à partir d'un fil électriquement conducteur. En l'occurrence, le bobinage 15 est du type triphasé, chaque phase étant notamment réalisée par deux bobines 26 diamétralement opposées. 10 Plus précisément, chaque bobine 26 comporte une portion enroulée autour d'une dent 20, ainsi qu'une extrémité d'entrée 27.1, et une extrémité de sortie 27.2 destinées à être connectées à un module électronique (non représenté). L'isolation électrique entre le corps de stator 14 et les bobines 26 est assurée notamment par deux isolants de bobines 30 disposés à chacun à une 15 extrémité axiale du corps de stator 14. Un isolant de bobines 30 est réalisé dans un matériau électriquement isolant, notamment en plastique éventuellement renforcé par des fibres. L'isolant de bobines 30 pourra présenter une épaisseur de l'ordre de 0.5mm. Par de "l'ordre de", on entend une variation de plus ou moins 20% autour de cette valeur. 20 Un isolant de bobines 30 d'axe X3 comporte une portion annulaire 31 destinée à recouvrir circonférentiellement au moins une portion de la culasse 22 et des bras 32 issus d'une périphérie interne de la portion annulaire 31. Ces bras 32 sont destinés à recouvrir chacun une face d'extrémité axiale d'une dent 20 correspondante. Les bras 32 assurent ainsi une isolation 25 électrique entre une face d'extrémité d'une dent 20 et un chignon de la bobine 26 correspondante. Les bras 32 sont de préférence munis chacun d'un rebord 33 s'étendant du côté de leur extrémité libre destiné à coopérer avec un pied de dent 25 correspondant. Un rebord 33 s'étend axialement en saillie par rapport à un bras 32 correspondant. 30 Les bras 32 pourront également être prolongés par des parois d'encoche 34 bien visibles sur les figures 4 et 6 destinées à recouvrir les faces internes des encoches 23. Ainsi, pour une encoche 23 donnée, une paroi 34.1 est 7 destinée à venir se plaquer contre le fond d'encoche 23 et des parois 34.2, 34.3 sont destinées à venir se plaquer contre des faces latérales des dents 20 en vis-à-vis l'une de l'autre. Les parois d'encoche 34 présentent ainsi une section transversale en U et sont destinées à s'insérer dans une encoche 23 5 correspondante. De préférence, lorsque les deux isolants de bobines 30 sont disposés axialement de part et d'autre du corps de stator 14, les parois d'encoche 34 de chaque isolant de bobines 30 s'étendent axialement sensiblement sur la moitié d'une longueur axiale du corps de stator 14. Ainsi, les parois 10 d'encoche 34 des deux isolants 30 disposés à l'intérieur de la même encoche 23 sont quasiment jointives au jeu de montage près. Alternativement, les parois d'encoche 34 des deux isolants de bobines 30 pourront présenter des longueurs axiales différentes. Dans tous les cas, la somme des longueurs axiales des parois d'encoche 34 en vis-à-vis l'une de l'autre est égale à la 15 longueur axiale de l'encoche 23. L'isolant de bobines 30 comporte des trous de passage 36 d'un vernis d'imprégnation du bobinage 15 pour améliorer la conductivité thermique de l'ensemble. Les trous de passage 36 du vernis d'imprégnation sont ménagés avantageusement dans les parois d'encoche 34 de l'isolant de bobines 30, 20 tel que montré sur la figure 4 et/ou dans les bras 32 de l'isolant de bobines 30, tel que montré sur la figure 5. Les trous traversants 36 ménagés dans les bras 32 présentent avantageusement une forme oblongue, notamment cylindrique. Comme cela est illustré par la figure 4, l'isolant de bobines 30 pourra 25 également comporter des plots d'indexage 37 en rotation par rapport au corps de stator 14. Ces plots d'indexage 37 sont destinés à s'insérer à l'intérieur d'ouvertures 38 de forme correspondante ménagées dans ledit corps de stator 14 (cf. figure 2). Cela permet d'assurer un positionnement angulaire sous contrôle de l'isolant de bobines 30 lors de son montage. 30 Des creusures 40 destinées à recevoir les têtes des rivets de fixation 17 du corps de stator 14 pourront être prévues dans la face interne de la portion annulaire 31 en contact avec la culasse 22, tel que montré sur la figure 3. 