Brevet FR2583593A1 — publié le 19861219

Stator feuilleté à ailettes pour une machine électrique La présente invention se rapporte à un stator feuilleté à ailettes, destiné à équiper une machine électrique. La demande de brevet français nO 2 312 875 décrit un stator feuilleté à ailettes pour machines électriques, qui est formé par un empilage de tôles individuelles présentant la forme d'un polygone régulier (à n angles) dont les angles sont arrondis. Après la formation d'un groupe de plusieurs tôles empilées, le groupe suivant, renfermant le même nombre de tôles, est décalé angulairement de /n. On obtient de cette façon des ailettes ainsi que 2n rainures à travers lesquelles de l'air de refroidissement peut circuler. La section du noyau du stator, dans la zone extérieure aux ailettes, correspond à la charge électromagnétique nominale. Cette structure de stator présente plusieurs inconvcnients résidant dans la consommation élevée d'acier pour la réalisation des tôles magnétiques, dans la surface de refroidissement limitée qui est définie avec exactitude pour un nombre donné d'angles et des dimensions d'ensemble extérieures déterminées et dans le fait qu'un découpage sans chutes des tôles dans une bande d'acier n'est possible que dans le cas de tôles de forme carrée. D'autres inconvénients sont à voir dans l'augmentation des dimensions d'en- semble extérieures et de la masse de l'empilage de tôles et dans la complexité de la réalisation de cet empilage résultant du fait qu'un décalage angulaire précis de Irin est requis. En outre, le nombre de rainures dans l'empilage de tôles doit obligatoirement être un multiple de n et la section transversale libre de ces rainures est réduite en raison du décalage angulaire, ce dernier inconvénient apparaissant de manière particulièrement prononcée dans le cas où l'empilage de tôles présente un grand nombre de rainures. La demande de brevet allemand nO 2 928 027 décrit un autre stator feuilleté à ailettes pour machines électriques, qui est formé par un empilage de tôles individuelles inscrites dans un carré. L'une des moitiés de ces tôles est confondue avec le carré tandis que leur seconde moitié présente tin contour semi-circulaire inscrit dans le carré. Après la formation d'un groupe de tôles empilées, le groupe suivant, qui renferme le même nombre de tôles est décalé angulairement de 900 ou 1800. La section du noyau dans la zone extérieure aux ailettes correspond à la charge électromagnétique nominale. Les inconvénients de ce second stator feuilleté connu résident dans la consommation élevée d'acier pour la réalisation des tôles magnétiques, consécutive aux chutes inévitables pour des raisons techniques lors de l'es- tampage ainsi que dans la nécessité de décaler angulairement les différents groupes de tôles empilées,ce qui complique la confection de l'empilage de tôles et, à cause de ce décalage angulaire, la section transversale libre des rainures est réduite. En outre, l'empilage est difficile à réaliser dans le cas d'un grand nombre de rainures et il présente une surface de refroidissement limitée ainsi qu'une charge électromagnétique réduite. Au vu de ce qui précède, la présente invention s'est fixé pour but général de développer un stator feuilleté à ailettes pour une machine électrique, qui soit formé de tôles magnétiques individuelles en acier aptes à être confectionnées avec une consommation réduite d'acier et constituant un empilage de masse réduite, qui rende possible un découpage exempt de chutes des tôles dans une bande brute standard, dont l'empilage, malgré la présence des ailettes, n'ait pas des dimensions d'ensemble extérieures excèdant celles d'un empilage sans ailettes, et qui permette de réduire la hauteur de l'axe de rotation de la machine électrique et de former les ailettes de l'empilage sans avoir à décaler angulairement les groupes de tôles les uns par rapport aux autres. Ce but est atteint par un stator feuilleté à ailettes, qui est constitué par un empilage de tôles d'acier individuelles de forme polygonale, lui-même composé de plusieurs groupes de tôles définissant des canaux de ventilation, ce stator étant caractérisé selon l'invention en ce que les tôles présentent la forme de polygones irréguliers et l'un au