Brevet FR2415905A1 — publié le 19790824

- La présente invention se rapporte à uns machine tournante électromagnétique munie d'une chemise d'entrefer assurant l'étan- chéité de l'armature bobinée et au procédé de fabrication d'une telle chemise. Les machi'hé-tournant;es sont souvent exposées du fait des milieux ambiants dans lesquels elles travaillent,- à des condi tions sévères de fonctionnement, notamment en milieux polluants et corrosifs ou en milieux où règnent des températur-es élevées ou basses, ou des pressions élevées. Les difficultés que l'on rencontre pour obtenir un fonctionnement satisfaisant des machi nes travaillant dans ces conditions ont amené les fabricants à isoler l'armature bobinée du stator de la partie tournante qui ne comporte' aucun bobinage, au moyen d'une chemise.Cette chemise, -dite d'entrefer, est appliquée contre l'armature, avec un jeu minimal compatible avec le rendement électromagnétique optimal de la machine, pour isoler le bobinage du stator du milieu am- -biant dans lequel travaille ladite machine. Suivant le caractère --du rendement désiré, cette chemise est réalisée en un matériau magnétique ou amagnétique, mais en tout état de cause, avec une épaisseur minimale, ce qui conduit à concevoir un support interne de la chemise, par exemple, en forme de cales, susceptible de résister à des pressions importantes.Les chemises utilisées jusqu'S présent sont fabriquées soit par soudure suivant une génératrice d'une tôle enroulée et ajustement au diamètre désiré, par exemple, par formage sous pression, soit, pour des chemises plus épaisses, par usinage tel que tournage ou fluotournage. Dans tous les cas, l'étanchéité de l'armature bobinée était obtenue par deux soudures annulaires des extrémités de la chemise sur des cales'résistant à la pression. Une telle réalisation présente de nombreux inconvénients. L'exécution des deux soudures par fusion de lèvres est difficiliement contrôlable et comporte des risques pour l'étanchéité désirée. Pour démonter la machine en cas de nécessité, il faut procéder à un nouvel usinage, ce qui rend l'opération coûteuse. ;par ailleurs, les qualités géométriques et les propriétés mécaniques d'une chemise fabriquée par enroulement de tôle laissent i o uvent à désirer. Enfin, les sorties de fils électriques néces mitent des précautions supplémentaires pour assurer un deuxième niveau d'étanchéit6. La présente invention a pour objet de pallier aux inconvénients précités, gracie à une nouvelle chemise d'entrefer pour machine tournante électromagnétique et à son procédé de fabrication. La machine tournante électromagnétique selon l'invention, comprenant une enveloppe extérieure, un rotor magnétique et un stator inséré entre des cales, en forme d'armature bobinée isolée du rotor par une chemise d'entrefer magnétique est caractérisé en ce que la chemise d'entrefer forme partie intégrale d'une pièce massive du moteur à laquelle elle reste attachée par une de ses extrémités, l'autre extrémité étant réunie par une soudure d'étanchéité à une extrémité de cale en matériau amagnétique. De préférence, la pièce massive et la chemise d'entrefer sont obtenus par usinage d'un seul bloc de matériau. L'étanchéité de l'armature bobinée du stator est ainsi assurée par une seule soudure annulaire à l'extrémité libre de la chemise, tandis que du cOté de la pièce massive l'étanchéité du bobinage par rapport au milieu externe est assurée simplement par insertion d'un joint classique, tel que joint de cuivre, joint torique métallique, collage ou autre, entre la pièce massive et la cale. L'épaisseur de la chemise peut varier entre 0,2 mm et 0,6 mm, selon le diamètre du rotor. Elle pourra être de 0,3 mm pour un diamètre de rotor de 50 à 60 mm et de 0,45 mm pour un diamètre d'environ 160 lin. Quant à la pièce massive formant une seule pièce avec la chemise d'entrefer, on peut envisager de nombreuses possibilités. On peut utiliser pourtusinage de la chemise une pièce constituant un flasque de carcasse du moteur. Lorsque la machine est un moteur asynchrone, on usinera avec la chemise le fond arrière du moteur. C'est la pièce de retour de flux du noyau magnétique qui servira de pièceJmassive dans un moteur pas-à-pas, ou encore la culasse extérieure dans un moteur à double sortie latérale pris en sandwich dans un mécanisme. Le matériau dans lequel sont réalisées la pièce massive et la chemise d'entrefer peut être magnétique ou amagnétique, Parmi les matériaux amagnétiques, on peut citer les aciers inoxydables, le cuivre et ses alliages tels que bronze ou des matières plastiques d'ingénierie tels que les polyamides et les résines thermostables= Le choix dépend de nombreux fac