Brevet FR3078452A1 — publié le 20190830

TOLE MAGNETIQUE STATORIQUE, PROCEDE ET MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE ASSOCIES La présente invention concerne une tôle magnétique pour un stator d'une machine électrique tournante. La présente invention concerne également une machine électrique tournante comprenant une telle tôle magnétique et un procédé de fabrication d'une telle tôle magnétique. Une machine électrique tournante comporte un stator dans lequel est inséré un rotor, et peut peser plusieurs dizaines de tonnes. Par exemple, une machine électrique tournante à 2 pôles développant 37 MW pèse 46 tonnes. Selon l'application dans laquelle est utilisée la machine électrique tournante, sa masse peut être supérieure à la masse maximale admissible. De plus, pour une machine électrique tournante de masse importante, les opérations de manutention sont plus compliquées à mettre en oeuvre, notamment le transport de la machine qui peut nécessiter un convoi routier exceptionnelle. Il est donc nécessaire de réduire la masse de la machine. Une méthode de réduction de la masse de la machine consisterait à alléger le rotor ou le stator en utilisant pour leur réalisation des matériaux de masse volumique plus faible, par exemple en remplaçant dans les enroulements statoriques et rotoriques le cuivre par de l'aluminium. Cependant, pour des raisons liées aux propriétés mécaniques, thermiques et électriques des matériaux, il n'est pas possible de remplacer les matériaux usuellement employés. Une autre méthode de réduction de la masse de la machine consisterait à réduire le volume de matériau incorporé dans le rotor. Cependant, les caractéristiques électriques de la machine électrique tournante sont directement proportionnelles au volume de matériaux cuivreux et ferreux incorporés dans le rotor. 2 On pourrait également réduire le volume de matière du stator. Le stator d'une machine électrique tournante peut comporter un empilement de tôles magnétiques de forme sensiblement circulaire maintenues entre elles par des tirants ou des barreaux. Les tirants ou 5 barreaux compactent et maintiennent les tôles magnétiques. Les tôles magnétiques statoriques comportent un évidement en leur centre destinées à recevoir un rotor. On a représenté à la figure 1 un exemple de stator 1 feuilleté d'une machine électrique connu de l'état de la technique comportant 10 un axe de révolution (A). Le stator a par exemple une masse de 25 tonnes et un diamètre extérieur de 2 mètres. L'empilement de tôles magnétique dans le stator pèse 19 tonnes. Le stator 1 comprend des paquets de tôles magnétiques 2 15 compactées entre deux plateaux de serrage 3 disposés de part et d'autre du stator et reliés par des tirants 4. Les plateaux 3 et les tirants 4 formant la carcasse du stator maintiennent les paquets de tôles compactés. La figure 2 représente une portion d'une tôle magnétique 2 20 selon l'état de la technique. La tôle magnétique 2 comprend une culasse 5 et des dents 6. La culasse 5 comporte des trous 7 destinés à accueillir les tirants 4 et une zone 8 de tôle située entre les dents 6 et les trous 7. Les dents 6 forment des encoches destinées à recevoir les 25 enroulements statoriques générant un champ magnétique. Le couple développé par la machine électrique tournante est directement proportionnel au flux magnétique généré par les enroulements circulant dans la zone 8 de la tôle 2. En d'autres termes, la surface 8 de tôle située entre les trous 7 30 et les dents 6 est dimensionnée de sorte que les caractéristiques électriques et mécaniques d'une machine électrique tournante incorporant la tôle magnétique 2 soient optimales. 