moins de leurs côtés est rectiligne, tandis que les côtés restants forment entre eux des angles différents de 900 et sont symétriques par rapport à un axe de symétrie perpendiculaire au côté rectiligne, ces côtés symétriques formant des contours communs à des tôles contiguës dans le tracé de découpage d'une bande d'acier dans laquelle sont réalisés plusieurs types différents de tôles, les divers groupes de tôles étant respectivement confectionnés à partir de ces types différents de tôles. Dans un mode de réalisation des tôles du stator selon l'invention, correspondant au cas où celles-ci sont réparties sur une seule rangée dans le tracé de découpage, deux des côtés des tôles sont rectilignes et parallèles, et ledit axe de symétrie est perpendiculaire à ces deux côtés paralvièles. Selon une autre caractéristique de l'invention, la section du noyau du stator, dans la zone extérieure aux secteurs formant les ailettes, est calculée pour une tension d'excitation magnétique élevée destinée à être compensée par la tension d'excitation magnétique plus basse dans la zone des secteurs formant les ailettes. Les avantages du stator feuilleté à ailettes selon l'invention, décrit ci-dessus, sont à voir dans la réduction de la consommation d'acier pour la réalisation des tôles ; dans la diminution de la masse de ltempi- lage de tôles ; dans la possibilité d'un découpage exempt de chutes des tôles du stator dans une bande brute standard ; dans ltaugmentation de la surface de refroidissement extérieure ; dans la conservation des dimensions d'ensemble extérieures de l'empilage, malgré la présence des ailettes dans la diminution de la hauteur de l'axe de rotation de la machine électrique ; et dans le fait que les ailettes du stator feuilleté sont formées sans que les différents groupes de tôles aient à être décalés angulairement les uns par rapport aux autres. Pour une meilleure compréhension de I'invention, on va maintenant en décrire un mode de réalisation préféré, donné uniquement à titre d'exemple non-limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - les figures 1 et 2 représentent en plan une paire de tôles de stator produite par un estampage sur deux rangées, dans une bande d'acier - les figures 3 et 4, d'une part, et 5 et 6 d'autre part, représentent en plan deux paires de tôles de stator, produites par un estampage sur une seule rangée, dans une bande d'acier - la figure 7 est une vue de face d'un stator feuilleté, composé des tôles représentées sur les figures 1 et 2 - la figure 8 est une vue de face d'un stator feuilleté, composé des tôles répresentées sur les figures 3 et 4 - la figure 9 illustre la disposition mutuelle des tôles des figures 1 et 2 dans le tracé d'estampage de la bande d'acier - la figure 10 illustre la disposition mutuelle des tôles des figures 3 et 4 dans le tracé d'estampage de la bande d'acier ; et - la figure 11 illustre la dispostion mutuelle des tôles des figures 5 et 6 dans le tracé d'estampage de la bande d'acier. Les figures 1 et 2 représentent deux types de tôles 1 et 2 qui, dans le tracé d'estampage de la bande de départ (voir figure 9),sont disposées sur deux rangées, tout en étant en contact mutuel intime sans laisser subsister de chutes entre elles. Ces tôles ont chacune la forme d'un polygone irrégulier dont au moins un côté 3 est rectiligne et coïncide avec l'un des bords de la bande d'acier à estamper et dont les autres côtés peuvent être arbitrairement dessinés pourvu qu'ils ne forment pas un angle droit avec le côté 3 et qu'ils soient symétriques par rapport à un axe de symétrie 4 perpendiculaire au côté rectiligne 3. Les figures 3 et 4 représentent deux tôles 1 et 2 qui sont identiques, mais sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre, pour se trouver dans la disposition mutuélle sous laquelle elles sont obtenues juste après leur estampage dans une bande d'acier (figure 10). Ces tôles présentent chacune la forme d'un polygone irrégulier dont au moins deux côtés opposés 3 sont rectilignes et parallèles et sont confondus avec les deux bords de la bande brute à estamper, l'axe de symétrie 4 étant perpendiculaire à ces côtés parallèles 3. Les tôles 1 et 2 des figures 5 et 6 sont du même type que les précédentes chacune d'elles possède