FR3127653A1 - Stator pour moteur électrique et moteur électrique associé - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un stator (1) pour moteur électrique comprenant :
- une étoile (3) comprenant une partie centrale cylindrique autour de laquelle s’étendent radialement une pluralité de dents (30),
- une pluralité de bobineaux (9) configurés d’une part pour recevoir des spires d’un fil de bobinage (17) pour former une bobine (13) et d’autre part pour venir se positionner autour des dents (30) respectives de l’étoile (3),
dans lequel l’étoile (3) comprend une pluralité d’ouvertures (11) ménagées dans sa partie centrale entre les dents (30) et les bobineaux (9) comprennent un ergot de positionnement (92) disposé sur une partie radiale interne du bobineau (9) à l’état monté sur l’étoile (3), ledit ergot de positionnement (92) étant configuré pour venir se positionner dans une ouverture (11) associée de l’étoile (3) de manière à assurer le positionnement du bobineau (9) par rapport à l’étoile (3) dans la direction axiale.
Fig.4
Description
La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques et notamment les moteurs électriques destinés à équiper des vélos électriques.
Les vélos électriques sont de plus en plus populaires du fait de la facilité de déplacement qu’ils procurent tout en ayant une consommation énergétique, un impact environnemental et un coût de revient réduits.
Cependant, l’utilisation d’un moteur électrique dans un vélo électrique implique différentes contraintes. Il convient en particulier de fournir un couple important tout en limitant au maximum le poids et l’encombrement du moteur électrique.
Afin de limiter l’encombrement, il est connu d’utiliser des stators en deux parties aussi appelés stator à dents séparées dans lesquels le stator comprend une pièce interne appelée étoile comprenant les dents sur lesquelles viennent se positionner des bobineaux autour desquels sont enroulées les bobines et une pièce externe appelée anneau ou culasse disposée autour des dents.
L’utilisation d’un tel stator permet de fournir plus de place pour le bobinage et donc de maximiser la place disponible et de faciliter l’enroulement du fil de bobinage autour des dents.
Par ailleurs, il est connu de réaliser l’étoile et la culasse à partir d’un ensemble de tôles de faible épaisseur superposées et assemblées les unes aux autres axialement. Un tel empilement implique une tolérance élevée concernant la dimension axiale de l’étoile. Or, il est nécessaire pour les bobineaux venant se positionner sur les dents d’être positionnés de manière précise pour assurer le bon fonctionnement du moteur.
Du fait de la tolérance importante, soit le bobineau ne pourra pas être inséré sur la dent, soit un jeu important entre le bobineau et la dent pourrait conduire à un dysfonctionnement du moteur électrique. Il convient donc de fournir une solution permettant d’assurer le maintien en position des bobineaux sur les dents dans la direction axiale avec une tolérance réduite.
A cet effet, l’invention a donc pour objet un stator pour moteur électrique comprenant :
- une étoile comprenant une partie centrale cylindrique autour de laquelle s’étendent radialement une pluralité de dents,
- une pluralité de bobineaux configurés d’une part pour recevoir des spires d’un fil de bobinage pour former une bobine et d’autre part pour venir se positionner autour des dents respectives de l’étoile,
dans lequel l’étoile comprend une pluralité d’ouvertures ménagées dans sa partie centrale entre les dents et dans lequel les bobineaux comprennent un ergot de positionnement disposé sur une partie radiale interne du bobineau à l’état monté sur l’étoile, ledit ergot de positionnement étant configuré pour venir se positionner dans une ouverture associée de l’étoile de manière à assurer le positionnement du bobineau par rapport à l’étoile dans la direction axiale.
Selon un autre aspect de la présente invention, les bobineaux ont une forme générale annulaire avec une section rectangulaire.
