Titre de l'invention : Corps de stator pour moteur électrique, stator, moteur électrique et procédé de fabrication associé

La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques et notamment les moteurs électriques destinés à équiper des vélos électriques.

Les vélos électriques sont de plus en plus populaires du fait de la facilité de déplacement qu’ils procurent tout en ayant une consommation énergétique, un impact environnemental et un coût de revient réduits.

Cependant, l’utilisation d’un moteur électrique dans un vélo électrique implique différentes contraintes. Il convient en particulier de fournir un couple important tout en limitant au maximum le poids et l’encombrement du moteur électrique.

Afin de limiter l’encombrement, il est connu d’utiliser des stators en deux parties aussi appelés stator à dents séparées dans lesquels le stator comprend une pièce interne appelée étoile comprenant les dents autour desquelles sont enroulées les bobines et une pièce externe appelée culasse disposée autour des dents. L’utilisation d’un tel stator permet de fournir plus de place pour le bobinage et donc de maximiser la place disponible et de faciliter l’enroulement du fil de bobinage autour des dents.

Cependant, afin de limiter les pertes liées à l’utilisation d’un stator en deux parties, il convient de fixer les deux pièces mécaniquement l’une à l’autre avec un minimum d’écart entre les deux pièces.

Pour cela, il est connu de fournir l’étoile et la culasse par découpe d’une pièce initiale commune. Les figures 1 et 2 représentent un exemple de réalisation d’une étoile 3 comprenant une pluralité de dents 30 et d’une culasse 5 d’un corps de stator 1 en deux parties. La figure 3 représente le corps de stator 1 à l’état assemblé.

Or, un tel procédé de fabrication créé des tolérances faibles notamment entre l’extrémité des dents 30 et la culasse 5 lorsque les deux pièces doivent être réassemblées l’une à l’autre, comme représenté sur la figure 4. Il devient alors difficile d’assembler les deux pièces entre elles sans risquer d’endommager les pièces, notamment si les deux pièces ne sont pas orientées selon le même axe longitudinal lors de l’assemblage.

Il convient donc de fournir une solution simple et peu coûteuse permettant d’assurer l’alignement des deux pièces lors de leur assemblage.

A cet effet, l’invention a donc pour objet un corps de stator pour moteur électrique comprenant :

- une culasse de forme générale cylindrique et comprenant une pluralité d’encoches axiales sur sa face interne,

- une étoile comprenant une pluralité de dents s’étendant radialement et dont l’extrémité a une forme complémentaire des encoches axiales (50) de la culasse, l’étoile étant configurée pour être insérée à l’intérieur de la culasse par translation axiale, dans lequel un orifice axial traversant est ménagé à l’interface entre l’extrémité des dents de l’étoile et les encoches de la culasse, ledit orifice axial traversant étant configuré pour recevoir un plot de guidage lors de l’insertion de l’étoile dans la culasse. L’utilisation de plot de guidage permet de faciliter l’introduction de l’étoile dans la culasse sans endommager l’une ou l’autre des pièces.

Selon un autre aspect de la présente invention, le plot de guidage a une forme cylindrique et l’orifice axial a une section de forme circulaire, la partie de l’orifice axial ménagée dans la culasse ayant une section de forme semi-circulaire et la partie de l’orifice axial ménagé dans l’extrémité de la dent ayant une section de forme semi- circulaire.

Selon un autre aspect de la présente invention, la culasse et l’étoile sont formées par découpe à partir d’un empilement de tôles configurées pour être superposées axialement.

Selon un autre aspect de la présente invention, le diamètre des orifices axiaux traversants et des plots de guidage est comprise entre 1 ,5mm et 5mm, notamment entre 2mm et 3mm.

Selon un autre aspect de la présente invention, les encoches et l’extrémité des dents ont une forme rectangulaire ou en queue d’aronde. La présente invention concerne également un stator comprenant un corps de stator tel que décrit précédemment et une pluralité de bobines disposées autour des dents de l’étoile.

La présente invention concerne également un moteur électrique comprenant un stator tel que décrit précédemment.

La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un corps de stator tel que décrit précédemment, ledit procédé de fabrication comprenant :

- une étape de découpe d’un empilement de tôles pour former une étoile comprenant une pluralité de dents et une culasse comprenant une pluralité d’encoches de forme complémentaire aux extrémités des dents, le procédé comprenant également une étape de formation d’orifices axiaux traversants à l’interface entre l’extrémité des dents de l’étoile et les encoches de la culasse configurées pour recevoir les dents de l’étoile.

