Brevet FR2583594A1 — publié le 19861219

Machine électrique tournante à rotor plat et prooédé de réalisation de cette machine La présente invention concerne une machine tournante à entrefer plan, d'un type comportant - un rotor plat ayant la forme d'un disque, monté en rotation autour d'un arbre suivant un axe de rotation perpendiculaire aux faces planes du disque et passant par leurs centres - et au moins un stator comprenant une armature métallique, délimitée par deux surfaces latérales intérieure et extérieure de révolution autour d'un axe et par deux faces planes perpendiculaires à cet axe, cette armature étant dis posée de manière que son axe coïncide avec l'axe de rotation et que la surface latérale intérieure entoure l'arbre du rotor, une pre mière face de l'armature étant en regard et à faible distance d'une face plane du disque, l'armature comportant n encoches régulière ment réparties autour de l'axe et débouchant sur ladite première face respectivement suivant n isthmes d'encoche allonges s'e'ten- dant de la surface latérale intérieure à la surface latérale exté rieure, le fond des encoches étant disposé suivant un plan perpen diculaire à l'axe de manière à définir dans l'armature une culasse entre ce plan et la deuxième face, les encoches définissant entre elles n dents munies respectivement de n épanouissement dentaires délimitant les n isthmes d'encoche. et un bobinage de fils conducteurs électriques isolés disposés dans les encoches, La présente invention concerne aussi un procédé de réalisation d'une telle machine. Un procédé connu pour réaliser une armature du stator d'une machine de ce type consiste à enrouler sur un mandrin cylindrique une bande de tôle magnétique dans laquelle on effectue, avant l'enroulement, des découpages successifs en forme d'encoches semi-fermées débouchant sur un bord latéral de la bande. Le pas du découpage est proportionnel au diamètre d'enroulement de façon que les zones découpées se superposent pour former dans le paquet de tôle les n encoches destinées à recevoir le bobinage de la machine. Les machines réalisées avec de telles armatures présentent des inconvénients. A cause de ltétroitesse des isthmes d'encoches et des angles aigus qu'ils présentent par rapport à la surface latérale extérieure de l'armature, il est difficile d'isoler les encoches par rapport au bobinage en déposant une mince couche de résine époxy sur l'armature. On est donc conduit à utiliser l'isolation traditionnelle qui consiste à poser des feuilles isolantes sur la surface des encoches. Cela entraine une diminution de la section utile des encoches et par conséquent une diminution de la puissance de la machine pour un échauffement donné. De plus, la mise en place du bobinage doit s'effectuer en faisant passer les fils, un par un, par les isthmes d'encoches, ce qui est une opération longue et délicate. Enfin, l'étroitesse des isthmes d'encoche ne permet pas, en général, de réaliser un tassement correct des fils à l'intérieur de l'encoche. Ceci a pour conséquence une augmentation de la résistance thermique entre le bobinage et le paquet de tôles, ce qui diminue la puissance de la machine. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a pour objet une machine électrique tournante à rotor plat, du type mentionné ci-dessus, caractérisée en ce que l'armature comporte deux parties fixées l'une sur l'autre suivant un plan perpendiculaire à l'axe, la première partie comportant au moins la culasse, la deuxième partie comprenant au moins les épanouissements dentaires. Dans une première variante de la machine selon l'invention, la première partie de l'armature comporte en outre les n dents. Dans ce cas, l'armature peut être cylindrique à base annulaire, ou le diamètre de la surface latérale extérieure de la deuxième partie de l'armature peut être supérieur au diamètre de la surface latérale extérieure de la première partie de l'armature ; de plus, le diamètre de la surface latérale intérieure de la deuxième partie de l'armature peut être inférieur au diamètre de la surface latérale intérieure de la première partie de l'armature. Dans une deuxième variante de la machine selon l'invention, la deuxième partie de l'armature comporte en outre les n dents. Dans ce cas, l'armature peut être cylindrique à base annulaire, ou, dans la deuxième partie de l'armature, les épanouissements dentaires peuvent avoir une surface latérale extérieure de diamètre supérieur au diamètre de la surface latérale extérieure des dents, ce dernier diamètre étant égal à celui de la surface latérale extérieure de la première partie de l'armature. De plus, dans la deuxième partie de l'armature, les épanouissements dentaires peuvent avoir une surface latérale intérieure de diamètre inférieur au diamètre de la surface latérale intérieure des dents, ce dernier diamètre étant égal à celui de la surface latérale intérieure de la première partie de l'armature. La présente invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'une