Brevet FR2535922A1 — publié le 19840511

CIRCUIT MAGNéTIQUE POUR MACHINE ELECTRIQUE EN PLUSIEURS PIECES DISTINCTES ASSEMBLEES La présente invention s'applique, dans Je domaine de l'electrotechni que, a un circuit magnétique pour machines électriques réalisé en plusieurs pièces distinctes. L'invention peut s'appliquer aux circuits magnétiques des machines asynchrones et aussi a ceux des machines à courant continu. On connait un stator de machine électrique (brevet américain n" 3983435) qui comporte une culasse et une zone dentée, constituée d'une bande continue de matériau ferromagnétique repliée à la façon d'une gaufre. Les dents de la zone dentée sont formées de nervures et les intervalles entre les dents constituent des encoches dans lesquelles est placé un enroulement. Le stator possède une zone dentée plissee, dotée d'encoches ouvertes du côté de l'entrefer. Les dents sont constituées au moins par deux nervures entre lesquelles' est ménage un intervalle dans lequel on dispose des joints speciaux qui ferment l'encoche après la mise en place de l'enroulement. Cette construction ne presente pas une rigide tangentielle suffisante des dents du côte de 1 'encoche ouverte par rapport a la rigidité tangentielle de la même dent du côte-oppose ou le déplacement tangentiel est limité par un entredent servant de fond d'encoche.En outre, le joint special peut se déplacer dans le sens radial vers le rotor (induit) tournant ce qui nécessite de le fixer spécialement aux nervures des dents de la zone dentée plissée. I1 existe également un circuit magnétique pour machine électrique réalise en plusieurs pièces distinctes (brevet britannique n" 1524638) qui comporte une culasse et une zone dentée plissée réalisée en une bande continue de matériau ferromagnétique formant des dents laissant, entre elles, des intervalles qui servent d'encoches pour y loger l'enroulement. Les encoches sont fermées et la culasse est en une bande ferromagnétique continue enroulée en spirale. Une telle structure n'a pas suffisamment de rigidité tangentielle pour les dents situées du côté de l'encoche ouverte et possède une re- luctance élevée à la jonction entre l'embout de dent et la culasse, ce qui péjore les paramètres énergétiques de la machine. En outre, un tel circuit magnétique ne permet pas de réaliser la zone dentée en un ensemble autonome rigide sans nécessiter de liaison avec la culasse. Ceci ne permet pas de réaliser, dans certains cas, par exemple pour un rotor en courtcircuit d'une machine asynchrone, un usinage mécanique des surfaces d'ajustement intérieures et extérieures pour les rendre cylindriques. L'un des buts de l'invention est de réaliser un circuit magnétique en plusieurs pièces distinctes assemblées pour une machine électrique et dans lequel l'introduction d'un nouvel élément d'assemblage permette d'augmenter la rigidité de la structure, d'améliorer les paramètres ener géniques, c'est-à-dire, d'enlever le rendement et le coefficient de puissance de la machine électrique (cos o) grâce a la réduction de l'entrefer moyen. A cet effet, le circuit magnétique en plusieurs pièces distinctes assemblées pour machine électrique et qui comporte une culasse et une zone dentée plissée réalisée en une bande continue d'un matériau ferromagnétique avec des dents présentant des intervalles entre elles et délimitant des encoches pour y loger 1 'enroulement, est caractérisé en ce qu'il comporte un élément d'assemblage disposé du côte de la partie ouverte des encoches de la zone dentée plissée et qui limite le déplacement tangentiel des dents, cet élément étant réalisé en une bande continue d'un matériau ferromagnétique fixez rigidement a la zone dentee plissée. Il est utile que la bande dudit élément d'assemblage soit plissée de façon a former des dents d'élément d'assemblage dont le nombre et la hauteur soient égaux a ceux des dents de la zone dentée, que chaque dent de la zone dentee soit constituée d'au moins deux nervures ménageant un intervalle entre elles et dans lequel