EP4331081A1 - Stator pour machine à flux axial et procédé de fabrication d'un tel stator - Google Patents

Stator pour machine à flux axial et procédé de fabrication d'un tel stator

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EP4331081A1
EP4331081A1 EP22726094.0A EP22726094A EP4331081A1 EP 4331081 A1 EP4331081 A1 EP 4331081A1 EP 22726094 A EP22726094 A EP 22726094A EP 4331081 A1 EP4331081 A1 EP 4331081A1
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EP
European Patent Office
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stator
tooth
teeth
support part
casing
Prior art date
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Pending
Application number
EP22726094.0A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jere Kolehmainen
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Whylot SAS
Ampere SAS
Original Assignee
Whylot SAS
Renault SAS
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Filing date
Publication date
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    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • H02K15/095—Forming windings by laying conductors into or around core parts by laying conductors around salient poles

Definitions

  • the present invention generally relates to electrical machines with axial flux.
  • the invention also relates to a stator obtained by such a manufacturing process as well as an engine and a motor vehicle comprising such a stator.
  • a conventional stator of an axial flux electric machine comprises a body with a generally annular base and teeth distributed circumferentially on one of the end faces of the base.
  • a stator also includes coils of conductive wire arranged around the teeth. Under the effect of electric currents, the coils generate magnetic fields allowing the stator to set the rotor in motion.
  • the body of the stator is made by winding a metal sheet around a longitudinal axis.
  • This metal sheet winding makes it possible to limit the eddy currents flowing through the stator when the latter is in operation and, consequently, to reduce the energy losses by heating.
  • the teeth have a generally parallelepipedal shape which facilitates the winding of the conductive wire around each tooth.
  • This configuration facilitates the industrial manufacture of the stator, since the space between the teeth is large enough to wind the conductor wire without difficulty.
  • the use of such a form of teeth involves a degradation of the electrical properties of the electrical machine.
  • the teeth widen at their free ends, which improves the circulation of the magnetic fields.
  • the conductive wire forming the coil must be introduced between the teeth, in a very narrow slot. This step is not easy to implement in a industrial process.
  • the third known method aims to improve this second method. For this, after winding the metal sheet forming the stator body and the teeth, the teeth are cut from the stator body. The coils are then formed, individually, around each of the teeth. The teeth are finally replaced on the stator body. As a variant, the teeth are each produced separately by stacking magnetic laminations cut, wound and then assembled on a stator body.
  • the present invention proposes to improve the manufacturing method of the stator in order to form a robust stator in which the teeth are arranged so as to optimize the magnetic and electrical properties of the stator.
  • the invention provides a method for manufacturing a stator for an axial flux electric machine, said stator comprising a stator body, a plurality of teeth and at least one coil formed of an electrically conductor, each tooth being formed of a first upper part and a second lower part, the method comprising the steps of:
  • a support part is formed in order to position, precisely, the teeth in orientation and in spatial position.
  • the assembly formed by the support part, the teeth and the coils of electrically conductive wire is then fixed on the stator body then allowing a precise alignment of the teeth. This arrangement then allows optimization of the magnetic and electrical properties of the stator.
  • each tooth in a corresponding opening of the support part, each opening being shaped to receive each tooth in said precise posture;
  • each tooth is fixed by gluing to the support part
  • the support part and said casing are made of polymer material
  • the invention also relates to a stator obtained by the manufacturing process described above.
  • the invention also relates to a stator casing comprising a stator as defined above and a base receiving the stator, said base comprising a bottom wall and side walls so as to form a cooling chamber.
  • a polymer material is for example molded around the stator in the cooling chamber.
  • the invention also relates to a motor comprising a rotor and a stator as defined previously, as well as a motor vehicle comprising such a motor.
  • a motor comprising a rotor and a stator as defined previously, as well as a motor vehicle comprising such a motor.
  • the different characteristics, variants and embodiments of the invention can be associated with each other according to various combinations insofar as they are not incompatible or exclusive of each other.
  • Figure 1 shows a schematic front perspective view of a stator according to the invention
  • Figure 2 shows a schematic rear perspective view of the stator of Figure 1;
  • FIG. 3 represents, in the form of a flowchart, a first example of a method for manufacturing a stator in accordance with the invention
  • FIG. 4 schematically represents a sectional view of the product obtained during step E2 of a first example of the stator manufacturing process
  • FIG. 5 schematically represents a sectional view of the product obtained during step E4 of the first example of the stator manufacturing process
  • FIG. 6 schematically represents a sectional view of the product obtained during step E8 of the first example of the stator manufacturing process
  • FIG. 7 schematically represents a cross-sectional view of the product obtained during step E10 of the first example of the stator manufacturing process
  • FIG. 8 represents, in the form of a flowchart, a second example of a process for manufacturing a stator in accordance with the invention
  • FIG. 9 schematically represents a cross-sectional view of the product obtained during step E22 of a second example of the stator manufacturing process
  • FIG. 10 schematically represents a cross-sectional view of the product obtained during step E24 of the second example of the method for manufacturing the stator
  • FIG. 11 schematically represents a cross-sectional view of the product obtained during the step E26 of the second example of the stator manufacturing method
  • FIG. 12 schematically represents a sectional view of the product obtained during step E28 of the second example of the stator manufacturing method
  • FIG. 13 schematically represents a motor vehicle equipped with an engine comprising a stator according to the invention
  • Figure 14 shows a schematic perspective view of a first example of cooperation between a tooth and the upper face of a stator body
  • Figure 15 shows a schematic perspective view of a second example of cooperation between a tooth and the upper face of the stator body
  • FIG. 16 schematically represents a cross-sectional view of a stator casing comprising a stator according to the invention.
  • stator 1 for an axial flux electric machine.
  • the stator 1 comprises a body 2 of the stator 1, a plurality of teeth 5, a support part 7 of the plurality of teeth 2 and at least one coil 9 formed from an electrically conductive wire (not visible in the figures 1 and 2).