machine électrique tournante à rotor plat, cette machine étant du type mentionné plus haut, caractérisé en ce qu'il comporte, successivement - la réalisation de deux parties distinctes de l'armature, la première partie comprenant au moins la culasse, la deuxième partie comprenant au moins les épanouissements dentaires, - la réalisation dudit bobinage, - la mise en place du bobinage dans les encoches de l'armature - et la fixation de la deuxième partie de l'armature sur la première partie. Dans ce procédé, la fixation de la deuxième partie de l'armature sur la première partie peut être effectuée par collage. Avantageusement, au moment de la fixation de la deuxième partie de l'armature sur la première partie, les n épanouissements dentaires sont maintenus dans un montage de mise en place. Après la réalisation des deux parties distinctes de l'armature et avant la mise en place du bobinage, le procédé peut comporter en outre un revêtement de la surface des encoches et des isthmes d'encoches par une couche d'une matière plastique isolante. Plusieurs formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement, en coupe axiale, une machine électrique tournante à rotor plat, de type connu, - la figure 2 est une vue partielle en plan d'une bande de tôle découpée, à partir de laquelle sont réalisées les deux armatures du stator de la machine illustrée par la figure 1, - la figure 3 montre schématiquement comment on peut réaliser l'armature de la machine illustrée par la figure 1, - les figures 4 et 5 illustrent respectivement, de façon schématique, deux modes de réalisation d'une armature selon la première variante de la machine tournante selon l'invention, - la figure 6 montre schématiquement, en coupe axiale, un autre mode de réalisation d'une armature selon la première variante de la machine tournante selon l'invention, - la figure 7 montre schématiquement, en perspective, une armature selon la deuxième variante de la machine tournante selon l'invention, - la figure 8 est une vue développée schématique d'un montage de maintien utilisé pour la réalisation de l'armature illustrée par la figure 7, - la figure 9 montre partiellement, en perspective, un autre mode de réalisation d'une armature selon la deuxième variante de la machine tournante selon l'invention - et la figure 10 est une vue partielle en coupe suivant un plan axial de l'armature illustrée par la figure 9. Sur la figure 1, une machine électrique tournante connue comporte un rotor plat 1, en forme de disque, monté en rotation autour d'un arbre 2 suivant un axe de rotation 3 perpendiculaire aux faces planes du disque et passant par leurs centres. Ce rotor peut être métallique massif, ou à cage d'écureuil, ou muni d'aimants régulièrement répartis autour de l'axe. Cette machine comporte, de préférence, deux stators 4 et 5 identiques entre eux et disposés coaxialement de part et d'autre du rotor 1. Le stator 4 comprend une armature métallique 6 annulaire, délimitée par deux surfaces latérales intérieure 7 et extérieure 8, de révolution autour de l'axe 3, et par deux faces planes 9 et 10 perpendiculaires à l'axe 3. La surface latérale intérieure 7 entoure l'arbre 2, et la face 9 de l'armature est disposée en regard et à faible distance d'une face 11 du rotor 1. La figure 2 montre une bande 12 de tale magnétique à l'aide de laquelle il est possible de réaliser l'armature 6. La bande 12 est poin çonnée pour former une suite d'ouvertures identiques 13, 14, en forme d'encoches semi-fermées ; ces ouvertures débouchent sur un bord latéral 15 de la bande 12. En référence à la figure 3, la bande 12 est enroulée, après le poinçonnage, autour d'un mandrin cylindrique non représenté. Le pas de poinçonnage 16 est proportionnel au diamètre d'enroulement, de façon que les ouvertures 14 se superposent pour former, dans l'armature 6, n encoches 17 débouchant sur la face 9 suivant n isthmes d'encoche 18 s'étendant de la surface 7 à la surface 8. Les encoches consécutives définissent entre elles n dents 19 qui s'élargissent vers la face 9 suivant n épanouissements dentaires 20 délimitant les n isthmes d'encoche. Le fond des encoches est disposé suivant un plan 21 (figure 1) perpendiculaire à l'axe, de façon à définir dans l'armature 6, entre le plan 21 et la face 10, une culasse 22 assurant la fermeture du flux magnétique de la machine. Dans les encoches 17 est disposé un bobinage tel que 23 de fils électriques conducteurs isolés. Après avoir glissé dans les encoches des feuilles isolantes, la mise en place du bobinage 23 s'effectue en faisant passer successivement les fils par les isthmes d'encoches. L'étroitesse de ces isthmes d'encoche ne permet pas généralement d'introduire un outil suffisamment large pour tasser efficacement les fils dans les encoches. Dans une première variante de la machine selon l'invention, chaque armature du stator de la machine est constituée par un assemblage de deux parties distinctes, réalisées séparément, la