WO2024251954A1 - Moteur électrique à assemblage amélioré - Google Patents

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WO2024251954A1
WO2024251954A1 PCT/EP2024/065747 EP2024065747W WO2024251954A1 WO 2024251954 A1 WO2024251954 A1 WO 2024251954A1 EP 2024065747 W EP2024065747 W EP 2024065747W WO 2024251954 A1 WO2024251954 A1 WO 2024251954A1
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electric motor
stator
teeth
motor according
rotor
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PCT/EP2024/065747
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Valentin PRÉAULT
Antoine Foucaut
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Moving Magnet Technologie SA
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Moving Magnet Technologie SA
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Definitions

  • the present invention relates to the field of electric motors, and in particular electric motors for fans.
  • One of the manufacturing techniques for such motors consists of providing a crown-shaped plastic coil support in which teeth are inserted, consisting of stacks of ferromagnetic sheets magnetically connected by a yoke. These overmolded teeth are surrounded by a winding wire, generally made of copper insulated by a varnish. The wires of these coils are connected by metal tracks welded to the wires of each of the coils according to an appropriate topology.
  • This type of motor has several drawbacks such as the axial size resulting from the inter-coil connection, as well as the number of parts to be assembled during manufacturing, and complex assembly processes to ensure reliability, robustness and competitive industrialization.
  • patent application WO2003081755A1 is known in the prior art, which relates to a stator intended for an electric motor, in particular for a high-power low-voltage motor of the external armature motor type, and which comprises a stack of stator laminations provided with a multitude of stator grooves and stator teeth for housing stator windings, as well as an interconnection system for interconnecting the wires of the stator windings.
  • the stator windings wound around the stator teeth through the stator grooves overhang the stack of stator laminations by a winding head on both end faces.
  • the interconnection system consists of winding contact elements as well as interconnection contact elements, the interconnection contact elements at least being arranged on one end face of the stator lamination stack substantially within a space delimited by the stator windings and by a plane defined by the winding head.
  • US patent application US2012098363 relates to a pot-shaped stator support, on the radial outer side of which a stator base body is arranged.
  • This stator base body has an inner yoke ring, from which stator teeth formed in one piece with the yoke ring project radially outwards.
  • Insulating coil bodies wound with coils are connected and snapped radially from the outside onto the stator teeth, and on the radial outer side of the coil bodies, receiving pockets for insulation displacement elements of an interrupting ring, which extend in the axial direction, are formed in one piece on the coil body.
  • US Patent US10243434 discloses a stator of an electric motor comprising a core, and a coating overmolded on the core.
  • the mold for overmolding the coating on the core comprises first and second portions defining a cavity and pluralities of first and second pins extending at least generally to some opposed portions among the portions defining a cavity.
  • the cavity is configured to receive the core.
  • the first pins and the second pins are configured to extend into the cavity when the mold is in a closed position so as to at least partially secure the core in the cavity.
  • the object of the present invention is to overcome these drawbacks and concerns an electric motor comprising a stator comprising a plurality of radial teeth constituted by packs of ferromagnetic sheets and overmolded to form an overmolded stator support, said stator support having between each tooth a notch provided to accommodate the wire of an electric coil, at least part of said overmolded teeth being surrounded by an electric coil after overmolding of the pack of ferromagnetic sheets constituting it, said stator support having, at the front end of the teeth, a tubular casing delimiting a cylindrical cavity to receive a rotor, characterized in that said overmolded stator support is closed at least partially by a transverse disc partition having an axial sleeve for centering the rotor shaft, and in that the outer surface of said transverse disc partition, opposite the cylindrical cavity of the rotor, has means for mechanically fixing at least one of the electrical elements constituted by:
  • the stator support is constituted by a single ferromagnetic sheet pack having a plurality of radial teeth, said overmolded stator support being surrounded by a ferromagnetic stator ring and in that the electric coils are formed of a wire wound on said overmolded teeth of said single ferromagnetic sheet pack.
  • Said axial centering sleeve is formed by a tubular neck with a closed bottom.
  • Said axial centering sleeve is formed by a tubular neck with an open bottom.
  • Said axial centering sleeve is capable of receiving a guide bearing for the shaft of said rotor.
  • Said axial centering sleeve comprises a smooth bearing for guiding the shaft of said rotor.
  • Said axial centering sleeve comprises a passage crossed by the shaft of said rotor.
  • Said transverse disc partition is connected to the tubular casing of the stator support by a plurality of deformable zones.
  • Said deformable zones are in the form of connecting arms inclined relative to the radius.
  • Said connecting arms are connected to the tubular casing of the stator support in an area centered on a tooth.
  • the stator support has anchoring means located between two consecutive notches.
  • Said anchoring means consist of fixing eyelets located in radial extensions of the stator support.
  • Said anchoring means consist of axial studs.
  • Said tubular envelope has between each tooth an axial weakening groove to allow elastic angular movement of said teeth on either side of the radial reference plane.
  • the inner surface of said transverse disc septum, closing the cylindrical cavity of the rotor, has stiffening ribs to prevent warping of the transverse disc septum.
  • the connecting arms constituting the deformable zones are extensions of the stiffening ribs.
  • the invention relates to a motor consisting of a stator assembly (100) with overmolded teeth (120) surrounded by coils, forming a tubular casing (141) defining a cylindrical cavity (250) in which the rotor (200) rotates.
  • the invention of which the represents a non-limiting example, relates more particularly to the configuration of the stator assembly, (100) consisting of a set of overmolded teeth (120), with coils wound on the overmolding of the teeth (120), and a ferromagnetic stator crown (110) to form a tubular part which is distinguished from the prior art by the fact that it is closed by a transverse disc partition (151), which can be perforated, and which fulfills a main function of centering a rotor (200) relative to the stator (100), and an additional function of maintaining certain of the electrical elements of the stator by means of the reliefs, in the form of protuberances (155) or cavities formed on one of the surfaces of the transverse disc partition (151).
  • stator block (100) forms a single plastic part overmolding the ferromagnetic teeth, to form a robust component directly ensuring the centering of the rotor relative to the wound teeth, as well as a robust connection of the electrical elements supplying the coils, and resistant to vibrations and other disturbances.
  • the centering of the axis is ensured by an axial sleeve (152), which can be open or with a closed bottom.
  • the guiding of the axis inside this sleeve is ensured in a conventional manner, for example by a rolling bearing or a plain bearing.
  • an optional solution consists in providing for the transverse disc partition (151) of the stator part deformable peripheral zones, in the annular zone between the periphery of the transverse disc partition and the tubular casing (141) for example peripheral recesses alternating with radial beams, or inclined arms allowing the transverse disc partition to take its dimension after overmolding without breaking the disc part if it is too constrained by the tubular casing, nor deforming this tubular casing in the event of reduction of the diameter of the disc partition by phenomenon of shrinkage of the plastic during cooling.
  • stator assembly is configured to allow angular movement of the teeth, in order to reduce the noise caused by the detent torque when changing from one step to the next step.
  • This angular movement is obtained by a local weakening of the overmolding, for example by the formation of lights (175) at the periphery of the transverse disc septum (151), and/or by axial grooves (146) formed between the teeth (120) in the tubular casing (141).
  • Each tooth (120) is formed by a block of stacked overmolded sheets forming the insulated body receiving the winding after overmolding.
  • the teeth (120) are preferably overmolded, leaving the rear face flush, to come into mechanical and magnetic contact with a ferromagnetic stator ring (110) surrounding the tubular casing, and preserving, between each tooth, a notch (135) allowing the passage of the winding wire before the installation of the ferromagnetic stator ring.
  • the teeth can also radially extend a tubular crown, the ferromagnetic assembly then being overmolded.
  • the winding is then knitted by alternately passing the wire up and down, around the body formed by each overmolded tooth, or from notches provided on the inner surface of the overmolded assembly.
  • the reliefs formed on the surface of the transverse disc partition (151) have, for some, support pads (650) for the turning back of the winding wire, and others have the shape of ribs (158) and can ensure a raising of certain sections of the winding wire, to prevent them from coming into contact with the conductive tracks (610, 620, 630) provided on the surface of the transverse disc partition (151) and from causing a short circuit when the wire is accidentally stripped or delaminated, or can also be used for positioning the conductive tracks (610, 620, 630).
  • the reliefs can also be made up of pins (154) intended to provide a function of holding the conductive tracks (610, 620, 630) by punching on the upper part of these pins (154).
  • the reliefs can be cylindrical protuberances (155) provided with drilling to constitute a means of anchoring an electronic card (400) electrically connected to the connection assembly (600).
  • the exemplary embodiment described with reference to figures 1 to 6 concerns a “pancake” type electric motor used for fans, in particular for forced ventilation functions, and particularly that of polyphase motors with electronic commutation with pilot control integrated into the motor housing and coils exposed to the air flow to allow optimum cooling.
