TITRE : Elément isolant électrique pour stator, stator, machine électrique, capteur et aéronef associés

Domaine technique de l’invention

L’ invention concerne l’ isolation électrique d’ ensembles électriques comprenant un stator bobiné, et plus particulièrement de machines électriques et de capteurs.

L’ invention concerne plus particulièrement un élément isolant électrique pour un stator, un stator comprenant un tel élément isolant, et une machine électrique tournante et un capteur comprenant un tel stator.

Etat de la technique antérieure

Généralement, lors de la réalisation d’un stator pour une machine électrique tournante ou pour un capteur par exemple du type résolveur, il est nécessaire de tasser les bobines statoriques enroulées autour des dents statoriques de la masse magnétique du stator pour réduire l’encombrement du stator.

Afin de garantir un isolement électrique satisfaisant entre la masse magnétique et les bobines statoriques, les faces situées aux extrémités de la masse magnétique selon une direction longitudinale du stator sont émaillées .

L’ émaillage des faces d’ extrémité est réalisé par exemple par poudrage électrostatique.

Cependant, l’ émaillage par poudrage électrostatique nécessite des moyens industriels conséquents pour cuire la masse magnétique recouverte de poudre.

En outre, le poudrage électrostatique nécessite des moyens de protection pour empêcher la diffusion et l’ inhalation de la poudre par des opérateurs.

De plus, le tassage des bobines statoriques peut fissurer et écailler l’ émaillage mettant en défaut l’ isolation électrique du stator.

Les éclats peuvent en outre se diffuser dans le stator et endommager le stator et un rotor logé dans le stator lors de la rotation du rotor. Le document FR 2986385 divulgue un moteur électrique isolé mis en œuvre dans un environnement inflammable, comportant des cavités statoriques.

Chaque cavité est remplie par un matériau adhésif disposé dans la cavité et une substance de remplissage collée au matériau adhésif.

On pourra également se référer au document WO 2018/131703 qui divulgue un stator pour une machine électrique tournante comportant des encoches comportant des bobines statoriques.

Les encoches sont recouvertes d’un isolant collé sur les faces des encoches de sorte que les bobines statoriques ne soient pas en contact avec les faces des encoches.

Le but de l’ invention est de pallier tout ou partie de ces inconvénients.

Exposé de l’invention

Au vu de ce qui précède, l’ invention a pour objet un élément isolant électrique pour stator comprenant un empilement de tôles magnétiques comportant au moins une première dent statorique et comprenant au moins une première bobine statorique enroulée autour de la première dent statorique, la première dent statorique comportant une première face d’extrémité située à l’une des extrémités de l’ empilement de tôles magnétiques, l’ élément isolant comprenant une feuille isolante électriquement comportant une face enduite d’un adhésif.

L’élément isolant est configuré pour s’intercaler entre la première face de la première dent statorique et la bobine statorique, la face enduite d’ adhésif étant collée sur la première face.

L’ élément isolant obtenu à partir d’une feuille isolante électriquement et collé sur la première dent statorique se déforme lors du tassement de la bobine de sorte qu’il ne se déchire pas permettant d’ augmenter la pression de tassage de la bobine pour réduire l’ encombrement du stator et améliorer l’isolement électrique de la bobine par rapport à l’ empilement de tôles magnétiques.

L’ épaisseur de l’ élément isolant égale à l’ épaisseur de la feuille isolante électriquement est constante pour l’ ensemble de l’ élément isolant permettant une meilleure maîtrise de l’ épaisseur d’ isolation. En outre, aucun élément de l’ élément isolant n’ est susceptible d’ endommager une machine électrique tournante.

De préférence, l’ élément isolant en forme de U est obtenu par pliage de la feuille isolante et configuré pour s’ insérer selon une direction longitudinale du stator sur la première dent statorique de sorte que l’ élément isolant s’intercale en outre entre la première bobine statorique et des faces latérales de la première dent statorique, la face enduite d’ adhésif étant configurée pour être collée sur les faces latérales de la première dent statorique.

