FR3128595A1

FR3128595A1 - Moteur à acoustique améliorée

Info

Publication number: FR3128595A1
Application number: FR2111438A
Authority: FR
Inventors: Valentin Préault
Original assignee: Moving Magnet Technologie SA
Current assignee: Moving Magnet Technologie SA
Priority date: 2021-10-27
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2023-04-28
Also published as: KR20240089371A; WO2023073312A1; CN118202551A; EP4423876A1

Abstract

L’invention présente que la machine électrique à encoches et à flux radial comprenant un stator présentant un axe statorique et constitué de deux parties statoriques reliées par une pluralité de dents, certaines ou la totalité étant entourées par des bobines, lesdites parties statoriques présentant respectivement, dans un plan perpendiculaire à l’axe du stator, un premier et un second motif, caractérisée en ce que chacune des dents entourées par des bobines étant un prolongement de l’un desdits motifs et présentant une extrémité frontale coopérant avec une zone d’accueil de l’autre desdits motifs pour former un contact ponctuel contraint dans ledit plan. Figure de l’abrégé : 1

Description

Moteur à acoustique améliorée

Domaine de l’invention

L'invention porte sur un stator bobiné pour machine électrique tournante ainsi que sur la machine électrique tournante correspondante.

On connaît dans l’état de la technique les machines électriques radiales comportant un rotor et un stator. Le flux circule radialement entre le stator et le rotor, le rotor pouvant être interne ou externe. Le stator comporte un corps de stator formé typiquement d'un paquet de tôles doté de dents pour le montage de bobines. Le corps du stator comporte des encoches ouvertes vers l'intérieur ou l’extérieur délimitées chacune par deux dents consécutives. Ces dents sont préférentiellement à bords parallèles et s’étendent sensiblement radialement depuis une culasse tubulaire située du côté opposé au rotor.

Pour des questions de tenue mécanique, les encoches peuvent être reliées par une seconde couronne suffisamment mince pour ne pas dégrader les performances magnétiques du stator. Cette couronne peut faire apparaitre des becs de dents pour augmenter les performances magnétiques du moteur. Cette couronne située côté entrefer permet également de faciliter le surmoulage du moteur et de réduire les perturbations magnétiques des aimants sur les conducteurs.

Pour simplifier le bobinage du stator, le corps du stator est généralement réalisé en deux parties. Une couronne comportant des dents est bobinée, puis la structure magnétique est refermée par la seconde couronne. Il est souvent choisi de minimiser l’entrefer résiduel à la jonction entre les deux couronnes. Il est parfois choisi un encastrement rigide entre les deux couronnes, mais il est difficile d’assurer la bonne coïncidence des jonctions tout au long de la production et, dans certaines configurations, ces machines électriques produisent des nuisances sonores et vibratoires.

État de la technique

On a proposé de diminuer la création et la propagation spatiale des vibrations et du bruit émis par le stator en permettant une articulation des dents du stator relativement à la culasse avec un ou deux degrés de liberté, en rotation ou translation.

Ainsi, la demande de brevet WO2018178576A1 propose un stator pour machine électrique présentant une pluralité de dents s'étendant radialement, supportées par une culasse annulaire extérieure radialement auxdites dents, une partie au moins des dents étant bobinées, caractérisé en ce qu'une partie au moins des dents présente au moins un degré de liberté en rotation et/ou translation par rapport à ladite culasse annulaire.

Le modèle d’utilité DE202016104601U1 décrit un moteur qui comprend un rotor présentant des pôles magnétiques et un stator présentant un noyau de stator ainsi qu’un bobinage enroulé sur le noyau de stator. Le noyau de stator comprend une pluralité de dents de stator présentant chacune un corps de dent et une extrémité de dent formée à une extrémité du corps de dent. L'extrémité de dent comprend des première et seconde régions arquées faisant face au rotor. La première région arquée est décalée par rapport à un corps de dent sélectionné de manière à permettre un mouvement dudit rotor pour s'amorcer dans l'une ou l'autre de deux directions opposées par rapport audit corps de dent sélectionné lors de l’alimentation du bobinage.

Inconvénients de l’art antérieur

Les solutions de l’art antérieur ne sont pas totalement satisfaisantes. La solution proposée par la demande de brevet DE202016104601U1 préconise une solidarisation des dents bobinées à leurs deux extrémités ce qui conduit au transfert des vibrations des dents vers la culasse extérieure. La demande de brevet WO2018178576A1 propose de laisser des degrés de liberté entre la dent et la culasse extérieure afin d’éviter la transmission de ces vibrations, cette solution est satisfaisante mais nécessite une grande précision de découpe et d’assemblage, pour garantir une absence de jeu qui conduirait à des entrechoquements entre les dents et la culasse lors de l’excitation vibratoire des dents. On obtiendrait alors un effet contraire à celui désiré.

Dans le cas de fabrication en grande série du pivot, un des problèmes fréquemment relevés par les départements de fabrication concerne la géométrie dudit pivot. La tolérance géométrique du découpage des tôles est assez grande et ne garantit pas un contact uniforme sur toutes les liaisons pivot sur toute la série. Le risque est alors de conserver un entrefer sur une des liaisons et de laisser libre une (ou plusieurs) des dents. L’objectif de réduction de bruit serait alors complètement anéanti par la libre vibration de cette dent (ou de ces dents) qui entrerai(en)t en contact répété avec la couronne.

Solution apportée par l’invention

La présente invention propose une solution à ce problème technique qui consiste à imposer volontairement une interférence mécanique supérieure aux tolérances de fabrication, entre les deux éléments statoriques à assembler. Cette interférence mécanique présente l’avantage de pouvoir être résorbée par flexion élastique d’une dent ou par une combinaison de mouvements élastiques. Sous une telle contrainte les deux éléments statoriques peuvent être assemblés aisément et sont ensuite maintenus solidaires par la force exercée par la ou les dents déformées. Cela permet de transmettre le couple et de mettre en tension chacune des dents avec la couronne.

