DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

La présente invention porte sur un stator pour un alternateur ou pour une machine électrique, elle porte également sur un alternateur ou une machine électrique comprenant un tel stator.

L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des alternateurs et des alterno-démarreurs de véhicule automobile.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE

Ainsi qu'on le sait une machine électrique tournante du type monophasé ou polyphasé comporte au moins deux parties agencées de manière coaxiale à savoir un induit et un inducteur. Une première des parties entoure la seconde des parties, qui est classiquement solidaire d'un arbre rotatif.

La première des parties constitue un stator, tandis que la deuxième partie constitue le rotor de la machine. Lorsque l'induit est formé par le rotor cette machine constitue un moteur électrique et transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique lorsque l'induit est formé par le stator pour fonctionner en générateur électrique et constituer par exemple un alternateur. Bien entendu la machine électrique peut être réversible et transformer également de l'énergie électrique en énergie mécanique pour former par exemple un alterno-démarreur de véhicule automobile permettant notamment de démarrer le moteur à combustion interne du véhicule automobile tout en ayant une fonction d'alternateur. La figure 1 , qui est une demi-vue en coupe, représente une machine électrique tournante polyphasée sous la forme d'un alternateur du type triphasé à ventilation interne pour véhicule automobile à moteur à combustion interne du type de celui décrit dans le document EP-A-0 515 259 auquel on se reportera. L'alternateur comporte, en allant de gauche à droite de la figure 1 , c'est-à- dire d'avant en arrière, une poulie d'entraînement 1 1 solidaire de l'extrémité avant d'un arbre 2, dont l'extrémité arrière porte des bagues collectrices 10a, 10b appartenant à un collecteur 1 . L'axe X-X de l'arbre 2 constitue l'axe de rotation de la machine et du collecteur.

Centralement l'arbre 2 porte à fixation le rotor 4 doté d'un bobinage d'excitation 5, dont les extrémités sont reliées par des liaisons filaires au collecteur 1 comme visible également à la figure 1 1 des documents FR 2 710 197, FR 2 710 199 et FR 2 710 200. Le rotor 4 est ici un rotor à griffes et comporte donc deux roues polaires 6,7 portant chacune respectivement un ventilateur avant 8 et arrière 9 dotés chacun de pales comme dans le document EP-A- 0 515 259.

Chaque roue présente des dents axiales dirigées vers l'autre roue avec imbrication des dents d'une roue à l'autre pour formation de pôles magnétiques lorsque le bobinage 5 est activé grâce aux bagues collectrices du collecteur 1 chacune en contact avec un balai (non référencé) porté par un porte-balais 100 solidaire dans ce mode de réalisation d'un un régulateur de tension non visible. Les balais sont d'orientation radiale par rapport à l'axe X-X, tandis que les bagues 10a, 10b sont d'orientation axiale par rapport à l'axe X-X.

Le régulateur est relié à un dispositif de redressement de courant alternatif en courant continu 1 10, tel qu'un pont de diodes (dont deux sont visibles à la figure 1 ) ou en variante des transistors du type MOSFET, notamment lorsque l'alternateur est du type réversible et consiste en un alterno-démarreur comme décrit par exemple dans le document WO 01 /69762. Ce dispositif 1 10 est lui-même relié électriquement, d'une part, aux sorties des phases appartenant aux bobinages 12, que comporte le stator 13 de l'alternateur, et d'autre part, au réseau de bord et à la batterie du véhicule automobile. Ce stator 13, formant induit dans le cas d'un alternateur, entoure le rotor 4 et comprend un corps 14 doté intérieurement d'encoches axiales (non visibles) et des bobinages 12. Les encoches axiales sont munies des fils ou des épingles des bobinages 12. Ces bobinages 12 ont des chignons (non référencés) s'étendant, d'une part, en saillie axiale de part et d'autre du corps14 ; et, d'autre part, radialement au-dessus des ventilateurs 8, 9.

Pour mémoire on rappellera que le régulateur de tension a pour fonction de contrôler le courant circulant dans le bobinage d'excitation 5 pour réguler la tension délivrée au réseau de bord et à la batterie du véhicule via le dispositif redresseur de courant 1 10.

