Brevet FR2847084A1 — publié le 20040514

Tôle pour circuit magnétique de machine dynamo-électrique tournante. DESCRIPTION La présente invention concerne des dispositions de mise en oeuvre de tôles magnétiques utilisées dans les circuits magnétiques à flux alternatif de machines dynamoélectrique tournantes d'axe Z, telles que celles du type à flux transversal à la direction locale X du déplacement. Dans les machines à flux parallèle à la direction du déplacement et à entrefers cylindriques, du type à composition vectorielle ou à réluctance variable, on utilise des empilages dans la direction axiale Z de tôles identiques découpées dans un feuillard à largeur et épaisseur constantes. Avec des entrefers plans (machine dite discoïde), on utilise avantageusement un circuit enroulé à partir d'un ruban encoché à pas progressif comme décrit dans le FR 2 739 505 (TECHNICATOM). Mais cette disposition n'est pas applicable en cas de flux transversal. Dans une machine à flux transversal à entrefers cylindriques ou plans, la machine est composée de circuits magnétiques élémentaires statoriques et rotoriques disposés en couronnes. Suivant une première disposition connue de machines à entrefers cylindriques, les circuits magnétiques élémentaires sont des arceaux constitués chacun par un empilage de tôles minces cintrées et une paire de circuits statorique et rotorique provient du sectionnement d'un anneau enroulé et collé, suivant le FR 2 727 263 (KOEHLER). Dans cette disposition, les bobines à carcasses rapportées sur un noyau statorique limitent le volume de cuivre. Dans une disposition suivant le EP 1 170 850 (KOEHLER), sur un empilage de tôles statoriques planes, on peut bobiner directement un conducteur de grosse section. En comparaison avec une composition vectorielle, on a plus de performance en ampèretours, une masse de cuivre réduite et une facilité de mise en oeuvre. Cependant si un circuit magnétique élémentaire statorique ou rotorique est constitué par un empilage de tôles à faces parallèles et avec un nombre réduit de pôles sur la circonférence, l'espace trapézoïdal disponible entre deux circuits est mal utilisé: D'une part la section de fer n'a une forme en trapèze que si on ajoute des tôles latérales ne couvrant pas l'entrefer, obligeant le flux à passer d'une tôle à sa voisine (figure 7 du document). D'autre part, si une forme trapézoïdale d'une bobine statorique (figure 8 du document) diminue l'épaisseur du bobinage à l'opposé de l'entrefer en permettant une augmentation de la section de fer, cette disposition n'est cependant valable qu'avec un rotor extérieur, elle n'accepte pas de conducteurs méplats et elle n'est pas facile à mettre en oeuvre. Ces difficultés d'implantation de circuits sont augmentées avec une machine discoïde car les tôles empilées couvrent de grandes différences de diamètres. Le but de la présente invention est de proposer une structure d'empilage de tôles de circuit magnétique statorique ou rotorique de machine dynamo-électrique tournante, de préférence à réluctance variable, à flux transversal et à effet Vernier, permettant de construire simplement dans différentes structures un circuit magnétique élémentaire occupant efficacement le volume disponible. L'invention s'applique à un empilage de tôles fait dans la direction X du déplacement avec un nombre N de tôles élémentaires façonnées par un outil de découpe ou de poinçonnage dans une bande laminée de largeur constante. Le circuit magnétique élémentaire ainsi obtenu après collage ou soudures est destiné à être logé dans un volume libre limité par un diamètre extérieur, par un diamètre intérieur et par des plans radiaux qui définissent par rapport à l'axe Z un angle au centre correspondant au nombre de circuits magnétiques à loger dans le périmètre de la machine. Des surfaces d'entrefers cylindriques ou planes sont constituées par des faces de l'empilage et un enroulement statorique ou un bobinage en cage d'écureuil rotorique peut être disposé sur la partie centrale du circuit magnétique élémentaire. Une face de l'empilage peut aussi avoir une hauteur réduite et être accolée à une première face d'un aimant permanent dont la deuxième face constitue une surface d'entrefer rotorique, comme cela est représenté sur la figure 4 du FR 0 790 695 (KOEHLER) Suivant l'invention, une tôle de l'empilage a une épaisseur décroissante depuis le diamètre extérieur jusqu'à son extrémité vers l'axe Z de façon à ce que des faces latérales d'un empilage aient dans la direction X un angle solide permettant d'occuper au mieux le volume laissé libre entre deux circuits magnétiques élémentaires voisins. Si le circuit magnétique élémentaire comporte dans sa partie centrale un bobinage ayant une épaisseur constante dans un plan perpendiculaire à l'axe Z, les faces de la tôle font entre elles un angle individuel qui est égal à l'angle au centre divisé par le nombre N de tôles dans l'empilage. Si ce bobinage est constitué par un enroulement de manière à constituer un circuit magnétique élémentaire statorique, des tôles d'extrémités de l'empilage constituant la limite de la surface de l'entrefer ont, au niveau de l'âme de la bobine, une hauteur réduite. Dans ce cas, les tôles ont de préférence, au niveau de l'âme de la bobine, des angles qui sont matricés ou émoussés par une frappe. La bande de largeur constante, dans laquelle les tôles sont découpées par un outil, provient d'un feuillard magnétique laminé dont les dernières passes de laminage sont faites avec des paires de rouleaux ayant entre eux un angle égal, pour au moins la dernière passe, à 180. moins le double de l'angle individuel de manière à ramener l'excès de matière vers les bords du feuillard avant cisaillage de bande à largeur imposée. L'outil de découpe comporte alors de préférence au moins une paire d'empreintes disposées têtes-bêches, les parties des tôles élémentaires à forte épaisseur étant situées entre les deux empreintes d'une paire de façon à éviter des efforts dissymétriques et à avoir la faible épaisseur à l'endroit des chutes de matière des jonctions entre empreintes. L'invention s'applique à une machine dynamo-électrique comprenant au moins un circuit magnétique élémentaire statorique ou rotorique fabriqué avec des tôles suivant l'une des caractéristiques ci-dessus. Aux dessins annexés, donnés à titre non limitatif: la figure 1 représente en coupe partielle perpendiculaire à l'axe Z une machine à entrefers cylindriques; la figure 2 représente cette machine en coupe partielle passant par l'axe Z; la figure 3 représente symboliquement un outil de découpe avec sa bande laminée et la figure 4 représente en coupe partielle perpendiculaire à l'axe Z une machine à entrefers plans. Sur la figure 1, on n'a représenté en 1A et 1 B que deux circuits magnétiques statoriques élémentaires extérieurs angulairement voisins sur un total de 18 circuits. Un circuit 1 est vu dans un plan passant par l'axe Z sur la figure 2. Le volume libre par circuit 1 est limité par le diamètre extérieur 2 qui est ici le diamètre actif, par le diamètre intérieur d'entrefer 3 sur lequel est situé l'entrefer 4 de chaque circuit et par des plans limites 5 passant par l'axe Z et faisant un angle au centre 6 correspondant ici à 20. pour les 18 circuits 1. Le rotor, non représenté, se situe à l'intérieur du diamètre 3 et se déplace dans la direction X . Il a un nombre de pôles de 12, 14, 22, 24 ou 30 suivant le nombre de phases (9, 6 ou 3) et l'effet Vernier positif ou négatif. Les circuits 1 sont représentés d'un coté en coupe au niveau de l'entrefer 4 et de l'autre coté au niveau d'un bobinage 7 constitué par un enroulement 8 d'excitation d'une phase. Sur la figure 2, on voit que l'enroulement 8 a une épaisseur constante sur une âme rectiligne. Sur le circuit 1 B de la figure 1, des tôles 9 d'épaisseur constante sont empilées dans la direction X comme cela est d'usage. La section de fer a donc des faces parallèles. Il en résulte que l'espace trapézoïdal libre 10 ne peut être utilisé en totalité par du fer et du cuivre. On a représenté à gauche un enroulement 8 à section constante laissant un espace inutilisé 11. Par contre, suivant l'invention, comme cela est visible sur le circuit 1 A, l'empilage est fait avec des tôles 12 dont l'épaisseur est décroissante depuis le diamètre extérieur 2 jusqu'à son extrémité vers l'axe Z de façon à ce que des faces latérales 13 d'un circuit magnétique élémentaire 1 aient dans la direction X un angle solide 14 permettant d'occuper au mieux le volume laissé libre par la présence de l'enroulement 8, même si son épaisseur n'était pas constante comme sur la figure 8 du document cité. Avec une épaisseur constante de l'enroulement 8, la section de fer est limitée par des faces latérales 13 parallèles respectivement aux plans limites 5 et passant par les extrémités des entrefers 4 en laissant à l'enroulement 8 une épaisseur constante et en permettant au fer d'occuper tout le reste du volume disponible 10. L'angle 14 entre les faces latérales 13 est donc dans ce cas égal à l'angle au centre 6. Il en résulte qu'un empilage 15 est constitué par des tôles 12 à épaisseur décroissante et les faces d'une tôle font entre elles un angle individuel 16 égal à l'angle au centre 6 divisé par le nombre N de tôles constituant cet empilage 15. Dans le cas où le circuit magnétique élémentaire 1 comportant des entrefers 4 cylindriques, les tôles d'extrémités latérales 17 de