  • the body 2 of stator 1 has the shape of a flattened ring, of height less than its diameter.
  • the body 2 of stator 1 has a flat upper face 22, a flat lower face 24, an outer peripheral face 25 and an inner peripheral face, both cylindrical of revolution.
  • the body 2 of the stator 1 is made of magnetic material. It is, for example, made by stacking steel sheets with a thickness less than or equal to half a millimeter. These sheet metal plates are here curved and spirally wound around an axis L orthogonal to the plane of the upper 22 and lower 24 faces. They extend over the entire height of the body 2 of the stator 1. Thus, the losses in the stator due to eddy currents are limited.
  • the stator 1 also comprises the plurality of teeth 5.
  • This plurality of teeth 5 is evenly distributed on the upper face 22 of the body 2 of the stator 1 all around the axis L (FIGS. 1 and 2).
  • each tooth 5 generally has the shape of a right prism, of trapezoidal section (in a plane parallel to the upper face 22 of the body 2 of the stator 1).
  • the faces side opposite the neighboring teeth 5 are here parallel to each other.
  • Each tooth 5 here has a first part 52, or distal part 52 in the following, and a second part 54, or proximal part 54 in the following description ( Figure 4).
  • the proximal part 54 of each tooth 5 is attached to the upper face 22 of the body 2 of stator 1.
  • each end of the proximal part 54 of each tooth 5 is fixed by gluing on the upper face 22 of the body 2 of stator 1.
  • the cooperation between the proximal part 54 of each tooth 5 and the upper face 22 of the body 2 of stator 1 can also be achieved by interlocking each tooth 5 on the upper face 22 of the body 2 of stator 1. More specifically, the end of the proximal part 54 of each tooth 5 has a shape complementary to a part of the upper face 22 of the body 2 of stator 1.
  • the end of the proximal part 54 of each tooth 5 has a projecting part 540 intended to cooperate, for example by interlocking, with a groove 542, formed on the face upper 22 of the body 2 of the stator 1, and having a shape complementary to the projecting part 540.
  • This groove can have a V-shaped dihedral section (FIG. 15) or a U-shaped section whose bottom has a V-shape (figure 14).
  • This shape has the advantage of improving the passage of the magnetic flux between the base of the tooth and the part of the yoke located between two teeth, in particular when the tooth is made of sheet metal with axially magnetically oriented grains and when the yoke is made in sheet metal with magnetically oriented angular grains as for example in the document W02020/078667.
  • the cooperation between the proximal part 54 of each tooth 5 and the upper face 22 of the body 2 of the stator 1 can be achieved by a combination of gluing and interlocking of each tooth 5 on the upper face 22 of the body 2 of the stator 1 previously described.
  • each tooth 5 has, at least on one side, a projecting rib 55.
  • two projecting ribs 55 are formed on either side of each tooth 5, in the extension of the end of the distal part 52 of each tooth 5.
  • the projecting rib 55 of a tooth 5 is facing the projecting rib 55 of the adjacent tooth 5.
  • the teeth 5 are positioned in a support part 7.
  • This support part 7 also has here a flattened ring shape (FIGS. 1 and 2).
  • the support part 7 is shaped to support each tooth 5 in a precise posture, at least when these teeth 5 are assembled on the body 2 of the stator 1.
  • the term "precise posture” means a positioning of each tooth 5 relative to the other teeth in a predefined spatial position, stable, and according to a predetermined orientation.
  • the use of this support part 7 therefore allows a precise arrangement of the teeth 5, relative to each other, on the body 2 of the stator 1. This makes it possible to guarantee the magnetic properties of the assembly of the stator 1 by limiting the losses due to misalignment and improper positioning of the teeth 5 relative to each other.
  • the support part 7 is preferably made of an electrically insulating material. It is for example molded in polymer material.
  • each tooth 5 is provided to be surrounded by an envelope 30 formed of electrically insulating material.
  • this casing is molded in a polymer material.
  • the support part 7 and the casing 30 are formed in one piece by molding.
  • the support part 7 and the casing 30 are formed in two separate parts.
  • each casing 30 is intended to surround the proximal part 54 of the tooth 5 concerned.
  • the stator 1 finally comprises coils 9 formed of electrically conductive son. As shown in Figures 7, 11 and 12, an electrically conductive wire is wound around each casing 30 formed around the teeth 5 so as to form the coils 9.
  • the electrically conductive wire is for example a copper wire.
  • the coils are in practice electrically connected to an electrical connection unit 90 (FIG. 16).
  • the stator 1 according to the invention is intended to be used in an engine 110 (also comprising a rotor) of a motor vehicle 100 (FIG. 13).
  • FIG. 16 represents an example of a stator casing 200 into which the stator 1 is inserted.
  • the stator casing 200 comprises a base 202 receiving the stator 1.
  • This base 202 here has a bottom wall 204 and two side walls 205, 206 extending from bottom wall 204.
  • the underside of the body 2 of the stator is fixed to the bottom wall 204 of the stator casing 200, for example by gluing.
  • the support part 7 is positioned in the base 202 so as to form an internal chamber 80 closed.
  • the walls of the internal chamber 80 are formed by the bottom wall 204 of the base 202, by the side walls 205, 206 of the base 202 and the support part 7 of the stator 1. (not visible in the figures) positioned between the support part 7 and the side walls 205, 206 of the base 202 make it possible to ensure the tightness of the internal chamber 80.
  • the internal chamber 80 can advantageously form a cooling chamber.
  • the base 202 includes inlet 220 and outlet 225 openings allowing the circulation of a cooling liquid.
  • This cooling liquid is for example a dielectric cooling liquid such as oil.
  • the cooling liquid can then circulate between the coils 9 surrounding the teeth 5 and thus allow the cooling of the stator 1 without including complex systems of channels in the body of each tooth.
