Brevet FR2814294A1 — publié le 20020322

La présente invention concerne une machine électrique recyclable du type comprenant un stator et un rotor mobile en rotation autour d'un axe longitudinal de la machine, au moins un premier du rotor et du stator comprenant lui-même une carcasse et des enroulements électriquement conducteur portés par la carcasse, la carcasse étant réalisée en un matériau broyable en fragments pouvant s'écouler à travers les spires de l'enroulement lors d'un recyclage par broyage de la machine, la carcasse comprenant un corps qui entoure l'axe longitudinal et des dents radiales, qui sont en saillie depuis le corps et régulièrement réparties angulairement autour de l'axe longitudinal et qui portent les enroulements. L'invention s'applique en particulier aux moteurs électriques et notamment à ceux utilisés dans l'industrie automobile. Les moteurs électriques utilisés dans ce domaine, par exemple pour entraîner l'hélice d'un groupe moto-ventilateur (GMV), sont généralement des moteurs à courant continu dont le stator comporte des aimants permanents et dont le rotor est disposé dans le stator et comporte des enroulements. Il est souhaitable que ces moteurs soient facilement recyclables. C'est pour cette raison que l'on utilise des matériaux broyables en fragments pour réaliser les carcasses des rotors dans ces moteurs, comme proposé dans le document FR-A-2 735 915. Ce document préconise d'utiliser des matériaux composites obtenus à partir de poudre de fer et d'une résine diélectrique. De tels matériaux sont généralement appelés en français composites magnétiques doux et en anglais Soft Magnetic Composites (SMC). On a aussi constaté que des matériaux obtenus par compression et cuisson de poudre de fer dont les grains sont revêtus d'une couche d'oxydes présentent la même capacité à être broyés. Toutefois, les propriétés magnétiques des carcasses ainsi obtenues sont moins bonnes que celles des carcasses réalisées classiquement par empilage de tôles minces en fer doux. Ainsi, les performances des moteurs électriques utilisant de telles carcasses sont inférieures, à dimensions égales, à celles des moteurs classiques. Pour pallier cet inconvénient, on connaît des moteurs électriques du type précité, dans lesquels les dents radiales comprennent, à leurs extrémités radiales libres, des épanouissements transversaux en surplomb délimités par des bords longitudinaux des dents. De tels épanouissements permettent d'augmenter la surface de chaque dent en regard des aimants du stator. Le captage du champ magnétique sous les aimants du stator du moteur est donc accrue tout en limitant l'augmentation de la masse et de l'encombrement du moteur. Un but de l'invention est de permettre d'améliorer encore les performances d'une machine du type précité tout en limitant l'augmentation de l'encombrement ou de la masse d'une telle machine. A cet effet, l'invention a pour objet une machine du type précité, caractérisée en ce que chaque dent radiale comprend, à son extrémité radiale libre éloignée du corps, au moins un épanouissement longitudinal en surplomb délimité par un bord transversal de la dent, et le bord transversal a une forme générale convexe comme vu dans un plan orthogonal à la direction radiale de la dent. Selon des modes particuliers de réalisation, la machine comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prise (s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - pour chaque dent, le bord transversal est courbe ; - pour chaque dent, le bord transversal rejoint les bords longitudinaux de l'extrémité radiale libre de la dent en formant des arêtes saillantes ; - la machine constitue un moteur électrique ; - le corps est un noyau central sur lequel les dents sont en saillie radialement vers l'extérieur ; et - le premier du rotor et du stator est le rotor. L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend une machine électrique telle que définie ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe latérale illustrant la structure générale d'un moteur électrique selon l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique de face de la carcasse du rotor du moteur de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle, schématique, agrandie et en coupe prise suivant la ligne 111-111 de la figure 2 et illustrant la structure d'une dent de la carcasse de la figure 2, - les figures 4A à 4C sont des vues schématiques en coupe latérale illustrant trois étapes successives d'un procédé de fabrication de la carcasse de la figure 2, et - la figure 5 est une vue partielle, schématique et en coupe prise suivant la ligne V-V de la figure 3. La figure 1 représente schématiquement un moteur électrique 1 à courant continu utilisé dans un véhicule automobile. Ce moteur 1 présente un axe longitudinal A et comprend : - un stator 2 comprenant lui-même un boîtier extérieur 3 dont la paroi périphérique porte des aimants permanents 4 régulièrement répartis angulairement autour de l'axe A, et - un rotor 5, disposé à l'intérieur du stator 2 et comprenant un arbre rotatif 6, une carcasse ou armature 7 montée sur l'arbre 6 et des enroulements électriquement conducteurs 8 portés par la carcasse 7. Comme illustré par les figures 1 et 2, la carcasse 7 comprend un corps ou noyau central 10 en forme de manchon d'axe A et des dents radiales 11, en saillie vers l'extérieur depuis le noyau 10 et régulièrement réparties angulairement autour de l'axe A. Les dents 11 ont la même structure et seule une dent 11 sera donc décrite par la suite. La dent 11 est reliée par une extrémité radiale intérieure 12 au noyau 10 et son extrémité radiale extérieure 13 est libre. L'extrémité libre 13 présente une face 14 radialement extérieure destinée à passer sous les aimants 4 lorsque le rotor 5 tourne autour de l'axe A. La face 14 appartient à un cylindre géométrique de révolution d'axe A. La dent 11 présente une section courante, prise suivant un plan orthogonal à la direction radiale de la dent 11 tel que celui de la figure 3, rectangulaire sensiblement constante sauf au niveau de son extrémité libre 13. En effet, comme on le voit sur les figures 1 à 3, l'extrémité libre 13 présente une forme évasée vers l'extérieur avec deux épanouissements transversaux 15 et deux épanouissements longitudinaux 16. Les épanouissements transversaux 15 sont en surplomb de chaque côté latéral de la dent 11 et sont chacun délimités par un bord longitudinal 17 rectiligne parallèle à l'axe A. Les épanouissements longitudinaux 16 sont en surplomb à chaque extrémité longitudinale de la dent 11 et sont chacun délimités par un bord transversal 18 courbe et convexe, comme vu dans le plan de la figure 3. Les bords transversaux 18 rejoignent les bords longitudinaux 17 en formant des arêtes saillantes 19. Les arêtes 19, qui correspondent aux extrémités latérales des bords transversaux 18, sont donc situées longitudinalement en retrait par rapport aux centres 20 de ces bords 18. La carcasse 7 a été fabriquée d'une seule pièce en un matériau broyable en fragments susceptibles de s'écouler au travers des spires des enroulements 8. Il s'agit par exemple d'un matériau SMC obtenu par moulage par compression puis cuisson d'un mélange de poudres de fer et de résine époxy. Pour de plus amples détails concernant une telle fabrication, on pourra se reporter par exemple au document FR-A-2 735 915. Grâce au matériau constituant la carcasse 7, le moteur 1 peut être recyclé de manière relativement aisée par broyage. Cette possibilité de recyclage par broyage est particulièrement intéressante puisque les véhicules automobiles, susceptibles d'incorporer un tel moteur, sont généralement soumis à un broyage en vue de recycler les matériaux de leurs éléments constitutifs. Par ailleurs, grâce à la présence des épanouissements transversaux 15 et longitudinaux 16, la surface de chaque face 14 est importante et la carcasse 7 capter un flux magnétique important sous les aimants 4 du stator 2 avec un encombrement et une masse réduite. Ainsi, les propriétés magnétiques de la carcasse 7, bien que réalisée dans un matériau SMC, sont satisfaisantes et les performances du moteur 1 sont augmentées par rapport à un moteur dont les dents de la carcasse ne comportent pas d'épanouissements longitudinaux. On notera que les enroulements 8 sont logés sous les épanouissements longitudinaux 16 ce qui permet de limiter l'encombrement axial global du rotor 5. Il faut également noter que la forme des épanouissements longitudinaux 16, délimités par des bords 18 convexes, permet de faciliter la fabrication de la carcasse 7. En effet, lorsque la carcasse 7 est fabriquée par moulage par compression puis cuisson comme indiqué précédemment, on utilise comme illustré par les figures 4A à 4C une matrice fixe 22 ouverte à ses extrémités inférieure et supérieure, et un poinçon supérieur 23 et un poinçon inférieur 24 mobiles verticalement dans la matrice. La matrice 22 et les poinçons 23 et 24 sont tels que la carcasse 7 formée aura, avant éjection de la matrice 22, son axe longitudinal A orienté verticalement. Le remplissage de la cavité de moulage 25 délimitée intérieurement par la matrice 22 et les poinçons 23 et 24 est assuré en retirant le poinçon supérieur 23, puis en déversant le mélange 26 de poudres dans cette cavité, comme illustré par la figure 4A, et enfin en repoussant latéralement l'excès de mélange pour que la surface supérieure 27 de ce mélange soit sensiblement horizontale et affleurante, comme illustré par la figure 4B. En raison du mode de remplissage de la cavité 25, celle-ci ne contient pas initialement, dans les zones périphériques 28 correspondant aux extrémités libres 13 des dents 11, suffisamment de mélange de poudres pour former les épanouissements longitudinaux. Les poinçons 23 et 24, en se déplaçant vers l'intérieur de la cavité 25 comme schématisé par les flèches 30 sur la figure 4C, doivent donc exercer des efforts importants pour ramener du mélange 26 vers ces zones périphériques. En raison de la forme convexe des bords transversaux 18 délimitant les épanouissements longitudinaux 16, la quantité de mélange 26 à ramener à la périphérie de la cavité de moulage 25 est donc plus réduite que si les bords 18 étaient rectilignes. Ainsi, les efforts que les poinçons 23 et 24 doivent exercer pour fabriquer la carcasse 7 sont réduits. Pour cette même raison, la densité de la carcasse 7 est moins hétérogène dans les extrémités libres 13 des dents 11. Par conséquent, la fragilité des épanouissements longitudinaux 16 est réduite en évitant les risques de rupture qui pourraient se produire, au niveau des arêtes 19, si les bords transversaux 18 étaient rectilignes. Pour autant, la réduction de la surface des faces 14 résultant de la forme convexe des bords transversaux 18 est faible. Son impact sur les performances du moteur 1 est donc faible. Par ailleurs, la forme convexe des bords transversaux 18 a pour conséquence que la surface extérieure de chaque dent 11 présente au niveau des côtés latéraux des épanouissements longitudinaux 18 des pentes plus faibles par rapport à la direction radiale de la dent correspondante. Ainsi, comme on le voit sur la figure 5 la tangente T19 à la surface extérieure d'une dent 11 au niveau d'une arête 19 d'un bord longitudinal 18 est moins inclinée par rapport à la direction radiale de la dent 11 correspondante que la tangente T20 passant par le centre 20 du même bord 18. Les efforts subis lors de la fabrication de la carcasse 7 par les régions les plus fragiles des épanouissements longitudinaux 16, c'est-à-dire au voisinage des arêtes 19, sont donc réduits, en limitant ainsi les risques de rupture de ces régions lors du procédé de fabrication. On notera également que la présence d'arêtes 19 entre les bords longitudinaux 17 et les bords transversaux 18 permet de réduire l'inclinaison des tangentes aux régions correspondantes des surfaces extérieures des poinçons 23 et 24 par rapport aux directions radiales des dents correspondantes. Ainsi, les risques de rupture des poinçons sont également réduits. L'invention peut s'appliquer de manière générale à une machine électrique recyclable, par exemple à un alternateur. Dans ce cas, la carcasse dont les dents présentent la forme décrite précédemment peut faire partie du stator et les dents faire saillie radialement vers l'intérieur depuis un corps extérieur qui est une couronne. L'invention peut également s'appliquer à des moteurs dans lesquels le stator est disposé à l'intérieur du moteur et réalisé selon les principes décrits ci- dessus, les enroulements portés par les dents étant alimentés électriquement pour produire un champ tournant entraînant en rotation un rotor extérieur portant des aimants permanents. Dans chacune de ces applications, le procédé de fabrication du rotor et/ou du stator incorporant les principes ci-dessus sera tel qu'on réalisera méthodiquement chaque bord transversal délimitant un épanouissement longitudinal avec une forme générale convexe, comme vu dans un plan orthogonal à la direction radiale de la dent correspondante. REVENDICATIONS 1. Machine électrique recyclable (1) du type comprenant un stator (2) et un rotor (5) mobile en rotation autour d'un axe longitudinal (A) de la machine, au moins un premier (5) du rotor et du stator comprenant lui-même une carcasse (7) et des enroulements électriquement conducteur (8) portés par la carcasse, la carcasse étant réalisée en un matériau broyable en fragments pouvant s'écouler à travers les spires de l'enroulement (8) lors d'un recyclage par broyage de la machine, la carcasse comprenant un corps (10) qui entoure l'axe longitudinal (A) et des dents radiales (11), qui sont en saillie depuis le corps et régulièrement réparties angulairement autour de l'axe longitudinal (A) et qui portent les enroulements, caractérisée en ce que chaque dent radiale (11) comprend, à son extrémité radiale libre (13) éloignée du corps (10), au moins un épanouissement longitudinal en surplomb (16) délimité par un bord transversal (18) de la dent, et en ce que le bord transversal a une forme générale convexe comme vu dans un plan orthogonal à la direction radiale de la dent (11). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour chaque dent (11), le bord transversal (18) est courbe. 3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, pour chaque dent (11), le bord transversal (18) rejoint les bords longitudinaux (17) de l'extrémité radiale libre (13) de la dent (11) en formant des arêtes (19) saillantes. 4. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle constitue un moteur électrique. 5. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps (10) est un noyau central sur lequel les dents (11) sont en saillie radialement vers l'extérieur. 6. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier du rotor et du stator est le rotor. 7. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend une machine électrique selon l'une des revendications précédentes.