FR3135842A1 - Fixation d’un stator de moteur électrique à flux axial - Google Patents

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Bertrand EUZET
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Abstract

L’invention concerne un moteur électrique (1) comprenant un carter (10) à l’intérieur duquel sont montés au moins un stator (30a, 30b) et un rotor (20) mobile en rotation autour d’un axe (X) en regard du stator, le rotor ayant des pôles magnétiques et le stator comportant une culasse (31) ferromagnétique portant des bobinages (33) agencés pour réaliser, avec les pôles magnétiques du rotor, un moteur électrique à flux axial. Selon l’invention, le stator est immobilisé par rapport au carter au moyen d’un dispositif de fixation (40a, 40b) qui comprend des ergots (41.1, 41.2) s’étendant en saillie radiale d’une surface (42.1, 42.2) de la culasse, et au moins un élément de fixation (42) fixé au carter et agencé pour coopérer avec les ergots de manière à bloquer le stator le long et autour de l’axe (X) FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 6A

Description

Fixation d’un stator de moteur électrique à flux axial
La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques et plus particulièrement la fixation d’un stator de moteur électrique à flux axial.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Un moteur électrique synchrone à flux radial comprend classiquement un rotor monté mobile en rotation à l’intérieur d’un stator qui est fixé à un carter par frettage ou au moyen de vis traversant le carter. Le stator comporte généralement un paquet de tôles formant une culasse et une pluralité de dents qui s’étendent radialement autour de l’axe de rotation du rotor et sur lesquelles sont enroulés des bobinages aptes à interagir avec des aimants permanents portés par le rotor pour entraîner en rotation ledit rotor.
Dans le cas d’un moteur électrique à flux axial, le rotor ne s’étend pas à l’intérieur d’un stator mais est par exemple pris en sandwich par deux stators s’étendant symétriquement de part et d’autre du rotor. Le paquet de tôles de chaque stator forment alors des dents s’étendant axialement et sur lesquelles sont enroulés les bobinages interagissant avec les aimants permanents du rotor. Le frettage des stators n’est pas envisageable.
Une solution consiste à visser les stators à un carter du moteur au moyen de vis traversant ledit carter. Néanmoins, une telle fixation des stators pose notamment des problèmes d’étanchéité du carter et implique de tarauder ou d’ajouter des inserts dans les culasses statoriques, ce qui peut entraîner un décollement des paquets de tôles constituant lesdites culasses statoriques.
Une autre solution consiste à visser des barrettes s’étendant radialement entre deux dents. Néanmoins, une telle fixation des stators nécessite notamment :
  • d’augmenter la hauteur des dents de manière à limiter les déséquilibres magnétiques engendrés par l’épaisseur des barrettes, ce qui engendre une augmentation de la masse du stator et donc du moteur ;
  • de positionner les barrettes avant les bobinages de manière à limiter la détérioration et l’imprégnation des bobinages, ce qui rend compliqué le démontage desdites barrettes ; et
  • d’éloigner suffisamment les vis de fixation des barrettes des bobinages afin de limiter les problèmes de diélectrique et de passage des bobinages, ce qui provoque une augmentation de la masse du stator et donc du moteur.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a donc pour but de proposer un dispositif de fixation d’un stator d’un moteur électrique à flux axial permettant d’obvier au moins en partie aux inconvénients précités.
A cet effet, on propose un moteur électrique comprenant un carter à l’intérieur duquel sont montés au moins un stator et un rotor mobile en rotation autour d’un axe en regard du stator, le rotor ayant des pôles magnétiques et le stator comportant une culasse ferromagnétique portant des bobinages agencés pour réaliser, avec les pôles magnétiques du rotor, un moteur électrique à flux axial.
Selon l’invention, le stator est immobilisé par rapport au carter au moyen d’un dispositif de fixation qui comprend des ergots s’étendant en saillie radiale d’une surface de la culasse, et au moins un élément de fixation fixé au carter et agencé pour coopérer avec les ergots de manière à bloquer le stator le long et autour de l’axe.
Un tel dispositif de fixation permet le montage du stator par l’intérieur sans engendrer de problème d’étanchéité du carter et en limitant le poids du moteur.