Plus particulièrement, l’invention porte sur une machine électrique à encoches et à flux radial comprenant un stator présentant un axe statorique et constitué de deux parties statoriques reliées par une pluralité de dents, certaines ou la totalité étant entourées par des bobines, lesdites parties statoriques présentant respectivement, dans un plan perpendiculaire à l’axe du stator, un premier et un second motif,caractérisée en ce quechacune des dents entourées par des bobines étant un prolongement de l’un desdites motifs et présentant une extrémité frontale coopérant avec une zone d’accueil de l’autre desdits motifs pour former un contact ponctuel contraint dans ledit plan.

En particulier les droites normales auxdits contacts ponctuels ne sont pas concourantes en un point unique coïncidant avec l’axe du stator.

Une formulation alternative de l’invention définit une machine électrique à encoches et à flux radial comprenant un stator présentant un axe statorique et constitué de deux parties statoriques reliées par une pluralité de dents, certaines ou la totalité étant entourées par des bobines, lesdites parties statoriques présentant respectivement, dans un plan perpendiculaire à l’axe du stator, un premier et un second motif, chacune des dents entourées par des bobines étant un prolongement de l’un desdites motifs et présentant une extrémité frontale coopérant avec une zone d’accueil de l’autre desdits motifs,caractérisée en ce que lesdits premier et second motifs présentent au moins une zone de superposition à l’endroit de la coopération entre l’extrémité et la zone d’accueil, ladite zone de superposition pouvant être résorbée par une déformation élastique supérieure aux tolérances de fabrication, d’au moins l’une ou l’autre desdites parties statoriques liée au déplacement de l’extrémité.

De manière non limitative, le stator présente au moins trois dents entourées de bobines et réalisant un contact ponctuel contraint.

En outre, l’étendue de la zone dudit contact ponctuel contraint est inférieure à 5% de la périphérie de l’extrémité de la dent.

Dans un cas particulier, toutes les dents sont constituées par des prolongements d’une seule des deux parties statoriques.

De manière alternative, lesdites dents sont constituées en partie par des prolongements de l’une desdites parties statoriques et en partie par des prolongement de l’autre desdites parties statoriques.

Selon un mode de réalisation particulier, l’extrémité frontale d’une au moins desdites dents est convexe et la zone d’accueil correspondante est concave, avec un rayon de courbure supérieur.

De manière équivalente l’extrémité frontale d’une au moins desdites dents peut être concave, et la zone d’accueil correspondante peut être convexe, avec un rayon de courbure inférieur.

Une autre option peut être que l’extrémité frontale d’une au moins desdites dents est convexe et la zone d’accueil correspondante est plane.

Sans imitation supplémentaire, l’extrémité frontale d’une au moins desdites dents et sa zone d’accueil correspondante peuvent être toutes deux convexes.

Dans un mode de réalisation avantageux pour l’industrialisation, les deux parties statoriques sont constituées de tôles empilées pouvant être découpées dans le même paquet de tôles, l’un des premier ou second motifs s’inscrivant dans l’autre des premier ou second motifs tout en présentant un jeu compatible avec une méthode de découpe industrielle.

Dans un exemple de réalisation particulier, ledit rotor est extérieur audit stator.

L’alternative est que ledit rotor est intérieur audit stator.

Aussi, de manière non limitative, le stator peut présenter une alternance de dents larges et de dents étroites, seules trois dents étant destinées à recevoir des bobines et étant situées dans un secteur angulaire α d’étendue angulaire inférieure à 180°.

Description détaillée d’exemples non limitatifs de réalisation

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d’exemples non limitatifs de réalisation de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :

la représente une vue en perspective d’un stator suivant un premier mode de réalisation selon l’invention,

,

les figures 2 et 3 représentent une vue des motifs statoriques, selon le mode de réalisation de la , respectivement avant et après assemblage des parties statoriques,

les figures 4 et 5 représentent des vues des motifs statoriques, selon un mode de réalisation alternatif, respectivement avant et après assemblage des parties statoriques,

les figures 6, 7, 8, 9 représentent une vue détaillée de différents exemples de contacts ponctuels selon l’invention,

la représente une vue en perspective d’un stator suivant un mode de réalisation alternatif,

la représente une vue des motifs statoriques, selon le mode de réalisation de la , après assemblage des parties statoriques,

la représente une vue détaillée du contact ponctuel contraint selon le mode de réalisation des figures 10 et 11,

la représente une vue des motifs statoriques, selon un mode de réalisation alternatif, après assemblage des parties statoriques,

la représente une vue en perspective de la seconde partie statorique pourvue de bobines, selon le mode de réalisation de la ,

les figures 15 et 16 représentent des vues des motifs statoriques, selon un mode de réalisation alternatif, respectivement selon l’orientation de découpe et selon l’orientation d’assemblage,

les figures 17 et 18 représentent des vues des motifs statoriques, selon un mode de réalisation alternatif, respectivement selon l’orientation de découpe et selon l’orientation d’assemblage,

la représente une vue en perspective d’un stator suivant le mode de réalisation des figures 17 et 18,

la représente une vue des motifs statoriques, selon un mode de réalisation alternatif asymétrique, après assemblage des parties statoriques,

la représente une vue des motifs statoriques, selon un mode de réalisation alternatif à dent non radiales, après assemblage des parties statoriques.

Principe général

Le principe général de l’invention est à apprécier au regard des figures 1, 2, 3, 4 et 5. L’invention concerne les moteurs électriques, mono ou polyphasés, à faible bruit où l’ensemble statorique (1) est constitué de deux parties statoriques (10, 20) reliées par des dents (11 à 13) s’étendant dans des directions radiales, lesdites dents étant entourées de manière connue par une bobine (31 à 33). Il n’est pas nécessaire que toutes les dents soient entourées d’une bobine, et il est suffisant qu’une dent par phase soit entourée par une bobine. La montre une vue en perspective de l’ensemble statorique (1).