pénètre la dent de l'élément d'assemblage ayant une surface commune de contact avec les nervures -des dents de la zone dentée plissée. I1 est également avantageux que la bande de l'élément d'assemblage soit plissée de façon que chaque dent de l'élément d'assemblage soit constituee de deux nervures1 alors que la hauteur de ses dents est inferieure a la hauteur des dents de la zone dentée plissée et qu'entre les nervures des dents de 1 'element d'assemblage reste un intervalle. dans lequel pénetre la dent de la zone dentée plissée ayant une surface commune de contact avec le nervures des dents de l'élément d'assemblage. L'élément d'assemblage peut comporter une encoche d'assemblage qui entoure les parties terminales de la zone dentée gaufrée. La bande de l'élément d'assemblage peut comporter des encoches ou rainures dont la section corresponde a celle des sommets des dents de la zone dentée plissée et presenter une surface commune de contact avec ces sommets de dents. I1 est egalement possible que les sommets des dents de l'élément d'assemblage comportent des échancrures ou encoches dont la hauteur soit superieure a l'épaisseur de la bande du matériau ferromagnetique, et la largeur, inférieure a la longueur de la nervure de la dent de l'élément d'assemblage. La bande en matériau ferromagnétique de l'élément d'assemblage et la bande en matériau ferromagnétique de la zone dentée plissée peuvent présenter des largeurs différentes. La présente invention permet ainsi d'augmenter lalrigidité de la structure, d'améliorer les paramètres énergétiques tels que le rendement et le coefficient de puissance grâce a la reduction de la réluctance de la zone de liaison entre les dents et la culasse par suite de la diminution de l'entrefer d'assemblage moyen entre les dents et la culasse. De plus, la présente invention permet de réaliser la zone dentee comme un ensemble constructif autonome ce qui permet de lui donner, par usinage mécanique, une forme cylindrique régulière. D'autres buts, avantages. et caractéristiques apparaîtront a la lecture de la description d'un mode de réalisation de llinvention faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé ou: - la figure 1 représente une coupe transversale d'une moitie d'un circuit magnétique selon l'invention réalisé en plu sieurs pièces séparables d'une machine électrique ou chaque élément du circuit magnétique présente la forme d'une bande continue plissée en un matériau ferroma gnétique et ou la hauteur des dents est égale a la hauteur des plis de la zone plissée, conformément a l'invention; ; - la figure 2 represente une partie de l'assemblage de la zone plis sée a un élement d'assemblage en bande contjnue plis sée dont la hauteur des dents est inférieure a la hauteur des plis de la zone plissee, conformément a l'invention; - la figure 3 représente un assemblage à raccordement jointif de la zone dentée et plissée avec un élément d'assemblage réalisé sous la forme d'une bande continue plissée dont la hauteur-des dents est égale a la hauteur des dents de la zone dentée et plissée, conformément a l'inven tion;; - la figure 4 représente un assemblage a raccordement jointif de la zone dentée et plissée avec l'élément d'assemblage rea- lise sous la forme d'une bande continue plissee dont la hauteur des dents est inférieure a la hauteur des dents de la zone dentée et plissée, conformément a l'invention; - la figure 5 représente un assemblage a raccordement jointif de la zone dentée et plissée avec l'élément d'assemblage réa lisé sous la forme d'une bande continue plissée dont la hauteur des dents latérales est inférieure et celle des dents médianes est égale à la hauteur des dents de la zone dentée et plissée, conformément à l'invention; - la figure 6 représente une nervure de l'élément d'assemblage dotée d'une échancrure, conformément à l'invention;; - la figure 7 represente un assemblage de la zone dentée avec l'elé ment d'assemblage réalise sous la forme d'une bande continue avec des rainures ayant une forme