Avantageusement, l’ élément isolant est en outre configuré pour s’intercaler entre la première bobine statorique et au moins une surface latérale d’une encoche délimitée par la première dent statorique et une deuxième dent statorique de l’ empilement de tôles magnétiques attenante à la première dent statorique, la surface latérale de l’encoche s’ étendant entre une face latérale de la première dent statorique et une face latérale de la deuxième dent statorique attenante à la première dent statorique, la face enduite d’ adhésif étant en outre collée sur la face latérale de l’ encoche.

De préférence, l’ empilement de tôles magnétiques comporte en outre une deuxième dent statorique, le stator comprenant une deuxième bobine statorique enroulée autour de la deuxième dent statorique, l’ élément isolant étant en outre configuré pour s’intercaler entre la première face d’ extrémité de la deuxième dent statorique et la deuxième bobine statorique enroulée autour de la deuxième dent statorique.

Il est également proposé un stator comprenant un empilement de tôles magnétiques comportant au moins une première dent statorique, au moins une bobine statorique enroulée autour de la première dent statorique et un élément isolant en forme de U tel que défini précédemment, la première dent statorique comportant une première face d’ extrémité située à l’une des extrémités de l’ empilement de tôles magnétiques, la face enduite d’ adhésif étant collée sur la première face, l’ élément isolant étant intercalé entre la première face et la bobine statorique.

De préférence, le stator comprend en outre un deuxième élément isolant en forme de U tel que défini précédemment, la première dent statorique comportant une deuxième face d’ extrémité située à l’ autre extrémité de l’ empilement de tôles magnétiques, la face enduite d’ adhésif du deuxième élément isolant étant collée sur la deuxième face, le deuxième isolant étant intercalé entre la deuxième face et la bobine statorique.

Avantageusement, l’ élément isolant est en forme de U, ledit élément isolant est inséré selon une direction longitudinale du stator sur la première dent statorique de sorte que l’élément isolant s’intercale en outre entre la bobine statorique et des faces latérales de la première dent statorique, la face enduite d’ adhésif dudit élément isolant étant en outre collée sur les faces latérales de la première ² dent statorique.

De préférence, l’ empilement de tôles magnétiques comporte en outre une deuxième dent statorique attenante à la première dent statorique, les première et deuxième dents statoriques délimitant une encoche comportant au moins une surface latérale s’ étendant entre une face latérale de la première dent statorique et une face latérale de la deuxième dent statorique attenante à la face latérale de la dent statorique, l’ élément isolant en forme de U est en outre intercalé entre la surface latérale de l’ encoche et la bobine statorique, la face enduite d’ adhésif étant en outre collée sur la face latérale de l’ encoche.

Il est également proposé une machine électrique tournante comprenant un stator tel que défini précédemment.

Il est également proposé un capteur comprenant un stator tel que défini précédemment.

Il est également proposé un aéronef comprenant au moins une machine électrique tournante tel que défini précédemment ou au moins un capteur tel que défini précédemment.

Brève description des dessins

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

[Fig 1 ] illustre schématiquement un aéronef selon l’invention ; [Fig 2] illustre schématiquement un exemple d’un stator selon l’ invention ;

[Fig 3]

[Fig 4] illustrent schématiquement un premier mode de réalisation de l’ élément isolant électriquement selon l’ invention ;

[Fig 5] illustre schématiquement un deuxième exemple du stator selon l’ invention ;

[Fig 6]

[Fig 7] illustrent schématiquement un deuxième mode de réalisation de l’ élément isolant électriquement selon l’ invention ;

[Fig 8] illustre schématiquement un exemple d’un procédé d’ obtention du stator selon l’invention,

[Fig 9] illustre schématiquement un troisième exemple du stator selon l’ invention, et

[Fig 10] illustre schématiquement un capteur selon l’invention.

Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation

On se réfère à la figure 1 qui illustre schématiquement un aéronef 1 comprenant une machine électrique tournante 2 comportant un stator 3 bobiné ayant un axe central A et un rotor 4 disposé dans le stator 3.

La figure 2 illustre un exemple du stator 3.

La stator 3 comprend un empilement 5 de tôles magnétiques comportant des dents statoriques 6.

Chaque dent statorique 6 comprend une première face 7 d’ extrémité située à l’une des extrémités de l’ empilement 5 de tôles magnétiques, et une deuxième face 8 d’ extrémité située à l’ autre extrémité de l’ empilement 5 de tôles magnétiques.