De manière particulière, les ergots s’étendent en saillie d’une surface interne de la culasse.
De manière particulière, le moteur comprend des goupilles qui sont insérées dans des trous ménagés dans la culasse et qui ont une portion d’extrémité s’étendant en saillie radiale de la surface de ladite culasse pour former les ergots.
De manière particulière, les ergots sont répartis angulairement de manière régulière autour de l’axe.
De manière particulière, la culasse du stator a une forme globalement annulaire et comporte une pluralité de dents autour desquelles sont enroulés les bobinages, les ergots s’étendant dans le prolongement des dents.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de fixation comprend un unique élément de fixation comprenant une bride qui comporte une platine pourvue d’encoches de fixation par baïonnette adaptées à recevoir les ergots.
De manière particulière, la platine comporte une portée cylindrique externe agencée pour coopérer avec une portée homologue formée par une surface interne du stator.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le dispositif de fixation comprend une pluralité d’éléments de fixation, chaque élément de fixation comprenant une vis qui traverse le carter et qui se visse dans un taraudage ménagé dans l’un des ergots selon l’axe.
De manière particulière, le moteur comprend deux stators identiques s’étendant symétriquement de part et d’autre du rotor.
L’invention concerne également un aéronef comprenant au moins un atterrisseur qui comporte une jambe montée articulée sur une structure de l’aéronef entre une position déployée et une position rétractée au moyen d’un tel moteur électrique.
L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels :
la est une vue schématique d’un aéronef pourvu d’un moteur électrique selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;
la est une vue en éclaté du moteur électrique illustré à la ;
la est une vue en perspective du rotor du moteur électrique illustré à la ;
la est une vue en perspective de l’un des stators du moteur électrique illustré à la , dépourvu de bobinage ;
la est une vue de détail du stator illustré à la , pourvu de bobinages ;
la est une vue en perspective de la platine de fixation du stator illustré aux figures 4A-4B ;
la est une vue de détail du stator illustré à la , dans laquelle le stator est dans une position d’introduction ;
la est une vue identique à la , dans laquelle le stator est en position déverrouillée ;
la est une vue identique à la , dans laquelle le stator est en position verrouillée ;
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En référence à la , l’invention s’applique à un aéronef A comprenant des atterrisseurs P principaux qui comportent chacun une jambe J ayant une première extrémité articulée autour d’un axe Y sur une structure de l’aéronef A et une deuxième extrémité portant des roues R.
La première extrémité de la jambe J est pourvue d’un secteur de roue dentée D lié en rotation à la dite première extrémité autour de l’axe Y. La denture du secteur de roue dentée D engrène avec un pignon monté sur un arbre de sortie 2 d’un moteur électrique généralement désigné en 1.
Le moteur 1 est fixé à la structure de l’aéronef et est commandé par une unité de commande UC depuis un poste de pilotage K de l’aéronef A. Une action I commandée par l’unité de commande UC provoque une rotation de l’arbre de sortie 2 du moteur 1 et donc du secteur de roue dentée D dans un premier sens S1 de déploiement de l’atterrisseur P ou dans un deuxième sens S2 de rétraction de l’atterrisseur P. Un verrou commandable V maintient le secteur de roue dentée D en position déployée ou rétractée.
En référence à la , le moteur 1 comprend un carter 10 définissant un volume à l’intérieur duquel est monté un rotor 20 s’étendant entre un premier stator 30a et un deuxième stator 30b. Le carter est ici réalisé en deux parties, à savoir une première partie 10.1 et une deuxième partie 10.2 vissées entre elles.
Le rotor 20 a une forme globalement annulaire et est monté mobile en rotation autour d’un axe X au moyen de roulements à billes (non représentés). Comme l’illustre la , le rotor 20 est ici lié à l’arbre de sortie 2 du moteur 1 par des bras radiaux 21 de sorte qu’une rotation dudit rotor 20 autour de l’axe X entraîne une rotation dudit arbre de sortie 2 autour du même axe X. Une telle liaison permet de limiter la masse de l’ensemble formé par le rotor 20 et l’arbre de sortie 2, ledit ensemble étant classiquement réalisé en une seule pièce. Le rotor 20 comporte une pluralité d’aimants permanents 22 qui sont répartis angulairement de manière régulière autour de l’axe X et dont les pôles alternent. Les aimants permanents 22 s’étendent selon une direction radiale et sont ici en néodyme.