  • the solution which is the subject of the present invention is particularly interesting for the construction of a motor of low thickness and high power (greater than 1 KW) used for example for cooling the components of a rapid charging device for an electric vehicle, but it can be used for any type of ventilation or pump drive motor allowing the use of the fluid flow to cool the stator coils located in the space exposed to the air flow.
  • the stator assembly (100) is provided with an overmolded stator support (150) having a generally tubular part comprising the overmolded teeth (120), one of the axial ends of this tubular part is closed transversely by a transverse disc partition (151) comprising an axial sleeve (152) for centering and guiding the rotor (200).
  • an overmolded stator support (150) having a generally tubular part comprising the overmolded teeth (120), one of the axial ends of this tubular part is closed transversely by a transverse disc partition (151) comprising an axial sleeve (152) for centering and guiding the rotor (200).
  • This transverse disc partition (151) is greater than 50% of the surface area of the internal cavity of the tubular casing (141), with solid parts directly connecting the guidance of a central axis and connection zones with the tubular casing (141), without the interposition of an additional part fixed on the stator part, to avoid any risk of deformation as well as to reduce tolerances and industrialization difficulties.
  • the overmolded stator support (150) is closed by a guide flange (190) which is preferably fixed by laser welding or heat welding.
  • the rotor (200) has a shaft (350) which is guided on the one hand by the transverse disc partition (151) and on the other hand by the guide flange (190).
  • the stator support (150) is formed by overmolding, by injection of a plastic material, a set of radial teeth (120) also formed by a pack of sheets, flush with the outer periphery to come into mechanical and magnetic contact with a peripheral stator ring (110) surrounding the stator support (150).
  • This overmolding makes it possible to form coil bodies (140), making it possible to produce the winding generating the magnetic field interacting with the rotor (200).
  • These coil bodies (140) extend radially along the teeth from the tubular casing (141), the inner surface of which coincides with the front of the teeth (120), to the peripheral radial end, called distal, of the teeth.
  • the coil bodies thus form a thin casing along the teeth, intended to ensure good electrical insulation between the coil wire and the stack of ferromagnetic sheets constituting the teeth.
  • the radial extension of the coil bodies is done along the teeth (120) with a minimum thickness making it possible to maximize the space intended for the electric coils (130) while ensuring electrical insulation between the coils (130) and the stack of sheet metal of the teeth (120).
  • the tubular casing (141) extends axially to provide a front support surface for the wire during the winding operation.
  • the axial extension of the tubular envelope (141) projecting from the transverse disc septum (151) forms a frontal annular extension (148).
  • the transverse disc partition (151) and the frontal annular extension (148) form an inner zone (170) intended to receive the end of the winding wires to ensure their electrical connection.
  • the frontal annular extension (148) is provided with notches (), or slots, to allow the passage of the winding wire between the coil body (140) and the inner zone (170), while ensuring axial and transverse guidance of the latter.
  • the coil bodies (140) extend axially and tangentially, over the desired coil extent, so as to provide a distal support zone for the coil wires (130).
  • the distal tangential extension of the coil bodies (140) takes place on peripheral angular sectors (142) which are not contiguous between the teeth (120), but leave a free angular sector (143) to facilitate the routing of the wire during the winding operation.
  • said tubular envelope (141) defines, on the side of the transverse disc partition (151) opposite the internal zone (170), a cylindrical cavity (250) for receiving the rotor (200).
  • This cylindrical cavity (250) can be closed, on the side opposite the transverse disc partition (151), by a guide flange (190).
  • the axial sleeve (152) is crossed by a central shaft (350) intended for centering and guiding the rotor (200).
  • the shaft (350) is connected to the rotor (200) and guided by bearings (230, 240) provided respectively in the axial sleeve (152) formed on the transverse disc partition (151) and in a housing (195) of the guide flange (190).
  • the sheet metal pack constituting the teeth is produced as a single assembly in the form of a tubular ring extended radially by the teeth.
  • the overmolding axially adjoins the internal periphery of the tubular ring.
  • the skilled person could nevertheless imagine variants for which the teeth would not be joined by the sheet metal pack, but would be secured by the plastic overmolding.
  • the tubular ring would therefore be formed from the end of the teeth connected by arched sections in overmolding. It could also be imagined that the front end of the teeth would be covered with overmolding resin to protect the sheet metal pack from the teeth, this operation nevertheless being accompanied by an increase in the magnetic air gap and therefore a reduction in the performance of the machine.
  • the transverse disc partition (151) has an additional function of mechanically fixing electrical elements of the stator, which can in particular take the form of turning points of the single winding wire, means of fixing the interconnection tracks of the coils, or even the means of fixing the electronic card (400) for controlling the motor by electrical power supply of the coils.
  • the upper surface of the transverse disc partition (151) has pins (154), constituting plastic rivets for fixing by plastic riveting of the inter-coil connection tracks (610, 620, 630) which will be detailed below.
  • the conductive tracks (610, 620, 630) are fixed before the start of winding.
  • transverse disc septum (151) is delimited on its periphery by a frontal annular extension (148) axially extending the tubular envelope (141) so as to form an interior zone (170).
  • the front annular extension (148) is provided with notches (149) at each coil (130) to allow the winding wire (131) to reach the inner zone (170) from the coil body (140) and vice versa.
  • the notches (149) can extend angularly over a significant portion of the coil body (140), the two wires (131) constituting the ends of the coil (130) passing through the front annular extension (148) in the same notch (149).
  • the notch (149) then provides a zone of maximum transverse movement of the wires (131), but any other alternative is envisaged, such as that for example shown in at 9 where the wires are guided into individual notches to wedge them transversely.
  • each coil (130) has a pair of wires (131) passing through the frontal annular extension (148) of the tubular casing (141).
  • the winding of the teeth is carried out by a single continuous wire, successively running through the coils and forming loops inside the inner zone (170), where the wire surrounds interconnection support pads (650).
  • These support pads (650) are constituted by protuberances formed on the surface of the transverse disc partition (151) or can also extend from a conductive track (610, 620, 630) making it possible to achieve both the turning back of the wire and its electrical connection to the conductive track by a welding operation removing its insulating layer.
  • the winding needle drives the winding wire (131) from the coil (130) that has just been wound towards the surface of the transverse disc partition (151) by passing through a notch (149) made in the tubular casing (141).
  • the needle then reaches a support pad (650), which it goes around, then drives the wire again towards the periphery to start winding the next coil.
  • all of the support pads (650) are distributed on a circle located between two conductive tracks (620, 630), so when the wire reaches the inner zone (170) to be connected to the conductive track (630) inscribed in the distribution circle of the support pins (650), it goes around a metal support pad extending the conductive track (630) so as to provide the mechanical guidance and electrical contact functions in a single piece.
  • the metal support pins (650) are in the form of a “V” whose leaves are made up of folded sections of the metal track, the wire passes through the groove formed by this “V” and makes the turnback by winding itself around one of the leaves. During the electric welding operation, the leaves can be slightly folded down to improve the electrical contact.
  • the electrical connection means (660) of the other tracks are in the same form as the metal support pins, the wire simply passing through the groove formed by the two leaves to go around the appropriate support pin.
  • the motor has three phases, resulting in an interconnection of the coils for groupings via a connection assembly (600) formed of three conductive tracks (610, 620, 630) cut from the same conductive sheet and folded to constitute the support pins (650) and electrical connection or the electrical connection means (660).
  • a connection assembly 600 formed of three conductive tracks (610, 620, 630) cut from the same conductive sheet and folded to constitute the support pins (650) and electrical connection or the electrical connection means (660).
  • the conductive tracks (610, 620, 630) are deposited on the transverse disc partition (151) before winding. They are fixed on the transverse disc partition (151) by riveting on the pins (154) and positioned angularly by the ribs (158) which also ensure a raising of the winding wire, to prevent the wire from coming into contact with the conductive tracks (610, 620, 630) and causing a short circuit when it is accidentally stripped or delaminated. It may be noted that the notches (149) also make it possible to ensure a raising of the wire by constituting an axial support.
  • the wire (131) alternately passes through the coils (130) and the connection assembly (600) during winding by an automaton, without breaking the wire.
  • the wire (131) is anchored at a starting point (640) consisting of a flared shape in which the start of the wire is engaged and held by wedging. It then passes radially through the frontal annular extension (148) through a notch (149) provided, and then winds onto a first coil body (140) formed by the overmolding of a first tooth (120), before radially joining the transverse disc partition (151) by passing again through a notch (149) of the frontal annular extension (148).
  • a starting point (640) consisting of a flared shape in which the start of the wire is engaged and held by wedging. It then passes radially through the frontal annular extension (148) through a notch (149) provided, and then winds onto a first coil body (140) formed by the overmolding of a first tooth (120), before radially joining the transverse disc partition (151) by passing again through a notch (149) of the frontal annular extension (148).
