FR2987183A3 - Circuit magnetique pour machine tournante a culasse et dents distinctes et machine tournante correspondante - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un circuit magnétique (10) pour machine tournante comprenant une culasse cylindrique (12) et une pluralité de dents (20) distinctes de la culasse (12), ces dents (20) étant fixées radialement sur la culasse, l'axe (22) de chaque dent s'étendant radialement par rapport à la culasse, ledit circuit magnétique étant caractérisé en ce que : - chaque dent (20) est formée d'un empilement de tôles (24) d'acier électrique, ces tôles (24) étant empilées les unes sur les autres suivant une direction (26) perpendiculaire à l'axe (22) de la dent et perpendiculaire à l'axe (14) de la culasse, - à chaque extrémité de l'empilement de tôles formant chaque dent (20), au moins une tôle (24 , 24 ) fait saillie de l'empilement suivant l'axe (22) de la dent en direction de la culasse et, - la culasse (12) comprend une pluralité de paires d'encoches chaque paire d'encoches étant conformée pour recevoir et maintenir les tôles (241, 242) en saillie d'une dent (20).

Description

CIRCUIT MAGNETIQUE POUR MACHINE TOURNANTE A CULASSE ET DENTS DISTINCTES ET MACHINE TOURNANTE CORRESPONDANTE L'invention se situe dans le domaine des machines tournantes et plus particulièrement dans le domaine des machines tournantes comprenant une culasse sur laquelle des dents sont fixées. La présente invention concerne un circuit magnétique pour machine tournante à culasse et dents distinctes et une machine tournante comprenant ce circuit. Une machine tournante comprend généralement un organe fixe nommé stator et un organe mobile dénommé rotor, ces deux organes étant séparés par un entrefer. Chacun de ces organes forme un circuit magnétique et peut être constitué d'une culasse cylindrique pourvue de dents. Lors de la rotation du rotor, le champ magnétique créé est colinéaire ou quasiment colinéaire à l'axe de la dent. Chaque axe de dent est un rayon de la section transversale circulaire de la culasse traversant la dent en son milieu. Du fait de cette orientation du champ magnétique à l'intérieur des dents, ces dernières peuvent être réalisées en acier électrique à grains orientés suivant l'axe de la dent. Les performances de ce type d'acier électrique dans la direction d'orientation des grains sont en effet meilleures que les performances des aciers électriques à grains isotropes. Cependant, les champs magnétiques sont multidirectionnels au sein de la culasse ce qui impose l'utilisation d'acier électrique à grains isotropes pour sa réalisation. Le circuit magnétique est alors de préférence réalisé en plusieurs parties distinctes : la culasse d'une part et les dents d'autre part, ce qui nécessite la fixation des dents à la culasse.

Cette fixation des dents à la culasse est toutefois problématique, elle doit notamment être suffisamment solide pour supporter le couple de la machine tournante. Généralement, les dents sont fixées sur la culasse par une fixation à queue d'aronde. L'extrémité de la dent est pourvue d'une extrémité en queue d'aronde qui est insérée dans une rainure de forme complémentaire de la culasse. Si cette solution assure une fixation mécanique résistante, elle n'est pas adaptée d'un point de vue magnétique. En effet, les performances et les pertes des aciers électriques à grains orientés se dégradent très rapidement dès que la direction du champ magnétique dévie de l'axe d'orientation des grains. Or, une queue d'aronde réalisée en acier électrique à grains orientés est située au sein de la culasse dans une zone où le champ magnétique change fortement de direction. Ainsi, les pertes observées dans ces zones vont générer de la chaleur au niveau de la queue d'aronde et une détérioration des performances magnétiques. En outre, la réalisation de queues d'aronde peut s'avérer complexe, entraîner un écrouissage de l'acier formant la dent et une augmentation des pertes par hystérésis.

