Brevet FR3090231A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : SYSTEME D'ANTI-ROTATION POUR STATOR DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE [0001] L'invention concerne notamment un stator de machine électrique tournante comportant un système d' and-rotation. [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes telles que les alternateurs, les altemo-démarreurs ou encore les machines réversibles ou les moteurs électriques. On rappelle qu'une machine réversible est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d'une part, comme générateur électrique en fonction alternateur et, d'autre part, comme moteur électrique par exemple pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile. [0003] Une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en rotation autour d'un axe et un stator fixe entourant le rotor. En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator qui le transforme en courant électrique afin d'alimenter les consommateurs électriques du véhicule et de recharger la batterie. En mode moteur, le stator est alimenté électriquement et induit un champ magnétique entraînant le rotor en rotation par exemple pour démarrer le moteur thermique. [0004] Le positionnement angulaire du rotor par rapport au stator est un paramètre à prendre en compte pour améliorer le couple transmis par la machine en mode moteur. Il est donc nécessaire que le stator soit immobile par rapport au rotor afin que le capteur de position du rotor puisse délivrer une information fiable de positionnement du rotor par rapport au stator. Toute rotation du stator entraînerait une perte der information de positionnement du rotor et empêcherait le démarrage du moteur thermique par la machine électrique tournante. [0005] De plus, le stator comporte un corps monté de manière fixe dans un carter et un bobinage électrique traversant le corps et étant connecté à un ensemble électronique formant à la fois un pont redresseur de courant et un module de commande de la machine. Toute rotation du stator pourrait également endommager la connexion électrique entre l'ensemble électronique et le bobinage et ainsi détériorer la machine. [0006] Dans une architecture standard de machine, dans laquelle le carter comporte deux flasques en contact direct l'un avec l'autre, le corps de stator est monté dans le carter via des épaulements formés dans chaque flasque sur lesquels le corps est en appuie. Des tampons élastiques et de la résine peuvent être intercalés entre le corps et les flasques pour protéger le corps. Ce type de montage permet un sen-age optimal des 2 deux flasques qui viennent également enserrer le corps et l'empêche d'avoir un mouvement de rotation. [0007] Des nouvelles architectures de machine sont mises en place dans lesquelles les deux flasques ne sont plus en contact direct l'un avec l'autre mais le corps du stator est interposé entre les deux flasques. Il n'est alors plus possible d'intercaler des tampons ou de la résine entre le corps et les flasques pour ne pas diminuer les précisions d'assemblage entre les flasques. Avec ce type d'architecture, le serrage n'est pas suffisant pour garantir la non rotation du stator par rapport au carter en particulier lorsque la machine fonctionne en mode moteur. [0008] La présente invention vise à permettre de proposer un moyen simple de blocage en rotation du stator quel que soit le type d'architecture de la machine. [0009] A cet effet, la présente invention a donc pour objet un stator pour une machine électrique tournante comportant un corps de stator doté d'encoches logeant un bobinage électrique et s'étendant autour d'un axe de rotation de la machine. Selon la présente invention, le stator comporte un moyen de blocage en rotation du corps, ledit moyen étant agencé sur une face d'extrémité axiale dudit corps. [0010] Un tel moyen de blocage en rotation du corps de stator permet de bloquer tout mouvement de rotation du stator par rapport au carter quel que soit le type d'architecture de machine. Cela permet donc de garantir la position du stator lors du fonctionnement de la machine et en particulier lors des phases de fonctionnement en mode moteur de ladite machine. Cela évite également d'endommager la machine et notamment les connexions entre le stator et l'ensemble électronique et permet de fiabiliser la mesure de position du rotor par rapport au stator pour améliorer la précision de la commande du rotor et donc les performances de la machine en particulier lors du fonctionnement en mode moteur de ladite machine. [0011] On entend par moyen de blocage en rotation tout composant additionnel au corps de stator qui permet un blocage effectif du corps de stator par rapport au carter, ledit corps étant formé d'une culasse annulaire et de dents s'étendant radialement à partir de la culasse [0012] Selon une réalisation, le corps de stator comporte une culasse à partir de laquelle s'étendent des dents, le moyen de blocage