aussi obligatoirement deux côtés parallèles 3 qui, dans ce cas, sont en outre de meme longueur. L'axe de symétrie 4 est perpendiculaire à ces deux côtés parallèles. Les parties saillantes de l'une des tôles 2 (figure 6) coincident avec les concavités de l'autre tôle 1 (figure 5), si bien que, lorsque ces tôles sont disposées côte-à-côte dans le tracé d'estampage de la bande, il ne subsiste aucune chute entre elles. La figure 7 est une vue de face d'un stator feuilleté, formé de tôles du type de celles représentées par les figures 1 et 2. Il est constitué de quatre grcupes de tôles 5,6,7 et 8-. Chaque groupe de tôles se compose des tôles 1 et 2 telles qu'elles sont obtenues après leur estampage dans la bande d'acier. Puis, les groupes de tôles 5,6,7 et 8 sont rassemblés sous la forme d'un stator feuilleté sans subir de décalage augulaire les uns par rapport aux autres et en se suivant en alternance. Dans certains secteurs 10 et 11, le noyau du stator présente une section réduite qui est toutefois compensée par les parties en ailettes de l'empilage dans les secteurs voisins 12 et 13, si bien que la tension d'excitation magnétique dans ce noyau de section non-uniforme est maintenue à la valeur qu'elle aurait si le stator feuilleté possèdait une section uniforme sur toute sa hauteur. Le stator feuilleté, représenté sur la figure 8, présente une structure analogue qui ne renferme que deux types de tôles 1 et 2. La forme des tôles 1 et 2 est déterminée par leur orientation dans le tracé de découpage de la bande brute : le long des bords parallèles de la bande brute 14, se suivent en alternance des côtés longs et courts du groupe de côtés parallèles des tôles polygonales. Les groupes de tôles 5 et 6 sont formés des tôles 1 et 2 des figures 3 et 4, disposées en alternance sans avoir subi de décalage angulaire après leur estampage. Les ailettes 12 et 13 obtenues de cette façon, sont réparties sur des faces de l'empilage, les faces supérieure et inférieure de celui-ci étant dépourvues d'ailettes. Dans ce mode de réalisation, la hauteur de lwaxe de rotation de la machine électrique est réduite. En outre, dans le noyau du stator, se trouvent des secteurs 10 et 11 présentant une section réduite qui est compensée par son accroissement dans les parties en ailettes de l'empilage de tôles, au niveau des secteurs voisins 12 et 13, de sorte que la tension d'excitation magnétique dans ce noyau de section non-uniforme en hauteur est maintenue à la valeur qu'elle aurait si le stator feuilleté possèdait une section uniforme en hauteur. La figure 9 représente la disposition mutuelle des tôles 1 et 2 des figures 1 et 2 dans le tracé d'estampage d'une bande 14. Le long de cette bande 14, les tôles 1 et 2 sont réparties sur deux rangées. Dans chacune des rangées, les deux types de tôles 1 et 2 se suivent en alternance et leurs côtés rectilignes 3 sont confondus avec les deux bords 15 de la bande 14, tandis que les contours formés par les côtés restants sont communs aux tôles contiguës 1 et 2, de sorte qu'entre les parties saillantes de deux tôles successives 1 et 2 de l'une des rangées, vient se placer la partie saillante de l'une des tôles 1 ou 2 de la seconde rangée. Les tôles 1 et 2 sont ensuite rassemblées en un groupe dans lequel elles sont placées dans la position qu'elles ont juste après l'estampage, sans avoir à subir un quelconque décalage angulaire. Les figures 10 et il représentent respectivement les tôles 1 et 2 des figures 3 et 4 et celles des figures 5 et 6, disposées sur une seule rangée dans le tracé d'estampage de la bande 14. Leurs côtés parallèles 3 sont confondus avec les deux bords 15 de la bande d'acier 14. Les deux types de tôles 1 et 2 se suivent en alternance dans la bande 14, sur les deux figures. La figure 10 montre qu'après l'estampage, chacune des tôles 1 se trouve automatiquement décalée angulairement de 1800 par rapport aux tôles contiguës 2 avec lesquelles elle a des côtés communs. En conséquence, quand on compose des groupesde tôles à partir de ces deux types de tôles 1 et 2, lors de la confection d'un empilage donné pour stator feuilleté, il n'est pas nécessaire de faire subir un décalage angulaire supplémentaire à ces groupes de tôles qui se suivent l'un après l'autre le