  • the stator casing 200 also comprises a bottom element 230 positioned opposite the bottom wall 204 of the base 202, outside the base 202. This bottom element 230 then makes it possible to form a closed outer chamber 85. Seals (not visible in the figures) positioned between the bottom element 230 and the bottom wall 204 of the base 202 make it possible to guarantee the tightness of the outer chamber 85.
  • the outer chamber 85 can form another cooling chamber of the stator casing 200.
  • supply and discharge openings (not shown) of a cooling liquid are provided between the bottom element 230 and the bottom wall 204 of the base 202.
  • the cooling liquid here is water or oil.
  • the internal chamber 80 can be filled with a polymer material to allow cooling.
  • the polymer material is for example molded around the stator (1) in the internal chamber 80 formed in the stator casing 200.
  • FIG. 3 represents, in the form of a flowchart, a first example of the method for manufacturing the stator 1.
  • the method begins at step E2. During this step, the teeth 5 are positioned in preformed notches 75 of a mold 70 for manufacturing the support part 7 (FIG. 4).
  • each notch 75 has dimensions slightly greater than those of the proximal part 54 of the tooth 5 concerned, thus forming a small clearance between the side faces of each tooth 5 and the side walls of the notch 75 concerned.
  • step E4 the support part 7 and the envelope 30 are formed. They are, in this first example, formed in one piece by molding. In practice, the polymer material is poured into the manufacturing mold 70 .
  • the polymer material is introduced between the side faces of the teeth 5 and the side walls of the notches 75, then forming the envelope 30 around the proximal part 54 of each tooth 5.
  • the polymeric material does not entirely cover the proximal part 54 of each tooth 5.
  • the insulating envelope 30 has openings 32. These openings 32 come for example from the positioning means which hold the teeth 5 in position during the manufacturing process (for example during the introduction of the polymer material).
  • the polymer material extending between each of the distal parts 52 of each tooth 5 forms the support part 7.
  • the support part 7 is then in the form of a plate connecting between them the projecting ribs 55 of the teeth 5.
  • step E4 the support part 7 is obtained in which the teeth 5 are each positioned in a precise posture and the envelope 30, formed of electrically insulating material and surrounding each proximal part 54 of each tooth 5.
  • step E6 the assembly formed by the support part 7, the teeth 5 and the casing 30 is extracted from the manufacturing mold 70.
  • step E8 (FIG. 6), during which the electrically conductive wire is wound around each casing 30 formed at step E4 so as to obtain the coils 9.
  • the electrically conductive wire is wound, for example in a single piece, around the casing 30.
  • step E10 during which the assembly formed by the support part 7, the teeth 5, casing 30 and coils 9 are fixed to body 2 of stator 1. More particularly, each free end of the proximal parts 54 of each tooth 5 is attached to upper face 22 of body 2 of stator 1.
  • the fixing is here carried out by gluing.
  • the fixing can be achieved by fitting the proximal part 54 of each tooth 5 onto the upper face 22 of the body 2 of the stator 1 or by any other suitable method.
  • step E 10 the stator 1 is assembled and formed (FIG. 7).
  • FIG. 8 represents, in the form of a flowchart, a second example of the method for manufacturing the stator 1.
  • the method begins at step E20 for obtaining the support part 7.
  • the support plate 7 is made independently of the teeth 5. It is by example formed, by molding in polymer material, from another manufacturing mold (not represented). This other manufacturing mold notably allows the formation of openings 17 (FIG. 9) each intended to receive a tooth 5.
  • the support part 7 obtained therefore comprises as many openings 17 as there are teeth 5.
  • These openings 17 are shaped to allow the positioning of each of the teeth 5 in a precise posture as defined above.
  • the opening 17 has a shape complementary to the distal part 52 of the tooth 5 then allowing this distal part 52 to be supported.
  • each tooth 5 is placed in the corresponding opening 17 of the support part 7 (FIG. 9). More specifically, the edges of each opening 17 are intended to cooperate with the distal part 52 of each tooth 5, and in particular with the projecting ribs 55 of each tooth 5.
  • each tooth 5 (via its distal part 52) is fixed by gluing to the edges of the corresponding opening 17 of the support part 7.
  • this fixing can be achieved by interlocking or any other means of appropriate cooperation.
  • the manufacturing method comprises step E24 during which the casing 30 is formed from an electrically insulating material.
  • the casing 30 is here formed separately from the support part 7.
  • the casing 30 is for example formed by means of a specific manufacturing mold (not shown) by molding in polymeric material.
  • the envelope 30 is also shaped here to surround the proximal part 54 of each tooth 5.
  • the casing 30 may (or may not) have openings 32 in its side parts. [0088] Once the casing 30 has been formed, the electrically conductive wire is wound around it in order to form the coil 9 (FIG. 10).
  • steps E22 and E24 on the one hand is formed the part of the support 7 in which the teeth 5 are positioned in a precise posture and, on the other hand, the envelope 30 is formed. (made of electrically insulating material) wound with electrically conductive wire.
  • Step E26 then allows the positioning of the casing 30 provided with the electrically conductive wire on the proximal part 54 of each tooth 5 (FIG. 11).
  • the assembly of the casing 30 provided with the electrically conductive wire on the proximal part 54 of each tooth 5 is for example made by snap-fastening or by gluing.
  • step E28 (similar to step E10 described previously).
  • the assembly formed by the support part 7, the teeth 5, the casing 30 and the coils 9 is fixed to the body 2 of the stator 1.
  • step E28 the stator 1 is assembled and formed (part of which is shown in FIG. 12).
  • the envelope As a variant, it would have been possible for the envelope to be simply formed from a sheet of insulating paper.
  • Finalization steps such as for example the varnishing of the assembly formed by the various elements of the stator, can be provided following the manufacturing process of the stator 1.
  • the stator casing 200 can also be formed by fixing the stator 1 obtained in the bottom wall 204 of the base 202. This fixing is for example made by gluing.