correspondant a celle des sommets de dents de la zone dentée et plis see, conformément à l'invention; - la figure 8 représente un élément d'assemblage réalisé sous la forme d'une bande continue avec des rainures ayant une forme correspondant à celle des sommets des dents de la zone dentée et plissée, en perspective, selon l'invention. Le circuit magnétique en plusieurs pièces distinctes assemblées d'une Machine électrique comporte une culasse 1 (fig. 1) de rotor et une culasse 2 de stator. Une zone dentée 3 de rotor et une zone dentée de stator 4 sont réalisée en plissant une bande continue de matériau ferromagnétique. Entre la zone dentée 3 du rotor et la zone dentée 4 du stator est prévu l'entrefer utile d. On entend sous le terme de circuit magnétique en plusieurs pièces distinctes assemblées un circuit magnétique dont les zones dentées 3, 4 et leurs culasses 1, 2 sont séparées par un entrefer de montage 61g 62 dû au fait que les zones dentées 3, 4 et les culasses 1, 2 sont fabri quées a partir de différentes pièces brutes en matériau magnétique. Au cours de la fabrication d'un tel circuit magnétique, il ne se produit pratiquement pas de chutes de métal comme au cours de l'emboutissage des tôles du circuit magnétique dans les machines classiques à circuit magnetique massif. Des dents 5 de la zone dentée 3 entourent des encoches 5 dans lesquelles on peut installer des enroulements qui ne sont pas représentés sur le dessin. Lorsqu'une dent d'un élément de support 7 comporte une seule nervure 8, les dents 5 de la zone dentée 3 qui l'entourent sont réalisées avec deux nervures qui représentent entre elles un intervalle dans lequel on peut loger la nervure 8.L'élément de support de rotor7est réalise en une bande continue plissée forinee dans une tôle en un matériau ferroma magnétique. Le nombre et la hauteur des dents de l'élément. 7 sont égaux au nombre et a la hauteur des dents 5 de la zone dentee 3. L'élément de support 7 est disposé du coté de la partie ouverte des encoches 6 de la zone dentée plissée 3, de façon à immobiliser les dents 5 et est rigidement fixé a la zone dentee plissée 3 par emboitement de ses dents à l'intérieur d'un couple de dents 5. Les intervalles entre les nervures des dents 5 reçoivent, en effet, les dents de l'élément constructif 7 ayant une surface commune de contact avec les nervures des dents 5 de la zone dentée plissée 3. Si la zone dentée 3 (fig. 2) a des dents 5 sans intervalles entre les nervures, la dent de l'élément d'assemblage 7 présente un intervalle entre des nervures 8 et est réalisée avec au moins deux nervures 8 La hauteur des dents de l'élément d'assemblage 7 est inférieure a la hauteur des dents 5 de la zone dentée plissee 3 et les intervalles entre les nervures 8 reçoivent les dents 5 ayant une surface commune de contact avec les nervures 8. Un assemblage rigide des embouts 9 (fig. 3) de la zone dentée plissée 4 et des embouts 10 de l'élément constructif 7, d'après la variante de réalisation représentée sur la figure 1, peut être réalise à l'aide d'une encoche d'assemblage spéciale formée par les nervures 8 de i'ele- ment constructif 7. En ce cas, les embouts 10 de l'élément constructif 7 sont entourés par la dent 5 de la zone dentée 4 et les embouts 9 de la zone dentée 4 sont entourés par l'encoche d'assemblage de l'élément d'assemblage 7. Pour la variante de réalisation représentée sur la figure 2, l'assemblage rigide des embouts 9 (fig. 4) de la zone dentée 4 peut se faire en les entourant avec l'encoche formée par les nervures 8. Les embouts 9 de la zone dentée 4 peuvent etre entourés par deux encoches d'assemblage formées par les nervures 8 et les embouts 10 de 1 élément constructif 7. Afin de réduire les pertes énergétiques par effet d'écran des fuites magnétiques, l'élément d'assemblage 7 (fig. 1) presente des sommets de dents dotés d'échancrures spéciales 11 (fig. 6) dont la hauteur h est supérieure à l'épaisseur A de la bande et la largeur L est inférieure à la longueur La de la nervure 8 