Les deux parties statoriques (10, 20) sont formées par des empilements de tôles ferromagnétiques (150, 250), typiquement en fer doux, découpées respectivement selon un premier et un second motif (100, 200). Ces motifs (100, 200) sont définis dans un plan (4) orthogonal à l’axe du stator (2), soit le plan (x, y) que l’on appelle aussi plan principal des tôles. Il n’est bien entendu pas nécessaire que toutes les tôles des empilements de l’une ou l’autre partie statorique soient issues d’un motif de découpe unique, certaines tôles des empilements pouvant provenir d’un motif constituant une sous-partie des premier ou du second motifs (100, 200). De même, il est possible qu’aucune tôle ne soit issue des premier ou second motifs (100, 200), mais uniquement de sous parties de ces motifs, l’assemblage des tôles donnant néanmoins lieu à l’obtention des premier et second motifs (100, 200) lorsque les empilements sont visualisés selon la direction de l’axe de rotation du moteur.

Chacune des dents (11 à 13) constitue un prolongement radial de l’un des premier ou second motifs (100, 200) dont l’extrémité (103) coopère avec une zone d’accueil (213) de l’autre du premier ou du second motif (100, 200) pour former un contact ponctuel contraint.

On entend par « contact ponctuel » que les parties en contact entre une extrémité de dent (103), d’une des parties statoriques (10, 20), et la zone d’accueil (213) de l’autre des parties statoriques (10, 20), vues dans le plan (4) principal des tôles, sont les plus étroites possibles, et ce bien entendu dans les limites de faisabilité industrielle. Le terme de « contact ponctuel », au sens du présent brevet, n’est pas limité à la définition mathématique stricte de « contact sans taille ni dimension », mais signifie que la surface de contact est un peu supérieure aux tolérances d’usinage et de fabrication, et typiquement inférieure à 5% de la périphérie de l’extrémité de la dent ou celle de la zone d’accueil correspondante, lorsque les parties statorique (10, 20) sont physiquement réalisées et assemblées. Cela se traduit par le fait que les deux parties statoriques (10, 20) ne peuvent pas être engagées l’une dans l’autre sans effort, mais nécessite de forcer une déformation élastique pour permettre l’engagement d’une partie statorique dans l’autre, les deux restant ensuite assemblées par le coincement résultant de cette déformation élastique.

Les figures 2 et 3 illustrent des vues en incidence axiale (z) de l’ensemble statorique (1), respectivement avant et après assemblage des deux parties statoriques (10, 20), les bobines (31, 32, 33), visibles en , n’ayant pas été représentées pour simplifier la lecture. On entend par vue en incidence axiale (z), l’image obtenue par projection de l’ensemble statorique dans un plan (4) orthogonal à l’axe (z), cette image ne représentant que les contours des objets projetés et étant donc à différentier d’une vue en coupe. Les premier et second motifs (100, 200) de découpe présentent une géométrie annulaire et le premier motif (100), portant l’intégralité des dents (11, 12, 13), est situé à l’intérieur du second motif (200). Dans cet exemple particulier, le premier motif (100) présente 3 dents (11 à 13), ayant chacune un plan de symétrie longitudinal (121 à 123), et dont les extrémités (101 à 103) sont destinées à coopérer avec des zones d’accueil (211 à 213) du second motif (200) de manière à former trois contacts ponctuels (301 à 303), soit un par dent. Dans cet exemple de réalisation, deux dents (12, 13) sont angulairement alignées avec leur zone d’accueil (212, 213) respectives et montrent le contact ponctuel entre des dents d’extrémité (112, 113) circulaire et une leur zone d’accueil (212, 213) présentant une forme elliptique, ou circulaire de plus grand rayon. La troisième dent (11), quant à elle, présente une extrémité (101) circulaire, angulairement décalée de sa zone d’accueil (211) plane, de sorte qu’il existe une superposition partielle (300) des deux motifs (100, 200), exposé de manière plus visible par l’encadré A de la . Comme le montre la , ladite superposition partielle (300) entre les deux motifs (100, 200) peut être résorbée en impliquant un déplacement de l’extrémité de la dent (11) de manière à présenter un contact ponctuel (301).

Ceci traduit un élément d’importance et strictement nécessaire à l’invention, soit l’impossibilité d’aligner simultanément toutes les extrémités de dents (101, 102, 103) avec leur zone d’accueil (211, 212, 213). C’est-à-dire qu’il existera toujours une superposition partielle (300) entre les deux motifs (100, 200) et plus précisément entre une extrémité de dent (101, 102, 103) et sa zone d’accueil (211, 212, 213), cette superposition pouvant être résorbée par un déplacement de l’extrémité de la dent (101, 102, 103). Il en découle une nécessité de déformer élastiquement au moins l’une des première ou seconde parties statoriques (10, 20) pour pouvoir assembler le stator. Une fois assemblé, cette déformation permet de générer un effort au niveau de l’intégralité des points de contacts (301, 302, 303), même si une seule des dents (101, 102, 103) présentait une superposition partielle (300) des motifs. On obtient ainsi les points de contact contraints précédemment mentionnés.

