Brevet FR2617343A1 — publié le 19881230

wPôle inducteur à aimant permanent, et stator de machine tournante électrique pourvu de tels pôles" La présente invention concerne un pôle inducteur à aimant permanent, notamment destiné à un stator de machine tournante électrique, telle que moteur électrique. Un stator de machine tournante électrique comprend une culasse cylindrique en matériau magnétique ~ doux, à l'intérieur de laquelle sont disposes des pôles inducteurs, séparés par des intervalles angulaires réguliers. Dans le cas d'un stator bobiné, les pôles sont constitués par des masses polaires entourées d'enroulements électriques. S'il s'agit d'un stator à aimants permanents, les pôles sont constitués par des aimants permanents auxquels sont éventuellement adjointes des pièces polaires auxiliaires. Les aimants permanents traditionnels, par exemple en ferrite, forment des blocs massifs et sont généralement fixés par collage à l'intérieur de la culasse. Un tel mode de fixation se prête difficilement à une automatisation. Il est récemment apparu de nouveaux matériaux magnétiques, permettant de réaliser des aimants permanents de puissance plus élevée que les aimants en ferrite, pour un volume plus faible. Il stagit notamment de matériaux en poudre, que l'on mélange à un liant, ou qui sont compactés ou agglomérés par un autre procédé pour former des aimants. Des matériaux de ce genre, tels que la poudre d'alliage néodyme-fer-bore (Nd- Fe- B), ont été déjà décrits par exemple dans un article de la revue MACHINE DESIGN datée du 9 Janvier 1986, pages 24 à 30. L'utilisation de tels aimants permanents pour la réalisation des pôles inducteurs d'une machine tournante électrique s'avère intéressante, mais elle se heurte à des difficultés d'ordre pratique, notamment pour la fixation des aimants à l'intérieur de la culasse, en raison de la nature particulière de ces aimants. De plus, les aimants permanents de ce type nécessitent une protection, notamment vis-à-vis d'une atmosphère éventuellement corrosive, afin que leurs performances ne diminuent pas dans le temps. La présente invention apporte une solution à ces problèmes, en fournissant une structure de pôle inducteur à aimant permanent facilitant la fixation du pôle dans la culasse, en permettant une mécanisation aisée de cette opération, et assurant simultanément la protection de l'aimant. A cet effet, I'invention a essentiellement pour objet un pôle inducteur à aimant permanent, notamment destiné à un stator de machine tournante électrique, dans lequel l'aimant permanent, réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, est disposé à l'intérieur d'une enveloppe entièrement fermée perméable au champ magnétique, entourant individuellement et de façon étanche cet aimant. Chaque aimant permanent est ainsi disposé à l'intérieur d'une sorte de boitier protecteur étanche. L'aimant et son enveloppe forment un sous-ensemble qui peut être fabriqué à l'avance, pour être fixé ultérieurement dans une culasse, par collage ou soudure ou par des moyens mécaniques. La fixation individuelle de chaque pôle dans la culasse se fait par l'enveloppe, notamment par les parties latérales de cette enveloppe, L'aimant n'ayant pas à être fixé directement et se trouvant maintenu par son logement à l'intérieur de l'enveloppe étanche. L'aimant permanent, disposé à l'intérieur de l'enveloppe étanche, est par exemple un aimant réalisé à partir d'une poudre d'alliage néodyme - fer - bore, mélangée, à un liant. Quant à l'enveloppe, renfermant l'aimant permanent, celle-ci doit être perméable au champ magnétique créé par l'aimant. II peut s'agir d'une enveloppe métallique, par exemple en tôle, formée par une seule pièce ou par plusieurs pièces assemblées de façon étanche. L'utilisation d'autres matériaux, même non magnétiques, - reste possible pour peu que l'épaisseur de l'enveloppe reste faible, par exemple inférieure à 0,5 mm. Selon une forme de réalisation simple de l'invention, L'aimant permanent, réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compac tée, óccupe entièrement le volume