Selon un autre aspect de la présente invention, les ouvertures ménagées dans la partie centrale de l’étoile sont configurées pour permettre et favoriser une circulation du champ magnétique formé par des aimants permanents du rotor. Les ouvertures sont réalisées en particulier pour éviter le rebouclage du flux magnétique provenant des aimants permanents du rotor destiné à venir se positionné au centre du stator. En effet, le rebouclage du flux magnétique à travers la paroi de l’étoile disposée entre les dents réduit le flux magnétique du moteur électrique et donc les performances du moteur électrique.
Selon un autre aspect de la présente invention, les ouvertures ont une forme rectangulaire et les ergots ont une forme carrée ou rectangulaire et sont configurés pour venir en contact avec un bord d’une ouverture respective pour assurer le blocage en translation axial du bobineau par rapport à l’étoile dans une première direction, le blocage en translation axial dans la deuxième direction étant assuré par une paroi interne du bobineau en contact avec une paroi de la dent.
Selon un autre aspect de la présente invention, les ergots de positionnement comprennent une partie chanfreinée à leur extrémité libre de manière à faciliter l’insertion de l’ergot de positionnement dans une ouverture de l’étoile.
Selon un autre aspect de la présente invention, l’étoile est formée par un empilement de tôles assemblées entre elles selon une direction axiale.
Selon un autre aspect de la présente invention, l’ergot de positionnement est positionné en regard d’une ouverture située à une extrémité axiale de l’étoile, l’ergot de positionnement étant configuré pour venir contre le bord de l’ouverture situé du côté de l’extrémité axiale de l’étoile.
Selon un autre aspect de la présente invention, le stator comprend également une culasse de forme cylindrique configurée pour venir se positionner autour de l’étoile et des bobines.
Selon un autre aspect de la présente invention, la culasse et l’étoile sont formées par découpe à partir d’un empilement de tôles configurées pour être superposées axialement.
La présente invention concerne également un moteur électrique comprenant un stator tel que décrit précédemment.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un stator tel que décrit précédemment, ledit procédé de fabrication comprenant :
- une étape de découpe d’un empilement de tôles pour former une étoile comprenant une pluralité de dents et une culasse comprenant une pluralité d’encoches de forme complémentaire aux extrémités des dents,
- une étape de découpe d’un empilement de tôles pour former une étoile comprenant une pluralité de dents et une culasse comprenant une pluralité d’encoches de forme complémentaire aux extrémités des dents,
- une étape de formation d’une pluralité d’ouvertures dans l’étoile entre les dents,
- une étape de formation des bobines par enroulement d’un fil de bobinage autour de bobineaux comprenant un ergot de positionnement sur une partie interne radialement à l’état monté sur l’étoile,
- une étape de positionnement des bobines sur les dents de l’étoile, l’ergot de positionnement des bobineaux venant s’insérer dans une ouverture de l’étoile,
- une étape d’insertion de l’étoile dans la culasse par translation axiale.
- une étape d’insertion de l’étoile dans la culasse par translation axiale.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément inter-changer de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère.