feurs, tels que le diamètre de la chemise, température de fonctionnement du moteur, etc. Pour des températures relativement ses, on utilisera de préférence des alliages de cuivre.L'in Invention a également pour objet un procédé de fabrication de la chemise d'entrefer pour la machine définie ci-dessus, lequel Procédé est caractérisé en ce qu'on usine d'abord dans sa forme dfinitive la pièce massive de la machine, telle que le flasque de carcasse, et on procède ensuite à l'usinage de l'alésage de la chemise et de sa surface extérieure. Des moyens classiques sont utilisés pour l'usinage, tels que tournage, fraisage et meulage. On usine la pièce massive en conservant la chemise épaisse pour des raisons relatives à la tenue de la pièce en machine. Lorsque tous les usinages, autres ceux de la chemise, sont effectués, on procède à l'usinage de l'alésage de la chemise. La chemise étant conservée épaisse, t usinage ne pose aucun problème particulier. La finition de la surface interne peut admettre une rectification ou meulage Suivant l'état de la surface désiré et notamment compte tenu di la résistance à la corrosion. Lorsque l'alésage est usiné, on usine la surface extérieure de la chemise en faisant insérer avec minimum de jeu à l'inté- ; i sur de la chemise un noyau préalablement usiné aux dimensions correspondant à l'alésage de la chemise. L'ensemble ainsi cons est est repris au tour pour l'exécution de l'extérieur de la chemise. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention jouiront être dégagés à la lecture de la description donnée à fitre d'exemple non limitatif de deux modes de réalisation de 'a chemise d'entrefer pour machine tournante selon l'invention, ainsi que du dessin annexé sur lequel: X la figure 1 est une vue en coupe suivant un mode de ;-éalisation de l'invention - la figure 2 est une vue en coupe suivant un autre mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1 est représentée en coupe axiale de façon ~-chOmatique la partie centrale d'un moteur électrique à chemise d'entrefer magnétique. L'organe principal de transmission de mouvement est constitué par une roue polaire 1 ne comportant aucun bobinage, immergée dans un milieu, par exemple, corrosif. Le rotor 1 est exposé au champ tournant généré par une armature 2 comportant un bobinage 3 et qui doit en conséquence être isolée du miZbu. Deux cales annulaires 5 sont placées de part et d'autre de l'armature 2 et comportent une partie qui est insérée entre la culasse externe 11 du moteur et l'enceinte de séparation du milieu polluant interne au milieu ambiant externe. L'organe d'isolation est une chemise d'entrefer 4 qui s'applique contre armature 2 et contre les cales 5. Les cales 5 ont pour fonction de résister à la pression et, servant d'appui à la chemise, de prévenir toute déformation de cette dernière sous l'action de la pression. La chemise 4 fait partie intégrale d'une pièce massive du moteur b, qui est dans le cas représenté le fond arrière du noteur servant de payer à roulement à bille 9 à l'arbre 8 du rotor 1. Ia chemise 4, rattachée par une de ses extrémités à la pièce massive 6 qui peut être constituée par une partie de la culasse externe d'un moteur pas-à-pas, est réunie à son extrémité opposée à une autre cale 5 par une soudure d'étanchéité 7. L'espace renfermant l'armature 2 et le bobinage 3 est donc isolé de façon étanche du milieu polluant où tourne le rotor. Au cas où l'isolation entre le milieu ambiant externe et le bobinage 3 serait insuffisante du côté de la pièce massive, un joint, par exemple torique, peut être inséré dans un logement prévu à l'endroit où la pièce massive s'applique contre la cale. Le procédé de fabrication de l'ensemble représenté par le fond arrière 6 du moteur et la chemise 4 consiste à usiner d'abord dans sa forme définitive le fond 6, tout en laissant à la partie destinée à former la chemise 4 une épaisseur quelconque mais suffisante pour la tenue de la pièce en machine. Ensuite, 'on procède à l'alésage de la chemise au diamètre fixé. Un noyau est usiné de façon à pouvoir pénétrer à l'intérieur de l'alésage ainsi obtenu. Ce noyau devra prendre appui sur la pièce massive. L'ensemble ainsi constitué est repris au tour pour l'exécution de l'extérieur de la chemise. La aise en place du fond 6 accompagné de la chemise 4 s'effectue par insertion du fond 6 dans l'espace central d'une cale 5 et par soudure 7 de l'extrdmité opposée de la chemise 4 sur une autre cale 5. Le démontage de. cet ensemble est possible, lorsqu'on sépare la chemise et la cale à l'opposé de la soudure on os repousse la pièce 2 et le bobinage 3 vers l'extérieur du Jcôé de la pièce 6. La chemise ainsi réalisée présente de nom breux avantages aussi bien du point de vue géométrique que du point de vue mécanique. En effet, étant usinée d'un bloc,avec il, pièce massive du moteur, sa concentricité est assurée, même pour des épaisseurs réduites.On peut ainsi fabriquer des cheaises pour lesquelles le rapport du diamètre du rotor à l'épais aeur de la chemise est supérieur à 360. En outre, l:état de la surface est particulièrement soigné de façon à conférer à la chemise une bonne résistance à la corrosion. Du point de vue de la tenue mécanique, la chemise ne présente aucune discontinuité circonférentielle et son traitement thermique peut être effectué à l'état d'ébauche garantissant des ropriétés désirées de résilience, de limite élastique et d'allon bment à la rupture. Le risque inhérent à la soudure est réduit 'du fait d'une seule soudure d'étanchéité, tandis que le démontage du moteur peut être effectué sans réusinage de la lèvre soudée. Suivant une autre variante représentée sur la figure 2 vd les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes références, la chemise d'entrefer 4 peut être amagnOtique et réalisée de telle façon que la soudure 7 soit supprimée, A cet effet, on réalise la cale 5 en deux parties, l'une 5b constituant la cale externe tandis que l'autre partie ;5a constituant la cale interne est réalisée à partir du flasque avant du moteur. La chemise d'entrefer 4 est réalisée par usinage 'de la partie comprise entre le fond 6 et la cale interne Sa. De cette façon, on élimine le risque, aussi faible soit-il, de défaut d'étanchéité. Bien entendu, des modifications et des variantes pourront Autre apportées au mode de réalisation décrit, sans pour cela srt'ir du cadre de l'invention. En partieulier, le choix de la pièce massive devant servir à constituer un bloc avec la chemise d'entrefer peut se faire parmi des organes variés du moteur, en fonction de la nature et de la conception du moteur. Egalement, des matériaux divers, y compris les matières plastiques spéciales, pourront être employés selon les caractéristiques et applications envisagées. Enfin, le rotor de la machine tournante selon l'invention sera à aimants permanents ou amagnétique avec des inserts conducteurs suivant la nature de la chemise d'entrefer utilisée. REVENDICATIONS 1. Machine tournante électrique comprenant une enveloppe extérieure, un rotor magnétique et un stator inséré entre des cales, en forme d'armature bobinée et isolée du rotor par une chemise d'entrefer, caractérisé en ce que la chemise d'entrefer forme partie intégrale d'au moins une pièce massive de la machine à laquelle elle reste attachée par une-de ses extrémités, l'autre extrémité de la chemise étant solidaire de façon étanche à une extrémité de cale. 2. Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que la chemise d'entrefer est réunie de façon étanche par une soudure à ;ne extrémité de cale. 3. Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que la pièce massive de la machine et la chemise d'entrefer sont obtenues par usinage d'un bloc de matériau. 4. Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que la pièce massive et au moins une partie de la cale sont réalisées d'un seul tenant, la chemise d'entrefer étant obtenue par usinage de la partie intermédiaire située entre ladite pièce massive et la cale d'extrémité. 5. Machine selon l'une des- revendications 1 à 4 caractérisée en ce que la pièce massive est constituée par le fond arrière d'un moteur asynchrone. 6. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la pièce massive est la culasse extérieure d'un moteur pas-à-pas. 7. Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la pièce massive est constituée par une partie de la carcasse de la machine. 8. Machine selon l'une des revendications I à 7, caractérisée en ce que le matériau de la chemise d'entrefer est un matériau amagnétique. 9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que le matériau est en cuivre ou alliage de cuivre. 10. Machine selon l'une des revendications I à 9, caractérisée en ce que l'étanchéité de l'armature est renforcée du côté de la pièce massive, opposé à l'extrémité de la chemise soudée à une cale, par un joint torique. 11. Machine selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le rotor peut être à aimants permanents ou amagnétique avec inserts conducteurs. 12. Procédé de fabrication d'une chemise d'entrefer pour machine tournante électromagnétique conforme à l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on usine dans sa forme définitive la pièce massive de la machine tournante électromagnétique et on procède ensuite à l'usinage de l'alésage de la chemise et de sa surface extérieure.