A noter que l’épaisseur de la zone de superposition (300), est strictement supérieure aux tolérances de fabrication lors de la conception, soit par exemple un chevauchement supérieur à 20 µm pour des moteurs allant de 10 mm à 50 mm de diamètre extérieur. Le déplacement des extrémités des dents peut lui varier de 10 µm à 0,5 mm en fonction de la géométrie des zones d’accueil. Pour les moteurs de plus grand diamètre (50 mm à 150 mm), la longueur des dents pouvant être plus longue, le déplacement des extrémités des dents peut être plus grand (jusqu’à 1 mm) sans détériorer les performances magnétiques du moteur. Le déplacement est néanmoins dimensionné pour rester dans la plage de déformation élastique des parties statoriques (10, 20). Dans la limite où la zone de superposition réalisée en phase de conception est très proche des tolérances de fabrication, il est possible que les pièces réalisées présentent une zone de superposition plus faible que lesdites tolérances à cause des dispersions de réalisation. En effet, par exemple pour un moteur de 20 mm de diamètre extérieur, si lors de la phase de conception la zone de superposition prévue est de 25 µm alors que les tolérances de fabrication sur chacune des parties statoriques sont de 10 µm, dans le cas le plus défavorable, la zone de superposition sera imputée de 10 µm pour chacune des parties statoriques, soit 20 µm au total, ne laissant que 5 µm de recouvrement entre les pièces effectivement réalisée. La zone de superposition se trouverait donc inférieure aux tolérances, mais la déformation élastique est tout de même nécessaire pour assembler les deux parties statoriques. L’invention porte donc sur la conception de zone de recouvrement supérieures aux tolérances de fabrication de sorte à nous assurer que la déformation élastique soit toujours nécessaire une fois les parties statoriques réalisées et impactées de tolérances de fabrication. A noter enfin que les tolérances de fabrications ne sont pas bornées ici car elles dépendent intrinsèquement du procédé de fabrication utilisé qui n’est pas limitatif de l’invention. L’homme de métier saura néanmoins adapter sa conception en fonction du procédé visé de manière à obtenir la déformation élastique des parties statoriques.

Les formes des extrémités des dents (101, 102, 103) et des zones d’accueil (211, 212, 213) sont conçues pour ne présenter respectivement qu’un unique point de contact (301, 302, 303), quelques soient les écarts effectifs avec le motif idéal, ces écarts restants dans les tolérances de fabrication. Ainsi, selon les dispersions de fabrication, la localisation du point de contact entre l’extrémité d’une dent et sa zone d’accueil peut varier en fonction de la géométrie effective, mais l’unicité de ce point de contact est assurée.

Ce point de contact unique devient un contact linéique axial lorsque les deux parties statoriques (10, 20) sont assemblés. Ce type de contact laisse avantageusement un degré de liberté en rotation dans le plan (4), centré sur ledit point de contact. Un tel degré de liberté, dès qu’il est parfaitement maîtrisé, est bénéfique pour diminuer les contraintes vibratoires transmises entre les deux parties statoriques (10, 20), ceci ayant un impact bénéfique sur le niveau de bruit émis par la machine en fonctionnement. Les forces, liées à la déformation élastique des deux parties statoriques (10 ,20), associées au frottement entre chaque extrémité de dent (101, 102, 103) et sa zone d’accueil (211, 212, 213) associée, se traduisent par l’obtention de contacts roulants et non glissants, qui s’affranchissent des problèmes liés aux contacts par frottements non maîtrisés. En effet, un frottement sec est accompagné d’un relâchement soudain des contraintes lorsque les éléments en contact quittent leur situation d’adhérence, ce relâchement soudain se traduit par une excitation spectrale très large bande, source d’une nuisance acoustique très perceptible. Une solution alternative au contact roulant est l’adjonction d’un lubrifiant entre les zones en contact pour créer un contact glissant, ceci constitue un surcoût de production et une mauvaise maîtrise du vieillissement de l’actionneur, le lubrifiant pouvant s’altérer avec le temps ou simplement s’évacuer de la zone utile. La création d’un contact roulant présente donc un avantage en termes de coût et de fiabilité, par rapport aux solutions connues pour réduire les contraintes vibratoires transmises entre les deux parties statoriques (10, 20). Dans le cadre où ce contact roulant est respecté, il est envisagé que l’étendue du contact ponctuel puisse évoluer lors du roulement d’une extrémité de dent sur la zone d’accueil correspondante, cette évolution pouvant survenir en fonction des géométries utilisées.

Les figures 2 et 3 représentent une configuration préférentielle où, pour résorber la superposition partielle (300) des deux motifs (100, 200), il est nécessaire de générer un déplacement impliquant au moins un mouvement tangentiel de la dent. On entend par « un déplacement impliquant au moins un mouvement tangentiel de la dent », un mouvement potentiellement combiné mais qui nécessite au moins un déplacement tangentiel de l’extrémité de la dent par rapport à l’axe de rotation (2) du moteur. Il n’est néanmoins pas exclu que ce mouvement nécessite aussi un mouvement de translation dans le plan (4) du motif.

Bien entendu, le nombre d’extrémité de dents (101, 102, 103) et de zones d’accueil (111, 112, 113) qui présentent une superposition partielle (300) de motif n’est pas limité à un, tel que dans l’exemple de la , mais peut prendre une valeur comprise entre 1 et N, N étant le nombre de dents au stator. A noter qu’une valeur N signifie qu’il n’est possible pour aucune position de dents, et de zones d’accueil, de résorber la superposition partielle (300) sans impliquer un mouvement de translation de l’extrémité d’une dent (101, 102, 103).

Dans l’exemple présenté en , la surface de superposition partielle (300) entre les deux motifs a volontairement été exagérée. En réalité les déformations nécessaires à l’assemblage des première et seconde parties statoriques (10, 20) restent de faible amplitude. Il est surtout nécessaire d’assurer que ces déformations soient supérieures aux tolérances de fabrication afin de garantir le contact ponctuel (301, 302, 303) effectif entre chacune des dents (11, 12, 13) et sa zone d’accueil (211, 212, 213), tel que présenté en . Nous retiendrons comme règle que les sollicitations nécessaires à l’assemblage des première et seconde parties statoriques (10, 20) restent dans la plage des déformations élastiques des matériaux les constituant, tout en étant supérieures aux tolérances de fabrication.

Une caractéristique, visible , permettant d’assurer le contact ponctuel (301, 302, 303) contraint en tenant compte des dispersions de fabrication est que les droites normales (311, 312, 313) en chaque point de contact (301, 302, 303) ne soient pas toutes concourantes en un point situé sur l’axe du stator (2). On entend par « axe du stator » l’axe usuellement colinéaire à l’axe de rotation du moteur. Dans le cas présent, ledit axe du stator (2) constitue le centre des différentes culasses (17, 27) annulaires constituant des périphéries des parties statoriques (10, 20), et se situe à l’intersection des plans de symétrie (121, 122, 123) longitudinaux des dents avant assemblage des parties statoriques, tel que représenté en . Il est néanmoins possible d’imaginer des formes asymétriques des première et/ou seconde parties statoriques (10, 20) pour lesquelles les dents (11, 12, 13) ne présentent pas une extension parfaitement radiale. Dans l’exemple de la , le lieu de concourt à éviter est donc situé à l’intersection (O) des plans de symétrie (121, 122, 123) longitudinaux des dents plutôt qu’exclusivement sur l’axe du stator (2).

