Brevet FR2571558A1 — publié le 19860411

" Machine électrique à entrefer sphérique, en parti culier comme dispositif d'entrainement pour une pompe de circulation". L'invention concerne une machine électrique, en paticulier comme moteur d'entrainement pour une pompe de circulation, comportant un rotor en forme de zone sphétique et un stator feuilleté de forme annulaire, jouant le rôle d'inducteur et présentant un évidement sphérique concave dans lequel le rotor se tient en face du stator avec un entrefer sphérique qui a l'allure d'une sphère imaginaire et dans lequel est disposée une calotte non conductrice magnétique qui sépare le volume du stator du volume du rotor; et comportant un pivot sphérique situé en centre de la sphère pour donner une portée du rotor autorisant des mouvements de nutation. A partir des documents DE-PS 15 38 715 (Int. C1. -H02K 49/00) et DE-OS 32 31 674 (Int. CL. H02K 1/06) on connait des machines électriques à entrefer de forme sphérique prévues pour l'entrainement de pompes de circulation et réunies, de par construction, à une telle pompe. La machine électrique selon le document DE-PS 15 38 715 présente toutefois l'inconvénient que le stator est constitué d'empilages de tôles de stator assemblées, qui sont relativement grandes et nécessitent donc beaucoup de place. La machine électrique selon le document DE-OS 32 31 674 nécessite certes moins de place. Elle présente toutefois un stator constitué d'un ruban de tôle déroulé sur chant dont les spires situées l'une à côté de l'autre forment des surfaces latérales coniques à angle obtus. I1 y apparait l'invonvénient que lors du déroulage sur chant, des déformations importantes et indésirables du matériau apparaissent, de sorte qu'il n'est possible de fabriquer le stator qu'avec des outils et des presses qui apportent d'importantes forces de pression appropriées et qu'il faut prévoir entre les parties métalliques, des entrefers en un matériau rechangeable. En outre, il faut découper dans le ruban de tôle, avant le déroulage sur chant, des encoches pour le bobinage de stator avec une section approximativement égale l'une par rapport à l'autre, en tenant compte de la modification de diamètre à chaque spire, provoquée par l'évidement sphérique concave dans le stator de forme annulaire. L'invention a pour objet de créer une machine électrique, convenant pour entrainement d'une pompe de circulation, du type mentionné au début, qui, pour un faible encombrement et donc de faibles dimensions extérieures de la machine électrique, et un bon rendement électrique et mécanique, présente une faible dépense en fer de stator et un facteur de remplissage des encoches élevé, et qui convienne pour une fabrication économique en grande série. Pour atteindre cet objet on prévoit une machine électrique caractérisée en ce que le stator présente des dents feuilletées qui s'appuient à l'extérieur contre la calotte et dont les couches de tôles s'appuient l'une contre l'autre, avec leur direction principale d'extension dans les plans parallèles qui sont également parallèles au plan médian, qui passe radialement par l'axe de rotation de la machine électrique, de la dent respective; et en ce qu'il présente un anneau de culasse feuilleté qui, après pose d'un bobinage de stator dans les encoches formées entre les dents,peut s'enfiler sur l'enveloppe latérale extérieure des dents. I1 est ici avantageux par rapport aux machines électriques connues que le stator feuilleté puisse etre fabriqué defaçon simple même pour des petites dimensions, en ce sens que grâce à la fabrication séparée des dents et de l'anneau de culasse on peut employer des pièces découpées simples et des rubans de tôle, sans grand allongement ni rétreint,et qu'il est possible d'amener facilement le bobinage dans les encoches ouvertes vers l'extérieur et formées entre les dents pour obtenir le facteur de remplissage des encoches élevé, du fait que l'anneau de culasse peut ne s'enfiler qu'après la pose du bobinage sur les dents. I1 faut indiquer comme autre avantage que la calotte non conductrice magnétique qui sépare le volume du rotor et le volume du stator s'appuie contre le stator dans sa partie en forme de zone sphérique, en obturant les