en rotation étant disposé sur une face d'extrémité axiale de ladite culasse. Cela permet de fiabiliser le moyen de blocage en rotation car la culasse est plus rigide que les dents. [0013] Selon une réalisation, le stator comporte deux moyens de blocage en rotation, les moyens étant respectivement disposés sur les deux faces d'extrémité axiale du stator. Cela permet d'améliorer le blocage en rotation du stator en le bloquant par rapport à chacun des flasques du carter. [0014] Selon une réalisation, le moyen de blocage en rotation s'étend sur la face d'extrémité 3 axiale du corps de manière à former un anneau. Cela permet de simplifier la fabrication du stator, de ne pas déséquilibrer le stator et d'améliorer le blocage en rotation. En effet, cela permet de mieux répartir les forces de blocage en rotation exercées entre le stator et le flasque sur tout le pourtour de la machine. [0015] Alternativement, le premier moyen peut s'étendre sur une portion seulement la face d'extrémité axiale du corps de manière à former un arc de cercle. La face d'extrémité axiale du corps comporte alors une zone de blocage en rotation sur laquelle est disposé le moyen de blocage en rotation et une zone libre ne comportant pas de moyen de blocage en rotation. Cela permet de diminuer le poids du stator en diminuant la matière utilisée pour le moyen de blocage en rotation. [0016] Selon cette alternative, le stator peut comporter une unique zone de blocage en rotation et une unique zone libre ou plusieurs zones de blocage en rotation et plusieurs zones libres. [0017] Dans le cas où le stator comporte plusieurs zones de blocage en rotation, lesdites zones de blocage peuvent être espacées le long de la circonférence du stator de manière régulière ou non. De même, lesdites zones peuvent présenter la même longueur circonférentielle ou des longueurs différentes. [0018] Selon une réalisation, le moyen de blocage en rotation s'étend sur une portion radiale de la culasse. Autrement dit, le moyen de blocage en rotation ne s'étend pas sur toute la largeur radiale de la culasse. [0019] Selon un premier mode de réalisation, le moyen de blocage en rotation est formé d'une pluralité d'éléments en saillie formant des excroissances sur la face d'extrémité axiale du corps de stator. Ces éléments en saillie permettent d'augmenter le coefficient d'adhérence entre le corps de stator et le flasque et ainsi d'assurer un blocage en rotation desdites pièces l'une par rapport à l'autre. Les excroissances forment un moyen de blocage en rotation qui est simple et qui permettent un démontage rapide du stator notamment en cas de défaut d'une des pièces de la machine. [0020] Selon une réalisation, les éléments en saillie s'étendent, à partir de la face d'extrémité axiale du corps de stator, dans une direction sensiblement axiale. Dans l'ensemble de la description et dans les revendications, on entend par « sensiblement axiale » une direction formant un angle compris entre 00 et 200 par rapport à l'axe de rotation de la machine. [0021] Selon une réalisation de ce premier mode, le moyen de blocage est issu de matière avec le corps. Alternativement, le moyen de blocage peut être formé d'une bande rapportée sur le corps par exemple par collage ou soudage. [0022] Selon une réalisation de ce premier mode, les éléments en saillie sont des stries. Les stries permettent d'améliorer la fiabilité et l'homogénéité du moyen de blocage en rotation. [0023] Selon une réalisation de ce premier mode, les stries s'étendent, chacune, dans une direction radiale. Ainsi, les stries s'étendent dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction de rotation à empêcher. Cela permet d'améliorer le blocage en rotation du stator. Alternativement, chaque strie pourrait s'étendre dans une direction inclinée par rapport à la direction radiale. [0024] Selon une réalisation, les stries s'étendent sur une même hauteur dans une direction axiale. [0025] Selon une réalisation, les stries sont séparées régulièrement les unes des autres. Ainsi, chaque strie est séparée de sa strie adjacente par un même pas. On comprendra que toutes les stries d'une même zone de blocage en rotation sont espacées les unes des autres par un pas identique. Cela permet dc mieux répartir les forces de blocage en rotation exercées sur le stator et le flasque le long de la zone. [0026] Selon un deuxième mode de réalisation, le moyen de blocage en rotation est une bande de colle ou un adhésif. La colle et l'adhésif sont des moyens dc blocage en rotation qui sont simples, peu cher et fiables. [0027] L'invention concerne, en outre, une machine électrique tournante comprenant un stator tel que précédemment décrit et un carter comportant au moins un flasque portant le stator, le moyen de blocage en rotation étant agencé axialcment entre le corps de stator et le flasque. De la même manière que précédemment, un tel moyen de blocage en rotation permet de bloquer de manière fiable