Enfin, ces dents sont généralement formées de tôles d'acier empilées les unes sur les autres suivant une direction parallèle à l'axe de la dent, ce qui peut rendre difficile la réalisation de la queue d'aronde et engendre des pertes importantes de matériau à la fabrication. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un mode de fixation d'une dent à une culasse de circuit magnétique qui soit suffisamment résistant pour supporter le couple de la machine tournante sans détériorer les performances magnétiques du circuit du fait de l'utilisation de matériaux différents pour réaliser les dents et la culasse.

A cet effet, l'objet de l'invention concerne un circuit magnétique pour machine tournante comprenant une culasse cylindrique et une pluralité de dents distinctes de la culasse, ces dents étant fixées radialement sur la culasse, l'axe de chaque dent s'étendant radialement par rapport à la culasse, ledit circuit magnétique étant caractérisé en ce que : chaque dent est formée d'un empilement de tôles d'acier électrique, ces tôles étant empilées les unes sur les autres suivant une direction perpendiculaire à l'axe de la dent et perpendiculaire à l'axe de la culasse, à chaque extrémité de l'empilement de tôles formant chaque dent, au moins une tôle fait saillie de l'empilement suivant l'axe de la dent en direction de la culasse et, la culasse comprend une pluralité de paires d'encoches, chaque paire d'encoches étant conformée pour recevoir et maintenir les tôles en saillie d'une dent. L'assemblage de chaque dent à la culasse est donc un assemblage de type tenon/mortaise. Le maintien des tôles dans les encoches peut notamment être obtenu par un jeu de montage serré, à savoir les dimensions des tôles en saillie sont plus grandes que les dimensions des encoches, avec un ajustement de l'ordre de H6h6 ou H6g6 soit un jeu de l'ordre de 16 gm pour une tôle de 0.35mm d'épaisseur entre les tôles et les encoches. Plus le couple à tenir est important, plus le nombre de tôles insérées dans l'encoche devra être grand. Pour un grand nombre de tôles, il peut s'avérer nécessaire de coller les tôles entre elles au moyen d'une colle sérigraphiée ou d'un vernis de tôle thermocollant.

La quantité de matière d'une dent insérée dans la culasse pour assurer la fixation de la dent est ainsi réduite avec ce type d'assemblage. Il en résulte que la quantité de matière ôtée de la culasse pour former les encoches est réduite, ce qui permet un gain de temps lors de la réalisation de ces encoches. Les contraintes engendrées par la découpe des encoches sur le matériau de la culasse entourant les encoches sont également réduites, ce qui permet de réduire les pertes par effet hystérésis du circuit magnétique. Enfin, les encoches étant de relativement faibles dimensions, le risque de contact électrique entre les bavures du bord de l'encoche et les bavures du bord de tôle inséré est également faible. Par un empilement de tôles, on entend une superposition des tôles deux à deux, deux tôles adjacentes étant en contact par une de leurs deux faces de plus grande dimension. Le nombre de tôles empilées pour obtenir une dent dépendra de l'épaisseur des tôles utilisées, des dimensions de la culasse et de l'utilisation du circuit magnétique. Une tôle est un élément plat dont l'épaisseur est la plus petite dimension. Avantageusement et de manière non limitative, plusieurs tôles de chaque extrémité de l'empilement de tôles formant chaque dent font saillie d'une même distance suivant l'axe de la dent en direction de la culasse. Le nombre de tôles faisant saillie dépendra de l'épaisseur des tôles et du couple subi par le circuit magnétique lors de la rotation de la machine tournante. Avantageusement et de manière non limitative, le nombre de tôles faisant saillie à chaque extrémité de l'empilement de tôles formant chaque dent est de 1 à 10, de préférence de 1 à 6, voire de 3 à 6.