La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un stator comprenant un procédé de fabrication d’un corps de stator tel que décrit précédemment ainsi que les étapes de fabrication suivante :

- une étape de formations d’une pluralité de bobines disposées respectivement autour des dents de l’étoile,

- une étape d’insertion de l’étoile sur laquelle sont disposées les bobines dans la culasse comprenant le positionnement préalable de plots de guidage dans les orifices situés à l’interface entre l’extrémité des dents et les encoches de la culasse.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :

[Fig.1 ] représente une vue schématique en perspective d’une étoile et d’une culasse d’un corps de stator d’un moteur électrique;

[Fig.2] représente une vue de face de l’étoile et de la culasse de la figure 1

[Fig.3] représente une vue de face de l’étoile de la culasse de la figure 2 à l’état assemblé ;

[Fig.4] représente une vue agrandie de l’interface entre une dent de l’étoile et la culasse à l’état assemblé ; [Fig.5] représente une vue schématique en perspective d’un corps de stator à l ‘état assemblée selon un mode de réalisation de la présente invention ;

[Fig.6] représente une vue schématique en perspective d’une culasse selon un mode de réalisation de la présente invention ;

[Fig.7] représente une vue schématique en perspective d’une étoile et des plots de guidage selon un mode de réalisation de la présente invention ;

[Fig.8] représente une vue schématique en perspective d’un stator selon un mode de réalisation de la présente invention.

[Fig.9] représente un organigramme des étapes d’un procédé de fabrication d’un corps de stator selon un mode de réalisation de la présente invention.

[Fig.10] représente un organigramme des étapes d’un procédé de fabrication d’un stator selon un mode de réalisation de la présente invention.

Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.

Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.

Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.

La présente invention concerne un corps de stator 1 pour moteur électrique réalisé en deux parties, d’une part une étoile centrale 3 et d’autre part une culasse périphérique 5 de forme annulaire, à partir d’au moins une pièce initiale commune. La figure 5 représente le corps de stator 1 à l’état assemblé. La figure 6 représente la culasse 5 seule et la figure 7 représente l’étoile 3 et des plots de guidage 11 configurés pour assurer l’alignement axial entre l’étoile 3 et la culasse 5 lors de l’assemblage des deux pièces (l’étoile 3 et la culasse 5). En pratique, le corps de stator 1 est généralement obtenu à partir d’un empilement de tôles superposées selon une direction axiale notée par un axe X sur les figures 5 à 7 et assemblées les unes aux autres, par exemple par soudure. Chaque tôle est ainsi découpée pour fournir d’une part, une tranche d’étoile 3 et d’autre part une tranche de culasse 5. Comme représenté sur la figure 1 , le corps de stator 1 comprend une étoile 3 comprenant une pluralité de dents 30 destinées à recevoir une pluralité de bobines respectives 13 (visibles sur la figure 8) et une culasse 5 configurée pour venir se positionner autour de l’étoile 3 pour former le circuit magnétique. La culasse 5 a une forme générale cylindrique ou annulaire et comprend une pluralité d’encoches axiales 50 sur sa face interne destinées à recevoir l’extrémité des dents 30 de l’étoile 3. Les encoches axiales 50 peuvent présentées différentes formes de section, par exemple des sections rectangulaires comme sur la figure 5 ou en forme de queue d’aronde. Cependant, l’invention ne se limite à ces formes d’encoches 50. Les dents 30 de l’étoile 3 s’étendent radialement et leur extrémité a une forme complémentaire des encoches axiales 50 de la culasse 5. L’étoile 3 est configurée pour être insérée à l’intérieur de la culasse 5 par translation axiale selon l’axe X (une fois les bobines 13 positionnées sur l’étoile 3).