tout mouvement dc rotation du stator par rapport au carter quel que soit le type d'architecture de machine. [0028] Selon une réalisation, le flasque comporte une paroi transversale à partir de laquelle s'étend une jupe, le moyen de blocage en rotation est disposé axialement entre la jupe et le corps de stator. [0029] Selon une réalisation, la jupe présente un épaulement contre lequel le stator est maintenu. [0030] Selon une réalisation, le flasque présente une surface lisse destinée à être en contact avec le moyen de blocage en rotation du stator. [0031] La machine électrique tournante peut, avantageusement, former un alternateur, un altemo-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique. [0032] La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention et de l'examen des dessins annexés, sur lesquels : [0033] - la [fig.1] représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe d'une machine électrique tournante selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, [0034] - la [fig.2] représente, schématiquement et partiellement, une vue de côté d'un exemple d'assemblage du stator dans les flasques selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, [0035] - la [fig.3] représente, schématiquement et partiellement, une vue en perspective du stator selon le premier mode de réalisation de l'invention, [0036] - la [fig.4a] et la [Figure 4b] représentent, schématiquement et partiellement, des vues en coupe zoomée d'une portion du stator de la [Figure 3], respectivement, avant et après le montage du stator dans les flasques, et [0037] - la [fig.5] représente, schématiquement et partiellement, une vue en perspective du stator selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. [0038] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre. On notera également que les différentes figures ne sont pas nécessairement à la même échelle. [0039] La [fig.1] représente un exemple de machine électrique tournante 10 compacte et po- lyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine 10 transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante 10 est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique. [0040] Dans cet exemple, la machine 10 comporte un carter 11. A l'intérieur de ce carter 11, elle comporte, en outre, un arbre 13, un rotor 12 solidaire en rotation de l'arbre 13 et un stator 15 entourant le rotor 12. Le mouvement de rotation du rotor 12 se fait autour d'un axe X. [0041] Dans la suite de la description, les dénominations axiales, radiales, extérieures et in- térieures se réfèrent à l'axe X traversant en son centre l'arbre 13. La direction axiale correspond à l'axe X alors que les orientations radiales correspondent à des plans perpendiculaires à l'axe X. Pour les directions radiales, les dénominations extérieure ou intérieure s'apprécient par rapport au même axe X, la dénomination intérieure correspondant à un élément orienté vers l'axe et la dénomination extérieure désignant un éloignement de l'axe. Pour les directions axiales, les dénominations inférieures ou supérieures se réfèrent à l'ensemble rotor-stator. Ainsi, la dénomination inférieure correspond à un élément orienté vers ledit ensemble et la dénomination supérieure correspond à un élément dans une direction opposé audit ensemble. [0042] Dans cet exemple, le carter 11 comporte un flasque avant 16 et un flasque arrière 17 qui sont assemblés ensemble. Ces flasques 16, 17 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un palier accouplé à un roulement à billes 18, 19 respectif pour le montage à rotation de l'arbre 13. En outre, le carter 11 comporte des moyens de fixation 14 permettant le montage de la machine électrique tournante 10 dans le véhicule. [0043] Une poulie 20 est fixée sur une extrémité avant de l'arbre 13, au niveau du flasque avant 16. Cette poulie 20 permet de transmettre le mouvement de rotation à l'arbre 13 6 ou à r arbre 13 de transmettre son mouvement de rotation à la courroie. Dans la suite de la description, les dénominations avant/arrière se réfèrent à la poulie 20. Ainsi une face avant est une face orientée en direction de la poulie alors qu'une face arrière est une face orientée en direction opposée de la poulie. [0044] L'extrémité arrière de l'arbre 13 porte, ici, des bagues collectrices 21 appartenant à un collecteur 22. Des balais 23 appartenant à un porte-balais 24 sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices 21. Le porte-balais 24 est relié à un régulateur de tension (non représenté). [0045] Le flasque avant 16 et le flasque arrière 17 peuvent comporter, en outre, des ou- vertures sensiblement latérales pour le passage de l'air en vue de permettre le refroidissement de la machine électrique tournante par circulation d'air engendrée par la rotation d'un ventilateur avant 25 sur la face axiale avant du rotor 12 et d'un ventilateur arrière 26 sur la face axiale arrière du rotor. [0046] Dans cet exemple, le rotor 12 est un rotor à griffe. 