Quelque soit le nombre de tôles faisant saillie à chaque extrémité d'une dent, ce nombre sera de préférence identique pour les deux extrémités d'une même dent. Avantageusement et de manière non limitative, toutes les dents fixées à la culasse sont identiques. En particulier, les tôles empilées formant chaque dent sont de même forme et de même épaisseur. Les parties en saillie de l'empilement de tôles sont alors obtenues très simplement en décalant d'une distance déterminée les tôles d'extrémités suivant l'axe de la dent en direction de la culasse, les autres tôles étant disposées les unes sur les autres de manière à ce que leur contour corresponde. Ceci permet de simplifier la fabrication des tôles, en particulier lorsque leur forme est simple, par exemple rectangulaire ou carrée. De telles formes peuvent en effet être découpées par fendage de rouleau et cisaillage à très haute cadence.

L'invention n'est toutefois pas limitée à ce mode de réalisation et la ou les tôles d'extrémité en saillie pourraient être de dimensions différentes, par exemple plus grandes, que les autres tôles de l'empilement pour une dent. Par exemple, la dimension suivant l'axe de la dent de la ou des tôles d'extrémité d'un empilement de tôles pourrait être supérieure d'une distance d prédéterminée à la dimension suivant le même axe des autres tôles. Selon un mode de réalisation particulier, les tôles faisant saillie de chaque dent peuvent être maintenues dans les encoches de la culasse par serrage, par exemple avec un jeu H6g6 au minimum.

Selon un autre mode de réalisation particulier, les tôles faisant saillie de chaque dent peuvent être maintenues dans les encoches de la culasse par soudage. Selon un encore un autre mode de réalisation particulier, des flasques peuvent disposés de part et d'autre des tôles empilées formant chaque dent et solidarisées par collage à la dent et à la culasse. Ces flasques s'étendent par exemple parallèlement à l'axe de la dent à chaque extrémité de la culasse. Bien que ces modes de réalisations soient généralement alternatifs, on peut toutefois envisager de les combiner les uns aux autres. Avantageusement et de manière non limitative, la culasse cylindrique est en acier électrique isotrope et les dents sont réalisées en acier électrique à grains orientés. Par exemple, l'orientation des grains de l'acier électrique constituant les tôles empilées d'une dent est parallèle à l'axe de la dent. L'utilisation de ces matériaux permet en combinaison avec la structure particulière du circuit magnétique, et notamment de la fixation des dents sur la culasse, d'obtenir un circuit magnétique présentant de bonnes performances mécaniques et magnétiques. Un autre objet de l'invention concerne une machine tournante comprenant au moins un circuit magnétique selon l'invention.

L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique partielle en perspective d'une culasse pourvue de dents selon un mode de réalisation d'un circuit magnétique selon l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe transversale agrandie d'une dent et de la culasse, avant fixation. Par sensiblement horizontal, respectivement longitudinal et vertical, on entend une direction/un plan formant un angle d'au plus ±20°, de préférence d'au plus 10°, avec une direction/un plan horizontal, respectivement longitudinal et vertical. La figure 1 représente partiellement un circuit magnétique 10 pour machine tournante, un stator dans cet exemple, comprenant une culasse cylindrique 12 d'axe 14 et une pluralité de dents 20 distinctes de la culasse 12. Les dents 20 sont fixées radialement à une paroi cylindrique interne 13 de la culasse, l'axe 22 de chaque dent s'étendant radialement par rapport à la culasse, ou plus précisément par rapport à cette paroi interne cylindrique 13. Autrement dit, l'axe 22 de chaque dent s'étend perpendiculairement à la paroi cylindrique interne 13 de la culasse recevant la dent et forme ainsi un rayon de la section transversale circulaire de la culasse traversant la dent en son milieu. Chaque dent 20 s'étend sur toute la longueur de la culasse (dimension suivant son axe 14), parallèlement à l'axe 14 de la culasse (figure 1). Chaque dent 20 est formée d'un empilement de tôles 24 d'acier électrique. Ces tôles 24 sont empilées les unes sur les autres suivant une direction 26 perpendiculaire à l'axe 22 de la dent et perpendiculaire à l'axe 14 de la culasse. Autrement dit, les tôles 24 sont disposées les unes contre les autres et sont en contact deux à deux sur leur plus grande face. En général, deux tôles 24 adjacentes sont solidaires et isolées électriquement l'une de l'autre. Cet isolement peut être obtenu par application d'un revêtement isolant électrique sur les faces en contact. A chaque extrémité de l'empilement de tôles 24 formant chaque dent 20, au moins une tôle 24 fait saillie de l'empilement suivant l'axe 22 de la dent en direction de la culasse 12. Ces tôles d'extrémité saillant des autres tôles 24 sont désignées par les références 241 et 242 sur la figure 2. Dans l'exemple représenté, chaque dent 20 comprend une seule tôle 241, 242 comportant une partie saillante à chacune de ses extrémités. En fonction de la dimension des tôles 24 et du circuit magnétique, chaque dent pourra toutefois comporter un plus grand nombre de tôles 24 saillantes à chacune de ses extrémités. Par exemple, pour des tôles 24 présentant une épaisseur de 1 à 2 mm, ce nombre de tôles faisant saillie pourra être égal à 3. Pour des tôles présentant une épaisseur de 0,30 à 0,40 mm, ce nombre de tôles faisant saillie pourra être égal à 6.