encoches. Des extensions avantageuses de la machine électrique mentionnée ci-dessus sont possible grâce aux mesures suivantes - chaque dent feuilletée du stator est formée d'un empilage de lamelles et de deux tôles de couverture et l'empilage de lamelles et les toles de couverture sont solidarisées les unes avec les autres. - chaque dent feuilletée présente, à son extrémité côté de la calotte, une tête de dent, formée d'élargissements venus de forme sur les toles de couverture dans la direction périphérique du stator. - chaque dent feuilletée présente, à son extrêmité côté de l'anneau de culasse, un tronçon d'arret de l'obturateur d'encoche, élargi dans la direction périphérique du stator et venu de forme sur les tôles de couverture. - les dents feuilletées constituent une couronne dentée dans laquelle respectivement deux tôles de couverture situées l'une en face de l'autre de deux dents voisines sont reliées par au moins une barrette qui s'ajuste contre la calotte. - la barrette dont il y a au moins une, qui relie deux dents voisines vient en saillie sur la couronne dentée en s 1ajustant contre la calotte. - la surface latérale extérieure des dents forme un cylindre imaginaire sur lequel est enfilé un anneau de culasse feuilleté, en forme de cylindre circulaire et dont les couches de tôle courent essentiellenent perpendiculairement à l'axe de rotation de la machine électrique. - l'anneau de culasse est formé d'un empilage de lamelles de même forme découpées. - la surface latérale extérieuredes dents forme un tronc de cone imaginaire sur lequel est enfilé un anneau de culasse feuilleté de section en forme de parallélogramme et dont les couches de tôle courent essentiellement parallèlement à l'axe de rotation de la machine électrique. I1 est particulièrement avantageux de n'avoir besoin que de deux pièces découpées différentes pour les dents et d'un seul ruban de tôle, de largeur constante, ou d'un paquet de lamelles de même forme, indépen damment de la forme des dents et du diamètre du bobinage, pour l'anneau de culasse. Des exemples d'exécution de l'invention sont représentés sur le dessin et décrits en détail dans la description qui suit. La figure 1 représente une partie d'une machine électrique comme premier exemple d'exécution, en coupe longitudinale; la figure 2 représente une coupe du stator de la machine électrique selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 représente une variante du stator de la figure 2; la figure 4 représente une partie de la machine électrique comme deuxième exemple d'exécution, en coupe longitudinale; la figure 5 représente une couronne dentée du stator de la machine électrique en vue latérale et la figure 6 représente la couronne dentée en vue de dessus. Les figures 1 et 2 représentent partiellement un premier exemple d'exécution d'un moteur électrique pour entrainement d'une pompe de circulation. Le moteur électrique présente un rotor 1 en forme de zone sphérique et un stator 2 qui se place et se fixe dans un carter 3. Dans l'entrefer sphérique situé entre le rotor 1 et le stator 2 est disposée une calotte de séparation 4 en tôle non conductrice magnétique ou en plastique qui sépare le volume interne côté rotor 5 du volume interne côté stator 6 du moteur électrique. Le rotor 1 est construit d'une pièce avec un rotor centrifuge 7 d'une pompe de circulation centrifuge connue en soi et non représentée en détail. Dans la position de marche stabilisée représentée, le rotor, porté sur un pivot sphérique 8, tourne autour de l'axe longitudinal qui est l'axe de rotation du moteur électrique. En cas de besoin le rotor 1 peut exécuter des mouvements de nutation autour du centre sphérique 9 du pivot sphérique 8 et d'éventuels corps étrangers, qui pourraient conduire au blocage du rotor 1, sortent alors de l'entrefer situé entre le rotor 1 et le stator 2, par exemple après un arrêt prolongé de pompes de circulation pour chauffage de logements ou pour alimentation en eau de consommation. Le stator 2 est constitué de dents 10, fabriquées pour elles-menes, et d'une culasse de forme annulaire, désignée dans ce qui suit comme anneau de culasse 11. Les dents 10 et l'anneau de culasse 11 sont exécutés sous forme de