Brevet FR2965125A1 — publié le 20120323

L'invention se rattache au secteur technique des machines électriques discoïdes. Plus particulièrement, l'invention concerne le stator de ce type de machine. D'une manière parfaitement connue pour un homme du métier, une machine électrique discoïde comprend au moins un stator en forme de disque maintenu sur une carcasse ou support et dont la partie centrale est évidée, ainsi qu'au moins un rotor également en forme de disque qui peut, par exemple, être monté sur un arbre en étant disposé coaxialement au stator. L'inconvénient de ce type de machine réside dans la réalisation du circuit magnétique stator. Cette difficulté est encore accrue au fur et à mesure de l'augmentation de la puissance. Le stator est obtenu à partir d'une tôle magnétique, d'une certaine hauteur et d'une épaisseur déterminée, afin de permettre son enroulement à la façon d'une spirale, de manière à former une couronne. Eventuellement, les différentes couches de l'enroulement de la bande peuvent être collées, pour assurer la solidité mécanique qui, par ailleurs, peut être encore améliorée par l'utilisation de renforts sous forme de tubes, de tiges de serrage, ..., disposés d'une manière radiale. L'armature ainsi réalisée est apte à conduire le flux magnétique et présente, sur au moins l'une de ses faces planes, des encoches régulièrement réparties sur la circonférence et destinées à recevoir le bobinage en tant que tel du stator. Une solution de ce type ressort, par exemple, de l'enseignement du brevet FR 2.583.231 qui concerne une machine discoïde comprenant un disque rotor disposé entre deux disques stator réalisés comme indiqué précédemment. Il est apparu que cette conception du stator présente certains inconvénients. Ainsi, le fait de réaliser le disque, à partir d'une bande de tôle magnétique enroulée, engendre des pertes dans le circuit magnétique, lesquelles pertes sont liées à l'induction magnétique et à la fréquence. A noter également que les dimensions importantes de ce type de disque stator pouvant aller jusqu'à plusieurs mètres de diamètre, génèrent des contraintes aussi bien pour l'étuvage que pour la manutention en nécessitant des moyens de production importants et délicats à mettre au point. Pour la réalisation du stator sous forme de disque, une autre solution ressort, par exemple, de l'enseignement du brevet FR 2.926.935. Selon l'enseignement de ce document, le stator est constitué par un ensemble de modules actifs, constituant la partie induite du circuit magnétique, et montés sur une jante réalisée à partir d'au moins deux secteurs assemblés, par exemple, par soudure ou rivetage. Cette solution n'est toutefois pas totalement satisfaisante. Par exemple, il est nécessaire d'utiliser des cales inférieures et supérieures présentant des encoches pour réceptionner le bobinage du stator. L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients d'une manière simple, sûre, efficace et rationnelle. Le problème que se propose de résoudre l'invention est de simplifier, d'une manière significative, la réalisation du stator, de rationnaliser sa fabrication, tout en ayant pour objectif d'obtenir une rigidité mécanique au moins équivalente à celle obtenue dans le cas d'un stator d'une machine discoïde obtenue à partir d'une bande de tôle magnétique enroulée. Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un stator pour machine électrique discoïde à flux axial dont le disque est constitué par une pluralité de secteurs, chaque secteur étant composé de plusieurs modules, chaque module étant constitué par un empilage de tôles magnétiques présentant des agencements pour l'enroulement d'au moins un bobinage et des agencements pour le montage d'un moyen apte à assurer, d'une part, la liaison des différents modules d'un même secteur et des différents secteurs entre eux et, d'autre part, l'accouplement des secteurs à un support. Pour résoudre le problème posé de positionner le bobinage dans le circuit magnétique du stator, les agencements sont constitués, pour chaque module, par au moins un décrochement formé à au moins l'une des extrémités de chacune des faces latérales, de manière à former, en position de juxtaposition de deux modules adjacents, une dent. Pour résoudre le problème posé de permettre le montage du moyen de liaison des différents modules d'un même secteur et des différents secteurs entre eux, et d'accouplement des secteurs au support, les agencements sont constitués, pour chaque module, par une encoche formée à partir de chacune des faces latérales, de manière à former, en position de juxtaposition de deux modules adjacents, un alésage. Avantageusement et notamment dans le cas d'un stator double, les faces latérales de chaque module présentent, symétriquement, à chacune de leurs extrémités, un décrochement, l'encoche étant réalisée entre lesdits décrochements, sensiblement dans la partie médiane de la face latérale considérée. A partir de cette conception de base, le bobinage est réalisé en combinaison avec les dents, selon tous types de bobinage, par exemple imbriqué ou sur dent. Pour résoudre le problème posé d'obtenir une circonférence à partir d'une pluralité de secteurs, chaque secteur étant composé de plusieurs modules, les différents secteurs ont une section transversale de forme générale trapézoïdale, dégressive en direction du centre du disque. En considérant le fait que chaque module d'un même secteur est constitué par un empilage de tôles magnétiques, la section transversale de forme générale trapézoïdale est obtenue par la juxtaposition des sections transversales de chaque module constituant un secteur, lesquelles sections sont quadrangulaires et de largeur dégressive en direction du centre du disque. Pour résoudre le problème posé d'assurer la liaison des différents modules d'un même secteur et des différents secteurs entre eux, d'une part, et l'accouplement des secteurs au support d'autre part, le moyen de liaison et d'accouplement est constitué par un tirant engagée dans l'alésage formé entre deux secteurs adjacents et fixé mécaniquement sur le support par tout moyen connu par exemple boulonnage, soudure... . Selon d'autres caractéristiques, la largeur de chaque module est sensiblement égale au pas dentaire des secteurs. Les tôles magnétiques de chaque module sont préalablement fixées entre elles et sont disposées parallèlement au flux. Sans pour cela sortir du cadre de l'invention, le support recevant le circuit magnétique du stator, peut présenter différentes formes de réalisation. Dans une forme de réalisation, le support mécanique est une jante 10 étoilée avec des barres en acier magnétique ou amagnétique. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en plan à caractère schématique d'un 15 exemple de réalisation du stator selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe du détail de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue partielle, en perspective, d'une partie du stator et avant assemblage d'un secteur constitué de plusieurs modules et avant mise en place du tirant de fixation et 20 d'accouplement ; - la figure 4 est une vue correspondant à la figure 3 montrant un exemple de bobinage du circuit magnétique ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un secteur selon une autre forme de réalisation selon laquelle les tirants sont de section 25 trapézoïdale ; - la figure 6 est, à plus grande échelle, une vue en coupe longitudinale correspondant à la figure 5. Comme indiqué, l'invention concerne la réalisation d'un stator pour machines électriques discoïdes à flux axial, le bobinage du stator pouvant se trouver sur une seule face ou sur les deux faces Selon une caractéristique à la base de l'invention, le disque du stator est constitué par une pluralité de secteurs identiques désignés dans leur ensemble par (S). En considérant le problème posé de simplifier et rationnaliser la fabrication, chaque secteur (S) est composé de plusieurs modules (1), chacun desdits modules étant lui-même constitué par un empilage de tôles magnétiques. Les tôles magnétiques sont, par exemple, obtenues par découpage et assemblées par collage, soudure, agrafage ou tout autre moyen. Comme il sera indiqué dans la suite de la description, chaque module (1) présente des agencements pour l'enroulement d'au moins un bobinage (2) et des agencements pour le montage d'un moyen (3) apte à assurer, d'une part, la liaison des différents modules (1) d'un même secteur et des différents secteurs (S) entre eux et, d'autre part, l'accouplement des secteurs (S) à un support (4). Comme le montre la figure 1, chaque module (1) présente au moins un décrochement (la) formé à au moins l'une des extrémités de chacune de ses faces latérales, de manière à former, en position de juxtaposition de deux modules adjacents, une dent (D). Avantageusement, dans le cas d'un stator double, comme illustré aux figures des dessins, les faces latérales de chaque module (1) présentent, symétriquement, à chacune de leurs extrémités, un décrochement (la) et (lb), de manière à former, comme indiqué précédemment, une denture supérieure et une denture inférieure après assemblage en juxtaposition des différents secteurs (S). Selon une autre caractéristique, pour le montage des moyens de liaison et d'accouplement (3), chaque module présente une encoche (lc) formée à partir de chacune des faces latérales. Ces encoches (lc) sont déterminées pour constituer un alésage en position de juxtaposition de deux modules adjacents (figure 3). Dans la forme de réalisation illustrée, chacune des encoches (lc) est réalisée entre les décrochements (la) et (lb) sensiblement dans la partie médiane de la face latérale considérée. Après assemblage en juxtaposition des différents secteurs (S) en combinaison avec les moyens (3), lesdits secteurs doivent constituer une couronne destinée à être accouplée au support (4). Dans ce but, après assemblage des différents modules (1), le secteur en résultant a une section transversale de forme générale trapézoïdale dégressive en direction du centre du disque ou couronne à réaliser. Dans ce but et en considérant que chaque module (1) résulte d'un empilage de tôles magnétiques, il est apparu préférable, pour des raisons de simplification de fabrication et de réduction des coûts, de réaliser chaque module à partir de tôles magnétiques strictement identiques en forme et en dimensions. Autrement dit, la section transversale de chaque module est quadrangulaire, par exemple carré ou rectangulaire. Dans ces conditions, pour obtenir, pour chacun des secteurs, une section transversale de forme générale trapézoïdale, chaque module constituant un secteur a une section quadrangulaire de largeur dégressive en direction du centre du disque. La section transversale de forme trapézoïdale du secteur, résulte donc d'une succession de sections quadrangulaires de largeur dégressive constituant, pour chaque secteur, des bords latéraux en forme de tronçons de hauteur de plusieurs millimètres. En conséquence, après assemblage en juxtaposition des différents secteurs par les moyens (3), comme il sera indiqué dans la suite de la description, les différents tronçons de sections vont créer un entrefer. La largeur et la hauteur de chaque module seront donc déterminées en fonction de l'entrefer maximum que l'on souhaite obtenir entre secteurs voisins. L'entrefer est un paramètre important à maîtriser en ayant une influence significative sur les performances souhaitées. Comme indiqué, l'assemblage des différents secteurs entre eux, d'une part, et leur accouplement par rapport au support (4), d'autre part, s'effectue par l'intermédiaire des moyens (3), avantageusement sous forme de tirants. Dans ce but, comme le montre notamment la figure 3, chaque tirant présente une portée (3a) engagée dans l'alésage formé entre deux secteurs adjacents et résultant de la juxtaposition de deux encoches (1c). (3a). Ce tirant (3) est fixé mécaniquement sur le support (4) par tout moyen connu par exemple boulonnage, soudure.... L'extrémité (3c) extérieure du tirant (3), présente une portée filetée pour le vissage d'un écrou (5) en combinaison avec une rondelle d'appui (6) La portée (3a) notamment peut être tronconique (figure 3) ou trapézoïdale (figure 5). Comme le montre la figure 4, après assemblage des différents secteurs (S) par rapport au support (4), on obtient un disque dont l'une au moins des faces planes présente une pluralité de dents et d'encoches pour la réalisation du bobinage (2). A noter que ce bobinage, réalisé d'une manière parfaitement connue, peut être exécuté, en considérant la réalisation du stator selon l'invention, selon tous types de bobinage connu, notamment imbriqués ou sur dent. De même, le bobinage peut être complété par un circuit de refroidissement. La largeur de chaque module (1) est sensiblement égale au pas dentaire des secteurs (S). Le support mécanique (4) du circuit magnétique en tant que tel, est par exemple constitué par une jante étoilée avec des barres en acier magnétique ou non magnétique. Les rayons peuvent être usinés directement avec le corps de la jante ou rapportés par tout moyen tel que vissage, soudage ou autre. Ils peuvent être disposés entre deux secteurs ou en alignement avec ces derniers. Comme indiqué, le concept à la base de la conception du stator, selon l'invention, peut être utilisé pour des machines discoïdes, à simple ou multiple stator. Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne et on rappelle : - la réalisation de chaque secteur à partir de plusieurs modules indépendants ; - les dimensions de chaque module, notamment la largeur et la hauteur, par rapport aux dimensions du stator et en fonction de l'entrefer que l'on souhaite obtenir entre chaque secteur ; 5 - le type de fixation des secteurs entre eux et par rapport au support, permet d'équilibrer les efforts mécaniques et de compenser les tolérances dimensionnelles - Dans le cas d'un stator bobiné sur les deux faces la possibilité de forcer les flux magnétiques d'une face à l'autre. REVENDICATIONS- 1- Stator pour machine électrique discoïde à flux axial dont le disque est constitué par une pluralité de secteurs (S), caractérisé en ce que chaque secteur (S) est composé de plusieurs modules (1), chaque module (1) étant constitué par un empilage de tôles magnétiques présentant des agencements (la) et (lb) pour l'enroulement d'au moins un bobinage (2) et des agencements (1c) pour le montage d'un moyen (3) apte à assurer, d'une part, la liaison des différents modules (1) d'un même secteur (S) et des différents secteurs (S) entre eux et, d'autre part, l'accouplement des secteurs (S) à un support (4). - 2- Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les agencements de bobinage sont constitués, pour chaque module (1), par au moins un décrochement (la) formé à au moins l'une des extrémités de chacune des faces latérales, de manière à former, en position de juxtaposition de deux modules adjacents, une encoche. - 3- Stator selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les agencements pour le montage du moyen de liaison et d'accouplement (3), sont constitués, pour chaque module (1), par une encoche (lc) formée à partir de chacune des faces latérales, de manière à former, en position de juxtaposition de deux modules adjacents (1), un alésage. -4- Stator selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les faces latérales de chaque module (1) présentent, symétriquement, à chacune de leurs extrémités, un décrochement (la) et (lb), l'encoche (lc) étant réalisée entre lesdits décrochements (la) et (lb), sensiblement dans la partie médiane de la face latérale considérée.- 5- Stator selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bobinage (2) est réalisé en combinaison avec les dents, selon tous types de bobinage. - 6- Stator selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les différents secteurs (S) ont une section transversale de forme générale trapézoïdale, dégressive en direction du centre du disque. 10 -7- Stator selon la revendication 6, caractérisé en ce que la section transversale de forme générale trapézoïdale est obtenue par la succession des sections transversales de chaque module constituant un secteur, lesquelles sections sont quadrangulaires et de largeur dégressive en direction du centre du disque. 15 - 8- Stator selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen de liaison et d'accouplement (3) est constitué par un tirant présentant une portée (3a) engagée dans l'alésage (1c) formé entre deux secteurs adjacents (S) et fixé mécaniquement sur le support (4) par tout 20 moyen connu. - 9- Stator selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque extrémité du tirant (3) présente une portée filetée (3c) pour le vissage d'un écrou (5), en combinaison avec une rondelle d'appui (6) au moins sur le diamètre 25 extérieur. - 10- Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur de chaque module (1) est sensiblement égale au pas dentaire des secteurs (S), pas dentaire correspondant au diamètre intérieur de chaque module. 5- 11- Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tôles magnétiques de chaque module (1) sont préalablement fixées entre elles et sont disposées parallèlement au flux. - 12- Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support mécanique (4) est une jante étoilée avec des barres en acier magnétique ou amagnétique. 10