Deux dents 6 attenantes délimitent une encoche E.

Le stator 3 comprend en outre des bobines 9 statoriques enroulées chacune autour d’une dent statorique 6 différente et des cales d’ encoche 16 maintenues chacune par les extrémités libres de deux dents 6 statoriques attenantes.

Les encoches E logent les bobines 9. Afin de simplifier la représentation du stator 3 , seule une bobine 9 enroulée autour d’une dent 6 est représentée.

Le stator 3 comprend en outre des éléments isolants 10 électriques comprenant chacun une feuille isolante électriquement comportant une face enduite d’un adhésif.

La feuille isolante électriquement comprend par exemple du papier aramide.

L’ adhésif est par exemple de la colle.

Un élément isolant 10 est intercalé entre la première face 7 d’ extrémité de chaque dent 6 statorique et la bobine 9 enroulée autour de ladite dent 6.

Un autre élément isolant 10 est intercalé entre la deuxième face 8 d’ extrémité de chaque dent 6 statorique et la bobine 9 enroulée autour de ladite dent 6.

La face enduite d’ adhésif de chaque élément isolant 10 est collée sur l’une des première ou deuxième face d’ extrémité 7, 8 de la dent 6 statorique.

Les figures 3 et 4 illustrent un premier mode de réalisation de l’ élément isolant 10 en forme de U obtenu par pliage de la feuille isolante électriquement et un patron de l’ élément isolant 10 déplié.

L’ élément isolant 10 comprend deux extension 1 1 , 12 reliées à une base 13 formant un cavalier.

Les deux extensions 1 1 , 12 sont séparées d’une distance D égale à la largeur de la base 13 et égale à l’ épaisseur de la dent statorique 6 selon une direction circonférentielle de l’ empilement 5 de tôles magnétiques.

L’ élément isolant 10 s’insère selon une direction longitudinale du stator 3 sur la dent statorique 6 de sorte que la base 13 soit collée sur l’une des première et deuxième face d’ extrémité 7 , 8 de la dent 6 statorique, et de sorte que les deux extensions 1 1 , 12 soient collées sur les faces latérales de la dent 6 statorique.

La longueur L de la base 13 est choisie de sorte que la bobine 9 ne soit pas en contact avec la première ou deuxième face d’ extrémité 7, 8 de la dent 6 statorique. La hauteur H des deux extensions 1 1 , 12 est par exemple choisie de sorte que lorsque deux éléments isolants 10 sont disposées sur une dent 6, la bobine 9 n’ est pas en contact avec les faces latérales de ladite dent.

La figure 5 illustre un deuxième exemple du stator 3 comportant un deuxième mode de réalisation de l’ élément isolant 10.

Les figures 6 et 7 illustrent un exemple du deuxième mode de réalisation de l’ élément isolant 10 et un patron de l’ élément isolant 10 déplié.

L’ élément isolant 10 comprend en outre des ailes 14, 15 reliées à une première extension 1 1.

En variante, les ailes 14, 15 sont reliées à la deuxième extension 12 ou chaque aile 14, 15 est reliée à une extension différente 1 1 , 12.

Une première aile 14 est collée sur une première surface latérale de l’ encoche E s’ étendant au pied des dents 6 entre deux faces latérales en regard l’une de l’ autre de deux dents 6 statoriques attenantes.

La deuxième aile 15 est collée sur une deuxième surface latérale de l’ encoche E s’ étendant à l’ extrémité libre des dents 6 entre deux faces latérales en regard l’une de l’ autre de deux dents 6 statoriques attenantes.

La deuxième aile 15 est collée sur la cale d’ encoche 16.

Les longueurs L1 et L2 des première et deuxième ailes 14, 15 sont choisies de sorte que les bobines 9 ne soient pas en contact avec les première et deuxième surfaces de l’ encoche E.

La figure 8 illustre un exemple d’un procédé d’ obtention du stator 3.

Lors d’une étape 20, les patrons des élément isolants 10 sont découpés dans la feuille isolante électriquement.

Puis durant une étape 21 , les éléments isolants 10 sont insérés sur les dents 6 et collés sur les dents 6.

Si les éléments isolants 10 comportent en outre les ailes 14, 15, les ailes 14, 15, sont collées sur les surfaces latérales des encoches E et les cales d’ encoches 16.

Si les éléments isolants 10 ne comportent pas les ailes 14, 15, un isolant électrique est appliqué sur les surfaces latérales des encoches E. L’isolant électrique comporte par exemple un vernis.

En variante, aucun isolant électrique n’est appliqué sur les surfaces latérales de l’encoche E, l’isolation électrique étant réalisé seulement par la gaine des fils formant les bobines statoriques.

Durant une étape 22, lorsque les élément isolants 10 sont collés, les bobines 9 sont enroulées autour des dents 6.

Puis, durant une étape 23, les bobines 9 sont tassées afin de réduire la hauteur selon l’ axe A du stator 3.

L’ isolement électrique de chaque bobine 9 par rapport à l’ empilement 5 de tôles est contrôlé.

Comme les éléments isolants 10 sont obtenus à partir d’une feuille isolante électriquement et sont collé sur les dents 6, les éléments isolant 10 se déforment lors du tassement des bobines 9 de sorte qu’ ils ne se déchirent pas permettent d’ augmenter la pression de tassage des bobines 9 pour réduire l’ encombrement du stator 3.

Comme les éléments isolants 10 ne se déchirent pas, l’ isolement électrique de chaque bobine 9 par rapport à l’ empilement 5 de tôles est améliorée.

L’ épaisseur de l’ élément isolant 10 égale à l’ épaisseur de la feuille isolante électriquement est constante pour l’ ensemble de l’ élément isolant 10 permettant une meilleure maîtrise de l’ épaisseur d’isolation.

En outre, aucun élément susceptible d’ endommager la machine électrique tournante 2 lors de la rotation du rotor 4 ne se détache des éléments isolants 10.

Les éléments isolants 10 sont réalisés par découpage et pliage d’un patron dans des feuilles isolantes électriquement de sorte qu’ils ne nécessitent pas la mise en œuvre d’ infrastructures industrielles nécessitant des mesures de protection pour les opérateurs, tels que la mise en œuvre de fours, de dispositifs de projection de poudre facilitant et réduisant la durée de réalisation de l’isolement des bobines 9 par rapport à l’ empilement de tôles.

Les éléments isolants 10 selon le premier mode de réalisation permettent d’ isoler électriquement les bobines 9 des faces d’ extrémité des dents 6, des faces latérales des dents 6 et des arrêtes des faces d’ extrémité des dents 6.

Les éléments isolants 10 selon le deuxième mode de réalisation permettent en outre d’isoler électriquement les bobines 9 des faces latérales des encoches E.

La figure 9 illustre un troisième exemple du stator 3 comportant un troisième mode de réalisation de l’ élément isolant 10.

Dans ce mode de réalisation, l’ élément isolant 10 comprend des motifs 30 découpés dans la feuille isolante électriquement de l’ élément isolant 10 et reliés entre eux de sorte que chaque motif recouvre l’une des première ou deuxième face d’extrémité 7, 8 de la dent 6 statorique.

L’ isolation électrique de l’une des première ou deuxième face d’ extrémité 7, 8 des dents 6 statoriques par rapport aux bobines 9 est réalisée par un seul élément isolant 10.

Selon un autre mode de réalisation non représenté du stator 3, l’une des première ou deuxième face d’ extrémité 7, 8 de chaque dent 6 est isolée électriquement de la bobine 9 par un élément isolant 10 selon l’un des premier, deuxième ou troisième mode de réalisation, et l’ autre face d’ extrémité 8, 7 est isolée électriquement de la bobine 9 par un élément isolant selon un autre mode de réalisation parmi le premier, le deuxième et le troisième mode de réalisation de l’ élément isolant 10 permettant un panachage des modes de réalisation de l’ élément isolant 10.

Selon un autre mode de réalisation, le stator 3 est implémenté dans un capteur 20 par exemple du type résolveur (représenté à la figure 10) .

Des bobines sinus, cosinus et d’ excitation sont enroulées autour des dents 6 et isolées électriquement des dents 6 par au moins un élément isolant 10.