Les dents 20 de l'exemple sont identiques et formées de tôles 24 de même forme et de même épaisseur. Les tôles saillantes 241 et 242 sont décalées des autres tôles 24 d'une même distance d suivant l'axe 22 de la dent en direction de la culasse 12. Cette distance d peut être déterminée en fonction du couple de la machine tournante. La distance d peut représenter de 1/6 à 1/5 de la dimension totale de la dent 20 suivant son axe 22. Bien entendu, dans une variante non représentée, les tôles saillantes d'extrémité 241 et 242 pourraient également être plus grandes que les autres tôles 24 d'une distance d suivant ce même axe 22 de la dent, en direction de la culasse. En ce qui concerne les tôles 24 situées entre les tôles saillantes 241 et 242, et quelque soit le nombre de tôles saillantes d'extrémité et les dimensions de ces tôles saillantes, ces tôles 24 sont de préférence identiques entre elles et disposées les unes sur les autres de manière à ce que leur contour corresponde, tel que visible sur les figures. Autrement dit, elles sont disposées de manière à ce que la dent présente des faces lisses.

Quelque soit la structure du circuit magnétique selon l'invention, les tôles 24 peuvent être solidarisées les unes aux autres par tout moyen adapté, par exemple par : utilisation d'un vernis thermocollant, par exemple à base de polyuréthane, polyamide, polyvinyle, ou de type époxy, agrafage des tôles entre elles, de préférence en des points éloignés des champs magnétiques, par exemple au moyen d'une agrafe de chaque côté d'une dent, soudure, poinçonnage, à savoir on forme par emboutissage un creux sur une face d'une tôle ce qui forme une bosse sur l'autre face de la même tôle, cette bosse étant insérée dans le ceux de la tôle voisine, entrelaçage (« interlocking » en anglais), à savoir on réalise une fente par découpe d'une lamelle de matière de la tôle et on insère cette lamelle (restée attachée à la tôle par un de ses bords) dans la fente de la tôle voisine.

La culasse 12 comprend également une pluralité de paires d'encoches 161 et 162, chaque paire d'encoches 161, 162 étant conformée pour recevoir et maintenir les tôles d'extrémité saillantes 241 et 242 d'une dent (figure 2). Ces encoches 161, 162 peuvent être réalisées par tout moyen adapté, par exemple par des couteaux ou disques coupant.

Leur profondeur correspond par exemple à dimension d de la partie saillante des tôles d'extrémité 241 et 242 d'une dent (figure 2). Les tôles d'extrémité saillantes 241 et 242 de chaque dent peuvent être maintenues dans les encoches 161 et 162 de la culasse 12 par serrage. Une façon d'obtenir ce serrage est par exemple de monter des dents 20 froides dans une culasse 12 chaude et d'amener l'ensemble à température ambiante. Une autre manière est l'utilisation d'une presse. Selon une variante, les tôles d'extrémité saillantes 241 et 242 de chaque dent peuvent être maintenues dans les encoches 161 et 162 de la culasse 12 par soudage.

