Titre de l’invention : Procédé d’assemblage des dents d’un stator à un carter

[0001] L’invention concerne une architecture de dents de stator ou d’un carter dans une machine électrique tournante à flux axial, notamment du type à aimants permanents, en vue de leur assemblage.

[0002] De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator, solidaire d’un carter, et un rotor, solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur ou d'un moteur électrique. Le carter est configuré pour porter à rotation l'arbre du rotor, par exemple par l'intermédiaire de roulements.

[0003] Le rotor est pourvu de pôles formés par exemple par des aimants permanents alors que le stator comporte des bobinages des phases, constitués typiquement par des bobines fermées sur elles-mêmes qui sont enroulées autour de dents.

[0004] Dans les machines électriques à flux axial, stator et rotor sont agencés de manière à ce que le flux électromagnétique circule parallèlement à l’arbre du rotor. La plupart des machines électriques à flux axial comprennent plusieurs stators et/ou rotors présentant chacun une forme de disque, ces éléments étant séparés, suivant la direction axiale de l’arbre du rotor, par des interstices appelés des entrefers.

[0005] Dans certaines configurations, deux stators sont disposés de part et d’autre d’un rotor suivant la direction axiale de l’arbre du rotor. Chaque stator peut alors être uniquement composé des dents et de leurs bobinages, lesquelles sont fixées au carter. L’invention se rapporte plus particulièrement à ce type de configurations.

[0006] L’ assemblage des dents du stator sur le carter influence grandement le rendement de la machine électrique. En effet, cet assemblage permet de maîtriser l’entrefer entre le stator et le rotor. L’entrefer répond notamment à des contraintes de distance très précises pour que le champ magnétique formé par le stator puisse entraîner le rotor en mode moteur. En outre, l’assemblage doit résister aux sollicitations subies par la machine électrique (vibrations, température. . .).

[0007] De plus, cet assemblage influence également le refroidissement de l’organe qui se fait, dans certaines configurations, par des circuits de refroidissement agencés sur les faces externes des carters.

[0008] Il existe plusieurs solutions d’assemblage des dents du stator au carter, une première solution étant un assemblage par vissage. Cependant, cette solution apporte de l’ajout de matière et elle peut nécessiter de modifier la forme du circuit de refroidissement pour être implémentée.

[0009] Une deuxième solution consiste à coller les dents du stator sur le carter. Mais l’utilisation de la colle entre deux surfaces planes peut engendrer plusieurs problématiques. En effet, si la quantité de colle n’est pas uniforme alors la dent sera mal positionnée sur le carter, l’entrefer ne serait alors pas maîtrisé. De plus, des bulles d’air peuvent être créées lors de l’assemblage ce qui entraînerait une diminution de la surface de collage et donc de la tenue de la dent ainsi qu’une diminution de l’efficacité du circuit de refroidissement puisque l’échange thermique serait moins optimal.

[0010] Il existe donc un besoin pour une architecture de dent ou de carter permettant de l’assembler par collage au carter tout en gardant un entrefer constant et évitant la création de bulles d’air.

[0011] A cet effet, la présente invention propose un élément de machine électrique qui présente une face plane d’assemblage destinée à être assemblée par collage à une face plane d’assemblage d’un autre élément d’une machine électrique. Ledit élément comprend au moins deux nervures disposées en saillie de sa face plane d’assemblage et présentant sur toute leur longueur une même hauteur mesurée perpendiculairement à ladite face plane d’assemblage.

[0012] L’utilisation de la technique de collage de deux éléments de machine électrique présente l’avantage de les fixer sans ajouter de pièces. De plus, la présence de nervures permet d’assurer une réserve de colle suffisante tout en minimisant les bulles d’air pour assurer un collage total et optimal des deux éléments. En outre, les nervures étant toutes de même hauteur, elles permettent de maintenir un espacement identique entre les deux éléments assemblés après collage. La réserve de colle est déterminée par la hauteur des nervures qui, préférentiellement, peut être de 0,2 millimètres à 0,8 millimètres.

[0013] La solution proposée est également facile à mettre en œuvre industriellement, notamment lorsque que les nervures sont réalisées par poinçonnage.

[0014] Avantageusement et de manière non limitative, la face d’assemblage peut être définie par une pluralité de bords et les au moins deux nervures peuvent s’étendre d’un bord à un autre bord de la face d’assemblage.

[0015] Un avantage est de pouvoir maîtriser la quantité de colle en réserve sur une plus grande surface puisque les au moins deux nervures s’étendent d’un bord à un autre de la face d’assemblage.