disponible à l'intérieur de l'enveloppe. Le matériau de l'aimant permanent étant onéreux, ii peut toutefois être judicieux de minimiser la quantité de ce matériau présente dans le pôle inducteur, en se limitant au volume strictement nécessaire tout en évitant de nuire au rendement de la machine tournante électrique. Dans ce but, on prévoit avantageusement que. l'aimant permanent, réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, n'occupe pas entièrement le volume disponible à l'intérieur de l'enveloppe, et qu'au moins une pièce ou partie auxiliaire, en matériau magnétique doux, est disposée à l'intérieur de l'enveloppe dans le volume non occupé par l'ai mant.Selon ce principe, on peut envisager diverses dispositions utilisables individuellement ou en toutes combinaisons a) L'aimant permanent, réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, possède une partie dans laquelle son épaisseur- est inférieure à l'épaisseur disponible à l'intérieur de l'enveloppe, ladite partie correspondant à la zone où il n'existe pas de champ démagnétisant, et une pièce ou partie auxiliaire en matériau magnétique doux est disposée à l'intérieur de l'enveloppe dans cette zone. b) L'aimant permanent, réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, n'occupe pas toute l'étendue de - l'enveloppe, notamment dans la zone située du côté de l'axe polaire où la réaction d'induit crée un champ de même sens que le champ inducteur, et une pièce ou partie polaire auxiliaire en matériau magnétique doux est disposée dans cette zone, où elle occupe toute l'épaisseur disponible à l'intérieur de l'enveloppe. c) L'aimant permanent, réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, possède une épaisseur légèrement inférieure à l'épaisseur disponible à l'intérieur de l'enveloppe, dans la zone où la réaction d'induit crée un champ démagnétisant, et une pièce ou partie en matériau magnétique doux, formant écran, est disposée dans cette zone à l'intérieur de l'enveloppe et contre la face intérieure de l'aimant. d) L'aimant permanent, réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, possède sur toute son étendue une épaisseur inférieure à l'épaisseur disponible à l'intérieur de l'enveloppe, et une pièce ou partie en matériau magnétique doux occupe, à l'intérieur de l'enveloppe, tout le volume restant entre la face extérieure de l'aimant et cette enveloppe ; dans une telle- disposition, I'enveloppe est surdimensionnée et peut conserver une épaisseur voisine de celle des pôles inducteurs classiques, de sorte que la culasse ne nécessite aucune réduction de diamètre, ce qui, dans certains cas, s'avère avantageux. L'enveloppe assure, dans les dispositions précédemment définies, non seulement le logement et le maintien des aimants permanents mais aussi le logement et le maintien des pièces ou parties auxiliaires en matériau magnétique doux. Ceci s'avère notamment intéressant dans le cas où la ou les pièces auxiliaires, disposées à l'intérieur de l'enveloppe dans le volume non occupé par l'aimant, sont comme ce dernier réalisées à partir d'un mélange de poudre et de liant. L'invention a aussi pour objet un- stator complet de machine tournante électrique à aimants permanents, pourvu de pôles inducteurs tels que définis précédemment avec pour chaque pôle un aimant permanent réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée et disposée à l'intérieur d'une enveloppe étanche, chaque pôle inducteur étant fixé par son enveloppe contre la face intérieure de la culasse du stator. De toute façon, I'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes d'exécution de ce stator de machine tournante électrique à aimants permanents et des pôles inducteurs destinés à un tel stator Figure I est une vue en coupe transversale d'un stator de machine tournante électrique, réalisé conformément à l'invention Figures 2 à 8 sont des vues en coupe transversale de diverses variantes de pôles inducteurs selon l'invention, destinés à un stator tel que celui de la figure 1. La figure 1 montre un stator de machine tournante - électrique, notamment