Brevet FR2983656A1 — publié le 20130607

La présente invention concerne les Machines électriques tournantes et plus particulièrement les circuits maétiques de telles machines. Les circuits magnétiques d'inducteur d'excitatrice sont classiquement constitués d'un empila.,_e de tôles. Celles-ci sont très souvent découpées d'un seul tenant dans une bande dont la largeur est sensiblement égale au diamètre extérieur de l'inducteur. Les circuits magnétiques peuvent aussi être découpés en secteurs. Chaque secteur constitue alors une fraction d'angle d'une révolution complète. Les secteurs sont ensuite réassemblés et empilés pour reconstituer un circuit magnétique complet. Dans le premier cas, l'écart entre la tôle magnétique consommée et la matière réellement nécessaire à la conduction du flux magnétique est très important. Il n'est pas rare que la matière première utilisée représente le double de la matière utile au passage du flux. Dans le deuxième cas, la réalisation en secteurs permet de minimiser la matière consommée car plus la portion d'angle du secteur est thible, plus les chutes de découpage sont faibles. Toutetbis, l'assemblage, la reconstitution d'une géométrie correcte et son maintien durant les opérations de bobinage sont difficiles. Généralement, plus la portion d'angle couverte par un secteur est faible, et plus la réalisation du paquet de tôles est complexe. L'invention vise à perfectionner encore les circuits magnétiques des machines tournantes électriques et elle y parvient grâce à un circuit magnétique pour machine électrique tournante, comportant une pluralité de paquets de tôles en secteurs superposées présentant sur leurs flancs en regard des reliefs imbriqués, et des inserts introduits dans des logements définis au moins partiellement par l'imbrication des reliefs, ces inserts assurant l'assemblage des tôles entre elles. L'invention permet de profiter pleinement de la réduction de matière liée au découpage en secteurs des tôles tout en ayant un assemblage des secteurs simple, solide et de bonne qualité. L'invention permet notamment de concilier un pas angulaire de secteur minimal avec simplicité dc fabrication, rigidité du circuit magnétique et qualité 30 d'assemblage.. De préférence, les reliefs ont chacun une forme de crochet, les concavités de deux crochets imbriqués étant orientées l'une vers l'autre. La forme des reliefs est avantageusement choisie de telle sorte qu'elle conduit à un rapprochement des secteurs lors de la pose des inserts. Le profil extérieur des reliefs et celui des encoches latérales dans lesquelles ceux-ci sont reçus sont choisis de préférence de telle sorte qu'il subsiste un jeu entre les reliefs et les encoches après l'imbrication des reliefs et avant la pose des inserts, celle-ci provoquant la déformation des reliefs et amenan des bords des secteurs à venir en butée. Un renflement peut être prévu sur chaque secteur sur sa périphérie extérieure, au niveau des reliefs, c'est-à-dire occupant sensiblement la même position angulaire que les reliefs, autour de l'axe de rotation de la machine. Le circuit comporte de préférence des trous de fixation du circuit magnétique sur la madEre, débouchant sur la périphérie extérieure des secteurs, ayant de préférence une forme en trou de serrure. Le circuit magnétique est de préférence celui d'un stator, mais peut être aussi celui d'un rotor. Chaque paquet comporte de préférence une dent du circuit magnétique seulement. Les flancs des paquets peuvent être disposés sensiblement à mi-distance des dents, au sein du circuit magnétique. Les logements peuvent présenter chacun une forme sensiblement ronde. Les inserts sont de préférence constitués par des rivets. Ces derniers ont avantageusement au moins une extrémité bouterollée contre au moins un paquet de tôles. L'invention a encore pour objet un procédé de découpage de secteurs de tôles pour réaliser un circuit magnétique tel que défini ci-dessus, dans lequel on découpe les secteurs dans une bande de tôle en imbriquant deux séries de secteurs, avec les dents d'une série de secteurs disposées entre les dents de l'autre série, les reliefs à imbriquer d'une série étant découpés sensiblement à mi-distance des reliefs à imbriquer de l'autre série. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un circuit magnétique, dans Ieeuel on assemble des secteurs en imbriquant des reliefs et l'on introduit dans les logements ainsi créés des inserts pour maintenir les secteurs dans l'état assemblé. De préférence, les inserts sont constitués par des rivets dont on provoque l'expansion radiale dans les logements. De préférence également, les rivets sont bouterolles. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, de façon partielle et schématique, un exemple de circuit magnétique selon l'invention, - la ligure 2 représente isolément un paquet, du circuit magnétique de la figure 1, la figure 3 représente isolément une tôle du paquet de la figure la figure 4 illustre le découpage des secteurs dans une bande de tôle, 10 les figures 5 et 6 illustrent l'imbrication des reliefs des secteurs, la figure 7 illustre l'insertion des rivets, la ligure 8 illustre l'introduction des goupilles dans les rivets, et la figure 9 illustre le rapprochement des secteurs lié à l'introduction des goupilles. 15 Le circuit magnétique 1 de stator représenté à la figure 1 comporte des paquets 2 assemblés entre eux au niveau de leurs flancs. Chaque paquet 2 comporte une dent 5 du circuit magnétique, pourvue dans l'exemple illustré d'un épanouissement. polaire 7. En variante, les dents 5 sont dépourvues d'épanouissements polaires. Le circuit magnétique 1 définit, entre les dents 5, des encoches 8 pour recevoir des conducteurs électriques, non 20 représentés. Le stator peut être à bobinage concentré ou à bobinage distribué. Chaque paquet 2 est formé, comme on le voit sur la figure 2, par l'empilage de tôles magnétiques 10 identiques, en secteurs, dont Pune est représentée à la figure 3. Ces tôles 10 sont assemblées par clipsage en des zones 11, de façon conventionnelle. Les zones de clipsage 11 sont par exemple situées sur la dent 15 de chaque secteur et sur les parties 16 de culasse 25 annulaire, destinées à former le circuit magnétique en arrière des encoches 8. - Des reliefs 20 et 21 sont réalisés aux extrémités de ces parties 16, respectivement sur les flancs 3 et 4, étant destinés chacun à s'imbriquer avec un relief complémentaire d'un secteur adjacent. Le relief 20 qui fait saillie sur le flanc 3 présente une forme de crochet de 30 concavité 23 dirigée vers une encoche latérale 24, dont le contour reproduit partiellement celui du relief 21. Des bords 26 et 27 sensiblement alignés l'un avec l'autre s'étendent respectivement vers le fond d'encoche du circuit magnétique à partir de l'encoche latérale 24 et radialement vers l'extérieur à partir de la base du crochet 20. Le flanc 4 comporte une encoche latérale 2.8 dans laquelle le crochet 20 d'une tôle adjacente peut s'engager, et le relief 21 présente une forme de crochet dont la concavité est dirigée vers l'encoche latérale 28. Ce crochet 21 est.positionné sur le flanc 4 de façon à s'engager dans l'encoche latérale 24 de la tôle adjacente, après assemblage des secteurs. l'encoche latérale 24 présente, du côté opposé au crochet 20, un bord 24a qui est rentrant. Il en est de même de l'encoche latérale 28, qui présente un bord rentrant 28a 10 du côté opposé au crochet 21. Chaque crochet: 20 ou 21 présente un corps plus étroit que sa tête. Le profil extérieur du crochet 20 ou 21 et celui de l'encoche latérale 24 ou 28 destinée à le recevoir sont de préférence dimensionnés de telle sorte qu'il subsiste un très léger jeu dans cette zone, notamment entre le sommet du crochet et le bord de l'encoche 15 latérale. Ce jeu est aménagé pour privilégier un contact franc entre les bords 30 et 31 et les bords 26 et 27 des secteurs lors de l'expansion des inserts. Sans ce jeu, l'assemblage risquerait d'être hyperstatique et il serait difficile de maitriser les zones réellement en contact et les zones avec jeu. Sous l'effort d'expansion, lorsque les bords 30 et 31 sont en butée avec les bords 26 et 27 des secteurs adjacents, les crochets 20 et 21 se déforment 20 légèrement, ce qui conduit à minimiser le jeu aménagé initialement entre les crochets et les encoches latérales. De cette manière, l'entrefer sur les surfaces radiales en contact, à savoir celles des bords 26, 27, 30 et 31, est annulé. 