Selon encore une autre variante, des flasques 18 peuvent disposés de part et d'autre des tôles 24 empilées formant chaque dent 20, ces flasques 18 étant solidarisées par collage à la dent 20 et à la culasse 12. L'une de ces flasques 18 est représentée à titre d'exemple sur la figure 1. La culasse cylindrique est par exemple en acier électrique isotrope et les dents peuvent être réalisées en acier électrique à grains orientés, par exemple un acier de nuances M160-35S et M140-30S produit par Arcelor Mittal ou tout autre acier électrique à grains orientés adapté. De préférence, l'orientation des grains de l'acier électrique constituant les tôles 24 empilées d'une dent 20 est parallèle à l'axe 22 de la dent. Le circuit magnétique représenté à titre d'exemple est un stator dont les dents sont fixées sur une paroi cylindrique interne. Bien entendu, le mode de fixation des dents sur une culasse décrit en référence à l'exemple peut être utilisé pour fixer des dents sur une paroi cylindrique externe d'une culasse de stator ou de rotor, la culasse pouvant alors être un cylindre plein ou creux. Ainsi le mode de fixation des dents décrit dans la présente demande peut être utilisé pour la fixation de dents sur toute paroi cylindrique d'un circuit magnétique.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Circuit magnétique (10) pour machine tournante comprenant une culasse cylindrique (12) et une pluralité de dents (20) distinctes de la culasse (12), ces dents (20) étant fixées radialement sur la culasse, l'axe (22) de chaque dent s'étendant radialement par rapport à la culasse, ledit circuit magnétique étant caractérisé en ce que : chaque dent (20) est formée d'un empilement de tôles (24) d'acier électrique, ces tôles (24) étant empilées les unes sur les autres suivant une direction (26) perpendiculaire à l'axe (22) de la dent et perpendiculaire à l'axe (14) de la culasse, à chaque extrémité de l'empilement de tôles formant chaque dent (20), au moins une tôle (241, 242) fait saillie de l'empilement suivant l'axe (22) de la dent en direction de la culasse et, la culasse (12) comprend une pluralité de paires d'encoches (161, 162), chaque paire d'encoches étant conformée pour recevoir et maintenir les tôles (241, 242) en saillie d'une dent (20).
2. 2. Circuit magnétique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs tôles (241, 242) de chaque extrémité de l'empilement de tôles (24) formant chaque dent (20) font saillie d'une même distance (d) suivant l'axe (22) de la dent en direction de la culasse.
3. 3. Circuit magnétique (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le nombre de tôles (241, 242) faisant saillie à chaque extrémité de l'empilement de tôles (24) formant chaque dent (20) est de 1 à 10, de préférence de 1 à 6, voire de 3 à 6.
4. 4. Circuit magnétique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tôles (24) empilées formant chaque dent (20) sont de même forme et de même épaisseur.
5. 5. Circuit magnétique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tôles (241, 242) faisant saillie de chaque dent (20) sont maintenues dans les encoches (161, 162) de la culasse par serrage.
6. 6. Circuit magnétique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les tôles (241, 242) faisant saillie de chaque dent sont maintenues dans les encoches (161, 162) de la culasse par soudage.
7. 7. Circuit magnétique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des flasques (18) sont disposés de part et d'autre des tôles (24) empilées formant chaque dent (20) et solidarisées par collage à la dent (20) et à la culasse (12).
8. 8. Circuit magnétique (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la culasse cylindrique (12) est en acier électrique isotrope et les dents (20) sont réalisées en acier électrique à grains orientés.
9. 9. Circuit magnétique (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'orientation des grains de l'acier électrique constituant les tôles empilées (24) d'une dent (20) est parallèle à l'axe de la dent.
10. 10. Machine tournante comprenant au moins un circuit magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes.