Brevet FR2648634A1 — publié le 19901221

CIRCUIT MAGNETIQUE DE STATOR DE MOTEUR ELECTRIQUE La présente invention se rapporte à un circuit magné- tique de stator de moteur électrique à induction comportant un paquet de tôles magnétiques empilées mun. d'encoches ouvertes latéralement et destinées à recevoir les'parties actives sensiblement rectilignes des spires du bobinage des pôles du moteur. Les stators des moteurs électriques de faible et moyenne puissance comportent des encoches dans lesquelles on intro- duit, par une fente relativement mince ménagée entre deux circuits magnétiques de dents, les fils des bobinages des pôles du moteur. Entre deux fils de bobinage voisins il n'exis- te, en général, qu'une faible différence de tension, générale- ment inférieure à 1 volt pour les moteurs électriques de faible puissance fonctionnant sur le réseau 220/380 volts entre phases et une simple isolation à la laque suffit à assurer l'isolation entre spires. L'isolation à la masse au fond de l'encoche doit, par contre, résister non seulement à la tension nominale du réseau, mais aussi aux surtensions de manoeuvre ou d'origine atmosphérique qui peuvent se développer sur le réseau et le fond de l'encoche doit, pour cela, être recouvert d'une feuille d'isolant, ce qui nécessite souvent une mise en place onéreuse. La question du remplacement de l'isolant de fond d'en- coche par un processus économique d'isolation de l'encoche s'est posée mais n'avait pas, jusqu'à maintenant, pu être résolue de façon fiable sur le plan électrique pour les mo- teurs tels que ceux des pompes de circulation d'eau chaude, notamment d'eau de chauffage, qui doivent fonctionner pendant de très longues durées sans défaillance, en étant alimentées par un réseau quelconque triphasé ou monophasé qui reçoit exceptionnellement de fortes impulsions de surtension à front raide d'origine atmosphérique, pouvant par exemple atteindre dix fois la tension du réseau en monophasé (soit 2 200 volts pour le réseau monophasé à 220 volts). La présente invention a notamment pour but de résoudre le problème de la réalisation à un prix compétitif de l'isola- tion des encoches tout en utilisant au mieux la tôle d'un circuit magnétique de moteur. A cet effet, selon l'invention, la surface de chaque encoche est recouverte d'une couche intérieure en matériau isolant surmoulée sur la surface intérieure d'isolation de l'encoche o elle forme un canal isolant ouvert latéralement pour isoler de la masse ladite partie active des spires logées dans l'encoche et la couche de chaque encoche est raccordée à la couche de chacune des deux encoches contiguës sur les deux faces d'extrémité du stator par une couche latérale isolante, l'ensemble des couches intérieures et des couches latérales formant une couche monobloc surmoulée sur la zone des enco- ches, assurant l'isolation à la masse de la zone des encoches et au moins la cohésion du paquet de tôles. Selon un autre mode de réalisation, la couche monobloc surmoulée comporte sur au moins l'une des faces d'extrémité du stator une couronne extérieure en forme de manchon, concen- trique à l'entrefer, et apte à servir de couverture et de protection pour les têtes ou chignons des bobines logées dans les encoches. La couche monobloc surmoulée présente une épais- seur plus faible dans la zone de la surface intérieure des encoches que dans la zone des faces d'extrémité du stator. Le matériau isolant de la couche monobloc est en général consti- tué par une matière moulable par exemple une résine polyester prévue pour assurer l'isolation à la masse du circuit magné- tique à une température élevée. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche isolante monobloc recouvre, à chaque extrémité du stator, au moins une-partie de la surface latérale du circuit magnétique d'encoche faisant face à l'entrefer. La couche monobloc surmoulée peut être solidaire d'une carcasse qui entoure au moins partiellement La culasse du cir- cuit magnétique sur laquelle elle est surmoulée et qui porte la partie inférieure d'une boite à bornes électrique. Selon encore un autre mode de réalisation de l'inven- tion, la couche monobloc surmoulée recouvre, à chaque extré- mité du stator, la totalité de la section magnétique d'encoche et la zone d'entrefer du stator, de manière à encapsuier complètement la zone des encoches et de l'entrefer du circuit magnétique du stator. Lorsque le circuit magnétique selon l'invention est appliqué à un moteur à rotor isolé par un tube d'entrefer, le tube d'entrefer isolant de façon étanche le rotor du moteur de l'extérieur est plaqué contre la couche isolante d'entrefer qui l'isole ainsi physiquement et électriquement du contact avec les tôles du circuit magnétique. Les têtes ou chignons de bobine peuvent être logées en-dessous de la couronne extérieu- re prévue à chaque extrémité du stator et être reliées rigi- dement à cette couronne par tout moyen adéquat, par exemple une cuisson ou polymérisation d'un enduit collant. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaî- tront à la lecture de la description de divers modes de réali- sation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est ur.e vue en coupe transversale diamé- traie (voir les demi-plans de coupe 2a-2a et 2b-2b à la figure 2) d'un circuit magné- tique de stator de moteur électrique selon l'invention, en représentant deux modes de réalisation du stator avec une isolation d'encoche intégrée (mode a en haut, mode b en bas); - la figure 2 représente en vue fragmentaire, à plus grande échelle et vues en bout, trois encoches du moteur électrique représenté en coupe en bas de la figure 1; - la figure 3 représente en coupe et également à plus grande échelle une partie de stator et une partie de rotor d'un moteur électrique à tube d'entrefer comportant un circuit magnétique selon l'invention. Si l'on se reporte à la figure 1, le circuit magnétique stator 1 d'un moteur électrique à induction (c'est-à-dire à courant alternatif et à vitesse normale proche de la vitesse de synchronisme sur la fréquence) est constitué d'un empile- ment de tôles minces la de qualité magnétique (à faible perte par hystérésis), par exemple d'épaisseur 0,4 mm. Ces tôles ne sont pas revêtues d'un isolant mais emprisonnent à leur empi- lage une mince lame d'air qui suffit pour réaliser un certain isolement électrique d'interruption des courants de Foucault limitant les pertes de puissance à celles dues à la magnétisa- tion alternative du circuit. Les tôles magnétiques empilées forment des encoches 2 que l'on voit mieux sur les figures 2 et 3 et qui sont destinées à recevoir les parties actives sensiblement rectilignes 3 (voir les bobines schématiques 4 et représentées au bas de la figure 1) des bobinages qui sont introduits à travers la fente d'encoche 6. Les intervalles de fer subsistant entre les encoches 2 constituent le circuit magnétique d'encoche 24 qui présente, en général, une largeur constante et un épanouissement de pied 25 débouchant sur l'entrefer pour réduire l'induction maximale régnant dans l'entrefer. Pour réaliser l'isolation des encoches selon un mode de réalisation de l'invention, le paquet de tôles empilées 1 est maintenu serré axialement, par exemple à l'aide de mors à distribution radiale agissant sur la zone 7 des pieds de dents (voir la figure 2) et une couche d'isolation 8 en un matériau isolant électrique est injectée en surmoulage sur le fond des encoches et jusqu'au voisinage des pieds de dents (voir la ligne limite 9 correspondant sensiblement à la limite des mors à répartition radiale). Comme matériau isolant facile à injecter, on peut dans certaines applications à faible échauffement, utiliser le polyéthylène, mais pour les moteurs électriques performants (classe F), tels que ceux entraînant des pompes de c:rcula- teurs de chauffage central, on utilisera de préférence un matériau moulable résistant à des températures élevées de l'ordre de 200 C, régnant à la surface du fer ou du cuivre des bobinages et qui est moulé sur une épaisseur d'environ 0,5 mm lui permettant de résister à des surtensions d'environ 2 000 volts. La couche injectée à l'intérieur d'une encoche forme, sur celle-ci, un tube isolant ouvert sur l'extérieur par la fente 6 de l'ouverture d'encoche et apte à isoler parfaitement le ou les faisceau(x) de fils de bobinage recu(s) dans cette encoche, par rapport à la masse métallique du rotor. L'ensemble des tubes isolants qui n'a pas de tenue axiale autre que la friction de contact sur le fond d'encoche est relié de chacue côté 21 ou 22 du stator 1 par une couche latérale isolante 10 pontant deux encoches voisines, de ma- nière à réaliser un réseau de tirants parallèles maintenant en compression axiale l'ensemrble des tôles magnétiques la. La couche monobloc 8 surmoulée sur la zone des encoches se révèle très peu encombrante, comparativement aux isolations d'enco- ches rapportées et elle remplit non seulement une fonction d'isolation mais aussi une fonction de maintien de l'homogé- néité du paquet de tôles du circuit magnétique et d'améliora- tion de son comportement aux vibrations. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de la couche monobloc surmoulée, celle-ci comporte à chaque extrémité 21, 22 du stator une couronne extérieure 11 en forme de manchon concentrique à l'entrefer. Ce manchon 11 présente en général une épaisseur plus importante que celle de la couche isolante à fond d'encoche, par exemple de l'ordre de 1 mm au lieu de 0,5 mm pour la couche de fond d'encoche. Comme on le voit au bas de la figure 1, le manchon sert à protéger les têtes ou chignons de bobine 4a et 5a. Il peu- aussi servir à les soutenir pour empêcher leur déformation sous l'effet des courants de crête, les têtes de bobine étant adhérisées sur le manchon 11 par un enduit collant et vernis à polymériser. Selon un mode de réalisation représenté à la figure 3, la couche monobloc surmoulée recouvre la totalité de la zone des encoches de l'entrefer, en constituant notamment une couche d'entrefer 12, de manière à encapsuler hermétiquement, le cas échéant, la totalité du circuit magnétique et à le protéger ainsi par exemple de la corrosion. Lorsque le moteur électrique comporte un tube d'entrefer mince 13 en matériau non magnétique tel que de l'acier inoxydable, il est ainsi possible de venir appuyer ce tube d'entrefer 13 directement au contact de la couche d'entrefer 12 qui l'isole physiquement (notamment thermiquement) et électriquement du circuit magné- tique relativement conducteur de la chaleur et de l'électri- cité. Le rotor 14 du moteur électrique qui porte les barres 15 du circuit de rotor à cage d'écureuil est nettement séparé par l'entrefer proprement dit 13a du tube d'entrefer 13, afin d'éviter au cours de la rotation tout contact avec le tube d'entrefer relativement fragile parce que mince. Selon une variante de réalisation représentée en coupe à la partie supérieure de la figure 1, la couche monobloc sur- moulée 8 entoure non seulement la zone des encoches 2 mais forme une carcasse 16 entourant au moins partiellement la culasse 17 (voir la figure 3) du circuit magnétique. Sur la carcasse 16 surmoulée sur la culasse 17, est formée monobloc la partie inférieure 18 d'une boîte à bornes 19 fermée par un couvercle 20. Les contacts électriques avec les bobines 4 et 5 du moteur électrique peuvent être établis à travers le man- chon 11 (voir le passage 23 à la figure 1) qui sert alors d'isolant et de suppcrt pour les fils de phase amenés aux bobinages à travers le manchon 11. Comme on l'a déjà signalé pour le manchon 11 et le bobinage électrique, la couche isolante monobloc surmoulée 8 peut être incluse dans un compoundage général des bobinages et du circuit magnétique stator formant, après mise en place du bobinage, un ensemble rigide et bien isolé électriquement et dont les fils conducteurs ne risquent pas de se déplacer les uns par rapport aux autres et par rapport au circuit magné- tique. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais 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 de stator de moteur électrique à induction comportant un paquet de tôles magnétiques empilées muni d'encoches ouvertes latéralement et destinées à recevoir les parties actives sensiblement rectilignes des spires du bobinage des pôles du moteur, caractérisé en ce que la surface de chaque encoche (2) est recouverte d'une couche intérieu- re (8) en matériau isolant surmoulée sur la surface intérieure d'isolation de l'encoche (2) o elle forme un canal isolant ouvert latéralement pour isoler de la masse ladite partie active (3) des spires (4, 5) logées dans l'encoche et en ce que la couche (8) de chaque encoche est raccordée à la couche de chacune des deux encoches contiguës s4r les deux faces d'extrémité (21, 22) du stator par une couche latérale iso- lante (10), l'ensemble des couches intérieures (8) et des couches latérales (10) formant une couche monobloc surmoulée sur la zone des encoches, assurant l'isolation à la masse de la zone des encoches et au moins la cohésion du paquet de tôles (1). 2.- Circuit magnétique selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la couche monobloc surmoulée (8, 10) comporte sur au moins l'une des faces d'extrémité (21, 22) du stator une couronne extérieure (11) en forme de manchon concentrique à l'entrefer et apte à servir de couverture et de protection pour les têtes ou chignons (4a, Sa) des bobines (4, 5) logées dans les encoches (2). 3.- Circuit magnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche monobloc surmoulée (8, 10) présente une épaisseur plus faible dans la zone de la surface intérieure des encoches (2) que dans la zone des faces d'ex- trémité (21, 22) du stator. 4.- Circuit magnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau isolant de la couche monobloc (8) est constitué par un matériau moulable apte à assurer l'isolation à la masse du circuit magnétique à une température élevée. 5.- Circuit magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche isolante monobloc (8) recouvre, à chaque extrémité (21, 22) du stator, au moins une partie de la surface latérale du circuit magnétique d'enco- che (24) faisant face à l'entrefer (13a). 6.- Circuit magnétique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche monobloc surmoulée (8, ) est solidaire d'une carcasse (16) qui entoure au moins partiellement la culasse (17) du circuit magnétique sur laquel- le elle est surmoulée et qui porte la partie inférieure (18) d'une boite à bornes électrique (19). 7.- Circuit magnétique selon l'une des revendications 1 à 4 et 6, caractérisé en ce que la couche monobloc surmou- lée (8, 10) recouvre, à chaque extrémité (21, 22) du stator, la totalité de la section magnétique d'encoche et la zone d'entrefer du stator (en 12), de manière à encapsuler complé- tement la zone des encoches (2) et de l'entrefer (13a) du circuit magnétique du stator. 8.- Circuit magnétique selon la revendication 7, appli- qué à un moteur à rotor isolé par un tube d'entrefer, caracté- risé en ce que le tube d'entrefer (13) isolant de façon étan- che le rotor (14) du moteur vis-à-vis de l'extérieur est plaqué contre la couche isolante d'entrefer (12) qui l'isole ainsi physiquement et électriquement du contact avec les tôles (la) du circuit magnétique. 9.- Stator bobiné d'un moteur électrique à induction utilisant un circuit magnétique de stator selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ses têtes ou chignons de bo- bine (4a, 5a) sont logées en-dessous de la couronne extérieu- re (11) prévue à chaque extrémité (21, 22) du stator et sont reliées rigidement à cette couronne par tout moyen adéquat, par exemple par cuisson ou polymérisation d'un enduit collant.