Brevet FR2784518A1 — publié le 20000414

ILa présente invention concerne d'une façon générale les machines électriques tournantes poss6édant au moins un rotor ct un stator, ct dont lec stator possède une série d'encochcs géndralement parallèles - l'axe de rotation, séparées par des dents également géndralement parallèles à cet axe, pour recevoir des brins de bobinage(s) d'induit. Il est bien connu de multiplier le nombre d'encoches et de boucles de bobinages, et donc de dents, dans une telle machine tournante, ceci afin d'accroître ses performances. Il est bien connu également qu'une telle approche a pour inconvénient d'engendrer un bruit acoustique d'origine magnétique qui possède des harmoniques de rang élevé. Par exemple, pour un stator à 36 encoches, on engendre des composantes magnétiques telles qu'un bruit acoustique avec des composantes harmoniques de rang 36 est engendré, et ces composantes se manifestent par des pointes de bruit extrêmement sensibles dans certaines zones de la plage de vitesses de fonctionnement de la machine. Dans les machines connues, la forme des dents de stator, et en particulier de leur surface terminale d'entrefer, est conçue pour optimiser le couplage magnétique entre le rotor et le stator, afin d'optimiser la performance de la machine. Dans la pratique, cette surface est donc une portion d'un cylindre de révolution d'axe confondu avec l'axe de rotation du rotor. Ainsi, le concepteur a toujours privilégié ces contraintes de performance au détriment des contraintes en termes de niveau sonore de fonctionnement. Or la Demanderesse a découvert qu'il était possible, sans altérer sensiblement les qualités de la machine sur le plan électrotechnique, de diminuer le niveau de bruit acoustique d'origine magnétique qu'une telle machine était susceptible d'engendrer. Ainsi la présente invention vise à modifier la répartition harmonique du spectre d'un bruit acoustique d'origine magnétique et ainsi réduire sensiblement des composantes harmoniques de ce bruit, avec des moyens extrêmement simples et économiques à mettre en oeuvre et sans altérer de façon significative la performance de la machine. L'invention propose à cet effet une machine électrique tournante, ct notamment un alternateur de véhicule automobile, possédant un rotor et un stator, le stator comportant une pluralité d'encoches pour des brins de bobinage d'induit, et des dents séparant les encoches adjacentes, caractérisée en ce qu'au moins certaines dents présentent, au voisinage de leur face terminale tournée vers le rotor et en position(s) angulaire(s) intermédiaire(s) entre les bords des dents qui délimitent lesdites encoches, au moins un évidement localisé. Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de la machine tournante selon l'invention sont les suivants: - chaque dent du stator présente le ou les évidements. - lesdites dents présentant un évidement localisé présentent des évidements i 5 ayant tous la même géométrie. - certaines dents présentent un évidement localisé d'une géométrie donnée et d'autres dents présentent un évidement localisé d'une géométrie différente. - au moins certaines dents présentent un évidement sur toute l'étendue de la dent dans une direction parallèle ou faiblement inclinée par rapport à l'axe de la machine. - au moins certaines dents présentent un évidement sur une partie seulement de l'étendue de la dent dans une direction parallèle à l'axe de la machine. - au moins certains évidements possèdent une géométrie soit essentiellement symétrique, soit essentiellement dissymétrique par rapport à un plan médian de la dent. - l'évidement d'au moins un groupe de dents est constitué par un creux formé dans la face terminale desdites dents. - ledit creux présente au moins localement un profil choisi parmi les profils semi-circulaires, ovales et triangulaires. - ledit crcux présentc au moins localcment un profil généralement rectangulairc. - le profil g.néralemcnt rectangulaire du creux présente un grand axe s'étendant cn direction essentiellement radiale. - le grand axe s'étend essentiellcment entre la face termninale de la dent et la base de la dent. - l'évidement d'au moins un groupe de dents est situé " l'intérieur de la dent, en retrait et à proximité de sa surface terminale. - ledit évidement situé en retrait de la surface terminale présente au moins localement une section généralement circulaire. - les évidements d'au moins certaines dents présentent une section qui varie lorsqu'on se déplace le long de la dent parallèlement à l'axe de la machine. - ladite section peut varier de façon progressive ou par sauts. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif ct faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure I est une vue en coupe transversale d'une partie d'une carcasse de stator selon un premier exemple de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une partie d'une carcasse de stator selon un deuxième exemple de réalisation de l'invention, et la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une partie d'une carcasse de stator selon un troisième exemple de réalisation de l'invention. En référence tout d'abord à la figure 1, on a représenté partiellement un stator 1, réalisé par exemple par empilage de tôles, de façon connue en soi, qui possède une pluralité d'encoches 1l 1 de largeurs et d'espacements angulaires donnés pour des brins de bobinages de stator (non représentés). Ces encoches 11 sont séparées par des dents de stator 12 formées par la carcasse 1 et présentant également des largeurs et espacements angulaires donnés. Ces dents possèdent à leur extrémité libre des talons latéraux 121, de façon bien connue. Dans le présent exemple, il s'agit d'un stator à 36 encoches et 36 dents, l'espacement angulaire entre les plans radiaux médians PM de deux dents successives étant de 10 . La machine possède également un rotor, non représenté, possédant une excitation par bobinage(s) et/ou par aimants permanents. Comme le montre la figure 1, chaque dent de stator 12 possède, dans sa face terminale tournée vers le rotor, une encoche ou gorge 122 qui s'étend de préférence sur toute la longueur axiale de la dent et qui, en l'espèce, présente un profil régulier essentiellement semi-circulaire, les transitions de ce profil avec ladite face terminale étant toutefois arrondies. Il est bien connu qu'un stator classique, dépourvu de telles encoches ou gorges 122, engendre lors du fonctionnement de la machine un bruit acoustique d'origine magnétique qui possède un harmonique de rang 36 prépondérant, qui de par sa fréquence et son amplitude, engendre dans la pratique des pointes de bruit acoustique élevées dans certaines régions au moins de la plage nominale de vitesses de rotation de la machine. Selon l'invention, la forme donnée à la face terminale de chaque dent de stator fait apparaître, sur le plan magnétique, une nouvelle encoche intermédiaire, sans toutefois altérer de façon significative le fonctionnement et la performance de la machine. Cette forme permet de modifier la forme d'onde du flux magnétique circulant entre le rotor et le stator, et donc de modifier la répartition harmonique des forces électromagnétiques, elles-mêmes sources du bruit acoustique. En particulier, cette forme des faces terminales des dents 12 permet de diminuer l'amplitude relative de l'harmonique de rang 36 (dans le cas d'un stator à 36 encoches), tout en créant un harmonique de rang double, soit 72. Ceci permet de diminuer sensiblement les pointes de bruits dues à l'harmonique 36 lors du fonctionnement de la machine, et de déplacer ces mêmes pointes vers le bas, dans la plage de vitesses de rotation correspondant au ralenti (dans le cas d'un alternateur de véhicule), et vers le haut, o le rayonnement est plus faible, en les éloignant de la ou des zones sensibles de la plage de vitesses de rotation de la machine. La figure 2 illustre une seconde forme de réalisation de l'invention, dans laquelle la gorge ou encoche 122 de chaque dent 12 a été remplacd par un enlèvement de matière dans la dent pour former un trou non débouchant sur la lface terminale de la dent, mais situé à proximité de cette face et s'étendant de préférence tout le long de la dent en direction axiale. Il s'agit ici de trous cylindriques de profil circulaire 123 dont l'axe est contenu dans le plan radial médian PM de la dent associée 12. D'autres formes de trous peuvent bien entendu être adoptées, et notamment des formes ovales ou triangulaires. Ces trous 123 créent, sur le plan des forces électromagnétiques génératrices du bruit, un phénomène de modification de la répartition des harmoniques tout à fait similaire à celui occasionné par les gorges 122 de la figure 1. La figure 3 illustre quant à elle un autre exemple encore de l'invention, dans lequel chaque dent 12 est traversé au voisinage de son plan radial médian PM par une encoche profonde 124, de largeur réduite, s'étendant sensiblement sur toute la hauteur de la dent. Le phénomène est encore semblable. L'homme du métier comprendra aisément qu'en jouant sur la géométrie des ouvertures ou encoches 122, 123, 124 et sur leur position angulaire par rapport au plan médian PM de la dent, il est possible de contrôler de façon fine l'atténuation donnée à l'harmonique de rang 36 et l'amplitude des harmoniques de rang supérieur, à savoir 72 ou même de rang encore supérieure, pour optimiser au cas par cas le comportement d'une machine tournante en termes de bruit acoustique d'origine magnétique. En particulier, outre les évidements de profil circulaire ou partiellement circulaire, ou encore rectangulaire, décrits plus haut, on peut utiliser avantageusement des profils ovales ou triangulaires, ces derniers en particulier permettant une distribution essentiellement uniforme du flux de part et d'autre de l'évidement. En particulier on peut combiner au moins une gorge, rainure, encoche ou renfoncement en surface terminale de la dent avec au moins un évidement au sein de la dent. On peut également faire évoluer la section ct/ou la position de ces différents aménagements lorsqu'on se déplace le long de la dent parallèlement à l'axe de rotation. On peut en particulier jouer sur la largeur et la profondeur des encoches telles que 122 et 124, sur leur symétrie et sur leur position angulaire par rapport au plan médian PM. Le cas échéant, on peut donner à ces profils une évolution aléatoire ou pseudo-aléatoire. Ces variations de section ou de position peuvent s'effectuer de façon progressive