  • the steps of each of the two examples of the method can be carried out directly in parallel with the positioning in the base 202 of the stator casing 200.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un stator (1) pour machine électrique à flux axial, ledit stator comprenant un corps (2) de stator, une pluralité de dents (5) et au moins une bobine (9) formée d'un fil électriquement conducteur, chaque dent étant formée d'une première partie (52) et d'une deuxième partie (54), le procédé comprenant des étapes de : - obtention d'une partie de support (7) dans laquelle sont positionnées les dents chacune dans une posture précise, - formation d'une enveloppe (30) en matériau électriquement isolant destinée à entourer la deuxième partie de chaque dent, - enroulement du fil électriquement conducteur autour de ladite enveloppe, et - fixation d'une extrémité de la deuxième partie de chaque dent sur une face du corps de stator.

Description

STATOR POUR MACHINE A FLUX AXIAL ET PROCÉDÉ DE FABRICATION D’UN TEL STATOR
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne de manière générale les machines électriques à flux axial.
[0002] Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d’un stator pour machine électrique à flux axial.
[0003] L’invention concerne également un stator obtenu par un tel procédé de fabrication ainsi qu’un moteur et un véhicule automobile comprenant un tel stator.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0004] Un stator conventionnel de machine électrique à flux axial comprend un corps avec une base globalement annulaire et des dents réparties de façon circonférentielle sur l’une des faces d’extrémité de la base. Un stator comprend aussi des bobines de fil conducteur agencées autour des dents. Sous l’effet de courants électriques, les bobines génèrent des champs magnétiques permettant au stator de mettre le rotor en mouvement.
[0005] Classiquement, le corps du stator est réalisé en enroulant une tôle métallique autour d’un axe longitudinal. Cet enroulement de tôle métallique permet de limiter les courants de Foucault parcourant le stator lorsque ce dernier est en fonctionnement et, par conséquent, de réduire les pertes énergétiques par échauffement.
[0006] Suite à la fabrication du corps de stator de cette manière, trois méthodes pour réaliser les enroulements de fil conducteur autour des dents sont connues afin de former les bobines du stator.
[0007] Selon une première méthode, les dents ont une forme globalement parallélépipédique qui facilite l’enroulement du fil conducteur autour de chaque dent. Cette configuration facilite la fabrication industrielle du stator, puisque l’espace entre les dents est suffisamment grand pour enrouler sans difficulté le fil conducteur. Cependant, l’utilisation d’une telle forme de dents implique une dégradation des propriétés électriques de la machine électrique.
[0008] Selon une deuxième méthode de fabrication, les dents s’élargissent à leurs extrémités libres, ce qui améliore la circulation des champs magnétiques. Dans cette configuration, le fil conducteur formant la bobine doit être introduit entre les dents, dans une fente très étroite. Cette étape n’est pas aisée à mettre en oeuvre dans un processus industriel.
[0009] La troisième méthode connue vise à améliorer cette deuxième méthode. Pour cela, après l’enroulement de la tôle métallique formant le corps de stator et les dents, les dents sont coupées du corps de stator. Les bobines sont ensuite formées, de manière individuelle, autour de chacune des dents. Les dents sont enfin replacées sur le corps de stator. En variante, les dents sont chacune réalisées séparément par empilement de tôles magnétiques découpées, bobinées puis assemblées sur un corps de stator.
[0010] Cependant, une telle méthode n’est pas facile à mettre en oeuvre de manière industrielle, notamment car le positionnement des dents sur le corps de stator doit être réalisé de manière précise afin de garantir les propriétés magnétiques de l’ensemble. De plus, une telle configuration altère la rigidité et la résistance mécanique du stator.
PRESENTATION DE L'INVENTION
[0011] La présente invention propose d’améliorer la méthode de fabrication du stator afin de former un stator robuste dans lequel les dents sont agencées de manière à optimiser les propriétés magnétiques et électriques du stator.
[0012] Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de fabrication d’un stator pour machine électrique à flux axial, ledit stator comprenant un corps de stator, une pluralité de dents et au moins une bobine formée d’un fil électriquement conducteur, chaque dent étant formée d’une première partie supérieure et d’une deuxième partie inférieure, le procédé comprenant des étapes de :
- obtention d’une partie de support dans laquelle sont positionnées des dents chacune dans une posture précise,
- formation d’une enveloppe en matériau électriquement isolant destinée à entourer la deuxième partie de chaque dent,
- enroulement du fil électriquement conducteur autour de ladite enveloppe, et
- fixation d’une extrémité de la deuxième partie de chaque dent sur une face du corps de stator.
[0013] Ainsi, grâce à l’invention, une partie de support est formée afin de positionner, de manière précise, les dents en orientation et en position spatiale. L’ensemble formé par la partie de support, les dents et les bobines de fil électriquement conducteur est ensuite fixé sur le corps de stator permettant alors un alignement précis des dents. Cet agencement permet alors une optimisation des propriétés magnétiques et électriques du stator.
[0014] De plus, comme la partie de support et les dents sont assemblées puis fixées sur le corps de stator d’un seul bloc, cela permet de garantir une résistance mécanique du stator obtenu.
[0015] D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de fabrication d’un stator conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- il est également prévu, préalablement à la formation de la partie de support, une étape de positionnement des dents dans des encoches préformées d’un moule de fabrication de la partie de support ;
- il est également prévu, préalablement à l’enroulement du fil électriquement conducteur autour de ladite enveloppe, une étape d’extraction des dents du moule ;
- la partie de support et ladite enveloppe sont formées d’une seule pièce par moulage ;
- la partie de support présentant une pluralité d’ouvertures, il est prévu une étape de mise en place de chaque dent dans une ouverture correspondante de la partie de support, chaque ouverture étant conformée pour recevoir chaque dent dans ladite posture précise ;
- chaque dent est fixée par collage à la partie de support ;
- la partie de support et ladite enveloppe sont formées en matière polymère ; et
- la fixation de l’extrémité de la deuxième partie de chaque dent sur la face du corps de stator est réalisée par collage.
[0016] L’invention concerne également un stator obtenu par le procédé de fabrication décrit précédemment.
