Brevet FR3127343A1 — publié le 20230324

L’invention concerne un stator pour machine électrique à flux axial comprenant : - une culasse (100) en forme globale de disque centré sur un axe longitudinal (A1) ; - des dents (200) réparties sur une face principale (101) de la culasse autour de l’axe longitudinal, chaque dent portant un bobinage (300) de fil conducteur. Selon l’invention, la culasse présente, entre au moins une paire de dents adjacentes, une épaisseur (E1, E2), mesurée parallèlement à l’axe longitudinal, qui varie le long d’une direction radiale (A2) perpendiculaire à l’axe longitudinal de telle sorte que l’épaisseur, est plus grande dans une zone de la culasse écartée de l’axe longitudinal que dans une zone de la culasse proche de l’axe longitudinal. Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Stator pour machine électrique à flux axial Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale les machines électriques. Elle concerne plus particulièrement un stator pour machine électrique à flux axial. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans les moteurs électriques pour véhicules automobiles électriques ou hybrides. Etat de la technique Un stator conventionnel de machine électrique à flux axial comprend une culasse en forme globale de disque centré sur un axe longitudinal et des dents réparties sur une face principale de la culasse autour de l’axe longitudinal, chaque dent portant un bobinage de fil conducteur. Sous l’effet de courants électriques, les bobines génèrent des champs magnétiques permettant au stator de mettre le rotor en mouvement. La culasse forme classiquement un disque d’épaisseur radialement constante, c’est-à-dire de même épaisseur depuis le centre du disque jusqu’à sa périphérie, l’épaisseur du disque représentant sa dimension selon l’axe longitudinal. Les dents s’élèvent classiquement selon l’axe longitudinal à partir de la culasse sur une hauteur radialement constante. La demanderesse a constaté que, lorsque le stator est en fonctionnement, la densité des flux magnétiques le parcourant est très inhomogène. Certaines parties, comme les parties des dents proches de l’axe longitudinal et la partie périphérique de la culasse, sont parcourues par des flux de densité élevée, ce qui génère des pertes fer importantes (pertes incluant les pertes par courant de Foucault et par hystérésis). Ces pertes fer importantes limitent l’efficacité et la puissance d’une machine électrique comprenant le stator. De plus, ces flux de densité élevée conduit aussi à une augmentation du courant injecté dans les bobines et donc à des pertes cuivre (pertes par effet Joule) importantes dans ces dernières. A l’inverse, d’autres parties, comme la partie de la culasse proche de l’axe longitudinal, sont parcourues par des flux de densité faible. Présentation de l'invention Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose un stator tel que défini dans l’introduction, dans lequel il est prévu que la culasse présente, entre au moins une paire de dents adjacentes (et de préférence entre au moins deux paires de dents adjacentes), une épaisseur, mesurée parallèlement à l’axe longitudinal, qui varie le long d’une direction radiale perpendiculaire à l’axe longitudinal de telle sorte que l’épaisseur est plus grande dans une zone de la culasse écartée de l’axe longitudinal que dans une zone de la culasse proche de l’axe longitudinal. Ainsi, grâce à l’invention, le flux magnétique parcourant la portion périphérique de la culasse, qui correspond à la zone écartée de l’axe longitudinal, circule dans un grand volume de matériau. La surépaisseur de la culasse dans sa portion périphérique permet donc de diminuer la densité du flux magnétique qui y circule, et par conséquent de limiter les pertes fer. De façon complémentaire, le stator selon l’invention permet également, par rapport à un stator conventionnel, d’économiser de la matière au niveau de la portion centrale, qui correspond à la zone proche de l’axe longitudinal. En effet, la densité du flux magnétique y circulant étant faible, affiner la culasse dans sa portion centrale n’augmente pas, ou très peu, les pertes fer. Il apparait donc que, par rapport à un stator conventionnel d’épaisseur constante, le stator selon l’invention permet de mieux répartir le matériau magnétique formant la culasse en prévoyant davantage de matériau dans une zone où la circulation du flux magnétique est élevée et/ou en économisant du matériau dans une zone où la circulation du flux magnétique est faible. Ainsi, la densité du flux magnétique parcourant la culasse est beaucoup plus homogène que dans un stator conventionnel, ce qui permet de limiter les pertes fer et d’augmenter l’efficacité ou la puissance du stator. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du stator conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - la culasse comprend une face secondaire plane opposée à la face principale et dans lequel la distance entre la face principale et la face secondaire croît en fonction de la distance par rapport à l’axe longitudinal ; - la face principale s’étend selon une surface tronconique ; - au moins une dent présente une hauteur, mesurée parallèlement à l’axe longitudinal, qui varie le long d’une autre direction radiale perpendiculaire à l’axe longitudinal de telle sorte que la hauteur est plus grande dans une zone de ladite dent proche de l’axe longitudinal que dans une zone de ladite dent écartée de l’axe longitudinal ; - la distance entre les dents de ladite paire, mesurée selon une direction orthoradiale orthogonale à l’axe longitudinal, varie le long de ladite direction radiale de telle sorte que la distance est plus grande dans une zone écartée