3 Il est donc proposé de pallier les inconvénients liés aux méthodes de réduction de la masse d'une machine électrique tournante selon l'état de la technique. Au vu de ce qui précède il est proposé une tôle magnétique 5 statorique pour machine électrique tournante comprenant une culasse comprenant une zone de fixation configurée pour fixer la tôle dans le stator de la machine électrique tournante et située sur une périphérie extérieure de la tôle et comprenant des ouvertures destinées à accueillir des moyens de liaison configurés pour maintenir la tôle 10 magnétique statorique dans le stator. La zone de fixation comprend des échancrures configurées de sorte que chacune des ouvertures soit entourée d'un cordon de tôle de largeur supérieure ou égale à une valeur minimale. De préférence, les ouvertures sont réparties de manière 15 régulière sur la périphérie extérieure. Avantageusement, les ouvertures comprennent des trous circulaires échancrés. Selon un mode de réalisation, les ouvertures comprennent des trous rectangulaires, carrés ou elliptiques. 20 Selon un autre aspect, il est proposé un stator pour machine électrique tournante comprenant des moyens de liaison configurés pour maintenir une pluralité de tôles magnétiques statoriques telles que définies précédemment. De préférence, les moyens de liaison comportent des tirants de 25 section circulaire et les ouvertures comportent des trous circulaires échancrés. Selon un mode de réalisation, les moyens de liaison comportent des barreaux de section rectangulaire et les ouvertures comportent des trous rectangulaires. 30 Avantageusement, les tôles magnétiques sont circulaires. Il est proposé selon encore un autre aspect, une machine électrique tournante comprenant un stator tel que défini précédemment. 4 Il est encore proposé un procédé de réalisation d'une tôle magnétique statorique pour machine électrique tournante comprenant une culasse comprenant une zone de fixation configurée pour fixer la tôle dans stator de la machine électrique tournante et située sur une 5 périphérie extérieure de la tôle et comprenant des ouvertures destinées à accueillir des moyens de liaison configurés pour maintenir la tôle magnétique statorique dans le stator. On échancre la zone de fixation de sorte que chacune des ouvertures soit entourée d'un cordon de tôle de largeur supérieure ou 10 égale à une valeur minimale. Avantageusement, on répartit les ouvertures de manière régulière sur la périphérie extérieure. De préférence, on réalise des ouvertures de forme circulaire échancrée. 15 Selon encore un autre aspect, il est proposé un procédé de réalisation d'un stator comprenant une pluralité de tôles magnétiques statoriques telles que définies précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de 20 réalisation de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins sur lesquels : - les figures 1 et 2, dont il a déjà été fait mention, illustrent respectivement un stator et une tôle magnétique statorique selon l'état de la technique ; 25 - la figure 3 illustre un mode de réalisation d'un stator d'une machine électrique tournante ; et - la figure 4 illustre un mode de réalisation d'une portion de tôle magnétique statorique. On se réfère à la figure 3 qui illustre un mode de réalisation 30 d'un stator S d'une machine électrique tournante. Le stator S comprend une structure métallique cylindrique, des tirants 9 de section circulaire et des empilements de tôles magnétiques 10 annulaires compactées. Il comprend en outre des enroulements 5 électriques statoriques non représentés, destinés à être connectés à un dispositif de commande non représenté. Bien qu'ici les tôles magnétiques 10 soient de forme circulaire, selon un autre mode de réalisation, les tôles magnétiques peuvent être 5 de forme quelconque, par exemple carrée, comprenant un évidement central circulaire destiné à recevoir un rotor de la machine électrique tournante. L'axe de révolution de la structure métallique de forme cylindrique est représenté par l'axe (R). 