11 faut noter d'ailleurs que sachant qu'il peut subsister un léger jeu autour du crochet, il est avantageux de réaliser un renflement 80 sur l'extérieur de la tôle au niveau de chaque crochet, comme illustré à la figure 6. De cette 25 façon, on augmente la section de passage du flux dans la zone sans entrefer pour compenser la zone perturbée par la présence des crochets.et du jeu éventuel associé. H est à noter que ce renflement ne consomme pas de matière utile puisqu'il loge dans la largeur de bande servant à réaliser les secteurs. Des bords 30 et 31 prolongent respectivement le crochet 21 du côté du fond 30 d'encoche 8 du circuit magnétique et l'encoche latérale 28 vers l'extérieur. Les tôles 10 sont avantageusement découpées, comme illustré sur la figure 4, en deux séries 50 et 51 de secteurs, ces derniers étant disposés au sein de chaque série à intervalles réguliers avec la même orientation. Les séries de secteurs 50 et 51 sont découpées dans une bande de tôle dont la largeur est inférieure au double de la dimension radiale maximale d'un secteur. Les dents 15 des deux séries de secteurs sont imbriquées entre elles. Les reliefs 20 et 21 des secteurs d'une série se positionnent, dans la direction oi-igitudinale de la bande, sensiblement à mi-distance des reliefs 20 et 21 des secteurs de l'autre série. La géométrie des croefieb 20, 21 est telle que les paquets 2 définissent entre eux, lorsque les crochets sont imbriqués, des logements 56, comme illustré aux figures 5 et 6. En particulier, la concavité de chaque crochet est sensiblement demi-circulaire. Chaque encoche latérale 24 ou 28 présente une ouverture suffisamment large pour permettre le passage de la. tête du crochet. Des rivets tubulaires 70 sont introduits dans les logements 56, comme illustré à la figure 7. De préférence, le profil des tôles est fait de telle sorte que le diamètre des logements 56 reconstitué entre les crochets 20 et 2lpermette une insertion libre avec jeu des rivets 70. Les rivets utilisés sont. par exemple de type « tubulaire roulé » avec une fente longitudinale 77 offrant une très grande facilité d'expansion. !emmanchement à force de goupilles 75 au centre des rivets 70 assure l'expansion de ces derniers, coiuinc illustré aux . figures 8 et 9, ce qui provoque un rattrapage des jeux dans l'assemblage des paquets. Les secteurs se rapprochent les uns des autres lors de l'expansion de ces rivets 70. De cette façon, les faces latérales d'un paquet viennent se plaquer fortement sur les faces latérales des paquets adjacents, réduisant les entrefers indésirables dans le circuit magnétique et assurant une cohésion mécanique bien supérieure à celle obtenue par un rivetage classique. En tin.. d'emmanchement des goupilles, la deuxième extrémité des rivets est avantageusement bouterollée sur les paquets. On combine alors deux effets de maintien, le premier étant radial au coeur des rivets qui sont expansés et l'autre longitudinal par écrasement des têtes de rivets. L'effet de maintien radial assure que chaque crochet 20 ou 21 est bien appliqué contre le bord de l'encoche latérale qui le reçoit. Les bords 26 et 27 viennent en appui contre les bords 30, 31 et sont orientés radialernent. Les goupilles sont par exemple de type « goupille cannelée », mais d'autres types dc goupilles peuvent faire l'affaire. Des rivets tubulaires réalisés dans un matériau à relativement basse limite élastique peuvent être utilisés en variante. Les secteurs peuvent comporter, comme illustré, des trous 85 en fbrme de trou de serrure, destinés au passage de vis, qui serviront à fixer l'inducteur dans la machine, sur un flasque arrière en général. 11 est possible d'avoir de simples trous, non débouchant sur la périphérie ex téri cure. L'invention n'est pas limitée à l'exemple illustré. Le choix de l'angle couvert par -un secteur peut être différent, ainsi que le choix du lieu de coupure des secteurs, par exemple à mi-largeur des dents. Les tôles d'un paquet peuvent ne pas être elipsées entre elles. L'expression « comportant un » doit se comprendre comme étant synonyme de « comportant au moins un ».