première partie comprenant la culasse et les dents, la deuxième partie comportant les épanouissements dentaires, Les figures 4 et 5 montrent schématiquement deux exemples d'armature de machine tournante réalisées suivant cette première variante. Sur la figure 4, la première partie 24 de l'armature est cylindrique et comprend une culasse 22 et des dents 19. Cette première partie peut être réalisée d'une manière analogue à celle représentée sur la figure 3, c'est-à-dire par enroulement d'une bande de tôle poinçonnée. Les ouvertures poinçonnées sont ici en forme d'encoches ouvertes dont les entrées peuvent être munies de chanfreins 25. On met en place ensuite très facilement dans les encoches ouvertes le bobinage 26 de la machine, réalisé séparément, la présence des chanfreins 25 facilitant l'introduction. La deuxième partie 27 de l'armature comporte les épanouissements dentaires 28. Ceux-ci sont constitués par des plaquettes métalliques de surface approximativement trapézoidale. Ces plaquettes sont fixées sur le sommet des dents, suivant un plan perpendiculaire à l'axe de la machine, par exemple par collage ou par vissage. La forme de ces plaquettes est déterminée pour obtenir les formes d'isthme d'encoche désirées. On voit en particulier sur la figure 5 que les bords des plaquettes 29 peuvent comporter des chanfreins 30 de façon à obtenir sensiblement la forme des encoches semi-fermées représentée sur la figure 2. Avant l'introduction du bobinage de la machine dans les encoches ouvertes de la première partie de l'armature, on dépose de préférence sur la surface des encoches et des isthmes d'encoche une couche de poudre de résine époxy. Après chauffage au four, et refroidissement, cette couche se transforme en une mince pellicule isolante 31 qui assure un excellent isolement du bobinage par rapport à l'armature, en diminuant très peu le volume utile des encoches. Suivant la fréquence du flux magnétique et la valeur des inductions magnétiques dans la machine, les plaquettes formant les épanouissements polaires peuvent être en fer doux massif, en lamelles de tGle agglomérées, en fer fritté allié ou en ferrite de type doux. Les avantages présentés par les machines munies d'armatures réa- lisées comme représenté sur les figures 4 et 5 sont les suivants. Il est possible d'isoler les encoches par une mince pellicule de matière isolante, de façon à augmenter la section de cuivre utilisable dans les encoches. Le bobinage peut être réalisé complètement sur des outillages indépendants de la machine et se présenter sous la forme d'une galette qu'on insère en bloc en une seule opération dans les encoches. Le temps de mise en place est ainsi très court. De plus, il est possible de tasser les fils conducteurs du bobinage dans les encoches à l'aide d'un outillage très simple comportant autant de tasseaux que d'encoches. La résistance thermique entre le cuivre et les tôles est ainsi très fortement diminuée. Les encoches de l'armature étant radiales, il est possible de fixer les plaquettes sur les dents de façon que les isthmes d'encoche soient inclinés par rapport à la direction radiale afin, par exemple, de limiter les modulations de couple dans un moteur synchrone dont le rotor comporte des aimants. Après fixation de ses deux parties l'une sur l'autre, l'armature peut avoir une forme cylindrique annulaire, comme dans le cas de la figure 1. La figure 6 représente un autre exemple de réalisation de la première variante de la machine selon l'invention. Dans cet exemple, la première partie 32 de l'armature est semblable à celle représentée sur la figure 4 et la seconde partie 33 est aussi constituée par des plaquettes jouant le rôle d'épanouissements dentaires. Mais la seconde partie, après fixation sur la première partie, a un diamètre extérieur D1 nettement supérieur au diamètre extérieur D2 de la première partie 32 ; le diamètre D1 est, de préférence, sensiblement égal au diamètre extérieur D3 d'encombrement du bobinage. De plus, la deuxième partie 33, après fixation sur la première partie, peut avoir un diamètre intérieur d1 nettement inférieur au diamètre intérieur d2 de l'armature ; le diamètre d1 est alors de préférence sensiblement égal au diamètre intérieur d3 d'encombrement du bobinage. Le rotor plat 34 a de préférence un diamètre extérieur sensiblement égal à D1. Si ce rotor plat comporte des aimants, ceux-ci ont une section utile qui s'étend du diamètre d1 au diamètre D1 : on augmente ainsi très sensiblement la surface d'entrefer, l'induction dans les dents de la première partie de l'armature étant maintenue dans des limites acceptables. Le mode de réalisation illustré par la figure 6 présente tous les avantages de ceux illustrés par les figures 4 et 5. De plus, sans augmenter l'encombrement de la machine, il permet d'accroitre ses performances. A performances égales, il permet d'augmenter le diamètre d'encom brement intérieur d3 afin de pouvoir loger, dans l'espace ainsi récupéré autour de l'axe, des accessoires tels que des dynamos tachymétriques ou des systèmes de codage et de freinage, amenant ainsi une réduction de la longueur de certains ensembles de machines tournantes. A performances égales, on peut aussi réduire l'induction dans l'entrefer en conservant le même flux, ce qui permet par exemple, dans le cas d'un moteur synchrone, d'utiliser dans le rotor des aimants en ferrite à la place d'aimants en samarium-cobalt, et de maintenir, pour des dimensions d'encombrement identiques, des performances très voisines pour un coût nettement réduit. La figure 7 représente une armature 35 selon une deuxième variante de la machine selon l'invention. Dans cette variante, l'armature 35 du stator est constituée aussi par un assemblage de deux parties distinctes, réalisées séparément : cependant, la première partie ne comprend que la culasse 36 et la deuxième partie 37 comprend l'ensemble des dents 38 munies de leurs épanouissements dentaires 39. Suivant les conditions de fonctionnement de la machine tournante, la culasse peut être réalisée en fer doux massif ou réalisée par enroulement d'une bande de tôle non poinçonnée, et les dents massives peuvent être en fer doux matricé par exemple, en ferrite de type doux ou en fer fritté allié. De préférence, pour la réalisation d'un moteur synchrone dont le rotor comporte des aimants en samarium-cobalt par exemple, la culasse est en tôle enroulée et les dents sont en alliage de fer fritté à pertes réduites. Pour réaliser un stator d'une machine tournante suivant cette deuxième variante, on opère de la manière suivante (voir figure 8). Après réalisation des dents munies de leurs épanouissements dentaires, on place les surfaces terminales des épanouissements 39 des dents 38 dans des cavités 40 d'un montage 41 qui maintient les dents 38 dans la position qu'elles doivent avoir dans l'armature ; les encoches se présentent alors comme des encoches ouvertes. Le bobinage 42, réalisé séparément, est mis en place en bloc dans les encoches, en une seule opération, puis est tassé comme précédemment indiqué. La culasse 36 est ensuite posée sur cet ensemble et fixée sur les dents perpendiculairement à l'axe de la machine par collage ou tout autre moyen connu. Bien entendu, avant l'introduction du bobinage dans les encoches, il est possible de déposer, sur la surface des encoches de la première et de la deuxième partie de l'armature, une mince couche isolante de résine époxy, comme précédemment indiqué. Comme il est visible sur la figure 7, l'armature d'une machine tournante selon la deuxième variante peut être de forme générale cylindrique à base annulaire. Mais, comme illustré sur les figures 9 et 10, il est également possible de réaliser la deuxième partie de l'armature en donnant aux épanouissements dentaires 43 une dimension radiale nettement supérieure à celle des dents 44, de façon à réaliser une armature ayant une forme générale analogue aux armatures de la machine représentée sur la figure 6. Dans ce cas, les épanouissements dentaires 43 ont une surface latérale extérieure de diamètre D5 supérieur au diamètre D4 de la surface latérale extérieure des dents 44, ce diamètre D4 étant égal à celui de la surface latérale extérieure de la première partie 45 de l'armature. De même, les épanouissements dentaires 43 ont une surface latérale intérieure de diamètre d5 inférieur au diamètre d4 de la surface latérale intérieure des dents 44, ce diamètre d4 étant égal à celui de la surface latérale intérieure de la première partie 45 de l'armature. Les avantages présentés par cette deuxième variante sont les suivants. La réalisation de l'armature ne nécessite pas de machine spéciale d'encochage à pas variable, l'enroulement d'une bande de tôle sur un mandrin étant facilement réalisable. Par ailleurs, les dents d'une même armature peuvent avoir des dimensions différentes ou peuvent être fixées de façon à présenter une certaine inclinaison par rapport au rayon, afin de réduire les modulations de couple de la machine. La présente invention peut être appliquée par exemple à la réalisation de moteurs de robotique. REVENDICATIONS 1/ Machine électrique tournante à rotor plat, comportant - un rotor plat ayant la forme d'un disque, monté en rotation autour d'un arbre suivant un axe de rotation perpendiculaire aux faces planes du disque et passant par leurs centres - et au moins un stator comprenant une armature métallique, délimitée par deux surfaces latérales intérieure et extérieure de révolution autour d'un axe et par deux faces planes perpendiculaires à cet axe, cette armature étant dis posée de manière que son axe coincide avec l'axe de rotation et que la surface latérale intérieure entoure l'arbre du rotor, une pre mière face de l'armature étant en regard et à faible distance d'une face plane du disque, l'armature comportant n encoches régulière ment réparties autour de l'axe et débouchant sur ladite première face respectivement suivant n isthmes d'encoche allongés s'éten dant de la surface latérale intérieure à la surface latérale exté rieure, le fond des encoches étant disposé suivant un plan perpen diculaire à l'axe de manière à définir dans l'armature une culasse entre ce plan et la deuxième face, les encoches définissant entre elles n dents munies respectivement de n épanouissement dentaires délimitant les n isthmes d'encoche et un bobinage de fils conducteurs électriques isolés disposés dans les encoches, caractérisée en ce que l'armature comporte deux parties (2ri, 27) fixées l'une sur l'autre suivant un plan perpendiculaire à l'axe, la première partie (24) comprenant au moins la culasse (22), la deuxième partie (27) comprenant au moins les épanouissements dentaires (28). 