Une alternative de réalisation de ces contacts ponctuels contraints est présentée en figures 4 et 5. La montre les motifs (100, 200), avant assemblage des deux parties statoriques (10, 20), et présentant une superposition partielle (300) entre chaque extrémité de dent (101, 102, 103) et sa zone d’accueil respective (211, 212, 213). Comme le montre la , cette superposition partielle (300) peut être résorbée par translation radiale des dents, permise par l’élasticité mécanique de la culasse (17) intérieure de la première partie statorique (10), afin de donner lieu aux contacts ponctuels contraints (301, 302, 303). Ce mode de réalisation est un cas limite pour lequel les droites normales (311, 312, 313) en chaque point de contact (301, 302, 303) sont concourantes en un point situé sur l’axe du stator (2).

Les bénéfices du contact contraint ponctuel entre chaque dent et sa zone d’accueil sont multiples. Tout d’abord, la construction en deux parties statoriques (10, 20) permet de faciliter l’industrialisation par une automatisation de l’assemblage des bobines (31, 32, 33) sur les dents (11, 12, 13). En effet, les multiples bobines (31, 32, 33) peuvent par exemple être réalisées en parallèle sur un corps plastique et insérées ensuite sur les dents (11, 12, 13) par l’extrémité libre, avant assemblage des deux parties statoriques (10, 20). Ceci permet d’améliorer la célérité de la réalisation des bobines (31, 32, 33) mais fournit également une meilleure régularité, et donc qualité, de bobinage.

Le contact par contrainte permet également d’assurer qu’il n’existe pas de jeu, ou entrefer, résiduel entre une dent (11, 12, 13) et sa zone d’accueil (211, 212, 213). Un tel entrefer est rédhibitoire pour atteindre des performances acoustiques nécessaires à un cahier des charges drastique. En effet, lorsque les empilements de tôles statoriques sont soumis aux excitations magnétiques du rotor et du bobinage, le flux magnétique circule entre les deux empilements de tôles entre les extrémités de dents (101, 102, 103) et leurs zones d’accueil (211, 212, 213) respectives. La présence d’un jeu en ces lieux se traduit par une discontinuité de la perméabilité magnétique et une force d’attraction pulsante apparaît localement entre les deux parties statoriques (10, 20). Cette force d’attraction pulsante peut induire des déformations suffisamment grandes pour provoquer des collisions périodiques entre les deux parties statoriques (10, 20). Ces collisions sont sources de vibrations et de bruit, dégradant drastiquement les performances acoustiques de la machine.

Dans ce contexte, la réalisation d’un unique contact ponctuel contraint (300) pour chaque dent (11, 12, 13) bobinée n’est pas anodine. En effet, la découpe de motifs (100, 200) complémentaires présentant de multiples points de contacts n’est pas viable dans une optique de réalisation industrielle, car les tolérances de fabrication ne permettent pas de garantir le contact effectif simultané aux différents points désirés. Il peut alors apparaitre des entrefers résiduels susceptibles de provoquer des collisions néfastes entre les deux empilements de tôles statoriques.

L’utilisation de motifs (100, 200) selon l’invention est une alternative judicieuse. Les dispersions de fabrication ne permettent pas une localisation précise des points de contacts (301, 302, 303), mais les formes de découpe choisies en garantissent l’unicité. Le contact effectif est alors assuré par la nécessité de déformer élastiquement au moins une des deux parties statoriques (10, 20) pour l’assembler à la seconde.

Il est enfin à noter que le nombre de contacts ponctuels contraints n’est pas défini par le nombre de phases que comporte le moteur, ni par son nombre de dents. Il peut être choisi de laisser un entrefer supérieur aux tolérances de fabrication entre une dent et l’autre partie statorique. Cela conduit à un entrefer qui réduit les performances magnétiques du moteur mais peut simplifier la réalisation et l’assemblage. Il est impératif d’avoir un contact ponctuel contraint à toutes les jonctions ou l’on souhaite minimiser l’entrefer magnétique entre les deux parties statoriques. On retiendra que le minimum de contacts ponctuels permettant d’assembler correctement les deux parties statoriques est de deux.

Un résultat traduisant l’ensemble de ces caractéristiques peut être résumé comme suit :

chacune des dents (11, 12, 13) bobinées constitue un prolongement radial de l’un des premier ou second motifs (100, 200) et dont l’extrémité (101, 102, 103) coopère avec une zone d’accueil (211, 212, 213) de l’autre du premier ou du second motif (200, 100) pour former un contact ponctuel (301, 302, 303) contraint.

Exemple de réalisation de points de contact

Les figures 6, 7, 8 et 9 illustrent pour une dent (11) différentes formes de découpes complémentaires permettant d’assurer l’unicité du point de contact (301) selon l’invention, sans que cette liste en soit limitative. Par exemple les figures 6 et 9 présentent une extrémité de dent (101), partiellement ou totalement de géométrie concave et coopérant avec une forme convexe de sa zone d’accueil (211) complémentaire. La illustre une alternative pour laquelle à la fois l’extrémité de la dent (101) et sa zone d’accueil (211) présentent des formes convexes. Enfin, la illustre une extrémité de dent (101) sous la forme d’une pointe coopérant avec une zone d’accueil (211) planaire.

Description détaillée d’un premier exemple de réalisation

Les figures 10, 11 et 12 illustrent un exemple de réalisation d’un stator d’une machine à six dents (11 à 16) bobinées, avec respectivement une vue en perspective, et une vue en projection selon la direction axiale du stator.

Dans ce mode de réalisation, la première partie statorique (10) est formée par des épanouissements polaires (131 à 136), s’étendant sur environ 50° prolongés chacun en leur centre par une dent (11 à 16), et alternant avec des isthmes (141 à 146) de faible largeur, s’étendant sur environ 10°, pour définir un canal tubulaire (3) dans lequel est logé le rotor. L’extrémité de chaque dent (11 à 16) présentant une forme concave coopérant avec la seconde partie (20) en réalisant un contact ponctuel (301 à 306) contraint.

Ainsi, la seconde partie statorique (20) présente six protubérances (231 à 236) radiales positionnées en regard des six dents respectivement (11 à 16), chacune de ces protubérances (231 à 236) étant traversée en son milieu par un rayon (241 à 246) et formant une zone d’accueil (211 à 216), sous la forme d’une surface d’appui convexe, apte à recevoir l’extrémité d’une dent (11 à 16). Le rayon de courbure de la surface convexe est légèrement inférieur au rayon de courbure de la surface concave pour assurer le contact ponctuel (301 à 306) contraint selon l’invention.

Dans ce mode de réalisation, et comme le montre plus spécifiquement la pour une dent (11), le contact ponctuel (301) contraint est obtenu grâce à un léger décalage (321) tangentiel du motif de découpe de la partie convexe de la protubérance (231), par rapport au rayon (241) traversant le milieu de ladite protubérance (231). Ledit décalage implique que le lieu de contact possible n’est plus situé sur le rayon (241) mais se trouve du même côté que le décalage (321) tangentiel du motif de découpe de la partie convexe de la protubérance (231), par rapport au rayon (241). Ledit décalage nécessite donc un déplacement tangentiel (341) de l’extrémité de la dent (11) associée pour assembler les deux parties statoriques (10, 20) et donnant lieu à la contrainte recherchée pour assurer l’unicité du contact. La direction du décalage (321) peut varier pour chaque protubérance (231 à 236). A noter que l’alternance de la direction de décalage (321) pour chaque protubérance (231 à 236), tout en restant de la même norme, permet d’équilibrer les efforts au niveau des contacts ponctuels (301 à 306) contraints, une fois les première et seconde parties statoriques (10, 20) assemblées.

A noter que même si les rayons de courbure de l’extrémité de dent (101) et de la zone d’accueil (211), présentés dans la , sont légèrement différents, il n’est néanmoins pas écarté d’utiliser des rayons de courbure identiques. En effet, l’utilisation de deux rayons de courbure différents assure l’obtention d’un point de contact unique, néanmoins deux formes de courbure identiques peuvent tout de même être en contact sur une étendue limitée, tel qu’enseigné dans l’invention, à partir du moment ou elles sont en contact de manière non concentrique. Nous excluons donc de l’invention la coopération de courbures identiques et concentriques, donnant lieu à un contact sur l’intégralité de l’une ou l’autre des deux courbures.

Description détaillée d’un deuxième exemple de réalisation

Les figures 13 et 14 illustrent un second exemple de réalisation selon l’invention avec respectivement une vue en projection selon la direction axiale des deux parties statoriques (10, 20) assemblées mais dépourvues de bobines (uniquement pour améliorer la lisibilité) et une vue en perspective de la seconde partie statorique (20) portant les bobines (31, 33, 35). Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation précédent en ce que la première partie statorique (10) est située à l’extérieur de la seconde partie statorique (20), pour former une géométrie à rotor extérieur, le rotor (non représenté) étant de diamètre supérieur à la culasse (17) annulaire. Ce mode de réalisation diffère aussi en ce que la première partie statorique (10) présente alternativement des épanouissements polaires (131, 133, 135) prolongés radialement vers le centre du stator par des dents (11, 13, 15), dont l’extrémité (101, 103, 105) est de forme convexe, et alternativement des zones d’accueil (112, 114, 116) concaves aptes à recevoir les extrémités (202, 204, 206) d’un autre ensemble de dents (12, 14, 16) prolongeant radialement vers l’extérieur la seconde partie statorique (20), située au sein de la première structure statorique (10). La seconde partie statorique (20) présente également des zones d’accueil (211, 213, 215) convexes aptes à recevoir les extrémités (101, 103, 105) concaves des dents de la première partie statorique (10).

Ce mode de réalisation diffère aussi en ce qu’il ne comporte que trois bobines (31, 33, 35), visibles sur la , chacune étant portée par une dent (11, 13, 15) de la seconde structure statorique (20). Comme le montre la , cette configuration à trois bobines (31, 33, 35) permet d’augmenter la section de cuivre desdites bobines tout en gardant les vertus magnétiques et mécaniques d’une structure à 6 dents.

Ce mode de réalisation diffère aussi du mode de réalisation précédent en ce que les zones d’accueil (111 à 116) ne sont pas situées en extrémité de protubérances radiales mais directement dans la forme annulaire (27) intérieure de la seconde structure statorique (20) ou dans les épanouissements polaires (132, 134, 136) dépourvus de dents de la première structure statorique (10).

Description détaillée d’un troisième exemple de réalisation

Les figures 15 et 16 illustrent un troisième exemple de réalisation selon l’invention mettant en avant les possibilités d’optimiser la découpe des tôles stator pour être compatible avec une production en grande série. Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation précédent en ce que toutes les dents (11 à 16) sont portées par la seconde structure statorique (20), la première structure statorique (10) présentant toutes les zones d’accueil (111 à 116) des extrémités (201 à 206) desdites dents.

La illustre les motifs (100, 200) orientés pour la découpe. Cette orientation permet avantageusement de toujours présenter une distance minimale (330) entre les deux motifs (100, 200), de manière à pouvoir les découper dans une même tôle tout en assurant un contact effectif lorsque les motifs (100, 200) sont orientés dans leur direction d’assemblage tel que présenté en . En effet, une découpe, qu’elle soit par cisaillement de matière ou par ablation, s’accompagne toujours d’une perte de matière ou de déformations locales donnant lieu à des retraits de matière, si bien que découpées dans leur orientation d’assemblage dans une seule et même tôle, les tôles obtenues ne pourraient pas être assemblées sans jeu.

Bien entendu cette technique d’orientation n’est pas limitative de ce mode de réalisation et peut s’appliquer à tous motifs (100, 200) complémentaires présentant une orientation à distance minimale (330) compatible avec les techniques de découpe utilisées en production en série.

Description détaillée d’un cinquième exemple de réalisation

Les figures 17, 18 et 19 illustrent un exemple alternatif de réalisation à douze dents (11) à rotor intérieur. En comparaison avec le mode de réalisation présenté en figures 10 et 11, ce mode de réalisation est particulièrement intéressant lorsque les dents (11) sont assez courtes et que l’espace radial alloué aux bobines (31 à 36, 61 à 66) doit être maximisé. En effet, dans le mode de réalisation présenté en figures 10 et 11, les zones d’accueil sont situées en extrémité des protubérances (231 à 236) radiales, ceci implique que les dents (11 à 16) ne s’étendent pas sur l’intégralité de l’espace situé entre les culasses (17, 27) annulaires des premier et second motifs (100, 200). Comme les bobines (31) sont insérées sur les dents avant le chassage axial d’une des parties statoriques (10, 20) dans la seconde, leur extension radiale ne doit pas interférer avec des protubérances. Ainsi, la suppression des protubérances permet de maximiser l’extension radiale des bobines (31). De sorte à rendre ce mode compatible avec les techniques de découpe industrielles des tôles, le principe d’orientation différentiée présenté aux figures 15 et 16 est également utilisé ici. Les motifs sont donc découpés tels que présenté dans la , la culasse (27) annulaire du second motif présentant des dégagements en vis-à-vis des extrémités de dents (101) et situés en quadrature des zones d’accueil (211). Une fois découpés, les motifs (100, 200) sont orientés selon la direction présentée en de manière à faire correspondre les extrémités des dents (101) avec leurs zones d’accueil (211) respectives pour obtenir les points de contacts (301) contraints.

La est une vue en perspective de ce stator permettant d’en apprécier son extension axiale. Le canal tubulaire (3) du premier empilement de tôles statorique présente des ouvertures rectangulaires (4). Lesdites ouvertures sont obtenues par l’utilisation de deux profils de découpe différents pour réaliser l’empilement de tôles de la première partie statorique (10), l’un correspondant à celui présenté en et l’autre étant simplement constitué de dents disjointes. Lors de l’assemblage du paquet de tôles, une tôle (150) est issue du premier motif (100) pour six tôles (151) issues du second motif (non représenté). Un mode de réalisation similaire est utilisé en avec un ratio moindre, une tôle sur deux étant issue de l’un ou l’autre des motifs. Cette multiplicité de motifs de découpe est une complexité industrielle supplémentaire mais de surcout raisonné vis-à-vis des bénéfices importants obtenus sur les performances de la machine. En effet, les sections polaires (161) situées en vis-à-vis du rotor et joignant les dents (11) constituent un court-circuit du flux magnétique empêchant un bon couplage entre les flux générés par le stator et le rotor. La propose donc de diminuer l’impact desdites sections polaires (161) en utilisant en majorité des tôles issues du second profil de découpe et qui en sont dépourvues. La proportion de tôles issues du premier motif (100), c’est-à-dire présentant des sections polaires (161), est donc un compromis entre un taux acceptable de flux court-circuité et les performances mécaniques reposant sur ces sections polaires (161), telles que la bonne tenue de la structure et sa rigidification dans le plan radial. La , qui présente des isthmes (144) pour limiter le court-circuit magnétique, constitue une alternative intéressante. Elle doit toutefois intégrer plus de tôles présentant ces isthmes (144) pour assurer une rigidité mécanique suffisante.

Description détaillée d’un sixième exemple de réalisation

La illustre un mode de réalisation alternatif selon l’invention présentant une structure statorique asymétrique. Dans ce mode de réalisation, le stator présente une alternance de dents larges (11, 12, 13, 14, 15, 16) et de dents étroites (41, 42, 43, 45, 45, 46) et dont seules 3 dents (11, 12, 13) sont destinées à recevoir des bobines et sont situées dans un secteur angulaire α d’étendue angulaire inférieure à 180°. Ces 3 dents (11, 12, 13) bobinées sont les seules appartenant à la première partie statorique (10) et prolongent radialement la culasse (17) annulaire. La seconde partie statorique (20) est constituée d’une culasse périphérique (240) prolongée radialement en direction de la culasse (17) annulaire par les autres dents (14, 15, 16, 41, 42, 43, 44, 45, 46). A noter que comme toutes les dents situées dans le second secteur β, complémentaire au premier secteur α, ne portent pas de bobines, leur extension radiale peut être réduite au minimum nécessaire à la bonne circulation du flux magnétique sans fuites. Ainsi la culasse périphérique présente une extension radiale réduite, sur la majorité du secteur angulaire β, ce qui permet de limiter l’encombrement du moteur. Ce mode de réalisation est particulièrement intéressant lorsque le moteur est associé à un réducteur de mouvement.

Description détaillée d’un septième exemple de réalisation

La figure 21 illustre une variante de réalisation similaire au mode de réalisation présenté en figure 20. Par rapport au mode de réalisation précédent, celui-ci diffère en ce que la culasse périphérique (230), de la figure 20, est scindée en deux parties (140, 240) et l’intégralité des dents (51, 52 ,53, 54, 55, 56, 57) situées dans le second secteur angulaire ainsi que la partie de la culasse périphérique (140) les supportant, sont cette fois partie intégrante du premier motif (100). En effet, comme toutes ces dents sont dépourvues de bobines, elles peuvent être raccourcies pour présenter une raideur plus grande et s’affranchir de besoin de les découpler mécaniquement de la culasse périphérique (140). Les première et seconde parties statoriques (10, 20) présentent des formes complémentaires (19, 29), ici des queues d’aronde, situées dans chacune des deux parties de la culasse périphérique (140, 240), permettant de les solidariser par chassage axial. Ce mode de réalisation est un moyen d’économiser de la matière lors de la découpe des tôles, le mode de réalisation précédent n’étant pas compatible avec une orientation angulaire différente des motifs (100, 200) entre la découpe et l’assemblage des paquets de tôles, tel que décrit en et 16.