[0016] Avantageusement et de manière non limitative, une nervure peut être disposée le long d’un bord de la face d’assemblage et l’au moins une autre nervure peut être disposée le long d’un bord opposé de la face d’assemblage.

[0017] Un avantage est également de maîtriser une plus grande surface pour la quantité de colle qui est encadrée par les au moins deux nervures et de faciliter la réalisation de l’élément, notamment lorsqu’il s’agit d’une dent de stator.

[0018] Avantageusement et de manière non limitative, les au moins deux nervures peuvent être parallèles entre elles.

[0019] Avantageusement et de manière non limitative, les au moins deux nervures peuvent présenter une section transversale de forme identique sur toute leur longueur.

[0020] Ceci peut permettre un étalement identique de la colle le long des bords des nervures. On notera que les nervures peuvent présenter une section transversale de forme identique mais de dimensions variables sur leur longueur. Ceci peut permettre de maintenir par exemple des bords en regards des nervures parallèles entre eux. Alternativement, les nervures peuvent présenter une section transversale de forme et dimensions identiques sur toute leur longueur.

[0021] De manière générale, il pourra être plus simple de réaliser des nervures identiques.

[0022] Avantageusement et de manière non limitative, chaque nervure peut présenter au moins une des caractéristiques suivantes :

- une section transversale en forme de quadrilatère, optionnellement en forme de trapèze, dont un premier côté est solidaire de la face d’assemblage et dont au moins les angles entre un deuxième côté opposé au premier côté et des côtés latéraux les reliant sont arrondis,

- une section transversale symétrique par rapport à un plan longitudinal médian perpendiculaire à la face d’assemblage.

[0023] Une section transversale en forme de quadrilatère dont au moins deux angles, voire tous les angles, sont arrondis permet à la colle présente entre le sommet de la nervure et la face d’assemblage de l’autre élément d’être évacuée sur les côtés de chaque nervure lors de la mise en pression des deux éléments pour réaliser le collage et d’assurer ainsi un contact direct sans couche de colle entre le sommet de la nervure et la face d’assemblage de l’autre élément de machine électrique.

[0024] Cette évacuation peut être favorisée par une section transversale de forme trapézoïdale, dont la grande base est solidaire de la face d’assemblage et dont au moins les angles entre la petite base et les côtés latéraux sont arrondis.

[0025] La symétrie de la section transversale, quant à elle, assure un étalement identique de la colle de chaque côté d’une nervure.

[0026] Avantageusement et de manière non limitative, l’élément de machine électrique peut-être choisi parmi une dent de stator et un carter.

[0027] Un autre objet de l’invention est un organe d’une machine électrique tournante, notamment de machine électrique à flux axial, comprenant une pluralité de premiers éléments définissant chacun une dent de stator et un second élément définissant un carter. Chaque premier élément présentant une face plane d’assemblage assemblée par une couche de colle à une face plane d’assemblage du second élément, et chacun des premiers éléments ou le second élément est un élément tel que décrit précédemment. Au moins deux nervures s’étendent alors entre la face d’assemblage de chaque premier élément et la face d’assemblage du second élément, et la couche de colle s’étend d’une face d’assemblage de chaque premier élément à la face d’assemblage du deuxième élément, chaque nervure de la face d’assemblage d’un élément étant en contact direct avec la face d’assemblage de l’élément en regard.

[0028] Par contact direct, on entend qu’il n’y a pas de colle entre la nervure et la face d’assemblage de l’élément en regard au niveau de leur zone de contact.

[0029] Avantageusement et de manière non limitative, chaque premier élément définissant une dent de stator peut être formé d’un empilement de tôles suivant une direction d’empilement, chaque tôle s’étendant perpendiculairement à la face d’assemblage du carter. Les au moins deux nervures peuvent alors avantageusement s’étendre parallèlement à une direction d’empilement des tôles.

[0030] L’invention concerne aussi une machine électrique tournante, notamment à flux axial, comprenant un rotor comportant un disque de rotor et un arbre, et deux organes tels que décrit précédemment, dans lequel le disque de rotor est solidaire en rotation de l’arbre et les deux organes sont montés de part et d’autre du disque de rotor, la face d’assemblage du carter de chaque organe étant dirigée vers le disque de rotor et le carter de chaque organe étant monté sur l’arbre via des roulements, les deux carters étant assemblés l’un à l’autre.

[0031] L’invention peut notamment concerner un véhicule automobile équipé de la machine électrique tournante décrite précédemment.

