Brevet FR2535923A1 — publié le 19840511

CIRCUIT MAGNETIQUE DE MACHINE ELECTRIQUE COMPOSE DE PLUSIEURS PIECES La présente invention s'applique au domaine de l'électrotechnique et a notamment pour obeL un circuit magnétique composé de plusieurs pièces pour une machine électrique. L'invention peut être utilisée efficacement aussi bien pour les machines électriques à courant alternatif que pour celles à courant continu, de faible et de moyenne puissance. On connait un circuit magnétique (brevet américain 3983435) formé d'un matériau plat en bande. La zone dentée du stator est formée d'une bande ondulée de façon régulière, dont les plis forment les dents de la zone dentée. Entre les dents sont ménagées des encoches ouvertes du côte de l'entrefer pour recevoir un enroulement. Les arêtes 'des plis tournees vers l'entrefer sont usinées, par exemple par mandrinage ou par meulage et ont une forme plate. Dans ce cas, le coefficient d'entrefer s'exprime par la relation suivante: ou: K61 est le coefficient de l'entrefer; t1 est le pas des dents du stator; -d est la valeur de l'entrefer; b p est la largeur de l'encoche-; N est le nombre de plis dans une dent; a est le grand demi-axe de l'ellipse; b est le petit demi-axe de l'ellipse. NOTA: l'arête du pli après meulage prend une forme voisine de la forme elliptique. Pour un moteur d'une puissance de 1,1 kW, dont l'enroulement est alimente sous une tension de 380 V et dont le rapport entre le nombre de dents du stator et le nombre de dents- du rotor égal à 36:26, K = 2,677, dans ce cas, cos 6 = 0,785 et le rendement est de 72,62. La zone dentée de ce circuit magnétique connu est caractérisée par un faible coefficient de remplissage d'un paquet en matériau ferromagnetique à cause des espaces d'air existant sous les arêtes des dents. En ou tre, la fabrication de circuit magnétique comporte une opération de mandrinage de l'alésage intérieur de la zone dentelee, ce qui augmente la main d'oeuvre nécessaire a la fabrication du circuit magnétique.De plus, a cause de l'hétérogénéité des propriétes mécaniques de l'acier d'une bande, il se produit inévitablement une dispersion des hauteurs des plis de la bande > ce qui risque de provoquer la désintégration de la couronne apres usinage, On connaît, par tailleurs, un circuit magnétique composé de plusieurs pièces de machine électrique (voir le certificat d'auteur de l'URSS n" 584392) comprenant une couronne composée d'une bande enroulée bord à bord et une zone dentée realisée à partir diune bande ondulée, de façon régulière, dont la largeur est égale à la longueur du circuit magnétique Les plis de la bande forment des dents reliées entre elles par des barrettes. Les espaces entre les dents forment des encoches ouvertes du côte de la couronne et recevant un enroulement. L'arête de chaque pli présente une surface sphérique et le pli est raccordé à la barrette suivant le rayon. Lorsque la surface de l'arête du pli est sphérique, le coefficient d'entrefer est exprimé par la relation suivante: où: a est l'épaisseur de la bande; Kd est le coefficient d'entrefer; t, est le pas dentaire du stator; est la valeur de l'entrefer; b est la largeur de l'encoche; p N est le nombre de plis dans une dent. Pour un moteur de 1,1 kW de puissance, alimenté sous 380 V et d'un rapport entre le nombre de dents du stator et le nombre de dents du rotor égal a 36:26, K = 5,00; dans ce cas cos 6 = 0,759 et le rendement est de 71,5%. La surface sphérique d'un pli conduit à une augmentation du coefficient d'entrefer et des courants d'aimantation, ce qui péjore les caractéristiques énergetiques de sortie de la machine électrique. Un espace vide en forme de goutte se forme sous des plis. T1 abaisse à 0,810,85 le coefficient de remplissage du paquet de la zone dentée en matériau ferromagnetique. Pendant le pliage de la bande, la formation des plis s'effectue en fonction des dimensions de l'outil de pliage et de l'épaisseur de la bande. La variation de ltepaisseur de la bande suivant sa longueur ét 1 'hétéro- généité de ses propriétés mécaniques, conduit inévitablement la formation de plis qui diffèrent en hauteur et en coefficient de remplissage. Selon la technologie de pliage, on prevoit un effort de serrage identique pour tous les plis, ce qui entrain une variation de la géométrie de la dent et influe, par conséquent, sur la valeur du pas des dents Il en résulte en fin de compte qu'on obtient des zones dentés d'une même longueur, mais d'un nombre de dents variable, ce qui n'est pas admissible pour la construction des stators et rotors dentés.On peut aussi obtenir le nombre de dents voulu sans pouvoir garantir la longueur du circuit magnétique > ce qui complique la technologie de montage du circuit magnétique. L'un des buts de la presente invention est de réaliser un circuit magnétique pour une machine électrique compose de plusieurs pièces et dans lequel le mode