[0017] L’invention concerne également un carter statorique comprenant un stator tel que défini précédemment et un socle recevant le stator, ledit socle comprenant une paroi de fond et des parois latérales de manière à former une chambre de refroidissement. Une matière polymère est par exemple surmoulée autour du stator dans la chambre de refroidissement.
[0018] L’invention concerne encore un moteur comprenant un rotor et un stator tel que défini précédemment, ainsi qu’un véhicule automobile comprenant un tel moteur. [0019] 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.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0020] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
[0021] Sur les dessins annexés :
[0022] la figure 1 représente une vue schématique en perspective avant d’un stator conforme à l’invention ;
[0023] la figure 2 représente une vue schématique en perspective arrière du stator de la figure 1 ;
[0024] la figure 3 représente, sous forme de logigramme, un premier exemple de procédé de fabrication d’un stator conforme à l’invention,
[0025] la figure 4 représente schématiquement une vue en coupe du produit obtenu lors de l’étape E2 d’un premier exemple du procédé de fabrication du stator,
[0026] la figure 5 représente schématiquement une vue en coupe du produit obtenu lors de l’étape E4 du premier exemple du procédé de fabrication du stator,
[0027] la figure 6 représente schématiquement une vue en coupe du produit obtenu lors de l’étape E8 du premier exemple du procédé de fabrication du stator,
[0028] la figure 7 représente schématiquement une vue en coupe du produit obtenu lors de l’étape E10 du premier exemple du procédé de fabrication du stator,
[0029] la figure 8 représente, sous forme de logigramme, un deuxième exemple de procédé de fabrication d’un stator conforme à l’invention,
[0030] la figure 9 représente schématiquement une vue en coupe du produit obtenu lors de l’étape E22 d’un deuxième exemple du procédé de fabrication du stator,
[0031] la figure 10 représente schématiquement une vue en coupe du produit obtenu lors de l’étape E24 du deuxième exemple du procédé de fabrication du stator, [0032] la figure 11 représente schématiquement une vue en coupe du produit obtenu lors de l’étape E26 du deuxième exemple du procédé de fabrication stator, [0033] la figure 12 représente schématiquement une vue en coupe du produit obtenu lors de l’étape E28 du deuxième exemple du procédé de fabrication du stator, [0034] la figure 13 représente schématiquement un véhicule automobile équipé d’un moteur comprenant un stator conforme à l’invention, [0035] la figure 14 représente une vue schématique en perspective d’un premier exemple de coopération entre une dent et la face supérieure d’un corps de stator, [0036] la figure 15 représente une vue schématique en perspective d’un deuxième exemple de coopération entre une dent et la face supérieure du corps de stator, et [0037] la figure 16 représente schématiquement une vue de coupe d’un carter statorique comprenant un stator conforme à l’invention.
[0038] En préliminaire on notera que les éléments identiques ou similaires des différentes variantes de réalisation de l’invention représentées sur les différentes figures seront, dans la mesure du possible, référencés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits à chaque fois.
[0039] Dans la suite de la description, les termes « conducteur » et « isolant » seront employés pour définir les propriétés électriques ou diélectriques des matériaux respectivement électriquement conducteurs et électriquement isolants. [0040] Sur les figures 1 et 2, on a représenté schématiquement, respectivement en vue avant et en vue arrière, un stator 1 pour machine électrique à flux axial.
[0041] Le stator 1 comprend un corps 2 de stator 1, une pluralité de dents 5, une partie de support 7 de la pluralité des dents 2 et au moins une bobine 9 formée d’un fil électriquement conducteur (non visible sur les figures 1 et 2).
[0042] Comme le montrent les figures 1 et 2, le corps 2 de stator 1 présente une forme d’anneau aplati, de hauteur inférieure à son diamètre. Le corps 2 de stator 1 présente une face supérieure 22 plane, une face inférieure 24 plane, une face périphérique externe 25 et une face périphérique interne, toutes deux cylindriques de révolution.
[0043] Le corps 2 du stator 1 est réalisé en matériau magnétique. Il est par exemple réalisé par un empilage de tôles d’acier d’une épaisseur inférieure ou égale au demi- millimètre. Ces plaques de tôles sont ici courbes et enroulées en spirale autour d’un axe L orthogonal au plan des faces supérieure 22 et inférieure 24. Elles s’étendent sur toute la hauteur du corps 2 de stator 1. Ainsi, les pertes dans le stator dues aux courants de Foucault sont limitées.
[0044] Le stator 1 comprend également la pluralité de dents 5. Cette pluralité de dents 5 est régulièrement répartie sur la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1 tout autour de l’axe L (figures 1 et 2). Comme cela est visible sur la figure 1 , chaque dent 5 présente globalement une forme de prisme droit, de section trapézoïdale (dans un plan parallèle à la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1). Les faces latérales en regard des dents 5 voisines sont ici parallèles entre elles.
[0045] Chaque dent 5 présente ici une première partie 52, ou partie distale 52 dans la suite, et une deuxième partie 54, ou partie proximale 54 dans la suite de cette description (figure 4). Comme le montre par exemple la figure 7, la partie proximale 54 de chaque dent 5 est rapportée sur la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1. En pratique, chaque extrémité de la partie proximale 54 de chaque dent 5 est fixée par collage sur la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1.
[0046] En variante, comme cela est représenté sur les figures 14 et 15, la coopération entre la partie proximale 54 de chaque dent 5 et la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1 peut également être réalisée par emboîtement de chaque dent 5 sur la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1. Plus précisément, l’extrémité de la partie proximale 54 de chaque dent 5 présente une forme complémentaire d’une partie de la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1.
