Brevet FR2675966A1 — publié le 19921030

f Perfectionnements apportés aux machines électriques tournantes de détection de Position anculaire absolue, du type sans balais. La présente invention concerne des perfection- nements apportés aux machines électriques tournantes de détection de position angulaire absolue (dites: "resol- ver"), qui peuvent être du type transmetteur, détecteur ou différentiel), et elle concerne plus particulièrement celles de ces machines qui sont sans balais, étant ali- mentées électriquement par l'intermédiaire d'au moins un transformateur tournant, comportant un circuit magné- tique et un bobinage rotoriques et un circuit magnétique et un bobinage statoriques de détecteur de position angulaire ainsi qu'un circuit magnétique et un bobinage rotoriques et un circuit magnétique et un bobinage statoriques de transformateur d'alimentation, les parties rotoriques du détecteur de position angulaire et du transformateur étant mécaniquement solidaires en rotation. La figure 1 des dessins ci-annexés montre une machine tournante de ce type telle qu'actuellement fa- briquée La machine 1 comprend un détecteur de position absolue 2 et un transformateur tournant 11 pour l'ali- mentation électrique de celui-ci.25 Dans le stator S, le détecteur de position absolue 2 comporte un circuit magnétique statorique 4 et un bobinage statorique 5 supportés à l'intérieur d'une fourrure statorique 6 en forme générale de manchon. La fourrure statorique présente une cloison radiale 7 qui, en conjonction avec un flasque annulaire 8 rapporté axialement en bout de la fourrure, délimite un logement annulaire à section en U recevant l'enroule- ment primaire statorique 9 du transformateur 11, avec les fils de raccordement électrique 10.35 Dans le rotor R, le détecteur de position angulaire 2 comporte un circuit magnétique rotorique 12 et un bobinage rotorique 13 supportés sur un moyeu rotorique 14, évidé centralement pour être emmanché sur un arbre (non représenté) Le transformateur 11 présente une bague annulaire 15, à section transversale en U, emmanchée à force sur le moyeu rotorique 14 et à l'intérieur de laquelle est installé l'enroulement secondaire rotorique 16 du transformateur qui est relié électriquement au bobinage rotorique 13 du détecteur. Une machine tournante ainsi agencée de façon classique présente deux inconvénients essentiels. Tout d'abord la fourrure statorique et le moyeu rotorique sont deux pièces métalliques usinées qui sont coûteuses, aussi bien en raison du matériau utilisé (métal) -qui en outre est traditionnement un métal magnétiquement noble, tel que Fe Ni qu'en raison de l'usinage nécessaire à leur conformation, usinage qui en outre se révèle plus délicat à effectuer, et donc plus coûteux, sur le matériau magnétiquement noble utilisé. En outre, ces pièces, dont le rôle est essentiellement mécanique et qui n'interviennent pas dans la fonction électromagnétique essentielle, sont lourdes. Un autre inconvénient réside dans le fait que les bobinages rotorique et statorique du détecteur de position angulaire ne sont pas protégés mécaniquement (les enroulements du transformateur étant, quant à eux, mieux protégés, puisqu'abrités dans des logements annulaires en U) Or, ces machines tournantes sont livrées démontées aux utilisateurs, qui ont à charge de réunir rotor et stator lors de leur montage sur leurs supports respectifs Etant donné l'absence de toute protection au voisinage des bobinages, ceux-ci peuvent trop facilement être endommagés lors de l'assemblage. L'invention a donc essentiellement pour but de remédier aux inconvénients qui viennent d'être exposés et de proposer un agencement perfectionné de machine tournante du type précité qui soit plus légère, moins coûteuse et mieux protégée que les machines actuelles. A ces fins, une machine tournante du genre considérée au préambule se caractérise essentiellement, étant agencée conformément à l'invention, en ce que les circuits magnétiques et les bobinages rotoriques respectivement du détecteur de position angulaire et du transformateur sont noyées dans un enrobement en un matériau électriquement isolant formant un corps de rotor surmoulé, et les circuits magnétiques et les bobinages statoriques respectivement du détecteur de position angulaire et du transformateur sont noyés dans un enrobement en un matériau électriquement isolant formant un corps de stator surmoulé. Dans l'agencement conforme à l'invention, ce sont les enrobements isolants rotorique et statorique qui servent à maintenir les différents circuits magnéto- électriques et qui constituent les corps rotorique et statorique, en lieu et place du moyeu rotorique et de la fourrure statorique des machines antérieures Non seule- ment le matériau isolant constituant ces enrobements est moins coûteux que les matériaux métalliques magnétique- ment nobles utilisés jusqu'ici, mais il est également moins lourd que ceux-ci En outre, le surmoulage peut être effectué par des processus connus, rapides et automatisés (par exemple par gravité ou sous pression), qui sont beaucoup moins coûteux que l'usinage jusqu'ici nécessaire des pièces métalliques Le gain de prix obtenu par l'élimination des pièces métalliques précitées peut représenter une fraction notable du coût de la machine. Par ailleurs, les bobinages, et en particulier les bobinages rotorique et statorique du détecteur de position angulaire, étant noyés dans le matériau d'en- robement, sont protégés contre les atteintes mécaniques accidentelles, par exemple lors de la réunion du rotor et du stator. Il était certes déjà connu de fabriquer des moteurs électriques en prévoyant un enrobement isolant du rotor et/ou du stator Toutefois, de tels enrobements étaient employés dans des moteurs électriques spéciaux, à grande vitesse de rotation et/ou à fort échauffement: les enrobements employés avaient respectivement un but mécanique (renforcement de la tenue mécanique des têtes ou chignons d'enroulements aux grandes vitesses de rotation) et/ou un but thermique (améliorer la réparti- tion de la chaleur et éviter la formation de zones plus chaudes au sein du moteur) Il est à noter en outre que, dans de tels moteurs électriques, la mise en place de l'enrobement isolant ne s'accompagne d'aucune suppres- sion de pièces métalliques préexistantes: au contraire, l'enrobement est surajouté aux pièces composantes et il en résulte un accroissement de matière et de travail de fabrication, et donc un accroissement du poids et du coût des moteurs ainsi traités. La Demanderesse a en outre constaté qu'il était encore possible d'abaisser le coût d'une machine tour- nante conforme à l'invention en ayant recours, pour les pièces métalliques du transformateur, à des matériaux magnétiquement peu nobles, notamment l'acier martinsi- tique ou ferritique (par exemple Z 12 C 13 ou Z 6 CDF 18 02), en lieu et place des matériaux magnétiquement nobles (tels que Fe Ni) employés jusqu'à présent Il est ainsi possible d'obtenir les caractéristiques de fonc- tionnement souhaitées pour la machine tout en réduisant le coût de la machine par l'emploi de matériaux moins coûteux et plus faciles à usiner. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisa- tion préféré donné uniquement à titre d'exemple purement illustratif et représenté, en vue de côté avec demie coupe diamétrale, sur la figure 2 du dessin annexé. Sur la figure 2, on a conservé les mêmes réfé- rences alphanumériques pour désigner les pièces ou parties identiques à celles de la figure 1. Dans la machine tournante 17 de l'invention re- présentée à la figure 2, les organes magnéto-électriques du détecteur de position angulaire 2 et du transforma- teur 11 sont constitués de façon identique à celles de la machine antérieure 1 de la figure 1, à ceci près que l'enroulement statorique 9 du transformateur est ici abrité dans un logement métallique à section transver- sale en U qui est obtenu à partir d'une bague annulaire 18 à section en L à laquelle est associée un flasque annulaire 19. En outre, toutes les pièces métalliques appar- tenant au transformateur 11 (bagues statorique 18, 19 et rotorique 15) sont constituées en un matériau magnéti- quement moins noble que ceux traditionnellement em- ployés on peut ainsi avoir recours à des aciers martinsitique ou ferritique, par exemple Z 12 C 13 ou Z 6 CDF 18 02. Pour le reste, les pièces magnéto-électriques sont noyés dans un matériau électriquement isolant. Ainsi, les pièces magnéto-électriques statoriques du détecteur 2 et du transformateur 11 sont noyées dans un enrobement isolant formant un corps statorique 20 iso- lant surmoulé, sur la face cylindrique interne duquel affleurent seules les circuits métalliques 4, 18 et 