de l’axe longitudinal que dans une zone proche de l’axe longitudinal ; - la distance entre les dents de ladite paire croît en fonction de la distance par rapport à l’axe longitudinal ; - le bobinage d’au moins une dent s’étend sur une hauteur plus grande d’un côté proche de ladite dent situé à proximité de l’axe longitudinal que d’un côté opposé et/ou présente un nombre de couches de fils plus grand du côté opposé que du côté proche ; - le fil conducteur formant ledit bobinage comprend : une longueur initiale bobinée de façon à réaliser des empilements internes, contre ladite dent, de formes triangulaires et dont les bases s’étendent en regard de ladite dent ; et une longueur terminale, jointive à la longueur initiale, bobinée de façon à réaliser des empilements externes de formes triangulaires, s’imbriquant dans les empilements internes ; - le stator comprenant en outre un conduit de refroidissement entre les dents de ladite paire, le conduit présentant une largeur, mesurée selon une autre direction orthoradiale orthogonale à l’axe longitudinal, qui varie le long de ladite direction radiale de telle sorte que ladite largeur est plus grande dans une zone du conduit écartée de l’axe longitudinal que dans une zone du conduit proche de l’axe longitudinal ; - ledit conduit est interposé entre une des dents de ladite paire et le bobinage porté par ladite dent ou entre les bobinages portés par les dents de ladite paire ; - ledit canal de refroidissement présente une base interposée entre le bobinage d’une dites dents de ladite paire et la culasse, la base présentant une épaisseur, mesurée parallèlement à l’axe longitudinal, décroissante en fonction de la distance par rapport à l’axe longitudinal. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'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. Stator pour machine électrique à flux axial comprenant : - une culasse (100) en forme globale de disque centré sur un axe longitudinal (A1) ; - des dents (200) réparties sur une face principale (101) de la culasse (100) autour de l’axe longitudinal (A1), chaque dent (200) portant un bobinage (300) de fil conducteur, caractérisé en ce que la culasse (100) présente, entre au moins une paire de dents (200) adjacentes, une épaisseur (E1, E2), mesurée parallèlement à l’axe longitudinal (A1), qui varie le long d’une direction radiale (A2) perpendiculaire à l’axe longitudinal (A1) de telle sorte que l’épaisseur (E1, E2), est plus grande dans une zone de la culasse (100) écartée de l’axe longitudinal (A1) que dans une zone de la culasse (100) proche de l’axe longitudinal (A1). Stator selon la revendication 1, dans lequel la culasse (100) comprend une face secondaire (102) plane opposée à la face principale (101) et dans lequel la distance entre la face principale (101) et la face secondaire (102) croît en fonction de la distance par rapport à l’axe longitudinal (A1). Stator selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la face principale (101) s’étend selon une surface tronconique. Stator selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une dent (200) présente une hauteur (H4, H5), mesurée parallèlement à l’axe longitudinal (A1), qui varie le long d’une autre direction radiale (A3) perpendiculaire à l’axe longitudinal (A1) de telle sorte que la hauteur (H4, H5) est plus grande dans une zone de ladite dent (200) proche de l’axe longitudinal (A1) que dans une zone de ladite dent (200) écartée de l’axe longitudinal (A1). Stator selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la distance entre les dents (200) de ladite paire, mesurée selon une direction orthoradiale (A4) orthogonale à l’axe longitudinal (A1), varie le long de ladite direction radiale (A2) de telle sorte que la distance est plus grande dans une zone écartée de l’axe longitudinal (A1) que dans une zone proche de l’axe longitudinal (A1). Stator selon la revendication 5, dans lequel la distance entre les dents (200) de ladite paire croît en fonction de la distance par rapport à l’axe longitudinal (A1). Stator selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le bobinage (300) d’au moins une dent (200) s’étend sur une hauteur plus grande d’un côté proche (205) de ladite dent (200) situé à proximité de l’axe longitudinal (A1) que d’un côté opposé (206) et/ou présente un nombre de couches (301, 302, 303, 304) de fils plus grand du côté opposé (206) que du côté proche (205). Stator selon la revendication 7, dans lequel le fil conducteur formant ledit bobinage (300) comprend : - une longueur initiale (310) bobinée de façon à réaliser des empilements internes (311, 312), contre ladite dent (200), de formes triangulaires et dont les bases s’étendent en regard de ladite dent (200) ; et - une longueur terminale (320), jointive à la longueur initiale (310), bobinée de façon à réaliser des empilements externes (321, 322) de formes triangulaires, s’imbriquant dans les empilements internes (311, 312). Stator selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant en outre un conduit de refroidissement (400) entre les dents (200) de ladite paire, le conduit (400) présentant une largeur, mesurée selon une autre direction orthoradiale orthogonale à l’axe longitudinal (A1), qui varie le long de ladite direction radiale (A2) de telle sorte que ladite largeur est plus grande dans une zone du conduit (400) écartée de l’axe longitudinal (A1) que dans une zone du conduit (400) proche de l’axe longitudinal (A1). Stator selon la revendication 9, dans lequel ledit conduit (400) est interposé entre une des dents (200) de ladite paire et le bobinage (300) porté par ladite dent (200) ou entre les bobinages (300) portés par les dents (200) de ladite paire.