Afin de faciliter l’alignement entre l’étoile 3 et la culasse 5 lors de l’insertion, des orifices axiaux traversants 9 sont ménagés à l’interface entre l’extrémité des dents 30 de l’étoile 3 et les encoches 50 de la culasse 5. Les orifices axiaux 9 ont par exemple une section circulaire, une première moitié du cercle étant ménagée dans la culasse 5 et la deuxième moitié du cercle étant ménagée dans l’extrémité de la dent 30. De tels orifices 9 peuvent être ménagés à l’extrémité de chaque dent 30 de l’étoile 3 et dans chaque encoche 50 de la culasse 5. L’orifice 9 est configuré pour recevoir un plot de guidage 11 (représenté sur la figure 7) lors de l’insertion de l’étoile 3 dans la culasse 5 par translation axiale. Les plots de guidage 11 ont par exemple une forme cylindrique complémentaire des orifices axiaux traversants 9. Les plots de guidage 11 permettent d’orienter l’étoile 3 dans la même direction axiale, correspondant à l’axe X, que la culasse 5 et ainsi faciliter l’insertion de l’étoile 3 dans la culasse 5. Les plots de guidage 11 sont par exemple réalisés en acier et peuvent comprendre une partie chanfreinée pour faciliter leur introduction dans les orifices traversants 9. Le diamètre des plots de guidage 11 et des orifices traversants 9 est par exemple compris entre 1 ,5mm et 5mm, notamment entre 2mm et 3mm, par exemple 2mm.

La présente invention concerne également un stator 10 comprenant un corps de stator 1 tel que décrit précédemment formé par une étoile 3 et une culasse 5. La figure 8 représente un tel stator 10. Le stator 10 comprend une pluralité de bobines 13 configurées pour être positionnées autour des dents 30 de l’étoile 3. Les bobines 13 sont par exemple réalisées par un enroulement d’un fil de bobinage autour d’un bobineau configuré pour venir se positionner sur une dent 30 de l’étoile 3. Alternativement, le fil de bobinage peut être enroulé directement autour de la dent 30 de l’étoile. Lorsque toutes les bobines 13 sont positionnées sur les dents 30 de l’étoile 3, l’étoile 3 est insérée dans la culasse 5 par un translation axiale selon l’axe X en étant guidée par les plots de guidage 11 positionnés dans les orifices traversants 9.

La présente invention concerne également un moteur électrique comprenant un stator tel que décrit précédemment. Le moteur électrique est par exemple un moteur triphasé. La présente invention concerne également un procédé de procédé de fabrication d’un corps de stator 1 tel que décrit précédemment. La figure 9 représente un organigramme des étapes du procédé de fabrication du corps de stator 1 .

La première étape 101 concerne l’empilement de tôles selon une direction axiale et la fixation des tôles entre elles, par exemple par soudure. Les tôles sont des tôles métalliques, par exemple en acier. L’épaisseur des tôles est par exemple de 0,3mm. L’empilement a une forme sensiblement cylindrique.

La deuxième étape 102 concerne une étape de découpe de l’empilement de tôles obtenu à l’étape 101 . La découpe permet de former d’une part une étoile 3 comprenant une pluralité de dents 30 et d’autre part, une culasse 5 comprenant une pluralité d’encoches 50 de forme complémentaire aux extrémités des dents 30. L’extrémité des dents 30 et les encoches 50 peuvent avoir des formes rectangulaires ou en queue d’aronde par exemple. La figure 1 représente un exemple d’une étoile 3 et d’une culasse 5 obtenues après l’étape de découpe 102. La troisième étape 103 concerne une étape de formation d’une pluralité d’orifices traversants ménagés à l’interface entre l’étoile 3 et la culasse 5, à l’extrémité des dents 30 de l’étoile 3 et au niveau des encoches 50.

La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un stator comprenant le procédé de fabrication du corps de stator 1 décrit précédemment ainsi que des étapes supplémentaires décrites sur l’organigramme de la figure 10.

La quatrième étape 104 concerne l’enroulement d’une pluralité de spires d’un fil de bobinage autour d’un bobineau pour former une bobine 13. Cet enroulement est répété pour former l’ensemble des bobines 13 du stator 10.

La cinquième étape 105 concerne le positionnement des bobines 13 formées à l’étape 104 sur les dents 30 de l’étoile 3, les bobineaux venant se fixer sur les dents 30 respectives de l’étoile 3.

Alternativement aux étapes 104 et 105, le fil de bobinage peut être enroulé directement autour des dents 30 de l’étoile 3.

La sixième étape 106 concerne le positionnement de la culasse 5 autour de l’étoile 3 comprenant les bobines 13. Le positionnement est réalisé par translation axiale. L’étape 106 comprend le positionnement préalable de plots de guidage 11 dans les orifices 9 situés à l’interface entre l’extrémité des dents 30 et les encoches 50 de la culasse 5.

Pour les deux procédés de fabrication, l’ordre des étapes peut être différent de l’ordre présenté et certaines étapes peuvent être réalisées simultanément, par exemple les étapes 102 et 103 peuvent être simultanées.