Brevet FR3080964A1 — publié le 20191108

Description Titre de l'invention : Module pour réaliser un noyau magnétique d'une machine électrique mol] La présente invention concerne les modules pour réaliser un noyau magnétique d'une machine électrique, qui trouvent des applications particulièrement avantageuses pour la réalisation de stators et de rotors de moteurs ou de génératrices électriques. Domaine technique [0002] Une machine électrique est un dispositif électromécanique basé sur l'électromagnétisme permettant la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique et inversement. Technique antérieure [0003] Les machines électriques produisant de l'énergie électrique à partir d'une énergie mécanique sont communément appelées génératrices, dynamos ou alternateurs. Les machines électriques produisant une énergie mécanique à partir de l'énergie électrique sont communément appelées des moteurs. [0004] Il est bien connu que ces machines électriques comportent un rotor et un stator constitués d'un assemblage de noyaux magnétiques. [0005] Un tel noyau magnétique est constitué d'une plaque en forme de disque avec un orifice central et comportant, sur sa périphérie extérieure ou intérieure, des dents espacées les unes des autres pour réaliser des encoches dans lesquelles passent des conducteurs électriques sous forme de bobinages pour créer un champ magnétique qui se concentre sur les dents. Cette technique est bien connue et de nombreux documents publiés traitent de ce sujet. [0006] Cependant, aucun ne traite de la réalisation de modules unitaires qui permettent de réaliser des stators et des rotors à la demande selon différentes configurations, notamment en pouvant ajuster le nombre de segments contenus dans le stator (ou rotor), ainsi que le nombre de dents de stator (ou de rotor). [0007] Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de réaliser un module pour réaliser un noyau magnétique d'une machine électrique, qui réponde au moins aux deux buts mentionnés ci-dessus. Résumé de l'invention [0008] Plus précisément, la présente invention a pour objet un module pour réaliser un noyau magnétique d'un rotor ou d'un stator d'une machine électrique, caractérisé par le fait qu'il comporte un élément de base, ledit élément de base comportant : [0009] - deux lames oblongues sensiblement identiques et planes, chacune définissant un axe longitudinal et une surface plane de référence, 2 [0010] - des moyens pour solidariser ensemble les deux dites lames de façon que les axes longitudinaux de ces deux lames soient convergents en un point de convergence et selon un angle de convergence de valeur ci, et - au moins deux têtes de dents identiques solidaires d'une extrémité respectivement des deux lames, chaque tête de dent étant réalisée de façon à être inscrite dans un angle au centre dont le sommet est situé sur ledit point de convergence et dont la valeur p est inférieure à la valeur oc. Brève description des dessins [0011] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels : [0012] - La figure 1 représente un schéma de principe fonctionnel d'un module selon l'invention pour la réalisation d'un noyau magnétique d'une machine électrique, [0013] - Les figures 2 et 3 représentent respectivement, en vue de face, deux modes de réa- lisation industrielle possibles d'un module selon l'invention en accord avec la représentation sur la figure 1, la figure 2 représentant un module plus particulièrement destiné à la réalisation d'un stator pour machine électrique dite inversée et la figure 3 représentant un module plus particulièrement destiné à la réalisation d'un stator pour machine électrique dite directe, [0014] - Les figures 4 et 5 représentent, à titre d'exemples, une réalisation de stators obtenus avec des modules ayant une structure selon respectivement les figures 2 et 3, et [0015] - Les figures 6 et 7 représentent, à titre d'exemples, un autre mode de réalisation de stators respectivement pour machine électrique inversée et directe obtenus avec un module selon l'invention en accord avec les représentations sur respectivement les figures 2 et 3. Description des modes de réalisation [0016] Il est tout d'abord précisé que les figures représentent différents modes de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut en exister d'autres qui répondent à la définition de cette invention. [0017] Il est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte "au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant "au moins un" de ces éléments. 