[0032] D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre indicatif mais non limitatifs, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

[0033] [Fig. 1] est une vue en coupe d’une machine électrique tournante à flux axial.

[0034] [Fig. 2] est une vue en perspective d’une dent de stator selon une mise en œuvre de l’invention.

[0035] [Fig. 3] est une vue en perspective d’une dent de stator selon une autre mise en œuvre de l’invention.

[0036] [Fig. 4] est une vue en coupe d’un organe d’une machine électrique tournante selon un mode de mise en œuvre de l’invention.

[0037] [Fig. 5] est une vue en coupe d’une nervure d’un organe d’une machine électrique tournante selon un mode de mise en œuvre de l’invention.

[0038] [Fig. 6] est une vue en coupe d’une nervure d’un organe d’une machine électrique tournante selon un autre mode de mise en œuvre de l’invention.

[0039] L’invention concerne une machine électrique 1 tournante à flux axial dans un véhicule automobile.

[0040] En référence à la figure 1, la machine électrique 1 tournante à flux axial comprend un rotor comprenant un disque de rotor 2 solidaire en rotation d’un arbre 3 de sortie. L’axe de rotation de cet arbre 3 s’étend perpendiculairement au disque de rotor 2 et passe au centre de ce dernier. De chaque côté du disque de rotor 2, la machine électrique 1 comprend également un organe 4 comprenant une pluralité de premier éléments définissant chacun une dent 5 de stator assemblé à un second élément définissant un carter 6. Cet organe 4 est séparé du disque de rotor 2 par une distance fixe prédéterminée appelée entrefer 7.

[0041] Les deux organes 4 sont similaires et présentent les mêmes éléments. Par souci de clarté, sur la figure 1, les éléments d’un seul des organes ont été désignés par des références et dans la suite de la description, seul l’un des organes 4 est décrit en détail, la structure de l’autre organe 4 étant identique ou similaire.

[0042] Le carter métallique 6 de l’organe 4 présente une face interne 8 et une face externe 9 opposée à la face interne 8. Ces faces 8, 9 sont les faces d’une paroi 14 du carter. Le carter peut être composé de tout métal ou alliage utilisé pour fabriquer habituellement des carters comme par exemple de l’aluminium. Le carter 6 est également monté sur l’arbre 3 via des roulements 10.

[0043] Le carter 6 présente une forme de demi-coque recouvrant ainsi le stator 5 et, en partie, le disque de rotor 2. Il présente ainsi une paroi 14 sensiblement plane venant définir les faces interne 8 et externe 9 et qui s’étend parallèlement au disque de rotor 2, cette paroi 14 étant munie d’une paroi latérale externe 15 formant une face dédiée à l’accouplement avec l’autre carter et d’une paroi latérale interne 16 comportant un logement de roulement. Les deux cartes des organes 4, situés de part et d’autre du disque de rotor 2 sont ainsi assemblés l’un à l’autre par leurs parois latérales externes 15. La face interne 8, aussi appelée face plane d’assemblage 8, est ainsi définie (délimitée) par une pluralité de bords. Cette face plane d’assemblage 8 de chaque carter est ainsi en regard d’une face du disque de rotor 2. Les roulements 10 sont reçus dans les logements de roulement des parois latérales internes 16 des organes 4 et des logements correspondants de l’arbre 3.

[0044] Les dents 5 du stator sont ici arrangées de sorte à former un disque, ou plus précisément un anneau, dont le centre définit un passage cylindrique pour l’arbre 3. Elles sont donc placées radial ement par rapport à ce passage cylindrique, à équidistance de ce dernier.

[0045] Les dents 5 sont typiquement fabriquées à partir d’un empilage de tôles métalliques 12, chaque tôle s’étendant perpendiculairement à la face interne 8 du carter 6 après assemblage. Les tôles métalliques 12 peuvent être formées de tout métal ou alliage utilisé habituellement pour les stators comme par exemple un alliage composé de fer et de silicium. Les dents 5 du stator sont entourées de fils métalliques 13 formant ainsi la bobine. Les fils métalliques 13 peuvent être fabriqués avec des métaux ou alliages appropriés pour former une bobine comme par exemple le cuivre.

[0046] Les dents 5 du stator comprennent également une face plane d’assemblage 11 définie (délimitée) par une pluralité de bords et destinée à être solidarisée par collage à la face interne 8 du carter 6, qui est également une face plane d’assemblage 8. Dans l’exemple représenté, la face plane d’assemblage 11 présente la forme d’un quadrilatère, ici un trapèze et est ainsi délimitée par quatre bords l ia, 11b, 11c, 1 Id. L’invention n’est toutefois pas limitée à une forme de face plane d’assemblage. Cette dernière dépend notamment du type de dent utilisé.