de réalisation'des dents.de la zone dentée permette, grâce à une diminution du coefficient d'entrefer et à une augmentation du coefficient de remplissage de la zone dentée, d'ameliorer les caractéristiques énergétiques de la machine électrique et de simplifier 7a technologie d'assemblage du circuit magnétique en garantissant les dimensions geometri- ques du circuit magnétique. A cet effet, le circuit magnétique composé de plusieurs pièces pour une machine électrique, comprenant une couronne et une zone dentée rea- lisee à partir d'une bande ondulée de façon régulière, dont la largeur est égale a la longueur du circuit magnétique et dont les plis forment les dents de la zone dentee reliées l'une à l'autre par des barrettes entre lesquelles sont formées des encoches recevant un enroulement, est carac térisé, selon l'invention, en ce que l'arête de chaque pli est limitée par une surface dont la courbure est voisine de la courbure de l'alésage de la couronne orienté vers la zone dentée, les faces latérales de chaque pli étant raccordés à la surface de l'arête suivant des lignes orientées dans le sens de la longueur du circuit magnétique. Les faces latérales de chaque pli et la surface intérieure de chaque barrette formant le fond de l'encoche sont, de préférence, raccordés par un angle, dont les côtés sont formés par les bords d'une entaille en coin pratiquee dans la bande. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation fait à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, où: - la figure 1 représente un circuit magnétique selon l'invention, composé de plusieurs pièces; - la figure 2 représente une variante de réalisation des dents de la zone dentelée du circuit magnétique selon l'invention, - la figure 3 représente un schema de réalisation des entailles de pliage disposees sur les deux faces de la bande ferro magnétique selon l'invention; - la figure 4 représente une autre variante de réalisation des dents de la zone dentelée du circuit magnétique selon l'in vention;; - la figure 5 représente un schéma de réalisation des entailles de pliage realisées sur une face de la bande en un matériau ferromagnétique, selon l'invention; - la figure 6 represente une partie de la bande avec une entaille de pliage permettant la formation de l'angle de pliage entre le -plan lateral du pli et le plan intérieur d'une barrette réalise selon l'invention; - la figure 7 représente une partie de la bande selon l'invention, avec une entaille de pliage sur laquelle se forme une arete par pliage à 1800. Le circuit magnétique composé de plusieurs pièces de machine electrique faisant l'objet de l'invention comprend une couronne 1 (figure 1) et unezone dentelée formée d'une bande périodiquement ondulée 2, dont les plis 3 forment les dents de la zone dentelée reliées l'une à l'autre par des barrettes 4. Les dents et les barrettes 4 delimitent des encoches 5 dans lesquelles est monté un enroulement 6. La largeur de la bande est égale à la longueur Q (figure 2) du circuit magnétique. L'arête 7 de chaque pli tournée vers l'entrefer de la machine est limite par une surface, dont la courbure est voisine de la courbure de l'alésage de la couronne tourne vers la zone de dents. La surface de l'arête 7 est raccordée à son plan latéral 8 sui vant une ligne 9 orientée dans le sens de la longueur du circuit magnétique. En outre, le plan 8 est raccordé au plan intérieur 10 de la barrette 4 suivant la ligne il en formant un angle entre les deux plans. Sur la bande 2 (figure 3), on a pratiqué des entailles de pliages 12 et 13 sur les deux faces de la bande 2. L'entaille 12 est étroite et se trouve à l'endroit de la formation de l'arête 7 du pli 3. Lorsque les bords de l'entaille 12 sont écartés pendant le pliage de la bande 2, on forme la surface de l'arête 7. Après avoir rapproché les bords d'une entaille de pliage 13, on forme une ligne 11 de raccordement du plan latéral 8 du pli 3 avec le plan intérieur 10 de la barrette 4. La figure 4 représente une autre variante de réalisation du pli intérieur 3 pendant la formation d'une dent de la zone dentelée suivant la lignede raccordement 14. Z1 est possible de raccorder la surface de l'arête 7 avec le plan latéral 8 du pli 3 suivant le rayon r. Sur la bande représentée sur la figure 5, on a pratiqué des entailles de pliage 12, 13, 15, d'un seul côté avec des entailles 95 doubles. L'entaille 13 (figure 6) est réalisée sous forme d'un coin d'angle a. Cet angle a est choisi de manière que, pour une profondeur c de llen- taille 13, apres avoir rapproché ses bords, on forme la ligne de raccordement li d'angle ss entre le pli 3 et la barrette 4. L'entaille 12 (figure 7) d'une profondeur c est réalisée avec-un angle d'ouverture a, qui après l'écartement des bords de l'entaille 12, forme la surface de l'arête 7 du pli 3. Pendant le fonctionnement de la machine électrique,le flux magnétique excité