pièces feuilletées. Chaque dent 10 est constituée d'un empilage de tôles 12, sensiblement de forme trapézoidale, situées l'une à côté de l'autre et dont un côté longitudinal est arrondi en correspondance avec la forme extérieure de la portion de la calotte 4 en forme de zone sphérique et de deux tôles de couverture 13 qui obturent entre elles l'em- pilage de tôles 12. Les tôles de couverture 13 ont sensiblement la même forme que les tôles 12. Ce n'est que transversalement au bord du côté arrondi que viennent de forme sur elles des languettes qui forment la tête de dent élargie 14. L'empilage de tôles 12 et les tôles de couverture 13 sont solidarisées les unes avec les autres, par exemple au moyen de rivets ou de points de soudure.La forme sphérique également en direction périphérique de la calotte 4 et donc de l'entrefer situé entre le rotor 1 et le stator 2 peut s'obtenir sur le côté arrondi des dents rivées 10 par exemple par calibrage. Pour les dents 10 feuilletées en direction longitudinale et donc parallèllement à l'axe de rotation 15 du moteur électrique, malgré la forme sphérique du côté, tourné vers la calotte 4, des têtes de dent 14, il suffit de deux pièces découpées différentes 12 et 13. Les dents, ainsi fabriquées pour elles-mêmes, sont collées par leur tête de dent 14 sur la surface latérale extérieure de la calotte 4 dans sa portion en forme de zone sphérique. La direction principale d'extension des tôles 12 et 13-s'y étend dans des plans qui courent parallèlement au plan médian 16 de la dent respective 10. Le plan médian 16 de la dent 10 passe à son tour radialement par l'axe de rotation 15 du moteur électrique. Les dents 10, fixées sur la calotte 4 à la même distance angulaire, sont amenées, sur leur côté extérieur 17 opposé à la tête de dent 14, à la forme précise de portions d'un cylindre imaginaire, par exemple par rectification. Les dents 10 ainsi disposées limitent en direction périphérique des encoches 18 pour un bobinage de stator 19, tandis que la calotte 4, dans la zone de la fente 20 de l'encoche, sert respectivement d'obturateur d'encoche entre deux têtes de dent voisines 14. Dans les encoches 18 est rapporté un revêtement d'encoche connu en soi et non représente en détail. Après la pose du bobinage de stator 19, on enfile l'anneau de culasse 11 sur le côté extérieur 17 des dents 10 et on obture alors radialement vers l'extérieur les encoches 18 qui reçoivent le bobinage de stator 19. L'anneau de culasse 11 est également conçu sous forme d'un empilage de tôles. L'empilage cylindrique soit est constitué de tôles découpées de même forme, soit est déroulé sur chant à partir d'un ruban de tôle de largeur constante. L'empilage est rivé ou soudé de façon connue en soi puis usiné pour devenir lisse sur sa paroi interne, pour éviter un important entrefer supplémentaire. Des anneaux de culasse de ce type 11 peuvent se fabriquer de façon simple et économique en fabrication de grande série, du fait que pour une exécution avec des tôles découpées de même forme, il suffit d'un seul outil de découpage et que pour une exécution avec un empilage déroulé sur chant, on peut employer un ruban de tôle de largeur constante qu'il n'y a pas à soumettre à d'autres processus de travail ni à usiner avec des dispositifs compliqués. La figure 3 représente une variante de la dent pour le stator 2. Pour autant que les pièces sont les mêmes que celles des figures précédentes, elles ont le même chiffre de référence. Les dents 21 sont à nouveau formées de tôles 12, mais munies de tôles de couverture 22. Les tôles de couverture 22 ne présentent pas seulement un élargissement, venu de forme et formant des têtes de dents 14, sur leur côté fixé à la calotte 4, mais elles présentent également sur leur côté extérieur 17 un élargissement 23 qui s' détend en direction périphérique. L'élargissement 23 diminue la chute de tension magnétique provoquée par l'entrefer supplémentaire situé entre la dent 21 et l'anneau de culasse 11 et forme un tronçon d'arrêt pour un obturateur d'encoche 24. Les figures 4 à 6 représentent un deuxième exemple d'exécution pour des pièces du moteur électrique. tour autant que les pièces sont les mêmes que celles du premier exemple