10 La structure métallique comprend deux plateaux P de serrage et des moyens de liaison comprenant ici des tirants 9. Les tôles magnétiques 10 sont compactées axialement entre les deux plateaux P de serrage reliés entre eux par les moyens de liaison. La structure métallique assure ainsi la compaction et participe 15 à la rigidité du stator. Les moyens de liaison sont fixés aux plateaux de serrage par exemple par soudage, vissage. En outre, les moyens de liaison traversent les tôles 10 de manière à maintenir les tôles magnétiques 10 dans le stator S. 20 Bien qu'ici les moyens de liaison relient les plateaux de serrage et maintiennent les tôles 10 dans le stator, selon un autre mode de réalisation, des premiers moyens de liaison relient les plateaux de serrage et des deuxièmes moyens de liaison maintiennent les tôles magnétiques 10 dans le stator S. 25 Le rotor de la machine électrique tournante vient s'insérer au centre de la structure métallique de telle sorte que l'axe de rotation du rotor coïncide sensiblement avec l'axe (R). Les tôles magnétiques 10 sont regroupées en paquets de tôles pouvant être séparés l'un de l'autre par des distanceurs disposés entre 30 eux pour créer un conduit de ventilation entre les paquets de tôles magnétiques 10. On se réfère à la figure 4 qui illustre une portion d'une tôle magnétique statorique 10. La tôle 10 comporte des dents 11 et une culasse 12. 6 La culasse 12 est située sur la périphérie externe de la tôle 10 et s'étend jusqu'aux dents 11 situées sur la périphérie interne de la tôle. Les dents 11 forment des encoches destinées à recevoir les enroulements électriques statoriques. 5 La culasse 12 comprend une zone 13 de fixation située sur la périphérie externe de la tôle magnétique statorique, servant à fixer la tôle 10 dans le stator S et une zone 14 de canalisation de flux magnétique située entre les dents 11 et la zone 13 de fixation. Le couple délivré par une machine électrique tournante 10 incorporant le stator S est proportionnel au flux magnétique généré par les enroulements électriques statoriques circulant dans la zone 14 de canalisation. La zone 14 de canalisation de flux magnétique est dimensionnée de sorte que la machine électrique tournante incorporant 15 le stator S fournisse le couple voulu. La zone 13 de fixation comprend des ouvertures 15 configurées pour accueillir les moyens de liaison et des échancrures 16 configurées de sorte que chacune des ouvertures 15 soit entourée d'un cordon C de tôle de largeur supérieure ou égale à une valeur minimale tm,.. 20 Les échancrures 16 permettent de retirer de la matière de la tôle 10 sans compromettre la rigidité de la tôle 10 et en assurant la fixation de la tôle dans le stator S. Par conséquent, les échancrures 16 permettent de réduire la masse de la tôle 10. 25 Une ouverture 15 entourée d'un cordon C de tôle forme une patte de fixation 17. La valeur Gui, de la largeur du cordon C est déterminée de manière que la rigidité de la patte de fixation 17 soit suffisante pour assurer le maintien et le compactage des tôles magnétiques statoriques 30 dans le stator STAT et le transfert du couple. La largeur du cordon C est supérieure à la valeur tm,.. Les ouvertures 15 sont de préférence réparties de manière régulière sur la périphérie extérieure de la tôle comme représenter ici ou être réparties de manière irrégulière sur la tôle. 7 Comme représenté ici, les moyens de liaison comportent les tirants 9 de section circulaire, par conséquent les ouvertures 15 des pattes de fixation 17 sont de forme circulaire. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de liaison 5 comportent des barreaux de section rectangulaire. Les ouvertures 15 sont configurées pour accueillir les barreaux, c'est-à-dire que les ouvertures 15 sont rectangulaires. Bien que deux modes de réalisation des moyens de liaison de section rectangulaire et circulaire aient été décrits, toute forme de 10 section est envisageable, par exemple une section elliptique, carrée. Les échancrures 16 sont réalisées par exemple par découpage laser, par emboutissage ou tout procédé connu de l'homme du métier. En d'autres termes, on échancre la zone de fixation 14 de sorte que chacune des ouvertures 15 soit entourée d'un cordon C de tôle de 15 largeur supérieure ou égale à une valeur minimale tmin. Les ouvertures 15 dans les pattes 17 sont réalisées par exemple par poinçonnage, découpage laser ou tout procédé connu de l'homme du métier. Les pattes 17 peuvent être échancrées comme représenté ici de 20 sorte à faciliter l'éjection du résidu de coupe dans le cas de l'obtention des logements 15 par poinçonnage ou de sorte à optimiser la trajectoire d'une tête de découpage laser. Les échancrures 16 permettent d'alléger la masse des tôles magnétiques statoriques. 