Le premier stator 30a est fixé à la première partie 10.1 du carter 10 au moyen d’un premier dispositif de fixation 40a de sorte que ledit premier stator 30a est immobile vis-à-vis de ladite première partie 10.1. De manière similaire, le deuxième stator 30b est fixé à la deuxième partie 10.2 du carter 10 au moyen d’un deuxième dispositif de fixation 40b de sorte que ledit deuxième stator 30b est immobile vis-à-vis de ladite deuxième partie 10.2.
Le premier stator 30a et le deuxième stator 30b sont ici identiques et s’étendent symétriquement de part et d’autre du rotor 20. Le premier dispositif de fixation 40a est ici identique au deuxième dispositif de fixation 40b. Aussi, seuls le premier stator 30a et le premier dispositif de fixation 40a seront décrits.
Comme l’illustre les figures 4A-4B, le premier stator 30a comprend un paquet de tôles formant une culasse 31 ferromagnétique réalisée en fer doux. Le paquet de tôle est ici réalisé par enroulement et est disposé axialement. La culasse 31 a une forme globalement annulaire et comporte une pluralité de dents 32 qui s’étendent radialement entre une surface interne 31.1 et une surface externe 31.2 de la culasse 31, en regard des aimants permanents 21 du rotor 20. La surface interne 31.1 et la surface externe 31.2 sont de forme cylindrique et délimitent respectivement une circonférence interne et une circonférence externe de la culasse 31. Autour de chacune des dents 32 s’étend un bobinage 33 qui est relié à l’unité de commande UC de manière à réaliser, avec les aimants permanents 21 du rotor 20, un moteur à flux axial.
Le premier dispositif de fixation 40a comprend six goupilles 41 insérées chacune en force dans un trou traversant ménagé dans la culasse 31 du premier stator 30. Les goupilles 41 s’étendent chacune selon une direction radiale de la culasse 31 et sont réparties angulairement de manière régulière autour de l’axe X. Chacune des goupilles 41 comprend une première portion d’extrémité 41.1 qui s’étend en saillie de la surface interne 31.1 de la culasse 31, et une deuxième portion d’extrémité 41.2 qui est opposée à la première portion d’extrémité 41.1 et qui s’étend en saillie de la surface externe 31.2 de ladite culasse 31. Les premières portions d’extrémité 41.1 et les deuxièmes portions d’extrémité 41.2 forment respectivement des premiers ergots et des deuxièmes ergots. Les goupilles 41 sont ici identiques et de forme globalement cylindrique.
Le premier dispositif de fixation 40a comprend également une platine 42 de réception des premières portions d’extrémité 41.1 des goupilles 34 ( ). La platine 42 est de forme annulaire et est rapportée sur la première partie 10.1 du carter 10. A cet effet, la platine 42 comporte une face arrière qui coopère avec un fond de la première partie 10.1 du carter 10, et une première portée cylindrique 42.1 interne qui coopère avec une portée homologue agencée dans le fond de ladite première partie 10.1 du carter 10 pour centrer la platine 42 vis-à-vis de l’axe X de rotation du rotor 20. La platine 42 est vissée à la première partie 10.1 du carter 10 au moyen de vis traversant des trous 42.3 ménagés sur un pourtour interne de la platine 42, de sorte que ladite platine 42 est immobile vis-à-vis de ladite première partie 10.1 du carter 10.
La platine 42 comporte aussi une deuxième portée cylindrique 42.2 externe qui s’étend en regard de la surface interne 31.1 du premier stator 30a.