8 En outre, des éléments de guidage 41 des extrémités d'entrée 27.1 et de sortie 27.2 des bobines 26 pourront être prévus sur la face interne de la paroi annulaire. Ces éléments de guidage 41 pourront être formés par des pattes de guidage, des paires de tétons, une pince élastique, ou 5 encore une gorge de guidage. Suivant un mode de réalisation montré sur la figure 4, l'isolant de bobines 30 comporte des tiges de bouterollage 42 pour la fixation dudit stator 9 sur un module électronique 43 représenté en pointillés. A cet effet, chaque tige 42 d'orientation axiale traverse un trou 44 correspondant ménagé dans 10 l'épaisseur du module électronique 43. La tige 42 est ensuite écrasée suivant un procédé de bouterollage connu de manière à lier le stator 9 bobiné et le module électronique 43 comportant les zones de connexion avec les extrémités d'entrée 27.1 et de sortie 27.2 du bobinage 15. Une tige 42 présente une longueur axiale d'au moins 1 Omm et valant de l'ordre de 15mm. 15 Par de l'ordre de, on entend une variation de plus ou moins 20% autour de cette valeur de 15mm. Comme on peut le voir sur la figure 6, une zone de marquage 45, notamment au laser, est avantageusement située sur une face de la portion annulaire 31, en particulier sa face périphérique externe. Cette zone 45 pourra être utilisée 20 pour inscrire un identifiant de la pièce. En variante, cette zone de marquage 45 peut être réalisée par micro percussion ou rayage. 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. 25 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, REVENDICATIONS1. Stator (9) de machine électrique tournante destinée à être utilisée dans un véhicule automobile, ledit stator (9) comportant: - un corps (14) muni d'une culasse (22) et d'une pluralité de dents (20) 5 issues d'une périphérie interne de la culasse (22), deux dents (20) successives délimitant une encoche (23), - un bobinage (15) comportant des bobines (26) enroulées autour des dents (20) du corps de stator (14), et - au moins un isolant de bobines (30) destiné à isoler électriquement 10 les bobines (26) par rapport au corps de stator (14), caractérisé en ce que l'isolant de bobines (30) comporte : - une portion annulaire (31) destinée à recouvrir au moins une portion de la culasse (22), - des bras (32) issus d'une périphérie interne de la portion annulaire 15 (31) destinés à recouvrir chacun une face d'extrémité axiale d'une dent (20) correspondante, et - des parois d'encoche (34) destinées à recouvrir des faces internes des encoches (23) du corps de stator (14). 2. Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolant de 20 bobines (30) comporte des trous de passage (36) d'un vernis d'imprégnation du bobinage (15). 3. Stator selon la revendication 2, caractérisé en ce que les trous de passage (36) du vernis d'imprégnation sont ménagés dans les bras (32) de l'isolant de bobines (30). 25 4. Stator selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les trous de passage (36) du vernis d'imprégnation sont ménagés dans les parois d'encoche (34) de l'isolant de bobines (30). 5. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'isolant de bobines (30) comporte des plots d'indexage (37) en 30 rotation par rapport au corps de stator (14), lesdits plots d'indexage (37) étant destinés à s'insérer à l'intérieur d'ouvertures (38) de forme correspondante ménagées dans ledit corps de stator (14). 10 6. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'isolant de bobines (30) comporte des creusures (40) de réception de têtes de rivets de fixation du corps de stator (14). 7. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'isolant de bobines (30) comporte des éléments de guidage (41) d'extrémités d'entrée (27.1) et de sortie (27.2) des bobines (26) formant le bobinage (15). 8. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'isolant de bobines (30) comporte des tiges de bouterollage (42) pour la fixation dudit stator (9) sur un module électronique (43). 9. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'isolant de bobines (30) comporte une zone de marquage (45), notamment au laser, située sur une face de la portion annulaire (31). 10. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte deux isolants de bobines (30) disposés axialement de part et d'autre du corps de stator (14), et en ce que les parois d'encoche (34) de chaque isolant de bobines (30) s'étendent (20) axialement sensiblement sur la moitié d'une longueur axiale du corps de stator (14). 11. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'isolant de bobine (26) est réalisé dans un matériau plastique ayant une épaisseur comprise entre 0.4mm et 1 mm, notamment de l'ordre de 0.5mm. 12. Machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un stator (9) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.