de moteur électrique, avec une culasse cylindrique 1 en matériau magnétique doux à l'intérieur de laquelle sont prévus dans l'exemple de réalisation considéré, quatre pôles inducteurs 2 à aimants permanents, espacés par des intervalles angulaires réguliers de 90". Chaque pôle 2 a la forme générale d'un segment de cylindre, dont l'étendue angulaire est inférieure à 900. Chaque pôle inducteur 2 comprend un aimant permanent 3 réalisé à partir d'une poudre, notamment une poudre d'alliage néodyme - fer- bore mélangée à un liant ou éventuellement compactée par un procédé quelconque, permettant d'obtenir des aimants de toutes formes désirées ou nécessaires. L'aimant permanent 3 ainsi formé est disposé à l'intérieur d'une enveloppe métallique étanche 4, de relativement faible épaisseur, formée par une seule pièce métallique ou par deux pièces métalliques assemblées l'une à l'autre par exemple par collage ou par soudure. Les pôles 2, formés chacun par un aimant permanent 3 entouré d'une enveloppe métallique 4, sont fixés individuellement à l'intérieur de la culasse I aux emplacements voulus, par exemple par collage de l'enveloppe 4 contre la face intérieure de la culasse 1, ou par soudure par points, ou encore par rivetage. Bien entendu, I'enveloppe 4 présente un profil incurvé correspondant, d'une part, au profil intérieur de la culas se I et, d'autre part, au profil extérieur du rotor ou induit, non représenté, en prévoyant naturellement un entrefer. Dans le premier exemple de réalisation qu'illustre la figure 1, le matériau aggloméré ou compacté constituant l'aimant permanent 3 de chaque pôle 2 occupe entièrement le volume disponible à l'intérieur de l'enveloppe métallique 4, et les pôles 2 ne comportent aucun autre composant. Les figures suivantes sont toutes relatives à des variantes, dans lesquelles le matériau constituant l'aimant permanent 3 n'occupe pas entièrement le volume disponible à l'intérieur de l'enveloppe métallique 4, et dans lesquelles le volume ainsi libéré est occupé par une ou plusieurs pièces ou parties auxiliaires, réalisées en matériau magnétique doux. Sur toutes ces figures, on a seulement représenté un pôle 2 isolé, qui est bien évidemment destiné à être fixé, avec d'autres pôles identiques, dans une culasse similaire à celle indiquée sur la figure 1. Dans la réalisation montrée à la figure 2, l'aimant permanent 3 occupe toute l'épaisseur disponible à l'intérieur de l'enveloppe métallique 4 seulement dans la zone où la réaction d'induit crée un champ démagnétisant. En dehors de cette zone, L'aimant 3 n'occupe que partiellement l'épaisseur disponible. Le volume restant, situé à l'intérieur de l'enveloppe 4, du côté extérieur (c'est-à-dire du côté de la culasse lorsque le pôle 2 est mis en place), est occupé par une pièce ou partie 5 en matériau magnétique doux à grande perméabilité ; il peut s'agir d'une pièce massive en acier doux, ou d'une partie formée, comme l'aimant 3, à partir d'un mélange de poudre et de liant. La figure 3 représente une autre réalisation dans laquelle l'aimant permanent 3 conserve l'épaisseur maximale disponible à l'intérieur de l'envéloppe métallique 4, mais ne s'étend pas d'un bord à l'autre de cette enveloppe 4. L'aimant 3 s'interrompt totalement à une certaine distance d'un bord de l'enveloppe 4, et une pièce polaire auxiliaire 6 en matériau magnétique doux à grande perméabilité occupe toute l'epaisseur disponible, dans la zone où l'aimant 3 se trouve interrompu. La pièce polaire auxiliaire 6, massive ou formée à partir d'un mélange de poudre et de liant, est disposée par rapport à l'axe polaire 7 du côté où la réaction d'induit crée un champ de même sens que le champ inducteur, qui assure un renforcement du flux total et qui croît avec l'intensité du courant induit. La figure 4 illustre une variante de la réalisation précédente dans laquelle l'épaisseur de l'aimant permanent 3 est en outre limitée, dans la zone où il n'est pas soumis à un champ démagnétisant; le volume non occupé par l'aimant 3 dans cette zone est occupé par une pièce ou partie supplémentaire 8 en