Les ventilateurs 8, 9 s'étendent au voisinage respectivement d'un flasque avant, appelé palier avant 150, et d'un flasque arrière, appelé palier arrière 160 appartenant au carter fixe de la machine électrique relié à la masse. Les paliers 150, 160 sont ajourés pour une ventilation interne de l'alternateur par l'intermédiaire des ventilateurs 8, 9 lorsque l'ensemble ventilateurs 8, 9- rotor 4 -arbre 2 est entraîné en rotation par la poulie 1 1 reliée au moteur du véhicule automobile par un dispositif de transmission comportant au moins une courroie en prise avec la poulie 1 . Cette ventilation permet de refroidir les bobinages 12, 5 ainsi que le porte-balais 100 avec son régulateur et le dispositif de redressement 1 10. On a représenté par des flèches à la figure 1 le trajet suivi par le fluide de refroidissement, ici de l'air, à travers les différentes ouvertures des paliers 150, 1 60 et à l'intérieur de la machine.

Ce dispositif 1 10, le porte-balais 100, ainsi qu'un capot de protection ajouré (non référencé) sont portés ici par le palier arrière 1 60 en sorte que le ventilateur arrière 9 est plus puissant que le ventilateur avant 8. De manière connue, les paliers 150, 160 sont reliés entre eux, ici à l'aide de vis ou de tirants non visibles, pour former un carter destiné à être monté sur une partie fixe du véhicule. Les paliers 150, 1 60 portent chacun centralement un roulement à billes 17, 18 pour supporter à rotation les extrémités avant et arrière de l'arbre 2 traversant les paliers 150, 1 60 pour porter la poulie 1 1 et les bagues 10a, 10b du collecteur 1 .

Ces paliers ont une forme creuse et présentent ici chacun une partie d'orientation transversale ajourée portant le roulement 17, 18 et une partie d'orientation axiale ajourée et intérieurement étagée en diamètre pour centrer et retenir axialement le stator 13 lorsque les deux paliers sont reliés ensemble pour former le carter.

Les pales des ventilateurs 8, 9 s'étendent radialement au-dessus des logements que présentent les paliers 150, 160 pour montage des roulements 17 et 18 ; qui ainsi sont ventilés.

La figure 2 représente le noyau cylindrique ou corps 14 du stator 13 selon un plan perpendiculaire à l'axe X-X. Le noyau cylindrique du stator comprend selon une direction circonférentielle une alternance d'encoches et de dents, chaque encoche étant délimitée par deux dents. Par ailleurs, chaque dent est munie de deux pieds de dent s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de ladite dent. Selon ce stator connu de l'homme du métier, les encoches de stator ont des flancs parallèles. C'est-à-dire que pour chaque encoche, la forme de la paire des deux dents délimitant ladite encoche est telle que l'encoche a deux flancs parallèles. La conception d'une machine électrique tournant comprend notamment une étape de détermination du nombre d'encoches du stator, une étape de détermination du nombre de phases du bobinage, une étape de détermination du diamètre extérieure de la culasse du stator et une étape de dimensionnement des encoches et des dents du stator. Le dimensionnement des encoches et des dents du stator doit satisfaire à plusieurs contraintes, notamment trois. Premièrement, la largeur des dents doit être suffisamment importante pour permettre une résistance mécanique suffisante, deuxièmement, la largeur des dents doit être suffisante pour permettre une bonne remontée du flux magnétique de l'extrémité des dents vers la culasse et troisièmement la surface d'encoche doit être suffisamment importante pour permettre l'introduction d'une quantité de fil cuivre importante ce qui évite une résistance du bobinage trop importante.

Il apparaît que l'optimum de chacune de ces trois contraintes n'est pas atteignable séparément. En effet, par exemple en voulant augmenter la résistance mécanique et le flux magnétique remonté de l'extrémité des dents vers la culasse, on obtient des largeurs de dents importantes qui pour un diamètre extérieur de culasse et un nombre d'encoches donnés amène à des encoches dont la surface est trop petite, ce qui induit une résistance de bobinage importante et des pertes importantes par effets joule. Et vice et versa, lorsque l'on souhaite augmenter la surface d'encoche, la largeur des dents pour un diamètre extérieur de culasse et un nombre d'encoches donnés est diminuée ce qui limite fortement le flux magnétique remonté de l'extrémité des dents vers la culasse.

Un dimensionnement des encoches et des dents du stator satisfaisant consiste donc à l'obtention d'un bon compromis vis-à-vis notamment de ces trois contraintes. Par exemple, le stator présente un dimensionnement des encoches et des dents du stator illustré sur la figure 2 qui est perfectible puisqu'il ne permet principalement qu'une augmentation de la surface d'encoche c'est-à-dire une amélioration du coefficient de remplissage mais n'adressent pas les deux autres critères. L'invention se propose de pallier aux inconvénients des stators connus en fournissant un stator présentant un meilleur dimensionnement des encoches et des dents du stator qui satisfait aux trois contraintes énoncées ci-dessus.