par l'enroulement 6 (figure 1) traverse les dents formées par les plis 3. Le flux magnétique est partiellement dévié vers la barrette magnétique 4, mais du fait qu'il y a un espace vide formé par le rapprochement des bords de l'entaille 13 (figure 3) suivant les lignes de raccordement 11 (figure 2) entre la barrette 4 et le plan latéral 8 du pli 3, le flux de fuite dans la barrette 4 (figure 2) est réduit et limite les pertes d'énergie dues aux courants de F-oucault(appelées pertes par effet d'écran de la denture). Le flux magnétique principal s'écoule suivant le pas polaire de la machine. Grâce à la forme plane de l'arête 7 du pli 3, une partie de la barrette 4 se trouvant au-dessous du plan de l'arête 7 et dont l'épais- seur est au plus de 0,2 mm alors que ltepaisseur des tales est de 0,5 mm, se trouve vite s-aturée, ce qui diminue les pertes par hystérésis du circuit magnétique. L'assemblage de la zone de denture s'effectue de la façon suivante. La bande 2 en acier pour circuit magnétique et laminée à froid est amenée à un dispositif d'usinage dans lequel les entailles de formage 12, 13, 15 (figure 5) sont réalisées dans la bande. La profondeur des entailles 12, 13, 15 est de 20 à 70% de l'épaisseur de la bande 2. La bande 2 est ensuite amenée à un dispositif de pliage dans lequel les plis 3 (figure 2) sont formés suivant les lignes d'entaille préalable, par exemple,suivant l'entaille 12 (figure 7); la-bande 2 est pliée de manière à écarter les bords de l'entaille 12, pour former la surface de l'arête 7 du pli 3, et à écarter les bords des entailles 13 et 15 (figure 6), pour former les lignes de raccordement 11 et 14 respectivement.La bande repliée 2(de la figure 5)de longueur suffisante et formant la zone dentelée est ensuite séparée de sa- bande d'origine et amenée pour être montée sur une machine électrique. Le fait que l'arête 7 (figure 2) des plis 3 est plane et présente une courbure-voisine de la courbure de l'alésage de la couronne 1 (figure 1) permet de diminuer la réluctance d'entrefer, ce qui permet d'améliorer l'aspect du champ dans 1 'entrefer ainsi que les caractéristiques énergétiques de la machine électrique. Cette amélioration apparaît dans l'expression: ou: K est le coefficient d'entrefer; t est le pas dentaire du stator de la machine électriques 6 est la valeur de l'entrefer; b p est la largeur de l'encoche; N est le nombre de plis dans la dent; r est le rayon de raccordement du plan de l'arête avec le plan exterieur du pli. Pour un moteur d'une puissance de 191 kW, alimenté sous 380 V et d'un rapport entre le nombre de dents du stator et le nombre de dents du rotor égal à 36:32, K > 2,288, cos = 0,789 et le rendement est de 72,7%. L'augmentation du coefficient de remplissage de la dent du circuit magnétique en un matériau ferromagnetique contribue à l'augmentation du coefficient de remplissage de l'encoche en cuivre conducteur, ce qui augmente les dimensions géométriques de la couronne 1 et fait qu'elle supporte une plus faible saturation magnétique, et tout cela permet en fin de compte d'ameliorer les paramètres énergétiques de la machine électri- que La diminution du coefficient d'entrefer, l'augmentation du coefficient de remplissage de la dent en un matériau ferromagnétique et l'augmentation du coefficient de remplissage de l'encoche logeant le bobinage assurent un effet globalement positif. Les entailles de pliage 12, 13, 15 (figure 5) pratiquees au prealable sur la bande 2 permettent d'obtenir de manière plus precise les dimensions géométriques voulues du circuit magnétique pendant le pliage de la bande et d'éviter ainsi les opérations de finissage, par exemple par moulage ou mandrinage. Bien entendu, l'invention n'est pas limite aux modes de réalisa- tion decrits 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. REVENDICATIONS 1.- Circuit magnétique pour une machine électrique comprenant une couronne et une zone dentelée réalisée à partir d'une bande ondulée, de façon régulière, dont la largeur est égale à la longueur du circuit magné tiq- et dont les plis forment les dents de la zone dentelée reliées l'ure à l'autre par des barrettes entre lesquelles sont formées des encoches pour recevoir l'enroulement conducteur, caractérisé en ce que l'arête (7) de chaque pli (3) est limite par une surface dont la courbure est voisine de la courbure de l'alésage de la couronne (1) oriente vers la zone denteea les faces latérales (-8) de chaque pli (3) étant raccordés à la surface de l'arête (7) suivant des lignes (9) orientées dans le sens delalongueur du circuit magnétique. 2.- Circuit magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faces latérales (8) de chaque plis(3) et la face intérieure (10) de la barrette (4), formant le fond de l'encoche (5) sont raccordées par un angle dont les côtés sont formés par les bords d'une entaille (13) en coin pratiquée dans la bande (2).