11 comporte deux roues polaires 31, chacune formée d'un plateau 32 et d'une pluralité de griffes 33, un noyau 34 cylindrique intercalé axialement entre les roues polaires 31 et une bobine 35 enroulée autour du noyau. Par exemple, les bagues collectrices 21 appartenant au collecteur 22 sont reliées par des liaisons filaires à ladite bobine 35. Le rotor 12 peut également comporter des éléments magnétiques interposés entre deux griffes 33 adjacentes. [0047] Dans cet exemple de réalisation, le stator 15 comporte un corps 27 présentant une première face d'extrémité axiale 44 s'étendant en regard du flasque avant 16 et une deuxième face d'extrémité axiale 45 s'étendant en regard du flasque an-ière 17. De plus, le corps de stator 27 est en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches délimitées par des dents 40 et équipées d'isolant pour le montage d'un bobinage électrique 28. En particulier, le corps 27 comporte une culasse 39 présentant une périphérie interne à partir de laquelle s'étendent les dents 40. Chaque face d'extrémité axiale 44, 45 est formée d'une face d'extrémité axiale de la culasse et des faces d'extrémité axiales des dents. [0048] Le bobinage 28 traverse les encoches du corps 27 et forment un chignon avant 29 et un chignon arrière 30 de part et d'autre du corps du stator. Par ailleurs, le bobinage 28 est formé d'une ou plusieurs phases connectées, par exemple, en étoile ou en triangle ; chaque phase comportant au moins un conducteur électrique. Le bobinage 28 est relié électriquement à un ensemble électronique 36. [0049] L'ensemble électronique 36 comporte au moins un module électronique de puissance permettant de piloter une phase du bobinage 28. Ce module de puissance forme un pont redresseur de tension pour transformer la tension alternative générée par la machine 10 en une tension continue pour alimenter notamment la batterie et le réseau de bord du véhicule en mode alternateur. 7 [0050] Lorsque le bobinage électrique est alimenté électriquement à partir des balais, le rotor est magnétisé et devient un rotor inducteur avec formation de pôles magnétiques Nord-Sud au niveau des griffes. Cc rotor inducteur crée un courant induit alternatif dans le stator induit lorsque l'arbre est en rotation. Le pont redresseur transforme alors ce courant induit alternatif en un courant continu, notamment pour alimenter les charges et les consommateurs du réseau de bord du véhicule automobile ainsi que pour recharger sa batterie. [0051] Comme illustré plus précisément sur la [fig.2], le stator 15 comporte un moyen de blocage en rotation 37 disposé sur une des faces d'extrémité axiale 44, 45 du corps 27. Ce moyen 37 empêche toute rotation du corps de stator 27 par rapport au carter 11. Le moyen de blocage en rotation 37 est un élément additionnel rajouté à la structure du corps de stator, il ne s'agit pas simplement d'une force de serrage. [0052] Dans l'exemple représenté ici, le moyen de blocage en rotation 37 s'étend sur une zone de blocage de la face d'extrémité axiale 44, 45 du corps 27. Cette zone de blocage peut former un anneau, tel qu'illustré sur les figures, ou uniquement une portion d'anneau tel qu'un arc de cercle. [0053] Les flasques 16, 17 du carter 11 comporte, chacun, une paroi transversale 41 à partir de laquelle s'étend axialement une jupe 42, la jupe s'étendant notamment à partir de l'extrémité de la paroi transversale. Les flasques 16, 17 sont assemblés ensemble par l'intermédiaire d'un moyen de fixation. Dans un exemple d'architecture de machine tel que celui présenté ici, les flasques sont espacés l'un avec l'autre et sont, chacun, en contact avec le corps de stator 27 pour assurer l'assemblage. Autrement dit, les flasques 16, 17 ne sont pas en contact l'un avec l'autre. Par exemple, le moyen de fixation est un tirant ou une vis, chaque flasque comporte une ouverture, notamment réalisée dans la jupe 42 correspondante, pour permettre le passage dudit moyen de fixation. [0054] Le moyen de blocage en rotation 37 est disposé axialement entre la jupe 42 d'un des flasques 16, 17 et une des faces d'extrémité axiale 44, 45 du corps de stator 27. Plus précisément, ledit moyen 37 s'étend en contact avec la jupe 42 d'un des flasques 16, 17 et une des faces d'extrémité axiale 44, 45 du corps de stator 27. La jupe 42 présente un épaulement 48 dans lequel le corps de stator est logé. La surface interne de l'épaulement 48 qui est en contact avec le moyen de blocage 37 présente une surface lisse. Cette surface lisse s'étend sur une face d'extrémité axiale inférieure l'épaulement 48, c'est-à-dire une face en vis-à-vis du stator 15. [0055] Le moyen de blocage en rotation 37 s'étend sur une portion radiale de la culasse 39. Par exemple, cette portion radiale présente une largeur, dans une direction radiale, d'au moins 3 mm [0056] Dans l'exemple de réalisation illustré sur la [fig.2], le stator 15 comporte deux 8 moyens de