OBJET DE L'INVENTION

L'invention a ainsi pour objet un stator pour un alternateur ou une machine électrique, comprenant :

-un noyau cylindrique dans lequel une pluralité de fentes qui s'étendent dans le sens axial sont formées ;

-un bobinage monté dans lesdites fentes ;

dans lequel ledit noyau de stator comprend :

-une partie de base cylindrique formant une culasse;

-une pluralité de dents disposées de manière à s'étendre à partir de ladite partie de base vers un centre axial et ladite pluralité de fentes étant définie par ladite partie de base et par une paire adjacente desdites dents.

Selon une caractéristique générale de l'invention, chaque encoche la largeur au niveau de l'ouverture de l'encoche est inférieure à la largeur au niveau de la culasse. On obtient un bon compromis qui permet d'une part d'éviter la saturation des dents au niveau des bouts de dents de manière à ramener un flux important, et d'autre part d'avoir une encoche de surface importante permettant une section de cuivre plus importante, ce qui permet de limiter la résistance de phase.

Selon un mode de réalisation, pour chaque dent la largeur à l'extrémité est supérieure à la largeur au niveau de la culasse. De part cette forme, le flux remonté par les dents est optimisé. En effet, plus on s'éloigne de l'extrémité moins le flux magnétique est freiné par la saturation due à la surface de dent limitée. En effet, alors que l'on s'éloigne de l'extrémité de dent le rayon augmente ce qui a pour effet pour une largeur de dent donnée de limiter la saturation. Ainsi, pour une dent, l'endroit le plus critique pour la remontée de flux magnétique de l'extrémité de la dent vers la culasse est l'extrémité alors qu'au contraire l'endroit sur lequel les contraintes sont les moins importantes de ce point de vue est la culasse. Ainsi, en maximisant la largeur de dent au niveau de son extrémité et en la minimisant au niveau de la culasse, on obtient un flux remonté maximal tout en ayant une surface d'encoche importante grâce à des évidements réalisés dans la dent. Ces évidements étant dus à la réduction de la largeur des dents au niveau de la culasse.

Selon une caractéristique de ce mode de réalisation, pour chaque dent le ratio entre la largeur à l'extrémité et la largeur au niveau de la culasse est compris entre 1 ,8 et 2,2.

Ces ratios permettent un bon compromis entre flux remonté maximisé, bonne surface d'encoche et résistance mécanique suffisante.

Selon un autre mode de réalisation, pour chaque dent la largeur à l'extrémité est inférieure à la largeur au niveau de la culasse. Pour une largeur minimale de dent donnée, une telle configuration permet une zone de saturation sur une hauteur de dent moins importante qu'avec une forme de dent à flancs parallèles.

Selon un autre mode de réalisation, pour chaque dent la largeur à l'extrémité est supérieure à la largeur de la dent obtenue à une position radialement espacée de la culasse d'une valeur comprise entre 0.3 et 0.7 fois la hauteur de la dent. Ce décrochement obtenu par une réduction de la largeur de dent à une position intermédiaire entre l'extrémité et la culasse par rapport à la largeur de dent à l'extrémité permet une augmentation de la surface d'encoche. Toutefois, une telle réduction de largeur n'augmente pas la saturation s'il est pratiqué à une distance suffisante de l'extrémité de la dent étant donné que lorsque l'on s'éloigne de l'extrémité de dent le rayon augmente ce qui a pour effet pour une largeur de dent donnée de limiter la saturation magnétique.

Selon une autre caractéristique de cet autre mode de réalisation, la largeur minimale de la dent est obtenue à une position radialement espacée de la culasse d'une valeur comprise entre 0.4 et 0.6 fois la hauteur de la dent.

Le positionnement au niveau de la hauteur de la dent de la largeur minimale permet ainsi une minimisation de l'augmentation de la saturation magnétique.

Selon une autre caractéristique de ce mode de réalisation, le ratio entre la largeur minimale de la dent et la largeur de dent à l'extrémité est compris entre 0,2 et 0,7.

La relation entre la largeur à l'extrémité de la dent et la largeur minimale permet un bon compromis entre l'augmentation de la surface d'encoche et l'augmentation de la saturation magnétique. Selon un autre mode de réalisation, chaque dent comprend de chacun de ces côtés un flanc ayant une forme droite de direction constante et sans point d'inflexion.