d'exécution, elles ont les mêmes chiffres de référence. Le moteur électrique présente à nouveau le rotor 1 en forme de zone sphérique et un stator 25 qui se place et se fixe dans un carter 26. De même, dans l'entrefer sphérique situé entre le rotor 1 et le stator 25 est disposée la calotte de séparation 4. Le stator 25 est également formé de dents 27 feuilletées, fa briquées pour elles-mêmes, et d'un anneau de culasse 28 feuilleté qui peut s'enfiler sur les dents 27 après installation du bobinage de stator 19. Les tôles 29 pour les dents 27 ont toutes la même forme. Elles sont conçues comme pièces découpées de forme approximativement trapézoidale, présentent un côté arrondi correspondant à l'entrefer sphérique et donc à la portion de la calotte 4 en forme de zone sphérique et un côté extérieur 30 qui fait un angle aigu avec l'axe de rotation 15 du moteur électrique et s'appuie sur la surface latérale extérieure d'un tronc de cône imaginaire. Les tôles 29 sont disposées entre des pièces de liaison 31. Chaque pièce de liaison 31 est également une pièce découpée comportant deux tôles de couverture 32 qui s'appuient contre deux empilages voisins de tôles 29, présentent les élargissements 33 venus de forme pour donner les têtes de dent et sont reliées par deux barrettes 34. Les barrettes 34 débordent au-delà des tôles de couverture 32 en ce qui concerne la courbe du côté arrondi et donc au-delà des faces frontales 35 de la dent 27, elles relient les deux tôles de couverture 32 d'une pièce de liaison 31 et elles limitent, en extension longitudinale, la fente d'encoche 36 qui se forme entre les têtes de dent voisines 33. Les tôles 29 de chaque dent 27 et les tôles de couverture 32,qui s'appuient contre elles, de respectivement deux pièces de liaison 31 sont soudées sur les surfaces frontales 35 de la dent 27.De cette façon toutes les dents 27 sont réunies par les pièces de liaison 31 pour donner une couronne dentée 37 formant un ensemble préfabriqué. Du fait que les barrettes 34 qui relient les différentes dents 27 se trouvent à l'extérieur des têtes de dents actives 33 et en outre présentent de faibles sections, les faibles flux de fuite qui règnent dans les barrettes 34 sont assez faibles pour être acceptables. Dans la couronne dentée 37 on bobine directement le bobinage de stator 19 dans les encoches 38 limitées en direction périphérique par les dents 27. Ceci est possible de façon particulièrement simple du fait que les encoches 38 sont entièrement ouvertes vers l'extérieur et en outre que l'on peut insérer la calotte 4 après mise en place du bobinage de stator 19 dans la couronne dentée 37. Les têtes 33 des dents 27 s'appuient alors extérieurement contre la portion de la calotte 4 en forme de zone sphérique. De même les barrettes 34 s' ajustent contre la calotte 4. On déroule à plat l'anneau de culasse 28 à partir d'un ruban de tôle de largeur régulière, étant précisé que l'extrémité d'une spire déborde un peu au-delà du bord du début de la spire en question. De ce fait l'anneau de culasse 28 prend une section d'enroulement en forme de parallélogramme. Les bords des différentes spires, qui forment la paroi intérieure 39 de l'anneau de culasse 28, s'appuient alors contre la surface latérale extérieure d'un tronc de cône qui correspond aux dimensions du tronc de cône imaginaire contre lequel s'appuient les côtés extérie-urs 30 des dents 27. On usine, pour la rendre bien lisse, de façon connue, la paroi intérieure 39 de l'anneau de culasse 28, pour éviter un entrefer inutilement grand entre les dents 27 et l'anneau de culasse 23.On enfile l'anneau de culasse 28, de façon amovible, sur le côté extérieur 30 des dents 27 et donc sur la couronne dentée 37 qui porte le bobinage de stator 19. On introduit le stator 25 monté de cette façon dans le carter 26 du moteur électrique. Un support élastique 30, disposé de façon à pouvoir se cranter dans le carter 26, en forme d'anneau plastique de forme ou de différents éléments élastiques, s'appuie élastiquement contre la portion de surface latérale en forme de tronc de cône de l'anneau de culasse 28. Le centrage de la calotte 4 et donc de l'ensemble du stator 25 se fait par l'intermédiaire d'un collet de la calotte 