blocage en rotation 37, chacun des moyens étant disposé sur une des deux faces d'extrémité axiale 44, 45 du corps 27. Les moyens 37 peuvent être identiques ou différents l'un de l'autre. [0057] Dans un premier mode de réalisation, le moyen de blocage en rotation 37 est formé d'une pluralité d'éléments en saillie. On entend par élément en saillie un élément formant une excroissance sur la face du corps de stator. Chaque élément en saillie forme une excroissance s'étendant à partir de la culasse 39 et en particulier à partir d'une face d'extrémité axiale de ladite culasse. Lesdits éléments sont en particulier issues de matière avec la culasse 39. [0058] Dans une variante du premier mode de réalisation non illustrée, ces éléments en saillie peuvent être différent les uns des autres de par leur forme ou leur dimension et être disposés de manière aléatoire et non ordonnée sur la face d'extrémité axiale de la culasse. Ces éléments en saillie peuvent être formés par exemple par grenaillage. [0059] Dans une autre variante de ce premier mode de réalisation illustré sur la [fig.3], les éléments en saillie sont des stries 46. Les stries forment des rainures sur la face d'extrémité axiale 44, 45 qui sont sensiblement identiques les unes avec les autres. Par exemple, les stries 46 sont réparties de manière homogène sur la face d'extrémité axiale 44, 45. Ainsi, chaque strie 46 est séparée de sa strie adjacente par un même pas de manière à former un motif répétitif le long de la zone de blocage. Par exemple, ce pas correspondant à l'espace entre deux stries adjacentes est au maximum de 36 mm, c'est-à-dire un angle de 30° au maximum. [0060] La [fig.421] et la [Figure 4b] sont des zooms d'une partie de la figure 3 rendant les stries 46 mieux visibles. [0061] La [fig.421] représente un exemple de strie 46 avant l'assemblage entre le stator 15 et le carter 11. Dans cet exemple, chaque strie 46 présentent une forme triangulaire. Cependant, tout type de forme peut être utilisé tant que cette forme est adaptée pour se déformer sous la pression exercée par la jupe 42 du flasque 16, 17 lors de l'assemblage du stator 15 dans le carter 11. [0062] La [fig.4b] représente un exemple de strie 46 après l'assemblage entre le stator 15 et le carter 11. Dans cet exemple, chaque strie 46 présentent une forme trapézoïdale. Les stries 46 ont ainsi été déformées, et notamment écrasées, par la jupe 42 pour permettre le blocage en rotation du stator. [0063] Une fois l'assemblage du stator 15 et du carter 11 réalisé, une première portion des stries, telle que le sommet, est en contact avec la jupe 42 du flasque et une deuxième portion des stries, telle que la base, est en contact avec la culasse 39. [0064] Par exemple, les stries 46 s'étendent sur une même hauteur dans une direction axiale. Cette hauteur est notamment au minimum de 0,025 mm avant déformation. [0065] Par exemple, les stries peuvent être enfoncées jusqu'à permettre un contact entre la 9 surface d'appui du corps de stator 27 et celle de la jupe 42. En l'occurrence, le taux d'écrasement de chaque strie 46 est ici de 100% pour permettre le blocage en rotation. [0066] Dans cet exemple, les stries 46 s'étendent ici, chacune, dans une direction radiale. [0067] Plusieurs moyens peuvent être utilisés pour former les stries 46. Par exemple, les stries peuvent être formées par déformation telle que par frappe ou être gravées. [0068] Le deuxième mode de réalisation dc la présente invention est représenté sur la [fig.5]. Dans cc mode de réalisation, le moyen de blocage en rotation 37 est formé d'une bande de colle ou un adhésif. La colle est notamment une colle résistante à haute température telle qu'une température supérieure à 200°C et résistante à la compression. De manière similaire, l'adhésif est notamment résistant à haute température telle qu'une température supérieure à 200°C et résistant à la compression. [0069] La présente invention trouve des applications en particulier dans le domaine des al- ternateurs, machine réversible ou moteur électrique mais elle pourrait également s'appliquer à tout type de machine tournante. [0070] Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de la présente invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. Par exemple, on ne sortira pas du cadre de l'invention en proposant une machine électrique tournante comprenant un rotor à aimant permanent. [0071] De plus, on comprendra qu'une même machine électrique tournante peut combiner les deux moyens de blocage en rotation décrit précédemment, par exemple un moyen en vis-à-vis du flasque avant et l'autre moyen en vis-à-vis du flasque arrière. [0072] En outre, on comprendra que les valeurs numériques des dimensions des stries ne sont données qu'à titre illustratif et dépendent de plusieurs facteurs tels que le diamètre et la hauteur du stator, les matériaux utilisés, la force de serrage des flasques et la puissance de la machine électrique tournante. 10