[0047] Par exemple, dans le cas de la figure 14, l’extrémité de la partie proximale 54 de chaque dent 5 présente une partie en saillie 540 destinée à coopérer, par exemple par emboîtement, avec une rainure 542, formée sur la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1 , et présentant une forme complémentaire de la partie en saillie 540. Cette rainure peut présenter une section en forme de dièdre en V (figure 15) ou une section en U dont le fond présente une forme en V (figure 14). Cette forme a l’avantage d’améliorer le passage du flux magnétique entre la base de la dent et la partie de la culasse située entre deux dents, notamment lorsque la dent est réalisée en tôle à grains orientés magnétiquement axialement et lorsque la culasse est réalisée en tôle à grains orientés magnétiquement angulairement comme par exemple dans le document W02020/078667.
[0048] En variante encore, la coopération entre la partie proximale 54 de chaque dent 5 et la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1 peut être réalisée par une combinaison du collage et de l’emboîtement de chaque dent 5 sur la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1 précédemment décrits.
[0049] Par ailleurs, la partie distale 52 de chaque dent 5 présente, au moins d’un côté, une nervure en saillie 55. Ici, deux nervures en saillie 55 sont formées de part et d’autre de chaque dent 5, dans le prolongement de l’extrémité de la partie distale 52 de chaque dent 5. Comme cela est visible sur la figure 1, la nervure en saillie 55 d’une dent 5 est en regard de la nervure en saillie 55 de la dent 5 adjacente. Ces nervures en saillie 55 sont particulièrement avantageuses car elles réduisent l’espace disponible entre les dents 5, ce qui permet de diminuer les variations de champs magnétiques au niveau du stator 1 et amoindrit les pertes de puissance associées. Cela permet également de réduire la résistance magnétique de l’entrefer entre le stator 1 et un rotor associé.
[0050] De manière avantageuse ici, les dents 5 sont positionnées dans une partie de support 7. Cette partie de support 7 présente également ici une forme d’anneau aplati (figures 1 et 2). La partie de support 7 est conformée pour supporter chaque dent 5 dans une posture précise, au moins au moment de l’assemblage de ces dents 5 sur le corps 2 de stator 1.
[0051] Dans cette description, on entend ici par « posture précise » un positionnement de chaque dent 5 relativement aux autres dents dans une position spatiale prédéfinie, stable, et selon une orientation prédéterminée. L’utilisation de cette partie de support 7 permet donc un agencement précis des dents 5, les unes par rapport aux autres, sur le corps 2 de stator 1. Cela permet de garantir les propriétés magnétiques de l’ensemble du stator 1 en limitant les pertes dues à un mauvais alignement et un mauvais positionnement des dents 5 les unes par rapport aux autres.
[0052] La partie de support 7 est de manière préférentielle conçue dans un matériau électriquement isolant. Elle est par exemple moulée en matière polymère.
[0053] Comme le montrent par exemple les figures 6 et 7, chaque dent 5 est prévue pour être entourée d’une enveloppe 30 formée en matériau électriquement isolant. Par exemple, cette enveloppe est moulée en matériau polymère.
[0054] Selon un premier mode de réalisation de l’invention (figures 3 à 7), la partie de support 7 et l’enveloppe 30 sont formées d’une seule pièce par moulage.
[0055] Selon un deuxième mode de réalisation (figures 8 à 12), la partie de support 7 et l’enveloppe 30 sont formées en deux pièces distinctes.
[0056] Comme cela est visible par exemple sur la figure 6, chaque enveloppe 30 est destinée à entourer la partie proximale 54 de la dent 5 concernée.
[0057] Le stator 1 comprend enfin des bobines 9 formées de fils électriquement conducteurs. Comme le montrent les figures 7, 11 et 12, un fil électriquement conducteur est enroulé autour de chaque enveloppe 30 formée autour des dents 5 de manière à former les bobines 9. Le fil électriquement conducteur est par exemple un fil de cuivre. Les bobines sont en pratique connectées électriquement à une unité 90 de connexion électrique (figure 16). [0058] Le stator 1 selon l’invention est destiné à être utilisé dans un moteur 110 (comprenant également un rotor) d’un véhicule automobile 100 (figure 13).
[0059] La figure 16 représente un exemple de carter statorique 200 dans lequel est introduit le stator 1. Le carter statorique 200 comprend un socle 202 recevant le stator 1. Ce socle 202 présente ici une paroi de fond 204 et deux parois latérales 205, 206 s’étendant depuis la paroi de fond 204.
[0060] La face inférieure du corps 2 de stator est fixée à la paroi de fond 204 du carter statorique 200, par exemple par collage.
[0061] La partie de support 7 est positionnée dans le socle 202 de manière à former une chambre interne 80 close. En d’autres termes, les parois de la chambre interne 80 sont formées par la paroi de fond 204 du socle 202, par les parois latérales 205, 206 du socle 202 et la partie de support 7 du stator 1. Des joints d’étanchéité (non visibles sur les figures) positionnés entre la partie de support 7 et les parois latérales 205, 206 du socle 202 permettent d’assurer l’étanchéité de la chambre interne 80. [0062] Ainsi, une fois le stator 1 fixé dans sur la paroi de fond 204 du carter statorique 200, la chambre interne 80 peut de manière avantageuse former une chambre de refroidissement. Dans ce but, comme cela est représenté sur la figure 16, le socle 202 comprend des ouvertures d’entrée 220 et de sortie 225 permettant la circulation d’un liquide de refroidissement. Ce liquide de refroidissement est par exemple un liquide de refroidissement diélectrique tel que de l’huile. De manière avantageuse ici, le liquide de refroidissement peut alors circuler entre les bobines 9 entourant les dents 5 et permettre ainsi le refroidissement du stator 1 sans inclure de systèmes complexes de canaux dans le corps de chaque dent.
[0063] Le carter statorique 200 comprend également un élément de fond 230 positionné en regard de la paroi de fond 204 du socle 202, à l’extérieur du socle 202. Cet élément de fond 230 permet alors de former une chambre externe 85 close. Des joints d’étanchéité (non visibles sur les figures) positionnés entre l’élément de fond 230 et la paroi de fond 204 du socle 202 permettent de garantir l’étanchéité de la chambre externe 85.