[0047] Selon l’invention, les dents 5 d’un organe 4 sont assemblées au carter 6 associé par de la colle.

[0048] La colle utilisée est typiquement une colle époxy ou bi-composant.

[0049] Pour optimiser le collage de ces éléments, au moins deux nervures 17 sont disposées en saillie d’une des faces planes d’assemblage 8, 11. Ces nervures 17 permettent ainsi de séparer les faces planes d’assemblage, formant un espace libre qui peut être rempli de colle. Préférentiellement le nombre de nervures est de deux mais un nombre supérieur peut être envisagé suivant l’architecture de l’élément à coller.

[0050] Ces nervures 17 s’étendent de la face d’assemblage de l’élément dont elles sont solidaires à la face d’assemblage de l’autre élément. Ainsi, lorsque les éléments 5 et 6 de l’organe 4 sont assemblés, les sommets des nervures sont en contact avec une face d’assemblage. Les nervures 17 présentent sur toute leur longueur une même hauteur mesurée perpendiculairement à la face d’assemblage dont elles sont solidaires. Elles sont ainsi disposées de telle sorte à créer un ou plusieurs espaces libres formant chacun une réserve 18 de colle de même hauteur qu’elles. Ces réserves sont formées entre les nervures et/ou entre les nervures et les bords de la face d’assemblage. La hauteur des nervures 17 peut ainsi être choisie en fonction de la quantité de colle à appliquer pour un assemblage optimum, elle est typiquement choisie entre 0,2 mm et 0,8 mm et préférentiellement entre 0,4 et 0,6 mm (bornes comprises), par exemple de 0,5 mm. Les réserves 18 de colle permettent d’assurer un collage total de la dent sur le carter ainsi que de diminuer le risque de créations de bulles d’air car l’espace formé entre les deux faces d’assemblages permet d’éliminer les bulles d’air lors de l’application de la colle. De plus, puisque la quantité de bulles d’air susceptible de se former est réduite, l’échange thermique entre les dents 5 de stator et le carter 6 est optimisé. [0051] Les nervures 17 peuvent être disposées soit sur chaque face d’assemblage 11 de la pluralité de premiers éléments définissant chacun une dent 5, soit sur la face d’assemblage 8 du carter 6. Préférentiellement, les nervures 17 sont disposées sur chacune des dents 5 du stator comme représenté sur les figures 2 à 4.

[0052] Les nervures 17 elles sont typiquement constituées du même matériau que celui utilisé pour former la face d’assemblage des dents ou la face d’assemblage du carter. Ainsi, elles peuvent par exemple être constituées de tôle métallique. Lorsqu’elle sont réalisées sur une dent, les nervures peuvent être fabriquées par poinçonnage.

[0053] La figure 2 représente une dent 5 de stator dont la face d’assemblage 11 présente deux nervures 17 en saillie, la dent 5 étant destinée à être assemblée à la face d’assemblage 8 du carter 6, tel que représenté figure 4. Dans ce mode de réalisation, les nervures sont parallèles et s’étendent d’un bord 11c de la face d’assemblage 11 au bord opposé l ia, à distance des autres bords, ce qui permet de définir trois réserves de colle 18. Ces nervures 17 sont identiques et présentent ici une section de forme et de dimensions identiques sur toute leur longueur.

[0054] Cependant la configuration des nervures n’est pas limitée à cet exemple. Les nervures 17 peuvent s’étendre d’un bord d’une des faces d’assemblage 8, 11 à un autre bord d’une de ces faces d’assemblage 8, 11. Ainsi les nervures 17 ne s’étendent pas forcément entre deux bords opposés et peuvent donc relier deux autres bords, notamment des bords contigus.

[0055] En référence à la figure 3, les deux nervures 17 sont disposées le long de deux bords opposés 11b, l ld de la face d’assemblage. Cependant, la disposition des nervures 17 n’est pas limitée à cet exemple. Seule l’une des nervures peut être disposée le long d’un bord par exemple. Dans cet exemple, les nervures 17 présentent une section transversale de forme identique sur toute leur longueur mais dont les dimensions augmentent progressivement depuis un bord 1 le de la face d’assemblage jusqu’à l’autre bord l ia. Les nervures 17 sont ici identiques mais disposées symétriquement de part et d’autre de la dent. Dans ce mode de réalisation, une unique réserve de colle 18 est ainsi formée entre les nervures, cette réserve de colle étant ici de forme rectangulaire. L’invention n’est bien sûr pas limitée à une forme spécifique de la réserve de colle, l’important étant que la hauteur de la réserve de colle soit constante.