On obtient ainsi une facilité d'industrialisation et de réalisation.

Selon une caractéristique de cet autre mode de réalisation, pour chaque encoche le ratio entre la largeur au niveau de la culasse et la largeur au niveau de l'ouverture de l'encoche est compris entre 1 .1 et 2, de préférence entre 1 .3 et 1 .5.

Le ratio ainsi proposé permet un compromis optimum entre amélioration électrotechnique et résistance mécanique. Selon un autre mode de réalisation, les dents présentent à leur extrémité des pieds de dents.

Les largeurs de la dent ou de l'encoche au niveau de l'ouverture définies préalablement du côté dudit centre axial s'entendent comme étant mesurées juste en dessous desdits pieds de dent, pieds de dent non compris. Les pieds de dents permettent une amélioration des propriétés électrotechniques du stator et un maintien des fils dans les encoches.

Selon une caractéristique de cet autre mode de réalisation, pour chaque dent, la largeur circonférentielle du pied de dent à gauche de la dent est différente de la largeur circonférentielle du pied de dent à droite de la dent.

Le procédé de fabrication du stator comprend une étape d'installation du bobinage dans les encoches. Les différences de largeurs circonférentielles différentes permettent lors de faciliter cette étape d'installation lorsque le bobinage comprend des conducteurs formés par des fils. Par exemple, dans le cas d'une installation du bobinage dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, un pied de dent moins important à droite permet une introduction des fils formant les conducteurs plus simple.

Selon une autre caractéristique de cet autre mode de réalisation, le ratio entre la largeur circonférentielle du pied de dent à gauche de la dent et la largeur circonférentielle du pied de dent à droite de la dent est compris entre 1 ,2 et 1 ,5.

Un tel ratio selon le pied de dent est moins important à droite permet une introduction des fils formant les conducteurs plus simple et également de part une valeur des pieds de dent à droite et à gauche qui ne sont pas trop différents l'un de l'autre un bon compromis voire une conservation des caractéristiques électromagnétiques et de maintien par rapport à des pieds de dent symétriques.

Selon un mode de réalisation, les flancs des dents sont alignés avec des rayons du stator. Cet agencement est particulièrement avantageux dans le cas d'un bobinage hexaphasé. L'invention a également pour objet une machine électrique par exemple un alternateur comprenant un rotor, ladite machine électrique comprend un stator tel que défini précédemment qui entoure le rotor.

Selon un mode de réalisation, ledit bobinage monté dans lesdites fentes du noyau cylindrique du stator comprend 6 phases.

Selon un autre mode de réalisation, le bobinage monté dans lesdites fentes du noyau cylindrique du stator comprend des conducteurs présentant dans les encoches une section rectangulaire.

Selon encore un autre mode de réalisation, le bobinage monté dans lesdites fentes du noyau cylindrique du stator comprend 4 ou 6 conducteurs par encoche.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

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 titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. la figure 1 , déjà décrite, est une vue schématique en coupe transversale d'un rotor de machine électrique selon l'état de la technique; la figure 2, déjà décrite, est une représentation du noyau cylindrique d'un stator dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X ; les figures 3 et 4, sont des représentations du noyau cylindrique d'un stator selon l'invention dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X ; les figures 5 et 6, sont des représentations d'une dent du noyau cylindrique d'un stator selon l'invention dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X ; et les figures 7 et 8, sont des représentations d'une encoche munie d'un bobinage selon l'invention dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X.

Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION

La figure 3 est une représentation du noyau cylindrique 14 d'un stator 13 dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X.

Le noyau 14 de stator 13 comprend : -une partie de base cylindrique 203 formant une culasse, ladite culasse ayant une épaisseur radiale h_c;

-une pluralité de dents 202 disposées de manière à s'étendre à partir de ladite partie de base vers un centre axial X-X et ladite pluralité de fentes 201 étant définie par ladite partie de base 203 et par une paire adjacente desdites dents 202 ;

Comme on peut le voir, d'une part pour chaque encoche 201 , la largeur au niveau de l'ouverture de l'encoche l_eo est inférieure à la largeur l_ec au niveau de la culasse 203 et d'autre part pour chaque dent 202 la largeur à l'extrémité l_do est supérieure à la largeur l_dc au niveau de la culasse. Par exemple, pour chaque dent 202 le ratio entre la largeur à l'extrémité l_do et la largeur l_dc au niveau de la culasse 203 est compris entre 1 ,8 et 2,2.