25 Par exemple pour un stator pesant 25 tonnes et comprenant un ensemble de tôles magnétiques statoriques pesant 19 tonnes, les échancrures 16 permettent d'alléger le stator de 1.5 tonnes tout en conservant les propriétés magnétiques du stator, soit un allégement des tôles statoriques de 8%. 30 Avantageusement, REVENDICATIONS1. Tôle (10) magnétique statorique pour machine électrique tournante comprenant une culasse (12) comprenant une zone (13) de fixation configurée pour fixer la tôle dans le stator de la machine électrique tournante et située sur une périphérie extérieure de la tôle et comprenant des ouvertures (15) destinées à accueillir des moyens de liaison configurés pour maintenir la tôle magnétique statorique dans le stator, caractérisée en ce que la zone de fixation comprend des échancrures (16) configurées de sorte que chacune des ouvertures soit entourée d'un cordon (C) de tôle de largeur supérieure ou égale à une valeur minimale (tmin). 2. Tôle magnétique statorique selon la revendication 1, dans laquelle les ouvertures (15) sont réparties de manière régulière sur la périphérie extérieure. 3. Tôle magnétique statorique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle les ouvertures (15) comprennent des trous circulaires échancrés. 4. Tôle magnétique statorique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle les ouvertures (15) comprennent des trous rectangulaires, carrés ou elliptiques. 5. Tôle magnétique statorique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, de forme circulaire. 6. Stator pour machine électrique tournante comprenant des moyens de liaison configurés pour maintenir une pluralité de tôles magnétiques statoriques dans le stator, chaque tôle magnétique comprenant une culasse (12) comprenant une zone (13) de fixation configurée pour fixer la tôle dans le stator et située sur une périphérie extérieure de la tôle et comprenant des ouvertures (15) configurées pour accueillir les moyens de liaison, caractérisée en ce que la zone de fixation comprend des échancrures (16) configurées de sorte que chacune des ouvertures soit entourée d'un cordon (C) de tôle de largeur supérieure ou égale à une valeur minimale (tmin). selon l'une quelconque des revendications précédentes 10 7. Stator selon la revendication 6, dans lequel les moyens de liaison comportent des tirants (9) de section circulaire et les ouvertures comportent des trous circulaires échancrés. 8. Stator selon la revendication 6, dans lequel les moyens de 5 liaison comportent des barreaux de section rectangulaire et les ouvertures comportent des trous rectangulaires. 9. Stator selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel la tôle magnétique est circulaire. 10. Machine électrique tournante comprenant un stator (S) 10 selon l'une quelconque des revendications 6 à 9. 11. Procédé de réalisation d'une tôle magnétique statorique pour machine électrique tournante comprenant une culasse (12) comprenant une zone (13) de fixation configurée pour fixer la tôle dans stator de la machine électrique tournante et située sur une 15 périphérie extérieure de la tôle et comprenant des ouvertures (15) destinées à accueillir des moyens de liaison configurés pour maintenir la tôle magnétique statorique dans le stator, caractérisé en ce que l'on échancre la zone de fixation de sorte que chacune des ouvertures soit entourée d'un cordon (C) de tôle de largeur supérieure ou égale à une 20 valeur minimale (tmin). 12. Procédé de réalisation d'une tôle magnétique statorique selon la revendication 11, dans lequel on répartit les ouvertures (15) de manière régulière sur la périphérie extérieure. 13. Procédé de réalisation d'une tôle magnétique statorique 25 selon l'une des revendications 11 et 12, dans lequel on réalise des ouvertures de forme circulaire échancrée (15). 14. Procédé de réalisation d'un stator (S) comprenant une pluralité de tôles (10) magnétiques statoriques, dans lequel on réalise les tôles magnétiques statoriques selon l'une quelconque des 30 revendications 11 à 13.