La représente une partie d’un stator 1 (la culasse 5 n’est pas représentée sur la ) pour moteur électrique et en particulier un stator 1 à dents séparées dans lequel les bobines 13 sont formées par enroulement d’un fil de bobinage 17 autour d’un bobineau 9 configuré pour venir se positionner sur une dent 30 d’une étoile 3 du corps de stator 2. La représente un exemple de réalisation d’un corps de stator 2 comprenant une étoile centrale 3 et une culasse périphérique 5 configurée pour venir se positionner autour de l’étoile 3. Le corps de stator 2 est obtenu à partir d’un empilement de tôles superposées et assemblées les unes aux autress, par exemple par emboîtement (« interlocking » en anglais) ou greffage (« grafting » en anglais). L’épaisseur des tôles est par exemple de 0,3 mm. L’étoile 3 et la culasse 5 sont par exemple obtenues par découpe de l’assemblage de tôles, chaque tôle est ainsi découpée pour fournir d’une part, une tranche d’étoile 3 et d’autre part une tranche de culasse 5. L’étoile 3 comprend une pluralité de dents 30, par exemple dix-huit dents 30, destinées à recevoir une pluralité de bobines 13 respectives. La culasse 5 a une forme générale cylindrique et comprend une pluralité d’encoches longitudinales 50 sur sa face interne destinées à recevoir l’extrémité des dents 30 de l’étoile 3. Les encoches longitudinales 50 peuvent présentées différentes formes de section, par exemple des sections rectangulaires ou en forme de queue d’aronde. Cependant, l’invention ne se limite pas à ces formes d’encoches 50. Les dents 30 de l’étoile 3 s’étendent radialement et leur extrémité a une forme complémentaire des encoches longitudinales 50 de la culasse 5. L’étoile 3 est configurée pour être insérée à l’intérieur de la culasse 5 par translation axiale selon l’axe X. Une pluralité d’ouvertures 11 sont également ménagées dans l’étoile 3, entre les dents 30, pour favoriser la circulation du champ magnétique dans le corps de stator 2. Les ouvertures sont réalisées en particulier pour éviter le rebouclage du flux magnétique provenant des aimants permanents du rotor destiné à venir se positionner au centre du stator 1. En effet, le rebouclage du flux magnétique à travers la paroi de l’étoile 3 disposée entre les dents 30 réduit le flux magnétique du moteur électrique et donc les performances du moteur électrique. La largeur et la longueur des ouvertures 11 sont déterminées de manière à obtenir un compromis entre la tenue mécanique de l’étoile et la circulation du flux magnétique. Ces ouvertures 11 ont une forme allongée, notamment rectangulaires selon la direction axiale. Ainsi, les ouvertures 11 s’étendent sur une pluralité de tôles. Dans le cas de la , trois ouvertures 11 sont alignées dans la longueur axiale de l’étoile 3 entre chaque dent 30 mais un nombre d’ouvertures 11 différent entre chaque dent 30 peut être utilisé. De plus, le nombre de tôles entre l’extrémité axiale de l’étoile 3 et l’ouverture 11 située du côté de cette extrémité est limité, par exemple entre deux et cinq tôles, notamment trois tôles de manière à limiter la tolérance de la cote associée à la distance entre l’ouverture 11 située du côté de l’extrémité axiale de l’étoile 3 et l’extrémité axiale de l’étoile 3.
La représente un exemple de réalisation d’un bobine 13 réalisée par un enroulement d’une pluralité de spires d’un fil de bobinage 17 autour d’un bobineau 9. Le bobineau 9 a par exemple une forme générale annulaire avec une section rectangulaire. Le bobinage peut comprendre plusieurs couches de spires superposées, par exemple trois couches, les couches étant réalisées les unes après les autres. Le bobinage peut aussi être de type trapézoïdal, c’est-à-dire que la dernière couche de spires peut ne couvrir qu’une partie de la longueur axiale du bobineau 9 de sorte à maximiser le volume de bobinage par rapport à l’espace disponible entre les dents (davantage d’espace disponible vers l’extrémité radiale externe des dents 30). Le bobineau 9 peut comprendre des connecteurs 90 à l’une des ses extrémités, notamment deux connecteurs 90 configurés pour recevoir les deux extrémités du fil de bobinage associé à la bobine 13 et pour assurer la connexion électrique avec des bornes d’alimentation du stator 13. Le bobineau 9 peut être réalisé en matière plastique. Comme représenté sur les différentes vues des figures 4 à 6, le bobineau 9 comprend également un ergot de positionnement 92 disposé sur une partie interne radialement du bobineau 9 à l’état