Brevet FR3005807A1 — publié le 20141121

La présente invention concerne un stator de moteur électrique, un moteur électrique comportant un tel stator et un procédé de réalisation d'un tel moteur. L'invention concerne par exemple les moteurs à aimants. De tels moteurs sont par exemple utilisés pour déplacer des surfaces de vol dans un aéronef à commandes de vol électriques. Un moteur comprend généralement un rotor monté pour pivoter dans un stator formé d'un paquet de tôles définissant des pôles entourés de circuits électriques en bobines pour constituer des phases électriques permettant le pilotage du moteur. Certains dispositifs de motorisation comprennent un premier moteur et un deuxième moteur qui sont reliés à un même élément mobile pour pouvoir entraîner tous deux cet élément indépendamment l'un de l'autre. Les rotors des deux moteurs peuvent à cette fin être reliés au même arbre. En mode de fonctionnement nominal, seul le pre- mier moteur est piloté pour entraîner l'élément, le deuxième moteur ne sert qu'en cas de défaillance du premier moteur. Il a également été envisagé un actionneur ayant deux voire trois moteurs ayant un arbre de sortie commun. Trois stators sont alors montés le long de l'arbre, cha- cun en regard d'un tronçon de l'arbre qui est agencé pour former un rotor. Cette solution est moins lourde et moins encombrante tout en satisfaisant aux mêmes exigences de sécurité que la solution précédente. Cette redondance apporte plus de sécurité dans le fonctionnement du dispositif de motorisation au détriment toutefois d'une masse relativement importante du dispositif de motorisation. En outre, certaines pannes du moteur ou de son électronique de pilotage peuvent amener le moteur à exer- cer un effort de freinage. Les moteurs doivent donc être dimensionnés pour pouvoir compenser cet effort de freinage engendré par le moteur défaillant. En particulier, lorsque le moteur défaillant présente un court-circuit entre phases, l'entraînement de l'élément par l'autre mo- teur engendre la rotation du rotor du moteur défaillant, induisant dans les phases en court-circuit un courant qui ne peut être évacué et provoque l'apparition d'un couple résistant. Les moteurs doivent donc être dimensionnés pour pouvoir déplacer seuls l'élément en tenant non seulement compte des sollicitations extérieures s'exerçant sur l'élément mais aussi du couple résistant qu'engendrerait un moteur défaillant. Les moteurs doivent donc être sus- ceptibles de produire un couple plus important, ce qui augmente leur coût, leur encombrement et leur masse. On rappelle que le couple de court-circuit maxi- mal Ccc a pour valeur Ccc = 3/2.K2/ (2p. (L-M)) et apparaît à la vitesse V = R/(p.(L-M)) avec une pente à l'origine égale à 3/2.K2/R où K est le coefficient de couple phase/neutre, p est le nombre de paires de pôles, L est l'inductance du moteur, M est l'inductance mutuelle phase/neutre et R est la résistance phase/neutre. Pour limiter ce couple, il est connu d'accroître la résistance des bobines pour augmenter la vitesse de rotation du rotor à laquelle apparaît le couple maximal. Cette solution n'est donc envisageable que pour les moteurs travaillant à faible vitesse. Ceci augmente en outre les pertes par effet Joule, dégradant les performan- ces du moteur et rendant nécessaire un refroidissement du moteur. D'autres solutions existent qui demandent d'intervenir de manière importante sur le circuit magnétique et supposent des modifications tout aussi importan- tes des processus industriels de fabrication des moteurs. Une de ces solutions consiste à diminuer le flux des aimants et à compenser cette diminution du flux en prévoyant une saillance plus ou moins importante des tôles (moteurs à réluctance). Un but de l'invention est de fournir un moyen pour pouvoir, lors de la fabrication du moteur, adapter facilement le moteur à un couple de court-circuit maximal admissible prédéterminé. Dans ce but, il a été décidé d'intervenir sur l'inductance du stator. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un stator de moteur électrique, comportant une partie centrale annulaire et une culasse entourant la partie centrale, la partie centrale comprenant un paquet de tôles délimitant des pôles, le paquet de tôles comprenant une pluralité de premières tôles comportant chacune des portions formant partie de pôle qui sont réunies par une portion interne annulaire, des deuxièmes tôles formant chacune une partie de pôle étant montées entre les pre- mières tôles, les premières tôles étant espacées les unes des autres selon un pas prédéterminé en fonction d'une inductance souhaitée. En maîtrisant l'inductance du stator, on règle le couple de court-circuit du moteur. Le moteur constitué conformément à l'invention présente ainsi un couple de circuit prédéfini et adapté à l'application envisagée en utilisant un outillage classique de fabrication. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le stator comporte des dents de découplage s'étendant entre les pôles adjacents. Les dents de découplage permettent de limiter les couplages magnétiques entre les pôles. L'invention a également pour objet un moteur électrique comportant un tel stator. L'invention concerne également un procédé de fa- brication d'un tel stator. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limita- tifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle, en coupe transversale et en éclaté, de la partie interne d'un stator conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale de la culasse du stator conforme au premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale du stator conforme au premier mode de réalisation de l'invention, une fois celui-ci assemblé ; - la figure 4 est une vue partielle en perspective éclatée d'un stator conforme à un deuxième mode de réalisation. En référence aux figures 1 à 4, le moteur électrique comprend un stator 1 et un rotor monté pour pivoter dans le stator 1 autour d'un axe A (normal au plan des figures 2 et 3). Le rotor est connu en lui-même et, comme l'invention ne porte pas sur celui-ci, il n'est pas représenté sur les figures et ne sera pas décrit plus en détail par la suite. Le stator 1 comporte une partie centrale généra- lement désignée en 2, de forme annulaire définissant un logement recevant le rotor à pivotement, et une culasse 3 entourant la partie centrale 2. La partie centrale 2 comprend un paquet de tôles délimitant des pôles 4 ou dents. Le paquet de tôles comprend une pluralité de premières tôles 21 et des deuxiè- mes tôles 22. Les tôles sont empilées selon l'axe A. Chaque première tôle 21 comporte des portions 21.1 formant chacune une partie de pôle et une portion interne annulaire 21.2 qui réunit les portions 21.1 les unes aux autres. Chaque deuxième tôle 22 forme une partie de pôle et est montée avec d'autres deuxièmes tôles 22 derrière une portion 21.1. Chaque deuxième tôle est donc montée soit entre une deuxième tôle 22 et une portion 21.1, soit entre deux deuxièmes tôles 22. Les tôles sont fixées aux tôles entre lesquelles elles sont montées de préférence par agrafage (une languette découpée dans une des tôles est engagée dans une découpe d'une tôle voisine). En variante, les tôles peuvent être fixées par un autre procédé et par exemple par soudage. Ainsi, les deuxièmes tôles 22 sont montées entre les premières tôles 21 qui vont assurer le maintien en position et la solidarisation des tôles entre elles. Le nombre de deuxièmes tôles 22 montées entre les premières tôles 21 détermine un espacement, ou « pas », entre les premières tôles 21. Le pas est prédéterminé en fonction d'une inductance souhaitée du stator. Le moteur comporte des circuits électriques schématiquement représentés en 5 qui sont enroulés en bobine autour de chaque pôle 4. Les circuits électriques 5 ser- vent à la commande du moteur et sont à cette fin reliés à une unité de commande non représentée. La culasse 3 est formée par un paquet de tôles 31 qui sont ici identiques les unes aux autres. Les tôles sont empilées selon l'axe A. Chaque tôle 31 comporte un anneau plat 31.1 et des dents de découplage 31.2 s'étendant depuis une circonférence interne de l'anneau 31 en saillie vers l'intérieur de celui-ci. La fixation des tôles 31 les unes aux autres est réalisée comme précédemment. Les dents de découplage 31.2 s'étendent entre les pôles 4 ad- jacents. Le stator 1 a ici une section transversale à l'axe A ayant un contour externe de forme circulaire. Il va de soi que ce contour externe peut avoir une forme différente et par exemple une forme carrée. Le stator 1 du moteur est réalisé par la mise en oeuvre du procédé de fabrication suivant. Ce procédé comprend une phase de fabrication de la partie centrale 2, comprenant les étapes de : - déterminer un pas d'espacement des premières tôles 21 de la partie centrale 2 en fonction d'une inductance souhaitée du stator, - découper, empiler et fixer les premières tôles 21 et les deuxièmes tôles 22 de telle manière que les premières tôles 21 soient espacées les unes des autres selon le pas déterminé, - enrouler un conducteur électrique autour des pôles 4 de l'empilement de tôles formant la partie centrale 2 pour former les circuits électriques 5. On comprend que l'inductance souhaitée du stator est déterminée en fonction d'un couple de court-circuit maximal admissible. Ce dernier dépend de l'application envisagée pour le moteur. Le nombre de premières tôles par rapport au nombre total de tôles est par exemple su- périeur à 5%. Ce procédé comprend une phase de fabrication de la culasse 3. Cette phase comporte les étapes de découper, empiler et fixer les tôles 31 les unes aux autres. Le procédé se poursuit par le montage de la culasse 3 autour de l'empilement de tôles formant la par- tie centrale 2 après l'opération d'enroulement. La culasse 3 est enfilée sur la partie centrale 2 de telle manière que chaque dent de découplage s'étende à mi-chemin entre deux pôles de l'empilement de tôles formant la par- tie centrale 2. Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique identique à ces derniers dans la description qui suit du deuxième mode de réalisation. Dans le deuxième mode de réalisation de la figure 4, le stator comprend comme précédemment une partie centrale 2 comprenant un paquet de tôles délimitant des pôles 4. Le paquet de tôles comprend une pluralité de pre- mières tôles 21 et de deuxièmes tôles 22. Chaque première tôle 21 comporte ici des portions 21.1 formant chacune une partie de pôle, une portion interne annulaire 21.2 qui réunit les portions 21.1 les unes aux autres et des portions 21.3 formant dent de dé- couplage qui sont reliées à la portion interne annulaire 21.2. Les portions 21.3 s'étendent en saillie vers l'extérieur des portions internes annulaires 21.2 de telle manière qu'il y ait une portion 21.3 à mi-chemin entre les portions 21.1 de chaque paire de portions 21.1 adja- centes. Chaque deuxième tôle 22 forme une partie de pôle et est montée avec d'autres deuxièmes tôles 22 derrière une portion 21.1. Chaque deuxième tôle 22 est donc montée soit entre une deuxième tôle 22 et une portion 21.1, soit entre deux deuxièmes tôles 22. Les tôles sont fixées aux tôles entre lesquelles elles sont montées de préférence par agrafage (une languette découpée dans une des tôles est engagée dans une découpe d'une tôle voisine). En variante, les tôles peuvent être fixées par un autre procé- dé et par exemple par soudage. La partie centrale 2 comportant des troisièmes tôles 23 formant chacune une partie de dent de découplage, les troisième tôles 23 étant empilées avec les premières tôles 21 et les deuxièmes tôles 22. Chaque troisième tôle 23 forme une partie de pôle et est montée avec d'autres deuxièmes tôles 22 derrière une portion 21.3. Chaque troisième tôle 23 est donc montée soit entre une troisième tôle 23 et une portion 21.3, soit entre deux troisièmes tôles 22. Les tôles sont fixées aux tôles entre lesquelles elles sont montées de préférence par agrafage (une languette découpée dans une des tôles est engagée dans une découpe d'une tôle voisine). En variante, les tôles peuvent être fixées par un autre procédé et par exemple par soudage. Les tôles 31 formant la culasse 3 ont la forme d'anneaux plats à contours interne et externe annulaires. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, le stator peut être dépourvu de dents de découplage. Les dents de découplage peuvent être solidaires de la partie centrale annulaire du stator ou de la culas- se du stator. Bien que l'utilisation de dents de découplage soit particulièrement avantageuse avec une partie centrale comportant des premières tôles espacées les unes des autres selon un pas prédéterminé en fonction d'une inductance souhaitée, les dents de découplage sont utilisables dans des stators, à culasse, ayant une partie centrale de structure différente. Les portions de tôles et tôles formant partie de pôle peuvent avoir une largeur constante comme représenté aux figures ou une largeur variable avec par exemple une partie de plus grande largeur au voisinage de la culasse ou autre. REVENDICATIONS1. Stator (1) de moteur électrique, comportant une partie centrale annulaire (2) et une culasse (3) en- tourant la partie centrale, la partie centrale comprenant un paquet de tôles délimitant des pôles (4), caractérisé en ce que le paquet de tôles comprend une pluralité de premières tôles (21) comportant chacune des portions formant partie de pôle (21.2) qui sont réunies par une por- tion interne annulaire (21.1), des deuxièmes tôles (22) formant chacune une partie de pôle étant montées entre les premières tôles, les premières tôles étant espacées les unes des autres selon un pas prédéterminé en fonction d'une inductance souhaitée. 2. Stator selon la revendication 1, comportant des dents de découplage s'étendant entre les pôles adjacents. 3. Stator selon la revendication 2, dans lequel les dents de découplage sont formées chacune d'une por- tion de tôles (31.2) de la culasse (3), ladite portion de tôle s'étendant en saillie radiale vers l'intérieur. 4. Stator selon la revendication 2, chaque première tôle (21) comportant entre les portions formant partie de pôle (21.1) une portion formant dent de décou- plage (21.3) reliée à la portion interne annulaire (21.2), et la partie centrale (2) comportant des troisièmes tôles (23) formant chacune une dent de découplage, les troisième tôles étant empilées avec les premières tôles et les deuxièmes tôles. 5. Moteur comportant un stator selon l'une quel- conque des revendications précédentes. 6. Procédé de fabrication d'un stator (1), com- portant une partie centrale annulaire (2) comportant des premières tôles (21) et des deuxièmes tôles (22), chaque première tôle comportant des portions formant partie depôle (21.1) qui sont réunies par une portion interne annulaire (21.2), les deuxièmes tôles formant chacune une partie de pôle et étant montées entre les premières tôles, le procédé comprenant les étapes de : - déterminer un pas d'espacement des premières tôles en fonction d'une inductance souhaitée du stator, - réaliser la partie centrale annulaire en empilant des premières tôles et les deuxièmes tôles de telle manière que les premières tôles soient espacées les unes des autres selon le pas déterminé, - enrouler un conducteur électrique autour d'au moins un des pôles de l'empilement de tôles formant la partie centrale. 7. Procédé selon la revendication 6, comprenant l'étape de monter une culasse (3) autour de l'empilement de tôles formant la partie centrale (2) après l'opération d'enroulement. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la culasse (3) comprend des dents de découplage formées chacune d'une portion de tôle (31.2) s'étendant en sail- lie radiale vers l'intérieur, la culasse étant montée de telle manière que chaque dent de découplage s'étende à mi-chemin entre deux pôles de l'empilement de tôles formant la partie centrale (2).