4 où elle s'appuie contre le carter 26. Après montage du stator 25 dans le carter 26, on coule dans le volume creux situé entre le carter 26 et la calotte 4 et donc essentiellement dans le volume interne côté stator 6 du moteur électrique une résine conductrice de la chaleur, ce qui permet d'obtenir un blocage de l'ensemble du système. Grâce à la structure en forme de tronc de cône du stator 25, on peut maintenir petit, de façon particulièrement avantageuse et simple, le diamètre extérieur du moteur électrique. REVENDICATIONS 10) Machine électrique en particulier pour pompe à circulation, comportant un rotor en forme de zone sphérique et un stator feuilleté de forme annulaire, jouant le rôle d'inducteur et présentant un évidement sphérique concave dans lequel le rotor se tient en face du stator avec un entrefer sphérique qui a l'allure d'une sphère imaginaire et dans lequel est disposée une calotte non magnétique qui sépare le volume du stator du volume du rotor; et comportant un pivot sphérique situé au centre de la sphère du rotor pour donner une portée du rotor autorisant des mouvements de nutation, caractérisée en ce que le stator (2; 25) présente des dents (10; 21; 27) feuilletées qui s'appuient à l'extérieur contre la calotte (4) et dont les couches de tôles s'appuient l'une contre l'autre, avec leur direction principale d'extension dans des plans parallèles qui sont également parallèles au plan médian (16), qui passe radialement par l'axe de rotation (15) de la machine électrique, de la dent respective (10; 21; 27); et en ce qu'il présente un anneau de culasse (11; 28) feuilleté qui, après pose d'un bobinage de stator (19) dans les encoches (18; 38) formées entre les dents (10; 21; 27), peut s'enfiler sur l'enveloppe latérale extérieure (17; 30) des dents (10; 21; 27). 20) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque dent feuilletée (10; 21; 27) du stator (2; 25) est formée d'un empilage de lamelles (12; 29) et de deux tôles de couverture (13; 22; 32) et en ce que l'empilage de lamelles (12; 29) et les tôles de couverture (13; 22; 32) sont solidarisées les unes avec les autres. 30) Machine électrique selon la revend-- cation 1 ou la revndication 2, caractérisée en ce que chaque dent feuillée (10; 21; 27) présente, à son extrêmité côté de la calotte (4), une tête de dent (14; 33), formée d'élar gissements venus de forme sur les tôles de couverture (13; 22; 32) dans la direction périphérique du stator (2; 25). 40) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque dent feuilletée (21) présente, à son extrêmité côté de l'anneau de culasse (11), un tronçon d'arrêt (23) de ltobturateur d'encoche, élargi dans la direction périphérique du stator (2) et venu de forme sur les tôles de couverture (22). 5D) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les dents feuilletées (27) constituent une couronne dentée (37) dans laquelle respectivement deux tôles de couverture (32) situées l'une en face de l'autre de deux dents voisines (27) sont reliées par au moins une barrette (34) qui s'ajuste contre la calotte (4). 6 ) Machine électrique selon la revendication 5, caractérisée en ce que la barrette (34), dont il y a au moins une, qui relie deux dents voisines (27) vient en saillie sur la couronne dentée (27) en s'ajustant contre la calotte (4). 70) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la surface latérale extérieure (17) des dents (10; 21) forme un cylindre imaginaire sur lequel est enfilé un anneau de culasse (11) feuilleté, en forme de cylindre circulaire et dont les couches de tôle courent essentiellement perpendiculairement à l'axe de rotation (15) de la machine électrique. 80) Machine électrique selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'anneau de culas-se (11) est formé d'une empilage de lamelles de même forme découpées. 90) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 5 ou 6, caractérisée en ce que la surface latérale extérieure (30) des dents (27) forme un tronc de cône imaginaire sur lequel est enfilé un anneau de culasse feuilleté (28) de section en forme de parallélogramme et dont les couches de tôle courent essentiellement parallèlement à 1 l'axe de rotation de la machine électrique.