3 [0018] Il est de même précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle. [0019] Il est enfin précisé que, dans la présente description, si l'adverbe "sensiblement" est associé à un qualificatif d'un moyen, ce qualificatif doit être compris au sens strict ou approché. [0020] En référence aux figures annexées, notamment à la figure 1, la présente invention est relative à un module pour réaliser un noyau magnétique d'un rotor ou d'un stator d'une machine électrique comme spécifié au préambule de la présente description, que ces rotor et stator soient monophasés ou polyphasés. [0021] Un tel module comporte un élément de base Eb, cet élément de base comportant deux lames oblongues 11, 12 sensiblement identiques et planes, chacune définissant un axe longitudinal 13, 14 et une surface plane de référence. Ces lames peuvent avoir différentes épaisseurs, en étant par exemple réalisées dans une plaque épaisse ou peu épaisse comme une feuille. [0022] L'élément de base Eh comporte en outre des moyens 20 pour solidariser les deux lames 11, 12 de façon que les axes longitudinaux de ces deux lames soient convergents en un point de convergence C et selon un angle de convergence de valeur a, et au moins deux têtes de dents identiques 21-1, 22-1; 21-2, 22-2 solidaires d'une extrémité respectivement des deux lames 11, 12, chaque tête de dent étant réalisée de façon à être inscrite dans un dièdre présentant un angle au centre dont le sommet est situé sur le point de convergence C et dont la valeur p est inférieure à la valeur a. [0023] Selon une réalisation préférentielle, les moyens 20 pour solidariser ensemble les deux lames 11, 12 sont agencés de façon que l'élément de base Eb présente une symétrie orthogonale par rapport au plan bissecteur Pb de l'angle de convergence. Une telle réalisation est aisément obtenue lorsque ces moyens 20 sont constitués d'une barre 22 perpendiculaire au plan bissecteur Pb de cet angle de convergence et dont les deux extrémités sont respectivement fixées solidairement aux deux lames 11, 12. [0024] Cette barre 22 est positionnée, par rapport aux deux lames 11, 12, de façon que l'élément de base Eb présente sensiblement l'une des formes suivantes : un H dont les branches verticales sont convergentes (comme sur toutes les figures annexées) ou un U dont les deux branches verticales sont convergentes. [0025] Selon une réalisation préférentielle, le module selon l'invention comporte en outre des moyens 30 pour solidariser entre eux deux éléments de base Eb. Ces moyens 30 peuvent être réalisés de différentes façons, par exemple avec une vis, de la soudure ou un collage. 4 [0026] Cependant, ils comportent avantageusement au moins un orifice traversant 31 réalisé dans chaque lame 11, 12 selon un axe d'orifice perpendiculaire à la surface plane de la lame et centré sur son axe longitudinal, et une goupille 32 apte être enfichée dans un orifice traversant 31. [0027] Une telle goupille 32 est évoquée sur la figure 6, non enfichée dans un orifice 31 et en un seul exemplaire, mais il est évident que, pour la réalisation d'un stator comme illustré sur cette figure, il sera nécessaire d'en utiliser une pluralité, à savoir six comme évoqué par les flèches 33 sur les figures 6 et 7. [0028] Comme mentionné ci-avant l'élément de base Eb comporte au moins deux têtes de dents identiques 21-1, 22-1 ; 21-2, 22-2 solidaires d'une extrémité respectivement des deux lames 11, 12. Il est donc possible de réaliser un module comportant quatre têtes comme celles évoquées en traits interrompus sur la figure 1, mais de préférence deux comme pour les réalisations selon les figures 2 à 7. [0029] Selon une réalisation avantageuse et possible, chacune des au moins deux têtes de dents 21-1, 22-1 ; 21-2, 22-2 est constituée d'une pièce dont une première face est solidaire d'une lame et une seconde face, opposée à la première face, présente l'une des formes suivantes : surface plane 41 (figure 1), surface cylindrique convexe 42 (figure 2), surface cylindrique concave 43 (figure 3) [0030] Très préférentiellement, les deux médiatrices des deux surfaces planes 41 respec- tivement des têtes de dents 21-1, 22-1 ; 21-2, 22-2 d'un élément de base Eb sont concourantes au point de convergence C, et le centre de courbure des deux surfaces cylindriques respectivement convexe et concave est très avantageusement sensiblement situé sur le point de convergence C. [0031] Comme évoqué auparavant, l'élément Eb est réalisé selon au moins l'une des façons suivantes : dans une plaque épaisse ou dans une feuille de tôle, toutes deux en matériau magnétique. [0032] En outre, l'élément Eh du module selon l'invention est agencé de façon que la valeur a de l'angle de convergence soit égal à 360/n degrés, "n" étant un nombre entier sans dimension au moins égal à deux, optionnellement mais très avantageusement égal à six, réalisation selon les figures 6 et 7. [0033] Le module selon l'invention présente de nombreux avantages pour la réalisation de stators ou rotors pour machines électriques, comme illustré à titre d'exemple sur les figures 4 à 7. [0034] Tout d'abord, il permet de réaliser des stators et des rotors à la demande en ajustant le nombre de segments des stators ou rotors, ainsi que le nombre de têtes de dents, comme selon les réalisations décrites ci-après. [0035] Les réalisations selon les figures 4 et 5 sont obtenues avec des éléments de base Eb fabriqués dans une plaque épaisse. Ces éléments de base, avec les bobinages Bo, peuvent être associés les uns aux autres par tous moyens, par exemple des pattes de fixation, ou par surmoulage en une matière plastique. [0036] Dans les réalisations selon les figures 6 et 7, du fait de leur structure symétrique comme définie ci-avant, les éléments de base Eb sont associés au moyen des orifices 31 et de goupilles 32 en constituant une pluralité de modules Mo, à savoir Mol, Mo2,.... [0037] Ces modules sont décalés les uns par rapport aux autres comme illustré, à savoir selon l'angle de convergence de valeur a. Autrement dit, le module Mol est associé au module Mo2 de façon que la lame 12 du module Mol soit superposée à la lame 11 du module Mo2, les lames 11 et 12 respectivement des ces deux modules Mol et Mo2 étant alors convergentes d'un angle de valeur 2oc. [0038] De cette façon, si les lames 11, 12 de chaque élément de base Eb sont convergentes selon un angle de convergence ci de 60 degrés, avec six modules, il est possible de réaliser un stator (ou rotor) complétement fermé, comme illustré, sans avoir recours à des moyens de liaison annexes comme des pattes ou des matériaux de moulage, comme mentionné ci-avant. [0039] Il est spécifié que, comme l'élément de base Eb peut aussi être réalisé dans une feuille de tôle de faible épaisseur, il est possible d'associer une pluralité de ces éléments par empilement les uns sur les autres pour obtenir un module composite final d'une grande épaisseur comme ceux illustrés sur les figures 4 à 7. [0040] Le module selon l'invention tel que défini ci-dessus présente d'autres avantages par rapport aux modules selon l'art antérieur, par exemple les avantages suivants : [0041] une réduction du volume de matériau magnétique, d'une quantité comprise entre 10% et 30%, [0042] une réduction des "pertes" fer (proportionnelle à la masse du matériau magnétique - tôles), [0043] un couple moteur plus élevé, d'au moins environ 10%, [0044] une meilleure utilisation du matériau magnétique, [0045] avec en outre : [0046] une réduction du volume de l'enroulement en cuivre comprise entre 20% et 40%, [0047] une réduction des "pertes Joules" jusqu'à 40%, [0048] une densité de puissance élevée (kW/kg), et [0049] un bobinage facile à réaliser. 6 [Revendication 11 [Revendication 21 [Revendication 31 [Revendication 41 [Revendication 51 [Revendication 61