  • the wire (131) then winds the second tooth, before radially joining the inner zone (170) by passing again through a notch (149) of the frontal annular extension (148). Inside the inner zone (170), it joins the central part by possibly engaging in the groove of an electrical connection means (660), goes around a support pad (650), before returning radially towards another coil (130) adjacent to the previous one; and so on.
  • the electrical connection to the conductive tracks (610, 620, 630) can, without great importance, take place upstream, downstream or at the same time as bypassing the support pin (650).
  • the wire (131) passes through the frontal annular extension (148) before and after each coil (130).
  • the wire (131) passes through the frontal annular extension (148) only to ensure the connections between a coil and a track (610, 620, 630), but not for the direct connections of two coils (130), in order to reduce the passages and therefore the number of electrical welds made.
  • the coil bodies (140) are grooved so as to guide the wires and facilitate winding; this is particularly interesting in the case of winding wires of large section and therefore of great rigidity.
  • the lower surface of the transverse disc partition (151), located in the cylindrical cavity (250) receiving the rotor (200), has stiffening ribs (171).
  • stiffening ribs (171) extend to the front and/or rear surface of the transverse disc partition (151) to stiffen this transverse disc partition (151) and avoid the risk of warping due to, for example, torsional forces exerted by the rotor axis on the axial sleeve (152).
  • These stiffening ribs (171) may extend radially or have geometries adapted to avoid warping of this transverse disc partition (151).
  • stiffening ribs (171) can also help to improve the transfer of plastic material from an injection point to the entire volume of the part.
  • the stator assembly (100) is formed by plastic injection in a mold for overmolding the ferromagnetic teeth (100).
  • the transverse dimension of the transverse disc partition (151) causes a shrinkage phenomenon during crystallization and cooling of the part after overmolding, which can lead to deformation of the tubular casing (141) and by extension of the overmolded stator support (150), between one of the ends which is open, and the other end closed by the transverse disc partition (151) and subjected to centripetal forces causing a slight conicity.
  • This conicity alters the geometry of the overmolded stator support (150), resulting in the fact that the front surfaces of the teeth may no longer come into optimal contact with the ferromagnetic stator crown (110) on the one hand, and/or degrade the constancy of the magnetic air gap between the teeth and the rotor, or even cause breakages which may lead to guidance or sealing defects.
  • the invention proposes to provide deformable zones (159) at the periphery of the transverse disc septum (151), at its connection with the tubular envelope (141).
  • These deformable zones (159) can result from an annular alignment of slots (175), preferably arranged between two consecutive teeth (120), alternating with arms angularly centered on a tooth (120).
  • These deformable zones (159) can also be made up of oblique arms arranged with a constant angular pitch, to allow, in the event of withdrawal of the transverse disc septum, a slight angular displacement of the central zone relative to the tubular envelope (141).
  • These oblique arms connect a zone of the tubular envelope (141) centered on a tooth (120) to a point angularly offset by 10 to 40° from the periphery of the central zone of the transverse disc septum (151).
  • the deformable zones (159) preferably extend in the extension of the stiffening ribs (171). Indeed, the deformable zones must make it possible to absorb the contraction deformations of the transverse disc partition (151), while the stiffening ribs (171) must avoid out-of-plane deformations of said transverse disc partition (151), geometries are therefore compatible to meet these two functions with a single part, for example a rectangular beam extending radially can have good deformation capabilities in compression or in tangential bending while resisting axial bending.
  • the alternation of lights (175) and deformable zones (159) on the periphery of the transverse disc partition (151) also makes it possible to create weakening zones between the teeth (120), allowing a slight angular movement of said teeth (120) by the elastic deformation of the overmolding.
  • This weakening can also be obtained or accentuated by axial grooves (146) formed in the outer periphery of the tubular casing (141) at the center of the notches (135).
  • This angular play has, surprisingly, the effect of avoiding transmitting to the stator crown (110) the transverse forces resulting from the periodic interaction between the magnets and the teeth, a source of noise.
  • the stator assembly (100) is fixed to a support or to a housing by means of extensions (145) of the overmolded stator support (150).
  • These extensions (145) are located in an angular zone delimited by the peripheral angular sectors (142) and preferably along a radius passing through the center of a tooth (120).
  • the extensions are not located in a free angular sector (143) located between two consecutive teeth.
  • the extensions may nevertheless be located in a radius between the wound part of a tooth and the transverse disc partition (151) or on the external periphery of a tooth (120), for example above the stator crown (110). This arrangement makes it possible not to clutter the inter-tooth space, i.e. the free angular sectors (143), so as to facilitate the winding operation.
  • the attachment to the support is carried out by anchoring means (157) by the intervention of forms of riveting pins or plastic riveting extending the extensions (145) in the axial direction.
  • the extensions (145) can also extend radially in the form of ears pierced with an eyelet or having a threaded bore acting as an anchoring means (157).
  • This second example is an alternative embodiment which differs from the example previously described by the fact that the transverse disc partition (151) has a sealed interior zone (170).
  • the other characteristics previously described generally apply to this second example embodiment and variations are explained in the following paragraphs. This alternative embodiment is to be observed with regard to figures 7 to 11.
  • the transverse disc partition (151) has two concentric rings (161, 162), forming a frontal annular partition (160), located at the inner periphery of the deformable zones (159), defining between them an annular groove (163).
  • the rings (161, 162) are indented by radial slots (164, 165) respectively to allow the radial passage of the wires (131) of the coils (130) and their guidance at the time of winding the stator support (150).
  • the top of the peripheral ring (162) has anchoring housings (166) for the engagement of positioning hooks and attachment of a deformable indented toric part (180), for example made of elastomer.
  • This toric part (180) has a lower part formed of two coaxial lips (181, 182), straddling said peripheral crown (162), the lip (182) being inserted into the annular groove (163), and an indented upper part being locally crossed by the radial wires of the coils (130), the width of the indentation slots being less than the section of the winding wire (131) to ensure watertight pinching of the wire.
  • This toric part (180) has on either side of each indentation slot a cavity opening onto the adjacent slot to allow filling with glue or resin ensuring sealing after insertion of the winding wires (131).
  • the bottom of the slots (165) of the peripheral crown (162) each have a projection of the same width as the cavities to form a support for the winding wire (131) and prevent it from causing shearing of the bottom of the toric part (180) during winding and a potential loss of sealing of the front annular partition (160).
  • the sealing of the inner zone (170) is perfect by an additional seal (800), for example made by depositing a glue or silicone, placed between the periphery of the front annular partition (160) and the transverse part (300).
  • the annular configuration of the toric part (180) makes it possible to deposit this seal (800) on its entire upper face in a single continuous dosage so as to ensure perfect sealing while limiting its production cost.
  • the transverse part (300) has an annular protrusion (320) of a shape complementary to that of the frontal annular partition (160), or to the toric part (180) covering it, to ensure a sealed peripheral barrier of the interior zone (170).
  • the annular groove (163) between the rings (161, 162) could be filled by a deposit of glue or silicone that can be driven inside the slots (164, 165) by piston effect during assembly with the transverse part (300) thanks to a shape complementary to said space and located on said transverse part.
  • This second solution would nevertheless be more expensive because it would require a much larger deposit of glue, a material known to be expensive.
  • Other alternatives would be the deposit of a crown of resin or silicone on the stripped area of the wires (131), or even that the peripheral ring does not surmount the surface of the stator support, but is a frontal annular partition formed on the lower surface of the transverse part (300).
  • the cross piece (300) has in its upper part a housing to accommodate the electronic card (800), this housing is closed by a ca300pot (500), for example metallic.
  • stator ring (110) is put in place by an axial insertion, so that the outer surface of the teeth (120) comes into mechanical and magnetic contact with the inner surface of the stator ring (110) to ensure the closing of the magnetic flux.
  • the stator ring (110) is then held in position by the flexible extensions (156).
  • part or all of the extensions (145) have an anchoring means (157) ensuring the connection by riveting with the transverse part (300).
  • the winding method differs in several points, first the wire must pass through the rings (161, 162) through the slots (164, 165) to reach the inner area (170) containing the conductive tracks (610, 620, 630).
  • This embodiment also differs in that the support pads (650) are all folded extensions of the conductive tracks (610, 620, 630).
  • Each support pad (650) is associated with an electrical connection means (660) in the form of a deformable lug which is folded back, after the passage of the wire (131), against the wire (131) surrounding the support pad (650) to provide a welding point locally removing the insulation coating of the wire.
  • the support pads (650) and the electrical connection means (660) are produced by local deformations of the metal track (610, 620, 630).
  • the shaft (350) can alternatively be rigidly connected to the transverse disc partition (151), the rotor rotating around the shaft (350) by means of bearings (230, 240) integrated in housings of the rotor (200).
  • the central shaft is fixedly mounted in a guide nose (330) of the transverse part (300) which is inserted into the axial sleeve (152) of the transverse disc partition (151).
  • the transverse disc partition (151) ensures a role of centering the rotor (200) relative to the stator.