La figure 4 est une représentation du noyau cylindrique 14 d'un stator 13 dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X.

Le noyau 14 de stator 13 comprend : -une partie de base cylindrique formant une culasse 203;

-une pluralité de dents 202 disposées de manière à s'étendre à partir de ladite partie de base 203 vers un centre axial X-X et ladite pluralité de fentes 201 étant définie par ladite partie de base 203 et par une paire adjacente desdites dents 202; Comme on peut le voir, d'une part pour chaque fente formant une encoche 201 , la largeur au niveau de l'ouverture de l'encoche l_eo est inférieure à la largeur l_ec au niveau de la culasse 203 et d'autre part pour chaque dent 202 la largeur à l'extrémité l_do est inférieure à la largeur l_dc au niveau de la culasse 203.

De plus, chaque dent 202 comprend de chacun de ces côtés un flanc f ayant une forme droite de direction constante et sans point d'inflexion. La figure 5 est une représentation d'une dent 202 du noyau cylindrique illustré sur la figure 4. Comme on peut le voir, pour chaque dent 202 la largeur à l'extrémité l_do est inférieure à la largeur l_dc au niveau de la culasse 204.

Par exemple, le ratio entre la largeur l_ec au niveau de la culasse 204 et la largeur au niveau de l'ouverture de l'encoche l_eo est compris entre 1 .1 et 2, de préférence entre 1 .3 et 1 .5.

La figure 6 est une représentation d'une dent 202 du noyau cylindrique 14 d'un stator 13 dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X. Comme on peut le voir, pour chaque dent la largeur à l'extrémité l_do est inférieure à la largeur l_dc au niveau de la culasse.

Selon la figure 6, la largeur à l'extrémité l_do est supérieure à la largeur de la dent 202 obtenue à une position radialement espacée de la culasse d'une valeur comprise entre 0.3 et 0.7 fois la hauteur de la dent h_d.

Selon un mode préférentiel, la largeur minimale l_min de la dent 202 est obtenue à une position radialement espacée de la culasse d'une valeur comprise entre 0.4 et 0.6 fois la hauteur de la dent h_d.

Par exemple, le ratio entre la largeur minimale l_min de la dent 202 et la largeur de dent à l'extrémité l_do est compris entre 0,2 et 0,7.

La figure 7 est une représentation d'une encoche 201 munie d'un bobinage dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X. L'encoche 201 illustrée sur la figure 7 est délimitée par deux dents. Les deux dents 202 comprennent chacune à leur extrémité et des deux cotés circonférentiels de ces extrémités un pied de dents d_r et d_g respectivement. Dans la figure 7, seul un flanc f de chaque dent 202 est illustré si bien que pour chaque seul un pied de dent celui du flanc illustré est présenté sur la figure 7. Avantageusement, pour chaque dent 202, la largeur circonférentielle du pied de dent à gauche d_g de la dent 202 est différente de la largeur circonférentielle du pied de dent à droite d_r de la dent. Par exemple, le ratio entre la largeur circonférentielle du pied de dent à gauche de la dent est et la largeur circonférentielle du pied de dent à droite de la dent est compris entre 1 ,2 et 1 ,5.

L'encoche du stator 13 illustrée sur la figure 7 est intégrée dans une machine électrique par exemple un alternateur, telle qu'illustrée dans la figure 1 qui comprend un rotor, ledit stator entourant ledit rotor 4. La machine électrique comprend un bobinage 12 monté dans lesdites fentes 201 du noyau cylindrique 14 du stator qui comprend 6 phases. Par exemple, le bobinage 12 monté dans lesdites fentes 201 du noyau cylindrique du stator 14 comprend des conducteurs 204 présentant dans les encoches une section rectangulaire. Avantageusement, le bobinage 12 monté dans lesdites fentes 201 du noyau cylindrique du stator comprend 4 conducteurs par encoche. Dans le cas où le bobinage 12 comprend 4 conducteurs 204 alignés radialement dans l'encoche 201 selon deux colonnes de deux conducteurs 204, on qualifie un tel bobinage de quad.

La figure 8 est une représentation d'une encoche 201 munie d'un bobinage dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X. L'encoche 201 munie d'un bobinage de la figure 8 se distingue de celle illustrée sur la figure 7 de part le nombre de conducteurs 204 par encoches 201 qui est de 6 pour la figure 8 alors qu'il est de 4 pour la figure 7. Ces conducteurs 204 sont avantageusement alignés radialement dans l'encoche 201 selon deux colonnes de trois conducteurs 204.