[0056] Les nervures 17 s’étendent préférentiellement parallèlement à la direction d’empilement des tôles comme représenté sur les figures 2 et 3.

[0057] En référence à la figure 5, la section transversale des nervures 17 peut être de forme rectangulaire dont un côté 19 est solidaire de la face d’assemblage 11. Les nervures 17 ont également des angles arrondis entre le côté opposé 20 au côté 19 et les côtés latéraux 21.

[0058] Cependant, la section transversale des nervures 17 n’est pas limitée à cette forme. Plus généralement, la section transversale peut être en forme de quadrilatère, dont un premier côté 19 est solidaire de la face d’assemblage 11 et dont les angles entre un deuxième côté 20 opposé au premier côté 19 et les côtés latéraux 21 sont arrondis.

[0059] Préférentiellement, en référence à la figure 6, la section transversale des nervures 17 peut être de forme trapézoïdale dont un premier côté 19, formant la grande base, est solidaire de la face d’assemblage 11. Les nervures 17 ont également des angles arrondis entre un deuxième côté 20, formant la petite base, opposé à la grande base 19 et les côtés latéraux 21.

[0060] Les angles arrondis permettent de chasser la colle entre la petite base 20 et la face d’assemblage 8 en regard pour ainsi permettre un contact direct entre ces deux surfaces. Cela permet de maîtriser le collage des deux faces d’assemblage 8, 11 entre elles et d’ainsi de maîtriser la distance de l’entrefer 7 entre les dents 5 du stator et le rotor 2.

[0061] Enfin, pour maitriser cette distance et pour permettre une répartition égale de la colle entre et/ou autour des nervures 17, celles-ci ont préférentiellement une section transversale symétrique par rapport à un plan longitudinal médian perpendiculaire à la face d’assemblage 8, 11 dont elles sont solidaires.

[0062] De manière générale, on pourra réaliser l’assemblage des dents au carter en déposant la colle sur la face d’assemblage ne disposant pas des nervures. Puis en accolant les deux faces d’assemblage 8 et 11 ensemble. Lors de cette étape, on pourra appuyer longtemps sur l’élément disposant des nervures jusqu’à ce que la colle se soit répartie dans les réserves 18 et qu’elle fasse effet. En appuyant sur l’élément disposant des nervures la colle présente au niveau du deuxième côté 20 de la nervure, la colle va être expulsée de cette partie vers les bords latéraux des nervures. En particulier, des angles arrondis permettent de favoriser l’expulsion de la colle qui va s’écouler plus efficacement et plus rapidement que si les angles sont droits, ce qui favorise également l’évacuation des bulles d’air éventuellement présentes.

[0063] Dans les modes de réalisation décrits en référence aux figures, les nervures sont solidaires de la face d’assemblage des dents de stator. En variante, ces nervures pourraient être réalisées en saillie de la face d’assemblage 8 du carter, par exemple par un procédé de fonderie ou par usinage. On pourra alors prévoir de munir la face d’assemblage 8 du carter d’une pluralité de groupes d’au moins deux nervures. Ce nombre de groupes de nervures est alors égal au nombre de dents à fixer au carter et les groupes sont positionnés de manière à correspondre aux emplacements des dents de stator à fixer au carter.

[0064] Si les nervures sont disposées sur la face d’assemblage 8 du carter, il n’est pas nécessaire qu’elles s’étendent sur toute la longueur du carter. Elles peuvent néanmoins avantageusement s’étendre d’un bord à un autre de la face d’assemblage 11 de la dent 5 en regard.

[0065] Ainsi, que les nervures soient prévues sur la face d’assemblage de chaque dent ou sur la face d’assemblage du carter, au moins deux nervures s’étendent entre la face d’assemblage de chaque dent de stator et la face d’assemblage du carter, permettant ainsi l’étalement d’une couche de colle entre ces faces d’assemblage, les nervures (leur sommet) étant en contact étroit avec une face d’assemblage.

[0066] L’invention a été décrite en référence à une machine électrique tournante à flux axial présentant un rotor et deux stators. Elle peut néanmoins être appliquée à l’assemblage de dents de stator à un carter ou à un autre élément de support de dents d’une machine électrique tournante à flux axial de structure différente ou encore d’une machine électrique tournante à flux radial.