long de l'empilage. La disposition mutuelle des tôles 1 et 2 dans le tracé d'estampage de la bande 14, qui est illustrée par la figure 11, est telle que les parties saillantes de chaque tôle 2 viennent ici se loger dans les concavités des deux tôles contiguës 1 avec lesquelles ladite tôle 2 a des côtés communs. Il s'ensuit qu'après la réunion des tôles en groupes, il n'est pas nécessaire de décaler angulairement les groupes de tôles les uns par rapport aux autres lors de la confection de l'empilage du stator feuilleté. Les ailettes sont formées directement par les parties saillantes de chaque groupe de tôles, qui se trouvent entre deux concavités successives. il est seulement nécessaire que les groupes de chaque type de tôles se suivent alternativement le long du stator feuilleté. Dans le stator feuilleté à ailettes qui vivent d'être décrit, on obtient comme résultat avantageux une réduction de la consommation d'acier pour la réalisation des tôles magnétiques ainsi qu'une diminution de la masse de l'empilage de tôles, toutes deux consécutives à la diminution de la section du noyau du stator dans différents secteurs, cette diminution de section étant compensée par l'accroissement de la section du noyau du stator dan les parties en ailettes de l'empilage de tôles dans les secteurs voisins, ce qui fait que la tension d'excitation magnétique dans ce noyau de section non-uniforme est maintenue à la valeur qu'elle aurait si le stator feuilleté possèdait une section uniforme. La surface de refroidissement extérieure du stator feuilleté est en outre augmentée sans aucune limitation.Ceci crée les conditions pour une ventilation ou une auto-ventilation efficace et rend possible une augmentation de la charge électromagnétique. Le coefficient d'utilisation des matériaux actifs est par ailleurs amélioré et il existe de plus grandes possibilités d'économiser de l'acier pour les tôles magnétiques et du cuivre pour les fils conducteurs. Le découpage des tôles du stator dans une bande brute standard est exempte de chutes et, de ce fait, une grande quantité d'acier pour la réalisation des tôles magnétiques peut encore être économisée. En outre, malgré la formation des ailettes dans l'empilage de tôles, les dimensions d'ensemble extérieures de celuici ne sont pas augmentées et il est possible de réduire la hauteur de l'axe de rotation de la machine électrique. De plus, l'empilage de tôles du stator est obtenu sans décalage angulaire des tôles les unes par rapport aux autres. Ceci confère aux canaux des surfaces lisses et uniformes sans aucune réduction de leur section transversale libre et permet de supprimer la dépendance entre le nombre des canaux et la configuration des tôles. Cet avantage est déterminant dans le cas d'un grand nombre de canaux de petites dimensions. REVENDICATIONS 1. Stator feuilleté à ailettes, qui est constitué par un empilage de tôles d'acier individuelles de forme polygonale, lui-même composé de plusieurs groupes de tôles définissant des canaux de ventilation, ce stator étant caractérisé en ce que les tôles (1,2) présentent la forme de polygones irréguliers et l'un au moins de leurs côtés (3) est rectiligne, tandis que les côtés restants forment entre eux des angles différents de 900 et sont symétriques par rapport à un axe de symétrie (4) perpendiculaire au côté rectiligne (3) > ces côtés symétriques formant des contours communs à des tôles contiguës (1,2) dans le tracé de découpage d'une bande d'acier (14) dans laquelle sont réalisés plusieurs types différents de tôles (1; ;2), les divers groupes (5,6,7,8) de tôles empilées étant respectivement confectionnés à partir de ces types différents de tôles 2. Stator feuilleté à ailettes selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux des côtés (3) des tôles (1,2) sont rectilignes et parallèles, et ledit axe de symétrie (4) est perpendiculaire à ces deux côtés parallèles. 3. Stator feuilleté à ailettes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la section du noyau du stator dans la zone extérieure aux secteurs formant les ailettes, est calculée pour une tension d'excitation magnétique élevée destinée à être compensée par la tension d'excitation magnétique plus basse dans la zone des secteurs formant ailettes.