matériau magnétique doux, accolée à la pièce polaire auxiliaire 6 et située du côté extérieur. Cette variante consiste, en quelque sorte, en une combinaison des dispositions selon les figures 2 et 3. Comme le montre la figure 5, il est possible de disposer une pièce polaire métallique 9 d'épaisseur limitée, à l'intérieur de l'enveloppe 4 et contre la face intérieure de l'aimant permanent 3, dans une région où ce dernier possède une épaisseur légèrement réduite. La pièce polaire 9 forme ici un écran magnétique dans la zone où la réaction d'induit crée un champ démagnétisant. Cette pièce polaire 9 formant écran peut avoir une étendue plus ou moins importante, allant jusqu'à recouvrir toute la face intérieure de l'aimant 3. Comme le montre la figure 6, il est aussi possible de prévoir, à l'intérieur de l'enveloppe métallique 4, à la fois une pièce polaire 6 en matériau magnétique doux occupant toute l'épaisseur disponible et disposée du côté de l'axe polaire 7 où la réaction d'induit crée un champ de même sens que le champ inducteur, tendant à renforcer le flux, et une autre pièce 9 d'épaisseur limitée et disposée contre la face intérieure de l'aimant 3, cette dernière pièce formant écran magnétique dans la zone où la réaction d'induit crée un champ démagnétisant. Les pièces 6 et 9, en matériau magnétique doux, sont des pièces métalliques massives ou bien des parties obtenues à partir d'un mélange de poudre et de - liant. La disposition selon la figure 6 combine, en quelque sorte, les possibilités illustrées par les figures 3 et 5. Partant de la disposition selon la figure 6, un aménagement complémentaire peut consister à limiter l'épaisseur de l'aimant permanent 3 dans la zone où il n'a pas tendance à être démagnétisé par la réaction d'induit. Le volume libéré, situé du côté extérieur, est occupé par une pièce ou partie 8 en matériau magnétique doux, de même nature que celui des autres pièces ou parties auxiliaires 6 et 9, comme le montre la figure 7. Cette variante combine les dispositions élémentaires des figures 2,3 et 5. Enfin, la figure 8 illustre une réalisation dans laquelle l'épaisseur de l'aimant permanent 3 est limitée, sur toute l'étendue de cet aimant, à la valeur nécessaire à sa fonction qui est inférieure à l'épaisseur de l'enveloppe métallique 4, cette dernière conservant les dimensions des masses 'polaires ou des aimants utilisés dans les réalisations classiques. Dans ce cas, le volume restant entre la face extérieure de l'aimant 3 et l'enveloppe 4, du côté de la culasse, est occupé par une partie en matériau magnétique doux 10, pouvant être réalisée à partir d'un mélange de poudre et de liant. Une pièce polaire auxiliaire 6 est, par ailleurs, disposée sur le côté de l'aimant 3. La figure 8 montre ainsi une réalisation de pôle inducteur 2 conforme à l'invention mais permettant de conserver pour ce pôle inducteur une épaisseur voisine des réalisations anciennes, bien que l'utilisation d'aimants à base d'alliage néodyme- fer bore conduise à des épaisseurs d'aimants nécessaires très inférieures à celles des réalisations classiques. Un tel pôle inducteur 2 peut donc être fixé dans une culasse 1 de diamètre habituel, ce qui est intéressant car, dans certains cas, il est difficile de réduire les diamètres des culasses, pour des raisons technologiques. II va de soi que l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution du stator de machine tournante électrique et des pôles inducteurs destinés à ce stator, qui ont été décrites ci-dessus à titre d'exem- ples; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. En particulier, I'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en modifiant le matériau ou la forme des aimants permanents, ou encore la disposition des pièces ou parties auxiliaires associées à ces aimants, et bien entendu l'invention est applicable quel que soit le nombre de pôles du stator et quel que soit le type de machine tournante électrique (motrice ou génératrice) à laquelle appartient ce stator. REVENDICATIONS 1. Pôle inducteur à aimant permanent, notamment destiné à un stator de machine tournante électrique, caractérisé en ce que l'aimant permanent (3), réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, est disposé à l'intérieur d'une enveloppe entièrement fermée (4) perméable au champ magnétique, entourant individuellement et de façon étanche l'aimant (3). 