ou par sauts. On peut par ailleurs choisir de former des aménagements d'un premier type sur certaines dents, des aménagements d'un second type sur d'autres dents, etc..., ou encore prévoir que certaines dents soient entièrement dépourvues de tels aménagements. On peut aussi prévoir des aménagements qui s'étendent non pas continûment sur toute l'étendue axiale des dents, mais seulement sur une ou plusieurs parties distinctes de cette étendue. Par ailleurs, la profondeur des évidements est choisie de préférence sensiblement proportionnelle à l'entrefer, et plus préférentiellement dans une plage allant jusqu'à cinq fois la valeur de l'entrefer. On comprend que ces différents aménagements peuvent être réalisés tout à fait facilement lors des opérations de découpage des tôles du paquet de tôles formant le stator. La présente invention s'applique à tout type de machine tournante avec stator encoché ou lisse, et en particulier aux alternateurs et alternodémarreurs de véhicules automobiles. Elle s'applique en outre aux machines à rotor simple ou multiple, et à rotor bobiné ou non bobiné. On observera à cet égard que les machines à rotor non bobiné engendrent en général, du fait des forces engendrées par la réluctance variable, des bruits d'origine magnétique plus importants que les machines à rotor bobiné, et que l'invention y trouvera donc unc application particulièrement appréciable, Elle s'appliquc également quel que soit le nombrc d'cncochcs au stator. REVENDICATIONS 1. Machine éclectrique tournantc, et notamment alternatcur de véhicule automobilc, possddant un rotor et un stator (I1), le stator comportant une pluralité d'encoches (11) pour des brins de bobinage d'induit, et des dents (12) séparant les encoches adjacentes, caractérisée cn ce qu'au moins certaines dents présentent, au voisinage de leur face terminale tournée vers le rotor et en position(s) angulaire(s) intermédiaire(s) entre les bords des dents qui délimitent lesdites encoches, au moins un évidement localisé (122; 123; 124). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque dent (12) du stator présente le ou les évidements (122; 123; 124). 3. Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que lesdites dents (12) présentant un évidement localisé présentent des évidements (122; 123; 124) ayant tous la même géométrie. 4. Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que certaines dents (12) présentent un évidement localisé (122; 123; 124) d'une géométrie donnée et d'autres dents (12) présentent un évidement localisé (122 123; 124) d'une géométrie différente. 5. Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins certaines dents (12) présentent un évidement (122; 123; 124) sur toute l'étendue de la dent dans une direction parallèle ou faiblement inclinée par rapport à l'axe de la machine. 6. Machine selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce qu'au moins certaines dents (12) présentent un évidement (122; 123; 124) sur une partie seulement de l'étendue de la dent dans une direction parallèle ou faiblement inclinée par rapport à l'axe de la machine. 7. Machine selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins certains évidements (122; 123; 124) possèdent une géométrie essentiellement symétrique par rapport à un plan médian (PM) de la dent (12). 8. Machine selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins certains évidements (122; 123; 124) possèdent une géométrie essentiellement dissymétrique par rapport à un plan médian (PM) de la dent (12). 9. Machine selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'évidement d'au moins un groupe de dents (12) est constitué par un creux (122; 124) formé dans la face terminale desdites dents. 10. Machine selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit creux (122) présente au moins localement un profil choisi parmi les profils semi- circulaires, ovales et triangulaires. 2 0 11. Machine selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit creux (124) présente au moins localement un profil généralement rectangulaire. 12. Machine selon la revendication 11, caractérisé en ce que le profil généralement rectangulaire du creux (124) présente un grand axe s'étendant en direction essentiellement radiale. 13. Machine selon la revendication 12, caractérisé en ce que le grand axe s'étend essentiellement entre la face terminale de la dent (12) et la base de la dent. 14. Machine selon l'une des revendications I à 13, caractérisé en ce que l'évidement (123) d'au moins un groupe de dents (12) est situé à I'intérieur de la dent, en retrait et à proximité de sa surface terminale. 15. Machine selon la revendication 14, caractérisée en ce que ledit évidement (123) situé en retrait de la surface terminale présente au moins localement une section généralement circulaire. 16. Machine selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que les évidements (122; 123; 124) d'au moins certaines dents présentent une section qui varie lorsqu'on se déplace le long de la dent parallèlement à l'axe de la machine. 17. Machine selon la revendication 16, caractérisée en ce que ladite i 5 section varie de façon progressive. 18. Machine selon la revendication 16, caractérisée en ce que ladite section varie par sauts.