Brevet FR2801143A1 — publié le 20010518

-1 - La présente invention concerne le domaine des machines tournantes électriques. Le stator et/ou le rotor de telles machines sont réalisés de manière conventionnelle par empilage de tôles d'un métal perméable au champ magnétique, de manière à limiter les pertes par courants induits. Chaque tôle statorique ou rotorique comporte une partie périphérique radialement intérieure ou extérieure, appelée partie de culasse et, d'un côté de cette dernière, des logements pour le passage de conducteurs électriques d'induit ou d'inducteur. Dans le cas d'un stator extérieur, la partie de culasse est radialement extérieure et chaque tôle peut comporter du côté radialement intérieur des encoches pour le passage des conducteurs électriques. Dans le cas d'un rotor intérieur, la partie de culasse est radialement intérieure et chaque tôle peut comporter du côté radialement extérieur des lumières ou encoches pour le passage du ou des conducteurs électriques. Dans les machines connues, la partie de culasse et le circuit d'encoches définissant les encoches pour le passage du ou des conducteurs électriques d'induit ou d'inducteur sont réalisés d'un seul tenant par découpage d'une feuille d'un métal perméable au champ magnétique. L'invention vise notamment à augmenter le rendement des machines électriques tournantes comportant un empilage de tôles rotoriques ou statoriques comprenant chacune une partie de culasse et un circuit d'encoches définissant des encoches pour le passage du ou des conducteurs électriques d'induit ou d'inducteur. Elle y parvient par le fait que la tôle rotorique ou statorique comporte un ou plusieurs éléments ayant des grains d'orientation choisie. La partie de culasse peut être ainsi avantageusement réalisée par assemblage de secteurs ayant des grains d'orientation choisie. En variante, la partie de culasse comporte une bande cintrée, cette bande ayant été découpée dans une feuille de métal dont les grains ont une orientation connue. Le circuit d'encoches comporte avantageusement des éléments ayant des grains d'orientation choisie. Les éléments du circuit d'encoches, la bande et/ou les secteurs précités sont -2- avantageusement découpés dans des feuilles de métal ayant des grains d'orientation connue, de sorte que l'orientation des grains de chaque bande, secteur et/ou de chaque élément du circuit d'encoches peut être aisément déterminée en choisissant simplement l'orientation de la feuille de métal par rapport à l'outil de découpe. On peut ainsi réaliser grâce à l'invention une tôle statorique ou rotorique dont les grains de la partie de culasse et/ou du circuit d'encoches ont une orientation adaptée à la direction des lignes de champ magnétique en vue d'augmenter le rendement de la machine tournante. De plus, dans les machines tournantes connues, chaque tôle rotorique ou statorique est monobloc, ce qui entraine une perte de matière lors de sa fabrication. Grâce à l'invention, les pertes de matière sont réduites, puisque les secteurs ou les éléments du circuit d'encoches peuvent être découpés côte à côte en utilisant pratiquement toute la surface de la feuille de métal. Dans une réalisation préférée, les secteurs ont des grains ayant sensiblement la même orientation. Toujours dans une réalisation préférée, les éléments du circuit d'encoches ont des grains ayant sensiblement la même orientation. De préférence, chaque secteur ou chaque élément du circuit d'encoches est suffisamment étroit angulairement pour que l'orientation de ses grains soit sensiblement constante en tout point. De préférence, l'orientation des grains d'un secteur ou d'un élément de circuit d'encoches varie de moins de 30 , pouvant varier de 30 à la limite, variant de préférence de moins de 20 , de préférence encore de moins de 100, par rapport à une direction de référence. Avantageusement, la tôle rotorique ou statorique comporte au moins autant de secteurs ou d'éléments de circuit d'encoches que d'encoches. De préférence, le nombre d'encoches est supérieur ou égal à 12, 24, 36 voire 48. De préférence, chaque élément de circuit d'encoches ou chaque secteur présente une étendue angulaire inférieure ou égale à 30 autour de l'axe du rotor. Les secteurs sont avantageusement assemblés par complémentarité de formes, par exemple par une liaison de type queue d'aronde. De préférence, les éléments du circuit d'encoches sont rapportés sur la partie 3- de culasse. Le circuit d'encoches est avantageusement formé au moyen d'une pluralité de dents indépendantes. On peut réaliser grâce à l'invention une tôle statorique ou rotorique dans laquelle la partie de culasse a des grains d'orientation différente de celle des éléments du circuit d'encoches, dans le but d'adapter au mieux l'orientation locale des grains à la direction des lignes de champ magnétique lors du fonctionnement de la machine. L'invention a encore pour objet un stator réalisé avec un empilage de tôles statoriques telles que définies ci-dessus. Dans une réalisation particulière, le pas dentaire est supérieur à un. Le pas dentaire est défini ici comme étant le nombre de dents séparant l'encoche recevant le faisceau de fils de départ d'une bobine de celle recevant le faisceau de fils de retour. L'invention a encore pour objet un rotor réalisé avec un empilage de tôles rotoriques telles que définies ci-dessus. L'invention a encore pour objet un barreau de dents comprenant un assemblage de dents empilées, les grains des dents ayant sensiblement la même orientation. L'invention a encore pour objet une culasse comprenant une pluralité de parties de culasse assemblées, chaque partie de culasse étant constituée par un assemblage d'éléments ayant des grains d'orientation choisie. L'invention a encore pour objet une culasse, caractérisée par le fait qu'elle comprend une pluralité de bandes de tôle cintrées superposées, les grains de chaque bande ayant une orientation connue. L'invention a encore pour objet une culasse, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une bande de tôle hélicoïdale à spires jointives, dont les grains ont une orientation connue. L'invention a encore pour objet une machine tournante comportant un stator ou un rotor tels que définis plus haut, constituant un moteur ou un alternateur, sa puissance étant inférieure à 20 kW. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'une tôle rotorique ou statorique, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes consistant à -4- - fournir une feuille de métal perméable au champ magnétique ayant des grains d'orientation connue, - découper dans cette feuille de métal une ou plusieurs bandes ou des éléments individuels constituant au moins partiellement la partie de culasse et/ou des éléments de circuit d'encoches, l'orientation de l'outil de découpe par rapport à la feuille de métal étant choisie de manière à adapter l'orientation des grains de chaque élément ou bande à la direction des lignes de champ magnétique. Dans une mise en oeuvre du procédé, celui-ci comporte l'étape consistant à assembler les éléments précédemment découpés entre eux ou avec d'autres éléments, de manière à constituer une tôle rotorique ou statorique. Toujours dans une mise en oeuvre du procédé, celui-ci comporte l'étape consistant à: - superposer des bandes constituant des parties de culasse et les cintrer pour former la culasse, ou - cintrer des bandes pour constituer des parties de culasse et les superposer pour former la culasse, ou - conformer en hélice une bande et accoler les spires pour former la culasse. Avantageusement, le procédé comporte l'étape consistant à découper les éléments de circuit d'encoches de manière à ce que ces derniers aient sensiblement la même orientation des grains. Les opérations de découpage peuvent être effectuées de telle sorte que l'orientation des grains d'un élément de circuit d'encoches soit différente de l'orientation des grains de la partie de culasse adjacente, une fois le rotor ou le stator assemblé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de réalisation non limitatifs, et à l'examen du dessin annexé sur lequel: - la figure 1 représente une tôle statorique conforme à l'art antérieur, - la figure 2 représente une tôle statorique conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, -5- - la figure 3 illustre la présence d'éléments de renfort isolants entre les dents, - la figure 4 représente une tôle rotorique conforme à l'art antérieur, et - la figure 5 représente une tôle rotorique conforme à un deuxième exemple de mise en oeuvre de l'invention. La tôle statorique 1 représentée sur la figure 1 comporte une partie périphérique ou partie de culasse 2, pourvue de son côté radialement intérieur d'un circuit d'encoches définissant une pluralité de dents 3, lesquelles ménagent entre elles des encoches 4 pour le passage des fils 5 de l'inducteur ou de l'induit. Les extrémités des dents 3 ménagent entre elles des fentes 6, par lesquelles les fils 5 peuvent être introduits dans les encoches 4. La partie de culasse 2 et le circuit d'encoches 3 constituent un ensemble monobloc réalisé par découpage d'une feuille de métal perméable au champ magnétique, dont les grains peuvent avoir ou non une orientation particulière. Dans le cas o les grains ont une orientation donnée, la tôle statorique présente une anisotropie qui affecte le rendement et peut provoquer l'apparition de phénomènes parasites. Dans le cas o les grains n'ont pas d'orientation particulière, la tôle statorique est isotrope mais l'isotropie est obtenue au prix d'une perméabilité plus faible au champ magnétique, ce qui affecte le rendement. La tôle statorique 10 conforme à l'invention, représentée sur la figure 2, comporte une partie de culasse 20, constituée ici par une pluralité de secteurs 21 et un circuit d'encoches 30 constitué par une pluralité de dents 31, assemblées chacune avec un secteur 21. Les secteurs 21 sont réalisés par découpage dans une feuille d'un métal perméable au champ magnétique, dont les grains ont une orientation connue. En choisissant l'orientation de l'outil de découpe par rapport à cette feuille de métal, on peut réaliser les secteurs 21 avec une orientation des grains prédéterminée, identique pour chacun d'eux. On choisira de cette façon l'orientation des grains de chaque secteur 21 de manière à l'adapter au mieux à l'orientation des lignes de champ magnétique dans la partie de culasse 20 lors du fonctionnement de la machine. -6 - L'invention permet ainsi de réaliser une partie de culasse 20 ayant des propriétés magnétiques sensiblement indépendantes de la position angulaire autour de l'axe de rotation du rotor, tout en partant d'une feuille de métal ayant des grains orientés dans une direction connue. Dans l'exemple de réalisation décrit, chaque secteur 21 comporte deux bords latéraux opposés 22 et 23, s'étendant sensiblement comme des rayons, le bord 22 étant muni d'une mortaise 24 en forme de queue d'aronde et le bord 23 d'un ténon 25 de forme complémentaire, de sorte que deux secteurs 21 adjacents peuvent être assemblés par complémentarité de formes. Chaque secteur 21 comporte, sur son bord radialement intérieur, une découpe 26 qui peut être par exemple en forme de queue d'aronde et qui permet l'assemblage d'une dent 31 associée par complémentarité de formes. Dans l'exemple de réalisation décrit, la tôle statorique comporte plus de 12 secteurs 21, 48 secteurs 21 ici, chaque secteur 21 présentant en tout point sensiblement la même orientation des grains, l'étendue angulaire d'un secteur 21 autour de l'axe du rotor étant relativement faible, inférieure à une trentaine de degrés, à 7,5 ici. Les dents 31 sont réalisées par découpe d'une feuille de métal perméable au champ magnétique, dont les grains ont une orientation connue. En choisissant l'orientation de l'outil de découpe par rapport à cette feuille, on peut déterminer l'orientation des grains dans chaque dent 31. On choisira ainsi l'orientation des grains de chaque dent 31 pour l'adapter au mieux à la direction des lignes de champ magnétique lors du fonctionnement de la machine. Les secteurs 21 peuvent avoir des grains d'orientation différente de celle des grains des dents 31 adjacentes. On peut également réaliser les secteurs 21 et les dents 31 par découpe de feuilles de métaux différents, ayant des propriétés magnétiques différentes. Dans l'exemple décrit, deux secteurs 21 adjacents forment lorsqu'assemblés, entre leurs découpes 26 respectives, le fond 27 d'une encoche. On peut, sans sortir du cadre de la présente invention, réunir les extrémités 35 de deux dents 31 adjacentes pour fermer les encoches et diminuer la pulsation de flux vue 7 - du rotor, le bruit en fonctionnement et améliorer le passage du flux dans les dents 31. On remarquera que les dents 31 étant rapportées sur les secteurs 21, la mise en place des enroulements de l'inducteur ou de l'induit peut s'effectuer autrement qu'en faisant passer les fils au travers des fentes formées entre les extrémités des dents. Un organe de renfort 40 réalisé dans un matériau isolant électrique peut être rapporté ou surmoulé sur les dents 31, comme illustré sur la figure 3. Une enveloppe étanche, non représentée, peut également être insérée entre les dents 31 et la partie de culasse 20 pour constituer une étanchéité entre la culasse et les enroulements d'un côté et le circuit d'encoches et le rotor de l'autre côté. On a représenté, sur la figure 4, une tôle rotorique 50 conforme à l'art antérieur, réalisée d'un seul tenant par découpe d'une feuille de métal. Des lumières ou encoches 51 sont réalisées dans cette tôle rotorique 50 pour le passage des conducteurs électriques d'induit, par exemple les barres d'une cage d'écureuil. La tôle rotorique 60 conforme à l'invention, représentée sur la figure 5, comporte une partie de culasse 70 comprenant une pluralité de secteurs 71 et des éléments 80 de circuit d'encoches, ces derniers ayant une forme générale en T. Deux éléments 80 adjacents forment entre eux, lorsqu'assemblés avec les secteurs 71 correspondants, une lumière ou encoche 90 pour le passage d'un ou plusieurs conducteurs électriques d'induit ou d'inducteur qui peuvent être facilement isolés électriquement des tôles adjacentes. Les secteurs 71 sont réalisés par découpe d'une feuille de métal perméable au champ magnétique, dont l'orientation des grains est connue. En choisissant l'orientation de l'outil de découpe par rapport à cette feuille de métal, on peut réaliser les secteurs 71 avec l'orientation des grains voulue. Cette orientation est choisie en fonction de la direction des lignes de champ magnétique dans la tôle rotorique, de manière à améliorer le rendement de la machine. Chaque secteur 71 comporte un premier bord latéral 72 pourvu d'une mortaise 73 en forme de queue d'aronde et un deuxième bord latéral opposé 74, pourvu d'un tenon 75 ayant une forme complémentaire de la mortaise 73. Chaque secteur 71 comporte en outre, sur son bord radialement extérieur, une découpe 76, par exemple en forme de queue d'aronde, destinée à recevoir l'extrémité -8- d'un élément 80 de forme complémentaire. Les éléments 80 sont réalisés par découpe d'une feuille de métal d'un matériau perméable au champ magnétique, ayant une orientation des grains connue. En choisissant l'orientation de l'outil de découpe par rapport à celle des grains de cette feuille, on peut réaliser les éléments 80 avec l'orientation des grains voulue. Cette orientation est adaptée au mieux à la direction des lignes de champ magnétique dans la tôle rotorique lors du fonctionnement de la machine, de manière à rendre le rendement maximal. Les éléments 80 et les secteurs 71 présentent avantageusement des grains ayant des orientations différentes et sont, le cas échéant, réalisés dans des matériaux ayant des propriétés magnétiques et/ou mécaniques différentes. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. On peut notamment réaliser l'assemblage des secteurs par complémentarité de formes autrement qu'au moyen de liaisons de type queue d'aronde. On peut ainsi réaliser leur assemblage par un montage en force ou au moyen d'un ou plusieurs organes de maintien annexes. Les éléments de circuit d'encoches peuvent être réalisés avec des formes différentes de celles représentées sur le dessin et peuvent être assemblés avec la partie de culasse par complémentarité de formes ou par un montage en force ou au moyen d'un ou plusieurs organes de maintien annexes. Dans les exemples décrits, le circuit d'encoches et la culasse sont constitués chacun par un assemblage d'éléments individuels. On ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque le circuit d'encoches est monobloc et la culasse est réalisée par un assemblage d'éléments individuels, ou lorsque la culasse est monobloc et le circuit d'encoches est réalisé par un assemblage d'éléments individuels. En particulier, la culasse peut être réalisée en superposant un paquet de bandes rectilignes découpées chacune dans une feuille de métal dont les grains ont une orientation connue, de manière à avoir des grains d'orientation choisie. Les bandes superposées et coupées à la bonne longueur sont ensuite cintrées -9- pour former la culasse. On peut encore réaliser la culasse en découpant une bande rectiligne de grande longueur dans une feuille de métal dont les grains ont une orientation connue. L'orientation de l'outil de découpe, par rapport à la feuille de métal, détermine l'orientation des grains de la bande ainsi découpée. Cette bande est ensuite conformée en hélice à spires jointives, pour former la culasse. L'orientation des grains de la bande ainsi conformée est connue en tout point, étant fonction de l'orientation initiale et des modifications d'orientation introduites par le cintrage, lesquelles peuvent être aisément déterminées par l'homme du métier. REVENDICATIONS 1. Tôle rotorique ou statorique (10; 60) comprenant une partie de culasse et un circuit d'encoches définissant des encoches pour le passage d'un ou plusieurs conducteurs électriques d'induit ou d'inducteur, caractérisée par le fait qu'elle comporte un ou plusieurs éléments (21; 31; 71; 80) ayant des grains d'orientation choisie. 2. Tôle selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que le ou les éléments sont découpés dans des feuilles de métal ayant des grains d'orientation connue, de sorte que l'orientation des grains de chaque élément peut être déterminée en choisissant simplement l'orientation de la feuille de métal par rapport à l'outil de découpe. 3. Tôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le circuit d'encoches comporte des éléments (31; 80) ayant des grains d'orientation choisie. 4. Tôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les éléments (31; 80) de circuit d'encoches ont des grains de même orientation. 5. Tôle selon l'une quelconque des trois revendications immédiatement précédentes, caractérisée par le fait que les éléments (31; 80) de circuit d'encoches ont des grains d'orientation différente de celle (21; 71) de la partie de culasse adjacente (20 ). 6. Tôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la partie de culasse (20; 70) est réalisée par assemblage de secteurs (21 71) ayant des grains d'orientation choisie. 7. Tôle selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que les secteurs (21; 71) ont des grains de même orientation. 8. Tôle selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée par le fait que la partie de culasse est constituée de secteurs assemblés par complémentarité de formes, de préférence par une liaison de type queue d'aronde. 9. Tôle selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins autant de secteurs que d'encoches. 10. Tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que la partie de culasse comporte une bande cintrée, cette bande ayant été découpée dans une feuille de métal dont les grains ont une orientation connue. 11. Tôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte des éléments de circuit d'encoches rapportés sur la partie de culasse. 12. Tôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le circuit d'encoches est réalisé au moyen d'une pluralité de dents (31) indépendantes. 13. Tôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le nombre d'encoches est supérieur ou égal à 12, 24, 36 voire 48, chaque élément de circuit d'encoches ou chaque secteur présentant une étendue angulaire inférieure ou égale à 30 autour de l'axe du rotor. 14. Tôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'orientation des grains d'un secteur ou d'un élément de circuit d'encoches varie de moins de 30 , pouvant varier de 30 o à la limite, variant de préférence de moins de 20 , de préférence encore de moins de 10 , par rapport à une direction de référence. 15. Stator réalisé avec un empilage de tôles statoriques telles que définies dans l'une quelconque des revendications 1 à 14. 16. Stator selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il est bobiné avec un pas dentaire supérieur à 1. 17. Barreau de dents destiné à la fabrication d'un stator tel que défini dans les revendications 15 ou 16, caractérisé par le fait qu'il comporte un assemblage de dents empilées, les grains des dents ayant sensiblement la même orientation. 18. Culasse destinée à la fabrication d'un stator tel que défini dans les revendications 15 ou 16, caractérisée par le fait qu'elle comprend une pluralité de parties de culasse assemblées, chaque partie de culasse étant constituée par un assemblage d'éléments ayant des grains d'orientation choisie. 19. Culasse destinée à la fabrication d'un stator tel que défini dans les revendications 15 ou 16, caractérisée par le fait qu'elle comprend une pluralité de bandes cintrées superposées, les grains de chaque bande ayant une orientation connue. 20. Culasse destinée à la fabrication d'un stator tel que défini dans les revendications 15 ou 16, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une bande de tôle hélicoïdale à spires jointives dont les grains ont une orientation connue. 21. Rotor réalisé avec un empilage de tôles rotoriques telles que définies dans l'une quelconque des revendications 1 à 14. 22. Machine tournante comportant un stator tel que défini dans l'une des revendications 15 et 16. 23. Machine tournante comportant un rotor tel que défini dans la revendication 21. 24. Machine selon l'une des deux revendications immédiatement précédentes, caractérisée par le fait qu'elle constitue un moteur. 25. Machine selon la revendication 22 ou 23, caractérisée par le fait qu'elle constitue un alternateur. 26. Machine selon l'une quelconque des revendications 24 ou 25, caractérisée par le fait que sa puissance est inférieure à 20 kW. 27. Procédé de fabrication d'une tôle rotorique ou statorique, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes consistant à: - fournir une feuille de métal perméable au champ magnétique ayant des grains d'orientation connue, - découper dans cette feuille de métal un ou plusieurs éléments individuels ou une ou plusieurs bandes constituant au moins partiellement la partie de culasse et/ou des éléments de circuit d'encoches, l'orientation de l'outil de découpe par rapport à la feuille de métal étant choisie de manière à adapter l'orientation des grains de chaque élément ou bande à la direction des lignes de champ magnétique. 28. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre l'étape consistant à assembler les éléments individuels précédemment découpés entre eux ou avec d'autres éléments, de manière à constituer une tôle rotorique ou statorique. 29. Procédé selon la revendication 27, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre l'étape consistant à: - superposer des bandes constituant des parties de culasse et les cintrer pour former la culasse, ou - cintrer des bandes pour constituer des parties de culasse et les superposer pour former la culasse, ou - conformer en hélice une bande et accoler les spires pour former la culasse. 30. Procédé selon l'une des revendications 27 à 29, caractérisé par le fait qu'il comporte l'étape consistant à découper les éléments de circuit d'encoches de manière à ce que ces derniers aient sensiblement la même orientation des grains. 31. Procédé selon l'une des deux revendications immédiatement précédentes, caractérisé par le fait que les opérations de découpage sont effectuées de telle sorte que l'orientation des grains d'un élément de circuit d'encoches soit différente de l'orientation des grains de la partie de culasse adjacente, une fois le rotor ou le stator assemblé.