monté sur l’étoile 3, c’est-à-dire sur le côté du bobineau 9 orienté vers le centre de l’étoile 3 lorsque le bobineau 9 est monté sur l’étoile 3. L’ergot 92 a par exemple une section de forme carrée ou rectangulaire et est configuré pour venir se positionner dans une ouverture 11 respective de l’étoile 3. L’ergot 92 est positionné de manière à venir en contact avec une extrémité (petit côté) de l’ouverture 11 associée de manière à bloquer la translation axiale du bobineau 9 dans une direction donnée (la translation axiale du bobineau 9 étant bloquée dans la direction opposée par le côté interne (repéré par la flèche F sur la ) du bobineau 9 de forme annulaire et de section rectangulaire contre l’extrémité axiale de la dent 30) et ainsi assurer le positionnement du bobineau 9 par rapport à l’étoile 3 dans la direction axiale. L’ergot 92 est donc positionné à proximité d’une extrémité axiale du bobineau 9, ici l’extrémité sur laquelle sont positionnés les connecteurs 90. L’ergot 92 peut comprendre une partie chanfreinée à son extrémité libre pour faciliter son insertion dans l’ouverture 11. Ainsi, les bobines 13 sont montées sur les dents 30 de l’étoile 3 en insérant les ergots de positionnement 92 dans les ouvertures 11 pour assurer le positionnement axial des bobines 13 par rapports à l’étoile 3 ce qui permet également de limiter le mouvement relatif entre les bobines 13 adjacentes et ainsi réduire le risque de court-circuit entre les bobines 13. Une fois les bobines positionnées sur l’étoile 3, la culasse 5 peut être positionnée autour de l’étoile 3 et des bobines 13 par translation axiale selon l’axe X.
La présente invention concerne également un moteur électrique comprenant un stator tel que décrit précédemment. Le moteur électrique est par exemple un moteur triphasé.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un stator tel que décrit précédemment. La représente un organigramme des étapes du procédé de fabrication.
La première étape 101 concerne l’empilement de tôles, destinées à former l’étoile 3 et la culasse 5 du stator 1, selon une direction axiale et la fixation des tôles entre elles, par exemple par emboîtement (« interlocking » en anglais) ou greffage (« grafting » en anglais). Les tôles sont des tôles métalliques, par exemple en acier. L’épaisseur des tôles est par exemple de 0,3mm. L’empilement a une forme sensiblement cylindrique.
La deuxième étape 102 concerne une étape de découpe de l’empilement de tôles obtenu à l’étape 101. La découpe permet de former d’une part une étoile 3 comprenant une pluralité de dents 30 s’étendant radialement de manière régulière et d’autre part, une culasse 5 comprenant une pluralité d’encoches 50 de forme complémentaire aux extrémités des dents 30. L’extrémité des dents 30 et les encoches 50 peuvent avoir des formes rectangulaires ou en queue d’aronde par exemple.
La troisième étape 103 concerne la formation d’ouvertures 11 dans l’étoile 3, entre les dents 30. Les ouvertures 11 sont par exemple formées par retrait de matière, découpe, estampage ou incision de l’étoile 3. La troisième étape 103 peut être réalisée en même temps que la deuxième étape 102.
La quatrième étape 104 concerne l’enroulement d’une pluralité de spires d’un fil de bobinage 17 autour d’un bobineau 9 pour former une bobine 13, par exemple selon un bobinage trapézoïdal. Cet enroulement est répété pour former l’ensemble des bobines 13 du stator 1.
La cinquième étape 105 concerne le positionnement des bobines 13 formées à l’étape 104 sur les dents 30 de l’étoile 3, les bobineaux 9 venant se fixer sur les dents 30 respectives de l’étoile 3. Le positionnement des bobines 13 comprend l’introduction des ergots de positionnement 92 des bobineaux 9 dans les ouvertures 11 de l’étoile 3 pour assurer le positionnement axial des bobines 13 par rapport à l’étoile 3.
La sixième étape 106 concerne le positionnement de la culasse 5 autour de l’étoile 3 comprenant les bobines 13. Le positionnement est réalisé par translation axiale.
Ainsi, l’utilisation d’une étoile 3 comprenant des ouvertures 11 ménagées entre les dents 30 pour permettre la circulation du flux magnétique et des bobineaux 9 comprenant un ergot de positionnement 92 configuré pour venir se positionner contre le bord d’une ouverture 11 pour bloquer la translation axiale du bobineau 9 permet ainsi d’assurer le positionnement axial de la bobine 13 malgré la tolérance importante de la longueur axiale de l’étoile 3 du fait de l’empilement de tôles.