La platine 42 comporte également six encoches 43 de fixation par baïonnette adaptées à recevoir les premières portions d’extrémité 41.1 des goupilles 41. Les encoches 43 sont disposées sur un pourtour externe de la platine 42 et sont réparties angulairement de manière régulière autour de l’axe X. Les encoches 43 sont ici identiques et comprennent :
  • une première section 43.1 d’insertion d’une première portion d’extrémité 41.1 de goupille 41, s’étendant radialement depuis la deuxième portée cylindrique 42.2 de la platine 42 ;
  • une deuxième section 43.2 de guidage de la première portion d’extrémité 41.1, communiquant avec la première section 43.1 et s’étendant selon une direction circonférentielle en délimitant une rampe de guidage ; et
  • une troisième section 43.3 d’immobilisation de la première portion d’extrémité 41.1, communiquant avec la deuxième section 43.2 et s’étendant axialement depuis la face arrière de la platine 42 pour former une gorge de réception de ladite première portion d’extrémité 41.1.
Les différentes étapes du montage du premier stator 30a sur la première partie 10.1 du carter 10 vont maintenant être détaillées.
La platine 42 est tout d’abord insérée, selon une direction axiale, dans la première partie 10.1 de carter 10 jusqu’à ce que la première portée cylindrique 42.1 de ladite platine 42 coopère avec la portée homologue du fond de ladite première partie 10.1 de carter 10, et que la platine 42 soit en appui contre le fond. La platine 42 est ensuite prévissée à la première partie 10.1 du carter 10 de sorte que ladite platine 42 devient liée en rotation, autour de l’axe X, à ladite première partie 10.1 du carter 10 tout en restant mobile axialement entre une position rapprochée dans laquelle la face arrière de la platine 42 est en appui contre le fond de la première partie 10.1 du carter 10, et une position écartée dans laquelle la ladite face arrière est éloignée dudit fond.
Le premier stator 30a est alors à son tour inséré, selon une direction axiale, dans la première partie 10.1 de carter 10, les dents 32 dudit premier stator 32a étant tournées vers l’extérieur de ladite première partie 10.1 du carter 10 et les premières portions d’extrémité 41.1 des goupilles 41 étant en regard des premières sections 43.1 des encoches 43 de la platine 42. Dès lors que les premières portions d’extrémité 41.1 des goupilles 41 sont reçues dans les premières sections 43.1 des encoches 43 et que le premier stator 30a est en appui contre le fond de la première partie 10.1 du carter 10, ledit premier stator 30a est pivoté d’un angle α, ici égal à quinze degrés, dans un sens déterminé adapté à faire passer chacune des premières portions d’extrémité 41.1 des goupilles 41 de la première section 43.1 d’encoche 43 à la troisième section 43.3 d’encoche 43 en passant par la deuxième section 43.2 d’encoche 43. Le pivotement du premier stator 30a entraîne, sous l’action des premières portions d’extrémité 41.1 des goupilles 41 exercée sur les rampes des deuxièmes sections 43.2 d’encoche 43, le passage de la platine 42 de la position rapprochée à la position écartée.
La platine 42 est ensuite vissée avec un couple prédéfini, ce qui engendre le passage de la platine 42 de la position écartée à la position rapprochée et la coopération des premières portions d’extrémité 41.1 des goupilles 41 avec les gorges des troisièmes sections 43.3 d’encoche 43. Le premier stator 30a est alors immobilisé axialement et angulairement autour de l’axe X par la platine 42, de sorte que ledit premier stator 30a est immobile vis-à-vis de la platine 42 et donc de la première partie 10.1 du carter 10. La platine 42 forme ainsi une bride.
On notera qu’un tel agencement de la platine 42 au contact du premier stator 30a permet de limiter la flexion des goupilles 41.
De manière similaire, le deuxième dispositif de fixation 40b comprend une platine 42 adaptée à immobiliser le deuxième stator 30b vis-à-vis de la deuxième partie 10.2 du carter 10.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.
Bien que l’invention s’applique ici aux atterrisseurs P principaux de l’aéronef A, elle peut également s’appliquer à tout atterrisseur mobile équipant un aéronef (atterrisseur avant, atterrisseur central…).
Le nombre de goupilles 41 peut être inférieur ou supérieur à six. Il dépend notamment des efforts axiaux subis par le stator 30a, 30b via les aimants permanents 21 du rotor 20 lorsque le moteur 1 est en fonctionnement mais aussi au repos.
Les goupilles 41 ne sont pas nécessairement réparties de manière régulière autour de l’axe X.
Dans le mode de réalisation décrit, les goupilles 41 ne s’étendent pas nécessairement en saillie de la surface externe 31.2 de ladite culasse 31.
Bien que la platine 42 soit ici agencée pour coopérer avec les premières portions d’extrémités 41.1 des goupilles 41, elle peut aussi être agencée pour coopérer avec les deuxièmes portions d’extrémité 41.2 desdites goupilles 41.
Les goupilles 41 peuvent être remplacées par tout élément formant des ergots adaptés à une fixation par baïonnette. Les ergots peuvent par exemple être venus de matière avec la culasse 31 du stator 30a, 30b.
De préférence, les goupilles 41 s’étendent, comme illustré à la , dans le prolongement des dents 32 de la culasse 31 afin de limiter la saturation magnétique de ladite culasse 31 engendrée par les trous recevant lesdites goupilles 41. Une autre manière de limiter cette saturation magnétique est de réaliser les goupilles 41 dans un matériau magnétique, par exemple en acier inoxydable 15-5PH ou 17-4PH.
Bien que le dispositif de fixation 40a, 40b du stator 30a, 30b comprenne ici une unique bride (formée par la platine 42) pour immobiliser l’ensemble des goupilles 41, il peut aussi comprendre autant de brides qu’il y a de goupilles 41.
Les encoches 43 ménagées dans la platine 42 peuvent avoir une forme rectiligne simple, avec un seul tronçon borgne pour recevoir la portion d’extrémité 41.1 de goupille 41 et la bloquer en translation et en rotation (la platine 42 étant mise en place dans la première partie 10.1 du carter 10 après le stator 30a).
En lieu et place de la platine 42, le dispositif de fixation 40a, 40b peut comprendre des vis traversant le carter et se vissant dans des taraudages ménagés, selon l’axe X, dans les premières portions d’extrémités 41.1 des goupilles 41 de manière à bloquer le stator 30a le long et autour de l’axe X.

Claims (9)

  1. Moteur électrique (1) comprenant un carter (10) à l’intérieur duquel sont montés au moins un stator (30a, 30b) et un rotor (20) mobile en rotation autour d’un axe (X) en regard du stator, le rotor ayant des pôles magnétiques et le stator comportant une culasse (31) ferromagnétique portant des bobinages (33) agencés pour réaliser, avec les pôles magnétiques du rotor, un moteur électrique à flux axial, caractérisé en ce que le stator est immobilisé par rapport au carter au moyen d’un dispositif de fixation (40a, 40b) qui comprend des ergots (41.1, 41.2) s’étendant en saillie radiale d’une surface (42.1, 42.2) de la culasse, et au moins un élément de fixation (42) fixé au carter et agencé pour coopérer avec les ergots de manière à bloquer le stator le long et autour de l’axe (X).
  2. Moteur électrique (1) selon la revendication 1, dans lequel les ergots (41.1) s’étendent en saillie d’une surface interne (31.1) de la culasse (31).
  3. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des goupilles (41) qui sont insérées dans des trous ménagés dans la culasse (31) et qui ont une portion d’extrémité s’étendant en saillie radiale de la surface de ladite culasse pour former les ergots (41.1).
  4. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les ergots (41.1) sont répartis angulairement de manière régulière autour de l’axe (X).
  5. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la culasse (31) du stator (30a, 30b) a une forme globalement annulaire et comporte une pluralité de dents (32) autour desquelles sont enroulés les bobinages (33), les ergots (41.1) s’étendant dans le prolongement des dents (32).
  6. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de fixation (40a, 40b) comprend un unique élément de fixation comprenant une bride qui comporte une platine (42) pourvue d’encoches (43) de fixation par baïonnette adaptées à recevoir les ergots (41).
  7. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le dispositif de fixation (40a, 40b) comprend une pluralité d’éléments de fixation, chaque élément de fixation comprenant une vis qui traverse le carter et qui se visse dans un taraudage ménagé dans l’un des ergots (41.1) selon l’axe (X).
  8. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant deux stators (30a, 30b) identiques s’étendant symétriquement de part et d’autre du rotor (20).
  9. Aéronef (A) comprenant au moins un atterrisseur (P) qui comporte une jambe (J) montée articulée sur une structure de l’aéronef entre une position déployée et une position rétractée au moyen d’un moteur électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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