19; le bobinage 5 du détecteur est totalement enrobé et donc protégé mécaniquement La forme extérieure du corps statorique 20 est agencé de toute façon souhaitée appropriée. De la même manière, les pièces magnéto- électriques rotoriques du détecteur 2 et du transforma- teur 11 sont noyées dans un enrobement isolant formant un corps rotorique 21 isolant, sur la face cylindrique externe duquel affleurent seules les circuits métalliques 12 et 15; le bobinage 13 du détecteur est totalement enrobé et donc protégé mécaniquement Le corps rotorique 21 présente un alésage axial 22 pour son montage sur un arbre tournant (non représenté). On notera que les enroulements primaire stato- rique 9 et secondaire rotorique 16 n'ont pas besoin d'être impérativement noyés dans le matériau d'enrobe- ment statorique et rotorique, respectivement, puisqu'ils sont disposés dans leurs logements annulaires en U respectifs o ils sont à la fois retenus et protégés mécaniquement. Le matériau isolant utilisable pour constituer les corps rotorique et statorique peut être de n'importe quel type approprié à cet usage La formation de ces enrobements peut être effectuée par tout processus approprié, par exemple par gravité ou sous pression selon les qualités recherchées. Typiquement, l'enrobant utilisé dans un mode de réalisation d'une machine conforme à l'invention est défini par les caractéristiques suivantes: coefficient de dilatation linéaire 15 k V/mm retrait Le recours à la solution technique conforme à l'invention permet d'améliorer la fiabilité par une protection complète contre les chocs et contre un environnement agressif, de réduire le coût par la suppression des pièces usinées, cette diminution du coût étant d'autant plus sensible que la machine est de grande dimensions, de réduire le cycle de fabrication des machines, de réduire le poids des machines. Comme il va de soi et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réa- lisation qui ont été plus particulièrement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Machine électrique tournante de détection de position angulaire absolue, du type sans balais, alimentée électriquement par l'intermédiaire d'au moins un transformateur tournant ( 11), comportant un circuit magnétique ( 12) et un bobinage ( 13) rotoriques et un circuit magnétique ( 4) et un bobinage ( 5) statoriquesde détecteur de position angulaire ( 2) ainsi qu'un circuit magnétique ( 15) et un bobinage ( 16) rotoriques et un circuit magnétique ( 18, 19) et un bobinage ( 9) stato- riques de transformateur d'alimentation ( 11), les parties rotoriques du détecteur de position angulaire et du transformateur étant mécaniquement solidaires en rotation, caractérisée en ce que les circuits magnétiques ( 12, 15) et les bobinages ( 13, 16) rotoriques respectivement du détecteur de position angulaire ( 2) et du transformateur ( 11) sont noyées dans un enrobement en un matériau électrique- ment isolant formant un corps de rotor surmoulé ( 21), et les circuits magnétiques ( 4, 18, 19) et les bobinages ( 5, 9) statoriques respectivement du détecteur de position angulaire ( 2) et du transformateur ( 11) sont noyés dans un enrobement en un matériau électriquement isolant formant un corps de stator surmoulé ( 20), ce grâce à quoi certaines pièces métalliques usinées du corps de rotor et du corps de stator (notamment fourrure statorique et moyeu rotorique) peuvent être éliminées et30 les bobinages d'au moins le détecteur de position, étant enrobés, sont protégés contre les atteintes extérieures. 2 Machine électrique tournante selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que les pièces métal- liques du transformateur sont réalisées en un matériau35 magnétiquement peu noble, notamment en acier martinsi- tique ou ferritique. 3 Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le circuit magnétique rotorique ( 15) du transformateur comprend une bague annulaire à section en U ouvert radialement vers l'extérieur incluse dans le matériau d'enrobement. 4 Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le circuit magnétique statorique du transformateur comprend une bague annulaire ( 18) à section en L ouvert radialement vers l'intérieur et axialement et en ce qu'un flasque annulaire ( 19) de blocage est rapporté axialement contre la bague en L pour former un circuit à section transversale en U.