2/ Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première partie (24) de l'armature comporte en outre les n dents (19). 3/ Machine selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'armature est cylindrique à base annulaire. 4/ Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le diamètre (D1) de la surface latérale extérieure de la deuxième partie (33) de l'armature est supérieur au diamètre (D2) de la surface latérale exté rieure de la première partie (32) de l'armature. 5/ Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le diamètre (d1) de la surface latérale intérieure de la deuxième partie (33) de l'armature est inférieur au diamètre (d2) de la surface latérale intérieure de la première partie (32) de l'armature. 6/ Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la deuxième partie (37) de l'armature (35) comporte en outre les n dents (38). 7/ Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'armature (35) est cylindrique à base annulaire. 8/ Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que, dans la deuxième partie de l'armature, les épanouissements dentaires (43) ont une surface latérale extérieure de diamètre (D5) supérieure au diamètre (D4) de la surface latérale extérieure des dents (44), ce dernier diamètre (D4) étant égal à celui de la surface latérale extérieure de la première partie (45) de l'armature. 9/ Machine selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans la deuxième partie de l'armature, les épanouissements dentaires (43) ont une surface latérale intérieure de diamètre (d5) inférieur au diamètre (d4) de la surface latérale intérieure des dents (44), ce dernier diamètre (d4) étant égal à celui de la surface latérale intérieure de la première partie (45) de l'armature. 10/ Procédé de fabrication d'une machine électrique tournante à entrefer plan, cette machine comportant - un rotor plat ayant la forme d'un disque, monté en rotation autour d'un arbre suivant un axe de rotation perpendiculaire aux faces planes du disque et passant par leurs centres - et au moins un stator comprenant une armature métallique annulaire, délimitée par deux surfaces latérales intérieure et extérieure de révolution autour d'un axe et par deux faces planes perpendiculaires à cet axe, cette arma ture étant disposée de manière que son axe coincide avec l'axe de rotation et que la surface latérale intérieure entoure l'arbre du rotor, une première face de l'armature étant en regard et à faible distance d'une face plane du disque, l'armature comportant n encoches régulièrement réparties autour de l'axe et débouchant sur ladite première face respectivement suivant n isthmes d'encoche allongés s'étendant de la surface latérale intérieure à la surface latérale extérieure, le fond des encoches étant disposé suivant un plan perpendiculaire à l'axe de manière à définir dans l'armature une culasse entre ce plan et la deuxième face, les encoches défi nissant entre elles n dents munies respectivement de n épanouis sement dentaires délimitant les n isthmes d'encoche et un bobinage de fils conducteurs électriques isolés disposés dans les encoches, caractérisé en ce qu'il comporte, successivement, - la réalisation de deux parties distinctes de l'armature, la première partie (24) comprenant au moins la culasse (22), la-deuxième partie (27) comprenant au moins les épanouissements dentaires (28), - la réalisation dudit bobinage (26), - la mise en place du bobinage dans les encoches de l'armature - et la fixation de la deuxième partie (27) de l'armature sur la première partie (24). 11/ Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la fixation de la deuxième partie (27) de l'armature sur la première partie (24) est effectuée par collage. 12/ Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, au moment de la fixation de la deuxième partie de l'armature sur la première partie, les n épanouissements dentaires sont maintenus dans un montage (41) de mise en place. 13/ Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, après la réalisation des deux parties distinctes de l'armature et avant la mise en place du bobinage, il comporte en outre un revêtement de la surface des encoches et des isthmes d'encoches par une couche (31) d'une matière plastique isolante.