[0064] De manière avantageuse, la chambre externe 85 peut former une autre chambre de refroidissement du carter statorique 200. Dans ce but, des ouvertures d’alimentation et d’évacuation (non représentées) d’un liquide de refroidissement sont prévues entre l’élément de fond 230 et la paroi de fond 204 du socle 202. Le liquide de refroidissement est ici de l’eau ou de l’huile. [0065] Finalement, le refroidissement du carter statorique 200 peut être réalisé de plusieurs manières grâce aux agencements introduits :
- refroidissement par circulation d’un liquide à l’intérieur de la chambre interne 80, ou
- refroidissement par circulation d’un liquide à l’intérieur de la chambre externe 85, ou encore
- refroidissement par circulation d’un liquide à l’intérieur de la chambre interne 80 et d’un autre liquide à l’intérieur de la chambre externe 85.
[0066] En variante à l’utilisation de la circulation d’un liquide, la chambre interne 80 peut être remplie d’une matière en polymère pour permettre le refroidissement. La matière polymère est par exemple surmoulée autour du stator (1) dans la chambre interne 80 formée dans le carter statorique 200.
[0067] La figure 3 représente, sous forme de logigramme, un premier exemple de procédé de fabrication du stator 1.
[0068] Préalablement à la mise en oeuvre de ce procédé, on suppose que les dents 5 et le corps 2 de stator 1 ont été formés par ailleurs (la fabrication de ces éléments n’est pas considérée comme constituant le cœur de l’invention et n’est donc pas décrite en détail dans la suite).
[0069] Comme le montre la figure 3, le procédé débute à l’étape E2. Lors de cette étape, les dents 5 sont positionnées dans des encoches 75 préformées d’un moule 70 de fabrication de la partie de support 7 (figure 4).
[0070] Comme le montre la figure 4, seule la partie proximale 54 de chaque dent 5 est ici rapportée dans l’encoche 75 correspondante. Ici, chaque encoche 75 présente des dimensions légèrement supérieures à celles de la partie proximale 54 de la dent 5 concernée, formant alors un petit jeu entre les faces latérales de chaque dent 5 et les parois latérales de l’encoche 75 concernée.
[0071] Le procédé de fabrication se poursuit à l’étape E4. Lors de cette étape, la partie de support 7 et l’enveloppe 30 sont formées. Elles sont, dans ce premier exemple, formées d’une seule pièce par moulage. En pratique, la matière polymère est coulée dans le moule 70 de fabrication.
[0072] Comme le montre la figure 5, la matière polymère est introduite entre les faces latérales des dents 5 et les parois latérales des encoches 75, formant alors l’enveloppe 30 autour de la partie proximale 54 de chaque dent 5. Ici, la matière polymère ne recouvre pas entièrement la partie proximale 54 de chaque dent 5. [0073] En d’autres termes, l’enveloppe isolante 30 présente des ouvertures 32. Ces ouvertures 32 sont par exemple issues des moyens de positionnement qui maintiennent les dents 5 en position lors du procédé de fabrication (par exemple lors de l’introduction de la matière polymère).
[0074] Comme le montre également la figure 5, la matière polymère s’étendant entre chacune des parties distales 52 de chaque dent 5 forme la partie de support 7. La partie de support 7 se présente alors sous la forme d’une plaque reliant entre elles les nervures en saillie 55 des dents 5.
[0075] Finalement, à l’issue de l’étape E4, on obtient la partie de support 7 dans laquelle les dents 5 sont positionnées chacune dans une posture précise et l’enveloppe 30, formée en matériau électriquement isolant et entourant chaque partie proximale 54 de chaque dent 5.
[0076] Lors de l’étape E6, l’ensemble formé par la partie de support 7, les dents 5 et l’enveloppe 30 est extrait du moule 70 de fabrication.
[0077] Le procédé se poursuit alors à l’étape E8 (figure 6), lors de laquelle le fil électriquement conducteur est enroulé autour de chaque enveloppe 30 formée à l’étape E4 de manière à obtenir les bobines 9. En pratique, le fil électriquement conducteur est enroulé, par exemple d’un seul morceau, autour de l’enveloppe 30. [0078] Le procédé se termine enfin par l’étape E10, lors de laquelle l’ensemble formé par la partie de support 7, les dents 5, l’enveloppe 30 et les bobines 9 est fixé sur le corps 2 de stator 1. Plus particulièrement, chaque extrémité libre des parties proximales 54 de chaque dent 5 est rapportée sur la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1. La fixation est ici réalisée par collage. En variante, comme décrit précédemment et représenté sur les figures 14 et 15, la fixation peut être réalisée par emboîtement de la partie proximale 54 de chaque dent 5 sur la face supérieure 22 du corps 2 de stator 1 ou par toute autre méthode adéquate.
[0079] A l’issue de l’étape E 10, le stator 1 est assemblé et formé (figure 7).
[0080] La figure 8 représente, sous forme de logigramme, un deuxième exemple de procédé de fabrication du stator 1.
[0081] Ici encore, préalablement à la mise en oeuvre de ce procédé, on suppose que les dents 5 et le corps 2 de stator 1 ont été formés par ailleurs.
[0082] Comme le montre la figure 8, le procédé débute à l’étape E20 d’obtention de la partie de support 7. Selon ce deuxième mode de réalisation, la plaque de support 7 est réalisée indépendamment des dents 5. Elle est par exemple formée, par moulage en matière polymère, à partir d’un autre moule de fabrication (non représenté). Cet autre moule de fabrication permet notamment la formation d’ouvertures 17 (figure 9) destinées, chacune, à recevoir une dent 5. La partie de support 7 obtenue comprend donc autant d’ouvertures 17 qu’il y a de dents 5. Ces ouvertures 17 sont conformées pour permettre le positionnement de chacune des dents 5 à une posture précise telle que définie précédemment. En particulier, comme le montre la figure 9, l’ouverture 17 présente une forme complémentaire de la partie distale 52 de la dent 5 permettant alors de supporter cette partie distale 52.
[0083] Le procédé se poursuit ensuite à l’étape E22. Lors de cette étape, chaque dent 5 est mise en place dans l’ouverture 17 correspondante de la partie de support 7 (figure 9). Plus précisément, les bords de chaque ouverture 17 sont destinés à coopérer avec la partie distale 52 de chaque dent 5, et en particulier avec les nervures en saillie 55 de chaque dent 5.
[0084] En pratique, chaque dent 5 (via sa partie distale 52) est fixée par collage aux bords de l’ouverture 17 correspondante de la partie de support 7. En variante, cette fixation peut être réalisée par emboîtement ou tout autre moyen de coopération adapté.
[0085] Parallèlement à la mise en place des dents 5 sur la partie de support 7, le procédé de fabrication comprend l’étape E24 lors de laquelle l’enveloppe 30 est formée en matériau électriquement isolant.
[0086] Selon ce deuxième mode de réalisation, l’enveloppe 30 est ici formée séparément de la partie de support 7. L’enveloppe 30 est par exemple formée par l’intermédiaire d’un moule de fabrication spécifique (non représenté) par moulage en matière polymère. L’enveloppe 30 est également ici conformée pour entourer la partie proximale 54 de chaque dent 5.
[0087] Comme dans le premier mode de réalisation décrit précédemment, l’enveloppe 30 peut présenter (ou non) des ouvertures 32 dans ses parties latérales. [0088] Une fois l’enveloppe 30 formée, le fil électriquement conducteur est enroulé autour de celle-ci afin de former la bobine 9 (figure 10).
[0089] Finalement, à l’issue des étapes E22 et E24, d’une part est formée la partie du support 7 dans laquelle les dents 5 sont positionnées dans une posture précise et, d’autre part, est formée l’enveloppe 30 (en matériau électriquement isolant) enroulée du fil électriquement conducteur.
[0090] L’étape E26 permet alors le positionnement de l’enveloppe 30 munie du fil électriquement conducteur sur la partie proximale 54 de chaque dent 5 (figure 11). [0091] En pratique, l’assemblage de l’enveloppe 30 munie du fil électriquement conducteur sur la partie proximale 54 de chaque dent 5 est par exemple réalisé par encliquetage ou par collage.
[0092] Le procédé se termine enfin par l’étape E28 (similaire à l’étape E10 décrite précédemment). Lors de cette étape, l’ensemble formé par la partie de support 7, les dents 5, l’enveloppe 30 et les bobines 9 est fixé sur le corps 2 de stator 1.
[0093] A l’issue de l’étape E28, le stator 1 est assemblé et formé (dont une partie est représentée sur la figure 12).
[0094] En variante, on aurait pu prévoir que l’enveloppe soit simplement formée d’une feuille de papier isolant.
[0095] Des étapes de finalisation, comme par exemple le vernissage de l’ensemble formé par les différents éléments du stator, peuvent être prévues à la suite du procédé de fabrication du stator 1.
[0096] Une fois le stator 1 obtenu (par le premier ou le deuxième exemple du procédé de fabrication), le carter statorique 200 peut être également formé en fixant le stator 1 obtenu dans la paroi de fond 204 du socle 202. Cette fixation est par exemple effectuée par collage.
[0097] En variante, les étapes de chacun des deux exemples du procédé peuvent être réalisées directement en parallèle du positionnement dans le socle 202 du carter statorique 200.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d’un stator (1) pour machine électrique à flux axial, ledit stator (1) comprenant un corps (2) de stator (1), une pluralité de dents (5) et au moins une bobine (9) formée d’un fil électriquement conducteur, chaque dent (5) étant formée d’une première partie (52) et d’une deuxième partie (54), le procédé comprenant des étapes de :
- obtention d’une partie de support (7) dans laquelle sont positionnées les dents (5) chacune dans une posture précise,
- formation d’une enveloppe (30) en matériau électriquement isolant destinée à entourer la deuxième partie (54) de chaque dent (5),
- enroulement du fil électriquement conducteur autour de ladite enveloppe (30), et
- fixation d’une extrémité de la deuxième partie (54) de chaque dent (5) sur une face (22) du corps (2) de stator (1 ).
2. Procédé selon la revendication 1 , comprenant également des étapes de :
- préalablement à la formation de la partie de support (7), positionnement des dents (5) dans des encoches (75) préformées d’un moule (70) de fabrication de la partie de support (7), et
- préalablement à l’enroulement du fil électriquement conducteur autour de ladite enveloppe (30), extraction des dents (5) du moule.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la partie de support (7) et ladite enveloppe (30) sont formées d’une seule pièce par moulage.
4. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel, la partie de support (7) présentant une pluralité d’ouvertures (17), il est prévu une étape de mise en place de chaque dent (5) dans une ouverture (17) correspondante de la partie de support (7), chaque ouverture (17) étant conformée pour recevoir chaque dent (5) dans ladite posture précise.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel chaque dent (5) est fixée par collage à la partie de support (7).
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la partie de support (7) et ladite enveloppe (30) sont formées en matière polymère.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la fixation de l’extrémité de la deuxième partie (54) de chaque dent (5) sur la face (22) du corps (2) de stator (1 ) est réalisée par collage.
8. Stator (1) pour machine électrique à flux axial obtenu par un procédé de fabrication selon les revendications 1 à 7.
9. Carter statorique (200) comprenant un stator (1) selon la revendication 8 et un socle (202) recevant le stator (1), ledit socle (202) comprenant une paroi de fond (204) et des parois latérales (205, 206) de manière à former une chambre de refroidissement (80).
10. Carter statorique (200) selon la revendication 9, dans lequel une matière polymère est surmoulée autour du stator (1) dans la chambre de refroidissement (80).
11. Moteur (110) comprenant un rotor et un stator (1 ) selon la revendication 8.
12. Véhicule automobile (100) comprenant un moteur (110) selon la revendication 9.
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