Brevet FR2535919A1 — publié le 19840511

CULASSE DE CIRCUIT MAGNETTQUE POUR UNE MACHINE ELECTRIQUE La présente invention s'applique à la construction électromécanique et plus précisément à la réalisation des culasses du circuit magnetique des machines électriques. L'invention peut être appliquée aux machines électriques a courant alternatif et continu de faible et moyenne puissance. On connaît une culasse de circuit magnétique de machine électrique (certificat d'auteur de 1'URSS nO 170 572) constituée par un empilage de tôles, dont les pièces constituantes sont formées par estampage d'une tôle en acier magnétique. Une telle construction de la culasse etralne une quantité importante de rebuts de tôles au cours de ltestampage. Le coefficient d'utilisation du métal pour une telle culasse ne dépasse pas 0,3. L'exécution d'une telle culasse feuilletée exige un travail impor- tant. On connaît également une culasse de circuit magnétique de machine électrique (brevet americain n" 3.983.435) se présentant sous la forme d'un cylindre creux dont l'épaisseur des parois est égale à la hauteur de la culasse. Ce cylindre creux est formé en enroulant sur champ un ruban en matériau magnetique en formant une spirale. Lors de l'enroulement de la culasse, au fur et à mesure que s'accroit le rapport entre les diamètres externe et interne de la spirale les risques de rebut s'accroissent proportionnellement a l'accroissement du rapport entre les diamètres des spirales. Les ratés d'enroulage peuvent être provoqués soit par l'apparition de ruptures dans la zone de plus grand diamètre, soit par la formation de plis ou de gaufrages dans la zone de plus faible diamètre. Au cours de l'enroulement de la culasse, à mesure que s'accroit le rapport entre les diamètres externe et interne de la spirale, le coefficient de remplissage de l'empilage de la culasse par les tôles magnetiques diminue en raison directe de l'accroissement des rapports des diamètres des spirales du fait de l'augmentation de l'espacement entre les spires adjacentes des spirales.Un espacement apparaît entre les spires de la spirale a cause de la formation d'une section transversale trapezoidale de la spirale au cours de son enroulement. La plus petite base du trapèze se trouve dans la zone du diamètre externe et à mesure que s'accroît le diamètre externe de la spirale, ou que diminue son diamètre interne cet amincissement devient plus poussé. L'un des buts de la presente invention est de réaliser une culasse de circuit magnetique pour machine électrique avec une orientation de la déformation élastique de son matériau constitutif telle qu'elle permette d'améliorer le taux de remplissage en materiau magnétique de l'empilage du circuit magnétique en plusieurs pièces, de simplifier la technologie de fabrication du circuit magnétique et d'améliorer les paramètres énergétiques de la machine électrique. L'essentiel de l'invention réside dans le fait que dans la culasse d'un circuit magnétique en plusieurs pieces destiné à une machine électrique et constituée par un cylindre creux dont l'épaisseur de paroi est égale à la hauteur de la culasse, selon l'invention, chaque surface en bout du cylindre creux est réalisée en forme de cône tronqué, le diamètre de la plus grande base du cône tronqué etant égal au diamètre exterieur du cylindre creux tandis que le diamètre de la plus petite base du cône tronque est égal au diamètre interieur du cylindre creux et les génératrices des cônes tronqués étant orientées dans le même sens. La présente invention permet de simplifier l'équipement utilise pour fabriquer les culasses des circuits magnétiques en plusieurs pièces pour machines électriques, d'ameliorer les paramètres énergétiques de celles-ci, telles que leur rendement, et d'utiliser d'une manière plus efficace le volume de la machine électrique. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de realisation de l'invention faite à titre d'exemple non limitatif en se référant au dessin annexe, où: - la figure 1 représente en perspective une partie de l'anneau d'une culasse massive d'un circuit magnétique en plusieurs pièces pour une machine électrique, selon l'invention; - la figure 2 représente en perspective une partie de l'anneau d'une culasse d'un circuit magnétique en plusieurs pièces, formée en enroulant un ruban, en spirale, selon lrin vention;; - la figure 3 représente en perspective une partie d'une culasse d'un circuit magnétique en plusieurs pièces pour une machine electrique formée en enroulant un ruban en spirale avec une matière de remplissage magnétodiélec- trique interposée entre les spires du ruban, selon l'invention; - la figure 4 montre en perspective une partie de l'anneau d'une cu lasse d'un circuit magnétique en plusieurs pièces pour machine électrique, formée par enroulage d'un ruban en spirale suivi d'un usinage mécanique, selon l'invention;; - la figure 5 montre en perspective une autre forme de réalisation d'une culasse de circuit magnetique en plusieurs pieces pour machine electrique avec des surfaces sphériques, menagées en bout de l'anneau de la culasse, selon l'in vention. La culasse 1 (figure 1) d'un circuit magnétique en plusieurs pièces pour une machine électrique tournante prend la forme générale d'un cylindre creux 2, dont l'épaisseur de paroi est egale à la hauteur de la culasse 1. tes surfaces en bout 3 du cylindre creux 2 sont réalisées sous la forme de cônes tronqués. Le diamètre D de la plus grande base- d'un tel cône tronqué est égal au diamètre exterieur du cylindre creux 2, et le diamètre de la plus petite base est égal au diamètre intérieur du cylindre creux 2, les génératrices des cônes tronqués étant orientées dans le même sens. La figure 2 représente une partie-d'une culasse 1 d'un circuit magnétique en plusieurs pièces forme en enroulant un ruban 4 en une spirale 5. Ce mode de réalisation de la culasse 1 réduit la deformation du bord supérieur du ruban 4, tout en conservant sa section et par conse- quent en améliorant le taux de remplissage de l'empilage. De ce fait, le courant d'aimantation de la machine électrique est réduit, ce qui permet avec des flux magnétiques donnés d'améliorer le rendement de la machine électrique. Le fait que la culasse 1 du circuit magnétique de la machine électrique soit réalisée avec une conicite permet de réduire le diamètre externe de la machine en maintenant la valeur de la section transversale du circuit magnétique.C'est pourquoi. tout en gardant la même puissance de la machine électrique, on peut réduire son encombrement, ce qui améliore l'utilisation du volume de la machine électrique et réduit son poids par unité de puissance, grâce à la diminution du diamètre du corps de la machine électrique. Au cours de l'exécution de la culasse 1 avec le ruban 4 (figure 3), entre les arêtes 6, se forment des cavités, qui sont remplies d'une matière de remplissage magnétodielectrique 7, afin d'améliorer les paramètres énergétiques de la machine électrique, par exemple pour réduire le courant d'aimantation de l'enroulement. Pour améliorer la transmission de la chaleur, à partir du circuit magnétique en plusieurs pièces, vers le corps de la machine électrique, on peut prévoir une variante de traitement mécanique de la culasse 1 (figure 4) du circuit magnetique sur le diamètre externe D et sur le diamètre interne d. Grâce au traitement mécanique on obtient une surface lisse 8. On peut concevoir une variante de réalisation de la surface 3 en forme de sphère ou de partie de tore (figure 5). Une telle surface 3 permet de réduire l'usinage sur le diamètre externe D de la culasse 1 et, par conséquent de réduire la quantité de. travail nécessaire pour realiser la culasse 1. On réalise la culasse 1 du circuit magnétique d'une machine électrique de la façon suivante. Un montage spécial en forme de cône tronqué se transformant en cylindre à partir de son sommet tronque est installé sur le mandrin d'un tour. Le montage comporte. une fente pour fixer l'extrémité libre du ruban. Ce ruban est préalablement découpe à partir d'un rouleau d'acier laminé à froid à la largeur prévue, enroulé en un rouleau installé à part auprès du tour sur un support tournant. On fixe sur le porte-outil un second montage au bout duquel se trouve un galet tournant dont l'angle de conicité est sensiblement égal à l'angle de conicité'du cône tronqué dudit montage spécial. Lorsque le mandrin met en moUvement le premier montage, le ruban commence à s'enrouler sur la surface latérale du cône et le galet est amené contre le ruban pour transmettre un effort de pression au ruban en le serrant contre le cône.Ainsi, spire après spire, on forme une spirale jusqu'a ce que la longueur prévue pour la culasse soit atteinte, puis le ruban est coupé et on le fixe avec une soudure par contact au reste du circuit magnétique constituant la culasse 1. Le départ du ruban est fixé de la même façon Le montage spécial en forme de cône est ensuite dégagé de la culasse 1 du. circuit magnétique qui sur ses faces en bout représente en forme de cône tronqué. Les diametres externe et interne de la culasse presentent une surface inégales car les couches du ruban sont inclinées et débouchent en formant une arête à leur-périphérie. L'empilage est ensuite usiné par tournage sur ses diamètres interne et externe afin d'obtenir une surface d'ajustage lisse. On obtient ainsi une culasse de circuit magnétique prête pour l'assemblage ultérieur. L'invention permet d'améliorer les performances énergétiques des machines électriques. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Ainsi la culasse 1 en forme de cylindre creux 2 constitue une pièce annulaire dont les extrémités axiales 3 ne sont pas des surfaces annulaires planes mais des surfaces annulaires en forme de tronc de cône, le sommet du cône étant place sensiblement sur T'axe du cylindre. tes cônes support des surfaces tronconiques 3 s'évasent vers l'extérieur du cylindre creux 2 afin de permettre de reduire le diamètre extérieur de la machine électrique tout en maintenant la valeur de la section transversale du circuit magnétique dans la culasse sans augmenter la longueur de l'entrefer et, par conséquent, celle de l'enroulement conducteur car les têtes de bobine de cet enroulement sont logées en-dessous des surfaces tronconiques 3. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 5, les surfaces 3 aux extrémités axiales du cylindre 2 ne présentent- plus une forme -tronconique mais- la forme d'une partie de surface torique engen drée par la rotation d'un quart de cercle. Une telle solution permet de réduire les fuites magnétiques créées dans les têtes de bobine par les surfaces tronconiques 3. De même, selon le mode de réalisation de la culasse 1 par enroulement d'un ruban en matériau ferromagnétique sur la surface latérale du cône installé sur un mandrin de tour, les spires successives de ce ruban qui se présente sur sa tranche intérieure d'enroulement de diamètre d, peuvent s'évaser axialement sur la tranche ex-térieure d'enroulement de diamètre D, de façon à constituer l'espace évasé du côté opposé au départ du ruban et à former avec la dernière spire du ruban soudée ou collée aux autres spires enroulees, la surface annulaire tronconique opposée à celle de depart de l'enroulage délimitée par le cône du mandrin. REVENDiCATION Culasse pour un circuit magnetique en plusieurs pièces destinée à une machine electrique et constituée par un cylindre creux dont l'é- paisseur de paroi est égale à la hauteur de la culasse, caractérisée en ce que chaque surface en bout (3) du cylindre creux (2) est réalisée en forme de cône tronqué, le diamètre (D) de la plus grande base du cône tronqué étant égal au diamètre externe du cylindre creux (2), le diamètre (d) de la plus petite base du cône tronqué étant égal au diamètre interne du cylindre creux (2) et les génératrices des cônes tronqués etant orientées dans le même sens.