2. Pôle inducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant permanent (3), disposé à l'intérieur de l'enveloppe étanche (4), est un aimant réalisé à partir d'une poudre d'alliage néodyme - fer bore, mélangée à un liant. 3. Pôle inducteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe étanche (4), renfermant l'aimant permanent (3), est une enveloppe métallique. 4. Pôle inducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'aimant permanent (3), réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, occupe entièrement le volume disponible à l'intérieur de l'enveloppe (4). 5. Pôle inducteur selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que l'aimant permanent (3), réalisé à partir, d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, n'occupe pas entièrement le volume disponible à l'intérieur de lienveloppe (4), et en ce qu'au moins une pièce ou partie auxiliaire (5,6,7,8,9,10), en matériau magnétiquement doux, est disposée à l'intérieur de l'enveloppe (4) dans le volume non occupé par l'aimant (3). 6. Pôle inducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'aimant permanent (3), réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, possède une partie dans laquelle son épaisseur est inférieure a l'épaisseur disponible à l'intérieur de l'enveloppe (4), ladite partie correspondant à la zone où il n'existe pas de champ démagnétisant créé par la réaction d'induit, et en ce qu'une pièce ou partie auxiliaire (5,8) en matériau magnétique doux est disposée à l'intérieur de l'enveloppe (4) dans cette zone. 7. Pôle inducteur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'aimant permanent (3), réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, n'occupe pas toute l'étendue de l'enveloppe (4), notamment dans la zone située du côté de l'axe polaire (7) où la réaction d'induit crée un champ de même sens que le champ inducteur, et en ce qu'une pièce ou partie polaire auxiliaire (6) en matériau magnétique doux est disposée dans cette zone, où elle occupe toute l'épaisseur disponible à l'intérieur de l'enveloppe (4). 8. Pôle inducteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'aimant permanent (3), réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, possède une épaisseur légèrement inférieure à l'épaisseur disponible à l'intérieur de l'enveloppe (4), dans la zone où la réaction d'induit crée un champ démagnétisant, et en ce qu'une pièce ou partie auxiliaire (9) en matériau magnétique doux, formant écran, est disposée dans cette zone à l'intérieur de l'enveloppe (4) et contre la face intérieure de l'aimant (3). 9. Pôle inducteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'aimant permanent (3), réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée, possède sur toute son étendue une épaisseur inférieure à l'épaisseur disponible à l'intérieur de l'enveloppe (4), et en ce qu'une pièce ou partie (10) en matériau magnétique doux occupe, à l'intérieur de l'enveloppe (4), tout le volume restant entre la face extérieure de l'aimant (3) et cette enveloppe (4). 10. Pôle inducteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la ou les parties auxiliaires (5,6,7,8,9,10) disposées å l'intérieur de l'enveloppe (4) dans le volume non occupé par l'aimant permanent (3), sont comme ce dernier réalisées à partir d'un mélange de poudre et de liant. Il. Stator de machine tournante électrique à aimants permanents, caractérisé en ce qu'il est pourvu de pôles inducteurs (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, chaque pôle inducteur (2), avec un aimant permanent (3) réalisé à partir d'une poudre mélangée à un liant ou compactée et disposé à l'intérieur d'une enveloppe étanche (4), étant fixé par cette enveloppe (4) contre la face intérieure de la culasse (1) du stator.