l'empilage 15 constituent la limite de la surface de l'entrefer 4 et au moins une de ces tôles 17 a, au niveau de l'âme de l'enroulement 8, une longueur radiale réduite de façon à ce que le bobinage soit réalisé sur une âme comportant des coins arrondis 18 qui peuvent être matricés ou émoussés par une frappe. Sur la figure 3, on a représenté en 19 une bande de largeur constante, dans laquelle les tôles sont découpées par un outil 2 0. La bande 19 provient d'un feuillard magnétique laminé dont les dernières passes de laminage sont faites avec des paires de rouleaux ayant entre eux un angle égal, pour la dernière passe, à 180[deg] moins le double de l'angle individuel 16 de manière à ramener l'excès de matière vers les bords du feuillard avant cisaillage de bande à largeur imposée. De préférence, l'outil 20 comporte au moins une paire d'empreintes 21 disposées têtes-bêches, les parties des tôles élémentaires 12 à forte épaisseur étant situées entre les deux empreintes d'une paire de façon à éviter des efforts dissymétriques et à avoir la faible épaisseur à l'endroit des chutes de matière 2 2 des jonctions entre empreintes. La figure 4 concerne une application de l'invention à une machine à entrefers plans en utilisant les mêmes repères. Les deux surfaces d'entrefer 4 ont sensiblement la même surface. On voit que l'utilisation de tôles à épaisseur décroissante empilées dans la direction X est ici indispensable. Bien entendu, sans sortir de l'invention, des modifications peuvent être apportées aux descriptions ci-dessus. REVENDICATIONS l.Tôle élémentaire (12) destinée à constituer par empilage avec d'autres tôles un circuit magnétique élémentaire (1) d'une machine dynamo-électrique tournante d'axe Z, l'empilage des tôles (15) se faisant dans la direction X du déplacement, avec un nombre N de tôles élémentaires (12) façonnées par un outil (20) de découpe ou poinçonnage dans une bande laminée de largeur constante (19), le circuit magnétique élémentaire (1 ) ainsi obtenu après collage ou soudures étant destiné à être logé dans un volume libre limité par un diamètre extérieur (2), par un diamètre intérieur (3) et par des plans radiaux (5) qui définissent par rapport à l'axe Z un angle au centre (6) correspondant au nombre de circuits magnétiques (1) à loger dans le périmètre de la machine, des surfaces d'entrefers (4) étant constituées par des faces de l'empilage (15),caractérisée en ce qu'une tôle (12) de l'empilage (15) a une épaisseur décroissante depuis le diamètre extérieur (2) jusqu'à son extrémité vers l'axe Z de façon à ce que des faces latérales (13) d'un empilage (15) aient dans la direction X un angle solide (14) permettant d'occuper au mieux le volume laissé libre entre deux circuits magnétiques élémentaires (1 ) voisins. 2.Tôle (12) selon la revendication 1, destinée à constituer un circuit magnétique élémentaire (1) dans lequel la partie centrale comporte un bobinage (7) ayant une épaisseur constante dans un plan perpendiculaire à l'axe Z, caractérisée en ce que les faces de la tôle (12) font entre elles un angle individuel (16) qui est égal à l'angle au centre (6) divisé par le nombre N de tôles dans l'empilage (15). 3.Tôle (12) selon la revendication 2, dans lequel le bobinage (7) est constitué par un enroulement (8 ) de manière à constituer un circuit magnétique élémentaire (1) statorique, caractérisée en ce que des tôles d'extrémités (17) de l'empilage (15) constituant la limite de la surface de l'entrefer (4) ont, au niveau de l'âme de l'enroulement (8), une hauteur réduite. 4.Tôle (1 7) selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elles ont, au niveau de l'âme de l'enroulement (8), des angles (18) qui sont matricés ou émoussés par une frappe. 5.Tôle (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bande de largeur constante (19), dans laquelle les tôles sont découpées par un outil (2 0), provient d'un feuillard magnétique laminé dont les dernières passes de laminage sont faites avec des paires de rouleaux ayant entre eux un angle égal, pour au moins la dernière passe, à 180[deg] moins le double de l'angle individuel (16) de manière à ramener l'excès de matière vers les bords du feuillard avant cisaillage de bande à largeur imposée. 6.Tôle (12) selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'outil (2 0) comporte au moins une paire d'empreintes (21) disposées têtes-bêches, les parties des tôles élémentaires (12) à forte épaisseur étant situées entre les deux empreintes d'une paire de façon à éviter des efforts dissymétriques. 7. Machine dynamo-électrique comprenant au moins un circuit magnétique élémentaire (1 ) statorique ou rotorique fabriqué avec des tôles (12) suivant l'une des revendications 1 à 6.