Brevet FR3068183A1 — publié le 20181228

Stator pour machine électrique à flux transverse à griffes et machine électrique correspondante La présente invention se rapporte aux machines électriques à flux transverse à griffes et concerne en particulier la réalisation du stator à griffes de telles machines. Les machines électriques à flux transverse à griffes comportent un grand nombre de paires de pôles et sont notamment adaptées pour des applications à faible ou moyenne vitesse, par exemple, de quelques centaines de tours par minute. Elles sont bien connues dans le domaine des alternateurs de véhicule automobile et sont également utilisées pour la réalisation de moteurs de disque dur. Elles présentent l'avantage d'avoir un coût de fabrication en série contenu, de fournir une ségrégation magnétique entre les phases permettant facilement de faire des machines relativement tolérantes aux pannes, et offrent un couple massique élevé permettant d'envisager l'utilisation de ces machines en « direct drive », c'est-à- dire dans des actionneurs électromécaniques sans réducteur. Le stator de ces machines peut être réalisé en tôles fines ou en poudre de fer ou encore en fer doux. L'utilisation de tôles fines, matériau usuel des stators de machines électriques, pose des problèmes de pertes dans le circuit magnétique, ou pertes fer, en raison de la circulation tridimensionnelle du flux magnétique. Par ailleurs la mise en forme des tôles, qui doivent être pliées avant assemblage, est très complexe à mettre en oeuvre. La solution généralement utilisée pour pallier ces inconvénients consiste en l'usage d'un matériau magnétique composite à base de poudre de fer, également désigné par le terme de SMC (pour «Soft Magnetic Composite» SMC, en anglais), qui est naturellement isotrope et peut être mis en forme aisément, malgré des performances magnétiques limitées. La mise en forme se fait par compression 2 uniaxiale, pour atteindre des densités de matière finale acceptables, comme par exemple 7,5, pour préserver de bonnes propriétés magnétiques Les machines électriques à griffes en SMC sont généralement 5 réalisées avec des griffes qui sont formées d'un seul tenant avec le corps du stator au moyen de poinçons. On a représenté sur la figure 1 un stator 1 en SMC d'une machine électrique à flux transverse à griffes selon l'état de la technique. Le stator comprenant un corps C et six griffes 2 formées d'un seul tenant avec le corps du stator 1. 10 Chaque griffe est formée au moyen d'un poinçon mobile unidirectionnel compressant le SMC jusqu'à 800MPa. Chaque griffe est pourvue de faces orthogonales ou parallèles au plan de compression, lui-même orthogonal à l'axe de compression A, confondu avec l'axe de rotation du stator 1. 15 Les machines électriques à griffes présentent l'avantage que leur bobinage est indépendant du nombre de paires de pôles de fabrication. Mais la conception et la réalisation des griffes restent aujourd'hui délicates. Le design magnétique actuel des griffes engendre, au cours du fonctionnement, un fort effet de concentration 20 de flux à la jonction de la partie proximale des griffes avec la base annulaire 5, d'un facteur de concentration pouvant aller de 4 à 6, et y saturer fortement le fer, ce qui limite le flux magnétique capté par le bobinage et limite le couple fourni par la machine. Une solution permettant d'élargir la section de fer pour un 25 passage d'un flux magnétique plus important augmenterait en revanche directement le couple de la machine de manière proportionnelle. Toutefois, les machines électriques à griffes connues ne permettent pas de désaturer suffisamment le fer de la partie proximale des griffes. Au vu de ce qui précède, un but de l'invention est de proposer 30 une machine électrique à flux transverse à griffes permettant de pallier tout ou partie des inconvénients précités et, en particulier, de proposer une structure de stator permettant d'élargir la section de flux d'un pôle dans la partie proximale de la dent en abaissant la culasse sous le pied de dent. 3 L'invention a donc pour objet un stator pour machine électrique à flux transverse à griffes, comprenant un corps annulaire et un ensemble de griffes dressées à partir de la périphérie du corps. Le corps peut comprendre une base annulaire s'étendant 5 radialement de sorte que le rayon intérieur de ladite base annulaire est inférieur au rayon extérieur de l'épaulement. Les griffes comportent chacune une première portion proximale solidaire du corps et une deuxième portion distale d'épaisseurs différentes, la portion distale ayant une épaisseur inférieure à celle de 10 la portion proximale, lesdites portions proximale et distale délimitant un épaulement formé sur la surface externe de la griffe. Selon une autre caractéristique du stator, l'épaulement s'étend perpendiculairement à l'axe général de la griffe. Avantageusement, les griffes s'étendent parallèlement à un axe 15 général du stator, coïncidant à un axe de rotation de la machine, lorsque le stator est assemblé dans ladite machine. Dans un mode de mise en oeuvre, le stator est réalisé en un matériau magnétique composite à base de poudre de fer. Les griffes peuvent ainsi être venues de matière avec le corps 20 du stator. Selon encore une autre caractéristique du stator, celui-ci comprend une collerette périphérique dressée à partir de la périphérie externe du corps annulaire de manière à entourer les griffes. La hauteur de la collerette périphérique est préférentiellement 25 sensiblement égale à la hauteur de l'épaulement. L'ensemble de griffes peut se dresser à partir de la périphérie interne ou externe du corps annulaire. L'invention a également pour objet une machine électrique à flux transverse à griffes, comprenant au moins un stator, un bobinage 30 et au moins un rotor apte à tourner autour d'un axe de rotation par rapport audit stator, ledit stator comprenant un corps annulaire et un ensemble de griffes dressées à partir de la périphérie interne du corps. Les griffes comportant chacune une première portion proximale solidaire du corps et une deuxième portion distale d'épaisseurs 4 différentes, la portion distale ayant une épaisseur inférieure à celle de la portion proximale, lesdites portions proximale et distale délimitant un épaulement formé sur la surface externe de la griffe. Avantageusement, l'épaulement de chaque griffe est orthogonal 5 à l'axe principal de rotation du rotor par rapport au stator. Dans un mode de mise en oeuvre, le stator comprend deux demi-stators appariés comprenant chacun un ensemble de griffes comportant chacune lesdites première portion proximale et deuxième portion distale d'épaisseurs différentes, la portion distale ayant une épaisseur 10 inférieure à celle de la portion proximale, lesdites portions proximale et distale délimitant un épaulement formé sur la surface externe de la griffe. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement 15 à titre non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, dont il a déjà été fait mention, représente un corps de stator d'une machine électrique à griffes selon l'état de la technique ; 20 - la figure 2 est une vue en perspective d'un corps de stator à griffes d'une machine électrique conforme à l'invention ; - la figure 3A est une vue de face d'un stator à griffes ; - la figure 3B est une vue en coupe selon la ligne X-X' du stator à griffes de la figure 3A ; 25 - la figure 4 est un schéma en perspective d'un assemblage d'un stator en deux parties et d'un bobinage ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un secteur angulaire d'un stator assemblé ; - la figure 6 est une vue en perspective du même secteur 30 angulaire du stator assemblé ; et - la figure 7 est une vue en perspective d'un secteur angulaire plus large du même stator assemblé. Sur la figure 2, on a représenté un stator de machine électrique griffes selon l'invention, désigné par la référence numérique 5 générale 3. Ce stator comporte un corps 4 généralement annulaire réalisé par compression uniaxiale d'un matériau magnétique composite à base de poudre de fer SMC. Le corps du stator comprend une base annulaire 5 et une 5 collerette périphérique 6 globalement cylindrique entourant partiellement ou entièrement la base 5 et venue de matière avec la base. Le stator est doté de griffes, telles que 7, ici au nombre de six, qui se dressent depuis la périphérie interne, ou depuis la périphérie 10 externe de la base annulaire 5, en regard de la collerette périphérique. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque le stator est doté d'un nombre différent de griffes. Les griffes s'étendent parallèlement à l'axe de rotation A' de la machine électrique dans laquelle le stator vient se monter et sont 15 disposées à équidistance l'une de l'autre. Comme on le voit également sur les figures 3A et 3B, chaque griffe a une forme étagée et comprend deux portions proximale 8 et distale 9 ayant des épaisseurs différentes, la partie proximale 8 solidaire de la base annulaire du stator ayant une épaisseur réduite par 20 rapport à l'extrémité libre distale 9 de la griffe. Les deux portions proximale et distale comportent chacune un décroché délimitant un épaulement 10, les griffes étant conformées de sorte que l'épaulement 10 soit ménagé sur leur surface radialement externe et que la surface radialement interne des griffes soit droite. 25 L'épaulement s'étend perpendiculairement à l'axe général des griffes et à l'axe de rotation A', afin de pouvoir être réalisé par compression uniaxiale avec une presse hydraulique. De préférence, l'épaulement se situe au milieu de chaque dent de manière à permettre de réaliser les griffes avec le même outil que le corps du stator. En référence à la 30 figure 3A, les griffes sont réalisées de sorte que le rayon intérieur R1 de la base annulaire du rotor, mesuré entre la surface périphérique interne de la base et l'axe A', soit inférieur au rayon R2 de chaque épaulement, mesuré entre la surface radialement externe de la portion proximale 8 et l'axe A'. 6 Les griffes sont réalisées d'un seul tenant avec le corps du stator. La partie distale 9 peut être réalisée en réduisant la quantité de matière utilisée pour la formation de la partie distale. Selon un mode de réalisation, la quantité de matière nécessaire à la réalisation de la 5 collerette périphérique 6 est identique à celle qui est retranchée à la partie distale 9 de chaque griffe pour former l'épaulement 10. Pour désaturer la partie proximale 8 des griffes, la section de passage de flux magnétique au niveau de la partie proximale des griffes est plus importante que dans la partie distale des griffes. 10 On appelle distance interpolaire E la distance d'isolement magnétique dans la section de passage du flux magnétique. Elle est un compromis nécessaire pour limiter les flux de fuite. La présence d'un décroché externe dans les dents combinée à la présence de la collerette 6 présente l'avantage de conserver la même 15 distance interpolaire E par rapport aux stators conventionnels, tout en limitant la perte de matière dans la partie distale 9 de la griffe, ce qui limite l'effet de concentration de flux à la jonction de la partie proximale 8 de la griffe avec la base annulaire 5. Le dimensionnement de la partie distale 9 de la griffe est issu d'un compromis où la 20 diminution de la quantité de matière dans la partie distale 9 est acceptable. Par ailleurs, le décroché pratiqué dans les griffes permet de dégager de l'espace pour que la base annulaire 5 s'étende radialement vers l'intérieur du stator, jusqu'en dessous du niveau des griffes, afin 25 d'augmenter latéralement la section de fer. Le décroché est réalisé de manière à être suffisamment profond pour permettre à la base annulaire 5 de s'étendre radialement plus près de l'axe principal de rotation que le sommet 11 des griffes avec une distance E d'isolement magnétique identique, nécessaire pour limiter les flux de fuite. Ainsi, 30 la base annulaire 5 a son contour interne plus près de l'axe principal de rotation que chacune des faces externes des parties proximales 8 des dents. En particulier ceci assure avantageusement un gain en performance par un élargissement de la dent à sa base. 7 L'effet de concentration du flux à la jonction de la partie proximale 8 des griffes avec la base annulaire 5 est ainsi avantageusement supprimé, retirant également le bouchon de flux habituel des machines à griffes. Le gain en performance peut atteindre 5 jusqu'entre 50% et 100% selon les machines électriques à griffes. Cette configuration augmente avantageusement la section de fer pour le passage du flux magnétique dans les griffes du stator, avec l'avantage de conserver une géométrie fabricable par compression uniaxiale, assurant une bonne qualité de matériau magnétique et un 10 coût de réalisation limité. Comme illustré à la figure 4, le stator peut être réalisé à partir de deux demi-stators 12 et 14 appariés et assemblés, comprenant chacun des dents dotées d'un décroché externe et assemblés l'un à l'autre, comme décrit précédemment en référence aux figure 2, 3A et 15 3B, avec interposition d'un bobinage 13, pour former une phase de la machine électrique. La figure 5 illustre un secteur angulaire de stator assemblé formant une unique pièce à partir de deux demi-stators 12 et 14. En particulier, ils sont reliés solidairement au niveau de leur collerette 6. 20 Le bobinage n'est pas représenté sur cette figure ce qui laisse entrevoir, au niveau de la section transversale, une cavité entre les deux demi-stators 12 et 14 partiellement close par les ensembles de dents complémentaires. La figure 6 illustre le même secteur angulaire de stator que 25 celui de la figure 5. Il comprend deux dents 7a et 7b appartenant respectivement aux deux demi-stators 12 et 14 assemblés. Par symétrie axiale, on comprend que le stator est composé de dents autour de son orifice central, se dressant alternativement depuis chaque demi-stator, et s'étendant alternativement dans une direction 30 opposée deux-à-deux, comme on le voit sur la figure 7, REVENDICATIONS1. Stator pour machine électrique à flux transverse à griffes, comprenant un corps (4) annulaire et un ensemble de griffes (7) dressées à partir de la périphérie du corps, caractérisé en ce que les griffes comportent chacune une première portion (8) proximale solidaire du corps (4) et une deuxième portion distale (9) d'épaisseurs différentes, la portion distale ayant une épaisseur inférieure à celle de la portion proximale, lesdites portions proximale et distale délimitant un épaulement (10) formé sur la surface externe de la griffe. 2. Stator selon la revendication 1, dans lequel le corps (4) comprend une base annulaire (5) s'étendant radialement de sorte que le rayon intérieur de ladite base annulaire (5) est inférieur au rayon extérieur de l'épaulement (10). 3. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel l'épaulement s'étend perpendiculairement à l'axe général de la griffe. 4. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les griffes s'étendent parallèlement à un axe général du stator, coïncidant à un axe de rotation de la machine, lorsque le stator est assemblé dans ladite machine. 5. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ledit stator étant réalisé en un matériau magnétique composite à base de poudre de fer, les griffes étant venues de matière avec le corps du stator. 6. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le stator (3) comprend une collerette périphérique (6) dressée à partir de la périphérie externe du corps annulaire (9) de manière à entourer les griffes. 7. Stator selon la revendication précédente, dans lequel la hauteur de la collerette périphérique (6) est sensiblement égale à la hauteur de l'épaulement (10). 9 8. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'ensemble de griffes (7) est dressé à partir de la périphérie interne du corps (4) annulaire. 9. Stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 5 dans lequel l'ensemble de griffes (7) est dressé à partir de la périphérie externe du corps (4) annulaire. 10. Machine électrique à flux transverse à griffes, comprenant au moins un stator (3), un bobinage (13) et au moins un rotor apte à tourner autour d'un axe de rotation (A) par rapport audit stator (3), 10 ledit stator comprenant un corps (4) annulaire et un ensemble de griffes (7) dressées à partir de la périphérie interne du corps, caractérisé en ce que les griffes comportant chacune une première portion (8) proximale solidaire du corps (4) et une deuxième portion distale (9) d'épaisseurs différentes, la portion distale ayant une 15 épaisseur inférieure à celle de la portion proximale, lesdites portions proximale et distale délimitant un épaulement (10) formé sur la surface externe de la griffe. 11. Machine électrique à flux transverse à griffes selon la revendication 10, dans laquelle l'épaulement de chaque griffe est 20 orthogonal à l'axe principal de rotation (A) du rotor par rapport au stator. 12. Machine électrique à flux transverse à griffes selon la revendication 10 ou 11, dans lequel le stator comprend deux demi-stators appariés comprenant chacun un ensemble de griffes comportant 25 chacune lesdites première portion (8) proximale et deuxième portion distale (9) d'épaisseurs différentes, la portion distale ayant une épaisseur inférieure à celle de la portion proximale, lesdites portions proximale et distale délimitant un épaulement (10) formé sur la surface externe de la griffe.