Claims (11)
- Stator (1) pour moteur électrique comprenant :
- une étoile (3) comprenant une partie centrale cylindrique autour de laquelle s’étendent radialement une pluralité de dents (30),
- une pluralité de bobineaux (9) configurés d’une part pour recevoir des spires d’un fil de bobinage (17) pour former une bobine (13) et d’autre part pour venir se positionner autour des dents (30) respectives de l’étoile (3),
caractérisé en ce que l’étoile (3) comprend une pluralité d’ouvertures (11) ménagées dans sa partie centrale entre les dents (30) et en ce que les bobineaux (9) comprennent un ergot de positionnement (92) disposé sur une partie radiale interne du bobineau (9) à l’état monté sur l’étoile (3), ledit ergot de positionnement (92) étant configuré pour venir se positionner dans une ouverture (11) associée de l’étoile (3) de manière à assurer le positionnement du bobineau (9) par rapport à l’étoile (3) dans la direction axiale. - Stator (1) selon la revendication précédente dans lequel les bobineaux (9) ont une forme générale annulaire avec une section rectangulaire.
- Stator (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les ouvertures (11) ménagées dans la partie centrale de l’étoile (3) sont configurées pour permettre une circulation du champ magnétique.
- Stator (1) selon la revendication précédente dans lequel les ouvertures (11) ont une forme rectangulaire et les ergots (92) ont une forme carrée ou rectangulaire et sont configurés pour venir en contact avec un bord d’une ouverture (11) respective pour assurer le blocage en translation axial du bobineau (9) par rapport à l’étoile (3) dans une première direction, le blocage en translation axial dans la deuxième direction étant assuré par une paroi interne du bobineau (9) en contact avec une paroi de la dent (30).
- Stator (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les ergots de positionnement (92) comprennent une partie chanfreinée à leur extrémité libre de manière à faciliter l’insertion de l’ergot de positionnement (92) dans une ouverture (11) de l’étoile (3).
- Stator (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’étoile (3) est formée par un empilement de tôles assemblées entre elles selon une direction axiale.
- Stator (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’ergot de positionnement (92) est positionné en regard d’une ouverture (11) située à une extrémité axiale de l’étoile (3), l’ergot de positionnement (92) étant configuré pour venir contre le bord de l’ouverture (11) situé du côté de l’extrémité axiale de l’étoile (3).
- Stator (1) selon l’une des revendications précédentes comprenant également une culasse (5) de forme cylindrique configurée pour venir se positionner autour de l’étoile (3) et des bobines (13).
- Stator (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la culasse (5) et l’étoile (3) sont formées par découpe à partir d’un empilement de tôles configurées pour être superposées axialement.
- Moteur électrique comprenant un stator (1) selon l’une des revendications précédentes.
- Procédé de fabrication d’un stator (1) selon l’une des revendications 1 à 9, ledit procédé de fabrication comprenant :
- une étape de découpe d’un empilement de tôles pour former une étoile (3) comprenant une pluralité de dents (30) et une culasse (5) comprenant une pluralité d’encoches (50) de forme complémentaire aux extrémités des dents (30),
- une étape de formation d’une pluralité d’ouvertures (11) dans l’étoile (3) entre les dents (30),
- une étape de formation des bobines (13) par enroulement d’un fil de bobinage (17) autour de bobineaux (9) comprenant un ergot de positionnement (92) sur une partie interne radialement à l’état monté sur l’étoile (3),
- une étape de positionnement des bobines (13) sur les dents (30) de l’étoile (3), l’ergot de positionnement (92) des bobineaux (9) venant s’insérer dans une ouverture (11) de l’étoile (3),
- une étape d’insertion de l’étoile dans la culasse par translation axiale.
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