de la dent de l'élément constructif 7. Pour des petites machines, l'élément d'assemblage 7 (fig. 7) peut être réalisé sous la forme d'une bande continue en un matériau ferroma gnétique qui comporte des rainures 12 dont la section correspond a celle des sommets des dents 5 des zones dentées plissées 39 4 et ayant une sur- face commune de contact avec ces sommets.Ceci permet de réduire les entrefers de montage moyens sur et 62 entre les dents 5 et les culasses 1, 2 sans faire appel à un usinage mécanique des sommets des dents 5 des zones dentées 3, 4 1 étant l'entrefer de montage entre la zone dentée 4 et la culasse 2 du stator et 62 l'entrefer d&commat; de montage entre la zone dentée 3 et la culasse 1), Sur la figure 8 est représenté en perspective l'élément de montage 7 sous la forme d'une bande continue dotée d'encoches 12 dont la section correspond a celle des sommets des dents 5 (fig. 7). Afin d'obtenir une rigidité suffisante de la zone dentée 4 pour permettre son accouplement avec l'élément d'assemblage 7 et de réduire les pertes qui s'y produisent, l'épaisseur de la bande du matériau ferromagnétique de l'élément d'assemblage 7 diffère de l'épaisseur de la bande en matériau ferromagnétique de la zone dentée 4. Pour les machines a rotors à cage dont les circuits magnétiques sont garnis d'enroulements en bobines de fils placees dans les encoches6 (fig. 1) après l'assemblage rigide des zones dentées 3, 4 avec l'élément d'assemblage 7, le montage du circuit magnétique s'effectue de la manière suivante. Au préalable, les zones dentées 3, 4 sont disposées dans un montage de diamètre superieur à leurs diamètres finaux et enroulées en un anneau. L'élément d'assemblage 7 est ensuite introduit du côte frontal des zones dentées 3, 4 en respectant un positionnement prédéterminé des zones d'assemblage a raccordement jointif des éléments a réunir. Ensuite, les zones dentées 3, 4 et l'élément d'assemblage 7 sont mis sous presse pour obtenir le diamètre de service voulu.Afin de prévenir un desaccou- plement des zones dentees 3, 4 d'avec l'élément d'assemblage 7, on peut, après leur assemblage, les coller ou les souder, ou les fixer par un bandage appliqué sur leur surface exterieure. Les zones dentées 3, 4 et l'élément d'assemblage 7 sont alors prêts à recevoir l'enroulement loge dans les encoches 6. Si besoin est, leurs surfaces intérieure et extérieure peuvent subir un usinage mécanique avant la mise en place de l'en- roulement. L'usinage mécanique des zones dentees 3, 4 et de l'élément d'assemblage 7 assemblés peut aussi s'effectuer après la mise en place et l'imprégnation de l'enroulement. Après leur assemblage, les zones dentees 3, 4 sont placées dans le circuit magnétique. On doit rappeler qu'il est nécessaire d'installer une garniture d'isolement (non representee sur le dessin) dans l'entrefer de montage 61 entre la culasse 2 et sa zone denté 4 pour réduire les pertes et fuites magnétiques par effet d'écran du stator des machines à courant alternatif. Dans le rotor à courant alternatif, la pose d'une garniture d'isolement n'est pas obligatoire dans l'entrefer de montage 62 car la- fréquence du courant qui parcourt le rotor est faible en service normal. Pour les machines dans lesquelles il est impossible de disposer l'enroulement lorsque l'élément d'assemblage 7 est en place, l'assemblage du circuit magnétique s'effectue dans l'ordre suivant. Les zones dentées 3, 4 sont disposées dans un montage (on peut aussi les installer directement sur le circuit magnétique), puis on dispose l'enroulement dans les encoches 6 et on met en place l'élément constructif 7. Pour les variantes d'exécution de l'élément d'assemblage 7 suivant les figures 2 et 7, cet élément d'assemblage 7 bouclé sur lui-meme est introduit du cote frontal des zones dentées 3, 4, et pour la variante suivantela figure 1, l'élément d'assemblage 7 est mis en place par in traduction radiale successive de ses dents dans l'espace compris entre les nervures de la dent 5 des zones dentees 3, 4. La fixation des zones dentees 3, 4 et de l'élément d'assemblage 7 assemblés se fait par l'un des procedes proposé pour la première méthode d'assemblage. L'élément d'assemblage 7 réalise en une bande continue confère non seulement une grande rigidité aux zones dentees 3, 4, mais.