Description détaillée d’un septième exemple de réalisation

La illustre une variante de réalisation pour laquelle certaines dents (11 à 16, 21 à 26) ne sont pas radiales. Dans ce mode de réalisation, chaque dent radiale (12, 15, 22, 25) est située entre deux dents (11, 13 ; 14, 15 ; 21, 23 ; 24, 26) qui lui sont parallèles. Ce mode de réalisation est avantageux pour simplifier l’insertion des bobines sur les dents pour les moteurs en comportant un grand nombre, les bobines supportées par des dents consécutives parallèles peuvent être insérées en une seule opération par une chaine d’assemblage automatique, c’est un gain de temps conséquent représentant une économie substantielle. Comme le montre cette figure, les dents non radiales (11, 13, 14, 15, 21, 23, 24, 26) peuvent coopérer avec des zones d’accueil (211, 213, 214, 215, 251, 253, 254, 256) pour former un contact ponctuel contraint. Il est à noter que le principe serait identique si l’on retirait les dents radiales (12, 15, 22, 25), l’invention n’est donc pas conditionnée à la présence de dents radiale.

Claims

Machine électrique à encoches et à flux radial comprenant un stator (1) présentant un axe statorique (2) et constitué de deux parties statoriques (10, 20) reliées par une pluralité de dents (11 à 16), certaines ou la totalité étant entourées par des bobines (31 à 36), lesdites parties statoriques (10, 20) présentant respectivement, dans un plan (4) perpendiculaire à l’axe du stator (2), un premier et un second motif (100, 200),
caractérisée en ce que
chacune des dents (11 à 16) entourées par des bobines (31 à 36) étant un prolongement de l’un desdits motifs (100, 200) et présentant une extrémité (101 à 106) frontale coopérant avec une zone d’accueil (211 à 216) de l’autre desdits motifs (100, 200) pour former un contact ponctuel (301 à 306) contraint dans ledit plan (4).
Machine électrique à encoches et à flux radial comprenant un stator (1) présentant un axe statorique (2) et constitué de deux parties statoriques (10, 20) reliées par une pluralité de dents (11 à 16), certaines ou la totalité étant entourées par des bobines (31 à 36), lesdites parties statoriques (10, 20) présentant respectivement, dans un plan perpendiculaire à l’axe du stator (2), un premier et un second motif (100, 200), chacune des dents (11 à 16) entourées par des bobines (31 à 36) étant un prolongement de l’un desdites motifs (100, 200) et présentant une extrémité (101 à 106) frontale coopérant avec une zone d’accueil (211 à 216) de l’autre desdits motifs (100, 200),
caractérisée en ce que
lesdits premier et second motifs (100, 200) présentent au moins une zone de superposition (300) à l’endroit de la coopération entre l’extrémité (101 à 106) et la zone d’accueil (211 à 216), ladite zone de superposition (300) pouvant être résorbée par une déformation élastique, supérieure aux tolérances de fabrication, d’au moins l’une ou l’autre desdites parties statoriques (10, 20) liée au déplacement de l’extrémité (101 à 106).
Machine électrique selon la revendication 1 caractérisée en ce que les droites normales (311 à 313) auxdits contacts ponctuels (301 à 306) ne sont pas concourantes en un point unique coïncidant avec l’axe du stator (2).
Machine électrique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que le stator (1) présente au moins trois dents (11 à 16) entourées de bobines (31 à 36) et réalisant un contact ponctuel (301 à 306) contraint.
Machine électrique selon les revendications 1 ou 3 caractérisée en ce que l’étendue de la zone dudit contact ponctuel (301 à 306) contraint est inférieure à 5% de la périphérie de l’extrémité de la dent (101 à 106).
Machine électrique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que toutes les dents (11 à 16) sont constituées par des prolongements d’une seule des deux parties statoriques (10, 20).
Machine électrique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que lesdites dents (11 à 16) sont constituées en partie par des prolongements de l’une desdites parties statoriques (10, 20) et en partie par des prolongement de l’autre desdites parties statoriques (10, 20).
Machine électrique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que l’extrémité (101 à 106) frontale d’une au moins desdites dents (11 à 16) est convexe, et en ce que la zone d’accueil (211 à 216) correspondante est concave, avec un rayon de courbure supérieur.
Machine électrique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que l’extrémité (101 à 106) frontale d’une au moins desdites dents (11 à 16) est concave, et en ce que la zone d’accueil (211 à 216) correspondante est convexe, avec un rayon de courbure inférieur.
Machine électrique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que l’extrémité (101 à 106) frontale d’une au moins desdites dents (11 à 16) est convexe et en ce que la zone d’accueil (211 à 216) correspondante est plane.
Machine électrique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que l’extrémité (101 à 106) frontale d’une au moins desdites dents (11 à 16) et sa zone d’accueil (211 à 216) correspondante sont convexes.
Machine électrique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que les deux parties statoriques (10, 20) sont constituées de tôles empilées pouvant être découpées dans le même paquet de tôles, l’un des premier ou second motifs (100, 200) s’inscrivant dans l’autre des premier ou second motifs (100, 200) tout en présentant un jeu compatible avec une méthode de découpe industrielle.
Machine électrique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que ledit rotor est extérieur audit stator (1).
Machine électrique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que ledit rotor est intérieur audit stator (1).
Machine électrique selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que le stator présente une alternance de dents larges (11 à 16) et de dents étroites (41 à 46), seules trois dents (11, 12, 13) étant destinées à recevoir des bobines et étant situées dans un secteur angulaire α d’étendue angulaire inférieure à 180°.