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Abstract

L'invention concerne un moteur électrique comportant un stator comprenant une pluralité de dents radiales constitués par des paquets de tôles ferromagnétiques et surmoulées pour former un support statorique surmoulé, ledit support statorique présentant entre chaque dent une encoche prévue pour accueillir le fil d'une bobine électrique une partie au moins desdites dents surmoulées étant entourées par une bobine électrique après surmoulage du paquet de tôle ferromagnétique la constituant, ledit support statorique présentant, à l'extrémité frontale des dents, une enveloppe tubulaire délimitant une cavité cylindrique pour recevoir un rotor, caractérisé en ce que ledit support statorique surmoulé est fermé au moins partiellement par une cloison discale transversale présentant un manchon axial de centrage de l'arbre du rotor, et en ce que la surface extérieure de ladite cloison discale transversale, opposée à la cavité cylindrique du rotor, présente des moyens de fixation mécanique d'au moins un des éléments électriques constitué par : - les pistes conductrices d'interconnexion des fils des bobines et/ou - la carte électronique et/ou - les plots d'appui pour le rebroussement du fil de bobinage.

Description

Moteur électrique à assemblage amélioré Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques, et notamment des moteurs électriques pour ventilateur.
Une des techniques de fabrication de tels moteurs consiste à prévoir un support de bobines en pastique de forme couronne dans lequel sont insérées des dents constituées par des empilements de tôles ferromagnétiques reliées magnétiquement par une culasse. Ces dents surmoulées sont entourées par un fil de bobinage, généralement en cuivre isolé par un vernis. Les fils de ces bobines sont reliés par des pistes métalliques soudés sur les fils de chacune des bobines selon une topologie appropriée. Ce type de moteur présente plusieurs inconvénients tels que l’encombrement axial résultant de la connexion inter-bobines, ainsi que le nombre de pièces à assembler lors de la fabrication, et des procédés d’assemblage complexes pour assurer une fiabilité, une robustesse et une industrialisation compétitive.
 Etat de la technique
On connaît notamment dans l’état de la technique la demande de brevet WO2003081755A1 qui concerne un stator destiné à un moteur électrique, notamment à un moteur basse tension de forte puissance du type moteur à induit extérieur, et qui comprend un empilement de tôles de stator pourvu d'une multitude de rainures de stator et de dents de stator pour le logement d'enroulements de stator, ainsi qu'un système d'interconnexion pour l'interconnexion des fils des enroulements de stator. Les enroulements de stator enroulés autour des dents de stator à travers les rainures de stator surplombent l'empilement de tôles de stator d'une tête de bobine sur les deux faces frontales. Le système d'interconnexion est constitué d'éléments de contact d'enroulement ainsi que d'éléments de contact d'interconnexion, les éléments de contact d'interconnexion au moins étant placés sur une face frontale de l'empilement de tôles de stator pratiquement à l'intérieur d'un espace délimité par les enroulements de stator et par un plan défini par la tête de bobine.
La demande de brevet américaine US2012098363 concerne un support de stator en forme de pot, sur la face extérieure radiale d'où est disposé un corps de base de stator. Ce corps de base de stator présente un anneau de culasse intérieur, duquel font saillie radialement vers l'extérieur des dents de stator formées d'une seule pièce avec l'anneau de culasse. Des corps de bobine isolants enroulés avec des bobines sont reliés et encliquetés radialement de l'extérieur sur les dents du stator, et sur le côté extérieur radial des corps de bobine, des poches de réception pour des éléments autodénudants d'un anneau d'interruption, qui s'étendent dans la direction axiale, sont formées d'un seul tenant sur le corps de bobine.
Le brevet américain US10243434 décrit un stator d'un moteur électrique comprend un noyau, et un revêtement surmoulé sur le noyau. Le moule pour surmouler le revêtement sur le noyau comprend des première et seconde parties définissant une cavité et des pluralités de premières et secondes broches s'étendant au moins généralement vers certaines portions opposées parmi les portions définissant une cavité. La cavité est conçue pour recevoir le noyau. Les premières broches et les secondes broches sont conçues pour s'étendre dans la cavité lorsque le moule est en position fermée de façon au moins en partie à fixer le noyau dans la cavité.
Inconvénients de l’art antérieur
La solution proposée par la demande WO2003081755A1 est compliquée à industrialiser : elle implique de positionner et insérer des éléments de contacts dans le support des bobines, à contourner avec le fil de bobinage ces éléments de contact, à couper le fil de bobinage entre certaines bobines et reprendre un nouveau bobinage, et à interconnecter les éléments de contact avec des lames d’interconnexion venant en surépaisseur avec ces éléments de contacts. Cela implique donc la manipulation d’un grand nombre de pièces pendant la phase d’assemblage, et un encombrement résultant de la place prise par ces éléments de contacts en érection au-dessus du plan des fils de bobinages.
La solution proposée par la demande de brevet américaine US2012098363 ne permet pas un bobinage continu avec un même fil de toutes les bobines déjà mises en place. Elle implique l’implantation de bobines déjà bobinées, puis la mise en place d’un ensemble périphérique d’interconnexion, puis la soudure des deux fils de chaque bobine sur cet ensemble périphérique d’interconnexion avant la fermeture par un anneau de scellage.
La solution proposée par le brevet US10243434 concerne un moteur à rotor extérieur. De tels moteurs ne sont pas satisfaisant car le rotor externe présente une grande inertie, et occasionne un bruit préjudiciable ; de plus la solution proposée dans ce brevet présente l’inconvénient de la difficulté d’assurer le bobinage sur le corps statorique et d’assurer l’interconnexion des fils des bobines statoriques. De plus les liaisons entre les fils de bobinages et le circuit imprimé sont situés dans le volume dans lequel est disposé le rotor.
Solution apportée par l’invention
L’objet de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et concerne un moteur électrique comportant un stator comprenant une pluralité de dents radiales constitués par des paquets de tôles ferromagnétiques et surmoulées pour former un support statorique surmoulé, ledit support statorique présentant entre chaque dent une encoche prévue pour accueillir le fil d’une bobine électrique, une partie au moins desdites dents surmoulées étant entourées par une bobine électrique après surmoulage du paquet de tôle ferromagnétique la constituant, ledit support statorique présentant, à l’extrémité frontale des dents, une enveloppe tubulaire délimitant une cavité cylindrique pour recevoir un rotor, caractérisé en ce que ledit support statorique surmoulé est fermé au moins partiellement par une cloison discale transversale présentant un manchon axial de centrage de l’arbre du rotor, et en ce que la surface extérieure de ladite cloison discale transversale, opposée à la cavité cylindrique du rotor, présente des moyens de fixation mécanique d’au moins un des éléments électriques constitué par :
- les pistes conductrices d’interconnexion des fils des bobines et/ou
- la carte électronique et/ou
- les plots d’appui pour le rebroussement du fil de bobinage.
En particulier, elle concerne un moteur électrique présentant tout ou partie des caractéristiques suivantes.
Le support statorique est constitué par paquet de tôles ferromagnétique unique présentant une pluralité de dents radiales, ledit support statorique surmoulé étant entourée par une couronne statorique ferromagnétique et en ce que les bobines électriques sont formées d’un fil enroulé sur lesdites dents surmoulées dudit paquet de tôles ferromagnétique unique.
Ledit manchon axial de centrage est formé par un col tubulaire à fond fermé.
Ledit manchon axial de centrage est formé par un col tubulaire à fond ouvert.
Ledit manchon axial de centrage est apte à recevoir un roulement de guidage de l’arbre dudit rotor.
Ledit manchon axial de centrage comporte un pallier lisse de guidage de l’arbre dudit rotor.
Ledit manchon axial de centrage comporte un passage traversé par l’arbre dudit rotor.
Ladite cloison discale transversale est reliée à l’enveloppe tubulaire du support statorique par une pluralité de zones déformables.
Lesdites zones déformables se présentent sous la forme de bras de liaison inclinés par rapport au rayon.
Lesdits bras de liaison sont liés à l’enveloppe tubulaire du support statorique dans une zone centrée sur une dent.
Le support statorique présente des moyens d’ancrage situés entre deux encoches consécutives.
Lesdits moyens d’ancrage sont constitués d’œillets de fixation situés dans des prolongements radiaux du support statorique.
Lesdits moyens d’ancrage sont constitués par des plots axiaux.
Ladite enveloppe tubulaire présente entre chaque dent une rainure axiale d’affaiblissement pour permettre un débattement élastique angulaire desdites dents de part et d’autre du plan radial de référence.
La surface intérieure de ladite cloison discale transversale, refermant la cavité cylindrique du rotor, présente des nervures de raidissement pour éviter un voilage de la cloison discale transversale.
Les bras de liaison constituants les zones déformables sont des prolongements des nervures de raidissement.
Description détaillée d’un exemple non limitatif de réalisation
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où :
la représente une vue en coupe partielle éclatée, d’un exemple de réalisation d’un moteur selon une première variante de réalisation de l’invention,
la représente une vue éclatée de trois-quarts avant selon la première variante de réalisation de l’invention,
la représente une vue plus partiellement éclatée, de trois-quarts arrière selon la première variante de réalisation de l’invention
la représente une vue en perspective, de trois-quarts dessus, du support statorique avant bobinage selon la première variante de réalisation de l’invention,
la représente une vue en perspective, de trois-quarts dessus, du support statorique après bobinage selon la première variante de réalisation de l’invention,
la représente une vue de dessous du support statorique avant bobinage selon la première variante de réalisation de l’invention,
la représente une vue en coupe partielle éclatée, d’un exemple de réalisation d’un moteur selon une seconde variante de réalisation de l’invention,
la représente une vue, de dessous, du support statorique avant bobinage selon la seconde variante de réalisation de l’invention,
la représente une vue en perspective, de trois-quarts dessus, du support statorique après bobinage et insertion de la couronne statorique selon la seconde variante de réalisation de l’invention,
la représente une vue de dessous du support statorique avant bobinage selon la seconde variante de réalisation de l’invention,
la représente une vue en coupe selon la seconde variante de réalisation de l’invention,
Principe général de l’invention
L’invention concerne un moteur constitué par un ensemble statorique (100) avec des dents (120) surmoulées entourées par des bobines, formant une enveloppe tubulaire (141) définissant une cavité cylindrique (250) dans laquelle tourne le rotor (200).
L’invention dont la représente un exemple non limitatif, porte plus particulièrement sur la configuration de l’ensemble statorique, (100) constitué par un ensemble de dents (120) surmoulées, avec des bobines enroulées sur le surmoulage des dents (120), et une couronne statorique (110) ferromagnétique pour former une pièce tubulaire qui se distingue de l’art antérieur par le fait qu’elle est fermée par une cloison discale transversale (151), qui peut être ajourée, et qui remplit une fonction principale de centrage d’un rotor (200) par rapport au stator (100), et une fonction additionnelle de maintien de certains des éléments électriques du stator par l’intermédiaire des reliefs, sous forme de protubérances (155) ou de cavités formées sur l’une des surfaces de la cloison discale transversale (151).
Ainsi, le bloc statorique (100) forme une pièce unique en plastique surmoulant les dents ferromagnétiques, pour former un composant robuste assurant directement le centrage du rotor par rapport aux dents bobinées, ainsi qu’une liaison robuste des éléments électriques alimentant les bobines, et résistant aux vibrations et autres perturbations.
Le centrage de l’axe est assuré par un manchon axial (152), qui peut être ouvert ou avec un fond fermé. Le guidage de l’axe à l’intérieur de ce manchon est assuré de manière classique, par exemple par un roulement ou un pallier lisse.
Afin d’éviter une déformation de la pièce statorique du fait du processus d’injection plastique, une solution optionnelle consiste à prévoir pour la cloison discale transversale (151) de la pièce statorique des zones périphériques déformables, dans la zone annulaire comprise entre la périphérie de la cloison discale transversale et l’enveloppe tubulaire (141) par exemple des évidements périphériques alternant avec des poutres radiales, ou des bras inclinés permettant à la cloison discale transversale de prendre sa dimension après surmoulage sans casser la partie discale si elle trop contrainte par l’enveloppe tubulaire, ni déformer cette enveloppe tubulaire en cas de réduction du diamètre de la cloison discal par phénomène de retrait du plastique en cours de refroidissement.
Selon une autre variante optionnelle l’ensemble statorique est configuré pour permettre un débattement angulaire des dents, afin de réduire le bruit occasionné par le couple de détente lors du passage d’un pas au pas suivant.
Ce débattement angulaire est obtenu par un affaiblissement local du surmoulage, par exemple par la formation de lumières (175) à la périphérie de la cloison discale transversale (151), et/ou par des rainures (146) axiales formées entre les dents (120) dans l’enveloppe tubulaire (141).
Chaque dent (120) est formée par un bloc de tôles empilées surmoulées formant le corps isolé recevant après surmoulage le bobinage.
Les dents (120) sont de préférence surmoulées en laissant la face arrière affleurant, pour venir en contact mécanique et magnétique avec une couronne statorique (110) ferromagnétique venant entourer l’enveloppe tubulaire, et préservant, entre chaque dent, une encoche (135) permettant le passage du fil de bobinage avant la pose de la couronne statorique ferromagnétique.
Optionnellement, les dents peuvent aussi prolonger radialement une couronne tubulaire, l’ensemble ferromagnétique étant alors surmoulé. Dans ce cas, le bobinage est ensuite tricoté par passage alternatif du fil vers le haut et vers le bas, autour du corps formé par chaque dent surmoulée, ou à partir d’encoches prévues sur la surface intérieure de l’ensemble surmoulé.
Optionnellement, la partie statorique tubulaire présente des moyens d’ancrage (157) situés dans le prolongement des dents, avantageusement entre deux encoches (135) consécutives. Ces moyens d’ancrage (157) peuvent prendre la forme de prolongements (145) radiaux présentant des œillets de fixation ou la forme de plots axiaux, ou toute autre forme géométrique apte à assurer :
  • Un accrochage de l’ensemble statorique, voire du moteur dans son ensemble,
  • Et, dans certaines variante, une butée de la couronne statorique ferromagnétique.
Les reliefs formés à la surface de la cloison discale transversale (151) présentent pour certains des plots d’appui (650) pour le rebroussement du fil de bobinage, et d’autres ont la forme de nervures (158) et peuvent assurer une surélévation de certains tronçons du fil de bobinage, pour éviter qu’ils ne viennent en contact avec les pistes conductrices (610, 620, 630) prévus à la surface de la cloison discale transversale (151) et ne provoquent un court-circuit lorsque le fil est accidentellement dénudé ou délaminé, ou peuvent également servir au positionnement des pistes conductrices (610, 620, 630). Les reliefs peuvent aussi être constitués de pions (154) destinés à assurer une fonction de maintien des pistes conductrices (610, 620, 630) par bouterollage sur la partie supérieure de ces pions (154). Enfin, mais toujours de manière non limitative, les reliefs peuvent être des protubérances cylindriques (155) munies de perçage pour constituer un moyen d’ancrage d’une carte électronique (400) reliée électriquement à l’ensemble de connexion (600).
Description détaillée d’un premier exemple de réalisation
L’exemple de réalisation décrit en référence aux figures 1 à 6 concerne un moteur électrique de type « galette » utilisé pour des ventilateurs, notamment pour les fonctions de ventilation forcée, et particulièrement celui des moteurs polyphasés à commutation électronique avec commande de pilotage intégrée au boitier du moteur et des bobines exposées au flux d’air pour permettre un refroidissement optimal.
La solution objet de la présente invention est particulièrement intéressante pour la construction de moteur de faible épaisseur et de forte puissance (supérieur à 1 KW) utilisé par exemple pour le refroidissement des organes de dispositif de recharge rapide de véhicule électrique, mais il est exploitable pour tout type de moteur d’entrainement de ventilation ou de pompe permettant de bénéficier du flux de fluide pour refroidir les bobines du stator situées dans l’espace exposé au flux aéraulique.
La représente une vue éclatée du moteur, sans son hélice. Il est constitué par :
  • un ensemble statorique (100),
  • un rotor (200),
  • un flasque de guidage (190).
L’ensemble statorique (100) est muni d’un support statorique surmoulé (150) présentant une partie globalement tubulaire comportant les dents (120) surmoulées, une des extrémités axiales de cette partie tubulaire est fermée transversalement par une cloison discale transversale (151) comportant un manchon axial (152) pour le centrage et le guidage du rotor (200).
La surface de cette cloison discale transversale (151) est supérieure à 50% de la surface de la cavité intérieure de l’enveloppe tubulaire (141), avec des parties pleines reliant directement le guidage d’un axe central et des zones de liaison avec l’enveloppe tubulaire (141), sans interposition d’une pièce additionnelle fixée sur la pièce statorique, pour éviter tout risque de déformation ainsi que pour réduire les tolérances et les difficultés d’industrialisation.
A l’extrémité axiale opposée à cette cloison discale transversale (151), le support statorique surmoulé (150) est fermé par un flasque de guidage (190) qui est préférentiellement fixé par soudure laser ou thermosoudure.
Le rotor (200) présente un arbre (350) qui est guidé d’une part par la cloison discale transversale (151) et d’autre part par le flasque de guidage (190).
Le support statorique (150) est constitué par un surmoulage, par injection d’une matière plastique, d’un ensemble de dents (120) radiales également formées par un paquet de tôles, affleurant à la périphérie extérieure pour venir en contact mécanique et magnétique avec une couronne statorique (110) périphérique entourant le support statorique (150). Ce surmoulage permet de constituer des corps de bobines (140), permettant de réaliser le bobinage générant le champ magnétique interagissant avec le rotor (200).
Ces corps de bobines (140) s’étendent radialement le long des dents depuis l’enveloppe tubulaire (141), dont la surface intérieure coïncide avec le front des dents (120), jusqu’à l’extrémité radiale périphérique, dite distale, des dents. Les corps de bobines forment ainsi une enveloppe de faible épaisseur le long des dents, destinée à assurer une bonne isolation électrique entre le fil de bobine et l’empilement de tôles ferromagnétiques constituant les dents. L’extension radiale des corps de bobines se fait le long des dents (120) avec une épaisseur minimale permettant de maximiser l’espace destiné aux bobines électriques (130) tout en assurant l’isolation électrique entre les bobines (130) et l’empilement de tôle des dents (120). A l’extrémité frontale des dents, l’enveloppe tubulaire (141) se prolonge axialement pour fournir une surface d’appui frontale pour le fil lors de l’opération de bobinage. Le prolongement axial de l’enveloppe tubulaire (141) en saillance de la cloison discale transversale (151) forme un prolongement annulaire frontal (148).
La cloison discale transversale (151) et le prolongement annulaire frontal (148) forment une zone intérieure (170) destinée à recevoir l’extrémité des fils de bobinage pour assurer leur connexion électrique. A cet effet, le prolongement annulaire frontal (148) est muni d’encoches (), ou de fentes, pour permettre le passage du fil de bobinage entre le corps de bobine (140) et la zone intérieure (170), tout en assurant un guidage axial et transversal de ce dernier. A l’extrémité distale des dents, les corps de bobines (140) s’étendent axialement et tangentiellement, sur l’étendue désirée de bobine, de manière à conférer une zone d’appui distale pour les fils des bobines (130). L’extension tangentielle distale des corps de bobines (140) s’opère sur des secteurs angulaires périphériques (142) qui ne sont pas jointifs entre les dents (120), mais laissent un secteur angulaire libre (143) pour faciliter le cheminement du fil lors de l’opération de bobinage.
Dans sa partie interne, ladite enveloppe tubulaire (141) définit, du côté de la cloison discale transversale (151) opposé à la zone intérieure (170), une cavité cylindrique (250) d’accueil du rotor (200). Cette cavité cylindrique (250) peut être refermée, du côté opposé à la cloison discale transversale (151), par un flasque de guidage (190).
Le manchon axial (152) est traversé par un arbre central (350) destiné au centrage et au guidage du rotor (200). L’arbre (350) est lié au rotor (200) et guidé par des roulements (230, 240) prévus respectivement dans le manchon axial (152) formé sur la cloison discale transversale (151) et dans un logement (195) du flasque de guidage (190).
Dans l’exemple présenté, le paquet de tôles constituant les dents est réalisé en un ensemble unique sous la forme d’un anneau tubulaire prolongé radialement par les dents. Au niveau de l’enveloppe tubulaire (141), le surmoulage jouxte axialement la périphérie interne de l’anneau tubulaire. L’homme de métier pourrait néanmoins imaginer des variantes pour lesquelles les dents ne seraient pas jointive par le paquet de tôles, mais seraient solidarisée par le surmoulage plastique. L’anneau tubulaire serait donc formé de l’extrémité des dents reliées par des tronçons arqués en surmoulage. On pourrait également imaginer que l’extrémité frontale des dents soient recouvert de résine de surmoulage pour protéger le paquet de tôles des dents, cette opération s’accompagnant néanmoins d’une augmentation de l’entrefer magnétique et donc d’une réduction des performances de la machine.
Description détaillée de la cloison discale transversale (151)
Comme illustré par les figures 1 à 6, outre la fonction de centrage du rotor (200), précédemment décrite, la cloison discale transversale (151) présente une fonction supplémentaire de fixation mécanique d’éléments électriques du stator, qui peut notamment se présenter sous la forme de points de rebroussement du fil de bobinage unique, des moyens de fixation des pistes d’interconnexions des bobines, ou encore les moyens de fixation de la carte électronique (400) pour le pilotage du moteur par alimentation électrique des bobines.
Dans les exemples illustrés, notamment visible en figures 4 et 5 pour le premier mode de réalisation, la surface supérieure de la cloison discale transversale (151) présente des pions (154), constituant des rivetages plastiques de fixation par bouterollage plastique des pistes (610, 620, 630) de liaison inter-bobines qui seront détaillées ci-après. Les pistes conductrices (610, 620, 630) sont fixées avant le début du bobinage.
La cloison discale transversale (151) est délimitée sur sa périphérie par un prolongement annulaire frontal (148) étendant axialement l’enveloppe tubulaire (141) de sorte à former une zone intérieure (170).
Le prolongement annulaire frontal (148) est muni d’encoches (149) au niveau de chaque bobine (130) pour permettre au fil (131) de bobinage de rejoindre la zone intérieure (170) depuis le corps de bobine (140) et inversement. Telles que présentées en figures 1 à 6, les encoches (149) peuvent s’étendre angulairement sur une portion importante du corps de bobine (140), les deux fils (131) constituants les extrémités de la bobine (130) traversant le prolongement annulaire frontal (148) dans une même encoche (149). L’encoche (149) confère alors une zone de débattement transversal maximal des fils (131), mais toute autre alternative est envisagée, comme celle par exemple représenté en à 9 où les fils sont guidés dans des encoches individuelles pour les caler transversalement.
Description détaillée de l’interconnexion des bobines
Dans le cas général, chaque bobine (130) présente une paire de fils (131) traversant le prolongement annulaire frontal (148) de l’enveloppe tubulaire (141).
Dans des cas particuliers, deux ou plusieurs bobines sont reliées en série par un fil continu et non dénudé, et dans ce cas, le fil de liaison entre les bobines ne nécessite pas de repasser sur la cloison discale transversale (151), ainsi la paire de fils s’étendant radialement correspondra à l’ensemble des bobines en série. Cette remarque est d’autant plus valable si les bobines connectées en série sont adjacentes, mais l’homme de métier pourrait également trouver des moyens de connecter en série un ensemble de bobines non adjacentes à l’aide d’un fil continu, tout en assurant la compatibilité de routage vis-à-vis des ensembles des autres phases.
Dans un mode de réalisation préféré, et décrit dans cet exemple, le bobinage des dents est réalisé par un seul fil continu, parcourant successivement les bobines et formant des boucles à l’intérieur de la zone intérieure (170), où le fil entoure des plots d’appui (650) d’interconnexion. Ces plots d’appui (650) sont constitués par des protubérances formées à la surface de la cloison discale transversale (151) ou peuvent également s’épanouir d’une piste conductrice (610, 620, 630) permettant de réaliser à la fois le rebroussement du fil et sa connexion électrique à la piste conductrice par une opération de soudure retirant sa couche isolante. Lors du bobinage, l’aiguille de bobinage entraîne le fil (131) de bobinage depuis la bobine (130) qui vient d’être bobinée vers la surface de la cloison discale transversale (151) en passant au travers d’une encoche (149) réalisée dans l’enveloppe tubulaire (141). L’aiguille rejoint alors un plot d’appui (650), qu’elle contourne, puis entraîne le fil à nouveau vers la périphérie pour démarrer le bobinage de la bobine suivante. A noter que l’ensemble des plots d’appui (650) sont distribués sur un cercle situé entre deux pistes conductrices (620, 630), ainsi lorsque le fil rejoint la zone intérieure (170) pour être connecté à la piste conductrice (630) inscrite dans le cercle de distribution des pions d’appui (650), il contourne un plot d’appui métallique prolongeant la piste conductrice (630) de sorte à assurer les fonctions de guidage mécanique et contact électrique en une seule pièce. Les pions d’appui (650) métalliques se présentent sous la forme d’un « V » dont les vantaux sont constitués de tronçons pliés de la piste métallique, le fil traverse la gorge formée par se « V » et effectue le rebroussement en en s’enroulant sur un des ventaux. Lors de l’opération de soudure électrique les ventaux peuvent être légèrement rabattus pour améliorer le contact électrique. Les moyens de liaison électriques (660) des autres pistes se présentent sous la même forme que les pions d’appui métallique, le fil traversant simplement la gorge constituée par les deux vantaux pour aller contourner le pion d’appui approprié.
Dans l’exemple décrit, le moteur présente trois phases, se traduisant par une interconnexion des bobines pour des regroupements par l’intermédiaire d’un ensemble de connexion (600) formé de trois pistes conductrices (610, 620, 630) découpées dans une même feuille conductrice et pliées pour constituer les pions d’appui (650) et de liaison électrique ou les moyens de liaison électrique (660).
Les pistes conductrices (610, 620, 630) sont déposées sur la cloison discale transversale (151) avant le bobinage. Elles sont fixées sur la cloison discale transversale (151) par bouterollages sur les pions (154) et positionnées angulairement par les nervures (158) qui assurent aussi une surélévation du fil de bobinage, pour éviter que le fil ne vienne en contact avec les pistes conductrices (610, 620, 630) et ne provoque un court-circuit lorsqu’il est accidentellement dénudé ou délaminé. On peut noter que les encoches (149) permettent également d’assurer une surélévation du fil en constituant un appui axial.
Comme plus particulièrement visible en , le fil (131) parcourt alternativement les bobines (130) et l’ensemble de connexion (600) lors du bobinage par un automate, sans rupture du fil.
De sorte à assurer une tension optimale, le fil (131) est ancré à un point de départ (640) constitué par une forme évasée dans lequel le début du fil est engagé et maintenu par coincement. Il traverse ensuite radialement le prolongement annulaire frontal (148) au travers d’un encoche (149) prévue, et vient ensuite s’enrouler sur un premier corps de bobine (140) formé par le surmoulage d’une première dent (120), avant de rejoindre radialement la cloison discale transversale (151) en passant à nouveau au travers d’une encoche (149) du prolongement annulaire frontal (148). A l’intérieur de la zone intérieure (170), il rejoint la partie centrale en s’engageant éventuellement dans la gorge d’un moyen de liaison électrique (660), contourne un plot d’appui (650), avant de revenir radialement vers une autre bobine (130) adjacente à la précédente, après avoir traversé le prolongement annulaire frontal (148) par une autre encoche (149).
Le fil (131) vient ensuite bobiner la seconde dent, avant de rejoindre radialement la zone intérieure (170) en passant à nouveau à travers une encoche (149) du prolongement annulaire frontal (148). A l’intérieur de la zone intérieure (170), il rejoint la partie centrale en s’engageant éventuellement dans la gorge d’un moyen de liaison électrique (660), contourne un plot d’appui (650), avant de revenir radialement vers une autre bobine (130) adjacente à la précédente ; et ainsi de suite.
La liaison électrique aux pistes conductrices (610, 620, 630) peut, sans grande importance, s’opérer en amont, en aval ou en concomitance du contournement du pion d’appui (650).
Dans le cas le plus général, le fil (131) traverse le prolongement annulaire frontal (148) avant et après chaque bobine (130). Toutefois dans le cas où certaines bobines (130) sont reliées en série, qu’elles soient consécutives ou non, le fil (131) traverse le prolongement annulaire frontal (148) seulement pour assurer les liaisons entre une bobine et une piste (610, 620, 630), mais pas pour les liaisons directes de deux bobines (130), afin de réduire les passages et donc le nombre de soudures électriques réalisées.
Dans une configuration avantageuse, les corps de bobines (140) sont striés de manière à guider les fils et faciliter le bobinage, ceci est particulièrement intéressant dans le cas du bobinage de fils de grosse section et donc de grande rigidité.
Surface inférieure de la cloison discale transversale (151)
Tel qu’illustré en , pour le premier mode de réalisation et en pour le second mode de réalisation, la surface inférieure de la cloison discale transversale (151), située dans la cavité cylindrique (250) d’accueil du rotor (200), présente des nervures de raidissement (171).
Ces nervures de raidissement (171) s’étendent à la surface avant et/ou arrière de la cloison discale transversale (151) pour rigidifier cette cloison discale transversale (151) et éviter le risque de voilage du fait par exemple des efforts de torsion exercés par l’axe du rotor sur le manchon axial (152). Ces nervures de raidissement (171) peuvent s’étendre radialement ou présenter des géométries adaptées à éviter le gauchissement de cette cloison discale transversale (151).
La présence de ces nervures de raidissement (171) peut également contribuer à améliorer le transfert de matière plastique depuis un point d’injection vers l’ensemble du volume de la pièce.
Compensation du retrait de surmoulage.
L’ensemble statorique (100) est formé par injection plastique dans un moule de surmoulage des dents ferromagnétiques (100). La dimension transversale de la cloison discale transversale (151) occasionne un phénomène de retrait lors de la cristallisation et du refroidissement de la pièce après surmoulage, qui peut conduire à une déformation de l’enveloppe tubulaire (141) et par extension du support statorique surmoulé (150), entre l’une des extrémités qui est ouverte, et l’autre extrémité fermée par la cloison discale transversale (151) et soumise à des efforts centripètes occasionnant une légère conicité. Cette conicité altère la géométrie du support statorique surmoulé (150), se traduisant par le fait que les surfaces frontales des dents peuvent ne plus venir en contact optimal avec la couronne statorique (110) ferromagnétique d’une part, et/ou de dégrader la constance de l’entrefer magnétique entre les dents et le rotor, ou encore provoquer des cassures pouvant conduire à des défauts de guidage ou d’étanchéité.
Pour compenser ce retrait, l’invention propose de prévoir des zones déformables (159) à la périphérie de la cloison discale transversale (151), au niveau de son raccordement avec l’enveloppe tubulaire (141). Ces zones déformables (159) peuvent résulter d’un alignement annulaire de lumières (175), disposées préférentiellement entre deux dents (120) consécutives, alternant avec des bras centrés angulairement sur une dent (120). Ces zones déformables (159) peuvent également être constitués de bras obliques disposés avec un pas angulaire constant, pour permettre, en cas de retrait de la cloison discale transversale, un léger déplacement angulaire de la zone centrale par rapport à l’enveloppe tubulaire (141). Ces bras obliques relient une zone de l’enveloppe tubulaire (141) centrée sur une dent (120) à un point décalé angulairement de 10 à 40° de la périphérie de la zone centrale de la cloison discale transversale (151). Les zones déformables (159) s’étendent préférentiellement dans le prolongement des nervures de raidissement (171). En effet, les zones déformables doivent permettre d’absorber les déformations en contraction de la cloison discale transversale (151), alors que les nervures de raidissement (171) doivent éviter les déformations hors plan de ladite cloison discale transversale (151), des géométries sont donc compatibles pour répondre à ces deux fonctions avec une seule et même pièce, par exemple une poutre rectangulaire s’étendant radialement peut posséder de bonnes aptitudes de déformation en compression ou en flexion tangentielle tout en résistant à une flexion axiale.
Dents branlantes
L’alternance de lumières (175) et de zones déformables (159) en périphérie de la cloison discale transversale (151) permet aussi de créer des zones d’affaiblissement entre les dents (120), permettant un léger débattement angulaire desdites dents (120) par la déformation élastique du surmoulage. Cet affaiblissement peut également être obtenu ou accentué par des rainures axiales (146) formées dans la périphérie extérieure de l’enveloppe tubulaire (141) au centre des encoches (135). Ce jeu angulaire a, de manière surprenante, pour effet d’éviter de transmettre à la couronne statorique (110) les efforts transversaux résultant de l’interaction périodique entre les aimants et les dents, source de bruit.
Points d’accroche
L’ensemble statorique (100) est fixé sur un support ou sur un boîtier par l’intermédiaire de prolongements (145) du support statorique surmoulé (150). Ces prolongements (145) sont situés une zone angulaire délimitée par les secteurs angulaires périphériques (142) et préférentiellement le long d’un rayon passant par le centre d’une dent (120). Par opposition, les prolongements ne sont pas situés dans un secteur angulaire libre (143) situé entre deux dents consécutives. Les prolongements peuvent néanmoins être situés dans un rayon compris entre la partie bobinée d’une dent et la cloison discale transversale (151) ou en périphérie externe d’une dent (120), par exemple au-dessus de la couronne statorique (110). Cette disposition permet de ne pas encombrer l’espace inter dents, c’est-à-dire les secteurs angulaires libres (143), de sorte à faciliter l’opération de bobinage. Cela permet également de mieux reprendre les efforts introduits par le rotor sur les dents (120) ferromagnétiques. De manière non limitative, la fixation au support est réalisée par des moyens d’ancrage (157) par l’intervention de formes de pions de bouterrollage ou de rivetage plastique prolongeant en direction axiale les prolongements (145). Les prolongement (145) peuvent également s’étendre radialement sous la forme d’oreilles percées d’un œillet ou présentant un alésage fileté faisant office de moyen d’ancrage (157).
Deuxième exemple de réalisation
Ce deuxième exemple est une variante de réalisation qui se distingue de l’exemple précédemment décrit par le fait que la cloison discale transversale (151) présente une zone intérieure (170) étanche. Les autres caractéristiques précédemment décrites s’appliquent généralement à ce deuxième exemple de réalisation et des variations sont explicités dans les paragraphes suivants. Cette variante de réalisation est à observer au regard des figures 7 à 11.
Pour assurer l’étanchéité de la zone intérieure (170), la cloison discale transversale (151) présente deux couronnes (161, 162) concentriques, formant une cloison annulaire frontale (160), situées à la périphérie intérieure des zones déformables (159), définissant entre elles une gorge annulaire (163). Les couronnes (161, 162) sont indentées par des fentes (164, 165) radiales respectivement pour permettre le passage radial des fils (131) des bobines (130) et leur guidage au moment du bobinage du support statorique (150). Le sommet de la couronne périphérique (162) présente des logements d’ancrage (166) pour l’engagement de crochets de positionnement et d’accrochage d’une pièce torique (180) indentée déformable, par exemple en élastomère.
Cette pièce torique (180) présente une partie inférieure formée de deux lèvres (181, 182) coaxiales, venant à cheval sur ladite couronne périphérique (162), la lèvre (182) s’insérant dans la gorge annulaire (163), et une partie supérieure indentée étant localement traversée par les fils radiaux des bobines (130), la largeur des fentes d’indentation étant inférieure à la section du fil (131) de bobinage pour assurer un pincement étanche du fil.
Cette pièce torique (180) présente de part et d’autre de chaque fente d’indentation une cavité débouchant sur la fente adjacente pour permettre le remplissage par une colle ou une résine assurant l’étanchéité après l’insertion des fils de bobinage (131).
Ces fentes d’indentation épousent les parois latérales des fentes (165) de la couronne (162) périphérique.
Le fond des fentes (165) de la couronne (162) périphérique présentent chacun une saillie de même largeur que les cavités pour former un appui du fil de bobinage (131) et éviter qu’il ne provoque le cisaillement du fond de la pièce torique (180) lors du bobinage et une potentielle perte d’étanchéité de la cloison annulaire frontale (160).
Lorsque les fils sont tous en place, l’étanchéification de la zone intérieure (170) est parfaite par un joint (800) additionnel, par exemple réalisé par le dépôt d’une colle ou de silicone, disposé entre le pourtour de la cloison annulaire frontale (160) et la pièce transversale (300). La configuration annulaire de la pièce torique (180), permet de déposer ce joint (800) sur l’intégralité de sa face supérieure en un seul dosage continu de manière à assurer une étanchéité parfaite tout en limitant son coût de production.
La pièce transversale (300) présente une excroissance annulaire (320) de forme complémentaire à celle de la cloison annulaire frontale (160), ou à la pièce torique (180) la coiffant, pour assurer une barrière périphérique étanche de la zone intérieure (170).
Cette réalisation correspond à un exemple avantageux mais il est entendu que d’autres solutions d’étanchéification du passage des fils (131). Par exemple, la gorge annulaire (163) entre les couronnes (161, 162) pourrait être rempli par un dépôt de colle ou de silicone pouvant être chassé à l’intérieur des fentes (164, 165) par effet de piston lors de l’assemblage avec la pièce transversale (300) grâce à une forme complémentaire audit espace et située sur ladite pièce transversale. Cette seconde solution serait néanmoins plus couteuse car demanderait un dépôt de colle beaucoup plus important, matériau réputé pour être onéreux. D’autres alternatives seraient le dépôt d’une couronne de résine ou de silicone sur la zone dénudée des fils (131), ou encore que la couronne périphérique ne surmonte pas la surface du support statorique, mais soit une cloison annulaire frontale formée à la surface inférieure de la pièce transversale (300).
La pièce transversale (300) présente dans sa partie supérieure un logement pour accueillir la carte électronique (800), ce logement est refermé par un ca300pot (500), par exemple métallique.
Telle que présentée en , la couronne statorique (110) est mise en place par une insertion axiale, de sorte que la surface extérieure des dents (120) vienne en contact mécanique et magnétique avec la surface intérieure de la couronne statorique (110) pour assurer la fermeture du flux magnétique. La couronne statorique (110) est ensuite maintenue en position par les prolongement flexibles (156).
Dans une direction opposée à l’extension desdits prolongements flexibles (156), une partie ou la totalité des prolongements (145) présentent un moyen d’ancrage (157) assurant la liaison par bouterollage avec la pièce transversale (300).
Le procédé de bobinage diffère en plusieurs points, tout d’abord le fil doit traverser les couronnes (161, 162) au travers des fentes (164, 165) pour rejoindre la zone intérieure (170) contenant les pistes conductrices (610, 620, 630). Ce mode de réalisation diffère également en ce que les plots d’appui (650) sont tous des extensions pliées des pistes conductrices (610, 620, 630).
Chaque plot d’appui (650) est associé à moyen de liaison électrique (660) sous la forme d’un ergot déformable qui est rabattu, après le passage du fil (131), contre le fil (131) entourant le plot d’appui (650) pour assurer un point de soudure retirant localement le revêtement d’isolation du fil. Les plots d’appui (650) et les moyens de liaison électrique (660) sont réalisés par des déformations locales de la piste métallique (610, 620, 630).
Comme par exemple montré en , l’arbre (350) peut alternativement être rigidement lié à la cloison discale transversale (151), le rotor tournant autour de l’arbre (350) par l’intermédiaire de roulements (230, 240) intégrés dans des logements du rotor (200). L’arbre central est monté fixe dans un nez de guidage (330) de la pièce transversale (300) qui est inséré dans le manchon axial (152) de la cloison discale transversale (151). Dans ce cas la cloison discale transversale (151) assure un rôle de centrage du rotor (200) par rapport au stator.

Claims (16)

  1. Moteur électrique comportant un stator (100) comprenant une pluralité de dents (120) radiales constitués par des paquets de tôles ferromagnétiques et surmoulées pour former un support statorique surmoulé (150), ledit support statorique (150) présentant entre chaque dent (120) une encoche (135) prévue pour accueillir le fil (131) d’une bobine électrique (130), une partie au moins desdites dents (120) surmoulées étant entourées par une bobine électrique (130) après surmoulage du paquet de tôle ferromagnétique la constituant, ledit support statorique (150) présentant, à l’extrémité frontale des dents, une enveloppe tubulaire (141) délimitant une cavité cylindrique (250) pour recevoir un rotor (200),
    caractérisé en ce que ledit support statorique surmoulé (150) est fermé au moins partiellement par une cloison discale transversale (151) présentant un manchon axial (152) de centrage de l’arbre (350) du rotor (200), et en ce que la surface extérieure de ladite cloison discale transversale (151), opposée à la cavité cylindrique (250) du rotor (200), présente des moyens de fixation mécanique d’au moins un des éléments électriques constitué par :
    • les pistes conductrices (610, 620, 630) d’interconnexion des fils des bobines et/ou
    • la carte électronique (400) et/ou
    • les plots d’appui (650) pour le rebroussement du fil de bobinage.
  2. Moteur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le support statorique (150) est constitué par paquet de tôles ferromagnétique unique présentant une pluralité de dents (120) radiales, ledit support statorique (150) surmoulé étant entourée par une couronne statorique (110) ferromagnétique et en ce que les bobines électriques (130) sont formées d’un fil (131) enroulé sur lesdites dents (120) surmoulées dudit paquet de tôles ferromagnétique unique.
  3. Moteur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit manchon axial (152) de centrage est formé par un col tubulaire à fond fermé.
  4. Moteur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit manchon axial (152) de centrage est formé par un col tubulaire à fond ouvert.
  5. Moteur électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit manchon axial (152) de centrage est apte à recevoir un roulement (230) de guidage de l’arbre (350) dudit rotor (200).
  6. Moteur électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit manchon axial (152) de centrage comporte un pallier lisse de guidage de l’arbre (350) dudit rotor (200).
  7. Moteur électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit manchon axial (152) de centrage comporte un passage traversé par l’arbre (350) dudit rotor (200).
  8. Moteur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite cloison discale transversale (151) est reliée à l’enveloppe tubulaire (141) du support statorique (150) par une pluralité de zones déformables (159).
  9. Moteur électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que lesdites zones déformables (159) se présentent sous la forme de bras de liaison inclinés par rapport au rayon.
  10. Moteur électrique selon la revendication 8 caractérisé en ce que lesdits bras de liaison sont liés à l’enveloppe tubulaire (141) du support statorique (150) dans une zone centrée sur une dent.
  11. Moteur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le support statorique (150) présente des moyens d’ancrage (157) situés entre deux encoches (135) consécutives.
  12. Moteur électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que lesdits moyens d’ancrage (157) sont constitués d’œillets de fixation situés dans des prolongements (145) radiaux du support statorique (150).
  13. Moteur électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que lesdits moyens d’ancrage (157) sont constitués par des plots axiaux.
  14. Moteur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite enveloppe tubulaire (141) présente entre chaque dent (120) une rainure axiale (146) d’affaiblissement pour permettre un débattement élastique angulaire desdites dents de part et d’autre du plan radial de référence.
  15. Moteur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface intérieure de ladite cloison discale transversale (151), refermant la cavité cylindrique (250) du rotor (200), présente des nervures de raidissement (171) pour éviter un voilage de la cloison discale transversale (151).
  16. Moteur électrique selon la revendication précédente et de la revendication 8 caractérisé en ce que les bras de liaison constituants les zones déformables (159) sont des prolongements des nervures de raidissement (171).
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