ègalement diminue la réluctance de la zone comprise entre les dents 5 et les culasses 1, 2 grace à une plus grande surface de contact des dents 5 des zones dentées 3, 4 avec les culasses 1, 2 à travers l'élément d'assemblage 7 et a la réduction de l'entrefer utile 6 et des entrefers de montage 61et 62s ce qui améliore les paramètres énergétiques et le rendement de la machine en fonctionnement. Ainsi, la présente invention permet d'augmenter la rigidité constructive du circuit magnétique réalisé en plusieurs pièces distinctes assemblées et d'améliorer les paramètres énergétiques de la machine, c'est-à-dire d'augmenter son rendement et son coefficient de puissance (cos + ). Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptiblé de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'encarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Circuit magnétique pour machine électrique réalisé en plusieurs pièces distinctes assemblées et qui comporte une culasse et une zone dentee plissée en une bande continue de matériau ferromagnétique avec des dents présentant des intervalles entre elles et délimitant des encoches pour recevoir l'enroulement de la machine électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un élément d'assemblage (7) disposé du côté de la partie ouverte des encoches (6) de la zone dentée plissée (3), limitant le déplacement tangentiel des dents (5) et réalisé en une bande continue de matériau ferromagnétique fixée rigidement a la zone dentée plissée (3). 2.- Circuit magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande de l'élément d'assemblage (7) est plissée de façon que le nombre et la hauteur des dents de l'élément d'assemblage (7) soient égaux respectivement au nombre et à la hauteur des dents (5) de la zone dentée plissée (3), chaque dent (5) de la zone dentée (3) étant réalise avec au moins deux nervures ménageant un intervalle entre elles et dans lequel pénètre la dent de l'élément d'assemblage (7) ayant une surface commune de contact avec les nervures des dents (5) de la zone dentée plissée (3). 3,- Circuit magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande de l'élément d'assemblage (7) est plissée de façon que chaque dent de l'élément d'assemblage (7) soit realisée avec au moins deux nervures (8), la hauteur de ses dents étant inférieure à la hauteur des dents (5) de la zone dentée plissée (3) et qu'entre les nervures (8) des dents de l'élément constructif (7) il y ait un intervalle dans lequel pénètre la dent (5) de la zone dentée plissée (3) ayant une surface commune de contact avec les nervures (8) des dents de l'élément d'assemblage (7). 4.- Circuit magnétique selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément d'assemblage (7) comporte une encoche d'assemblage qui entoure les embouts terminaux de la bande dentée plissée. 5.- Circuit magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande de l'élément d'assemblage (7) comporte des encoches (12) dont la section correspond a celle des sommets des dents (5) de la zone dentée plissee (3) et présente une surface commune de contact avec ces sommets de dents. 6.- Circuit magnétique selon l'une des revendications 2 4, carac térisé en ce que les sommets des dents de l'élément d'assemblage (7) com portent des encoches (11) dont la hauteur (h) est supérieure à l'épaisseur (A) de la bande du matériau ferromagnétique et la largeur (L) est infé rieure a la longueur (La) de la nervure (8) de la dent de l'élément d'assemblage (7). 7.- Circuit magnétique selon l'une des revendications 1 à 6, ca ractérisé en ce que la bande en matériau ferromagnétique de l'élément d'assemblage (7) et la bande ferromagnétique de la zone dentée plissée (3) ont une épaisseur différente.